无机化学工艺流程.docx
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无机化学工艺流程
无机化学工艺流程
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审核人:
1、无机化学工艺流程题的设计思路:
2、无机化学工艺流程题的一般解题步骤:
第一步:
浏览全题,确定该流程的目的——由何原料获得何产物,对比原料和产物;
第二步:
精读局部,明确反应原理——确定各步反应物、产物(正、逆向推断法结合),尽量弄懂流程图,但不必将每一种物质都推出。
第三步:
针对问题再读图,明确要求——结合基础理论和实际问题,科学表述,规书写。
3、无机化学工艺流程题中涉及的问题:
⑴原料的预处理
①溶解:
对金属及其氧化物通常采用酸溶,如用硫酸、盐酸、硝酸等,有时也常用碱溶(如铝及氧化铝等物质)。
(用酸或碱溶解盐主要是为了抑制盐水解)
浸出:
固体加水(或酸)溶解得到离子;
浸出率:
固体溶解后,离子在溶液中的含量的多少;
②研磨:
增大反应物接触面积,以加快反应速率或使反应更充分。
③灼烧、煅烧:
使物质高温下分解,或高温氧化等。
⑵控制反应条件的方法
①pH的控制:
调节溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。
②加热的目的:
加快反应速率或促进化学平衡的移动。
③降温的目的:
防止某物质在高温下会分解,或为使平衡向需要的方向移动。
④趁热过滤:
防止某物质降温时会析出。
⑤冰水洗涤:
洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
⑥利用有机溶剂(乙醇、乙醚等)洗涤:
洗去晶体表面的杂质,降低晶体的溶解度,使晶体快速干燥。
⑦结晶过程的一般操作:
蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥。
例1、聚硅硫酸铁(PFSS)是新型无机高分子混凝剂,广泛应用于水的净化处理。
PFSS化学组成可表示为:
[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2(SiO2)x]m,由钢渣合成PFSS主要工艺流程如下:
⑴酸浸时,采用100~140℃和2~3h,其目的是。
⑵氧化时,需将溶液冷却到40℃以下,其目的是。
⑶除Al3+时,先调节pH值到(参见右表),得Fe(OH)3沉淀,
过滤除去滤液,再用硫酸溶解Fe(OH)3得硫酸铁溶液。
开始沉淀pH
沉淀完全pH
Al3+
3.5
4.7
Fe3+
1.9
3.2
⑷Na2SiO3溶液可由SiO2渣除杂后与35%的NaOH溶液反应制备,该反应的离子方程式为。
⑸水解聚合时,强力搅拌的目的是;检验透明橙红色液体中,其分散质直径在l~l00nm的简单方法是
。
例2、以氯化钾和钛白厂的副产品硫酸亚铁为原料生产硫酸钾、过二硫酸铵和氧化铁红颜料,原料的综合利用率较高。
其主要流程如下:
⑴反应I前需在FeSO4溶液中加入(填字母),以除去溶液中的Fe3+。
A、锌粉B、铁屑C、KI溶液D、H2
⑵反应I需控制反应温度低35℃,其目的是。
⑶工业生产上常在反应Ⅲ的过程中加入一定量的醇类溶剂,其目的是:
。
⑷反应Ⅳ常被用于电解生产(NH4)2S2O8(过二硫酸铵)。
电解时均用惰性电极,阳极
发生的电极反应可表示为:
。
例3、硫化钠主要用于皮革、毛纺、高档纸、染料等行业。
生产硫化钠大多采用无水芒硝(Na2SO4)-炭粉还原法,其流程示意图如下:
⑴上述流程中“碱浸”后,物质A必须经过(填写操作名称)处理后,方可“煅烧”;若煅烧所得气体为等物质的量的CO和CO2,写出煅烧时发生的总的化学反应方程式为。
