专题化工生产及无机流程题.docx

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专题化工生产及无机流程题

专题：

化工生产及无机流程题

[考纲要求]：

1、了解科学、技术、社会的相互关系，知道在化工生产中遵循“绿色化学”思想重要性。

2、了解氯碱工业、硫酸工业、合成氨工业、废水处理等工业的原理。

3、了解化工流程题的试题特点和备考策略

[呈现形式]：

流程图、表格、图像

[知识落点]：

基本理论、元素化合物、实验

[导入专题]：

化学知识越来越多的应用在工业生产和生活实际中，而这也成为高考命题的热点和难点，充分体现化学学科知识的实用性。

试题有时会以流程图的形式出现。

这类题目能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。

要求同学们既要熟知工业生产的基本原理，又要对流程图中所给出的信息进行提取、筛选，对同学的学科能力要求较高。

[案例引思]：

1、（2010姜堰）从粗产品硫酸锌固体除去铁、铜、镉等可溶性硫酸盐，从而得到纯净的硫酸锌，实验流程如下：

部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH参见下表，请回答下列问题：

沉淀物

Zn（OH）2

Fe（OH）2

Fe（OH）3

Cu（OH）2

Cd（OH）2

Mn（OH）2

pH值

8.0

9.7

3.2

6.7

9.4

10.4

（1）、“酸浸”步骤中，为提高锌的浸出率，可采取的措施有。

“酸浸”时适当补充少量水的原因是。

（2）、滤液I加入酸性KMnO4所发生反应的离子方程式为。

加入ZnO的原因是。

（3）、滤渣III的成份主要是。

（4）、从滤液III得到晶体的操作过程为、冷却结晶、过滤冼涤、小心干燥。

[讲解分析]：

（1）、增大硫酸浓度或加热升高温度或边加硫酸边搅拌或增加浸出时间（3分）（要求写出一条即可）。

防止硫酸锌中从溶液中析出。

（2分）

（2）、5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O（3分，不配平扣2分）

因为Fe3++3H2O

Fe（OH）3+3H+，ZnO+2H+=Zn2++H2O,加入ZnO能促进Fe3+水解生成Fe（OH）3而除去。

（3分）

（3）、Zn、Cd、Cu（3分，每个1分，填错倒扣分，扣完为止）（4）、蒸发浓缩（2分）

[知识整合]：

一、熟悉工业流程的几个常用的关键词

1、浸出：

固体加入水或酸溶解得到离子。

2、酸浸：

指在酸溶液中反应使可溶金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去溶解的过程。

3、水洗：

水洗通常是为了除去水溶性的杂质。

有机物洗涤：

减少晶体损失

4、灼烧（煅烧）：

原料的预处理，不易转化的物质转为容易提取的物质：

如海带中提取碘等

5、酸作用：

溶解、去氧化物（膜）、调节PH促进水解（沉淀）

6、碱作用：

去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节PH促进水解（沉淀）

7、氧化剂：

氧化某物质，转化为易于被除去（沉淀）的离子

8、控制PH值：

促进某离子水解，使其沉淀，利于过滤分离

9、煮沸：

促进水解，聚沉后利于过滤分离；除去溶解在溶液中的气体，如氧气

10、趁热过滤：

减少结晶损失；提高纯度

二、工业流程中的主要操作：

结晶、重结晶、洗涤、干燥、灼烧、分液、重复操作2-3次等

如结晶的几种方法：

（1）、当溶液是单一溶质时

①、所得晶体不带结晶水（如NaCl、KNO3）：

蒸发、结晶

②、所得晶体带结晶水：

蒸发浓缩（至有晶膜出现为止），冷却结晶，过滤

（2）当溶液中有两种或以上溶质时

要得到溶解度受温度影响小的溶质：

浓缩（结晶），趁热过滤

要得到溶解度受温度影响大的：

蒸发浓缩，冷却结晶

三、解题方法

1、首尾分析法：

对一些线型流程工艺（从原料到产品为一条龙生产工序）试题,首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质原材料与最后一种物质产品,从对比分析中找出原料与产品之间的关系,弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂分离提纯产品的化工工艺,然后再结合题设的问题,逐一推敲解答.

