1、15 无机化学工艺流程题化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，一般具有如下环节： 原 料对 原 料 的预 处 理 核 心 化学 反 应 产 品 的 提纯 分 离 目 标产 物它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问。考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是高考全国卷命题的热考题型。解题策略如下：1(2017高考海南卷)以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取 MgSO47H2O 的过程如图所
2、示：硼镁泥的主要成分如下表：MgO SiO2 FeO、Fe 2O3 CaO Al2O3 B2O330%40% 20%25% 5%15% 2%3% 1%2% 1%2%回答下列问题：(1)“酸解”时应该加入的酸是_， “滤渣 1”中主要含有_。(写化学式)(2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是_、_。(3)判断“除杂”基本完成的检验方法是_。2(4)分离“滤渣 3”应趁热过滤的原因是_。解析：(1)该工艺流程制备的是 MgSO47H2O，为了不引入杂质，因此所用的酸是硫酸，化学式为 H2SO4；根据硼镁泥的成分，SiO 2不与硫酸反应，因此滤渣 1 为 SiO2；(2)硼镁泥中含有 Fe
3、O，与硫酸反应后生成 FeSO4，次氯酸钙具有强氧化性，能把 Fe2 氧化成 Fe3 ，氧化镁的作用是调节 pH，使 Al3 和 Fe3 以氢氧化物形式沉淀出来，除去 Fe3 和 Al3 ；(3)除杂除去的是 Fe3 和 Al3 ，因此检验“除杂”基本完成检验滤液中是否存在 Fe3 就行，方法是取少量滤液将其酸化后滴加 KSCN 溶液，若溶液未变红，则说明除杂完全；(4)趁热过滤是为防止 MgSO47H2O 结晶析出。答案：(1)H 2SO4 SiO 2 (2)将 Fe2 氧化为 Fe3 调节溶液 pH，使 Fe3 、Al 3 以氢氧化物的形式沉淀除去 (3)取少量滤液将其酸化后滴加 KSCN
4、 溶液，若溶液未变红，则说明除杂完全(4)防止 MgSO47H2O 结晶析出2锌是一种常用金属，冶炼方法有火法和湿法。.镓(Ga)是火法冶炼锌过程中的副产品，镓与铝同主族且相邻，化学性质与铝相似。氮化镓(GaN)是制造 LED 的重要材料，被誉为第三代半导体材料。(1)GaN 可由 Ga 和 NH3在高温条件下合成，该反应的化学方程式为_。(2)镓的性质与铝类似，下列有关镓和镓的化合物的说法正确的是_。A一定条件下，Ga 可溶于盐酸和氢氧化钠B常温下，Ga 可与水剧烈反应放出氢气CGa 2O3可由 Ga(OH)3受热分解得到D一定条件下，Ga 2O3可与 NaOH 反应生成盐.工业上利用锌焙砂
5、(主要含 ZnO、ZnFe 2O4，还含有少量 CaO、FeO、CuO、NiO 等氧化物)湿法制取金属锌的流程如图所示，回答下列问题：已知：Fe 的活泼性强于 Ni。(3)ZnFe2O4可以写成 ZnOFe2O3，写出 ZnFe2O4与 H2SO4反应的化学方程式：_。(4)净化操作分为两步：第一步是将溶液中少量的 Fe2 氧化；第二步是控制溶液pH，只使 Fe3 转化为 Fe(OH)3沉淀。净化生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是_。(5)净化中加入 Zn 的目的是_。3解析：(1)此反应是置换反应：2Ga2NH 3 2GaN3H 2。= = = = =高
6、温 (2)根据元素周期律，铝和镓的性质类似，A、C、D 项正确，B 项错误。(3)碱性氧化物和酸生成相应的盐和水，所以化学方程式为ZnFe2O44H 2SO4=ZnSO4Fe 2(SO4)34H 2O。(4)氢氧化铁胶体有很强的吸附能力，能吸附溶液中的悬浮物，从而形成沉淀。(5)锌比铜、镍活泼，加入锌将 Cu2 、Ni 2 置换出来，提高产品的纯度。答案：(1)2Ga2NH 3 2GaN3H 2= = = = =高 温 (2)ACD (3)ZnFe2O44H 2SO4=ZnSO4Fe 2(SO4)34H 2O(4)Fe(OH)3胶体具有强吸附性(5)使 Cu2 、Ni 2 转化为 Cu、Ni
