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2015大一轮化专题讲座二 无机化工流程题复习策略与解题方法指导(含答案解析)


专题讲座二

无机化工流程题复习策略与解题 方法指导

二、热点题型探究 热点 1 碱金属及其矿物的开发利用 例 1 (2012· 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: K2SO4· MgSO4· 2CaSO4· 2H2O(s) 2Ca

2 +2K +Mg2 +4SO2 4 +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:

解析 解题时, 要依据制备 K2SO4 的工艺流程, 结合物质的分离与提纯的原则进行分析。 (1)杂卤石中加入 Ca(OH)2 溶液,Mg2 与 OH 结合生成 Mg(OH)2 沉淀,CaSO4 微溶于水,
+ -

过滤后,滤渣中含有 Mg(OH)2、CaSO4 及未溶解的杂卤石。 (2)加入 Ca(OH)2 溶液,Mg2 与 OH 结合生成 Mg(OH)2 沉淀,使 c(Mg2 )减小,杂卤石
+ - +

的溶解平衡正向移动,同时 c(Ca2 )与 c(SO2 4 )均增大,从而析出 CaSO4 沉淀,K 留在滤
+ - +

液中。 (3)滤液中含有 Ca2 、OH ,可先加入过量 K2CO3 溶液,除去 Ca2 ,过滤后,再加入稀
+ - +

H2SO4 调节溶液的 pH 至中性。 (4)由图可知,随着温度升高,溶浸平衡向右移动,K 的溶浸速率增大。 (5)CaSO4(s)+CO2 3
- +

c?SO2 4 ? - CaCO3(s)+SO2 - 。CaCO3(s)、CaSO4(s)分 4 的平衡常数 K= c?CO2 3 ?


别存在溶解平衡: CaCO3(s)


Ca2 (aq)+CO2 3 (aq), CaSO4(s)
+ - - -

Ca2 (aq)+SO2 4 (aq) ,
+ - + -

9 2 则有 Ksp(CaCO3)=c(Ca2 )· c(CO2 c(SO2 3 )= 2.80×10 ,Ksp(CaSO4)= c(Ca )· 4 )= 4.90×

Ksp?CaSO4? + -5 2- c?Ca2 ? c ? SO ? Ksp?CaSO4? 4.90×10 4 - 4 10 5,那么 K= = = = - -9=1.75×10 。 c?CO2 3 ? Ksp?CaCO3? Ksp?CaCO3? 2.80×10 + c?Ca2 ? 答案 (1)Mg(OH)2 CaSO4
+ - +

(2)加入 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 (3)K2CO3 H2SO4
+ +

(4)①溶浸平衡向右移动 ②K 的溶浸速率增大
- (5)CaSO4(s) + CO 2 3 - CaCO3(s) + SO 2 4 的平衡常数

c?SO2 4 ? K= - , 据 Ksp(CaSO4) 、 c?CO2 3 ?


Ksp(CaCO3) 可知, c(SO 2 4 )=
- -

c?SO2 Ksp?CaSO4? Ksp?CaCO3? 4 ? - , c(CO 2 ,则有 K = - = 2+ 2+ 3 )= c?Ca ? c?Ca ? c?CO2 3 ?


5 Ksp?CaSO4? 4.90×10 4 = -9=1.75×10 。 Ksp?CaCO3? 2.80×10

方法技巧 要求用理论回答的试题,应采用“四段论法”:改变了什么条件(或是什么条 件)→根据什么理论→有什么变化→得出什么结论。 精练 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:

答案

(1)CaSO4+2NH4HCO3===CaCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑

(2)加快化学反应速率,分离 NH4Cl 与 K2SO4 防止 KNO3 结晶,提高 KNO3 的产率 (3)加入 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,若有沉 淀生成,说明 K2SO4 中混有 KCl (4)CaSO4、KNO3 热点 2 镁、铝及其矿物的开发利用 例2 铝是重要的金属材料,铝土矿(主要成分是 Al2O3 和少量的 SiO2、Fe2O3 杂质)是工业上 制 取 铝 的 原 料 。 实 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]的工艺流程如图所示:

请回答下列问题: (1) 固体 a 的化学式为 ________ ,Ⅲ中通入足量 CO2 气体发生反应的离子方程式为 ________________________________________________________________________。 (2)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实 验操作依次为(填操作名称)________、冷却结晶、过滤洗涤。 (3)以 1 000 kg 含氧化铝 36%的铝土矿为原料制取 Al2(SO4)3,需消耗质量分数为 98%的 硫酸(密度 1.84 g· cm 3)________ L(保留一位小数)。


(4)若同时制取铵明矾和硫酸铝,通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得 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 SiO2。Al2O3 溶于烧碱生成 NaAlO2 溶液,在其中通入 CO2 生成 Al(OH)3 沉淀。 (2)Al(OH)3 分解生成 Al2O3,Al2O3 与稀硫酸、氨气反应生成铵明矾溶液。 98×3×360 (3)m(Al2O3)=1 000 kg×36%=360 kg,m(H2SO4)= kg=1 037.6 kg,需消耗 102 质量分数 98%的硫酸(密度 1.84 g· cm 3)为


