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化学工艺流程


高考复习工艺流程、无机综合题解题策略
一、从下面四个小问题中体会答题的全面性和准确性: 1、将浓氨水滴入氢氧化钠固体中制取氨气,其原理是? 氢氧化钠溶于水放出大量热,温度升高,使氨的溶解度减小而放出;氧氧化钠吸水,促使氨放出;氢氧化 钠电离出的 OH?增大了氨水中 OH?浓度,促使氨水电离平衡左移,导致氨气放出。(往往只答到其中一点 或两点) 2、制取少量硝酸铜。一是用

铜与硝酸直接反应,二是用铜与氧气反应,再与硝酸反应,后者的优点是? 一是不产生污染气体,二是消耗的硝酸少(往往只答到第一点) 3、K2FeO4 在处理水的过程中所起的作用有哪些? 杀菌消毒、吸附悬浮物(或其他合理答案)(更多的回答是性质而不是在处理水时的作用。) 4、大理石的主要杂质是氧化铁,提纯时用硝酸酸溶,酸溶时通常控制反应温度不超过 700 C ,且不使用浓 硝酸,原因是? 防止反应速率过快 浓硝酸易挥发、分解 (可能会答成浓硝酸溶于水放出大量热;浓硝酸具有很强的 氧化性;钝化;浓硝酸不能使 Fe2O3 转化为 Fe;浓硝酸生成了 NOx,污染环境等。) 对某一工业反应,若温度需控制在 700 C 左右反应,我们要从反应速率去思考;为何要适当加热,过 高有什么不利之处?还要从物质的稳定性、反应物的挥发性等去思考;另外这种温度一般采取何种加热方 式? 二、典型试题分析 1.钡盐行业生产中 排出大量的钡泥[主要含有 HNO3 70℃ BaCO3 BaSiO3 BaSO3 Ba(FeO2)2 等]。某主要生 产 BaCl2、BaCO3、BaSO4 的化工厂利用钡泥制取 Ba(NO3)2,其部分工艺流程如下:

(1)酸溶后溶液中 pH=1 ,Ba(FeO2)2 与 HNO3 的反应化学方程式为 。 (2)酸溶时通常控制反应温度不超过 70℃,且不使用浓硝酸,原因是 、 。 (3)该厂结合本厂实际,选用的 X 为 (填化学式);中和Ⅰ使溶液中 (填离子符 号)的浓度减少(中和Ⅰ引起的溶液体积变化可忽略)。 (4)上述流程中洗涤的目的是 。 【参考答案】(1)Ba(FeO2)2+8HNO3=8Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O(2)防止反应速度过快 浓 HNO3 + + 易挥发、易分解(3)BaCO3 Fe3 、H (4)减少废渣中可溶钡盐对环境的污染 (凡合理答案均可) 2.以氯化钾和钛白厂的副产品硫酸亚铁为原料生产硫酸钾、过二硫酸钠和氧化铁红颜料,原料的综合利 用率较高。其主要流程如下:

(1)反应 I 前需在 FeSO4 溶液中加入

(填字母),以除去溶液中的 Fe 。

3?

A.锌粉 B.铁屑 C.KI 溶液 D. H 2 (2)反应Ⅰ需控制反应温度低于 35℃,其目的是 。 (3)工业生产上常在反应Ⅲ的过程中加入一定量的醇类溶剂,其目的是 。 (4)反应Ⅳ常被用于电解生产 ( NH 4 )2 S2O8 (过二硫酸铵)。电解时均用惰性电极,阳极发生地电极反应可 表示为 。 + 【参考答案】(1)B (2)防止 NH4HCO3 分解(或减少 Fe2 的水解)(3)降低 K2SO4 的溶解度,有利于 - 22K2SO4 析出。(4)2SO4 -2e 2S2O8
1

3.氮化硅硬度大、熔点高、不溶于酸(氢氟酸除外) ,是一种重要的结构陶瓷材料。一种用工业硅(含少 量钾、钠、铁、铜的氧化物) ,已知硅的熔点是 1420℃,高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合 成氮化硅的工艺主要流程如下:
硅块 粉碎 稀酸X 蒸馏水

