化工流程专题突破.doc

高二化学“化工流程图”专题突破

工业流程的主要框架

规律：“主线主产品，分支副产品，回头为循环”；
解题4部曲：
看图要有高度——明确整个流程以及每一部分的目的。
读图要有深度——仔细分析每步发生的反应及得到的产物。
思考要有方向——在基础理论框架下结合实际问题进行思考。
答题要有模式——注意提升表达能力。

1．（16分）高纯氧化铝可用于制高压钠灯的陶瓷管。实验室制取高纯氧化铝的流程如下：
硫酸铵溶液
滤渣
产品
滤液
硫酸铝溶液
煅烧

除杂

滤液
合成铵明矾

滤渣
结晶

（1）“除杂”操作是加入适量过氧化氢，用氨水调节溶液的pH约为8.0，以除去硫酸铵溶液中的少量Fe2+。检验Fe2+已除尽的实验操作和现象是 _______________ __ _ ______ _______ _____ 。
（2）通常条件下，KSP[Fe(OH)3]＝4.0×10－36，则理论上计算除杂后溶液中c（Fe3+）等于 ___________ 。
（3）配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，目的是 _ __ ____ ____ _____ 。
（4）“结晶”操作中，母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层的结晶为止，冷却结晶，得到铵明矾（含结晶水）。母液不能蒸干的原因是 。
（5）根据以下提示完整书写铵明矾在某温度下分解的化学方程式：________________。
____NH4Al（SO4）2·12H2O____N2＋____NH3＋3SO2＋9SO3＋____Al2O3＋____ ___________

2．黄铜矿(CuFeS2)是制取铜及其化合物的主要原料之 ，还可以制备硫以及铁的化合物。
I．近年来，湿法炼钢有了新进展。某工厂以一种叫Thibacillus ferroxidans的细菌为基体生产 铜和绿矾的工艺流程如下：

（1）试剂a为________________，试剂b为____________________。(写名称)
（2）反应l的化学方程式为_______________________________________________________________
Ⅱ。以CuFeS2精矿为原料在沸腾炉中和02(空气)反应，生成物冷却后经溶解、除铁、结晶。得到 CuS04·5H2O。沸腾炉的温度与生成物主要成分的水溶性和酸溶性实验结果如下图。

（1）沸腾炉生成物中的含铁物质主要成分为_________________ 。
（2）为获得最高的水溶性Cu(％)，沸腾炉的温度应控制在________℃左右，高于该温度生成物中的水溶性 Cu(％)F降，可能原因是

3． 近年来高锰酸钾在饮用水和工业污水处理领域的消费增长较快。实验室可用软锰矿（主要成分MnO2）为原料制备
高锰酸钾。其部分流程如下：

（1）实验中采用铁坩埚而不用瓷坩埚的原因是 ；
（2）KOH、KClO3、MnO2共熔制得绿色K2MnO4的化学方程式 ；
（3）通入CO2，可使MnO42－发生歧化反应，生成MnO4－及MnO2，则K2MnO4完成反应时，转化为KMnO4的百分率约 （精确至0．1％）
（4）若通入CO2太多，则在加热浓缩时，会有 晶体和KMnO4晶体一起析出。
（5）在加热、浓缩、烘干的过程中温度不宜过高，其原因是 ____ ；加热时用玻璃棒不停搅拌溶液的目的是 。
4．美国科学家理查德-海克和日本科学家根岸英一、铃木彰因在研发“有机合成中的钯催化的交叉偶联”而获得2010年度诺贝尔化学奖。有机合成常用的钯/活性炭催化剂长期使用，催化剂会被杂质（如：铁、有机物等）污染而失去活性，成为废催化剂，需对其再生回收。一种由废催化剂制取氯化钯的工艺流程如下：

（1）甲酸在反应中的作用是 （选填：“氧化剂”、“还原剂”）。
（2）加浓氨水时，钯转变为可溶性[Pd(NH3)4]2+，此时铁的存在形式是 （写化学式）。
（3）钯在王水（浓硝酸与浓盐酸按体积比1∶3）中转化为H2PdCl4，硝酸还原为NO，该反应的化学方程式 。
（4）700℃焙烧1的目的是： ；550℃焙烧2的目的是： 。
5．氮化硅硬度大、熔点高、不溶于酸（氢氟酸除外），是一种重要的结构陶瓷材料。一种用工业硅（含少量钾、钠、铁、铜的氧化物），已知硅的熔点是1420℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的工艺流程如下：

