1、1化学工艺流程考查金属及其化合物的性质和转化化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，一般具有如下环节： 原 料对 原 料 的预 处 理 核 心 化学 反 应 产 品 的 分离 提 纯 目 标产 物它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问。考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是新课标全国卷命题的热考题型。1(2018全国卷)磷酸亚铁锂(LiFePO 4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿
2、法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：下列叙述错误的是( )A合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用B从“正极片”中可回收的金属元素有 Al、Fe、LiC “沉淀”反应的金属离子为 Fe3D上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠解析：合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用，LiFePO 4中含有 Li 和 Fe 元素，正极片碱溶所得滤液中含有 Al 元素，A、B 项正确；Fe 2 能被 HNO3氧化为 Fe3 ，Fe 3 遇到碱液后沉淀，而另一种金属离子(Li )遇到 Na2CO3后沉淀，C 项正确；Li 2SO4易溶于水，用Na2SO4代替 Na2CO3，不能形成含 L
3、i 沉淀，D 项错误。答案：D2(2018全国卷)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 SiO2和少量 FeS、CdS、PbS 杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：2相关金属离子 c0(Mn )0.1 molL 1 形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下：金属离子 Fe3 Fe2 Zn2 Cd2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 SiO2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
4、 Cd2 可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为_；沉积锌后的电解液可返回_工序继续使用。解析：(1)闪锌矿的主要成分是 ZnS，所以高温焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS3O 2 2ZnO2SO 2。= = = = =焙 烧 (2)闪锌矿焙烧后的主要成分变为 ZnO，还存在少量 SiO2、Fe 2O3、CdO、PbO，加稀H2SO4后，发生一系列化学反应：ZnOH 2SO4=ZnSO4H 2O、Fe 2O33H 2SO4=Fe2(SO4)33H 2O、CdOH 2SO4=CdSO4H 2O、PbOH 2SO4=PbSO4
5、H2O。其中 SiO2和 PbSO4不溶于水，以沉淀的形式沉降下来，所以滤渣 1 的主要成分是 SiO2和 PbSO4。氧化除杂工序中 ZnO 的作用是调节溶液的 pH 在 2.86.2，使 Fe3 完全转变为 Fe(OH)3沉淀；通入 O2的目的是使溶液中的 Fe2 转化为 Fe3 ，有利于除杂，若不通入 O2，无法除去溶液中的杂质 Fe2 。(3)溶液中的 Cd2 与加入的 Zn 粉反应而被除去，反应的离子方程式为ZnCd 2 =Zn2 Cd。(4)电解 ZnSO4溶液制备单质 Zn 时，阴极放电的是 Zn2 ，电极反应式是Zn2 2e =Zn，阳极放电的是 OH ，电极反应是 4OH 4
6、e =2H2OO 2。沉积锌后的溶液应该是 ZnSO4和稀 H2SO4，可返回到溶浸工序循环使用。答案：(1)2ZnS3O 2 2ZnO2SO 2= = = = =焙 烧 (2)PbSO4 调节溶液的 pH 无法除去杂质 Fe23(3)Cd2 Zn= =CdZn 2(4)Zn2 2e =Zn 溶浸1认识原料预处理的方法(1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。术语 释义水浸 与水接触反应或溶解浸出 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的溶解过程浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化)(2)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，
