化学技术题 无机化工生产.docx

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化学技术题无机化工生产

无机化工生产

化学工艺流程题，一般也就围绕六个方面设问求解。

要准确、顺利解答工艺流程题，除了必须要掌握物质的性质和物质之间相互作用的基本知识以及除杂分离提纯物质的基本技能外，最关键的问题要具备分析工艺生产流程的方法和能力。

一是解决将原料转化为产品的生产原理；

二是除去所有杂质并分离提纯产品；

三是提高产量与产率；

四是减少污染，考虑“绿色化学”生产；

五是原料的来源既要考虑丰富，还要考虑成本问题；

六是生产设备简单，生产工艺简便可行。

从解题流程方面看，要解决好三个问题：

首先要读懂题头，即题目开始用文字叙述的部分，弄清楚化工生产的目标产品是什么，如果是化学实验流程题，则要搞清楚实验的目的是什么？

是合成新物质还是分离提纯物质？

其次要读懂工艺流程图，即从第一个流程开始沿着流程图读到结束，弄清楚每一步流程中的化学变化和化学操作，有时需要联系前后左右的相关流程进行推测各流程中所发生的化学变化或分离提纯操作，理解了流程图描述的原料怎样变成目标产物，就算是读懂了流程图，读懂流程图是解答这类题型的核心，需要学生相当熟练高中化学中的元素化合物知识和化学实验基本操作技能。

第三，是针对问题作出回答，第二个问题解决了，第三个问题便会迎刃而解，只需要考生注意使用化学用语的规范性，尤其要注意原理性描述语言跟操作性语言描述的区别。

【例题】2010年广东卷32．

碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。

以

-锂辉石（主要成分为Li2O·Al2O3·4SiO2）为原料制备Li2CO3的工艺流程如下：

已知：

Fe3＋、Al3＋、Fe2＋和Mg2＋以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4；Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g。

⑴步骤I前，

-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是________________。

⑵步骤I中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li＋、SO

，另含有Al3＋、Fe3＋、Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋、Na＋等杂质，需在搅拌下加入_____________（填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”）以调节溶液的pH到6．0～6．5，沉淀部分杂质离子，然后分离得到浸出液。

⑶步骤II中，将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中，可除去的杂质金属离子有。

⑷步骤III中，生成沉淀的离子方程式为________________。

⑸从母液中可回收的主要物质是_____________________。

【分析】

本题是一个工艺生产背景，目的是用锂、铝硅酸盐制备Li2CO3。

大致浏览流程图知道第Ⅰ段是把锂元素转移到溶液中，第Ⅱ段是除去杂质，第Ⅲ段是反应生成产品。

第

（1）小题，固体粉碎后接着进行酸浸，要发生化学反应，故其直接目的是增大固体与硫酸的接触面积，增大了反应速率，间接目的是使单位时间内锂元素的浸出率更高。

第

（2）小题，要求用调节pH的方法使杂质离子沉淀除去，显然需要用到题干中几种阳离子的沉淀pH信息，调节前是酸浸得到的溶液，硫酸必然是过量的故酸性较强，调节的目的应该是使pH升高，故应加入可以中和酸的物质。

第（3）小题，隐含的信息更多了，这时需要把物质的转化流程梳理一下：

调节pH到6.5只能除去H＋、Al3＋、Fe3＋，而且还引入了Ca2＋，说明还存在的杂质离子是Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋、Na＋，H2O2溶液是氧化剂可将Fe2＋氧化为Fe3＋，石灰乳可接着将Mg2＋和Fe3＋沉淀，而Na2CO3溶液可将Ca2＋沉淀，而Na＋仍然在溶液中。

第（4）小题，溶液中主要是Li2SO4，结合题干中的溶解度信息，生成的沉淀应该是Li2CO3。

第（5）小题，沉淀反应发生前，溶液中含大量的Li2SO4和少量Na＋，沉淀反应后溶液中留下大量Na2SO4和可能过量的少量Na2CO3，题目问主要物质，答Na2SO4即可。

1、（2013国乙36）

草酸（乙二酸）可作还原剂和沉淀剂，用于金属除锈、织物漂白和稀土生产。

一种制备草酸（含2个结晶水）的工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）CO和NaOH在一定条件下合成甲酸钠、甲酸钠加热脱氢的化学反应方程式分别为　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　。

（2）该制备工艺中有两次过滤操作，过滤操作①的滤液是　　　　　　　，滤渣是　　　　　；过滤操作②的滤液是　　　　　　和　　　　　　　　　，滤渣是　　　　　　　　　　　　　　。

