专题：无机化工流程实验——学生版

专题：无机化工流程实验
1．化工生产的一般流程
2．试题的设问角度
（1）基本操作
除杂、分离、检验、洗涤、干燥等实验操作的步骤描述；加入某些试剂或某个操作步骤的目的描述。

（2）物质的分离与提纯
通过调节pH使溶液中的金属离子沉淀达到分离除杂的目的，据此选择需要加入的化学试剂；加入某种物质使难溶物转化为更难溶的物质后，通过过滤除去等。

（3）化学反应速率与化学平衡理论的运用
例如，研磨使反应物颗粒变小，增大反应物间的接触面积，从而增大反应速率，提高原料利用率；升高温度能增大反应速率，使吸热反应平衡正向移动等。

（4）化学方程式或离子方程式的书写
根据流程图及设问中的信息找出反应物和生成物，书写指定的化学方程式或离子方程式。

（5）环境与绿色化学思想
流程中物质的转化和循环、资源的回收和利用、“三废”的来源、对环境的影响及处理措施等。

（6）化学计算
联系原料纯度、转化率、损失率、产物产率等计算产品质量；联系溶液配制、滴定操作测定样品中某元素含量或产品纯度；联系溶度积常数，计算溶液中某离子浓度或完全沉淀时的pH等。

题型一以物质制备为目的工艺流程
1
释义
研磨、雾化将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分
灼烧(煅烧) 使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。

如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿
浸取向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
酸浸在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程浸出率固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
滴定定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定
酸作用溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等
碱作用去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅、调节pH、促进水解(沉淀) 2
常见问题答题要考虑的角度
分离、提纯过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作，如从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—(洗涤、干燥)
提高原子利用率绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用)
在空气中或特定气体中进行的反应或
操作要考虑O2、H2O、CO2或特定气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的
洗涤沉淀方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上
操作2～3次
判断沉淀是否洗涤
干净
取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等
控制溶液的pH ①调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)
②“酸作用”还可除去氧化物(膜)
③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等
④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)
控制温度(常用水浴、冰浴或油浴) ①使化学平衡移动；控制化学反应的方向
②控制固体的溶解与结晶
③控制反应速率：使催化剂达到最大活性
④升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发
⑤加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离
【例题01】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(M n＋)＝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。

【对点训练01】3PbO·PbSO4·H2O化学名：三盐基硫酸铅，简称三盐，M＝990 g·mol－1。

不溶于水，微黄色粉末，可用作聚氯乙烯稳定剂。

以铅泥(含PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐基硫酸铅的工艺流程如图所示。

已知：PbSO4的K sp＝1.82×10－8，PbCO3的K sp＝1.462×10－13。

请回答下列问题：
（1）步骤①转化的目的是，将滤液1、滤液3合并，经蒸发浓缩、
降温结晶、过滤等操作，可得到一种结晶水合物(M＝322 g·mol－1)，其化学式为________；滤液2中可循环利用的溶质为________(填化学式)。

（2）步骤⑥合成三盐的化学方程式为_____________________________________；步骤⑦洗涤沉淀时的操作是______________________________________________；若以100.0 t铅泥为原料制得纯净干燥的三盐49.5 t，假设铅泥中的铅元素有90%转化为三盐，则铅泥中铅元素的质量分数为________。

题型二以分离提纯为目的工艺流程
1
2
【例题02】以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)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V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/% 2.2～2.9 2.8～3.1 22～28 60～65 1～2 ＜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＋2，反应的离子方程式为，同时V2O4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＋2，则需要氧化剂KClO3至少为________ mol。

（3）“中和”作用之一是使钒以V4O4－12形式存在于溶液中。

“废渣2”中含有________。

（4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH＋V4O4－12离子交换
R4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离
洗脱
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(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：
_________________________________________________________________。

【对点训练02】湿法炼锌产生的铜镉渣主要含锌、镉(Cd)、铜、铁、钴(Co)等金属单质。

利用铜镉渣可生产Cu、Cd及ZnSO4·7H2O 等，其生产流程如图：
如表是部分金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为0.1 mol·L－1计算)：氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Cd(OH)2Zn(OH)2开始沉淀的pH 1.9 7.0 7.2 5.4
沉淀完全的pH 3.2 9.0 9.5 8.2
（1）提高铜镉渣的“浸出”速率的措施有________________________（写出1条即可）。