[典型例题]：

例1、（09上海）实验室用大理石等原料制取安全无毒的杀菌剂过氧化钙。

大理石的主要杂

质是氧化铁，以下是提纯大理石的实验步骤：

（1）、溶解大理石时，用硝酸而不同硫酸的原因是。

（2）、操作Ⅱ的目的是，溶液A（溶质是共价化合物）是。

（3）、写出检验滤液中是否含铁离子方程式：

。

（4）、写出加入碳酸铵所发生反应的离子方程式：

。

写出滤液B的一种用途：

。

（5）、CaO2中一般含CaO。

试按下列提示完成CaO2含量分析的实验设计。

试剂：

氢氧化钠标准溶液、盐酸标准溶液、酚酞仪器：

电子天平、锥形瓶、滴定管

实验步骤：

①；②加入；③加入酚酞，用氢氧化钠标准溶液滴定。

（6）、若理论上滴定时耗用标准溶液20.00mL恰好完全反应，实际操作中过量半滴（1mL溶液为25滴），则相对误差为。

[讲解分析]：

（1）、硫酸钙微溶于水

（2）、除去溶液中Fe3+氨水（合理即给分）

（3）、取少量滤液，向其中加入硫氰化钾溶液，溶液不变红色，说明滤液中不含Fe3+;或取少量滤液，向其中加入硫氰化钾溶液，溶液变红色，说明滤液中含Fe3+

（4）、Ca2++CO32-==CaCO3↓作化肥（合理即给分）（5）、称量过量的标准盐酸（6）、0.1％

[变式训练]：

1、聚合氯化铝是一种新型高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态碱式氯化铝[Al2（OH）nCl6－n]。

本实验采用铝盐溶液水解絮凝法制备碱式氯化铝。

其制备原料为分布广、价格廉的高岭土，化学组成为：

Al2O3（25%～34%）、SiO2（40%～50%）、Fe2O3（0.5%～3.0%）以及少量杂质和水分。

已知氧化铝有多种不同的结构，化学性质也有差异，且一定条件下可相互转化；高岭土中的氧化铝难溶于酸。

制备碱式氯化铝的实验流程如下：

[Al2（OH）nCl6－n]。

根据流程图回答下列问题：

⑴、“煅烧”的目的是_______________________________________________。

⑵、配制质量分数15％的盐酸需要200mL30％的浓盐酸（密度约为1.15g·cm－3）和_______g蒸馏水，配制用到的仪器有烧杯、玻璃棒、______________。

⑶、“溶解”过程中发生反应的离子方程式为_____________________________________。

⑷、加少量铝粉的主要作用是_____________________________________。

⑸、“调节溶液pH在4.2～4.5”的过程中，除添加必要的试剂，还需借助的实验用品是_______；“蒸发浓缩”需保持温度在90～100℃，控制温度的实验方法是__________。

[参考答案]：

⑴、改变高岭土中的结构，使其能溶于酸；⑵、230；量筒；⑶Al2O3＋6H＋＝2Al3＋＋3H2OFe2O3＋6H＋＝2Fe3＋＋3H2O；⑷、除去溶液中的铁离子；⑸、pH计（或精密pH试纸）；水浴加热

2、截段分析法：

用截断分析法解工艺流程题是一种主流解题方法.因为当前的化工生产,为了降低成本,减少污染,增加效益,大都设计成综合利用原材料,生产多种产品的工艺生产线.为此这种工艺流程题很多.用截断分析法解工艺流程题关键在于选对属型和如何截段,截几段更合理.一般截段以生产的产品为准点.但也不一定,特殊情况也很多,必须具体情况作具体分析.

[典型例题]：

例2、（09江苏）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C.KI溶液D.H2

（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

（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

[讲解分析]：

A、为了除去FeSO4溶液中的Fe3+，无疑应加入铁。

B、将FeSO4溶液与NH4HCO3溶液混合，由框图可知：

反应Ⅰ是复杂的，但过滤后得到FeCO3固体，这就不难看出，主要是HCO3—电离出CO32—与Fe2+结合生成FeCO3；（这就是“跟着感觉走”），但是HCO3—和Fe2+都能水解，且温度越高，水解程度越大，这就势必影响FeCO3的生成，故为了防止NH4HCO3分解（或减少Fe2+的水解），应将温度降低。

C、从反应II可知：

反应后溶液中主要成分是（NH4）2SO4，（NH4）2SO4中加入KCl和一定量的醇类溶剂，本身没有发生化学反应，但却得到K2SO4固体，不难联想到：

醇类溶剂的加入，使整体溶剂极性减弱，必然导致某些离子化合物的溶解度下降，从结果来看，加入醇类溶剂后，能降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出。

