专题课时专题课时4无机化工流程无机化工流程化化学学工工艺艺流流程程题题是是将将化化工工生生产产中中的的生生产产流流程程用用框框图图形形式式表表示示出出来来，并并根根据据生生产产流流程程中中有有关关的的化化学学知知识识步步步步设设问问，是是无无机机框框图图的的创创新新。它它以以现现代代工工业业生生产产为为基基础础，与与化化工工生生产产成成本本、产产品品提提纯纯、环环境境保保护护等等相相融融合合，考考查查物物质质的的制制备备、检检验验、分分离离提提纯纯等等基基本本实实验验原原理理在在化化工工生生产产中中的的实实际际应应用用，要要求求考考生生依依据据流流程程图图分分析析原原理理，紧紧扣扣信信息息，抓抓住住关关键键、准准确确答答题题。这这类类试试题题具具有有较较强强的的实实用用性性和和综综合合性，是近几年高考化学命题的常考题型。性，是近几年高考化学命题的常考题型。题型说明题型说明使用说明使用说明此此类类题题目目多多以以金金属属矿矿物物加加工工为为载载体体，综综合合考考查查无无机机、原原理理和和实实验验，由由于于难难度度大大，综综合合性性强强，也也可可放放到到一一轮轮结结束束以以后后作作为为能能力力专题使用！专题使用！微题型一以物质制备为目的的工艺流程微题型一以物质制备为目的的工艺流程【示示例例1】 (2013全全国国新新课课标标，27)锂离离子子电池池的的应用用很很广广，其其正正极极材材料料可可再再生生利利用用。某某锂离离子子电池池正正极极材材料料有有钴酸酸锂(LiCoO2)、导电剂乙乙炔炔黑黑和和铝箔箔等等。充充电时，该锂离离子子电池池负极极发生生的的反反应为6CxLixe=LixC6。现欲欲利利用用以以下下工工艺流程回收正极材料中的某些金属流程回收正极材料中的某些金属资源源(部分条件未部分条件未给出出)。题型示例题型示例回答下列回答下列问题：(1)LiCoO2中，中，Co元素的化合价元素的化合价为_。(2)写出写出“正极碱浸正极碱浸”中中发生反生反应的离子方程式的离子方程式_。(3)“酸酸浸浸”一一般般在在80下下进行行，写写出出该步步骤中中发生生的的所所有有氧氧化化还原原反反应的的化化学学方方程程式式_；可可用用盐酸酸代代替替H2SO4和和H2O2的混合液，但缺点是的混合液，但缺点是_。(4)写写 出出 “沉沉 钴 ”过 程程 中中 发 生生 反反 应 的的 化化 学学 方方 程程 式式_。(5)充充放放电过程程中中，发生生LiCoO2与与Li1xCoO2之之间的的转化化，写写出出放放电时电池反池反应方程式方程式_。(6)上上述述工工艺中中，“放放电处理理”有有利利于于锂在在正正极极的的回回收收，其其原原因因是是_。在在整整个个回回收收工工艺中中，可可回回收收到到的金属化合物有的金属化合物有_(填化学式填化学式)。(5)依据充电时正极的物质变化，可写出放电时的电极反应：依据充电时正极的物质变化，可写出放电时的电极反应：Li1xCoO2xexLi=LiCoO2依据负极充电的电极反应，写出放电时电极反应依据负极充电的电极反应，写出放电时电极反应LixC6xe=6CxLi，以以上上两两个个电电极极反反应应相相加加，即即得得总总方方程式。程式。(6)“放放电电处处理理”的的一一个个重重要要目目的的是是“回回收收锂锂”，Li要要沉沉积积正正极极。解解答答这这一一问问题题的的关关键键是是Li怎怎样样沉沉积积在在正正极极上上的的。放放电电时时，离离子运动的方向是子运动的方向是“正向正，负向负正向正，负向负”。从从流流程程的的最最终终产产物物上上很很容容易易找找到到回回收收的的金金属属化化合合物物：Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。2.熟悉常用的操作方法及其作用熟悉常用的操作方法及其作用(1)常常见的化工的化工术语关键词关键词释义释义研磨、研磨、雾化雾化将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化，增大将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分灼烧灼烧(煅烧煅烧)使固体在高温下充分分解、氧化或改变结构等。