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工艺流程习题专练

教学过程

一、复习预习

1.金属元素化合物性质与反应

2.非金属元素有化合物性质与反应

3.过滤与洗涤

二、知识讲解

考点1题型模型

化学工艺流程题结构一般包括题头、题干和题尾三部分。题头一般简单介绍以何种物质(主要成分是什么、含什么杂质等，要注意一些关键信息)为原料制备哪种物质，以及物质的性质和用途。题干部分则是工业制备的简化工艺流程图。题尾部分则是根据工业生产流程中涉及到的化学知识命题者精心设计的系列问题。对于学生解题需要的未学过的信息在三个部分都有可能出现，审题时须全盘考虑。

考点2考点模型

(1)原料处理的方法和作用

①研磨：增大接触面积，加快溶解或加快反应速率。

②水浸：与水接触溶解或反应，可通过延长时间、搅拌或适当升温来加速，以提高浸出

率。

③酸浸：与酸接触反应而溶解，使可溶性离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。可通过

适当增大酸的浓度、升温和强力搅拌等加快反应速率。

④灼烧：除去可燃性杂质或使原料初步转化。

⑤煅烧：改变结构，使一些物质在后续过程中易溶解，并可使一些杂质(如有机物)在高

温下氧化、分解。

(2)实验条件的控制和目的

①调节溶液的pH值：使某些离子转变为沉淀而达到分离的目的，抑制某些离子的水解，

防止某些离子的氧化等。在题目中常以表格形式给出信息。

②控制体系的温度

a．控制低温：防止物质的分解，如NaHCO3、NH4HCO3、H2O2、HNO3(浓)等；防止物质的挥发，如盐酸、醋酸等；抑制物质的水解，如冰水洗涤，以防止洗涤过程中的溶解损耗；增大气体反应物的溶解度，使其被充分吸收。

b．采取加热：加速某固体的溶解，加快反应速率；减少气体生成物的溶解并使其逸出；

使平衡向需要的方向移动；趁热过滤，防止某物质降温时因析出而损耗或带入新的杂质。

c．控制范围：确保催化剂的催化效果，兼顾速率和转化率，追求更好的经济效益，防止副反应发生等。

(3)物质分离或提纯常用的化学方法

①溶解法：利用特殊溶剂把杂质溶解而除去，如Fe(Al)可用过量的NaOH溶液而除去

Al，CO2(HCl、H2O)先通过饱和食盐水，再通过浓H2SO4。

②沉淀法：a.加合适的沉淀剂(要使杂质离子充分沉淀，加入的沉淀剂必须过量，且在后

续步骤中易除去)。b.调节溶液的酸碱性。

③洗涤法：a.水洗，b.冰水洗，c.有机溶剂洗，其目的是：洗去目标物表面的杂质离子；

减少目标物的溶解损耗或增大有机杂质的溶解量；防止目标物形成结晶水合物；使晶体快速干燥。

(4)可循环物质的判断

①流程图中回头箭头的物质

②生产流程中后面新生成或新分离的物质(不要忽视结晶后的母液)，可能是前面某一步

反应的相关物质。

三、例题精析

【例题1】高锰酸钾是中学常用的试剂。工业上用软锰矿制备高锰酸钾流程如下。

(1)铋酸钠(NaBiO 3不溶于水)用于定性检验酸性溶液中Mn 2＋

的存在(铋的还原产物为Bi 3

＋

，Mn 的氧化产物为＋7价)，写出反应的离子方程式______________________。

(2)KMnO 4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒原理与下列物质相同的是________(填代号)。

a ．84消毒液(NaClO 溶液)

b ．双氧水

c ．苯酚

d ．75%酒精

(3)上述流程中可以循环使用的物质有________、________(写化学式)。

(4)理论上(若不考虑物质循环与制备过程中的损失)1 mol MnO 2可制得________ mol KMnO 4。

(5)该生产中需要纯净的CO 2气体。写出实验室制取CO 2的化学方程式________，所需气体产生装置是________(选填代号)。

(6)操作Ⅰ的名称是________；操作Ⅱ根据KMnO 4和K 2CO 3两物质在________(填性质)上的差异，采用________(填操作步骤)、趁热过滤得到KMnO 4粗晶体。【答案】(1)2Mn 2＋

