1．培養(yǎng)從新信息中準確地提取實質(zhì)性內(nèi)容，并與已有知識塊整合重組為新知識塊的能力。2．培養(yǎng)將實際問題分解，通過運用相關(guān)知識，采用分析、綜合的方法，解決簡單化學(xué)問題的能力。3．培養(yǎng)將分析和解決問題的過程及成果用正確的化學(xué)術(shù)語及文字、圖表、模型、圖形等形式表達并做出解釋的能力。
一、化學(xué)工藝流程題的整體設(shè)計1．呈現(xiàn)方式——“三大塊”
2．解題模型——“四線法”(1)試劑線：為達到最終目的加入的物質(zhì)，起到酸、堿中和或氧化、還原作用等。(2)轉(zhuǎn)化線：元素守恒——焙燒、溶浸、沉淀、煅燒、電解、結(jié)晶等。(3)除雜線：復(fù)分解沉淀、置換沉淀、氧化還原沉淀；加熱產(chǎn)生氣體等。(4)分離線：蒸發(fā)、結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等。
二、工藝流程中主要環(huán)節(jié)的分析1．核心反應(yīng)——陌生方程式的書寫關(guān)注箭頭的指向：箭頭指入→反應(yīng)物，箭頭指出→生成物。(1)氧化還原反應(yīng)：熟練應(yīng)用氧化還原反應(yīng)規(guī)律，判斷生成物并配平。(2)非氧化還原反應(yīng)：結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)實際情況判斷生成物。
2．原料預(yù)處理的六種常用方法及目的
3.控制反應(yīng)條件的六種常用方法(1)調(diào)節(jié)溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點：①能與H＋反應(yīng)，使溶液pH變大。②不引入新雜質(zhì)，如要除去Cu2＋中混有的Fe3＋時，可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。(2)控制溫度。根據(jù)需要升溫或降溫，改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動。
(3)控制壓強。改變速率，影響平衡。(4)使用合適的催化劑。增大反應(yīng)速率，縮短達到平衡所需要的時間。(5)趁熱過濾。防止某物質(zhì)降溫時析出。(6)冰水(或有機溶劑)洗滌。洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。
4．明確常用的分離、提純方法
三、化工流程中的定量計算1．常見類型及解題方法
一、物質(zhì)制備類化工流程題1．(2024·江門調(diào)研)某工廠以輝鉍礦(主要成分為Bi2S3，含有FeS2、SiO2雜質(zhì))和軟錳礦(主要成分為MnO2)為原料，采用聯(lián)合焙燒法制備超細氧化鉍。工藝流程如下：
解析：Bi位于元素周期表第六周期第ⅤA族，其價層電子排布式為6s26p3。答案：6s26p3　
(2)寫出“聯(lián)合焙燒”時MnO2和Bi2S3反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________。
(3)若焙燒時MnO2過量可分解為Mn2O3，則“酸浸”時Mn2O3會轉(zhuǎn)化為MnCl2，此時生成的氣體A為______________(填化學(xué)式)。解析：“酸浸”時Mn2O3會與濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成MnCl2、H2O和Cl2，則氣體A為Cl2。答案：Cl2　
(4)“酸浸”時需及時補充濃鹽酸調(diào)節(jié)酸浸液的pH小于1.4的目的是_______________________________________________________________。
(6)沉淀反萃取所得草酸鉍[Bi2(C2O4)3]用酒精洗去有機殘余物，干燥后，在600 ℃、空氣氣氛下保溫2 h進行熱分解，熱分解產(chǎn)物的X射線衍射圖譜如下圖所示，出現(xiàn)了Bi2O3的明銳衍射峰。