如煅使固体在高温下充分分解、氧化或改变结构等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿烧石灰石、高岭土、硫铁矿浸取浸取向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等浸出率浸出率溶解的物质占原物质的百分含量溶解的物质占原物质的百分含量酸浸酸浸在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程除去的过程水浸水浸与水充分反应或溶解与水充分反应或溶解过滤过滤固体与液体的分离固体与液体的分离滴定滴定可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定蒸发结晶蒸发结晶蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会以晶体析出质就会以晶体析出蒸发浓缩蒸发浓缩蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度水洗水洗用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等酸作用酸作用溶解、去氧化物溶解、去氧化物(膜膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等离子等碱作用碱作用去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH、促、促进水解进水解(沉淀沉淀)(2)常用的控制反应条件的方法：常用的控制反应条件的方法：调节溶液的调节溶液的pH。a.控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示如下表所示物质物质开始沉淀开始沉淀沉淀完全沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若若要要除除去去Mn2溶溶液液中中含含有有的的Fe2，应应先先用用氧氧化化剂剂把把Fe2氧氧化化为为Fe3，再调溶液的，再调溶液的pH到到3.7。b.调调节节pH所所需需的的物物质质一一般般应应满满足足两两点点要要求求；能能与与H反反应应，使使溶液溶液pH增大；不引入新杂质。增大；不引入新杂质。例例如如：若若要要除除去去Cu2溶溶液液中中混混有有的的Fe3，可可加加入入CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的等物质来调节溶液的pH。控控制制温温度度。根根据据需需要要升升温温或或降降温温，改改变变反反应应速速率率或或使使平平衡衡向向需要的方向移动。需要的方向移动。趁热过滤。防止某物质降温时会析出。趁热过滤。防止某物质降温时会析出。冰冰水水洗洗涤涤。洗洗去去晶晶体体表表面面的的杂杂质质离离子子，并并减减少少晶晶体体在在洗洗涤涤过过程中的溶解损耗。程中的溶解损耗。3.识别流程图识别流程图化化工工流流程程中中箭箭尾尾指指出出的的是是投投料料(反反应应物物)，箭箭头头指指向向的的是是生生成成物物(包包括括主主产产物物和和副副产产物物)，返返回回的的箭箭头头一一般般是是被被“循循环环利利用用”的的物物质。质。1.工工业上上利利用用硫硫酸酸废渣渣(含含Fe2、Fe3的的硫硫酸酸盐及及少少量量CaO和和MgO)制制备高高档档颜料料铁红(Fe2O3)并并回回收收(NH4)2SO4，具具体体生生产流程如流程如图所示：所示：题型精练题型精练注：注：铵黄黄铁矾的化学式的化学式为(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12回答下列回答下列问题：(1)在在废渣溶解操作中，加速渣溶解操作中，加速废渣溶解的措施有渣溶解的措施有_。(2)物物质A是一种氧化是一种氧化剂。工工业上物上物质A最好最好选用用_(填序号填序号)。A.空气空气 B.Cl2 C.MnO2 D.H2O2简述工述工业上上这样选择A的理由：的理由：_。写出写出A参与反参与反应的离子方程式：的离子方程式：_。(3)往往铵黄黄铁矾溶溶液液(含含Fe3)中中加加入入溶溶液液B至至pH为5时产生生沉沉淀淀，请写出写出产生沉淀的离子方程式：生沉淀的离子方程式：_。