无机化工生产流程题的突破方法【考题体验组】(20分钟 30分)1.(8分)(2022·龙岩一模)MgSO4·7H2O在医药上常用作泻药,工业上可用氯碱工业中的一次盐泥为原料生产。已知一次盐泥中含有镁、钙、铁、铝、锰的硅酸盐和碳酸盐等成分。其主要工艺如下：请回答下列问题：(1)用H2SO4调节溶液pH至1～2,H2SO4的作用是_________________________ 。(2)加NaClO溶液至pH为5～6并加热煮沸5分钟～10分钟,沉淀2中主要含有MnO2和另外两种难溶物,这两种难溶物的化学式分别为 、 ;其中NaClO溶液将MnSO4转化为MnO2的离子方程式为 ________________________________。(3)检验滤液Ⅱ中是否含有Fe3+的实验方法是 。(4)“操作X”是将溶液 、 、过滤洗涤,即得到MgSO4·7H2O晶体。2.(10分)(2022·连云港一模)碱式碳酸铜是一种用途广泛的化工原料。工业上可用电子工业中刻蚀线路板的酸性废液(主要成分有FeCl3、CuCl2、FeCl2)制备,其制备过程如下：查阅资料知,通过调节溶液的酸碱性可使Cu2+、F、F生成沉淀的pH如下：物质Cu(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3开始沉淀pH4.77.51.4沉淀完全pH6.7143.7(1)氯酸钠的作用是 。(2)调节反应A所得溶液的pH范围为 ,可以选择的试剂是 (填序号)。a.氨水 b.硫酸铜 c.氢氧化铜 d.碱式碳酸铜(3)反应B的温度要控制在60℃左右,且保持恒温,可采用的加热方法是 ;若温度过高,所得蓝绿色沉淀中会有黑色固体出现,黑色固体可能是 。(4)已知滤液中含有碳酸氢钠,写出生成碱式碳酸铜的离子方程式： __________________________。-6-(5)过滤得到的产品洗涤时,如何判断产品已经洗净 。3.(12分)实验室里用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4·7H2O),其过程如下：(1)过程①中,FeS和O2、H2SO4反应的化学方程式为 。(2)过程②中产生的尾气会对大气造成污染,可选用下列试剂中的 吸收。a.浓硫酸 b.蒸馏水c.NaOH溶液d.浓硝酸(3)过程③中,需要加入的物质名称是 。(4)过程④的实验操作是 。(5)过程⑥中,将溶液Z加热到70℃～80℃,目的是 。(6)实验室为测定所得到的聚铁样品中铁元素的质量分数,进行下列实验。①用分析天平称取样品2.700g;②将样品溶于足量盐酸后,加入足量的氯化钡溶液;③过滤、洗涤、干燥、称量,得固体质量为3.495g。若该聚铁主要成分为n,则该聚铁中铁元素的质量分数为 。【新题预测组】(20分钟 30分)1.(6分)活性氧化锌用作橡胶硫化的活性剂、补强剂。以氧化锌粗品为原料制备活性氧化锌的生产工艺流程如下：一些阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见下表：沉淀物Fe(OH)3Cu(OH)2Zn(OH)2Fe(OH)2pH3.76.78.09.7(1)“溶解”前将氧化锌粗品粉碎成细颗粒,目的是 。(2)“溶解”后得到的酸性溶液中含有Zn2+、S,还含有Fe2+、Cu2+等杂质。先加入 (填“Na2CO3”或“H2SO4”)调节溶液的pH至5.4,然后加入适量KMnO4,Fe2+转化为Fe(OH)3,同时KMnO4转化为MnO2。经检测溶液中Fe2+的浓度为0.009mol·L-1,则每升溶液中至少应加入 molKMnO4。(3)杂质Cu2+可利用置换反应除去,应选择的物质是 。-6-(4)“沉淀”得到ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O,“煅烧”在450℃～500℃下进行,“煅烧”反应的化学方程式为 。2.(12分)工业碳酸钠(纯度约为98%)中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl—、S等杂质,提纯工艺线路如下：Ⅰ.碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的溶质如下图所示：Ⅱ.