高考冲刺九：无机化工生产流程专题.doc

无机化工生产流程专题撰稿：房鑫【高考展望】一、考纲要求结合海水、金属矿物等自然资源综合利用的实例，了解运用物质性质和反应规律能实现物质间的转化。认识化学在环境监测与保护中的重要作用二、高考动向流程类试题往往通过对某种重要化工产品的工业生产流程简图分析, 考查应用化学反应原理、化学平衡原理、水解理论、物质制备和分离的知识、绿色化学以及以经济的视角分析实际生产中的各种问题的能力。与无机框图推断题不同，流程类试题摈弃虚拟的框图，它是以与工业生产和化学实验实际密切相关的物质的制备、分离和提纯为中心，以流程图为信息背景，以物质的性质、转化、分离等为考查点，将实验、元素化合物及理论等内容有机融合。与无机框图推断题相比，流程类试题的优点是：素材来源广泛，工业流程、最新科技成果信手拈来；流程中超纲的可以不设问，提问灵活，不受素材限制，有些小问的答案设计为开放或半开放也很方便；流程图只提供一个素材背景，即使其中某些物质推不出也不影响后面要回答的问题，减少了“连带丢分”，降低了猜题押题的风险。流程类试题最早出现在2000年的上海高考试题中，随后在江苏和广东高考试题中相继出现并逐步替代无机框图推断题，流程类试题替代无机框图推断题。 【方法点拨】流程类试题就是将实验过程或化工生产过程中的主要操作步骤或物质转换或生产流程用框图形式表示出来，并根据流程中有关的化学知识步步设问，形成与实验或化工生产紧密联系的试题。流程类试题一般涉及的是物质的分类思想、物质的分离和提纯、物质的推断、物质的鉴别、以及运用物质间相互反应的关系，侧重于综合运用化学知识解决问题的能力，分析、推理能力和语言表达能力的考查，对思维的逻辑推理要求较高。分析流程题需要掌握的技巧是：浏览全题，确定该流程的目的，看懂生产流程图；了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用；解析流程图并思考从原料到产品依次进行了什么反应，利用了什么原理。每一步操作进行到什么程度最佳，每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物，杂质或副产物是怎样除去的等等。【经典例题透析】类型一、以海水为原料的化工生产流程1.（2010上海卷）工业生产纯碱的工艺流程示意图如下：完成下列填空：（1）粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质（沉淀剂A来源于石灰窑厂），写出A、B的化学式。A _B _（2）实验室提纯粗盐的实验操作依次为：取样、_、沉淀、_、_、冷却结晶、_、烘干。（3）工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是_。碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是_。（4）碳酸化后过滤，滤液D最主要的成分是_（填写化学式），检验这一成分的阴离子的具体方法是：_。（5）氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D加入石灰水产生氨。加石灰水后所发生的反应的离子方程式为：_滤液D加石灰水前先要加热，原因是_。（6）产品纯碱中含有碳酸氢钠。如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为：（注明你的表达式中所用的有关符号的含义）解析：此题考查了物质的提纯、化学实验基本操作、实验结果的处理等知识。1）沉淀剂A源于石灰窑，说明其是生石灰或熟石灰；粗盐中的镁离子和钙离子一般用碳酸钠除去；2）实验室提纯粗盐的整个操作过程为：取样、溶解、沉淀、过滤、蒸发、冷却结晶、过滤、烘干几步；3）纯碱生产中碳酸化时，会看到溶液中析出晶体，这是由于碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠；4）根据操作过程，碳酸后溶液中主要是NH4Cl；检验其中的氯离子时，要经过取样，加硝酸酸化，加硝酸银，有白色沉淀，该阴离子是氯离子；5）滤液中主要含有的是氯化铵，其和石灰水反应时：NH4+OH-=NH3+H2O；由于滤液中还含有一定量的碳酸氢钠，故此加石灰水前先加热，是为防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀；6）假设加热前纯碱的质量为m1，加热后的质量为m2，则加热损失的质量为：m1-m2，则纯碱中碳酸氢钠的质量为：84（m1-m2）/31；故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为：。