資源簡介

(共50張PPT)
第59講
無機化工流程題的解題策略
1.提升應用物質的轉化及條件控制、分離提純操作等相關知識解決實際問題的能力。
2.樹立“綠色化學”的觀念，形成資源綜合利用、物能充分利用的意識。
復
習
目
標
1.常考無機化工流程的呈現形式
2.讀圖要領
(1)箭頭：進入的是投料(反應物)，出去的是含產品中元素的物質(流程方向)、副產物或雜質(支線方向)。
(2)三線：出線和進線均表示物料流向或操作流程，可逆線表示物質循環。
3.流程圖中主要環節的分析
(1)原料的預處理
①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、鹽酸等。
水浸 與水接觸發生反應或溶解
浸出 固體加水(酸)溶解得到離子
酸浸 在酸溶液中反應，使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去
浸出率 固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少
②灼燒、焙燒、煅燒：改變結構，使一些物質能溶解，并使一些雜質在高溫下氧化、分解。
③審題時要“瞻前顧后”，注意物質性質及反應原理的前后聯系。
(2)核心反應——陌生方程式的書寫
①氧化還原反應：熟練應用氧化還原反應規律判斷產物，并根據化合價升降相等配平。
②非氧化還原反應：結合物質性質和反應實際判斷產物。
(3)常用的分離方法
①過濾：分離難溶物和易溶物，根據特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法。
②萃取和分液：利用溶質在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。
③蒸發結晶：提取溶解度隨溫度變化不大的溶質，如從溶液中提取NaCl。
④冷卻結晶：提取溶解度隨溫度變化較大的溶質、易水解的溶質或結晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
⑤蒸餾或分餾：分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和甘油。
⑥冷卻法：利用氣體液化的特點分離氣體，如合成氨工業采用冷卻法分離平衡混合氣體中的NH3。
1.向鉻鐵礦(FeCr2O4)中通入O2進行焙燒，焙燒時氣體與礦料逆流而行，目的是______________________________________。
2.將催化劑負載在玻璃棉上而不直接平鋪在玻璃管中，目的是___________________
___________________________。
3.[2020·北京，18(1)①]酸、過量鐵屑對軟錳礦(MnO2)進行溶出前需研磨。目的是____________________________________。
一、調控化學反應速率提高效率
增大反應物接觸面積，提高化學反應速率
增大接觸面積，提
高催化效果，加快反應速率
增大反應物接觸面積，加快溶出速率
4.向金屬Bi中加入稀HNO3酸浸，過程中分次加入稀HNO3可降低反應劇烈程度，其原理是________________________________________________________________。
減少稀HNO3的用量，降低反應劇烈程度，使HNO3充分反應防止揮發
強調分次加入對反應的影響：①控制用量，防止過量發生副反應；②降低反應劇烈程度；③防止放熱反應溫度過高，造成副反應的發生，以及物質的揮發、分解。
5.[2021·河北，14(4)②]向含NH4Cl的濾液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)＋NH4Cl(aq)―→NaCl(aq)＋NH4Cl(s)
過程。為使NH4Cl沉淀充分析出并分離，根據NaCl和NH4Cl溶解度曲線，需采用的操作__________、_______、洗滌、干燥。
二、結晶與分離提純操作應用
冷卻結晶
過濾
由曲線NH4Cl的溶解度隨升溫而增大，NaCl的溶解度隨升溫變化不明顯，使NH4Cl沉淀充分析出，采用冷卻結晶析出NH4Cl→過濾→洗滌→干燥。
6.[2019·全國卷Ⅰ，27(4)]由硫酸鐵與硫酸銨的混合溶液，通過___________________
_______________操作，經干燥得到硫酸鐵銨晶體樣品。
7.[2019·全國卷Ⅲ，27(5)改編]過濾得到乙酰水楊酸結晶粗品，該固體經純化得白色的乙酰水楊酸晶體，采用的“純化”方法為_________。
加熱濃縮、冷卻結
晶、過濾洗滌
重結晶
8.[2021·湖南，15(1)]以碳酸氫銨和氯化鈉為原料制備碳酸鈉，并測定產品中少量碳酸氫鈉的含量，過程如下：
已知：(i)當溫度超過35 ℃時，NH4HCO3開始分解。
(ii)相關鹽在不同溫度下的溶解度表(g/100 g H2O)
溫度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3
NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0
NaHCO3 6.9 8.2 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.2
晶體A的化學式為___________，晶體A能夠析出的原因是______________________
____________________________。
NaHCO3
在30～35 ℃時NaHCO3
的溶解度最小(答案合理即可)
三、沉淀金屬離子和除雜條件分析
9.[2021·全國乙卷，26(2)]磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節約和充分利用資源，通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。
該工藝條件下，有關金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表。
金屬離子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
開始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時用氨水逐步調節pH至11.6，依次析出的金屬離子是______________________。
Fe3＋、Al3＋、Mg2＋
10.[2020·北京，18(2)]由硫酸浸出的Mn2＋溶出液(含Mn2＋、Fe2＋、Al3＋、Fe3＋、H＋等)經純化得Mn2＋純化液。已知：MnO2的氧化性與溶液pH有關。金屬離子沉淀的pH如下表：
Fe3＋ Al3＋ Mn2＋ Fe2＋
開始沉淀時 1.5 3.4 5.8 6.3
完全沉淀時 2.8 4.7 7.8 8.3
純化時先加入MnO2，后加入NH3·H2O，調溶液pH≈5，說明試劑加入順序及調節pH的原因：_______________________________________________________________
____________________________________。
先加MnO2，可利用溶液的酸性將Fe2＋全部氧化為Fe3＋，再加NH3·H2O調溶液pH≈5，將Fe3＋和Al3＋沉淀除去
四、溫度控制分析
11.TiO2·xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應40 min所得實驗結果如下表所示：
溫度/℃ 30 35 40 45 50
TiO2·xH2O轉化率/% 92 95 97 93 88
分析40 ℃時，TiO2·xH2O轉化率最高的原因：_________________________________
_________________________________________________________________________
_______。
低于40 ℃ TiO2·xH2O轉化反應速率隨溫度的升高而增加；超過40 ℃，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2·xH2O轉化率下降
12.[2021·福建，11(1)(2)(5)]四鉬酸銨是鉬深加工的重要中間產品，具有廣泛的用途。一種以鉬精礦(主要含MoS2，還有Cu、Fe的化合物及SiO2等)為原料制備四鉬酸銨的工藝流程如圖所示。
回答下列問題：
(1)“焙燒”產生的氣體用________吸收后可制取氮肥。
氨水
“焙燒”產生的氣體為SO2，用氨水吸收后可制取氮肥。
(2)“浸出”時，MoO3轉化為　 　 。提高單位時間內鉬浸出率的措施有_________
