無機化工生產(chǎn)流程【典題1】(2021年河北適應性測試)2-甲基-2-氯丙烷是重要的化工原料，實驗室中可由叔丁醇與濃鹽酸反應制備，路線如下：下列說法錯誤的是()A．由叔丁醇制備2-甲基-2-氯丙烷的反應類型為取代反應B．用5%Na2CO3溶液洗滌分液時，有機相在分液漏斗的下層C．無水CaCl2的作用是除去有機相中殘存的少量水D．蒸餾除去殘余反應物叔丁醇時，產(chǎn)物先蒸餾出體系【精析】對比反應物和產(chǎn)物的結構可得，Cl原子取代了—OH，所以反應類型為取代反應，故A正確；用5%Na2CO3溶液洗滌分液時，由于有機物2-甲基-2-氯丙烷的密度小于水，則有機相在分液漏斗的上層，故B錯誤；無水CaCl2與水結合生成CaCl2·xH2O，是干燥劑，其作用是除去有機相中殘存的少量水，故C正確；2-甲基-2-氯丙烷比叔丁醇的沸點低，所以產(chǎn)物先蒸餾出體系，故D正確。答案：B【典題2】(2019·全國卷Ⅰ)硼酸(H3BO3)是一種重要的化工原料，廣泛應用于玻璃、醫(yī)藥、肥料等工業(yè)。一種以硼鎂礦(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)為原料生產(chǎn)硼酸及輕質氧化鎂的工藝流程如下：回答下列問題：(1)在95℃__________________________________________________________________。(2)“濾渣1”的主要成分有________。為檢驗“過濾1”后的濾液中是否含有Fe3＋離子，可選用的化學試劑是________。(3)根據(jù)H3BO3的解離反應：H3BO3＋H2O?H＋＋B(OH)eq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))，Ka＝5.81×10－10，可判斷H3BO3是________酸；在“過濾2”前，將溶液pH調節(jié)至3.5，目的是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)在“沉鎂”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的離子方程式為__________________________________________________________________________________________________________________________，母液經(jīng)加熱后可返回________工序循環(huán)使用。由堿式碳酸鎂制備輕質氧化鎂的方法是______________?！揪觥?1)在95℃“溶浸”硼鎂礦粉，產(chǎn)生的氣體為NH3，其在“吸收”中發(fā)生的反應主要是氨氣與碳酸氫銨的反應，故反應的化學方程式為NH4HCO3＋NH3=(NH4)2CO3(2)用硫酸銨溶液溶浸過程中主要反應的物質為Mg2B2O5·H2O，故溶浸后產(chǎn)生的濾渣1的主要成分是SiO2、Fe2O3、Al2O3，檢驗Fe3＋可選用的化學試劑是KSCN。(3)根據(jù)H3BO3的解離反應：H3BO3＋H2OH＋＋B(OH)eq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))可知，H3BO3是一元酸，根據(jù)其Ka值可以判斷是弱酸，故H3BO3是一元弱酸；根據(jù)流程圖可知“過濾2”主要得到的是H3BO3，所以將溶液pH調節(jié)至3.5，由于H3BO3是一元弱酸，故主要目的是調節(jié)溶液至酸性，促進H3BO3析出。(4)“沉鎂”過程主要是鎂離子與碳酸銨發(fā)生的反應，故反應的離子方程式為2Mg2＋＋3COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋2H2O=Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))或2Mg2＋＋2COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋H2O=Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑；由于在最后過程中銨根離子和硫酸根離子沒有參與反應，所以在母液中主要含有上述兩種離子，所以加熱后對應的碳酸銨、二氧化碳等揮發(fā)，溶液中最終剩余的是硫酸銨，所以可以返回“溶浸”環(huán)節(jié)中繼續(xù)使用；堿式碳酸鎂高溫煅燒之后會發(fā)生分解最終變成氧化鎂。答案：(1)NH4HCO3＋NH3=(NH4)2CO3(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN(3)一元弱轉化為H3BO3，促進析出(4)2Mg2＋＋3COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋2H2O=Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))(或2Mg2＋＋2COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋H2O=Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑)溶浸高溫焙燒一、物質制備類化工流程題1．