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第 59 讲 无机化工流程题的解题策略
[复习目标] 1.提升应用物质的转化及条件控制、分离提纯操作等相关知识解决实际问题的
能力。2.树立“绿色化学”的观念，形成资源综合利用、物能充分利用的意识。
1．常考无机化工流程的呈现形式
2．读图要领
(1)箭头：进入的是投料(反应物)，出去的是含产品中元素的物质(流程方向)、副产物或杂质
(支线方向)。
(2)三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。
3．流程图中主要环节的分析
(1)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。
(2)核心反应——陌生方程式的书写
①氧化还原反应：熟练应用氧化还原反应规律判断产物，并根据化合价升降相等配平。
②非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。
(3)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 、
3FeCl 、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
NH 。
3
一、调控化学反应速率提高效率
1．向铬铁矿(FeCrO)中通入 O 进行焙烧，焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是
2 4 2
___________。
答案 增大反应物接触面积，提高化学反应速率
2．将催化剂负载在玻璃棉上而不直接平铺在玻璃管中，目的是_____________________。
答案 增大接触面积，提高催化效果，加快反应速率
3．[2020·北京，18(1)①]酸、过量铁屑对软锰矿(MnO )进行溶出前需研磨。目的是
2
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 增大反应物接触面积，加快溶出速率
4．向金属Bi中加入稀HNO 酸浸，过程中分次加入稀HNO 可降低反应剧烈程度，其原理
3 3
是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 减少稀HNO 的用量，降低反应剧烈程度，使HNO 充分反应防止挥发
3 3
解析 强调分次加入对反应的影响：①控制用量，防止过量发生副反应；②降低反应剧烈程
度；③防止放热反应温度过高，造成副反应的发生，以及物质的挥发、分解。
二、结晶与分离提纯操作应用
5．[2021·河北，14(4)②]向含 NH Cl 的滤液中加入 NaCl 粉末，存在 NaCl(s)＋
4
NH Cl(aq)―→NaCl(aq)＋NH Cl(s)过程。为使NH Cl沉淀充分析出并分离，根据 NaCl和
4 4 4
NH Cl溶解度曲线，需采用的操作__________、__________、洗涤、干燥。
4
答案 冷却结晶 过滤
解析 由曲线NH Cl的溶解度随升温而增大，NaCl的溶解度随升温变化不明显，使NH Cl
4 4
沉淀充分析出，采用冷却结晶析出NH Cl→过滤→洗涤→干燥。
4
6．[2019·全国卷Ⅰ，27(4)]由硫酸铁与硫酸铵的混合溶液，通过________________操作，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
答案 加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤
7．[2019·全国卷Ⅲ，27(5)改编]过滤得到乙酰水杨酸结晶粗品，该固体经纯化得白色的乙酰
水杨酸晶体，采用的“纯化”方法为_______________________________________。
答案 重结晶
8．[2021·湖南，15(1)]以碳酸氢铵和氯化钠为原料制备碳酸钠，并测定产品中少量碳酸氢钠
的含量，过程如下：
已知：(i)当温度超过35 ℃时，NH HCO 开始分解。
4 3
(ii)相关盐在不同温度下的溶解度表(g/100 g HO)
2
温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3
NH HCO 11.9 15.8 21.0 27.0
4 3
NaHCO 6.9 8.2 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
3
NH Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.2
4
晶体A的化学式为______________，晶体A能够析出的原因是________________
________________________________________________________________________。
答案 NaHCO 在30～35 ℃时NaHCO 的溶解度最小(答案合理即可)
3 3
三、沉淀金属离子和除杂条件分析
9．[2021·全国乙卷，26(2)]磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO、SiO、Al O、MgO、
2 2 2 3
CaO以及少量的Fe O。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。
2 3
该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表。
金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
开始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析
出的金属离子是__________________________。
答案 Fe3＋、Al3＋、Mg2＋
10．[2020·北京，18(2)]由硫酸浸出的Mn2＋溶出液(含Mn2＋、Fe2＋、Al3＋、Fe3＋、H＋等)经纯
化得Mn2＋纯化液。已知：MnO 的氧化性与溶液pH有关。金属离子沉淀的pH如下表：
2
Fe3＋ Al3＋ Mn2＋ Fe2＋
开始沉淀时 1.5 3.4 5.8 6.3
完全沉淀时 2.8 4.7 7.8 8.3
纯化时先加入MnO ，后加入NH ·H O，调溶液pH≈5，说明试剂加入顺序及调节pH的原
