張政
無機(jī)化工流程題是近幾年高考命題的??碱}型,為了更好的解答這一題型,下面將其考點(diǎn)總結(jié)如下。
一、無機(jī)化工流程常見題型
題型一:從混合物中分離、提純某一物質(zhì)
其實(shí)質(zhì)是對混合物的除雜、分離、提純。解答這一類題時(shí),要求學(xué)生一定要認(rèn)真在題目中找出要得到的主要物質(zhì)是什么,混有的雜質(zhì)有哪些,認(rèn)真分析當(dāng)加入某一試劑后,能與什么物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),生成了什么產(chǎn)物,要用什么樣的方法才能將雜質(zhì)除去。
例1高純氧化鋁可用于制高壓鈉燈的陶瓷管。實(shí)驗(yàn)室制取高純氧化鋁的流程如圖1:
(1)“除雜”操作是加入過氧化氫后,用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH約為8.0,以除去硫酸銨溶液中的少量Fe2+。檢驗(yàn)Fe2+是否除盡的實(shí)驗(yàn)操作是。
(2)配制硫酸鋁溶液時(shí),需用硫酸酸化,酸化的目的是。
(3)上述流程圖里,“結(jié)晶”這步操作中,母液經(jīng)
得到銨明礬(含結(jié)晶水)。
(4)上述流程圖里,“分離”這個(gè)步驟應(yīng)包含的是。
A.蒸餾B.分液C.過濾D.洗滌晶體
解析(1)由于Fe2+的顏色較淺,因此不能根據(jù)其顏色直接進(jìn)行判斷,一般利用其還原性來驗(yàn)證。(2)配制Al2(SO4)3溶液時(shí),如不加H2SO4,由于Al3+的水解會(huì)使溶液渾濁。
答案:(1)取少量除雜后的濾液,酸化后,滴加酸性KMnO4溶液,若無明顯現(xiàn)象,說明Fe2+已除盡;(2)抑制Al3+水解;(3)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶;(4)CD。
題型二:利用某些物質(zhì)制備另一物質(zhì)
(1)明確題目目的是制什么物質(zhì),題目中的信息往往是制備該物質(zhì)的關(guān)鍵所在。(2)尋找在制備過程中所需的原料,寫出主要的化學(xué)反應(yīng)方程式或制備原理,從中了解流程圖。從近幾年的高考題目中發(fā)現(xiàn),大多數(shù)題目都會(huì)給出制備物質(zhì)時(shí)所需的原料,但一般會(huì)涉及物質(zhì)的分離、提純的操作。
例2酸浸法制取硫酸銅的流程示意圖如圖2:
①步驟(?。┲蠧u2(OH)2CO3發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為。
②步驟(ⅱ)所加試劑起調(diào)節(jié)pH作用的離子是(填離子符號)。
③在步驟(ⅲ)發(fā)生的反應(yīng)中,1 mol MnO2轉(zhuǎn)移2 mol電子,該反應(yīng)的離子方程式為。
④步驟(ⅳ)除去雜質(zhì)的離子方程式可表示為
3Fe3++NH+4+2SO2-4+6H2ONH4Fe3(SO4)2(OH)6↓+6H+。過濾后母液的pH=2.0,c(Fe3+)=a mol·L-1,c(NH+4)=b mol·L-1,c(SO2-4)=d mol·L-1,該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=(用含a、b、d的代數(shù)式表示)。
解析②抓住信息“提高pH”,所以加入NH4HCO3的目的是與H+反應(yīng),減小H+濃度。NH4HCO3電離出的離子只有HCO-3與H+反應(yīng)。③溶液中具有還原性的只有Fe2+,再根據(jù)1 mol MnO2反應(yīng)轉(zhuǎn)移2 mol電子,即可寫出相應(yīng)的離子方程式為:MnO2+2Fe2++4H+Mn2++2Fe3++2H2O。④依據(jù)K=c6(H+)c3(Fe3+)·c(NH+4)·c2(SO2-4)即可求解。
答案:①Cu2(OH)2CO3+2H2SO42CuSO4+CO2↑+3H2O ②HCO-3 ③MnO2+2Fe2++4H+Mn2++2Fe3++2H2O ④10-12a3bd2