7、使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。2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：如除去酸性溶液中的 Fe3 等。3把握常用的分离方法(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 NaCl。(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变
8、化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl 3、CuCl 2、CuSO 45H2O、FeSO 47H2O 等。(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。(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。1某同学在实验室利用氢氧化钠、盐酸分离铁粉和铝粉混合物，转化关系如下图所示，下列说法不正确的是( )4Ax 为 NaOH 溶液，y 为盐酸Bab 发生的反应为：AlO H H 2O=Al(OH)3 2C按照本流程，x 和 y 调换后也能达到实验目的Db、c 既能与强酸又能与强碱反应解析：根据转化关系，加入试剂 x
9、，得到溶液和 Fe，利用 Al 能与 NaOH 反应，Fe 不与NaOH 反应，因此试剂 x 为 NaOH，即 a 的主要成分是 NaAlO2，根据转化关系，试剂 y 应为盐酸，发生 AlO H H 2O=Al(OH)3，然后氢氧化铝受热分解成 Al2O3，最后通过电解 2的方法得到金属 Al。根据上述分析，x 为 NaOH 溶液，y 为盐酸，故 A 说法正确；ab 的反应是 AlO H H 2O=Al(OH)3，故 B 说法正确；如果 x 和 y 互换，a 为 FeCl2和 2AlCl3，加入 NaOH，则得到 Fe(OH)2和 Al(OH)3，按照流程无法得到金属铝，故 C 说法错误；b
10、和 c 分别是 Al(OH)3和 Al2O3，都属于两性化合物，既能与强酸反应，又能与强碱反应，故 D 说法正确。答案：C2以硫铁矿(主要成分为 FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl 36H2O)的工艺流程如图所示，下列说法不正确的是( )A酸溶过程使用的酸也可以是硝酸，且过量B为了防止污染，焙烧过程中产生的 SO2要回收利用C通入氯气的目的是氧化 Fe2D由 FeCl36H2O 制取无水 FeCl3需要在氯化氢的气流中加热解析：若用过量硝酸酸溶，会引入 NO ，A 错误；SO 2是一种污染气体，必须回收利用，3B 正确；通入 Cl2的目的是将 Fe2 全部氧化为 Fe3 ，C 正确；为了
11、防止 Fe3 水解，由FeCl36H2O 制取无水 FeCl3时需要在 HCl 的气流中加热，D 正确。答案：A3(2019西安模拟)实验室模拟工业上以铝土矿(含 Al2O3、Fe 2O3、SiO 2)为原料制铵明矾 NH4Al(SO4)2晶体的工艺流程如图所示，下列说法错误的是( )5A固体 a 的化学式为 SiO2B固体 b 的化学式为 Fe(OH)3C中通入足量 CO2发生反应的离子方程式为 2AlO CO 23H 2O=CO 2Al(OH)2 233D都要用到的分离方法是过滤解析：SiO 2不溶于盐酸，A 正确；红褐色固体 b 是 Fe(OH)3，B 正确；中通入足量CO2气体发生反应
12、的离子方程式为 AlO CO 22H 2O=HCO Al(OH) 3，C 错误；2 3都要用到的分离方法是过滤，D 正确。答案：C4从某含有 FeCl2、FeCl 3、CuCl 2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下。下列说法正确的是( )A试剂 a 是铁、试剂 b 是稀硫酸B操作、操作、操作所用仪器相同C试剂 c 是氯气，相应的反应为 2Fe2 Cl 2=2Fe3 2Cl D用酸性 KMnO4溶液可检验溶液 W 中是否含有 Fe2解析：由最终要得到的氯化铁及流程图知 b 是盐酸，A 错误；操作和操作是过滤，操作为蒸发结晶，所用仪器有差异，B 错误；滤液 Z 和 X 中均含有氯化亚铁，
13、因此 c 为氯气，C 正确；高锰酸钾能氧化氯离子而褪色，因此不能用于检验是否含有亚铁离子，D 错误。答案：C5(2018江苏卷)以高硫铝土矿(主要成分为 Al2O3、Fe 2O3、SiO 2，少量 FeS2和金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得 Fe3O4的部分工艺流程如下：(1)焙烧过程均会产生 SO2，用 NaOH 溶液吸收过量 SO2的离子方程式为_6_。(2)添加 1%CaO 和不添加 CaO 的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于 600 硫去除率 100%(1焙 烧 后 矿 粉 中 硫 元 素 总 质 量焙 烧 前 矿 粉 中 硫 元 素
