专题 无机化工生产流程综合分析
1．问题设置与考查知识点
有关无机化工生产试题的考查内容归纳起来主要有六个方面：
(1)将原料转化为产品的生产原理：考查“复分解反应、氧化还原反应、水解反应”等原理。
(2)除去所有杂质并分离提纯产品：考查“物质分离与提纯的实验操作”。
(3)提高产量与产率(转化率)：考查“化学反应速率和化学平衡”。
(4)减少污染：考查“绿色化学”生产。
(5)原料的来源：考查物质的来源及成本问题。
(6)生产设备简单，生产工艺简便可行等工艺生产问题：要准确、顺利解答无机化工生产流程题，除了要掌握物质的性质和物质之间相互作用的基本知识以及除杂、分离提纯物质的基本技能外，还要具备分析工艺生产流程的能力。
2．解答无机化工生产流程题的程序
(1)基本步骤
①从题干中获取有用信息，了解生产的产品。
②整体阅读流程图，辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。
③分析流程中的每一个步骤，从几个方面了解流程：反应物是什么；发生了什么反应；该反应造成了什么后果；对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。
④从问题中获取信息，帮助解题。
(2)解题思路
明确整个流程及每一步的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。
3．解题模板
海水是一种丰富的资源，工业生产可以从海水中提取许多有用的物质，这些物质广泛应用于生活、生产、科技等方面。如图是从含碘CCl4溶液中提取碘的实验过程。
请回答下列问题：
(1)向含碘CCl4溶液中加入稍过量的Na2SO3溶液，则发生反应的离子方程式为____________；该操作将I2还原为I－的目的是________________。
(2)操作X的名称为________，所用的主要仪器是________。
(3)氧化时，在三颈烧瓶中将含I－的水溶液用盐酸调至pH约为2，缓慢通入Cl2，在40 ℃左右反应(实验装置如图所示)。
实验控制在较低温度下进行的原因是____________________________；锥形瓶里盛放的溶液为________。
(4)已知：5SO＋2IO＋2H＋===I2＋5SO＋H2O，某含碘溶液(pH约为8)中一定存在I2，可能存在I－、IO中的一种或两种。请补充完整检验含碘溶液中是否同时含有I－、IO的实验方案：
____________________________。
实验中可供选择的试剂：CCl4、稀盐酸、淀粉溶液。
[解析] (1)碘能将SO氧化为SO，自身被还原为I－，其发生反应的离子方程式为SO＋I2＋H2O===2I－＋SO＋2H＋；将碘还原为I－，目的是使四氯化碳中的碘单质转化为I－进入水溶液，以便利用分液法分离出四氯化碳。
(2)分离互不相溶的液体可采用分液法，四氯化碳和水溶液互不相溶，所以操作X为分液；使用的主要仪器是分液漏斗。
(3)碘不稳定，易升华，且温度高时气体难溶解，所以实验控制在较低温度下的原因是防止碘升华、增大氯气溶解度；氯气能和强碱溶液反应，所以锥形瓶中的液体是NaOH溶液。
(4)根据题给反应方程式可知，在酸性环境中，IO有强氧化性，故可推断，在酸性环境中，IO能将I－氧化。因此，检验含碘溶液中是否同时含有I－和IO，可先用四氯化碳多次萃取含碘溶液，然后分液，水层用淀粉溶液检验，当水层不含碘时，取少量水层溶液，加入淀粉溶液，再加盐酸酸化，如果同时含有I－和IO，二者发生氧化还原反应生成I2使溶液变蓝色，否则不同时含有I－和IO。
[答案] (1)SO＋I2＋H2O===2I－＋SO＋2H＋ 使四氯化碳中的碘单质转化为碘离子进入水溶液
(2)分液 分液漏斗
(3)防止碘升华、增大氯气溶解度 NaOH溶液
(4)取少量含碘溶液用四氯化碳多次萃取、分液；水层用淀粉溶液检验，当水层不含碘单质时，取少量水层溶液，加入1～2 mL淀粉溶液，加盐酸酸化，若溶液变蓝，说明溶液中同时含有I－和IO；如果溶液不变蓝，说明不同时含有I－和IO
第八章 单元过关检测
时间：90分钟 满分：100分
一、选择题(本题共14小题，每小题3分，共42分)
1．环境问题越来越引起人类的重视，下列有关环境问题的描述不正确的是( )
