专题四化学工艺流程题的突破.docx
- 文档编号:3627066
- 上传时间:2022-11-24
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:456.64KB
专题四化学工艺流程题的突破.docx
《专题四化学工艺流程题的突破.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《专题四化学工艺流程题的突破.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
专题四化学工艺流程题的突破
选修2化学与技术(工业流程题突破)
一、化学工艺流程题解决的问题主要有以下几个方面:
1.将原料转化为产品的生产原理问题;
2.除杂、分离和提纯产品等问题;
3、粗产品的生成和产品的进一步提纯问题
4.提高产量和效率问题;
5.节能减排,“绿色化学”,循环利用等生产问题;
【答题方法指导】
1、浏览试题看问题,将问题分为两类:
与工业流程无关和有关问题,先无关后有关。
2、解决与工业流程有关的问题时,先不要力求把生产流程图中的每个细节都弄清楚,只要把握住主要的考查方向,理清每个环节的目的和结果,再根据题中的具体设问,结合题中提取的信息和头脑中原有的知识和技能,进行针对性作答即可,切不可拘泥于流程图中的每个细节,把时间和精力过多用于流程分析,使解题误入歧途。
二、整体的学习程序:
具体→抽象→具体
1、学习课本上的具体工艺流程
(1)侯氏纯碱工艺
(2)工业合成硫酸
(3)工业合成硝酸
2、抽象出工艺流程模板
3、分析以下工业流程的主线和核心步骤,在分析过程中关注以下几个方面:
(1)明确实验的目的
(2)抓住几条线索
阶段
线索
考查侧重
主要目的
1、原料的预处理阶段:
原料、产品
核心化学反应
产物又多又纯
2、杂质的分离与提纯
杂质
分离提纯方法
杂质分离彻底
3、粗产品的提取
产品
产品提取方法及物质循环利用
产品的获取
【例题】
1、(16分)工业上用闪锌矿(主要成分为ZnS,还含有CdS、Fe
2O3等杂质)为原料生产ZnSO4·7H2O的工艺流程如下:
(己知Cd的金属活动性介于Zn和Fe之间)
2、电镀污泥中含有
等物质,工业上通过“中温焙烧—钠氧化法”回收
等物质。
已知:
水浸后溶液中存在
等物质
3、(16分)硫铁矿烧渣是一种重要的化学化工产业中间产物,主要成分是Fe3O4、Fe2O3、FeO和二氧化硅等。
下面是以硫铁矿烧渣制备高效净水剂聚合硫酸铁[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m的流程图:
4、(16分)硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2等)是生产硫酸的工业废渣,其综合利用对环境保护具有现实意义。
利用硫铁矿烧渣制备铁红等产品的实验流程如下:
已知几种盐的溶解度随温度变化的曲线如下图所示:
三、核心考点突破
Ⅰ、原料预处理的各种方法
(1)粉碎或研磨:
增大固液(或固气或固固)接触面积,加快反应(溶解)速率,增大原料的转
化率(或浸取率)。
(2)煅烧或灼烧:
不易转化的物质转为容易提取的物质;其他矿转化为氧化物;除去有机物;除
去热不稳定的杂质
(3)酸浸:
溶解、去氧化物(膜)、调节pH促进水解(沉淀)
(4)碱溶:
去油污,去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅,调节pH促进水解(沉淀)
Ⅱ、杂质的分离提纯方法:
考点:
平衡原理的应用
一般是将杂质离子变成沉淀或气体除去:
常用的方法是调节溶液的PH促进水解或外加试剂使某些杂质离子沉淀,再过滤除去。
在工艺流程中经常会涉及化学反应平衡,沉淀溶解平衡,沉淀的转化,离子的水解平衡
【例题】1.工业上以锂辉石(Li2O·A12O3·4SiO2,含少量Ca、Mg元素)为原料生产碳酸锂。
其部分工艺流程如下:
已知:
①Li2O·Al2O3·4SiO2+H2SO4(浓)Li2SO4+Al2O3·4SiO2·H2O↓
②某些物质的溶解度(S)如下表所示。
T/℃
20
40
60
80
S(Li2CO3)/g
1.33
1.17
1.01
0.85
S(Li2SO4)/g
34.2
32.8
31.9
30.7
(2)已知滤渣2的主要成分有Mg(OH)2和CaCO3。
向滤液1中加入石灰乳的作用是(运用化学平衡原理简述)________________________。
2、(2012年广东高考32)(17分)难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”,在水中存在如下平衡
