微專題四

無機化工流程解題策略[專題精講]1.明確試題模式2.理清命題角度

命題的角度主要有：(1)原料的處理方法，(2)重要轉(zhuǎn)化的方程式書寫，(3)物質(zhì)的分離、提純方法與原理，(4)反應(yīng)條件的控制方法，(5)涉及產(chǎn)率、Ksp的有關(guān)計算，(6)涉及的化學(xué)反應(yīng)原理分析等。3.建立思維模型(1)審題干——明確原料成分和目的要求(2)審流程——明確各步轉(zhuǎn)化原理和目的①看箭頭：進入的是原料(即反應(yīng)物)；出去的是生成物(包括主產(chǎn)物和副產(chǎn)物)。②看三線：主線主產(chǎn)品、分支副產(chǎn)品、回頭為循環(huán)。③找信息：明確反應(yīng)條件控制和分離提純方法。④關(guān)注所加物質(zhì)的可能作用：參與反應(yīng)、提供反應(yīng)氛圍、滿足定量要求。(3)審問題——明確答什么①不要答非所問：要看清題目要求，按要求答題，防止答非所問。②規(guī)范答題：回答問題要準確全面，注意語言表達的規(guī)范性，特別是化學(xué)用語的書寫與表示要準確、規(guī)范。[典例精析]角度1以分離提純?yōu)橹黧w的化工流程

[典例1](2024年成都三模)CoSO4·7H2O有著廣泛的應(yīng)用，可以用作催化劑，用于有機合成反應(yīng)中；還可以用于電鍍、染色、制備顏料等工業(yè)應(yīng)用。一種水鈷礦中含SiO2、Co2O3、CuO、FeO、Al2O3

、CaO及MgO等，以該水鈷礦為原料提取出CoSO4·7H2O的工藝流程如下：已知：①K(CaF2)＝3.4×10-11，K(MgF2)＝9×10-9；②當(dāng)離子濃度小于或等于10-5mol·L-1時，認為該離子沉淀完全。請回答下列問題：(1)為提高“浸出”速率，可以采取的措施是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(寫出2條措施即可)。 (2)“浸出”步驟中，Co2O3

發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________________________________________________。(3)濾渣Ⅰ的成分是________(填化學(xué)式)。

(4)“除鐵、鋁”步驟中，除鐵時反應(yīng)過程中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為________；除鋁時同時生成沉淀和氣體，則發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________________。 (5)“除鈣、鎂”步驟時，當(dāng)鈣離子和鎂離子恰好除盡時，溶液中的氟離子濃度應(yīng)不低于________mol·L-1。(6)由“過濾Ⅱ”后的母液得到CoSO4·7H2O的操作是________，________、過濾、洗滌、干燥。

解析：原礦經(jīng)研磨后增大了固體的表面積，加入H2SO4

溶液、Na2SO3

溶液浸出，Co2O3

被還原為CoSO4，其余金屬氧化物轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，SiO2

不反應(yīng)，過濾得到含有SiO2、CaSO4

的濾渣Ⅰ和濾液；向濾液中加入有機萃取劑萃取溶液中的銅元素，分液得到可回收銅的有機相和水相；向水相中加入NaClO3溶液，將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+，反應(yīng)中氯元素的化合價由＋5價變?yōu)椋?價、鐵元素的化合價由＋2價變?yōu)椋?價，向氧化后的溶液中加入Na2CO3溶液調(diào)節(jié)溶液pH，將溶液中的Fe3+、Al3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3、

答案：(1)原礦粉碎、升高溫度、攪拌、適當(dāng)增加硫酸濃度等(寫出2條即可)

(2)Co2O3＋2H2SO4＋Na2SO3===Na2SO4＋2CoSO4＋2H2O (3)SiO2、CaSO4(4)1∶62Al3+＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑(5)0.03(6)蒸發(fā)濃縮

冷卻結(jié)晶[思維建模]1.物質(zhì)成分的跟蹤與確定(1)循環(huán)物質(zhì)的確定(2)副產(chǎn)品的確定水溶法除去可溶性雜質(zhì)酸溶法除去堿性雜質(zhì)堿溶法除去酸性雜質(zhì)氧化劑或還原劑法除去還原性或氧化性雜質(zhì)加熱灼燒法除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì)調(diào)節(jié)溶液的pH法如除去酸性Cu2+溶液中的Fe3+等2.常用的提純方法3.增大礦石物質(zhì)的浸出率的措施有：攪拌，加熱，增大浸出液的濃度，粉碎增大固液接觸面積，延長浸出時間。過濾分離難溶物和易溶物，根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法萃取和