H2 N2

无水氯化钙

铜 屑 600℃

硅胶

氮化炉 1200~1400℃ 18~36h

酸洗 接真空装置

水洗

后处理

氮化硅

(1)净化 N2 和 H2 时,铜屑的作用是: ;硅胶的作用是 。 (2)在氮化炉中 3Si (s)+2N2(g)=Si3N4(s) △ H=-727.5kJ/mol,开始时为什么要严格控制氮气的流速以控 制温度: ; 体系中要通入适量的氢气是为了 。 (3)X 可能是 (选填:“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”、“氢氟酸”)。 (4)如何说明氮化硅产品已用水洗干净? 。 (5)用硅粉作硅源、叠氮化钠(NaN3)作氮源,直接燃烧生成氮化硅(发生置换反应),该反应的化学 方程式为: 。 【参考答案】(1)除去原料气中的氧气;除去生成的水蒸气。(2)这是放热反应,防止局部过热,导致 硅熔化熔合成团,阻碍与 N2 的接触; 将体系中的氧气转化为水蒸气,而易被除去(若答将整个体系中 空气排尽也可得分)。(3)硝酸(4)洗涤后的滤出液呈中性(5)9Si+4NaN3 三、巩固练习
燃烧

3Si3N4 +4Na↑
? 3? 3?

1.医用氯化钙可用于生产补钙、抗过敏和消炎等药物。以工业碳酸钙(含有少量 Na 、Al 、Fe 等杂 志)生产医药级二水合氯化钙( CaCl2 ? 2 H 2 O 的质量分数为 97.0%~103.0%)的主要流程如下:

滤渣

(1)除杂操作是加入氢氧化钙,调节溶液的 pH 为 8.0~8.5,以除去溶液中的少量 Al 、Fe 。检验 。 Ca(OH ) 2 转化为CaCl2 ; (2) 酸化操作是加入盐酸, 调节溶液的 pH 约为 4.0, 其目的有: ①将溶液中的少量 ②防止 Ca
2?

3?

3?

Fe(OH ) 3 是否沉淀完全的试验操作是
在蒸发时水解;③
?


?1

(3) 测定样品中 Cl 含量的方法是: a.称取 0.7500g 样品, 溶解, 250mL 容量瓶中定容; 在 b.量取 25.00mL 待测溶液于锥形瓶中;c.用 0.05000 mol ? L

AgNO3 溶液滴定至终点,消耗 AgNO3 溶液体积的平均值为
。 。

20.39mL。 ①上述测定过程中需要溶液润洗的仪器有 ②计算上述样品中 CaCl2 ? 2 H 2 O 的质量分数为

③若用上述办法测定的样品中 CaCl2 ? 2 H 2 O 的质量分数偏高(测定过程中产生的误差可忽略),其可能 原因有 ; 。 【参考答案】(1)取少量上层清液,滴加 KSCN 溶液,若不出现血红色,则表明 Fe(OH)3 沉淀完全。 (2) 防止溶液吸收空气中 CO2 (3) ①酸式滴定管②99.9%③样品中存在少量的 NaCl 少量的 CaCl2 .2H2O 失水 + + + - - 2.工业碳酸钠(纯度约为 98%)中含有 Ca2 、Mg2 、Fe3 、Cl 和 SO42 等杂质,提纯工艺线路如下:

2

Ⅰ、碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的溶质如下图所示:

Ⅱ、25℃时有关物质的溶度积如下: 物质 Ksp CaCO3 4.96× -9 10 MgCO3 6.82× -6 10 Ca(OH)2 4.68× -6 10 Mg(OH)2 5.61× -12 10 Fe (OH)3 2.64× -39 10

