常考专题讲座 无机化学工艺流程题的解题策略
考查特点
工艺流程题就是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图题的创新，题目常常以现代工业生产为基础，将化学工艺流程进行简化，与化工生产成本、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离等基本实验原理在化工生产中的实际应用，是近几年高考化学命题中的常考题型。
解题指导
一、题型结构
1．化工流程线路示意图
(1)箭头：箭头进入的是投料(即反应物) 、出去的是生成物(包括主产物和副产物) 。
(2)三线：物料进出线、操作流程线、循环操作线。
2．涉及问题
(1)原料的预处理。
(2)反应条件的控制(温度、压强、催化剂、原料配比、pH 、溶剂等) 。
(3)反应原理(化学平衡、水解平衡、化学反应速率、反应热、电化学等) 。
(4)绿色化学问题(物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分利用等) 。
(5)化工安全(防爆、防污染、防中毒等) 。
二、解题思路及方法
1．解题思路
2．解题方法
(1)首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序) 试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料) 与最后一种物质(产品) ，从对比分析中找出原料与产品
之间的关系，弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。
(2)分段分析法：对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上) 产品(包括副产品) 的工业流程题，用分段分析法更容易找到解题的切入点。
(3) 交叉分析法：有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品，这种题适合用交叉分析法。就是将提供的工业流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析。
3．答题步骤
(1)从题干中获取有用信息，了解生产的产品。
(2)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，并获取以下信息：
①知道“四个什么”
反应物是什么，发生了什么反应，该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。 ②抓住“一个关键”
一切反应或操作都是为获得产品而服务。
(4) 从问题中获取信息，帮助解题。
4．规范解答
(1)文字叙述类的题目要规范解答，防止出现因叙述不严谨导致的失分，如
①如何洗涤沉淀：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次。
－②如何证明沉淀完全：如向含SO 24的溶液中加BaCl 2溶液，将沉淀静臵，取上层清液，
再加BaCl 2溶液，若无白色沉淀生成，说明沉淀完全。
③如何从溶液中得到晶体：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—洗涤—干燥。
④在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去××杂质”，只写“除杂”等一类万能式的回答是不正确的。
(2) 认真审题，不要因审题不细致而失分，如
①填“化学方程式”还是“离子方程式”。
②填“名称”、“符号”还是“代号”、“序号”等。
③填“大于”还是“>”，“增大”还是“变大”等。
④填“化学式”、“分子式”、“结构式”、“结构简式”、“最简式”还是“电子式”等。
⑤书写化学方程式时要注意配平、注明反应条件以及“―→”、“===”、
“”、“↑”、“↓”等。
三、答题的必备知识
1．对原料进行预处理的常用方法及其作用
(1)研磨——减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。
(2)水浸——与水接触反应或溶解。
(3)酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。
(4)灼烧——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杂质。
(5)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．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Cu 2中混有的Fe 3，可加入CuO 、Cu(OH)2、Cu 2(OH)2CO 3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)控制压强。改变速率，影响平衡。
(4)使用正催化剂。加快反应速率，缩短达到平衡需要的时间。
(5)趁热过滤。防止某些物质降温时析出。
(6)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．明确常用的提纯方法
(1)水溶法：除去可溶性杂质。
(2)酸溶法：除去碱性杂质。
(3)碱溶法：除去酸性杂质。
(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。
(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。
＋(6)调节溶液的pH 法：如除去酸性含铜溶液中的Fe 3等。
4．明确常用的分离方法
(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 4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 3、CuCl 2、CuSO 4〃5H 2O 、FeSO 4〃7H 2O 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与氮气、氢气。
5．物质分离、提纯的原则
(1)不增：不引入新的杂质。
(2)不减：不减少被提纯物。
(3)易分离：被提纯物与杂质容易分离。
(4)易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成状态。
6．物质分离、提纯注意事项
(1)除杂试剂需过量。
(2)过量试剂需除去。
(3)除去多种杂质时要考虑加入试剂的顺序。
(4)选择最佳除杂途径。
题型一 以分离、提纯为目的的工艺流程题
(2013·高考新课标全国卷Ⅱ) 氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌[含有Fe(Ⅱ) 、Mn(Ⅱ) 、Ni(Ⅱ) 等杂质]的流程如下：
工业ZnO ――→浸出液②――→①稀硫酸调pH 约为5过滤适量高锰酸钾溶液――→滤液――→ ――→滤液――→ ――→滤饼――→③④⑤Zn 过滤Na 2CO 3过滤煅烧ZnO
提示：在本实验条件下，Ni(Ⅱ) 不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO 2。
回答下列问题：
(1)反应②中除掉的杂质离子是________，发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________；
在加高锰酸钾溶液前，若pH 较低，对除杂的影响是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)反应③的反应类型为________，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有________。
(3)反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是________________________________________________________________________。
