专题32工业流程试题分析与突破.docx
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专题32工业流程试题分析与突破
工业流程试题分析与突破
例1、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_________。
（2）完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：
。
（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__________________。
Mg（OH）2
Zn（OH）2
MgCO3
CaCO3
开始沉淀的pH
10.4
6.4
—
—
沉淀完全的pH
12.4
8.0
—
—
开始溶解的pH
—
10.5
—
—
Ksp
5.6×10－12
—
6.8×10－6
2.8×10－9
（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________。
例2、氯碱工业是化学工业的基础，如图为一种降低能耗，利用氯碱工业产物的联产示意图。
试回答下列问题：
（1）X气体为________（填化学式）。
（2）写出B中燃料电池负极的电极反应式：
____________________。
（3）已知：
①Mg（s）＋Cl2（g）===MgCl2（s） ΔH＝－641kJ·mol－1
②
Ti（s）＋Cl2（g）===
TiCl4（l） ΔH＝－385kJ·mol－1
写出Mg与TiCl4反应的热化学方程式：
_______________，该反应过程中还应控制的反应条件是________________。
例3、利用化学原理对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。
（一）染料工业排放的废水中含有大量的NO，可以在碱性条件下加入铝粉除去（加热废水会产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体）。
除去NO的离子方程式为___________________。
（二）某工厂对制革工业污泥中Cr（Ⅲ）回收与再利用工艺如下（硫酸浸取液中金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Fe2＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋）：
常温下部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
（1）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是__________________（至少写一条）。
（2）调pH＝8是为了除去________（填Fe3＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋）。
（三）印刷电路铜板腐蚀剂常用FeCl3。
腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的浓度均为0.10mol·L－1，请参照上表给出的数据和提供的药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的实验步骤：
①______________；②________________；③过滤。
（提供的药品：
Cl2、浓H2SO4、NaOH溶液、CuO、Cu）
例4、工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2、Fe2O3等杂质为原料冶炼铝的工艺流程如下：
对上述流程中的判断正确的是（ ）
A．试剂X为稀硫酸，沉淀中含有硅的化合物
B．反应Ⅱ中生成Al（OH）3的反应为CO2＋AlO
＋H2O===Al（OH）3↓＋HCO
C．结合质子（H＋）的能力由强到弱的顺序是OH－>AlO
>CO
D．Al2O3的熔点很高，工业上还可采用电解熔融AlCl3冶炼Al
【高考风向标】
1．（2014年高考安徽卷）LiPF6是锂离子电池中广泛应用的电解质。
某工厂用LiF、PCl5为原料，低温反应制备LiPF6，其流程如下：
已知：
HCl的沸点是－85.0℃，HF的沸点是19.5℃。
（1）第
步反应中无水HF的作是、。
反应设备不能用玻璃材质的原因是（用化学方程式表示）。
（2）该流程需在无水条件下进行，第
步反应中PCl5极易水解，其产物为两种酸，写出PF5水解的化学方程式：
。
（3）第
步分离采用的方法是；第
步分离尾气中HF、HCl采用的方法是。
（4）LiPF6产品中通常混有少量LiF。
取样品wg，测得Li的物质的量为nmol，则该样品中LiPF6的物质的量为mol（用含有w、n的代数式表示）。
2．（2014年高考福建卷）
（1）铁及其化合物与生产、生活关系密切。