（2）Fe的金属性比Co强，该流程中“除钴”________（填“能”或“不能”）用Zn代替Fe，“除钴”中Fe发生反应的离子方程式是__________________________________。

（3）“除铁”操作中加入H2O2的目的是______________________________，加入ZnO的目的是调节溶液pH，以除去溶液中的铁元素，调节溶液pH的范围为_________，“除铁”操作中的沉
淀成分是__________(写化学式)。

（4）“电解”后的电解废液是ZnSO4溶液，用该电解废液制备ZnSO4·7H2O的方法是。

（5）“除钴”后的含钴废渣在空气中煅烧，煅烧后的成分测定如表：
元素Co Zn Cu Fe
含量/% 59.00 0.52 0.20 13.16
则煅烧后所得固体混合物中，钴氧化物的化学式是________。

【巩固提升】
1．醋酸镍[(CH3COO)2Ni]是一种重要的化工原料。

一种以含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)为原料，制取醋酸镍的工艺流程如图：
相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如下表：
20 ℃时溶解性
金属离子开始沉淀的pH 沉淀完全的pH 物质
(H2O) Fe3＋ 1.1 3.2 CaSO4微溶
Fe2＋ 5.8 8.8 NiF2可溶
Al3＋ 3.0 5.0 CaF2难溶
Ni2＋ 6.7 9.5 NiCO3K sp＝9.60×10－6
（1）调节pH步骤中，溶液pH的调节范围是____________。

（2）滤渣1和滤渣3主要成分的化学式分别是________、________。

（3）写出氧化步骤中加入H2O2发生反应的离子方程式：_______________________。

（4）酸浸过程中，1 mol NiS失去6N A个电子，同时生成两种无色有毒气体。

写出该反应的化学方程式：___________________________________________________________。

（5）保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废料进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。

酸浸的最佳温度与时间分别为________ ℃、________ min。

2．电石广泛应用于生产PVC、维尼纶等，电石与水反应所得残渣——电石渣，主要含Ca(OH)2、CaCO3及少量其他杂质。

某工业电石渣的几种回收利用流程如下：
几种物质在水中的溶解度曲线如图所示。

回答下列问题：
（1）常温氯化
①反应的化学方程式是_______________________________________________。

②为提高Cl2转化为Ca(ClO)2的转化率，可行的措施有________(填字母)。

A．加热升高温度B．适当减缓通入Cl2的速率
C．充分搅拌浆料D．加水使Ca(OH)2完全溶解
③电石渣中的有害杂质CN－与ClO－反应转化为两种无害的气体，每转化1 mol CN－至少需要消
耗氧化剂ClO－________ mol。

（2）75 ℃氯化
①生成氯酸钙中氯的化合价为，氯化完成后过滤，滤渣的主要成分为_____（填化学式）。

②氯酸钙能与KCl反应转化为氯酸钾的原因是_______________________________。

（3）有机反应
首先生成氯代乙醇，其结构简式为____________，氯代乙醇再与Ca(OH)2反应生产环氧乙烷。

总反应的化学方程式是__________________________________________________。

3．实验室用卤块（主要成分为MgCl2·6H2O，含有MgSO4、FeCl2等杂质）制备少量Mg(ClO3)2·6H2O 的流程如图：
已知：①四种化合物的溶解度(S)随温度(T)变化曲线如图所示：
②室温时一些物质的K sp如表所示：
化学式Fe(OH)2Fe(OH)3Mg(OH)2
K sp8.0×10－188.0×10－38 1.8×10－11
③Mg(ClO3)2有较强的氧化性，其还原产物是Cl－。

回答下列问题：
（1）H2O2的电子式为________________。

（2）滤渣的成分是________________(填化学式)。

（3）D中所发生的化学反应方程式为_______________________________，框图中由D→……→制Mg(ClO3)2·6H2O晶体的实验步骤依次为①加热蒸发；②____________(请补充)；③冷却结晶；
④过滤洗涤。