2．(2022·高考全國甲卷)硫酸鋅(ZnSO4)是制備各種含鋅材料的原料，在防腐、電鍍、醫(yī)學(xué)上有諸多應(yīng)用。硫酸鋅可由菱鋅礦制備，菱鋅礦的主要成分為ZnCO3，雜質(zhì)為SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制備流程如下：
本題中所涉及離子的氫氧化物溶度積常數(shù)見下表：
回答下列問題：(1)菱鋅礦焙燒生成氧化鋅的化學(xué)方程式為______________。(2)為了提高鋅的浸取效果，可采取的措施有__________、_____________。答案：將菱鋅礦焙燒產(chǎn)品粉碎　適當(dāng)增大硫酸濃度(或升高浸取時的反應(yīng)溫度等)(3)加入物質(zhì)X調(diào)溶液pH＝5，最適宜使用的X是________(填標號)。A．NH3·H2O　　B．Ca(OH)2　　C．NaOH濾渣①的主要成分是__________、__________、____________。
解析：制備ZnSO4·7H2O的流程分析如下：
加入物質(zhì)X調(diào)溶液pH＝5，為了不引入新的陽離子，故X宜選用Ca(OH)2；pH＝5時，c(OH－)＝10－9 ml·L－1，根據(jù)表中各離子的氫氧化物的Ksp可知，只有Fe3＋能完全沉淀。答案：B　SiO2　CaSO4　Fe(OH)3
(4)向80～90 ℃的濾液①中分批加入適量 KMnO4溶液充分反應(yīng)后過濾，濾渣②中有MnO2，該步反應(yīng)的離子方程式為________________________。解析：Fe2＋被適量KMnO4溶液氧化為Fe(OH)3，同時生成MnO2，F(xiàn)e(OH)3和MnO2進入濾渣②中。
(5)濾液②中加入鋅粉的目的是___________________________。答案：除去Cu2＋　(6)濾渣④與濃H2SO4反應(yīng)可以釋放HF并循環(huán)利用，同時得到的副產(chǎn)物是____________、____________。答案：CaSO4　MgSO4
二、物質(zhì)分離、提純類化工流程題3．(2024·惠州調(diào)研)鋅是一種重要的金屬；鋅及其化合物被廣泛應(yīng)用于汽車、建筑、船舶、電池等行業(yè)。某科研小組以固體廢鋅催化劑(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所示。
(1)“浸取”溫度為30 ℃時，鋅的浸出率可達90.6%，繼續(xù)升溫浸出率反而下降，其原因為____________。解析：廢鋅催化劑加入氨水和氯化銨混合液浸取，鋅、銅元素以[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋形式進入溶液，同時鐵、錳元素分別轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀和不反應(yīng)的二氧化硅成為濾渣1，濾液中加入過氧化氫將錳離子轉(zhuǎn)化為二氧化錳沉淀，加入適量的硫化銨生成硫化銅沉淀，過濾除去，濾液中加入有機試劑萃取分離出含鋅的有機相，加入硫酸反萃取得到含鋅的水相，電解得到鋅。“浸取”溫度為30 ℃時，鋅的浸出率可達90.6%，繼續(xù)升溫浸出率反而下降，其原因為溫度過高，氨的揮發(fā)量增加，生成[Zn(NH3)4]2＋減少，不利于廢鋅催化劑中鋅的浸出。答案：溫度過高，氨的揮發(fā)量增加，生成[Zn(NH3)4]2＋減少，不利于廢鋅催化劑中鋅的浸出　
(2)濾渣1的主要成分為Fe(OH)3、Mn(OH)2和______________(填化學(xué)式)?！安僮鱝”的名稱是________。解析：根據(jù)上述分析可知，濾渣1的主要成分為Fe(OH)3、Mn(OH)2 和SiO2。根據(jù)流程圖可知，萃取后分離出有機層和水層，所以“操作a”是分液。答案：SiO2　分液　
(3)“深度除錳”時，將殘留的Mn2＋轉(zhuǎn)化為MnO2，每生成1 ml MnO2需消耗_______________________ml H2O2。
①當(dāng)(NH4)2S的加入量≥100%時，鋅的最終回收率下降的原因是___________________________(用離子方程式表示)。②“深度除銅”時，(NH4)2S加入量最好選擇________(填字母)。A．100%B．110% C．120%D．140%
