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高考无机化工流程微型化设计
【知识网络•悉考点】
【研析真题•明方向】
1.(2022·湖南卷)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下,下列说法错误的是( )
A.不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料 B.采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C.合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2 D.滤液可回收进入吸收塔循环利用
2.(2022·山东卷)高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下,可能用到的数据见下表。下列说法错误的是( )
Fe(OH)3
Cu(OH)2
Zn(OH)2
开始沉淀pH
1.9
4.2
6.2
沉淀完全pH
3.2
6.7
8.2
A.固体X主要成分是和S;金属M为Zn B.浸取时,增大O2压强可促进金属离子浸出
C.中和调pH的范围为3.2~4.2 D.还原时,增大溶液酸度有利于Cu的生成
3.(2021·河北卷)BiOCl是一种具有珍珠光泽的材料,利用金属Bi制备BiOCl的工艺流程如图,下列说法错误的是( )
A.酸浸工序中分次加入稀HNO3可降低反应剧烈程度
B.转化工序中加入稀HCl可抑制生成BiONO3
C.水解工序中加入少量CH3COONa(s)可提高Bi3+水解程度
D.水解工序中加入少量NH4NO3(s)有利于BiOCl的生成
【重温知识•固基础】
1.化工流程题的结构
化工流程选择题的结构
流程图三部分
原料预处理、核心化学反应、产品的分离与提纯
呈现模式
识图方法
箭头的意义
图1:箭头进入的是反应物(投料),箭头出去的是生成物(产物、副产物)
图2:箭头表示反应物分步加入和生成物出来
图3:返回的箭头一般是“循环利用”的物质
2.原料处理的方法和作用
释义
研磨、雾化
将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴,增大反应物接触面积,以加快反应速率或使反应更充分
目的:提高原料转化率、利用率、浸取率,提高产品的产率等
增大接触面积:固体——粉碎、研磨; 液体——喷洒; 气体——用多孔分散器等
浸取(即浸出/溶解)
向固体中加入适当溶剂或溶液,使其中可溶性的物质溶解,包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
水浸
与水接触反应或溶解,使原料变成离子进入溶液中
酸浸
在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去的过程
如:用硫酸、盐酸、浓硫酸等,与酸接触反应或溶解,使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去
碱浸
在碱性溶液中使两性化合物(Al2O3、ZnO等)溶解,不溶物通过过滤除去的过程
醇浸
提取有机物,常采用有机溶剂(乙醚,二氯甲烷等)浸取的方法提取有机物
浸出率
固体溶解后,离子在溶液中的含量的多少
提高浸出率的方法:适当升温(加热)、搅拌、粉碎(研磨)、增大反应物(酸、碱)的浓度
灼烧(煅烧)
改变结构和组成,使一些物质能溶解;并使一些杂质在高温下氧化、分解
如:金属(多)硫化物,使S元素SO2↑ (再钙基固硫除);煅烧高岭土和石灰石
如:从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质,将有机碘转化为碘盐
酸作用
溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等
碱作用
去油污、去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅、调节pH、促进水解(沉淀)
3.物质分离或提纯的方法
(1)调pH除杂: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
①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
②实例
a.除去CuSO4溶液中少量Fe3+,可向溶液中加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3、CuCO3,调节pH至3~4,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去。离子方程式为:Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+、CuO+2H+===Cu2++H2O
b.Mg2+ (Fe3+):MgO、Mg(OH) 2、MgCO3
c.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)3
2.7
3.7
Fe(OH)2
7.6
9.6
Mn(OH)2
8.3
9.8
若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+:先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调溶液的pH至3.7~8.3
(2)蒸发结晶:提取溶解度随温度变化不大的溶质(NaCl)
①蒸发结晶的标志:当有大量晶体出现时,停止加热,利用余热蒸干
②实例1:从NaCl溶液中获取NaCl固体
a.方法:蒸发结晶
b.具体操作:加热蒸发,当析出大量NaCl晶体时,停止加热,利用余热蒸干
③实例2:NaCl溶液中混有少量的 KNO3溶液
a.方法:蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥
b.具体操作:若将混合溶液加热蒸发一段时间,析出的固体主要是NaCl,母液中是KNO3和少量NaCl,这样就可以分离出大部分NaCl
c.趁热过滤的目的:防止KNO3溶液因降温析出,影响NaCl的纯度
(3)冷却结晶
①适用范围:提取溶解度随温度变化较大的物质(KNO3)、易水解的物质(FeCl3)或结晶水化合物(CuSO4·5H2O)
②蒸发浓缩的标志:当有少量晶体(晶膜)出现时
③实例:KNO3溶液中混有少量的 NaCl溶液
a.方法:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
