专项：
化工流程综合探究 工业流程探究题目在新高考（山东卷）中占有重要的地位，每年高考题中都会以大题的形式出占 现，占 12 分—14 分左右，具有很重要的地位。下面以 4 部分内容进行总结 及解题思路：
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一、化工流程中化学转化控制 原料处理 如何提高“浸出率” ①将矿石粉碎；②适当加热；③充分搅拌；④适当提高浸取液的浓度等 分析“浸出率”图表，解释“浸出率”高低变化的原因(“浸出率”升高一般是反应温度升高，反应速率加快；但当“浸出率”达到最大值后，温度升高“浸出率”反而下降，一般是反应试剂的分解或挥发)。选择达到一定较高“浸出率”的时间及温度(注意：一般不止一个答案) 焙烧 ①高温下硫化物与空气中氧气反应(如 FeS 2 与氧气生成氧化铁和二氧化硫)；②除去硫、碳单质；③有机物转化(如蛋白质燃烧)、除去有机物等 酸性气体的吸收 常用碱性溶液吸收(如 SO 2 用 Na 2 CO 3 或 NaOH 溶液吸收) 控制条件 除去杂质的方法 加氧化剂，转变金属离子的价态(如 Fe 2＋ →Fe 3 ＋ ) 调节溶液的 pH 调溶液 pH 常用氢氧化钠、碳酸钠、金属氧化物[还有酸性气体(二氧化硫)、稀盐酸或稀硫酸]等。常利用题给金属离子沉淀的 pH 信息，使特定金属离子以氢氧化物沉淀出来 物质转化的分析 跟踪物质，分析每一步骤中可能发生的化学反应，书写化学方程式或离子方程式 滤渣、滤液中物质的判断，书写物质的化学式或电子式，分析物质中的化学键 确定循环物质 二、化工流程中物质的分离提纯 1．物质分离的 6 种常用方法
2．洗涤沉淀的目的及如何选择洗涤剂 洗涤试剂 适用范围 目的 蒸馏水 冷水 产物不溶于水 除去固体表面吸附着的××杂质；可适当降低固体因为溶解而造成的损失 热水 有特殊的物质其溶解度随着温度升高而下降 除去固体表面吸附着的××杂质；可适当降低固体因为温度变化而造成溶解的损失 有机溶剂(酒精、丙酮等) 固体易溶于水，难溶于有机溶剂 减少固体溶解；利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分，产品易干燥 该物质的饱和溶液 对纯度要求不高的产品 减少固体溶解 酸、碱溶液 产物不溶于酸、碱 除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱的杂质；减少固体溶解 三、化工流程中有关计算 1．常用化学计算方法 （1）守恒法：
电子守恒法：适用于氧化还原反应 电荷守恒法：适用于离子反应计算离子浓度 原子守恒法：适用于多反应，某原子只生成一种物质 （2）关系式法：适用于多步反应计算和滴定实验中的计算 2．化工流程中 K sp 的计算及应用 (1)K sp 的表达式：A m B n (s)⇌mA n＋ (aq)＋nB m － (aq)
K sp ＝c m (A n ＋ )·c n (B m － ) (2)K sp 与 Q c 的关系应用 ①当 Q c >K sp 时，溶液过饱和，有沉淀析出，直至溶液饱和，达到新的平衡。
②当 Q c ＝K sp 时，溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态。
③当 Q c <K sp 时，溶液未饱和，无沉淀析出，若加入过量难溶电解质，难溶电解质溶解直至溶液饱和。
(3)示例：
25 ℃时，若滤液中要求 c(Al 3＋ )≤1.3×10 － 6
mol·L － 1 、c(Mg 2 ＋ )＝0.018 mol·L － 1 、c(Zn 2 ＋ )＝0.12 mol·L－ 1 ，则过滤前沉淀时需调节溶液的 pH 范围为________{已知：K sp [Al(OH) 3 ]＝1.3×10 － 33 ，K sp [Mg(OH) 2 ]＝1.8×10－ 11 ，K sp [Zn(OH) 2 ]＝1.2×10 － 17 }。
[解答] c(Al 3＋ )≤1.3×10 － 6
mol·L － 1时，根据 K sp 的表达式：c(OH－ )≥31.3×10－ 331.3×10－ 6
mol·L－ 1 ＝10 － 9
mol·L－ 1 ，pH≥5；当 Mg 2 ＋ 不沉淀时 c(OH － )<1.8×10－ 111.8×10－ 2
mol·L－ 1 ＝10 － 4.5
mol·L － 1 ，pH<9.5；Zn 2 ＋ 不沉淀时，c(OH－ )<1.2×10－ 171.2×10－ 1
