押江苏卷化学第 15 题 化学工业流程综合题 1．“无机化工流程”大题的常考点 (1)原料的预处理。 (2)分离、提纯等基本操作。 (3)物质的转化原理。 (4)化学方程式的书写。 (5)物质成分的判断(滤渣、循环物质等)。 (6)有关 Ksp 及含量测定等计算。 2．解题思维和备考策略 (1)浏览一下流程，基本辨别出预处理、提纯、分离等阶段。 (2)分析流程中的每一步骤，并获取有价值的信息(如：反应物是什么，发生了什么反应，该反应造成 了什么后果，对制造产品有什么作用)，并能从设问中获取信息。 (3)解答时要抓住“一个答题中心”：一切反应或操作都是为获得产品而服务，从而确定思维方向。 (4)工艺流程涉及的相关问题： 工艺流程题的命制是以元素化合物为知识载体的，熟练掌握元素化合物的相关知识及其转化过程，是 学好化学工艺流程的必要前提条件，需平时自主温故。 命题点(一)　原料的预处理 原料预处理过程中的常用方法 方法 研磨、 雾化 浸取 释义 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化，增大反应物接触面 积，以加快反应速率或使反应更充分 水浸 与水接触反应或溶解 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 碱浸 除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物 除去可燃性杂质或使原料初步转化： 灼烧 ① 除去硫、碳单质； (焙烧) 煅烧 ② 有机物转化、除去有机物； ③ 高温下原料与空气中氧气反应等 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，如煅烧高岭土 命题点(二)　反应条件的控制 常考的两种反应条件控制及答题思维角度 常见的操作 思考角度 ① 调节溶液的酸碱性，使金属离子形成氢氧化物沉淀析出(或抑制水解) 控制溶液的 ②“酸作用”还可除去氧化物(膜) pH ③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等 ④ 特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件) ① 防止副反应的发生 ② 使化学平衡移动；控制化学反应的方向 ③ 控制固体的溶解与结晶 控制温度(常 ④ 控制反应速率；使催化剂达到最大活性 用水浴、冰 ⑤ 升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发 浴或油浴) ⑥ 加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离 ⑦ 趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量 ⑧ 降温：防止物质高温分解或挥发；降温(或减压)可以减少能源成本，降低 对设备的要求 命题点(三)　工艺流程中的分离与提纯 分离、提纯的操作方法及答题要领 操作目的 过滤 萃取与分液 答题指导 固体与液体的分离；要分清楚需要的物质在滤液中还是在滤渣中。滤渣是难溶于 水的物质，如 SiO2、PbSO4、难溶的金属氢氧化物和碳酸盐等 选用合适的萃取剂(如四氯化碳、金属萃取剂)，萃取后， 静置、分液——将分液 漏斗玻璃塞的凹槽与分液漏斗口的小孔对准。下层液体从下口放出，上层液体从 上口倒出 加入氧化剂 (或还原剂) ① 转化为目标产物的价态 ② 除去杂质离子[如把 Fe2＋氧化成 Fe3＋，而后调溶液的 pH，使其转化为 Fe(OH)3 沉淀除去] ① 生成硫化物沉淀(如加入硫化钠、硫化铵、硫化亚铁等) 加入沉淀剂 ② 加入可溶性碳酸盐，生成碳酸盐沉淀 ③ 加入氟化钠，除去 Ca2＋、Mg2＋ 洗涤试剂 适用范围 蒸 冷水 馏 水 洗涤晶体 热水 产物不溶于水 有特殊性的物质，其溶解 度随着温度升高而下降 有机溶剂(酒 固体易溶于水、难溶于有 精、丙酮等) 饱和溶液 机溶剂 对纯度要求不高的产品 酸、碱溶液 产物不溶于酸、碱 目的 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 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溶解而造 成的损失 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 减少固体溶解 除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱 的杂质；减少固体溶解 洗涤沉淀方法：向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上 操作 2～3 次 1. 以锌灰(含 ZnO 及少量 PbO、CuO、Fe2O3、SiO2)和 Fe2(SO4)3 为原料制备的 ZnFe2O4 脱硫剂，可用于脱除 煤气中的 H2S。脱硫剂的制备、硫化、再生过程可表示为 （1）“除杂”包括加足量锌粉、过滤加 H2O2 氧化等步骤。除 Pb2+和 Cu2+外，与锌粉反应的离子还有________ _(填化学式)。 （2）“调配比”前，需测定 ZnSO4 溶液的浓度。准确量取 2.50mL 除去 Fe3+的 ZnSO4 溶液于 100mL 容量瓶 中，加水稀释至刻度；准确量取 20.00mL 稀释后的溶液于锥形瓶中，滴加氨水调节溶液 pH=10，用 0.0150mol·L-1 EDTA(Na2H2Y)溶液滴定至终点(滴定反应为 Zn2++Y4-=ZnY2-)，平行滴定 3 次，平均消耗 EDTA 溶液 25.00mL。