无机化工流程题.doc

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一、解题策略
化工流程中常见的操作与名词
化工流程题目在流程上一般分为3个过程:
原料处理
分别提纯
获得产品
―→ ―→
原料处理阶段的常见考点与常见名词
①加快反响速率
②溶解:通常用酸溶,如用硫酸、盐酸、浓硫酸等水浸:与水接触反响或溶解
浸出:固体加水(酸)溶解得到离子
浸出率:固体溶解后,离子在溶液中含量的多少(更多转化)
酸浸:在酸溶液中反响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:转变构造,使一些物质能溶解,并使一些杂质高温下氧化、分解
④把握反响条件的方法
分别提纯阶段的常见考点
①:以下物质开头沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示
物质
开头沉淀
沉淀完全
Fe(OH)3


Fe(OH)2


Mn(OH)2


假设要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+,应当怎样做?
提示:先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,。:
能与H+反响,使溶液pH值增大;不引入杂质。
例如:假设要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可参加CuO、Cu(OH)、Cu

(OH)CO

等物质
来调整溶液的pH值。
②试剂除杂
③加热:加快反响速率或促进平衡向某个方向移动
2 2 2 3
假设在制备过程中消灭一些受热易分解的物质或产物,则要留意对温度的把握。如:侯
氏制碱中的NaHCO;还有如HO、Ca(HCO)、KMnO、AgNO、HNO
(浓)等物质。
3 2 2 32 4 3 3
④降温:防止某物质在高温时会溶解(或分解)、为使化学平衡向着题目要求的方向移动
⑤萃取
获得产品阶段的常见考点
①洗涤(冰水、热水):洗去晶体外表的杂质离子,并削减晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
②蒸发、反响时的气体气氛抑制水解:如从溶液中析出FeCl3、AlCl、MgCl
等溶质时,
3 2
应在HCl的气流中加热,以防其水解。
③蒸发浓缩、冷却结晶:如除去KNO3中的少量NaCl。
3
④蒸发结晶、趁热过滤:如除去NaCl中的少量KNO。
⑤重结晶
其他常见考点
①化学方程式②试验仪器③计算④信息
二、热点题型探究
热点1 碱金属及其矿物的开发利用
例1 (2022·广东理综,32)难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”,在水中存在如下平衡:
4
K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s) 2Ca2++2K++Mg2++4SO2-+2H2O
为能充分利用钾资源,用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾,工艺流程如下:
滤渣主要成分有 和 以及未溶杂卤石。
用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K+的缘由:
。
“除杂”环节中,先参加 溶液,经搅拌等操作后,过滤,再参加溶液调滤液pH至中性。
不同温度下,K+的浸出浓度与溶浸时间的关系见以下图。由图可得,随着温度上升,
① ,② 。
有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂,则溶浸过程中会发生:CaSO4(s)+CO2- CaCO
(s)
3 3
4
+SO2-
298K时,Ksp(CaCO3)=×10-9,Ksp(CaSO4)=×10-5,求此温度下该反响
的平衡常数K(计算结果保存三位有效数字)。
解析解题时,要依据制备K2SO4的工艺流程,结合物质的分别与提纯的原则进展分析。
杂卤石中参加Ca(OH)2
溶液,Mg2+与OH-结合生成Mg(OH)
沉淀,CaSO4
微溶于水,
2
过滤后,滤渣中含有Mg(OH)、CaSO
及未溶解的杂卤石。
2 4
参加Ca(OH)2
溶液,Mg2+与OH-结合生成Mg(OH)
沉淀,使c(Mg2+)减小,杂卤石
2
的溶解平衡正向移动,同时c(Ca2+)与c(SO2-)均增大,从而析出CaSO沉淀,K+留在
4 4
滤液中。
2
3
滤液中含有Ca2+、OH-,可先参加过量KCO
溶液,除去Ca2+,过滤后,再参加稀
H2SO4调整溶液的pH至中性。
由图可知,随着温度上升,溶浸平衡向右移动,K+的溶浸速率增大。
(5)CaSO
(s)+CO2-