答案：1）Ca(OH)2或CaO；Na2CO3；2）溶解；过滤；蒸发；过滤；3）有晶体析出（或出现浑浊）；碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大；4）NH4Cl；取样，加硝酸酸化，加硝酸银，有白色沉淀，该阴离子是氯离子；5）NH4+OH-= NH3+H2O；防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀；6）(加热前纯碱的质量为m1，加热后的质量为m2)点评：解答实验问题时，要首先理清实验目的和实验原理，从实验的安全性、科学性和简约型入手进行解答。对化学实验数据进行处理时，要注意处理的合理性。举一反三：【变式1】食盐是日常生活的必需品，也是重要的化工原料。（1）粗食盐常含有少量K、Ca2、Mg2、Fe3、SO42等杂质离子，实验室提纯NaCl的流程如下：提供的试剂：饱和Na2CO3溶液 饱和K2CO3溶液 NaOH溶液 BaCl2溶液 Ba(NO3)2溶液 75%乙醇 四氯化碳欲除去溶液I中的Ca2、Mg2、Fe3、SO42离子，选出a所代表的试剂，按滴加顺序依次是_（只填化学式）。洗涤除去NaCl晶体表面附带的少量KCl，选用的试剂为_。（2）用提纯的NaCl配制500 mL 4.00 molL-1 NaCl溶液，所用仪器除药匙、玻璃棒外还有_（填仪器名称）。（3）电解饱和食盐水的装置如图所示，若收集的H2为2 L，则同样条件下收集的Cl2_（填“”、“=”或“”）2 L，原因是_。装置改进后可用于制备NaOH溶液，若测定溶液中NaOH的浓度，常用的方法为_。（4）实验室制备H2和Cl2通常采用下列反应：ZnH2SO4=ZnSO4H2MnO24HCl(浓)MnCl2Cl22H2O据此，从下列所给仪器装置中选择制备并收集H2的装置_（填代号）和制备并收集干燥、纯净Cl2的装置_（填代号）。可选用制备气体的装置：解析：（1）要除去SO42，只有选BaCl2溶液，若选用Ba(NO3)2，会引入新的离子NO3-，再选用NaOH溶液除去Mg2和Fe3溶液，最后选用Na2CO3溶液除去Ca2，此处不能选用K2CO3溶液，否则会引入新的K，再用HCl除去过量的CO32。Na2CO3溶液不能加在BaCl2溶液前，否则会引入Ba2。除去NaCl晶体表面的少量的KCl，应选用75%的乙醇，因为CCl4有毒，同时KCl也不会溶解在CCl4中。(3）2NaCl2H2O2NaOHCl2H2，在阴级区内产生的Cl2能与该区生成的NaOH反应NaCl、NaClO和H2O，使得部分的Cl2被消耗，所以同样条件下收集到的Cl2小于2L。思路点拨：除杂原则：（1）杂质必须除净，故所加除杂试剂须过量，（2）除杂不能引入新杂，过量试剂必须除去。答案：（1）BaCl2、NaOH、Na2CO3（错选或多选本小题不得分。NaOH溶液的加入顺序及是否答Na0H不影响得分） 75乙醇（2）天平、烧杯、500 mL容量瓶、胶头滴管（3） 电解生成的氯气与电解生成的NaOH发生了反应 酸碱中和滴定（4）e d2（2009年天津理综）海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列。从海水中提取食盐和溴的过程如下：（1）请列举海水淡化的两种方法：_、_。（2）将NaCl溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有H2、_、_、或H2、_。（3）步骤中已获得Br2，步骤中又将Br2还原为Br，其目的为_。（4）步骤用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95，有关反应的离子方程式为_，由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是_。