计算 ZnSO4 溶液的物质的量浓度_______________________(写出计算过程)。 （3）400℃时，将一定比例 H2、CO、CO2 和 H2S 的混合气体以一定流速通过装有 ZnFe2O4 脱硫剂的硫化反 应器。 ① 硫化过程中 ZnFe2O4 与 H2、H2S 反应生成 ZnS 和 FeS，其化学方程式为_______________________。 ② 硫化一段时间后，出口处检测到 COS。研究表明 ZnS 参与了 H2S 与 CO2 生成 COS 的反应，反应前后 ZnS 的质量不变，该反应过程可描述为_______________________。 （4）将硫化后的固体在 N2：O2=95：5(体积比)的混合气体中加热再生，固体质量随温度变化的曲线如图 所示。在 280~400℃范围内，固体质量增加的主要原因是_______________________。 【答案】 （1）Fe3+、H+ （2）0.7500mol·L-1 （3） ①. ZnFe2O4+3H2S+H2 400℃ ZnS+2FeS+4H2O ②. ZnS+CO2=ZnO+COS；ZnO+H2S=ZnS+H2O （4）ZnS 和 FeS 部分被氧化 为 硫酸盐 【解析】 锌灰含 ZnO 及少量 PbO、CuO、Fe2O3、SiO2，加入稀硫酸浸取，SiO2 和硫酸不反应，过滤出 SiO2，所得溶 液中含有硫酸锌、硫酸铅、硫酸铜、硫酸铁、硫酸，加足量锌粉，硫酸铜、硫酸铁、硫酸都能与锌反应， 加 H2O2 氧化，再加入硫酸铁调节锌、铁的配比，加入碳酸氢钠沉锌铁，制得脱硫剂 ZnFe2O4。 【小问 1 详解】 “除杂”加足量锌粉，硫酸铜、硫酸铁、硫酸都能与锌反应，除 Pb2+和 Cu2+外，与锌粉反应的离子还有 Fe3+、H+。 【小问 2 详解】 根据 Zn2++Y4-=ZnY2-，可知 20.00mL 稀释后的溶液中含 ZnSO4 的物质的量为 0.025L×0.015mol·L-1=3.75×10- 3.75 �10-4 mol =0.75mol/L 4 20 mol；ZnSO4 溶液的物质的量浓度为 ； -3 2.5 �10 � 100 【小问 3 详解】 ① 硫化过程中 ZnFe2O4 与 H2、H2S 反应生成 ZnS 和 FeS，铁元素化合价由+3 降低为+2、氢气中 H 元素化合 价由 0 升高为+1，根据得失电子守恒，其化学方程式为 ZnFe2O4+3H2S+H2 400℃ ZnS+2FeS+4H2O； ② 硫化一段时间后，出口处检测到 COS。研究表明 ZnS 参与了 H2S 与 CO2 生成 COS 的反应，反应前后 ZnS 的质量不变，ZnS 为催化剂，该反应过程可描述为 ZnS+CO2=ZnO+COS；ZnO+H2S=ZnS+H2O； 【小问 4 详解】 在 280~400℃范围内，ZnS 和 FeS 吸收氧气，ZnS 和 FeS 部分被氧化为硫酸盐，固体质量增加。 1．（2022·黑龙江·哈九中三模）钪的价格昂贵，在地壳里的含量只有 0.0005%。从铝土矿生产 Al2O3 的副产 品“赤泥”(主要成分为 Al2O3、Fe2O3、TiO2、Sc2O3)中回收钪，同时生产聚合硫酸铁铝[AlFe(OH)6-2n(SO4)n]具 有极其重要的工业价值，一种工艺流程如下： 已知：钪离子可以在不同 pH 下生成[Sc(OH)n] 3-n(n=1~6)。请回答以下问题： （1）操作②的名称：_______，操作①和操作②中都使用的玻璃仪器是_______。 （2）加入铁粉的作用：_____________。 （3）生成聚合硫酸铁铝[AlFe(OH)6-2n(SO4)n]的离子方程式为___________________。 （4）钪是一种重要的稀土金属，化学性质非常活泼，但发现较晚主要是因为________________。 （5）“反萃取”时若加入的氢氧化钠过量则 Sc(OH)3 沉淀会溶解。写出 Sc(OH)3 与过量 NaOH 溶液反应生成 n=6 的含钪产物的化学方程式为___________________。 （6）常温下，三价 Sc 的部分存在形式与氟离子浓度的对数[1gc(F- )]、pH 的关系如图所示。若溶液中 c(F- ) =5×10-6，“调 pH”过程中控制 pH=7，则调节 pH 后三价 Sc 的存在形式为_____________(填化学式) (lg5=0.7)。 （7）“脱水除铵”过程中，复盐 3NH4Cl·ScF3·aH2O 分解得到 ScF3，某固体样品质量与温度的关系如图所示。 加热至 380-400℃产生白烟，400℃以上质量不再改变。则 a=_______(填数字)。 【答案】 （1）过滤 烧杯 （2）还原 Fe3+为 Fe2+，防止 Fe3+水解 2- - （3）Al3++Fe3++n SO 4 +(6-2n) HCO3 =AlFe(OH)(6-2n)(SO4)n↓+(6-2n)CO2↑ （4）钪的含量低，其化学性质非常活泼，在自然界中以化合物的形式存在，富集和冶炼比较困难 （5）3NaOH+Sc(OH)3=Na3[Sc(OH)6] （6）Sc(OH)3 （7）6 【解析】 赤泥经过高温焙烧，然后用浓硫酸浸取，金属元素转化为对应的离子状态进入溶液中，过滤，滤液中加萃 取剂萃取，然后分液，有机相中加 NaOH 进行反萃取，然后加入草酸，生成 Sc2(C2O4)3，经一系列处理后， 用氨水调节 pH 后，加入 NH4F 沉钪，经脱水除铵，得到 ScF3，然后使用钙还原 ScF3，获得纯净的 Sc。水 相中加 Fe 粉还原 F