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二轮复习：题型突破2　化学工艺流程题
■ 题型特点
无机化工题已成为近几年高考题的热点题型，工艺流程题取材于实际生产或科研成果。此题型集综合性、真实性、开放性于一体，考查物质转化关系、原理应用、操作名称、化工术语等，能力考查侧重于信息获取能力、分析问题能力、语言表达能力和计算能力等。该题型主要有制备型工艺流程题和分离提纯型工艺流程题两大类别。
■ 解题策略
1．化工生产的一般工艺流程：

(1)原料预处理的几种常用方法。
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
水浸
与水接触反应或溶解
酸浸
与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
碱浸
除去油污或氧化膜；溶解铝和二氧化硅
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

(2)反应条件控制
加热
加快反应速率；加速固体溶解；平衡向吸热方向移动
降温(冰水中)
防止物质在高温时溶解；化学反应速率下降；使化学平衡向放热方向移动
控温
温度过高，物质会分解或挥发；温度过低，物质无法挥发或者反应速率慢
趁热过滤
防止某物质降温时会析出晶体
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
调酸碱性
控制溶液的酸碱性使某些金属离子形成氢氧化物沉淀
(3)物质分离几种常用方法
①过滤——趁热过滤、抽滤；
②萃取、分液；反萃取
③结晶——蒸发结晶、冷却结晶
④蒸馏——常压蒸馏、减压蒸馏
2．解答工艺流程题基本步骤：
(1)阅读题干，了解生产目的，提取有用信息。
(2)分析工艺流程每一个阶段的生产原理、物质变化、条件控制及其实验操作。
(3)了解生产过程中的有关物质的回收和原料的循环利用，以及“绿色化学”思想的运用和所采取的环保措施。
(4)认真分析题中设问，规范作答。
题型1　制备型工艺流程题

■ 强化训练
1．铁的化合物有广泛用途，如碳酸亚铁(FeCO3)可作为补血剂，铁红(Fe2O3)可作为颜料。利用某硫酸厂产生的烧渣(主要含Fe2O3、FeO，还有一定量的SiO2)制备FeCO3的流程如图L2­3：

图L2­3
(1)“酸溶”时加快反应速率的方法有____________________________(写出一种)。
(2)①“还原”时，FeS2与H2SO4不反应，Fe3＋通过两个反应被还原，其中一个反应如下：FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋，则另一个反应的离子方程式为______________________________________。
②加入FeS2还原后，检验Fe3＋是否反应完全的方法是________________________。
(3)①“沉淀”时，需要控制温度在35 ℃以下，其可能原因是__________________________________________。
②所得FeCO3需充分洗涤，检验沉淀已洗净的方法是___________________________。
(4)FeCO3浊液长时间暴露在空气中，会有部分固体表面变为红褐色，同时释放出CO2，则与FeCO3反应的物质为____________(填化学式)。
(5)写出在空气中煅烧FeCO3制备高纯氧化铁的化学方程式：______________________________________。FeCO3在空气中煅烧生成Fe2O3时，也会生成FeO。现煅烧23.2 kg的FeCO3，得到Fe2O3和FeO的混合物15.84 kg。则Fe2O3的质量为________kg。
2．碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂。工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁的工艺流程如图L2­4：

