1．知道化工生產(chǎn)術(shù)語及意義，了解流程題構(gòu)成特點，會分析各步操作的作用。
2．能解釋物質(zhì)制備中反應(yīng)條件控制的目的、會對混合物進行分離提純。
3．能根據(jù)有關(guān)原理解釋圖像曲線變化的原因。
教學(xué)重點難點
1．學(xué)會審題，規(guī)范答題。
2．綜合應(yīng)用有關(guān)知識解決問題。
教學(xué)方法
討論、歸納
教學(xué)過程
【規(guī)律點和易錯點】孫猴子七十二般變化，都逃不出你的手心
1．化工流程題的結(jié)構(gòu)
2．設(shè)問形式
(*)循環(huán)物質(zhì)的確定：一是在方框旁標出每一步物質(zhì)的化學(xué)式，二是前面加入的物質(zhì)若后續(xù)步驟中又重新生成，則是可循環(huán)利用的物質(zhì)(常為濾渣、濾液中的物質(zhì))，三是從流程圖上看：箭頭回頭的物質(zhì)；四是若是可逆反應(yīng)則有可循環(huán)利用的物質(zhì)。
3．解題順序
4．過程解讀
5．答題模板
5．表述性詞匯“十大答題方向”
化工生產(chǎn)流程和綜合實驗題中經(jīng)常會出現(xiàn)一些表述性詞語，這些表述性詞語就是隱性的信息，它可以暗示我們所應(yīng)考慮的答題角度。
6．答題模板
7．?？荚噭┑淖饔?br>注：①發(fā)生反應(yīng)：2Cu2＋＋2CO32－＋H2O＝Cu2(OH)2CO3↓＋CO2↑；②發(fā)生反應(yīng)：[Al(OH)4]－＋HCO3－＝Al(OH)3↓＋CO32－＋H2O；③發(fā)生反應(yīng)：Fe3＋＋3HCO3－＝Fe(OH)3↓＋3CO2↑；④發(fā)生反應(yīng)：Fe2＋＋2HCO3－＝FeCO3↓＋CO2↑＋H2O。
8．創(chuàng)新考查——萃取與反萃取
9．工業(yè)流程常見專業(yè)術(shù)語
（2023·江蘇）實驗室模擬“鎂法工業(yè)煙氣脫硫”并制備MgSO4·H2O，其實驗過程可表示為

（1）在攪拌下向氧化鎂漿料中勻速緩慢通入SO2氣體，生成MgSO3，反應(yīng)為Mg(OH)2＋H2SO3＝MgSO3＋2H2O，其平衡常數(shù)K與Ksp[Mg(OH)2]、Ksp(MgSO3)、Ka1(H2SO3)、Ka2(H2SO3)的代數(shù)關(guān)系式為K＝____________________________________________________；下列實驗操作一定能提高氧化鎂漿料吸收SO2效率的有________________(填序號)。
A．水浴加熱氧化鎂漿料
B．加快攪拌速率
C．降低通入SO2氣體的速率
D．通過多孔球泡向氧化鎂漿料中通SO2
（2）在催化劑作用下MgSO3被O2氧化為MgSO4。已知MgSO3的溶解度為0.57 g (20℃)，O2氧化溶液中SOeq \\al(2－,3)的離子方程式為__________________________________；在其他條件相同時，以負載鈷的分子篩為催化劑，漿料中MgSO3被O2氧化的速率隨pH的變化如圖甲所示。在pH＝6～8范圍內(nèi)，pH增大，漿料中MgSO3的氧化速率增大，其主要原因是__________________________________________________________
____________________________________。
【答案】（1）eq \f(Ksp\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(Mg(OH)2))×Ka1(H2SO3)×Ka2(H2SO3),Ksp(MgSO3)×K\\al(2,w)) BD （2）2SOeq \\al(2－,3)＋O2eq \(=====,\s\up7(催化劑))2SOeq \\al(2－,4) pH增大，抑制SOeq \\al(2－,3)的水解，反應(yīng)物SOeq \\al(2－,3)的濃度增大，故可加快氧化速率
【解析】（1）已知下列反應(yīng)：
①Mg(OH)2＋H2SO3＝MgSO3＋2H2O K
②Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq) Ksp[Mg(OH)2]
③MgSO3(s)Mg2＋(aq)＋SOeq \\al(2－,3)(aq) Ksp(MgSO3)
④H2SO3H＋＋HSOeq \\al(－,3) Ka1(H2SO3)
⑤HSOeq \\al(－,3)H＋＋SOeq \\al(2－,3) Ka2(H2SO3)
⑥H2OH＋＋OH－ Kw
根據(jù)蓋斯定律，①＝②－③＋④＋⑤－⑥×2，故K＝eq \f(Ksp\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(Mg(OH)2))×Ka1(H2SO3)×Ka2(H2SO3),Ksp(MgSO3)×K\\al(2,w))。A項，加熱可加快反應(yīng)速率，但溫度升高，SO2在水中溶解度降低，且會導(dǎo)致H2SO3受熱分解，不一定能提高吸收SO2效率，錯誤；B項，加快攪拌速率，可以使反應(yīng)物充分接觸，提高吸收SO2效率，正確；C項，降低通入SO2氣體的速率，SO2可與MgO漿料充分接觸，但會降低反應(yīng)速率，不一定能提高吸收SO2效率，錯誤；D項，多孔球泡可以讓SO2與MgO漿料充分接觸，能提高吸收SO2效率，正確；（2）根據(jù)題意，O2氧化溶液中的SOeq \\al(2－,3)，SOeq \\al(2－,3)被氧化為SOeq \\al(2－,4)，1 ml O2氧化2 ml SOeq \\al(2－,3)，故O2氧化溶液中SOeq \\al(2－,3)的離子方程式為2SOeq \\al(2－,3)＋O2eq \(=====,\s\up7(催化劑))2SOeq \\al(2－,4)；pH增大，抑制SOeq \\al(2－,3)的水解，反應(yīng)物SOeq \\al(2－,3)的濃度增大，故可加快氧化速率。