CaCO
(s)+SO2-的平衡常数K=
c(SO2-)
。CaCO
(s)、CaSO

4
3
(s)
4 3 3 4
c(CO2-) 3 4
分别存在溶解平衡:CaCO
(s)
Ca2+(aq)+CO2-(aq),CaSO(s)
Ca2+(aq)+SO2-
3 3 4 4
(aq),则有K
(CaCO
)=c(Ca2+)·c(CO2-)=×10-9,K(CaSO)=c(Ca2+)·c(SO2-)=
sp 3
c(SO2-)
3
Ksp(CaSO4)c(Ca2+)
sp 4 4
K(CaSO) ×10-5
×10-5,那么K=
4 =K(
= sp
4= =×104。
3
c(CO2-)
spCaCO3) Ksp(CaCO3) ×10-9
答案(1)Mg(OH)2 CaSO4
c(Ca2+)
参加Ca(OH)2溶液,Mg2+与OH-结合生成Mg(OH)2沉淀,Mg2+浓度减小,平衡正向移动,K+增多
K2CO3 H2SO4
①溶浸平衡向右移动②K+的溶浸速率增大
c(SO2-)
CaSO(s)+CO2- CaCO(s)+SO2-的平衡常数K=c( 4),据K
(CaSO)、
3
4 3 3 4
CO2-
sp 4
K(CaSO) K
(CaCO)
c(SO2-)
Ksp(CaCO3)可知,c(SO2-)=sp
4,c(CO2-)=sp
3,则有K= 4 =
4
3
Ksp(CaSO4) ×10-5

c(Ca2+)
3 c(Ca2+) c(CO2-)
= =×104。
Ksp(CaCO3) ×10-9
方法技巧要求用理论答复的试题,应承受“四段论法”:转变了什么条件(或是什么条件)→依据什么理论→有什么变化→得出什么结论。
迁移应用1 KNO3是重要的化工产品,下面是一种已获得专利的KNO3制备方法的主要步骤:
反响Ⅰ中,CaSO4与NH4HCO3的物质的量之比为1∶2,该反响的化学方程式为
。
反应Ⅱ需在干态、加热的条件下进行,加热的目的是
;从反响Ⅳ所得混合物中分别出CaSO4的方法是趁热过滤,趁热过滤的目的是
。
检验反响Ⅱ所得K2SO4中是否混有KCl的方法是:取少量K2SO4样品溶解于水,
。
整个流程中,可循环利用的物质除(NH4)2SO4外,还有 (填化学式)。
答案(1)CaSO+2NHHCO===CaCO↓+(NH)SO+HO+CO↑
4 4 3 3 42 4 2 2
加快化学反响速率,分别NH4Cl与K2SO4 防止KNO3结晶,提高KNO3的产率
参加Ba(NO3)2溶液至不再产生沉淀,静置,向上层清液中滴加AgNO3溶液,假设有沉淀生成,说明K2SO4中混有KCl
CaSO、KNO
4 3
热点2 镁、铝及其矿物的开发利用
2
例2 铝是重要的金属材料,铝土矿(主要成分是Al2O3和少量的SiO