有关物质的溶度积如下：物质CaCO3MgCO3Ca(OH)2Mg(OH)2Fe(OH)3Ksp4.96×10-96.82×10-64.68×10-65.61×10-122.64×10-39回答下列问题：(1)加入NaOH溶液时发生的离子方程式为 ;向含有Mg2+、Fe3+的溶液中滴加NaOH溶液,当两种沉淀共存且溶液的pH=8时,c(Mg2+)∶c(Fe3+)= 。(2)“趁热过滤”时的温度应控制在 。(3)有人从“绿色化学”角度设想将“母液”沿流程中虚线所示进行循环使用。请你分析实际工业生产中是否可行? ,并说明理由 __________________________________________________________。3.(12分)亚氯酸钠(NaClO2)是一种重要的含氯消毒剂,主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌。以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：已知：①NaClO2的溶解度随温度升高而增大,适当条件下可结晶析出NaClO2·3H2O;②纯ClO2易分解爆炸,一般用稀有气体或空气稀释到10%以下较安全;③HClO2可看成是强酸。(1)160g·L-1NaOH溶液的物质的量浓度为 ,若要计算该溶液溶质的质量分数,还需要的一个条件是 。-6-(2)在发生器中鼓入空气的作用可能是 (填序号)。A.将SO2氧化成SO3,增强酸性B.稀释ClO2以防止爆炸C.将NaClO3氧化成ClO2(3)吸收塔内的反应的化学方程式为 ,吸收塔的温度不能超过20℃,其目的是防止H2O2分解,写出H2O2分解的化学方程式： 。(4)在碱性溶液中NaClO2比较稳定,所以吸收塔中应维持NaOH稍过量,判断NaOH是否过量的简单的实验方法是 。(5)吸收塔中为防止NaClO2被还原成NaCl,所用还原剂的还原性应适中。除H2O2外,还可以选择的还原剂是 (填序号)。A.Na2O2 B.Na2S C.FeCl2 D.PbO(悬浊液)(6)从滤液中得到NaClO2·3H2O粗晶体的实验操作依次是 (填序号)。A.蒸馏 B.蒸发 C.灼烧 D.过滤 E.冷却结晶要得到更纯的NaClO2·3H2O晶体必须进行的操作是 (填操作名称)。-6-答案解析【考题体验组】1.【解析】(1)通过加入硫酸可以使一次盐泥中的镁、铁、铝、锰转化为可溶的硫酸盐,同时生成CaSO4和H2SiO3沉淀而除去。(2)ClO-具有强氧化性,将Mn2+转化为MnO2。其反应离子方程式为Mn2++ClO-+H2O====MnO2↓+Cl-+2H+。同时将Fe2+转化为Fe3+,其反应离子方程式为2Fe2++ClO-+2H+====2Fe3++Cl-+H2O,调节溶液的pH使Fe(OH)3(完全沉淀pH≥3.2)、Al(OH)3沉淀(完全沉淀pH≥3.2),分离出来。(3)利用Fe3+与SCN-形成特征颜色变化,或与苯酚显紫色等,现象明显,灵敏度高,可检验Fe3+。(4)对滤液蒸发浓缩,得到高浓度的MgSO4溶液,然后经冷却结晶即可得到MgSO4·7H2O晶体。答案：(1)将一次盐泥中的碳酸盐和硅酸盐转化为可溶性的硫酸盐,同时生成硫酸钙和硅酸沉淀而除去(2)Al(OH)3 Fe(OH)3Mn2++H2O+ClO-====MnO2↓+Cl-+2H+(3)取滤液Ⅱ1mL～2mL于试管中,加入少量的KSCN溶液,若不显红色,证明滤液Ⅱ中无Fe3+(4)蒸发浓缩 冷却结晶2.【解析】(1)题中要除去Fe2+、Fe3+杂质,必须先将Fe2+转变为Fe3+,再调节pH,故NaClO3的作用是将Fe2+转变为Fe3+。(2)要将Fe3+完全沉淀,但不能将Cu2+沉淀,故pH应在3.7～4.7。除杂时,不能引入新的杂质,同时促进Fe3+的水解,故应选c、d。(3)控制反应温度在100℃以下,可采用水浴加热法。碱式碳酸铜受热易分解成黑色的CuO。(4)由信息知,反应物中有Cu2+、C,生成物中有碱式碳酸铜,再根据原子守恒和电荷守恒,反应的离子方程式为2Cu2++3C+2H2O====Cu2(OH)2CO3+2HC。(5)沉淀上会吸附Na+、Cl-等,故可检验Cl-。