（3）工艺过程中③和④的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（4）有人建议甲酸钠脱氢后直接用硫酸酸化制备草酸。

该方案的缺点是产品不纯，其中含有的杂质主要是　　　　　　　。

（5）结晶水合草酸成品的纯度用高锰酸钾法测定。

称量草酸成品0.250g溶于水中，用0.0500mol•L-1的酸性KMnO4溶液滴定，至粉红色不消褪，消耗KMnO4溶液15.00mL，反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　；列式计算该成品的纯度　　　　　　　　　　。

答案：

（1）CO+NaOH

HCOONa　　　　2HCOONa

Na2C2O4+H2↑

（2）NaOH溶液　CaC2O4H2C2O4溶液　　H2SO4溶液　　　　CaSO4

（3）分别循环利用氢氧化钠和硫酸（降低成本），减小污染。

（4）Na2SO4

（5）5C2O42-+2MnO4-+16H+=2Mn2++8H2O+10CO2↑

2、（2013山东31）

废旧硬质合金刀具中含碳化钨（WC）、金属钴（CO）及少量杂质铁，利用电解法可回收WC和Co。

工艺流程简图如下：

（1）电解时废旧刀具做阳极，不锈钢做阴极，HCl溶液为电解液。

阴极主要的电极反应为。

（2）净化步骤所得滤饼的主要成分是。

回收的洗涤液代替水配制电解液，目的是回收利用其中的。

（3）溶液I的主要成分是。

洗涤CoC2O4不充分对最终产品纯度并无明显影响，但焙烧时会造成环境污染，原因是。

（4）将Co2O3还原成Co粉的化学方程式为。

答案：

（1）2H＋＋2e－=H2↑

（2）Fe（OH）3CO3+（或CO）

（3）NH4ClNH4Cl分解放出NH3和HCl气体

⑷3H2＋Co2O3=高=温==2Co＋3H2O

3、（2014国乙36）

磷矿石主要以磷酸钙〔Ca3（PO4）2·H2O〕和磷灰石〔Ca3（OH）（PO4）3〕等形式存在。

图（a）为目前国际上磷矿石利用的大致情况，其中湿法磷酸是指磷矿石用过量硫酸分解制备磷酸。

图（b）是热法磷酸生产过各中由磷灰石制单质磷的流程。

部分物质的相关性质如下：

熔点/℃

沸点/℃

备注

白磷

44

280.5

PH3

-133.8

-87.8

难溶于水，具有还原性

SiF4

-90

-86

易水解

回答下列问题：

（1）世界上磷矿石最主要的用途是生产含磷肥料，约占磷矿石使用量的______%。

（2）以磷灰石为原料，湿法磷酸过程中Ca3F（PO4）3反应的化学方程式为：

______________________________。

现有1吨折合含有五氧化二磷约30%的磷灰石，

最多可制得85℅的商品磷酸__________吨。

（3）如图（b）所示，热法生产磷酸的第一步是将二氧化硅．过量焦炭与磷灰石混合，高温反

应生成白磷。

炉渣的主要成分是：

___________（填化学式）冷凝塔1的主要沉积物是：

_________________，冷凝塔2的主要沉积物是_____________________________。

（4）尾气中主要含有__________，还含有少量PH3、H2S和HF等，将尾气先通入纯碱溶液，

可除去____________，再通入次氯酸钠溶液，可除去_______________。

（均填化学式）

（5）相比于湿法磷酸，热法磷酸工艺复杂，能耗高，但优点是：

_____________________。

答案：

（1）69

（2）Ca3F（PO4）3+5H2SO4＝3H3PO4+5CaSO4+HF↑0.49

（3）CaSiO3；液态白磷；固态白磷

（4）SiF4．CO；SiF4．HF．H2S；PH3

（5）产品纯度高（浓度大）

4、（2014山东32）

工业上用重铬酸钠（Na2Cr2O7）结晶后的母液（含少量杂质Fe3+）生产重铬酸钾（K2Cr2O7）。

工艺流程及相关物质溶解度曲线如图：

（1）由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为____________________________，通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是____________________________。

