专题13化学工艺流程（讲）（学生版）_05高考化学_通用版（老高考）复习资料_2023年复习资料_二轮复习_2023年高考化学二轮复习讲练测（全国通用）

专题 13 化学工艺流程 1．常见金属元素(如Na、Mg、Al、Fe、Cu等) (1)了解常见金属的活动顺序； (2)了解常见金属、重要化合物的主要性质及其应用； (3)了解合金的概念及其重要应用。 考纲 2．了解常见非金属元素(如H、C、N、O、Si、S、Cl等)单质及其化合物的主要性质及 应用； 3．掌握常见金属、非金属单质及其重要化合物的主要性质和应用； 4．了解常见非金属单质及其重要化合物对环境的影响； 5．了解常见无机非金属材料的重要成分、生产原料及其用途。 预计2023年将化学工艺或化学工业生产及最新科技成果融入其中，来考查考生的综合 能力。化学工艺流程题主要从以下两点设置：(1)环境与化学：主要涉及“废水、废 气、废渣”的来源，对环境的影响和处理原理。(2)重要化工生产及资源利用：旨在用 考情预测 所学的基本理论(氧化还原、化学平衡、盐类水解、电化学、热化学、有机物结构与性 质等)指导化工生产。从命题趋势来看，一般有三种题型：一是从实验设计和评价的角 度对化工生产进行模拟；二是根据一些化工生产的流程来考查考生的综合应用能力；三 是关于化工生产的相关计算。 核心素养 科学探究与创新意识 科学态度与社会责任 高频考点一 化学工艺流程与物质制备 物质制备类化工流程题常以某种物质(目标产物)的制备为基础，涉及原料的预处理、物质的制备原理、产品的分离及提纯等具体步骤，兼顾考查元素及其化合物、化学基本概念和基本理论、化学实验等知识。一个完 整的物质制备类化工生产流程一般包括以下具体内容： 1．原料预处理的六种常用方法 方法 目的 研磨、 减小固体的颗粒度或将液体雾化，增大反应物的接触面积，加快反应速率或使反应更 雾化 加充分 水浸 与水接触反应或溶解 酸浸 与酸接触反应或溶解，使可溶性离子进入溶液，不溶物通过过滤除去 碱浸 除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物 除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性 灼烧 杂质 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，如煅烧高岭土 2．制备过程中控制反应条件的6种常用方法 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 调节溶液的 点：①能与H＋反应，使溶液pH变大；②不引入新杂质。例如若要除去Cu2＋中混 pH 有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH) 或Cu (OH) CO 等物质来调节溶液的pH，不可 2 2 2 3 加入NaOH溶液、氨水等 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 控制压强 改变速率，影响平衡 使用合适的 加快反应速率，缩短达到平衡所需要的时间 催化剂 趁热过滤 防止某物质降温时析出 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 3．工艺流程中的常见专业术语 关键词 释 义 研磨、雾 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化，增大反应物接触面积，以加快反应速 化 率或使反应更充分 使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭 灼烧(煅烧) 土、硫铁矿 向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱 浸取 溶、醇溶等 浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少 酸浸 在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程 水浸 与水接触反应或溶解 过滤 固体与液体的分离 滴定 定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定蒸发结晶 蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出 蒸发浓缩 蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度 水洗 用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等 酸作用 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等 碱作用 去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH、促进水解(沉淀) 【典例剖析】 【例1】(2022•辽宁省选择性考试)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： ； ③相关金属离子形成氢氧化物的 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 的目的是___________。【答案】(1)ab (2) 2Bi S+9O 2BiO+6SO 2 3 2 2 3 2 (3)抑制金属离子水解 (4) SiO 2 (5)Mn O+6H++2Cl-=2Mn2++ Cl ↑+3H O 2 3 2 2 (6)将Fe3+转化为Fe2+ 【解析】联合焙烧：由已知信息①和第(2)问题干可知，发生转化：BiS→BiO+SO、FeS→Fe O+SO、 2 3 2 3 2 2 2 3 2 MnO →MnO+ MnSO ，故联合焙烧后得到BiO、Fe O、MnO、MnSO 和SiO；水浸：MnSO 进入滤液， 2 2 3 4 2 3 2 3 2 3 4 2 4 滤渣为BiO、Fe O、MnO 和SiO；酸浸：加入过量浓盐酸后，BiO 和Fe O 发生转化：BiO→Bi3+、 2 3 2 3 2 3 2 2 3 2 3 2 3 Fe O→Fe3+，因MnSO 有氧化性，会与浓盐酸发生氧化还原反应：MnO+6H++2Cl-=2Mn2++ Cl ↑+3H O，气体 2 3 4 2 3 2 2 A为Cl，滤渣主要为不溶于浓盐酸的SiO，滤液中金属离子为Bi3+、Fe3+、Mn2+；第(4)(5)问转化：由已知信 2 2 息②知，Fe的金属活动性强于Bi，且调pH=2.6时Mn2+和Fe2+进入滤液，可知加入金属Bi的目的是将Fe3+还原 为Fe2+。