2 3 2
因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 先加 MnO ，可利用溶液的酸性将 Fe2＋全部氧化为 Fe3＋，再加 NH ·H O 调溶液
2 3 2
pH≈5，将Fe3＋和Al3＋沉淀除去
四、温度控制分析
11．TiO·xHO沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
2 2
温度/℃ 30 35 40 45 50
TiO·xHO转化率/% 92 95 97 93 88
2 2
分析40 ℃时，TiO·xHO转化率最高的原因：_______________________________
2 2
________________________________________________________________________。
答案 低于40 ℃ TiO·xHO转化反应速率随温度的升高而增加；超过40 ℃，双氧水分解
2 2
与氨气逸出导致TiO·xHO转化率下降
2 2
12．[2021·福建，11(1)(2)(5)]四钼酸铵是钼深加工的重要中间产品，具有广泛的用途。一种
以钼精矿(主要含MoS ，还有Cu、Fe的化合物及SiO 等)为原料制备四钼酸铵的工艺流程如
2 2
图所示。
回答下列问题：
(1)“焙烧”产生的气体用________吸收后可制取氮肥。
(2)“ 浸 出 ” 时 ， MoO 转 化 为 MoO 。 提 高 单 位 时 间 内 钼 浸 出 率 的 措 施 有
3
_________________________________________________________(任写两种)。
温度对90 min内钼浸出率的影响如图所示。当浸出温度超过80 ℃后，钼的浸出率反而降低，主要原因是温度升高使水大量蒸发，导致____________________________________。
(5)“沉淀”时，加入NH NO 的目的是____________________。
4 3
答案 (1)氨水 (2)适当升温、搅拌、增加NaCO 用量、增大NaCO 浓度等 NaMoO 晶
2 3 2 3 2 4
体析出，混入浸渣 (5)提供NH，使MoO充分转化为沉淀析出
解析 (1)“焙烧”产生的气体为SO ，用氨水吸收后可制取氮肥。
2
五、信息的提取与加工
13．[2022·湖南，17(3)(4)]以钛渣(主要成分为TiO ，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原
2
料，制备金属钛的工艺流程如下：
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：
(3)“除钒”过程中的化学方程式为__________________；“除硅、铝”过程中，分离TiCl
4
中含Si、Al杂质的方法是________________________________________________。
(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序______(填“能”或“不能”)交换，理由是
________________________________________________________________________。
答案 (3)3VOCl ＋Al===3VOCl ＋AlCl 蒸馏 (4)不能 若先“除硅、铝”再“除钒”，
3 2 3
“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质
解析 (3)“降温收尘”后钒元素主要以VOCl 形式存在，加入Al得到VOCl 渣，根据得失
3 2
电子守恒和元素守恒配平化学方程式为 3VOCl ＋Al===3VOCl ＋AlCl ；AlCl 、SiCl 与
3 2 3 3 4
TiCl 沸点差异较大，“除硅、铝”过程中可采用蒸馏的方法分离AlCl 、SiCl 。
4 3 4课时精练
1．利用某钴矿石(主要成分为Co O)制取Co(OH) 粗品及其他工业产品的工艺流程如图1所
2 3 2
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：2．锰常用于制造合金锰钢。某化工厂以软锰矿(主要成分是MnO ，含有SiO 、Fe O 、CaO
2 2 2 3
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。
(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，结合平衡移
4
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 时发生反应的离子方
2 2
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 )＝3.2×10
2 sp 2
－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
3．(2023·全国甲卷，26)BaTiO 是一种压电材料。以BaSO 为原料，采用下列路线可制备粉
3 4
状BaTiO 。
3
回答下列问题：
(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是_______________________________________。
(2)“焙烧”后固体产物有BaCl 、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应
2
的离子方程式为_________________________________________________________。
(3)“酸化”步骤应选用的酸是____________(填标号)。
a．稀硫酸 b．浓硫酸
c．盐酸 d．磷酸
(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？__________________，其原因是
________________________________________________________________________。
(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C O) 的化学方程式为________________________。
