化学实验与工艺流程

化学实验与工艺流程

现代用于实际化工生产的化学工艺流程是建立在化学实验基础之上的，在高考命题中往往是将化学工艺流程进行简化，与化学实验基本操作、循环经济、环境保护等融合起来，考查考生学以致用的化学理念。

复习时要针对所涉及的典型工艺流程（如硫酸工业、硝酸工业、合成氨工业、氯碱工业、金属冶炼、自来水生产流程等）进行分析，理解工艺流程中设备、操作等的意义，学会阅读简单的流程图。

以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：

（1）将燃烧黄铁矿的化学方程式补充完整

（2）接触室中发生反应的化学方程式是_____________________________

（3）依据工艺流程图判断下列说法正确的是（选填序号字母）___________ 。

a ．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎

b ．过量空气能提高SO 2的转化率

c ．使用催化剂能提高SO 2的反应速率和转化率

d ．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁

（4）每160 g SO 3气体与H 2O 化合放出260.6 kJ 的热量，该反应的热化学方程式是___________________

（5）吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO 2和铵盐。

①SO 2：既可作为生产硫酸的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的Br 2。SO 2吸收Br 2的离子方程式是________________________________。

②为测定该铵盐中氮元素的质量分数，将不同质量的铵盐分别加入到 50.00 mL 相同浓度的NaOH 溶液中，沸水浴加热至气体全部逸出（此温度下铵 盐不分解），该气体经干燥后用浓硫酸吸收完全，测定浓硫酸增加的质量。 部分测定结果： 铵盐质量为10. 00 g 和20. 00 g 时，浓硫酸增加的质量相同；铵盐质量为30. 00 g 时，浓硫酸增加的质量为0. 68 g ；铵盐质量为40.00 g 时，浓硫酸的质量不变。 计算：该铵盐中氮元素的质量分数是____%；若铵盐质量为15. 00 g ，浓硫酸增加的质量为____________________________ 。（计算结果保留两位小数）

（1）FeS 2

（2）

（3）abd

（4） SO 3(g)+H2O(1) =H2SO 4(1);△H= - 130.3 kJ/mol

（5）①SO 2 +Br2 +2H2O===4H+ +2Br- +SO42- ；②14. 56； 2.31 g

3请回答下列问题：

（1）用10mol/l浓盐酸配制2mol/l的稀盐酸。所用玻璃仪器除量筒和玻璃棒外，还有______。

A ．容量瓶 B ．烧杯 C ．烧瓶 D ．胶头滴管

（2）步骤I 中加入过量稀盐酸的目的是___________________________________

（3）下列关于PAFC 的说法中下列的是_______

A.PAFC 具有较强的氧化性 B.PAFC 中Fe 显+2价

C.PAFC 溶于水能电离出OH - D.PAFC 在强酸性和强碱性溶液中均不能稳定存在

（4）步骤II 中取样分析的目的是_________

＋＋ A. 测定溶液中Fe 2与Fe 3的含量比 B. 测定原料是否完全溶解

＋ C. 测定溶液中Fe 2的含量，以确定加入NaCIO 3的量

＋ D. 测定溶液中AI 3的含量

（5）向该溶液中加入NaCIO 3时，发生反应的离子方程式是_____________

(6)该化工厂的化验室为测定产品PAFC 中AI 和Fe 的含量，进行下列试剂的选择和基本操作：

①测定所需要的试剂有_____

A.NH 3.H 2O B ．NaOH 溶液 C ．CO 2 D ．NaCIO 3

②测定量直接测定的是______和________的质量（填化学式）。

③在测定过程中的操作顺序是__________

A. 萃取 B. 分液 C. 过滤 D. 蒸发 E. 洗涤 F . 称量 G. 灼烧 H. 冷却

＋＋＋＋＋－＋－答案：(1)ABD (2)抑制Fe 2.Fe 3.AI 3的水解(3)AD (4)c.(5)6Fe2＋6H ＋CIO 3=6Fe3＋CI ＋

3H 2O (6)①BC ②AI 2O 3 Fe2O 3 ③CEGHF

误点警示

本题的易错点主要有：一是不清楚所加药品在物质转换中的作用，一般地讲，要从以下几个方面去分析所加药品的作用:①是否是沉淀剂？②是否是氧化剂？③是否是抑制剂？二是离子方程式的书写，找不出氧化剂和还原剂，反应前后元素的化合价的变化而易出错，信息型氧化还原反应方程式的书写是理科综合中重要的命题点，要引起高度重视；三是由于对元素化合物知识和基本实验操作掌握不熟练，对流程图理解不透彻，因而无法正确分析出需要测量的数据和操作顺序。

