無機(jī)化工流程題解法探究

張政

無機(jī)化工流程題是近幾年高考命題的?？碱}型，為了更好的解答這一題型，下面將其考點(diǎn)總結(jié)如下。

一、無機(jī)化工流程常見題型

題型一：從混合物中分離、提純某一物質(zhì)

其實(shí)質(zhì)是對混合物的除雜、分離、提純。解答這一類題時(shí)，要求學(xué)生一定要認(rèn)真在題目中找出要得到的主要物質(zhì)是什么，混有的雜質(zhì)有哪些，認(rèn)真分析當(dāng)加入某一試劑后，能與什么物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成了什么產(chǎn)物，要用什么樣的方法才能將雜質(zhì)除去。

例1高純氧化鋁可用于制高壓鈉燈的陶瓷管。實(shí)驗(yàn)室制取高純氧化鋁的流程如圖1：

（1）“除雜”操作是加入過氧化氫后，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH約為8.0，以除去硫酸銨溶液中的少量Fe2+。檢驗(yàn)Fe2+是否除盡的實(shí)驗(yàn)操作是。

（2）配制硫酸鋁溶液時(shí)，需用硫酸酸化，酸化的目的是。

（3）上述流程圖里，“結(jié)晶”這步操作中，母液經(jīng)

得到銨明礬（含結(jié)晶水）。

（4）上述流程圖里，“分離”這個(gè)步驟應(yīng)包含的是。

A.蒸餾B.分液C.過濾D.洗滌晶體

解析（1）由于Fe2+的顏色較淺，因此不能根據(jù)其顏色直接進(jìn)行判斷，一般利用其還原性來驗(yàn)證。（2）配制Al2（SO4）3溶液時(shí)，如不加H2SO4，由于Al3+的水解會(huì)使溶液渾濁。

答案：（1）取少量除雜后的濾液，酸化后，滴加酸性KMnO4溶液，若無明顯現(xiàn)象，說明Fe2+已除盡；（2）抑制Al3+水解；（3）蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；（4）CD。

題型二：利用某些物質(zhì)制備另一物質(zhì)

（1）明確題目目的是制什么物質(zhì)，題目中的信息往往是制備該物質(zhì)的關(guān)鍵所在。（2）尋找在制備過程中所需的原料，寫出主要的化學(xué)反應(yīng)方程式或制備原理，從中了解流程圖。從近幾年的高考題目中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)題目都會(huì)給出制備物質(zhì)時(shí)所需的原料，但一般會(huì)涉及物質(zhì)的分離、提純的操作。

例2酸浸法制取硫酸銅的流程示意圖如圖2：

①步驟（?。┲蠧u2（OH）2CO3發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

②步驟（ⅱ）所加試劑起調(diào)節(jié)pH作用的離子是（填離子符號）。

③在步驟（ⅲ）發(fā)生的反應(yīng)中，1 mol MnO2轉(zhuǎn)移2 mol電子，該反應(yīng)的離子方程式為。

④步驟（ⅳ）除去雜質(zhì)的離子方程式可表示為

3Fe3++NH+4+2SO2-4+6H2ONH4Fe3（SO4）2（OH）6↓+6H+。過濾后母液的pH=2.0，c（Fe3+）=a mol·L-1，c（NH+4）=b mol·L-1，c（SO2-4）=d mol·L-1，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=（用含a、b、d的代數(shù)式表示）。

解析②抓住信息“提高pH”，所以加入NH4HCO3的目的是與H+反應(yīng)，減小H+濃度。NH4HCO3電離出的離子只有HCO-3與H+反應(yīng)。③溶液中具有還原性的只有Fe2+，再根據(jù)1 mol MnO2反應(yīng)轉(zhuǎn)移2 mol電子，即可寫出相應(yīng)的離子方程式為：MnO2+2Fe2++4H+Mn2++2Fe3++2H2O。④依據(jù)K=c6（H+）c3（Fe3+）·c（NH+4）·c2（SO2-4）即可求解。

答案：①Cu2（OH）2CO3+2H2SO42CuSO4+CO2↑+3H2O ②HCO-3 ③MnO2+2Fe2++4H+Mn2++2Fe3++2H2O ④10-12a3bd2