【問題解決1】
（2023·南京模擬）納米氧化鋅是一種新型無機功能材料。以氧化鋅煙灰(含ZnO及少量Fe2O3、FeO、MnO、CuO)為原料制備納米氧化鋅的工藝流程如圖：

如表列出了相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為0.1 ml·L－1計算)。
（1）“浸取”過程中鹽酸不宜過量太多，其可能原因是______________________________________________
______________________________。
（2）“濾渣1”的成分是MnO2、Fe(OH)3?！把趸s”過程中KMnO4與Mn2＋發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________________________，溶液pH范圍應(yīng)控制在___________________。
【答案】（1）防止后續(xù)“氧化除雜”步驟中消耗更多的KMnO4和產(chǎn)生污染性氣體Cl2 （2）2MnOeq \\al(－,4)＋3Mn2＋＋2H2O＝5MnO2↓＋4H＋ 2.8～6.0
【解析】由題干流程圖可知，氧化鋅煙灰(含ZnO及少量Fe2O3、FeO、MnO、CuO)中加入鹽酸，發(fā)生反應(yīng)為ZnO＋2HCl＝ZnCl2＋H2O、Fe2O3＋6HCl＝2FeCl3＋3H2O、FeO＋2HCl＝FeCl2＋H2O、CuO＋2HCl＝CuCl2＋H2O、MnO＋2HCl＝MnCl2＋H2O，向浸取液中加入KMnO4固體，將Fe2＋氧化為Fe3＋，再轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，將Mn2＋轉(zhuǎn)化為MnO2沉淀，過濾出濾渣1，主要成分是Fe(OH)3和MnO2，濾液中含有Cu2＋和Zn2＋，加入鋅粉，置換出Cu，Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋Cu，過濾出濾渣2，主要成分為Cu和Zn，濾液2主要成分是ZnCl2和KCl，加入Na2CO3，發(fā)生反應(yīng)：5Zn2＋＋5COeq \\al(2－,3)＋5H2O＝2ZnCO3·3Zn(OH)2·2H2O↓＋3CO2↑，據(jù)此分析解題。
（1）后續(xù)“氧化除雜”步驟中加入的KMnO4能與鹽酸反應(yīng)生成有毒有害的Cl2，則為了防止過量的鹽酸與后續(xù)“氧化除雜”步驟中加入的KMnO4反應(yīng)生成有毒有害的Cl2，則“浸取”過程中鹽酸不宜過量太多；（2）“濾渣1”的成分是MnO2、Fe(OH)3，根據(jù)氧化還原反應(yīng)配平可得，“氧化除雜”過程中KMnO4與Mn2＋發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2MnOeq \\al(－,4)＋3Mn2＋＋2H2O＝5MnO2↓＋4H＋，調(diào)節(jié)溶液pH是使Fe3＋完全沉淀，而Cu2＋、Zn2＋不生成沉淀，由題干表中數(shù)據(jù)可知，范圍應(yīng)控制在2.8～6.0。
化工流程與條件控制
1．流程中反應(yīng)條件的控制
2．結(jié)合沉淀溶解平衡進行的條件控制
①運用Ksp計算反應(yīng)所需要的pH條件。
②根據(jù)題目要求計算某條件下的離子濃度、需要加入的試劑量等。
溫度的控制
Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料，可利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3，還含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì))來制備，工藝流程如圖：

（1）“酸浸”實驗中，鐵的浸出率結(jié)果如右上圖所示。由圖可知，當鐵的浸出率為70%時，所采用的實驗條件為______________________________________。
（2）TiO2·xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)40 min所得實驗結(jié)果如下表所示：
分析40 ℃時TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率最高的原因_______________________________________________________
_________________________________________________________。
【答案】（1）100℃、2 h或90℃、5 h （2）低于40℃，TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率隨溫度升高而增加；超過40℃，雙氧水分解與氨氣逸出導(dǎo)致TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率下降