1. 某版本的化学教材中安排了如图所示“合成氨”的演示实验（夹持仪器均已省略）。在Y 形管的一侧用Zn 粒和稀H 2SO 4反应制取H 2，另一侧用NaNO 2固体和饱和NH 4Cl 溶液反应制取N 2，N 2和H 2混合通过还原铁粉来合成NH 3，再将产生的气体通入酚酞试液中，若酚酞试液变红，即说明

产生了氨气。

某课外活动小组通过查阅资料和多次实验，得到了如下信息：

信息一：NaNO 2固体和饱和NH 4Cl 溶液混合加热的过程中发生了如下反应：

信息二：不同体积比的N 2、H 2混合气体在相同实验条件下合成氨，使酚酞试液变红所需要的时间如下： 据此回答下列问题：

（1）Y 形管左侧管中发生反应的化学方程式为___________________。

（2）石棉绒的作用是___________________________________________。

（3）课外小组的同学们认为，该实验中即使酚酞试液变红也不能说明N 2和H 2反应合成了NH 3，得出此结论的理由是______________________，请你另设计一个简单的实验验证你的理由

_________________________________________________________________；

欲解决这一问题，可以选用下图中的________装置连接在原装置中的________和_______之间。

（4）在上述实验过程中，为尽快观察到酚酞变红的实验现象，应该控制N 2和H 2的体积比为_________比较适宜；但该装置还难以实现此目的，原因是__________________。

（5）实验过程中通入试管C 中的气体的成分有__________________________。

解题思路：（1）根据题目提供的实验装置和实验目的可知。Y 型管的左端制备H 2右侧制备N 2，实验室一般用锌粒与稀盐酸反应制H 2，故其离子方程式是为：答案：(1)Zn＋2H =Zn＋H 2↑(2)增大混合气体与催化剂还原铁粉的接触面积，。（2）石棉绒是一种性能稳定的物质，在实验室中一般作为载体使用，在这里将还原性铁粉均匀分散在石棉绒上，能增大N 2和H 2混合气体与催化剂的接触面积，从而使反应进行得更为充分 。(3)根据信息可知，NaNO 2固体与饱和NH 4CI 溶液反应过程中能产生NH 3，因此不能确定使酚酞试液变红的NH 3是N 2与H 2反应生成的。可在装置A.B 之间连接一个能除去NH 3的装置，从而排除NaNO 2固体与饱和NH 4CI 溶液反应生成NH 3带来的干扰。根据装置①～③的结构和所盛装的药品，应选用装有浓硫酸且能防倒吸的装置③。要证明NaNO 2固体与饱和NH 4CI 溶液反应产生产生NH 3，只要把反应产生的气体直接通入酚酞试液，观察其颜色变化即可。（4）根据信息二提供的数据，不难发现当N 2和H 2的体积比为1：3时使酚酞试液变色的时间最短，故N 2和H 2的体积比为1:3时比较适宜。可以将N 2和H 2用不同的导管一起通入浓硫酸中，通过测定单位时间内产生气泡的个数可控制二者的体积比，但实验中并没有这样的装置 ，因而达不到的控制N 2. 和H 2的体积比的目的 。5) 由于合成氨的反应为可逆反应，反应后的混合物中应含有N 2.H 2.NH 3.

方法探究：本题将合成氨的过程与实验设计。信息数据处理融合在一起，思维空间大，能够很好地考查考生整合知识的能力，符合高考的命题趋势。解答时要仔细阅读分析题述信息和装置与所要回答的问题之间的联系，从而得出正确答案。回答时要注意语言的简洁和准确。 钛（Ti ）被称为继铁、铝之后的“21世纪金属”金属，应用前景广泛．如图所示，将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链可以大大提高资源利用率，减少环境污染．请填写下列空白：

＋2＋

A.步骤①加铁粉的目的是_____________________________________________________________

步骤②冷却的目的是________________________________.