_______________________________________________(任寫兩種)。溫度對90 min內鉬浸出率的影響如圖所示。當浸出溫度超過80 ℃后，鉬的浸出率反而降低，主要原因是溫度升高使水大量蒸發，導致_____________________________。
溫、攪拌、增加Na2CO3用量、增大Na2CO3濃度等
適當升
Na2MoO4晶體析出，混入浸渣
(5)“沉淀”時，加入NH4NO3的目的是______________________________________。
五、信息的提取與加工
13.[2022·湖南，17(3)(4)]以鈦渣(主要成分為TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物雜質)為原料，制備金屬鈦的工藝流程如右：
已知“降溫收塵”后，粗TiCl4中含有的幾種物質的沸點：
物質 TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3
沸點/℃ 136 127 57 180
回答下列問題：
(3)“除釩”過程中的化學方程式為________________________________；“除硅、鋁”過程中，分離TiCl4中含Si、Al雜質的方法是________。
3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3
蒸餾
“降溫收塵”后釩元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根據得失電子守恒和元素守恒配平化學方程式為3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3；AlCl3、SiCl4與TiCl4沸點差異較大，“除硅、鋁”過程中可采用蒸餾的方法分離AlCl3、SiCl4。
(4)“除釩”和“除硅、鋁”的順序_________(填“能”或“不能”)交換，理由是____________________________
_______________________________________________。
不能
若先“除硅、鋁”再“除釩”，“除釩”時需要加入Al，又引入Al雜質
課時精練
1.利用某鈷礦石(主要成分為Co2O3)制取Co(OH)2粗品及其他工業產品的工藝流程如圖1所示。
1
2
3
4
5
已知：浸出液中含有的陽離子主要有H＋、Cu2＋、Co2＋、Fe2＋、Mg2＋。
回答下列問題：
(1)鈷礦石浸出時加入Na2SO3的目的為_____________________。
將Co3＋還原為Co2＋
(2)溶液中lg c(X)(X表示Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋、Co2＋、Mg2＋、Ca2＋)與pH的變化關系如圖2所示(離子濃度小于10－5 mol·L－1時可認為已除盡)，在萃取余液中通入空氣的目的是_____________________________________，用熟石灰調pH至3.2，過濾1所得濾渣的主要成分為__________，萃取和反萃取的目的是___________。
1
2
3
4
5
氧化浸出液中的Fe2＋，便于調pH除去
Fe(OH)3
除去Cu2＋
(3)用氧化鎂調濾液1的pH為9.1時，得到的氫氧化鈷粗品中含有的主要雜質為_________________，多次洗滌可提高粗產品中鈷含量。“過濾2”后所得濾液直接排放會造成水體污染，須進行處理，用熟石灰調節pH使c(Mg2＋)≤10－5 mol·L－1，則Ksp[Mg(OH)2]＝_________。
1
2
3
4
5
CaSO4、MgSO4
10－10.8
1
2
3
4
5
流程分析：
1
2
3
4
5
2.錳常用于制造合金錳鋼。某化工廠以軟錳礦(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3、CaO等少量雜質)為主要原料制取金屬錳的工藝流程如圖1所示。
1
2
3
4
5
(1)“浸錳”步驟中往往有副產物MnS2O6生成，溫度對“浸錳”反應的影響如圖2所示。為減少MnS2O6的生成，“浸錳”的適宜溫度是________，“濾渣Ⅰ”的成分是_______________(填化學式)。該步驟中可以再加入MnSO4以促進“濾渣Ⅰ”析出，結合平衡移動原理分析其原因：____________________________________________
_________________________________。
90 ℃
SiO2、CaSO4
c(　　)增大，使平衡Ca2＋(aq)＋　　 (aq)　　
CaSO4(s)正向移動，促進CaSO4析出
1
2
3
4
5
(2)“濾液Ⅰ”中需要先加入MnO2充分反應后再調pH，寫出加入MnO2時發生反應的離子方程式：_______________
____________________________。
(3)“濾液Ⅱ”中加入MnF2的目的是除去溶液中的Ca2＋，已知25 ℃時，Ksp(CaF2)＝3.2×10－11，則常溫下CaF2在純水中的溶解度為___________g。
MnO2＋2Fe2＋＋
4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
1.56×10－3
流程分析：
1
2
3
4
5
常溫下CaF2溶解在純水中，則溶液中2c(Ca2＋)＝c(F－)，由Ksp(CaF2)＝c(Ca2＋)·
c2(F－)可知，Ksp(CaF2)＝4c3(Ca2＋)＝3.2×10－11，解得c(Ca2＋)＝2×10－4 mol·L－1，則飽和CaF2溶液中c(CaF2)＝c(Ca2＋)＝2×10－4 mol·L－1，則常溫下CaF2在純水中的溶解度為1.56×10－3 g。
3.(2023·全國甲卷，26)BaTiO3是一種壓電材料。以BaSO4為原料，采用右列路線可制備粉狀BaTiO3。
回答下列問題：
(1)“焙燒”步驟中碳粉的主要作用是_________________________。
1
2
3
4
5
(2)“焙燒”后固體產物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”時主要反應的離子方程式為______________________。
做還原劑，將BaSO4還原
S2－＋Ca2＋===CaS↓
(3)“酸化”步驟應選用的酸是_____(填標號)。
a.稀硫酸 b.濃硫酸
c.鹽酸 d.磷酸
1
2
3
4
5
c
1
2
3
4
5
由流程和題中信息可知，BaSO4與過量的碳粉及過量的氯化鈣在高溫下焙燒得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；燒渣經水浸取后過濾，濾渣中含碳粉和CaS，濾液中有BaCl2和BaS；濾液經酸化后濃縮結晶得到BaCl2晶體，溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4將鋇離子充
分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2經熱分解得到BaTiO3。浸取后濾液中主要為BaCl2和BaS，為不引入雜質，“酸化”步驟應選用鹽酸。
(4)如果焙燒后的產物直接用酸浸取，是否可行？_______，其原因是__________________
______________________________________
____________。
(5)“沉淀”步驟中生成BaTiO(C2O4)2的化學方程式為_______________________________
_____________________________________。
1
2
3
4
5
(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，產生的　　∶nCO＝_______。
不可行
CaS也會與鹽酸反應生成有毒氣體和可溶于水的CaCl2，影響產品純度
BaCl2＋TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋H2O
===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl
1∶1
1
2
3
4
5
“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，該反應的化學方程式為BaTiO(C2O4)2　　　BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，產生的　 ∶nCO ＝1∶1。
