备战高考化学 考前30天冲刺押题系列 第二部分 专题16 无机化工流程Word格式.docx
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6.8×
10-6
2.8×
10-9
(5)工业上从“滤液3”制取MgO过程中,合适的反应物是________(选填序号)。
a.大理石粉b.石灰乳
c.纯碱溶液d.烧碱溶液
(6)“滤液4”之后的操作依次
为__________、__________、过滤、洗涤、干燥。
(7)分析图中数据,菱锌矿粉中ZnCO3的质量分数不低于___________________。
(2)
ClO-+
H2O===
(3)FeO(OH)(或其他合理答案)
(4)8.0≤pH<
10.4(或其他合理答案)
(5)b或d(b和d)
(6)蒸发浓缩 冷却结晶(或其他合理答案)
(7)
×
100%(或其他合理答案)
【解题指导】
(1)多以
流程图的形式出现,从生产原料到产品的整个流程以简单文字加框图和箭线形式呈现,并伴有一些“环状”设计,意为物质的循环利用,以
体现“绿色化学”的工艺理念。
(2)题目所涉及的情景新颖,往往以丰富的化学理论联系生产实际,源于课本又高于课本,构思新颖、灵活,极富挑战性和创新性。
(3)试题中会出现一些化工术语如水(或酸)浸、苛化、煅烧、脱硫、提取、热过滤、水热处理、表面处理等,实际考查的是化学反应原理(包括化学平衡原理、水解原理)、物质的制备、分离和提纯等实验操作,以及绿色化学观念和经济的视角分析实际生产中各种问题的能力。
变式1、实验室模拟以天青石(主要成分为硫酸锶,含不溶性杂质)为原料制备碳酸锶的流程图如下:
试回答下列问题:
(1)高温焙烧过程中另一产物为硫化物,试写
出该过程的化学方程式:
__________________。
(2)15%~20%的乙醇胺(HOCH2CH2NH2)水溶液具有弱碱性,在上述合成线路中用作气体的吸收剂。
用离子方程式表示乙醇胺水溶液呈弱碱性的原因:
______________________________________________________________________。
(3)溶解过程中的离子方程式为________________________
__________________________________________
______。
(4)碳酸锶的另一种制备方法是用天青石和Na2CO3溶液混合浸泡制得,反应的离子方程式为SrSO4+CO
SrCO3+SO
,已知Ksp(SrSO4)=3×
10-7,Ksp(SrCO3)=1×
10-10,则该反应的平衡常数等于__________。
如果将Na2CO3换成(NH4)2CO3,SrCO3的产率将降低,其原因是________________。
解析
(1)高温焙烧过程中所得气体能点燃,由此可知气体产物是CO,而另一产物为SrS。
(2)乙醇胺的碱性可与氨类比,由此得出离子方程式。
(3)溶解过程中发生的是
考点二 化学工艺流程与实验技术
例2、某探究小组在实验室中用铝土矿(主要成分为Al2O3,还含有Fe2O3、SiO2)提取氧化铝。
回答下列问题:
(1)在实验中需用1mol·
L-1的NaOH溶液480mL,配制该溶液已有下列仪器:
托盘天平(砝码)、胶头滴管、药匙、玻璃棒、量筒、烧杯,还缺少的玻璃仪器是___________________________________________________________
___。
在灼烧操作中用到下列仪器中的一种,其名称是__________
___________________________________________________。
(2)写出步骤①中发生反应的离子方程式:
________________
(3)操作③中洗涤如何操
作_____________________________
(4)甲同学在实验室中用下图装置制备CO2气体,并通入滤液B中制备Al(OH)3时,结果没有产生预期现象。
乙同学分析认为甲同学通入CO2不足是导致实验失败的原因之一,你认为乙的分析是否合理:
______________________________________________________。
若合理,请用离子方程式解释其原因:
____________________
丙同学分析认为甲同学通入的CO2中含有HCl气体也是导致实验失败的原因,在实验中增加某装置可解决这个问题。
请帮助该同学画出该装置图,并注明试剂名称。
(4)由于滤液B中存在NaOH,则CO2先与NaOH反应,若CO2不足量,则CO2完全被NaOH消耗而不能与AlO
反应;
HCl杂质须用NaHCO3溶液洗涤,为了防止CO2消
变式2 MgSO4·
7H2O医药上用作泻剂。
工业上用氯碱工业的一次盐泥为原料生产。
已知一次盐泥中含有镁、钙、铁、铝、锰的硅酸盐和碳酸盐等成分。
主要工艺如下:
(1)用硫酸调整溶液pH为1~2,硫酸的作用是________________________
_________________________________________________。
(2)加次氯酸钠溶液至pH为5~6并加热煮沸约5~10min,滤渣中主要含MnO2和另两种沉淀:
__________________、____________(写化学式)。
其中次氯酸钠溶液将MnSO4转化为MnO2的离子方程式为___________________________
__________________________________________________。
(3)若除杂后过滤,发现滤液发黄,需采取的措施是________
______________________________________________________________________________________________________。
(4)过滤后晶体常用丙酮代替蒸馏水洗涤的目的是______________________________________________________________________________________________________。
(5)晶体中结晶水含量的测定:
准确称取0.20gMgSO4·
7H2O样品,放入已干燥至恒重的瓷坩埚中,置于马沸炉中,在200℃脱水1h。
为准确确定脱水后的质量,还需要经过的操作有冷却(干燥器中)至室温→___________________________
(6)硫酸根离子质量分数的测定:
准确称取自制的样品0.50g,用200mL水溶解,加入2mol·
L-1HCl溶液5mL,将溶液加热至沸腾,在不断搅拌下逐滴加入5~6mL0.5mol·
L-1BaCl2溶液,充分沉淀后,得沉淀0.466g,则样品中w(SO
)=________________。
【无机化工流程题的特点】
无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景,体现能力立意的命题为指导思想,
能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。
所以这类题成为近年来高考的必考题型。
这类题常呈现的形式:
流程图、表格、图像
这类题常围绕以下几个知识点进行设问:
(1)反应速率与平衡理论的运用;
反应物颗粒大小:
反应速率、原料的利用率等
温度:
反应速率、物质的稳定性、物质的结晶等
(2)氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写;
(3)利用控制pH分离除杂;
(4)化学反应的能量变化;
(5)实验基本操作:
除杂、分离、检验、洗涤、干燥等;
(6)流程中的物质转化和循环,资源的回收和利用;
(7)环境保护与绿色化学评价。
【解答无机化工流程试题的程序】
1.基本步骤:
①从题干中获取有用信息,了解生产的产品。
②然后整体浏览一下流程,基本辨别出预处理、反应、提纯、分
离等阶段。
③分析流程中的每一步骤,从几个方面了解流程:
A、反应物是什么B、发生了什么反应C、该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用;
抓住一个关键点:
一切反应或操作都是为获得产品而服务。
④从问题中获取信息,帮助解题。
2.解题思路:
明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点
3.方法技巧:
对一些线型流程工艺从原料到产品为一条龙生产工序试题,首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质原材料与最后一种物质产品,从对比分析中找出原料与产品之间的关系,弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离提纯产品的化工工艺,然后再结合题设的问题,逐一推敲解答。
关键在于认真对比分析原料与产品的组成,从中产生将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。
当把生产的主线弄清楚了,围绕生产主线所设计的系列问题也就可解答了。
【工业流程常见的操作与名词】
工业流程题目在流程上一般分为3个过程:
→
(1)原料处理阶段的常见考点与常见名词
①加快反应速率
②溶解:
通常用酸溶。
如用硫酸、盐酸、浓硫酸等
水浸:
与水接触反应或溶解
浸出:
固体加水(酸)溶解得到离子
浸出率:
固体溶解后,离子在溶液中的含量的多少(更多转化)
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的溶解过程
③灼烧、焙烧、煅烧:
改变结构,使一些物质能溶解,并使一些杂质高温下氧化、分解
④控制反应条件的方法
(2)分离提纯阶段的常见考点
①调pH值除杂
a.控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀
例如:
已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示
物质
开始沉淀
沉淀完全
Fe(OH)3
2.7
3.7
Fe(OH)2
7.6
9.6
Mn(OH)2
8.3
9.8
若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+,应该怎样做?