7、而除去3(2016高考全国卷，28，14 分)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V 2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收 V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为物质 V2O5 V2O4 K2SO4 SiO2 Fe2O3 Al2O3质量分数/% 2.22.9 2.83.1 2228 6065 12 1以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：回答下列问题：(1)“酸浸”时 V2O5转化为 VO ，反应的离子方程式为_，同时 2V2O4转化成 VO2 。 “废渣 1”的主要成分是_。(2)“氧化”中欲使 3 mol 的 VO2 变为 VO ，则需要氧化剂 KClO3至
8、少为 2_mol。(3)“中和”作用之一是使钒以 V4O 形式存在于溶液中。 “废渣 2”中含有412_。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为 4ROHV 4O R4V4O124OH (ROH412 离 子 交 换 洗 脱为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈_性(填“酸” “碱”或“中”)。(5)“流出液”中阳离子最多的是_。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH 4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：_。4解析：(1)反应过程中 V 的化合价不变，所以是复分解反应。注意 V2O5在离子方程式中不能拆开；废钒催化剂中，只有二氧化硅不溶于硫酸，成为废渣 1 的主要
9、成分。(2)3 mol VO2 变为 VO ，共失去 3 mol 电子，而 1 mol ClO 变为 Cl 得到 6 mol 电子，所以 2 3需要 0.5 mol 氯酸钾。(3)中和时，Fe 3 、Al 3 分别转化为难溶的 Fe(OH)3和 Al(OH)3，成为废渣 2 的主要成分。(4)为提高洗脱效率，需使题中所述平衡逆向移动。根据平衡移动原理，碱性越强越有利于平衡逆向移动，所以淋洗液应该呈碱性。(5)经过“离子交换” ，钒以 R4V4O12形式存在，而铁、铝则在“中和”过程中转化为沉淀，所以“流出液”中最多的阳离子是钾离子。(6)由 NH4VO3转化为 V2O5，V 的化合价未发生变化
10、，该反应为非氧化还原反应，所以 N 的化合价仍为3，一种生成物是 NH3，另一种生成物必定是 H2O。答案：(1)V 2O52H =2VO H 2O SiO 2 2(2)0.5(3)Fe(OH)3和 Al(OH)3(4)碱(5)K(6)2NH4VO3 V2O52NH 3H 2O= = = = = 1高纯度氧化铝有广泛的用途，某研究小组用以下流程制取高纯度氧化铝：根据上述流程图填空：(1)“除杂”操作是先加入过氧化氢充分反应后，再用氨水调节溶液的 pH，使硫酸铵溶液中的少量 Fe2 氧化为 Fe3 并进一步转化为 Fe(OH)3从而除去 Fe2 ，则 Fe2 酸性条件下氧化为 Fe3 的离子方程
11、式为_。(2)配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，酸化的目的是_。(3)“分离”操作的名称是_(填字母代号)。A蒸馏 B分液 C过滤(4)铵明矾晶体的化学式为 NH4Al(SO4)212H2O，铵明矾属于_(填“纯净物”或“混合物”)，在 0.1 mol/L 铵明矾的水溶液中，浓度最大的离子是_。(5)热分解中发生如下反应：6NH 4Al(SO4)2 3Al2O32NH 3 2N 2 = = = = = 6SO 2 6SO 3 9H 2O，当生成 1 mol Al2O3时转移电子的物质的量为5_mol。解析：(1)H 2O2溶液具有强氧化性，可以氧化亚铁离子生成铁离子，反应的离子方程式为 2Fe2
