化工生产流程及无机物的推断.docx

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化工生产流程及无机物的推断

化工生产流程　无机物的推断

一、重要的化工工业生产流程

例1（2013·全国大纲·29）铝是一种应用广泛的金属，工业上用Al2O3和冰晶石（Na3AlF6）混合熔融电解制得。

①铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。

从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下：

②以萤石（CaF2）和纯碱为原料制备冰晶石的流程如下：

回答下列问题：

（1）写出反应1的化学方程式____________________________。

（2）滤液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是______________，反应2的离子方程式为________________________。

（3）E可作为建筑材料，化合物C是________，写出由D制备冰晶石的化学方程式____________________。

（4）电解制铝的化学方程式是__________________，以石墨为电极，阳极产生的混合气体的成分是__________________。

【答案】　

（1）2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O、2NaOH＋Al2O3===2NaAlO2＋H2O

（2）CaSiO32AlO

＋CO2＋3H2O===2Al（OH）3↓＋CO

（3）浓H2SO4　12HF＋3Na2CO3＋2Al（OH）3===2Na3AlF6＋3CO2＋9H2O

（4）2Al2O3

4Al＋3O2↑　O2、CO2（CO）

练习1．（2013·合肥市第二次质测·27）分子筛具有均匀的微孔结构，分子筛筛分作用如图。

由于分子筛具有吸附能力高，热稳定性强等其他吸附剂所没有的优点，使得分子筛获得广泛的应用。

某种型号的分子筛的工业生产流程可简单表示如下：

在加NH3·H2O调节pH的过程中，若pH控制不当会有Al（OH）3生成，假设生产流程中铝元素和硅元素均没有损耗，钠原子的利用率为10%。

（1）分子筛的孔道直径为4

（1

＝10－10m）称为4A型分子筛，当Na＋被Ca2＋取代时就制得5A型分子筛，当Na＋被K＋取代时就制得3A型分子筛。

要高效分离正丁烷（分子直径为4.65

）和异丁烷（分子直径为5.6

）应该选用________型分子筛。

（2）Al2（SO4）3溶液与Na2SiO3溶液反应生成胶体的离子方程式为__________________________。

（3）该生产流程中所得滤液里含有的离子除H＋、OH－外，主要为____________；检验其中金属阳离子的操作方法是______________________________________。

（4）加NH3·H2O调节pH后，加热到90℃并趁热过滤的原因可能是______________________________。

（5）该生产流程中所得分子筛的化学式为________。

解析：

（1）正丁烷与异丁烷的分子直径一个小于5A，一个大于5A，因此要分离正丁烷与异丁烷需选用5A型分子筛。

（2）Al3＋与SiO

在水溶液中发生双水解得到Al（OH）3胶体与硅酸胶体。

（3）利用原子守恒可知加入氨水调节pH后过滤的滤液中一定还含有Na＋、SO

以及NH

等；检验Na＋需用焰色反应。

（5）由原子守恒，再结合原子利用率可知生成的87.2g分子筛中含有0.2molAl、0.2molNa、1molSi，故该分子筛的化学式为Na2O·Al2O3·10SiO2·mH2O，利用Na（或Al、Si）守恒可知该分子筛的物质的量为0.1mol，