2
、FeO

3
杂质)是工业上
制取铝的原料。试验室模拟工业上以铝土矿为原料制取 Al2(SO4)3和铵明矾晶体
[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工艺流程如下图:
请答复以下问题:
固体a的化学式为 ,Ⅲ中通入足量CO2气体发生反响的离子方程式为
。
由Ⅴ制取铵明矾溶液的化学方程式为 ,从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的试验操作依次为(填操作名称) 、冷却结晶、过滤洗涤。
43
以1000kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取Al2(SO),需消耗质量分数为98%的硫酸(·cm-3) L(保存一位小数)。
假设同时制取铵明矾和硫酸铝,通过把握硫酸的用量调整两种产品的产量。假设欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1∶1,则投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4的物质的量之比为 。
解析(1)铝土矿中Al2O3和Fe2O3能溶于盐酸,SiO2不溶于盐酸,所以固体a的化学式
为SiO
。AlO溶于烧碱生成NaAlO溶液,在其中通入CO生成Al(OH)
沉淀。
2 2 3 2 2 3
Al(OH)3分解生成Al2O3,Al2O3与稀硫酸、氨气反响生成铵明矾溶液。
m(AlO
)=1000kg×36%=360kg,m(HSO)
98×3×360
kg=,需消耗
2 3 2 4=
102
质量分数98%的硫酸(·cm-3)为
×103g
=×103mL=。
·mL-1×98%
2 43 4 42 2
设制得的Al(SO)和NHAl(SO)·12HO的物质的量都是1mol,则Al3+共3mol,
SO2-共5mol,依据铝元素和SO2-守恒原理可得,参加AlO和HSO
的物质的量之比
4 4 2 3 2 4
为3
2∶5=3∶10。
2
2
2
答案(1)SiO2 AlO-+CO+2H
O===HCO-+Al(OH)↓
3
3
(2)AlO+4HSO+2NH===2NHAl(SO)+3HO 蒸发浓缩(3) (4)3∶10
2 3 2 4 3 4 42 2
方法技巧首尾分析法:对一些线型流程工艺(从原料到产品为***生产工序)试题,首先比照分析生产流程示意图中的第一种物质(原材料)与最终一种物质(产品),从比照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根本原理和除杂、分别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。关键在于认真比照分析原料与产品的组成,从中找出将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的根本原理和所承受的工艺生产措施。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以解答了。
迁移应用2镁及其合金是一种用途很广的金属材料,目前世界上60%的镁是从海水中提取的。某学校课外兴趣小组从海水晒盐后的盐卤(主要含Na+、Mg2+、Cl-、Br-等)中模拟工业生产来提取镁,主要过程如下:
答复以下问题:
工业上从盐卤中猎取Mg(OH)2用石灰乳而不用NaOH溶液的缘由是 。
2
2
从过程①得到的Mg(OH)2沉淀中混有少量的Ca(OH),除去少量Ca(OH)
的方法是先
2
将沉淀参加到盛有 溶液的烧杯中,充分搅拌后经 、 (填操作方法)可得纯洁的Mg(OH)。
以下图是该兴趣小组设计进展过程③的试验装置图:
其中装置A的作用是 。(4)写出过程④中发生反响的化学方程式 。答案(1)石灰乳原料丰富,本钱低(2)MgCl2 过滤洗涤
(3)制备枯燥的HCl气体(4)MgCl(熔融)=电==解==Mg+Cl↑
2 2
热点3 铁、铜及其矿物的开发利用
例3 (2022高考题组合改编)工业上由黄铜矿(主要成分为CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下:
步骤Ⅰ是在反射炉中进展的。把黄铜矿和石英砂混合加热到1000℃左右,黄铜矿与空气反响生成Cu和Fe的低价硫化物,且局部Fe的硫化物转变为低价氧化物。该过程中两个主要反响的化学方程式分别是 、 。
步骤Ⅱ是在转炉中发生的。冰铜含Cu量为20%~50%。转炉中,将冰铜加熔剂(石英砂),在1200℃左右吹入空气进展吹炼。冰铜中的Cu2S被氧化为Cu2O。生成的Cu2O与Cu2S反响,%的泡铜,该过程发生反响的化学方程式分别是
、 。气体A中的大气污染物可选用以下试剂中
的 吸取(填字母)。
***

步骤Ⅲ是由泡铜冶炼粗铜的反响,反响方程式为
。(4)用稀***浸泡熔渣B,取少量所得溶液,滴加KSCN溶液后呈血红色,说明溶液中存在 (填离子符号),检验溶液中还存在Fe2+的方法是
(注明试剂、现象)。
答案(1)2CuFeS2+O2高温,Cu2S+2FeS+SO22FeS+3O2高温,2FeO+2SO2
(2)2Cu2S+3O2高温,2Cu2O+2SO2
2
3
2Cu2O+Cu2S高温,6Cu+SO↑cd(3)3Cu2O+2Al高温,Al2O+6Cu
(4)Fe3+
可取适量酸性KMnO4溶液置于试管中,滴入几滴该溶液,假设酸性KMnO4溶液
褪色或颜色变浅,说明该溶液中含有Fe2+
解析(1)依据问题(1)信息中的反响物和生成物以及氧化复原反响的规律可写出两个化学方程式。
气体A中含有SO2,SO2是酸性氧化物,选用碱性溶液吸取。
2 2 3
由泡铜制取粗铜,是Cu2O和Al发生氧化复原反响,依据氧化复原反响的配平方法进展配平可得化学反响方程式为3CuO+2Al高温,AlO+6Cu。
向溶液中滴加KSCN溶液,溶液呈血红色,可推知溶液中肯定含有Fe3+;要检验溶
+
液中还含有Fe2 ,可利用其复原性,具体操作:取适量酸性KMnO
4
溶液置于试管中,
滴入几滴该溶液,假设酸性KMnO
4
溶液褪色或颜色变浅,说明该溶液中含有Fe2+。
解答无机化工流程图题的策略
粗读题干,挖掘图示。图示中一般会呈现超出教材范围的学问,但题目中往往会有提示或者问题中不涉及,所以肯定要关注题目的每一个关键字,尽量弄懂流程图,但不必将每一种物质都推出,只需问什么推什么。如制备类无机化工题,可粗读试题,知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。
携带问题,精读信息。这里信息包括三个方面:一是主干,二是流程图示,三是设置问题。读主干抓住关键字、词;读流程图,重点抓住物质流向(“进入”与“流出”)、
试验操作方法等。
跳动思维,标准答题。答题时应留意前后问题往往没有“相关性”,即前一问未答出,不会影响后面答题。
迁移应用3 试验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4·7H2O),主要工艺流程如下。
将过程②产生的气体通入以下溶液中,溶液会褪色的是 (填字母序号)。


