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第 59 讲 无机化工流程题的解题策略
[复习目标] 1.培养从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知识块整合重
组为新知识块的能力。2.培养将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，
解决简单化学问题的能力。3.培养将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、
图表、模型、图形等表达并做出解释的能力。
(一)工业流程题的结构
(二)流程图中主要环节的分析
1．核心反应——陌生方程式的书写
关注箭头的指向：箭头指入→反应物，箭头指出→生成物。
(1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律判断产物，并根据化合价升降相等配平。
(2)非氧化还原反应：结合物质性质和实际反应判断产物。
2．原料的预处理
(1)溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸等。
水浸 与水接触发生反应或溶解
浸出 固体加水(酸)溶解得到离子
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
浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
(2)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。
(3)审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。
3．常用的控制反应条件的方法
(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节 pH所需的物质一般应
满足两点：
①能与H＋反应，使溶液pH增大；
②不引入新杂质。例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO 、Cu(OH) 、Cu (OH) CO 等物质
3 2 2 2 3
来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
(2)控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。
(3)趁热过滤。防止某些物质降温时析出。
(4)冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
4．常用的分离方法
(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。
(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用 CCl 或苯
4
萃取溴水中的溴。
(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取NaCl。
(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO 、
3
FeCl 、CuCl 、CuSO ·5H O、FeSO ·7H O等。
3 2 4 2 4 2
(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。
(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中
的氨气。
一、条件控制与K 的计算
sp
1．(温度控制)辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu S)及少量脉石(SiO)。一种以辉铜矿石为原料
2 2
制备硝酸铜的工艺流程如图所示：
(1)“回收 S”过程中温度控制在 50～60 ℃之间，不宜过高或过低的原因是
________________________________________________________________________。
(2)“保温除铁”过程中，加入CuO的目的是____________________________________；
“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，要用 HNO 溶液调节溶液的 pH，其理由是
3
_______________。
答案 (1)温度高苯容易挥发，温度低溶解速率小
(2)调节溶液的pH，使Fe3＋完全转化为Fe(OH) 沉淀 抑制Cu2＋的水解
3
解析 (1)苯是有机溶剂，易挥发，所以温度高苯容易挥发，而温度低溶解速率小，因此回
收S过程中温度控制在50～60 ℃之间，不宜过高或过低。(2)氧化铜是碱性氧化物，能与酸
反应调节溶液的pH，所以氧化铜的作用是调节溶液的pH，使Fe3＋完全转化为Fe(OH) 沉淀
3
而析出。
2．(酸碱度控制——调pH)利用某钴矿石(主要成分为Co O)制取Co(OH) 粗品及其他工业产
2 3 2品的工艺流程如图1所示。
已知：浸出液中含有的阳离子主要有H＋、Cu2＋、Co2＋、Fe2＋、Mg2＋。
回答下列问题：
