化学工艺流程综合题

化工流程题

1．无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。

(1)氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体，其反应的离子方程式为____________________________________________________________

(2)工业上用铝土矿(主要成分为Al 2O 3，含有Fe 2O 3、SiO 2等杂质) 制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下：

①步骤Ⅰ中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多，其作用是________(只要求写出一种) 。 ②步骤Ⅱ中若不通入氯气和氧气，则反应生成相对原子质量比硅大的单质是________。 ③已知：

－Al 2O 3(s)＋3C(s)===2Al(s)＋3CO(g) ΔH 1＝＋1 344.1 kJ·mol 1

－2AlCl 3(g)===2Al(s)＋3Cl 2(g) ΔH 2＝＋1 169.2 kJ·mol 1

由Al 2O 3、C 和Cl 2反应生成AlCl 3的热化学方程式为

________________________________________________________________________。 ④步骤Ⅲ的尾气经冷却至室温后，气体用足量的NaOH 冷溶液吸收，生成的盐主要有3种，其化学式分别为____________。

⑤结合流程及相关数据分析，步骤Ⅴ中加入铝粉的目的是____________________________________。

＋＋解析：(1)Al3水解生成Al(OH)3和H 。

＋(2)①水分减少可防止Al 3的水解，气孔数目增多，增大了接触面积，可以加快反应速

率；②焦炭能还原矿石中的铁；③根据盖斯定律，将第一个反应减去第二个反应可得该热化学反应方程式；④尾气中存在Cl 2和CO 2，故与NaOH 溶液反应生成NaCl 、NaClO 、Na 2CO 3；⑤根据工艺流程示意图可知液态混合物中含有FeCl 3杂质，因此加入铝粉可除去FeCl 3，提高AlCl 3的纯度。

＋＋答案：(1)Al3＋3H 2O Al(OH)3＋3H

(2)①防止后续步骤生成的AlCl 3水解或增大反应物的接触面积，加快反应速率 ②铁或Fe

－③Al 2O 3(s)＋3C(s)＋3Cl 2(g)===2AlCl3(g)＋3CO(g) ΔH ＝＋174.9 kJ·mol 1

④NaCl 、NaClO 、Na 2CO 3

⑤除去FeCl 3，提高AlCl 3纯度

2．七铝十二钙(12CaO·7Al 2O 3) 是新型的超导材料和发光材料。用白云石(主要含CaCO 3和MgCO 3) 和废Al 片制备七铝十二钙的工艺如下：

(1)煅粉主要含MgO 和____________，用适量NH 4NO 3溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎

＋－－不溶；若滤液Ⅰ中c (Mg2) 小于5×106 mol·L 1，则溶液pH 大于________[Mg(OH)2的K sp

－＝5×1012]；该工艺中不能用(NH4) 2SO 4代替NH 4NO 3，原因是

_________________。

(2)滤液Ⅰ中的阴离子有________(忽略杂质成分的影响) ；若滤液Ⅰ中仅通入CO 2，会生成_________________，从而导致CaCO 3产率降低。

(3)用NaOH 溶液可除去废Al 片表面的氧化膜，反应的离子方程式为____________。

(4)电解制备Al(OH)3时，电极分别为Al 片和石墨，电解总反应方程式为____________。

－－(5)一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl 4和Al 2Cl 7两种离子在Al 电极上相互

转化，其他离子不参与电极反应，放电时负极Al 的电极反应式为__________________________________。

解析：(1)碳酸钙和碳酸镁受热均易分解，生成氧化镁和氧化钙，因此另一种物质为氧

－－化钙；根据溶度积常数可计算出氢氧根离子浓度为1×103mol/L，因此氢离子浓度为1×10

11mol/L，所以pH 应大于11；如果用硫酸铵代替硝酸铵，钙离子与硫酸根离子能形成硫酸钙沉淀。

(2)滤液Ⅰ中的阴离子包括加入硝酸铵引入的硝酸根离子，水电离生成的氢氧根离子。如果只通入二氧化碳，可能会生成碳酸氢钙，从而导致碳酸钙的产率降低。

－－(3)氧化铝与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为：Al 2O 3＋2OH ===2AlO2＋H 2O 。