【解析】（1）由圖可知，當鐵的浸出率為70%時，所采用的實驗條件為100℃、2 h或90℃、5 h；（2）40℃時，TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率最高；因低于40℃，TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增加，超過40℃，雙氧水分解及氨氣逸出，導(dǎo)致TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率下降。
pH的控制
銦(In)作為一種稀有貴金屬，廣泛應(yīng)用于很多高新領(lǐng)域。工業(yè)上從含銦廢渣(主要成分是In3＋、Cl－，還含有少量Bi3＋、Pb2＋、Sn2＋等雜質(zhì))中提取粗銦的工藝流程如下圖所示：

已知：①該工藝條件下，溶液中有關(guān)金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表：
②氧化性：Fe3＋＞Bi3＋＞Sn2＋＞Fe2＋
回答下列問題：
（1）“中性水洗”時，含銦廢渣中金屬陽離子轉(zhuǎn)化為氫氧化物或氧化物。Sn2＋轉(zhuǎn)化為SnO的離子方程式是________________________________________，該過程需加入大量水并加熱，目的是____________________
______________________________________________________________________。
（2）“酸浸”時，得到對應(yīng)的硫酸鹽，則“濾渣”的主要成分是________________(填化學(xué)式)。
（3）“凈化”時，生成Bi的離子方程式是___________________________________________________。
（4）“富銦”時，“調(diào)pH”應(yīng)控制的pH范圍是____________________。
【答案】（1）Sn2＋＋H2OSnO＋2H＋ Sn2＋與H2O的反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)，加熱促使Sn2＋轉(zhuǎn)化為SnO；加水促進Sn2＋水解 （2）PbSO4 （3）2Bi3＋＋3Fe＝2Bi＋3Fe2＋ （4）5.0≤pH＜7.5
【解析】含銦廢渣(主要成分是In3＋、Cl－，還含有少量Bi3＋、Pb2＋、Sn2＋等雜質(zhì))，“中性水洗”時，含銦廢渣中金屬陽離子轉(zhuǎn)化為氫氧化物或氧化物，加稀硫酸溶解，Pb2＋轉(zhuǎn)化成硫酸鉛除去，浸出液中含有Sn2＋、Bi3＋、In3＋等陽離子，加入鐵粉，置換出Bi和Sn單質(zhì)，調(diào)節(jié)溶液pH，使In3＋沉淀，過濾得到的沉渣中主要含有In(OH)3，用稀硫酸溶解，得到In3＋，再用Zn置換出In制得粗銦。
（1）“中性水洗”時，Sn2＋水解生成SnO，反應(yīng)的離子方程式為Sn2＋＋H2OSnO＋2H＋，Sn2＋水解吸收熱量，因此該過程需加入大量水并加熱，目的是加熱促使Sn2＋轉(zhuǎn)化為SnO，同時加水促進Sn2＋水解；（2）由上述分析可知，加稀硫酸溶解，Pb2＋轉(zhuǎn)化成硫酸鉛，因此“濾渣”的主要成分PbSO4；（3）凈化時加入鐵粉，置換出Bi和Sn單質(zhì)，生成Bi的離子方程式為2Bi3＋＋3Fe＝2Bi＋3Fe2＋；（4）“富銦”時需要使In3＋完全沉淀同時Fe2＋不能沉淀，因此需要調(diào)節(jié)pH范圍為5.0≤pH＜7.5。
【問題解決2】
（2022·江蘇卷）實驗室以二氧化鈰(CeO2)廢渣為原料制備Cl－含量少的Ce2(CO3)3，其部分實驗過程如下：
（2）pH約為7的CeCl3溶液與NH4HCO3溶液反應(yīng)可生成Ce2(CO3)3沉淀，該沉淀中Cl－含量與加料方式有關(guān)。得到含Cl－量較少的Ce2(CO3)3的加料方式為__________(填序號)。
A．將NH4HCO3溶液滴加到CeCl3溶液中
B．將CeCl3溶液滴加到NH4HCO3溶液中
（3）通過中和、萃取、反萃取、沉淀等過程，可制備Cl－含量少的Ce2(CO3)3。已知Ce3＋能被有機萃取劑(簡稱HA)萃取，其萃取原理可表示為Ce3＋(水層)＋3HA(有機層)CeA3(有機層)＋3H＋(水層)
①加氨水“中和”去除過量鹽酸，使溶液接近中性。去除過量鹽酸的目的是___________________________
____________________________________________________________________。
②反萃取的目的是將有機層Ce3＋轉(zhuǎn)移到水層。為使Ce3＋盡可能多地發(fā)生上述轉(zhuǎn)移，應(yīng)選擇的實驗條件或采取的實驗操作有_____________________________________________________________________(填兩項)。
③與“反萃取”得到的水溶液比較，過濾Ce2(CO3)3溶液的濾液中，物質(zhì)的量減小的離子有_________________(填化學(xué)式)。
【答案】（2）B （3）①降低溶液中氫離子的濃度，促進Ce3＋的萃取平衡正向移動，提高Ce3＋的萃取率 ②適當提高稀硝酸濃度，多次萃取 ③Ce3＋、H＋
【解析】首先用稀鹽酸和過氧化氫溶液酸浸二氧化鈰廢渣，得到三價鈰，加入氨水調(diào)節(jié)pH后用萃取劑萃取其中的三價鈰，增大三價鈰濃度，之后加入稀硝酸反萃取其中的三價鈰，再加入氨水和碳酸氫銨制備產(chǎn)物，以此解題。
