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- 2021-08-07 发布
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化学工艺流程
[知识必备]
1.解题策略
解题步骤
解题策略
首尾呼应、
找出主线
(1)对照原料和产品,确定核心反应和核心辅料
(2)依核心反应,明确流程主线、支线和除杂任务
分段剖析、
明析细节
(3)以核心辅助原料为准,把流程划分为原料预处理、核心反应和产品分离提纯三个阶段
(4)依箭头指向,分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用,融通对流程的整体分析
(5)某些暂时琢磨不透的环节,可“跳过去”而“难得糊涂”,如有必要,可“顺藤摸瓜”或带着问题回头来进行有针对性的分析
由易到难、
破解答案
(6)先易后难:先回答与工艺流程非常密切相关的问题,确保易拿的分数先拿,增强答题信心
(7)变换角度:从基本理论、绿色化学观点、经济角度、安全生产等多角度答题
(8)对棘手问题:不忘尝试从题给信息中寻找答案
物质判断:主线主产品,副线副产品,回头为循环。
2.答题方向
[例] (2018·全国卷Ⅱ,26)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子
Fe3+
Fe2+
Zn2+
Cd2+
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
回答下列问题:
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为________________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________;氧化除杂工序中ZnO的作用是________________。若不通入氧气,其后果是________________。
(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为________________;沉积锌后的电解液可返回____________工序继续使用。
解析:(1)由于闪锌矿的主要成分是ZnS,因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS+3O22ZnO+2SO2。(2)由于硫酸铅不溶于水,因此滤渣1的主要成分除SiO2外还有PbSO4;要测定铁离子,需要调节溶液的pH,又因为不能引入新杂质,所以需要利用氧化锌调节pH,即氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH。根据表中数据可知沉淀Fe2+的pH较大,所以若不通入氧气,其后果是无法除去杂质Fe2+。(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,反应的离子方程式为Zn+Cd2+===Zn2++Cd。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极发生得到电子的还原反应,因此阴极是Zn2+放电,则阴极的电极反应式为Zn2++2e-===Zn;阳极是OH-放电,破坏水的电离平衡,产生H+,所以电解后还有硫酸产生,因此沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。
答案:(1)2ZnS+3O22ZnO+2SO2 (2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2+ (3)Zn+Cd2+===Zn2++Cd (4)Zn2++2e-===Zn 溶浸
[对点训练]
1.过氧化钙晶体(CaO2·8H2O)常用作医药消毒剂,可以轻质碳酸钙为原料,按以下实验方法来制备。
下列有关说法正确的是( )
A.①煮沸的主要目的是为了除去溶解的CO2
B.②的反应中H2O2作氧化剂,氨水用来调节溶液的pH
C.②中结晶的颗粒较小,过滤时可用玻璃棒轻轻搅动
D.③醇洗的主要目的是为了减少晶体的损失
解析:D [A.碳酸钙能与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳,气体在溶液中的溶解度随温度的升高而减小,加热煮沸是为了除去多余的盐酸,反应的化学方程式为CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O;A错误;B.向CaCl2溶液中加入H2O2、NH3·H2O,发生反应:CaCl2+H2O2+2NH3·H2O+6H2O===CaO2·8H2O↓+2NH4Cl,H2O2的组成元素化合价没有发生变化,因此没有发生氧化还原反应,B错误;C.尽管②中结晶的颗粒较小,但是过滤时若用玻璃棒轻轻搅动,会导致滤纸破损,过滤失败,所以不能搅动,C错误;D.过氧化钙晶体(CaO2·8H2O) 微溶于水,也不溶于乙醇,用醇洗涤,可以减少晶体的溶解,同时乙醇容易挥发,可以加速晶体干燥,D正确。]
2.银锌电池在商业、宇航潜艇、核武器等领域有广泛应用。一种从正极片(含Ag、Ag2O、石墨及Cu等)中回收银的流程如下,下列叙述错误的是( )
A.滤液a中含有Na+、Cu2+、H+等阳离子
B.A用氨水溶解时发生的反应为AgCl+2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O
C.滤液c可浓缩结晶得到Zn(NO3)2
D.向滤渣d中加稀硫酸可溶解其中过量的Zn
解析:C [A.正极片含Ag、Ag2O、石墨及Cu等加稀硝酸后,石墨不反应,含Ag、Ag2O、Cu和硝酸反应生成硝酸银,硝酸铜,再加氯化钠溶液会发生Ag++Cl-===AgCl,则滤液a中含有Na+、Cu2+、H+等阳离子,A正确;B.在含AgCl的滤渣中加入氨水会发生反应生成Ag(NH3)2Cl和2H2O ,即AgCl+2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2
O,故B正确;C.在银氨络合物中加入Zn反应后溶液中Zn2+与氨气结合以[Zn(NH3)4]2+,形式存在,故C错误;经过第一步过滤,知溶液c中不存在NO,滤渣d中过量的锌可以溶解于稀硫酸溶液中,故D正确。]
