无机化工流程

1走近高考2013江苏16．(12分)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)。2重要考点1实验流程图重要考点2真实化工背景流程图3【重要考点1】实验流程图1．工业流程常见的操作(1)原料的预处理①溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等②灼烧：如从海带中提取碘③煅烧：改变结构，使一些物质能分解，并使一些杂质高温下氧化、分解。如煅烧高岭土。4(2)控制反应条件的方法①pH的控制：控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀②蒸发、反应时的气体氛围③加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动④降温反应的目的：防止某物质在高温时会溶解或为使化学平衡向着题目要求的方向移动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⑦有机物(乙醇、乙醚等)洗涤：洗去表面的杂质离子，降低晶体的溶解度52．工业流程常见名词浸出：固体加水(酸)溶解得到离子浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程水洗：通常为除去水溶性杂质水浸：与水接触反应或溶解6【典型例题1】(2012·泰州期末)Fe(NO3)3·9H2O易溶于水，微溶于硝酸，用作催化剂和媒染剂。工业上用细铁屑与硝酸反应制备，主要流程如下：7(1)铁屑与硝酸反应时温度控制在40～50℃，不宜过高的原因是____________________________。(2)制备过程中需控制加入铁屑的量，当观察到____________________的现象时应停止加入铁屑。(3)上述流程图中“加热”操作的主要目的是___________________________________。(4)制得的Fe(NO3)3·9H2O用20%HNO3洗涤的目的是____________________________。8(5)某兴趣小组在实验室用右图装置制取Fe(NO3)3(固定所用仪器和加热装置未画出)。①该实验中对圆底烧瓶加热的最佳方式用____________加热。②装置中圆底烧瓶上方长导管的作用是__________________________。③请在图中虚线框中画出尾气吸收装置(提示：碱液可快速、充分吸收产生的氮氧化物气体)。9解析：(1)HNO3的特点之一是不稳定性，即见光分解，所以在加热时更易分解。(2)要制得Fe3+，故加入的铁粉的量不能过量，否则会生成Fe2+。此处可以回答观察反应的气泡，也可以答成反应溶液的颜色变化等。(3)从流程图看，加热出来的箭头指向了碱液，故应为吸收反应出来的尾气。10(4)为降低溶解性。(5)反应的温度为40～50℃，可采用水浴加热的方式。碱液可快速、充分吸收产生的氮氧化物，所以若直接插入碱液中，可能会造成倒吸。可采用一个倒置的漏斗进行吸收。也可以用一个四氯化碳和碱液的试剂瓶，因为氮氧化物不溶于四氯化碳，但是经过上层碱液时可以被吸收。11答案：(1)硝酸易挥发、易分解，温度高会加快硝酸的挥发和分解(2)反应器中产生气泡的速率明显变慢(其他合理答案也可以)(3)逐出溶液中溶解的氮氧化物气体(4)洗涤除去晶体表面附着的杂质，用20%HNO3洗涤可降低洗涤过程中晶体的损耗(5)①水浴②导气兼冷凝回流③防倒吸装置(图略)12流程图中一般会蕴含着很多有用的信息，如框图中说明的文字，箭头的指向等。这些均是解题的重要论据。13【变式1】(扬州期末)重铬酸钾是(K2Cr2O7)工业生产和实验室的重要氧化剂，实验室模拟工业法用铬酸钠(Na2CrO4，其中有杂质Na2SiO3和NaAlO2)制K2Cr2O7的主要流程如下：(1)操作①目的是___________________________。(2)操作②酸化时，CrO42-转化为Cr2O72-的离子方程式(该过程可逆)：___________________________。14解析：(1)调节pH后面的操作为过滤，硅酸钠和偏铝酸钠可以转化成相应的硅酸沉淀和氢氧化铝沉淀。(2)CrO42-在酸性条件下可生成Cr2O72-和水。答案：(1)使硅酸钠和偏铝酸钠转化为沉淀而除去(2)2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O15(3)已知K2Cr2O7的溶解度：S373K=94.1g，S273K=4.6g。操作③的步骤为：向酸化后的混合液中加入KCl，加热蒸发使NaCl结晶析出后______(填操作)，再将滤液____(填操作)，得K2Cr2O7晶体。(4)K2Cr2O7可用于测定工业废水中的化学耗氧量(化学耗氧量即COD：每升水样中还原性物质被氧化所需要的O2质量)。某工业废水样100.00mL，酸化后加入0.01667mol·L-1的K2Cr2O7溶液，使水样中还原性物质完全氧化(还原产物为Cr3+)。再用0.1000mol·L-1的FeSO4溶液滴定剩余的Cr2O72-。则计算废水样的COD需要测定的数据有____________________。16解析：(3)Na2Cr2O7中加入KCl可转化成K2Cr2O7和NaCl。而K2Cr2O7的溶解度随温度的变化较大，加热时K2Cr2O7的溶解度增大，趁热过滤，可使大量的K2Cr2O7溶解于水中，在冷却时，即可得大量的晶体。(4)K2Cr2O7与两方面反应，一是与水样中还原性物质反应，二是与FeSO4反应。所以用K2Cr2O7的总量减去与FeSO4反应的Cr2O72-的量，即可得与还原性物质反应消耗的K2Cr2O7的量，也可折算出废水的COD。答案:(3)趁热过滤冷却结晶(4)K2Cr2O7溶液体积、FeSO4溶液体积171．明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步发生的反应及得到的产物→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点2．工业生产流程主线与核心的分析：【重要考点2】真实化工背景流程图183．