图L2­4
已知部分阳离子以氧氧化物形式沉淀时溶液的pH见表。

Fe3＋
Fe2＋
Al3＋
pH(开始沉淀)
2.3
7.5
3.4
pH(完全沉淀)
3.2
9.0
4.4
回答下列问题：
(1)碱式硫酸铁能够净水的原因是________________________________________。
(2)加入少量NaHCO3的目的是调节溶液的pH，使溶液中的________沉淀。
(3)假设沉淀完全时溶液中金属离子的浓度为1.0×10－5mol·L－1，试估算Ksp[Fe(OH)2]＝________。
(4)反应Ⅱ中加入NaNO2的目的是氧化亚铁离子，该反应的离子方程式为__________________________________。
(5)实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O2以减少NaNO2的用量，若参与反应的O2体积为11.2 L(标准状况)，则相当于节约NaNO2的物质的量为________。
(6)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量标准，产品中不得含有Fe2＋及NO，某同学根据提供的试剂设计实验检验所得产品中不含Fe2＋，含有SO，可供选择的试剂如下：
A．新制氯水 B．0.1 mol·L－1 KSCN溶液
C．10%NaOH溶液 D．20%HNO3溶液
E．0.05 mol·L－1酸性KMnO4溶液 F．0.1 mol·L－1BaCl2溶液
请你帮助该同学完成实验，将相关项目填入表中：
实验操作
现象
结论
取适量产品于洁净烧杯中，加入适量蒸馏水，充分搅拌，静置，滤去沉淀
得红棕色溶液
溶液中含有Fe3＋
____________________
____________________
____________________
________
溶液中不含Fe2＋
____________________
____________________
____________________
__________
溶液中含有SO
(7)为测定含Fe2＋和Fe3＋溶液中铁元素的总含量，实验操作如下：准确量取20.00 mL溶液于带塞锥形瓶中，加入足量H2O2，调节pH＜2，加热除去过量H2O2；加入过量KI充分反应后，再用0. 100 0 mol·L－1Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液20.00 mL。已知：2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2　I2＋2S2O===2I－＋S4O。
则溶液中铁元素的总含量为________g·L－1。
题型2　提纯型工艺流程题

■ 强化训练
1．钴(Co)及其化合物在工业上有广泛应用。为从某工业废料中回收钴，某学生设计流程如下(废料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物质)。

图L2­6
已知：①物质溶解性：LiF难溶于水，Li2CO3微溶于水；
②部分金属离子形成氢氧化物沉淀时溶液的pH见下表：

Fe3＋
Co2＋
Co3＋
Al3＋
pH(开始沉淀)
1.9
7.15
－0.23
3.4
pH(完全沉淀)
3.2
9.15
1.09
4.7
请回答：
(1)步骤Ⅰ中得到含铝溶液的反应的离子方程式为__________________________________。
(2)步骤Ⅱ中Co2O3与盐酸反应生成氯气的离子方程式为______________________________________________。
(3)步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，应调节溶液的pH范围是________；废渣中的主要成分为________________。
(4)步骤Ⅲ中NaF参与的反应对步骤Ⅳ所起的作用是____________________________________。
(5)在空气中加热5.49 g草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)样品[ M (CoC2O4·2H2O)＝183 g/mol ]，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如下表。
温度范围/℃
固体质量/ g
150～210
4.41
290～320
2.41
890～920
2.25
经测定，210～290 ℃过程中产生的气体只有CO2，此过程发生反应的化学方程式是________________________________________。
2．锗是重要的半导体材料，应用于航空航天测控、光纤通讯等领域。一种提纯二氧化锗粗品(主要含GeO2、As2O3)的工艺如下：

图L2­7
已知：①“碱浸”过程中的反应为GeO2＋2NaOH===Na2GeO3＋H2O
As2O3＋2NaOH===2NaAsO2＋H2O
②“蒸馏”过程中的反应为Na2GeO3＋6HCl===2NaCl＋GeCl4＋3H2O
③GeCl4的熔点为－49. 5 ℃，AsCl3与GeCl4的沸点分别为130.2 ℃、84 ℃。
(1)锗的原子序数为32，锗在元素周期表中的位置为第________周期________族。
(2)“氧化除砷”的过程是将NaAsO2氧化为Na3AsO4，其反应的化学方程式为______________________________。
(3)传统的提纯方法是将粗品直接加入盐酸中蒸馏，其缺点是________________________________________。
(4)工业上与蒸馏操作相关的设备有________。
A．蒸馏釜 B．离心萃取机
C．冷凝塔 D．加压过滤机
(5)“水解”操作时发生的化学反应方程式为__________________________________，“水解”操作时保持较低温度有利于提高产率，其可能的原因是__________________________________________(答一条即可)。
(6)若1 t二氧化锗粗品(含杂质30%)经提纯得0.745 t的高纯二氧化锗产品，则杂质脱除率为________。
3．硼镁泥是一种工业废料，主要成分是MgO(占40%)，还有CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质，以此为原料制取的硫酸镁，可用于印染、造纸、医药等工业。从硼镁泥中提取MgSO4·7H2O的流程如下：