mol·L－ 1 ＝10 － 8
mol·L － 1 ，pH<6。故 pH 范围为 5～6。
四、化工流程中涉及的过渡金属及其化合物 1．Zn 及其重要化合物 (1)Zn 的性质与 Al 相似，与强酸、强碱均反应生成 H 2 。
(2)ZnO、Zn(OH) 2 与Al 2 O 3 、Al(OH) 3 均为两性化合物。与酸反应生成Zn 2＋ ，与强碱反应生成ZnO 2 －2 。
2．钴、镍及其化合物 (1)钴、镍及其氧化物 ①常温下，钴、镍在空气中能稳定存在，加热条件下可生成 CoO、NiO。
②CoO 溶于酸和强碱溶液，不溶于水、乙醇、氨水，在空气中焙烧至 390～890 ℃时生成四氧化三钴。NiO 溶于酸和氨水，不溶于水。
(2)碱[M(OH) 2 、M(OH) 3 ] ①Co(OH) 2 在空气中缓慢地被氧化为棕褐色的 Co(OH) 3 ，Ni(OH) 2 在空气中较稳定，可采用氧化性较强的 Br 2 将其氧化。
②Co 3＋ 、Ni 3 ＋ 在酸性溶液中有强氧化性，易被还原，如 Co(OH) 3 、Ni(OH) 3在盐酸中被还原，2Co(OH) 3 ＋6HCl===2CoCl 2 ＋Cl 2 ↑＋6H 2 O,2Ni(OH) 3 ＋6HCl===2NiCl 2 ＋Cl 2 ↑＋6H 2 O；在 H 2 SO 3 溶液中被还原，2Co(OH) 3 ＋SO 2－3 ＋4H＋ ===2Co 2 ＋ ＋SO 2 －4 ＋5H 2 O，2Ni(OH) 3 ＋SO 2－3 ＋4H＋ ===2Ni 2 ＋ ＋SO 2 －4 ＋5H 2 O。
3．钒及其化合物的性质 (1)V：常温下不活泼，不能与非氧化性酸及碱作用，但能溶于氢氟酸、硝酸和王水。
(2)V 2 O 5 ：两性氧化物，但以酸性为主，V 2 O 5 ＋6NaOH===2Na 3 VO 4 ＋3H 2 O；1 750 ℃发生分解反应：2V 2 O 5 =====1 750 ℃2V 2 O 4 ＋O 2 ↑；微溶于水，易形成稳定的胶体；有较强的氧化性：V 2 O 5 ＋6HCl(浓)===2VOCl 2 ＋Cl 2 ↑＋3H 2 O。
(3)VO 2＋ 、VO ＋2 ：在酸性介质中，VO＋2 具有强氧化性，VO＋2 ＋Fe 2＋ ＋2H ＋ ===VO 2 ＋ ＋Fe 3 ＋ ＋H 2 O,2VO ＋2＋H 2 C 2 O 4 ＋2H＋ =====△2VO 2＋ ＋2CO 2 ↑＋2H 2 O。
4．铬及其化合物的性质 (1)Cr：加热时，与 O 2 反应生成 Cr 2 O 3 。
(2)Cr 2 O 3 ：两性氧化物，Cr 2 O 3 ＋6H＋ ==2Cr 3 ＋ ＋3H 2 O；Cr 2 O 3 ＋2OH － ===2CrO －2 ＋H 2 O。
(3)Cr(OH) 3 ：两性氢氧化物，Cr(OH) 3 ＋3H＋ ==Cr 3 ＋ ＋3H 2 O；Cr(OH) 3 ＋OH － ===CrO －2 ＋2H 2 O。
(4)CrO 2－4 与 Cr 2 O 2－7 ：①可相互转化，2CrO 2－4 (黄色)＋2H＋ ⇌"Cr 2 O 2 －7 (橙色)＋H 2 O。②强氧化性，如5H＋ ＋Cr 2 O 2 －7 ＋3HSO－3 ===2Cr 3＋ ＋3SO 2 －4 ＋4H 2 O,2Na 2 CrO 4 ＋16HCl===2CrCl 3 ＋4NaCl＋3Cl 2 ↑＋8H 2 O。
5．钛及其化合物的性质 (1)Ti：常温时与酸不反应，但可与 HF 反应(Ti＋6HF===H 2 TiF 6 ＋2H 2 ↑)，也可与热的浓盐酸反应[2Ti＋6HCl(浓)=====△
2TiCl 3 ＋3H 2 ↑]。
(2)TiO 2 ：不溶于水和稀酸，可溶解在 HF 溶液及热的浓硫酸中；可与 Cl 2 反应：TiO 2 ＋2Cl 2 ===TiCl 4＋O 2 ；与碱溶液缓慢反应：TiO 2 ＋2NaOH===Na 2 TiO 3 ＋H 2 O；在高温下与 Cl 2 、C 发生反应：TiO 2 ＋2C＋2Cl 2 =====高温TiCl 4 ＋2CO。
(3)TiCl 4 ：暴露在空气中会冒出白烟，TiCl 4 ＋3H 2 O===H 2 TiO 3 ↓＋4HCl；Mg 作还原剂时可制备金属钛，2Mg＋TiCl 4 =====1 220～1 420 K 2MgCl2 ＋Ti。
【工业流程的一般分析思路】
1．化工流程的试题呈现模式
2．化工流程试题的一般解题策略 (1)审题四角度
(2)破题三方法
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。
