广东仲元中学2012届高三化学专题训练 十一：化工流程图

专题十一：流程图

例题1：工业流程图： 2010年广东卷32．

碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。以-锂辉石（主要成分为Li2O·Al2O3·4SiO2）为原料制备Li2CO3的工艺流程如下：

已知：Fe3、Al3、Fe2和Mg2以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和

＋

＋

＋

＋

12.4；Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303 K下的溶解度分别为34.2 g、12.7 g和1.3 g。 ⑴步骤I前，-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是________________。

33222

⑵步骤I中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li、SO24，另含有Al、Fe、Fe、Mg、Ca、Na

＋

＋

＋

＋

＋

＋

＋

等杂质，需在搅拌下加入_____________（填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”）以调节溶液的pH

到6．0～6．5，沉淀部分杂质离子，然后分离得到浸出液。

⑶步骤II中，将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中，可除去的杂质金属离子有 。

⑷步骤III中，生成沉淀的离子方程式为________________。 ⑸从母液中可回收的主要物质是_____________________。 例1【分析】

本题是一个工艺生产背景，目的是用锂、铝硅酸盐制备Li2CO3。

大致浏览流程图知道第Ⅰ段是把锂元素转移到溶液中，第Ⅱ段是除去杂质，第Ⅲ段是反应生成产品。

第（1）小题，固体粉碎后接着进行酸浸，要发生化学反应，故其直接目的是增大固体与硫酸的接触面积，增大了反应速率，间接目的是使单位时间内锂元素的浸出率更高。

第（2）小题，要求用调节pH的方法使杂质离子沉淀除去，显然需要用到题干中几种阳离子的沉淀pH信息，调节前是酸浸得到的溶液，硫酸必然是过量的故酸性较强，调节的目的应该是使pH升高，故应加入可以中和酸的物质。

第（3）小题，隐含的信息更多了，这时需要把物质的转化流程梳理一下： ．．．．．．．

调节pH到6.5 适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3

Ⅰ预处理 Ⅱ分离提纯 Ⅲ核心反应 1

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物质流程：

＋

＋

-锂辉石 Li、SO42-、＋3＋＋H、Al、＋＋Fe3、Fe2、＋＋Mg2、Ca2 Li、SO42-、＋＋H、Fe2、＋＋Mg2、Ca2 ＋Li、SO42- ＋Na ＋Na、SO42- ＋CO32-、Li ＋Fe(OH)3、Al(OH)3 ＋

＋

＋

＋

Fe(OH)3、Mg(OH)2 CaCO3 ＋

调节pH到6.5只能除去H、Al3、Fe3，而且还引入了Ca2，说明还存在的杂质离子是Fe2、Mg2、Ca2、Na，H2O2溶液是氧化剂可将Fe2氧化为Fe3，石灰乳可接着将Mg2和Fe3沉淀，而Na2CO3

＋

＋

＋

＋

＋

＋

＋

溶液可将Ca2沉淀，而Na仍然在溶液中。

第（4）小题，溶液中主要是Li2SO4，结合题干中的溶解度信息，生成的沉淀应该是Li2CO3。 第（5）小题，沉淀反应发生前，溶液中含大量的Li2SO4和少量Na，沉淀反应后溶液中留下大量Na2SO4和可能过量的少量Na2CO3，题目问主要物质，答Na2SO4即可。 例题2：实验流程图：（2009广一模）19．

硫铁矿烧渣（主要成分为Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2等）是生产硫酸的工业废渣，其综合利用对环境保护具有现实意义。利用硫铁矿烧渣制备铁红等产品的实验流程如下：

还原剂 硫酸 碳酸氢铵 焙烧 FeCO3固体 洗涤、干燥 煅烧 产品Ⅰ（铁红）

硫铁矿

烧渣 ＋

酸浸、过滤 (NH4)2SO4溶液 合成 KCl 合成 产品Ⅱ（无氯钾肥）

已知几种盐的溶解度随温度变化的曲线如下图所示： 回答下列问题：

溶解度（g/100g水） 硫酸铵 氯化铵 氯化钾

（1）酸浸、过滤后滤液中的金属阳离子是_____________。 （2）煅烧FeCO3生成产品I的化学反应方程式为 ________________________________。实验室 进行煅烧操作所需仪器除了酒精灯、泥三角、三脚架、

硫酸钾

0 20 40 60 80 温度（℃） 100 玻璃棒外，还有__________。

（3）产品Ⅱ的化学式为_______________，为了获得产品Ⅱ，向(NH4)2SO4

溶液中加入KCl溶液后，还需要进行的操作是： 。 （4）检验产品II中是否含有氯化物杂质的实验操作是：取少量产品Ⅱ于试管中配成溶液， 。

例2【分析】

2

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本题实验目的是利用硫铁矿烧渣制备铁红等产品。

大致浏览流程图知道第Ⅰ段是把硫铁矿加还原剂焙烧反应，使铁元素以+2的Fe形式存在，第Ⅱ段酸浸，将Fe转移到溶液中，同时过滤除去SiO2，第Ⅲ段是核心反应，通过反应生成产品。