图L2­8
根据题意回答下列问题：
(1)实验中需用1 mol/L的硫酸800 mL，若用98%的浓硫酸(ρ＝1.84 g/mL)来配制，量取浓硫酸时，需使用的量筒的规格为________。
A．10 mL B．20 mL C．50 mL D．100 mL(2)加入的NaClO可与Mn2＋反应：Mn2＋＋ClO－＋H2O===MnO2↓＋2H＋＋Cl－，还有一种离子也会被NaClO氧化，该反应的离子方程式为____________________________________。
(3)滤渣中除含有Fe(OH)3、Al(OH)3外，还有______________________。
(4)在“除钙”前，需检验滤液中Fe3＋是否被除尽，简述检验方法：______________________________________。
(5)已知MgSO4、CaSO4的溶解度如下表：
温度/℃
40
50
60
70
MgSO4
30.9
33.4
35.6
36.9
CaSO4
0.210
0.207
0.201
0.193
“除钙”是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去，根据上表数据，简要说明操作步骤：____________________________________。“操作Ⅰ”是将滤液继续蒸发浓缩，冷却结晶，________，便得到了MgSO4·7H2O。
(6)实验中提供的硼镁泥共100 g，得到的MgSO4·7H2O为172.2 g，则MgSO4·7H2O的产率为________。
4．[2015·山东卷] 毒重石的主要成分为BaCO3(含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等杂质)，实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下：

图L2­9
(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NH3·H2O调pH＝8可除去________(填离子符号)，滤渣Ⅱ中含____________________(填化学式)。加入H2C2O4时应避免过量，原因是__________________________________________________________________。

Ca2＋
Mg2＋
Fe3＋
开始沉淀时的pH
11.9
9.1
1.9
完全沉淀时的pH
13.9
11.1
3.2
已知：Ksp(BaC2O4)＝1.6×10－7，Ksp(CaC2O4)＝2.3×10－9
(3)利用间接酸碱滴定法可测定Ba2＋的含量，实验分两步进行。
已知：
2CrO＋2H＋===Cr2O＋H2O
Ba2＋＋CrO===BaCrO4↓
步骤Ⅰ：移取x mL一定浓度的Na2CrO4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V0 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Na2CrO4溶液，待Ba2＋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V1 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”)。BaCl2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，Ba2＋浓度测量值将________(填“偏大”或“偏小”)。