4.[2022·遼寧，16(1)(2)(3)(4)(5)(6)]某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3，含有FeS2、SiO2雜質)與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯合焙燒法制備BiOCl和MnSO4，工藝流程如右：
已知：①焙燒時過量的MnO2分解為Mn2O3，FeS2轉變為Fe2O3；
②金屬活動性：Fe>(H)>Bi>Cu；
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
③相關金屬離子形成氫氧化物的pH范圍如下：
開始沉淀pH 完全沉淀pH
Fe2＋ 6.5 8.3
Fe3＋ 1.6 2.8
Mn2＋ 8.1 10.1
回答下列問題：
(1)為提高焙燒效率，可采取的措施為_____。
a.進一步粉碎礦石
b.鼓入適當過量的空氣
c.降低焙燒溫度
ab
聯合焙燒時，進一步粉碎礦石，可以增大礦石與空氣的接觸面積，能夠提高焙燒效率，選項a符合題意；
鼓入適當過量的空氣有利于礦石充分反應，選項b符合題意；
降低焙燒溫度，反應速率減慢，不利于提高焙燒效率，選項c不符合題意。
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
(2)Bi2S3在空氣中單獨焙燒生成Bi2O3，反應的
化學方程式為____________________________。
(3)“酸浸”中過量濃鹽酸的作用為：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②___________________。
(4)濾渣的主要成分為_________(填化學式)。
(5)生成氣體A的離子方程式為_____________
_______________________________。
(6)加入金屬Bi的目的是___________________。
抑制金屬離子水解
SiO2
Mn2O3＋6H＋
＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O
將Fe3＋轉化為Fe2＋
由已知信息③知，調pH＝2.6時，Fe3＋會水解生成Fe(OH)3沉淀，但Fe2＋還沒開始沉淀，故要將Fe3＋轉化為Fe2＋，在調pH后獲得含FeCl2的濾液，為了不引入新的雜質，加入Bi作還原劑。
1
2
3
4
5
5.以固體廢鋅催化劑(主要成分為ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)為原料制備鋅的工藝流程如圖。
已知：①“浸取”時，ZnO、CuO轉化為[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋進入溶液；
②25 ℃時，Ksp(CuS )＝6.4×10－36，Ksp(ZnS )＝1.6×10－24；
1
2
3
4
5
(1)為提高鋅浸出率，采取的措施是____________________；“浸取”溫度為30 ℃時，鋅浸出率可達90.6%，繼續升溫浸出率反而下降，其原因為____________
___________________________________。
(2)“操作a”的名稱為_______。
1
2
3
4
5
(3)“深度除錳”是在堿性條件下將殘
留的Mn2＋轉化為MnO2，離子方程式為_______________________________________
_______________。
將廢鋅催化劑粉碎
溫度升高，
NH3揮發，使生成的[Zn(NH3)4]2＋減少
分液
Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===MnO2↓＋
1
2
3
4
5
[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓＋4NH3
2.16×1014
廢鋅催化劑主要成分為ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2，加入過量NH3-NH4Cl溶液，生成[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋，同時生成Fe(OH)3、Mn(OH)2等，SiO2不溶解，過濾一起除去，再向濾液中加入H2O2溶液，進行深度除錳，反應的離子方程式為Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===
1
2
3
4
5
MnO2↓＋2　　 ＋2H2O，再加入(NH4)2S，進行深度除銅，反應的離子方程式為[Cu(NH3)4]2＋＋S2－===CuS↓＋4NH3，過濾，除去MnO2和CuS，向濾液中加入萃取劑，使鋅進入有機萃取劑中，分液后，再向有機萃取劑中加入硫酸進行反萃取，得到硫酸鋅溶液，然后進行電解，得到鋅。
當(NH4)2S加入量≥100%時，鋅的回收率下降的可能原因是[Zn(NH3)4]2＋與S2－結合生成了硫化鋅，離子方程式為[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓ ＋4NH3 ，該反應的平衡常數為K＝
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
②“深度除銅”時(NH4)2S加入量最好應選_____(填字母)。
A.100% B.110%
C.120% D.130%
C
當(NH4)2S加入量為120%時，銅鋅比約為2.0×10－6，達到深度除銅標準，繼續加大(NH4)2S加入量會導致鋅的回收率下降且不經濟，故選C。
1
2
3
4
5
(5)測定反萃取水相中Zn2＋的濃度：量取20.00 mL反萃取水相于錐形瓶中，用0.010 0 mol·L－1 EDTA(乙二胺四乙酸鈉Na2H2Y)標準溶液滴定至終點(Zn2＋＋H2Y2－===ZnY2－＋2H＋)。重復實驗三次，平均消耗標準溶液22.30 mL。則反萃取水相中Zn2＋的濃度為______________(保留兩位小數)。
0.01 mol·L－11．利用某鈷礦石(主要成分為Co2O3)制取Co(OH)2粗品及其他工業產品的工藝流程如圖1所示。
已知：浸出液中含有的陽離子主要有H＋、Cu2＋、Co2＋、Fe2＋、Mg2＋。回答下列問題：
(1)鈷礦石浸出時加入Na2SO3的目的為________________________________。
(2)溶液中lg c(X)(X表示Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋、Co2＋、Mg2＋、Ca2＋)與pH的變化關系如圖2所示(離子濃度小于10－5 mol·L－1時可認為已除盡)，在萃取余液中通入空氣的目的是_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________，
用熟石灰調pH至3.2，過濾1所得濾渣的主要成分為________________，萃取和反萃取的目的是________________。
(3)用氧化鎂調濾液1的pH為9.1時，得到的氫氧化鈷粗品中含有的主要雜質為____________，多次洗滌可提高粗產品中鈷含量。“過濾2”后所得濾液直接排放會造成水體污染，須進行處理，用熟石灰調節pH使c(Mg2＋)≤10－5 mol·L－1，則Ksp[Mg(OH)2]＝________。
2．錳常用于制造合金錳鋼。某化工廠以軟錳礦(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3、CaO等少量雜質)為主要原料制取金屬錳的工藝流程如圖1所示。
(1)“浸錳”步驟中往往有副產物MnS2O6生成，溫度對“浸錳”反應的影響如圖2所示。為減少MnS2O6的生成，“浸錳”的適宜溫度是______，“濾渣 Ⅰ”的成分是____________(填化學式)。該步驟中可以再加入MnSO4以促進“濾渣 Ⅰ”析出，結合平衡移動原理分析其原因：___________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
(2)“濾液 Ⅰ”中需要先加入MnO2充分反應后再調pH，寫出加入MnO2時發生反應的離子方程式：________________________________________________________________________。
(3)“濾液 Ⅱ”中加入MnF2的目的是除去溶液中的Ca2＋，已知25 ℃時，Ksp(CaF2)＝3.2×10－11，則常溫下CaF2在純水中的溶解度為________g。
3．(2023·全國甲卷，26)BaTiO3是一種壓電材料。以BaSO4為原料，采用下列路線可制備粉狀BaTiO3。
回答下列問題：