(4)阳极上为铝失电子生成铝离子，阴极上为氢离子得电子生成氢气，其电解总反应方程式为2Al ＋6H 2O2Al(OH)3＋3H 2↑。

－－－(5)因为没有其他离子放电，因此负极反应式为Al －3e ＋7AlCl 4===4Al2Cl 7。

答案：(1)CaO 11 易生成硫酸钙沉淀而导致碳酸钙产率降低

－－(2)NO3、OH Ca(HCO3) 2

－－(3)Al2O 3＋2OH ===2AlO2＋H 2O

(4)2Al＋6H 2O2Al(OH)3＋3H 2↑

－－－(5)Al－3e ＋7AlCl 4===4Al2Cl 7

＋3．工厂中用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中，除了含有大量硫酸外，还含有少量NH 4、

＋－－Fe 3、AsO 34、Cl 。为除去杂质离子，部分操作流程如下：

请回答问题：

－(1)用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中，硫酸的浓度为4.9 g·L 1，则该溶液中的pH 约为

________________________________________________________________________。

(2)NH4在用稀硫酸浸泡某矿石后的溶液中以(NH4) 2SO 4和NH 4Cl 形式存在。现有一份

＋＋(NH4) 2SO 4溶液，一份NH 4Cl 溶液，(NH4) 2SO 4溶液中c (NH4) 恰好是NH 4Cl 溶液中c (NH4)

的2倍，则c [(NH4) 2SO 4]__________c (NH4Cl)(填“＜”“＝”或“＞”)。

(3)随着向废液中投入生石灰(忽略溶液温度的变化) ，溶液中[NH·H O]__________(填[OH]＋

“增大”“减小”或“不变”)。

(4)投入生石灰调节pH 到2～3时，大量沉淀主要成分为CaSO 4·2H 2O[含有少量Fe(OH)3]，提纯CaSO 4·2H 2O 的主要操作步骤：向沉淀中加入过量________，充分反应后，过滤、______________________。

－－－(5)25 ℃，H 3AsO 4电离常数为K 1＝5.6×103，K 2＝1.7×107，K 3＝4.0×1012。当溶液中

pH 调节到8～9时，沉淀主要成分为Ca 3(AsO4) 2。

①pH 调节到8左右Ca 3(AsO4) 2才开始沉淀的原因是______________________________________。

②Na 3AsO 4第一步水解的平衡常数数值为________________________________________________________________________。

－－＋－＋3－2－③已知：AsO 34＋2I ＋2H ===AsO3＋I 2＋H 2O ，SO 2＋I 2＋2H 2O===SO4＋2I ＋4H 。

上述两个反应中还原性最强的微粒是__________。

＋＋－－解析：硫酸废液中含有大量硫酸外，还含有少量NH 4、Fe 3、AsO 34、Cl ，加入生石

灰，调节pH 2～3，大量沉淀主要成分为CaSO 4·2H 2O[含有少量Fe(OH)3]，滤液加入生石灰调节pH 8～9，生成Ca 3(AsO4) 2沉淀，滤液主要含有(NH4) 2SO 4和NH 4Cl 。

4.9 g－＋(1)硫酸的浓度为4.9g·L 1，c (H2SO 4) ＝0.0 5mol/L，c (H) ＝0. 1mol/L，pH 98 g/mol1 L

＝－lg0.1＝1。

＋＋＋(2)如c [(NH4) 2SO 4]＝c (NH4Cl) ，则(NH4) 2SO 4溶液中c (NH4) 较大，因c (NH4) 越大，NH 4

＋＋水解程度越小，则(NH4) 2SO 4溶液中c (NH4) 小于NH 4Cl 溶液中c (NH4) 的2倍，如等于2倍，

则c (NH4Cl) 应较大。

[NH·H O]－(3)随着向废液中投入生石灰，c (OH) 增大，c (NH3·H 2O) 减小，则溶液中 －[OH]