(1)a项，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；b项，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；c项，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；答案选ab；(2) Bi S 在空气中单独焙烧生成BiO，根据原 2 3 2 3 子守恒可知还应生成SO ，结合得失电子守恒，反应的化学方程式为2BiS+9O 2BiO+6SO；(3)加入浓 2 2 3 2 2 3 2 盐酸后，溶液中含有的离子主要为Bi3+、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 2 2 3 氧化性，会与浓盐酸发生氧化还原反应：MnO+6H++2Cl-=2Mn2++ Cl ↑+3H O；(6)由已知信息③知，调pH=2.6 2 3 2 2 时，Fe3+会水解生成Fe(OH) 沉淀，但Fe2+还没开始沉淀，故要将Fe3+转化为Fe2+，在调pH后获得含FeCl 的滤 3 2 液，为了不引入新的杂质，加入Bi作还原剂。 【例2】(2022•山东卷)工业上以氟磷灰石[Ca F(PO )]，含SiO 等杂质]为原料生产磷酸和石膏，工艺流程如 5 4 3 2 下： 回答下列问题： (1)酸解时有 产生。氢氟酸与SiO 反应生成二元强酸HSiF，离子方程式为_______。 2 2 6 (2)部分盐的溶度积常数见下表。精制Ⅰ中，按物质的量之比n(Na CO)：n(SiF2-)= 1：1加入NaCO 脱氟， 2 3 6 2 3充分反应后，c(Na+)=_______ mol•L-1；再分批加入一定量的BaCO ，首先转化为沉淀的离子是_______。 3 BaSiF NaSiF CaSO BaSO 6 2 6 4 4 Ksp 1.0×10-6 4.0×10-6 9.0×10-4 1.0×10-10 (3)SO 2-浓度(以SO %计)在一定范围时，石膏存在形式与温度、HPO 浓度(以PO%计)的关系如图甲所示。 4 3 3 4 2 5 酸解后，在所得 、PO%为45的混合体系中，石膏存在形式为_______(填化学式)；洗涤时使用一定浓度 2 5 的硫酸溶液而不使用水，原因是_______，回收利用洗涤液X的操作单元是_______；一定温度下，石膏存在 形式与溶液中PO%和SO %的关系如图乙所示，下列条件能实现酸解所得石膏结品转化的是_______(填标号)。 2 5 3 A．65℃、PO%=15、SO %=15 B．80℃、PO%=10、SO %=20 2 5 3 2 5 3 C．65℃、PO%=10、SO %=30 D．80℃、PO%=10、SO %=10 2 5 3 2 5 3 【答案】(1)6HF+SiO =2H++ SiF2-+2H O 2 6 2 (2) 2.0×10-2 SO 2- 4 (3) CaSO •0.5HO 减少CaSO 的溶解损失，提高产品石膏的产率 酸解 D 4 2 4 【解析】根据题中的工艺流程，氟磷灰石用硫酸溶解后过滤，得到粗磷酸和滤渣，滤渣经洗涤后结晶转化 为石膏；粗磷酸以精制I脱氟、除硫酸根离子和SiF2-，过滤，滤液经精制II等一系列操作得到磷酸。(1)氢氟 6 酸与SiO 反应生成二元强酸HSiF，该反应的离子方程式为6HF+SiO =2H++ SiF2-+2H O。(2)精制1中，按物 2 2 6 2 6 2 质的量之比n(Na CO)：n(SiF2-)= 1：1加入NaCO 脱氟，该反应的化学方程式为HSiF+ Na CO= 2 3 6 2 3 2 6 2 3 NaSiF↓+CO ↑+ H O，充分反应后得到沉淀NaSiF，溶液中有饱和的NaSiF，且c(Na+)=2c(SiF 2-)，根据 2 6 2 2 2 6 2 6 6 NaSiF 的溶度积可知Ksp= c2(Na+)• c(SiF 2-)=4c3(SiF2-)，c(SiF 2-) = mol•L-1，因此 2 6 6 6 6 c(Na+)=2c(SiF 2-)=2.0×10-2mol•L-1；同时，粗磷酸中还有硫酸钙的饱和溶液，c(Ca2+)=c(SO2-)= 6 4 mol•L-1；分批加入一定量的BaCO ，当BaSiF 沉淀开始生成时，c(Ba2+)= 3 6mol•L-1，当BaSO 沉淀开始生成时，c(Ba2+)= mol•L-1，因此，首先转 4 化为沉淀的离子是SO 2-，然后才是SiF2-。(3)根据图中的坐标信息，酸解后，在所得100℃、PO%为45的混 4 6 2 5 合体系中，石膏存在形式为CaSO•0.5HO；CaSO 在硫酸中的溶解度小于在水中的，因此，洗涤时使用一定浓 4 2 4 度的硫酸溶液而不使用水的原因是：减少CaSO 的溶解损失，提高产品石膏的产率；洗涤液X中含有硫酸， 4 其具有回收利用的价值，由于酸解时使用的也是硫酸，因此，回收利用洗涤液X的操作单元是：酸解。由图 甲信息可知，温度越低，越有利于实现酸解所得石膏结晶的转化，由图乙信息可知，位于65℃线上方的晶体 全部以CaSO•0.5HO形式存在，位于80℃线下方，晶体全部以CaSO•2H O形式存在，在两线之间的以两种 4 2 4 2 晶体的混合物形式存在：A项，PO%= l5、SO %= 15，由图乙信息可知，该点坐标位于两个温度线之间，故 2 5 3 不能实现晶体的完全转化，A不符合题意；B项，PO%= 10、SO %= 20，由图乙信息可知，该点坐标位于两 2 5 3 个温度线(65℃、80℃)之间，故不能实现晶体的完全转化， B不符合题意；C项，PO%= 10、SO %= 30，由 2 5 3 图乙信息可知，该点坐标位于，该点坐标位于65℃线上方，晶体全部以CaSO•0.5HO形式存在，故不能实现 4 2 晶体转化， C不符合题意；D项，PO%=10、SO %= 10，由图乙信息可知，该点坐标位于80℃线下方，晶体 2 5 3 全部以CaSO•2H O形式存在，故能实现晶体的完全转化，D符合题意；故选D。 4 2 【变式探究】 1．(2021•全国甲卷)碘(紫黑色固体，微溶于水)及其化合物广泛用于医药、染料等方面。回答下列问题： (1)I 的一种制备方法如下图所示： 2 ①加入 粉进行转化反应的离子方程式为_______，生成的沉淀与硝酸反应，生成_______后可循环使用。 ②通入Cl 的过程中，若氧化产物只有一种，反应的化学方程式为_______；若反应物用量比n(Cl )/ 2 2 n(FeI )=1.5时，氧化产物为_______；当n(Cl )/n(FeI )＞1.5，单质碘的收率会降低，原因是_______。 2 2 2 (2)以NaIO 为原料制备I 的方法是：先向NaIO 溶液中加入计量的NaHSO，生成碘化物；再向混合溶液 3 2 3 3 中加入NaIO 溶液，反应得到I，上述制备I 的总反应的离子方程式为_______。 3 2 2 (3)KI溶液和CuSO 溶液混合可生成CuI沉淀和I，若生成1 mol I ，消耗的KI至少为_______ mol。I 在 4 2 2 2 KI溶液中可发生反应I+I- I-。