(1)“焙燒”步驟中碳粉的主要作用是_______________________________________________
________________________。
(2)“焙燒”后固體產物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”時主要反應的離子方程式為_________________________________________________________________。
(3)“酸化”步驟應選用的酸是______(填標號)。
a．稀硫酸 b．濃硫酸
c．鹽酸 d．磷酸
(4)如果焙燒后的產物直接用酸浸取，是否可行？_________________，其原因是__________
_______________________________________________________________________________。
(5)“沉淀”步驟中生成BaTiO(C2O4)2的化學方程式為________________________________。
(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，產生的∶nCO＝______________。
4．[2022·遼寧，16(1)(2)(3)(4)(5)(6)]某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3，含有FeS2、SiO2雜質)與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯合焙燒法制備BiOCl和MnSO4，工藝流程如下：
已知：①焙燒時過量的MnO2分解為Mn2O3，FeS2轉變為Fe2O3；
②金屬活動性：Fe>(H)>Bi>Cu；
③相關金屬離子形成氫氧化物的pH范圍如下：
開始沉淀pH 完全沉淀pH
Fe2＋ 6.5 8.3
Fe3＋ 1.6 2.8
Mn2＋ 8.1 10.1
回答下列問題：
(1)為提高焙燒效率，可采取的措施為_______________________________________________。
a．進一步粉碎礦石
b．鼓入適當過量的空氣
c．降低焙燒溫度
(2)Bi2S3在空氣中單獨焙燒生成Bi2O3，反應的化學方程式為___________________________。
(3)“酸浸”中過量濃鹽酸的作用為：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②_____________________。
(4)濾渣的主要成分為__________(填化學式)。
(5)生成氣體A的離子方程式為____________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(6)加入金屬Bi的目的是__________________________________________________________。
5．以固體廢鋅催化劑(主要成分為ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)為原料制備鋅的工藝流程如圖。
已知：①“浸取”時，ZnO、CuO轉化為[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋進入溶液；
②25 ℃時，Ksp(CuS )＝6.4×10－36，Ksp(ZnS )＝1.6×10－24；
③深度除雜標準：溶液中≤2.0×10－6。
(1)為提高鋅浸出率，采取的措施是__________________________；“浸取”溫度為30 ℃時，鋅浸出率可達90.6%，繼續升溫浸出率反而下降，其原因為_________________________。
(2)“操作a”的名稱為________________。
(3)“深度除錳”是在堿性條件下將殘留的Mn2＋轉化為MnO2，離子方程式為___________
_____________________________________________________________________________。
(4)“深度除銅”時，鋅的回收率、除銅效果[除銅效果以反應后溶液中銅鋅比表示]與(NH4)2S加入量[以×100%表示]的關系曲線如圖所示。
①當(NH4)2S加入量≥100%時，鋅的回收率下降的原因是___________________________
_____________________________________________________________________________
(用離子方程式表示)，該反應的平衡常數為______________(已知[Zn(NH3)4]2＋的K穩＝＝2.9×109)。
②“深度除銅”時(NH4)2S加入量最好應選______(填字母)。
A．100% B．110% C．120% D．130%
(5)測定反萃取水相中Zn2＋的濃度：量取20.00 mL反萃取水相于錐形瓶中，用0.010 0 mol·L－1 EDTA(乙二胺四乙酸鈉Na2H2Y)標準溶液滴定至終點(Zn2＋＋H2Y2－===ZnY2－＋2H＋)。重復實驗三次，平均消耗標準溶液22.30 mL。則反萃取水相中Zn2＋的濃度為________________(保留兩位小數)。
1．(1)將Co3＋還原為Co2＋　(2)氧化浸出液中的Fe2＋，便于調pH除去　Fe(OH)3　除去Cu2＋　(3)CaSO4、MgSO4　10－10.8
2．(1)90 ℃　SiO2、CaSO4　c(SO)增大，使平衡Ca2＋(aq)＋SO(aq)??CaSO4(s)正向移動，促進CaSO4析出
(2)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
(3)1.56×10－3
3．(1)做還原劑，將BaSO4還原　(2)S2－＋Ca2＋===CaS↓　(3)c　(4)不可行　CaS也會與鹽酸反應生成有毒氣體和可溶于水的CaCl2，影響產品純度　(5)BaCl2＋TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl　(6)1∶1
解析　由流程和題中信息可知，BaSO4與過量的碳粉及過量的氯化鈣在高溫下焙燒得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；燒渣經水浸取后過濾，濾渣中含碳粉和CaS，濾液中有BaCl2和BaS；濾液經酸化后濃縮結晶得到BaCl2晶體，溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4將鋇離子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2經熱分解得到BaTiO3。(3)浸取后濾液中主要為BaCl2和BaS，為不引入雜質，“酸化”步驟應選用鹽酸。(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，該反應的化學方程式為BaTiO(C2O4)2BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，產生的∶nCO ＝1∶1。
4．(1)ab　(2)2Bi2S3＋9O22Bi2O3＋6SO2　(3)抑制金屬離子水解　(4)SiO2　(5)Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O　(6)將Fe3＋轉化為Fe2＋
5．(1)將廢鋅催化劑粉碎　溫度升高，NH3揮發，使生成的[Zn(NH3)4]2＋減少　(2)分液
(3)Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===MnO2↓＋2NH＋2H2O
(4)①[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓＋4NH3　2.16×1014
②C　(5)0.01 mol·L－1
