備戰(zhàn)2022年高考化學－工藝流程專項復習系列

專項6－氛圍、溶劑、壓強控制

一．氛圍控制

依據(jù)產(chǎn)品質量要求以及反應物的“個性”，工業(yè)實踐中需將化學反應置于某種氛圍中進行，常見的有：

①隔絕空氣：主要是防止還原性物質被空氣中的O2氧化；

②在空氣中：空氣是廉價的原料，借助其中的成分尤其是氧氣參與化學反應；

③通入稀有氣體：考慮防止物質被氧化、潮解等。

【練習1】聚硅酸鐵是目前無機高分子絮凝劑研究的熱點，一種用鋼管廠的廢鐵渣（主要成分Fe3O4，少量碳及二氧化硅）為原料制備的流程如下：

?

酸浸時，通入O2的目的是_____________，該反應的離子方程式為____________________________________。

【答案】將FeSO4氧化為Fe2(SO4)3??4Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O ?

【解析】酸浸時有亞鐵離子生成，通入氧氣能將亞鐵離子氧化為鐵離子；反應的離子方程式為4Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O，故答案為：將FeSO4氧化為Fe2(SO4)3；4Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O；

?

【練習2】我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家。一種以閃鋅礦(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質)為原料制備金屬鋅的流程如圖所示：

?

相關金屬離子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

?

氧化除雜工序中ZnO的作用是_____________，若不通入氧氣，其后果是_____________________________。

【答案】調節(jié)溶液的pH ???無法除去雜質Fe2＋???

【解析】由金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH可知，需要將Fe2+轉化為Fe3+，生成Fe（OH）3沉淀除去，故加入ZnO與溶液中的H+反應，調節(jié)溶液pH來沉淀Fe3+；若不通入氧氣，則無法將Fe2+轉化為Fe3+，完全沉淀Fe2+時Zn2+也會被沉淀。故答案是調節(jié)溶液的pH；無法除去雜質Fe2＋；

?

【練習3】目前世界上60%的鎂是從海水中提取的，從海水中提取的MgCl2制得Mg和Cl2，進一步聯(lián)合用金紅石(主要成分TiO2)冶煉金屬鈦，工業(yè)上其主要的生產(chǎn)流程如下：

?

工業(yè)上冶煉金屬鈦的上述生產(chǎn)流程，其第2步是在稀有氣體氛圍和加熱的條件下，用鎂與TiCl4反應得到鈦，寫出這步反應的化學方程式____________________，該反應時稀有氣體氛圍的作用是_____________________________________，該反應的金屬冶煉方法屬于是____________________。

【答案】 ??TiCl4?+2Mg ?2MgCl2+Ti ???做保護氣 ???熱還原法 ???

【解析】在稀有氣體氛圍保護下，鎂與TiCl4反應得到鈦和氯化鎂，反應的化學方程式為：TiCl4?+2Mg ?2MgCl2+Ti；加熱的條件下，鎂還原TiCl4得到鈦，所以該反應的金屬冶煉方法屬于熱還原法，故答案為：TiCl4?+2Mg ?2MgCl2+Ti；做保護氣；熱還原法。

?

【練習4】CuCl2常用于顏料、木材防腐等工業(yè)，并用作消毒劑、媒染劑、催化劑。工業(yè)上用粗制的氧化銅粉末（含雜質FeO和SiO2）來制取無水CuCl2的流程如下：

?

第④步蒸發(fā)操作必要的儀器有鐵架臺（含鐵圈）、坩堝鉗、石棉網(wǎng)、?????????????。需要在氯化氫氣流中蒸干制取無水氯化銅的原因是????????????????????????????。

【答案】酒精燈、蒸發(fā)皿、玻璃棒；氯化氫可抑制CuCl2的水解

【解析】第④步蒸發(fā)操作必要的儀器有鐵架臺（含鐵圈）、坩堝鉗、石棉網(wǎng)、酒精燈、蒸發(fā)皿、玻璃棒。由于氯化銅在溶液中水解生成氫氧化銅和氯化氫，所以需要在氯化氫氣流中蒸干制取無水氯化銅的原因是氯化氫可抑制CuCl2的水解。

?

