談化學工藝流程題的解題思路與方法

徐曉敏

繼江蘇高考獨立命題以來，化學工藝流程題已成為江蘇高考的熱點，無機化工流程依實際生產工藝為背景設計，主要考查學生應用元素化合物知識和化學反應原理解決實際問題的能力，這類題目的綜合性很強，思維量大，試題文字多、信息新穎、情境陌生，具有挑戰性.為了讓學生解好此類題目，現將要點和解題思路總結如下.

1.化工原料預處理：粉碎、酸浸、堿洗

（1）增加反應物的接觸面積，加快反應速率，提高原料利用率的方法有粉碎、攪拌、氣-液逆流接觸吸收（尾氣從吸收塔底進入，吸收劑從吸收塔頂噴淋）等.

（2）浸取 常用的浸取劑有：水、酸和堿.一般流程都是用酸溶解，一般是將金屬元素浸出.

堿洗的目的有別于“酸浸”：用熱的純堿溶液浸洗金屬廢屑，目的是洗去金屬表面油污；用熱的燒堿溶液浸洗，還可除去金屬表面（如鋁材）的自然氧化膜，有時還具有對混合原料初步分離或轉化的效果，如從鋁土礦中提取鋁的起步“堿溶”就兼有除去鐵的氧化物的目的.

提高浸出率的適宜操作通常有：將礦渣粉碎、連續攪拌、延長酸浸時間、利用流程產生的廢熱使酸液保持一定溫度、合適的酸濃度、合適的液固比、循環浸取等.

2.化工流程的中堅：氧化（或還原）、除雜

（1）氧化（或還原）

由于鋁、鐵、銅是使用最廣的金屬，鐵又是變價元素，所以化工原料不可避免地涉及多種金屬；為“物盡其用”，流程中將原料“酸浸”后，必然涉及將Fe2+氧化轉化為Fe3+（常用的氧化劑有：Cl2、H2O2等），而后通過調控pH將其轉化為沉淀除去.

例如2013江蘇卷第16題 氧化鎂在醫藥、建筑等行業應用廣泛.硫酸鎂還原熱解制備高純氧化鎂是一種新的探索.以菱鎂礦（主要成分為MgCO3，含少量FeCO3 ）為原料制備高純氧化鎂的實驗流程如下：

第（3）問：濾渣2 的成分是 （填化學式）.

分析 菱鎂礦中加入稀硫酸，MgCO3和FeCO3都要反應，過濾除去不與硫酸反應的雜質后，加入H2O2是為了氧化Fe2+，再加入氨水調節溶液的pH為4使Fe3+形成Fe（OH）3，即濾渣2.

第（2）問：加入H2O2 氧化時，發生反應的化學方程式為 .

答案：2FeSO4+H2O2+H2SO4Fe2（SO4）3+2H2O

（2）除雜

①加合適、過量的沉淀劑.為使雜質離子充分沉淀，加入沉淀劑必須過量且不引入新雜質離子，過量的部分在后續步驟中必須除去.沉淀劑過量的判斷，通常有兩種思考方向：一是繼續滴加沉淀劑.如在食鹽水精制工藝中，證明滴加BaCl2溶液（沉淀SO2-4）過量的操作為：靜置，向上層清液中繼續滴加少量BaCl2溶液，若無白色渾濁現象產生，證明BaCl2溶液已經過量，否則， 溶液不過量.注意，切不可用向上層清液中滴加少量Na2SO4溶液的方法，否則，會再次引入SO2-4.二是另選特征檢驗試劑.如檢驗Fe3+是否沉淀完全的操作是：靜置片刻，取少量上層清液，滴加KSCN溶液，若不出現血紅色，表明Fe3+沉淀完全.

②調控溶液的pH.一般流程都是用酸溶解，故酸溶后溶液有較強酸性.調節pH多為加入能消耗H+且不引入新雜質的物質，每種金屬離子都有開始沉淀和沉淀完全的兩個pH，因此，一定要正確控制pH范圍.