（5）某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料，Br2的沸点为59。微溶于水，有毒性和强腐蚀性。他们参观生产过程后，设计了如下装置简图：请你参与分析讨论：图中仪器B的名称：_。整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因是_。实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件：_。C中液体产生颜色为_。为除去该产物中仍残留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液，充分反应后，再进行的分离操作是_。解析：电解NaCl溶液的方程式：2NaCl + 2H2O 2NaOH+H2+Cl2，其中Cl2有可能与NaOH会生成NaClO。步骤I中的Br2的浓度很小，多次用SO2反复吸收，最终用Cl2处理，则可获得大量的工业溴。溴具有强氧化性可以氧化SO2，生成H2SO4，因此要注意酸对设备的腐蚀问题。溴具有腐蚀性，可以腐蚀橡胶。蒸馏的目的，就是通过沸点不同而提纯Br2，所以要通过温度计控制好Br2沸腾的温度，尽可能使Br2纯净。本题考查了海水中提取溴的实验。答案：（1）蒸馏法、电渗析法、离子交换法及其其他合理答案中的任意两种（2）Cl2 NaOH NaClO（3）富集溴元素（4）Br2SO22H2O=4HSO422Br- 强酸对设备的严重腐蚀（5）冷凝管 Br2腐蚀橡胶控制温度计b的温度，并收集59的馏分深红棕色 分液（或蒸馏）点评：以下是海水提溴的流程示意图 举一反三：【变式1】在已经提取氯化钠、溴、镁等化学物质的富碘卤水中，采用下面工艺流程生产单质碘：试回答：（1）乙、丁中溶质的分子式：乙_，丁_。（2）第步操作中用稀硫酸浸洗的目的是_（填字母编号）A除去未反应的NO3-B除去未反应的I-C除去未反应的FeD除去碱性物质（3）第步操作可供提纯I2的两种方法是_和_（不要求写具体步骤）。（4）实验室检验I2的方法是_。（5）甲物质见光易分解变黑，其原因是（用化学方程式表示）_。解析：由流程图仔细分析，不难确定甲为AgI。甲到乙的反应为：Fe+2AgI=FeI2+2Ag。所以乙与适量Cl2的反应为：2FeI2+3Cl2=2FeCl3+2I2。第操作是为了除去混在 Ag中少量的Fe。I2易升华和易溶于有机溶液剂（苯、四氯化碳等），所以提纯I2的方法为升华和萃取。实验室中通常用 I2遇淀粉变蓝色，来检验I2的存在。AgI的稳定性较差，在光照条件下可分解生成黑色银粉末和I2。答案： （1）FeI2 FeCl3（2）C （3）升华 萃取 （4）将I2加入淀粉溶液，溶液显蓝色（5）2AgI2Ag+I2点评：从卤水提取和提纯I2的流程图看到：各步所涉及的反应并不复杂。其中铁屑与AgI的反应是中学化学中不常见的反应，但其原理却不复杂，在金属活动顺序表中铁排在银前，所以可置换出Ag。其实流程图中已摆明了这种反应。【变式2】目前世界上60%的镁是从海水提取的。海水提镁的主要流程如下：请回答下列问题：（1）从离子反应的角度思考，在海水中加入石灰乳的作用是 _，写出在沉淀池的离子方程式 _。（2）石灰乳是生石灰与水形成的化合物，从充分利用海洋化学资源，提高经济效益的角度，生产生石灰的主要原料来源于海洋中的 _。（3）操作A是 _， 操作B是 _。（4）加入的足量试剂a是 _（填化学式）。（5）无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，该反应的化学方程式为_。从考虑成本和废物循环利用的角度，副产物氯气可以用于 _。（6）海水提镁的过程，为什么要将海水中的氯化镁转变为氢氧化镁，再转变为氯化镁？ _。（7）有同学认为：可直接加热Mg(OH)2得到MgO，再电解熔融MgO制金属镁，这样可简化实验步骤，体现实验的简约性原则。你_（填“同意”或“不同意”）该同学的想法，理由是_。解析：海水中含镁离子，但浓度较低，所以首先向海水中加沉淀剂使Mg2+形成Mg(OH)2 沉淀从而富集镁元素。