(4)提纯CaSO 4·2H 2O ，可加入稀硫酸溶解Fe(OH)3，且防止CaSO 4·2H 2O 的溶解，过滤后洗涤、干燥。

－(5)①H 3AsO 4是弱酸电离出来的AsO 3所以酸性条件下不易形成Ca 3(AsO4) 2沉淀，4较少，

－当溶液中pH 调节到8左右时AsO 34浓度增大，Ca 3(AsO4) 2开始沉淀。②Na 3AsO 4的第一步

－－2－水解的离子方程式为AsO 34＋H 2O HAsO 4＋OH ，该步水解的平衡常数K h ＝

c （HAsO 2c （OH ）c （HAsO 2c （OH ）·c （H ）K 10144）·4）·－＝＝＝103。 ＋－2.5×－－K 34.0×c （AsO 4）c （AsO 4）·c （H ）10－－－－＋－

32③已知：AsO 34＋2I ＋2H ===AsO3＋I 2＋H 2O ，SO 2＋I 2＋2H 2O===SO4＋2I ＋4H 。

－－还原剂还原性大于还原产物的还原性，则还原性SO 2＞I ＞AsO 33，两个反应中还原性最强

的微粒是SO 2。

答案：(1)1

(2)＜

(3)减小

(4)稀硫酸 洗涤、干燥

－(5)①H 3AsO 4是弱酸，当溶液中pH 调节到8左右，c (AsO34) 增大，Ca 3(AsO4) 2开始沉淀 －－＋－－－＋

②2.5×103

③SO 2

4．工业废渣、废水回收利用是重要研究课题。下面流程是生产食用香料正丁酸乙酯的工厂废水(含乙醇、正丁酸乙酯、正丁酸、乙醚和大量无机悬浮物) 联合利用电子工业废料[含SiO 2和Cu 2(OH)2CO 3]回收铜的工艺设计。回答下列问题：

－

(1)初沉加入的试剂是明矾，写出参与净水的离子的水解方程式：________________________________________________________________________。

(2)固体X 的成分是__________，反应Ⅰ的化学反应方程式________________________________________________________________________。

(3)试剂Y 为__________，加快反应Ⅱ速率的措施有__________________(任写一条) 。

(4)反应Ⅲ的离子方程式为________________________________________。

(5)硅胶在生活与生产中用途广泛，写出其中一种用途：________________________________________________________________________。

解析：液体A 、B 、C 、D 为分馏产物，根据沸点不同得到分离。分子晶体的熔沸点与相对分子质量大小有关，正丁酸、乙醚相对分子质量最接近难以分开，所以液体C 和D 的混合物应该是正丁酸、乙醚的混合物。

＋＋＋(1)明矾净水在于Al 3的水解：Al 3＋3H 2O Al(OH)3(胶体) ＋3H 。

(2)废料[含SiO 2和Cu 2(OH)2CO 3]加热情况下发生的化学反应方程式为：

Cu 2(OH)2CO 32CuO ＋H 2O ＋CO 2↑则固体X 的成分是CuO 、SiO 2。能与CuO 反应的为乙醇和正丁酸，由于正丁酸在液体C 和D 的混合物中，所以液体A 为乙醇。反应Ⅰ的化学反应方程式：CH 3CH 2OH ＋CuOCH 3CHO ＋H 2O ＋Cu 。

(3)试剂Y 是氢氧化钠溶液；增大氢氧化钠溶液(试剂B) 的浓度、将固体粉碎、升高温度等。

(4)液体B 为正丁酸乙酯，反应方程式为：

－－2CH 3CH 2CH 2COOCH 2CH 3＋SiO 2 3＋2H 2O2CH 3CH 2CH 2COO ＋2CH 3CH 2OH ＋H 2SiO 3↓。

(5)硅胶的用途：催化剂载体(或干燥剂) 。

＋＋答案：(1)Al3＋3H 2O Al(OH)3(胶体) ＋3H

(2)CuO SiO 2

CH 3CH 2OH ＋CuOCH 3CHO ＋H 2O ＋Cu

(3)氢氧化钠溶液 增大氢氧化钠溶液的浓度、将固体粉碎(或升高温度等合理答案)

