高考化学二轮复习化工流程学案

化工流程典例：(2021·全国乙卷)磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO 以及少量的Fe2O3。

为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。

该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表①金属离子Fe3＋Al3＋Mg2＋Ca2＋开始沉淀的pH沉淀完全(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH(1)“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐。

写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式_____________________________________________。

(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是____________________________。

(3)“母液①”中Mg2＋浓度为____________mol·L－1。

(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”②，最适合的酸是________________________。

“酸溶渣”的成分是________、__________。

(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解③析出TiO2·x H2O沉淀，该反应的离子方程式是________________________________________________。

(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气④，经处理得______________，循环利用。

【审题思维】题干信息分析关键信息信息提取与整合①利用沉淀溶解平衡的有关规则，可以得出将溶液的pH从2调节至11.6时，__Fe3＋__首先形成沉淀、然后是__Al3＋__、最后是__Mg2＋__，__Ca2＋__没有形成沉淀② “水浸渣”在160 ℃“酸溶”，这要求所用的酸必须是难挥发性酸，同时考虑到杂质Ca 2＋的除去，由于__CaSO 4__为微溶物，因此应增大溶液中__SO 2－4 __的浓度。

③ 将溶液适当稀释并加热，TiO 2＋水解析出TiO 2·x H 2O 沉淀，据此可以根据元素守恒和电荷守恒写出TiO 2＋与H 2O 反应的离子方程式为__TiO 2＋＋(x＋1)H 2O=====△ TiO 2·x H 2O↓＋2H ＋__。

④ 由流程可知，母液①为__硫酸铵__、母液②为__硫酸__，将母液①和母液②混合后吸收尾气氨气得到__硫酸铵__溶液。

【解析】(1)“焙烧”中，Al 2O 3转化为NH 4Al(SO 4)2，化学方程式为Al 2O 3＋4(NH 4)2SO 4=====焙烧2NH 4Al(SO 4)2＋3H 2O ＋6NH 3↑；(2)“水浸”后“滤液”的pH 约为2.0，用氨水逐步调节pH 至11.6，依次析出Fe 3＋、Al 3＋、Mg 2＋；(3)母液①的pH 为11.6，故c (H ＋)＝10 mol·L －1，c (OH －)＝K w c （H ＋） ＝10 mol·L －1，设母液①中镁离子浓度为x ，依据图表数据可知，pH 为11.1时，镁离子浓度为1.0×10－5 mol·L －1，K sp [Mg(OH)2]＝10 mol·L －1×10 mol·L －1×1.0×10－5 mol·L －1＝x ·10 mol·L －1×10 mol·L －1，解得x ＝1.0×10－6 mol·L －1；(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，故应使用难挥发，高沸点的硫酸，结合流程，酸溶渣的成分为二氧化硅和硫酸钙；(5)依据提示，TiO 2＋的水解过程的离子方程式为TiO 2＋＋(x ＋1)H 2O=====△ TiO 2·x H 2O↓＋2H ＋；(6)依据(1)可知，反应尾气为氨气，“母液①”含有大量的铵根离子，“母液②”含有大量的硫酸根离子，混合并吸收尾气后获得硫酸铵，进而循环利用。

答案：(1)Al 2O 3＋4(NH 4)2SO 4=====焙烧 2NH 4Al(SO 4)2＋3H 2O ＋6NH 3↑(2)Fe 3＋、Al 3＋、Mg 2＋ (3)1.0×10－6 (4)硫酸 二氧化硅 硫酸钙(5)TiO 2＋＋(x ＋1)H 2O=====△ TiO 2·x H 2O↓＋2H ＋ (6)硫酸铵(1)写出“酸溶”时TiO 2发生反应的离子方程式：_____________________。

提示：TiO 2＋2H ＋===TiO 2＋＋H 2O(2)“酸溶”时的温度控制在160 ℃，温度过高或过低均不利于酸溶的进行。

请解释温度不能过高的原因。

提示：温度过高会加快TiO 2＋的水解反应进行，从而在酸溶过程中TiO 2＋会部分水解生成TiO2·x H2O，而造成损耗。

(3)产品TiO2·x H2O经过焙烧可以制得TiO2，若在实验室中模拟此过程，应在______(填仪器的名称)中进行。

提示：坩埚。

(4)如何检验“分步沉淀”过程中Fe3＋已沉淀完全？提示：取少量母液①于试管中，加入少量的KSCN溶液，溶液不变色，说明溶液中不含有Fe3＋，则Fe3＋已沉淀完全。