答案：（1）沉淀Mg2+ （或使Mg2+形成Mg(OH)2 沉淀） Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2 （2）贝壳（或牡蛎壳等） （3）过滤 （2分）， 加热浓缩、冷却结晶、过滤 （4）HCl （2分）（5）MgCl2（熔融） Mg + Cl2 制盐酸，循环使用。 （6）海水中氯化镁的含量很大，但镁离子浓度很低，该过程可以使镁离子富集，浓度高，且成本低。（7）不同意（1分），MgO熔点很高，熔融时耗费大量的能量而增加生产成本点评：尽管从海水中提取物质很复杂，但要设计成考试题，则必须要简化处理。实际考查所涉及到单质及其化合物的性质。尽管从海水中提取物质很复杂，但要设计成考试题，则必须要简化处理。实际考查所涉及到单质及其化合物的性质。下图是海水的综合利用：类型二、以矿石为原料的化工生产流程3.（2010福建卷）硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是ZnCO3，并含少量的Fe2O3 、FeCO3、 MgO、CaO等，生产工艺流程示意如下：（1） 将菱锌矿研磨成粉的目的是_。（2） 完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：Fe(OH)2+_+_=Fe(OH)3 +CI-(3)针铁矿（Goethite）是以德国诗人歌德（Goethe）名字命名的，组成元素是Fe、O和H，化学式量为89，化学式是_。（4）根据下表数据，调节“滤液2”的pH时，理论上可选用的最大区间为_。Mg(OH)2Zn(OH)2MgCO3CaCO3开始沉淀的pH10464沉淀完全的pH12480开始溶解的pH105Ksp566828 （5）工业上从“滤液3”制取MgO过程中，合适的反应物是_（选填序号） a大理石粉 b石灰乳 c纯碱溶液 d烧碱溶液 （6）“滤液4”之后的操作依次为_、_、过滤，洗涤，干燥。 （7）分析图中数据，菱锌矿粉中ZnCO3 的质量分数不低于_。 解析：（1） 将菱锌矿研磨成粉可以增加反应时的接触面积，使得反应更加充分 （2） 漂白粉的成分中含有次氯酸根，调节酸碱度后，具有较强的氧化性，能使+2价的铁离子氧化成+3价，氧化亚铁变成氧化铁必须增加氢氧元素的量，可以推测出另一种反应物为水，清楚了反应物，一般可以顺利的配平。 （3） 化学式量为89，组成元素是，其中铁的相对原子量为56，扣掉56剩下33，化学式中只能含有2个氧原子和1个氢原子，所以可能的组成为 （4）完全沉淀，开始溶解，而在的时候开始沉淀，为了使能完全析出不影响，溶液的酸碱度控制在范围 （5）a大理石粉难溶于水，选择熟石灰和烧碱溶液可以使溶液的碱性增强，有利于镁离子完全沉淀 （6）蒸发浓缩、冷却结晶能使晶体尽快的析出 （7）综合计算（不展开） 答案：(1) 增大反应物接触面积或增加反应时的接触面积，使反应更加充分。 (2) (3) （或其他合理答案） (4) （或其他合理答案） (5) b或(b和d);d (6) 蒸发浓缩、冷却结晶（或其他合理答案） (7) （或其他合理答案） 点评：考纲明确要求以金属矿物等自然资源综合利用为实例，了解运用物质性质和反应规律能实现物质间的转化。举一反三：【变式1】（2010广东理综卷）碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。以-锂辉石（主要成分为Li2OAl2O34SiO2）为原材料制备Li2CO3的工艺流程如下：已知：Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的PH分别为3.2、5.2、9.7和12.4；Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g（1）步骤前，-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是_（2）步骤中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li+、SO42-，另含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+等杂质，需在搅拌下加入_(填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”)以调节溶液的PH到6.0 6.5，沉淀部分杂质离子，然后分离得到浸出液。