(4)反应④中产物的成分可能是ZnCO 3·x Zn(OH)2。取干燥后的滤饼11.2 g，煅烧后可得到产品8.1 g。则x 等于________。
1．实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS 、SiO 2等) 制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物) 和绿矾(FeSO4·7H 2O) ，主要工艺流程如下。
(1)将过程②产生的气体通入下列溶液中，溶液会褪色的是________。
A ．品红溶液 B ．紫色石蕊试液
C ．酸性KMnO 4溶液 D ．溴水
(2)过程①中，FeS 、O 2和H 2SO 4反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(3)过程③中需加入的物质是________。
(4)过程④中，蒸发结晶时需使用的仪器除酒精灯、三脚架外，还需要________。
(5)过程⑤调节pH 可选用下列试剂中的________(填序号) 。
A ．稀硫酸 B ．CaCO 3 C ．NaOH 溶液
(6)过程⑥中，将溶液Z 加热到70～80 ℃，目的是___________________________。
(7)实验室为测量所得到的聚铁样品中铁元素的质量分数，进行下列实验。①用分析天平称取2.700 0 g 样品；②将样品溶于足量的盐酸后，加入过量的BaCl 2溶液；③过滤、洗涤、干燥，称重得固体质量为3.495 0 g。若该聚铁的主要成分为[Fe(OH)SO4]n ，则该聚铁样品中铁元素的质量分数为________。(假设杂质中不含铁元素和硫元素)
2．现代循环经济要求综合考虑环境污染和经济效益。请填写下列空白。
(1)实验室里，可用于吸收SO 2尾气的一种试剂是________________。
(2)高纯氧化铁可作现代电子工业材料。以下是用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe 2O 3、Fe 3O 4、FeO 、SiO 2) 为原料制备高纯氧化铁(软磁αFe2O 3) 的生产流程示意图：
①步骤Ⅰ中过滤所得滤渣的主要成分是________。
②步骤Ⅱ中加入铁粉的目的是_____________________。
③步骤Ⅲ中可选用________试剂调节溶液的pH(填标号) 。
A ．稀硝酸 B ．双氧水
C ．氨水 D ．高锰酸钾溶液
④写出在空气中煅烧FeCO 3，制备高纯氧化铁的化学方程式：_________________________________________。
⑤从滤液C 中回收的主要物质的一种用途是________。
题型二 以制备物质为目的的工艺流程题
＋＋＋ (2015·高考山东卷) 毒重石的主要成分为BaCO 3(含Ca 2、Mg 2、Fe 3等杂质) ，
实验室利用毒重石制备BaCl 2·2H 2O 的流程如下：
(1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是__________________________。实验室用37%的盐酸配制15%的盐酸，除量筒外还需使用下列仪器中的________。
a ．烧杯 b ．容量瓶 c ．玻璃棒 d ．滴定管
(2)加入NH 3·H 2O 调pH ＝8可除去________(填离子符号) ，滤渣Ⅱ中含________(填化学式) 。加入H 2C 2O 4时应避免过量，原因是_________________________。
已知：K sp (BaC2O 4) ＝1.6×10，K sp (CaC2O 4) ＝2.3×10
＋(3)利用间接酸碱滴定法可测定Ba 2的含量，实验分两步进行。
－＋2－2＋2－已知：2CrO 24＋2H ===Cr2O 7＋H 2O Ba ＋CrO 4===BaCrO4↓
步骤Ⅰ：移取x mL一定浓度的Na 2
CrO 4溶液于锥形瓶中，加入酸碱指示剂，用b mol·L －1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V 0 mL。
步骤Ⅱ：移取y mL BaCl2溶液于锥形瓶中，加入
x mL与步骤Ⅰ相同浓度的Na 2CrO 4溶
＋－液，待Ba 2完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用b mol ·L 1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V 1 mL。
滴加盐酸标准液时应使用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的________(填“上方”或
－“下方”) 。BaCl 2溶液的浓度为________mol·L 1。若步骤Ⅱ中滴加盐酸时有少量待测液溅
＋出，Ba 2浓度测量值将________(填“偏大”或“偏小”) 。
3．(2013·高考江苏卷) 氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。以菱镁矿(主要成分为MgCO 3，含少量FeCO 3) 为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下：
(1)MgCO3与稀硫酸反应的离子方程式为_____________________________。
(2)加入H 2O 2氧化时，发生反应的化学方程式为__________________________________________________。
(3)滤渣2的成分是________________(填化学式) 。
(4)煅烧过程存在以下反应：
2MgSO 4＋C=====2MgO ＋2SO 2↑＋CO 2↑
MgSO 4＋C=====MgO ＋SO 2↑＋CO ↑
MgSO 4＋3C=====MgO ＋S ↑＋3CO ↑
利用下图装置对煅烧产生的气体进行分步吸收或收集。
800 ℃800 ℃800 ℃
①D 中收集的气体是________________(填化学式) 。
②B 中盛放的溶液可以是________(填字母) 。
a ．NaOH 溶液 b ．Na 2CO 3 溶液
c ．稀硝酸 d ．KMnO 4溶液
③A 中得到的淡黄色固体能与热的NaOH 溶液反应，产物中元素的最高价态为＋4，写出该反应的离子方程式：
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
4．铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是Al 2O 3和少量的SiO 2、Fe 2O 3杂质) 是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al 2(SO4) 3和铵明矾晶体
[NH4Al(SO4) 2·12H 2O]的工艺流程如图所示：
请回答下列问题：
(1)固体a 的化学式为________，Ⅲ中通入足量CO 2气体发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)由Ⅴ制取铵明矾溶液的化学方程式为________________________________，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为(填操作名称)________、冷却结晶、过滤洗涤。
(3)以1 000 kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取Al 2(SO4) 3，需消耗质量分数为98%的
－硫酸(密度1.84 g·cm 3)________ L(保留一位小数) 。
(4)若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1∶1，则投料时铝土矿中的Al 2O 3和H 2SO 4的物质的量之比为________。