高考化实验工业流程专题

第1页共22页化学工业流程实验【工业流程——分离实验】1、柴达木盆地以青藏高原“聚宝盆”之誉蜚声海内外，它有富足得令人惊讶的盐矿资源。液体矿床以钾矿为主，伴生着镁、溴等多种矿产。某研究性学习小组拟取盐湖苦卤的浓缩液（富含K+、Mg2+、Br-、SO42-、Cl-等），来制取较纯净的氯化钾晶体及液溴（Br2），他们设计了如下流程：请根据以上流程，回答相关问题：（1）操作④需要的玻璃仪器有：玻璃棒、烧杯、__________。（2）操作③的名称：。（3）对上述操作②后的无色溶液进行除杂提纯，甲同学提出新的方案。其方案如下：【设计除杂过程】（i）若在操作⑤结束后发现溶液E略有浑浊，应采取的措施；（ii）试剂X是（填化学式）。【获取纯净氯化钾】（ⅲ）对溶液E加热并不断滴加lmol·L一1的盐酸溶液，同时用pH试纸检测溶液，直至pH=5时停止加盐酸，得到溶液F。（ⅳ）将溶液F倒入（填仪器名称）中，加热蒸发并用玻璃棒不断搅拌，直到，停止加热。【问题讨论】第2页共22页（ⅴ）进行操作⑤前，需先加热，使沉淀颗粒增大，便于过滤；该操作中控制溶液pH=12可确保Mg2+除尽，根据提供的数据计算，此时悬浊液D中Mg2+物质的量浓度mol/L。（已知Ksp(MgCO3)=3.5×10一5Ksp[Mg（OH）2]=1.6×10一11）2、海水中含有丰富的化学元素，下面是某化工厂从海水中提取NaCl、Mg（以MgCl2形式存在）和Br2（以NaBr的形式存在）及综合利用的生产流程简图：请回答：（1）Mg(OH)2中加入盐酸中，要获得MgCl2・6H2O晶体，需要进行的实验操作依次为；（2）目前工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水，下列关于离子交换膜电解槽的叙述错误的是；A．精制饱和食盐水进入阳极室B．纯水（加少量NaOH）进入阴极室C．阴极产物为氢氧化钠和氢气D．电解槽的阳极用金属铁网制成（3）母液中常含有MgCl2、NaCl、MgSO4、KCl等，可进一步加工制得一些重要的产品。若将母液加热升温到60℃以上，随着水分的蒸发，会逐渐析出晶体，此晶体的主要成分是；过滤上述晶体后，将滤液降温到30℃以下，又逐渐析出晶体，用一定量的冷水洗涤该晶体，最后可得到比较纯净的晶体。第3页共22页3、海水中溶解了大量的气体物质和各种盐类。人类在陆地上发现的100多种元素，在海水中可以找到80多种。海洋是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库，海洋资源的综合利用具有非常广阔的前景。回答下列问题：⑴蒸馏法是人类最早使用的淡化海水的方法，技术和工艺比较完备，但由于使用大量燃煤，因此能耗多、排污量大。为克服蒸馏法海水淡化的缺陷，请你对蒸馏法淡化海水的工艺提出一条改进建议。⑵使用离子交换树脂与水中的离子进行交换也是常用的水处理技术。聚丙烯酸钠是一种离子交换树脂，写出聚丙烯酸钠单体的结构简式。⑶空气吹出法是目前从海水中提取溴的常用方法，流程如下（苦卤：海水蒸发结晶分离出食盐后的母液）：①反应②的离子方程式为；②从反应③后的溶液中分离出单质溴的方法是。⑷苦卤中含有较多的NaCl、MgCl2、KCl、MgSO4等物质。用沉淀法测定苦卤中MgCl2的含量（g/L），测定过程中应获取的数据有；第4页共22页【1】（1）漏斗（2）蒸馏（3）(ⅰ)更换滤纸，重新过滤；(ⅱ)K2CO3(ⅲ)蒸发皿；出现较多晶体，剩余较少水时(ⅴ)1.6×10一7mol/L【2】（1）蒸发、冷却结晶、过滤（2）D（3）MgSO4、NaCl；KCl【3】⑴充分利用潮汐能、风能、太阳能等海边富有的洁净能源⑵CH2＝CHCOONa⑶①SO2＋Br2＋2H2O＝4H＋＋2Br－＋SO42－②蒸馏⑷苦卤样品的体积、加入NaOH溶液后生成的Mg(OH)2的质量、加入BaCl2溶液后生成的BaSO4的质量4、明矾石的主要成分是K2SO4·Al2(SO4)3·2Al2O3·6H2O，此外还含有少量Fe2O3杂质。利用明矾石制备氢氧化铝的流程如下：第5页共22页（1）“焙烧”过程中反应的化学方程式为2Al2(SO4)3＋3S2Al2O3＋_________；该反应的氧化剂是________；该反应中被氧化的元素与被还原的元素的质量比是。（2）“溶解”时反应的离子方程式为____________。（3）“调节pH后过滤、洗涤Al(OH)3沉淀，证明已洗涤干净的实验操作和现象是________。（4）“母液”中可回收的物质是_____________。（5）工业上常用氢氧化铝脱水后的产物X熔融电解冶炼金属铝，则该反应的化学方程式为。5、为探索工业废料的再利用，某化学兴趣小组设计了如下图所示实验方案，用含有铝、铁和铜的合金制取氯化铝、绿矾晶体（FeSO4·7H2O）和胆矾晶体。请回答：（1）步骤I、II、III中均需进行的实验操作是。（2）溶液D中的离子主要有；试剂X是。（3）进行步骤II时，该小组用右图装置及试剂将制得的CO2通入溶液A中，一段时间后，观察到烧杯中产生的Al(OH)3沉淀逐渐减少，其原因是（用离子方程式表示）；为了避免Al(OH)3沉淀减少，根据右图所示，改进的措施是。（4）从氧化还原反应和环保角度考虑，用F制备CuSO4时需要氧气和硫酸共同参与，对应的化学方程式是。第6页共22页6、业炼铝是用铝土矿（主要成分是Al2O3，还有少量的Fe2O3、SiO2）提取冶炼铝的主要原料氧化铝，然后进行电解。工艺流程如下图：（1）滤液1中要加入稍过量的原料B，原料B的化学式是。写出步骤②有关反应的离子方、。（2）如果省去步骤①，即溶解铝土矿从直接加入原料B开始，则最终会对氧化铝的生成有什么影响？。（3）步骤⑤是在铝电解槽中进行，电解槽的两极材料均用石墨，其中极的材料随反应的进行需要不断补充，为什么？