⑵上述流程中采用稀碱液比用热水更好,理由是。
⑶取硫化钠晶体(含少量NaOH)加入到硫酸铜溶液中,充分搅拌。
若反应后测得溶液的pH=4,则此时溶液中c(S2-)=。
(已知:
常温时CuS、Cu(OH)2的Ksp分别为8.8×10-36、2.2×10-20)
⑷①皮革工业废水中的汞常用硫化钠除去,汞的去除率与溶液的pH和x(x代表硫化钠的实际用量与理论用量的比值)有关(如右下图所示)。
为使除汞效果最佳,应控制的条件是、。
②某毛纺厂废水中含0.001mol·L-1的硫化钠,与纸漂白后废水(含0.002mol·L-1NaClO)按1:
2的体积比混合,能同时较好处理两种废水,处理后的废水中所含的主要阴离子有。
例4、以硫酸工艺的尾气、氨水、石灰石、焦炭及碳酸氢铵和KCl为原料可以合成有重要应用价值的硫化钙、硫酸钾、亚硫酸氢铵等物质。
合成路线如下:
⑴生产中,反应Ⅱ中往往需要向溶液中加入适量的对苯二酚等物质,其目的是
。
⑵下列有关说确的是。
A.反应Ⅰ中需鼓入足量空气,以保证二氧化硫充分氧化生成硫酸钙
B.反应Ⅲ中发生反应的化学方程式为:
CaSO4+4C
CaS+4CO↑
C.反应Ⅳ需控制在60~70℃,目的之一是减少碳酸氢铵的分解
D.反应Ⅴ中的副产物氯化铵可用作氮肥
⑶反应Ⅴ反应液用40%乙二醇溶液,温度控制在25℃,硫酸钾的产率超过90%,其原因是。
⑷(NH4)2SO3可用于电厂等烟道气中脱氮,将氮氧化物转化为N2,试写出二氧化氮与亚硫
酸铵反应的化学方程式。
【无机化学工艺流程作业一】
1、工业上常回收冶炼锌废渣中的锌(含有ZnO、FeO、Fe2O3、CuO、Al2O3等杂质),并用来生产Zn(NO3)2·6H2O晶体,其工艺流程为:
有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表:
氢氧化物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
Zn(OH)2
开始沉淀的pH
3.3
1.5
6.5
4.2
5.4
沉淀完全的pH
5.2
3.7
9.7
6.7
8.0
⑴在“酸浸”步骤中,为提高锌的浸出速率,除通入空气“搅拌”外,还可采取的措施是
。
⑵上述工艺流程中多处涉及“过滤”,实验室中过滤操作需要使用的玻璃仪器有
。
⑶在“除杂I”步骤中,需再加入适量H2O2溶液,H2O2与Fe2+反应的离子方程式为
。
为使Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀完全,而Zn(OH)2不沉淀,应控制溶液的pH围为。
检验Fe3+是否沉淀完全的实验操作是
。
⑷加入Zn粉的作用是。
“操作A”的名称是。
2、酸性条件下,锡在水溶液中有Sn2+、Sn4+两种主要存在形式。
SnSO4是一种重要的硫酸盐,广泛应用于镀锡工业,其制备路线如下:
⑴SnCl2用盐酸而不用水直接溶解的原因是,加入Sn粉的作用是。
⑵反应I生成的沉淀为SnO,写出该反应的化学方程式:
。
⑶检验沉淀已经“漂洗”干净的方法:
。
⑷反应Ⅱ硫酸的作用之一是控制溶液的pH,若溶液中c(Sn2+)=1.0mol·L—1,则应控制溶液pH。
已知:
Ksp[Sn(OH)2]=1.0×10—26。
⑸酸性条件下,SnSO4还可以用作双氧水去除剂,试写出发生反应的离子方程式:
。
3、CoCl2·6H2O是一种饲料营养强化剂。
一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2·6H2O的工艺流程如下:
已知:
①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等;
