专题讲座(三)无机化工流程题的突破策略

专题讲座(三)无机化工流程题的突破策略一、题型结构1.化工流程线路示意图(1)箭头:箭头进入的是投料(即反应物)、出去的是生成物(包括主产物和副产物)。(2)三线:物料进出线、操作流程线、循环操作线。2.涉及问题(1)原料的预处理。(2)反应条件的控制(温度、压强、催化剂、原料配比、pH、溶剂等)。(3)反应原理(化学平衡、水解平衡、化学反应速率、反应热、电化学等)。(4)绿色化学问题(物质循环利用、废物的处理、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、解题思路及方法1.解题思路2.解题方法(1)首尾分析法:对线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题,首先对比分析流程图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品),从此分析中找出它们的关系,弄清原料转化的基本原理和除杂、分离、提纯的化工工艺,再结合题设问题,逐一解答。(2)分段分析法:对于用同样的原料生产多种(两种或两种以上)产品(含副产品)的工艺流程题,用此法更容易找到解题的切入点。(3)交叉分析法:有些化工生产选用多组原材料,先合成一种或几种中间产品,再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品,这种题适合用交叉分析法。就是将提供的流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线,然后上下交叉分析。典例共研1.(2016·北京卷,27)以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料,制备高纯PbO,实现铅的再生利用。其工作流程如下:(1)过程Ⅰ中,在Fe2+催化下,Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是

。

(2)过程Ⅰ中,Fe2+催化过程可表示为:①写出ⅱ的离子方程式:

。

②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液,溶液几乎无色,再加入少量PbO2,溶液变红。b.

。②a证实的是催化过程ⅰ,故b应证实催化过程ⅱ,需用a中的红色溶液与铅粉反应。②b.取a中红色溶液,向其中加入铅粉后,红色褪去答案:(3)①AB解析:(3)①过程Ⅱ脱硫过程中发生的反应为PbSO4+2NaOHPbO+Na2SO4+H2O,滤液中还有剩余的NaOH,部分PbO溶解在滤液1中,所以重复使用的目的是减少PbO的损失,提高产品的产率,重复利用NaOH,提高原料的利用率,应选A、B。①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用,其目的是

(选填序号)。

A.减少PbO的损失,提高产品的产率B.重复利用NaOH,提高原料的利用率C.增加Na2SO4浓度,提高脱硫效率答案:②向PbO粗品中加入一定量的35%NaOH溶液,加热至110℃,充分溶解后,趁热过滤,冷却结晶,过滤得到PbO固体解析:②根据PbO的溶解度曲线,应选用35%的NaOH溶液,并加热至110℃,使PbO充分溶解,趁热过滤,冷却结晶,再过滤即得高纯PbO固体。②过程Ⅲ的目的是提纯。结合上述溶解度曲线,简述过程Ⅲ的操作:

。

解析:(1)SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO中只有二氧化硅不溶于盐酸,所以A是二氧化硅。(2)通入二氧化碳能生成沉淀的只有偏铝酸钠。答案:(1)SiO2(2)NaAlO2+CO2+2H2OAl(OH)3↓+NaHCO32.某工业废渣的主要成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO。现根据下列方案对其进行处理以回收废渣中的金属元素。回答下列问题:(1)固体A的化学式为

。

(2)反应a的化学方程式为

。

(3)25℃时,溶液中金属离子的物质的量浓度与溶液pH的关系如图所示:①(Ⅰ)中调节pH为

;

②溶液D加入氢氧化钠溶液的同时调节pH(Ⅱ)所发生反应的离子方程式为

;

③从图中数据计算可得Mg(OH)2的溶度积Ksp[Mg(OH)2]约为

.

。

训练突破1.(2016·河南八市重点模拟)硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]是一种重要的工业原料,能溶于水,不溶于乙醇,其工业制法如下。请回答:(1)步骤①中碱液洗涤的目的是

。

若将碱液换为酸液,可能产生的问题是

。解析:(1)油脂在碱性条件下会发生水解反应,产生可溶性的物质,结合流程知,纯固体物质A为Fe,则可知实验步骤①中碱液洗涤的目的是除去油污和锌层;若将碱液换为酸液,油脂在酸性条件下水解程度小,Zn、Fe都会发生反应,出现铁部分损失及油污未除净等问题。答案:(1)除去油污和锌层铁部分损失(或油污未除净)(2)步骤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)带油污的镀锌铁皮经碱液洗涤后得到纯净的Fe,Fe与硫酸会发生置换反应产生FeSO4和氢气,若向其中加入少量的CuO,CuO与硫酸反应产生CuSO4,Fe与CuSO4发生置换反应产生的Cu单质与铁及硫酸就会构成原电池,使反应速率加快,直接加入CuSO4也会加快反应速率,而加入CuCl2会引入杂质Cl-,使物质不纯;Cu(NO3)2在酸性条件下具有强的氧化性,不能得到FeSO4,不能达到实验目的。加入少量B的目的是加快铁与稀硫酸的反应速率。答案:(2)bd加快铁与稀硫酸的反应速率(3)步骤⑥中要用到少量乙醇洗涤,其目的是