【練習5】某化工集團為了提高資源利用率減少環(huán)境污染，將鈦廠、氯堿廠和甲醇廠組成產(chǎn)業(yè)鏈．其主要工藝如下：

?

反應2Mg+TiCl42MgCl4+Ti在Ar氣氛中進行的理由是__________________________________。

【答案】Mg和Ti都有強還原性，在Ar氣氛中可以防止被氧化 ?

【解析】Mg和Ti都有強還原性，在高溫條件易空氣中氧氣被氧化，而在Ar氣氛中可以防止被氧化。

?

【練習6】金屬鎘廣泛用于合金制造及電池生產(chǎn)等，一種用銅鎘廢渣（含Cd、Zn、Cu、Fe及Co等單質）制取海綿鎘的工藝流程如下：

?

（1）步驟Ⅰ進行破碎和粉磨的目的是_________________________________。

（2）步驟Ⅱ需隔絕O2的原因________________________________（用文字和方程式說明）。

【答案】（1）提高原料浸取率和浸取時反應速率 ?

（2）防止發(fā)生2Cu+4H++O2?=2Cu2++2H2O，導致銅被浸出 ?

【解析】（1）步驟Ⅰ進行破碎和粉磨目的是增大接觸面積，提高原料浸取率和浸取時反應速率。

（2）為防止2Cu+4H++O2?=2Cu2++2H2O發(fā)生，導致銅被浸出，所以步驟Ⅱ需隔絕O2。

?

【練習7】石墨在材料領域有重要應用。某初級石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等雜質。設計的提純與綜合利用工藝如下：

?

(注：SiCl4的沸點為57.6 ℃，金屬氯化物的沸點均高于150 ℃)

(1)向反應器中通入Cl2前，需通一段時間N2，主要目的是__________________________________。

【答案】排出裝置中的空氣

【解析】向反應器中通入Cl2前，需通一段時間N2，主要目的是排出裝置中的空氣

?

二．溶劑控制

許多無機化學反應是在水溶液中進行的，也有一些反應需加人某種有機溶劑以改變某些性狀。無機反應中，選擇溶劑主要考慮物質在溶劑中的溶解性和溶劑的揮發(fā)性。

水可能帶來的隱患：溶解、水解

所選溶劑可能帶來的好處：比如用乙醇代替水對產(chǎn)品進行洗滌，不但可以減少溶解，還易于晾干。

【練習1】鋁鐵合金可在某些航天器件中替代鈦鋁合金，大幅度降低成本。如下實驗流程可利用廢棄的鈦鋁合金制備聚合硫酸鐵和明礬：

?

②濃縮時向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的是????????????????????????????。

【答案】②降低聚合硫酸鐵的溶解度，以便析出；所得產(chǎn)物易于干燥

【解析】②Fe與稀H2SO4反應生成FeSO4，而聚合硫酸鐵中的Fe為+3價，所以需要用氧化劑H2O2將Fe2+氧化產(chǎn)生Fe3+。為促使Fe3+水解，加入Y可調節(jié)pH，為不引入雜質，Y 應為Fe2O3或Fe(OH）3。在溶液中濃縮時加入乙醇，可以降低聚合硫酸鐵的溶解度，便于其析出，另外乙醇易揮發(fā)，產(chǎn)品易干燥。

?

【練習2】工業(yè)廢鐵屑(含有一些不溶于酸的雜質)為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，其主要流程如下：

?

工業(yè)生產(chǎn)上常在反應Ⅲ的過程中加入一定量的醇類溶劑，其目的是______????????????????______；

【答案】降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出

【解析】因K2SO4在醇中的溶解度小，工業(yè)生產(chǎn)上常在反應Ⅲ的過程中加入一定量的醇類溶劑，這樣可降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出。

?