用废铁皮制取铁红（Fe2O3）的部分流程示意图如下：
①步骤I若温度过高，将导致硝酸分解。
其分解的化学方程式为。
②步骤Ⅱ中发生反应：
4Fe（NO3）2＋O2＋（2n＋4）H2O＝2Fe2O3·nH2O＋8HNO3，反应产生的HNO3又将废铁皮中的铁转化为Fe（NO3）2，该反应的化学方程式为。
③上述生产流程中，能体现“绿色化学”思想的是（任写一项）。
（2）已知t℃时，反应FeO（s）＋CO（g）
Fe（s）＋CO2（g）的平衡常数K＝0.25。
①t℃时，反应达到平衡时n（CO）：
n（CO2）＝。
②若在1L密闭容器中加入0.02molFeO（s），并通入xmolCO，t℃时反应达到平衡。
此时FeO（s）转化率为50%，则x＝。
3．（2014年高考天津卷）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为：
N2（g）+3H2（g）
2NH3（g）∆H=—92.4kJ•mol‾1
一种工业合成氨的简易流程图如下：
（1）天然气中的H2S杂质常用常用氨水吸收，产物为NH4HS。
一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：
。
（2）步骤II中制氯气原理如下：
对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的是。
a.升高温度b.增大水蒸气浓度c.加入催化剂d.降低压强
利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量。
若1molCO和H2的混合气体（CO的体积分数为20%）与H2O反应，得到1.18molCO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为。
（3）下左图表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。
根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：
。
（4）依据温度对合成氨反应的影响，在下右图坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。
（5）上述流程图中，使合成氨放出的热量得到充分利用的主要步骤是（填序号），简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：
。
4．（2014年高考江苏卷）烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。
实验室用粉煤灰（主要含Al2O3、SiO2等）制备碱式硫酸铝[Al2（SO4）x（OH）6—2x]溶液，并用于烟气脱硫研究。
（1）酸浸时反应的化学方程式为；滤渣Ⅰ的主要成分为（填化学式）。
（2）加CaCO3调节溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2（SO4）3转化为Al2（SO4）x（OH）6—2x。
滤渣Ⅱ的主要成分为（填化学式）；若溶液的pH偏高，将会导致溶液中铝元素的含量降低，其原因是（用离子方程式表示）。
（3）上述流程中经完全热分解放出的SO2量总是小于吸收的SO2量，其主要原因是；与吸收SO2前的溶液相比，热分解后循环利用的溶液的pH将（填“增大”、“减小”或“不变”）。
5．（2014年高考四川卷）污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。
某化学研究小组利用软锰矿（主要成分为MnO2，另含有少量头铁、铝、铜、镍等金属化合物）作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2（反应条件已略去）。
请回答下列问题：
（1）上述流程脱硫实现了____（选填下列字母编号）。
A．废弃物的综合利用B．白色污染的减少C．酸雨的减少
（2）用MnCO3能除去溶液中Al3＋和Fe3＋，其原因是_____。
（3）已知：
25℃、101kpa时，Mn（s）＋O2（g）＝MnO2（s）△H＝－520kJ/mol
S（s）＋O2（g）＝SO2（g）△H＝－297kJ/mol
Mn（s）＋S（s）＋2O2（g）＝MnSO4（s）△H＝－1065kJ/mol
SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是___________________________。
（4）MnO2可作超级电容器材料。
用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式是。
（5）假设脱除的SO2只与软锰矿浆中的MnO2反应。
按照图示流程，将am3（标准状况）含SO2的体积分数为b%的尾气通入矿浆，若SO2的脱除率为89.6%，最终得到MnO2的质量为ckg，则除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素相当于MnO2___________kg。