类型二　化学工艺流程题·答案
■ 题型特点
题型1
例1　(1)①2Cl2＋2Ca(OH)2===Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2O　②AB
(2)①CaCO3、Ca(OH)2　②＜
(3)蒸发浓缩、冷却结晶
[解析] (1)①Cl2与Ca(OH)2反应生成Ca(ClO)2，该反应可用于制取漂白粉。②减慢Cl2的通入速率，可以充分氧化生成ClO，同时搅拌反应物，有利于反应的进行，A项、B项正确；制备Ca(ClO)2时，Ca(OH)2为石灰乳，而不是石灰水，C项错误。(2)①Ca(OH)2为石灰乳，不可能完全反应，会有部分在滤渣中，此外，电石渣中的CaCO3不溶于水，也留在滤渣中。②Cl2与Ca(OH)2 反应开始时先生成Ca(ClO)2和CaCl2，接着Ca(ClO)2再转化成Ca(ClO3)2，而在转化过程中Ca(ClO)2不能反应完全，所以n[Ca(ClO3)2]∶n[CaCl2]<1∶5。(3)KClO3的溶解度随着温度的升高而增大，但相对于Ca(ClO3)2、CaCl2、KCl的溶解度而言，KClO3的溶解度小，所以可采用蒸发浓缩加大其溶解量，再冷却结晶析出KClO3晶体，此时另外三种物质的析出量很少。
■ 强化训练
1．(1)加热、增加硫酸的浓度、将烧渣粉碎、搅拌等
(2)①FeS2＋2Fe3＋===3Fe2＋＋2S
②取少量溶液，滴入几滴KSCN溶液，若溶液变为血红色，说明其中含有Fe3＋，反应未完全
(3)①防止碳酸铵分解，减小亚铁离子的水解程度
②取少许最后一次洗涤液于试管中，滴加稀盐酸，无明显现象，再滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则表明已洗涤干净，反之，则说明没洗涤干净
(4)O2、H2O
(5)4FeCO3＋O22Fe2O3＋4CO2　14.4
[解析] 烧渣(主要含Fe2O3、FeO，还有一定量的SiO2)用硫酸浸取，过滤后滤液中含有硫酸铁、硫酸亚铁、未反应的硫酸，滤渣为二氧化硅，用二硫化亚铁还原Fe3＋后过滤，得滤液中含有硫酸亚铁，向滤液中加入碳酸铵，过滤得碳酸亚铁，滤液中含有硫酸铵、碳酸铵。(1)可以通过加热、增加硫酸的浓度、固体粉碎及搅拌等措施提高酸浸时反应速率。(2)①Fe3＋被FeS2还原成Fe2＋，从图看还有S单质生成，故发生反应的离子方程式还包括： FeS2＋2Fe3＋===3Fe2＋＋2S。②Fe3＋与KSCN溶液反应呈血红色，检验Fe3＋是否反应完全可选择KSCN溶液，具体方法是取少量溶液，滴入几滴KSCN溶液，若溶液变为血红色，说明其中含有Fe3＋，反应未完全。(3)①温度过高，碳酸铵易分解，沉淀不完全。②碳酸亚铁表面会附着硫酸铵，所以检验FeCO3是否洗净，可以检验洗涤滤液中是否有硫酸根离子，具体方法：取少许最后一次洗涤液于试管中，滴加稀盐酸，无明显现象，再滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则表明已洗涤干净，反之，则说明没洗涤干净。(4)红褐色固体是Fe(OH)3，FeCO3、H2O和O2反应生成Fe(OH)3和CO2。
2．(1)Fe3＋能水解生成吸附能力较强的胶体
(2)Al3＋　(3)10－15
(4)2H＋＋Fe2＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋H2O
(5)2 mol
(6)
取少量溶液于试管中，滴加0.05 mol/L的酸性高锰酸钾溶液
溶液不褪色
溶液中不含Fe2＋
取少量溶液于试管中，滴加0.1 mol/L的氯化钡溶液，再加入20%稀硝酸溶液
有白色沉淀生成，加稀硝酸后沉淀不溶解
溶液中含有SO
(7)5.6
[解析] 废铁屑中含少量氧化铝、氧化铁等，将过量废铁屑加入稀硫酸中，发生反应 Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑、Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O、Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、Fe2(SO4)3＋Fe===3FeSO4，然后反应Ⅰ中加入NaHCO3并搅拌，调节溶液的pH，发生反应Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑，所以滤渣中成分是Al(OH)3，过滤得到硫酸亚铁，向硫酸亚铁溶液中加入稀硫酸和NaNO2，酸性条件下，NaNO2和FeSO4发生氧化还原反应生成铁离子、NO，将溶液蒸发浓缩、过滤得到碱式硫酸铁。(1)铁离子水解生成氢氧化铁胶体，胶体具有吸附性，所以氢氧化铁胶体能吸附水中的悬浮物而净水。(2)过量废铁屑溶于稀硫酸得FeSO4、Al2(SO4)3混合溶液，根据表中数据可知，向混合溶液中加入少量NaHCO3，沉淀Al3＋而不沉淀Fe2＋，反应方程式为Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑，制备硫酸亚铁溶液，应与硫酸铝分离，所以加入碳酸氢钠调节溶液pH除去Al3＋。(3)亚铁离子完全沉淀时溶液的pH＝9.0，则溶液中c(OH－)＝10－5 mol/L，Ksp[Fe(OH)2]＝c(Fe2＋)·c2(OH－)＝10－5×(10－5)2＝10－15。