＋5NaBiO 3＋14H ＋

===2MnO －

4＋5Bi 3＋

＋5Na ＋

＋7H 2O

(2)ab

(3)MnO 2 KOH (4)23

(5)CaCO 3＋2HCl===CaCl 2＋H 2O ＋CO 2↑ AC (6)过滤溶解度浓缩结晶

【解析】软锰矿的成分叫二氧化锰，是一种常见的锰矿物。软锰矿含锰为63.19%，是重要的锰矿石。软锰矿非常软，还不及人的指甲硬。它的颜色为浅灰到黑，具有金属光泽。如果用手去摸，它会像煤一样弄黑你的手。

第一步：将软锰矿与氢氧化钾在空气中共熔得锰酸钾：2MnO2+4KOH+O2==2K2MnO4+2H2O

第二步通CO2，加酸歧化：3K2MnO4+2CO2==2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3 (1)由于NaBiO 3不溶于水，在写离子方程式时，应保留其化学式。

(2)KMnO 4作为消毒剂，是利用其强氧化性，与84消毒液、H 2O 2的消毒原理相同。 (3)在流程图中，一开始用到MnO 2和KOH ，通入CO 2后，又产生MnO 2；加入石灰苛化，生成KOH ，所以MnO 2、KOH 可循环利用。 (4)MnO 2―→K 2MnO 4―→KMnO 4＋MnO 2 1

1－x

根据电子守恒得：x ＝2(1－x ) 解得：x ＝2

故理论上1 mol MnO 2可制得2

mol KMnO 4。

(5)实验室制CO 2气体，应选用CaCO 3和稀盐酸(或稀HNO 3)，可选用A 、C 装置。 (6)操作Ⅰ应使KMnO 4、K 2CO 3、MnO 2分离开，应采取过滤的方法，KMnO 4、K 2CO 3两种物质溶解度不同，采取浓缩结晶使KMnO 4晶体析出，然后再趁热过滤。

【例题2】(2012·广东理综，32)难溶性杂卤石(K 2SO 4·MgSO 4·2CaSO 4·2H 2O)属于“呆矿”，在

水中存在如下平衡： K 2SO 4·MgSO 4·2CaSO 4·2H 2O(s)

2Ca 2＋

＋2K ＋

＋Mg 2＋

＋4SO 2－

4＋2H 2O

为能充分利用钾资源，用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如下：

(1)滤渣主要成分有________和________以及未溶杂卤石。

(2)用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K＋的原因：

_____________。

(3)“除杂”环节中，先加入________溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入__________

溶液调滤液pH至中性。

(4)不同温度下，K＋的浸

出浓度与溶浸时间的关系见右图。由图可得，随着温度升高，

①________________，

②__________________。

(5)有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂，则溶浸过程中会发生：CaSO4(s)＋CO2－3CaCO3(s)

＋SO2－4

已知298 K时，K sp(CaCO3)＝2.80×10－9mol2·L－2，K sp(CaSO4)＝4.90×10－5mol2·L－2，求此温度下该反应的平衡常数K(计算结果保留三位有效数字)。

【答案】(1)Mg(OH)2CaSO4

(2)加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋与OH－结合生成Mg(OH)2沉淀，Mg2＋浓度减小，平衡正

向移动，K＋增多

(3)K2CO3H2SO4

(4)①溶浸平衡向右移动②K＋的溶浸速率增大

(5)CaSO4(s)＋CO2－3CaCO3(s)＋SO2－4的平衡常数K＝c SO2－4

c CO2－3，据K sp

(CaSO4)、

K sp(CaCO3)可知，c(SO2－4)＝K sp CaSO4

c Ca2＋，c(CO

2－

)＝

K sp CaCO3

c Ca2＋，则有K＝

c SO2－4

c CO2－3

＝K sp CaSO4

K sp CaCO 3＝

4.90×10－5

2.80×10－9＝1.75×10

4。

方法技巧要求用理论回答的试题，应采用“四段论法”：改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→有什么变化→得出什么结论。

【解析】解题时，要依据制备K2SO4的工艺流程，结合物质的分离与提纯的原则进行分析。

(1)杂卤石中加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋与OH－结合生成Mg(OH)2沉淀，CaSO

微溶于水，过滤后，滤渣中含有Mg(OH)2、CaSO4及未溶解的杂卤石。

(2)加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋与OH－结合生成Mg(OH)2沉淀，使c(Mg2＋)减小，杂卤石的溶解平衡正向移动，同时c(Ca2＋)与c(SO2－4)均增大，从而析出CaSO4沉淀，K＋留在滤液中。

