水溶液中的離子平衡第八章專題講座四無機化工生產流程題解題策略【題型特點】工藝流程題就是將化工生產中的生產流程用框圖的形式表示出來，并根據物質生產流程中的有關化學知識步步設問，該類試題具有以下特點：(1)箭頭：箭頭進入的是投料(即反應物)，出去的是生成物(包括主產物和副產物)。(2)三線：出線和進線均表示物料流向或操作流程，返回線表示物質循環使用。(4)有關物質的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適量KCl，蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到______(填字母)得到的K2Cr2O7固體產品最多。a．80℃

b．60℃

c．40℃

d．10℃步驟⑤的反應類型是______________。(5)某工廠用m1kg鉻鐵礦粉(含Cr2O340%)制備K2Cr2O7，最終得到產品m2kg，產率為_________________________________。c．浸出率：固體溶解后，離子在溶液中的含量；d．酸浸：在酸溶液中反應使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去的溶解過程。③熔融、灼燒、焙燒、煅燒：改變結構，使一些物質能溶解，并使一些雜質高溫下氧化、分解。(3)分離提純階段的常見考點：①調pH除雜。a．控制溶液的酸堿性使其中的某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。如若要除去Al3＋、Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，先用氧化劑把Fe2＋氧化為Fe3＋，再調溶液的pH。b．調節pH所需的物質一般應滿足兩點：能與H＋反應，使溶液pH增大；不引入新雜質。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質來調節溶液的pH。②加熱：加快反應速率或促進平衡向某個方向移動。如果在制備過程中出現一些受熱易分解的物質或產物，則要注意對溫度的控制。如侯氏制堿法中的NaHCO3，還有H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質。③降溫：防止某物質在高溫時溶解(或分解)；為使化學平衡向著題目要求的方向移動。(4)獲得產品階段的常見考點：①洗滌：(冰水、熱水)洗去晶體表面的雜質離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗；乙醇洗滌既可減少晶體溶解的損耗，又可加快水分揮發。②蒸發時的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時，應在HCl的氣流中加熱，以防其水解。③蒸發濃縮、冷卻結晶：如NaCl和KNO3混合溶液，若將混合溶液加熱蒸發后再降溫，則析出的固體主要是KNO3，母液中是NaCl和少量KNO3，這樣就可分離出大部分KNO3。④蒸發結晶、趁熱過濾：如NaCl和KNO3混合溶液，若將混合溶液蒸發一段時間，析出的固體主要是NaCl，母液中是KNO3和少量NaCl。資料：肼(N2H4)無色油狀液體，溶于水生成水合肼N2H4·H2O(水合肼有強還原性，生成無污染物質，易揮發)(1)①上述流程中可以加快反應速率的措施有________(填字母)。A．過濾和萃取 B．升高溫度C．增大壓強 D．研磨礦石②用FeCl3溶液浸取輝銅礦中銅元素的反應為：Cu2S＋4FeCl3＝2CuCl2＋4FeCl2＋S。浸取時，在有氧的環境下可維持Fe3＋較高濃度，有關反應的離子方程式為_________________________________________________________________。(2)“萃取”時，兩種金屬離子萃取率與pH的關系如圖2所示。當pH＞1.7時，pH越大，金屬離子萃取率越低，其中Fe3＋萃取率降低的原因是______________________________________________________________________。(3)“反萃取”得到的CuSO4溶液制備納米銅粉時，Cu2＋的還原率隨pH和溫度的變化如表所示：pH6789101112Cu2＋還原率(%)34609092959290產物形態磚紅色Cu2O銅粉紫黑色納米銅溫度(℃)30405060708090Cu2＋還原率(%)25457080959085產物形態磚紅色Cu2O銅粉紫黑色納米銅①該反應的離子方程式為__________________________________________。②超過70℃時Cu2＋的還原率降低的原因是__________________________。③以輝銅礦為原料制備納米銅粉的工藝條件選擇70℃、pH＝10的理由是___________________________________________________________________。(4)“水相1”中加入適量氨水，靜置，再經過濾、________、干燥、________等操作可得到Fe2O3