物质流程：

Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2 SO42-、Fe2、H ＋＋2+

2+

FeCO3 (NH4)2SO4 Fe2O3 K2SO4 ＋

SiO2 第（1）小题，根据物质流程分析，酸浸、过滤后滤液中的金属阳离子是Fe2。

第（2）小题，考察陌生方程式的书写，结合物质的类别、化合价情况确认反应发生的本质；确．定最关键的反应物和生成物；配平关键反应物和生成物；再根据守恒配平或补充其他辅助反应物和产．．．．．．．．．．．．．

物；依据题目信息写好反应条件。 答案４FeCO3+O2

2Fe2O3+4CO2。

第二空是基本仪器使用考察。答案：坩埚、坩埚钳。

第（3）小题，根据反应物，根据产物信息“产品Ⅱ（无氯钾肥）”，不难推出产物是K2SO4。根据溶解度曲线可获取信息：相同温度下，K2SO4的溶解度最小。对溶液进行蒸发浓缩，在各物质量相当的情况下，K2SO4先达到饱和析出，为了避免其他物质的析出，浓缩到一定程度需要进行趁热过滤，得到K2SO4晶体。答案：蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥。

第（4）小题，考察常见离子的检验方法及基本操作。明确待测对象：K2SO4晶体中混有的Cl-，正确选择检验试剂（AgNO3溶液），注意离子检验中，排除其他离子的干扰，Ag2SO4微溶于水，所以需加入过量Ba(NO3)2溶液排除SO42-的干扰。操作表述时注意量的问题。答案：滴加过量Ba(NO3)2溶液，过滤后向滤液滴加AgNO3溶液。 【反思】

一、解答一道工艺（实验）流程图试题的程序是什么？

1．首先要通过阅读文字说明，清楚试题背景是工业生产还是实验室研究，准确抓住工艺（实验）的目的是什么，还提供了哪些信息（原料成分？含量？产品成分？从用途能看出什么性质？）

2．然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段； 3．接下来可以先看看设问，使下一步的深入分析重点更明确；

4．然后再带着质与量的意识具体分析各个化学过程（必要时才使用参考数据），组织语言回答设问。

二、解题技巧：

1、读懂流程：首先把操作流程→物质流程（标出各步流程的主要成分） 2、把操作的目的明确分类，提炼有关操作的方法 （1）预处理：粉碎、研磨；酸溶（浸）、碱溶、灼烧、煅烧

目的：增大表面积，加快后续过程溶解或反应速率、高温分解或氧化 （2）分离提纯

化学方法：调节pH值（调高或调低）、蒸发、反应时的气体氛围 物理方法：过滤（趁热过滤）、蒸发结晶或冷却结晶、重结晶、洗涤 3．工艺（实验）流程图试题常常在哪些地方设问？

3

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（一）反应速率理论在实际生产中的运用

将反应速率理论运用于实际生产中工艺条件的选择在近年试题中出现过多次，应从反应物接触面积、接触机会、温度、反应物浓度、催化剂等方面思考，思考时应充分结合试题的实际情景和物质的性质。若为不同相之间的反应都会有接触面积的问题，而增大接触面积的具体措施有不同，如固体可以用粉碎的方法，液体可以用喷洒的方法，气体可以用多孔分散器等。接触机会一般受混合是否充分影响，如搅拌、混溶等措施。温度、浓度等措施在运用时须确保反应物或生成物的性质保持稳定。也有一些反应因为过快而要适当降低速率，常常从温度和浓度角度采取措施。加压一般是提高气体反应物浓度的措施，但在气体和固体、液体反应的体系中并不适宜。一般情况下，水溶液中发生的常见的离子反应除了控制合适的pH外较少考虑催化剂的条件，而在有机反应、混合气体反应的情况下，催化剂常常是十分重要的影响因素。

此外，在实际生产中反应速率问题往往放在生产效益的大背景下考虑，因此通过加快反应速率来．．．．．．．．．．．．．提高原料转化率和产品产量是很普遍的，这一点与化学平衡中转化率的讨论不应混淆。

1、传统合成氨工业中，提高化学反应速率的措施有__________________________。

2、（自2008广东）科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应，生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、N2压力1.0×105 Pa、反应时间3 h)：

T／K NH3生成量／(10－6 303 mol) 4.8 313 5.9 323 6.0 353 2.0 相应的热化学方程式如下： N2(g)+3H2O(1)==2NH3(g)+

3O2(g) △H1=+765.2 kJ·mol-1 2与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议： ______________________ 。

