化工流程由浅入深-提纯及简单制备.doc

化工流程专题精选--物质的提纯（除杂）
1、（10分）市售氯化钾中所含杂质以和为主，也含有少量、等。提纯过程如下：

【流程分析】原料： 产品： 关键步骤：
（1）写出在A中发生的所有反应的化学方程式：
（2）判断操作I的目的__________是哪种操作__________
（3）判断滤渣a的成分_________________溶液a的成分___________________
（4）加入K2CO3的反应方程式__________________________
（5）判断滤渣b的成分_________________溶液b的成分___________________
（6）加入KCl的反应方程式__________________________
（7）判断B的成分______________
（8）判断操作II的目的__________是哪种操作__________
考题解答：
（1）操作I所用的玻璃仪器有烧杯、 ；
操作II的主要步骤是 。
（2）滤渣b的主要成分是 。
（3）检验溶液是否加入过量，其详细操作过程为
。
（4）产品KCl晶体可能仍含少量的NaCl，检验的方法是 ，
进一步提纯的方法是 。

2、（汕头二模）.（16分）工业碳酸钠（纯度约为98％）中含有Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、Cl—、和SO42—等杂质，提纯工艺线路如下：

Ⅰ、碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的溶质如下图所示：
Na2CO3·10 H2O Na2CO3·7H2O Na2CO3·H2O
32 36 t（℃）
Ⅱ、有关物质的溶度积如下：
物质
CaCO3
MgCO3
Ca(OH)2
Mg(OH)2
Fe (OH)3
Ksp
4.96×10—9
6.82×10—6
4.68×10—6
5.61×10—12
2.64×10—39

【流程分析】原料： 产品： 关键步骤：
回答下列问题：
（1）加入NaOH溶液时发生的离子方程式为 。向含有Mg2＋、Fe3＋的溶液中滴加NaOH溶液，当两种沉淀共存且溶液的pH＝8时，c(Mg2＋)：c(Fe3＋)＝ 。
（2）“趁热过滤”时的温度应控制在 。
（3）有人从“绿色化学”角度设想将“母液”沿流程中虚线所示进行循环使用。请你分析实际工业生产中是否可行 ，并说明理由 。
（4）已知：Na2CO3·10 H2O(s)＝Na2CO3(s)＋10 H2O(g) △H = + 532.36kJ·mol—1
Na2CO3·10 H2O(s)＝Na2CO3·H2O(s)＋9 H2O(g) △H = + 473.63kJ·mol—1
写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式 。

3．现有含FeCl2杂质的氯化铜晶体（CuCl2·2H2O），为制取纯净的CuCl2·2H2O，首先将其制成水溶液，然后按下图所示步骤进行提纯：
含杂质的水溶液Ⅰ
溶液Ⅱ
溶液Ⅲ
沉淀
纯CuCl2·2H2O
加入氧化剂X
加入物质Y
一定条件

已知H2O2、KMnO4、NaClO、K2Cr2O7均具有强氧化性，要将溶液中的Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋沉淀为氢氧化物，需溶液的pH分别为6.4、6.4、3.7。
【流程分析】原料： 产品： 关键步骤：
请回答下列问题：
（1）本实验最适合的氧化剂X是__________
A．K2Cr2O7 B．NaClO C．H2O2 D．KMnO4
（2）物质Y不可以是___________
A．CuO B．CuCl2 C．Cu（OH）2 D．CuCO3
（3）除去Fe3＋的有关离子方程式是（物质Y在（2）中选择合适的选项）： ________________________________________________________________
（4）加入氧化剂的目的是____________________________________________________。
（5）最后能不能直接蒸发结晶得到CuCl2·2H2O？__________（填“能”或“不能”）。如不能，应如何操作？（如能，此空不填）________________________________________________。