例如2013北京卷第27題 用含有Al2O3、SiO2和少量FeO·xFe2O3的鋁灰制備Al2（SO4）3·18H2O，工藝流程如下（部分操作和條件略）：

Ⅰ.向鋁灰中加入過量稀H2SO4，過濾：

Ⅱ.向濾液中加入過量KMnO4溶液，調節溶液的pH約為3；

Ⅲ.加熱，產生大量棕色沉淀，靜置，上層溶液呈紫紅色：

Ⅳ.加入MnSO4至紫紅色消失，過濾；

Ⅴ.濃縮、結晶、分離，得到產品.

第（3）問 已知：

生成氫氧化物沉淀的pH

注：金屬離子的起始濃度為0.1 mol·L-1.

根據表中數據解釋步驟Ⅱ的目的：

答案：除去鐵元素.

調節溶液pH的目的還有其它方面考慮：①抑制離子水解；②防止微粒氧化.如在用廢鐵屑抽取綠礬的過程中，要保持硫酸過量，一則抑制Fe2+水解，二則抑制Fe2+被氧化（因Fe2+在酸性環境中比在堿性條件下較穩定）.實際操作中還用過量鐵屑來確保Fe2+不被氧化.

3.化工流程的尾聲：結晶與過濾、洗滌與干燥、脫水或煅燒

（1）結晶與過濾

結晶的方式有兩種——蒸發溶劑和冷卻熱飽和溶液；過濾有趁熱過濾和冷卻過濾兩種情形.具體采取什么途徑要結合物質性質來考慮.例如，易水解，易分解的物質用冷卻結晶，混合物分離是還要考慮各物質的溶解性差異.

例如2013·四川卷第11題 明礬石經處理后得到明礬

[KAl（SO4）2·12H2O].從明礬制備Al、K2SO4和H2SO4的工藝過程如下所示：

焙燒明礬的化學方程式為：

4KAl（SO4）2·12H2O+3S2K2SO4 +2Al2O3+9SO2+48H2O

第（2）問從水浸后的濾液中得到K2SO4晶體的方法是 .

分析 蒸發結晶.如果是易水解的鹽酸鹽或硝酸鹽，就應該用冷卻結晶的方法.

（2） 洗滌與干燥

晶體顆粒表面、顆粒之間粘附有其它可溶性物質，為提高晶體的純度，必須對晶體進行洗滌，混雜在晶體中的水分可通過干燥劑吸收.

洗滌的操作：把蒸餾水（或冰水，或合適的有機溶劑等）沿著玻璃棒緩緩地注入過濾器中至浸沒沉淀，靜置，待洗滌溶劑自然流出，重復2-3次.注意，“將沉淀轉移到燒杯中，加蒸餾水，用玻璃棒攪拌，再過濾”是錯誤的.有時洗滌劑是某電解質溶液，冰水，有機溶劑，其目的都有減少目標物的溶解損耗.

判斷沉淀洗凈的操作：另取最后一次洗滌液，滴加檢驗主要雜質的合適試劑，若有預計的現象出現，證明沉淀沒有洗干凈，反之，證明沉淀已經洗凈.現象由試劑決定，試劑依雜質而選.

例如2013年安徽卷 二氧化鈰（CeO2）是一種重要的稀土氧化物.平板電視顯示屏生產過程中產生大量的廢玻璃粉末（含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其它少量可溶于稀酸的物質）.某課題組以此粉末為原料回收鈰，設計實驗流程如下：

第（1）問 洗滌濾渣A的目的是為了去除 （填離子符號），檢驗該離子是否洗滌的方法是 .

分析 濾渣上附著Fe3+和Cl-，所以，只要取最后一次洗滌液，加入硝酸銀，如果沒有白色沉淀，就可證明洗滌干凈.

但是檢驗NO-3就不容易（由于產生有害氣體）；檢驗K+也不理想；一般采用沉淀法檢驗，檢驗Fe3+也可用KSCN溶液.

（3）脫水或煅燒

干燥后的晶體有時并不是我們希望獲得的最終產物，對晶體進行的后續處理通常為：脫水或煅燒.如無

水AlCl3可用作有機合成的催化劑.工業上以鋁灰為原料制備無水AlCl3工藝中，最后一步是由AlCl3·6H2O脫水制備無水AlCl3.實現這一步的方法是

在HCl氣流中加熱脫結晶水.