12、 H 2O22H =2Fe3 2H 2O。(2)由于铝离子在溶液中能发生水解生成氢氧化铝，所以加入硫酸酸化，抑制铝离子的水解。(3)把晶体从混合物中“分离”操作的名称是过滤。(4)铵明矾晶体的化学式为 NH4Al(SO4)212H2O，铵明矾有固定的组成，属于纯净物；在 0.1 mol/L 铵明矾的水溶液中，未水解前， c(Al3 ) c(NH )0.1 mol/L，由于铵根和 4铝离子均水解，水解结合水电离出的氢氧根，水解后浓度均小于 0.1 mol/L， c(SO )240.2 mol/L，所以在 0.1 mol/L 铵明矾的水溶液中，浓度最大的离子是 SO 。24(5)该反应中 N 元素
13、化合价由3 价变为 0 价、S 元素化合价由6 价变为4 价，6NH4Al(SO4)2 3Al2O32NH 32N 26SO 26SO 39H 2O，转移= = = = = 12e ，所以当生成 1 mol Al2O3时转移电子的物质的量为 4 mol。答案：(1)2Fe 2 H 2O22H = 2Fe3 2H 2O(2)抑制 Al3 水解(3)C(4)纯净物 SO 24(5)42 铁纳米粉在现代电子工业上用途极为广泛，用赤铁矿石(含 Fe2O3、FeO，也含有Al2O3、MnO 2、CuO 等)制备纳米铁颗粒的实验流程如下：已知部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的 pH 如下：沉淀物 A
14、l(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Cu(OH)2pH 5.2 3.2 9.7 6.7(1)步骤中用 pH 试纸测定溶液 pH 的操作是_。步骤滤液 b 中含有的金属阳离子是_，步骤中碾碎的目的是_。(2)将第步过滤所得的 MnO2与 KClO3、KOH 溶液共热，可得到 K2MnO4，此反应的化学方程式是_。(3)步骤灼烧所需的仪器有酒精灯、三脚架、_。6(4)若步骤是利用电弧加热使金属熔融蒸发成蒸气，使大量颗粒状烟灰尘与周围 X 气体原子激烈碰撞进行充分的能量交换和电荷交换生成 Fe，X 气体可以为_。aO 2 bN 2cHe dH 2(5)“纳米铁”在空气中受撞击时会燃烧，其反
15、应与铁在纯氧中燃烧相同，写出该反应的化学方程式：_。解析：(1)Fe 2O3、FeO、Al 2O3、CuO 与稀硫酸反应，滤液 a 中金属阳离子为Cu2 、Al 3 、Fe 2 、Fe 3 ，加双氧水将 Fe2 氧化为 Fe3 。根据阳离子沉淀时 pH 数据，可知控制 pH4 时，铁离子已全部变成 Fe(OH)3沉淀，滤液 b 中金属阳离子主要为Cu2 、Al 3 。(2)MnO 2与 KClO3、KOH 溶液共热，MnO 2作还原剂生成 K2MnO4，KClO 3作氧化剂生成 KCl。(3)灼烧需酒精灯、三脚架、泥三角、坩埚、坩埚钳。答案：(1)将一小块 pH 试纸放在洁净的表面皿上，用玻璃
16、棒蘸取少量待测液，点在 pH试纸中央，再与标准比色卡对照 Cu 2 、Al 3 增大接触面积，加快反应速率(2)3MnO26KOHKClO 3 3K2MnO4KCl3H 2O= = = = = (3)泥三角、坩埚、坩埚钳(4)c (5)3Fe2O 2 Fe3O4= = = = =撞 击 3铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是 Al2O3和少量的 SiO2、Fe 2O3杂质)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取 Al2(SO4)3和铵明矾晶体NH4Al(SO4)212H2O的工艺流程如图所示：请回答下列问题：(1)固体 a 的化学式为_，中通入足量 CO2气体生成沉淀的离子
17、方程式为_。(2)由制取铵明矾溶液的化学方程式为_，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为_(填操作名称)、冷却结晶、过滤洗涤。(3)以 1 000 kg 含氧化铝 36%的铝土矿为原料制取 Al2(SO4)3，需消耗质量分数为 98%的硫酸(密度为 1.84 gcm3 )_L(保留一位小数)。(4)若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为 11，则投料时铝土矿中的 Al2O3和 H2SO4的物质的量之比为_。7解析：(1)铝土矿中 Al2O3和 Fe2O3能溶于盐酸，SiO 2不溶于盐酸，所以固体 a 的化学式为 SiO