(4)酸性条件下，亚硝酸根离子和亚铁离子发生氧化还原反应生成铁离子和NO，离子方程式为2H＋＋Fe2＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋H2O。(6)亚铁离子能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色，所以可以用酸性高锰酸钾溶液检验亚铁离子，其操作为取少量溶液于试管中，滴加0.05 mol/L的酸性高锰酸钾溶液，如果溶液不褪色，就说明原来溶液中不含亚铁离子；用氯化钡溶液检验硫酸根离子，硫酸钡不溶于稀硝酸，其操作为取少量溶液于试管中，滴加0.1 mol/L的氯化钡溶液，有白色沉淀生成，再加入20%稀硝酸溶液，白色沉淀不溶解，就说明溶液中含有SO。(7)根据2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2、I2＋2S2O===2I－＋S4O知，存在Fe3＋～S2O，设加入H2O2后溶液中Fe3＋的物质的量为n mol，
Fe3＋　～　S2O
1　　　　　1
n mol　　　0.100 0 mol·L－1×0.020 L
1∶1＝n mol∶(0.100 0 mol·L－1×0.020 L)
n＝0.100 0 mol/L×0.020 L＝0.002 mol，m＝0.002 mol×56 g/mol＝0.112 g
则溶液中铁元素的总含量＝＝5.6 g/L。
题型2
例2　(1)V2O5＋2H＋===2VO＋H2O　SiO2
(2)0.5
(3)Fe(OH)3和Al(OH)3
(4)碱
(5)K＋
(6)2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑
[解析] (1)“酸浸”时V2O5与硫酸反应，转化为VO，V的化合价不变，离子方程式为V2O5＋2H＋===2VO＋H2O。“酸浸”时SiO2与硫酸不反应，而其他物质与硫酸反应或溶于硫酸，故“废渣1”为SiO2。(2)根据VO2＋VO，KClO3Cl－，由得失电子守恒，则n(VO2＋)＝6n(KClO3)，故n(KClO3)＝n(VO2＋)＝×3 mol＝0.5 mol。(3)“中和”时可以沉淀酸浸所得滤液中的Fe3＋、Al3＋，则“废渣2”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)根据该反应，提高洗脱效率，使该平衡向逆反应方向移动，增大c(OH－)，则该平衡逆向移动，故淋洗液应该呈碱性。(5)根据该流程，氧化、中和操作中均引入了K＋，而其他阳离子Fe3＋、Al3＋被沉淀，故“流出液”中阳离子最多的是K＋。(6)NH4VO3中V为＋5价，“煅烧”时生成V2O5，V的化合价不变，则为非氧化还原反应，故化学方程式为2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑。
■ 强化训练
1．(1)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
(2)Co2O3＋6H＋＋2Cl－===2Co2＋＋Cl2↑＋3H2O
(3)3.2～7.15　Fe(OH)3、LiF
(4)降低溶液中Li＋浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀
(5)3CoC2O4＋2O2Co3O4＋6CO2
2．(1)四或4　ⅣA
(2)3NaAsO2＋NaClO3＋6NaOH===3Na3AsO4＋NaCl＋3H2O
(3)馏出物中将会含有AsCl3，降低了产品纯度
(4)AC
(5)GeCl4＋(n＋2)H2O===GeO2·nH2O↓＋4HCl　该水解反应为放热反应，温度较低时反应平衡常数较大，反应物平衡转化率更高；或温度高时GeCl4易挥发降低产率(其他合理答案均可)
(6)85%
3．(1)D　(2)2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O
(3)MnO2、SiO2
(4)取少量滤液，向其中加入硫氰化钾溶液，如果溶液不变红色，说明滤液中不含Fe3＋，如果溶液变红色，说明滤液中含Fe3＋
(5)蒸发浓缩，趁热过滤　过滤(或过滤洗涤)
(6)70%
4．(1)增大接触面积从而使反应速率加快　ac
(2)Fe3＋　Mg(OH)2、Ca(OH)2 　H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀，产品产量减少
(3)上方　　偏大
[解析] (1)毒重石充分研磨的目的是与盐酸充分接触，使反应完全。(2)根据Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋沉淀的pH，可知加入NH3·H2O调解pH＝8，使Fe3＋生成Fe(OH)3沉淀而除去。加入H2C2O4过量则会生成BaC2O4沉淀，从而降低BaCl2·2H2O产量。(3)滴定管中“0”刻度位于上方。步骤Ⅰ中加入盐酸的总物质的量是bV0×10－3mol，根据反应：2CrO＋2H＋===Cr2O＋H2O，可知n(CrO)＝n(H＋)。步骤Ⅱ中与HCl反应的n(Na2CrO4)＝bV1×10－3mol，则与BaCl2反应的n(Na2CrO4)＝b(V0－V1)×10－3mol，c(BaCl2)＝ mol·L－1。若滴加HCl时有少量溅出，则与盐酸反应的Na2CrO4的量减少，与氯化钡反应的Na2CrO4的量增大，导致最后所求的氯化钡的量偏大，c(BaCl2)偏大。