解題提示熟悉工業(yè)流程的幾個(gè)常用的關(guān)鍵詞
(1)浸出:向固體混合物中加入合適的溶劑(通常為水、酸或堿溶液)使可溶金屬離子進(jìn)入溶液,不溶物通過過濾除去的溶解過程。
(2)水洗:水洗通常是為了除去水溶性的雜質(zhì)。有機(jī)物洗滌:減少晶體損失。
(3)灼燒(煅燒):原料的預(yù)處理,不易轉(zhuǎn)化的物質(zhì)轉(zhuǎn)為容易提取的物質(zhì)。如海帶中提取碘等。
(4)酸化:溶解、去氧化物(膜)、調(diào)節(jié)pH、促進(jìn)水解(沉淀)。
(5)堿化:去油污、去鋁片氧化膜、溶解鋁、二氧化硅、調(diào)節(jié)pH促進(jìn)水解(沉淀)。
(6)煮沸:促進(jìn)水解,聚沉后利于過濾分離;除去溶解在溶液中的氣體,如氧氣。
例3以硫鐵礦(主要成分為FeS2)為原料制備氯化鐵晶體(FeCl3·6H2O)的工藝流程如圖3:
回答下列問題:
(1)在一定條件下,SO2轉(zhuǎn)化為SO3的反應(yīng)為2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=;過量的SO2與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為。
(2)酸溶及后續(xù)過程中均需保持鹽酸過量,其目的是
、。
(3)通氯氣氧化時(shí),發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式為
;該過程產(chǎn)生的尾氣可用堿溶液吸收,尾氣中污染空氣的氣體為(寫化學(xué)式)。
解析硫鐵礦焙燒后得到的固體的主要成分是Fe2O3,同時(shí)還含有少量沒有反應(yīng)的FeS2;酸溶后溶液中含有大量的Fe3+和少量的Fe2+,為了得到純凈的FeCl3·6H2O,需要將Fe2+氧化。因在酸溶時(shí)所加的鹽酸是過量的,所以尾氣中除了Cl2外,還會(huì)有HCl。
答案:(1)c2(SO3)c(O2)·c2(SO2)SO2+NaOH
NaHSO3(2)提高鐵元素的浸出率抑制Fe3+水解(3)Cl2+2Fe2+2Cl-+2Fe3+Cl2、HCl
二、無機(jī)化工流程題常見解法
1.獲取信息法
(1)從題干中獲取有用信息,了解生產(chǎn)的產(chǎn)品。
(2)流程每一步驟中的反應(yīng)或操作都是為獲得產(chǎn)品而服務(wù)。
(3)從問題中獲取信息,幫助解題。
例4亞硫酸鹽是一種常見食品添加劑。為檢測某食品中亞硫酸鹽含量(通常以1 kg樣品中含SO2的質(zhì)量計(jì)),某研究小組設(shè)計(jì)了圖4所示兩種實(shí)驗(yàn)流程:
(1)氣體A的主要成分是。為防止煮沸時(shí)發(fā)生暴沸,必須先向燒瓶中加入;通入N2的目的是。
(2)寫出甲方案第①步反應(yīng)的離子方程式:
。
(3)甲方案第②步滴定前,滴定管需用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液潤洗。其操作方法是。
(4)若用鹽酸代替稀硫酸處理樣品,則按乙方案實(shí)驗(yàn)測定的結(jié)果(填“偏高”“偏低”或“無影響”)。
(5)若取樣品w g,按乙方案測得消耗
0.01000 mol·L-1 I2溶液V mL,則1 kg樣品中含SO2的質(zhì)量是g(用含w、V的代數(shù)式表示)。
解析(1)亞硫酸鹽與稀硫酸反應(yīng)生成SO2氣體,因同時(shí)通入了N2,所以氣體A的主要成分為N2和SO2。為防止煮沸時(shí)發(fā)生暴沸,必須先向燒瓶中加入碎瓷片;為了減小實(shí)驗(yàn)操作誤差,通入N2可使生成的SO2全部逸出,保證被吸收液全部吸收。
(2)SO2具有還原性,可被氧化劑H2O2氧化,
即:SO2+H2O22H++SO2-4。
(3)用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液潤洗滴定管的操作為:滴定管用蒸餾水洗滌干凈后,加入少量NaOH標(biāo)準(zhǔn)液,將滴定管橫放,輕輕轉(zhuǎn)動(dòng),均勻潤洗滴定管內(nèi)壁,然后將潤洗液從下端尖嘴處放出,重復(fù)操作2~3次。
