專題講座(三)無機(jī)化工流程題的突破策略

專題講座(三)無機(jī)化工流程題的突破策略一、題型結(jié)構(gòu)1.化工流程線路示意圖(1)箭頭:箭頭進(jìn)入的是投料(即反應(yīng)物)、出去的是生成物(包括主產(chǎn)物和副產(chǎn)物)。(2)三線:物料進(jìn)出線、操作流程線、循環(huán)操作線。2.涉及問題(1)原料的預(yù)處理。(2)反應(yīng)條件的控制(溫度、壓強(qiáng)、催化劑、原料配比、pH、溶劑等)。(3)反應(yīng)原理(化學(xué)平衡、水解平衡、化學(xué)反應(yīng)速率、反應(yīng)熱、電化學(xué)等)。(4)綠色化學(xué)問題(物質(zhì)循環(huán)利用、廢物的處理、原子利用率、能量充分利用等)。(5)化工安全(防爆、防污染、防中毒等)。二、解題思路及方法1.解題思路2.解題方法(1)首尾分析法:對線型流程工藝(從原料到產(chǎn)品為一條龍的生產(chǎn)工序)試題,首先對比分析流程圖中的第一種物質(zhì)(原材料)與最后一種物質(zhì)(產(chǎn)品),從此分析中找出它們的關(guān)系,弄清原料轉(zhuǎn)化的基本原理和除雜、分離、提純的化工工藝,再結(jié)合題設(shè)問題,逐一解答。(2)分段分析法:對于用同樣的原料生產(chǎn)多種(兩種或兩種以上)產(chǎn)品(含副產(chǎn)品)的工藝流程題,用此法更容易找到解題的切入點(diǎn)。(3)交叉分析法:有些化工生產(chǎn)選用多組原材料,先合成一種或幾種中間產(chǎn)品,再用這一中間產(chǎn)品與部分其他原材料生產(chǎn)所需的主流產(chǎn)品,這種題適合用交叉分析法。就是將提供的流程示意圖結(jié)合常見化合物的制取原理劃分成幾條生產(chǎn)流水線,然后上下交叉分析。典例共研1.(2016·北京卷,27)以廢舊鉛酸電池中的含鉛廢料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4為原料,制備高純PbO,實(shí)現(xiàn)鉛的再生利用。其工作流程如下:(1)過程Ⅰ中,在Fe2+催化下,Pb和PbO2反應(yīng)生成PbSO4的化學(xué)方程式是

。

(2)過程Ⅰ中,Fe2+催化過程可表示為:①寫出ⅱ的離子方程式:

。

②下列實(shí)驗(yàn)方案可證實(shí)上述催化過程。將實(shí)驗(yàn)方案補(bǔ)充完整。a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液,溶液幾乎無色,再加入少量PbO2,溶液變紅。b.

。②a證實(shí)的是催化過程ⅰ,故b應(yīng)證實(shí)催化過程ⅱ,需用a中的紅色溶液與鉛粉反應(yīng)。②b.取a中紅色溶液,向其中加入鉛粉后,紅色褪去答案:(3)①AB解析:(3)①過程Ⅱ脫硫過程中發(fā)生的反應(yīng)為PbSO4+2NaOHPbO+Na2SO4+H2O,濾液中還有剩余的NaOH,部分PbO溶解在濾液1中,所以重復(fù)使用的目的是減少PbO的損失,提高產(chǎn)品的產(chǎn)率,重復(fù)利用NaOH,提高原料的利用率,應(yīng)選A、B。①過程Ⅱ的目的是脫硫。濾液1經(jīng)處理后可在過程Ⅱ中重復(fù)使用,其目的是

(選填序號)。

A.減少PbO的損失,提高產(chǎn)品的產(chǎn)率B.重復(fù)利用NaOH,提高原料的利用率C.增加Na2SO4濃度,提高脫硫效率答案:②向PbO粗品中加入一定量的35%NaOH溶液,加熱至110℃,充分溶解后,趁熱過濾,冷卻結(jié)晶,過濾得到PbO固體解析:②根據(jù)PbO的溶解度曲線,應(yīng)選用35%的NaOH溶液,并加熱至110℃,使PbO充分溶解,趁熱過濾,冷卻結(jié)晶,再過濾即得高純PbO固體。②過程Ⅲ的目的是提純。結(jié)合上述溶解度曲線,簡述過程Ⅲ的操作:

。

解析:(1)SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO中只有二氧化硅不溶于鹽酸,所以A是二氧化硅。(2)通入二氧化碳能生成沉淀的只有偏鋁酸鈉。答案:(1)SiO2(2)NaAlO2+CO2+2H2OAl(OH)3↓+NaHCO32.某工業(yè)廢渣的主要成分為SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO?，F(xiàn)根據(jù)下列方案對其進(jìn)行處理以回收廢渣中的金屬元素?；卮鹣铝袉栴}:(1)固體A的化學(xué)式為

。

(2)反應(yīng)a的化學(xué)方程式為

。

(3)25℃時(shí),溶液中金屬離子的物質(zhì)的量濃度與溶液pH的關(guān)系如圖所示:①(Ⅰ)中調(diào)節(jié)pH為

;

②溶液D加入氫氧化鈉溶液的同時(shí)調(diào)節(jié)pH(Ⅱ)所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

;

③從圖中數(shù)據(jù)計(jì)算可得Mg(OH)2的溶度積Ksp[Mg(OH)2]約為

.

。

訓(xùn)練突破1.(2016·河南八市重點(diǎn)模擬)硫酸亞鐵銨[(NH4)2Fe(SO4)2]是一種重要的工業(yè)原料,能溶于水,不溶于乙醇,其工業(yè)制法如下。請回答:(1)步驟①中堿液洗滌的目的是

。

若將堿液換為酸液,可能產(chǎn)生的問題是

。解析:(1)油脂在堿性條件下會(huì)發(fā)生水解反應(yīng),產(chǎn)生可溶性的物質(zhì),結(jié)合流程知,純固體物質(zhì)A為Fe,則可知實(shí)驗(yàn)步驟①中堿液洗滌的目的是除去油污和鋅層;若將堿液換為酸液,油脂在酸性條件下水解程度小,Zn、Fe都會(huì)發(fā)生反應(yīng),出現(xiàn)鐵部分損失及油污未除凈等問題。答案:(1)除去油污和鋅層鐵部分損失(或油污未除凈)(2)步驟②中B可以是

(填字母),加入少量B的目的是

。

a.CuCl2

b.CuO c.Cu(NO3)2

d.CuSO4解析:(2)帶油污的鍍鋅鐵皮經(jīng)堿液洗滌后得到純凈的Fe,Fe與硫酸會(huì)發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生FeSO4和氫氣,若向其中加入少量的CuO,CuO與硫酸反應(yīng)產(chǎn)生CuSO4,Fe與CuSO4發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生的Cu單質(zhì)與鐵及硫酸就會(huì)構(gòu)成原電池,使反應(yīng)速率加快,直接加入CuSO4也會(huì)加快反應(yīng)速率,而加入CuCl2會(huì)引入雜質(zhì)Cl-,使物質(zhì)不純;Cu(NO3)2在酸性條件下具有強(qiáng)的氧化性,不能得到FeSO4,不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹＜尤肷倭緽的目的是加快鐵與稀硫酸的反應(yīng)速率。答案:(2)bd加快鐵與稀硫酸的反應(yīng)速率(3)步驟⑥中要用到少量乙醇洗滌,其目的是

。

解析:(3)從溶液中獲得的硫酸亞鐵銨表面有一定量的水,為了盡快去除水分,同時(shí)避免硫酸亞鐵銨晶體因溶解而損失,在步驟⑥中要用到少量乙醇洗滌,加快水的揮發(fā)。答案:(3)除去少量水并避免硫酸亞鐵銨晶體因溶解而損失(4)用硫酸亞鐵銨晶體配制溶液時(shí),需加入一定量硫酸,目的是

.

