化学工艺流程专题

1化学工艺流程专题（2016）化学工艺流程题的解题要领1.常见的化工术语关键词释义研磨、雾化将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分灼烧(煅烧)使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿浸取向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等浸出率固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少酸浸在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程水浸与水接触反应或溶解过滤固体与液体的分离滴定定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定蒸发结晶蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出蒸发浓缩蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度水洗用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等酸作用溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等碱作用去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH、促进水解(沉淀)122.常见的操作与答题常见的操作答题要考虑的角度加过量试剂使反应完全进行(或增大转化率、产率)等加氧化剂氧化某物质，生成目标产物或除去某些离子判断能否加其他要考虑是否引入杂质(或影响产物的纯度)等物质分离、提纯过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作；从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—(洗涤、干燥)提高原子利用率绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用)在空气中或在其要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮他气体中进行的解等目的反应或操作判断沉淀是否洗取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等涤干净①调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)控制溶液的pH②“酸作用”还可除去氧化物(膜)③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)①防止副反应的发生②使化学平衡移动；控制化学反应的方向控制温度③控制固体的溶解与结晶(如趁热过滤能防止某物质降温时析出)④控制反应速率；使催化剂达到最大活性(常用水浴、⑤升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发冰浴或油浴)⑥加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离⑦趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量⑧降温：防止物质高温分解或挥发；降温(或减压)可以减少能源成本，降低对设备的要求①水洗：通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质②“冰水洗涤”：能洗去晶体表面的杂质离子，且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗洗涤晶体③用特定有机试剂清洗晶体：洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度、有利于析出，减少损耗等④洗涤沉淀方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下，重复以上操作2-3次表面处理用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面氧化物、抛光等23如何确定有关工艺流程中的重要物质?【考题呈现】1．(2015·天津高考)废旧印刷电路板是一种电子废弃物，其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下：流程中有三次实现了试剂的循环使用，已用虚线标出两处，第三处的试剂是。循环使用的NH4Cl在反应Ⅰ中的主要作用是。2．(2015·山东高考)毒重石的主要成分为BaCO3(含Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质)，实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下：Ca2+Mg2+Fe3+开始沉淀时的pH11.99.11.9完全沉淀时的pH13.911.13.2已知：Ksp(BaC2O4)=1.67×10-7，Ksp(CaC2O4)=2.3×10-9。加入NH3·H2O调节pH=8可除去(填离子符号)，滤渣Ⅱ中含(填化学式)。加入H2C2O4时应避免过量，原因是。【归纳总结】1．(1)解题策略解题步骤解题策略首尾呼应、1.对照原料和产品，确定核心反应和核心辅料找出主线2.依核心反应，明确流程主线、支线和除杂任务3.以核心辅助原料为准，把流程划分为原料预处理、核心反应和产品分离提纯三个阶段分段剖析、4.依箭头指向，分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用，融通对流程的整体分析明析细节某些暂时琢磨不透的环节，可“跳过去”而“难得糊涂”，如有必要，可“顺藤摸瓜”或带着问题5.回头来进行有针对性的分析由易到难、6.先易后难：先回答与工艺流程非密切相关的问题，确保易拿的分数先拿，增强答题信心变换角度：从基本理论、绿色化学观点、经济角度、安全生产等多角度答题破解答案7.对棘手问题：不忘尝试从题给信息中寻找答案8.34(2)物质判断：主线主产品，副线副产品，回头为循环。2.循环物质的确定3.副产品的判断滤渣、滤液成分的确定要考虑样品中原料和杂质中的每一种成分在每一步与每一种试剂的反应情况：(1)哪些物质(离子)消失了。(2)所加试剂是否过量或离子间发生化学反应又产生了哪些新离子；再考虑这些离子间是否会发生反应。(3)去除主产品和副产品，原料中的相关成分存在于何处。【常见题型】1.化学工艺流程和物质制备5变式1.Na2S2O3·5H2O可作为高效脱氯剂，工业上用硫铁矿（FeS2）为原料制备该物质的流程如下。