2 4 2(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的 ∶n ＝__________________。
CO
答案 (1)做还原剂，将BaSO 还原 (2)S2－＋Ca2＋===CaS↓ (3)c (4)不可行 CaS也会与
4
盐酸反应生成有毒气体和可溶于水的CaCl ，影响产品纯度 (5)BaCl ＋TiCl ＋2(NH )C O
2 2 4 4 2 2 4
＋HO===BaTiO(C O)↓＋4NH Cl＋2HCl (6)1∶1
2 2 4 2 4
解析 由流程和题中信息可知，BaSO 与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到
4
CO、BaCl 、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；烧渣经水浸取后过滤，滤渣中含碳粉和
2
CaS，滤液中有BaCl 和BaS；滤液经酸化后浓缩结晶得到BaCl 晶体，溶于水后，加入
2 2
TiCl 和(NH )C O 将钡离子充分沉淀得到 BaTiO(C O) ；BaTiO(C O) 经热分解得到
4 4 2 2 4 2 4 2 2 4 2
BaTiO 。(3)浸取后滤液中主要为BaCl 和BaS，为不引入杂质，“酸化”步骤应选用盐酸。
3 2
(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，该反应的化学方程式为BaTiO(C O)=====BaTiO ＋2CO↑
2 4 2 3 2
＋2CO↑，因此，产生的 ∶n ＝1∶1。
CO
4．[2022·辽宁，16(1)(2)(3)(4)(5)(6)]某工厂采用辉铋矿(主要成分为BiS ，含有FeS 、SiO
2 3 2 2
杂质)与软锰矿(主要成分为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。(6)由已知信息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，故要将 Fe3＋转化为
3
Fe2＋，在调pH后获得含FeCl 的滤液，为了不引入新的杂质，加入Bi作还原剂。
2
5．以固体废锌催化剂(主要成分为ZnO及少量Fe O 、CuO、MnO、SiO)为原料制备锌的工
2 3 2
艺流程如图。
已知：①“浸取”时，ZnO、CuO转化为[Zn(NH )]2＋、[Cu(NH )]2＋进入溶液；
3 4 3 4
②25 ℃时，K (CuS )＝6.4×10－36，K (ZnS )＝1.6×10－24；
sp sp
③深度除杂标准：溶液中≤2.0×10－6。
(1)为提高锌浸出率，采取的措施是______________________________；“浸取”温度为30
℃时，锌浸出率可达90.6%，继续升温浸出率反而下降，其原因为________________。
(2)“操作a”的名称为___________________________________________________。
(3)“深度除锰”是在碱性条件下将残留的 Mn2＋转化为 MnO ，离子方程式为
2
________________________________________________________________________。
(4)“深度除铜”时，锌的回收率、除铜效果[除铜效果以反应后溶液中铜锌比表示]与
(NH )S加入量[以×100%表示]的关系曲线如图所示。
4 2①当(NH )S加入量≥100%时，锌的回收率下降的原因是_____________________(用离子方
4 2
程式表示)，该反应的平衡常数为________(已知[Zn(NH )]2＋的K ＝＝2.9×109)。
3 4 稳
②“深度除铜”时(NH )S加入量最好应选______(填字母)。
4 2
A．100% B．110% C．120% D．130%
(5)测定反萃取水相中Zn2＋的浓度：量取20.00 mL反萃取水相于锥形瓶中，用0.010 0 mol·L
－1 EDTA(乙二胺四乙酸钠NaHY)标准溶液滴定至终点(Zn2＋＋HY2－===ZnY2－＋2H＋)。重
2 2 2
复实验三次，平均消耗标准溶液22.30 mL。则反萃取水相中Zn2＋的浓度为________(保留两
位小数)。
答案 (1)将废锌催化剂粉碎 温度升高，NH 挥发，使生成的[Zn(NH )]2＋减少 (2)分液
3 3 4
(3)Mn2＋＋2NH ·H O＋HO===MnO ↓＋2NH＋2HO
3 2 2 2 2 2
(4)①[Zn(NH )]2＋＋S2－===ZnS↓＋4NH 2.16×1014 ②C (5)0.01 mol·L－1
3 4 3
解析 废锌催化剂主要成分为ZnO及少量Fe O 、CuO、MnO、SiO ，加入过量NH -NH Cl
2 3 2 3 4
溶液，生成[Zn(NH )]2＋、[Cu(NH )]2＋，同时生成Fe(OH) 、Mn(OH) 等，SiO 不溶解，过
3 4 3 4 3 2 2
滤一起除去，再向滤液中加入 HO 溶液，进行深度除锰，反应的离子方程式为 Mn2＋＋
2 2
2NH ·H O＋HO===MnO ↓＋2NH＋2HO，再加入(NH )S，进行深度除铜，反应的离子方
3 2 2 2 2 2 4 2
程式为[Cu(NH )]2＋＋S2－===CuS↓＋4NH ，过滤，除去MnO 和CuS，向滤液中加入萃取剂，
3 4 3 2
使锌进入有机萃取剂中，分液后，再向有机萃取剂中加入硫酸进行反萃取，得到硫酸锌溶液，
然后进行电解，得到锌。(4)①当(NH )S加入量≥100%时，锌的回收率下降的可能原因是
4 2
[Zn(NH )]2＋与S2－结合生成了硫化锌，离子方程式为[Zn(NH )]2＋＋S2－===ZnS↓ ＋4NH
3 4 3 4 3
，该反应的平衡常数为K＝＝·＝×＝×≈2.16×1014。②当(NH )S加入量为120%时，铜锌
4 2
比约为2.0×10－6，达到深度除铜标准，继续加大(NH )S加入量会导致锌的回收率下降且不
4 2
经济，故选C。(5)由滴定原理：Zn2＋＋HY2－===ZnY2－＋2H＋，n(Zn2＋)＝n(H Y2－)＝0.010 0
2 2
mol·L－1×22.30×10－3 L＝2.23×10－4 mol，反萃取水相中Zn2＋的浓度为≈0.01 mol·L－1。