回答下列问题:(1)加入 NaOH 溶液时发生的离子方程式为 。 + + + 25℃时,向含有 Mg2 、Fe3 的溶液中滴加 NaOH 溶液,当两种沉淀共存且溶液的 pH=8 时,c(Mg2 ): + c(Fe3 )= 。 (2)“趁热过滤”时的温度应控制在 。 (3)有人从“绿色化学”角度设想将“母液”沿流程中虚线所示进行循环使用。请你分析实际工业生产中 是否可行 ,并说明理由 。 (4)已知:Na2CO3· H2O(s)=Na2CO3(s)+10 H2O(g) 10 △ H=+ 532.36kJ· -1 mol Na2CO3· H2O(s)=Na2CO3· 2O(s)+9 H2O(g) △ H=+ 473.63kJ· -1 10 H mol 写出 Na2CO3· 2O 脱水反应的热化学方程式 H 。 - - - 【参考答案】(1)Fe3++3OH =Fe(OH)3↓,MgCO3 +2OH = Mg (OH) 2↓+CO32 ; 2.215× 21 (2)高 10 - - 于 36℃ (3)不可行; 若“母液”循环使用,则溶液 c(Cl )和 c(SO42 )增大,最后所得产物 Na2CO3 中混有杂质 - (4)Na2CO3· 2O(s)=Na2CO3(s) +H2O(g) △ H=+58.73kJ· H mol 1 3.亚氯酸钠(NaClO2)是一种重要的含氯消毒剂,主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌。以 下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图:
SO2 和空 气混合气 溶解 H2O ClO2 发生器 稀硫酸 LIULIU H2SO4 配料 NaClO2?3H2O 3 滤液 吸收塔 过滤 160g/L NaOH H2O2

NaClO3

已知:①NaClO2 的溶解度随温度升高而增大,适当条件下可结晶析出 NaClO2?3H2O。 ②纯 ClO2 易分解爆炸,一般用稀有气体或空气稀释到 10%以下安全。 ③160 g/L NaOH 溶液是指 160 gNaOH 固体溶于水所得溶液的体积为 1L。 (1)160 g/L NaOH 溶液的物质的量浓度为 。若要计算该溶液的质量分数, 还需要的一个条件是 (用文字说明)。 (2)发生器中鼓入空气的作用可能是 (选填序号)。 a.将 SO2 氧化成 SO3,增强酸性; b.稀释 ClO2 以防止爆炸; c.将 NaClO3 氧化成 ClO2 (3)吸收塔内的反应的化学方程式为 吸收塔的温度不能超过 20℃,其目的是 。 (4)在碱性溶液中 NaClO2 比较稳定,所以吸收塔中应维持 NaOH 稍过量,判断 NaOH 是否过量的简单实 验方法是 (5)吸收塔中为防止 NaClO2 被还原成 NaCl,所用还原剂的还原性应适中。除 H2O2 外,还可以选择的还 原剂是 (选填序号)。a.Na2O2 b.Na2S c.FeCl2 (6)从滤液中得到 NaClO2?3H2O 粗晶体的实验操作依次是 (选填序号)。 a.蒸馏 b.蒸发 c.灼烧 d.过滤 e.冷却结晶 要得到更纯的 NaClO2?3H2O 晶体必须进行的操作是 (填操作名称)。 【参考答案】(1)4 mol/L 该溶液的密度;(2)b; (3)2NaOH+2ClO2+H2O2=2 NaClO2+2 H2O+O2;防止H2O2分解;(4)连续测定吸收塔内溶液的pH; (5)a ;(6)b、e、d,重结晶。 4.稀土元素是周期表中 IIIB 族钪、钇和镧系元素的总称,它们都是很活泼的金属,性质极为相似,常见 化合价为+3。其中钇(Y)元素是激光和超导的重要材料。我国蕴藏着丰富的钇矿石(Y2FeBe2Si2O10), 以此矿石为原料生产氧化钇(Y2O3)的主要流程如下:
3