解析　廢鋅催化劑主要成分為ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2，加入過量NH3-NH4Cl溶液，生成[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋，同時生成Fe(OH)3、Mn(OH)2等，SiO2不溶解，過濾一起除去，再向濾液中加入H2O2溶液，進行深度除錳，反應的離子方程式為Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===MnO2↓＋2NH＋2H2O，再加入(NH4)2S，進行深度除銅，反應的離子方程式為[Cu(NH3)4]2＋＋S2－===CuS↓＋4NH3，過濾，除去MnO2和CuS，向濾液中加入萃取劑，使鋅進入有機萃取劑中，分液后，再向有機萃取劑中加入硫酸進行反萃取，得到硫酸鋅溶液，然后進行電解，得到鋅。(4)①當(NH4)2S加入量≥100%時，鋅的回收率下降的可能原因是[Zn(NH3)4]2＋與S2－結合生成了硫化鋅，離子方程式為[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓ ＋4NH3 ，該反應的平衡常數為K＝＝·＝×＝×≈2.16×1014。②當(NH4)2S加入量為120%時，銅鋅比約為2.0×10－6，達到深度除銅標準，繼續加大(NH4)2S加入量會導致鋅的回收率下降且不經濟，故選C。(5)由滴定原理：Zn2＋＋H2Y2－===ZnY2－＋2H＋，n(Zn2＋)＝n(H2Y2－)＝0.010 0 mol·L－1×
22.30×10－3 L＝2.23×10－4 mol，反萃取水相中Zn2＋的濃度為≈0.01 mol·L－1。第59講　無機化工流程題的解題策略
[復習目標]　1.提升應用物質的轉化及條件控制、分離提純操作等相關知識解決實際問題的能力。2.樹立“綠色化學”的觀念，形成資源綜合利用、物能充分利用的意識。
1．常考無機化工流程的呈現形式
2．讀圖要領
(1)箭頭：進入的是投料(反應物)，出去的是含產品中元素的物質(流程方向)、副產物或雜質(支線方向)。
(2)三線：出線和進線均表示物料流向或操作流程，可逆線表示物質循環。
3．流程圖中主要環節的分析
(1)原料的預處理
①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、鹽酸等。
水浸 與水接觸發生反應或溶解
浸出 固體加水(酸)溶解得到離子
酸浸 在酸溶液中反應，使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去
浸出率 固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少
②灼燒、焙燒、煅燒：改變結構，使一些物質能溶解，并使一些雜質在高溫下氧化、分解。
③審題時要“瞻前顧后”，注意物質性質及反應原理的前后聯系。
(2)核心反應——陌生方程式的書寫
①氧化還原反應：熟練應用氧化還原反應規律判斷產物，并根據化合價升降相等配平。
②非氧化還原反應：結合物質性質和反應實際判斷產物。
(3)常用的分離方法
①過濾：分離難溶物和易溶物，根據特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法。
②萃取和分液：利用溶質在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。
③蒸發結晶：提取溶解度隨溫度變化不大的溶質，如從溶液中提取NaCl。
④冷卻結晶：提取溶解度隨溫度變化較大的溶質、易水解的溶質或結晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
⑤蒸餾或分餾：分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和甘油。
⑥冷卻法：利用氣體液化的特點分離氣體，如合成氨工業采用冷卻法分離平衡混合氣體中的NH3。
一、調控化學反應速率提高效率
1．向鉻鐵礦(FeCr2O4)中通入O2進行焙燒，焙燒時氣體與礦料逆流而行，目的是___________。
答案　增大反應物接觸面積，提高化學反應速率
2．將催化劑負載在玻璃棉上而不直接平鋪在玻璃管中，目的是_____________________。
答案　增大接觸面積，提高催化效果，加快反應速率
3．[2020·北京，18(1)①]酸、過量鐵屑對軟錳礦(MnO2)進行溶出前需研磨。目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　增大反應物接觸面積，加快溶出速率
4．向金屬Bi中加入稀HNO3酸浸，過程中分次加入稀HNO3可降低反應劇烈程度，其原理是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　減少稀HNO3的用量，降低反應劇烈程度，使HNO3充分反應防止揮發
解析　強調分次加入對反應的影響：①控制用量，防止過量發生副反應；②降低反應劇烈程度；③防止放熱反應溫度過高，造成副反應的發生，以及物質的揮發、分解。
二、結晶與分離提純操作應用
5．[2021·河北，14(4)②]向含NH4Cl的濾液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)＋NH4Cl(aq)―→NaCl(aq)＋NH4Cl(s)過程。為使NH4Cl沉淀充分析出并分離，根據NaCl和NH4Cl溶解度曲線，需采用的操作__________、__________、洗滌、干燥。
答案　冷卻結晶　過濾
解析　由曲線NH4Cl的溶解度隨升溫而增大，NaCl的溶解度隨升溫變化不明顯，使NH4Cl沉淀充分析出，采用冷卻結晶析出NH4Cl→過濾→洗滌→干燥。
6．[2019·全國卷Ⅰ，27(4)]由硫酸鐵與硫酸銨的混合溶液，通過________________操作，經干燥得到硫酸鐵銨晶體樣品。
答案　加熱濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌
7．[2019·全國卷Ⅲ，27(5)改編]過濾得到乙酰水楊酸結晶粗品，該固體經純化得白色的乙酰水楊酸晶體，采用的“純化”方法為_______________________________________。
答案　重結晶
8．[2021·湖南，15(1)]以碳酸氫銨和氯化鈉為原料制備碳酸鈉，并測定產品中少量碳酸氫鈉的含量，過程如下：
已知：(i)當溫度超過35 ℃時，NH4HCO3開始分解。
(ii)相關鹽在不同溫度下的溶解度表(g/100 g H2O)
溫度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3
NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0
NaHCO3 6.9 8.2 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.2
晶體A的化學式為______________，晶體A能夠析出的原因是________________
________________________________________________________________________。
答案　NaHCO3　在30～35 ℃時NaHCO3的溶解度最小(答案合理即可)
三、沉淀金屬離子和除雜條件分析
9．[2021·全國乙卷，26(2)]磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節約和充分利用資源，通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。
該工藝條件下，有關金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表。
金屬離子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
開始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時用氨水逐步調節pH至11.6，依次析出的金屬離子是__________________________。
答案　Fe3＋、Al3＋、Mg2＋
10．[2020·北京，18(2)]由硫酸浸出的Mn2＋溶出液(含Mn2＋、Fe2＋、Al3＋、Fe3＋、H＋等)經純化得Mn2＋純化液。已知：MnO2的氧化性與溶液pH有關。金屬離子沉淀的pH如下表：
Fe3＋ Al3＋ Mn2＋ Fe2＋
開始沉淀時 1.5 3.4 5.8 6.3
完全沉淀時 2.8 4.7 7.8 8.3
純化時先加入MnO2，后加入NH3·H2O，調溶液pH≈5，說明試劑加入順序及調節pH的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　先加MnO2，可利用溶液的酸性將Fe2＋全部氧化為Fe3＋，再加NH3·H2O調溶液pH≈5，將Fe3＋和Al3＋沉淀除去
四、溫度控制分析
11．TiO2·xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應40 min所得實驗結果如下表所示：
溫度/℃ 30 35 40 45 50
TiO2·xH2O轉化率/% 92 95 97 93 88