14、 总 质 量 )不添加 CaO 的矿粉在低于 500 焙烧时，去除的硫元素主要来源于_。700 焙烧时，添加 1%CaO 的矿粉硫去除率比不添加 CaO 的矿粉硫去除率低，其主要原因是_。(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量 CO2，铝元素存在的形式由_(填化学式)转化为_(填化学式)。(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的 Fe2O3。Fe 2O3与 FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和 SO2，理论上完全反应消耗的 n(FeS2) n(Fe2O3)_。解析：(1)NaOH 吸收过量 SO2的离子方程式为 SO2OH =HSO 。 3(2)由已知多数金属硫酸盐的分解温度都高于 600
15、，不添加 CaO 的矿粉在低于 500 焙烧时，去除的硫元素主要来源于杂质 FeS2。700 焙烧时，FeS 2中的硫元素生成SO2，添加 CaO 后，SO 2会与 CaO、O 2反应生成 CaSO4而留在矿粉中。(3)用 NaOH 溶液碱浸后，Al 2O3、SiO 2溶解，转化为 NaAlO2和 Na2SiO3，通入过量 CO2后，NaAlO 2与 CO2反应转化为 Al(OH)3。(4)Fe2O3与 FeS2在缺氧条件下焙烧生成 Fe3O4和 SO2，发生反应的化学方程式配平为16Fe2O3FeS 2 11Fe3O42SO 2，可得关系式 FeS216Fe 2O3，则理论上完= = = =
16、 =焙 烧 全反应消耗的 n(FeS2) n(Fe2O3)116。答案：(1)SO 2OH =HSO 3(2)FeS 2 硫元素转化为 CaSO4而留在矿粉中(3)NaAlO2 Al(OH) 3 (4)1166(2019烟台模拟)某工厂酸性废液中含有 Fe3 、Al 3 、Fe 2 、SO ，以该废液为24原料制备 Fe2O3的工艺流程如下(部分操作和条件略)：7已知：NH 4HCO3在热水中会分解。常温下，溶液中不同金属离子生成氢氧化物沉淀时的 pH 见下表：金属离子(0.1 molL l ) Fe3 Fe2 Al3开始沉淀时的 pH 2.4 7.6 3.4完全沉淀时的 pH 3.7 9.6
17、 4.8回答下列问题：(1)写出“还原”步骤中反应的离子方程式：_。(2)试剂 X 可选用_(任写一种，填化学式)， “滤渣”的主要成分是_。(3)加入碳酸氢铵后过滤，发现滤液仍然浑浊，可能的原因是_，用 90 热水洗涤 FeCO3沉淀的目的是_。(4)若在实验室中灼烧 FeCO3应在_(填仪器名称)中进行， “灼烧氧化”发生的化学方程式为_。(5)若工业上灼烧氧化 174.0 吨 FeCO3得到 117.6 吨产品，则该产品中 Fe2O3的纯度为_(设产品中杂质只有 FeO，保留一位小数)。解析：(1)“还原”是铁粉将 Fe3 转化为 Fe2 ，同时与废液中的 H 反应生成 H2，反应的离子
18、方程式为 Fe2H =Fe2 H 2和 Fe2Fe 3 =3Fe2 。(2)试剂 X 用于调节溶液的 pH，使 Al3 完全沉淀，选用 NH3H2O，不引入其他杂质，同时生成的碳碳氢铵便于除去；“滤渣”的主要成分是过量的铁粉和生成的 Al(OH)3沉淀。(3)过滤的过程中若把玻璃棒靠在三层滤纸上时不小心把滤纸戳破了，此时过滤出的滤液是混浊的；过滤时滤液液面高于滤纸的边缘时，滤液就会不经过滤纸而直接从滤纸和漏斗之间的空隙中流过，也会导致过滤出的滤液是混浊的；NH 4HCO3在热水中会分解，用 90 热水洗涤 FeCO3沉淀，目的是洗去表面吸附的离子同时促进碳酸氢铵的分解。8(4)实验室中灼烧固体
19、通常在坩埚中进行，灼烧时 FeCO3与氧气在高温下发生氧化还原反应，化学方程式为 4FeCO3O 2 2Fe2O34CO 2。= = = = =高 温 (5)假设 Fe2O3物质的量为 x mol，FeO 的物质的量为 y mol，那么满足：160x72 y117.610 6、2 x y ，解得 x610 5 mol，所以产物中 Fe2O3的174106116质量分数为 100%81.6%。6105160117.6106答案：(1)Fe2H =Fe2 H 2、Fe2Fe 3 =3Fe2(2)NH3H2O Fe 和 Al(OH)3(3)滤纸破损(或过滤时滤液超过滤纸上缘等) 洗去表面吸附的离子同时促进碳酸氢铵的分解(4)坩埚 4FeCO 3O 2 2Fe2O34CO 2= = = = =高 温 (5)81.6%9