（这也是“跟着感觉走”）。

D、反应Ⅳ是用惰性电极电解（NH4）2SO4溶液，按照所学知识，应该是：

阴极H+得到电子生成H2，阳极OH—失去电子生成O2，但框图中却给出了（NH4）2S2O8溶液，这就断定阳极上是SO42—失去电子：

（这同样是“跟着感觉走”）。

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）

[变式训练]：

2、最近，我国利用生产磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸并联产水泥的技术研究获得成功。

具体生产流程如下：

回答下列问题：

（1）、操作a的名称是________，实验室中进行此操作的非玻璃仪器或用品有__________；在实验室中操作b的名称是_____________。

（2）、装置a中生成两种酸式盐，它们的化学式分别是____________________________。

（3）、依题意猜测固体A中一定含有的物质的化学式是__________（结晶水部分不写）。

（4）、热交换器是实现冷热交换的装置。

化学实验中也经常利用热交换来实现某种实验目的，气、液热交换时通常使用的仪器是____________。

（5）、制硫酸所产生的尾气除了含有N2、O2外，还含有SO2、微量的SO3和酸雾。

能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是。

（选填字母）

A.NaOH溶液、酚酞试液B.KMnO4溶液、稀H2SO4

C.碘水、淀粉溶液D.氨水、酚酞试液

[讲解分析]：

（1）过滤，铁架台（含铁圈）、滤纸，蒸发浓缩、冷却结晶；

（2）NH4H2PO4（NH4）2HPO4

（3）CaSO4（4）冷凝管（5）BC

[规律方法]：

一、应对策略：

1、认真读题：

首先将题目从头到尾粗读一遍，初步了解大意。

2、仔细分析：

理清下列关系：

①、原料与产品：

从某原料出发，要得到最终产品，必须除去什么元素、引进什么元素？

。

②、步骤与目的：

加入某种试剂，采取这样的方法，其目的是什么？

一般只考虑后面提问有关的步骤，其他不必清楚。

③、感觉与结果：

有的步骤不能读懂，这时主要看这一步的结果，“跟着感觉走”、“顺藤摸瓜”，用已学过的知识来“圆”这个结果，“难得糊涂”。

④、信息与迁移：

所给信息一定有用，而且一定用到，有时还需分解、重组、迁移到本题中来。

3、大胆回答：

大多数提问用所学知识便可直接回答，但个别地方往往有悖所学知识，这时就要考虑产物、环保、产量、成本等等。

二、注意外界条件对工艺流程的影响

在很多流程图的题目中，我们经常会看到压强、温度等外界条件的出现，不同的工艺对物质反应的温度或压强有不同的要求，它所起的作用也不一样，但却都是能否达到实验目的的关键所在，也是命题专家们经常要考察学生的地方。

这里主要说一说温度的影响，归纳总结之后，主要有以下几个方面的形式来考察学生：

①、趁热过滤（或冰水洗涤）的目的：

防止某物质降温时会析出（或升温时会溶解）而带入新的杂质；

②、冰水中反应或降温反应的目的：

防止某物质在高温时会溶解或为使平衡向着题目要求的方向移动；

③、反应中采取加热措施的作用：

一般是为了加快反应速率或加速某固体的溶解；

④、如题目中要求温度控制在某温度范围内（可用水浴或油浴来控制）：

一般有以下几个目的：

A、防止某种物质温度过高时会分解或挥发，也可能是为了使某物质达到沸点挥发出来，具体问题要具体分析。

如侯德榜制碱中，将CO2通入NaCl的氨溶液中，保持溶液的温度为（30+2）℃，可得NaHCO3晶体，温度控制在这个范围，目的就是防止NaHCO3分解。

而在Br2的制取过程中，出溴口的温度控制在80—90℃，目的就是要使Br2挥发出来而又减少水蒸气混入Br2中。

B、使催化剂的活性达到最好：

如合成氨或工业SO2氧化为SO3时，选择的温度是500℃左右，原因之一就是使催化剂的活性达到最高。

C、防止副反应的发生：

如乙醇的消去反应温度要控制在170℃，原因是就是在140℃时会有乙醚产生。

D、对于一些工艺来说，降温或减压可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的要求。

以上有关温度的总结只能说是有这种可能来考，具体问题要具体分析。

考点巩固

（1）

1、亚氯酸钠（NaClO2）是一种重要的含氯消毒剂。

以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：

已知：

①、NaClO2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、ClO2的沸点为283K，纯ClO2易分解爆炸，常用稀有气体或空气稀释防止爆炸性分解

