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微专题突破8无机化学工艺流程题的解题策略专题4金属及其重要化合物一、无机化学工艺流程题的结构二、无机化学工艺流程题分类突破题型一物质制备类化工流程题1.核心反应——陌生方程式的书写关注箭头的指向：箭头指入→反应物，箭头指出→生成物。(1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，判断产物并配平。(2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。2.对原料进行预处理的常用方法及其作用(1)研磨——减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。(2)水浸——与水接触反应或溶解。(3)酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属进入溶液，不溶物通过过滤除去。(4)灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。(5)煅烧——改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土。[注意]提高矿石浸出率的方法为①加热升温；②将矿石研成粉末；③搅拌；④适当增大酸的浓度。3.常用的控制反应条件的方法(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：①能与H＋反应，使溶液pH增大；②不引入新杂质。例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。(2)控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。(3)趁热过滤。防止某物质降温时会析出，如除去NaCl中少量KNO3的方法是蒸发结晶、趁热过滤。(4)冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。(2018·高考全国卷Ⅱ)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：金属离子Fe3＋Fe2＋Zn2＋Cd2＋开始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4回答下列问题：(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为__________________。(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有_____________________；氧化除杂工序中ZnO的作用是_________________，若不通入氧气，其后果是______________________________________。(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为______________________________________________。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为_____________________；沉积锌后的电解液可返回_________工序继续使用。【解析】(1)在焙烧过程中ZnS和O2反应生成ZnO和SO2。(2)溶液中的Pb2＋与SO2－4不能共存生成PbSO4沉淀，SiO2不溶于H2SO4，即滤渣1中含SiO2和PbSO4。氧化除杂过程中O2能将溶液中Fe2＋氧化生成Fe3＋，加入ZnO能调节溶液的pH，促进Fe3＋完全水解。由题表知Fe2＋、Zn2＋开始沉淀和沉淀完全时的pH非常接近，若不通入O2使Fe2＋氧化为Fe3＋，加入ZnO后无法除去Fe2＋，会影响Zn的纯度。(3)根据题中信息可知还原除杂工序中涉及的离子反应为Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋。(4)结合图示可知电解ZnSO4溶液时生成Zn，即电解时Zn2＋在阴极被还原，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn。沉积Zn后的电解液中主要含有H2SO4，可返回溶浸工序中继续使用。【答案】(1)ZnS＋32O2=====焙烧ZnO＋SO2(2)PbSO4调节溶液的pH无法除去杂质Fe2＋(3)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋(4)Zn2＋＋2e－===Zn溶浸题型二提纯类化工流程题1.明确常用的提纯方法(1)水溶法：除去可溶性杂质。(2)酸溶法：除去碱性杂质。(3)碱溶法：除去酸性杂质。(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。(6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。2.明确常用的分离方法(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或抽滤等方法。(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。(6)冷却法：利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨。(2017·高考全国卷Ⅲ)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：回答下列问题：(1)步骤①的主要反应为FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3――→高温Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为_________。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是_____________________________________________________________________________。(2)滤渣1中含量最多的金属元素是__________，滤渣2的主要成分是__________及含硅杂质。(3)步骤④调滤液2的pH使之变__________(填“大”或“小”)，原因是______________________________________(用离子方程式表示)。(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到_________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。a.80℃b.60℃c.40℃d.10℃步骤⑤的反应类型是___________________。(5)某工厂用m1kg铬铁矿粉(含Cr2O340%)制备K2Cr2O7，最终得到产品m2kg，产率为______________________________。【解析】(1)1molFeO·Cr2O3参与反应共失去7mol电子，而1molNaNO3参与反应得到2mol电子，根据得失电子守恒，二者的系数比为2∶7。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅发生反应，所以该步骤不能使用陶瓷容器。(2)步骤①中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣1，所以滤渣1中含量最多的金属元素是Fe。结合流程图可知，滤渣2的主要成分是氢氧化铝及含硅杂质。(3)滤液2中存在平衡：2CrO2－4＋2H＋Cr2O2－7＋H2O，氢离子浓度越大(pH越小)，越有利于平衡正向移动，所以步骤④应调节滤液2的pH使之变小。(4)根据题图，可知温度越低，K2Cr2O7的溶解度越小，析出的重铬酸钾固体越多，故d项正确。步骤⑤中发生的反应为Na2Cr2O7＋2KCl===K2Cr2O7↓＋2NaCl，其属于复分解反应。(5)该铬铁矿粉中Cr2O3的物质的量为m1×103g×40%152g·mol－1，根据Cr元素守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0＝m1×103g×40%152g·mol－1×294g·mol－1×10－3kg·g－1＝147m1190kg，所以产品的产率为m2m0×100%＝190m2147m1×100%。【答案】(1)2∶7陶瓷在高温下会与Na2CO3反应(2)FeAl(OH)3(3)小2CrO2－4＋2H＋Cr2O2－7＋H2O(4)d复分解反应(5)190m2147m1×100%1.(2016·高考全国卷Ⅰ)NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下：回答下列问题：(1)NaClO2中Cl的化合价为___________。(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式：________________________________________________________________。(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg2＋和Ca2＋，要加入的试剂分别为___________、___________。“电解”中阴极反应的主要产物是______________________。(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________，该反应中氧化产物是__________。(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量为__________。(计算结果保留两位小数)解析：(1)根据化合物中各元素化合价代数和等于0，计算出NaClO2中氯元素化合价为＋3。(2)从流程图看出，反应物是氯酸钠、二氧化硫、硫酸，产物为硫酸氢钠、二氧化氯，根据得失电子守恒、原子守恒配平化学方程式：2NaClO3＋SO2＋H2SO4===2ClO2＋2NaHSO4。(3)粗盐提纯中加入氢氧化钠溶液沉淀镁离子，加入碳酸钠溶液沉淀钙离子。电解过程中ClO2在阴极放电得到ClO－2，故阴极反应的主要产物为NaClO2。(4)依题意，用含氢氧化钠的双氧水吸收尾气中的二氧化氯，发生反应：2ClO2＋H2O2＋2OH－===2ClO－2＋O2＋2H2O，ClO2做氧化剂，H2O2做还原剂，故氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1，该反应中氧化产物为O2。(5)氯气、亚氯酸钠的氧化能力就是得电子能力，得电子数相等时，氧化能力相当。氯气、亚氯酸钠的最终还原产物为氯离子。根据：NaClO2――→得4e－Cl－、Cl2――→得2e－2Cl－，可知得电子数相等时存在NaClO2～2Cl2，故亚氯酸钠的有效氯含量为71×290.5≈1.57。答案：(1)＋3(2)2NaClO3＋SO2＋H2SO4===2ClO2＋2NaHSO4(3)NaOH溶液Na2CO3溶液ClO－2(或NaClO2)(4)2∶1O2(5)1.572.(2016·高考全国卷Ⅲ)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%2.2～2.92.8～3.122～2860～651～21以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：回答下列问题：(1)“酸浸”时V2O5转化为VO＋2，反应的离子方程式为__________________，同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是__________。(2)“氧化”中欲使3mol的VO2＋变为VO＋2，则需要氧化剂KClO3至少为__________mol。(3)“中和”作用之一是使钒以V4O4－12形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_________________________________________。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH＋V4O4－12离子交换洗脱R4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈____________(填“酸”“碱”或“中”)性。(5)“流出液”中阳离子最多的是____________。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：___________________________________。解析：(1)反应过程中V的化合价不变，所以是复分解反应，注意V2O5在离子