为能充分利用钾资源,用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾,工艺流程如下:
(2)用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K+的原因:
。
答题模版四句话:
①(外因的改变),
②(对该平衡内在某因素的影响);
③(平衡移动方向)
④(移动结果与问题衔接)。
很多时候题目中已经将外因的改变和最终结果都已经给出,我们需要找到中间的外因改变带来
的内因的变化,注意抓住最主要的矛盾。
3.电镀污泥中含有
等物质,工业上通过“中温焙烧—钠氧化法”回收
等物质。
已知:
①水浸后溶液中存在
等物质
②除去滤渣II后,溶液中存在如下反应:
③
在不同温度下的溶解度如下表
温度
化学式
20℃
60℃
100℃
19.5
45.3
42.5
183
269
415
84
115
126
(1)用H2SO4调节pH值的目的是。
(2)“系列操作”中为:
继续加入
,______冷却结晶,过滤。
继续加入
目的是________________________。
4、由MgCl2·nH2O晶体获得无水MgCl2的操作是
5、配制硫酸亚铁氨溶液时,需要加入少量稀硫酸的目的
Ⅲ、产品的获取:
考点1:
从盐溶液中获取晶体:
结晶法考点2:
由晶体得无水固体:
灼烧法
结晶法有蒸发结晶和冷却结晶两种方法:
蒸发结晶和降温结晶。
1、晶体洗涤(冰水或有机溶剂洗涤):
洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗,加速干燥。
2、蒸发、反应时的气体氛围:
有些金属阳离子易水解,控制酸性条件或酸性气体氛围,防止其水解。
3、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤、干燥):
适用溶解度随温度升高而升高,且溶解度随温度变化较大的溶液分离出溶质。
4、蒸发结晶、趁热过滤(洗涤、干燥):
适应溶解度随温度升高而降低或随温度变化不大的溶液。
5、重结晶:
提高产品的纯度。
6、由晶体得无水固体:
灼烧法
【例题】.Mg(ClO3)2在农业上可用作脱叶剂、催熟剂,可采用复分解反应制备:
MgCl2+2NaClO3===Mg(ClO3)2+2NaCl
已知四种化合物的溶解度(S)随温度(T)变化曲线如右图所示:
1将反应物按化学反应方程式计量数比混合制备Mg(ClO3)2.简述可制备Mg(ClO3)2的原因:
。
2按①中条件进行制备实验。
在冷却降温析出Mg(ClO3)2过程中,常伴有NaCl析出,原因是:
。
Ⅳ、原电池和电解工业中的电极反应方程式书写
电极方程书写的难点:
环境中用于平衡电荷的离子的选择
不同环境下产物的存在形式的差异
【例题】1、镀铝电解池中,金属铝为极,熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl4―和Al2Cl7―形式存在,铝电镀的主要电极反应式为。
2、熔融盐燃料电池具有高的发电效率,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极气体,空气与CO2的混合气体为正极气体,制得在650摄氏度下工作的燃料电池。
负极反应式2CO+2CO32--4e-==4CO2正极反应式__________________
3、磷酸亚铁锂电池总反应为:
,电池中的固体电解质可传导Li+,试写出该电池放电时的电极反应:
正极:
____________________________________;负极:
______________________________。
4、一种新燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2-。
试写出该电池放电时的电极反应:
正极:
____________________________________;负极:
______________________________。
Ⅴ、循环利用的物质:
同学理解物质循环利用的目的:
节能减排,“绿色化学”,降低成本等生产问题,提炼出:
一定不会用于循环的物质:
目标产物,杂质可以用于循环的物质:
辅助试剂、母液
【例题】(2013广州一模)(16分)某科研小组以难溶性钾长石(K2O•Al2O3•6SiO2)为原料,提取Al2O3、K2CO3等物质,工艺流程如下:
(4)上述工艺中可以循环利用的主要物质是、和水。
Ⅵ、温度的控制
1、加热:
加快反应速率或溶解速率;