实验室中使用过量的KI与CuSO 溶液反应后，过滤，滤液经水蒸气蒸馏 2 3 4 可制得高纯碘。反应中加入过量 的原因是_______。 2．(2021•广东选择性考试）对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝( )、钼(Mo)、镍( )等元素的氧化物，一种回收利用工艺的部分流程如下： 已知：25℃时，HCO 的K =4.5×10-7，K =4.7×10-11，K (BaMoO )=3.5×10-8, ，K (BaCO)=2.6×10-9；该工 2 3 a1 a1 sp 4 sp 3 艺中，pH＞6.0时，溶液中Mo元素以MoO 2-的形态存在。 4 (1)“焙烧”中，有NaMoO 生成，其中Mo元素的化合价为_______。 2 4 (2)“沉铝”中，生成的沉淀 为_______。 (3)“沉钼”中，pH为7.0。 ①生成BaMoO 的离子方程式为_______。 4 ②若条件控制不当，BaCO 也会沉淀。为避免BaMoO 中混入BaCO 沉淀，溶液中c(HCO -)： 3 4 3 3 c(MoO 2-)=_______(列出算式)时，应停止加入BaCl 溶液。 4 2 (4)①滤液Ⅲ中，主要存在的钠盐有NaCl和Y，Y为_______。 ②往滤液Ⅲ中添加适量NaCl固体后，通入足量_______(填化学式)气体，再通入足量CO，可析出 。 2 (5)高纯AlAs (砷化铝)可用于芯片制造。芯片制造中的一种刻蚀过程如图所示，图中所示致密保护膜为一 种氧化物，可阻止HO刻蚀液与下层GaAs (砷化镓)反应。 2 ①该氧化物为_______。 ②已知： 和Al同族，As和N同族。在HO 与上层GaAs的反应中，As元素的化合价变为+5价，则 2 2该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为_______。 3．( 2019年江苏高考化学)实验室以工业废渣(主要含CaSO·2H O，还含少量SiO、Al O、Fe O)为原料 4 2 2 2 3 2 3 制取轻质CaCO 和(NH )SO 晶体，其实验流程如下： 3 4 2 4 (1)室温下，反应CaSO(s)+CO2- (aq) CaCO (s)+SO 2- (aq)达到平衡，则溶液中 4 3 3 4 =________[K (CaSO)=4.8×10−5，K (CaCO)=3×10−9]。 sp 4 sp 3 (2)将氨水和NH HCO 溶液混合，可制得(NH )CO 溶液，其离子方程式为________；浸取废渣时，向 4 3 4 2 3 (NH )CO 溶液中加入适量浓氨水的目的是_____________________。 4 2 3 (3)废渣浸取在如图所示的装置中进行。控制反应温度在60~70 ℃，搅拌，反应3小时。温度过高将会导 致CaSO 的转化率下降，其原因是________；保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变，实验中提高 4 CaSO 转化率的操作有________。 4 (4)滤渣水洗后，经多步处理得到制备轻质CaCO 所需的CaCl 溶液。设计以水洗后的滤渣为原料，制取 3 2 CaCl 溶液的实验方案：______[已知pH=5时Fe(OH) 和Al(OH) 沉淀完全；pH=8.5时Al(OH) 开始溶解。实验 2 3 3 3 中必须使用的试剂：盐酸和Ca(OH) ]。 2 无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，为近年来高考的必 考题型。该类试题的解题思路为：明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的 产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。基本方法和步骤为：(1)从 题干中获取有用信息，了解生产的产品。(2)然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离 等阶段。(3)分析流程中的每一步骤，从以下几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。易 错点和难点是最后一问。 高频考点二 化学工艺流程与反应原理 化工生产过程中的主要生产阶段涉及多种化学反应原理，试题中根据生产流程中的有关化学知识步步设问， 只要明确实验目的，理解装置的作用以及工艺流程的原理，吸收题目新信息并能加以灵活运用。结合化学反应 原理类化工生产流程一般包括以下具体内容： 1．温度、浓度、压强的控制 术语 功能 温度 ①加快反应速率或溶解速率；②促进平衡向吸热方向移动；③除杂，除去热不稳定 的控 升温 的杂质，如NaHCO 、Ca(HCO )、KMnO 、I、NH Cl等物质。④使沸点相对较 3 3 2 4 2 4 制 低的原料气化 ①防止某物质在高温时会溶解(或分解) ；② 使化学平衡向着题目要求的方向移动 降温 (放热方向)；③使某个沸点较高的产物液化，使其与其他物质分离;④降低晶体的溶 解度，减少损失. ①防止某种物质温度过高时会分解或挥发；②为了使某物质达到沸点挥发出来；③ 控温(用水 使催化剂的活性达到最好；④防止副反应的发生；⑤降温或减压可以减少能源成 浴或油浴 本，降低对设备的要求，达到绿色化学的要求；⑥如果题目中出现了包括产物在内 控温) 的各种物质的溶解度信息，则要根据它们的溶解度随温度升高而改变的情况，寻找 合适的结晶分离方法 ( 蒸发结晶或浓缩结晶) 。 增大反应 ①可加快反应速率 。对气体分子数减少的反应，加压使平衡向生成物方向移动。 浓 物浓 但压强太大，动力消耗更多，设备要求更高，成本增加，故必须综合考虑；②加压 度、 度 、 加 一般是提高气体反应物浓度措施 ，在气体和固体、液体反应的体系中并不适宜； 压强 压 ③生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率。 的控 制 减压蒸馏 减小压强，降低液体的沸点，防止(如浓HNO 3 、NH 3 .H 2 O、H 2 O 2 、NH 4 HCO 3 等)物 质分解； 2．pH的控制 术语 功能 (1)目的：调节pH值实质上是利用沉淀溶解平衡把某些离子转化成沉淀。(2)原则：不管是调高 还是调低，原则都是加过量的除杂剂而不引进新的杂质，这里分两种情况①如果要得到滤液， 控制溶 可加固体沉淀剂消耗H＋或OH—，如除去含Cu2+溶液中混有的Fe3+,可通过加入CuO、Cu(OH) 、 2 液的 Cu(OH) CO 等；②要得到滤渣，则需加入碱性溶液，如氨水或氢氧化钠溶液。调低PH值的原 2 3 PH 则与调高PH的原则相同。(3)题目呈现方式：题中通常会以表格数据形式，或“已知信息”给 出需求的“适宜PH范围”的信息;(4)解题步骤：①判断溶液呈酸(或碱)性; ②判断调高还是调 低; ③选择合适的调节剂。 3．