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:
沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Co(OH)2
Al(OH)3
Mn(OH)2
开始沉淀
2.7
7.6
7.6
4.0
7.7
完全沉淀
3.7
9.6
9.2
5.2
9.8
⑴写出浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式
。
⑵NaClO3的作用是。
⑶加Na2CO3调pH至5.2所得沉淀为。
⑷萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如下图。
萃取剂的作用是;其使用的适宜pH围是。
A.2.0~2.5B.3.0~3.5C.4.0~4.5
⑸为测定粗产品中CoCl2·6H2O含量,称取一定质量的粗产品溶于水,加入足量AgNO3溶液,过滤、洗涤,将沉淀烘干后称其质量。
通过计算发现粗产品中CoCl2·6H2O的质量分数大于100%,其原因可能是。
(答一条即可)
4、高铁酸钾是一种高效的多功能的水处理剂。
工业上常采用NaClO氧化法生产,
原理为:
3NaClO+2Fe(NO3)3+10NaOH=2Na2FeO4↓+3NaCl+6NaNO3+5H2O
Na2FeO4+2KOH=K2FeO4+2NaOH
主要的生产流程如下:
⑴写出反应①的离子方程式。
⑵流程图中“转化”是在某低温下进行的,说明此温度下Ksp(K2FeO4)Ksp(Na2FeO4)(填“>”或“<”或“=”)。
⑶反应的温度、原料的浓度和配比对高铁酸钾的产率都有影响。
图1为不同的温度下,Fe(NO3)3不同质量浓度对K2FeO4生成率的影响;
图2为一定温度下,Fe(NO3)3质量浓度最佳时,NaClO浓度对K2FeO4生成率的影响。
图1图2
①工业生产中最佳温度为 ℃,此时Fe(NO3)3与NaClO两种溶液最佳质量浓度之比为。
②若NaClO加入过量,氧化过程中会生成Fe(OH)3,写出该反应的离子方程式:
。
若Fe(NO3)3加入过量,在碱性介质中K2FeO4与Fe3+发生氧化还原反应生成K3FeO4,此反应的离子方程式:
。
⑷K2FeO4在水溶液中易水解:
4FeO42—+10H2O
4Fe(OH)3+8OH—+3O2↑。
在“提纯”K2FeO4中采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法,则洗涤剂最好选用溶液(填序号)。
A.H2OB.CH3COONa、异丙醇C.NH4Cl、异丙醇D.Fe(NO3)3、异丙醇
☆5、KNO3是重要的化工产品,下面是一种已获得专利的KNO3制备方法的主要步骤:
⑴反应Ⅰ中,CaSO4与NH4HCO3的物质的量之比为1︰2,该反应的化学方程式为
。
⑵反应Ⅱ需在干态、加热的条件下进行,加热的目的是;从反应Ⅳ所得混合物中分离出CaSO4的方法是趁热过滤,趁热过滤的目的是
。
⑶检验反应Ⅱ所得K2SO4中是否混有KCl的方法是:
取少量K2SO4样品溶解于水,
。
⑷整个流程中,可循环利用的物质除(NH4)2SO4外,还有(填化学式)。
⑸将硝酸与浓KCl溶液混合,也可得到KNO3,同时生成等体积的气体A和气体B。
B是三原子分子,B与O2反应生成1体积气体A和2体积红棕色气体C。
B的分子式为
。
1、工业上用铌铁矿(主要含有Nb2O5、Fe2O3等)生产铌及相关产品的生产流程可表示如下:
已知:
Nb(OH)5实际上是水合氧化铌,它能跟酸起复分解反应;FeSO4是一种重要的食品和饲料添加剂。
⑴检验滤液中的阳离子所需使用的试剂的名称为。
⑵Nb2O5与Al反应的化学方程式为。
⑶滤液与单质反应的离子方程式为。