过程①中,FeS、O2和H2SO4反响的化学方程式为 。(3)过程③中需参加的物质是 。
(4)过程④中,蒸发结晶时需使用的仪器除酒精灯、三脚架外,还需要 。(5)过程⑤调整pH可选用以下试剂中的 (填序号)。

答案(1)ACD
4FeS+3O
+6HSO===2Fe(SO)+6H
O+4S
2 2 4 2 43 2
铁粉(4)蒸发皿、玻璃棒(5)C
解析(1)SO2具有漂白性,能使品红褪色,SO2有复原性,能被酸性KMnO4溶液、溴水
氧化,而使它们褪色。(3)溶液X为Fe(SO
),需参加复原剂将Fe3+复原为Fe2+,又不
2 43
带入杂质离子,故需参加铁粉。(5)过程⑤中需将酸消耗而调高pH,而CaCO
3
跟硫酸反
4
应会生成微溶于水的CaSO,阻挡反响的连续进展。
热点4 锰、钼、钛等金属化合物的综合应用
例4钼是一种过渡金属元素,通常用作合金及不锈钢的添加剂,这种元素可增加合金的强度、硬度、可焊性及韧性,还可增加其耐高温及耐腐蚀性能。如图是化工生产中制备金属钼的主要流程图。
写出反响①的化学方程式: 。
反响①的尾气可以再利用,写出应用该尾气制得的两种重要化学试剂
。
假设在试验室模拟操作1 和操作2,则需要使用的主要玻璃仪器有
。(4)钼在空气中灼烧生成三氧化钼,三氧化钼溶于氢氧化钠溶液生成钼酸钠;三氧化钼不溶于盐酸或稀硫酸。钼酸钠的化学式为 。
2 2 4 2 4
(5)工业上制备复原性气体CO和H 的反响原理为CO+CH=高==温==2CO+2H,CH+
2 2
HO=高==温==CO+3H。含甲烷体积分数为80%的aL(标准状况)自然气与足量二氧化碳和水蒸气的混合物在高温下反响,甲烷转化率为90%,用产生的复原性气体(CO和H2)复原MoO3制钼,理论上能生产钼的质量为 (铜的相对原子质量为96)。
解析(1)二硫化钼与氧气在高温下反响生成三氧化钼和二氧化硫。(2)二氧化硫可收集再
利用,制备硫酸和盐类等。(3)操作1和操作2都是分别固体与液体混合物,都是过滤操作。(4)钼酸是二元酸,可直接写出钼酸钠。(5)依据反响方程式知,1mol甲烷完全反响
3 2, 2 3 2
生成4mol复原性气体,而:3CO+MoO=高==温==Mo+3CO3H+MoO=高==温==Mo+3HO,3
aL
mol复原性气体理论上生成1mol钼。n(CH)=
×80%,n(H
a
+CO)=
4 ·mol-1
2
a×72% a×72% 1
×80%×90%×4mol=

mol,n(Mo)=

×3mol=

mol,m(Mo)=

×96g·mol-1≈。
答案(1)2MoS+7O=高==温==2MoO+4SO
2 2 3
4
2
3
2
4
4
2
H2SO、NaSO[或NaSO、(NH)
2
4
SO等]
烧杯、漏斗、玻璃棒
Na2MoO4(5)