专题讲座二无机化工流程题复习策略与解题方法指导

专题讲座二无机化工流程题复习策略与解题方法指导一、解题策略化工流程中常见的操作与名词化工流程题目在流程上一般分为3个过程：原料处理―→分离提纯―→获得产品(1)原料处理阶段的常见考点与常见名词①加快反应速率②溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸、浓硫酸等水浸：与水接触反应或溶解浸出：固体加水(酸)溶解得到离子浸出率：固体溶解后，离子在溶液中含量的多少(更多转化)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③灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解④控制反应条件的方法(2)分离提纯阶段的常见考点①调pH值除杂a．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例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，应该怎样做？提示：先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH到3.7。b．调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH值增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值。②试剂除杂③加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯氏制碱中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。④降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)、为使化学平衡向着题目要求的方向移动⑤萃取(3)获得产品阶段的常见考点①洗涤(冰水、热水)：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。②蒸发、反应时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。③蒸发浓缩、冷却结晶：如除去KNO3中的少量NaCl。④蒸发结晶、趁热过滤：如除去NaCl中的少量KNO3。⑤重结晶(4)其他常见考点①化学方程式②实验仪器③计算④信息二、热点题型探究热点1碱金属及其矿物的开发利用例1(2012·广东理综，32)难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s)2Ca2＋＋2K＋＋Mg2＋＋4SO2－4＋2H2O为能充分利用钾资源，用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如下：(1)滤渣主要成分有________和________以及未溶杂卤石。(2)用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K＋的原因：________________________________________________________________________。(3)“除杂”环节中，先加入________溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入__________溶液调滤液pH至中性。(4)不同温度下，K＋的浸出浓度与溶浸时间的关系见下图。由图可得，随着温度升高，①________________，②__________________。(5)有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂，则溶浸过程中会发生：CaSO4(s)＋CO2－3CaCO3(s)＋SO2－4已知298K时，Ksp(CaCO3)＝2.80×10－9，Ksp(CaSO4)＝4.90×10－5，求此温度下该反应的平衡常数K(计算结果保留三位有效数字)。解析解题时，要依据制备K2SO4的工艺流程，结合物质的分离与提纯的原则进行分析。(1)杂卤石中加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋与OH－结合生成Mg(OH)2沉淀，CaSO4微溶于水，过滤后，滤渣中含有Mg(OH)2、CaSO4及未溶解的杂卤石。(2)加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋与OH－结合生成Mg(OH)2沉淀，使c(Mg2＋)减小，杂卤石的溶解平衡正向移动，同时c(Ca2＋)与c(SO2－4)均增大，从而析出CaSO4沉淀，K＋留在滤液中。(3)滤液中含有Ca2＋、OH－，可先加入过量K2CO3溶液，除去Ca2＋，过滤后，再加入稀H2SO4调节溶液的pH至中性。(4)由图可知，随着温度升高，溶浸平衡向右移动，K＋的溶浸速率增大。(5)CaSO4(s)＋CO2－3CaCO3(s)＋SO2－4的平衡常数K＝cSO2－4cCO2－3。CaCO3(s)、CaSO4(s)分别存在溶解平衡：CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋CO2－3(aq)，CaSO4(s)Ca2＋(aq)＋SO2－4(aq)，则有Ksp(CaCO3)＝c(Ca2＋)·c(CO2－3)＝2.80×10－9，Ksp(CaSO4)＝c(Ca2＋)·c(SO2－4)＝4.90×10－5，那么K＝cSO2－4cCO2－3＝KspCaSO4cCa2＋KspCaCO3cCa2＋＝KspCaSO4KspCaCO3＝4.90×10－52.80×10－9＝1.75×104。答案(1)Mg(OH)2CaSO4(2)加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋与OH－结合生成Mg(OH)2沉淀，Mg2＋浓度减小，平衡正向移动，K＋增多(3)K2CO3H2SO4(4)①溶浸平衡向右移动②K＋的溶浸速率增大(5)CaSO4(s)＋CO2－3CaCO3(s)＋SO2－4的平衡常数K＝cSO2－4cCO2－3，据Ksp(CaSO4)、Ksp(CaCO3)可知，c(SO2－4)＝KspCaSO4cCa2＋，c(CO2－3)＝KspCaCO3cCa2＋，则有K＝cSO2－4cCO2－3＝KspCaSO4KspCaCO3＝4.90×10－52.80×10－9＝1.75×104。