已知：I．气体A可以使品红溶液褪色，与硫化氢（H2S）混合能获得单质硫。II．pH约为11的条件下，单质硫与亚硫酸盐可以共热生成硫代硫酸盐。回答下列问题：（1）沸腾炉中将粉碎的硫铁矿用空气吹动使之达到“沸腾”状态，其目的是。（2）吸收塔中的原料B可以选用（填字母序号）。A．NaCl溶液B．Na2CO3溶液C．Na2SO4溶液（3）某小组同学用下图装置模拟制备Na2S2O3的过程（加热装置已略去）。①A中使用70%的硫酸比用98%的浓硫酸反应速率快，其原因是。装置B的作用是。②C中制备Na2S2O3发生的连续反应有：Na2S+H2O+SO2=Na2SO3+H2S、和Na2SO3+S=Na2S2O3（4）工程师设计了从硫铁矿获得单质硫的工艺，将粉碎的硫铁矿用过量的稀盐酸浸取，得到单质硫和硫化氢气体，该反应的化学方程式为。答案：(1)使固体与气体充分接触，加快反应速率(2分)(2)B(2分)62.化学工艺流程与实验【典例2】高铁酸钾（K2FeO4）具有很强的氧化性，是一种新型的高效水处理剂。（1）高铁酸钾具有强氧化性的原因是．（2）高铁酸钾是一种理想的水处理剂，其处理水的原理为．（3）制备K2FeO4可以采用干式氧化法或湿式氧化法．①干式氧化的初始反应是2FeSO4+6Na2O2═2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑，该反应中每生成2molNa2FeO4时转移电子mol．②湿式氧化法的流程如图：上述流程中制备Na2FeO4的化学方程式是．（4）高铁电池是正在研制中的可充电电池，图1为该电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出的高铁电池的优点有、．（5）探究高铁酸钾的某种性质．【实验1】将适量K2FeO4固体分别溶解于pH为4.74、7.00、11.50的水溶液中，配得FeO42-浓度为1.0mmol/L（1mmol/L=10-3mol/L）的试样，静置，考察不同初始pH的水溶液对K2FeO4某种性质的影响，结果见图2（注：800min后，三种溶液中高铁酸钾的浓度不再改变）．【实验2】将适量K2FeO4溶解于pH=4.74的水溶液中，配制成FeO42-浓度为0mmol/L的试样，将试样分别置于20℃、30℃、40℃和60℃的恒温水浴中，考察不同温度对K2FeO4某种性质的影响，结果见图2．则①实验1的目的是；②实验2可得出的结论是；③高铁酸钾在水中的反应为4FeO42-+10H2O=4Fe（OH）3+8OH-+3O2↑．由图1可知，800min时，pH=11.50的溶液中高铁酸钾最终浓度比pH=4.74的溶液中高，主要原因是．解：（1）高铁酸钾中的铁是正6价，处于高价态，具有强氧性，故答案为：其中的铁元素为+6价，易得电子；（2）高铁酸钾是具有强氧性，还原产物铁离子水解生成氢氧化铁胶体，吸附杂质的作用，故答案为：高铁酸钾有强氧化性，能杀菌消毒；产生的Fe（OH）3有吸附性，有絮凝作用；（3）①2FeSO4+6Na2O2═2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑，6molNa2O2中12mol的负一价氧，2mol的有变成0价，7还有10mol变成-2价，而铁是正2价变为正6价，所以每生成2molNa2FeO4时转移电子10mol，故答案为：10；②Fe（NO3）3被NaClO氧化成Na2FeO4，故答案为：2Fe（NO3）3+3NaClO+10NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+6NaNO3+5H2O；（4）高铁电池由图2为该电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出的高铁电池的优点有放电时间长，工作电压稳定等优点，故答案为：放电时间长；工作电压稳定；（5）①在其它条件相同的情况下研究在FeO42-不同PH溶液中的稳定性，故答案为：研究在FeO42-不同PH溶液中的稳定性（或反应的速率）；②研究温度改变，FeO42-的稳定性，故答案为：温度越高，FeO42-越不稳定（或与水反应的速率越快）；③用平衡移动的原理解释，pH=11.50的溶液中OH-离子浓度大，使平衡向左移动，故答案为：pH=11.50的溶液中OH-离子浓度大，使平衡向左移动．变式2.氯化亚铜(CuCl)是白色粉末，微溶于水，不溶于乙醇，在空气中会被迅速氧化成绿色碱式盐。从酸性电镀废液(主要含Cu2＋、Fe3＋)中制备氯化亚铜的工艺流程图如下：金属离子含量与混合液pH、CuCl产率与混合液pH的关系图如图。【已知：金属离子浓度为1mol·L－1时，Fe(OH)3开始沉淀和沉淀完全的pH分别为1.4和3.0，Cu(OH)2开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.2和6.7】请回答下列问题：(1)酸浸时发生反应的离子方程式是________；析出CuCl晶体时的最佳pH在________左右。(2)铁粉、氯化钠、硫酸铜在溶液中反应生成CuCl的离子反应方程式为____________________________。(3)析出的CuCl晶体要立即用无水乙醇洗涤，在真空干燥机内于70℃干燥2h、冷却密封包装。70℃真空干燥、密封包装的目的是____________________________________________。8(4)产品滤出时所得滤液的主要分成是________，若想从滤液中获取FeSO4·7H2O晶体，还需要知道的是__________________。(5)若将铁粉换成亚硫酸钠也可得到氯化亚铜，试写出该反应的化学方程式：______________________。为提高CuCl的产率，常在该反应体系中加入稀碱溶液，调节pH至3.5。这样做的目的是。答案：(1)Cu(OH)2＋2H＋=Cu2＋＋2H2O3(2)2Cu2＋＋2Cl－＋Fe=2CuCl↓＋Fe2＋(3)加快乙醇和水的蒸发，防止CuCl被空气氧化(4)Na2SO4和FeSO4不同温度下硫酸钠和硫酸亚铁的溶解度(5)2CuSO4＋Na2SO3＋2NaCl＋H2O=2CuCl↓＋2Na2SO4＋H2SO4OH－中和了反应中的H＋，有利于平衡向右移动，提高CuCl的产率。但当OH－浓度过大时，Cu＋能与OH－结合，生成氢氧化亚铜，从而降低了CuCl的产率(1)酸浸后可得到高浓度的硫酸铜溶液，所以发生的反应为Cu(OH)2＋2H＋=Cu2＋＋2H2O；由图像知当pH＝3时CuCl的产率最高。(4)反应中加入了Na＋，反应后生成了Fe2＋，所以滤液成分为Na2SO4和FeSO4。(5)将铁粉换成Na2SO3，则为＋4价S还原Cu2＋。3.化学工艺流程和电化学典例3.锌是一种应用广泛的金属，目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌。某含锌矿的主要成分为ZnS（还含少量FeS等其他成分），以其为原料冶炼锌的工艺