(4)回收所得的回收所得的(NH4)2SO4晶体中可能含有的晶体中可能含有的杂质是是_。2.(2015天天津津理理综综，9)废旧旧印印刷刷电路路板板是是一一种种电子子废弃弃物物，其其中中铜的的含含量量达达到到矿石石中中的的几几十十倍倍。湿湿法法技技术是是将将粉粉碎碎的的印印刷刷电路路板板经溶溶解解、萃萃取取、电解解等等操操作作得得到到纯铜等等产品品。某某化化学学小小组模模拟该方法回收方法回收铜和制取胆和制取胆矾，流程，流程简图如下：如下：(3)反反应是是有有机机溶溶液液中中的的CuR2与与稀稀硫硫酸酸反反应生生成成CuSO4和和_。若若操操作作使使用用右右图装装置置，图中存在的中存在的错误是是_。(4)操操作作以以石石墨墨作作电极极电解解CuSO4溶溶液液。阴阴极极析析出出铜，阳阳极极产物物是是_。操操作作由由硫硫酸酸铜溶溶液制胆液制胆矾的主要步的主要步骤是是_。(5)流流程程中中有有三三处实现了了试剂的的循循环使使用用，已已用用虚虚线标出出两两处，第第三三处的的试剂是是_。循循环使使用用的的NH4Cl在在反反应中中的的主主要作用是要作用是_。(5)操操作作得得到到的的H2SO4 可可以以利利用用到到反反应应中中，所所以以第第三三处处循循环环的的试试剂剂为为H2SO4；NH4Cl水水解解溶溶液液呈呈酸酸性性，可可以以中中和和溶溶液液中中的的OH，防止由于溶液中的，防止由于溶液中的c(OH)过高，生成过高，生成Cu(OH)2沉淀。沉淀。【解题策略】【解题策略】1.化工流程题中表述性词汇的作用化工流程题中表述性词汇的作用化化工工生生产产流流程程和和综综合合实实验验题题中中经经常常会会出出现现一一些些表表述述性性词词语语中中，这这些些表表述述性性词词语语就就是是隐隐性性信信息息，它它可可以以暗暗示示我我们们所所应应考考虑虑的的答答题角度。常见的有：题角度。常见的有：(1)“控控制制较较低低温温度度”常常考考虑虑物物质质的的挥挥发发、物物质质的的不不稳稳定定性性和物质的转化等。和物质的转化等。(2)“加过量试剂加过量试剂”常考虑反应完全或增大转化率、产率等。常考虑反应完全或增大转化率、产率等。(3)“能能否否加加其其他他物物质质”常常考考虑虑会会不不会会引引入入杂杂质质或或是是否否影影响响产品的纯度。产品的纯度。(4)“在在空空气气中中或或在在其其他他气气体体中中”主主要要考考虑虑O2、H2O、CO2或或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。(5)“判判断断沉沉淀淀是是否否洗洗净净”常常取取少少量量最最后后一一次次洗洗涤涤液液于于试试管管中，向其中滴加某试剂，以检验其中的某种离子。中，向其中滴加某试剂，以检验其中的某种离子。(6)“检检验验某某物物质质的的设设计计方方案案”通通常常取取少少量量某某液液体体于于试试管管中中，加入另一试剂产生某现象，然后得出结论。加入另一试剂产生某现象，然后得出结论。(7)“控制控制pH”常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。(8)“用用某某些些有有机机试试剂剂清清洗洗”常常考考虑虑降降低低物物质质溶溶解解度度有有利利于于析出、减少损耗和提高利用率等。析出、减少损耗和提高利用率等。2.解题思路解题思路明明确确流流程程目目的的分分析析条条件件和和性性质质结结合合问问题题、联联系系原原理理答答题注意模式，抓住要点。题注意模式，抓住要点。微题型二以分离提纯为目的的工艺流程微题型二以分离提纯为目的的工艺流程【示示例例2】 (2015课课标标全全国国卷卷，27)硼硼及及其其化化合合物物在在工工业上上有有许多多用用途途。以以铁硼硼矿(主主要要成成分分为Mg2B2O5H2O和和Fe3O4，还有有少少量量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和和SiO2等等)为原原料料制制备硼硼酸酸(H3BO3)的工的工艺流程如流程如图所示：所示： 题型示例题型示例回答下列回答下列问题：(1)写写 出出 Mg2B2O5H2O与与 硫硫 酸酸 反反 应 的的 化化 学学 方方 程程 式式_。