(1)钴矿石浸出时加入NaSO 的目的为________________________________。
2 3
(2)溶液中lg c(X)(X表示Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋、Co2＋、Mg2＋、Ca2＋)与pH的变化关系如图2所
示(离子浓度小于 10－5 mol·L－1时可认为已除尽)，在萃取余液中通入空气的目的是
________________________________________________________________________，用熟石
灰调 pH 至 3.2，过滤 1 所得滤渣的主要成分为________，萃取和反萃取的目的是
________________________________________________________________________。
(3)用氧化镁调滤液 1 的 pH 为 9.1 时，得到的氢氧化钴粗品中含有的主要杂质为
____________，多次洗涤可提高粗产品中钴含量。“过滤2”后所得滤液直接排放会造成水
体污染，须进行处理，用熟石灰调节 pH使c(Mg2＋)≤10－5 mol·L－1，则K [Mg(OH) ]＝
sp 2
________。
答案 (1)将Co3＋还原为Co2＋ (2)氧化浸出液中的Fe2＋，便于调pH除去 Fe(OH) 除去
3
Cu2＋ (3)CaSO 、MgSO 10－10.8
4 4
解析 流程分析：3．(调pH与K 计算)某废钒渣(主要成分为VO ，含有少量Al O 、CaO)为原料生产VO 的
sp 2 3 2 3 2 5
工艺流程如图：
已知：钒酸(H VO )是强酸，NH VO 难溶于水；＋5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液
3 4 4 3
pH的关系如表：
pH 4～6 6～8 8～10 10～12
主要离子 VO VO VO VO
2
(1) 向 钒 渣 中 加 入 生 石 灰 焙 烧 ， 将 VO 转 化 为 Ca(VO ) 的 化 学 方 程 式 为
2 3 3 2
________________________________________________________________________。
(2)已知Ca(VO ) 难溶于水，可溶于盐酸。若“酸浸”时溶液的pH＝4，则Ca(VO ) 溶于盐
3 2 3 2
酸的离子方程式为______________________________________________________。
(3)已知加入石灰乳后生成Ca (VO ) 沉淀，则加入石灰乳的作用是______________________。
3 4 2
(4)反应Ca (VO )(s)＋3CO(aq)2VO(aq)＋3CaCO (s)的平衡常数为____________(用含m、
3 4 2 3
n的代数式表示)，已知：K (CaCO)＝m，K [Ca (VO )]＝n。
sp 3 sp 3 4 2
(5)沉钒2过程中加入氯化铵溶液，控制溶液的pH＝7.5，当pH>8时，NH VO 的产量明显降
4 3
低，原因是___________________________________________________________。
答案 (1)CaO＋O＋VO=====Ca(VO )
2 2 3 3 2
(2)Ca(VO )＋4H＋===Ca2＋＋2VO＋2HO
3 2 2
(3)调节溶液的pH，并提供Ca2＋形成Ca (VO ) 沉淀 (4) (5)当pH>8时，钒的主要存在形
3 4 2
式不是VO
解析 废钒渣中加入CaO焙烧，VO 与CaO、空气中的氧气反应转化为Ca(VO ) ，Al O 与
2 3 3 2 2 3CaO反应转化为Ca(AlO) ，向焙烧后的固体中加入盐酸，Ca(AlO) 转化为Al(OH) 沉淀，
2 2 2 2 3
过滤得到含有Al(OH) 的滤渣1和含有CaCl 、VO Cl的滤液；向滤液中加入石灰乳，调节
3 2 2
pH，生成Ca (VO ) 沉淀，过滤得到滤液1和Ca (VO ) ；向Ca (VO ) 中加入碳酸铵溶液，
3 4 2 3 4 2 3 4 2
将Ca (VO ) 转化为(NH )VO ，过滤得到含有CaCO 的滤渣2和含有(NH )VO 的滤液；向
3 4 2 4 3 4 3 4 3 4
滤液中加入氯化铵，将(NH )VO 转化为 NH VO 沉淀，过滤得到滤液 2 和 NH VO ；
4 3 4 4 3 4 3
NH VO 灼烧脱氨制得VO。
4 3 2 5
(1)向钒渣中加入生石灰焙烧，VO 与CaO、氧气反应转化为Ca(VO ) ，反应的化学方程式
2 3 3 2
为CaO＋O＋VO=====Ca(VO )。
2 2 3 3 2
(2)由表中数据可知，pH＝4时，钒元素在溶液中以VO形式存在，则Ca(VO ) 溶于盐酸的
3 2
离子方程式为Ca(VO )＋4H＋===Ca2＋＋2VO＋2HO。
3 2 2
(3)加入石灰乳后生成Ca (VO ) 沉淀，由表中数据可知，钒元素以VO存在时的pH为10～
3 4 2
12，则加入石灰乳是为了调节溶液的pH，并提供Ca2＋形成Ca (VO ) 沉淀。
3 4 2
(4)根据方程式可知，反应的平衡常数K＝，K (CaCO)＝c(CO)·c(Ca2＋)＝m，c(CO)＝，K ＝
sp 3 sp
c3(Ca2＋)·c2(VO)＝n，c2(VO)＝，则K＝＝。