【专项练习】
1．活性氧化锌是一种新型多功能无机材料。某小组以粗氧化锌(含铁、铜的氧化物)为原料模拟工业生产活性氧化锌，步骤如下：
已知各相关氢氧化物沉淀 pH 范围如下表所示：
Zn(OH) 2
Fe(OH) 2
Fe(OH) 3
Cu(OH) 2
开始沉淀 pH 5.4 7.0 2.3 4.7 完全沉淀 pH 8.0 9.0 4.1 6.7 请回答下列问题：
(1)步骤Ⅱ中加入 H 2 O 2 溶液的作用是________________(用离子方程式表示)。
(2)用 ZnO 调节 pH，以除去含铁杂质，调节 pH 的适宜范围是________。
(3)步骤Ⅲ中加入 Zn 粉的作用是：①________；②进一步调节溶液 pH。
(4)碱式碳酸锌[Zn 2 (OH) 2 CO 3 ]煅烧的化学方程式为_________。
[答案] (1)2Fe 2＋ ＋H 2 O 2 ＋2H ＋ ===2Fe 3 ＋ ＋2H 2 O (2)4.1≤pH<4.7 (3)除去溶液中的 Cu 2＋
(4)Zn 2 (OH) 2 CO 3 =====高温2ZnO＋CO 2 ↑＋H 2 O 2．氯化亚铜(CuCl)广泛应用于化工、印染、电镀等行业。CuCl 难溶于醇和水，在潮湿空气中易水解、氧化，且在氯离子浓度较大的体系中存在 CuCl＋Cl－ ⇋[CuCl 2 ] － 。工业上用低品铜矿(主要含 CuS、Cu 2 S、FeO 等)制备 CuCl 的一种工艺流程如下：
回答下面问题：
(1)写出反应Ⅱ中发生反应的离子方程式：___________________________ ________________________________________________________________。
(2)在进行反应Ⅱ时，通入的 SO 2 一般都要适当过量，目的是 ________________________________________________________________。
(3)水洗时，检验是否洗涤干净的方法是______________________________ ________________________________________________________________。
(4)滤饼进行醇洗的目的是_________________________________________。
[答案] (1)2Cu 2＋ ＋SO 2 ＋2Cl － ＋2H 2 O===2CuCl↓＋SO 2 －4 ＋4H＋
(2)将 Cu 2＋ 全部还原为 CuCl，保护 CuCl 不被氧化 (3)取最后一次洗涤液于试管中，滴加盐酸酸化的 BaCl 2 溶液，不产生沉淀，证明已洗涤干净，否则未洗涤干净 (4)加速干燥，防止 CuCl 水解和氧化 3．(2018·全国卷Ⅱ节选)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO 2 和少量 FeS、CdS、PbS 杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：
相关金属离子[c 0 (M n＋ )＝0.1 mol·L － 1 ]形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下：
金属离子 Fe 3＋
Fe 2＋
Zn 2＋
Cd 2＋
开始沉淀的 pH 1.5 6.3 6.2 7.4 沉淀完全的 pH 2.8 8.3 8.2 9.4 回答下列问题：
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为_____________________________。
(2)滤渣 1 的主要成分除 SiO 2 外还有______；氧化除杂工序中 ZnO 的作用是________________，若不通入氧气，其后果是___________________。
(3)溶液中的 Cd 2＋ 可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为____________________。
[答案] (1)2ZnS＋3O 2 2ZnO＋2SO 2
(2)PbSO 4
调节溶液的 pH 无法除去杂质 Fe 2＋
(3)Cd 2＋ ＋Zn===Cd＋Zn 2 ＋