答案：

（1）5A

（2）2Al3＋＋3SiO

＋6H2O===2Al（OH）3（胶体）＋3H2SiO3（胶体）

（3）Na＋、NH

、SO

　将铂丝（或铁丝）放在酒精灯外焰上灼烧至无色时，蘸取待测溶液再放在酒精灯外焰上灼烧，若火焰呈黄色，说明待测液中含有Na＋

（4）加热能促进胶体凝聚，趁热过滤可防止其他杂质结晶析出

（5）Na（AlSi5O12）·3H2O（或Na2O·Al2O3·10SiO2·6H2O）

二、产品提纯的工艺流程

例2（2013·广东深圳市第二次调研·32）钒及其化合物用途广泛。

工业上常用含少量Al2O3的钒铁矿（FeO·V2O5）碱熔法提取V2O5。

简要流程如下：

已知：

①焙烧时可发生反应：

V2O5＋Na2CO3

2NaVO3＋CO2↑，Al2O3＋Na2CO2

2NaAlO2＋CO2↑

②常温下物质的溶解度：

NaVO3～21.2g/100g水；HVO3～0.008g/100g水

（1）“浸出渣B”的主要成分是________（写化学式）。

（2）生产中，不直接用H2SO4浸泡“烧渣A”获取得HVO3的原因是__________________________________。

（3）“操作①”包括________、洗涤。

如果不洗涤，则产品中可能含有的金属阳离子是________、________。

下列装置（部分夹持仪器省去）可用在实验室进行“操作②”的是________（填序号）。

（4）NaVO3用于原油的脱硫技术，由V2O5溶于NaOH溶液中制取，反应的离子方程式为________。

（5）V2O5还可用于将硅铁炼成钒铁。

生产中加入CaO可节能减排。

有关反应如下：

2V2O5（l）＋5Si（s）＋5CaO（s）===4V（s）＋5CaSiO3（s）　ΔH1＝－2096.7kJ·mol－1

已知：

CaSiO3（s）===CaO（s）＋SiO2（s）　ΔH＝＋92.5kJ·mol－1

计算：

2V2O5（l）＋5Si（s）===4V（s）＋5SiO2（s）　ΔH3＝________。

【解析】　

（1）由框图和题给已知条件可知，NaVO3和NaAlO2都溶于水，所以浸出渣B为铁的氧化物。

（3）因为H2SO4与NaVO3反应生成难溶的HVO3，而NaAlO2与H2SO4反应生成硫酸钠和硫酸铝，所以得到HVO3需要过滤，洗涤，如果不洗涤，则所得产物中可能含有的金属阳离子是Na＋、Al3＋，操作②是使HVO3受热分解得到V2O5，则需要装置D。

（4）V2O5溶于NaOH类似于Al2O3与NaOH的反应。

（5）对方程式依次编号为①②③，③＝①＋②×5，ΔH3＝ΔH1＋5×ΔH2。

【答案】　

（1）Fe2O3（或Fe3O4或Fe2O3和Fe3O4）

（2）H2SO4与NaVO3反应生成难溶的HVO3，HVO3包裹在一些烧渣的表面，阻碍了反应的进行，从而降低了HVO3产率，且使产生的HVO3不纯。

另外，铁的氧化物会和硫酸反应生成铁离子，增加干扰离子，消耗硫酸，浪费资源（3）过滤　Na＋　Al3＋　D

（4）V2O5＋2OH－

2VO

＋H2O（5）－1634.2kJ/mol

●跟踪练习

2．（2013·广东市综合测试

（二）·32）硼酸（H3BO3）大量应用于玻璃制造行业，以硼镁矿（2MgO·B2O3·H2O、SiO2及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3）为原料生产硼酸的工艺流程如下：

已知：

H3BO3在20℃、40℃、60℃、100℃时的溶解度依次为5.0g、8.7g、14.8g、40.2g。

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。

（1）由于矿粉中含CaCO3，“浸取”时容易产生大量泡沫使物料从反应器溢出，故应分批加入稀硫酸。

该反应的化学方程式为____________________。

（2）“浸出液”显酸性，含H3BO3和Mg2＋、SO

，还含有Fe3＋、Fe2＋、Ca2＋、Al3＋等杂质。

“除杂”时向浸出液中依次加入适量H2O2和MgO，除去的杂质离子是________。

H2O2的作用是____________（用离子方程式表示）。

（3）“浸取”后，采用“热过滤”的目的是__________________。

（4）“母液”可用于回收硫酸镁，已知硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线如图，且溶液的沸点随压强增大而升高。

为了从“母液”中充分回收MgSO4·H2O，应采取的措施是将“母液”蒸发浓缩，________。

解析：

（1）产生的大量泡沫中含有气体CO2。

（2）在酸性条件下H2O2可将Fe2＋氧化为Fe3＋；加入MgO是调节溶液的酸碱性而使Fe2＋、Fe3＋、Al3＋沉淀。

（3）热过滤是防止某些溶解度受温度影响较大的溶质因温度降低而析出，由信息可知该物质是H3BO3。

（4）由图像可知，温度较高时析出的晶体是MgSO4·H2O，而温度过高会使其失去结晶水，所以还应当使用加压的方法。

答案：

（1）CaCO3（粉末）＋H2SO4===CaSO4＋H2O＋CO2↑

（2）Fe3＋、Fe2＋、Al3＋

H2O2＋2H＋＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2H2O

（3）防止温度下降时H3BO3从溶液中析出（意思相同即可。

例如：

从H3BO3溶解度数据可知，温度较高时，H3BO3溶解度较大，不易从溶液中析出）（4）加压升温结晶

三、无机框图推断与元素化合物性质

例3（2013·高考命题研究专家原创卷）已知A～I均为中学化学中的常见物质，它们之间的转化关系如图所示，其中A、D为金属单质，反应过程中需要或生成的水及其他部分产物已略去。