提示:
先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调溶液的pH到3.7。
b.调节pH所需的物质一般应满足两点:
能与H+反应,使溶液pH值增大;
不引入新杂质。
若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值。
②试剂除杂
③加热:
加快反应速率或促进平衡向某个方向移动
如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物,则要注意对温度的控制。
如:
侯德榜制碱中的NaHCO3;
还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。
【注重答案的文字叙述规范】
(1)洗涤沉淀:
往漏斗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。
(2)从溶液中得到晶体:
蒸发浓缩-冷却结晶-过滤-洗涤-干燥。
(3)在写某一步骤是为了除杂时,应该注明“是为了除去XX杂质”,只写“除杂”等一类万金油式的回答是不给分的。
(4)看清楚是写化学反应方程式还是离子方程式,注意配平。
【例1】用粗锌(含少量铁等杂质)与稀硫酸反应制氢气,其废液中含有大量的硫酸锌。
同学们用制氢气的废液来制取皓矾(ZnSO4·
7H2O),并探究其性质。
(1)制备皓矾
实验流程如图所示:
已知:
氢氧化物沉淀的pH范围如表所示。
氢氧化物
开始沉淀时的pH
5.7
完全沉淀时的pH
请回答下列问题:
①加入的试剂a,供选择的试剂有:
氨水、NaClO溶液、20%的H2O2溶液、浓硫酸、浓
硝酸等,应选用________________________________________________________,
其理由是_______________________________________________________。
②加入的试剂b,供选择的试剂有:
锌粉、ZnO、Zn(OH)2、ZnCO3、ZnSO4等,应选用_______________________________________________________________,
③从晶体1→晶体2,该过程的名称是__________________________________。
④在得到皓矾时,向晶体中加入少量酒精洗涤而不用水洗的目的是___________
_____________________________________________________________。
(2)探究皓矾的性质
⑤称取28.7gZnSO4·
7H2O,研细后置于坩埚中小心加热,残留固体质量与温度的对应数据如表所示。
则1000℃时加热皓矾的反应方程式为:
_____________________。
温度(℃)
60
240
930
1000
残留固体质量(g)
19.7
16.1
8.1
⑥取少量ZnSO4·
7H2O配成溶液,向其中逐滴加入NaOH溶液,发现先产生白色沉淀后又逐渐溶解。
查资料得知Zn(OH)2具有两性,则Zn(OH)2溶于NaOH溶液的离子方程式为:
_______________________________________________________。
【例2】用菱锌矿(主要成分为碳酸锌,还含有Fe2+、Fe3+、Mg2+、Ca2+、Cu2+等)制备氯化锌的一种流程如下:
(1)在反应3前要将菱锌矿研磨,其目的是________________________________
____________________________________________________________________。
(2)反应4将Fe2+氧化为Fe3+,该反应的离子方程式为
_____________________________________________________________________。
(3)加入氧化锌调节pH=4.5,反应5的离子方程式为
(4)锌粉不在反应4之前加入的原因是_______________________________________
(5)若用石墨作电极电解滤液Y,则可以得到参与本流程反应的物质
________________________________________________________________________。
【例3】碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。
工业碳酸钠(纯度约98%)中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO
等杂质,提纯工艺流程如下:
已知碳酸钠的溶解度(S)随温度变化的曲线如下图所示:
(1)滤渣的主要成分为_______________________________。
(2)“趁热过滤”的原因是___________________________。
(3)若在实验室进行“趁热过滤”,可采取的措施是_____(写出一种)。
(4)若“母液”循环使用,可能出现的问题及其原因是_____。
(5)已知:
Na2CO3·