体系环境氛围及其它条件的控制 术语 功能 (1)蒸发或结晶时，加入相应的酸或碱，以抑制某些盐的水解；(2)需要在酸性气流中干燥 酸性、 FeCl 、AlCl 、MgCl 等含水晶体，以防止水解。如从海水中提取镁，从MgCl 的溶液里结晶 碱性 3 3 2 2 析出的是氯化镁结晶水合物，电解熔化氯化镁才能制得金属镁，要去除氯化镁晶体中的结晶 或 某 种 环 水"需要在氯化氢气流中加热，否则煅烧所得的最后固体不是MgCl 2 ，而是熔点更高的MgO, 具 境 氛 有相似情况的还有FeCl 3 、 AlCl 3 等；(3)营造还原性氛围：加热煮沸酸液后再冷却，其目的是排 围 除酸溶液中的氧气，如用废铁制备绿矾晶体，需要把硫酸加热煮沸后再加入，同时还不能加入 过量，防止Fe2+被氧化；(4)营造氧化性氛围：加入氧化剂进行氧化，如加入绿色氧化剂 HO 2 2将 Fe2+ 氧化转化为Fe3+ 。 【典例剖析】 【例1】(2022•湖南选择性考试)钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为 TiO，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下： 2 已知“降温收尘”后，粗TiCl 中含有的几种物质的沸点： 4 物质 TiCl VOCl SiCl AlCl 4 3 4 3 沸点/℃ 136 127 57 180 回答下列问题： (1)已知ΔG= ΔH-TΔS， 的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略 、 随温度的变化。若ΔG＜ 0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600℃时，下列反应不能自发进行的是_______。 A．C(s)＋O(g)=CO (g) B．2C(s)＋O(g)=2CO(g) 2 2 2 C．TiO (s)＋2Cl(g)= TiCl (g)＋O(g) D．TiO (s)＋C(s)＋2Cl(g)= TiCl (g)＋CO(g) 2 2 4 2 2 2 4 2 (2) TiO 与C、Cl，在600℃的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表： 2 2 物质 TiCl CO CO Cl 4 2 2 分压 ①该温度下，TiO 与C、Cl 反应的总化学方程式为_______； 2 2 ②随着温度升高，尾气中 的含量升高，原因是_______。 (3)“除钒”过程中的化学方程式为_______；“除硅、铝”过程中，分离TiCl 中含 、 杂质的方法是 4 _______。(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序_______(填“能”或“不能”)交换，理由是_______。 (5)下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入 冶炼 的方法相似的是_______。 A．高炉炼铁 B．电解熔融氯化钠制钠 C．铝热反应制锰 D．氧化汞分解制汞 【答案】(1)C (2) 5TiO+6C+10Cl 5TiCl +2CO+4CO 随着温度升高，CO 与C发生反应C＋CO 2CO 2 2 4 2 2 2 (3) 3VOCl +Al=3VOCl +AlCl 蒸馏 3 2 3 (4) 不能 若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质； (5)AC 【解析】钛渣中加入C、Cl 进行沸腾氯化，转化为相应的氯化物，降温收尘后得到粗TiCl ，加入单质Al 2 4 除钒，再除硅、铝得到纯TiCl ，加入Mg还原得到Ti。(1)记①C(s)＋O(g)=CO (g)，②2C(s)＋O(g)=2CO(g)， 4 2 2 2 ③TiO (s)＋2Cl(g)= TiCl (g)＋O(g)，④TiO (s)＋C(s)＋2Cl(g)= TiCl (g)＋CO(g)；A项，由图可知，600℃ 2 2 4 2 2 2 4 2 时C(s)＋O(g)=CO (g)的ΔG＜0，反应自发进行，故A不符合题意；B项，由图可知，600℃时2C(s)＋ 2 2 O(g)=2CO(g)的ΔG＜0，反应自发进行，故B不符合题意；C项，由图可知，600℃时TiO (s)＋2Cl(g)= 2 2 2 TiCl (g)＋O(g)的ΔG＞0，反应不能自发进行，故C符合题意；D项，根据盖斯定律，TiO (s)＋C(s)＋2Cl(g)= 4 2 2 2 TiCl (g)＋CO(g)可由①+③得到，则600℃时其ΔG＜0，反应自发进行，故D不符合题意；故选C；(2)①根据 4 2 表中数据可知，该温度下C主要生成CO和CO，根据相同条件下气体的压强之比是物质的量之比可知TiCl 、 2 4 CO和CO 的物质的量之比约是5：2：4，所以TiO 与C、Cl 反应的总化学方程式为5TiO+6C+10Cl 2 2 2 2 2 5TiCl +2CO+4CO ；②随着温度升高，CO 与C发生反应C＋CO 2CO，导致CO含量升高；(3)“降温收 4 2 2 2 尘”后钒元素主要以VOCl 形式存在，加入Al得到VOCl 渣，根据得失电子守恒和元素守恒配平方程式为 3 2 3VOCl +Al=3VOCl +AlCl ；AlCl 、SiCl 与TiCl 沸点差异较大，“除硅、铝"过程中可采用蒸馏的方法分离 3 2 3 3 4 4 AlCl 、SiCl ；(4)若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质，因此“除钒”和 3 4 “除硅、铝”的顺序不能交换；(5)本工艺中加入Mg冶炼Ti的方法为热还原法；A项，高炉炼铁的原理是用 还原剂将铁矿石中铁的氧化物还原成金属铁，属于热还原法，故A符合题意；B项，电解熔融氯化钠制取金属 钠的原理是电解法，故B不符合题意；C项，铝热反应制锰是利用Al作还原剂，将锰从其化合物中还原出来， 为热还原法，故C符合题意；D项，Hg为不活泼金属，可以直接用加热分解氧化汞的方法制备汞，故D不符 合题意；故选AC。 【例2】(2022•全国乙卷)废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO 、PbO 、PbO和Pb。