分析40 ℃時，TiO2·xH2O轉化率最高的原因：_______________________________
________________________________________________________________________。
答案　低于40 ℃ TiO2·xH2O轉化反應速率隨溫度的升高而增加；超過40 ℃，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2·xH2O轉化率下降
12．[2021·福建，11(1)(2)(5)]四鉬酸銨是鉬深加工的重要中間產品，具有廣泛的用途。一種以鉬精礦(主要含MoS2，還有Cu、Fe的化合物及SiO2等)為原料制備四鉬酸銨的工藝流程如圖所示。
回答下列問題：
(1)“焙燒”產生的氣體用________吸收后可制取氮肥。
(2)“浸出”時，MoO3轉化為MoO。提高單位時間內鉬浸出率的措施有_________________________________________________________(任寫兩種)。
溫度對90 min內鉬浸出率的影響如圖所示。當浸出溫度超過80 ℃后，鉬的浸出率反而降低，主要原因是溫度升高使水大量蒸發，導致____________________________________。
(5)“沉淀”時，加入NH4NO3的目的是____________________。
答案　(1)氨水　(2)適當升溫、攪拌、增加Na2CO3用量、增大Na2CO3濃度等　Na2MoO4晶體析出，混入浸渣　(5)提供NH，使MoO充分轉化為沉淀析出
解析　(1)“焙燒”產生的氣體為SO2，用氨水吸收后可制取氮肥。
五、信息的提取與加工
13．[2022·湖南，17(3)(4)]以鈦渣(主要成分為TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物雜質)為原料，制備金屬鈦的工藝流程如下：
已知“降溫收塵”后，粗TiCl4中含有的幾種物質的沸點：
物質 TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3
沸點/℃ 136 127 57 180
回答下列問題：
(3)“除釩”過程中的化學方程式為__________________；“除硅、鋁”過程中，分離TiCl4中含Si、Al雜質的方法是________________________________________________。
(4)“除釩”和“除硅、鋁”的順序______(填“能”或“不能”)交換，理由是
________________________________________________________________________。
答案　(3)3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3　蒸餾　(4)不能　若先“除硅、鋁”再“除釩”，“除釩”時需要加入Al，又引入Al雜質
解析　(3)“降溫收塵”后釩元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根據得失電子守恒和元素守恒配平化學方程式為3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3；AlCl3、SiCl4與TiCl4沸點差異較大，“除硅、鋁”過程中可采用蒸餾的方法分離AlCl3、SiCl4。
課時精練
1．利用某鈷礦石(主要成分為Co2O3)制取Co(OH)2粗品及其他工業產品的工藝流程如圖1所示。
已知：浸出液中含有的陽離子主要有H＋、Cu2＋、Co2＋、Fe2＋、Mg2＋。
回答下列問題：
(1)鈷礦石浸出時加入Na2SO3的目的為________________________________。
(2)溶液中lg c(X)(X表示Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋、Co2＋、Mg2＋、Ca2＋)與pH的變化關系如圖2所示(離子濃度小于10－5 mol·L－1時可認為已除盡)，在萃取余液中通入空氣的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
用熟石灰調pH至3.2，過濾1所得濾渣的主要成分為________，萃取和反萃取的目的是________________________________________________________________________。
(3)用氧化鎂調濾液1的pH為9.1時，得到的氫氧化鈷粗品中含有的主要雜質為____________，多次洗滌可提高粗產品中鈷含量。“過濾2”后所得濾液直接排放會造成水體污染，須進行處理，用熟石灰調節pH使c(Mg2＋)≤10－5 mol·L－1，則Ksp[Mg(OH)2]＝________。
答案　(1)將Co3＋還原為Co2＋　(2)氧化浸出液中的Fe2＋，便于調pH除去　Fe(OH)3　除去Cu2＋　(3)CaSO4、MgSO4　10－10.8
解析　流程分析：
2．錳常用于制造合金錳鋼。某化工廠以軟錳礦(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3、CaO等少量雜質)為主要原料制取金屬錳的工藝流程如圖1所示。
(1)“浸錳”步驟中往往有副產物MnS2O6生成，溫度對“浸錳”反應的影響如圖2所示。為減少MnS2O6的生成，“浸錳”的適宜溫度是________，“濾渣Ⅰ”的成分是____________(填化學式)。該步驟中可以再加入MnSO4以促進“濾渣Ⅰ”析出，結合平衡移動原理分析其原因：____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)“濾液Ⅰ”中需要先加入MnO2充分反應后再調pH，寫出加入MnO2時發生反應的離子方程式：
________________________________________________________________________。
(3)“濾液Ⅱ”中加入MnF2的目的是除去溶液中的Ca2＋，已知25 ℃時，Ksp(CaF2)＝3.2×10－11，則常溫下CaF2在純水中的溶解度為________g。
答案　(1)90 ℃　SiO2、CaSO4　c(SO)增大，使平衡Ca2＋(aq)＋SO(aq)??CaSO4(s)正向移動，促進CaSO4析出　(2)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O　(3)1.56×10－3
解析　流程分析：
(3)常溫下CaF2溶解在純水中，則溶液中2c(Ca2＋)＝c(F－)，由Ksp(CaF2)＝c(Ca2＋)·c2(F－)可知，Ksp(CaF2)＝4c3(Ca2＋)＝3.2×10－11，解得c(Ca2＋)＝2×10－4 mol·L－1，則飽和CaF2溶液中c(CaF2)＝c(Ca2＋)＝2×10－4 mol·L－1，則常溫下CaF2在純水中的溶解度為1.56×10－3 g。
3．(2023·全國甲卷，26)BaTiO3是一種壓電材料。以BaSO4為原料，采用下列路線可制備粉狀BaTiO3。
回答下列問題：
(1)“焙燒”步驟中碳粉的主要作用是_______________________________________。
(2)“焙燒”后固體產物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”時主要反應的離子方程式為_________________________________________________________。
(3)“酸化”步驟應選用的酸是____________(填標號)。
a．稀硫酸 b．濃硫酸
c．鹽酸 d．磷酸
(4)如果焙燒后的產物直接用酸浸取，是否可行？__________________，其原因是________________________________________________________________________。
(5)“沉淀”步驟中生成BaTiO(C2O4)2的化學方程式為________________________。
(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，產生的∶nCO＝__________________。
答案　(1)做還原劑，將BaSO4還原　(2)S2－＋Ca2＋===CaS↓　(3)c　(4)不可行　CaS也會與鹽酸反應生成有毒氣體和可溶于水的CaCl2，影響產品純度　(5)BaCl2＋TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl　(6)1∶1