（2）向Na2Cr2O7母液中加碱液调PH的目的是____________________________。

（3）固体A主要为__________________（填化学式），固体B主要为________（填化学式）。

（4）用热水洗涤固体A，回收的洗涤液转移到母液______（填“I”“II”或“III”）中，既能提高产率又可使能耗最低。

答案：

（1）Na2Cr2O7+2KCl=K2Cr2O7+2NaCl；

低温下K2Cr2O7溶解度远小于其他组分，随温度的降低，K2Cr2O7溶解度明显减小。

（2）除去Fe3+

　（3）NaCl；K2Cr2O7

　（4）II

5、（2015国乙36）

氯化亚铜（CuCl）广泛应用于化工、印染、电镀等行业。

CuCl难溶于醇和水，可溶于氯离子浓度较大的体系。

在潮湿空气中易水解氧化。

以海绵铜（主要成分是Cu和少量CuO）为原料，采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如下：

回答下列问题：

（1）步骤①中得到的氧化产物是　　　　　　，溶解温度应控制在60～70℃，原因是　　　　　　。

（2）写出步骤③中主要反应的离子方程式　　　　　　。

（3）步骤⑤包括用pH=2的酸洗、水洗两步操作，酸洗采用的酸是　　　　　　（写名称）。

（4）上述工艺中，步骤⑥不能省略，理由是　　　　　　。

（5）步骤②、④、⑤、⑧都要进行固液分离。

工业上常用的固液分离设备有　　　　　　（填字母）。

A．分馏塔B．离心机C．反应釜D．框式压滤机

（6）准确称取所制备的氯化亚铜样品mg，将其置于过量的FeCl3溶液中，待样品完全溶解后，加入适量稀硫酸，用amol·L-1的K2Cr2O7溶液滴定到终点，消耗K2Cr2O7溶液bmL，反应中Cr2O72-被还原为Cr3+。

样品中CuCl的质量分数为　　　　　　。

答案：

（1）CuSO4或Cu2+　　温度低溶解速度慢、温度过高铵盐分解

（2）2Cu2++SO32-+2Cl-+H2O=2CuCl↓+SO42-+2H+

（3）硫酸

（4）醇洗有利加快去除CuCl表面水分，防止其水解氧化

（5）B、D

（6）

6、（2015山东32）

工业上利用氨氧化获得的高浓度NOx气体（含NO、NO2）制备NaNO2、NaNO3，工艺流程如下：

已知：

Na2CO3＋NO＋NO2=2NaNO2＋CO2 

（1）中和液所含溶质除NaNO2及少量Na2CO3外，还有_______（填化学式）。

（2）中和液进行蒸发Ⅰ操作时，应控制水的蒸发量，避免浓度过大，目的是_______。

蒸发Ⅰ产生的蒸气中含有少量NaNO2等有毒物质，不能直接排放，将其冷凝后用于流程中的_______（填操作名称）最合理。

（3）母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO3的目的是_______。

母液Ⅱ需回收利用，下列处理方法合理的是________。

 a．转入中和液      b．转入结晶Ⅰ操作

 c．转入转化液      d．转入结晶Ⅱ操作 

（4）若将NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比设为2:

1，则生产1.38吨NaNO2时，Na2CO3的理论用量为______吨（假定Na2CO3恰好完全反应）。

答案：

（1）NaNO3

（2）防止NaNO2的析出；溶碱 

（3）将NaNO2转化为NaNO3；c、d； 

（4）1.59

7、（2015广东32）

七铝十二钙（12CaO•7Al2O3）是新型的超导材料和发光材料，用白云石（主要含CaCO3和MgCO3）和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下：

（1）煅粉主要含MgO和　　　　，用适量的NH4NO3溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶，若溶液I中c（Mg2+）小于5×10‾6mol·L‾1,则溶液pH大于　　（Mg（OH）2的Ksp=5×10‾12）；该工艺中不能用（NH4）2SO4代替NH4NO3，原因是　　　　　　　。

（2）滤液I中的阴离子有　　　　　　（忽略杂质成分的影响）；若滤液I中仅通入CO2，会生成　　　　　　　，从而导致CaCO3产率降低。

（3）用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜，反应的离子方程式为　　　　　　　　　。

（4）电解制备Al（OH）3时，电极分别为Al片和石墨，电解总反应方程式为　　　　　　　　。

（5）一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl4－和Al2Cl7－两种离子在Al电极上相互转化，其它离子不参与电极反应，放电时负极Al的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。