明確制備類化工生產(chǎn)流程的特點一個完整的化工生產(chǎn)流程一般具有下列特點2．熟悉常用的操作方法及其作用(1)對原料進行預處理的常用方法及其作用。(2)常用的控制反應條件的方法①調節(jié)溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調節(jié)pH所需的物質一般應滿足兩點：a．能影響溶液酸堿性，使pH增大或減小。b．不引入新雜質。例如，若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質來調節(jié)溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。②控制溫度。根據(jù)需要升溫或降溫，改變反應速率或使平衡向需要的方向移動。③趁熱過濾。防止某物質降溫時會析出。④冰水洗滌。洗去晶體表面的雜質離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。3．識別流程圖化工流程中箭頭指出的是投料(反應物)，箭頭指向的是生成物(包括主產(chǎn)物和副產(chǎn)物)，返回的箭頭一般是被“循環(huán)利用”的物質。二、提純類化工流程題1．物質分離提純的原則(1)不增：不引入新的雜質。(2)不減：不減少被提純的物質。(3)易分離：被提純物與雜質易于分離。(4)易復原：被提純的物質易恢復原來的組成、狀態(tài)。2．明確常用的提純方法(1)水溶法：除去可溶性雜質。(2)酸溶法：除去堿性雜質。(3)堿溶法：除去酸性雜質。(4)氧化劑或還原劑法：除去還原性或氧化性雜質。(5)加熱灼燒法：除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質。(6)調節(jié)溶液的pH法：如除去酸性銅鹽溶液中的Fe3＋等。3．明確常用的分離方法(1)過濾。(2)萃取和分液。(3)蒸發(fā)結晶。(4)冷卻結晶。(5)蒸餾或分餾。(6)冷卻法。1．硼氫化鈉(NaBH4)是有機合成中常用的還原劑。一種制備硼氫化鈉工藝如下(部分條件和產(chǎn)物省略)：已知：MgH2、NaBH4遇水蒸氣劇烈反應并放出H2。回答下列問題：(1)Mg2B2O5·H2O中B的化合價為________。MgH2和NaBO2必須在干燥條件下合成硼氫化鈉，其原因是______________________________________________________________________________________________________________。(2)難溶的Mg2B2O5與濃氫氧化鈉溶液反應的離子方程式為______________________________________________________________。(3)SOCl2溶于水能產(chǎn)生兩種氣體，其中一種氣體能使品紅溶液褪色，則灼燒時加入SOCl2的目的是_________________________________________________________________________________________________________________。(4)已知鎂-H2O2酸性燃料電池反應為Mg＋H2O2＋H2SO4=MgSO4＋2H2O。常溫下，電解質溶液為200mL0.1mol·L－1硫酸溶液。①寫出正極的電極反應式___________________________________________。②若電路中有0.038mol轉移電子時，則溶液pH約為__________(忽略溶液體積變化，不考慮H2O2電離、鎂離子水解等因素)。(5)“有效氫”是衡量含氫還原劑的還原能力指標，定義為1g含氫還原劑的還原能力與多少克H2相當。NaBH4的“有效氫”等于____________(結果保留2位小數(shù))gH2。(6)工業(yè)上，可以利用NaBO2、HCHO和生石灰在加熱下生成NaBH4和難溶的鹽，寫出化學方程式_______________________________________________?！窘馕觥?1)保持干燥環(huán)境的目的是防止硼氫化鈉、氫化鎂與水蒸氣反應。(2)據(jù)題意可知，生成了氫氧化鎂和偏硼酸鈉(NaBO2)。(3)據(jù)題意可知，SOCl2＋H2O=SO2↑＋2HCl↑，消耗了水，生成的氯化氫又能抑制氯化鎂水解。(4)①過氧化氫發(fā)生還原反應。②n(H＋)＝0.04mol，由電極反應式知，轉移1mol電子必消耗1molH＋，轉移0.038mol電子時溶液中c(H＋)＝eq\f(0.04mol－0.038mol,0.2L)＝0.01mol·L－1，pH＝2。(5)含氫還原劑的氧化產(chǎn)物為H2O等，1molNaBH4失去8mol電子，相當于4molH2。NaBH4的有效氫等于eq\f(8g,38)＝0.21g。(6)據(jù)題意可知，反應物為NaBO2、HCHO和CaO，產(chǎn)物為NaBH4和CaCO3。答案：(1)＋3防止MgH2、NaBH4與水蒸氣反應(2)Mg2B2O5＋H2O＋2OH－=2Mg(OH)2＋2BOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))(3)提供HCl抑制MgCl2水解(4)①H2O2＋2e－＋2H＋=2H2O②2(5)0.21(6)NaBO2＋2HCHO＋2CaOeq\o(=,\s\up7(2．