A．水体的富营养化主要是向水体中排放大量含N、P的物质造成的
B．低碳生活是指少用煤炭的生活
C．氟氯代烷的大量排放造成了臭氧层空洞
D．造成光化学烟雾的是包括NO、NO2等多种气体
答案 B
解析 A项，含N、P的物质易导致水体富营养化；B项，少用煤炭的生活只是低碳生活的一个方面；C项，氟氯代烷是导致臭氧层空洞的因素之一；D项，NOx能导致光化学烟雾。
2．某工厂排出的废水经检验pH<7，并含有较多的Cu2＋，它们对人体、牲畜和农作物都有害，从回收利用和环境保护的角度考虑，切合实际的合理方案是加入( )
A．NaCl和HCl B．Na2SO4和MgCl2
C．CaO和铁粉 D．石灰石和Ag
答案 C
解析 NaCl和HCl不但不能回收可溶性铜盐而且会使废水酸性增强，故A不符合题意；加入Na2SO4和MgCl2既不能与废水中的酸反应，也不能和可溶性铜盐反应而达到回收铜的目的，故B不符合题意；加入铁粉可以与铜离子反应生成铜从而回收铜，加入的生石灰可以降低废水的酸性，故C符合题意；加入石灰石能与酸反应从而降低废水的酸性，银不能与含铜离子的盐反应，故不能回收铜，故D不符合题意。
3．下列物质不属于高分子化合物的是( )
①甘油 ②油脂 ③纤维素 ④淀粉 ⑤有机玻璃
⑥蛋白质 ⑦蔗糖 ⑧天然橡胶 ⑨苯 ⑩涤纶
A．①④⑥⑦ B．①②⑦⑨
C．③⑤⑥⑩ D．②③⑦⑧
答案 B
4．绿色化学要求利用化学反应原理从源头上减少或消除污染。以铜为原料制备硫酸铜，下列四种原理设计，其中最能体现“绿色化学”要求的是( )
A．Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
B．Cu＋Cl2CuCl2，CuCl2＋H2SO4(浓)CuSO4＋2HCl↑
C．Cu＋H2SO4＋H2O2CuSO4＋2H2O
D．3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，Cu(NO3)2＋H2SO4(浓)CuSO4＋2HNO3↑
答案 C
解析 根据题意可知，A项放出有毒气体SO2，B项利用了有毒气体Cl2，D项放出有毒气体NO，均不符合“绿色化学”的要求。
5．热还原法冶炼金属的反应一定是( )
A．置换反应 B．分解反应
C．复分解反应 D．氧化还原反应
答案 D
解析 热还原法冶炼金属常用的还原剂是C、H2、CO、Al等，若是单质作还原剂，发生的是置换反应，同时也属于氧化还原反应；若是CO作还原剂，则发生氧化还原反应。
6．将煤块粉碎，经脱硫处理，在适当过量的空气中燃烧，这样处理的目的是( )
①使煤充分燃烧，提高煤的利用率 ②减少SO2的产生，避免造成“酸雨” ③减少有毒的CO产生，避免污染空气 ④减少CO2的产生，避免“温室效应”
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②④
答案 A
解析 将煤块粉碎，目的是使煤充分燃烧，提高煤的利用率；对煤进行脱硫处理，目的是减少煤燃烧过程中产生过多的SO2；将煤在适当过量的空气中燃烧，是使煤充分燃烧，减少CO的产生，减轻空气污染，但不会减少CO2的产生，无法避免“温室效应”。
7．下列化学实验符合“绿色化学”要求的有( )
①在萃取操作的演示实验中，将CCl4萃取溴水改为CCl4萃取碘水 ②在制备CuSO4时，用铜与浓硫酸反应，将铜片改为可调节高度的铜丝 ③将实验室的废酸液或废碱液进行处理后再排放 ④加成反应、酯化反应和加聚反应最符合“原子经济性”
A．②③ B．①③
C．①④ D．②④
答案 B
解析 ①Br2易挥发，I2不易挥发，将CCl4萃取溴水改为萃取碘水可减少空气污染；②铜丝仍与浓硫酸反应生成SO2，造成污染；③实验室中的废酸液或废碱液会污染环境，应处理后再排放；④酯化反应中有副产物H2O生成，不符合“原子经济性”。
8．聚丙烯酸酯的结构简式可表示为，由丙烯酸酯加聚得到。下列关于聚丙烯酸酯的说法不正确的是( )
A．属于高分子化合物
B．链节为—CH2—CH—
C．单体为CH2===CH—COOR
D．n为聚合度
答案 B
解析 依据高分子化合物聚丙烯酸酯的结构简式，可确定其链节为，n为聚合度，故B不正确。
9．关于百年经典药物阿司匹林的叙述正确的是( )