3.NaH2PO2(次磷酸钠)易溶于水,水溶液近中性,具有强还原性,可用于化学镀银、镍、铬等。一种利用泥磷(含P4和少量CaO、Fe2O3、Al2O3、CaCl2等)为原料制备NaH2PO2·H2O的工艺流程如下:
已知P4与两种碱的反应主要有:
Ⅰ.2Ca(OH)2+P4+4H2O===2Ca(H2PO2)2+2H2↑
Ⅱ.4NaOH+P4+8H2O===4NaH2PO2·H2O+2H2↑
Ⅲ.4NaOH+P4+2H2O===2Na2HPO3+2PH3↑
Ⅳ.NaH2PO2+NaOH===Na2HPO3+H2↑
(1)已知H3PO2是一元中强酸,NaH2PO2是________(填“正盐”或“酸式盐”)。
(2)尾气中的PH3被NaClO溶液吸收可生成NaH2PO2,从吸收液中获得NaH2PO2·H2O的操作为______________、________________过滤、洗涤和干燥。
(3)用NiCl2、NaH2PO2溶液化学镀Ni,同时生成H3PO4和氯化物的化学方程式为:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)“反应”在温度和水量一定时,混合碱总物质的量与P4的物质的量之比[n(碱)/n(磷)]与NaH2PO2产率的关系如图所示。当n(碱)/n(磷)>2.6时,NaH2PO2的产率随n(碱)/n(磷)的增大而降低的可能原因是_____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)滤渣2主要成分为________________________(填化学式)。
(6)“过滤2”的滤液须用Ag2SO4、Ba(OH)2及Na2S溶液除去其中Cl-及Fe2+等,
其中加入的Ag2SO4溶液不宜过量太多,其主要原因是_________________________________
________________________________________________________________________。
(7)在工业上,可以用惰性电极电解NaH2PO2溶液制取磷酸,请写出其阳极反应式________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________。
解析:(1)H3PO2是一元中强酸,在水溶液里部分电离生成氢离子和酸根离子,电离方程式为H3PO2H++H2PO,H2PO不能再电离,则NaH2PO2为正盐;(2)根据题中所给信息,PH3与NaClO反应生成NaH2PO2和NaCl,反应的离子方程式为PH3+2ClO-+OH-===H2PO+2Cl-+H2O,从吸收液中获得NaH2PO2·H2O,需要蒸发浓缩、冷却结晶,过滤、洗涤和干燥;(3)根据题意,NiCl2中Ni转化成Ni单质,NaH2PO2为还原剂,P元素的化合价升高,NiCl2+NaH2PO2→Ni↓+H3PO4+NaCl,依据化合价升降法进行配平,即2NiCl2+NaH2PO2→2Ni↓+H3PO4+NaCl,产物为H3PO4,说明该溶液为酸性,利用原子守恒配平其他物质,反应的化学方程式为2NiCl2+NaH2PO2+2H2O===2Ni↓ +H3PO4+NaCl+3HCl;(4)n(碱)/n(磷)>2.6,说明碱过量,根据P4与两种碱反应中Ⅳ,H2PO与过量的NaOH反应转化成HPO,次磷酸钠的产率降低,因此NaH2PO2的产率随n(碱)/n(磷)的增大而降低的可能的原因是过量的碱将NaH2PO2转化为Na2HPO3;(5)“调pH”除去Ca2+和Al3+,CO2与碱反应生成CO,CO与Ca2+反应生成CaCO3,CO与Al3+发生双水解反应生成Al(OH)3和CO2,因此滤渣2的成分是CaCO3和Al(OH)3;(6)NaH2PO2具有强还原性,Ag+具有氧化性,因此加入Ag2SO4溶液不宜过量太多,否则过量的Ag+会氧化H2PO;(7)NaH2PO2具有较强的还原性,电解时,阳极上H2PO失电子,所以用惰性电极电解NaH2PO2溶液,其阳极反应式为:H2PO-4e-+2H2O===H3PO4+3H+。
答案:(1)正盐 (2)蒸发浓缩 冷却结晶
(3)2NiCl2+NaH2PO2+2H2O===2Ni↓+H3PO4+NaCl+3HCl
(4)过量的碱将NaH2PO2转化为Na2HPO3
(5)CaCO3和Al(OH)3
(6)过量的Ag+会氧化H2PO
(7)H2PO-4e-+2H2O===H3PO4+3H+
4.氢氧化钡是分析化学中的重要试剂。工业上以重晶石矿(主要成分BaSO4,含杂质Fe2O3、SiO2)为原料,生产Ba(OH)2·8H2O的流程示意图如下:
已知:高温焙烧,炭还原重晶石的反应方程式为:BaSO4+4CCO↑+BaS
(1)氢氧化钡的电子式为_________________________________________________。
(2)水浸并过滤后的滤渣中含三种单质,分别为C、________和________(填化学式),滤液1显________(填“酸性”或“碱性”)。向滤液1中加入CuO后,会生成黑色沉淀,该反应的化学方程式为______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)还可采用如下流程对滤液1进行处理:
若D物质为AB型,其组成与MnO2相同,滤液1中加入MnO2反应的化学方程式为________________。该方法的优点是________________。
(4)由滤液2得到产品需采用的操作是________、________、过滤。
解析:(1)根据电子式的书写规则氢氧化钡的电子式为:;(2)在焙烧过程中,炭将Fe2O3、SiO2中的Fe和Si还原出来,所以水浸并过滤后的滤渣中有Fe和Si;根据题干信息,BaS在水浸时发生水解反应生成氢氧化钡,所以滤液呈碱性;向滤液1中加入CuO后发生反应为:BaS+CuO+H2O===CuS+Ba(OH)2;
(3)由图示及MnO2的氧化性可得该反应的化学方程式为:BaS+MnO2+H2O===MnO+S+Ba(OH)2,该方法的优点是MnO2可以循环利用;(4)根据氢氧化钡的溶解性可知要获取Ba(OH)2·8H2O需采用的操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。
答案:(1)
(2)Fe Si 碱性
BaS+CuO+H2O===CuS+Ba(OH)2
(3)BaS+MnO2+H2O===MnO+S+Ba(OH)2 MnO2可以循环利用
(4)蒸发浓缩 冷却结晶