促进平衡向吸热方向移动;
除杂,除去热不稳定的杂质,如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、I2、NH4Cl等物质。
使沸点相对较低的原料气化
2、降温:
防止某物质在高温时会溶解(或分解)
使化学平衡向着题目要求的方向移动(放热方向)
使某个沸点较高的产物液化,使其与其他物质分离
降低晶体的溶解度,减少损失
3、控温:
(用水浴或油浴控温)
防止某种物质温度过高时会分解或挥发
为了使某物质达到沸点挥发出来
使催化剂的活性达到最好
防止副反应的发生
降温或减压可以减少能源成本,降低对设备的要求,达到绿色化学的要求。
【例题】1、(16分)医用氯化钙可用于补钙、抗过敏和消炎等,以工业碳酸钙(含少量Na+、Al3+、Fe3+等杂质)生产医用二水合氯化钙工艺流程为:
(5)为什么蒸发结晶要保持在160℃:
。
2、实验室用硫酸厂烧渣(主要成分为Fe2O3及少量FeS、SiO2等)制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4·7H2O),过程如下:
(5)在⑥中,将溶液Z控制到70~80℃的目的是_______________________;
3、空气吹出法工艺,是目前“海水提溴”的最主要方法之一。
其工艺流程如下:
(4)步骤
的蒸馏过程中,温度应控制在80—90℃。
温度过高或过低都不利于生产,请解释原因:
。
Ⅶ、注重文字叙述的规范性
1、洗涤沉淀:
往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复以上操作2~3次。
2、从溶液中得到晶体:
蒸发浓缩—冷却结晶—过滤(或趁热过滤)—洗涤—干燥。
3、在写某一步骤是为了除杂时,应该注明“是为了除去XX杂质”,只写“除杂”等一类笼统式回答是不给分的。
4、检验沉淀是否洗涤干净:
取最后一次洗涤液少许于试管中,逐滴滴加A试剂,振荡
5、检验是否沉淀完全:
静置,往上层清夜中继续滴加A试剂
过滤,取滤液少许于试管中,滴加A试剂
【巩固练习】1、二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。
工业上以软锰矿为原料,利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下:
某软锰矿的主要成分为MnO2,还含有Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物。
部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表,回答下列问题:
沉淀物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Mn(OH)2
Cu(OH)2
Zn(OH)2
CuS
ZnS
MnS
FeS
pH
5.2
3.2
9.7
10.4
6.7
8.0
≥–0.42
≥2.5
≥7
≥7
(1)硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4,酸浸时发生的主要反应的化学方程式为。
(2)滤渣A的主要成分是。
(3)加入MnS的目的是除去杂质,加热至沸的目的是。
(4)碱性锌锰电池中,MnO2参与的电极反应方程式为。
(5)从废旧碱性锌锰电池中可以回收利用的物质有(写两种)。
2、某化学研究性学习小组通过查阅资料,设计了如下图所示的方法以含镍废催化剂为原料来制备NiSO4•7H2O。
已知某化工厂的含镍催化剂主要含有Ni,还含有Al(31%)、Fe(1.3%)的单质及氧化物,其他不溶杂质(3.3%)。
部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时的pH如下:
沉淀物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Ni(OH)2
pH
5.2
3.2
9.7
9.2
回答下列问题:
⑴操作a、c中需使用的仪器除铁架台(带铁圈)、酒精灯、烧杯、玻璃棒外还需要的主要仪器为。
⑵“碱浸”过程中发生的离子方程式是。
⑶“酸浸”时所加入的酸是(填化学式)。
酸浸后,经操作a分离出固体①后,溶液中可能含有的金属离子是。
⑷操作b为调节溶液的pH,你认为pH的最佳调控范围是。
⑸“调pH为2~3”的目的是。
⑹产品晶体中有时会混有少量绿矾(FeSO4·7H2O),其原因可能是
________________________________。
检验方法是:
。