(3)滤液中含有Ca2＋、OH－，可先加入过量K2CO3溶液，除去Ca2＋，过滤后，再加入稀H2SO4调节溶液的pH至中性。

(4)由图可知，随着温度升高，溶浸平衡向右移动，K＋的溶浸速率增大。

(5)CaSO4(s)＋CO2－3CaCO3(s)＋SO2－4的平衡常数K＝c SO2－4

c CO2－3。CaCO3

(s)、CaSO4(s)分别存在溶解平衡：CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋CO2－3(aq)，CaSO4(s)Ca2＋(aq)＋SO2－4(aq)，则有K sp(CaCO3)＝c(Ca2＋)·c(CO2－3)＝2.80×10－9mol2·L－2，K sp(CaSO4)＝c(Ca2＋)·c(SO2－4)＝

4.90×10－5mol2·L－2，那么K＝c SO2－4

c CO2－3＝

K sp CaSO4

c Ca2＋

K sp CaCO3

c Ca2＋

＝

K sp CaSO4

K sp CaCO3＝

4.90×10－5

2.80×10－9＝

1.75×104。

四、课堂运用

【基础】

1.锂被誉为“金属味精”，以LiCoO2（高钴酸锂）为正极材料的锂离子电池已被广泛

用作便携式电源。工业上常以β-锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6，还含有FeO、MgO、CaO 等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下：

已知：①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH：

②Li2CO3

(1)用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成：__________________________。

(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是__________________________________。

(3)写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式：________________________。

(4)洗涤所得Li2CO3沉淀要使用________(选填“热水”或“冷水”)，你选择的理由是

__________________________________。

(5)电解熔融氯化锂生产锂时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，原因是

________________________________________。

【答案】(1)Li2O·Al2O3·4SiO2

(2)除去反应Ⅰ中过量的H2SO4；控制pH，使Fe3＋、Al3＋完全沉淀

(3)Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓、Ca2＋＋CO2－3===CaCO3↓

(4)热水Li2CO3在较高温度下溶解度小，用热水洗涤可减少Li2CO3的损耗

(5)加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解生成Li2O，电解时产

生O2(其他合理答案均可)

【解析】(1)用氧化物表示LiAlSi2O6时，活泼的金属氧化物在前，不活泼的在后，水放在最后。

(2)加入CaCO3，可除去反应Ⅰ中过量的H2SO4，降低溶液中c(H＋)，根据pH＝5，可使

Fe3＋、Al3＋完全沉淀。

(3)在反应Ⅲ中，加入Ca(OH)2、Na2CO3沉淀的是Mg2＋和Ca2＋。

(4)由于温度越高，Li2CO3的溶解度越小，所以应用热水洗涤Li2CO3。

(5)由于在加热蒸干LiCl溶液时，会产生少量的LiOH，受热分解生成Li2O，所以电解

时会产生O2。

【巩固】

1.聚合硫酸铁又称聚铁，化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3－0.5n]m，广泛用于污水处理。实验