（1）净化N2和H2时，铜屑的作用是： ；硅胶的作用是 。
（2）在氮化炉中3SiO2(s)+2N2(g)=Si3N4(s) △H=－727.5kJ/mol，开始时为什么要严格控制氮气的流速以控制温度： ；体系中要通入适量的氢气是为了　 。
（3）X可能是 （选填：“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”、“氢氟酸”）。
（4）如何说明氮化硅产品已用水洗干净？ 。
（5）用硅粉作硅源、叠氮化钠（NaN3）作氮源，直接燃烧生成氮化硅（发生置换反应），该反应的化学方程式为：
6.（2007年上海化学卷）某课外研究小组，用含有较多杂质的铜粉，通过不同的化学反应制取胆矾。其设计的实验过程为：
浓硫酸，加热

（1）铜中含有大量的有机物，可采用灼烧的方法除去有机物，灼烧时将瓷坩埚置于
        上（用以下所给仪器的编号填入，下同)，取用坩埚应使用        ，灼烧后的坩埚应放在          上，不能直接放在桌面上。
实验所用仪器：a  蒸发皿    b  石棉网    c  泥三角
d  表面皿    e  坩埚钳    f  试管夹
（2）杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物，用以制取胆矾。灼烧后含有少量铜的可能原因是           
a  灼烧过程中部分氧化铜被还原      b  灼烧不充分铜未被完全氧化
c  氧化铜在加热过程中分解生成铜    d  该条件下铜无法被氧气氧化
（3）通过途径Ⅱ实现用粗制氧化铜制取胆矾，必须进行的实验操作步骤：酸溶、加热通氧气、过滤、        、冷却结晶、         、自然干燥
（4）由粗制氧化铜通过两种途径制取胆矾，与途径Ⅰ相比，途径Ⅱ有明显的两个优点是：             、              
（5）若测定结果x值偏高，可能的原因是                     
a  加热温度过高            b  胆矾晶体的颗粒较大
c  加热后放在空气中冷却    d  胆矾晶体部分风化
7.（广东卷19）碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。工业碳酸钠（钝度约98％）中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO等杂质，提纯工艺路线如下：

已知碳酸钠的溶解度（S）随温度变化的曲线如下图所示：
回答下列问题：
（1）滤渣的主要成分为　　　　　　　。
（2）“趁热过滤”的原因是　　　　　　　。
（3）若在实验室进行“趁热过滤”，可采取的措施是　　　　　　　（写出1种）。
（4）若“母液”循环使用，可能出现的问题及其原因是　　　　。
（5）已知：
Na2CO3·10H2O(s)=Na2CO3(s)+10H2O(g) ΔH1=+532.36 kJ·mol-1
Na2CO3·10H2O(s)=Na2CO3·H2O(s)+9H2O(g) ΔH1=+473.63 kJ·mol-1
写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式　　　　 　　　。

8.（江苏卷17）．（10分）工业上制备BaCl2的工艺流程图如下：

某研究小组在实验室用重晶石（主要成分BaSO4）对工业过程进行模拟实验。查表得
BaSO4(s) + 4C(s)4CO(g) + BaS(s) △H1 = 571.2 kJ·mol-1 ①
BaSO4(s) + 2C(s)2CO2(g) + BaS(s) △H2= 226.2 kJ·mol-1 ②
⑴气体用过量NaOH溶液吸收,得到硫化钠。Na2S水解的离子方程式为 。
⑵向BaCl2溶液中加入AgNO3和KBr，当两种沉淀共存时，= 。
[Ksp(AgBr)=5.4×10-13，Ksp(AgCl)=2.0×10-10]
⑶反应C(s) + CO2(g)2CO(g)的△H2= kJ·mol-1。
⑷实际生产中必须加入过量的炭，同时还要通入空气，其目的是
， 。
9.（北京卷28）.(14分)由Fe2O3、Fe、CuO、C、Al中的几种物质组成的混合粉末，取样品进行下列实验（部分产物略去）