分液利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì)，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴蒸發(fā)結(jié)晶提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì)，如NaCl4.常用的分離方法冷卻結(jié)晶提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等蒸餾或分餾分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和甘油冷卻法利用氣體液化的特點分離氣體，如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣(續(xù)表)檢驗溶液中離子是否沉淀完全的方法將溶液靜置一段時間后，用膠頭滴管取上層清液少許放入小試管中，向其中滴入沉淀劑，若無沉淀生成，則說明離子沉淀完全洗滌沉淀沿玻璃棒往漏斗中加蒸餾水至液面浸沒沉淀，待水自然流下后，重復(fù)操作2～3次檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴入某試劑，若沒有特征現(xiàn)象出現(xiàn)，則證明沉淀已洗滌干凈5.三種分離、提純的深化(1)過濾問題①3個基本操作冰水洗滌的目的洗去晶體表面的雜質(zhì)離子并降低被洗滌物質(zhì)的溶解度，減少其在洗滌過程中的溶解損耗乙醇洗滌的目的降低被洗滌物質(zhì)的溶解度，減少其在洗滌過程中的溶解損耗，得到較干燥的產(chǎn)物減壓過濾(抽濾)加快過濾速率，使沉淀更干燥②特定洗滌目的蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶適用于雜質(zhì)的溶解度隨溫度變化不大的物質(zhì)的分離提純，如除去KNO3中的少量NaCl，或受熱易分解的物質(zhì)的提純，如晶體水合物、銨鹽等蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾適用于雜質(zhì)的溶解度隨溫度變化較大物質(zhì)的分離提純，可減少雜質(zhì)晶體的析出，如除去NaCl中的少量KNO3(2)結(jié)晶方式

晶體的干燥：要得到干燥的晶體，常見的干燥方法有自然晾干、濾紙吸干、在干燥器中干燥、烘干(適用于熱穩(wěn)定性較好的物質(zhì))。物質(zhì)開始沉淀沉淀完全Fe(OH)31.53.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8(3)調(diào)節(jié)溶液pH分離提純

①控制溶液的酸、堿性使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。例如，已知幾種物質(zhì)開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表所示：若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+、Fe3+，可先用氧化劑把Fe2+氧化為Fe3+，再調(diào)節(jié)溶液的pH為3.7≤pH<8.3。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)應(yīng)滿足兩點：能與H＋反應(yīng)，使溶液pH增大；不引入新雜質(zhì)。例如，要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入CuO、Cu2(OH)2CO3、CuCO3、Cu(OH)2等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH。已知：常溫下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10-2。相關(guān)化合物的溶解度與溫度的關(guān)系如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：(1)含硼固體中的B(OH)3

在水中存在平衡：B(OH)3＋H2OH＋＋[B(OH)4]－(常溫下，Ka＝10-9.34)；B(OH)3與NaOH溶液反應(yīng)可制備硼砂[Na2B4O5(OH)4·8H2O]。常溫下，在0.10mol·L-1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2-水解生成等物質(zhì)的量濃度的B(OH)3和[B(OH)4]－，該水解反應(yīng)的離子方程式為_________________________，該溶液pH＝___________。 (3)精制Ⅱ的目的是____________________；進行操作X時應(yīng)選擇的試劑是___________，若不進行該操作而直接濃縮，將導(dǎo)致_______________________________________________________________________________________________________________。經(jīng)濃縮結(jié)晶后得到晶體，該晶體中含有Mg2+、Na＋、Li＋、Cl－、解析：由流程可知，鹵水中加入鹽酸脫硼后過濾，所得濾液SO

等，焙燒后生成HCl氣體；燒渣水浸后過濾，濾液中加生石灰后產(chǎn)生沉淀，在此條件下溶解度最小的是CaSO4，則濾渣Ⅰ的主要成分為Mg(OH)2、CaSO4；由于CaSO4

微溶于水，精制Ⅰ所得濾液中再加純堿又生成沉淀，則濾渣Ⅱ為CaCO3；精制Ⅱ所得濾液經(jīng)操作X后，所得溶液經(jīng)濃縮結(jié)晶、過濾得到氯化鈉，濃縮后的濾液中加入飽和碳酸鈉溶液沉鋰，得到Li2CO3。微溶于水，精制Ⅰ所得濾液中還含有一定濃度的Ca2+，還需要除去Ca2+，因此，精制Ⅱ的目的是：加入純堿將精制Ⅰ所得濾液中的Ca2+轉(zhuǎn)化為CaCO3(或除去精制Ⅰ所得濾液中的Ca2+)，提高Li2CO3純度。操作X是為了除去剩余的碳酸根離子，為了防止引入雜質(zhì)離子，應(yīng)選擇的試劑是鹽酸；加入鹽酸的目的是除去剩余的碳酸根離子，若不進行該操作而直接濃縮，將導(dǎo)致濃縮液中因CO濃度過大使得Li＋過早沉淀，即濃縮結(jié)晶得到的NaCl中會混有Li2CO3，最終所得Li2CO3的產(chǎn)率減小。答案：(1)[B4O5(OH)4]2-＋5H2O===2B(OH)3＋2[B(OH)4]－9.24