繼江蘇高考獨立命題以來，化學工藝流程題已成為江蘇高考的熱點，無機化工流程依實際生產工藝為背景設計，主要考查學生應用元素化合物知識和化學反應原理解決實際問題的能力，這類題目的綜合性很強，思維量大，試題文字多、信息新穎、情境陌生，具有挑戰性.為了讓學生解好此類題目，現將要點和解題思路總結如下.

1.化工原料預處理：粉碎、酸浸、堿洗

（1）增加反應物的接觸面積，加快反應速率，提高原料利用率的方法有粉碎、攪拌、氣-液逆流接觸吸收（尾氣從吸收塔底進入，吸收劑從吸收塔頂噴淋）等.

（2）浸取 常用的浸取劑有：水、酸和堿.一般流程都是用酸溶解，一般是將金屬元素浸出.

堿洗的目的有別于“酸浸”：用熱的純堿溶液浸洗金屬廢屑，目的是洗去金屬表面油污；用熱的燒堿溶液浸洗，還可除去金屬表面（如鋁材）的自然氧化膜，有時還具有對混合原料初步分離或轉化的效果，如從鋁土礦中提取鋁的起步“堿溶”就兼有除去鐵的氧化物的目的.

提高浸出率的適宜操作通常有：將礦渣粉碎、連續攪拌、延長酸浸時間、利用流程產生的廢熱使酸液保持一定溫度、合適的酸濃度、合適的液固比、循環浸取等.

2.化工流程的中堅：氧化（或還原）、除雜

（1）氧化（或還原）

由于鋁、鐵、銅是使用最廣的金屬，鐵又是變價元素，所以化工原料不可避免地涉及多種金屬；為“物盡其用”，流程中將原料“酸浸”后，必然涉及將Fe2+氧化轉化為Fe3+（常用的氧化劑有：Cl2、H2O2等），而后通過調控pH將其轉化為沉淀除去.

例如2013江蘇卷第16題 氧化鎂在醫藥、建筑等行業應用廣泛.硫酸鎂還原熱解制備高純氧化鎂是一種新的探索.以菱鎂礦（主要成分為MgCO3，含少量FeCO3 ）為原料制備高純氧化鎂的實驗流程如下：

第（3）問：濾渣2 的成分是 （填化學式）.

分析 菱鎂礦中加入稀硫酸，MgCO3和FeCO3都要反應，過濾除去不與硫酸反應的雜質后，加入H2O2是為了氧化Fe2+，再加入氨水調節溶液的pH為4使Fe3+形成Fe（OH）3，即濾渣2.

第（2）問：加入H2O2 氧化時，發生反應的化學方程式為 .

答案：2FeSO4+H2O2+H2SO4Fe2（SO4）3+2H2O

（2）除雜

①加合適、過量的沉淀劑.為使雜質離子充分沉淀，加入沉淀劑必須過量且不引入新雜質離子，過量的部分在后續步驟中必須除去.沉淀劑過量的判斷，通常有兩種思考方向：一是繼續滴加沉淀劑.如在食鹽水精制工藝中，證明滴加BaCl2溶液（沉淀SO2-4）過量的操作為：靜置，向上層清液中繼續滴加少量BaCl2溶液，若無白色渾濁現象產生，證明BaCl2溶液已經過量，否則， 溶液不過量.注意，切不可用向上層清液中滴加少量Na2SO4溶液的方法，否則，會再次引入SO2-4.二是另選特征檢驗試劑.如檢驗Fe3+是否沉淀完全的操作是：靜置片刻，取少量上層清液，滴加KSCN溶液，若不出現血紅色，表明Fe3+沉淀完全.

②調控溶液的pH.一般流程都是用酸溶解，故酸溶后溶液有較強酸性.調節pH多為加入能消耗H+且不引入新雜質的物質，每種金屬離子都有開始沉淀和沉淀完全的兩個pH，因此，一定要正確控制pH范圍.