请回答以下问题：

（1）B和F分别是__________________（填化学式）。

（2）写出下列反应的化学方程式：

①A与B在高温下反应：

__________②H在空气中转变为I：

________________________。

（3）E溶液中所有离子浓度由大到小的顺序是________。

（4）用离子反应方程式表示G溶液呈酸性的原因________________；该反应的平衡常数为________（已知常温下，H的溶度积常数Ksp＝8.0×10－16）。

【点拨】　本题以无机框图为载体，考查无机物的性质及化学反应原理，意在考查考生通过对实际事物、实验现象、实物、模型、图形、图表的观察，以及对自然界、社会、生产、生活中的化学现象的观察，获取有关的感性知识和印象，并进行初步加工、吸收、有序存储的能力。

【解析】　

（1）根据框中转化信息及题干信息，可以确定I为氢氧化铁。

A、D为金属单质，根据A和B的反应条件就可以联想到铝热反应，推测A、D为铝和铁，即A为铝，B为氧化铁，C为氧化铝，D为铁，E为偏铝酸钠，G为氯化亚铁，F为氢氧化铝，H为氢氧化亚铁，I为氢氧化铁。

（3）偏铝酸钠水解使溶液呈碱性，所以溶液中离子浓度大小顺序为c（Na＋）＞c（AlO

）＞c（OH－）＞c（H＋）。

（4）FeCl2溶液中，Fe2＋发生水解：

Fe2＋＋2H2OFe（OH）2＋2H＋，平衡常数K＝c2（H＋）/c（Fe2＋）＝

＝

＝1.25×10－13。

【答案】　

（1）Fe2O3、Al（OH3）

（2）①Fe2O3＋Al

Fe＋Al2O3　②4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3

（3）c（Na＋）＞c（AlO

）＞c（OH－）＞c（H＋）

（4）Fe2＋＋2H2OFe（OH）2＋2H＋　1.25×10－13

●跟踪练习

3．（2013·高考名校联考信息优化卷·18）A～L是由6种短周期元素组成的物质，各物质之间有如下转化关系：

已知：

a.C、E是气体单质，F是日常生活中的常用金属；b.B、J是氧化物，且J是能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体；c.化合物A、D、I、L的焰色反应为黄色；d.白色沉淀K既溶于H溶液，又溶于D溶液；e.反应①是工业上生产D和C的重要方法。

（1）元素C在元素周期表中的位置是________，D的电子式为________。

（2）写出有关反应的化学方程式：

反应①____________________________________________；

反应②（J过量）_________________________________。

（3）I溶液和L溶液混合能发生反应，其离子方程式为________________。

（4）A、D、G、H中能抑制水的电离的有________（填化学式）。

解析：

根据题意可知，J是能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体，知其为CO2；化合物A、D、I、L的焰色反应均为黄色，说明A、D、I、L均为Na的化合物；结合白色沉淀K既溶于H溶液，又溶于D溶液，初步判断白色沉淀K为Al（OH）3，进而判断F为Al；进一步推出A为NaCl，B为H2O，C为Cl2，D为NaOH，E为H2，F为Al，G为AlCl3，H为HCl，I为NaAlO2，J为CO2，K为Al（OH）3，L为NaHCO3。

答案：

（1）第三周期、第ⅦA族　

（2）2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋NaHCO3

（3）AlO

＋HCO

＋H2O===Al（OH）3↓＋CO

（4）NaOH、HCl

点拨：

本题考查无机框图推断，意在考查考生通过对实际事物、实验现象、实物、模型、图形、图表的观察，以及对自然界、社会、生产、生活中的化学现象的观察，获取有关的感性知识和印象，并进行初步加工、吸收、有序存储的能力。

