高中化学必修专题4 硫与环境保护-无机化工流程题的解题策略

第43讲无机化工流程题的解题策略

复习目标 1.培养从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知识块整合重组为新知识块的能力。2.培养将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。3.培养将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达并做出解释的能力。

一、工业流程题的结构

二、流程图中主要环节的分析

1．核心反应——陌生方程式的书写

关注箭头的指向：箭头指入→反应物，箭头指出→生成物。

(1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，①判断产物，②根据化合价升降相等配平。

(2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。

2．原料的预处理

(1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸等。

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

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，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。

(3)审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。

3．常用的控制反应条件的方法

(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：

①能与H＋反应，使溶液pH增大；

②不引入新杂质。

例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。

(2)控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。

(3)趁热过滤。防止某物质降温时会析出。

(4)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。

4．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。

5．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，如从溶液中提取NaCl。

(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。

(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。

(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．(2019·全国卷Ⅲ，26)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如图所示。回答下列问题：

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 Mn 2＋

Fe 2＋

Fe 3＋

Al 3＋

Mg 2＋

Zn 2＋

Ni 2＋

开始沉淀的pH 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的pH

10.1

8.3

2.8

4.7

10.9

8.2

8.9

(1)“滤渣1”含有S 和________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式：____________________________________________________________________________。 (2)“氧化”中添加适量的MnO 2的作用是________________________________________。 (3)“调pH ”除铁和铝，溶液的pH 范围应调节为________～6之间。

(4)“除杂1”的目的是除去Zn 2＋

和Ni 2＋

，“滤渣3”的主要成分是__________________。 (5)“除杂2”的目的是生成MgF 2沉淀除去Mg 2＋

。若溶液酸度过高，Mg 2＋

沉淀不完全，原因是_____________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (6)写出“沉锰”的离子方程式：___________________________________________________。 (7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNi x Co y Mn z O 2，其中Ni 、Co 、Mn 的化合价分别为＋2、＋3、＋4。当x ＝y ＝1

3

时，z ＝________。

答案 (1)SiO 2(或不溶性硅酸盐) MnO 2＋MnS ＋2H 2SO 4===2MnSO 4＋S ＋2H 2O (2)将Fe 2＋

氧化为Fe 3＋

(3)4.7 (4)NiS 和ZnS (5)F －

与H ＋

结合形成弱电解质HF ，MgF 2(s)Mg 2＋

(aq)

＋2F －

(aq)平衡向右移动 (6)Mn 2＋

＋2HCO －

3===MnCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O (7)13

解析 (1)硫化锰矿中硅元素主要以SiO 2或不溶性硅酸盐形式存在，则“滤渣1”的主要成分为S 和SiO 2(或不溶性硅酸盐)。结合“滤渣1”中含S ，可知“溶浸”时MnO 2与MnS 在酸性条件下发生氧化还原反应生成MnSO 4和S ，根据化合价升降法可配平该反应的化学方程式。(2)“溶浸”后溶液中含Fe 2＋，“氧化”中加入的适量MnO 2能将Fe 2＋氧化为Fe 3＋。(3)“调pH ”除去Fe 3＋和Al 3＋时，结合表格中数据信息可知需控制溶液的pH 在4.7～6之间。(4)“除杂1”中加入Na 2S 能将Zn 2＋和Ni 2＋分别转化为沉淀除去，故“滤渣3”的主要成分为NiS 和ZnS 。(5)“除杂2”中F －与Mg 2＋反应生成MgF 2沉淀，若溶液酸度过高，则F －与H ＋结合生成弱电解质HF ，导致MgF 2(s)

Mg 2＋(aq)＋2F －(aq)平衡向右移动，Mg 2＋不能完全除

去。(6)“沉锰”时Mn 2＋与HCO －3反应生成MnCO 3并放出CO 2，

由此可写出离子方程式。(7)