例如2013北京卷第27題 用含有Al2O3、SiO2和少量FeO·xFe2O3的鋁灰制備Al2（SO4）3·18H2O，工藝流程如下（部分操作和條件略）：

Ⅰ.向鋁灰中加入過量稀H2SO4，過濾：

Ⅱ.向濾液中加入過量KMnO4溶液，調節溶液的pH約為3；

Ⅲ.加熱，產生大量棕色沉淀，靜置，上層溶液呈紫紅色：

Ⅳ.加入MnSO4至紫紅色消失，過濾；

Ⅴ.濃縮、結晶、分離，得到產品.

第（3）問 已知：

生成氫氧化物沉淀的pH

注：金屬離子的起始濃度為0.1 mol·L-1.

根據表中數據解釋步驟Ⅱ的目的：

答案：除去鐵元素.

調節溶液pH的目的還有其它方面考慮：①抑制離子水解；②防止微粒氧化.如在用廢鐵屑抽取綠礬的過程中，要保持硫酸過量，一則抑制Fe2+水解，二則抑制Fe2+被氧化（因Fe2+在酸性環境中比在堿性條件下較穩定）.實際操作中還用過量鐵屑來確保Fe2+不被氧化.

3.化工流程的尾聲：結晶與過濾、洗滌與干燥、脫水或煅燒

（1）結晶與過濾

結晶的方式有兩種——蒸發溶劑和冷卻熱飽和溶液；過濾有趁熱過濾和冷卻過濾兩種情形.具體采取什么途徑要結合物質性質來考慮.例如，易水解，易分解的物質用冷卻結晶，混合物分離是還要考慮各物質的溶解性差異.

例如2013·四川卷第11題 明礬石經處理后得到明礬

[KAl（SO4）2·12H2O].從明礬制備Al、K2SO4和H2SO4的工藝過程如下所示：

焙燒明礬的化學方程式為：

4KAl（SO4）2·12H2O+3S2K2SO4 +2Al2O3+9SO2+48H2O

第（2）問從水浸后的濾液中得到K2SO4晶體的方法是 .

分析 蒸發結晶.如果是易水解的鹽酸鹽或硝酸鹽，就應該用冷卻結晶的方法.

（2） 洗滌與干燥

晶體顆粒表面、顆粒之間粘附有其它可溶性物質，為提高晶體的純度，必須對晶體進行洗滌，混雜在晶體中的水分可通過干燥劑吸收.

洗滌的操作：把蒸餾水（或冰水，或合適的有機溶劑等）沿著玻璃棒緩緩地注入過濾器中至浸沒沉淀，靜置，待洗滌溶劑自然流出，重復2-3次.注意，“將沉淀轉移到燒杯中，加蒸餾水，用玻璃棒攪拌，再過濾”是錯誤的.有時洗滌劑是某電解質溶液，冰水，有機溶劑，其目的都有減少目標物的溶解損耗.

判斷沉淀洗凈的操作：另取最后一次洗滌液，滴加檢驗主要雜質的合適試劑，若有預計的現象出現，證明沉淀沒有洗干凈，反之，證明沉淀已經洗凈.現象由試劑決定，試劑依雜質而選.

例如2013年安徽卷 二氧化鈰（CeO2）是一種重要的稀土氧化物.平板電視顯示屏生產過程中產生大量的廢玻璃粉末（含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其它少量可溶于稀酸的物質）.某課題組以此粉末為原料回收鈰，設計實驗流程如下：

第（1）問 洗滌濾渣A的目的是為了去除 （填離子符號），檢驗該離子是否洗滌的方法是 .

分析 濾渣上附著Fe3+和Cl-，所以，只要取最后一次洗滌液，加入硝酸銀，如果沒有白色沉淀，就可證明洗滌干凈.

但是檢驗NO-3就不容易（由于產生有害氣體）；檢驗K+也不理想；一般采用沉淀法檢驗，檢驗Fe3+也可用KSCN溶液.

（3）脫水或煅燒

干燥后的晶體有時并不是我們希望獲得的最終產物，對晶體進行的后續處理通常為：脫水或煅燒.如無

水AlCl3可用作有機合成的催化劑.工業上以鋁灰為原料制備無水AlCl3工藝中，最后一步是由AlCl3·6H2O脫水制備無水AlCl3.實現這一步的方法是

在HCl氣流中加熱脫結晶水.