还有少量Ba、Fe、 4 2Al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 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________，用沉淀溶解平衡原理解释选择NaCO 的原因 4 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( )，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)+CO2-(aq)= PbCO (s)+SO 2-(aq) 4 3 3 4 反应PbSO (s)+CO2- (aq)= PbCO (s)+SO 2- (aq)的平衡常数K= =3.4×105>105，PbSO 可以比较彻底 4 3 3 4 4 的转化为PbCO 3 (2)反应BaSO(s)+CO2- (aq)= BaCO (s)+SO 2- (aq)的平衡常数K= =0.04<<105，反应正向进行的程度 4 3 3 4有限 (3) Fe2+ Pb+HO+2HAc=Pb(Ac) +2H O 作还原剂 2 2 2 2 (4)Fe(OH) 、Al(OH) (5)Ba2+、Na+ 3 3 【解析】铅膏中主要含有PbSO 、PbO 、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等，向铅膏中加 4 2 入碳酸钠溶液进行脱硫，硫酸铅转化为碳酸铅，过滤，向所得固体中加入醋酸、过氧化氢进行酸浸，过氧化氢 可将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子，酸浸后溶液的pH约为4.9，依据金属氢氧化物沉淀时的pH可知，滤渣 主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁，过滤后，向滤液中加入氢氧化钠溶液进行沉铅，得到氢氧化铅沉淀，滤液中 的金属阳离子主要为钠离子和钡离子，氢氧化铅再进行处理得到PbO。(1)“脱硫”中，碳酸钠溶液与硫酸铅反 应生成碳酸铅和硫酸钠，反应的离子方程式为：PbSO (s)+CO2- (aq)= PbCO (s)+SO 2- (aq)，由一些难溶电解质 4 3 3 4 的溶度积常数的数据可知，K (PbCO )=7.4×10-14，K (PbSO )=2.5×10-8，反应PbSO (s)+CO2- (aq)= PbCO (s) sp 3 sp 4 4 3 3 +SO2- (aq)的平衡常数K= = = = ≈3.4×105>105，说明可以转化的比 4 较彻底，且转化后生成的碳酸铅可由酸浸进入溶液中，减少铅的损失。(2)反应BaSO(s)+CO2- (aq)= BaCO (s) 4 3 3 +SO2- (aq)的平衡常数K= = = = ≈0.04<<105，说明该反应正向进行 4 的程度有限，因此加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO 完全转化。(3)(i)过氧化氢有氧化性，亚铁离子有还原性， 4 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 2 生氧还原反应生成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： 2 2 Pb+HO+2HAc=Pb(Ac) +2H O。(iii)过氧化氢也能使PbO 转化为Pb(Ac) ，铅元素化合价由+4价降低到了+2价， 2 2 2 2 2 2 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，依据金属氢氧化物沉淀时的pH可知，滤 2 渣主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁。(5)依据分析可知，加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO 完全转化，铁离子、 4 铝离子转化为了氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，铅转化为了氢氧化铅、最终变为了氧化铅，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+。 【变式探究】 1．(2022•全国甲卷)硫酸锌(ZnSO)是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌 4 可由菱锌矿制备。菱锌矿的主要成分为ZnCO ，杂质为SiO 以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程 3 2 如下：本题中所涉及离子的氯氧化物溶度积常数如下表： 离 Fe3+ Zn2+ Cu2+ Fe2+ Mg2+ 子 回答下列问题： (1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为_______。 (2)为了提高锌的浸取效果，可采取的措施有_______、_______。 (3)加入物质X调溶液 ，最适宜使用的X是_______(填标号)。 A．NH ·H O B．Ca(OH) C． 3 2 2 滤渣①的主要成分是_______、_______、_______。 (4)向 的滤液①中分批加入适量KMnO 溶液充分反应后过滤，滤渣②中有MnO，该步反应的离 4 2 子方程式为_______。 (5)滤液②中加入锌粉的目的是_______。 (6)滤渣④与浓HSO 反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是_______、_______。 2 4 2．(2019年天津高考化学)多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。 回答下列问题： Ⅰ．硅粉与 在300℃时反应生成1molSiHCl 气体和 ，放出225kJ热量，该反应的热化学方程式为 3 ________________________；SiHCl 的电子式为__________________。 3 Ⅱ．将SiCl 氢化为SiHCl 有三种方法，对应的反应依次为： 4 3① SiCl (g)+ H (g) SiHCl (g)+HCl (g) ∆H>0 4 2 3 1 ② 3SiCl (g)+2 H (g)+ Si(s)+ 4SiHCl (g) ∆H<0 4 2 3 2 ③ 2SiCl (g)+ H (g)+ Si(s) +HCl (g) 4SiHCl (g) ∆H 4 2 3 3 (1)氢化过程中所需的高纯度 可用惰性电极电解 溶液制备，写出产生 的电极名称______(填“阳 极”或“阴极”)，该电极反应方程式为________________________。 (2)已知体系自由能变 ， 时反应自发进行。三个氢化反应的 与温度的关系如图 1所示，可知：反应①能自发进行的最低温度是____________；相同温度下，反应②比反应①的 小，主要 原因是________________________。 (3)不同温度下反应②中SiCl 转化率如图2所示。下列叙述正确的是______(填序号)。 4 a．B点： b． ：A点 点 c．反应适宜温度： ℃ (4)反应③的∆H=__________(用∆H、∆H 表示)；温度升高，反应③的平衡常数K______(填“增大”、 3 1 2 “减小”或“不变”)。 (5)由粗硅制备多晶硅过程中循环使用的物质除SiCl 、SiHCl 和 外，还有______(填分子式)。 4 3 3．(2021•山东卷)工业上以铬铁矿(FeCrO，含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠 2 4 (Na Cr O•2H O)的工艺流程如图。回答下列问题： 2 2 7 2(1)焙烧的目的是将FeCr O 转化为NaCrO 并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐，焙烧时气体与矿料逆流 2 4 2 4 而行，目的是________________________________。 (2)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10- 5mol•L-1时，可认为已除尽。 中和时pH的理论范围为_________________；酸化的目的是________________；Fe元素在_________(填 操作单元的名称)过程中除去。 (3)蒸发结晶时，过度蒸发将导致________________________________；冷却结晶所得母液中，除 NaCr O 外，可在上述流程中循环利用的物质还有________。 2 2 7 (4)利用膜电解技术(装置如图所示)，以NaCrO 为主要原料制备NaCr O 的总反应方程式为： 2 4 2 2 7 4NaCrO+4H O 2NaCr O+4NaOH+2H↑+O ↑。则NaCr O 在_______ (填“阴”或“阳”)极室制得，电 2 4 2 2 2 7 2 2 2 2 7 解时通过膜的离子主要为________________。 化学工艺流程常涉及的化学反应原理有：(1)沉淀溶解平衡的相关应用：①沉淀的最小浓度控制；②沉淀转化的条件。 (2)反应速率及化学平衡理论在实际生产中的应用：①反应速率控制；②化学平衡移动；③化学平衡常数的 应用；④反应条件的控制。 (3)氧化还原反应的具体应用：①强弱规律；②守恒规律；③选择规律。 (4)盐类水解的具体应用：①水解规律；②水解反应的控制(抑制或促进)。 高频考点三 化学工艺流程与物质提纯 物质提纯类化工流程题以物质的分离、提纯为基础，涉及蒸发浓缩、趁热过滤、冷却结晶、蒸馏、萃取、 分液、重结晶、洗涤、干燥等基本操作，突出考查化学实验基本方法在物质分离、提纯中的作用。物质提纯类 化工流程题一般包括以下具体内容： 1．物质分离的6种常用方法 看目的 选方法 过滤 分离难溶物质和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法 (热滤或抽滤) 利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提纯分离物质，如用 萃取和分液 CCl 或苯萃取溴水中的溴 4 提纯溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl 蒸发结晶 提纯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 冷却结晶 KNO、FeCl 、CuCl 、CuSO ·5H O、FeSO ·7H O等 3 3 2 4 2 4 2 分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油 蒸馏与分馏 利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气 冷却法 与氮气、氢气 2．获得产品阶段的主要操作 水洗：洗去晶体表面的杂质离子(适用于溶解度小的物质) 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 洗涤(冰水、 (适用于高温溶解度大、低温溶解度小的物质) 热水、有机 醇洗(常用于溶解度较大的物质)：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在 溶剂) 洗涤过程中的溶解损耗(若对溶解度小的物质进行醇洗，则是为了洗去杂质离 子，并使其尽快干燥) 蒸发时的气 如从溶液中析出FeCl 、AlCl 、MgCl 等溶质时，应在HCl的气流中加热，以 3 3 2 体氛围抑制 防其水解 水解 如KCr O 和少量NaCl的混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析 2 2 7 蒸发浓缩、 出的固体主要是KCr O ，母液中是NaCl和少量KCr O ，这样就可分离出 2 2 7 2 2 7 冷却结晶 大部分KCr O；同样原理可除去KNO 中的少量NaCl 2 2 7 3如NaCl和少量KCr O 的混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固 2 2 7 蒸发结晶、 体主要是NaCl，母液中是KCr O 和少量NaCl；同样原理可除去NaCl中的 2 2 7 趁热过滤 少量KNO 3 3．“目的或原因” 目的或原因 答题模板 沉淀水洗的目的 除去××(可溶于水)杂质 a.减小固体的溶解度；b.除去固体表面吸附的杂质；c.乙醇挥发带走水 沉淀用乙醇洗涤的目的 分，使固体快速干燥 冷凝回流的作用及目的 防止××蒸气逸出脱离反应体系，提高××物质的转化率 防止××离子水解；防止××离子沉淀；确保××离子沉淀完全；防止×× 控制溶液pH的目的 溶解等；促进/抑制××气体吸收/逸出 加过量A试剂的原因 使B物质反应完全(或提高B物质的转化率)等 温度过高××物质分解(如HO 、NH ·H O、浓硝酸、NH HCO 等)或×× 2 2 3 2 4 3 温度不高于××℃的原因 物质挥发(如浓硝酸、浓盐酸)或××物质氧化(如NaSO 等)或促进××物 2 3 质水解(如AlCl 、FeCl 等) 3 3 减压蒸馏(减压蒸发)的 减小压强，使液体沸点降低，防止××物质受热分解(如HO 、浓硝 2 2 原因 酸、NH HCO 等) 4 3 蒸发、反应时的气体氛 抑制××离子的水解(如加热蒸发AlCl 溶液时需在HCl气流中进行；加 3 围 热MgCl ·6H O 得MgCl 时需在HCl气流中进行等) 2 2 2 配制某溶液前先煮沸水 除去溶解在水中的氧气，防止××物质被氧化 的原因 反应容器中和大气相通 指示容器中压强大小，避免反应容器中压强过大 的玻璃管的作用 【典例剖析】 【例1】(2022•江苏卷)实验室以二氧化铈(CeO)废渣为原料制备Cl-含量少的Ce (CO)，其部分实验过程如 2 2 3 3 下： (1)“酸浸”时CeO 与HO 反应生成Ce3+并放出O，该反应的离子方程式为_______。 2 2 2 2 (2)pH约为7的CeCl 溶液与NH HCO 溶液反应可生成Ce (CO) 沉淀，该沉淀中 含量与加料方式有关。 