。

工業(yè)上常用酸性KMnO4溶液通過滴定的方法測定硫酸亞鐵銨樣品的純度,反應(yīng)的離子方程式為

。

準(zhǔn)確量取硫酸亞鐵銨溶液時(shí),硫酸亞鐵銨溶液應(yīng)盛放于

(填“酸式”或“堿式”)滴定管中。

(5)硫酸亞鐵銨晶體的樣品中可能含有的雜質(zhì)離子是

,實(shí)驗(yàn)室的檢驗(yàn)方法是

。

解析:(5)Fe2+具有還原性,容易被氧化產(chǎn)生Fe3+,所以在制取得到的硫酸亞鐵銨晶體的樣品中可能含有的雜質(zhì)離子是Fe3+,實(shí)驗(yàn)室的檢驗(yàn)方法是取少許樣品加入KSCN溶液,觀察是否有紅色出現(xiàn),若有紅色產(chǎn)生,就證明含有Fe3+,否則不含F(xiàn)e3+。答案:(5)Fe3+(或鐵離子)取少許樣品加入KSCN溶液,觀察是否有紅色出現(xiàn)2.(2016·山東臨沂模擬)工業(yè)上用某礦渣(含有Cu2O、Al2O3、Fe2O3、SiO2)制取銅的操作流程如下:已知:Cu2O+2H+Cu+Cu2++H2O(1)實(shí)驗(yàn)操作Ⅰ的名稱為

;在空氣中灼燒固體混合物D時(shí),用到多種硅酸鹽質(zhì)的儀器,除玻璃棒、酒精燈、泥三角外,還有

(填儀器名稱)。

答案:(1)過濾坩堝(2)濾液A中鐵元素的存在形式為

(填離子符號),生成該離子的離子方程式為

,

檢驗(yàn)濾液A中存在該離子的試劑為

(填試劑名稱)。

(3)金屬E與固體F發(fā)生的某一反應(yīng)可用于焊接鋼軌,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

(4)常溫下,等pH的NaAlO2和NaOH兩份溶液中,由水電離出的c(OH-)前者為后者的108倍,則兩種溶液的pH=

。

(4)11(5)①利用電解法進(jìn)行粗銅精煉時(shí),下列敘述正確的是

(填代號)。

a.電能全部轉(zhuǎn)化為化學(xué)能b.粗銅接電源正極,發(fā)生氧化反應(yīng)c.精銅作陰極,電解后電解液中Cu2+濃度減小d.粗銅精煉時(shí)通過的電量與陰極析出銅的量無確定關(guān)系②從濃硫酸、濃硝酸、蒸餾水中選用合適的試劑,測定粗銅樣品中金屬銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù),涉及的主要步驟為:稱取一定質(zhì)量的樣品→

→

過濾、洗滌、干燥→稱量剩余固體銅的質(zhì)量。(填缺少的操作步驟,不必描述操作過程的細(xì)節(jié))解析:(5)①a.部分電能轉(zhuǎn)化為熱能,錯(cuò)誤;b.粗銅接電源正極,發(fā)生氧化反應(yīng),正確;c.精銅作陰極,陽極上部分其他金屬進(jìn)入溶液導(dǎo)致析出的Cu大于溶解的Cu,故電解后電解液中c(Cu2+)減小,正確;d.粗銅精煉時(shí)通過的電量與陰極析出Cu的量有確定關(guān)系,錯(cuò)誤。②所缺步驟為:將濃H2SO4用蒸餾水稀釋,使樣品與足量稀硫酸充分反應(yīng)。答案:(5)①bc②將濃硫酸用蒸餾水稀釋,使樣品與足量稀硫酸充分反應(yīng)3.導(dǎo)學(xué)號

16972086氯化亞銅(CuCl)常用作有機(jī)合成工業(yè)中的催化劑,在空氣中迅速被氧化成綠色;見光則分解,變成褐色。下圖是工業(yè)上用制作印刷電路板的廢液(含F(xiàn)e3+、Cu2+、Fe2+、Cl-)生產(chǎn)CuCl的流程:根據(jù)以上信息回答下列問題:(1)生產(chǎn)過程中X為

,Y為

(填化學(xué)式)。

解析:(1)由濾渣②與Cl2反應(yīng)生成CuCl2知,濾渣②為Cu,故向廢液中加入過量的鐵粉,Fe3+與Fe粉反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Fe2+,Cu2+與Fe反應(yīng)生成Cu,然后過濾,濾渣①為過量的Fe和生成的Cu。根據(jù)Cu和Fe的活潑性,將濾渣溶于鹽酸。答案:(1)Fe

HCl(2)寫出產(chǎn)生CuCl的化學(xué)方程式:

。

(3)在CuCl的生成過程中理論上不需要補(bǔ)充SO2氣體,結(jié)合化學(xué)方程式和必要的文字說明理由:

。

(3)Cu與濃H2SO4反應(yīng)生成的CuSO4、SO2的物質(zhì)的量之比為1∶1,而生成CuCl的化學(xué)方程式中CuSO4、SO2的物質(zhì)的量之比恰為1∶1。(4)在CuCl