(5)当pH>8时，钒元素的主要存在形式不是VO，因此NH VO 的产量明显降低。
4 3
二、化工流程分析滤液、滤渣成分的确定
4．(2022·湖南岳阳模拟)锰常用于制造合金锰钢。某化工厂以软锰矿(主要成分是MnO ，含
2
有SiO、Fe O、CaO等少量杂质)为主要原料制取金属锰的工艺流程如图1所示。
2 2 3
(1)“浸锰”步骤中往往有副产物MnS O 生成，温度对“浸锰”反应的影响如图2所示。为
2 6
减少 MnS O 的生成，“浸锰”的适宜温度是________，“滤渣 Ⅰ”的成分是
2 6
____________(填化学式)。该步骤中可以再加入MnSO 以促进“滤渣 Ⅰ”析出，结合平衡
4
移动原理分析其原因：_____________________________________________。
(2)“滤液 Ⅰ”中需要先加入MnO 充分反应后再调pH，写出加入MnO 时发生反应的离子
2 2
方程式：________________________________________________________________________。(3)“滤液 Ⅱ”中加入 MnF 的目的是除去溶液中的 Ca2＋，已知 25 ℃时，K (CaF )＝
2 sp 2
3.2×10－11，则常温下CaF 在纯水中的溶解度为________g。
2
答案 (1)90 ℃ SiO 、CaSO c(SO)增大，使平衡Ca2＋(aq)＋SO(aq)CaSO(s)正向移动，
2 4 4
促进CaSO 析出 (2)MnO ＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2HO (3)1.56×10－3
4 2 2
解析 流程分析：
(3)常温下CaF 溶解在纯水中，则溶液中2c(Ca2＋)＝c(F－)，由K (CaF )＝c(Ca2＋)·c2(F－)可知
2 sp 2
K (CaF )＝4c3(Ca2＋)＝3.2×10－11，解得c(Ca2＋)＝2×10－4 mol·L－1，则饱和CaF 溶液中
sp 2 2
c(CaF )＝c(Ca2＋)＝2×10－4 mol·L－1，则常温下CaF 在纯水中的溶解度为1.56×10－3 g。
2 2
5．以硫酸渣(含Fe O、SiO 等)为原料制备铁黄(FeOOH)的一种工艺流程如图：
2 3 2
(1)“酸溶”中加快溶解的方法为________________(任意写出一种)。
(2)“还原”过程中的离子方程式为______________________________________。
(3)写出“滤渣”中主要成分的化学式：_____________________________________________。
(4)①“沉铁”过程中生成Fe(OH) 的化学方程式为___________________________________。
2
②若用CaCO “沉铁”，则生成FeCO 沉淀。当反应完成时，溶液中＝____________。[已
3 3
知K (CaCO)＝2.8×10－9，K (FeCO)＝2×10－11]
sp 3 sp 3
(5)“氧化”时，用NaNO 浓溶液代替空气氧化Fe(OH) 浆液，能缩短氧化时间，但缺点是
2 2
____________________。答案 (1)加热(或搅拌或适当增大硫酸浓度等)
(2)Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
(3)SiO、Fe
2
(4)①FeSO ＋2NH HCO ===Fe(OH) ↓＋(NH )SO ＋2CO↑ ②140
4 4 3 2 4 2 4 2
(5)NaNO 被还原为氮氧化物，污染空气
2
解析 (4)②若用CaCO “沉铁”，则生成FeCO 沉淀，当反应完成时，溶液中＝＝＝140。
3 3
6．钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛
白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc O)的一种流程如图：
2 3
回答下列问题：
(1)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定
比例混合而成。混合的实验操作是__________________________________________。
(2)先加入氨水调节pH＝3，过滤，滤渣主要成分是____________；再向滤液中加入氨水调
节pH＝6，滤液中Sc3＋的浓度为__________。(已知：25 ℃时，K [Mn(OH) ]＝1.9×10－13，
sp 2
K [Fe(OH) ]＝2.6×10－39，K [Sc(OH) ]＝9.0×10－31)
sp 3 sp 3
(3)用草酸“沉钪”。25 ℃时pH＝2的草酸溶液中 ＝____________(保留两位有效数字)。写
出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式：____________________________________。[已知：
25 ℃时，K (H C O)＝5.9×10－2，K (H C O)＝6.4×10－5]
a1 2 2 4 a2 2 2 4
答案 (1)将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入双