3 4 3 2 3 3 得到含Cl-量较少的Ce (CO) 的加料方式为_______(填序号)。 2 3 3 A．将NH HCO 溶液滴加到CeCl 溶液中 4 3 3 B．将CeCl 溶液滴加到NH HCO 溶液中 3 4 3(3)通过中和、萃取、反萃取、沉淀等过程，可制备 含量少的Ce (CO)。已知Ce3+能被有机萃取剂(简 2 3 3 称HA)萃取，其萃取原理可表示为 Ce3+ (水层)+3HA(有机层) Ce(A) (有机层)+3H+(水层) 3 ①加氨水“中和”去除过量盐酸，使溶液接近中性。去除过量盐酸的目的是_______。 ②反萃取的目的是将有机层Ce3+转移到水层。使Ce3+尽可能多地发生上述转移，应选择的实验条件或采取 的实验操作有_______(填两项)。 ③与“反萃取”得到的水溶液比较，过滤Ce (CO) 溶液的滤液中，物质的量减小的离子有_______(填化 2 3 3 学式)。 (4)实验中需要测定溶液中Ce3+的含量。已知水溶液中 可用准确浓度的(NH )Fe(SO ) 溶液滴定。以苯 4 2 4 2 代邻氨基苯甲酸为指示剂，滴定终点时溶液由紫红色变为亮黄色，滴定反应为 。请补充 完整实验方案：①准确量取25.00mL Ce3+溶液[c(Ce3+)约为0.2 mol·L-1]，加氧化剂将 完全氧化并去除多余氧 化剂后，用稀硫酸酸化，将溶液完全转移到 容量瓶中后定容；②按规定操作分别将0.02000 mol·L-1(NH )Fe(SO ) 和待测 溶液装入如图所示的滴定管中：③_______。 4 2 4 2 【答案】(1)2CeO+H O+6H+=2Ce3++O ↑+4H O 2 2 2 2 2 (2)B (3)降低溶液中氢离子的浓度，促进碳酸氢根离子的电离，增大溶液中碳酸根离子的浓度 酸性条 件，多次萃取 Ce3+ (4)从左侧滴定管中放出一定体积的待测 Ce4+溶液，加入指示剂苯代邻氨基苯甲酸，用0.02000 mol·L-1(NH )Fe(SO ) 来滴定，当滴入最后半滴标准液时，溶液由紫红色变为亮黄色，即达到滴定终点，记录 4 2 4 2标准液的体积 【解析】首先用稀盐酸和过氧化氢溶液酸浸二氧化铈废渣，得到三价铈，加入氨水调节pH后用萃取剂萃 取其中的三价铈，增大三价铈浓度，之后加入稀硝酸反萃取其中的三价铈，再加入氨水和碳酸氢铵制备产物。 (1)根据信息反应物为CeO 与HO，产物为Ce3+和O，根据电荷守恒和元素守恒可知其离子方程式为： 2 2 2 2 2CeO+H O+6H+=2Ce3++O ↑+4H O；(2)反应过程中保持CeCl 少量即可得到含Cl-量较少的Ce (CO)，故选 2 2 2 2 2 3 2 3 3 B；(3)①增大碳酸根离子的浓度有助于生成产物；②根据萃取原理可知，应选择的实验条件是酸性条件，为了 使Ce3+尽可能多地发生上述转移，可以采用多次萃取；③“反萃取”得到的水溶液中含有浓度较大的Ce3+，过 滤后溶液中Ce3+离子浓度较小；(4)应该用标准液滴定待测Ce4+溶液，用苯代邻氨基苯甲酸作指示剂，故答案为： 从左侧滴定管中放出一定体积的待测Ce4+溶液，加入指示剂苯代邻氨基苯甲酸，用0.02000 mol·L-1(NH )Fe(SO ) 来滴定，当滴入最后半滴标准液时，溶液由紫红色变为亮黄色，即达到滴定终点，记录 4 2 4 2 标准液的体积。 【例2】(2022•北京卷)铵浸法由白云石[主要成分为CaMg(CO )，含Fe O、SiO 杂质]制备高纯度碳酸钙和 3 2 2 3 2 氧化镁。其流程如下： 已知： 物质 Ca(OH) Mg(OH) CaCO MgCO 2 2 3 3 K sp (1)煅烧白云石的化学方程式为___________。 (2)根据下表数据分析： n(NH Cl)：n(CaO) CaO浸出率/ MgO浸出率/ w (CaCO )理论值/ w (CaCO )实测值/ 4 3 3 98.4 1.1 99.7 - 98.8 1.5 99.2 99.5 98.9 1.8 98.8 99.5 99.1 6.0 95.6 97.6 已知：i．对浸出率给出定义ii．对w (CaCO )给出定义 3 ①“沉钙”反应的化学方程式为___________。 ②CaO浸出率远高于MgO浸出率的原因为___________。 ③不宜选用的“n(NH Cl)：n(CaO)”数值为___________。 4 ④w (CaCO )实测值大于理论值的原因为___________。 3 ⑤蒸馏时，随馏出液体积增大，MgO浸出率可出 增加至 ，结合化学反应原理解释MgO浸出 率提高的原因为___________。 (3)滤渣C为___________。 (4)可循环利用的物质为___________。 【答案】(1)CaMg(CO ) CaO+MgO+2CO ↑ 3 2 2 (2) CaCl +NH·H O+CO=CaCO ↓+NHCl+H O Ca(OH) 的溶度积大于Mg(OH) ，溶液中Ca(OH) 能与 2 3 2 2 3 4 2 2 2 2 NH Cl反应，而Mg(OH) 不能 2.4：1 反应加入的CaO也转化为CaCO Mg(OH) +(NH)SO 4 2 3 2 4 2 4 MgSO +2NH↑+2H O，蒸馏时，NH 逸出促进NH +水解，溶液中H+浓度增大，有利于Mg(OH) 完全转化为 4 3 2 3 4 2 MgSO 4 (3)SiO、Fe O 2 2 3 (4)NH Cl、(NH )SO 4 4 2 4 【解析】由题给流程可知，白云石煅烧时，CaMg(CO ) 高温分解生成氧化钙和氧化镁，向煅烧后的固体 3 2 中加入氯化铵溶液和氧化钙，氧化钙和氯化铵溶液反应生成氯化钙和一水合氨，氧化镁与水反应生成氢氧化镁， 过滤得到含有氯化钙、一水合氨的滤液A和含有氢氧化镁、氧化铁、二氧化硅的滤渣B；向滤液A中通入二 氧化碳，二氧化碳与滤液A反应、过滤得到碳酸钙沉淀和氯化铵溶液；向滤渣B中加入硫酸铵溶液蒸馏，将 氢氧化镁转化为硫酸镁，氧化铁、二氧化硅与硫酸铵溶液不反应，过滤得到含有氧化铁、二氧化硅的滤渣C 和含有硫酸镁的滤液D；向滤液D中加入碳酸铵溶液，碳酸铵溶液与滤液D反应、过滤得到碳酸镁沉淀和硫 酸铵溶液，煅烧碳酸镁得到氧化镁，制备分离过程中氯化铵溶液和硫酸铵溶液可以循环利用。(1)白云石煅烧 时，CaMg(CO ) 高温分解生成氧化钙、氧化镁和二氧化碳，反应的化学方程式为CaMg(CO ) 3 2 3 2 CaO+MgO+2CO ↑；(2)①由分析可知，“沉钙”时发生的反应为二氧化碳与氯化钙和一水合氨混合溶液反应生 2 成碳酸钙沉淀、氯化铵和水，反应的化学方程式为CaCl +NH·H O+CO=CaCO ↓+NHCl+H O；②由题给溶度 2 3 2 2 3 4 2 积数据可知，氢氧化钙的溶度积大于氢氧化镁，溶液中氢氧化钙的浓度大于氢氧化镁，能与氯化铵溶液反应生 成氯化钙和一水合氨，而氢氧化镁不能反应，所以氧化钙的浸出率远高于氧化镁；③由题给数据可知，氯化铵 和氧化钙的物质的量比为2.4：1时，氧化镁的浸出率最高，而碳酸钙的质量分数无论是理论值还是实测值都最低，所以不宜选用的物质的量比为2.4：1；④硫酸铵是强酸弱碱盐，铵根离子在溶液中的水解反应为吸热反 应，加热蒸馏时，氨气逸出促进铵根离子水解，溶液中氢离子浓度增大，有利于氢氧化镁完全溶解转化为硫酸 铵，所以氧化镁浸出率提高；(3)滤渣C为氧化铁、二氧化硅；(4)由分析可知，制备分离过程中氯化铵溶液和 硫酸铵溶液可以循环利用。 