为提提高高浸浸出出速速率率，除除适适当增加硫酸当增加硫酸浓度外，度外，还可采取的措施有可采取的措施有_(写出两条写出两条)。(2)利利用用_的的磁磁性性，可可将将其其从从“浸浸渣渣”中中分分离离。“浸浸渣渣”中中还剩余的物剩余的物质是是_(写化学式写化学式)。(3)“净化除化除杂”需先加需先加H2O2溶液，作用是溶液，作用是_。然后再。然后再调节溶液的溶液的pH约为5，目的是，目的是_。(4)“粗硼酸粗硼酸”中的主要中的主要杂质是是_(填名称填名称)。(5)以以硼硼酸酸为原原料料可可制制得得硼硼氢化化钠(NaBH4)，它它是是有有机机合合成成中中的的重要重要还原原剂，其，其电子式子式为_。(6)单质硼硼可可用用于于生生产具具有有优良良抗抗冲冲击性性能能的的硼硼钢。以以硼硼酸酸和和金金属属镁为原原料料可可制制备单质硼硼，用用化化学学方方程程式式表表示示制制备过程程_。思维提示思维提示(1) Mg2B2O5H2O与硫酸反应生成与硫酸反应生成H3BO3、MgSO4，配平即可。为提高浸出速率，可以从温度配平即可。为提高浸出速率，可以从温度(升高温度升高温度)、浓度、浓度、增大接触面积增大接触面积(将矿石粉碎将矿石粉碎)等角度分析。等角度分析。【解题策略】【解题策略】1.物质分离提纯的原则物质分离提纯的原则(1)不增：不引入新的杂质。不增：不引入新的杂质。(2)不减：不减少被提纯的物质。不减：不减少被提纯的物质。(3)易分离：被提纯物与杂质易于分离。易分离：被提纯物与杂质易于分离。(4)易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。2.明确常用的提纯方法明确常用的提纯方法(1)水溶法：除去可溶性杂质。水溶法：除去可溶性杂质。(2)酸溶法：除去碱性杂质。酸溶法：除去碱性杂质。(3)碱溶法：除去酸性杂质。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。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。加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。(6)调节溶液的调节溶液的pH法：如除去酸性铜溶液中的法：如除去酸性铜溶液中的Fe3等。等。3.明确常用的分离方法明确常用的分离方法(1)过过滤滤：分分离离难难溶溶物物和和易易溶溶物物，根根据据特特殊殊需需要要采采用用趁趁热热过过滤滤或或者抽滤等方法。者抽滤等方法。(2)萃萃取取和和分分离离：利利用用溶溶质质在在互互不不相相溶溶的的溶溶剂剂里里的的溶溶解解度度不不同同提提取分离物质，如用取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。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，如蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。(4)冷冷却却结结晶晶：提提取取溶溶解解度度随随温温度度变变化化较较大大的的溶溶质质、易易水水解解的的溶溶质质或或结结晶晶水水合合物物，如如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO45H2O、FeSO47H2O等。等。(5)蒸蒸馏馏或或分分馏馏：分分离离沸沸点点不不同同且且互互溶溶的的液液体体混混合合物物，如如分分离离乙乙醇和甘油。醇和甘油。(6)冷冷却却法法：利利用用气气体体液液化化的的特特点点分分离离气气体体，如如合合成成氨氨工工业业采采用用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。冷却法分离平衡混合气体中的氨气。1.(2013全全国国新新课课标标，27)氧氧化化锌为白白色色粉粉末末，可可用用于于湿湿疹疹、癣等等皮皮肤肤病病的的治治疗。纯化化工工业级氧氧化化锌含含有有Fe()、Mn()、Ni()等等杂质的流程如下：的流程如下：题型精练题型精练提提示示：在在本本实验条条件件下下，Ni()不不能能被被氧氧化化；高高锰酸酸钾的的还原原产物是物是MnO2。