4．（2013·福建省质检·24）硫化钠是重要的工业原料。

（1）高温时，等物质的量甲烷与硫酸钠在催化剂作用下恰好完全反应，制得硫化钠。

反应的化学方程式为__________________________。

（2）甲同学往某Na2S样品（含Na2CO3、Na2SO4杂质）溶液中加入少量BaS溶液，产生白色沉淀，过滤，向滤渣中加入过量盐酸，沉淀完全溶解。

由此得出结论：

相同温度下，Ksp（BaCO3）

①沉淀溶于盐酸的离子方程式是___________________。

②仅由上述实验无法判断Ksp（BaCO3）与Ksp（BaSO4）的大小关系，理由是___________________________。

（3）利用Na2S为沉淀剂由锌灰可制得ZnS。

锌灰经稀硫酸浸取后所得浸取液含Zn2＋、Cd2＋、Al3＋、Fe2＋、Fe3＋等，由该浸取液制备ZnS的工艺流程如图所示。

①步骤i所得滤渣中含有铝元素的物质为________（填化学式）。

②步骤ii所加ZnO的作用为____________________。

③步骤Ⅲ中得到Cd单质的离子方程式为____________。

答案：

（1）CH4＋Na2SO4

Na2S＋CO2＋2H2O

（2）①BaCO3＋2H＋===Ba2＋＋CO2↑＋H2O

②沉淀的形成除了与Ksp有关外，还与溶液中沉淀组成的离子浓度大小有关

（3）①Al（OH）3②调节溶液的pH，使Fe3＋形成Fe（OH）3沉淀

③Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋

●考点整合

1．重要的化工生产流程精要概括

2．物质制备类化工生产流程题的解题策略归纳

（1）明确原始物质及目标产物。

（2）明确化工生产流程主线的特点。

一个完整的物质制备化工生产流程一般具有下列特点

（3）熟悉常用的操作方法及其作用

对原料进行预处理的常用方法及其作用

①研磨——减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。

②水浸——与水接触反应或溶解。

③酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。

④灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。

⑤煅烧——改变结构，使一些物质能溶解。

并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土。

常用的控制反应条件的方法

①调节溶液的pH。

常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。

调节pH所需的物质一般应满足两点：

a．能与H＋反应，使溶液pH增大；b．不引入新杂质。

例如：

若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu（OH）2、Cu2（OH）2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。

②控制温度。

根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。

③控制压强。

改变速率，影响平衡。

④使用正催化剂。

加快反应速率，缩短达到平衡需要的时间。

⑤趁热过滤。

防止某物质降温时会析出。

⑥冰水洗涤。

洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗

（4）熟悉中学化学中出现的重要的化工生产的生产原理、工艺设计原理、相关思想、知识细节等；如工业合成氨、金属的冶炼、海水的开发利用、化石燃料的综合利用等。

3．无机推断题的应对策略

（1）焰色反应：

Na＋（黄色）、K＋（紫色）颜色反应：

含苯环的蛋白质遇浓硝酸显黄色

显色反应：

酚类遇含Fe3＋的溶液呈紫色

（2）雾或烟雾

①在空气中出现白雾：

HCl、HF、HBr、HI、NH3、浓HNO3

②燃烧出现白色烟雾：

P在Cl2中燃烧③燃烧出现棕黄色的烟：

Fe、Cu在Cl2中燃烧

（3）具有唯一性的现象

①溶于水显碱性的气体只有NH3②在空气中迅速由无色变为红棕色的气体只有NO

③在空气中能自燃的固体只有白磷④遇SCN－显血红色的只有Fe3＋；遇酚类显紫色的只有Fe3＋⑤遇Ba2＋生成白色沉淀且不溶于盐酸的只有SO

⑥遇Ag＋生成白色沉淀且不溶于稀硝酸的只有Cl－

（4）常用到催化剂的反应

2KClO3

2KCl＋3O2↑2SO2＋O2

2SO3

4NH3＋5O2

4NO＋6H2ON2＋3H2

2NH3

2H2O2

2H2O＋O2↑

（5）以惰性电极电解电解质溶液得三种产物的反应

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

2CuSO4＋2H2O

2H2SO4＋2Cu＋O2↑

（6）快速制取气体的反应（简易装置如右图）

①制O2

2H2O2

2H2O＋O2↑2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑

②制NH3

NH3·H2O

NH3↑＋H2O

③制HCl

浓盐酸中慢慢加入浓硫酸

④制Cl2

2KMnO4＋16HCl（浓）===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O

KClO3＋6HCl（浓）===KCl＋3Cl2↑＋3H2O

（7）与水作用产生气体的反应

“水”在框图推断题中常描述为“常温下为液本”。

①单质

2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑2F2＋2H2O===4HF＋O2

（8）与碱反应产生H2

金属单质：

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

非金属单质：

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑

（9）双水解且进行完全的反应

Al3＋与CO

、HCO

、S2－、HS－、AlO

易发生双水解反应；Fe3＋与CO

、HCO

易发生双水解反应。

但Fe3＋与S2－、HS－发生的是氧化还原反应而不是双水解反应。

（10）既能与强酸，又能与强碱反应的物质

Al、Al2O3、Al（OH）3、弱酸弱碱盐（如CH3COONH4）、弱酸或中强酸的酸式盐（NaHCO3、NaHS、NaHSO3、NaH2PO4、Na2HPO4等）、氨基酸。

