第一讲工艺流程

化学工艺流程（1）解题思路无机工艺流程题考虑的问题主要有以下几方面：一是选择将原料转化为产品的生产原理；二是除杂并分离提纯产品；三是提高产量和产率；四是减少污染，注意环保，发展“绿色化学”；五是考虑原料的来源丰富和经济成本；六是生产设备简单，生产工艺简便等。命题者围绕以上几方面设问，我们的解题思路是：①从生产目的(标)出发，读懂框图(流程)。解答时要看框内，看框外，里外结合；边分析，边思考，易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。②分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：A.反应物是什么，B.发生了什么反应，C.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了获得产品。③从问题中获取信息，帮助解题，了解流程后着手答题。对反应条件的分析可从以下几个方面着手：对反应速率有何影响、对平衡转化率有何影响、对综合生产效益有何影响(如可以从原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护等方面考虑)。（2）知识贮备①熟练掌握元素化合物的性质首先抓住物质类别的通性和具体物质的特性．其次分析物质所含元素化合价的可变性(即物质的氧化性和还原性)】，判断哪些物质之间能发生反应，生成物是什么。②控制反应条件的方法蒸发、反应时的气体氛围；控制溶液的酸碱度使某些金属离子形成氢氧化物沉淀(大部分利用水解原理)。如Mg2+、Fe3+、Al3+的混合物分离，通常采用调节溶液的pH除去杂质达到提纯目的。在这过程中要选择合适的试剂．不要引入新杂质。③熟练掌握分离、提纯的实验技能，如溶解、过滤、蒸馏、结晶、重结晶等，明确结晶的几种方法。工业生产中。往往是从多种溶质或一种溶质的溶液中提取目标固体产物。需要用到结晶工艺。当溶液是单一溶质时：最后所得晶体不带结晶水(如NaCl、KNO3)；蒸发浓缩(至有晶膜出现)、冷却结晶、过滤．最后所得晶体带结晶水(如CuSO4·5H2O、摩尔盐)。当溶液中有两种或以上溶质时。经浓缩蒸发，其中溶解度最小、受温度影响最大的溶质。被趁热过滤成滤渣．而滤液中溶解度最小的溶质是饱和溶液。然后冷却结晶。过滤，得另一溶质(溶解度最大、受温度影响最大的溶质)。④熟练掌握中学化学中重要的化工生产原理和化工生产中的一些常用名词浸出：固体加入水或酸溶解得到离子。浸出率：加酸使矿石溶解后。离子在溶液中的含量多少。酸浸：是指在酸溶液中反应使可溶金属离子进入溶液。不溶物通过过滤除去。水浸：与水接触反应或溶解，也可能离子发生了水解反应。水洗：通常是为了除去水溶性的杂质。酸洗：通常指清洁金属表面的一种方法。是电镀、搪瓷、轧制等工艺的前处理或中间处理步骤。即将制件浸入硫酸等酸的水溶液．以除去金属表面的氧化物等薄膜。(2)实验条件的控制和目的①调节溶液的pH值：使某些离子转变为沉淀而达到分离的目的，抑制某些离子的水解，防止某些离子的氧化等。在题目中常以表格形式给出信息。②控制体系的温度a．控制低温：防止物质的分解，如NaHCO3、NH4HCO3、H2O2、HNO3(浓)等；防止物质的挥发，如盐酸、醋酸等；抑制物质的水解，如冰水洗涤，以防止洗涤过程中的溶解损耗；增大气体反应物的溶解度，使其被充分吸收。b．采取加热：加速某固体的溶解，加快反应速率；减少气体生成物的溶解并使其逸出；使平衡向需要的方向移动；趁热过滤，防止某物质降温时因析出而损耗或带入新的杂质。c．控制范围：确保催化剂的催化效果，兼顾速率和转化率，追求更好的经济效益，防止副反应发生等。(3)物质分离或提纯常用的化学方法①溶解法：利用特殊溶剂把杂质溶解而除去，如Fe(Al)可用过量的NaOH溶液而除去Al，CO2(HCl、H2O)先通过饱和食盐水，再通过浓H2SO4。②沉淀法：a.加合适的沉淀剂(要使杂质离子充分沉淀，加入的沉淀剂必须过量，且在后续步骤中易除去)。b.调节溶液的酸碱性。③洗涤法：a.水洗，b.冰水洗，c.有机溶剂洗，其目的是：洗去目标物表面的杂质离子；减少目标物的溶解损耗或增大有机杂质的溶解量；防止目标物形成结晶水合物；使晶体快速干燥。(4)可循环物质的判断①流程图中回头箭头的物质②生产流程中后面新生成或新分离的物质(不要忽视结晶后的母液)，可能是前面某一步反应的相关物质。⑤熟练掌握化学计算的方法技巧，如守恒法、关系式法、差量法等。1．某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质)制取七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)，设计了如下流程：下列说法不正确．．．的是（）A．溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉B．固体1中一定含有SiO2，控制pH是为了使Al3+转化为Al(OH)3，进入固体2C．从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解D．若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO4·7H2O2．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：NaOH溶液控制pH试剂X足量酸烧渣固体1溶液2固体2FeSO4·7H2O溶液1回答下列问题：（1）反应Ⅰ是将Cu转化为Cu(NH3)42+，反应中H2O2的作用是。写出操作①的名称：。（2）反应II是铜氨溶液中的Cu(NH3)42+与有机物RH反应，写出该反应的离子方程式：______________________________________。操作②用到的主要仪器名称为，其目的是（填序号）。a．富集铜元素b．使铜元素与水溶液中的物质分离c．增加Cu2＋在水中的溶解度（3）反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和。若操作③使用右图装置，图中存在的错误是。（4）操作④以石墨作电极电解CuSO4溶液。阴极析出铜，阳极产物是。操作⑤由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是。（5）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________________。3．为了保护环境，充分利用资源，某研究小组通过如下简化流程，将工业制硫酸的硫铁矿烧渣（铁主要以Fe2O3存在）转变成重要的化工原料FeSO4（反应条件略）。活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为：FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4，不考虑其他反应。请回答下列问题：（1）第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是。