解析：①當(dāng)(NH4)2S加入量≥100%時，鋅的最終回收率下降的原因是過量的硫離子將鋅轉(zhuǎn)化為硫化鋅沉淀，離子方程式為[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓＋4NH3↑；②“深度除銅”時，(NH4)2S加入量最好選擇120%，此時除銅效果較好且鋅的回收率仍然較高。答案：① [Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓＋4NH3↑?、贑
4．(2024·廣東六校聯(lián)考)世界鎳礦資源急劇減少，鎳的工業(yè)需求量日益增加，為提高鎳礦的利用率，從某礦渣(主要成分為NiO，還含有Fe2O3、FeO、CaO、SiO2等雜質(zhì))回收鎳的主要工藝流程如下：
已知：(NH4)2SO4在350 ℃以上分解生成NH3和稀硫酸。
回答下列問題：(1)研磨礦渣的目的是____________________________________。解析：某礦渣(主要成分為NiO，還含有Fe2O3、 FeO、CaO、SiO2等雜質(zhì))加入硫酸銨研磨后，600 ℃通入空氣焙燒，已知(NH4)2SO4在350 ℃以上分解生成NH3和硫酸，NiO、Fe2O3、FeO、CaO、SiO2在焙燒過程中生成NiSO4、Fe2 (SO4)3、CaSO4、FeO(OH)，并且在95 ℃的熱水中浸泡，過濾得到浸取液和浸渣，浸渣為Fe2O3、FeO (OH)、CaSO4、 SiO2，向浸取液中加入NaF除去鈣離子，過濾得到濾液和廢渣，廢渣的主要成分為氟化鈣，加入萃取劑萃取得到水相和有機相，水相通過一系列操作得到硫酸鎳，有機相加入稀硫酸后循環(huán)使用。研磨礦渣可增大固體接觸面積，增大反應(yīng)速率。答案：增大固體接觸面積，增大反應(yīng)速率　
(2)“浸渣”的成分除有Fe2O3、FeO(OH)、SiO2外，還含有________(寫化學(xué)式)。解析：由以上分析可知，“浸渣”還含有CaSO4。答案：CaSO4
(3)礦渣中部分FeO在空氣中焙燒時與(NH4)2SO4反應(yīng)生成Fe2(SO4)3的化學(xué)方程式為___________________________________________________。
(4)將“浸取液”冷卻至室溫，測得溶液中c(Ca2＋)＝1.0×10－3 ml·L－1，向其中加入一定量的NaF晶體，攪拌，當(dāng)溶液中c(F－)＝1.0×10－3 ml·L－1時，除鈣率為______________________________________________________。
1．(2023·新高考廣東卷)Ni、C均是重要的戰(zhàn)略性金屬。從處理后的礦石硝酸浸取液(含Ni2＋、C2＋、Al3＋、Mg2＋)中，利用氨浸工藝可提取Ni、C，并獲得高附加值化工產(chǎn)品。工藝流程如下：
已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常溫下，Ni2＋、C2＋、C3＋與NH3形成可溶于水的配離子；lg Kb(NH3·H2O)＝－4.7；C(OH)2易被空氣氧化為 C(OH)3；部分氫氧化物的Ksp見下表。
請回答下列問題：(1)活性MgO可與水反應(yīng)，化學(xué)方程式為___________。解析：硝酸浸取液(含Ni2＋、C2＋、Al3＋、Mg2＋)中加入活性氧化鎂調(diào)pH至9.0，過濾，得到濾液1，主要成分是硝酸鎂，“結(jié)晶純化”得到硝酸鎂晶體，再“熱解”得到氧化鎂和硝酸。濾泥加入氨性溶液“氨浸”，過濾，將濾液2進行“鎳鈷分離”，得到氯化鈷和飽和氯化鎳溶液，向飽和氯化鎳溶液中通入氯化氫氣體析出氯化鎳晶體。活性MgO可與水反應(yīng)生成Mg(OH)2，化學(xué)方程式為MgO＋H2O===Mg(OH)2。答案：MgO＋H2O===Mg(OH)2　
(3)“氨浸”時，由C(OH)3轉(zhuǎn)化為[C(NH3)6]2＋的離子方程式為______。