（11）其他特征

①常温下，短周期元素中呈气态的单质（除稀有气体）：

H2、N2、O2、F2、Cl2。

②常见的同素异形体：

金刚石和石墨、O2和O3、白磷和红磷。

③地壳中含量居前四位的元素：

O、Si、Al、Fe。

④常温下呈液态的金属单质：

Hg，非金属单质：

Br2。

⑤常见的可燃性气体：

H2、CO、H2S、CH4、C2H4、C2H2等。

4．无机物的特殊性质和工业制法

解答此类题目的关键是要熟悉常见无机物的性质和用途。

能够通过阅读题目信息，迅速判断出符合条件的物质，并根据题目要求做出正确的推理。

在复习中要注意进行专题总结和记忆。

（1）重要无机物的特性

①Br2是常温下呈液态的非金属单质。

②氢氟酸能与SiO2反应而能雕刻玻璃。

③F2能与水剧烈反应生成氟化氢和氧气。

④冷、浓硫酸或浓硝酸能使铁、铝钝化。

⑤二氧化硫能使品红溶液褪色，褪色后的溶液受热后恢复红色。

⑥硅能与NaOH溶液反应放出氢气。

淀粉遇I2变蓝。

⑦氮气与氧气在放电的条件下化合生成NO。

⑧Fe3O4具有磁性

（2）重要无机物的工业制法

①钠：

电解熔融氯化钠。

②镁：

电解熔融氯化镁。

③铝：

电解熔融氧化铝。

④铁：

CO还原铁矿石（热还原法）。

⑤氯气：

电解饱和食盐水。

⑥硅：

在高温下，用焦炭还原二氧化硅。

⑦盐酸：

将氢气在氯气中燃烧所得的氯化氢溶于水。

⑧硫酸：

FeS2（或S）→SO2→SO3→H2SO4（接触法）。

⑨硝酸：

NH3→NO→NO2→HNO3（氨氧化法）。

●方法归纳

1．提纯类化工流程题的一般解题方法

（1）明确原料中含有的杂质和提纯需要得到的物质；

（2）阅读流程图，明确提纯的流程；

（3）明确常用的提纯方法

①水溶法：

除去可溶性杂质；②酸溶法：

除去碱性杂质；

③碱溶法：

除去酸性杂质；④氧化剂或还原剂法：

除去还原性或氧化性杂质；

⑤加热灼烧法：

除去受热易分解或易挥发的杂质；⑥调节溶液的pH法：

如除去酸性铜溶液中Fe3＋等。

（4）明确常用的分离方法

①过滤：

分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法；

②萃取和分液：

利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴；

③蒸发结晶：

提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl；

④冷却结晶：

提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。

⑤蒸馏或分馏：

分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。

⑥冷却法：

利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。

（5）物质分离、提纯的原则

①不增：

不引入新的杂质；②不减：

不减少被提纯物；

③易分离：

被提纯物与杂质容易分离；④易复原：

被提纯的物质易恢复原来的组成状态。

2．解答无机框图题的方法

解无机推断题的关键在于寻找突破口，突破口又称“题眼”，常见的突破口主要有以下几类：

（1）特殊结构

①原子个数比为11的化合物通常是H2O2、C2H2、C6H6、Na2O2等。

②“A≡A”分子必然是N2，三角锥形的分子是NH3、PH3等；

③具有正四面体结构的有CH4、CCl4、NH

、P4等。

④不含金属元素的离子化合物为铵盐。

（2）物质的特有颜色

常见的有颜色的物质

淡黄色固体

S、Na2O2、AgBr

浅绿色溶液

Fe2＋

红色固体

Cu、Cu2O

蓝色溶液

Cu2＋

紫黑色固体

I2、KMnO4

棕黄色溶液

Fe3＋

红棕色粉末

Fe2O3

红色溶液

Fe（SCN）3

黑色粉

末，晶体

MnO2、Fe3O4、

CuS、C、CuO

橙色、

橙红色溶液

溴水

红褐色沉淀

Fe（OH）3

蓝色晶体

CuSO4·5H2O

白色沉淀

AgCl、BaSO4、

Mg（OH）2、

Al（OH）3等

红棕色气体

NO2

Br2（g）

蓝色沉淀

Cu（OH）2

黄绿色气体

Cl2

（3）特殊的实验现象

①H2在Cl2中燃烧呈苍白色火焰。

②遇酚酞溶液变红色的气体是氨气。

③在空气中迅速由无色变为红棕色的气体是NO。

④Cl2通入含Br－的溶液中，会出现橙色，加入有机溶剂，在有机溶剂层出现橙红色；Cl2通入含有I－的溶液中，会出现深黄色，加入有机溶剂，在有机溶剂层出现紫红色。

⑤遇SCN－显红色或遇OH－生成红褐色沉淀的离子是Fe3＋。

⑥遇BaCl2溶液生成不溶于稀HNO3的白色沉淀，则溶液中可能含有Ag＋或SO