回答下列回答下列问题：(1)反反应中中除除掉掉的的杂质离离子子是是_，发生生反反应的的离离子子方方程式程式为_；在在 加加 高高 锰 酸酸 钾 溶溶 液液 前前 ， 若若 pH较 低低 ， 对 除除 杂 的的 影影 响响 是是_。(2)反反应的的反反应类型型为_，过滤得得到到的的滤渣渣中中，除除了了过量的量的锌外外还有有_。(3)反反应形形成成的的沉沉淀淀要要用用水水洗洗，检验沉沉淀淀是是否否洗洗涤干干净的的方方法法是是_。(4)反反应中中产物物的的成成分分可可能能是是ZnCO3xZn(OH)2，取取干干燥燥后后的的滤饼11.2 g，煅，煅烧后可得到后可得到产品品8.1 g，则x等于等于_。2.(2015山山东东理理综综，32)工工业上上利利用用氨氨氧氧化化获得得的的高高浓度度NOx气气体体(含含NO、NO2)制制备NaNO2、NaNO3，工，工艺流程如下：流程如下：已知：已知：Na2CO3NONO2=2NaNO2CO2(1)中中和和液液所所含含溶溶质除除NaNO2及及少少量量Na2CO3外外，还有有_(填化学式填化学式)。(2)中中和和液液进行行蒸蒸发操操作作时，应控控制制水水的的蒸蒸发量量，避避免免浓度度过大大，目目的的是是_。蒸蒸发产生生的的蒸蒸气气中中含含有有少少量量NaNO2等等有有毒毒物物质，不不能能直直接接排排放放，将将其其冷冷凝凝后后用用于于流流程程中中的的_(填操作名称填操作名称)最合理。最合理。(3)母母液液进行行转化化时加加入入稀稀HNO3的的目目的的是是_。母母液液需需回收利用，下列回收利用，下列处理方法合理的是理方法合理的是_。a.转入中和液入中和液 b.转入入结晶晶操作操作c.转入入转化液化液 d.转入入结晶晶操作操作(4)若若将将NaNO2、NaNO3两两种种产品品的的物物质的的量量之之比比设为21，则生生产 1.38吨吨 NaNO2时 ， Na2CO3的的 理理 论 用用 量量 为 _吨吨 (假假 定定Na2CO3恰好完全反恰好完全反应)。解解析析(1)NO2 与与Na2CO3 反反应应有有NaNO3 生生成成。(2)中中和和液液进进行行蒸蒸发发操操作作的的目目的的是是使使NaNO2结结晶晶析析出出，使使NaNO3留留在在母母液液中中，若若水水的的蒸蒸发发量量大大，溶溶液液浓浓度度过过大大时时，NaNO3有有可可能能析析出出。蒸蒸发发产产生生的的蒸蒸气气中中含含有有少少量量的的NaNO2等等有有毒毒物物质质，不不能能直直接接排排放放，将将其其冷冷凝后用于流程中的溶碱最合理。凝后用于流程中的溶碱最合理。(3)母母液液进进行行转转化化时时加加入入稀稀HNO3可可将将NaNO2 氧氧化化为为NaNO3 。母母液液中中的的溶溶质质主主要要是是NaNO3 ，将将其其转转入入转转化化液液或或转转入入结结晶晶操操作作以以达达到到原原料料循循环环利利用用的的目目的的，可可以以提提高高产产率率，所所以以合合理理处处理理的的方方法法选选c、d。(4)1.38吨吨NaNO2的的物物质质的的量量为为：1.38106 g69 g/mol2104 mol，则则生生成成的的NaNO3物物质质的的量量为为：1104mol，根根据据Na 原原子子守守恒恒，则则Na2CO3的的理理论论用用量量1/2(21041104)mol106 g/mol1.59106g1.59吨。吨。答案答案(1)NaNO3(2)防止防止NaNO3的析出溶碱的析出溶碱(3)将将NaNO2氧化氧化为NaNO3c、d(4)1.59【思维建模】【思维建模】化工流程题解题方法化工流程题解题方法首尾分析法首尾分析法对对一一些些线线型型流流程程工工艺艺(从从原原料料到到产产品品为为一一条条龙龙的的生生产产工工序序)试试题题，首首先先对对比比分分析析流流程程图图中中第第一一种种物物质质(原原材材料料)与与最最后后一一种种物物质质(产产品品)，从从对对比比分分析析中中找找出出原原料料与与产产品品之之间间的的关关系系，弄弄清清生生产产过过程程中中原原料料转转化化为为产产品品的的基基本本原原理理和和除除杂杂、分分离离、提提纯纯产产品品的的化化工工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。