。

解析:(3)从溶液中获得的硫酸亚铁铵表面有一定量的水,为了尽快去除水分,同时避免硫酸亚铁铵晶体因溶解而损失,在步骤⑥中要用到少量乙醇洗涤,加快水的挥发。答案:(3)除去少量水并避免硫酸亚铁铵晶体因溶解而损失(4)用硫酸亚铁铵晶体配制溶液时,需加入一定量硫酸,目的是

.

。

工业上常用酸性KMnO4溶液通过滴定的方法测定硫酸亚铁铵样品的纯度,反应的离子方程式为

。

准确量取硫酸亚铁铵溶液时,硫酸亚铁铵溶液应盛放于

(填“酸式”或“碱式”)滴定管中。

(5)硫酸亚铁铵晶体的样品中可能含有的杂质离子是

,实验室的检验方法是

。

解析:(5)Fe2+具有还原性,容易被氧化产生Fe3+,所以在制取得到的硫酸亚铁铵晶体的样品中可能含有的杂质离子是Fe3+,实验室的检验方法是取少许样品加入KSCN溶液,观察是否有红色出现,若有红色产生,就证明含有Fe3+,否则不含Fe3+。答案:(5)Fe3+(或铁离子)取少许样品加入KSCN溶液,观察是否有红色出现2.(2016·山东临沂模拟)工业上用某矿渣(含有Cu2O、Al2O3、Fe2O3、SiO2)制取铜的操作流程如下:已知:Cu2O+2H+Cu+Cu2++H2O(1)实验操作Ⅰ的名称为

;在空气中灼烧固体混合物D时,用到多种硅酸盐质的仪器,除玻璃棒、酒精灯、泥三角外,还有

(填仪器名称)。

答案:(1)过滤坩埚(2)滤液A中铁元素的存在形式为

(填离子符号),生成该离子的离子方程式为

,

检验滤液A中存在该离子的试剂为

(填试剂名称)。

(3)金属E与固体F发生的某一反应可用于焊接钢轨,该反应的化学方程式为

。

(4)常温下,等pH的NaAlO2和NaOH两份溶液中,由水电离出的c(OH-)前者为后者的108倍,则两种溶液的pH=

。

(4)11(5)①利用电解法进行粗铜精炼时,下列叙述正确的是

(填代号)。

a.电能全部转化为化学能b.粗铜接电源正极,发生氧化反应c.精铜作阴极,电解后电解液中Cu2+浓度减小d.粗铜精炼时通过的电量与阴极析出铜的量无确定关系②从浓硫酸、浓硝酸、蒸馏水中选用合适的试剂,测定粗铜样品中金属铜的质量分数,涉及的主要步骤为:称取一定质量的样品→

→

过滤、洗涤、干燥→称量剩余固体铜的质量。(填缺少的操作步骤,不必描述操作过程的细节)解析:(5)①a.部分电能转化为热能,错误;b.粗铜接电源正极,发生氧化反应,正确;c.精铜作阴极,阳极上部分其他金属进入溶液导致析出的Cu大于溶解的Cu,故电解后电解液中c(Cu2+)减小,正确;d.粗铜精炼时通过的电量与阴极析出Cu的量有确定关系,错误。②所缺步骤为:将浓H2SO4用蒸馏水稀释,使样品与足量稀硫酸充分反应。答案:(5)①bc②将浓硫酸用蒸馏水稀释,使样品与足量稀硫酸充分反应3.导学号

16972086氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂,在空气中迅速被氧化成绿色;见光则分解,变成褐色。下图是工业上用制作印刷电路板的废液(含Fe3+、Cu2+、Fe2+、Cl-)生产CuCl的流程:根据以上信息回答下列问题:(1)生产过程中X为

,Y为

(填化学式)。

解析:(1)由滤渣②与Cl2反应生成CuCl2知,滤渣②为Cu,故向废液中加入过量的铁粉,Fe3+与Fe粉反应转化为Fe2+,Cu2+与Fe反应生成Cu,然后过滤,滤渣①为过量的Fe和生成的Cu。根据Cu和Fe的活泼性,将滤渣溶于盐酸。答案:(1)Fe

HCl(2)写出产生CuCl的化学方程式:

。

(3)在CuCl的生成过程中理论上不需要补充SO2气体,结合化学方程式和必要的文字说明理由:

。

(3)Cu与浓H2SO4反应生成的CuSO4、SO2的物质的量之比为1∶1,而生成CuCl的化学方程式中CuSO4、SO2的物质的量之比恰为1∶1。(4)在CuCl