已知:①有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的 pH 如下表: ②在周期表中, 铍、 铝元素处于第二周期和第三周 开始沉淀时的 pH 完全沉淀时的 pH 期的对角线位置,化学性质相似。 Fe3+ 2.7 3.7 Y3+ 6.0 8.2 (1)钇矿石(Y 2 FeBe 2 Si 2 O 10 )的组成用氧化物的形 式可表示为 。 (2)欲从 Na2SiO3 和 Na2BeO2 的混合溶液中制得 Be(OH)2 沉淀。则①最好选用盐酸、 (填字母)两 种试剂,再通过必要的操作即可实现。 a.NaOH 溶液 b.氨水 c.CO2 气 d.HNO3 ②写出 Na2BeO2 与足量盐酸发生反应的离子方程式: 。 (3)为使 Fe3+沉淀完全,须用氨水调节 pH = a,则 a 应控制在 的范围内;检验 Fe3+是否沉淀 完全的操作方法是 。 + + 2- 【参考答案】(1)Y2O3· 2BeO· FeO· 2SiO2(2)①b ②BeO2 + 4 H = Be2 + 2H2O(3)3.7~6.0 取少量滤液,滴加几滴 KSCN 溶液,观察溶液是否变为血红色,若不变血红色,则说明 Fe3+沉淀完全 5.用菱锌矿(主要成分为碳酸锌,还含有Fe2+。、Fe3+、Mg2+、Ca2+、Cu2+等)制备氯化锌的 种流程如下.

(1)在反应3前要将菱锌矿研磨,其目的是 _______________________________________ 。 (2)反应4将Fe2+氧化为Fe3+,该反应的离子方程式为___________________________________。 (3)加入氧化锌调节pH=4.5,反应5的离子方程式为_____________________________________ 。 (4)锌粉不在反应4之前加入的原因是_________________________________________________________。 【参考答案】⑴增大反应物接触面积,使反应 3 反应速率加快 - - - - ⑵2Fe2++ClO +2H+=2Fe3++Cl +H2O 或 6Fe2++ClO3 +6H+=6Fe3++Cl +3H2O + 2+ 3+ + ⑶ZnO+2H =Zn +H2O Fe +3H2O Fe(OH)3↓+3H 或 3ZnO+2Fe3++3H2O=2Fe(OH)3↓+3Zn2+ ⑷Zn 与 H+以及 Fe3+反应,将增加 Zn 的用量以及后续实验中次氯酸钠(或氯酸钠)的用量(其他合理答案均可) ⑸H2 Cl2 Zn 6.美国科学家理查德-海克和日本科学家根岸英一、铃木彰因在研发“有机合成中的钯催化的交叉偶联”而 获得 2010 年度诺贝尔化学奖。有机合成常用的钯/活性炭催化剂长期使用,催化剂会被杂质(如:铁、有 机物等)污染而失去活性,成为废催化剂,需对其再生回收。一种由废催化剂制取氯化钯的工艺流程如下:
废催化剂 空气 焙烧1 700℃10h 甲酸 除PdO 加热至沸30min 氯化钯 Pd 王水 酸溶 浓氨水 除杂 pH 8~9 废渣 焙烧2 550℃ 烘干 漂洗 滤液 盐酸 酸析 过滤 弃液

Pd(NH3)2Cl2 沉淀

(1)甲酸在反应中的作用是 (选填:“氧化剂”、“还原剂”)。 (2)加浓氨水时,钯转变为可溶性[Pd(NH3)4]2+,此时铁的存在形式是 (写化学式)。 (3)钯在王水(浓硝酸与浓盐酸按体积比 1∶3)中转化为 H2PdCl4,硝酸还原为 NO,该反应的化学方程 式为: 。 (4)700℃焙烧 1 的目的是: ;550℃焙烧 2 的目的是: 。 【参考答案】(1)还原剂(2)Fe(OH)3(3)3Pd+12HCl+2HNO3=3H2PdCl4+2NO↑+4H2O(4)除去活性 炭及有机物;脱氨[将 Pd(NH3)2Cl2 转变为 PdCl2] 。
4


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