（2）反應(yīng)過程中保持CeCl3少量即可得到含Cl－量較少的Ce2(CO3)3，故選B；（3）②根據(jù)萃取原理可知，反萃取應(yīng)選擇的實驗條件是酸性條件，為了使Ce3＋盡可能多地發(fā)生上述轉(zhuǎn)移，可以采用多次萃??；③“反萃取”得到的水溶液中含有濃度較大的Ce3＋，過濾后溶液中Ce3＋離子濃度較小，H＋溶液也減小。
化工流程與反應(yīng)原理
1．原理型化工流程題是以物質(zhì)制備流程為主線，主要考查考生運用化學(xué)平衡原理、化學(xué)反應(yīng)與能量變化、電化學(xué)等知識來解決化工生產(chǎn)中實際問題的能力。
2．解答此類型題目的基本步驟是：（1）從題干中獲取有用信息，了解生產(chǎn)的產(chǎn)品；（2）分析流程中的每一步驟，如：每一步驟中反應(yīng)物是什么，發(fā)生了什么反應(yīng)，該反應(yīng)造成了什么后果，對制取產(chǎn)品有什么作用；（3）從題中獲取信息，運用化學(xué)反應(yīng)原理分析制備產(chǎn)品的最佳條件，幫助解題。
3．化學(xué)工藝流程圖題?？疾榈闹饕瘜W(xué)反應(yīng)原理
4．試題中會出現(xiàn)一些化工術(shù)語如水(或酸)浸、苛化、煅燒、脫硫、提取、熱過濾、水熱處理、表面處理等，實際考查的是化學(xué)反應(yīng)原理(包括化學(xué)平衡原理、水解原理)或相關(guān)實驗操作，以及綠色化學(xué)觀念和從經(jīng)濟的視角分析實際生產(chǎn)中各種問題的能力。因此試題的解答始于對各階段流程的化學(xué)原理的分析。圖示如下：
（2023·無錫調(diào)研）實驗室以廢舊鋰電池正極材料(含LiCO2及少量Al、Fe等)為原料制備C3O4。
已知：Ksp[C(OH)2]＝1.6×10－15，Ksp(CC2O4)＝6.3×10－8，Ksp(CCO3)＝1.4×10－14。
NH3·H2O的電離常數(shù)為Kb＝1.8×10－5，H2C2O4的電離常數(shù)分別為Ka1＝5.4×10－2、Ka2＝5.6×10－5。
（1）“酸浸”時LiCO2與H2O2反應(yīng)生成C2＋并放出O2，該反應(yīng)的離子方程式為__________________________________________________________。
（2）“萃取”時有機磷萃取劑(用HA表示)萃取金屬離子的原理可表示為Mn＋＋nHA(有機層)MAn(有機層)＋nH＋(水層)。鈷、鋰在有機磷萃取劑中的萃取率與pH的關(guān)系如圖所示。隨pH的升高，C2＋在有機磷萃取劑中萃取率增大的原因是________________________________
_______________________________________________________。
（3）“反萃取”的目的是將有機層中C2＋轉(zhuǎn)移到水層。使C2＋盡可能多地發(fā)生上述轉(zhuǎn)移，應(yīng)選擇的實驗條件或采取的實驗操作有__________________________________________________________________________________(填兩項)。
（4）“沉鈷”時，可加入H2C2O4溶液或(NH4)2C2O4溶液反應(yīng)制得CC2O4。
①若用H2C2O4溶液作沉淀劑，反應(yīng)C2＋＋H2C2O4CC2O4＋2H＋的平衡常數(shù)K的數(shù)值為________。
②不能用Na2C2O4溶液代替(NH4)2C2O4溶液的原因是_______________________________________________________________。
【答案】（1）2LiCO2＋H2O2＋6H＋＝2Li＋＋2C2＋＋O2↑＋4H2O （2）萃取產(chǎn)生H＋，隨pH升高，H＋被消耗，促進萃取金屬離子的反應(yīng)正向進行 （3）適當提高稀硫酸濃度，調(diào)節(jié)溶液pH＜3，多次萃取、充分振蕩 （4）①48 ②Na2C2O4溶液的堿性更強，易生成C(OH)2沉淀
【解析】（1）“酸浸”時LiCO2與H2O2反應(yīng)生成C2＋并放出O2，由得失電子守恒和元素質(zhì)量守恒，可寫出反應(yīng)的離子方程式：2LiCO2＋H2O2＋6H＋＝2Li＋＋2C2＋＋O2↑＋4H2O；（2）由萃取反應(yīng)：Mn＋＋nHA(有機層)MAn(有機層)＋nH＋(水層)知，該過程可逆，并且萃取過程中生成H＋，隨著pH升高c(H＋)減小，促進萃取平衡正向移動，MAn(有機層)增大，C2＋萃取率增大；（3）“反萃取”的目的是將有機層中的C2＋轉(zhuǎn)移到水層，根據(jù)萃取反應(yīng)：Mn＋＋nHA(有機層)MAn(有機層)＋nH＋(水層)知，可以控制酸度使反應(yīng)逆向移動，因此可以適當提高稀硫酸的濃度，由圖甲中萃取和pH關(guān)系曲線知，調(diào)節(jié)溶液pH＜3，并且采取多次萃取、充分振蕩等措施；（4）①“沉鈷”時，若用H2C2O4溶液作沉淀劑，反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝eq \f(c2(H＋),c(C2＋)·c(H2C2O4))＝eq \f(c2(H＋)?c(C2O42－)?c(HC2O4－),c(C2＋)·c(C2O42－)?c(H2C2O4)?c(HC2O4－))＝eq \f(Ka1·Ka2,Ksp(CC2O4))＝48；②由Ksp[C(OH)2]＝1.6×10－15可知，溶液pH過高時，C2＋會生成C(OH)2沉淀，Na2C2O4溶液的堿性較強，易生成C(OH)2沉淀。