－－(4)2CH3CH 2CH 2COOCH 2CH 3＋SiO 2＋2CH 3CH 2OH ＋3＋2H 2O2CH 3CH 2CH 2COO

H 2SiO 3↓

(5)催化剂载体(或干燥剂)

5．以磷石膏(主要成分CaSO 4，杂质SiO 2、Al 2O 3等) 为原料可制备轻质CaCO 3，流程图如下。

(1)匀速向浆料中通入CO 2，浆料清液的pH 和c (SO2清液pH>114) 随时间变化见如下图。

时CaSO 4转化的离子方程式为________；能提高其转化速率的措施有________(填序号) 。

A ．搅拌浆料

B ．加热浆料至100 ℃

C ．增大氨水浓度

D ．减小CO 2通入速率

(2)当清液pH 接近6.5时，过滤并洗涤固体。滤液中物质的量浓度最大的两种阴离子为________和__________(填化学式) ；检验洗涤是否完全的方法是________________________________________________________________________。

(3)在敞口容器中，用NH 4Cl 溶液浸取高温煅烧的固体，随着浸取液温度上升，溶液中＋c (Ca2) 增大的原因是___________________________________________________________。 解析：(1)向磷石膏粉、氨水浆料中通入CO 2，CO 2与NH 3·H 2O 发生反应：CO 2＋

＋－－－2NH 3·H 2O===2NH4＋CO 2CO 2促进了CaSO 4沉淀的转化：CaSO 4＋CO 23＋H 2O ，3浓度增大，3

－＋===CaCO3＋SO 2H 2O ＋CO 2===CaCO3＋2NH 4＋4，总反应的离子方程式为CaSO 4＋2NH 3·

－SO 24＋H 2O 。

A ．搅拌浆料，可增大反应物的接触面积，加快化学反应速率；B. 加热浆料，由于NH 3

－的挥发，导致NH 3·H 2O 浓度降低，不利于CO 23的生成，降低了CaSO 4的转化速率；C. 增大

－氨水浓度，有利于提高CO 23的浓度，从而提高CaSO 4的转化速率；D. 减小CO 2通入速率，

－不利于CO 23的生成，从而降低CaSO 4的转化速率。

＋(2)由图象可知，pH ＝6.5时，溶液中的c (Ca2) 已经很小，此时通入的CO 2与溶液中浓

－度较低的氨水反应生成NH 4HCO 3，故溶液中物质的量浓度最大的两种阴离子为SO 24和

－－＋－HCO 3。过滤得到的CaCO 3沉淀上会附着SO 24、NH 4、HCO 3等杂质离子。检验洗涤是否完全时，可取少量最后一次从过滤器中流出的洗涤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl 2

－溶液，检验是否存在SO 24即可。若不产生白色沉淀，表明沉淀已洗涤完全。

＋＋(3)NH4Cl 溶液中存在水解平衡：NH 4＋H 2O NH 3·H 2O ＋H ，温度升高，上述水解平

＋衡右移，c (H) 增大，导致部分CaCO 3溶解。

＋－2－答案：(1)CaSO4＋2NH 3·H 2O ＋CO 2===CaCO3＋2NH 4＋SO 24＋H 2O 或CaSO 4＋CO 3

－===CaCO3＋SO 24 AC

－－(2)SO24 HCO 3 取少量最后一次的洗涤过滤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的

BaCl 2 溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全 －

(3)浸取液温度上升，溶液中c (H) 增大，促进固体中Ca 2浸出

6．为了充分利用铜资源，某工厂拟用黄铜灰(含有Cu 、Zn 、CuO 、ZnO 及少量的FeO 、Fe 2O 3、SiO 2等) 制取金属铜并得副产物锌盐，其生产流程如下：

＋＋

(1)滤渣1的主要成分为__________。稀硫酸溶解黄铜灰过程中，可能发生多个氧化还原反应，其中没有Zn 参加的反应的离子方程式是____________________________________________________________

(2)滤渣1及滤渣2用浓硫酸浸取可能产生的有毒气体是________，实验室通常用__________溶液吸收。

(3)稀硫酸通过浓硫酸稀释得到，稀释浓硫酸的正确操作方法是________________________________________________________________________。