1 037.6×103 g =575.4×103 mL=575.4 L。 - 1.84 g· mL 1×98%


(4)设制得的 Al2(SO4)3 和 NH4Al(SO4)2· 12H2O 的物质的量都是 1 mol,则 Al3 共 3 mol,
2 SO2 4 共 5 mol,根据铝元素和 SO4 守恒原理可得,加入 Al2O3 和 H2SO4 的物质的量之比
- -

3 为 ∶5=3∶10。 2 答案 (1)SiO2 AlO 2 + CO2 + 2H2O===HCO 3 + Al(OH)3↓
- -

(2)Al2O3 + 2H2SO4 + (4)3∶10

NH3===NH4Al(SO4)2+3H2O+Al(OH)3↓ 蒸发浓缩 (3)575.4 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,从中找出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 的系列问题也就可以解答了。 精练 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:

答案

(1)石灰乳原料丰富,成本低

(2) MgCl 2
通电

过滤

洗涤

(3)制备干燥的 HCl 气体

(4) MgCl2(熔融)=====Mg +Cl2↑

热点 3 铁、铜及其矿物的开发利用 例3 (2012 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:

答案

高温 (1)2CuFeS2+O2=====Cu2S+2FeS+SO2

高温 2FeS+3O2=====2FeO+2SO2[来源:学科网 ZXXK] 高温 (2)2Cu2S+3O2=====2Cu2O+2SO2 高温 2Cu2O+Cu2S=====6Cu+SO2↑ cd 高温 (3)3Cu2O+2Al=====Al2O3+6Cu (4)Fe3


可取适量酸性 KMnO4 溶液置于试管中,滴入几滴该溶液,若酸性 KMnO4 溶液


褪色或颜色变浅,说明该溶液中含有 Fe2 解析

(1)根据问题(1)信息中的反应物和生成物以及氧化还原反应的规律可写出两个化

学方程式。 (2)气体 A 中含有 SO2,SO2 是酸性氧化物,选用碱性溶液吸收。 (3)由泡铜制取粗铜, 是 Cu2O 和 Al 发生氧化还原反应,根据氧化还原反应的配平方法进 行配平可得化学反应方程式为 3Cu2O+2Al 高温,Al2O3+6Cu。 (4)向溶液中滴 加 KSCN 溶液,溶液呈血红色,可推知溶液中一定含有 Fe3 ;要检验溶


液中还含有 Fe2 ,可利用其还原性,具体操作:取适量酸性 KMnO4 溶液置于试管中,


滴入几滴该溶液,若 酸性 KMnO4 溶液褪色或颜色变浅,说明该溶液中含有 Fe2 。


方法技巧 解答无机化工流程图题的策略 (1)粗读题干,挖掘图示。图示中一般会呈现超出教材范围的知识,但题目中往往会有提 示或者问题中不涉及,所以一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。 (2)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”)、 实验操作方法等。 (3)跳跃思维, 规范答题。 答题时应注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。 精练 3 实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。 答案 (1)ACD

(2)4FeS+3O2+6H2SO4===2Fe2(SO4)3+6H2O+4S (3)铁粉 解析 (4)蒸发皿、玻璃棒 (5)C

(1)SO2 具有漂白性,能使品红褪色,SO2 有还原性,能被酸性 KMnO4 溶液、溴水

氧化,而使它们褪色。(3)溶液 X 为 Fe2(SO4)3,需加入还原剂将 Fe3 还原为 Fe2 ,又不
+ +

带入杂质离子,故需加入铁粉。(5)过程⑤中需将酸消耗而调高 pH,而 CaCO3 跟硫酸反 应会生成微溶于水的 CaSO4,阻止反应 的继续进行。 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,这种元素可增强合金的强 度、硬度、可焊性及韧性,还可增强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。

解析

(1)二硫化钼与氧气在高温下反应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 都是分离固体与液体混合物,都是过滤操 作。(4)钼酸是二元酸,可直接写出钼酸钠。(5)根据反应方程式知,1 mol 甲烷完全反应 生成 4 mol 还原性气体,而:3CO+MoO3=====Mo+3CO2,3H2+MoO3=====Mo+3H2O, aL a 3 mol 还原性气体理论上生成 1 mol 钼。n(CH4)= -1×80% ,n(H2+CO)= 22.4 22.4 L· mol ×80%×90%×4 mol = a×72% a×72% 1 0.72 a mol , n(Mo)= × mol= mol, m(Mo)= 5.6 5.6 3 16.8
高温 高温

0.72a - mol×96 g· mol 1≈4.11a g。 16.8 答案 (1)2MoS2+7O2=====2MoO3+4SO2
高温

(2)H2SO4、Na2SO3[或 Na2SO4、(NH4)2SO4 等] (3)烧杯、漏斗、玻璃棒 (4)Na2MoO4 (5)4.11a g


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