A．阿司匹林是治胃酸药
B．阿司匹林属于抗生素
C．阿司匹林是一种白色晶体，易水解
D．阿司匹林之所以成为经典药物是因为服用该药物没有不良反应
答案 C
解析 阿司匹林属于解热镇痛药，不属于抗生素，故A、B错误；阿司匹林结构中含酯基，可水解，C正确；阿司匹林之所以成为百年经典药物是因为很早之前人类就发现了该物质的疗效，D错误。
10．海水中蕴藏着丰富的资源。海水综合利用的示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．通过氯碱工业可生产的产品有NaOH、NaClO、盐酸等
B．金属镁在空气中燃烧只生成MgO
C．粗盐精制的过程只发生物理变化
D．在高温下用氢气还原MgCl2可制取金属镁
答案 A
解析 A项，氯碱工业主要产品是氢氧化钠、氢气和氯气，还可以制取NaClO、盐酸等产品，正确；B项，Mg在点燃条件下能与空气中的O2、N2、CO2反应，所以Mg在空气中燃烧的产物有MgO、Mg3N2、C，错误；C项，粗盐精制的过程既有物理变化，也有化学变化，如除去杂质SO、Mg2＋、Ca2＋需要通过化学反应来完成，属于化学变化，错误；D项，镁是活泼金属，无法用H2还原MgCl2来获得金属Mg，工业上用电解熔融MgCl2的方法冶炼镁，错误。
11．下列化学反应方程式中不属于化学科学解决环境问题的是( )
答案 D
解析 用化学科学解决环境问题主要有：绿色化学理念(原子经济性：反应物原子全部转化为期望的生成物，无副产物生成)，减少和消除化学污染，避免产生污染气体和对污染气体治理。D中，用苯和液溴制备溴苯，有HBr生成，不属于化学科学解决环境问题。
12．溴是海水中的重要元素，海水中溴元素的含量一般为0.067 g/L，晒盐浓缩后的苦卤中含有浓度较高的溴离子，向苦卤中通入氯气，可以得到单质溴。下列有关说法正确的是( )
A．向苦卤中通入氯气发生反应的离子方程式为
Br－＋Cl2===Cl－＋Br2
B．向苦卤中通入氯气时，溴元素化合价升高，被还原
C．将单质溴从溴水中分离出来，可以利用裂化汽油进行萃取
D．将单质溴从溴水中分离出来，可以利用苯、四氯化碳等多种有机溶剂进行萃取
答案 D
解析 A项，离子方程式未配平，错误；B项，向苦卤中通入氯气时，溴元素化合价升高，被氧化，错误；C项，裂化汽油中含有大量不饱和烃，会与溴发生加成反应，因此不能用作溴的萃取剂，错误；D项，Br2在苯、CCl4中溶解度很大，且不与之发生反应，苯、CCl4与水不互溶，因此可用苯、CCl4等萃取溴水中的溴，正确。
13．乙醇可通过淀粉等生物质原料发酵制得，属于可再生资源，通过乙醇制取氢气具有良好的应用前景。已知通过乙醇制取氢气有如下两条路线：
a．水蒸气催化重整：CH3CH2OH(g)＋H2O(g)―→4H2(g)＋2CO(g) 1 mol乙醇反应吸收255.58 kJ能量
b．部分催化氧化：CH3CH2OH (g)＋O2(g)―→3H2(g)＋2CO(g) 1 mol乙醇反应吸收13.76 kJ能量
则下列说法错误的是 ( )
A．从原料消耗的角度来看，a路线制氢更有价值
B．从能量消耗的角度来看，b路线制氢更加有利
C．a路线制氢由于要消耗很多能量，所以在实际生产中意义不大
D．降低温度，可提高b路线中乙醇的反应速率
答案 D
解析 相同质量的乙醇，a路线生成的氢气多；b路线需要的能量远远小于a路线；降低温度，反应速率减小。
14．人造光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)是盐化工生产的中间产物。以光卤石为原料制得金属镁，可有下列步骤：
①过滤，②溶解，③加入适量Ca(OH)2，④蒸发，⑤用盐酸溶解，⑥电解熔融MgCl2，⑦在HCl气流中加热MgCl2·6H2O晶体。
正确的顺序是( )
A．⑤③①②④⑥⑦ B．②③①⑤④⑦⑥
C．②④①③⑦⑤⑥ D．⑤③①④②⑦⑥
答案 B
解析 提纯光卤石得到MgCl2的步骤为先将光卤石溶于水，因为KCl、MgCl2均易溶于水，然后沉淀Mg2＋；Mg(OH)2的溶解度比Ca(OH)2更小，故加入适量的Ca(OH)2过滤后得Mg(OH)2，洗涤后溶于适量的盐酸发生反应：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O，蒸发溶液得MgCl2·6H2O。在HCl气流中加热MgCl2·6H2O得到纯净的MgCl2，最后电解熔融MgCl2得到金属镁。