过滤操作所需玻璃仪器除玻璃棒外还有____________________________________________________________

(4)用惰性电极电解滤液4可制取金属铜，若制得金属铜12.8 g，则同时阳极得到______L气体(标准状况) 。

＋解析：根据题给信息和生产流程知黄铜灰加入过量稀硫酸发生的反应为Zn ＋2H ===Zn2

＋＋＋＋＋＋＋＋H 2↑、ZnO ＋2H ===Zn2＋H 2O 、CuO ＋2H ===Cu2＋H 2O 、FeO ＋2H ===Fe2＋H 2O 、

＋＋＋＋＋Fe 2O 3＋6H ===2Fe3＋3H 2O 、2Fe 3＋Cu===2Fe2＋Cu 2，过滤，滤渣1的主要成分为Cu

和SiO 2，滤液1为硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁的混合液；向滤液1中加锌粉发生的反应为

＋＋＋＋Zn ＋Fe 2===Fe＋Zn 2、Zn ＋Cu 2===Cu＋Zn 2，过滤，滤液2为硫酸锌溶液，滤渣2为铁、铜混合物；铁、铜和二氧化硅的混合物与浓硫酸混合加热生成硫酸铜、硫酸铁和硫酸亚铁及二氧化硫和水，过滤，滤渣3为二氧化硅，滤液3为硫酸铜、硫酸铁和硫酸亚铁的混合液，加入稀硫酸、H 2O 2后亚铁离子被氧化为铁离子，调节pH ，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤，滤渣4为氢氧化铁，滤液4为硫酸铜溶液，处理后得铜单质。

(1)滤渣1的主要成分为Cu 和SiO 2。稀硫酸溶解黄铜灰过程中，可能发生多个氧化还原

＋＋＋反应，其中没有Zn 参加的氧化还原反应的离子方程式是：2Fe 3＋Cu===2Fe2＋Cu 2。

(2)滤渣1及滤渣2用浓硫酸浸取可能产生的有毒气体是SO 2，实验室通常用NaOH 溶液吸收。

(3)稀释浓硫酸的正确操作方法是将浓硫酸沿烧杯内壁缓缓注入蒸馏水中，同时不断地用玻璃棒搅拌。过滤操作所需玻璃仪器除玻璃棒外还有烧杯、漏斗。

＋(4)滤液4为硫酸铜溶液，用惰性电极电解硫酸铜溶液发生的反应为2Cu 2＋2H 2O2Cu

＋＋O 2↑＋4H ，若制得金属铜12.8 g，则同时阳极得到氧气0.1 mol，标准状况下的体积为2.24

L 气体。

＋＋＋答案：(1)Cu和SiO 2 2Fe 3＋Cu===2Fe2＋Cu 2

(2)SO2 NaOH

(3)将浓硫酸沿烧杯内壁缓缓注入蒸馏水中，同时不断地用玻璃棒搅拌 烧杯、漏斗

(4)2.24 L

7．碱式碳酸铜广泛用于制油漆颜料、烟火、杀虫剂、催化剂、其他铜盐和固体荧光粉

激活剂等，也用于种子处理及杀菌剂等。某化学兴趣小组在实验室利用Na 2CO 3·10H 2O 跟CuSO 4·5H 2O 反应制备并检验碱式碳酸铜，实验步骤如下：

Na 2CO 3·10H 2O ⎤混合沸水―→粘胶状――→蓝绿色沉淀蓝绿色晶体 ⎥―搅拌CuCO 4·5H 2O ⎦研磨

(1)写出制备碱式碳酸铜的化学方程式_________________。

(2)用盐钵分别研细Na 2CO 3·10H 2O 和CuCO 4·5H 2O 的目的是________________________________________________________________________。

(3)检验蓝绿色沉淀是否洗涤干净的实验操作是

________________________________________________________________________。

(4)碱式碳酸铜可以堪称Cu(OH)2·CuCO 3，该兴趣小组同学选择下列实验仪器验证产物中含有Cu(OH)2、CuCO 3。

①各装置连结顺序为_______________________________________________________。 ②装置B 中试剂的名称是________，装置C 中试剂的名称是________。