答案：

（1）CaO；11；加入（NH4）2SO4会生成微溶物CaSO4进入滤渣，降低CaCO3产率。

（2）NO3－、OH－；Ca（HCO3）2　

（3）2OH－+Al2O3＝2AlO2－+H2O（4）2Al+6H2O

2Al（OH）3+3H2↑

（5）Al－3e－＋7AlCl4－===4Al2Cl7－

8.（14分）利用铝灰（主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等）制备铝鞣剂[主要成分为Al（OH）2Cl]的一种工艺如下：

（1）气体A能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。

铝灰在90℃水解生成A的化学方程式为

；“水解”采用90℃而不在室温下进行的原因是。

（2）“酸溶”时，Al2O3发生反应的离子方程式为。

（3）“氧化”时，发生反应的离子方程式为___________________________________。

（4）“废渣”成分为________（填化学式）。

（5）采用喷雾干燥而不用蒸发的原因是______________________。

（6）煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为4[NH4Al（SO4）2·12H2O]

2Al2O3+2NH3↑

+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O,将产生的

气体通过如右图所示的装置。

则集气

瓶中收集到的气体是　　　　（填化

学式）。

90℃

8．（14分）

（1）（5分）AlN＋3H2O====Al（OH）3＋NH3↑（2分）加快AlN水解反应速率（1分），降

低NH3在水中的溶解度（1分），促使NH3逸出（1分）

（2）（2分）Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O

（3）（2分）2Fe2＋＋2H＋＋ClO－===3Fe3＋＋Cl－＋H2O

（4）（1分）Fe（OH）3

（5）（2分）防止Al（OH）2Cl水解生成Al（OH）3

（6）（2分）N2

9、（2015四川11）

为了保护环境，充分利用资源，某研究小组通过如下简化流程，将工业制硫酸的硫铁矿烧渣（铁主要以Fe2O3存在）转变成重要的化工原料FeSO4（反应条件略）。

活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为：

FeS2+7Fe2（SO4）3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4，不考虑其他反应。

请回答下列问题：

（1）第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是　　　　　　　。

（2）检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原，应选择　　　　　　　　（填字母编号）。

A．KMnO4溶液　　　　B．K3[Fe（CN）6]溶液　　　　C．KSCN溶液

（3）第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右，然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5.2，此时Fe2+不沉淀，滤液中铝、硅杂质除尽。

通入空气引起溶液pH降低的原因是　　　　　　。

（4）FeSO4可转化为FeCO3，FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。

已知25℃，101kPa时：

4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）　　　ΔH=－1648kJ/mol

　　　　　　　C（s）+O2（g）=CO2（g）　　　　　　　ΔH=－393kJ/mol

　　　　　　　2Fe（s）+2C（s）+3O2（g）=2FeCO3（s）　ΔH=－1480kJ/mol

FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是　　　　　　　　　　　　。

（5）FeSO4在一定条件下可制得FeS2（二硫化亚铁）纳米材料。

该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li+FeS2=Fe+2Li2S，正极反应式是　　　　　　　　　。

（6）假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3，其含量为50%。

将akg质量分数为b%的硫酸加入到ckg烧渣中浸取，铁的浸取率为96%，其它杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。