【練習3】1871年門捷列夫最早預言了類硅元素鍺，鍺元素在元素周期表中與硅元素同族，并位于硅的下一周期。1886年德國化學家溫克勒發(fā)現(xiàn)和分離了鍺元素，并以其祖國的名字命名為“Ge”。鍺是重要的的半導體材料，其有機化合物在治療癌癥方面有著獨特的功效。

已知：①丹寧是一種有機沉淀劑，可與四價鍺絡合形成沉淀：②GeCl4易水解，在濃鹽酸中溶解度低。

?

步驟④不選用稀鹽酸，而選用濃鹽酸的原因可能是__????????________、____????????____(寫出兩點)。

【答案】防止四價鍺水解 ???防止GeO2不能充分反應，有利于GeCl4析出 ???

【解析】由于GeCl4易水解，在濃鹽酸中溶解度低，所以用濃鹽酸溶解GeO2，同時可防止四價鍺水解，防止GeO2不能充分反應，有利于GeCl4析出，故答案為：防止四價鍺水解，防止GeO2不能充分反應，有利于GeCl4析出。

?

【練習4】在堿性環(huán)境下制取CaO2·8H2O的裝置如圖所示，

?

③將過濾得到的白色結晶依次使用蒸餾水、乙醇洗滌。用蒸餾水洗滌的操作是____________________________，使用乙醇洗滌的目的是_____________________。

【答案】沿玻璃棒向過濾器中加水，浸沒沉淀，靜置，待水流盡，重復此操作2~3次 ???減少產(chǎn)品的損失，便于干燥產(chǎn)品 ???

【解析】③蒸餾水洗滌沉淀的操作為：沿玻璃棒向過濾器中加水，浸沒沉淀，靜置，待水流盡，重復此操作2~3次；使用乙醇洗滌的目的是減少產(chǎn)品的溶解損失，同時由于乙醇易揮發(fā)，便于后續(xù)干燥產(chǎn)品，故此處填：減少產(chǎn)品的損失，便于干燥產(chǎn)品。

?

【練習5】實驗室用如圖所示裝置制備KClO溶液，再與KOH、Fe（NO3）3溶液反應制備高效凈水劑K2FeO4．

?

已知：K2FeO4易溶于水、微溶于濃KOH溶液，在0℃～5℃的強堿性溶液中較穩(wěn)定．（制備KClO及K2FeO4）

（3）K2FeO4粗產(chǎn)品含有Fe（OH）3、KCl等雜質，其提純步驟為：

①將一定量的K2FeO4粗產(chǎn)品溶于冷的3 mol/L?????????????????????????溶液中，

②??????????????????????????????，

③??????????????????????????????，

④攪拌、靜置、過濾，用乙醇洗滌2～3次，用乙醇洗滌的理由_____????????????????________ 。

⑤在真空干燥箱中干燥．

（測定產(chǎn)品純度）

【答案】①KOH ????②過濾 ?????③將濾液置于冰水浴中，向濾液中加入飽和KOH溶液

④K2FeO4易溶于水，防止用水洗滌時晶體損失

【解析】K2FeO4易溶于水、微溶于濃KOH溶液，所以提純K2FeO4粗產(chǎn)品時可以①將一定量的K2FeO4粗產(chǎn)品溶于冷的3 mol/L KOH溶液中，②過濾，③將濾液置于冰水浴中，向濾液中加入飽和KOH溶液，④攪拌、靜置、過濾，因K2FeO4易溶于水，防止用水洗滌時晶體溶解會損失，改用乙醇洗滌2～3次，⑤在真空干燥箱中干燥。

?

三．壓強控制

對于有氣體參加的化學反應，增加氣體的分壓可提高化學反應速率在一定時間段內(nèi)提高較貴重原料的轉化率。

【練習1】碲被譽為“現(xiàn)代工業(yè)、國防與尖端技術的維生素”，工業(yè)上常用銅陽極泥(主要成分是Cu2Te，含Ag、Au等雜質)為原料提取碲并回收金屬其工藝流程如下：

?