(4)若用鹽酸代替硫酸,生成的SO2氣體中混有少量HCl,因SO2用堿液吸收后需再用鹽酸調(diào)節(jié)溶液至弱酸性,因此混合氣體中含有HCl,對實(shí)驗(yàn)結(jié)果無影響。
(5)反應(yīng)為H2O+SO2-3+I2SO2-4+2I-+2H+,n(SO2)=n(SO2-3)=n(I2)=0.01000 mol-1·L-1×V×10-3L=V×10-5 mol,因此1 kg樣品中含SO2的質(zhì)量為:
V×10-5mol×64 g·mol-1w g×1000 g=0.64Vwg
答案:(1)N2和SO2 碎瓷片(或沸石) 使產(chǎn)生的SO2全部逸出 (2)SO2+H2O22H++SO2-4 (3)向滴定管注入少量標(biāo)準(zhǔn)液,傾斜(或平放)轉(zhuǎn)動(dòng)滴定管潤洗全部內(nèi)壁后從尖嘴放出液體,重復(fù)操作2~3次 (4)無影響 (5)0.64Vw
2.流程主線法
工業(yè)流程的主線一般為原料→核心化學(xué)反應(yīng)→所需產(chǎn)品,必須掌握物質(zhì)間的反應(yīng)、產(chǎn)物分離提純的方法、除雜試劑的選擇以及反應(yīng)條件的控制等。
例5FeSO4·7H2O廣泛用于醫(yī)藥和工業(yè)領(lǐng)域,圖5是FeSO4·7H2O的實(shí)驗(yàn)室制備流程圖。根據(jù)題意完成下列填空:
(1)操作①中碳酸鈉溶液能除去油污,原因是(用離子方程式表示)。
(2)下列物質(zhì)分離方法的原理與過濾相同的是。
a.蒸餾 b.分液 c.滲析 d.重結(jié)晶
解析(1)碳酸鈉溶液能去除油污是因?yàn)槠銫O2-3水解顯堿性,生成OH-。
(2)過濾的依據(jù)是濾紙對物質(zhì)的滲透性。
答案:(1)CO2-3+H2OHCO-3+OH- (2)c
3.截段分析法
當(dāng)前的化工流程題,大都設(shè)計(jì)成綜合利用原材料,生產(chǎn)多種產(chǎn)品的工藝生產(chǎn)線。截段分析法一般以生產(chǎn)的產(chǎn)品為準(zhǔn)點(diǎn),但特殊情況也很多,必須具體情況作具體分析。
例6以氯化鉀和鈦白廠的副產(chǎn)品硫酸亞鐵為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過二硫酸銨和氧化鐵紅顏料,原料的綜合利用率較高。其主要流程如圖6:
(1)反應(yīng)Ⅰ前需在FeSO4溶液中加入(填字母),以除去溶液中的Fe3+。
A.鋅粉B.鐵屑C.KI溶液D.H2
(2)反應(yīng)Ⅰ需控制反應(yīng)溫度低于35℃,其目的是。
(3)工業(yè)生產(chǎn)上常在反應(yīng)Ⅲ的過程中加入一定量的醇類溶劑,其目的是。
解析(1)為了除去FeSO4溶液中的Fe3+,無疑應(yīng)加入鐵。(2)將FeSO4溶液與NH4HCO3溶液混合,由框圖可知:反應(yīng)Ⅰ是復(fù)雜的,但過濾后得到FeCO3固體,這就不難看出,主要是HCO-3電離出CO2-3與Fe2+結(jié)合生成FeCO3;但是HCO-3和Fe2+都能水解,且溫度越高,水解程度越大,這就勢必影響FeCO3的生成,故為了防止NH4HCO3分解(或減少Fe2+的水解),應(yīng)將溫度降低。(3)從反應(yīng)Ⅱ可知:反應(yīng)后溶液中主要成分是(NH4)2SO4,(NH4)2SO4中加入KCl和一定量的醇類溶劑,本身沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng),但卻得到K2SO4固體,不難聯(lián)想到:醇類溶劑的加入,使整體溶劑極性減弱,必然導(dǎo)致某些離子化合物的溶解度下降,從結(jié)果來看,加入醇類溶劑后,能降低K2SO4的溶解度,有利于K2SO4析出。
答案:(1)B
(2)防止NH4HCO3分解(或減少Fe2+的水解)
(3)降低K2SO4的溶解度,有利于K2SO4析出
(收稿日期:2014-11-14)