高中化学无机化工流程题解题指导

高中化学“无机化工流程题”解题指导

1．醋酸镍[(CH 3COO)2Ni]是一种重要的化工原料。一种以含镍废料(含NiS 、Al 2O 3、FeO 、

CaO 、SiO 2)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：

(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H 2O 2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)沉镍过程中，若c (Ni 2＋)＝2.0 mol·L －1，欲使100 mL 该滤液中的Ni 2＋

沉淀完全

[c (Ni 2＋)≤10－5 mol·L －1]，则需要加入Na 2CO 3固体的质量最少为________ g 。(保留小数点

后1位有效数字)

(6)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 。

解析：(1)～(3)制取醋酸镍的工艺流程可解读为将含镍废料粉碎后加入H 2SO 4和少量HNO 3进行酸浸，过滤后得到主要含Ni 2＋、Al 3＋、Fe 3＋(还可能含少量Fe 2＋、Ca 2＋)的溶液和主要含SiO 2、CaSO 4的滤渣，弃去滤渣，向滤液中加入H 2O 2将可能含有的Fe 2＋氧化为

Fe3＋，调节溶液pH为5.0≤pH＜6.7，使Al3＋、Fe3＋转化为氢氧化物沉淀，再通过过滤除去，向过滤所得的滤液1中加入NH4F除去滤液中的Ca2＋，过滤后向滤液2中加入Na2CO3使Ni2＋沉淀为NiCO3，过滤后向NiCO3中加入醋酸得到醋酸镍，再进一步蒸发、结晶、洗涤得到醋酸镍产品。(4)由题意知，酸浸时1 mol NiS失去6 mol电子，S2－被氧化为SO2，硝酸被还原为NO，根据得失电子守恒、原子守恒可写出反应的化学方程式。(5)Ni2＋沉淀完全时溶液

中c(CO2－3)＝K sp3

c2＋

＝

9.60×10－6

10－5

＝0.96 mol·L－1，故需要加入Na2CO3的质量最少为

[0.96 mol·L－1×0.1 L＋(2.0 mol·L－1－10－5mol·L－1)×0.1 L]×106 g·mol－1≈31.4 g。

答案：(1)5.0≤pH＜6.7 (2)SiO2、CaSO4CaF2

(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O

(4)NiS＋H2SO4＋2HNO3===NiSO4＋SO2↑＋2NO↑＋2H2O (5)31.4 (6)70 120

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__________________________________________________。

解析：(1)①常温氯化，Cl 2与Ca(OH)2发生反应得到漂白液。②加热升高温度，Ca(OH)2的溶解度降低，则Cl 2的转化率也降低，A 项不符合题意；适当减缓通入Cl 2的速率，等效于增大Ca(OH)2的浓度，Cl 2的转化率增大，B 项符合题意；充分搅拌浆料，能使反应完全，Cl 2的转化率增大，C 项符合题意；加水使Ca(OH)2完全溶解，不能改变Cl 2的转化率，D 项不符合题意。③根据题意，CN －与ClO －反应转化为CO 2和N 2，CN －

中C 、N 分别为＋2价、－3价，1 mol CN －失去5 mol 电子，而ClO －转化为Cl －，1 mol ClO －得到2 mol 电子，根据得失电子守恒，则每转化1 mol CN －至少需要消耗氧化剂ClO － 2.5 mol 。(2)①Ca(ClO 3)2中Cl 的化合价为＋5价。氯化完成后过滤，得到的滤渣的主要成分为CaCO 3、Ca(OH)2。②根据题图知，75 ℃时氯酸钾的溶解度比氯酸钙、氯化钾、氯化钙都小得多，故氯酸钙与KCl 能发生

反应：Ca(ClO 3)2＋2KCl=====△CaCl 2＋2KClO 3↓。(3)氯代乙醇为氯原子取代乙醇分子中乙基上

的氢原子，根据“氯代乙醇再与Ca(OH)2反应生产环氧乙烷”，则氯原子应取代甲基上的氢原子，故氯代乙醇的结构简式为ClCH 2CH 2OH ，总反应的化学方程式为CH 2===CH 2＋Cl 2＋Ca(OH)2―→＋CaCl 2＋H 2O 。

答案：(1)①2Cl 2＋2Ca(OH)2===CaCl 2＋Ca(ClO)2＋2H 2O ②BC ③2.5

(2)①＋5 CaCO 3、Ca(OH)2 ②75 ℃时，氯酸钾的溶解度比氯酸钙、氯化钾、氯化钙都

小得多

(3)ClCH 2CH 2OH CH 2===CH 2＋Cl 2＋Ca(OH)2―→＋CaCl 2＋H 2O

3．实验室用卤块(主要成分为MgCl 2·6H 2O ，含有MgSO 4、FeCl 2等杂质)制备少量

Mg(ClO 3)2·6H 2O 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：