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專題講座二　無機(jī)化工流程題復(fù)習(xí)策略與解題方法指導(dǎo) 一、解題策略 化工流程中常見的操作與名詞 化工流程題目在流程上一般分為3個(gè)過程： ―→―→ (1)原料處理階段的常見考點(diǎn)與常見名詞 ①加快反應(yīng)速率 ②溶解：通常用酸溶。如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等 水浸：與水接觸反應(yīng)或溶解 浸出：固體加水(酸)溶解得到離子 浸出率：固體溶解后，離子在溶液中含量的多少(更多轉(zhuǎn)化) 酸浸：在酸溶液中反應(yīng)使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過過濾除去的溶解過程 ③灼燒、焙燒、煅燒：改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)高溫下氧化、分解 ④控制反應(yīng)條件的方法 (2)分離提純階段的常見考點(diǎn) ①調(diào)pH值除雜 a．控制溶液的酸堿性使其某些金屬離子形成氫氧化物沉淀 例如：已知下列物質(zhì)開始沉淀和沉淀完全時(shí)的pH如下表所示 物質(zhì) 開始沉淀 沉淀完全 Fe(OH)3 2.7 3.7 Fe(OH)2 7.6 9.6 Mn(OH)2 8.3 9.8 若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，應(yīng)該怎樣做？ 提示：先用氧化劑把Fe2＋氧化為Fe3＋，再調(diào)溶液的pH到3.7。 b．調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點(diǎn)： 能與H＋反應(yīng)，使溶液pH值增大；不引入新雜質(zhì)。 例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH值。 ②試劑除雜 ③加熱：加快反應(yīng)速率或促進(jìn)平衡向某個(gè)方向移動(dòng) 如果在制備過程中出現(xiàn)一些受熱易分解的物質(zhì)或產(chǎn)物，則要注意對(duì)溫度的控制。如：侯氏制堿中的NaHCO3；還有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質(zhì)。 ④降溫：防止某物質(zhì)在高溫時(shí)會(huì)溶解(或分解)、為使化學(xué)平衡向著題目要求的方向移動(dòng) ⑤萃取 (3)獲得產(chǎn)品階段的常見考點(diǎn) ①洗滌(冰水、熱水)洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。 ②蒸發(fā)、反應(yīng)時(shí)的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質(zhì)時(shí)，應(yīng)在HCl的氣流中加熱，以防其水解。 ③蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶：如除去KNO3中的少量NaCl。 ④蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾：如除去NaCl中的少量KNO3。 ⑤重結(jié)晶 (4)其他常見考點(diǎn) ①化學(xué)方程式?、趯?shí)驗(yàn)儀器　③計(jì)算?、苄畔? 二、熱點(diǎn)題型探究 熱點(diǎn)1　堿金屬及其礦物的開發(fā)利用 例1　(2012廣東理綜，32)難溶性雜鹵石(K2SO4MgSO42CaSO42H2O)屬于“呆礦”，在水中存在如下平衡： K2SO4MgSO42CaSO42H2O(s)2Ca2＋＋2K＋＋Mg2＋＋4SO＋2H2O 為能充分利用鉀資源，用飽和Ca(OH)2溶液溶浸雜鹵石制備硫酸鉀，工藝流程如下： (1)濾渣主要成分有________和________以及未溶雜鹵石。 (2)用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋Ca(OH)2溶液能溶解雜鹵石浸出K＋的原因：_____________。 (3)“除雜”環(huán)節(jié)中，先加入________溶液，經(jīng)攪拌等操作后，過濾，再加入__________溶液調(diào)濾液pH至中性。 (4)不同溫度下，K＋的浸 出濃度與溶浸時(shí)間的關(guān)系見右圖。由圖可得，隨著溫度升高， ①________________， ②__________________。 (5)有人以可溶性碳酸鹽為溶浸劑，則溶浸過程中會(huì)發(fā)生：CaSO4(s)＋COCaCO3(s)＋SO 已知298 K時(shí)，Ksp(CaCO3)＝2.8010－9mol2L－2，Ksp(CaSO4)＝4.9010－5mol2L－2，求此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 解析　解題時(shí)，要依據(jù)制備K2SO4的工藝流程，結(jié)合物質(zhì)的分離與提純的原則進(jìn)行分析。 (1)雜鹵石中加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋與OH－結(jié)合生成Mg(OH)2沉淀，CaSO4微溶于水，過濾后，濾渣中含有Mg(OH)2、CaSO4及未溶解的雜鹵石。 (2)加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋與OH－結(jié)合生成Mg(OH)2沉淀，使c(Mg2＋)減小，雜鹵石的溶解平衡正向移動(dòng)，同時(shí)c(Ca2＋)與c(SO)均增大，從而析出CaSO4沉淀，K＋留在濾 液中。 (3)濾液中含有Ca2＋、OH－，可先加入過量K2CO3溶液，除去Ca2＋，過濾后，再加入稀H2SO4調(diào)節(jié)溶液的pH至中性。 (4)由圖可知，隨著溫度升高，溶浸平衡向右移動(dòng)，K＋的溶浸速率增大。 (5)CaSO4(s)＋COCaCO3(s)＋SO的平衡常數(shù)K＝。CaCO3(s)、CaSO4(s)分別存在溶解平衡：CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋CO(aq)，CaSO4(s)Ca2＋(aq)＋SO(aq)，則有Ksp(CaCO3)＝c(Ca2＋)c(CO)＝2.8010－9mol2L－2，Ksp(CaSO4)＝c(Ca2＋)c(SO)＝4.9010－5mol2L－2，那么K＝＝＝＝＝1.75104。 答案　(1)Mg(OH)2　CaSO4 (2)加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋與OH－結(jié)合生成Mg(OH)2沉淀，Mg2＋濃度減小，平衡正向移動(dòng)，K＋增多 (3)K2CO3　H2SO4 (4)①溶浸平衡向右移動(dòng)?、贙＋的溶浸速率增大 (5)CaSO4(s)＋COCaCO3(s)＋SO的平衡常數(shù)K＝，據(jù)Ksp(CaSO4)、Ksp(CaCO3)可知，c(SO)＝，c(CO)＝，則有K＝＝＝＝1.75104。 方法技巧　要求用理論回答的試題，應(yīng)采用“四段論法”：改變了什么條件(或是什么條件)→根據(jù)什么理論→有什么變化→得出什么結(jié)論。 遷移應(yīng)用1　KNO3是重要的化工產(chǎn)品，下面是一種已獲得專利的KNO3制備方法的主要 步驟： (1)反應(yīng)Ⅰ中，CaSO4與NH4HCO3的物質(zhì)的量之比為1∶2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____。 (2)反應(yīng)Ⅱ需在干態(tài)、加熱的條件下進(jìn)行，加熱的目的是_________________________； 從反應(yīng)Ⅳ所得混合物中分離出CaSO4的方法是趁熱過濾，趁熱過濾的目的是____________________________________________________________________。 (3)檢驗(yàn)反應(yīng)Ⅱ所得K2SO4中是否混有KCl的方法是：取少量K2SO4樣品溶解于水，________________________________________________________________________。 (4)整個(gè)流程中，可循環(huán)利用的物質(zhì)除(NH4)2SO4外，還有________(填化學(xué)式)。 答案　(1)CaSO4＋2NH4HCO3===CaCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑ (2)加快化學(xué)反應(yīng)速率，分離NH4Cl與K2SO4　防止KNO3結(jié)晶，提高KNO3的產(chǎn)率 (3)加入Ba(NO3)2溶液至不再產(chǎn)生沉淀，靜置，向上層清液中滴加AgNO3溶液，若有沉淀生成，說明K2SO4中混有KCl (4)CaSO4、KNO3 熱點(diǎn)2　鎂、鋁及其礦物的開發(fā)利用 例2　鋁是重要的金屬材料，鋁土礦(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3雜質(zhì))是工業(yè)上制取鋁的原料。實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)上以鋁土礦為原料制取Al2(SO4)3和銨明礬晶體[NH4Al(SO4)212H2O]的工藝流程如圖所示： 請(qǐng)回答下列問題： (1)固體a的化學(xué)式為________，Ⅲ中通入足量CO2氣體發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。 (2)由Ⅴ制取銨明礬溶液的化學(xué)方程式為________，從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次為(填操作名稱)________、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌。 (3)以1 000 kg含氧化鋁36%的鋁土礦為原料制取Al2(SO4)3，需消耗質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的硫酸(密度1.84 gcm－3)________ L(保留一位小數(shù))。 (4)若同時(shí)制取銨明礬和硫酸鋁，通過控制硫酸的用量調(diào)節(jié)兩種產(chǎn)品的產(chǎn)量。若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質(zhì)的量之比為1∶1，則投料時(shí)鋁土礦中的Al2O3和H2SO4的物質(zhì)的量之比為________。 解析　(1)鋁土礦中Al2O3和Fe2O3能溶于鹽酸，SiO2不溶于鹽酸，所以固體a的化學(xué)式為SiO2。Al2O3溶于燒堿生成Na[Al(OH)4]溶液，在其中通入CO2生成Al(OH)3沉淀。 (2)Al(OH)3分解生成Al2O3，Al2O3與稀硫酸、氨氣反應(yīng)生成銨明礬溶液。 (3)m(Al2O3)＝1 000 kg36%＝360 kg，m(H2SO4)＝ kg＝1 037.6 kg，需消耗質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的硫酸(密度1.84 gcm－3)為＝575.4103 mL＝575.4 L。 (4)設(shè)制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)212H2O的物質(zhì)的量都是1 mol，則Al3＋共3 mol，SO共5 mol，根據(jù)鋁元素和SO守恒原理可得，加入Al2O3和H2SO4的物質(zhì)的量之比為∶5＝3∶10。 答案　(1)SiO2　[Al(OH)4]－＋CO2===HCO＋Al(OH)3↓ (2)Al2O3＋4H2SO4＋2NH3===2NH4Al(SO4)2＋3H2O　蒸發(fā)濃縮 (3)575.4 (4)3∶10 方法技巧　首尾分析法：對(duì)一些線型流程工藝(從原料到產(chǎn)品為一條龍生產(chǎn)工序)試題，首先對(duì)比分析生產(chǎn)流程示意圖中的第一種物質(zhì)(原材料)與最后一種物質(zhì)(產(chǎn)品)，從對(duì)比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)流程過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜、分離提純產(chǎn)品的化工工藝，然后再結(jié)合題設(shè)的問題，逐一推敲解答。關(guān)鍵在于認(rèn)真對(duì)比分析原料與產(chǎn)品的組成，從中找出將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和除去原材料中所包含的雜質(zhì)的基本原理和所采用的工藝生產(chǎn)措施。當(dāng)把生產(chǎn)的主線弄清楚了，圍繞生產(chǎn)主線所設(shè)計(jì)的系列問題也就可以解答了。 遷移應(yīng)用2　鎂及其合金是一種用途很廣的金屬材料，目前世界上60%的鎂是從海水中提取的。某學(xué)校課外興趣小組從海水曬鹽后的鹽鹵(主要含Na＋、Mg2＋、Cl－、Br－等)中模擬工業(yè)生產(chǎn)來提取鎂，主要過程如下： 回答下列問題： (1)工業(yè)上從鹽鹵中獲取Mg(OH)2用石灰乳而不用NaOH溶液的原因是___________。 (2)從過程①得到的Mg(OH)2沉淀中混有少量的Ca(OH)2，除去少量Ca(OH)2的方法是先將沉淀加入到盛有________溶液的燒杯中，充分?jǐn)嚢韬蠼?jīng)________、______(填操作方法)可得純凈的Mg(OH)2。 (3)下圖是該興趣小組設(shè)計(jì)進(jìn)行過程③的實(shí)驗(yàn)裝置圖： 其中裝置A的作用是______________________________________________。 (4)寫出過程④中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式______________________________。 答案　(1)石灰乳原料豐富，成本低 (2) MgCl2　過濾　洗滌 (3)制備干燥的HCl氣體 (4) MgCl2(熔融)Mg ＋Cl2↑ 熱點(diǎn)3　鐵、銅及其礦物的開發(fā)利用 例3　近年來，硫化銅礦的濕法冶煉技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展?，F(xiàn)有一種催化氧化酸浸硫化銅礦的冶煉法，其工藝流程如圖1所示： 反應(yīng)溫度、固液比、反應(yīng)時(shí)間、氯離子濃度都對(duì)銅的浸出率有較大的影響，下面是實(shí)驗(yàn)得出的這幾種因素對(duì)銅的浸出率影響的變化曲線圖(如圖2～圖5所示)。 