（4）铝粉与三氧化二铁粉末在引燃剂作用下常用来焊接钢轨，主要是利用了该反应，而且该反应焊接速度快、设备简易，适于野外作业。【4】（1）9SO2（2分）Al2(SO4)3（2分）1∶2（1分）（2）Al2O3＋2OH－＝2AlO2－＋H2O（2分）（3）取最后一次洗涤的滤液于试管中，滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成则已洗涤干净。（2分）（4）K2SO4Na2SO4（各2分）（5）2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑(2分，不写冰晶石也给分)【5】（1）过滤（2）；稀硫酸第7页共22页（3）；在装置I、II之间增加一个盛有饱和溶液的洗气瓶（4）【6】（1）NaOH（1分）Al3++4OH－===AlO2－+2H2O（1分）Fe3++3OH－===Fe(OH)3↓（1分）（2）用NaOH溶液直接溶解将导致SiO2生成NaSiO3，通CO2后生成硅酸和氢氧化铝沉淀，从而加热后生成氧化铝中含有杂质二氧化硅。（2分）（3）阳（1分）阳极生成的氧气会与石墨反应生成CO2而消耗，因此需要不断补充（2分）（4）放出大量的热（1分）7、二氧化锰是制造锌锰干电池的基本原料，普通锌锰干电池的电池反应式为：2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2。工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯度二氧化锰的流程如下（软锰矿中所有金属元素在酸性条件下均以阳离子形式存在）：第8页共22页某软锰矿的主要成分为MnO2，还含Si（16.27%）、Fe（5.86%）、Al（3.24%）、Zn（2.68%）和Cu（0.86%）等元素的化合物。部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH及部分硫化物的Ksp（均为25℃时）见下表，回答下列问题：沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Cu(OH)2Zn(OH)2pH5.23.29.710.46.78.0沉淀物CuSZnSMnSFeSKsp8.5×10－451.2×10－231.4×10－153.7×10－14（1）硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要化学方程式为：。（2）滤渣A的主要成分为。（3）加入MnS的目的是除去杂质。（4）碱性锌锰电池中，MnO2参与的电极反应式为。（5）从废旧碱性锌锰电池中可回收利用的物质有（写两种）8、七水硫酸镁（MgSO4・7H2O）在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用，利用化工厂生产硼砂的废渣－一硼镁泥可制取七水硫酸镁。硼镁泥的主要成分是MgCO3，还含有其他杂质（MgO、SiO2、Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3、MnO等）。表1部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH沉淀物Al（OH）3Fe（OH）3Fe（OH）2Mn（OH）2Mg（OH）2pH值5.23.29.710.411.2表2两种盐的溶解度（单位为g／100g水）温度/℃1030405060CaSO40.190.210.210.200.19第9页共22页MgSO4・7H2O30.935.540.845.6/硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下：根据以上流程图并参考表格pH数据和溶解度数据，试回答下列问题：（1）过滤I的滤液中加入硼镁泥，调节溶液的pH＝5～6，再加入NaClO溶液加热煮沸，将溶液中的Mn2+氧化成MnO2，反应的离子反应方程式为。加热煮沸的主要目的是_。（2）沉淀B中除MnO2、SiO2外还含有（填化学式）等物质。（3）检验过滤Ⅱ后的滤液中是否含有Fe3＋的实验方法是；（4）沉淀C的化学式是。过滤II需趁热过滤的理由是9、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2.73.7第10页共22页氢氧化亚铁7.69.6氢氧化铜5.26.4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/Dc．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___________________。【7】1）MnO2+2FeSO4+2H2SO4=MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O（2）Fe(OH)3、Al(OH)3。（3）Cu2+、Zn2+。（4）MnO2+H2O+e－=MnOOH+OH－。（5）锌、二氧化锰。【8】（1）Mn2+＋ClO－＋H2O＝MnO2↓＋2H＋＋Cl－促进Al3＋、Fe3＋水解及Mn2＋氧化成MnO2（2）Fe（OH）3Al（OH）3（3）取过滤II后的滤液1～2ml于试管中，加入少量KSCN溶液，如果溶液不显红色，证明滤液中无Fe3＋（4）CaSO4・2H2O或CaSO4以防MgSO4在温度低时结晶析出。第11页共22页【9】（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。【10】二次合金中含有金、银、铂、钯等贵重金属，实验室以二次合金为原料提取金、银、铂、钯等贵重金属的步骤如下，试回答下列问题：（1）浓硫酸浸煮过程中产生尾气的主要成分是（填写代号，下同），