【問題解決3】
（2024·南通市如皋市高三上學(xué)期開學(xué)考）用廢錳渣(主要成分為MnO2、MgO和Fe2O3)和硫鐵礦(主要成分FeS2)制取MnSO4?H2O的工藝流程如下：
（1）基態(tài)Fe原子與基態(tài)Mn原子核外未成對電子數(shù)之比___________。
（2）FeS2的一種晶體與NaCl晶體的結(jié)構(gòu)相似，其晶胞如左下圖示。

①寫出FeS2的電子式：_______________。
②在圖中用“□”標出其他位置的S22－。
（3）已知硫酸錳在不同溫度下的溶解度和析出晶體的組成如上右圖所示。由“除鐵”后的濾液制取較多MnSO4?H2O的操作是：____________________________________________________________________________
________________________________________。
【答案】（1）4∶5 （2）①Fe2＋[∶eq \(S,\s\up7(··),\s\d7(··))∶eq \(S,\s\up7(··),\s\d7(··))∶]2－ ②其他位置的S22－位于各棱的棱心 （3）在80～90℃之間進行蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過濾，再用80～90℃蒸餾水洗滌MnSO4?H2O晶體2～3次，最后真空干燥
【解析】廢錳渣(主要成分為MnO2、MgO和Fe2O3)加硫酸酸溶，MgO和Fe2O3溶解，MnO2不溶，過濾后，固體MnO2在酸性條件下被硫鐵礦(主要成分FeS2)還原，其反應(yīng)為3MnO2＋2FeS2＋6H2SO4＝3MnSO4＋4S＋Fe2(SO4)3＋6H2O，加MnO2將Fe2＋氧化成Fe3＋，加CaCO3調(diào)節(jié)pH使Fe3＋水解生成Fe(OH)3，過濾得S和Fe(OH)3，硫酸錳的溶液，反應(yīng)Ⅲ經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到硫酸錳產(chǎn)品。
（1）Fe原子序數(shù)26，核外電子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2，基態(tài)Fe原子核外未成對電子數(shù)為4；Mn原子序數(shù)25，核外電子排布式：1s22s22p63s23p63d54s2，基態(tài)Mn原子核外未成對電子數(shù)為5；則原子核外未成對電子數(shù)之比：4∶5；（2）FeS2為離子化合物，其電子式：Fe2＋[∶eq \(S,\s\up7(··),\s\d7(··))∶eq \(S,\s\up7(··),\s\d7(··))∶]2－；參考氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)，其他位置的S22－位于各棱的棱心；（3）根據(jù)溶解度曲線圖，要從過濾所得的MnSO4溶液中獲得較多MnSO4?H2O，應(yīng)在80～90℃之間進行蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過濾，再用80～90℃蒸餾水洗滌MnSO4?H2O晶體2～3次，最后真空干燥。
化工流程與實驗技術(shù)
實驗型化工流程題是以考查考生實驗基礎(chǔ)知識、基本操作及基本技能為主要目的的一類化工流程題。解答此類題時，應(yīng)認真審題，找到該實驗的目的。一般來說，該流程題只有兩個目的：一是從混合物中分離、提純某一物質(zhì)；另一目的就是利用某些物質(zhì)制備另一物質(zhì)。
無機化工流程題中的除雜、凈化
（2022·湖北卷）全球?qū)︿囐Y源的需求不斷增長，“鹽湖提鋰”越來越受到重視。某興趣小組取鹽湖水進行濃縮和初步除雜后，得到濃縮鹵水(含有Na＋、Li＋、Cl－和少量Mg2＋、Ca2＋)，并設(shè)計了以下流程通過制備碳酸鋰來提取鋰。
25 ℃時相關(guān)物質(zhì)的參數(shù)如下：
LiOH的溶解度：12.4 g/100 g H2O
回答下列問題：
（1）“沉淀1”為_______________。
（2）向“濾液1”中加入適量固體Li2CO3的目的是_________________________________________________。
（3）為提高Li2CO3的析出量和純度，“操作A”依次為________________、________________、洗滌。
（4）有同學(xué)建議用“侯氏制堿法”的原理制備Li2CO3。查閱資料后，發(fā)現(xiàn)文獻對常溫下的LiHCO3有不同的描述：①是白色固體；②尚未從溶液中分離出來。為探究LiHCO3的性質(zhì)，將飽和LiCl溶液與飽和NaHCO3溶液等體積混合，起初無明顯變化，隨后溶液變渾濁并伴有氣泡冒出，最終生成白色沉淀。上述現(xiàn)象說明，在該實驗條件下LiHCO3____________(填“穩(wěn)定”或“不穩(wěn)定”)，有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________________________________________________________。