按上述流程，第Ⅲ步应加入FeCO3　　　　　　kg。

答案：

（1）Fe2O3+6H+＝2Fe3++3H2O

（2）C

（3）Fe2+被氧化为Fe3+，Fe3+水解产生H+

（4）4FeCO3（s）+O2（g）=2Fe2O3（s）+4CO2（g）　ΔH=－260kJ/mol

（5）FeS2+4Li++4e－=Fe+Li2S或FeS2+4e－=Fe+2S2‾

（6）0.0118ab－0.646c或

10、（2015海南20）

20—Ⅰ下列有关海水综合利用的说法正确的是

A.电解饱和食盐水可制得金属钠B.海带提碘只涉及物理变化

C.海水提溴涉及到氧化还原反应D.海水提镁涉及到复分解反应

20—Ⅱ铁在自然界分布广泛，在工业、农业和国防科技中有重要应用。

回答下列问题：

（1）用铁矿石（赤铁矿）冶炼生铁的高炉如图（a）所示。

原料中除铁矿石和焦炭外含有。

除去铁矿石中脉石（主要成分为SiO2）的化学反应方程式为、；高炉排出气体的主要成分有N2、CO2和（填化学式）。

（2）已知：

①Fe2O3（s）+3C（s）=2Fe（s）+3CO（g）ΔH=+494kJ·mol-1

②CO（g）+

O2（g）=CO2（g）ΔH=-283kJ·mol-1

③C（s）+

O2（g）=CO（g）ΔH=-110kJ·mol-1

则反应Fe2O3（s）+3C（s）+

O2（g）=2Fe（s）+3CO2（g）的ΔH=kJ·mol-1。

理论上反应放出的热量足以供给反应所需的热量（填上述方程式序号）

（3）有人设计出“二步熔融还原法”炼铁工艺，其流程如图（b）所示，其中，还原竖炉相当于高炉的部分，主要反应的化学方程式为；熔融造气炉相当于高炉的部分。

（4）铁矿石中常含有硫，使高炉气中混有SO2污染空气，脱SO2的方法是。

答案：

20—ⅠCD。

20—Ⅱ

（1）石灰石，CaCO3

CaO+CO2↑、CaO+SiO2

CaSiO3；CO

（2）-355②③①

（3）炉身Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2炉腹

（4）用碱液吸收（氢氧化钠溶液或氨水等）

11.（16分）高岭土化学组成为：

Al2O3（25%～34%）、SiO2（40%～50%）、Fe2O3（0.5%～3.0%）以及少量杂质和水分。

已知氧化铝有多种不同的结构，化学性质也有差异，且一定条件下可相互转化；高岭土中的氧化铝难溶于酸。

聚合氯化铝是一种新型、高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态的碱式氯化铝[Al2（OH）nCl6-n]。

用高岭土制备碱式氯化铝的工艺流程如下：

根据流程图回答下列问题：

下表为部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下

沉淀物

Fe（OH）3

Fe（OH）2

Al（OH）3

开始沉淀

2.3

7.5

3.8

完全沉淀

3.9.

9.7

5.2

（1）“煅烧”的目的是_________________________________________________。

（2）实验室用36.5％的浓盐酸（密度约为1.2g/cm3）配制4.00mol/L950mL的盐酸，需要用到的仪器有烧杯、玻璃棒、量筒、酸式滴定管、__________、__________等。

（3）“溶解”过程反应的离子方程式有__________________、______________________。

（4）加适量铝粉的主要作用是_____________________________________。

（5）“蒸发浓缩”需保持温度在90～100℃，可采用的加热方法是_________________。

（16分）

【答案】

（1）改变高岭土中氧化铝的结构（1分），使其能溶于酸（1分）。

（按点给分）

（2）1000mL容量瓶、胶头滴管

（每个2分，共4分。

容量瓶不写规格扣1分，其它答案不给分）

（3）Al2O3+6H+=2Al3++3H2OFe2O3+6H+=2Fe3++3H2O（每道2分，共4分，方程式不配平不给分，若写成Al2O3+Fe2O3+12H+=2Al3++2Fe3++6H2O不给分）

（4）除去溶液中的铁离子（3分，只要答到“除去铁离子”都给3分）

（5）水浴加热（3分，只答到“加热”不给分）

12.（18分）某地有软锰矿和闪锌矿两座矿山，它们的组成如下：

软锰矿：

MnO2含量≥65%，SiO2含量约20%，Al2O3含量约4%，其余为水分；

闪锌矿：

ZnS含量≥80%，FeS、CuS、SiO2含量约7%，其余为水分。

科研人员开发了综合利用这两种资源的同槽酸浸工艺，工艺流程如下图所示。

请回答下列问题：

（1）反应Ⅰ的滤液中含有MnSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2（SO4）3、Al2（SO4）3等。

试完成反应Ⅰ中生成CuSO4和MnSO4的化学方程式：

MnO2+CuS+=↓++CuSO4+。

（2）反应Ⅱ加入适量锌的作用是；如果锌过量，还会进一步发生反应的离子方程式为。

沉淀物

Fe（OH）3

Al（OH）3

Zn（OH）2

开始沉淀pH

2.3

4.0

5.4

完全沉淀pH

4.1

5.2

8.0

（3）反应Ⅲ要调节pH生成Fe（OH）3、Al（OH）3，中过量的H+所使用的物质是，调节的pH范围是（pH数据见上表）。

（4）本工艺可以循环利用的物质有ZnCO3、、MnCO3和。

【答案】（18分）

（1）（4分）2H2SO4S↓MnSO42H2O（后两种物质顺序可颠倒）

（2）（3分）将溶液中的硫酸铜转化为铜（2分）Zn+Fe2+=Fe+Zn2+（2分）

（3）（6分）MnCO3（2分）ZnCO3（2分）5.2~5.4（或其中的数值，2分）

（4）（2分）MnO2