⑷由上述生产流程可知Nb(OH)5具有。
(填“碱性”、“酸性”或“两性”)
⑸滤液与单质反应后,经过滤、浓缩、结晶得到的晶体的化学式为。
无机化学工艺流程一参考答案
例1、⑴提高铁元素的浸取率(或“提高反应速率”、“加速完全溶解”等)。
(2分)
⑵防止H2O2分解损失。
(2分)
⑶3.2—3.5,(2分)
⑷SiO2+2OH-=SiO32-+H2O。
(2分)
⑸使反应物充分接触,分散质均匀分散;(2分)用激光笔照射液体,观察是否有丁达尔效应。
(2分)
例2、答案:
(1)B
(2)防止NH4HCO3分解(或减少Fe2+的水解)
(3)降低K2SO4的溶解度,有利于K2SO4析出
(4)2SO42--2e-=S2O82-
例3、⑴过滤、干燥3Na2SO4+8C
3Na2S+4CO2↑+4CO↑
⑵热水会促进Na2S水解,而稀碱液能抑制Na2S水解
⑶4×10-36
⑷①x=12pH介于9~10之间
②SO42-、Cl-
例4、
(1)防止亚硫酸铵被氧化;
(2)ABCD
(3)乙二醇是有机溶剂能减小K2SO4的溶解度,使硫酸钾充分析出
(4)4(NH4)2SO3+2NO2=4(NH4)2SO4+N2↑
作业
1、⑴适当升高反应温度(或增大硝酸浓度、将锌废渣粉碎等)(写出一个措施即得2分)
⑵烧杯、玻璃棒、漏斗(2分,漏写一个得1分,漏写两个得0分)
⑶2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O(2分)
5.2~5.4(2分,错一个得1分)
静置片刻,取少量上层清液,滴加KSCN溶液,若不出现血红色,表明Fe3+沉淀完全(2分)
⑷除去溶液中的Cu2+(2分)
冷却结晶(2分)
2、⑴抑制Sn2+水解防止Sn2+被氧化
⑵SnCl2+Na2CO3=SnO+CO2↑+2NaCl
⑶取最后一次洗涤液,向其中加入AgNO3溶液,若无沉淀,则说明洗涤干净
⑷小于1
⑸2Sn2++2H2O2+4H+=2Sn4++4H2O
3、
(1)Co2O3+SO32-+4H+=2Co2++SO42-+2H2O(2分)
(2)将Fe2+氧化成Fe3+(2分)
(3)Fe(OH)3Al(OH)3(2分)
(4)除去溶液中的Mn2+B(每空2分)
(5)粗产品含有可溶性氯化物或晶体失去了部分结晶水(2分)
4、
(1)Cl2+2OH—=Cl—+ClO—+H2O(2分)
(2)<(2分)
(3)①26(1分)1.2(1分)
②3ClO—+Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3HClO(2分)
2FeO42—+Fe3++8OH—=3FeO43—+4H2O(2分)
(4)B(2分)
☆5、
(1)CaSO4+2NH4HCO3=CaCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑
(2)分离NH4Cl与K2SO4,加快化学反应速率防止KNO3结晶,提高KNO3的产率
(3)加入Ba(NO3)2溶液至不再产生沉淀,静置,向上层清液中滴加AgNO3溶液,若有沉淀生成,说明K2SO4中混有KCl
(4)CaSO4、KNO3
(5)NOCl
1、
(1)硫氰化钾或硫氰化钠等
(2)3Nb2O5+10Al
6Nb+5Al2O3
(3)2Fe3++Fe=3Fe2+
(4)两性
(5)FeSO4·7H2O
【无机化学工艺流程作业二】
1、工业上用粗氧化铜(含杂质FeO)为原料制取氯化铜晶体(CuCl2•2H2O)的生产流程如下:
物质
Fe(OH)2
Cu(OH)2
Fe(OH)3
完全沉淀时的pH
≥9.6
≥6.4
3~4
⑴写出向溶液A中加入NaClO的离子方程式
。
⑵沉淀C的化学式为。
⑶实验室如何检验沉淀E已洗涤干净?