考向一：工艺流程图的结构分析1．工艺流程题过程解读2．工业生产流程主线与核心的分析主线主产品，分支副产品，回头为循环。

(1)从流程中需要加入的物质去找：先观察流程中需要加入的物质，再研究后面的生产流程中新生成或新分离的物质(不要忽视结晶后的母液)，可能是前面某一步反应的相关物质。

(2)从能构成可逆反应的物质去找：可逆反应的反应物不能完全转化，应该回收再利用；(3)从过滤后的母液中寻找：析出晶体经过过滤后的溶液称为母液，母液是该晶体溶质的饱和溶液，应该循环再利用。

1．亚氯酸钠(NaClO2)是一种重要的含氯消毒剂，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌。

以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：已知：①NaClO2的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出NaClO2·3H2O；②纯ClO2易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以下。

(1)发生器中鼓入SO2起到了______________________剂的作用，SO2不能通入过多、过快的原因是______________________。

(2)空气的作用可能是______________________；(3)吸收塔内发生反应的化学方程式为______________________；吸收塔内的温度不能超过20℃，其目的是______________________；(4)160 g·L－1 NaOH 溶液的物质的量浓度为______________________mol·L－1。

(5)从滤液中得到NaClO2·3H2O 粗晶体的实验操作依次是__________ (选填序号)。

A．蒸馏B．蒸发浓缩C．灼烧D．过滤E．冷却结晶【解析】NaClO3、稀硫酸混合溶液中通入SO2和空气的混合气，发生反应生成ClO2，同时SO2被氧化为Na2SO4等；在吸收塔内，ClO2在碱性溶液中被H2O2还原为NaClO2，H2O2被氧化生成O2；将滤液蒸发浓缩、冷却结晶，便可获得NaClO2·3H2O晶体。

(1)发生器中鼓入SO2，目的是将NaClO3转化为ClO2，Cl元素的化合价降低，所以起到了还原剂的作用；因为SO2也能将ClO2还原，所以SO2不能通入过多、过快，原因是防止SO2还原ClO2。

(2)因为纯ClO2易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以下，所以空气的作用可能是稀释ClO2以防爆炸。

(3)在吸收塔内，ClO2在碱性溶液中被H2O2还原为NaClO2，同时H2O2被氧化生成O2，发生反应的化学方程式为2NaOH＋2ClO2＋H2O2===2NaClO2＋2H2O＋O2；因为H2O2热稳定性差，所以吸收塔内的温度不能超过20℃，其目的是防止H2O2分解。

(4)160 g·L－1 NaOH 溶液的物质的量浓度为160 g·L－140 g·mol－1＝4 mol·L－1。

(5)从滤液中得到NaClO2·3H2O 粗晶体的实验操作依次是蒸发浓缩、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥，故选BED。

答案：(1)还原防止SO2还原ClO2(2)稀释ClO2以防爆炸(3)2NaOH＋2ClO2＋H2O2===2NaClO2＋2H2O＋O2防止H2O2分解(4)4(5)BED考向二：原料预处理原料预处理的4种常用方法：(1)研磨、粉碎、雾化：将块状或粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分，增大原料的转化率(或浸出率)(2)搅拌：加快反应或溶解的速率，使反应充分进行，提高原料的利用率。

(3)高温加热①焙烧：物料与空气、氯气或添加剂发生化学反应，以固-气反应为主。

②煅烧：物料受热分解或发生结构转变，使一些物质溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。

③灼烧：物质在高温条件下发生脱水、分解、挥发等化学变化的过程。

(4)浸取①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。

②碱浸：除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物等。

③水浸：与水接触反应或溶解，使可溶物进入溶液，不溶物通过过滤除去。

2．碲化铜渣是电解精炼铜时产生的一种矿渣，其主要含Cu2Te、Au、Ag等，利用下列工艺流程可回收碲：已知：TeO2的熔点为733 ℃，微溶于水，可溶于强酸和强碱。

(1)“酸浸1”需加热，加热的目的是__________________________________，“酸浸1”发生反应的氧化产物是__________(写化学式)。

(2)“水浸”后“滤液1”的颜色是__________。

(3)“滤渣1”进行“碱浸”的离子方程式是______________________________。

(4)从可持续发展意识和绿色化学观念来看，“滤渣2”进行酸浸的意义是________________________________________________________。

【解析】(1)酸浸时加热的目的是提高浸出速率，结合流程图知，“酸浸1”发生反应的化学方程式为Cu 2Te ＋2H 2SO 4＋2O 2=====△ 2CuSO 4＋TeO 2＋2H 2O ，故其氧化产物为CuSO 4、TeO 2。