已知：TeO2是兩性氧化物，微溶于水，易溶于較濃的強酸和強堿。回答下列問題：

“加壓酸浸1”過程中將碲元素轉化成TeO2，應控制溶液的pH為4.5~5.0，酸度不能過高，原因是_____________________________________，其中“加壓”的目的是_________________________________。寫出“加壓酸浸1”過程中Cu2Te發(fā)生反應的化學方程式_______________________________。

【答案】溶液酸性過強，TeO2會繼續(xù)與酸反應導致碲元素損失 ???增大O2濃度,加快反應速率，提高浸出率 ???Cu2Te+2O2+2H2SO4?2CuSO4+TeO2+2H2O ???

【解析】“加壓酸浸1”過程中將碲元素轉化成TeO2，應控制溶液的pH為4.5~5.0，酸度不能過高，原因是；TeO2是兩性氧化物，溶液酸性過強TeO2會繼續(xù)與H2SO4反應而導致磅元素損失?！凹訅航觥边^程的離子方程式為：Cu2Te+2O2+4H＋=2Cu2＋+TeO2+2H2O；其中“加壓”的目的是：增大O2濃度,加快反應速率，提高浸出率；“加壓酸浸1”過程中Cu2Te發(fā)生反應的化學方程式為Cu2Te+2O2+2H2SO4?2CuSO4+TeO2+2H2O。

?

【練習2】聚合硫酸鐵（PFS）是水處理中重要的絮凝劑，如圖是以回收廢鐵屑為原料制備PFS的一種工藝流程．

?

相對于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)的優(yōu)點是_______________________________________________。

【答案】可以防止溫度過高，聚合硫酸鐵分解 ???

【解析】減壓蒸發(fā)可以防止溫度過高，導致產(chǎn)物分解。

?

【練習3】亞氯酸鈉(NaClO2)是一種重要的殺菌消毒劑。以氯酸鈉(NaC1O3)為原料 制備NaC1O2粗品的工藝流程如下圖所示。

?

己知：①純C1O2易分解爆炸，空氣中C1O2的體積分數(shù)在10%以下比較安全。②NaClO2高于60°C會分解。

蒸發(fā)時，需要減壓的目的是_________________________________。

【答案】防止溫度過高NaClO2分解 ??

【解析】由題意可知，NaClO2高于60°C會分解，則蒸發(fā)時,需要減壓防止溫度過高NaClO2分解，故答案為：防止溫度過高NaClO2分解。

?

【練習4】七水硫酸鋅別名皓礬，常用作媒染劑、收斂劑、木材防腐劑，在醫(yī)藥上用于催吐劑。工業(yè)上由氧化鋅礦（主要成分為ZnO，另含ZnSiO3、FeCO3、CuO等）生產(chǎn)ZnSO4·7H2O的流程如下：

?

取28.70gZnSO4·7H2O加熱至不同溫度，剩余固體的質量變化如圖所示：

?

①步驟Ⅳ中的烘干操作需在減壓條件下進行，其原因是___________________________。

②680℃時所得固體的化學式為____________________。

a．ZnO ????b．Zn3O(SO4)2?????c．ZnSO4??????d．ZnSO4·H2O

【答案】①降低烘干的溫度，防止ZnSO4·7H2O分解 ???②b

【解析】①由于ZnSO4·7H2O易分解，烘干時要適當降低溫度；

②n(ZnSO4·7H2O)=?=0.1 mol，加熱過程中若得ZnSO4·H2O的質量為17.90 g(100 ℃)；若得ZnSO4的質量為16.10 g(250 ℃)；若得ZnO的質量為8.10 g(930 ℃)；據(jù)此通過排除法確定680 ℃時所得固體的化學式為Zn3O(SO4)2