。
⑷低温蒸发的目的是。
⑸流程中两次加入了CuO,而不是一次性向溶液B中加入过量的CuO,其理由是
。
2、由菱锰矿(低品位MnCO3矿石)制备高纯碳酸锰的工艺流程如下:
(已知三种离子沉淀的pH围:
Fe2+:
7.6–9.6 Fe3+:
2.7–3.7 Mn2+:
8.6–10.1)
⑴焙烧时发生的主要反应的化学方程式为。
⑵浸出过程中,杂质Fe2+、Fe3+随Mn2+一起进入浸出液。
可加入MnO2,并调节溶液pH在4~5之间。
加入MnO2的目的是,调节溶液pH的目的是。
⑶焙烧过程中产生的尾气用MnCl2溶液吸收,其目的是。
⑷为测定浸出液中Mn2+含量,进行以下操作。
操作1:
向酸化后的浸出液中加入NH4NO3,一定条件下生成Mn3+和NO2-;生成的NO2-又可与溶液中的NH4+发生反应,方程式为:
NO2-+NH4+=N2↑+2H2O。
操作2:
以(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定Mn3+。
方程式为:
Mn3++Fe2+=Mn2++Fe3+。
①操作1中NH4NO3与MnCl2溶液反应的离子方程式为:
。
(此反应可逆)
②若以KNO3代替NH4NO3,则测定结果偏低,原因是。
(填字母)
A.NO2—的存在,影响Mn2+的转化率
B.NH4+有利于消除NO2-的影响
C.NO2—有一定的氧化性,可能将标准液中Fe2+转化为Fe3+
3、稀土元素是周期表中IIIB族钪、钇和镧系元素的总称,它们都是很活泼的金属,性质极为相似,常见化合价为+3。
其中钇(Y)元素是激光和超导的重要材料。
我国蕴藏着丰富的钇矿石(Y2FeBe2Si2O10),以此矿石为原料生产氧化钇(Y2O3)的主要流程如下:
已知:
①有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH如下表:
开始沉淀时的pH
完全沉淀时的pH
Fe3+
2.7
3.7
Y3+
6.0
8.2
②在周期表中,铍、铝元素处于第二周期和第三周期的对角线位置,化学性质相似。
⑴钇矿石(Y2FeBe2Si2O10)的组成用氧化物的形式可表示为。
⑵欲从Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be(OH)2沉淀。
则
①最好选用盐酸、(填字母)两种试剂,再通过必要的操作即可实现。
a.NaOH溶液b.氨水c.CO2气d.HNO3
②写出Na2BeO2与足量盐酸发生反应的离子方程式:
。
⑶为使Fe3+沉淀完全,须用氨水调节pH=a,则a应控制在的围;检验Fe3+是否沉淀完全的操作方法是
。
4、镁是一种非常重要的金属,其单质及化合物在航空航天、汽车制造、医药、添加剂、建筑等方面都有非常广泛的应用。
⑴工业上常用电解熔融MgCl2制备金属镁,而MgCl2的获得主要有两种方法:
方法一:
从海水或光卤石中先获得MgCl2·6H2O,然后制得无水MgCl2。
方法二:
MgCO3
MgO+CO2↑;MgO+C+Cl2
MgCl2+CO。
则
在“方法一”中,从MgCl2·6H2O制无水MgCl2操作时应在保护下进行。
在“方法二”中,MgO和C能否直接反应生成金属镁?
答:
。
(填“能”或“否”)。
⑵镁电池在性能上优于其他电池,具有更安全、环保、能效高等优点。
有一种镁电池的反应为:
Mg+2CuCl=2Cu+MgCl2,又知CuCl难溶于水,则该电池的正极反应式是
。
⑶化合物MgSO4在医疗上具有镇静、抗痉挛等功效。
有一种以菱镁矿(主要成份是MgCO3)为主要原料制备MgSO4的方法如下:
步骤②中发生反应的离子方程式为。
步骤④中调节pH=6.0~6.5的目的是。
对MgSO4·7H2O晶体直接加热(填“能”或“不能”)得到无水MgSO4固体?