6．（2014年高考广东卷）石墨在材料领域有重要应用。
某初级石墨中含SiO2（7.8%）、Al2O3（5.1%）、Fe2O3（3.1%）和MgO（0.5%）等杂质。
设计的提纯和综合应用工艺如下：
（注：
SiCl4的沸点是57.6ºC，金属氯化物的沸点均高于150ºC）
（1）向反应器中通入Cl2前，需通一段时间的N2，主要目的是。
（2）高温反应后，石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物。
气体I中的氯化物主要为。
由气体II中某物质得到水玻璃的化学方程式为。
（3）步骤①为：
搅拌、。
所得溶液IV中阴离子有。
7.（2013·四川卷）明矾石经处理后得到明矾[KAl（SO4）2·12H2O]。
从明矾制备Al、K2SO4和H2SO4的工艺过程如下所示：
焙烧明矾的化学方程式为：
4KAl（SO4）2·12H2O+3S＝2K2SO4+2Al2O3+9SO2+48H2O
请回答下列问题：
（1）在焙烧明矾的反应中，还原剂是。
（2）从水浸后的滤液中得到K2SO4晶体的方法是。
（3）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）2，该电池反应的化学方程式是。
（4）焙烧产生的SO2可用于制硫酸。
已知25℃、101kPa时：
2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g）△H1=一197kJ/mol；
2H2O（g）＝2H2O
（1）△H2＝一44kJ/mol；
2SO2（g）+O2（g）+2H2O（g）＝2H2SO4（l）△H3＝一545kJ/mol。
则SO3（g）与H2O（l）反应的热化学方程式是。
8.（2013·江苏卷）氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。
硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。
以菱镁矿（主要成分为MgCO3，含少量FeCO3）为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下：
（1）MgCO3与稀硫酸反应的离子方程式为。
（2）加入H2O2氧化时，发生反应的化学方程式为。
（3）滤渣2的成分是（填化学式）。
800℃
（4）煅烧过程存在以下反应：
800℃
2MgSO4+C======2MgO+2SO2↑+CO2↑
MgSO4+C======MgO+SO2↑+CO↑
800℃
MgSO4+3C======MgO+S↑+3CO↑
利用右图装置对煅烧产生的气体进行分步吸收或收集。
D中收集的气体可以是（填化学式）。
B中盛放的溶液可以是（填字母）。
a．NaOH溶液b．Na2CO3溶液c．稀硝酸d．KMnO4溶液
A中得到的淡黄色固体与热的NaOH溶液反应，产物中元素最高价态为+4，写出该反应的离子方程式：
。
9.（2013·安徽卷）二氧化铈（CeO2）是一种重要的稀土氧化物。
平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末（含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质）。
某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如下：
（1）洗涤滤渣A的目的是为了去除（填离子符号），检验该离子是否洗涤的方法是。
（2）第②步反应的离子方程式是，滤渣B的主要成分是。
（3）萃取是分离稀土元素的常用方法，已知化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，TBP（填“能”或“不能”）与水互溶。
实验室进行萃取操作是用到的主要玻璃仪器有、烧杯、玻璃棒、量筒等。
（4）取上述流程中得到的Ce（OH）4产品0.536g，加硫酸溶解后，用0.1000mol•L-1FeSO4标准溶液滴定终点是（铈被还原为Ce3+），消耗25.00mL标准溶液，该产品中Ce（OH）4的质量分数为。
10.（2013·山东卷）TiO2既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。
（1）实验室利用反应TiO2（s）+CCl4（g）
TiCl4（g）+CO2（g），在无水无氧条件下制备TiCl4，实验装置示意图如下：
有关物质性质如下表
物质
熔点/℃
沸点/℃
其他
CCl4
-23
76
与TiCl4互溶
TiCl4
-25
136
遇潮湿空气产生白雾
仪器A的名称是，装置E中的试剂是。
反应开始前依次进行如下操作：
组装仪器、、加装药品、通N2一段时间后点燃酒精灯。
反应结束后的操作包括：
停止通N2
熄灭酒精灯
冷却至室温。