高純六水氯化鍶晶體(SrCl2·6H2O)具有很高的經(jīng)濟價值，工業(yè)上用難溶于水的碳酸鍶(SrCO3)為原料(含少量鋇和鐵的化合物等)，制備高純六水氯化鍶晶體的過程為已知：Ⅰ.SrCl2·6H2O晶體在61℃時開始失去結晶水，100Ⅱ.有關氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：氫氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2開始沉淀的pH1.56.5沉淀完全的pH3.79.7(1)操作①增大反應速率的措施有________(寫一種)。碳酸鍶與鹽酸反應的離子方程式為_____________________________________________________________。(2)酸性條件下，加入30%H2O2溶液，將Fe2＋氧化成Fe3＋，其離子方程式為________________________________________________________________。(3)在步驟②～③的過程中，將溶液的pH由1調節(jié)至4時，宜用的試劑為________。A．氨水B．氫氧化鍶粉末C．氫氧化鈉D．碳酸鈉晶體(4)操作③中所得濾渣的主要成分是________(填化學式)。(5)步驟④的操作是_____________________________________、____________________________________________________________。(6)工業(yè)上用熱風吹干六水氯化鍶，適宜的溫度是___________________________________________________________。A．50～60℃B．70～C．80～100℃D．100【解析】(1)操作①是讓難溶于水的工業(yè)碳酸鍶與鹽酸反應使其更快的溶解在溶液中，所以增大反應速率的措施有：升高溫度，充分攪拌讓碳酸鍶與鹽酸進行更大的接觸以增大反應速率，增大溶液的濃度等。(3)調節(jié)pH是讓Fe3＋形成Fe(OH)3而沉淀析出，當加入試劑時不要引入新的雜質，故最好是氫氧化鍶粉末。(4)操作③之前加入了硫酸使Ba2＋形成BaSO4，加入過氧化氫使Fe2＋完全氧化為Fe3＋，通過調節(jié)pH使Fe3＋完全以Fe(OH)3的形式析出，故濾渣的主要成分是Fe(OH)3、BaSO4。(5)步驟④是從溶液中得到晶體，故操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶。(6)因SrCl2·6H2O晶體在61℃時開始失去結晶水，所以溫度不能超過61答案：(1)加熱、充分攪拌、適當增大鹽酸濃度等(任寫一種)SrCO3＋2H＋=Sr2＋＋CO2↑＋H2O(2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O(3)B(4)Fe(OH)3、BaSO4(5)蒸發(fā)濃縮冷卻結晶(6)A3．用廢鉛蓄電池的鉛泥(含PbSO4、PbO和Pb等)制備精細化工產(chǎn)品PbSO4·3PbO·H2O(三鹽)的主要流程如圖：已知：常溫下，Ksp(PbSO4)≈2.0×10－8，Ksp(PbCO3)≈1.0×10－13。回答下列問題：(1)鉛蓄電池在生活中有廣泛應用，其工作原理是Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2PbSO4＋2H2O。鉛蓄電池在充電時，陽極的電極反應式為______________________________________________________________。若鉛蓄電池放電前，正、負極電極質量相等，如果放電時轉移了1mol電子，則理論上兩電極質量之差為________。(2)將濾液1、濾液3合并，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、降溫結晶、過濾等操作，得到一種結晶水合物(Mr＝322)，其化學式為__________________________。(3)步驟③酸溶時鉛與硝酸反應生成Pb(NO3)2及NO的離子方程式為______________________；濾液2中溶質的主要成分為____________________(寫化學式)。(4)步驟⑥合成三鹽的化學方程式為___________________________________。(5)步驟⑦洗滌過程中，檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是_____________________。(6)在步驟①的轉化中，若硫酸鉛和碳酸鉛在濁液中共存，則eq\f(c（SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))）,c（COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))）)＝________。【解析】(1)鉛蓄電池在充電時，陽極上發(fā)生氧化反應，電極反應式為PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H＋。