解題提示熟悉工業(yè)流程的幾個(gè)常用的關(guān)鍵詞

（1）浸出：向固體混合物中加入合適的溶劑（通常為水、酸或堿溶液）使可溶金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過過濾除去的溶解過程。

（2）水洗：水洗通常是為了除去水溶性的雜質(zhì)。有機(jī)物洗滌：減少晶體損失。

（3）灼燒（煅燒）：原料的預(yù)處理，不易轉(zhuǎn)化的物質(zhì)轉(zhuǎn)為容易提取的物質(zhì)。如海帶中提取碘等。

（4）酸化：溶解、去氧化物（膜）、調(diào)節(jié)pH、促進(jìn)水解（沉淀）。

（5）堿化：去油污、去鋁片氧化膜、溶解鋁、二氧化硅、調(diào)節(jié)pH促進(jìn)水解（沉淀）。

（6）煮沸：促進(jìn)水解，聚沉后利于過濾分離；除去溶解在溶液中的氣體，如氧氣。

例3以硫鐵礦（主要成分為FeS2）為原料制備氯化鐵晶體（FeCl3·6H2O）的工藝流程如圖3：

回答下列問題：

（1）在一定條件下，SO2轉(zhuǎn)化為SO3的反應(yīng)為2SO2（g）+O2（g）2SO3（g），該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=；過量的SO2與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

（2）酸溶及后續(xù)過程中均需保持鹽酸過量，其目的是

、。

（3）通氯氣氧化時(shí)，發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式為

；該過程產(chǎn)生的尾氣可用堿溶液吸收，尾氣中污染空氣的氣體為（寫化學(xué)式）。

解析硫鐵礦焙燒后得到的固體的主要成分是Fe2O3，同時(shí)還含有少量沒有反應(yīng)的FeS2；酸溶后溶液中含有大量的Fe3+和少量的Fe2+，為了得到純凈的FeCl3·6H2O，需要將Fe2+氧化。因在酸溶時(shí)所加的鹽酸是過量的，所以尾氣中除了Cl2外，還會(huì)有HCl。

答案：（1）c2（SO3）c（O2）·c2（SO2）SO2+NaOH

NaHSO3（2）提高鐵元素的浸出率抑制Fe3+水解（3）Cl2+2Fe2+2Cl-+2Fe3+Cl2、HCl

二、無機(jī)化工流程題常見解法

1.獲取信息法

（1）從題干中獲取有用信息，了解生產(chǎn)的產(chǎn)品。

（2）流程每一步驟中的反應(yīng)或操作都是為獲得產(chǎn)品而服務(wù)。

（3）從問題中獲取信息，幫助解題。

例4亞硫酸鹽是一種常見食品添加劑。為檢測某食品中亞硫酸鹽含量（通常以1 kg樣品中含SO2的質(zhì)量計(jì)），某研究小組設(shè)計(jì)了圖4所示兩種實(shí)驗(yàn)流程：

（1）氣體A的主要成分是。為防止煮沸時(shí)發(fā)生暴沸，必須先向燒瓶中加入；通入N2的目的是。

（2）寫出甲方案第①步反應(yīng)的離子方程式：

。

（3）甲方案第②步滴定前，滴定管需用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液潤洗。其操作方法是。

（4）若用鹽酸代替稀硫酸處理樣品，則按乙方案實(shí)驗(yàn)測定的結(jié)果（填“偏高”“偏低”或“無影響”）。

（5）若取樣品w g，按乙方案測得消耗

0.01000 mol·L-1 I2溶液V mL，則1 kg樣品中含SO2的質(zhì)量是g（用含w、V的代數(shù)式表示）。

解析（1）亞硫酸鹽與稀硫酸反應(yīng)生成SO2氣體，因同時(shí)通入了N2，所以氣體A的主要成分為N2和SO2。為防止煮沸時(shí)發(fā)生暴沸，必須先向燒瓶中加入碎瓷片；為了減小實(shí)驗(yàn)操作誤差，通入N2可使生成的SO2全部逸出，保證被吸收液全部吸收。

（2）SO2具有還原性，可被氧化劑H2O2氧化，

即：SO2+H2O22H++SO2-4。

（3）用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液潤洗滴定管的操作為：滴定管用蒸餾水洗滌干凈后，加入少量NaOH標(biāo)準(zhǔn)液，將滴定管橫放，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)，均勻潤洗滴定管內(nèi)壁，然后將潤洗液從下端尖嘴處放出，重復(fù)操作2～3次。