正确的顺序为（填序号）。
欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是。
（2）工业上由钛铁矿（FeTiO3）（含Fe2O3、SiO2等杂质）制备TiO2的有关反应包括：
90℃
酸溶FeTiO3（s）+2H2SO4（aq）==FeSO4（aq）+TiOSO4（aq）+2H2O（l）
水解TiOSO4（aq）+2H2O（l）==H2TiO3（s）+H2SO4（aq）
简要工艺流程如下：
试剂A为。
钛液Ⅰ需冷却至70℃左右，若温度过高会导致产品TiO2收率降低，原因是。
取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H2O2后出现微红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是。
这种H2TiO3即使用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO2也会发黄，发黄的杂质是（填化学式）。
11.（2013·山东卷）废旧硬质合金刀具中含碳化钨（WC）、金属钴（Co）及少量杂质铁，利用电解法可回收WC和Co。
工艺流程简图如下：
（1）解时废旧刀具做阳极，不锈钢做阴极，HCl溶液为电解液。
阴极主要的电极反应式为。
（2）净化步骤所得滤饼的主要成分是。
回收的洗涤液代替水配制电解液，目的是回收利用其中的。
⑶溶液I的主要成分是。
洗涤CoC2O4不充分对最终产品纯度并无明显影响，但焙烧时会造成环境污染，原因是。
⑷将Co2O3还原成Co粉的化学反应方程式为。
12.（2013·上海卷）溴化钙可用作阻燃剂、制冷剂，具有易溶于水，易吸潮等性质。
实验室用工业大理石（含有少量Al3+、Fe3+等杂质）制备溴化钙的主要流程如下：
完成下列填空：
（1）.上述使用的氢溴酸的质量分数为26%，若用47%的氢溴酸配置26%的氢溴酸的氢溴酸500ml，所需的玻璃仪器有玻璃棒、。
（2）.已知步骤Ⅲ的滤液中不含NH4+。
步骤Ⅱ加入的试剂a是，控制溶液的pH约为8.0的目的是、。
（3）.试剂b是，步骤Ⅳ的目的是。
（4）.步骤Ⅴ所含的操作依次是、。
（5）.制得的溴化钙可以通过如下步骤测定其纯度：
①称取4.00g无水溴化钙样品；②溶解；③滴入足量Na2CO3溶液，充分反应后过滤；④；⑤称量。
若得到1.88g碳酸钙，则溴化钙的质量分数为（保留两位小数）。
13.（2013·广东卷）银铜合金广泛用于航空工业。
从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：
（注：
Al（OH）3和Cu（OH）2开始分解的温度分别为450℃和80℃）
（1）电解精炼银时，阴极反应式为；滤渣A与稀HNO3反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，该气体变色的化学方程式为。
（2）固体混合物B的组成为；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为。
（3）完成煅烧过程中一个反应的化学方程式：
CuO+Al2O3
CuAlO2+↑。
（4）若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理论上5.0kg废料中的铜可完全转化为molCuAlO2，至少需要1.0mol•L—1的Al2（SO4）3溶液L。
（5）CuSO4溶液也可用于制备胆矾，其基本操作是、过滤、洗涤和干燥。
14.（2013·福建卷）二氧化氯（ClO2）是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂。
（1）氯化钠电解法是一种可靠的工业生产ClO2方法。
①用于电解的食盐水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质。
其次除杂操作时，往粗盐水中先加入过量的________（填化学式），至沉淀不再产生后，再加入过量的Na2CO3和NaOH，充分反应后将沉淀一并滤去。
经检测发现滤液中仍含有一定量的SO42-，其原因是___________（已知：
Ksp（BaSO4）=1.1×10-10Ksp（BaCO3）=5.1×10-9）
②该法工艺原理如右。
其过程是将食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠（NaClO3）与盐酸反应生成ClO2。
工艺中可以利用的单质有____________（填化学式），发生器中生成ClO2的化学方程式为_______________________________。
（2）纤维素还原法制ClO2是一种新方法，其原理是：
纤维素水解得到的最终产物D与NaClO3反应生成ClO2。
完成反应的化学方程式：
+NaClO3+H2SO4=ClO2↑+CO2↑+H2O+
（3）ClO2和Cl2均能将电镀废水中的CN-氧化为无毒的物质，自身被还原为Cl-。