（2）检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原，应选择（填字母编号）。A．KMnO4溶液B．K3[Fe(CN)6]溶液C．KSCN溶液（3）第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右，然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5.2，此时Fe2+不沉淀，滤液中铝、硅杂质除尽。通入空气引起溶液pH降低的原因是。（4）FeSO4可转化为FeCO3，FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。已知25℃，101kPa时：4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s)H=-1648kJ/molC(s)+O2(g)=CO2(g)H=-393kJ/mol2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)=2FeCO3(s)H=-1480kJ/molFeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是。（5）FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li+FeS2=Fe+2Li2S，正极反应式是。（6）假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3，其含量为50%。将akg质量分数为b%的硫酸加入到ckg烧渣中浸取，铁的浸取率为96%，其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。按上述流程，第Ⅲ步应加入FeCO3kg。4．毒重石的主要成分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:（1）毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是。实验室用37%的盐酸配置15%的盐酸，除量筒外还需使用下列仪器中的。a．烧杯b．容量瓶c．玻璃棒d．滴定管（2）Ca2+Mg2+Fe3+开始沉淀时的pH11.99.11.9完全沉淀时的pH13.911.13.2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。已知：Ksp（BaC2O4）=1.6×10-7，Ksp（CaC2O4）=2.3×10-9（3）利用简洁酸碱滴定法可测定Ba2+的含量，实验分两步进行。已知：2CrO42—+2H+=Cr2O72—+H20Ba2++CrO42—=BaCrO4↓步骤Ⅰ移取xml一定浓度的Na2CrO4溶液与锥形瓶中，加入酸碱指示剂，用bmol·L－1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸体积为V0mL。步骤Ⅱ：移取ymLBaCl2溶液于锥形瓶中，加入xmL与步骤Ⅰ相同浓度的Na2CrO4溶液，待Ba2+完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用bmol·L－1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V1mL。滴加盐酸标准液时应用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的（填“上方”或“下方”）。BaCl2溶液的浓度为mol·L－1，若步骤Ⅱ中滴加盐酸时有少量待测液溅出，Ba2+浓度测量值将（填“偏大”或“偏小”）。5．无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。（1）氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体，其反应的离子方程式为。（2）工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，含有Fe2O3、SiO2等杂质）制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下：已知：NaBH4（s）Na2SiO3（s）物质SiCl4AlCl3FeCl3FeCl2沸点/℃57.6180（升华）300（升华）1023①步骤Ⅰ中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多，其作用是（只要求写出一种）。②步骤Ⅱ中若不通入氯气和氧气，则反应生成相对原子质量比硅大的单质是。③已知：Al2O3(s)+3C(s)=2Al(s)+3CO(g)ΔH1=+1344.1kJ·mol-12AlCl3(g)=2Al(s)+3Cl2(g)ΔH2=+1169.2kJ·mol-1由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为。④步骤Ⅲ经冷却至室温后，气体用足量的NaOH冷溶液吸收，生成的盐主要有3种，其化学式分别为________。⑤结合流程及相关数据分析，步骤Ⅴ中加入铝粉的目的是。6．硼氢化钠（NaBH4）在化工等领域具有重要的应用价值，某研究小组采用偏硼酸钠NaBO2为主要原料制备NaBH4，其流程如下：已知：NaBH4常温下能与水反应，可溶于异丙酸（沸点：13℃）。NaBO2（s）SiO2（s）Na（s）H2（g）NaBH4（s）Na2SiO3（s）Na2SiO3（s）溶液异丙酸（l）NaBH4（s）循环使用①③②（1）在第①步反应加料之前，需要将反应器加热至100℃以上并通入氩气，该操作的目的是_____，原料中的金属钠通常保存在____中，实验室取用少量金属钠需要用到的实验用品有_____，_____，玻璃片和小刀等。（2）请配平第①步反应的化学方程式：□NaBO2+□SiO2+□Na+□H2==□NaBH4+□Na2SiO3（3）第②步分离采用的方法是______；第③步分离（NaBH4）并回收溶剂，采用的方法是______。（4）NaBH4（s）与水（l）反应生成NaBO2（s）和氢气（g），在25℃，101KPa下，已知每消耗3.8克NaBH4（s）放热21.6KJ，该反应的热化学方程式是_______。7．七铝十二钙（12CaO·7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料，用白云石（主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下：（1）煅粉主要含MgO和，用适量的NH4NO3溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶，若溶液I中c(Mg2+)小于5×10-6mol·L-1,则溶液pH大于（Mg