解析　由流程和題中信息可知，BaSO4與過量的碳粉及過量的氯化鈣在高溫下焙燒得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；燒渣經水浸取后過濾，濾渣中含碳粉和CaS，濾液中有BaCl2和BaS；濾液經酸化后濃縮結晶得到BaCl2晶體，溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4將鋇離子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2經熱分解得到BaTiO3。(3)浸取后濾液中主要為BaCl2和BaS，為不引入雜質，“酸化”步驟應選用鹽酸。(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，該反應的化學方程式為BaTiO(C2O4)2BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，產生的∶nCO ＝1∶1。
4．[2022·遼寧，16(1)(2)(3)(4)(5)(6)]某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3，含有FeS2、SiO2雜質)與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯合焙燒法制備BiOCl和MnSO4，工藝流程如下：
已知：①焙燒時過量的MnO2分解為Mn2O3，FeS2轉變為Fe2O3；
②金屬活動性：Fe>(H)>Bi>Cu；
③相關金屬離子形成氫氧化物的pH范圍如下：
開始沉淀pH 完全沉淀pH
Fe2＋ 6.5 8.3
Fe3＋ 1.6 2.8
Mn2＋ 8.1 10.1
回答下列問題：
(1)為提高焙燒效率，可采取的措施為_________________________。
a．進一步粉碎礦石
b．鼓入適當過量的空氣
c．降低焙燒溫度
(2)Bi2S3在空氣中單獨焙燒生成Bi2O3，反應的化學方程式為___________________。
(3)“酸浸”中過量濃鹽酸的作用為：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②_______________________。
(4)濾渣的主要成分為________________(填化學式)。
(5)生成氣體A的離子方程式為____________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)加入金屬Bi的目的是__________________________________________________。
答案　(1)ab　(2)2Bi2S3＋9O22Bi2O3＋6SO2　(3)抑制金屬離子水解　(4)SiO2　(5)Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O　(6)將Fe3＋轉化為Fe2＋
解析　(1)聯合焙燒時，進一步粉碎礦石，可以增大礦石與空氣的接觸面積，能夠提高焙燒效率，選項a符合題意；鼓入適當過量的空氣有利于礦石充分反應，選項b符合題意；降低焙燒溫度，反應速率減慢，不利于提高焙燒效率，選項c不符合題意。(6)由已知信息③知，調pH＝2.6時，Fe3＋會水解生成Fe(OH)3沉淀，但Fe2＋還沒開始沉淀，故要將Fe3＋轉化為Fe2＋，在調pH后獲得含FeCl2的濾液，為了不引入新的雜質，加入Bi作還原劑。
5．以固體廢鋅催化劑(主要成分為ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)為原料制備鋅的工藝流程如圖。
已知：①“浸取”時，ZnO、CuO轉化為[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋進入溶液；
②25 ℃時，Ksp(CuS )＝6.4×10－36，Ksp(ZnS )＝1.6×10－24；
③深度除雜標準：溶液中≤2.0×10－6。
(1)為提高鋅浸出率，采取的措施是______________________________；“浸取”溫度為30 ℃時，鋅浸出率可達90.6%，繼續升溫浸出率反而下降，其原因為________________。
(2)“操作a”的名稱為___________________________________________________。
(3)“深度除錳”是在堿性條件下將殘留的Mn2＋轉化為MnO2，離子方程式為________________________________________________________________________。
(4)“深度除銅”時，鋅的回收率、除銅效果[除銅效果以反應后溶液中銅鋅比表示]與(NH4)2S加入量[以×100%表示]的關系曲線如圖所示。
①當(NH4)2S加入量≥100%時，鋅的回收率下降的原因是_____________________(用離子方程式表示)，該反應的平衡常數為________(已知[Zn(NH3)4]2＋的K穩＝＝2.9×109)。
②“深度除銅”時(NH4)2S加入量最好應選______(填字母)。
A．100% B．110% C．120% D．130%
(5)測定反萃取水相中Zn2＋的濃度：量取20.00 mL反萃取水相于錐形瓶中，用0.010 0 mol·L－1 EDTA(乙二胺四乙酸鈉Na2H2Y)標準溶液滴定至終點(Zn2＋＋H2Y2－===ZnY2－＋2H＋)。重復實驗三次，平均消耗標準溶液22.30 mL。則反萃取水相中Zn2＋的濃度為________(保留兩位小數)。
答案　(1)將廢鋅催化劑粉碎　溫度升高，NH3揮發，使生成的[Zn(NH3)4]2＋減少　(2)分液
(3)Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===MnO2↓＋2NH＋2H2O
(4)①[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓＋4NH3　2.16×1014　②C　(5)0.01 mol·L－1
解析　廢鋅催化劑主要成分為ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2，加入過量NH3-NH4Cl溶液，生成[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋，同時生成Fe(OH)3、Mn(OH)2等，SiO2不溶解，過濾一起除去，再向濾液中加入H2O2溶液，進行深度除錳，反應的離子方程式為Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===MnO2↓＋2NH＋2H2O，再加入(NH4)2S，進行深度除銅，反應的離子方程式為[Cu(NH3)4]2＋＋S2－===CuS↓＋4NH3，過濾，除去MnO2和CuS，向濾液中加入萃取劑，使鋅進入有機萃取劑中，分液后，再向有機萃取劑中加入硫酸進行反萃取，得到硫酸鋅溶液，然后進行電解，得到鋅。(4)①當(NH4)2S加入量≥100%時，鋅的回收率下降的可能原因是[Zn(NH3)4]2＋與S2－結合生成了硫化鋅，離子方程式為[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓ ＋4NH3 ，該反應的平衡常數為K＝＝·＝×＝×≈2.16×1014。②當(NH4)2S加入量為120%時，銅鋅比約為2.0×10－6，達到深度除銅標準，繼續加大(NH4)2S加入量會導致鋅的回收率下降且不經濟，故選C。(5)由滴定原理：Zn2＋＋H2Y2－===ZnY2－＋2H＋，n(Zn2＋)＝n(H2Y2－)＝0.010 0 mol·L－1×22.30×10－3 L＝2.23×10－4 mol，反萃取水相中Zn2＋的濃度為≈0.01 mol·L－1。第59講　無機化工流程題的解題策略
[復習目標]　1.提升應用物質的轉化及條件控制、分離提純操作等相關知識解決實際問題的能力。2.樹立“綠色化學”的觀念，形成資源綜合利用、物能充分利用的意識。
1．常考無機化工流程的呈現形式
2．讀圖要領
(1)箭頭：進入的是投料(反應物)，出去的是含產品中元素的物質(流程方向)、副產物或雜質(支線方向)。
(2)三線：出線和進線均表示物料流向或操作流程，可逆線表示物質循環。
3．流程圖中主要環節的分析
(1)原料的預處理
①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、鹽酸等。
水浸 與水接觸發生反應或溶解
浸出 固體加水(酸)溶解得到離子
酸浸 在酸溶液中反應，使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去