3、（2011广一模）31．亚氯酸钠（NaClO2）主要用于棉纺、造纸业的漂白剂，也用于食品消毒、水处理等，亚氯酸钠受热易分解。以氯酸钠等为原料制备亚氯酸钠的工艺流程如下：

NaClO3 H2SO4 溶解 SO2 反应1 ClO2 母液 H2O2、NaOH 反应2 减压蒸发55℃ 冷却结晶 粗产品

（1）提高“反应1”反应速率的措施有_________________、__________________等。 （3）采取“减压蒸发”而不用“常压蒸发”，原因是_________________________________。 （二）陌生氧化还原反应方程式的书写步骤

①结合物质的类别、化合价情况确认反应发生的本质；②确定最关键的反应物和生成物；③配平．．．．．．．．．．．．．．．

4

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关键反应物和生成物；④再根据守恒配平或补充其他辅助反应物和产物；⑤依据题目信息写好反应条件；⑥结合反应条件和反应体系所处的环境对各物质的存在形式、状态进行修正。 1、氯气与Na2S2O3溶液：______________________________________________；

2、酸性高锰酸钾溶液与草酸溶液：__________________________________________； 3、NaClO与尿素CO(NH2)2反应，生成物除盐外，都是能参与大气循环的物质： 。 （三）物质转化分析中注意量的意识

根据问题提示分析以下工艺流程，体会关注量的重要性。

以氯化钠（混有少量KCl）和硫酸铵为原料制备氯化铵及副产品硫酸钠，工艺流程如下：

溶解度/g 氯化钠 硫酸铵 80 70 60 50 40 30 20 20 30 40 50 60 70 80 90 100

混合 溶解 蒸发 浓缩 趁热 过滤 Na2SO4 滤液 冷却 结晶 滤液

过滤 NH4Cl 洗涤 干燥 NH4Cl产品

氯化铵

硫酸钠 温度/℃

氯化铵和硫酸钠的溶解度随温度变化如上图所示。思考：

①欲制备107g NH4Cl，理论上需多少克NaCl？ ②混合溶解后溶液中含有什么离子？含量大不大？

③蒸发浓缩为什么会析出硫酸钠？溶液中离子的种类和含量有什么变化？ ④蒸发浓缩到什么程度为宜？

⑤为什么要趁热过滤？滤液成分是什么？

⑥冷却为什么会析出氯化铵？会不会析出硫酸钠？为什么？ ⑦冷却到什么程度合适？ ⑧最后得到的溶液成分是什么？ ⑨洗涤什么？ ⑩KCl是如何除去的？

【练习】1.（16分）由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用钢材镀铝。工艺流程如下： （注：NaCl熔点为801℃；AlCl3在181℃升华）

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（1）精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为① 和②

（2）将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除Cl2外还含有 ；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在 （3）在用废碱液处理A的过程中，所发生反应的离子方程式为

（4）镀铝电解池中，金属铝为 极，熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl4 和Al2Cl7形式存在，铝电极的主要电极反应式为

（5）钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是

2．（2010广调研）某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物，工业上以该废渣为原料生产CuCl2·2H2O的工艺流程如下：

废气 废渣 NaCl 粉碎 空气 焙烧 盐酸 酸浸 试剂A 调节pH至3～4 过滤 滤渣 高温 ―

―

滤液B „„ CuCl2·2H2O

回答下列问题：

（1）焙烧过程中发生的主要反应为： CuS+ NaCl+ O2

CuCl2+ Na2SO4。配平

上述化学方程式。

（2）试剂A应选用 。（填编号）

①NaClO ②Cl2 ③H2O2溶液 ④浓硫酸 理由是 。 （3）滤液B中大量含有的离子有 。

溶

解110度/g 100908070605040CuCl2 （4）为了获得CuCl2·2H2O晶体，对滤液B进行的操作是：蒸发浓缩，趁热过滤，滤液经冷却结晶，过滤得到产品。分析有关物

3020100203040Na2SO4 5060708090100 6

温度 /℃ 广东仲元中学2012届高三化学专题训练 刘国忠

质的溶解度曲线（如图），“趁热过滤”得到的固体是_________________，“冷却结晶”过程中，析出CuCl2·2H2O晶体的合适温度为 。

3．（16分）磁材氧化铁的化学名称是氧化铁（Fe2O3），它是电子、电信工业的磁性材料，工业上采用生产钛白粉的下脚料（含大量FeSO4的废液）为原料来制备磁材氧化铁。流程如下图所示： （ 已知煅烧中的化学反应方程式为：FeCO3 → FeO + CO2↑，4FeO + O2 → 2Fe2O3 ）