4．氯化亚锡用途广泛，在无机工业中用作还原剂。在口腔护理行业中，二水氯化亚锡多用于防龋齿脱敏类牙膏中，以预防龋齿的发生。某研究小组制取二水氯化亚锡的工艺流程如图所示：
查阅资料：
Ⅰ.酸性条件下，锡在水溶液中有 Sn 2＋ 、Sn 4 ＋ 两种主要存在形式，Sn 2 ＋ 易被氧化。
Ⅱ.SnCl 2 易水解生成碱式氯化亚锡。
回答下列问题：
(1)四氯化锡暴露于空气中与空气中水分反应生成白烟，有强烈的刺激性气味，生成偏锡酸(H 2 SnO 3 )，写出该反应的化学方程式为______________________。
(2)将金属锡熔融，然后泼入冷水，激成锡花，其目的是_________________。
(3)反应釜中发生反应的化学方程式为_______________________________。
(4)该小组通过下列方法测定所用锡粉的纯度(杂质不参与反应)：
①将该试样溶于盐酸，发生反应的化学方程式为 Sn＋2HCl===SnCl 2 ＋H 2 ↑； ②加入过量 FeCl 3 溶液； ③ 用 已 知 浓 度 的 K 2 Cr 2 O 7 溶 液 滴 定 ② 中 生 成 的 Fe 2＋， 则 反 应 的 离 子 方 程 式 为________________________。
(5)取 1.125 g 锡粉，经上述各步反应后，共用去 0.100 0 mol·L－ 1
K 2 Cr 2 O 7溶液 30.00 mL，锡粉中锡的质量分数为________。
[答案] (1)SnCl 4 ＋3H 2 O===H 2 SnO 3 ＋4HCl (2)增大反应接触面积，利于反应进行 (3)Sn＋SnCl 4 ===2SnCl 2
(4)Cr 2 O 2－7 ＋6Fe 2＋ ＋14H ＋ ===2Cr 3 ＋ ＋6Fe 3 ＋ ＋7H 2 O (5)95.2% 5．(2017·全国卷Ⅰ节选，T 27(4)(5)(6) )Li 4 Ti 5 O 12 和 LiFePO 4 都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为 FeTiO 3 ，还含有少量 MgO、SiO 2 等杂质)来制备。工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“酸浸”后，钛主要以 TiOCl 2－4 形式存在，写出相应反应的离子方程式_______________。
(2)Li 2
Ti 5 O 15 中 Ti 的化合价为＋4，其中过氧键的数目为______。
(3)若“滤液②”中 c(Mg 2＋ )＝0.02 mol·L － 1 ，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加 1 倍)，使 Fe 3 ＋ 恰好
沉淀完全即溶液中c(Fe 3＋ )＝1.0×10 － 5
mol·L － 1 ，此时是否有Mg 3 (PO 4 ) 2 沉淀生成？________(列式计算)。FePO 4 、Mg 3 (PO 4 ) 2 的 K sp 分别为 1.3×10－ 22 、1.0×10 － 24 。
(4)写出“高温煅烧②”中由 FePO 4 制备 LiFePO 4 的化学方程式_________________________。
[答案] (1)FeTiO 3 ＋4H＋ ＋4Cl － ===Fe 2 ＋ ＋TiOCl 2 －4 ＋2H 2 O (2)4 (3)Fe 3＋ 恰好沉淀完全时，c(PO 3 －4 )＝ 1.3×10－ 221.0×10－ 5
mol·L－ 1 ＝1.3×10 － 17
mol·L － 1 ，Q c ＝c 3 (Mg 2 ＋ )·c 2 (PO 3 －4 )值为 0.01 3 ×(1.3×10－ 17 ) 2 ≈1.7×10 － 40 <K sp [Mg 3 (PO 4 ) 2 ]，因此不会生成 Mg 3 (PO 4 ) 2沉淀 (4)2FePO 4 ＋Li 2 CO 3 ＋H 2 C 2 O 4 =====高温2LiFePO 4 ＋3CO 2 ↑＋H 2 O
6．镍废料中主要含有 Ni，还含有少量的 Cu、Fe 等。现从中制取 Ni 2 O 3 ，其可用于制造人造卫星、宇宙飞船的高能电源，也可用于制造镉镍碱性电池。以镍废料为原料制备Ni 2 O 3 的工艺流程如图所示：
已知常温下 0.010 mol·L－ 1的金属离子形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如表所示：
Fe 3＋
Cu 2＋
Ni 2＋
开始沉淀 pH...