无机化学工艺流程题
一、高考真题集中研究——明规律
1．(2019·全国卷Ⅰ)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
回答下列问题：
(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是
________________________________________________________________________。
(2)步骤②需要加热的目的是________________，温度保持80～95 ℃，采用的合适加热方式是______________。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为________(填标号)。
(3)步骤③中选用足量的H2O2，理由是______________________________________。 分批加入H2O2，同时为了____________，溶液要保持pH小于0.5。 (4)步骤⑤的具体实验操作有________________________________________， 经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为________。
[把脉考点]
第(1)问 第(2)问 第(3)问 第(4)问 第(5)问 考查原料的预处理方法 考查反应条件的控制、除杂装置的选择 考查反应条件的控制、除杂的方法 考查实验操作的方法 考查化学计算 解析：(1)铁屑表面的油污可以用热的氢氧化钠溶液洗涤，然后用蒸馏水洗净。
(2)铁与硫酸反应，加热的目的是加快反应速率，由于温度要控制在80～95 ℃，应选择水浴加热。铁中含有少量的硫化物，与酸反应后生成酸性气体H2S，应该用碱溶液吸收H2S气体，为了防止倒吸，应选用C装置。
(3)铁与硫酸反应后生成硫酸亚铁，加入足量的过氧化氢溶液将亚铁离子氧化为铁离子，离子方程式为2Fe2＋H2O2＋2H===2Fe3＋2H2O。Fe3在水中易水解生成氢氧化铁沉淀，为了抑制Fe3水解，溶液要保持较强的酸性，使用H2O2的优点是不引入新的杂质。
(4)硫酸铁溶液与固体硫酸铵反应生成硫酸铁铵，为了从溶液中得到硫酸铁铵应将溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铁铵晶体。
(5)由于样品失去1.5个结晶水，失重5.6%，即
M[NH4Fe(SO4)2·xH2O]×5.6%＝1.5×18 g·mol1，可以求得M[NH4Fe(SO4)2·xH2O]≈482 g·mol1，
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利用硫酸铁铵晶体的摩尔质量减去NH4Fe(SO4)2的摩尔质量可以求出晶体中水的摩尔质量之和，为216 g·mol
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，由此可以求出x＝12。
答案：(1)碱煮水洗 (2)加快反应 热水浴 C (3)将Fe2全部氧化为Fe3；不引入杂质 防止Fe3水
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解 (4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O
2．(2018·全国卷Ⅱ)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：
相关金属离子[c0(Mn)＝0.1 mol·L1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
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金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH 回答下列问题：
Fe3 1.5 2.8 ＋Fe2 6.3 8.3 ＋Zn2 6.2 8.2 ＋Cd2 7.4 9.4 ＋(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Cd2
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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。
[把脉考点]
第(1)问 第(2)问 第(3)问 第(4)问 考查陌生化学方程式的书写 考查反应过程中的除杂、反应条件的控制 考查离子方程式的书写 考查电极反应式的书写、原料的循环利用 3焙烧解析：(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ZnS＋O2=====ZnO
2＋SO2。
(2)闪锌矿焙烧后的主要成分变为ZnO，还存在少量SiO2、Fe2O3、CdO、PbO，加稀H2SO4后，发生一系列化学反应：ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O、Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、CdO＋H2SO4===CdSO4＋H2O、PbO＋H2SO4===PbSO4＋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2.8～6.2，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
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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Zn＋Cd2===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－4e===2H2O＋O2↑。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。
3焙烧
答案：(1)ZnS＋O2=====ZnO＋SO2
2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2 (3)Cd2＋Zn===Cd＋Zn2 (4)Zn2＋2e===Zn 溶浸
3．(2017·全国卷Ⅱ)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：
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回答下列问题：
(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是________，还可使用________代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分是________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为__________________________________________________________。
(3)加氨水过程中加热的目的是________。沉淀B的主要成分为__________________、__________________(写化学式)。
(4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为MnO4＋H＋H2C2O4―→Mn2＋CO2＋H2O。实验中称取0.400 g水泥样品，滴定时消耗了0.050 0 mol·L
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的KMnO4溶液36.00 mL，则该水泥样品中钙的质量分数为________。
[把脉考点]
第(1)问 第(2)问 第(3)问 第(4)问 考查原料的预处理 考查流程中滤渣成分的判断及方程式的书写 考查反应条件的控制 考查质量分数的计算 解析：(1)水泥熟料中的CaO和铁、铝、镁等金属的氧化物均能溶于盐酸，加入硝酸能将水泥样品中可能含有的Fe2氧化为Fe3，为了不引入新杂质，还可用H2O2代替硝酸。(2)根据图示流程可知，不溶于盐酸和硝酸的沉淀A为SiO2(或H2SiO3)，SiO2(或H2SiO3)能溶于弱酸氢氟酸，生成SiF4和H2O。(3)加入氨水调节溶液的pH＝4～5的过程中加热，能防止胶体生成，易沉淀分离，结合流程图可知，沉淀B的主要成分是Al(OH)3和Fe(OH)3。(4)根据反应中转移电子数相等可找出关系式2MnO4～5H2C2O4，结合消耗KMnO40.050 0 mol·L1×36.00×103 L×5－溶液的浓度和体积可求出n(H2C2O4)＝＝4.5×103 mol，则该水泥样品中
24.5×103 mol×40 g·mol1
钙的质量分数为×100%＝45.0%。
0.400 g
答案：(1)将样品中可能存在的Fe2氧化为Fe3 H2O2 (2)SiO2(或H2SiO3) SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF===SiF4↑＋3H2O)
(3)防止胶体生成，易沉淀分离 Al(OH)3 Fe(OH)3 (4)45.0%
[高考定位]
化学工艺流程题是高考的必考题型，主要考查考生运用化学反应原理及相关知识解决化工生产中实际问题的能力，具有考查知识面广、综合性强、思维容量大的特点。通常以化工生产流程图的形式，以陌生元素或陌生化合物知识为载体，综合考查元素化合物知识、氧化还原反应方程式的书写、实验基本操作、实验步骤的分析、通过化工原理的分析判断流程中残渣或废液的成分、反应条件的控制与选择、产率的计算、绿色化学思想的体现等，可以说是真正的学科内综合题，能突出考查考生的综合分析判断能力、逻辑推理能力。
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2020届高三化学二轮复习非选择题-无机化学工艺流程题
