(1)明确原料和产品(包括副产品)间的转化关系,从中得出将原料转化为产品和除去原料中所含杂质的基本原理和所用的生产工艺。如下图所示:
(2)分析流程中的每一步骤,从几个方面了解流程:①反应物是什么;②发生了什么反应;③该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用;④加入什么试剂,得到什么中间产物等。抓住一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务的。
(3)物质制备工艺都涉及物质的分离提纯,注意制备过程中所需的原料、条件的控制(如溶液pH与沉淀、溶度积常数与沉淀等)以及物质分离方法的选择(如过滤、萃取分液、蒸馏等),尽可能写出主要的化学反应方程式或制备原理。若出现工艺评价问题,从成本、环保、现实等角度考虑分析即可。
(2019·全国卷Ⅰ)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为____________________________________________________。
(2)“滤渣1”的主要成分有__________。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+,可选用的化学试剂是________。
(3)根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2OH++B(OH),Ka=5.81×10-10,可判断H3BO3是________;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是________________________。
(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为__________________________________,母液经加热后可返回________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是________。
解析 (1)硼镁矿粉中加入(NH4)2SO4溶液反应生成NH3,氨气与碳酸氢铵溶液反应的化学方程式为NH4HCO3+NH3===(NH4)2CO3。
(2)硼镁矿中的SiO2、Fe2O3、Al2O3与(NH4)2SO4溶液不反应,也不溶解,过滤后形成滤渣1。因为KSCN溶液遇Fe3+变为红色,所以KSCN溶液常用于Fe3+的检验。
(3)根据题目信息中H3BO3的电离方程式和Ka的数值可知H3BO3为一元弱酸。在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是将溶液中的硼酸根离子转化为H3BO3沉淀析出。
(4)根据工艺流程中的原料进入情况及生成物情况可知,“沉镁”时加入的原料为(NH4)2CO3溶液、MgSO4溶液,产物为Mg(OH)2·MgCO3,因此反应的离子方程式为2Mg2++3CO+2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓+2HCO或2Mg2++2CO+H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑。母液的主要成分为硫酸铵,可以返回到“溶浸”工序循环使用。碱式碳酸镁热稳定性差,可以在高温焙烧的条件下制取氧化镁,化学方程式为
Mg(OH)2·MgCO32MgO+CO2↑+H2O。
答案 (1)NH4HCO3+NH3===(NH4)2CO3
(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN
(3)一元弱酸 转化为H3BO3,促进析出
(4)2Mg2++3CO+2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓+2HCO[或2Mg2++2CO+H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑] 溶浸 高温焙烧