③、HClO2在25℃时的电离常数与硫酸的第二步电离常数相当，可视为强酸。

（1）、160g·L－1NaOH溶液的物质的量浓度为_______________。

若要计算该溶液的质量分数，还需要的一个数据是_______________。

（2）、ClO2发生器中所发生反应的化学方程式为_____________________________________________。

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）、吸收塔中为防止产生NaClO2被继续还原成NaCl，所用还原剂的还原性应适中。

除H2O2处，还可以选择的还原剂是____________（填序号）

A．Na2O2B．Na2SC．FeCl2D．KMnO4

（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）、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

（6）、从滤液中得到NaClO2·3H2O晶体还必须进行的操作是____________（填操作名称）。

（1）4mol·L－1；溶液的密度；

（2）2NaClO3＋SO2＋H2SO4＝2ClO2＋2NaHSO4或2NaClO3＋SO2＝2ClO2＋Na2SO4（2分）b；（3）A；（4）定吸收塔内溶液的pH；（5）BED或ED；（6）重结晶

2、明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料，明矾石的组成和明矾相似，此外还含有氧化铝和少量氧化铁杂质。

具体实验步骤如下图所示：

根据上述图示，完成下列填空：

（1）、明矾石焙烧后用稀氨水浸出。

配制500mL稀氨水（每升含有39.20g氨）需要取浓氨水（每升含有251.28g氨）__________mL，用规格为_______mL量筒量取。

（2）、氨水浸出后得到固体混合体系，过滤，滤液中除K＋、SO42－外，还有大量的NH4＋。

检验NH4＋的方法是_______________________________________________________。

（3）、写出沉淀物中所有物质的化学式________________________________________。

（4）、滤液I的成分是水和______________。

（5）、为测定混合肥料K2SO4、（NH4）2SO4中钾的含量，请完善下列步骤：

①、称取钾氮肥试样并溶于水，加入足量______溶液，产生白色沉淀。

②、___________、__________、_________（依次填写实验操作名称）。

③冷却、称重。

（6）、若试样为mg，沉淀的物质的量为nmol，则试样中K2SO4的物质的量为：

______mol（用含有m、n的代数式表示）。

[答案]：

（1）、78；100。

（2）取滤液少许，加入NaOH，加热，生成的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。

（3）、Al（OH）3；Al2O3；Fe2O3。

（4）K2SO4；（NH4）2SO4。

（5）BaCl2；过滤；洗涤；干燥。

（6）

mol。

[解析]：

（1）、根据稀释前后溶质的质量不变得：

0.5L×39.2g/L＝v×251.28g/L，v＝0.078L＝78mL。

为了减少误差，最好选用与氨水的实际体积稍大一点的量筒即可。

（2）、NH4＋的检验方法是先将NH4＋中加入强碱，使之转化为NH3，然后检验NH3：

用润湿的红色石蕊试纸放在向移的试管口，试纸变蓝色，说明有氨气放出，原物质中含有铵根离子。

（3）Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH4＋，根据题意明矾石中含有Al2O3、Fe2O3，所以沉淀物为Al（OH）3、Al2O3和Fe2O3。