(2)Mg(OH)2、CaSO4

5.5×10-3純堿(3)加入純堿將精制Ⅰ所得濾液中的Ca2+轉(zhuǎn)化為CaCO3(或除去精制Ⅰ所得濾液中的Ca2+)，提高Li2CO3純度鹽酸濃縮液中因CO濃度過大使得Li＋過早沉淀，即濃縮結(jié)晶得到的NaCl中會混有Li2CO3，最終所得Li2CO3的產(chǎn)率減小角度2以物質(zhì)制備為主體的化工流程【典例2】(2023年全國甲卷)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(chǎn)物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS?！敖　睍r主要反應(yīng)的離子方程式為______________________________________________________________。 (3)“酸化”步驟應(yīng)選用的酸是______(填字母)。a.稀硫酸c.鹽酸b.濃硫酸d.磷酸(4)如果焙燒后的產(chǎn)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(xué)方程式為____________________________________。

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(jīng)水浸取后過濾，濾渣中有碳粉和CaS，濾液中有BaCl2和BaS；濾液經(jīng)酸化后濃縮結(jié)晶得到BaCl2

晶體；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(jīng)熱分解得到BaTiO3。

(1)“焙燒”步驟中，BaSO4

與過量的碳粉及過量的氯化鈣在高溫下焙燒得到CO、BaCl2、BaS和CaS，BaSO4

被還原為BaS，因此，碳粉的主要作用是作還原劑，將BaSO4

還原。(2)“焙燒”后固體產(chǎn)物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。易溶于水的BaS與過量的CaCl2

可以發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成硫化鈣沉淀，因此，“浸取”時主要反應(yīng)的離子方程式為S2-＋Ca2+===CaS↓。(3)“酸化”步驟是為了將BaS轉(zhuǎn)化為易溶液于的鋇鹽，由于硫酸鋇和磷酸鋇均不溶于水，而BaCl2可溶于水，因此，應(yīng)選用的酸是鹽酸，選c。(4)如果焙燒后的產(chǎn)物直接用酸浸取是不可行的，其原因是產(chǎn)物中的硫化物與酸反應(yīng)生成的有毒氣體H2S會污染空氣，而且CaS與鹽酸反應(yīng)生成可溶于水的CaCl2，導(dǎo)致BaCl2溶液中混有CaCl2雜質(zhì)無法除去，最終所得產(chǎn)品的純度降低。(5)“沉淀”步驟中生成BaTiO(C2O4)2的化學(xué)方程式為BaCl2＋TiCl4＋H2O＋2(NH4)2C2O4===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl。(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為BaTiO(C2O4)2

BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，產(chǎn)生的n

∶nCO＝1∶1。答案：(1)作還原劑，將BaSO4

還原(2)S2-＋Ca2+===CaS↓(3)c(4)不可行產(chǎn)物中的硫化物與酸反應(yīng)生成的有毒氣體H2S會污染空氣，而且CaS與鹽酸反應(yīng)生成可溶于水的CaCl2，導(dǎo)致BaCl2溶液中混有CaCl2雜質(zhì)無法除去，最終所得產(chǎn)品的純度降低(5)BaCl2＋TiCl4＋H2O＋2(NH4)2C2O4===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl(6)1∶1方法目的解題指導(dǎo)粉碎、研磨將塊狀或顆粒狀的物質(zhì)磨成粉末增大反應(yīng)物接觸面積，以加快反應(yīng)速率或使反應(yīng)更充分，也是提高“浸出率”的方法之一[思維建模]1.原料的預(yù)處理方法目的解題指導(dǎo)浸取水浸與水接觸而反應(yīng)或溶解(1)加熱、攪拌、適當(dāng)提高酸(或堿)濃度，可以加快酸(或堿)的浸出速率；增加浸出時間可使樣品充分溶解，可提高浸出率。(2)酸溶時所加酸的量不能太多。①過多消耗后續(xù)調(diào)節(jié)pH所加的堿性試劑。②如果實驗過程有硫化物，酸過量會形成有毒氣體硫化氫酸浸與酸接觸而反應(yīng)或溶解，使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去堿浸除去油污，溶解酸性氧化物、鋁及其氧化物(續(xù)表)方法目的解題指導(dǎo)灼燒(焙燒)1.除去可燃性雜質(zhì)2.使原料初步轉(zhuǎn)化①除去硫、碳單質(zhì)。②使有機物轉(zhuǎn)化或除去有機物。③高溫下原料與空氣中氧氣反應(yīng)等。④使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土(續(xù)表)2.物質(zhì)制備過程的條件控制(1)控制體系的環(huán)境氛圍①需要在酸性氣流中干燥FeCl3、AlCl3、MgCl2