（5）他們結(jié)合（4）的探究結(jié)果，擬將原流程中向“濾液2”加入Na2CO3改為通入CO2。這一改動能否達到相同的效果，作出你的判斷并給出理由_____________________________________________________________
______________________________________________________________________________________。
【答案】（1）Mg(OH)2 （2）將Ca2＋轉(zhuǎn)化成CaCO3沉淀除去，同時不引入新雜質(zhì) （3）蒸發(fā)濃縮 趁熱過濾 （4）不穩(wěn)定 Li＋＋HCOeq \\al(－,3)＝LiHCO3，2LiHCO3 ＝Li2CO3↓＋CO2↑＋H2O （5）能達到相同效果，因為改為通入過量的CO2，則LiOH轉(zhuǎn)化為LiHCO3，結(jié)合（4）的探究結(jié)果，LiHCO3也會很快分解產(chǎn)生Li2CO3，所以這一改動能達到相同的效果
【解析】（1）濃縮鹵水中含有Mg2＋，當加入石灰乳后，轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2沉淀，所以沉淀1為Mg(OH)2；（2）濾液1中含有Na＋、Li＋、Cl－和Ca2＋，結(jié)合已知條件：LiOH的溶解度和化合物的溶度積常數(shù)，可推測，加入Li2CO3的目的是將Ca2＋轉(zhuǎn)化成CaCO3沉淀除去，同時不引入新雜質(zhì)；（3）由Li2CO3的溶解度曲線可知，溫度升高，Li2CO3的溶解度降低，即在溫度高時，溶解度小，有利于析出，所以為提高Li2CO3的析出量和純度，需要在較高溫度下析出并過濾得到沉淀，即依次蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、洗滌；（4）飽和LiCl和飽和NaHCO3等體積混合后，產(chǎn)生了LiHCO3和NaCl，隨后LiHCO3分解產(chǎn)生了CO2和Li2CO3；（5）“濾液2”中含有LiOH，加入Na2CO3，目的是將LiOH轉(zhuǎn)化為Li2CO3。若改為通入過量的CO2，則LiOH轉(zhuǎn)化為LiHCO3，結(jié)合（4）的探究結(jié)果，LiHCO3也會很快分解產(chǎn)生Li2CO3，所以這一改動能達到相同的效果。
【問題解決4】
（2024·江蘇卷）回收磁性合金釹鐵硼(Nd2Fe14B)可制備半導(dǎo)體材料鐵酸鉍和光學(xué)材料氧化釹。
（1）釹鐵硼在空氣中焙燒轉(zhuǎn)化為Nd2O3、Fe2O3等(忽略硼的化合物)，用0.4 ml·L－1鹽酸酸浸后過濾得到NdCl3溶液和含鐵濾渣。Nd、Fe浸出率( EQ \f(浸出液中某元素的物質(zhì)的量,某元素的總物質(zhì)的量)×100%)隨浸取時間變化如圖所示。
①含鐵濾渣的主要成分為_____________(填化學(xué)式)。
②浸出初期Fe浸出率先上升后下降的原因是_____________________________________________________。
【答案】①Fe(OH)3 ②浸出初期，c(H＋)較大，鐵的浸出率較大，約5 min后，溶液酸性減弱，F(xiàn)e3＋水解生成Fe(OH)3進入濾渣
【解析】①釹鐵硼在空氣中焙燒后得到的Nd2O3、Fe2O3均可溶于鹽酸，得到含有NdCl3和FeCl3的溶液。由圖中信息可知，Nd的浸出率逐漸增大，而Fe的浸出率先增大后逐漸減小，說明隨著Nd的浸出率增大，稀鹽酸中的H＋的濃度逐漸減小，pH逐漸增大導(dǎo)致Fe3＋水解生成Fe(OH)3沉淀，因此，含鐵濾渣的主要成分為Fe(OH)3；②由①中分析可知，浸出初期Fe浸出率先上升后下降的原因是：浸出初期，F(xiàn)e2O3溶解，F(xiàn)e的浸出率增大，約5 min隨著Nd的浸出率增大，稀鹽酸中的H＋的濃度逐漸減小，pH逐漸增大導(dǎo)致Fe3＋水解生成Fe(OH)3進入濾渣，F(xiàn)e的浸出率又減小。
化工流程與圖像分析
1．反應(yīng)適宜條件選擇：根據(jù)圖像提供的數(shù)據(jù)，選擇最佳的反應(yīng)條件，如工業(yè)生產(chǎn)中控制反應(yīng)條件時，選擇達到較高“浸出率”的時間、溫度等。
2．分析曲線變化原因：根據(jù)物質(zhì)的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及有關(guān)原理解釋曲線變化的趨勢。
3．分析“浸出率”圖表，解釋“浸出率”高低變化的原因：“浸出率”升高，一般是反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)速率加快；但當“浸出率”達到最大值后，溫度升高，“浸出率”反而下降，一般是因為反應(yīng)試劑的分解或揮發(fā)。
（2023·徐州考前打靶）鈧(Sc)廣泛應(yīng)用于航空航天、超導(dǎo)、核能等領(lǐng)域。從鈦白水解工業(yè)廢酸(含Sc3＋、TiO2＋、Mn2＋、H＋、SOeq \\al(2－,4)等離子)中提取Sc2O3的一種工藝流程如下：
（1）鈧的萃取率(E%)與eq \f(O,A)值[萃取劑體積(O)和廢酸液體積(A)之比]的關(guān)系如圖1所示。采用一次萃取時，應(yīng)選擇最合適的eq \f(O,A)值為________。
（2）“沉鈧”時得到Sc2(C2O4)3·6H2O沉淀?！俺菱偂睍r測得相同時間鈧的沉淀率隨溫度的變化如圖2所示，隨溫度升高鈧的沉淀率先升高后降低的可能原因是________________________________________________