室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁和绿矾(FeSO4·7H2O)，过程如下：

(1)验证固体W焙烧后产生的气体含有SO2的方法是________________。

(2)实验室制备、收集干燥的SO2，所需仪器如下。装置A产生SO2，按气流方向连接

各仪器接口，顺序为a→________→________→________→________→f。

装置A中发生反应的化学方程式为__________________________。

(3)制备绿矾时，向溶液X中加入过量________，充分反应后，经过滤操作得到溶液Y，

再经浓缩、结晶等步骤得到绿矾。过滤所需的玻璃仪器有________________。

(4)欲测定溶液Y中Fe2＋的浓度，需要用容量瓶配制KMnO4标准溶液，用KMnO4标准

溶液滴定时应选用________滴定管(填“酸式”或“碱式”)。

(5)溶液Z的pH影响聚铁中铁的质量分数。若溶液Z的pH偏小，将导致聚铁中铁的质

量分数________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。

【答案】4FeS +7O2=2Fe2O3+4SO2

(1)将气体通入品红溶液，溶液褪色，加热恢复原色 (2)d→e→c→b Cu ＋2H 2SO 4(浓)=====△

CuSO 4＋SO 2↑＋2H 2O (3)铁屑烧杯、漏斗、玻璃棒 (4)酸式 (5)偏小

【解析】 (1)利用品红溶液验证SO 2，使品红溶液褪色，加热恢复红色。

(2)由于装置A 中有加热装置，所以是利用Cu 和浓硫酸反应制SO 2，C 为干燥装置，B 为收集装置，D 、E 为尾气处理装置。

(3)由于X 中含有Fe 3＋

，所以制备绿矾时，应加入Fe 粉，使Fe 3＋

还原成Fe 2＋

。此处审题应注意玻璃仪器。

(4)KMnO 4溶液具有强氧化性，应选择酸式滴定管。 (5)Fe 3＋

＋3H 2O Fe(OH)3＋3H ＋，pH 越小，Fe 3＋

的水解程度越小，导致聚铁中铁的质

量分数偏小。【拔高】 1.

多晶硅(硅单质的一种)被称为“微电子大厦的基石”，制备中副产物以SiCl 4为主，

它环境污染很大，能遇水强烈水解，放出大量的热。研究人员利用SiCl 4水解生成的盐酸和钡矿粉(主要成分为BaCO 3，且含有铁、镁等离子)制备BaCl 2·2H 2O ，工艺流程如下：

已知：

①常温下Fe 3＋

、Mg 2＋

完全沉淀的pH 分别是3.4、12.4

②BaCO 3的相对分子质量是197；BaCl 2·2H 2O 的相对分子质量是244 回答下列问题：

(1)SiCl 4发生水解反应的化学方程式为____________________________。

(2)用H 2还原SiCl 4蒸气可制取纯度很高的硅，当反应中有1 mol 电子转移时吸收59 kJ 热量，则该反应的热化学方程式为____________________。

(3)加钡矿粉并调节pH ＝7的目的是①____________，②____________。 (4)过滤②后的滤液中Fe 3＋

浓度为______(滤液温度25 ℃，K sp [Fe(OH)3]＝2.2×10－38

)。

(5)生成滤渣A 的离子方程式______________________。

(6)列式计算出10吨含78.8% BaCO 3的钡矿粉理论上最多能生成BaCl 2·2H 2O 的质量为多少吨？

【答案】 (1)SiCl 4＋4H 2O===H 4SiO 4↓＋4HCl (2)SiCl 4(g)＋2H 2(g)===Si(s)＋4HCl(g) ΔH ＝＋236 kJ·mol －

(3)使BaCO 3转化为BaCl 2 使Fe 3＋

完全沉淀 (4)2.2×10

－17

mol·L －

(5)Mg 2＋

＋2OH －

===Mg(OH)2↓ (6)m ＝10t×78.8%197 g·mol －1×244 g·mol

－1

＝9.76 t 【解析】 (1)SiCl 4水解生成H 4SiO 4和HCl 。

(2)SiCl 4＋2H 2=====高温

Si ＋4HCl ，当有4 mol 电子转移时，吸收热量为236 kJ ，所以热化学方程式为SiCl 4(g)＋2H 2(g)===Si(s)＋4HCl(g) ΔH ＝＋236 kJ·mol －

1。

(3)加入BaCO 3，可发生反应BaCO 3＋2HCl===CO 2↑＋H 2O ＋BaCl 2，并降低c (H ＋

)，使Fe 3＋

完全水解生成Fe(OH)3沉淀。

(4)c(OH－)＝10－7 mol·L－1

c(Fe3＋)＝2.2×10－38

10－73＝2.2×10

－17 mol·L－1

(5)根据信息，当pH＝12.5时，Mg2＋完全沉淀，Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓。

(6)根据Ba2＋守恒得：m(BaCl2·2H2O)

＝10 t×78.8%

197 g·mol－1

×244 g·mol－1

＝9.76 t。

课程小结

化工流程中常见的操作与名词

化工流程题目在流程上一般分为3个过程：

原料处理―→分离提纯―→获得产品

(1)原料处理阶段的常见考点与常见名词

①加快反应速率

②溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等

水浸：与水接触反应或溶解

浸出：固体加水(酸)溶解得到离子

浸出率：固体溶解后，离子在溶液中含量的多少(更多转化)

酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程

③灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解

④控制反应条件的方法

(2)分离提纯阶段的常见考点

①调pH值除杂

a．控制溶液的酸碱性使其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pH如下表所示