专题工艺流程题 简版.docx
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专题工艺流程题简版
专题----无机化工流程题
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姓名:
一、试题结构
注:
出现环状,意为:
循环利用,体现“绿色化学”。
二、解题步骤
第一,浏览全题,确定该流程的目的,记住资料卡中给出的理化性质:
如易潮解、易水解、易与某些物质反应以及熔沸点、溶解度、Ksp等;
第二,粗读流程图,尽量弄懂流程图每部的目的,但不必将每一种物质都推出;
第三,精读试题,根据问题去精心研究某一步或某一种物质。
第四,要看清所问题,不能答非所问,并注意语言表达的科学性。
三、熟悉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.预处理的常见考点与常见名词
(1)粉碎或研磨:
增大固液(或固气或固固)接触面积,加快反应(溶解)速率,
增大原料的转化率(或浸取率)。
(2)煅烧或灼烧:
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;
其他矿转化为氧化物;除去有机物;除去热不稳定的杂质
(3)水浸:
与水接触反应或溶解。
(4)水洗:
除去水溶性杂质。
(3)酸浸:
溶解,通常用硫酸、盐酸等,去氧化物(膜)、调节pH促进水解(沉淀)。
(4)碱溶:
去油污,去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅,调节pH促进水解(沉淀)
(5)煮沸:
促进水解,聚沉后利于过滤分离;除去溶解在溶液中的液体。
【问题与思考1】
以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量FeCO3 )为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下:
如何提高酸溶过程中镁元素的浸出率?
2.分离提纯阶段的常见考点
①调pH值除杂
a.目的:
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。
例如:
若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值。
②试剂除杂
③调节反应温度的目的(化学反应速率与化学平衡、物质性质)
操作
目的
加热
1加快反应速率或溶解速率;
2促进平衡向吸热方向移动;
③除去热不稳定的杂质,如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、I2、NH4Cl、AgNO3、HNO3(浓)等物质;
3使沸点相对较低的原料气化或升华。
降温
2防止某物质在高温时会溶解(或分解);
②使化学平衡向着题目要求的方向移动(放热方向);
3使某个沸点较高的产物液化,使其与其他物质分离;
④降低晶体的溶解度,减少损失。
控温
方法:
用水浴或油浴控温
2防止某种物质温度过高时会分解或挥发;
②为了使某物质达到沸点挥发出来;
3使催化剂的活性达到最好;
4防止副反应的发生;
5降温或减压可以减少能源成本,降低对设备的要求,达到绿色化学的要求。
【问题与思考2】
以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料,采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl2的工艺过程如下:
溶解步骤的温度应控制在60~70℃,原因是:
【问题与思考3】
以炼锌厂的烟道灰(主要成分为ZnO,另含少量Fe2O3、CuO、SiO2、MnO等)为原料可生产草酸锌晶体(ZnC2O4·2H2O)。
有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表:
1.“除铁”(部分Cu2+可能被除去)时加入ZnO控制反应液pH的范围为 。
2.“除锰”的离子方程式为。
3.“除铜”的离子方程式为。
3.获得产品阶段的常见考点:
①过滤:
一贴、二低、三靠
②洗涤:
(冰)水洗:
洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
有机物如乙醇洗:
洗去表面水分。
蒸发、反应时的气体氛围抑制水解:
如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中加热,以防其水解。
蒸发浓缩、冷却结晶:
如除去KNO3中的少量NaCl。
蒸发结晶、趁热过滤:
如除去NaCl中的少量KNO3。
重结晶:
分离溶解度随温度变化差异大的溶质。
趁热过滤:
防止某物质降温时会析出晶体。
【问题与思考4】
铵明矾是一种广泛应用于医药、食品、污水处理等多个行业的重要化工产品。
以高岭土(含SiO2、Al2O3、少量Fe2O3等)为原料制备硫酸铝晶体Al2(SO4)3·18H2O]和铵明矾NH4Al(SO4)2·12H2O]的工艺流程如下图所示。
“分离1”操作包含的实验步骤有、、、冰水洗涤、减压干燥。
冰水洗涤的目的是。
(4)其他常见考点
①化学方程式 ②实验仪器 ③计算 ④信息
四、高频问题及答题技巧(注重文字叙述的规范性)
(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)检验沉淀是否洗涤干净:
取最后一次洗涤液少许于试管中,逐滴滴加××试剂,振荡,若没有……现象,则沉淀洗涤干净。
(4)检验是否沉淀完全:
表达一:
静置,往上层清夜中继续滴加××试剂;或者表达二过滤,取滤液少许于试管中,滴加××试剂。