。(5)假設制得納米銅的質量為akg，則最少投入肼的物質的量是____________。【解析】由制備流程可知，輝銅礦(主要成分為Cu2S)用FeCl3溶液作浸取劑發生反應Cu2S＋4FeCl3＝2CuCl2＋4FeCl2＋S，過濾得到氯化銅、氯化亞鐵，加入萃取劑萃取，在萃取后的“水相”中加入適量氨水可制取鐵紅和硫酸銨；用“反萃取”得到的CuSO4溶液，調節溶液pH，在堿性條件下，Cu2＋與N2H4反應生成氮氣和銅，從而獲得納米銅粉。(1)①上述流程中反應在溶液中進行，升高溫度、研磨礦石可以加快反應速率。②在有氧環境下亞鐵離子被氧化，生成鐵離子，反應的離子方程式為4Fe2＋＋4H＋＋O2＝4Fe3＋＋2H2O。(2)由于Fe3＋的水解程度隨著pH的升高而增大，當pH＞1.7時，pH越大，金屬離子萃取率越低。(3)①“反萃取”得到的CuSO4溶液制備納米銅粉時，堿性條件下，Cu2＋與N2H4反應生成氮氣和銅。②超過70℃時Cu2＋的還原率降低的原因是Cu2O高溫下不穩定。③以輝銅礦為原料制備納米銅粉的工藝條件選擇70℃、pH＝10是因為該條件下Cu2＋還原率最高。(4)萃取后的“水相”中含有鐵離子，加入氨水，反應生成氫氧化鐵沉淀，煅燒可得到Fe2O3。這類題目其實就是混合物的除雜、分離、提純。當遇到這一類題時，一定要認真在題目中找出要得到的主要物質是什么，混有的雜質有哪些，主要物質和雜質的性質差別是什么，認真分析當加入某一試劑后，能與什么物質發生反應，生成了什么產物，要用什么樣的方法才能將雜質除去，要明確題中的每一種試劑、每一步操作都是為了得到更多和更純的產品。經過這樣的思考后將工藝流程轉化為物質轉化流程，更能明白每一步所加試劑或操作的目的。(1)物質分離提純的原則：不增，不減，易分離，易復原。(2)明確常用的提純方法：①水溶法：除去可溶性雜質。②酸溶法：除去堿性雜質。③堿溶法：除去酸性雜質。④氧化劑或還原劑法：除去還原性或氧化性雜質。⑤加熱灼燒法：除去受熱易分解或易揮發的雜質。⑥調節溶液的pH法：如除去酸性銅溶液中的Fe3＋等。⑦蒸發結晶：提取溶解度隨溫度變化不大的溶質，如NaCl。(3)明確常用的分離方法：①過濾：分離難溶物和易溶物，根據特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法。②萃取和分液：利用溶質在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。③冷卻結晶：提取溶解度隨溫度變化較大的溶質、易水解的溶質或結晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。④蒸餾或分餾：分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和甘油。⑤冷卻法：利用氣體液化的特點分離氣體，如合成氨工業采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣。【專題訓練】1．(2019·江蘇卷)實驗室以工業廢渣(主要含CaSO4·2H2O，還含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3)為原料制取輕質CaCO3和(NH4)2SO4晶體，其實驗流程如下：(2)將氨水和NH4HCO3溶液混合，可制得(NH4)2CO3溶液，其離子方程式為______________________________；浸取廢渣時，向(NH4)2CO3溶液中加入適量濃氨水的目的是___________________________________________________________。(3)廢渣浸取在如圖所示的裝置中進行。控制反應溫度在60～70℃，攪拌，反應3小時。溫度過高將會導致CaSO4的轉化率下降，其原因是________________；保持溫度、反應時間、反應物和溶劑的量不變，實驗中提高CaSO4轉化率的操作有_________________________________________________。(4)濾渣水洗后，經多步處理得到制備輕質CaCO3所需的CaCl2溶液。設計以水洗后的濾渣為原料，制取CaCl2溶液的實驗方案：___________________________。[已知pH＝5時Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全；pH＝8.5時Al(OH)3開始溶解。實驗中必須使用的試劑：鹽酸和Ca(OH)2]。(3)由于銨鹽具有不穩定性，受熱易分解，所以溫度過高，(NH4)2CO3分解，從而使CaSO4轉化率下降。(4)過濾后所得濾渣中含CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3；若以水洗后的濾渣為原料制取CaCl2溶液，根據題給試劑，首先要加入足量鹽酸將CaCO3完全轉化為CaCl2，SiO2不反應，經過濾除去SiO2；得到的濾液中含CaCl2、AlCl3、FeCl3，為了將濾液中Al3＋、Fe3＋完全除去，應加入Ca(OH)2并調節溶液的pH介于5～8.5，然后過濾即可制得CaCl2溶液。(6)在K2Cr2O7存在下，可利用微生物電化學技術實現含苯酚廢水的有效處理，其工作原理如圖所示。①負極的電極反應式為____________________________________________；②一段時間后，中間室中NaCl溶液的濃度________(填“增大”“減小”或“不變”)。【答案】(1)Fe(OH)3(2)2Cr(OH)3＋3H2O2＋4KOH===2K2CrO4＋8H2O(3)除去過量的H2O2

(4)2×10－8mol·L－1

(5)88.2%(6)①C6H5OH＋11H2O－28e－===6CO2↑＋28H＋②減小【解析】(1)濾渣①成分為Cr(OH)3、Fe(OH)3混合物，“氧化”步驟中Cr(OH)3轉化為K2CrO4溶液，Fe(OH)3不與KOH反應也不溶于水，過濾分離的濾渣②為Fe(OH)3。(2)“氧化”步驟中，堿性條件下，過氧化氫氧化Cr(OH)3生成K2CrO4溶液，結合電子守恒、原子守恒可得2Cr(OH)3＋3H2O2＋4KOH===2K2CrO4＋8H2O。3．(2019·廣東七校聯考)以方鉛礦(PbS)為原料制備鉛蓄電池的電極材料的工藝流程如圖所示：部分化合物的Ksp如下表所示：物質PbCl2PbSPbCrO4Ksp1.2×10－59.0×10－291.8×10－14請回答下列問題：(1)“焙燒”生成的氣體可用于工業制備_____________________________。(2)寫出“高溫還原”的主要化學方程式：___________________________。