（4）由于明矾石组成与明矾相似，所以滤液的成分中含有K2SO4和反应后生成的（NH4）2SO4以及水。

（5）混合肥料中含有K2SO4和（NH4）2SO4，要产生白色沉淀，加入的溶液为BaCl2或Ba（NO3）2溶液，以后的操作为：

先将混合液过滤，然后洗涤，最后干燥，冷却后称量。

（6）根据题意有：

174n（K2SO4）＋132n[（NH4）2SO4]=mg……①，

再由SO

守恒得：

n（K2SO4）＋n[（NH4）2SO4]=nmol……②，n（K2SO4）＝

mol。

3、胆矾是一种常见的化合物，工业上它也是一种制取其它含铜化合物的原料。

现有废铜（主要杂质为Fe）来制备胆矾。

有人设计了如下流程：

pH值控制可参考下列数据

物质

开始沉淀时的pH值

完全沉淀时的pH值

氢氧化铁

2.7

3.7

氢氧化亚铁

7.6

9.6

氢氧化铜

5.2

6.4

请根据上述流程回答下列问题：

（1）、A物质可选用_____（填字母）。

a．稀H2SO4b．浓H2SO4/c．浓FeCl3溶液d．浓HNO3

（2）、I中加H2O2的目的_____________________________________________。

（3）、II中加Cu2（OH）2CO3的目的是___________________________________________；

其优点是____________________________________________________________。

（4）、III加热煮沸时发生的化学反应的离子方程式为________________________。

（5）、V中加H2SO4调节pH=1是为了____________________________________________。

（6）、V到VI的操作是

（7）、某工程师认为上述流程中所加的A物质并不理想，需作改进，其理由是__________。

如何改进___________________。

3

（1）b；

（2）将亚铁离子氧化为铁离子；

（3）中和过量的硫酸，调节溶液的pH，使Fe3+水解完全而沉淀；不引入新的杂质；

（4）Fe3++3H2O=Fe（OH）3↓+3H+；（条件：

加热）（5）抑制Cu2+的水解

（6）蒸发浓缩，冷却结晶，过滤（7）产生污染环境的二氧化硫，硫酸利用率低；加热，并在稀硫酸中通入氧气。

4、（07上海）将磷肥生产中形成的副产物石膏（CaSO4·2H2O）转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。

以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。

（1）、本工艺中所用的原料除CaSO4·2H2O、KCl外，还需要等原料

（2）、写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式：

（3）、过滤Ⅰ操作所得固体中，除CaCO3外还含有（填化学式）等物质，该固体可用作生产水泥的原料。

（4）、过滤Ⅰ操作所得滤液是（NH4）2SO4溶液。

检验滤液中含有CO32－的方法是：

。

（5）、已知不同温度下K2SO4在100g水中达到饱和时溶解的量如下表：

温度（℃）

0

20

60

K2SO4溶解的量（g）

7.4

11.1

18.2

60℃时K2SO4的饱和溶液591g冷却到0℃，可析出K2SO4晶体g

（6）、氯化钙结晶水合物（CaCl2·6H2O）是目前常用的无机储热材料，选择的依据是

A、熔点较低（29℃熔化）b、能导电c、能制冷d、无毒

（7）上述工艺流程中体现绿色化学理念的是：

。

[思路点拨]：

工业生产流程的设计和实验方案设计原理相似，只是在工业生产中对经济性、环保性等许多细节方面有着更高的要求，解题时应在实验室原理的基础上结合实际因素，充分读懂工业流程的每一个步骤的意义。

【解析】此题是一道以工业生产为背景的实验题，考查了实验基本操作、离子检验、溶解度计算等。

从生产流程图可以看出，所需原料除CaSO4·2H2O、KCl外，还需要氨气、石灰石和水。

硫酸钙是微溶的，碳酸钙是难溶的，因此石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后生成了碳酸钙和硫酸铵，生成的碳酸钙中混有石膏。

碳酸根的检验可用酸化的方法，若产生气泡说明虑液中含有碳酸根。

硫酸钾饱和溶液在结晶过程中溶剂的量不不变，查表可知不同温度下的溶解度，先求出591饱和液中含有的水是500g，在0℃可溶解硫酸钾37g，所以析出晶体54g。

作为储热材料，要求能在室温左右的温度下工作，且对人体无害，故选ad；绿色化学要求整个生产过程中不排放污染物，原子利用率高，因此生产流程中碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用。

（1）CaCO3NH3H2O

（2）CaSO4＋CO32－→CaCO3↓＋SO42－（3）CaSO4

（4）滤液中滴加盐酸产生气泡（5）54g（6）ad（7）、碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等（原子利用率高，没有有害物质排放到环境中）

5、（2010南通）以钛铁矿（主要成分是FeTiO3，钛酸亚铁）为主要原料冶炼金属钛，生产的工艺流程图如下，其中钛铁矿与浓硫酸反应的化学方程式为：

FeTiO3+2H2SO4==TiOSO4+FeSO4+2H2O

试回答下列问题：

（1）、钛铁矿和浓硫酸反应属于（选填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”）。

（2）、上述生产流程中加入物质A的目的是防止Fe2+被氧化，物质A是；上述制备TiO2的过程中，所得到的副产物和可回收利用的物质