氧水中，并不断搅拌 (2)Fe(OH) 9.0×10－7mol·L－1
3
(3)3.8×10－2 2Sc3＋＋3HC O===Sc (C O)↓＋6H＋
2 2 4 2 2 4 3
解析 (1)在混合不同的液体时，一般先加密度较小、易挥发的，后加密度大、难挥发的，
若混合时放热，则最后加受热易分解的。(3)25 ℃时 pH＝2 的草酸溶液中＝××＝
K (H C O)×K (H C O)×＝6.4×10－5×5.9×10－2×≈3.8×10－2。
a2 2 2 4 a1 2 2 4
课时精练
1．(2022·辽宁，16)某工厂采用辉铋矿(主要成分为BiS ，含有FeS 、SiO 杂质)与软锰矿(主
2 3 2 2
要成分为MnO )联合焙烧法制备BiOCl和MnSO ，工艺流程如下：
2 4已知：①焙烧时过量的MnO 分解为MnO，FeS 转变为Fe O；
2 2 3 2 2 3
②金属活动性：Fe>(H)>Bi>Cu；
③相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下：
开始沉淀pH 完全沉淀pH
Fe2＋ 6.5 8.3
Fe3＋ 1.6 2.8
Mn2＋ 8.1 10.1
回答下列问题：
(1)为提高焙烧效率，可采取的措施为_________________________。
a．进一步粉碎矿石
b．鼓入适当过量的空气
c．降低焙烧温度
(2)Bi S 在空气中单独焙烧生成BiO，反应的化学方程式为______________________。
2 3 2 3
(3)“ 酸 浸 ” 中 过 量 浓 盐 酸 的 作 用 为 ： ① 充 分 浸 出 Bi3 ＋ 和 Mn2 ＋ ；
②________________________________________________________________________。
(4)滤渣的主要成分为________________(填化学式)。
(5)生成气体A的离子方程式为____________________________________________。
(6)加入金属Bi的目的是_______________________________________________。
答案 (1)ab (2)2Bi S ＋9O=====2BiO ＋6SO (3)抑制金属离子水解 (4)SiO (5)Mn O
2 3 2 2 3 2 2 2 3
＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl↑＋3HO (6)将Fe3＋转化为Fe2＋
2 2
解析 (1)联合焙烧时，进一步粉碎矿石，可以增大矿石与空气的接触面积，能够提高焙烧
效率，选项a符合题意；鼓入适当过量的空气有利于矿石充分反应，选项b符合题意；降低
焙烧温度，反应速率减慢，不利于提高焙烧效率，选项 c不符合题意。(2)Bi S 在空气中单
2 3
独焙烧生成BiO ，根据原子守恒可知还应生成SO ，结合得失电子守恒，反应的化学方程
2 3 2
式为2BiS ＋9O=====2BiO ＋6SO 。(3)加入浓盐酸后，溶液中含有的离子主要为Bi3＋、
2 3 2 2 3 2
Fe3＋、Mn2＋、H＋、Cl－，而酸浸后取滤液进行转化，故要防止金属离子水解生成沉淀，进入滤渣，造成制得的BiOCl产率偏低。(4)滤渣主要为不溶于浓盐酸的SiO 。(5)因MnO 有氧
2 2 3
化性，会与浓盐酸发生氧化还原反应：MnO ＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl↑＋3HO。(6)由
2 3 2 2
已知信息③知，调pH＝2.6时，Fe3＋会水解生成Fe(OH) 沉淀，但Fe2＋还没开始沉淀，故要
3
将Fe3＋转化为Fe2＋，在调pH后获得含FeCl 的滤液，为了不引入新的杂质，加入Bi作还原
2
剂。
2．(2022·全国乙卷，26)废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO 、PbO 、PbO和Pb，还有少
4 2
量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等，为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的
回收。
一些难溶电解质的溶度积常数如下表：
难溶电解质 PbSO PbCO BaSO BaCO
4 3 4 3
K 2.5×10－8 7.4×10－14 1.1×10－10 2.6×10－9
sp
一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：
金属氢氧化物 Fe(OH) Fe(OH) Al(OH) Pb(OH)
3 2 3 2
开始沉淀的pH 2.3 6.8 3.5 7.2
完全沉淀的pH 3.2 8.3 4.6 9.1
回答下列问题：
(1)在“脱硫”中PbSO 转化反应的离子方程式为________________________，用沉淀溶解
4
平衡原理解释选择NaCO 的原因： ____________________________________________。
2 3
(2) 在 “ 脱 硫 ” 中 ， 加 入 NaCO 不 能 使 铅 膏 中 BaSO 完 全 转 化 ， 原 因 是
2 3 4
