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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。
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例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质
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CCl4或苯
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KNO3、
FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O 等。
(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Ksp的计算
1．(温度控制)辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料
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HNO3溶液调节溶液的pH，其理由是______
________________________________________________________________________。
2．(酸碱度控制——调pH)利用某钴矿石(主要成分为Co2O3)制取Co(OH)2粗品及其他工业产
品的工艺流程如图1 所示。
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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Na2SO3的目的为________________________________。
(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Ksp[Mg(OH)2]＝
________。
3．(调pH 与Ksp计算)某废钒渣(主要成分为V2O3，含有少量Al2O3、CaO)为原料生产V2O5的
工艺流程如图：
已知：钒酸(H3VO4)是强酸，NH4VO3难溶于水；＋5 价钒在溶液中的主要存在形式与溶液
pH 的关系如表：
pH
4～6
6～8
8～10
10～12
主要离子
VO
VO
V2O
VO
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(1)向钒渣中加入生石灰焙烧，将V2O3转化为Ca(VO3)2的化学方程式为__________
________________________________________________________________________。
(2)已知Ca(VO3)2难溶于水，可溶于盐酸。若“酸浸”时溶液的pH＝4，则Ca(VO3)2溶于盐
酸的离子方程式为________________________________________________________。
(3)已知加入石灰乳后生成Ca3(VO4)2沉淀，则加入石灰乳的作用是_______________
________________________________________________________________________。
(4)反应Ca3(VO4)2(s)＋3CO(aq)2VO(aq)＋3CaCO3(s)的平衡常数为______________(用含
m、n 的代数式表示)，已知：Ksp(CaCO3)＝m，Ksp[Ca3(VO4)2]＝n。
(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，NH4VO3的产量明显降
低，原因是____________________________________________________。
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MnO2，含
有SiO2、Fe2O3、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。
(1)“浸锰”步骤中往往有副产物MnS2O6生成，温度对“浸锰”反应的影响如图2 所示。为
减少MnS2O6 的生成，“ 浸锰” 的适宜温度是________ ，“ 滤渣 Ⅰ” 的成分是
____________(填化学式)。该步骤中可以再加入MnSO4以促进“滤渣 Ⅰ”析出，结合平衡
移动原理分析其原因：____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)“滤液 Ⅰ”中需要先加入MnO2充分反应后再调pH，写出加入MnO2时发生反应的离子
方程式：________________________________________________________________。
(3)“滤液Ⅱ”中加入MnF2的目的是除去溶液中的Ca2＋，已知25 ℃时，Ksp(CaF2)＝3.2×
10－11，则常温下CaF2在纯水中的溶解度为________g。
5．以硫酸渣(含Fe2O3、SiO2等)为原料制备铁黄(FeOOH)的一种工艺流程如图：
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(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)2的化学方程式为____________________________
________________________________________________________________________。
②若用CaCO3“沉铁”，则生成FeCO3沉淀。当反应完成时，溶液中＝____________。[已
知Ksp(CaCO3)＝2.8×10－9，Ksp(FeCO3)＝2×10－11]
(5)“氧化”时，用NaNO2浓溶液代替空气氧化Fe(OH)2浆液，能缩短氧化时间，但缺点是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
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(Sc2O3)的一种流程如图：
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，Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10－13，
Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39，Ksp[Sc(OH)3]＝9.0×10－31)
(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，Ka1(H2C2O4)＝5.9×10－2，Ka2(H2C2O4)＝6.4×10－5]
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