无机化学基础——“无机化工流程题”解题指导

无机化学基础

——“无机化工流程题”解题指导

2．试题的设问角度

化工流程题的考点主要从以下6点设置： (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．工艺流程中的常见专业术语

2．工艺流程题中常见问题的答题方向

[典例1] 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SiO 2

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[c 0(M n ＋)＝0.1 mol ·L －1

]形成氢氧化物沉淀的pH 范围如下：

(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SiO 2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Cd 2＋

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。

[解题流程]

[答案] (1)ZnS ＋32O 2=====焙烧ZnO ＋SO 2(或2ZnS ＋3O 2=====焙烧

2ZnO ＋2SO 2)

(2)PbSO 4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe 2＋

(3)Cd 2＋

＋Zn===Cd ＋Zn 2＋

(4)Zn 2＋

＋2e －

===Zn 溶浸

[备考方略] 解答化工流程题的基本步骤

(1)从题干中获取有用信息，阅读题干时要随手画出目的及相关信息，了解反应物是什么，产品是什么，主要分析出产品中各个元素的来源，即分析“元素流向”。

(2)了解流程中一些实验操作的目的，通常都是为了净化原料或者提纯产品。 (3)对反应条件的分析可从以下几个方面着手： ①对反应速率有何影响； ②对平衡转化率有何影响；

③对综合生产效益有何影响(从原料来源、能源成本、环境保护、循环利用方面考虑)。

[对点练1] 3PbO ·PbSO 4·H 2O 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PbSO 4等)为原料制备三盐基硫酸铅的工艺流程如图所示。

已知：PbSO 4的K sp ＝1.82×10－8

，PbCO 3的K sp ＝1.462×10－13

。

请回答下列问题：

(1)铅蓄电池其工作原理是Pb ＋PbO 2＋2H 2SO 4

放电

充电2PbSO 4＋2H 2O 。充电时，阳极的电

极反应式为____________________________。

(2)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)。

(3)沉铅的滤液中c (Pb 2＋

)＝9.10×10－5

mol ·L －1

，则此时c (SO 2－

4)＝________mol ·L －1

。 (4)

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________。

解析：(1)铅蓄电池充电时，阳极发生氧化反应，其电极反应式为PbSO 4＋2H 2O －2e

－

===PbO 2＋SO 2－

4＋4H ＋

。(2)步骤①加入Na 2CO 3溶液能将PbSO 4转化为PbCO 3，可以提高铅元素的利用率。结合上述分析可知滤液1、滤液3中均含有Na 2SO 4，再结合所得晶体的摩尔质量可知析出的晶体为Na 2SO 4·10H 2O 。滤液2中的HNO 3可循环使用。(3)沉铅后滤液中c (Pb 2＋

)＝

9.10×10－5

mol ·L －1

，则滤液中c (SO 2－

4

)＝K sp PbSO 4c Pb 2＋＝1.82×10－8

9.10×10

－5 mol ·L －1＝2.0×10－4

mol ·L －1

。(4)步骤⑥中加入NaOH 溶液，使PbSO 4转化成三盐，化学方程式为4PbSO 4＋6NaOH =====50～60 ℃ 3PbO ·PbSO 4·H 2O ＋3Na 2SO 4＋2H 2O 。沉淀表面有Na 2SO 4等杂质，洗涤沉淀时，向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，让蒸馏水自然流下，并重复上述操作2～3次即可。设铅泥中铅元素的质量分数为x ，根据关系式：

4Pb ～ 3PbO ·PbSO 4·H 2O 4 mol ×207 g ·mol －1

990 g 100．0 t ×x ×90% 49.5 t