二、非选择题(本题共4小题，共58分)
15．(13分)2017年初，我国北方大部分地区出现了严重的空气污染，其主要原因是化石燃料的大量使用。提高燃料利用率，减少化石燃料的燃烧造成的环境污染，已成为人类面临的重大挑战。
(1)氢气是人类理想的能源，为了有效发展民用氢能源，首先必须制得廉价的氢气。下列可供开发且比较经济的制氢气的方法是________(填序号)。
①电解水 ②锌与稀硫酸反应 ③光解海水
制得氢气后还需要解决的问题是________(写出其中一个)。
(2)将CO2转化成有机物可有效实现碳循环。CO2转化成有机物的例子很多，如：
a．6CO2＋6H2O ＋6O2
b．CO2＋3H2CH3OH＋H2O
c．CO2＋CH4CH3COOH
d．2CO2＋6H2CH2===CH2＋4H2O
以上反应中，最节能的是________，原子利用率最高的是________(填字母)。
(3)煤液化后可得到甲醇，甲醇在一定条件下与CO、H2作用生成有机物A，A发生加聚反应可生成高分子化合物，写出A的结构简式：____________________。
答案 (1)③ 贮存和运输(写出一个即可)
(2)a c
(3)
解析 (1)①②都不符合经济原则，③既可开发又较经济。制得氢气后需要解决的问题是贮存和运输。
(2)节能中的“能”指人类提供的能量。利用太阳能是最节能的措施之一，而光合作用就是充分利用太阳能；原子利用率最高的化学反应是产物只有一种的化合反应、加成反应、加聚反应等。a利用太阳能，最节能；c中无副产物，原子利用率最高。
(3)由高分子化合物的结构可推知A的结构简式为
。
16．(14分)黄铜矿(CuFeS2)是制取铜及其化合物的主要原料之一，还可制备硫和铁的化合物。
(1)冶炼铜的反应为8CuFeS2＋21O28Cu＋4FeO＋2Fe2O3＋16SO2，若CuFeS2中Fe的化合价为＋2，反应中被还原的元素是________(填元素符号)。
(2)利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。方法为
①用稀盐酸浸取炉渣，过滤。
②滤液先氧化，再加入过量NaOH溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥、煅烧得Fe2O3。
根据以上信息回答下列问题：
a．除去Al3＋的离子方程式是______________________________________。
b．选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。
提供的试剂：稀盐酸 稀硫酸 KSCN溶液 KMnO4溶液 NaOH溶液 碘水
所选试剂为________。证明炉渣中含有FeO的实验现象为______________。
答案 (1)Cu、O
(2)a.Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O
b．稀硫酸、KMnO4溶液 稀硫酸浸取炉渣所得溶液使KMnO4溶液褪色
解析 (1)分析方程式中各元素化合价可知：→，→，氧元素、铜元素在反应中被还原。
(2)Al3＋与过量的氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠溶液，而Fe3＋与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铁沉淀，过滤，将Al3＋除去。反应的离子方程式为Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O。若要证明炉渣中含有FeO需要首先将其溶解，生成含有可溶性亚铁盐的溶液，结合试剂分析可知，将该溶液加入高锰酸钾溶液中，亚铁离子具有还原性，可以使高锰酸钾溶液褪色。Cl－可与MnO发生氧化还原反应，对实验结果有干扰，则用稀硫酸溶解炉渣。因此，选用的试剂是稀硫酸和高锰酸钾溶液。
17．(16分)以下为工业从海水中提取液溴的流程图：
已知：溴的沸点为59 ℃，微溶于水，有毒性。请回答：