______________________________________________________________________________。
【答案】（1）1∶4 （2）溫度低于80 ℃時，隨溫度升高，沉淀反應(yīng)速率加快，鈧的沉淀率上升(或隨溫度升高，草酸電離程度增大，草酸根離子濃度增大，鈧的沉淀率上升)；溫度高于80 ℃時，隨著溫度的升高，草酸鈧的溶解度增大，致使鈧的沉淀率下降
【解析】（1）由圖1可知，eq \f(O,A)值為1∶4時，E%比較高，當大于1∶4(如1∶2)時，處理的廢酸液體積太小，當小于1∶4(如1∶6或1∶8)時，E%太低；（2）由圖2可知，溫度低于80 ℃時，隨著溫度的升高，沉淀反應(yīng)速率加快，鈧的沉淀率上升；溫度高于80 ℃時，隨著溫度的升高，草酸鈧的溶解度增大，導(dǎo)致鈧的沉淀率下降。
【問題解決5】
2024·蘇州）雷尼鎳(Raney-Ni)為一種鎳鋁合金，是不飽和化合物(烯烴、炔烴等)氫化反應(yīng)的高效催化劑。以銅鎳渣(主要含Cu、Fe和Ni等金屬)生產(chǎn)雷尼鎳的流程如下：
已知：鎳不溶于水，在稀酸中可緩慢溶解釋放出氫氣而產(chǎn)生Ni2＋，耐強堿。
（1）“濾渣”的成分是______(填化學(xué)式)；“酸浸”時為了提高銅鎳渣浸出的速率，可以在“酸浸”前采取的措施為____________________________________。
（2）在“除鐵”步驟中先加入H2O2，其作用是_________________________________；而后加入NiO調(diào)節(jié)溶液pH至除鐵完全。若用NaOH替代NiO_____(填“是”或“否”)會對鎳的電解產(chǎn)生影響。
（4）硫酸鎳銨[(NH4)xNiy(SO4)z·nH2O]常用于電鍍領(lǐng)域。為測定其組成，進行如下實驗：
①稱取7.900 g樣品，配成500 mL溶液A。
②取50.00 mL溶液A，加足量NaOH濃溶液并加熱，生成NH3 89.60 mL(標準狀況)。
③另取50.00 mL 溶液A，用0.05 ml·L－1 BaCl2標準溶液滴定其中的SOeq \\al(2－,4)，進行三次平行實驗，平均消耗80.00 mL BaCl2標準溶液。通過計算確定硫酸鎳銨的化學(xué)式為_________________________________(Ni—59)。
【答案】（1）Cu 將銅鎳渣研成粉末等 （2）將溶液中Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋ 是 （4）(NH4)2Ni(SO4)2·6H2O
【解析】（1）銅不與鹽酸反應(yīng)，因此“濾渣”的成分是Cu；“酸浸”時為了提高銅鎳渣浸出的速率，可以在“酸浸”前將銅鎳渣研成粉末；（2）在“除鐵”步驟中先加入H2O2，其作用是將溶液中Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋，便于生成Fe(OH)3沉淀，而后加入NiO調(diào)節(jié)溶液pH至除鐵完全；若用NaOH替代NiO，則Ni2＋與OH－反應(yīng)生成Ni(OH)2沉淀，電解時Ni2＋的量減少；（4）7.900 g樣品中含有n(NHeq \\al(＋,4))＝eq \f(89.60×10－3 L,22.4 L/ml)×eq \f(500 mL,50 mL)＝0.04 ml，n(SOeq \\al(2－,4))＝0.05 ml/L×80.00×10－3 L×10＝0.04 ml，根據(jù)電荷守恒得到化學(xué)式為(NH4)2Ni(SO4)2·nH2O，根據(jù)eq \f(7.900 g, (287＋18n)g/ml)×2＝0.04 ml，解得n＝6，則硫酸鎳銨的化學(xué)式為(NH4)2Ni(SO4)2·6H2O。
化工流程與計算
常見計算類型
（2023·揚州中學(xué)模擬預(yù)測）用廢錳渣(主要成分為MnO2、MgO和Fe2O3)和硫鐵礦(主要成分FeS2)制取MnSO4·H2O的工藝流程如下：
①取0.171 0 g MnSO4·H2O晶體樣品，溶于水并加硫酸酸化，用過量NaBiO3(難溶于水)將其完全氧化為MnOeq \\al(－,4)，過濾，洗滌，洗滌液并入濾液，加入0.469 0 g Na2C2O4固體，充分反應(yīng)后，用0.020 0 ml·L－1 KMnO4標準溶液滴定，用去標準溶液20.00 mL，計算樣品中MnSO4·H2O的質(zhì)量分數(shù)__________________(寫出詳細計算過程)。
C2Oeq \\al(2－,4)發(fā)生的反應(yīng)為MnOeq \\al(－,4)＋C2Oeq \\al(2－,4)＋H＋―→Mn2＋＋CO2↑＋H2O(未配平)。
②若實驗測定MnSO4·H2O樣品的純度大于100%，可能的原因是___________________________________
___________________________(忽略操作過程中的誤差)。
【答案】①98.83%(計算過程見解析) ②晶體樣品可能失去部分結(jié)晶水