注意一定要强调“最后一次”。答案：(1)将Fe2+氧化为Fe3+ (2)3.7～4.7 c、d(3)水浴加热 CuO(4)2Cu2++3C+2H2O====Cu2(OH)2CO3+2HC(5)取最后一次洗涤液,加入硝酸银、稀硝酸溶液,无沉淀产生则表明已洗净3.【解析】(1)根据固体W的成分中存在S,推出FeS和O2、H2SO4发生氧化还原反应,FeS作还原剂,O2作氧化剂,产物有Fe2(SO4)3、S、H2O。(2)污染物是SO2,用碱液吸收。(3)溶液X中的铁是Fe3+,绿矾中的铁为Fe2+,故应加入铁粉,将Fe3+还原为Fe2+。(4)将滤液进行蒸发浓缩,待有大量晶体析出时,冷却结晶,然后过滤,并洗涤沉淀。(5)温度过低水解程度低,升高温度促进Fe3+的水解,过高温度不利于聚铁的形成。(6)③得到的沉淀是BaSO4,n(BaSO4)==0.015mol,根据聚铁主要成分为n,推出n(Fe3+)=0.015mol,则m(Fe3+)=0.84g,铁元素的质量分数：w(Fe)=(0.84g/2.700g)×100%=31.11%。答案：(1)4FeS+3O2+6H2SO4====2Fe2(SO4)3+6H2O+4S(2)c (3)铁粉(4)蒸发(浓缩)、(冷却)结晶、过滤、洗涤(5)促进Fe3+的水解 (6)31.11%【新题预测组】-6-1.【解析】(1)工业上通常将原料粉碎来加快反应速率;(2)只有加入碳酸钠才能使pH升高;锰元素的化合价经反应后改变三价,所以消耗的物质的量应为Fe2+的1/3;(3)要除去铜离子且不引入杂质离子,只能使用锌粉;(4)最终要得到的是纯净的氧化锌,所以煅烧的最终产物应是氧化锌。答案：(1)增大固液接触面积,加快溶解时的反应速率(2)Na2CO3 0.003(3)锌粉(4)ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O3ZnO+CO2↑+3H2O↑2.【解析】(1)根据溶度积可以判断加入氢氧化钠后Fe3+和Mg2+生成沉淀;根据两者的溶度积可计算出pH=8时c(Mg2+)=5.61mol·L—1,c(Fe3+)=2.64×10-21mol·L-1,即可求出两者的比值。(2)“趁热过滤”主要是防止碳酸钠晶体的损失,所以温度不能低于36℃。(3)母液中不完全是有用成分,要考虑到其他离子对工艺的影响。答案：(1)Fe3++3OH-====Fe(OH)3↓,MgCO3+2OH-====Mg(OH)2+C,Mg2++2OH-====Mg(OH)2↓ 2.125×1021(2)高于36℃(3)不可行 若“母液”循环使用,则溶液中c(Cl-)和c(S)增大,最后所得产物Na2CO3会混有杂质3.【解析】(1)160g·L-1NaOH溶液表示的是1L溶液中含有NaOH的质量是160g,NaOH的物质的量是4mol,所以此溶液的物质的量浓度是4mol·L-1,若要计算该溶液溶质的质量分数,需要知道溶液的质量,所以还需要的条件是溶液的密度。(2)根据题给信息,纯ClO2易分解爆炸,由此可判断发生器中鼓入空气的作用是稀释ClO2以防止爆炸。(3)通过吸收塔内的反应制备NaClO2,ClO2是氧化剂,H2O2是还原剂,相应的氧化产物应是氧气,同时参加反应的还有NaOH,此反应的化学方程式应为2NaOH+2ClO2+H2O2====2NaClO2+2H2O+O2;H2O2分解的化学方程式为2H2O22H2O+O2↑。(4)判断NaOH是否过量可以采用测定溶液pH的方法。(5)本实验的目的是制备纯净的亚氯酸钠(NaClO2),制备过程中选取的还原剂不能引入杂质,H2O2相应的产物是H2O和氧气,没有引入杂质。分析选项,Na2O2相应的产物是NaOH和氧气,不会引入杂质,PbO(悬浊液)相应的产物是PbO2固体,过滤可以除去。B、C都会引入杂质。(6)从滤液中得到粗晶体的步骤是蒸发、冷却结晶和过滤,或者直接冷却结晶、过滤。由粗晶体制得纯的晶体,则需要重结晶。答案：(1)4mol·L-1 该溶液的密度(2)B(3)2NaOH+2ClO2+H2O2====2NaClO2+2H2O+O22H2O22H2O+O2↑(4)连续测定吸收塔内溶液的pH(5)A、D (6)B、E、D或E、D 重结晶-6-
