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步步高专题三 专题讲座二 无机化工流程题复习策略与解题方法指导


专题讲座二

无机化工流程题复习策略与解题方法指导

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 ― → 分离提纯 ― → 获得产品 (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。 + + 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: 侯氏制碱中的 NaHCO3;还有如 H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等 物质。 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 (3)获得产品阶段的常见考点 ①洗涤(冰水、热水)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。 ②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。 ③蒸发浓缩、冷却结晶:如除去 KNO3 中的少量 NaCl。 ④蒸发结晶、趁热过滤:如除去 NaCl 中的少量 KNO3。 ⑤重结晶 (4)其他常见考点
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①化学方程式 ②实验仪器 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 (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) 2Ca2 +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:

(1)滤渣主要成分有________和________以及未溶杂卤石。 + (2) 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 原 因 : ______________________________________________________________________。 (3)“除杂”环节中, 先加入________溶液, 经搅拌等操作后, 过滤, 再加入_________ 溶液调滤液 pH 至中性。 + (4)不同温度下, K 的浸出浓度与溶浸时间的关系见右图。 由图可得,随着温度升高, ①________________, ②__________________。 (5)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 CaCO3(s)+SO2 3 4 - 已知 298 K 时,Ksp(CaCO3)=2.80×10 9,Ksp(CaSO4)= - 4.90×10 5,求此温度下该反应的平衡常数 K(计算结果保留三位有效数字)。 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:

(1)反应Ⅰ中,CaSO4 与 NH4HCO3 的物质的量之比为 1∶2,该反应的化学方程式为 ______________________________________________________________________。 (2)反应Ⅱ需在干态、加热的条件下进行,加热的目的是_______________________ _____________________________________________________________________; 从反应Ⅳ所得混合物中分离出 CaSO4 的方法是趁热过滤,趁热过滤的目的是 _____________________________________________________________________。 (3)检验反应Ⅱ所得 K2SO4 中是否混有 KCl 的方法是:取少量 K2SO4 样品溶解于水, _____________________________________________________________________。 (4)整个流程中,可循环利用的物质除(NH4)2SO4 外,还有________(填化学式)。 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:

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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 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________。 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:

回答下列问题: (1) 工 业 上 从 盐 卤 中 获 取 Mg(OH)2 用 石 灰 乳 而 不 用 NaOH 溶 液 的 原 因 是 ______________________________________________________________________。 (2)从过程①得到的 Mg(OH)2 沉淀中混有少量的 Ca(OH)2,除去少量 Ca(OH)2 的方法 是先将沉淀加入到盛有________溶液的烧杯中,充分搅拌后经________、______(填 操作方法)可得纯净的 Mg(OH)2。 (3)下图是该兴趣小组设计进行过程③的实验装置图:

其中装置 A 的作用是________________________________________________。 (4)写出过程④中发生反应的化学方程式________________________________。 热点 3 铁、铜及其矿物的开发利用 例 3 近年来,硫化铜矿的湿法冶炼技术已经取得了很大的进展。现有一种催化氧化 酸浸硫化铜矿的冶炼法,其工艺流程如图 1 所示:

反应温度、固液比、反应时间、氯离子浓度都对铜的浸出率有较大的影响,下面是
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实验得出的这几种因素对铜的浸出率影响的变化曲线图(如图 2~图 5 所示)。

回答下列问题: (1)火法炼铜的主要反应:①2CuFeS2+4O2=====Cu2S+3SO2+2FeO(炉渣);②2Cu2S +3O2=====2Cu2O+2SO2;③2Cu2O+Cu2S=====6Cu+SO2↑;则由 1 mol CuFeS2 生成 1 mol Cu, 共消耗________ mol O2。 在反应③中氧化剂为________, 当有 0.3 mol 电子发生转移时,生成 SO2 的体积为________(标准状况)。 (2)写出反应 1 的化学方程式:________________,湿法炼铜与火法炼铜相比,优点 是____________________________________________________________________。 (3)从溶液中得到 FeSO4· 7H2O 晶体的操作是________________________________; 实验时常用乙醇洗涤晶体,优点是_________________________________________。 (4)根据实验以及工业生产的实验要求, 从下表中得出的最佳工艺条件为________(填 序号)。 - - 选项 反应温度/℃ 固液比 c(Cl )/mol· L 1 反应时间/h A 100 0.7 7 1∶5.5 B 95 0.8 6 1∶5 C 110 0.9 8 1∶6 迁移应用 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。
1 200 ℃ 1 200 ℃ 800 ℃

(1)将过程②产生的气体通入下列溶液中,溶液会褪色的是________。 A.品红溶液 B.紫色石蕊试液 C.酸性 KMnO4 溶液 D.溴水 (2)过程①中,FeS、O2 和 H2SO4 反应的化学方程式为________。 (3)过程③中需加入的物质是________________。 (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调节 pH 可选用下列试剂中的________(填序号)。 A.稀硫酸 B.CaCO3 C.NaOH 溶液 (6)过程⑥中,将溶液 Z 加热到 70~80 ℃,目的是________。 (7)实验室为测量所得到的聚铁样品中铁元素的质量分数,进行下列实验。①用分析 天平称取 2.700 0 g 样品;②将样品溶于足量的盐酸后,加入过量的 BaCl2 溶液;③ 过 滤 、 洗 涤 、 干 燥 , 称 重 得 固 体 质 量 为 3.495 0 g 。 若 该 聚 铁 的 主 要 成 分 为 [Fe(OH)(SO4)]n,则该聚铁样品中铁元素的质量分数为________。(假设杂质中不含 铁元素和硫元素)

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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。

(1)写出反应①的化学方程式:___________________________________________。 (2)反应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_______ ___________________________________________________________。 (3)如果在实验室模拟操作 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________。 (5)工业上制备还原性气体 CO 和 H2 的反应原理为 CO2+CH4=====2CO+2H2,CH4 +H2O=====CO+3H2。含甲烷体积分数为 80%的 a L(标准状况)天然气与足量二氧 化碳和水蒸气的混合物在高温下反应, 甲烷转化率为 90%, 用产生的还原性气体(CO 和 H2)还原 MoO3 制钼,理论上能生产钼的质量为________。
高温 高温

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