放電時，正極的電極反應式為PbO2＋2e－＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H＋=PbSO4＋2H2O；負極的電極反應式為Pb－2e－＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))=PbSO4。若轉移2mol電子，則正極材料凈增質量為m(PbSO4)－m(PbO2)，負極材料凈增質量為m(PbSO4)－m(Pb)，二者質量之差＝m(O2)＝32g，所以放電時轉移1mol電子，兩極質量之差為16g。(2)濾液1和濾液3的主要溶質是硫酸鈉，由得到的結晶水合物的相對分子質量知，析出的結晶水合物為Na2SO4·10H2O。(3)鉛與硝酸反應類似銅與硝酸反應，離子方程式為3Pb＋8H＋＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=3Pb2＋＋2NO↑＋4H2O；沉鉛反應為Pb(NO3)2＋H2SO4=PbSO4↓＋2HNO3，故濾液2的溶質主要是HNO3。(4)加入氫氧化鈉溶液，使硫酸鉛轉化成三鹽，化學方程式為4PbSO4＋6NaOHeq\o(=,\s\up7(50～60℃))PbSO4·3PbO·H2O↓＋3Na2SO4＋2H2O。(5)沉淀表面有Na2SO4等雜質，檢驗沉淀是否洗滌干凈，就是檢驗最后一次的洗滌液是否還含有SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))。操作方法是取少量最后一次洗滌液于潔凈的試管中，向其中滴加硝酸酸化的Ba(NO3)2溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，則沉淀未洗滌干凈；否則，已洗滌干凈。(6)PbSO4(s)和PbCO3(s)的濁液中：eq\f(c（SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))）,c（COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))）)＝eq\f(Ksp（PbSO4）,Ksp（PbCO3）)＝eq\f(2.0×10－8,1.0×10－13)＝2.0×105。答案：(1)PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H＋16g(2)Na2SO4·10H2O(3)3Pb＋8H＋＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=3Pb2＋＋2NO↑＋4H2OHNO3(4)4PbSO4＋6NaOHeq\o(=,\s\up7(50～60℃))PbSO4·3PbO·H2O↓＋3Na2SO4＋2H2O(5)取少量最后一次的洗滌液于潔凈的試管中，向其中滴加硝酸酸化的Ba(NO3)2溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，則沉淀未洗滌干凈；否則，已洗滌干凈(6)2.0×105【加固訓練】1．下列化學工藝流程不可行的是()【解析】選A。A項，應首先進行二氧化硫的催化氧化，然后用98.3%的硫酸吸收SO3，所以工藝不可行；B項，符合工業(yè)上制高純硅的流程，工藝是可行的；C項，從提取食鹽后的母液中提取單質溴的過程，母液中的溴離子被氧化為溴單質，工藝是可行的；D項，符合工業(yè)上用鋁土礦制鋁的過程，每一步所加試劑必須過量，工藝是可行的。2．含硫煤燃燒會產(chǎn)生大氣污染，為防治該污染，某工廠設計了新的治污方法，同時可得到化工產(chǎn)品，該工藝流程如圖所示，下列敘述不正確的是()A．該過程中可得到化工產(chǎn)品硫酸B．該工藝流程是除去煤燃燒時產(chǎn)生的SO2C．該過程中化合價發(fā)生改變的元素為Fe和SD．圖中涉及到的反應之一為Fe2(SO4)3＋SO2＋2H2O=2FeSO4＋2H2SO4【解析】選C。A項，根據(jù)工藝流程所示可知，該工藝中Fe2(SO4)3和H2O吸收SO2生成FeSO4和H2SO4，該反應的化學方程式為Fe2(SO4)3＋SO2＋2H2O=2FeSO4＋2H2SO4，該工藝不僅吸收了二氧化硫，還得到了化工產(chǎn)品硫酸亞鐵和硫酸；B項，根據(jù)A中分析可知該工藝流程是除去煤燃燒時產(chǎn)生的SO2;C項,過程中化合價發(fā)生變化的元素有氧、鐵、硫。3.SO2通過下列工藝流程可制備化工原料硫酸和清潔能源H2下列說法中不正確的是 ()A.設備A中的溴水褪色,體現(xiàn)了SO2的還原性B.該生產(chǎn)工藝的優(yōu)點:Br2可以循環(huán)利用,并獲得清潔能源H2C.該工藝流程的總反應方程式為SO2+Br2+2H2OH2SO4+2HBrD.設備C中是否殘余硫酸,可在C的樣品溶液中加入BaCl2溶液,觀察是否有沉淀【解析】選C。A項,設備A中的溴水褪色,發(fā)生反應:SO2+Br2+2H2OH2SO4+2HBr,體現(xiàn)了SO2的還原性;B項,根據(jù)轉化關系圖可判斷該生產(chǎn)工藝的優(yōu)點:Br2可以循環(huán)利用,并獲得清潔能源H2;C項,由于溴單質可以循環(huán)利用,生成物實際上是硫酸和氫氣,所以該工藝流程的總反應方程式為SO2+2H2OH2SO4+H2↑;D項,設備C中是