【变式探究】 1．(2022•广东选择性考试)稀土(RE)包括镧、钇等元素，是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土 矿可用离子交换法处理，一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下： 已知：月桂酸(C H COOH)熔点为44℃；月桂酸和(C H COO) RE均难溶于水。该工艺条件下，稀土离 11 23 11 23 3 子保持 价不变；(C H COO) Mg的K =1.8×10-8，Al(OH) 开始溶解时的pH为8.8；有关金属离子沉淀的相 11 23 2 sp 3 关pH见下表。 离子 Mg2+ Fe3+ Al3+ RE3+ 开始沉淀时的pH 8.8 1.5 3.6 6.2~7.4 沉淀完全时的pH / 3.2 4.7 / (1)“氧化调pH”中，化合价有变化的金属离子是_______。 (2)“过滤1”前，用NaOH溶液调pH至_______的范围内，该过程中 发生反应的离子方程式为_______。 (3)“过滤2”后，滤饼中检测不到 元素，滤液2中Mg2+浓度为2.7g·Lˉ1。为尽可能多地提取RE3+，可提高 月桂酸钠的加入量，但应确保“过滤2”前的溶液中c(C H COO―)低于_______ mol·L-1 (保留两位有效数字)。 11 23 (4)①“加热搅拌”有利于加快RE3+溶出、提高产率，其原因是_______。 ②“操作X”的过程为：先_______，再固液分离。 (5)该工艺中，可再生循环利用的物质有_______(写化学式)。 (6)稀土元素钇(Y)可用于制备高活性的合金类催化剂Pt Y。 3 ①还原YCl 和PtCl 熔融盐制备Pt Y时，生成1molPt Y转移_______ mol电子。 3 4 3 3 ②Pt Y/C用作氢氧燃料电池电极材料时，能在碱性溶液中高效催化O 的还原，发生的电极反应为_______。 3 2 2．( 2019年新课标Ⅲ卷)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与 硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如下图所示。回答下列问题：相关金属离子[c(Mn+)=0.1 mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下： 0 金属离子 Mn2+ Fe2+ Fe3+ Al3+ Mg2+ Zn2+ Ni2+ 开始沉淀的pH 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的pH 10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9 (1)“滤渣1”含有S和__________________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式 ____________________________________________________。 (2)“氧化”中添加适量的MnO 的作用是将________________________。 2 (3)“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______~6之间。 (4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是______________。 (5)“除杂2”的目的是生成MgF 沉淀除去Mg2+。若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是 2 _____________________________________________________________________。 (6)写出“沉锰”的离子方程式___________________________________________________。 (7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNiCoMnO，其中Ni、Co、Mn的化合 x y z 2 价分别为+2、+3、+4。当x=y= 时，z=___________。 3．( 2019年新课标Ⅰ卷) 硫酸铁铵[NH Fe(SO )·xH O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在 4 4 2 2 实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下： 回答下列问题： (1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是_________________。 (2)步骤②需要加热的目的是_________________，温度保持80~95 ℃，采用的合适加热方式是 _________________。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为__________(填标 号)。(3)步骤③中选用足量的HO，理由是_________________。分批加入HO，同时为了_________________， 2 2 2 2 溶液要保持pH小于0.5。 (4)步骤⑤的具体实验操作有______________，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。 (5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时，失掉1.5个结晶水，失 重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为______________。 在解化工流程题无机物质的制备，常与物质分离与提纯联系在一起，制备的目标物质要容易分离出来，物 质分离与提纯有多种方法，总的说有物理方法和化学方法两大类：物理方法有过滤、蒸发、蒸馏、分液、萃取、 结晶、重结晶、渗析等；化学方法有沉淀法、热分解法、电解法、氧化还原法等；要根据目标物质的性质和特 点来选择适宜的制备、分离方法。在审题时，应粗看流程图，没必要看得非常明白(因耗时太多)，然后接着往 下看问题作答，容易的迅速写下，做到“笔过留分”，难的再结合流程、信息回答。这样做耗时短，能得到大 部分分数。