4．（广州二模）（16分）活性氧化锌用作橡胶硫化的活性剂、补强剂。以氧化锌粗品为原料制备活性氧化锌的生产工艺流程如下：
氧化锌粗品
H2SO4
溶解

滤渣
产品
滤液
Na2CO3
煅烧

除杂

滤液
沉淀

滤渣

一些阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见下表：
沉淀物
Fe(OH)3
Cu(OH)2
Zn(OH)2
Fe(OH)2
pH
3.2
6.7
8.0
9.7
【流程分析】原料： 产品： 关键步骤：
（1）“溶解”前将氧化锌粗品粉碎成细颗粒，目的是_____________________________。
（2）“溶解”后得到的酸性溶液中含有Zn2＋、SO42－，另含有Fe2＋、Cu2＋等杂质。先加入___________（填“Na2CO3”或“H2SO4”）调节溶液的pH至5.4，然后加入适量KMnO4，Fe2＋转化为Fe(OH)3，同时KMnO4转化为MnO2。经检测溶液中Fe2＋的浓度为0.009mol·L－1，则每升溶液中至少应加入__________mol KMnO4。
（3）杂质Cu2＋可利用置换反应除去，应选择的试剂是___________。
（4）“沉淀”得到ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O，“煅烧”在450～500℃下进行，“煅烧”反应的化学方程式为_____________________________________。
5、（2009年高考上海27）实验室用大理石等原料制取安全无毒的杀菌剂过氧化钙。大理石的主要杂质是氧化铁，以下是提纯大理石的实验步骤：
硝酸 A (NH4)2CO3
Fe(OH)3 滤液B
大理石
溶解
操作Ⅱ
过滤
沉淀反应
过滤
CaCO3

【流程分析】原料： 产品： 关键步骤：
（1）溶解大理石时，用硝酸而不同硫酸的原因是 。
（2）操作Ⅱ的目的是 ，溶液A（溶质是共价化合物）是 。
（3）写出检验滤液中是否含铁离子的方法：
。
（4）写出加入碳酸铵所发生反应的离子方程式： ，
写出滤液B的一种用途： 。
（5）CaO2中一般含CaO。试按下列提示完成CaO2含量分析的实验设计。
试剂：氢氧化钠标准溶液、盐酸标准溶液、酚酞 仪器：电子天平、锥形瓶、滴定管
实验步骤： ① ；②加入 ；③加入酚酞，用氢氧化钠标准溶液滴定。
（6）若理论上滴定时耗用标准溶液20.00mL恰好完全反应，实际操作中过量半滴（1mL溶液为25滴），则相对误差为 。
1答案（10分）
（1）漏斗、玻璃棒（2分）； 蒸发浓缩、降温结晶、过滤（2分）
（2）CaCO3、BaCO3 （2分）（答对1项给1分，全对给2分）
（3）向上层清液中滴加BaCl2，若有沉淀生成，则未过量，若无沉淀生成，则已过量。（2分）（说明操作和现象的给2分，只说明1项的给1分）
（4）焰色反应（1分）、 重结晶（1分）
2.⑴ （6分，各2分） Fe3++3OH— = Fe(OH)3↓、 MgCO3 +2OH—=Mg (OH) 2+CO32—、
Mg2++2OH-=Mg（OH）2↓（三个答对两即可）； 2.125×1021 ⑵（2分）高于36℃
⑶（2分）不可行；（3分）若“母液”循环使用，则溶液c(Cl—)和c(SO42—)增大，最后所得产物Na2CO3混有杂质 ⑷（3分）Na2CO3·H2O(s)＝Na2CO3(s) +H2O(g) △H=+58.73kJ·mol—1
4．（1）增大固液接触面积，加快溶解时的反应速率（4分）
（2）Na2CO3（2分） 0.003 （3分）（3）锌粉 （3分）
ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O 3ZnO ＋ CO2↑＋ 3H2O↑
450～500℃
（4） （4分）
5、（1）硫酸钙微溶于水 （2）除去溶液中Fe3+ ，氨水
（3）取少量滤液，向其中加入硫氰化钾溶液，溶液不变红色，说明滤液中不含Fe3+；
或取少量滤液，向其中加入硫氰化钾溶液，溶液变红色，说明滤液中含Fe3+
（4）Ca2+ + CO32- = CaCO3↓ 作化肥（合理即给分）
（5）称量 过量的标准盐酸 （6）0.1%
化工流程由浅入深--物质的制备（简单流程）
1、(2006广东卷20)氧化铜有多种用途，如作玻璃着色剂、油类脱硫剂等。为获得纯净的氧化铜以探究其性质，某同学用工业硫酸铜(含硫酸亚铁等杂质)进行如下实验：
工业CuSO4一→ 一→CuSO4溶液一→CuSO4·5H2O一→……一→CuO
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
（1）制备氧化铜:

①步骤Ⅰ的目的是除不溶性杂质，操作是： 。
②步骤Ⅱ的目的是除铁，操作是：滴加H2O2溶液，稍加热；当Fe2+完全转化后，慢慢加入Cu2(OH)2CO3粉末，搅拌，以控制pH =3.5；加热煮沸一段时间，过滤，用稀硫酸酸化滤液至pH =1。控制溶液pH =3.5的原因是： 。
③步骤Ⅲ的目的是得到CuSO4·5H2O固体，操作是： 、过滤、水浴加热烘干。水浴加热的特点是： 。
(2)探究氧化铜的性质:
①取A、B两支试管，往A中加入适量的CuO粉末，再分别向A和B加入等体积3% H2O2溶液，只观察到A中有大量气泡，结论是： 。
②为探究试管A中的反应速率，收集气体并测定其体积必需的实验仪器有：
。
工业CaCO3
溶解
除杂
过滤
酸化
蒸发结晶（160℃）
盐酸 氢氧化钙 盐酸
滤渣 CaCl2·2H2O
2、（2009年高考江苏15）医用氯化钙可用于生产补钙、抗过敏和消炎等药物。以工业碳酸钙（含有少量Na+、Al3+、Fe3+等杂志）生产医药级二水合氯化钙（CaCl2·2H2O的质量分数为97.0%-103.0%）的主要流程如下：

【流程分析】原料： 产品： 关键步骤：
（1）除杂操作是加入氢氧化钙，调节溶液的PH为8.0-8.5，以出去溶液中的少量Al3+、Fe3+。检验Fe(OH)3是否沉淀完全的试验操作是 。
（2）酸化操作是加入盐酸，调节溶液的PH约为4.0，其目的 。
（3）测定样品中Cl-含量的方法是：a.称取0.7500g样品，溶解，在250mL容量瓶中定容；b.量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；c.用0.05000mol/L AgNO3溶液滴定至终点，消耗AgNO3溶液体积的平均值为20.39mL。
①上述测定过程中需要溶液润洗的仪器有 。
②计算上述样品中CaCl2·2H2O的质量分数为 。
③若用上述办法测定的样品中CaCl2·2H2O的质量分数偏高（测定过程中产生的误差可忽略），其可能原因有 ； 。
3. 制取纯净的氯化铜晶体（CuCl2·2H2O）的生产过程如下：
I．将粗氧化铜（含少量Fe）溶解在足量的稀盐酸中，然后加热、过滤得到CuCl2（含少量FeCl2）溶液，经测定，溶液pH为2。

II．对I中所得到的溶液按下列步骤进行提纯。

已知：

氢氧化物开始沉淀时的pH
氢氧化物沉淀完全时的pH
Fe3+
1.9
3.2
Cu2+
4.7
6.7
试回答下列问题：
（1）下列物质中，最适合作为氧化剂X的是 。（填序号）
A．KMnO4 B．K2Cr2O4 C．H2O2 D．NaClO
（2）①加入的物质Y是 。
②写出沉淀Z在水中的沉淀溶解平衡方程式： 。
（3）分离出沉淀Z，并将滤液蒸发，欲获得氯化铜晶体（CuCl2·2H2O），应采取的措施是 。
（4）某同学利用反应：Cu+2H+===Cu2++H2↑设计实验来制取CuCl2溶液，该同学设计的装置应该为 。（填“原电池”或“电解池”）
（5）已知一些难溶物的浓度积常数如下表：
物质
FeS
MnS
CuS
PbS
HgS
ZnS
Ksp
6.3×10-18
2.5×-13
1.3×10-36
3.4×10-28
6.4×10-53
1.6×10-24
某工业废水中含有Cu2+、Pb2+、Hg2+，最适宜向此工业废水中加入过量的 除去它们。（选填序号）
①NaOH ②FeS ③Na2S