(1)某同学利用“图1”装置进行步骤①至步骤④的实验，当进行步骤①时，应关闭活塞________，打开活塞________。
(2)步骤②中可根据________________________________现象，简单判断热空气的流速。
(3)步骤③中简单判断反应完全的依据是________________。
(4)从“溴水混合物Ⅰ”到“溴水混合物Ⅱ”的目的是
____________________________。
(5)步骤⑤用“图2”装置进行蒸馏，蒸馏烧瓶中尚未安装温度计，安装其位置时应注意________________________________________________，装置C中直接加热不合理，应改为________，蒸馏时冷凝水应从________端进入(填“e”或“f”)，图中E、F的作用是________、________。
答案 (1)bd ac
(2)A中气泡产生的快慢
(3)B中溶液褪色
(4)浓缩Br2或富集溴
(5)温度计的水银球在蒸馏烧瓶的支管口附近 水浴加热 f 收集溴 吸收尾气
解析 (1)根据提取溴的流程图，操作是制取Br2→吹出Br2→用SO2富集溴→用氯气把Br－氧化，进行步骤①时，通入氯气，因此关闭bd，打开ac，因为氯气有毒，尾气必须处理。
(2)通入热空气的目的，是把溴吹入到B装置中，因此判断热空气流速，可以通过观察气泡产生快慢来判断。
(3)SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，溴水显(橙)黄色，当反应完全后溶液的颜色褪去。
(4)海水中含Br－的百分含量很低，通过一系列的反应，可以提高溴的含量，因此“溴水混合物Ⅰ”到“溴水混合物Ⅱ”的目的是富集溴或浓缩Br2。
(5)蒸馏实验时，温度计的水银球在蒸馏烧瓶的支管口附近，目的是测物质的沸点，溴的沸点为59 ℃，直接加热不利于温度的控制，可能造成溴单质中含有大量水分，因此采用水浴加热，蒸馏时为了增强冷凝效果，应从下口入水，从上口流出，即从f端进入，E的作用是收集液溴，但溴有毒，必须处理尾气，因此F的作用是吸收尾气。
18．(15分)金属钛具有密度小、强度高、耐腐蚀、无毒等优点，已广泛应用于航空航天工业，并逐步进入了化工、船舶、汽车、体育器材、医疗等民用领域，并显示出了巨大的发展潜力。还原法是工业上冶炼钛常用方法之一，该方法是以金红石(主要含TiO2)或TiO2为原料来制取，其主要工艺流程如图所示：
试回答下列问题：
(1)已知反应Ⅰ通常在800～900 ℃的条件下进行，产物中有一种可燃性无色气体。
①写出反应Ⅰ的化学方程式：___________________。
②在反应Ⅰ中，当有1 mol Cl2完全反应时，参加反应的还原剂的物质的量为________ mol。
(2)反应Ⅱ通常在800 ℃的条件下进行，加入氩气的目的是__________________；分离反应Ⅱ的产物所得到的海绵钛中常混有少量杂质，应如何除去杂质：_______________________(简述操作过程)。
(3)在上述工艺流程中可以循环使用的物质是________。
答案 (1)①TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO ②1
(2)防止镁和钛在高温条件下被空气中的氧气氧化 将海绵钛置于盐酸中酸洗，然后过滤即可得到纯净的钛
(3)Cl2、Mg和MgCl2
解析 (1)反应Ⅰ的反应物为TiO2、C、Cl2，结合流程图知有TiCl4生成，利用原子守恒及题给信息可知另一气体产物是CO，所以反应的化学方程式为TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO，C在反应中被Cl2氧化，当有1 mol Cl2完全反应时，参加反应的还原剂(C)的物质的量为1 mol。
(2)反应Ⅱ中反应物Mg以及产物Ti在高温下都易被空气中的氧气氧化，所以加入氩气的目的是防止镁和钛在高温条件下被空气中的氧气氧化；此法制得的金属钛中含有少量金属镁和MgCl2，结合镁和钛(题中信息：钛耐腐蚀)的性质可知，可采用盐酸或硫酸酸洗海绵钛即可除去Mg和MgCl2。
(3)由流程图知可循环使用的物质为Cl2、Mg以及MgCl2。
