无机化工生产流程题的解题策略

热考题型突破系列(十一)无机化工生产流程题的解题策略【题型示例】(2013·全国卷Ⅱ)氧化锌为白色粉末,可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌[含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等杂质]的流程如下:提示:在本实验条件下,Ni(Ⅱ)不能被氧化;高锰酸钾的还原产物是MnO2。回答下列问题:(1)反应②中除掉的杂质离子是__________,发生反应的离子方程式为________________________________________________;在加高锰酸钾溶液前,若pH较低,对除杂的影响是__________________________________。(2)反应③的反应类型为____________,过滤得到的滤渣中,除了过量的锌外还有________。(3)反应④形成的沉淀要用水洗,检验沉淀是否洗涤干净的方法是___________________________________。(4)反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH)2,取干燥后的滤饼11.2g,煅烧后可得到产品8.1g,则x等于________。【解析】本题的各步操作目的及变化是:工业级氧化锌中含有铁、锰、镍等杂质,第一步加入稀硫酸可以溶解氧化锌,同时让铁、锰、镍转化为金属阳离子;第二步在浸出液中加入酸性高锰酸钾溶液,可以除去Fe2+和Mn2+,将它们转化为沉淀除去,此时滤液中剩余Zn2+和Ni2+;第三步加入锌粉,可以置换出金属镍而除去;第四步向滤液中加入碳酸钠溶液可以将Zn2+转化为碳酸锌沉淀;第五步将碳酸锌沉淀煅烧即可得到纯净的氧化锌固体。(1)反应②中除去的杂质离子是Fe2+和Mn2+,发生反应的离子方程式为+3Fe2++7H2O====3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+,2+3Mn2++2H2O====5MnO2↓+4H+,在加高锰酸钾之前,若溶液的pH较低,则铁离子和锰离子不能生成沉淀而除去。4MnO4MnO(2)反应③的反应类型是置换反应,过滤所得的滤渣中除了过量的锌外还有置换出来的金属镍。(3)反应④过滤出的沉淀在用蒸馏水洗涤后,若已经洗涤干净则滤液中不含硫酸根离子,因此只需要加入硝酸酸化的硝酸钡溶液即可检验沉淀是否洗涤干净。(4)第五步煅烧发生反应的方程式为ZnCO3·xZn(OH)2====(x+1)ZnO+CO2↑+xH2O125+99x81(x+1)11.2g8.1g列比例式,解得x=1。12599x11.2g81x18.1g答案:(1)Fe2+和Mn2++3Fe2++7H2O====3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+,2+3Mn2++2H2O====5MnO2↓+4H+铁离子和锰离子不能生成沉淀,从而无法除去铁和锰杂质(2)置换反应镍4MnO4MnO(3)取少量水洗液于试管中,滴入1～2滴稀硝酸,再滴入硝酸钡溶液,若无白色沉淀生成,则说明沉淀已经洗涤干净(4)1【类题通法】1.物质制备型化工生产流程题的主线:原料→对原料的预处理→核心化学反应→产品的分离提纯→目标产物2.原理型化工生产流程题的解题步骤:(1)从题干中获取有用信息,了解生产的产品。(2)分析流程中的每一步骤所包含的化学原理,如每一步骤中反应物是什么,发生了什么反应,该反应的生成物是什么,对制备产品有什么作用。(3)从题中获取信息,运用化学反应原理分析制备产品的最佳条件。【强化训练】(2016·唐山模拟)新型高效絮凝剂Fe(OH)SO4(碱式硫酸铁)常用于污水处理。工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁的工艺流程如图所示:已知:部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示:沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3开始沉淀时的pH2.37.53.4完全沉淀时的pH3.29.74.4请回答下列问题:(1)加入少量NaHCO3的目的是调节溶液的pH,使溶液中的________沉淀,该工艺中“搅拌”的作用是_____。(2)在实际生产中,反应Ⅱ常同时通入O2以减少NaNO2的用量,O2与NaNO2在反应中均作________。若参与反应的O2有11.2L(标准状况),则相当于节约NaNO2的物质的量为________。(3)碱式硫酸铁溶于水后产生的[Fe(OH)]2+可部分水解生成[Fe2(OH)4]2+聚合离子。该水解反应的离子方程式为__________________________________________。(4)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国该药物的相关质量标准,产品中不得含有Fe2+和。为检验所得产品中是否含有Fe2+,应使用的试剂为________(填序号)。A.氯水B.KSCN溶液C.NaOH溶液D.酸性KMnO4溶液3NO【解析】(1)稀硫酸浸取废铁屑后所得的溶液中含Fe2+和少量Al3+,根据工艺流程可知该步操作是保留Fe2+,除去Al3+,故加入少量NaHCO3调节溶液pH可以使Al3+沉淀,“搅拌”可以加快化学反应速率。(2)反应Ⅱ通入的O2与NaNO2均作氧化剂,根据得失电子守恒,可以计算出标准状况下11.2LO2与2molNaNO2得到的电子数相等。(3)依据原子守恒及电荷守恒可以写出[Fe(OH)]2+水解生成[Fe2(OH)4]2+的离子方程式:2[Fe(OH)]2++2H2O[Fe2(OH)4]2++2H+。(4)因产品中含Fe3+,检验Fe2+时不能采用加氯水和KSCN溶液的方法,也不能加NaOH溶液,Fe(OH)3会对检验Fe2+产生干扰;可以用酸性KMnO4溶液检验Fe2+的存在,如含Fe2+,则滴入几滴酸性KMnO4溶液后,溶液紫红色会褪去。答案:(1)Al3+加快化学反应速率(2)氧化剂2mol(3)2[Fe(OH)]2++2H2O[Fe2(OH)4]2++2H+(4)D