（1）用98%的H2SO4的配制500mL的20%的H2SO4，所需玻璃仪器是： 。

A、玻璃棒 B、烧杯 C、漏斗 D、250mL容量瓶 E、500mL容量瓶 F、胶头滴管

（2）A溶液中各离子的浓度比较大小为： ；写出A溶液中水解离子方程式： 。 （3）20%H2SO4和铁皮的作用分别是 。 （4）检验滤液中含有NH4+的操作方法是 。 （5）写出步骤“合成”中发生的化学变化（用化学方程式表示）： 。 4．（14分）MnO2是一种重要的无机功能材料，粗MnO2的提纯是工业生产的重要环节。某研究性学习小组设计了将粗MnO2（含有较多的MnO和MnCO3）样品转化为纯MnO2的实验，其流程如下：

③通入热NaOH 含NaClO3 溶液中 CO2 Cl2 ②加NaClO3 蒸发 粗的固体 MnO2 ①加稀H2SO4 溶液 滤液 样品 滤液 过滤

过滤 MnO2 MnO2 （1）第①步加稀H2SO4时，粗MnO2样品中的 （写化学式）转化为可溶性物质。 （2）第②步反应的离子方程式是：

＋ ClO3＋ ＝ MnO2↓＋ Cl2↑＋ ；反应中氧化剂是 。 （3）第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台（含铁圈）、 、 、玻璃棒。

（4）若粗MnO2样品的质量为12.69g，第①步反应后，经过滤得到8.7g MnO2，并收集到0.224LCO2

7

—

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（标准状况下），则在第①步反应中至少需要 mol H2SO4。

（已知摩尔质量：MnO2 -87g/mol； MnO-71g/mol； MnCO3-115 g/mol）

5．（16分）硫酸工业中废渣的成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO。某探究性学习小组的同学设计以下方案，进行硫酸渣中金属元素的提取实验。

已知：阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH：

沉淀物 pH －

Fe(OH)3 3．4 Al(OH)3 5．2 －

Mg(OH)2 12．4 一水合氨电离常数Kb=1.8×105，其饱和溶液中c(OH)约为1×10-3mol·L-1。 请回答：

（1）写出A与氢氟酸反应的化学方程式： 。 （2）上述流程中两次使用试剂X，推测试剂X是 （填以下字母编号） A．水 B．氧化铝 C．氨水 D．氢氧化钠

（3）溶液D到固体E过程中需要控制溶液pH=13，如果pH过小，可能导致的后果 是 。（任写2点） （4）写出FH的反应离子方程式： 。

－

－

（5）证明H溶液的主要阴离子（Cl、OH除外）的方法是 。

练习答案：

1．（1）①2Al +Fe2O3= Al 2O3+2Fe ②4Al+3SiO2===3Si+ 2Al 2O3（2）H2、AlCl3；NaCl。(3)Cl2+2OH

—

=Cl+ClO+H2O(4)阳极；阳极：Al-3e-=Al3+、（阴极：4Al2Cl7 +3e- = 7AlCl4+Al ）(5)铝在空气中

—

—

―

―

易形成一层极薄的致密而坚固的氧化膜，它能阻止氧化深入内部，起到防腐保护作用 2．（16分）

（1）1 2 2 1 1（2分） （2）① （2分）

NaClO能将Fe2氧化为Fe3，且溶液显碱性，能增大溶液pH使Fe3沉淀（3分）

＋

＋

＋

（3）Cu2、Na、Cl、SO42 （3分）

＋

＋

－

－

（4）硫酸钠 （3分） 32℃（30～35℃不扣分） （3分）

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3．（16分）（1）ABEF （各1分，共4分，漏选1个扣1分，多选0分） （2）c(NH4+)> c(SO42—)> c( H+)> c(OH—) (2分) NH4+ + H2O NH3·H2O + H+ (2分) （3）抑制Fe2+水解，防止Fe2+被氧化 (2分)

（4）取少量滤液于试管中，加入足量浓NaOH溶液，加热，将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则滤液中含有NH4+。(3分) （5）FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑ 4．（14分）

（1）MnO2和MnCO3（2分，对一个1分，错一个扣1分，不计负分）

（2）5Mn2++2ClO3-+4H2O=5MnO2↓+Cl2↑+8H+（3分，补充物质全对给1分，配平2分），

—

ClO3（2分）；（3）蒸发皿 酒精灯（2分）； 5．（16分）

(1) SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O （3分） （2）D （3分）

（3）镁离子沉淀不完全或氢氧化铝溶解不完全 （各2分，共4分，合理即给分）

－－

（4）AlO2 + CO2 + 2H2O == Al(OH)3↓+ HCO3 （3分） （5）取1-2 mL H溶液，加入过量．．BaCl2（CaCl2）溶液，没有沉淀产生（2分，试剂用量不恰当，扣1分）；再滴加入NaOH溶液，有白色沉淀产生，（或再滴加入盐酸，有无色无味气体产生），证明含

－

有HCO3（1分）。 （合理即给分）

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