(6)“浸出”步骤中,为提高镁的浸出率,可采取的措施有:
答:
适当提高反应温度,加入过量硫酸,边加硫酸边搅拌
(7)如何提高吸收液和SO2反应速率:
答:
适当提高温度、增大吸收液或NaClO3的浓度、增大SO2与吸收液的接触面积或搅拌
(8)过滤用到的三个玻璃仪器:
答:
普通漏斗、玻璃棒、烧杯
(9)过滤后滤液仍然浑浊的可能的操作原因:
答:
玻璃棒下端靠在滤纸的单层处,导致滤纸破损;漏斗中液面高于滤纸边缘
(10)如何从MgCl2·6H2O中得到无水MgCl2:
答:
在干燥的HCl气流中加热,干燥的HCl气流中抑制了MgCl2的水解,且带走MgCl2·6H2O受热产生的水汽
(11)调pH值使得Cu2+(4.7-6.2)中的Fe3+(2.1-3.2)沉淀,pH值范围是:
答:
3.2-4.7。
原因:
调节溶液的pH值至3.2-4.7,使Fe3+全部以Fe(OH)3沉淀的形式析出而Cu2+不沉淀,且不会引入新杂质
(12)产品进一步提纯的操作:
答:
重结晶
(13)趁热过滤的原因及操作:
答:
减少过滤时间、保持过滤温度,防止××杂质析出或防止降温过程中××析出而损耗;
(14)水浴加热的好处:
答:
受热均匀,温度可控,且温度不超过100℃
(15)减压蒸发(小心烘干):
答:
常压蒸发温度过高,××易分解;或者减压蒸发降低了蒸发温度,可以防止××分解
(17)蒸发浓缩用到的主要仪器有蒸发皿、玻璃棒、烧杯、酒精灯、坩埚钳。
(18)不用其它试剂,检查NH4Cl产品是否纯净的方法及操作是:
答:
加热法;取少量氯化铵产品于试管底部,加热,若试管底部无残留物,表明氯化铵产品纯净
(19)检验NH4+的方法是:
答:
取××少许,加入NaOH溶液后加热,生成的气体能使润湿的红色石蕊试纸变蓝。
(20)过滤的沉淀欲称重之前的操作:
答:
过滤,洗涤,干燥,(在干燥器中)冷却,称重
(21)检验Fe(OH)3是否沉淀完全的试验操作是:
答:
取少量上层清液或过滤后的滤液,滴加几滴KSCN溶液,若不出现血红色,则表明Fe(OH)3沉淀完全。
(22)CuCl2中混有Fe3+加何种试剂调pH值:
答:
CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3。
原因:
加CuO消耗溶液中的H+的,促进Fe3+的水解,生成Fe(OH)3沉淀析出
【问题与思考5】
碳酸镁水合物是制备镁产品的中间体。
工业上从弱碱性卤水(主要成份为MgCl2)
中获取MgCO3·3H2O的方法如下:
在洗涤步骤中,表明产物洗涤干净的操作为。
五、热点题型
热点1 碱金属及其矿物的开发利用
热点2 镁、铝及其矿物的开发利用
热点3 铁、铜及其矿物的开发利用
1.(2016全国1)NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等,其一种生产工艺如下:
回答下列问题:
(1)NaClO2中Cl的化合价为_______。
(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式_______。
(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去Mg2+和Ca2+,要加入的试剂分别为________、________。
“电解”中阴极反应的主要产物是______。
(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。
此吸收反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为________,该反应中氧化产物是_________。
(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力,其定义是:
每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。
NaClO2的有效氯含量为____。
(计算结果保留两位小数)
2.(2015课标1)硼及其化合物在工业上有许多用途。
以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式_____________。
为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度浓度外,还可采取的措施有_________(写出两条)。
(2)利用 的磁性,可将其从“浸渣”中分离。
“浸渣”中还剩余的物质是______(写化学式)。
(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是_______。
然后再调节溶液的pH约为5,目的是________。
(4)“粗硼酸”中的主要杂质是 (填名称)。
(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式
为_______。
(6)单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能硼钢。
以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程___________。
3(2013全国)铝是一种应用广泛的金属,工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。
①铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。
从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下:
②以萤石(CaF2)和纯碱为原料制备冰晶石的流程如下:
回答下列问题:
(1)写出反应1的化学方程式;
(2)滤液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是,反应2的离子方程式为;
(3)E可作为建筑材料,化合物C是,写出由D制备冰晶石的化学方程式;
(4)电解制铝的化学方程式是,以石墨为电极,阳极产生的混合气体的成分是。
4(2013四川)明矾石经处理后得到明矾[KAl(SO4)2·12H2O]。
从明矾制备Al、K2SO4和H2SO4的工艺过程如下所示:
焙烧明矾的化学方程式为:
4KAl(SO4)2·12H2O+3S=2K2SO4+2Al2O3+9SO2+48H2O
请回答下列问题:
(1)在焙烧明矾的反应中,还原剂是。
(2)从水浸后的滤液中得到K2SO4晶体的方法是。
(3)A12O3在一定条件下可制得AIN,其晶体结构如右图所示,该晶体中Al的配位数是
(4)以Al和NiO(OH)为电极,NaOH溶液为电解液组成一种新型电池,放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2,该电池反应的化学方程式是。
(5)焙烧产生的SO2可用于制硫酸。
已知25℃、101kPa时:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)△H1=一197kJ/mol;
2H2O(g)=2H2O
(1)△H2=一44kJ/mol;
2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)△H3=一545kJ/mol。
则SO3(g)与H2O(l)反应的热化学方程式是①。
焙烧948t明矾(M=474g/mol),若SO2的利用率为96%,可生产质量分数为98%的硫酸
②t。
5业上以废铜为原料经一系列化学反应可生产氯化亚铜(CuCl),其工艺流程如下图所示:
试根据上图转化回答下列问题:
(1)工业生产Cl2时,尾气常用石灰乳吸收,而不用烧碱溶液吸收的原因是_____________。
(2)还原过程中的产物为Na[CuCl2],试写出反应的化学方程式_______________________。
制备中当氯化完成后必须经还原过程再制得CuCl,为什么不用一步法制得CuCl?
(已知Cu2++Cu+2Cl-===2CuCl↓)_____________________________________。
(3)还原过程中加入少量盐酸的作用是__________________________________________,加入NaCl且过量的原因是_____________________________________________________。
(4)合成结束后所得产品用酒精淋洗的目的是____________________________________。
(5)实验室中在CuCl2热溶液中通入SO2气体也可制备白色的CuCl沉淀,试写出该反应的离子方程式________________________________________________________________。
6.锂被誉为“金属味精”,以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。
工业上常以β锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6,还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。
其中一种工艺流程如下:
已知:
①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH:
氢氧化物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mg(OH)2
开始沉淀pH
2.7
3.7
9.6
完全沉淀pH
3.7
4.7
11
②Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表:
温度/℃
0
10
20
50
75
100
Li2CO3的溶解度/g
1.539
1.406
1.329
1.181
0.866
0.728
请回答下列问题:
(1)用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成:
。
(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是________________________________________________。
(3)写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式:
____________________________________。
(4)反应Ⅳ生成Li2CO3沉淀,写出在实验室中得到Li2CO3沉淀的操作名称,洗涤所得Li2CO3沉淀要使用 (选填“热水”或“冷水”),你选择的理由是_____________________________________________________________________。
(5)电解熔融氯化锂生产锂时,阳极产生的氯气中会混有少量氧气,原因是_____________。
7.从含镍废催化剂中可回收镍,其流程如下:
某油脂化工厂的含镍催化剂主要含有Ni,还含有Al(31%)、Fe(1.3%)的单质及氧化物,其他不溶杂质(3.3%)。
部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时的pH如下:
沉淀物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Ni(OH)2
pH
5.2
3.2
9.7
9.2
回答下列问题:
⑴“碱浸”的目的是除去_______________________________。
⑵“酸浸”时所加入的酸是_______________(填化学式)。
酸浸后,滤液②中可能含有的金属离子是_________________。
⑶“调pH为2~3”的目的是___________________________。
⑷产品晶体中有时会混有少量绿矾(FeSO4·7H2O),可能是由于生产过程中___________________________导致Fe2+未被完全氧化造成的。
⑸NiSO4在强碱溶液中用NaClO氧化,可制得碱性镍镉电池电极材料——NiOOH。
该反应的离子方程式是_______________________________________。
8.高铁酸钾是一种高效的多功能水处理剂,具有氧化、吸附、絮凝、、助凝、杀菌、除臭等作用,高铁酸钾的开发和利用正日益显示出其广阔的应用前景。
其制备路线如下:
试回答下列问题
(1)操作①搅拌的目的是:
。
(2)操作②与操作③相同,该操作名称是:
___________________。
(3)反应器中,NaOH、NaClO及Fe(NO3)3反应的离子方程式为:
_______________________。
(4)次氯酸钠浓度对高铁酸钾产率有一定影响,当高铁酸钾产率最高时,NaClO的物质的量浓度约为_________。
(计算结果保留一位小数)
(5)从环境保护的角度看,制备中间产物Na2FeO4较好的方法为电化学法,其装置如图乙所示,则阳极的电极反应式为。
9.实验室以一种工业废渣(主要成分为MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物)为原料制备MgCO3·3H2O。
实验过程如下:
(1)酸溶过程中主要反应的热化学方程式为
MgCO3(s)+2H+(aq)=Mg2+(aq)+CO2(g)+H2O(l)ΔH=-50.4kJ·mol-1
Mg2SiO4(s)+4H+(aq)=2Mg2+(aq)+H2SiO3(s)+H2O(l)ΔH=-225.4kJ·mol-1
酸溶需加热的目的是______;所加H2SO4不宜过量太多的原因是_______。
(2)加入H2O2氧化时发生发应的离子方程式为___________。
(3)用右图所示的实验装置进行萃取分液,以除去溶液中的Fe3+。
①实验装置图中仪器A的名称为_______。
②为使Fe3+尽可能多地从水相转移至有机相,采取的操作:
向装有水溶液的仪器A中加入一定量的有机萃取剂,______、静置、分液,并重复多次。
(4)请补充完整由萃取后得到的水溶液制备MgCO3·3H2O的实验方案:
边搅拌边向溶液中滴加氨水,______,过滤、用水洗涤固体2-3次,在50℃下干燥,得到MgCO3·3H2O。
[已知该溶液中pH=8.5时Mg(OH)2开始沉淀;pH=5.0时Al(OH)3沉淀完全]。
10.(2016北京)以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料,制备高纯PbO,实现铅的再生利用。
其工作流程如下:
(1)过程Ⅰ中,在Fe2+催化下,Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是__________。
(2)过程Ⅰ中,Fe2+催化过程可表示为:
i:
2Fe2++PbO2+4H++SO42−
2Fe3++PbSO4+2H2O
ii:
……
①写出ii的例子方程式:
________________。
②下列实验方案可证实上述催化过程。
将实验方案补充完整。
a.向算话的FeSO4溶液中加入KSCN溶液,溶液几乎无色,再加入少量PbO2,溶液变红。
b.______________。
(3)PbO溶解在NaOH溶液中,存在平衡:
PbO(s)+NaOH(aq)
NaHPbO2(aq),其溶解度曲线如图所示。
①过程Ⅱ的目的是脱硫。
滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用,其目的是_____(选填序号)。
19.(2016·山东名校一模)硫铁矿烧渣是一种重要的化工生产中间产物,主要成分是Fe3O4、Fe2O3、FeO和二氧化硅等。
下面是以硫铁矿烧渣制备高效净水剂聚合硫酸铁的流程图。
(1)实验室实现“操作Ⅰ”所用的玻璃仪器有 、 和烧杯。
(2)检验“酸溶”后的溶液中含有Fe2+的试剂是 ,现象是 。
(3)“操作Ⅲ”系列操作名称依次为 、 、过滤和洗涤。
洗涤的方法是 。
(4)加入适量H2O2的目的是氧化Fe2+,写出H2O2氧化Fe2+为Fe3+的离子方程式:
。
11.(2016·湖北重点中学联考)过氧化钙(CaO2)是一种白色粉末,微溶于水。
加热至350℃左右开始分解,与水或酸能反应生成H2O2。
应用于处理含重金属离子的废水,治理赤潮。
其制备过程如下:
请回答下列问题:
(1)CaO2的电子式:
。
(2)制取CaO2·8H2O的原理(用化学方程式表示):
,其中H2O2体现 性质。
(3)沉淀过程中加氨水的作用是 。
(4)沉淀反应需用冰水浴控制温度,原因是 (写出两种)。
(5)CaO2受热分解的化学方程式为 。
(6)CaO2质量百分含量的测定:
称取0.8000g样品用硫酸溶解,再用0.1000mol·L-1KMnO4溶液滴定,消耗40.00mLKMnO4溶液,则CaO2的含量为 。
(7)CaO2可以使废水中的Mn2+变成MnO2沉淀而除去,用离子方程式表达其原理:
。
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