（3）步骤中，将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中，可除去的杂质金属离子有_（4）步骤中，生成沉淀的离子方程式为_（5）从母液中可回收的主要物质是_解析：（1）粉碎可以增大接触面积，加快反应速率（2）要增强溶液的碱性，只能加入石灰石（3）可以氧化为，石灰乳和使得沉淀（4）步骤生成的沉淀是,离子方程式为：（5）母液中的溶质是、，可以回收。答案：（1）加快反应速率（2）石灰石（3）（4）（5）类型三、以废料为原料的化工生产流程4以富含硫酸亚铁的工业废液为原料生产氧化铁的工艺如下(部分操作和条件略)；I 、从废液中提纯并结晶出FeSO47H2O。 II、将FeSO47H2O配制成溶液III、将FeSO4溶液与稍过量的NH4HCO3溶液混合，得到含FeCO3的浊液IV、 将浊液过滤，用90C热水洗涤沉淀，干燥后得到FeCO3固体V、煅烧FeCO3，得到Fe2O3固体已知：NH4HCO3在热水中分解(1)I中，加足量的铁屑除去废液中的Fe3+，该反应的离子方程式是_(2)II中，需加一定量硫酸，运用化学平衡原理简述硫酸的作用_(3)III中，生成FeCO3的离子方程式是_。若FeCO3浊液长时间暴露在空气中，会有部分固体表面变为红褐色，该变化的化学方程式是_。(4)IV中，通过检验来判断沉淀是否洗涤干净。检验操作是是_。(5)已知煅烧FeCO3的化学方程式是4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2，现煅烧464.0kg的FeCO3，得到316.8kg产品，若产品中杂质只有FeO，则该产品中的Fe2O3质量是_kg(摩尔质量/g:)解析：本题主要考查铁的不同价态间的相互转化以及陌生方程式书写。答案：(1)Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+(2)加入硫酸，H+浓度增大，使Fe2+ + 2H2OFe(OH)2 + 2H+的平衡向逆反应方向移动，从而抑制FeSO4的水解(3)Fe2+ + 2HCO3- = FeCO3+ CO2 + H2O4FeCO3 + 6H2O + O2 = 4Fe(OH)3 + 4CO2(4)取少量洗涤后的滤液放入试管中，滴加酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则沉淀洗涤干净 (5)288.0举一反三：【变式1】（09年江苏化学）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Fe3。A锌粉 B铁屑 CKI溶液 DH2（2）反应需控制反应温度低于35，其目的是_。（3）工业生产上常在反应的过程中加入一定量的醇类溶剂，其目的是_。（4）反应常被用于电解生产(NH4)2S2O8（二硫酸铵）。电解时均用惰性电极，阳极发生的电极反应可表示为_。解析：（1）在FeSO4溶液中除去溶液中的Fe3，最好选用铁屑或铁粉，比较简单。（2）如果温度过高会导致NH4HCO3分解同样也会加快Fe2的水解（温度越高水解速率越快）这样会使原料利用率降低。（3）由题目看出在III反应中生成的K2SO4 为固体，而K2SO4在无机溶剂中溶解度是比较大的，要想使K2SO4析出只能降低其溶解度所以加入醇类溶剂目的降低K2SO4的溶解度。（4）根据阴阳极反应原理阳极失电子发生氧化反应，此题实质是电解硫酸铵溶液，在根据反应后的产物得出正确的答案。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K2SO4 析出。（4）2SO42- -2e-S2O82- 点评：此题为化工生产题型，主要考查了化合物性质，电极方程式书写。做此类题要分析清楚每一个环节目的和结果是什么。这样才能判断各反应后的产物分别是什么。