B. 上述过程中，可以利用的产物是_________

C. 写出TiO 2.CI 2.C 高温下发生化学反应的化学方程式___________

D ．反应B ：TiCI 4＋2Mg 2MgCI 2＋Ti, 在Ar 气体中进行的目的是

________

＋H 2SO 4, 可污染水体。废液中所含的Fe 2具有较

＋＋强的还原性，能消耗水中的O 2：4Fe 2＋O 2＋4H =4Fe3＋2H 2O. 从而降低水体的O 2的含量，使水生动物死

亡。根据题述信息可知，FeTiO 3还含有少量的Mn.Zn.Cr .Cu 等金属元素，这些元素的金属阳离子也会污染

＋＋＋＋＋＋＋＋水体。根据H .Fe 2.Mn 2.Zn 2.Cr 3等离子的性质，可用Fe 除去H ，而廉价的Ca(OH)2能与Fe 2.Mn 2.Zn 2

＋＋.Cr 3等反应，使其转化为对应的沉淀而除去。

＋＋－2) 钛铁矿与浓硫酸反应后含有Fe 2.Fe 3.SO 42, 根据转化关系可知铁元素最后形成副产品FeSO 4 · 7H 2O 显然

加入Fe 是将Fe 转化为Fe :2F＋Fe=3Fe。步骤 ②的目的是将FeSO 4 ·7H 2O 与TiO 2.SO 4分离，降低温度有利于FeSO 4·7H 2O 析出。TiO 2.CI 2.C 反应得到的副产物CO 及TiCI 4与Mg 反应生成的副产物MgCI 2都是重要的化工原料，都可以利用。TiO 2.CI 2.C 在高温下发生反应，反应物 TiO2.CI 2.C ，生成物是CO.Mg.Ti 在高温下都能与空气中Mg.Ti 在高温下都能与空气中的O 2等反应，Mg.Ti 在高温下都能与空气中的O 2等反应。而在 TiCI 4反应条件：高温，再根据原子守恒可写出其反应方程式。Mg. Ti高温下都能与空气中O 2等反应，而在Ar 气体中进行，能防止这些反应的发生。

1）小问中的反应与污染的关系及其处理方法；

其二是（2）小问中不能弄清楚各步流程所要达到的目的，特别是副产品的分析易出现疏漏的情况。

（易错题）工业生产中的物质循环利用形式有多种模式。例如：

3＋2＋3＋2＋＋2－ Ⅰ Ⅱ Ⅲ

下列说法正确的是( )

A ．图Ⅰ可用于合成氨中的N 2、H 2的循环 B．图Ⅰ可用于氨碱法制纯碱中CO 2的循环

C ．图Ⅱ可用于电解饱和食盐水中NaCl 的循环 D．图Ⅲ可用于氨氧化法制硝酸中NO 的循环

2. 从海水中提取镁的工艺流程图可表示如下：

贝壳

海水 结晶、过滤

② 母液

2 Mg(OH)2 MgCI 2.6H 2O MgCI 2Mg ⑤⑥下列说法中不正确的是（ ）

A ．用此方法提取镁的优点之一是原料来源丰富

B ．步骤⑥解MgCI 2时阴极产生氯气

C.步骤⑤可将晶体置于HCI 气体氛围中脱水

D.上述工艺流程中涉及到化合、分解和复分解反应

3. （基础题）侯德榜运用CO 2＋NH 3＋H 2O ＋NaCI=NaHCO3＋NH 4CI 的反应原理制纯碱。下面是模拟实验的示意图:

其中气体A 、B 分别是CO 2和NH 3之一。下列有关过程的叙述错误的是( )

A. A气体是CO 2,B 气体是NH 3

B. 过滤过程中会用到普通漏斗和玻璃棒

C. 是在NH 3的饱和溶液中加食盐, 还是在CO 2的饱和溶液中加食盐与两种气体的溶解度有关

分析：本题主要考查了化学与工业生产的相关知识．第一步反应的方程式，根据已知反应物和生成物，可推知其余生成物，配平即得反应方程式．第二步反应是将第一步生成的NH 4F 转化为NaF ，加入的反应物为NaCl ，利用了物质在溶液中溶解度越小则优先析出的特性，所以NaF 比NaCl 的溶解性小．操作Ⅰ是过滤操作，用到的玻璃仪器包括烧杯、玻璃棒、漏斗；操作Ⅱ是将粗NaF 洗涤除去其表面的杂质．操作Ⅲ是将滤液中的溶质进一步提取，故操作是加热蒸发溶剂，析出大量固体后冷却；流程中NH 4HCO 3必须过量，是指第一步操作中必须保证H 2SiF 6能全部反应，以防止生成影响制取物质的纯度．

解答：解：（1）操作Ⅰ是过滤操作，用到的玻璃仪器包括烧杯、玻璃棒、漏斗，故答案为：漏斗；

（2）第一步反应的方程式，反应物有H 2SiF 6、和NH 4HCO 3，生成物有H 2SiO 3、CO 2，根据质量守恒还应有NH 4F ，则反应的化学方程式为H 2SiF 6+6NH4HCO 3=6NH4F+H2SiO 3↓+6CO2↑+3H2O ，第二步反应是将第一步生成的NH 4F 转化为NaF ，加入的反应物为NaCl ，利用了物质在溶液中溶解度越小则优先析出的特性，所以NaF 比NaCl 的溶解性小，反应的化学方程式为NH 4F+NaCl=NH4Cl+NaF↓，故答案为：H 2SiF 6+6NH4HCO 3=6NH4F+H2SiO 3↓+6CO2↑+3H2O ；H 4F+NaCl=NH4Cl+NaF↓；