方法技巧要求用理论回答的试题，应采用“四段论法”：改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→有什么变化→得出什么结论。迁移应用1KNO3是重要的化工产品，下面是一种已获得专利的KNO3制备方法的主要步骤：(1)反应Ⅰ中，CaSO4与NH4HCO3的物质的量之比为1∶2，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。(2)反应Ⅱ需在干态、加热的条件下进行，加热的目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________；从反应Ⅳ所得混合物中分离出CaSO4的方法是趁热过滤，趁热过滤的目的是________________________________________________________________________。(3)检验反应Ⅱ所得K2SO4中是否混有KCl的方法是：取少量K2SO4样品溶解于水，________________________________________________________________________。(4)整个流程中，可循环利用的物质除(NH4)2SO4外，还有________(填化学式)。答案(1)CaSO4＋2NH4HCO3===CaCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑(2)加快化学反应速率，分离NH4Cl与K2SO4防止KNO3结晶，提高KNO3的产率(3)加入Ba(NO3)2溶液至不再产生沉淀，静置，向上层清液中滴加AgNO3溶液，若有沉淀生成，说明K2SO4中混有KCl(4)CaSO4、KNO3热点2镁、铝及其矿物的开发利用例2铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al2(SO4)3和铵明矾晶体[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工艺流程如图所示：请回答下列问题：(1)固体a的化学式为________，Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。(2)由Ⅴ制取铵明矾溶液的化学方程式为________，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为(填操作名称)________、冷却结晶、过滤洗涤。(3)以1000kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取Al2(SO4)3，需消耗质量分数为98%的硫酸(密度1.84g·cm－3)________L(保留一位小数)。(4)若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1∶1，则投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4的物质的量之比为________。解析(1)铝土矿中Al2O3和Fe2O3能溶于盐酸，SiO2不溶于盐酸，所以固体a的化学式为SiO2。Al2O3溶于烧碱生成NaAlO2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与稀硫酸、氨气反应生成铵明矾溶液。(3)m(Al2O3)＝1000kg×36%＝360kg，m(H2SO4)＝98×3×360102kg＝1037.6kg，需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84g·cm－3)为1037.6×103g1.84g·mL－1×98%＝575.4×103mL＝575.4L。(4)设制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)2·12H2O的物质的量都是1mol，则Al3＋共3mol，SO2－4共5mol，根据铝元素和SO2－4守恒原理可得，加入Al2O3和H2SO4的物质的量之比为32∶5＝3∶10。答案(1)SiO2AlO－2＋CO2＋2H2O===HCO－3＋Al(OH)3↓(2)Al2O3＋4H2SO4＋2NH3===2NH4Al(SO4)2＋3H2O蒸发浓缩(3)575.4(4)3∶10方法技巧首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙生产工序)试题，首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。关键在于认真对比分析原料与产品的组成，从中找出将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了，围绕生产主线所设计的系列问题也就可以解答了。迁移应用2镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。某学校课外兴趣小组从海水晒盐后的盐卤(主要含Na＋、Mg2＋、Cl－、Br－等)中模拟工业生产来提取镁，主要过程如下：回答下列问题：(1)工业上从盐卤中获取Mg(OH)2用石灰乳而不用NaOH溶液的原因是____________。(2)从过程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的方法是先将沉淀加入到盛有________溶液的烧杯中，充分搅拌后经________、______(填操作方法)可得纯净的Mg(OH)2。(3)下图是该兴趣小组设计进行过程③的实验装置图：其中装置A的作用是____________________________________________________。(4)写出过程④中发生反应的化学方程式___________________________________。答案(1)石灰乳原料丰富，成本低(2)MgCl2过滤洗涤(3)制备干燥的HCl气体(4)MgCl2(熔融)=====电解Mg＋Cl2↑