浸出率 固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少
②灼燒、焙燒、煅燒：改變結構，使一些物質能溶解，并使一些雜質在高溫下氧化、分解。
③審題時要“瞻前顧后”，注意物質性質及反應原理的前后聯系。
(2)核心反應——陌生方程式的書寫
①氧化還原反應：熟練應用氧化還原反應規律判斷產物，并根據化合價升降相等配平。
②非氧化還原反應：結合物質性質和反應實際判斷產物。
(3)常用的分離方法
①過濾：分離難溶物和易溶物，根據特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法。
②萃取和分液：利用溶質在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。
③蒸發結晶：提取溶解度隨溫度變化不大的溶質，如從溶液中提取NaCl。
④冷卻結晶：提取溶解度隨溫度變化較大的溶質、易水解的溶質或結晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
⑤蒸餾或分餾：分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和甘油。
⑥冷卻法：利用氣體液化的特點分離氣體，如合成氨工業采用冷卻法分離平衡混合氣體中的NH3。
一、調控化學反應速率提高效率
1．向鉻鐵礦(FeCr2O4)中通入O2進行焙燒，焙燒時氣體與礦料逆流而行，目的是______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
2．將催化劑負載在玻璃棉上而不直接平鋪在玻璃管中，目的是________________________
______________________________________________________________________________。
3．[2020·北京，18(1)①]酸、過量鐵屑對軟錳礦(MnO2)進行溶出前需研磨。目的是______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
4．向金屬Bi中加入稀HNO3酸浸，過程中分次加入稀HNO3可降低反應劇烈程度，其原理是____________________________________________________________________________。
二、結晶與分離提純操作應用
5．[2021·河北，14(4)②]向含NH4Cl的濾液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)＋NH4Cl(aq)―→NaCl(aq)＋NH4Cl(s)過程。為使NH4Cl沉淀充分析出并分離，根據NaCl和NH4Cl溶解度曲線，需采用的操作________、__________、洗滌、干燥。
6．[2019·全國卷Ⅰ，27(4)]由硫酸鐵與硫酸銨的混合溶液，通過________________________
操作，經干燥得到硫酸鐵銨晶體樣品。
7．[2019·全國卷Ⅲ，27(5)改編]過濾得到乙酰水楊酸結晶粗品，該固體經純化得白色的乙酰水楊酸晶體，采用的“純化”方法為______________________________________________。
8．[2021·湖南，15(1)]以碳酸氫銨和氯化鈉為原料制備碳酸鈉，并測定產品中少量碳酸氫鈉的含量，過程如下：
已知：(i)當溫度超過35 ℃時，NH4HCO3開始分解。
(ii)相關鹽在不同溫度下的溶解度表(g/100 g H2O)
溫度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3
NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0
NaHCO3 6.9 8.2 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.2
晶體A的化學式為________________________________，晶體A能夠析出的原因是______________________________________________________________________________。
三、沉淀金屬離子和除雜條件分析
9．[2021·全國乙卷，26(2)]磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節約和充分利用資源，通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。
該工藝條件下，有關金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表。
金屬離子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
開始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時用氨水逐步調節pH至11.6，依次析出的金屬離子是__________________________。
10．[2020·北京，18(2)]由硫酸浸出的Mn2＋溶出液(含Mn2＋、Fe2＋、Al3＋、Fe3＋、H＋等)經純化得Mn2＋純化液。已知：MnO2的氧化性與溶液pH有關。金屬離子沉淀的pH如下表：
Fe3＋ Al3＋ Mn2＋ Fe2＋
開始沉淀時 1.5 3.4 5.8 6.3
完全沉淀時 2.8 4.7 7.8 8.3
純化時先加入MnO2，后加入NH3·H2O，調溶液pH≈5，說明試劑加入順序及調節pH的原因：__________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
四、溫度控制分析
11．TiO2·xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應40 min所得實驗結果如下表所示：
溫度/℃ 30 35 40 45 50
TiO2·xH2O轉化率/% 92 95 97 93 88
分析40 ℃時，TiO2·xH2O轉化率最高的原因：______________________________________
______________________________________________________________________________。
12．[2021·福建，11(1)(2)(5)]四鉬酸銨是鉬深加工的重要中間產品，具有廣泛的用途。一種以鉬精礦(主要含MoS2，還有Cu、Fe的化合物及SiO2等)為原料制備四鉬酸銨的工藝流程如圖所示。
回答下列問題：
(1)“焙燒”產生的氣體用________吸收后可制取氮肥。
(2)“浸出”時，MoO3轉化為MoO。提高單位時間內鉬浸出率的措施有__________________
_____________________________________________________________________(任寫兩種)。
溫度對90 min內鉬浸出率的影響如圖所示。當浸出溫度超過80 ℃后，鉬的浸出率反而降低，主要原因是溫度升高使水大量蒸發，導致__________________________________________。
(5)“沉淀”時，加入NH4NO3的目的是____________________________________________
______________________________________________________________________________。
五、信息的提取與加工
13．[2022·湖南，17(3)(4)]以鈦渣(主要成分為TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物雜質)為原料，制備金屬鈦的工藝流程如下：
已知“降溫收塵”后，粗TiCl4中含有的幾種物質的沸點：
物質 TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3
沸點/℃ 136 127 57 180
回答下列問題：
(3)“除釩”過程中的化學方程式為________________________________；“除硅、鋁”過程中，分離TiCl4中含Si、Al雜質的方法是________。
(4)“除釩”和“除硅、鋁”的順序______(填“能”或“不能”)交換，理由是__________
______________________________________________________________________________。

展開更多......

收起↑