________________________________________________________________________。
(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，还要加入HO。
2 2
(ⅰ)能被HO 氧化的离子是__________________________________________；
2 2
(ⅱ)H O 促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb(Ac) ，其化学方程式为
2 2 2
________________________________________________________________________；
(ⅲ)H O 也能使PbO 转化为Pb(Ac) ，HO 的作用是______________________________。
2 2 2 2 2 2
(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是__________。
(5)“沉铅”的滤液中，金属离子有__________。
答案 (1)PbSO (s)＋CO(aq)===PbCO (s)＋SO(aq) 反应 PbSO (s)＋CO(aq)PbCO (s)＋
4 3 4 3
SO(aq)的平衡常数K＝＝＝≈3.4×105>105，PbSO 可以比较彻底的转化为PbCO
4 3
(2)反应BaSO(s)＋CO(aq)BaCO (s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝≈0.04≪105，反应正向
4 3进行的程度有限
(3)(ⅰ)Fe2＋ (ⅱ)Pb＋HO＋2HAc===Pb(Ac) ＋2HO (ⅲ)作还原剂
2 2 2 2
(4)Fe(OH) 、Al(OH) (5)Ba2＋、Na＋
3 3
解析 (3)(ⅰ)过氧化氢有氧化性，亚铁离子有还原性，会被过氧化氢氧化为铁离子。(ⅱ)过
氧化氢促进金属Pb在醋酸溶液中转化为Pb(Ac) ，过氧化氢与Pb、HAc发生氧化还原反应
2
生成Pb(Ac) 和HO，依据得失电子守恒和原子守恒可知，反应的化学方程式为Pb＋HO ＋
2 2 2 2
2HAc===Pb(Ac) ＋2HO。(ⅲ)过氧化氢也能使PbO 转化为Pb(Ac) ，铅元素化合价由＋4价
2 2 2 2
降低到＋2价，PbO 是氧化剂，则过氧化氢是还原剂。(4)酸浸后溶液的pH约为4.9，依据
2
金属氢氧化物沉淀时的pH可知，滤渣的主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁。(5)加入碳酸钠不
能使铅膏中的BaSO 完全转化，铁离子、铝离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，铅转化为
4
氢氧化铅，最终转化为氧化铅，因此沉铅的滤液中，金属离子有 Ba2＋和加入碳酸钠、氢氧
化钠时引入的Na＋。
3．(2022·山东滕州二中模拟)富硼渣中含有镁硼酸盐(2MgO·B O)、镁硅酸盐(2MgO·SiO )及
2 3 2
少量Al O 、FeO等杂质。由富硼渣湿法制备硫酸镁晶体和硼酸(H BO)晶体的一种工艺流程
2 3 3 3
如下：
已知：生成氢氧化物沉淀的pH(金属离子的起始浓度为0.1 mol·L－1)
Fe(OH) Al(OH) Fe(OH) Mg(OH)
3 3 2 2
开始沉淀时 1.9 3.4 7.0 9.1
完全沉淀时 3.2 4.7 9.0 11.1
(1)酸浸时发生反应：2MgO·SiO ＋2HSO ===2MgSO ＋SiO ＋2HO,2MgO·B O ＋2HSO ＋
2 2 4 4 2 2 2 3 2 4
HO===2HBO＋2MgSO 。
2 3 3 4
①上述反应体现出酸性强弱：HSO __________(填“>”或“＜”)H BO。
2 4 3 3
②已知硼酸与过量NaOH溶液发生的中和反应为HBO ＋OH－===B(OH)。下列关于硼酸的
3 3
说法正确的是________(填字母)。
A．硼酸是一元酸
B．向NaHCO 固体中滴加饱和硼酸溶液，有气泡产生
3
C．硼酸的电离方程式可表示为HBO＋HOB(OH)＋H＋
3 3 2
(2)检验褐色浸出液中的杂质离子：取少量浸出液，________________(填操作和现象)，证明
溶液中含有Fe2＋。
(3)除去浸出液中的杂质离子：用MgO调节溶液的pH至____________以上，使杂质离子转
化为__________________(填化学式)沉淀，过滤。
(4)获取晶体：ⅰ.浓缩滤液，使MgSO 和HBO 接近饱和；ⅱ.控制温度使两种晶体分别从溶
4 3 3液中结晶。结合如图溶解度曲线，简述ⅱ的方法：将浓缩液加入到高压釜中，升温结晶得到
____________晶体，分离后，再将母液降温结晶，分离得到________________晶体。
答案 (1)①＞ ② AC (2)滴加 K[Fe(CN) ]溶液，产生蓝色沉淀 (3)4.7 Al(OH) 、
3 6 3
Fe(OH) (4)硫酸镁 硼酸
3
解析 (1)①2MgO·B O ＋2HSO ＋HO===2HBO ＋2MgSO ，根据强酸制弱酸可知，酸性：
2 3 2 4 2 3 3 4
HSO ＞HBO ；②硼酸与过量NaOH溶液发生的中和反应为HBO ＋OH－===B(OH)，可知
2 4 3 3 3 3
硼酸为一元酸，A项正确；由于非金属性：B