（3）操作Ⅱ是将粗NaF 洗涤除去其表面的杂质，以得到纯净的NaF ，操作Ⅲ是将滤液中的溶质进一步提取，故操作是加热蒸发溶剂，析出大量固体后冷却，故答案为：除去NaF 、NH 4Cl 表面的杂质；蒸发浓缩溶液，析出多量固体后冷却；

（4））流程中NH 4HCO 3必须过量，是指第一步操作中必须保证H 2SiF 6能全部反应，以防止生成Na 2SiF 6沉淀，影响制取物质的纯度，故答案为：保证H 2SiF 6能全部反应；防止在加入NaCl 后H 2SiF 6与NaCl 反应生成Na 2SiF 6沉淀混入NaF 中影响NaF 纯度；

（5）从沉淀平衡移动的角度分析，Ca 5（PO 4）3F 的溶解度小于Ca 5（PO 4）3（OH ），羟基磷酸钙在水中存在溶解平衡：

Ca 5（PO 4）3（OH ）⇌5Ca 2++3PO43-+OH-，当F -与Ca 2+、PO 43-结合生成了更难溶于水的Ca 5（PO 4）3F ，使沉淀平衡向右移动，属于沉淀的转化问题．故答案为：羟基磷酸钙在水中存在溶解平衡：Ca 5（PO 4）3（OH ）⇌5Ca 2++3PO43-+OH-，当F -与Ca 2+、PO 43-结合生成了更难溶于水的Ca 5（PO 4）3F ，使上述平衡中Ca 2+和PO 43-减少而向右移动，继续生成更多的Ca 5（PO 4）3F ，难溶物发生了转化．

点评：本题考查较为综合，题目难度角度，注意把握制备流程的反应原理，根据题中信息解答，本题易错

5. （拔高题）【化学一化学与技术】

空气吹出法工艺是目前“海水提溴“的主要方法之一．其工艺流程如下：

（1）步骤①中用硫酸酸化可提高Cl 2的利用率，其原因是酸化可抑氯气和溴单质与水的反应

（2）步骤⑥的蒸馏过程中，溴出口温度为何要控制在80℃-90℃．温度过高或过低都不利于生产；请解释原因 温度过高，大量水蒸气随之排出，溴气中水分增加；温度过低，溴不能完全蒸出，产率低

（3）步骤⑦冷凝后得到液溴与溴水的混合物，可利用它们相对密度相差很大的特点进行分离．步骤⑧若在实验室中进行，所用仪器的名称是

分液漏斗

，分离时液溴从分离器的

下口

（填“上口”或“下□”）排出．

（4）不直接用“含 Br2的海水”进行蒸馏得到液溴，而是经过③、④、⑤的操作，原因是

氧化后的海水虽然含有溴单质，但浓度低，如果直接蒸馏原料，生产成本高．“空气吹出、二氧化硫吸收、氧化”的过程实际上是一个Br 2的浓缩过程

．

考点：氯、溴、碘及其化合物的综合应用；海水资源及其综合利用；蒸馏与分馏；分液和萃取．

专题：实验题．

分析：（1）在酸性条件下不利于氯气和溴单质与水之间发生反应；

（2）在溴水中，溴的沸点是58.5°C ，水的是100°C ，温度80℃-90℃时，水不沸腾而溴蒸气挥发；

（3）液溴的密度比水大，在分液漏斗的下层，下层液体必须从下口流出；

（4）海水中溴离子的含量较少，在海水提取溴之前，必须进行海水浓缩以节约成本．

解答：解：（1）氯气、溴单质与水之间能发生反应，酸化可抑制它们与水的反应，故答案为：酸化可抑氯气和溴单质与水的反应；

（2）在溴水中，溴的沸点是58.5°C ，水的是100°C ，温度过高，大量水蒸气随之排出，溴气中水分增加；温度过低，溴不能完全蒸出，产率低，故答案为：温度过高，大量水蒸气随之排出，溴气中水分增加；温度过低，溴不能完全蒸出，产率低；

（3）实现大量液溴和少量溴水分离的方法是分液法，采用的仪器为分液漏斗，使用时操作原则是：下层液体必须从下口流出，上层液体从上层倒出，故答案为：分液漏斗；下口；

（4）海水中溴离子的含量较少，在海水提取溴之前，必须进行海水浓缩，故答案为：氧化后的海水虽然含有溴单质，但浓度低，如果直接蒸馏原料，生产成本高．“空气吹出、二氧化硫吸收、氧化”的过程实际上是一Br 2的浓缩过程．

点评：本题是一道有关卤素性质的实验题，考查了学生分析和解决问题的能力，难度较大．