4．（2012模卷、16分）绿矾（FeSO4·7H2O）的一种综合利用工艺如下：
绿矾
NH4HCO3

FeCO3固体
母液
焙烧
煤粉
还原铁粉
(NH4)2SO4粗产品

除杂②
转化②
分离②
……

（1）绿矾与NH4HCO3在溶液中按物质的量之比1：2反应，有CO2生成，反应的离子方程式为______________。
（2）隔绝空气进行“焙烧”，铁元素的转化途径是FeCO3 FeO Fe
分解 还原
，实际作还原剂的是CO。写出“焙烧”过程中各步反应的化学方程式____________。
（3）“除杂”步骤为：向母液中通入含臭氧的空气、调节pH、过滤，除去的杂质离子是
____________。
（4）母液“除杂”后，欲得到(NH4)2SO4粗产品，操作步骤依次为真空蒸发浓缩、冷却结晶、____________。浓缩时若温度过高，产品中将混有NH4HSO4，运用化学平衡移动原理解释其原因__________________。
（5）绿矾的另一种综合利用方法是：绿矾脱水后在有氧条件下焙烧，FeSO4转化为Fe2O3和硫的氧化物。分析下表实验数据，为了提高SO3的含量，可采取的措施是__________________。
空气通入量/L·s－1
温度/℃
SO2含量/％
SO3含量/％
0.02
850
45.4
54.6
0.06
850
30.5
69.5
0.10
850
11.1
88.9
0.10
810
11.1
88.9
0.10
890
11.2
88.8
5、工业上以粗铜为原料采取如图所示流程制备硝酸铜晶体：

粗铜
（含铁）
保温
去铁
HNO3
过滤
滤液
蒸发浓缩
HNO3
冷却
过滤
晶体
NO
a
滤液

（1）在步骤a中，还需要通入氧气和水，其目的是：_____________________________________________ 发生反应的化学方程式是 。
（2）在保温去铁的过程中，为使Fe3+沉淀完全，可以向溶液中加入CuO，调节溶液的pH，根据下表数据，溶液的pH应保持在 范围。若调节溶液的pH＝4，此时，溶液中c (Fe3+) = 。[已知该条件下，Fe（OH）3的KSP= 4.0×10-36 ]

氢氧化物开始沉淀时的pH
氢氧化物沉淀完全时的pH
Fe3+
Cu2+
1.9
4.7
3.2
6.7

（3）不用加水的方法调节溶液pH的原因是 。
（4）进行蒸发浓缩时，要加适量的硝酸以保持溶液一定的c（H＋），其目的是（结合离子方程式简要说明） 。
（5）工业上常利用硝酸铜溶液电镀铜，电镀时阴极的电极反应式是 。

答案：
1、(1) ①称量、溶解、过滤 ②促进Fe3+转化Fe (OH)3沉淀，以防止Cu2+的水解。
③蒸发浓缩，冷却结晶， 可以控制加热温度，且温度不超过100℃，加热均匀。
（2）①CuO 对H2O2的分解有催化作用。 ②量筒、水槽、秒表、导管。
2、（1）取少量上层清液，滴加KSCN溶液，，若不出现血红色，则表明Fe(OH)3 沉淀完全。
（2）将溶液中的少量Ca(OH)2转化为CaCl2
(3)①酸式滴定管 ②99.9% ③样品中存在少量的NaCl；少量的CaCl2·2H2O失水。
3、答案（1）C（1分） （2）①CuO或Cu（OH）2或CuCO3（2分）
②Fe（OH）5（s）） Fe2+（aq）+3OH-（aq）（2分）
（3）在HCl气流下加热浓缩，冷却结晶（2分）
（4）①电解池（1分） （5）②（2分）
4．（16分）（1）Fe2＋＋2HCO3－＝FeCO3↓＋CO2↑＋H2O（3分）
（2）FeCO3FeO＋CO2↑（1分） CO2＋C2CO（1分） FeO＋CO Fe＋CO2（1分）
（3）Fe2＋（3分）
（4）过滤（2分） NH4+＋H2O NH3·H2O＋H+，温度过高NH3挥发使平衡向右移动，溶液酸性增强生成NH4HSO4。（3分）
（5）增大空气通入量（2分）
5答案（1）提高原料利用率，减小污染物的排放
4NO＋3O2＋2H2O ＝4HNO3 （分两步写也给分） （3分）
（2）3.2 ~ 4.7 4.0×10-6 mol· L-1 （各2分）
（3）加水会将溶液稀释，不利于将滤液蒸发浓缩 （2分）
（4）由于Cu2+发生水解：Cu2+＋2H2OCu(OH)2＋2H+，加入硝酸可以抑制硝酸铜的水解 （3分）
（5）Cu2+＋2e—＝Cu
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