b.具体操作:若将混合溶液加热蒸发后再降温,则析出的固体主要是KNO3,母液中是NaCl和少量KNO3,
这样就可以分离出大部分KNO3
(4)溶解法:利用特殊溶剂把杂质溶解而除去,如Fe(Al)可用过量的NaOH溶液而除去Al
(5)晶体干燥的方法:自然晾干、滤纸吸干、在干燥器中干燥、烘干(热稳定性较好),低温减压干燥(热稳定性差)
(6)洗涤法——常用的洗涤剂
①蒸馏水洗涤:主要适用于除去沉淀吸附的可溶性杂质
②冰水洗涤:既能洗去晶体表面的杂质离子,且能防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗
③乙醇、有机溶剂洗涤:既能洗去晶体表面的杂质离子,且能防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗,此外又利用有机溶剂的挥发性,除去固体表面的水分,产品易干燥
4.可循环物质的判断
(1)流程图中回头箭头的物质
(2)生产流程中后面新生成或新分离的物质(不要忽视结晶后的母液),可能是前面某一步反应的相关物质
【题型突破•查漏缺】
1.铝一种工业制备无水氯化镁的工艺流程如下,下列说法错误的是( )
A.物质X常选用生石灰
B.工业上常用电解熔融MgCl2制备金属镁
C.“氯化”过程中发生的反应为MgO+C+Cl2MgCl2+CO
D.“煅烧”后的产物中加稀盐酸,将所得溶液加热蒸发也可得到无水MgCl2
2.制取纯净CuCl2·2H2O的生产过程:用粗CuO(含少量铁)溶解在足量的稀盐酸中加热、过滤,得到CuCl2(含FeCl2)的溶液Ⅰ,对该溶液按下列步骤进行提纯。下列说法错误的是( )
A.加入的氧化剂X最好选用H2O2溶液,发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
B.加入的物质Y可以是氧化铜、氢氧化铜、碳酸铜、碱式碳酸铜中的任意一种
C.溶液Ⅲ在干燥的HCl氛围中加热可获得较纯净的晶体CuCl2·2H2O
D.可用KSCN溶液检验溶液Ⅰ中的Fe2+是否完全转化为Fe3+
3.重质二氧化锰具有优良的电化学性能,广泛应用于各类化学电源中。以硫酸锰为原料制备重质二氧化锰的工艺流程如图。下列说法错误的是( )
A.“沉锰”的主要反应为Mn2++HCO===MnCO3↓+H+
B.“焙烧”过程在敞开、低压容器中进行效率更高
C.用少量氨水吸收“焙烧”产生的气体,所得溶液可用于“沉锰”
D.工艺中的硫酸表现酸性,高锰酸钾作氧化剂
4.亚氯酸钠(NaClO2)是一种重要的含氯消毒剂。以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图,空气起到稀释ClO2的作用,防止ClO2浓度大发生爆炸。有关说法不正确的是( )
A.加入的H2O2起氧化作用
B.吸收塔中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1
C.ClO2发生器中发生反应的离子方程式为2ClO+SO2===2ClO2+SO
D.操作②实验方法是重结晶
5.用TiOSO4溶液生产纳米TiO2的工艺流程如下,下列说法错误的是( )
A.在实验室中进行“操作Ⅰ”,需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗
B.“沉钛”时反应的离子方程式为TiO2++2NH3·H2O===TiO(OH)2↓+2NH
C.回收“滤液”中的(NH4)2SO4,应采用蒸发结晶法
D.纳米TiO2形成分散系时,具有较好的光线散射能力
6.从粗铜精炼的阳极泥(主要含有Cu2Te)中提取粗碲的一种工艺流程如图(已知TeO2微溶于水,易溶于强酸和强碱),下列有关说法正确的是( )
A.“氧化浸出”时为使碲元素沉淀充分,应加入过量的硫酸
B.“过滤”用到的玻璃仪器:分液漏斗、烧杯、玻璃棒
C.“还原”时发生的离子方程式为2SO+Te4++4OH-===Te↓+2SO+2H2O
D.判断粗碲洗净的方法:取少量最后一次洗涤液,加入BaCl2溶液,没有白色沉淀生成
7.化工行业常用硒(Se)作催化剂,该催化剂具有反应条件温和、成本低、环境污染小、用后处理简便等优点。以铜阳极泥(主要成分为Cu2Se、Ag2Se,还含有少量Ag、Au、Pt等)为原料制备纯硒的工艺流程如图。下列说法错误的是( )
已知:①“净化除杂”时采用真空蒸馏的方法提纯硒(沸点为685 ℃);
②焙烧后,Cu、Ag均以硫酸盐形式存在,Ksp(Ag2SO4)=1.4×10-5;
③“浸出液”中溶质的饱和浓度不小于0.01 mol·L-1。
A.“加硫酸并焙烧”时使用的硫酸应为浓硫酸
B.“水吸收”过程得到的溶液呈酸性
C.在实验室蒸馏时,需要用到直形冷凝管
D.“浸出液”中的溶质成分不可能含有Ag2SO4
8.铈是稀土元素,氢氧化铈[Ce(OH)4]是一种重要的氢氧化物。平板电视显示屏生产过程中会产生大量的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2),某课题组以此粉末为原料回收铈,设计实验流程如下,下列说法正确的是( )
A.过程①中发生的反应是:Fe2O3+6H+===2Fe2++3H2O
B.过程②的反应中H2O2作氧化剂
C.CeO2是碱性氧化物,可以与盐酸反应生成盐和水
D.过程④中发生的反应为:4Ce(OH)3+O2+2H2O===4Ce(OH)4
9.某镍矿的主要成分为硫化镍(NiS),含少量杂质CuS、FeS,以该镍矿制粗镍的简化流程如图,下列说法不正确的是( )
A.“废气”过量排放可引起酸雨
B.石英砂熔炼的目的是造渣除铁
C.电解制粗镍时,阳极发生的主要电极反应式为NiS-2e-===Ni2++S
D.粗镍中的少量铜可用硝酸除去
【题型特训•练高分】
1.用硼镁矿(主要成分为2MgO·B2O3·H2O,含SiO2、CaCO3、铁和铝的氧化物等杂质)生产硼酸并回收硫酸镁的工艺流程如图。下列叙述不正确的是( )
A.滤渣1的主要成分为SiO2、CaSO4
B.试剂a可选用MgO
C.滤渣2仅含Fe(OH)3
D.母液经系列操作分离出晶体后,乙醇洗涤干燥可得MgSO4·H2O
2.钡盐生产过程中排出大量的钡泥[主要含有BaCO3、BaSiO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等],由该钡泥制取硝酸钡[Ba(NO3)2]的工艺流程如下,下列说法错误的是( ) 已知废渣中含有Fe(OH)3
A.“酸溶”时的不溶物成
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