回答下列問題： (1)火法煉銅的主要反應(yīng)：①2CuFeS2＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO(爐渣)；②2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2；③2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑；則由1 mol CuFeS2生成1 mol Cu，共消耗________ mol O2。在反應(yīng)③中氧化劑為________，當(dāng)有0.3 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，生成SO2的體積為________(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。 (2)寫出反應(yīng)1的化學(xué)方程式：________________，濕法煉銅與火法煉銅相比，優(yōu)點(diǎn)是 _________________________________________________________。 (3)從溶液中得到FeSO47H2O晶體的操作是____________________________； 實(shí)驗(yàn)時(shí)常用乙醇洗滌晶體，優(yōu)點(diǎn)是____________________________________。 (4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)以及工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)要求，從下表中得出的最佳工藝條件為________(填 序號(hào))。 選項(xiàng) 反應(yīng)溫度/℃ 固液比 c(Cl－)/molL－1 反應(yīng)時(shí)間/h A 100 1∶5.5 0.7 7 B 95 1∶5 0.8 6 C 110 1∶6 0.9 8 解析　(1)將題給的三個(gè)方程式合并得：2CuFeS2＋5O22Cu＋4SO2＋2FeO，當(dāng)CuFeS2為1 mol時(shí)，消耗的O2為2.5 mol。反應(yīng)③中，根據(jù)化合價(jià)變化可知，Cu2O和Cu2S中Cu的化合價(jià)都降低，故它們都是氧化劑。生成1 mol SO2轉(zhuǎn)移6 mol電子，當(dāng)有0.3 mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，生成SO2 0.05 mol，體積為1.12 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。(2)火法煉銅中產(chǎn)生有毒的SO2，而濕法煉銅中不產(chǎn)生有毒氣體，故其優(yōu)點(diǎn)是污染小，環(huán)保，同時(shí)濕法煉銅中還得到副產(chǎn)品硫酸亞鐵晶體及硫黃，充分利用了資源。(3)FeSO47H2O晶體受熱易失去結(jié)晶水，故從溶液中得到FeSO47H2O晶體的操作應(yīng)是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾。又因該晶體易溶于水，故不能用水洗滌，需用乙醇洗滌，不僅可以洗去晶體表面的水和雜質(zhì)離子，還可以減少晶體的損失。(4)從圖2可以看出：銅的浸出率隨反應(yīng)溫度的升高而增大，在溫度達(dá)到95 ℃后，銅的浸出率隨溫度的變化不明顯，但是溫度過高，能耗增加，由此可知適宜的反應(yīng)溫度為95 ℃。從圖3可以看出：固液比大于1∶5時(shí)，銅的浸出率隨固液比的增大而有所下降；固液比小于1∶5時(shí)，銅的浸出率隨固液比的減小而有所下降，因此適宜的固液比為1∶5。從圖4可以看出：銅的浸出率隨反應(yīng)時(shí)間的增加而增大，但在反應(yīng)時(shí)間超過6 h后，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長銅的浸出率增大得很緩慢，同時(shí)反應(yīng)時(shí)間過長，既增加能耗，又降低設(shè)備利用率，故適宜的反應(yīng)時(shí)間為6 h。由圖5可以看出：加入氯離子能改善銅的浸出效果，但是氯離子濃度超過0.8 molL－1時(shí)，銅的浸出率隨氯離子濃度的增大反而降低，故適宜的氯離子濃度應(yīng)維持在0.8 molL－1。 答案　(1)2.5　Cu2O、Cu2S　1.12 L (2)2CuS＋O2＋2H2SO42CuSO4＋2H2O＋2S　污染小，同時(shí)得到副產(chǎn)物硫酸亞鐵晶體及硫黃，資源得到充分利用 (3)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾　洗去晶體表面的水和雜質(zhì)離子，同時(shí)減少晶體的損失 (4)B 遷移應(yīng)用3　實(shí)驗(yàn)室利用硫酸廠燒渣(主要成分為鐵的氧化物及少量FeS、SiO2等)制備聚鐵(堿式硫酸鐵的聚合物)和綠礬(FeSO47H2O)，主要工藝流程如下。 (1)將過程②產(chǎn)生的氣體通入下列溶液中，溶液會(huì)褪色的是________。 A．品紅溶液 B．紫色石蕊試液 C．酸性KMnO4溶液 D．溴水 (2)過程①中，F(xiàn)eS、O2和H2SO4反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。 (3)過程③中需加入的物質(zhì)是________________。 (4)過程④中，蒸發(fā)結(jié)晶時(shí)需使用的儀器除酒精燈、三腳架外，還需要________________。 (5)過程⑤調(diào)節(jié)pH可選用下列試劑中的________(填序號(hào))。 A．稀硫酸 B．CaCO3 C．NaOH溶液 (6)過程⑥中，將溶液Z加熱到70～80 ℃，目的是________。 (7)實(shí)驗(yàn)室為測量所得到的聚鐵樣品中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)。①用分析天平稱取2.700 0 g樣品；②將樣品溶于足量的鹽酸后，加入過量的BaCl2溶液；③過濾、洗滌、干燥，稱重得固體質(zhì)量為3.495 0 g。若該聚鐵的主要成分為[Fe(OH)(SO4)]n，則該聚鐵樣品中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________。(假設(shè)雜質(zhì)中不含鐵元素和硫元素) 答案　(1)ACD (2)4FeS＋3O2＋6H2SO4===2Fe2(SO4)3＋6H2O＋4S (3)鐵粉　(4)蒸發(fā)皿、玻璃棒　(5)C　(6)促進(jìn)Fe3＋的水解 (7)31.1% 解析　SO2具有漂白性，能使品紅褪色，SO2有還原性，能被酸性KMnO4溶液、溴水氧化，而使它們褪色。溶液X為Fe2(SO4)3，需加入還原劑將Fe3＋還原為Fe2＋，又不帶入雜質(zhì)離子，故需加入鐵粉。過程⑤中需將酸消耗而調(diào)高pH，而CaCO3跟硫酸反應(yīng)會(huì)生成微溶于水的CaSO4而阻止反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。由聚鐵的化學(xué)式可知：n(Fe3＋)＝n(SO)＝n(BaSO4)＝＝0.015 mol，所以聚鐵樣品中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＝100%＝31.1%。 熱點(diǎn)4　錳、鉬、鈦等金屬化合物的綜合應(yīng)用 例4　鉬是一種過渡金屬元素，通常用作合金及不銹鋼的添加劑，這種元素可增強(qiáng)合金的強(qiáng)度、硬度、可焊性及韌性，還可增強(qiáng)其耐高溫及耐腐蝕性能。如圖是化工生產(chǎn)中制備金屬鉬的主要流程圖。 (1)寫出反應(yīng)①的化學(xué)方程式：___________________________________________。 (2)反應(yīng)①的尾氣可以再利用，寫出應(yīng)用該尾氣制得的兩種重要化學(xué)試劑__________。 (3)如果在實(shí)驗(yàn)室模擬操作1和操作2，則需要使用的主要玻璃儀器有_______________。 (4)鉬在空氣中灼燒生成三氧化鉬，三氧化鉬溶于氫氧化鈉溶液生成鉬酸鈉；三氧化鉬不溶于鹽酸或稀硫酸。鉬酸鈉的化學(xué)式為________。 (5)工業(yè)上制備還原性氣體CO和H2的反應(yīng)原理為CO2＋CH42CO＋2H2，CH4＋H2OCO＋3H2。含甲烷體積分?jǐn)?shù)為80%的a L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)天然氣與足量二氧化碳和水蒸氣的混合物在高溫下反應(yīng)，甲烷轉(zhuǎn)化率為90%，用產(chǎn)生的還原性氣體(CO和H2)還原MoO3制鉬，理論上能生產(chǎn)鉬的質(zhì)量為________。 解析　(1)二硫化鉬與氧氣在高溫下反應(yīng)生成三氧化鉬和二氧化硫。 (2)二氧化硫可收集再利用，制備硫酸和鹽類等。 (3)操作1和操作2都是分離固體與液體混合物，都是過濾操作。 (4)鉬酸是二元酸，可直接寫出鉬酸鈉。 (5)根據(jù)反應(yīng)方程式知，1 mol甲烷完全反應(yīng)生成4 mol還原性氣體，而：3CO＋MoO3Mo＋3CO2,3H2＋MoO3Mo＋3H2O,3 mol還原性氣體理論上生成1 mol鉬。n(CH4)＝80%，n(H2＋CO)＝80%90%4 mol＝，n(Mo)＝ mol＝ mol，m(Mo)＝ mol96 gmol－1≈4.11a g。 答案　(1)2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2 (2)H2SO4、Na2SO3[或Na2SO4、(NH4)2SO4等] (3)燒杯、漏斗、玻璃棒　(4)Na2MoO4　(5)4.11a g 9