【解析】①0.469 0 g Na2C2O4的物質(zhì)的量為0.003 5 ml，其被樣品中MnSO4生成的MnOeq \\al(－,4)和加入的20.00 mL 0.020 0 ml·L－1 KMnO4氧化。根據(jù)電子守恒得2MnOeq \\al(－,4)～5C2Oeq \\al(－,4)，設(shè)樣品中MnSO4·H2O物質(zhì)的量為x，則2.5(x＋0.020 0×0.020 0)＝0.003 5 ml，解得：x＝0.001 ml，m(MnSO4·H2O)＝169×0.001＝0.169 0 g，MnSO4·H2O樣品的純度為eq \f(0.169 0,0.171 0)×100%＝98.83%；②若晶體樣品失去結(jié)晶水，而在數(shù)據(jù)處理時以“MnSO4·H2O”計算，會使得MnSO4·H2O質(zhì)量偏大，質(zhì)量分數(shù)偏大甚至超過100%。
1．（2024?南通市如皋市高三上學(xué)期開學(xué)考）實驗室以含鋅廢液(主要成分為ZnSO4，還含有少量的Fe2＋、Mn2＋，溶液pH≈5)為原料制備ZnCO3的實驗流程如圖甲所示，S2O82－具有強氧化性，易被還原為SO42－，S2O82－的結(jié)構(gòu)如圖乙所示。下列說法正確的是
A．“除錳”反應(yīng)的離子方程式為S2O82－＋Mn2＋＋2H2O＝2SO42－＋MnO2↓＋4H＋
B．“除錳”反應(yīng)中每消耗1 ml S2O82－，硫元素共得到2 ml電子
C．試劑X可以選用Zn、ZnO等物質(zhì)
D．濾液中一定大量存在陽離子有Na＋、NHeq \\al(＋,4)和Zn2＋
【答案】A
【解析】向含鋅廢液中加入Na2S2O8溶液，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成MnO2沉淀且將Fe2＋氧化為Fe3＋，過濾后向濾液中加入試劑X調(diào)節(jié)pH使Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，為了不引入新雜質(zhì)，試劑X可以為ZnO、ZnCO3、Zn(OH)2等，最后過濾后再加入氨水和NH4HCO3沉鋅生成碳酸鋅ZnCO3。
A項，含鋅廢液中加入Na2S2O8溶液，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成MnO2沉淀，反應(yīng)中錳元素化合價由＋2變?yōu)椋?，S2O82－中過氧根中氧元素化合價由－1變?yōu)椋?，根據(jù)電子守恒可知，“除錳”反應(yīng)的離子方程式為S2O82－＋Mn2＋＋2H2O＝2SO42－＋MnO2↓＋4H＋，正確；B項，“除錳”反應(yīng)中S2O82－中過氧根中氧元素化合價由－1變?yōu)椋?，則每消耗1 ml S2O82－，氧元素共得到2 ml電子，錯誤；C項，溶液中Fe3＋能與鋅反應(yīng)生成Fe2＋和Zn2＋，所以調(diào)節(jié)溶液pH時試劑X不能選用Zn，錯誤；D項，根據(jù)分析，錳、鐵、鋅轉(zhuǎn)化為沉淀，則濾液中不會大量存在鋅離子，錯誤。
2．（2023·蘇北四市一調(diào)）工業(yè)上還可用碳還原法制備高純硫酸鍶。將天青石精礦(主要含SrSO4)和煤粉按照一定質(zhì)量比在回轉(zhuǎn)窯中煅燒，生成SrS，再處理得高純SrSO4。
（1）煅燒溫度對SrSO4轉(zhuǎn)化率的影響如圖1所示，最佳煅燒溫度為______________。

（2）天青石精礦和煤粉質(zhì)量比對SrSO4轉(zhuǎn)化率的影響如圖2所示。天青石精礦和煤粉質(zhì)量比增大至5.5∶1后，SrSO4轉(zhuǎn)化率下降的可能原因是_________________________________________________________________
_______________________________________________________________________。
【答案】（1）1 200 ℃ （2）若煤粉量過少，還原劑不足，SrSO4不能被完全還原成SrS(或煤粉量過少，還原劑不足，回轉(zhuǎn)窯中氧氣能將部分SrS氧化為SrSO4，使硫酸鍶轉(zhuǎn)化率下降)
【解析】（1）由圖1可知，隨著溫度的升高，硫酸鍶的轉(zhuǎn)化率升高，1 200 ℃以后硫酸鍶轉(zhuǎn)化率沒有明顯變化，故選擇1 200 ℃；（2）天青石精礦和煤粉質(zhì)量比增大至5.5∶1后，煤粉的量不足，不能使硫酸鍶充分被還原，或生成的SrS又被回轉(zhuǎn)窯中的O2重新氧化為SrSO4，從而導(dǎo)致SrSO4轉(zhuǎn)化率下降。
3．（1）（2023·蘇錫常鎮(zhèn)一調(diào)）C2＋的萃取率隨pH的變化如圖1所示。已知：萃取時發(fā)生的反應(yīng)為C2＋＋n(HA)2CA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。C2＋萃取率隨pH升高先增大后減小的可能原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
（2）“酸浸”實驗中，鎂的浸出率結(jié)果如圖2所示?？芍?，當鎂的浸出率為80%時，所采用的實驗條件為______________________。
（3）酸浸時，若使鈦的浸取率η達到90%，則根據(jù)如圖3所示判斷工業(yè)上應(yīng)采取的適宜條件：酸濃度和液固比的取值分別約為__________、________。
（4）圖4為黃鐵礦的質(zhì)量分數(shù)對錳浸出率的影響，若使錳浸出率達到85%，根據(jù)圖中信息，黃鐵礦的質(zhì)量分數(shù)應(yīng)保持在________%左右。
【答案】（1）當pH

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