繼江蘇高考獨立命題以來，化學工藝流程題已成為江蘇高考的熱點，無機化工流程依實際生產工藝為背景設計，主要考查學生應用元素化合物知識和化學反應原理解決實際問題的能力，這類題目的綜合性很強，思維量大，試題文字多、信息新穎、情境陌生，具有挑戰性.為了讓學生解好此類題目，現將要點和解題思路總結如下.

1.化工原料預處理：粉碎、酸浸、堿洗

（1）增加反應物的接觸面積，加快反應速率，提高原料利用率的方法有粉碎、攪拌、氣-液逆流接觸吸收（尾氣從吸收塔底進入，吸收劑從吸收塔頂噴淋）等.

（2）浸取 常用的浸取劑有：水、酸和堿.一般流程都是用酸溶解，一般是將金屬元素浸出.

堿洗的目的有別于“酸浸”：用熱的純堿溶液浸洗金屬廢屑，目的是洗去金屬表面油污；用熱的燒堿溶液浸洗，還可除去金屬表面（如鋁材）的自然氧化膜，有時還具有對混合原料初步分離或轉化的效果，如從鋁土礦中提取鋁的起步“堿溶”就兼有除去鐵的氧化物的目的.

提高浸出率的適宜操作通常有：將礦渣粉碎、連續攪拌、延長酸浸時間、利用流程產生的廢熱使酸液保持一定溫度、合適的酸濃度、合適的液固比、循環浸取等.

2.化工流程的中堅：氧化（或還原）、除雜

（1）氧化（或還原）

由于鋁、鐵、銅是使用最廣的金屬，鐵又是變價元素，所以化工原料不可避免地涉及多種金屬；為“物盡其用”，流程中將原料“酸浸”后，必然涉及將Fe2+氧化轉化為Fe3+（常用的氧化劑有：Cl2、H2O2等），而后通過調控pH將其轉化為沉淀除去.

例如2013江蘇卷第16題 氧化鎂在醫藥、建筑等行業應用廣泛.硫酸鎂還原熱解制備高純氧化鎂是一種新的探索.以菱鎂礦（主要成分為MgCO3，含少量FeCO3 ）為原料制備高純氧化鎂的實驗流程如下：

第（3）問：濾渣2 的成分是 （填化學式）.

分析 菱鎂礦中加入稀硫酸，MgCO3和FeCO3都要反應，過濾除去不與硫酸反應的雜質后，加入H2O2是為了氧化Fe2+，再加入氨水調節溶液的pH為4使Fe3+形成Fe（OH）3，即濾渣2.

第（2）問：加入H2O2 氧化時，發生反應的化學方程式為 .

答案：2FeSO4+H2O2+H2SO4Fe2（SO4）3+2H2O

（2）除雜

①加合適、過量的沉淀劑.為使雜質離子充分沉淀，加入沉淀劑必須過量且不引入新雜質離子，過量的部分在后續步驟中必須除去.沉淀劑過量的判斷，通常有兩種思考方向：一是繼續滴加沉淀劑.如在食鹽水精制工藝中，證明滴加BaCl2溶液（沉淀SO2-4）過量的操作為：靜置，向上層清液中繼續滴加少量BaCl2溶液，若無白色渾濁現象產生，證明BaCl2溶液已經過量，否則， 溶液不過量.注意，切不可用向上層清液中滴加少量Na2SO4溶液的方法，否則，會再次引入SO2-4.二是另選特征檢驗試劑.如檢驗Fe3+是否沉淀完全的操作是：靜置片刻，取少量上層清液，滴加KSCN溶液，若不出現血紅色，表明Fe3+沉淀完全.

②調控溶液的pH.一般流程都是用酸溶解，故酸溶后溶液有較強酸性.調節pH多為加入能消耗H+且不引入新雜質的物質，每種金屬離子都有開始沉淀和沉淀完全的兩個pH，因此，一定要正確控制pH范圍.