☆5、氯化铁是常见的水处理剂,工业上制备无水FeCl3的一种工艺如下:
⑴试写出吸收塔中反应的离子方程式:
。
⑵六水合氯化铁在水中的溶解度如下:
温度/℃
0
10
20
30
50
80
100
溶解度(g/100gH2O)
74.4
81.9
91.8
106.8
315.1
525.8
535.7
从FeCl3溶液制得FeCl3·6H2O晶体的操作步骤是:
加入少量盐酸、、
、过滤、洗涤、干燥。
⑶常温下,若溶液的pH控制不当会使Fe3+沉淀,pH=4时,溶液中c(Fe3+)=。
(常温下Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10―39)。
⑷FeCl3的质量分数通常可用碘量法测定:
称取mg无水氯化铁样品,溶于稀盐酸,再转移到100mL容量瓶,用蒸馏水定容;取出10.00mL,加入稍过量的KI溶液,充分反应后,滴入某一指示剂并用cmol·L―1Na2S2O3溶液滴定用去VmL。
(已知:
I2+2S2O32-=2I-+S4O62-)
①滴定终点的现象是:
。
②求样品中氯化铁的质量分数(写出计算过程)。
1、利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。
(一)染料工业排放的废水中含有大量有毒的NO2¯,可以在碱性条件下加入铝粉除去(加热处理后的废水,会产生能使湿润
的红色石蕊试纸变蓝的气体)。
除去NO2¯的离子方程式为。
(二)某工厂对制革工业
污泥中Cr(III)回收与再利用工艺如下(硫酸浸取液中金属离子主要是Cr3+,其次是Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+):
部分阳离子常温下以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:
阳离子
Fe3+
Fe2+
Mg2+
Al3+
Cu2+
Cr3+
开始沉淀时的pH
1.9
7.0
——
——
4.7
——
沉淀完全时的pH
3.2
9.0
11.1
8
6.7
9 (>9溶解)
⑴实验室用18.4
mol·L-1的浓硫酸配制250mL4.8mol·L-1的硫酸溶液,所用的玻璃仪器除烧
杯、玻璃棒和吸量管(一种能精确量取一定体积液体的仪器)外,还需
。
⑵酸浸时,为了提高浸取率可采取的措施是(至少一条)。
⑶加入H2O2的作用是。
⑷钠离子交换树
脂的原理为:
Mn++nNaR→MRn+nNa+,被交换的的杂质离子是
(选填:
Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+)。
(三)印刷电路铜板腐蚀剂常用FeCl3。
腐蚀铜板后的混合溶液中,若Cu2+、Fe3+和Fe2+的浓度均为0.10mol·L-1,请参照上表给出的数据和提供的药品,简述除去CuCl2溶液
中Fe3+和Fe2+的实验步骤①
②③过滤。
(提供的药品:
Cl2浓H2SO4NaOH溶液CuOCu)
无机化学工艺流程作业二参考答案
1、
(1)2Fe2++ClO-+2H+=2Fe3++Cl―+H2O(2分)
(2)Fe(OH)3(2分)
(3)取最后一次洗涤液少量于试管中,加入AgNO3溶液,无白色沉淀生成,说明已洗干净(2分)
(4)抑制Cu2+水解,防止晶体中结晶水失去(答出一点即可)(2分)
(5)一次性加入过量的CuO将导致Fe3+和Cu2+同时生成沉淀(2分)
2、
3、
(1)Y2O3·FeO·2BeO·2SiO2(2分)
(2)①b(2分)②BeO22-+4H+==Be2++2H2O(2分)
(3)3.7~6.0(2分)取少量滤液,滴加几滴KSCN溶液,观察溶液是否变为血红色,若不变血红色,则说明Fe3+沉淀完全(2分)
4、
(1)HCl气否
(2)2CuCl+2e-=2Cu+2Cl-
(3)2NH4++MgO
Mg2++2NH3↑+H2O
抑制Mg2+水解,为了得到较纯的产品能
☆5、1)2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-(2分)
(2)蒸发浓缩(2分)冷却结晶(2分)
(3)2.6×10-9mol·L-1(2分)
(4)①滴入最后一滴,溶液颜色由蓝色变为无色,且半分钟不变色(2分)
②1.625Vc/m×100%(4分:
计算过程2分,答案2分)
1、
(一)2Al+
OH-+NO2-+2H2O=
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