4．氟化钡可用于制造电机电刷、光学玻璃、光导纤维、激光发生器。

以钡矿粉(主要成分为BaCO3，含有SiO2、Fe2＋、Mg2＋等杂质)为原料制备氟化钡的流程如下：
已知：常温下Fe3＋、Mg2＋完全沉淀的pH分别是3.4、12.4。

（1）滤渣A的化学式为____________________。

（2）滤液1加H2O2氧化的过程中主要反应的离子方程式为_______________________。

（3）加20%NaOH溶液调节pH＝12.5，得到滤渣C的主要成分是________________。

（4）滤液3加入盐酸酸化后再经______、冷却结晶、______、洗涤、真空干燥等一系列操作后得到BaCl2·2H2O。

5．磷化氢(PH3)是一种剧毒气体，是最常用的高效熏蒸杀虫剂，也是一种电子工业原料。

（1）在密闭粮仓放置的磷化铝(AlP)片剂，遇水蒸气放出PH3气体，该反应的化学方程式为。

（2）利用反应PH3＋3HgCl2=P(HgCl)3＋3HCl，可准确测定微量的PH3。

①HgCl2溶液几乎不导电，说明HgCl2属于____________(填“共价”或“离子”)化合物。

②通过测定溶液________变化，可测定一定体积空气中PH3的浓度。

（3）PH3的一种工业制法涉及的物质转化关系如图所示：
①亚磷酸属于________元酸。

②当反应Ⅰ生成的n(NaH2PO2)∶n(Na2HPO3)＝3∶1时，参加反应的n(P4)∶n(NaOH)＝____________________。

（4）一种用于处理PH3废气的吸收剂成分为次氯酸钙80%、锯木屑(疏松剂)15%、活性炭2.5%、滑石粉(防结块)2.5%。

①次氯酸钙将PH3氧化为H3PO4的化学方程式为_______________________________。

②空气中的水蒸气可加快PH3的氧化过程，其原因可能是_________________________。

（5）从(4)中的吸收残留物中回收磷酸氢钙(CaHPO4)的方法如下：
试剂X为________(填化学式)。

6．金属钼在工业和国防建设中有重要的作用。

钼(Mo)的常见化合价为＋6、＋5、＋4。

由钼精矿(主要成分是MoS2)可制备单质钼和钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)，部分流程如图1所示：
已知：钼酸微溶于水，可溶于碱液和氨水。

回答下列问题：
（1）钼精矿焙烧时，每有1 mol MoS2反应，转移电子的物质的量为________。

（2）钼精矿焙烧时排放的尾气对环境的主要危害是____________________________，请你提出一种实验室除去该尾气的方法______________________。

（3）操作2的名称为________。

由钼酸得到MoO3所用到的硅酸盐材料仪器的名称是_____。

（4）焙烧钼精矿所用的装置是多层焙烧炉，图2为各炉层固体物料的物质的量的百分数(φ)。

①x＝________。

②焙烧炉中也会发生MoS2与MoO3反应生成MoO2和SO2的反应，若该反应转移6 mol电子，则消耗的氧化剂的化学式及物质的量分别为________、________。

7．二硫化钨(WS 2，其中W 的化合价为＋4)可用作润滑剂，还可以在石油化工领域中用作催化剂。

由钨铁矿(其主要成分是FeWO 4，还含少量Al 2O 3)制备二硫化钨的工艺流程如图所示：
回答下列问题：
（1）FeWO 4中铁元素的化合价为________________。

（2）FeWO 4在“熔融”过程中发生反应的化学方程式为________________________；“熔融”过程中
为了提高熔融速率，可采取的措施有____________________(写出一条即可)。

（3）过量CO 2通入粗钨酸钠溶液中发生反应的离子方程式为______________________，操作Ⅰ
中用作引流的玻璃仪器是________。

（4）生成二硫化钨的化学方程式为2(NH 4)2WS 4＋3O 2=====高温
2WS 2＋4NH 3＋2S ＋2SO 2＋2H 2O ，若
反应中转移8 mol 电子，则生成WS 2的质量是________g 。