3、工业上常采用天然矿物法生产硝酸钾,工艺流程如下图所示,
已知:
①滤液1中含有K+、Na+、NO3-、Cl-、SO42-以及微量Mg2+。
KNO3、NaNO3、NaCl、Na2SO4四种物质在不同温度的溶解度曲线图:
溶解度/g
温度/℃
回答下列问题:
(1)“滤渣2”的主要成分是。
(2)“母液”多次循环使用会造成产品纯度降低,处理的方法是:
在多次循环后的“母液”中加入NaOH溶液,其反应原理是(用离子反应方程式表示)
(3)在滤液1蒸发浓缩过程中,可加入适量的KCl固体,提高产品的产量,原因是;
(4)若要进一步提高硝酸钾晶体的纯度,还必须进行的操作是。
4.(12分)以食盐为原料进行生产并综合利用的某些过程如下图
所示。
(1)除去粗盐中的Ca2+、Mg2+和SO42-离子,加入下列沉淀剂的顺序是(填序号)。
a.Na2CO3b.NaOHc.BaCl2
(2)将滤液的pH调至酸性除去的离子是,离子方程式为
。
(3)电解饱和食盐水反应的离子方程式是。
(4)若向分离出NaHCO3晶体后的母液中加入过量生石灰,则可获得一种可以循环使用的物质,其化学式是。
(5)纯碱在生产生活中有广泛的应用。
①纯碱可用于除灶台油污。
其原因是(结合离子方程式表述)
。
②常温下,向某pH=11的Na2CO3溶液中加入过量石灰乳,过滤后所得溶液pH=13。
则反应前的溶液中与反应后的滤液中水电离出的c(OH—)的比值是。
③工业上,可以用纯碱代替烧碱生产某些化工产品。
如用饱和纯碱溶液与Cl2反应制取有效成分为NaClO的消毒液,其反应的离子方程式是(已知碳酸的酸性强于次氯酸)。
5.(16分)铬铁矿的主要成分可表示为FeO·Cr2O3,还含有SiO2、Al2O3等杂质,以铬铁矿为原料制备重铬酸钾(K2Cr2O7)的过程如下图所示。
已知:
①NaFeO2遇水强烈水解。
②2CrO42-+2H+
Cr2O72-+H2O
请回答:
(1)K2Cr2O7中Cr元素的化合价是。
(2)煅烧铬铁矿生成Na2CrO4和NaFeO2反应的化学方程式是。
(3)滤渣1为红褐色的固体,滤渣1的成分是(填名称)______________,滤液1的成分除Na2CrO4、NaOH外,还含有(填化学式)。
(4)利用滤渣2,可制得两种氧化物,其中一种氧化物经电解冶炼可获得金属,该电解反应的化学方程式是。
(5)写出由滤液2转化为Na2Cr2O7溶液应采取的措施是。
(6)向Na2Cr2O7溶液中加入KCl固体,获得K2Cr2O7晶体的操作依次是:
加热浓缩、、过滤、洗涤、干燥。
6.(12分)高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效、多功能水处理剂,且不会造成二次污染。
已知高铁酸盐热稳定性差,工业上用湿法制备高铁酸钾的基本流程如下图所示:
⑴在农业生产中,滤液1可用作。
⑵上述氧化过程中,发生反应的离子方程式是:
,控制反应温度30℃以下的原因是:
。
⑶结晶过程中加入浓KOH溶液的作用是:
。
⑷某温度下,将Cl2通入KOH溶液中,反应后得到KCl、KClO、KClO3的混合溶液,经测定ClO-与ClO3-离子的物质的量之比是1:
2,则Cl2与氢氧化钾反应时,被还原的氯元素和被氧化的氯元素的物质的量之比为。
⑸实验测得铁盐溶液的质量分数、反应时间与K2FeO4产率的实验数据分别如图1、图2所示。
为了获取更多的高铁酸钾,铁盐的质量分数应控制在附近、反应时间应控制在。
7、(16分)电镀废水、废渣的处理和综合利用体现了绿色化学的思想。
Ⅰ.含铬电镀废水的处理可采用以下方法:
(1)电解法。
往废水中加入适量氯化钠,以铁为电极进行电解,电解过程中,阳极的电极反应式为。
(2)沉淀法。
含铬废水中存在平衡:
Cr2O72-+H2O
2CrO42-+2H+。
往废水中加入BaCl2,铬元素转化为铬酸钡(BaCrO4)沉淀,此过程中,还应加入NaOH,理由是
。
Ⅱ.某工厂利用富含镍(Ni)的电镀废渣(含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质)制备NiSO4·6H2O。
其生产流程如下图所示:
(3)步骤①中加入H2SO4后,需充分搅拌的目的是。
(4)溶液C中溶质的主要成分是
(5)Fe(OH)3溶度积表达式Ksp=。
通常条件下,
KSP[Fe(OH)3]=4.0×10-36,用氨水调节溶液的pH约为8.0则理论上计算除杂后溶液中
c(Fe3+)等于___________。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 专题四 化学工艺流程题的突破 专题 化学 工艺流程 突破