例如2013北京卷第27題 用含有Al2O3、SiO2和少量FeO·xFe2O3的鋁灰制備Al2（SO4）3·18H2O，工藝流程如下（部分操作和條件略）：

Ⅰ.向鋁灰中加入過量稀H2SO4，過濾：

Ⅱ.向濾液中加入過量KMnO4溶液，調節溶液的pH約為3；

Ⅲ.加熱，產生大量棕色沉淀，靜置，上層溶液呈紫紅色：

Ⅳ.加入MnSO4至紫紅色消失，過濾；

Ⅴ.濃縮、結晶、分離，得到產品.

第（3）問 已知：

生成氫氧化物沉淀的pH

注：金屬離子的起始濃度為0.1 mol·L-1.

根據表中數據解釋步驟Ⅱ的目的：

答案：除去鐵元素.

調節溶液pH的目的還有其它方面考慮：①抑制離子水解；②防止微粒氧化.如在用廢鐵屑抽取綠礬的過程中，要保持硫酸過量，一則抑制Fe2+水解，二則抑制Fe2+被氧化（因Fe2+在酸性環境中比在堿性條件下較穩定）.實際操作中還用過量鐵屑來確保Fe2+不被氧化.

3.化工流程的尾聲：結晶與過濾、洗滌與干燥、脫水或煅燒

（1）結晶與過濾

結晶的方式有兩種——蒸發溶劑和冷卻熱飽和溶液；過濾有趁熱過濾和冷卻過濾兩種情形.具體采取什么途徑要結合物質性質來考慮.例如，易水解，易分解的物質用冷卻結晶，混合物分離是還要考慮各物質的溶解性差異.

例如2013·四川卷第11題 明礬石經處理后得到明礬

[KAl（SO4）2·12H2O].從明礬制備Al、K2SO4和H2SO4的工藝過程如下所示：

焙燒明礬的化學方程式為：

4KAl（SO4）2·12H2O+3S2K2SO4 +2Al2O3+9SO2+48H2O

第（2）問從水浸后的濾液中得到K2SO4晶體的方法是 .

分析 蒸發結晶.如果是易水解的鹽酸鹽或硝酸鹽，就應該用冷卻結晶的方法.

（2） 洗滌與干燥

晶體顆粒表面、顆粒之間粘附有其它可溶性物質，為提高晶體的純度，必須對晶體進行洗滌，混雜在晶體中的水分可通過干燥劑吸收.

洗滌的操作：把蒸餾水（或冰水，或合適的有機溶劑等）沿著玻璃棒緩緩地注入過濾器中至浸沒沉淀，靜置，待洗滌溶劑自然流出，重復2-3次.注意，“將沉淀轉移到燒杯中，加蒸餾水，用玻璃棒攪拌，再過濾”是錯誤的.有時洗滌劑是某電解質溶液，冰水，有機溶劑，其目的都有減少目標物的溶解損耗.

判斷沉淀洗凈的操作：另取最后一次洗滌液，滴加檢驗主要雜質的合適試劑，若有預計的現象出現，證明沉淀沒有洗干凈，反之，證明沉淀已經洗凈.現象由試劑決定，試劑依雜質而選.

例如2013年安徽卷 二氧化鈰（CeO2）是一種重要的稀土氧化物.平板電視顯示屏生產過程中產生大量的廢玻璃粉末（含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其它少量可溶于稀酸的物質）.某課題組以此粉末為原料回收鈰，設計實驗流程如下：

第（1）問 洗滌濾渣A的目的是為了去除 （填離子符號），檢驗該離子是否洗滌的方法是 .

分析 濾渣上附著Fe3+和Cl-，所以，只要取最后一次洗滌液，加入硝酸銀，如果沒有白色沉淀，就可證明洗滌干凈.

但是檢驗NO-3就不容易（由于產生有害氣體）；檢驗K+也不理想；一般采用沉淀法檢驗，檢驗Fe3+也可用KSCN溶液.

（3）脫水或煅燒

干燥后的晶體有時并不是我們希望獲得的最終產物，對晶體進行的后續處理通常為：脫水或煅燒.如無

水AlCl3可用作有機合成的催化劑.工業上以鋁灰為原料制備無水AlCl3工藝中，最后一步是由AlCl3·6H2O脫水制備無水AlCl3.實現這一步的方法是

在HCl氣流中加熱脫結晶水.