（4）若用鹽酸代替硫酸，生成的SO2氣體中混有少量HCl，因SO2用堿液吸收后需再用鹽酸調(diào)節(jié)溶液至弱酸性，因此混合氣體中含有HCl，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果無影響。

（5）反應(yīng)為H2O+SO2-3+I2SO2-4+2I-+2H+，n（SO2）=n（SO2-3）=n（I2）=0.01000 mol-1·L-1×V×10-3L=V×10-5 mol，因此1 kg樣品中含SO2的質(zhì)量為：

V×10-5mol×64 g·mol-1w g×1000 g=0.64Vwg

答案：（1）N2和SO2 碎瓷片（或沸石） 使產(chǎn)生的SO2全部逸出 （2）SO2+H2O22H++SO2-4 （3）向滴定管注入少量標(biāo)準(zhǔn)液，傾斜（或平放）轉(zhuǎn)動(dòng)滴定管潤洗全部內(nèi)壁后從尖嘴放出液體，重復(fù)操作2～3次 （4）無影響 （5）0.64Vw

2.流程主線法

工業(yè)流程的主線一般為原料→核心化學(xué)反應(yīng)→所需產(chǎn)品，必須掌握物質(zhì)間的反應(yīng)、產(chǎn)物分離提純的方法、除雜試劑的選擇以及反應(yīng)條件的控制等。

例5FeSO4·7H2O廣泛用于醫(yī)藥和工業(yè)領(lǐng)域，圖5是FeSO4·7H2O的實(shí)驗(yàn)室制備流程圖。根據(jù)題意完成下列填空：

（1）操作①中碳酸鈉溶液能除去油污，原因是（用離子方程式表示）。

（2）下列物質(zhì)分離方法的原理與過濾相同的是。

a.蒸餾 b.分液 c.滲析 d.重結(jié)晶

解析（1）碳酸鈉溶液能去除油污是因?yàn)槠銫O2-3水解顯堿性，生成OH-。

（2）過濾的依據(jù)是濾紙對物質(zhì)的滲透性。

答案：（1）CO2-3+H2OHCO-3+OH- （2）c

3.截段分析法

當(dāng)前的化工流程題，大都設(shè)計(jì)成綜合利用原材料，生產(chǎn)多種產(chǎn)品的工藝生產(chǎn)線。截段分析法一般以生產(chǎn)的產(chǎn)品為準(zhǔn)點(diǎn)，但特殊情況也很多，必須具體情況作具體分析。

例6以氯化鉀和鈦白廠的副產(chǎn)品硫酸亞鐵為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高。其主要流程如圖6：

（1）反應(yīng)Ⅰ前需在FeSO4溶液中加入（填字母），以除去溶液中的Fe3+。

A.鋅粉B.鐵屑C.KI溶液D.H2

（2）反應(yīng)Ⅰ需控制反應(yīng)溫度低于35℃，其目的是。

（3）工業(yè)生產(chǎn)上常在反應(yīng)Ⅲ的過程中加入一定量的醇類溶劑，其目的是。

解析（1）為了除去FeSO4溶液中的Fe3+，無疑應(yīng)加入鐵。（2）將FeSO4溶液與NH4HCO3溶液混合，由框圖可知：反應(yīng)Ⅰ是復(fù)雜的，但過濾后得到FeCO3固體，這就不難看出，主要是HCO-3電離出CO2-3與Fe2+結(jié)合生成FeCO3；但是HCO-3和Fe2+都能水解，且溫度越高，水解程度越大，這就勢必影響FeCO3的生成，故為了防止NH4HCO3分解（或減少Fe2+的水解），應(yīng)將溫度降低。（3）從反應(yīng)Ⅱ可知：反應(yīng)后溶液中主要成分是（NH4）2SO4，（NH4）2SO4中加入KCl和一定量的醇類溶劑，本身沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但卻得到K2SO4固體，不難聯(lián)想到：醇類溶劑的加入，使整體溶劑極性減弱，必然導(dǎo)致某些離子化合物的溶解度下降，從結(jié)果來看，加入醇類溶劑后，能降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出。

答案：（1）B

（2）防止NH4HCO3分解（或減少Fe2+的水解）

（3）降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出

（收稿日期：2014-11-14）