10H2O(s)===Na2CO3(s)+10H2O(g) ΔH1=+532.36kJ·
mol-1
10H2O(s)===Na2CO3·
H2O(s)+9H2O(g)
ΔH2=+473.63kJ·
写出Na2CO3·
H2O脱水反应的热化学方程式____________。
答案:
(1)Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3
(2)使析出的晶体为Na2CO3·
H2O,防止因温度过低而析出Na2CO3·
10H2O晶体,令后续的加热脱水耗时长
(3)用已预热的布氏漏斗趁热抽滤
【专家预测】
1.某工业废水中含有CN-和Cr2O
等离子,需经污水处理达标后才能排放,污水处理厂拟用下列流程进行处理:
(1)上述处理废水流程中主要采用的方法是______。
(2)流程②中,反应后无气体放出,该反应的离子方程式为_________________。
(3)含Cr3+废水需进一步处理,请你设计一个处理方案:
____________________。
(4)反应③的离子方程式为____________________。
(5)取少量待测水样于试管中,加入NaOH溶液观察到有蓝色沉淀生成,继续加至不再产生蓝色沉淀为止,再向溶液中加入足量Na2S溶液,蓝色沉淀转化成黑色沉淀,解释产生该现象的原因:
________________________________。
解析:
(1)CN-和Cr2O
的化合价均发生变化;
(2)反应物为CN-和ClO-,生成物之一为CNO-,依据电荷守恒,所以氯元素化合价降低生成Cl-;
(3)除去
Cr3+应该用沉淀法。
2.下图是某工厂对海水资源进行综合利用的示意图。
(1)请列举一种海水淡化的方法______
________。
(2)工业上常用离子交换膜电解槽生产NaOH,电解过程中大量通过离子交换膜的离子
是____,NaOH在电解槽的______室生成,由饱和食盐水制取NaOH的化学方程式为________________。
(3)侯氏制碱法中向饱和食盐水中通入CO2和NH3制得NaHCO3,先通入______________(填化学式),理由是______________。
再由NaHCO3制得纯碱,化学方程式为________________。
(4)镁是一种用途很广泛的金属材料,目前世界上60%的镁从海水中提取。
已知有关物质的熔沸点数据如下:
MgO
MgCl2
熔点/℃
2852
714
沸点/℃
3600
1412
结合表中数据和实际生产情况说明,工业上生产镁采用电解MgCl2而不是电解MgO的理由____________________________________________。
(2)离子交换膜电解饱和食盐水,只有Na+通过离子交换膜,阴极H+得电子生成氢气,阴极区溶液中OH-浓度增大。
3.亚氯酸钠(NaClO2)是一种重要的含氯消毒剂,主要用于水的消毒以及
砂糖、油脂的漂白与杀菌。
下图是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图:
①NaClO2的溶解度随温度升高而增大,适当条件下可结晶析出NaClO2·
3H2O。
②纯ClO2易分解爆炸,一般用稀有气体或空气稀释到10%以下安全。
③160g·
L-1NaOH溶液是指160gNaOH固体溶于水所得溶液的体积为1L。
(1)发生器中鼓入空气的作用可能是____________(选填序号)。
a.将SO2氧化成SO3,增强酸性
b.稀释ClO2以防止爆炸
c.将NaClO3氧化成ClO2
(2)吸收塔内的反应
的化学方程式为___________
______________________。
吸收塔的温度不能超过20℃,其目的是___________________________。
(3)在碱性溶液中NaClO2比较稳定,所以吸收塔中应维持NaOH稍过量,判断NaOH是否过量的简单实验方法是____________________________________________。
(4)吸收塔中为防止NaClO2被还原成NaCl,所用还原剂的还原性应适中。
除H2O2外,还可以选择的还原剂是________(选填序号)。
a.Na2O2 b.Na2S c.FeCl2
(5)从滤液中得到NaClO2·
3H2O粗晶体的实验操作依次是________(选填序号)。
a.蒸馏b.蒸发
c.灼烧d.过滤
e.冷却结晶
(1)b
4.铅蓄电池是机动车、船舶等不可缺少的动力能源。
回收利用废旧铅蓄电池不仅关系到重金属资源的保护,而且符合保护环境、发展循环经济的可持续发展战略。
铅蓄电池的阴、阳极填充物(铅膏,主要含PbO、PbO2、PbSO4)是废旧铅蓄电池的最主要部分,回收可制备塑料加工热稳定剂三盐基硫酸铅(组成可表示为3PbO·
PbSO4·
H2O),其实验流程如下:
(1)物质X是一种可以循环利用的物质,该物质是________________。
(2)滤液A能用来提取一种含10个结晶水的钠盐副产品为(填化学式)________________;
其提取的主要步骤有______________、________________、过滤、洗涤
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