18、2。AlCl 3与过量烧碱反应生成 NaAlO2溶液，向其中通入足量 CO2生成 Al(OH)3 沉淀。(2)Al(OH)3分解生成 Al2O3，Al 2O3与稀硫酸反应后通入 NH3生成铵明矾溶液。(3)m(Al2O3)1 000 kg36%360 kg， m(H2SO4) 398 360 kg102 gmol 1gmol1 1 037.6 kg，需消耗质量分数 98%的硫酸(密度为 1.84 gcm3 )的体积为575.410 3 mL575.4 L。1 037.6103 g1.84 gmL 198%(4)设制得的 Al2(SO4)3和 NH4Al(SO4)212H2O 的物质的量都是 1
19、 mol，则 Al3 共 3 mol，SO 共 5 mol，根据铝元素和 SO 守恒原理可得，加入 Al2O3和 H2SO4的物质的量24 24之比为 5310。32答案：(1)SiO 2 AlO CO 22H 2O=HCO Al(OH) 3 2 3(2)Al2O34H 2SO42NH 3=2NH4Al(SO4)23H 2O 蒸发浓缩(3)575.4 (4)3104硫酸亚铁铵(NH 4)2Fe(SO4)2是一种重要的工业原料，能溶于水，不溶于乙醇，其工业制法如下。请回答：(1)步骤中碱液洗涤的目的是_。若将碱液换为酸液，可能产生的问题是_。(2)步骤中 B 可以是_(填字母)，加入少量 B 的
20、目的是_。aCuCl 2 bCuOcCu(NO 3)2 dCuSO 4 (3)步骤中要用到少量乙醇洗涤，其目的是_。(4)用硫酸亚铁铵晶体配制溶液时，需加入一定量硫酸，目的是_。工业上常用酸性 KMnO4溶液通过滴定的方法测定硫酸亚铁铵样品的纯度，反应的离子方程式为_。准确量取硫酸亚铁铵溶液时，硫酸亚铁铵溶液应盛放于_(填“酸式”或“碱式”)滴定管中。(5)硫酸亚铁铵晶体的样品中可能含有的杂质离子是_，实验室的检验方法是_。 解析：(1)油脂在碱性条件下会发生水解反应，产生可溶性的物质，而且 Zn 可以与强碱溶液发生反应，实验步骤中碱液洗涤的目的是除去油污和锌层；若将碱液换为酸液，8油脂在酸性
21、条件下水解程度小，Zn、Fe 都会发生反应，实验可能产生的问题是导致铁部分损失及油污未除净。(2)带油污的镀锌铁片被 NaOH 溶液洗涤后得到纯净的 Fe，Fe 与稀硫酸会发生置换反应产生 FeSO4和 H2，若向其中加入少量的 CuO，CuO 与稀硫酸反应产生CuSO4，Fe 与 CuSO4发生置换反应产生的 Cu 单质与铁及稀硫酸就会构成原电池，使反应速率加快，加入 CuSO4也可以直接与 Fe 发生置换反应产生 Cu，然后与 Fe 及稀硫酸构成原电池，加快反应速率，而 CuCl2会引入杂质 Cl ，使物质不纯；Cu(NO 3)2在酸性条件下具有强氧化性，不能得到 FeSO4，也就不能达到
22、实验目的，故正确选项是 bd；加入少量 B 的目的是加快铁与稀硫酸的反应速率。(3)从溶液中获得的硫酸亚铁铵(NH 4)2Fe(SO4)2表面有一定量的水，为了尽快去除水分，同时避免硫酸亚铁铵晶体因溶解而损失，在步骤中要用到少量乙醇洗涤，加快水的挥发。(4)硫酸亚铁铵是强酸弱碱盐，容易发生水解反应，为了抑制盐的水解，根据盐的水解规律，在用硫酸亚铁铵晶体配制溶液时，需加入一定量硫酸；酸性 KMnO4溶液具有强氧化性，会把 Fe2 氧化为 Fe3 ，MnO 被还原为 Mn2 ，根据电子守 4恒、电荷守恒及原子守恒，可得反应的离子方程式：MnO 5Fe 2 8H =Mn2 5Fe 3 4H 2O；硫
23、酸亚铁铵是强酸弱碱盐，容易发生水解反应 4使溶液显酸性，所以准确量取硫酸亚铁铵溶液时，硫酸亚铁铵溶液应盛放于酸式滴定管中。(5)Fe2 具有还原性，容易被氧化产生 Fe3 ，所以在制取得到的硫酸亚铁铵晶体的样品中可能含有的杂质离子是 Fe3 ，实验室的检验方法是取少许样品加入到 KSCN 溶液中，观察溶液是否变红，若有红色产生，就证明含有 Fe3 ，否则不含 Fe3 。答案：(1)除去油污和锌层 铁部分损失及油污未除净(2)bd 加快铁与稀硫酸的反应速率(3)除去少量水并避免硫酸亚铁铵晶体因溶解而损失(4)避免样品水解 MnO 5Fe 2 8H =Mn2 5Fe 3 4H 2O 酸式 4(5)Fe3 (或铁离子) 取少许样品加入到 KSCN 溶液中，观察溶液是否变红