(4)(NH4)2CO3會使濾泥中的一種膠狀物質(zhì)轉(zhuǎn)化為疏松分布的棒狀顆粒物。濾渣的X射線衍射圖譜中，出現(xiàn)了NH4Al(OH)2CO3的明銳衍射峰。①NH4Al(OH)2CO3屬于________(填“晶體”或“非晶體”)。②(NH4)2CO3提高了Ni、C的浸取速率，其原因是____________。解析：①X射線衍射圖譜中出現(xiàn)了NH4Al(OH)2CO3的明銳衍射峰，說明NH4Al(OH)2CO3 屬于晶體。②根據(jù)題意(NH4)2CO3會使濾泥中的一種膠狀物質(zhì)轉(zhuǎn)化為疏松分布的棒狀顆粒物可知，(NH4)2CO3能提高Ni、C的浸取速率的原因是減少了膠狀物質(zhì)對鎳鈷氫氧化物的包裹，增加了濾泥與氨性溶液的接觸面積。答案：①晶體?、跍p少了膠狀物質(zhì)對鎳鈷氫氧化物的包裹，增加了濾泥與氨性溶液的接觸面積　
(5)“析晶”過程中通入的酸性氣體A為________。解析：“析晶”得到NiCl2·4H2O，為了不引入雜質(zhì)并抑制Ni2＋水解，通入的酸性氣體A應(yīng)為HCl。答案：HCl
(6)①“結(jié)晶純化”過程中，沒有引入新物質(zhì)。晶體A含6個結(jié)晶水，則所得HNO3溶液中 n(HNO3)與n(H2O)的比值，理論上最高為________。②“熱解”對于從礦石提取Ni、C工藝的意義，在于可重復(fù)利用HNO3和__________(填化學(xué)式)。
答案：①0.4?、贛gO
2．(2023·高考新課標卷)鉻和釩具有廣泛用途。鉻釩渣中鉻和釩以低價態(tài)含氧酸鹽形式存在，主要雜質(zhì)為鐵、鋁、硅、磷等的化合物，從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的一種流程如下圖所示：
答案：Na2CrO4　
(2)水浸渣中主要有SiO2和________。解析：煅燒時通入空氣，含鐵化合物轉(zhuǎn)化為Fe2O3，且Fe2O3不溶于水，故水浸渣中還含有Fe2O3。答案：Fe2O3　
(3)“沉淀”步驟調(diào)pH到弱堿性，主要除去的雜質(zhì)是________。解析：“沉淀”步驟加入稀H2SO4調(diào)pH到弱堿性是為了使[Al(OH)4]－轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀而除去。答案：Al(OH)3　
(4)“除硅磷”步驟中，使硅、磷分別以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，該步需要控制溶液的pH≈9以達到最好的除雜效果。若pH9時，會導(dǎo)致___________________________________。
解析：根據(jù)題干描述，V2O5既可與酸反應(yīng)生成鹽和水，又可與堿反應(yīng)生成鹽和水，故V2O5具有兩性。
(6)“還原”步驟中加入焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)溶液，反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________________________________。
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)系如下圖所示。
(1)含硼固體中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3＋H2O?H＋＋[B(OH)4]－(常溫下，Ka＝10－9.24)；B(OH)3與NaOH溶液反應(yīng)可制備硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常溫下，在0.10 ml·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＝________________________________。
答案：[B4O5(OH)4]2－＋5H2O?2B(OH)3＋2[B(OH)4]－　9.24
答案：Mg(OH)2、CaSO4　0.005 5　CaO

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