规律①主线主产品②分支副产品③回头为循环核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制19【典型例题2】(2012镇江期末)锌钡白是一种白色颜料。工业上是由ZnSO4与BaS溶液混合而成：BaS+ZnSO4ZnS↓+BaSO4↓。以下是工业生产流程。请回答有关问题：Ⅰ.ZnSO4溶液的制备与提纯有关资料：已知Zn(OH)2与Al(OH)3相似，能溶于过量的NaOH溶液生成Na2ZnO2；菱锌矿的主要成分是ZnCO3，含少量SiO2、FeCO3、Cu2(OH)2CO3等。20(1)②中使用的氧化剂最好是下列的______(填序号)，理由是______________________________。A．Cl2B．H2O2C．KMnO4D．浓HNO3(2)写出反应④的离子方程式：__________________。(3)为了达到综合利用、节能减排的目的，上述流程中步骤________产生的________可以用于步骤__________(其中步骤选填①、②、③、④、⑤)。21解析：(1)H2O2的优点是还原产物是H2O，不会带入新的杂质离子；(2)滤液的主要成分是Na2ZnO2，通入过量的二氧化碳，按照NaAlO2和过量CO2反应的方程式来书写；(3)在菱锌矿中加入稀硫酸会产生CO2，但在Na2ZnO2溶液酸化步骤中，需要通入CO2，所以①产生的CO2可用于④的酸化；答案：(1)B不会引入新的杂质离子(2)ZnO+2CO2+2H2OZn(OH)2↓+2HCO(3)①CO2④22Ⅱ.BaS溶液的制备有关数据：Ba(s)+S(s)+2O2(g)===BaSO4(s)DH=-1473.2kJ·mol-1C(s)+O2(g)===CO(g)DH=-110.5kJ·mol-1Ba(s)+S(s)===BaS(s)DH=-460kJ·mol-1(4)煅烧还原的热化学方程式为_______________。(5)经检验BaS的水溶液呈碱性，原因是(用离子方程式表示)________________________________。23Ⅲ.制取锌钡白(6)Ⅰ中步骤⑤使用硫酸的量要适当，如果所得溶液的酸性过强，产生的后果是___________________。解析：(4)煅烧还原的方程式是BaSO4+4CBaS+4CO↑，设三个反应依次为①②③，依据盖斯定律，把①变形为BaSO4(s)Ba(s)+S(s)+2O2(g)DH=+1473.2kJ·mol-1，设为④，然后根据④+②×4+③就可以得到目标方程式；(5)因为S2-在溶液中发生水解反应S2-+H2OHS-+OH-而使溶液呈碱性；(6)H2S是一种有毒气体。24答案：(4)BaSO4(s)+4C(s)BaS(s)+4CO(g)DH=+571.2kJ·mol-1(5)S2-+H2OHS-+OH-(6)酸性过强，与BaS溶液混合可能产生H2S气体污染，或锌钡白的产率会降低25工业流程图中设置的考点与无机物质反应以及化学反应原理紧密相连。如无机物间的反应方程式书写，氧化还原反应、盐类水解、热化学以及电化学均可以设置题目，所以得分仍需要有扎实的基本功。26【变式2】(苏州期末)高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程。(1)KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒机理与下列______(填序号)物质相似。A．75%酒精B．双氧水C．苯酚D．84消毒液(NaClO溶液)27(2)写出MnO2、KOH的熔融混合物中通入空气时发生的主要反应的化学方程式：_____________________。(3)向K2MnO4溶液中通入CO2以制备KMnO4，该反应中的还原剂是________。(4)上述流程中可以循环使用的物质有石灰、二氧化碳、_____和_________(写化学式)。(5)若不考虑物质循环与制备过程中的损失，则1molMnO2可制得_______molKMnO4。28解析：(1)KMnO4具有强氧化性，H2O2和NaClO也具有强氧化性。(2)从流程图看，箭头进入的为反应物，指出的为生成物。不难得出MnO2和KOH以及O2为反应物，而K2MnO4为生成物，依据原子守恒和得失电子守恒配平即可。(3)K2MnO4中Mn为+6价，反应后生成KMnO4中的Mn为+7，失去电子，故作为还原剂。(4)流程图中产生的KOH和MnO2可以循环作为第一步反应。(5)找出物质的量之间的关系为：3MnO2～3K2MnO4～2KMnO4，所以1molMnO2可得2/3molKMnO4。29答案：(1)BD(2)2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O(3)K2MnO4(4)KOHMnO2(5)0.67(或)3230实战高考2012江苏16.(12分)利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO3)2，其部分工艺流程如下：(1)一定条件下，NO与NO2存在下列反应：NO(g)＋NO2(g)N2O3(g)，其平衡常数表达式为K=。(2)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底部进入，石灰乳从吸收塔顶部喷淋)，其目的是；滤渣可循环利用，滤渣的主要成分是(填化学式)。(3)该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1：1。若n(NO)：n(NO)＞1：1,则会导致；若n(NO)：n(NO)＜1：1,则会导致。(4)生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO3)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式。31【参考答案】(1)k=c(N2O3)/c(NO)·c(NO2)(2)使尾气中NO、NO2被充分吸收Ca(OH)2(3)放气体中NO含量升高产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高(4)3NO2－＋2H＋=NO3－＋2N