等含水晶體，抑制水解并帶走因分解產(chǎn)生的水汽。②營造還原性氛圍，防止還原性物質(zhì)被氧化。如加入鐵粉防止Fe2+被氧化。

③加入氧化劑進行氧化。如加入綠色氧化劑H2O2

將Fe2+氧化轉(zhuǎn)化為Fe3+，綠色氧化劑H2O2

的優(yōu)點：不引入新雜質(zhì)，對環(huán)境無污染。(2)控制反應(yīng)溫度①加熱：加速溶解、加快反應(yīng)速率或促進平衡向某個方向移動(如促進水解生成沉淀)。②降溫：防止某物質(zhì)在某溫度時會溶解或分解，或促進平衡向某個方向移動。

③控制溫度在一定范圍內(nèi)，綜合多方面因素考慮。如使反應(yīng)速率不至于太慢、抑制或促進平衡移動、防止反應(yīng)物分解、防止副反應(yīng)發(fā)生、使催化劑的催化活性最高等。

④如題目中出現(xiàn)了包括產(chǎn)物在內(nèi)的各種物質(zhì)的溶解度信息，則要根據(jù)它們?nèi)芙舛入S溫度升高而改變的情況，尋找合適的結(jié)晶分離方法。

3.在流程題中，常會看到壓強、溫度等外界條件的出現(xiàn)，不同的工藝對化學(xué)反應(yīng)的溫度或壓強有不同的要求，其所起的作用也不一樣，但都是能否達到實驗?zāi)康牡年P(guān)鍵所在，也是經(jīng)常考查的地方。對外界條件的分析主要從對反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率的影響這兩個方面著手。如

(1)使催化劑的活性達到最高。如工業(yè)合成氨或SO2

的催化氧化反應(yīng)，選擇的溫度是500℃左右，原因之一就是這樣可使催化劑的活性達到最高。(2)對于一些工藝來說，降溫或減壓都可以減少能源成本，降低對設(shè)備的要求。

[變式訓(xùn)練2](2024年福建卷)鋰云母的主要成分為K(Li1.5Al1.5)(AlSi3O10)(OH)xF2－x，實驗室探索一種堿浸分解鋰云母制備LiOH的工藝流程如下：(1)“高壓浸出”中：①“濾渣1”中鹵化物Y為________(填化學(xué)式)。

②一定條件下，元素浸出率與CaO用量的關(guān)系如圖，為提高鋰浸出率，CaO最佳用量為________g。(保留一位小數(shù))③精礦顆粒尺寸對鋰浸出率的主要影響如下：

ⅰ.尺寸越小，顆?？偙砻娣e越大，有利于反應(yīng)液接觸； ⅱ.尺寸越小，顆粒聚集趨勢越大，不利于反應(yīng)液滲入。

一定條件下，顆粒尺寸與鋰浸出率關(guān)系如圖。區(qū)域Ⅰ中，鋰浸出率隨顆粒尺寸減小而降低的原因是___________________________________________________________________。

(2)“沉鋰”生成磷酸鋰的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________________。

(3)“沉淀轉(zhuǎn)化”反應(yīng)2Li3PO4(s)＋3Ca(OH)2(aq)===6LiOH(aq)＋Ca3(PO4)2(s)的平衡常數(shù)K＝____________(列出計算式)。已知：25℃時，Ksp(Li3PO4)＝m，Ksp[Ca3(PO4)2]＝n。

(4)“操作Z”為加熱、趁熱過濾和________；趁熱過濾的主要目的是________________。(LiOH分解溫度約為1000℃)(5)LiOH的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。①晶體中與一個O緊鄰的Li有________個。②一個Li與所有緊鄰O形成的空間結(jié)構(gòu)為________。③晶體中微粒間作用力有__________(填字母)。a.氫鍵b.離子鍵c.金屬鍵d.范德華力e.極性共價鍵f.非極性共價鍵

解析：鋰云母的主要成分為K(Li1.5Al1.5)(AlSi3O10)(OH)xF2－x，加入氫氧化鈉、氧化鈣、水高壓浸出，得到鋁硅酸鹽沉淀和氟化鈣沉淀，所得濾液加少量氧化鈣進一步凈化過濾后，所得濾液中主要含氫氧化鋰，以及少量的氫氧化鈉和氫氧化鈣，向濾液中加入磷酸生成磷酸鋰沉淀，過濾分離，向沉淀中加入氫氧化鈣溶液，轉(zhuǎn)化得到磷酸鈣沉淀和氫氧化