③证明含有CuCO 3的实验现象是_________________，

证明含有Cu(OH)2的实验现象是________________________________________________________________________。

解析：(1)制备碱式碳酸铜是利用了CuSO 4和Na 2CO 3的水解相互促进的性质。

(2)用研钵分别研细Na 2CO 3·10H 2O 和CuSO 4·5H 2O 是为了增大反应物的接触面积，是反应物充分混合反应。

－(3)若蓝绿色沉淀洗涤干净，则最后洗涤液中不含SO 24，滴加BaCI 2溶液，没有白色沉

淀产生。

(4)利用无水硫酸铜可检验出加热后的产物中存在的H 2O ，从而证明含有Cu(OH)2，利用澄清石灰水可检验出加热后的产物中含有CO 2，从而证明含有CuCO 3。但是检验H 2O 必须在检验CO 2之前。

答案：(1)2CuSO4＋2Na 2CO 3＋H 2O===Cu2(OH)2CO 3↓＋

2Na 2SO 4＋CO 2↑

(2)增大反应物接触面积，使反应物充分混合并反应。

(3)取最后一次洗涤液少许，滴加BaCI 2溶液，若没有白色沉淀产生，则沉淀已洗涤干净

(4)①ACB ②澄清石灰水 无水硫酸铜粉末

③装置B 中澄清石灰水变浑浊 装置C 中白色粉末变为蓝色

8．废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境。实验室利用废旧黄铜(Cu、Zn 合金，含少量杂质Fe) 制备胆矾晶体(CuSO4·5H 2O) 及副产物ZnO 。制备流程图如下：

已知：Zn 及化合物的性质与Al 及化合物的性质相似，pH ＞11时Zn(OH)2能溶于NaOH

－溶液生成[Zn(OH)4]2。下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH 按金属

－离子浓度为1.0 mol·L 1计算) 。

(1)加入ZnO 调节pH ＝a 的目的是______________________，a 的范围_____________________________________________。

(2)由不溶物E 生成溶液D 的化学方程式为____________________________。

(3)滤液A 中加入H 2O 2反应的离子方程式为________________________________________。

(4)由溶液D 制胆矾晶体包含的主要操作步骤是

_______________________________________________________

(5)下列试剂可作为Y 试剂的是____________。

A ．ZnO B ．NaOH C ．Na 2CO 3 D ．ZnSO 4

若在滤液C 中逐滴加入盐酸直到过量，则产生的现象是______________________。

＋＋解析：(1)加入ZnO 调节pH ＝a 的目的是使溶液中的Fe 3完全沉淀，Zn 2不被沉淀，a

范围的选择是3.0≤a＜5.9。

(2)由不溶物E 生成溶液D 的化学方程式为2Cu ＋O 2＋2H 2SO 4===2CuSO4＋2H 2O 。

＋＋(3)滤液A 中含有亚铁离子，加入H 2O 2反应的离子方程式为2Fe 2＋H 2O 2＋2H ===2Fe3

＋＋2H 2O 。

(4)由硫酸铜溶液制胆矾晶体包含的主要操作步骤是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。

－(5)因为pH>11，Y 试剂的目的是让Zn(OH)2全部生成[Zn(OH)4]2，所以Y 试剂选用

－－NaOH ，滤液C 的主要成分是[Zn(OH)4]2，逐滴加入盐酸直到过量，跟AlO 2溶液中逐滴加

入盐酸直到过量进行类推，所以产生的现象是先产生白色沉淀后溶解。

＋＋答案：(1)使溶液中的Fe 3完全沉淀，Zn 2不被沉淀(其他解释合理即可) 3.0≤a＜5.9

(2)2Cu＋O 2＋2H 2SO 4===2CuSO4＋2H 2O

＋＋＋(3)2Fe2＋H 2O 2＋2H ===2Fe3＋2H 2O

(4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤

(5)B 先产生白色沉淀后沉淀溶解