(1)取少量溶液X，加入过量的NaOH溶液，有沉淀生成。取上层清液，通入CO2，无明显变化，说明样品中不含有的物质是（填写化学式）______________。
(2)Z为一种或两种气体：
①若Z只为一种气体，试剂a为饱和NaHCO3溶液，则反应I中能同时生成两种气体的化学方程式是_______________________________________________________。
②若Z为两种气体的混合物，试剂a为适量水，则Z中两种气体的化学式是______。
(3)向Y中通入过量氯气，并不断搅拌，充分反应后，溶液中的阳离子是（填写离子符号）___________________________。
(4)取Y中的溶液，调pH约为7，加入淀粉KI溶液和H2O2，溶液呈蓝色并有红褐色沉淀生成。当消耗2 mol I-时，共转移3 mol电子，该反应的离子方程式是__________。
(5)另取原样品，加入足量稀硫酸充分反应。若溶液中一定不会产生Y中的红色固体，则原样品中所有可能存在的物质组合是（各组合中的物质用化学式表示）__________。

【参考答案】
1．（16分）（1）取少量滤液于试管中，滴加适量H2O2溶液，振荡，滴加几滴KSCN溶液，若无明显现象，说明Fe2+已除尽。（4分）
（2）4.0×10－20mol·L－1 （3分）
（3）抑制Al3+水解（2分）
（4）减少可溶性杂质的析出及Al3+水解（3分）
（5） ↑
（4分）

4．（10分）（1）还原剂(2分)
（2）Fe(OH)3(2分)
（3）3Pd+12HCl+2HNO3=3H2PdCl4+2NO↑+4H2O(2分)
（4）除去活性炭及有机物(2分)；脱氨[将Pd(NH3)2Cl2转变为PdCl2] (2分)。
5．（12分）（1）除去原料气中的氧气（1分）；除去生成的水蒸气（1分）。
（2）这是放热反应，防止局部过热，导致硅熔化熔合成团，阻碍与N2的接触（2分）；
将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去（若答将整个体系中空气排尽也可得分）（2分）。
（3）硝酸（2分）
（4）洗涤后的滤出液呈中性（2分）
（5）9Si+4NaN33Si3N4 +4Na↑（2分）

6.（1）c  e  b（2）a  b（3）蒸发  过滤
（4）产生等量胆矾途径Ⅱ消耗硫酸少  途径Ⅱ不会产生污染大气的气体（5）a

7.解析：(1)   滤渣的主要成分为Mg(OH)2、Fe（OH）3、CaCO3。
(2)   “趁热过滤”的原因是使析出的晶体为Na2CO3·H2O，防止因温度过低而析出Na2CO3·10H20晶体，令后续的加热脱水耗时长。
(3)   若在实验室进行“趁热过滤”，可采取的措施是用已预热的布氏漏斗趁热抽滤。
(4)   若“母液”循环使用，可能出现的问题及其原因是问题：溶解时有大量沉淀生成，使Na2CO3损耗且产物Na2CO3混有杂质；原因：“母液”中，含有的离子有Ca2+，Na+，Cl-，SO42-，OH-，CO32-，当多次循环后，使用离子浓度不断增大，溶解时会生成CaSO4，Ca（OH）2，CaCO3等沉淀。
(5)   写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式
Na2CO3·H2O（S）==== Na2CO3（s） + H2O（g）&8710;H= +58.73kJ/mol
 解释与思路：
(1)     因工业碳酸钠中含有Mg2+，Fe3+，Ca2+，所以“除杂”中加入过量的NaOH溶液，可生成Mg(OH)2、Fe（OH）3、Ca（OH）2沉淀。
(2)     观察坐标图，温度减少至313K时发生突变，溶解度迅速减少，弱不趁热过滤将析出晶体。
(3)     思路方向：1.减少过滤的时间 2.保持过滤时的温度。
(4)     思路：分析“母液”中存在的离子，若参与循环，将使离子浓度增大，对工业生产中哪个环节有所影响。
(5)     通过观察两个热化学方程式，可将两式相减，得到Na2CO3·H2O（s）= Na2CO3（s)+ H2O（g）。 

8.解析：⑴S2- + H2OHS- +OH- HS- + H2OH2S +OH-（可不写）
⑵2.7×10-3 ⑶172.5
⑷使BaSO4得到充分的还原（或提高BaS的产量）
①②为吸热反应，炭和氧气反应放热维持反应所需高温

9.（1）Al （2）① C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O ② NO CO2
（3）Cu2+ Fe3+ H+ （4）2Fe2++3H2O2+4I-=2Fe(OH)3↓+2I2
（5）CuO、C; CuO、C、Fe2O3