处理含CN-相同量得电镀废水，所需Cl2的物质的量是ClO2的_______倍
【随堂巩固】
1．实验室常用强氧化剂（如KMnO4、KClO3、MnO2等）氧化浓盐酸的方法来制备氯气，某研究性学习小组欲探究用Na2O2与浓盐酸制备并检验氯气。
供选用的实验试剂及装置如下图所示（部分导管、蒸馏水略）。
a．Na2O2 b．浓盐酸 c．碱石灰 d．NaOH溶液 e．淀粉 KI溶液 f．CaCO3 g．石蕊试液 h．饱和NaCl溶液
（1）写出用Na2O2与浓盐酸制备氯气的化学方程式_____________________________
______________________________________________________________________。
（2）下表中的装置组合最合理的是__________（填序号，需考虑实验结束撤除装置时残留有害气体的处理）。
组合
制备装置
净化装置
检验装置/试剂
尾气处理装置
A
③
②
⑦/e
⑤
B
③⑥
①
⑧/g
①
C
④
①
⑤/e
②
D
⑥
⑤
⑧/g
①
（3）尾气经处理后仍有较多气体排出，其主要原因可用化学方程式表示为_______________________________________________________________________。
（4）某小组成员建议用双氧水代替过氧化钠进行实验更好，请你给出两条合适的理由：
①_____________________________________________________________________，
②_____________________________________________________________________。
2．次硫酸氢钠甲醛（NaHSO2·HCHO·2H2O）在印染、医药以及原子能工业中应用广泛，已知次硫酸氢钠甲醛具有强还原性，且在120℃以上发生分解。
以Na2SO3、SO2、HCHO和锌粉为原料制备次硫酸氢钠甲醛的实验步骤如下：
步骤1：
在烧瓶中（装置如图所示）加入一定量Na2SO3和水，搅拌溶解，缓慢通入SO2，至溶液pH约为4，制得NaHSO3溶液。
步骤2：
将装置A中导气管换成橡皮塞。
向烧瓶中加入稍过量的锌粉和一定量甲醛溶液，在80～90℃下，反应约3h，冷却至室温，抽滤。
步骤3：
将滤液真空蒸发浓缩，冷却结晶，抽滤。
（1）仪器A的名称为__________，冷凝管进水口________（填“a”或“b”），装置C的作用是________________。
（2）①步骤2中，应采用何种加热方式____________，优点是________________；
②冷凝管中回流的主要物质除H2O外还有__________（填化学式）。
（3）在抽滤操作中，仪器除抽气泵、烧杯、玻璃棒、布氏漏斗外，还必须使用属于硅酸盐材料的仪器（或装置）有____________________。
抽滤所用的滤纸应略________（填“大于”或“小于”）布氏漏斗内径，并将全部小孔盖住。
（4）步骤3中不在敞口容器中蒸发浓缩的原因是_____________________________。
3．绿矾（FeSO4·7H2O）是治疗缺铁性贫血药品的重要成分。
下面是以市售铁屑（含少量锡、氧化铁等杂质）为原料生产纯净绿矾的一种方法：
查询资料，得有关物质的数据如下表：
25℃时
pH值
饱和H2S溶液
3.9
SnS沉淀完全
1.6
FeS开始沉淀
3.0
FeS沉淀完全
5.5
（1）检验制得的绿矾晶体中是否含有Fe3＋，可选用的试剂为________。
A．KSCN溶液B．NaOH溶液
C．KMnO4溶液D．苯酚溶液
（2）操作Ⅱ中，通入硫化氢至饱和的目的是____________；在溶液中用硫酸酸化至pH＝2的目的是_______________________________________________________。
（3）操作Ⅳ的顺序依次为____________、冷却结晶、_________________________。
（4）操作Ⅳ得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤，其目的是：
①除去晶体表面附着的硫酸等杂质；②___________________________________________________________。
4．化学实验室通常用粗锌和稀硫酸反应制氢气，因此在制氢废液中含有大量的硫酸锌。
同时，由于粗锌中还含有铁等杂质，使得溶液中混有一定量的硫酸亚铁，为了充分利用制氢废液，常用其制备皓矾（ZnSO4·7H2O）。
某校化学兴趣小组的同学以制氢气的废液为原料来制取皓矾。
制备皓矾的实验流程如下图所示。
已知：
开始生成氢氧化物沉淀到沉淀完全的pH范围分别为Fe（OH）3：
2.7～3.7；Fe（OH）2：
7.6～9.6；Zn（OH）2：
5.7
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