化工生产流程

第2讲化工生产流程一、常见物质的工业制备方法1.钠、镁、铝的冶炼：常用电解法，如工业上炼铝的化学方程式为______________________________。2.漂白粉的制备：化学方程式为_____________________________________。3.制晶体硅：化学方程式为_____________________________(制得粗硅)。2Al2O3=============4Al+3O2↑通电，Na3AlF6950℃～970℃2Ca(OH)2+2Cl2====CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O2C+SiO2===============Si+2CO↑1600℃～1800℃4.合成氨：化学方程式为_____________________。5.氯碱工业：离子方程式为____________________________。6.接触法制硫酸：FeS2→___→___→H2SO4。高温、高压催化剂N2+3H22NH32Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-通电====SO2SO3二、化工生产中反应条件的控制1.调节溶液的pH：常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀（1）若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入_________________________等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。（2）已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)27.79.8要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+，应先________________________，再调节溶液的____pH____。用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+3.78.32.工业合成氨反应条件的选择（1）压强：加压可_____反应速率，同时可提高N２、H２的转化率。但增压受到动力、设备条件制约，结合实际生产条件，只能适当增压。一般为____________________。（2）温度：生产中既要保证N２、H２的转化率，又要保证较快的反应速率，选择的温度为_______左右，且在该温度时催化剂活性最大，催化效率最高。（3）催化剂：催化剂只改变反应速率，不会影响平衡移动，但使用了催化剂可以使合成氨生产在较低温度下达到较高速率。加快2×107Pa～5×107Pa500℃三、化工生产中常用的分离方法1.除去KNO3中的少量NaCl可用___________________的方法。2.除去NaCl中的少量KNO3可用___________________的方法。3.依据下表信息，要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4，可采用_____方法。蒸发浓缩、冷却结晶蒸发结晶、趁热过滤蒸馏TiCl4SiCl4熔点/℃-25.0-68.8沸点/℃136.457.6一、物质制备类化工生产流程题的必备知识1.熟悉常用的操作方法及其作用（1）对原料进行预处理的常用方法及其作用。①研磨——减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。②水浸——与水接触反应或溶解。③酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。④灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。⑤煅烧——改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土。（2）常用的控制反应条件的方法。①调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：a.能与H+反应，使溶液pH增大；b.不引入新杂质。例如：若要除去Cu2+中混有的Fe3+，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。②控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。③控制压强。改变速率，影响平衡。④使用正催化剂。加快反应速率，缩短达到平衡需要的时间。⑤趁热过滤。防止某些物质降温时析出。⑥冰水洗涤。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。2.熟悉中学化学中出现的重要的化工生产的生产原理、工艺设计原理、相关思想、知识细节等；如工业合成氨、金属的冶炼、海水的开发利用、化石燃料的综合利用等。二、提纯类化工生产流程题的必备知识1.明确常用的提纯方法（1）水溶法：除去可溶性杂质。（2）酸溶法：除去碱性杂质。（3）碱溶法：除去酸性杂质。（4）氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。（5）加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。（6）调节溶液的pH法：如除去酸性铜溶液中的Fe3+等。2.明确常用的分离方法（1）过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。（2）萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。（3）蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。（4）冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。（5）蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。（6）冷却法：利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。3.物质分离、提纯的原则（1）不增：不引入新的杂质。（2）不减：不减少被提纯物。（3）易分离：被提纯物与杂质容易分离。（4）易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成状态。4.物质分离、提纯注意事项（1）除杂试剂需过量。（2）过量试剂需除去。（3）除去多种杂质时要考虑加入试剂的顺序。（4）选择最佳除杂途径。判断下列说法是否正确或完成需填内容化工生产流程题的综合考查高考频次：★★★★1.考查物质的性质（1）有人设计了如下流程，用现有废铜（主要杂质为Fe）来制备胆矾。pH值控制可参考下列数据物质开始沉淀时的pH值完全沉淀时的pH值氢氧化铁2.73.7氢氧化亚铁7.69.6氢氧化铜5.26.4请根据上述流程判断下列选项是否正确①溶解含铁废铜时可用稀硫酸代替浓硫酸（）②Ⅰ中加H2O2的目的是将亚铁离子氧化为铁离子（）③Ⅱ中可以用NaOH溶液来代替Cu2（OH）2CO3调节溶液的pH=3（）分析：①稀硫酸不能溶解单质铜；②由题中信息知，只有将亚铁离子氧化为铁离子才能通过调节溶液的pH将其除去。③Ⅱ中若用NaOH溶液来代替Cu2（OH）2CO3会引入Na+杂质。×√×2.考查实验方法与条件的选择（2）（2012·广东高考）难溶性杂卤石（K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O）属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O（s）2Ca2++2K++Mg2++4S+2H2O24O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：“除杂”环节中，先加入_____溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入_____溶液调滤液pH至中性。分析：根据流程可知除杂之前的滤液中还含有大量Ca2+，所以需要把Ca2+转化为沉淀而除去，结合最终需要K2SO4产品，因而需要加入K2CO3除去Ca2+，加入H2SO4调节滤液的pH。K2CO3H2SO4（3）（2011·江苏高考）以硫铁矿（主要成分为FeS2）为原料制备氯化铁晶体（FeCl3·6H2O）的工艺流程如下：酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是___________________、___________________。提高铁元素的浸出率抑制Fe2+及Fe3+的水解分析：硫铁矿燃烧将产生铁的氧化物，为了提高铁元素的浸出率，抑制Fe2+及Fe3+的水解，让更多的铁转化为氯化铁晶体，应保持盐酸过量。3.考查化学反应原理的相关知识（4）（2011·福建高考)四氯化钛（TiCl4）是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料。由钛铁矿（主要成分是FeTiO3）制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意图如下：回答下列问题：①若把③中制得的固体TiO2·nH2O用酸清洗除去其中的Fe（OH）3杂质，还可制得钛白粉。已知25℃时，Ksp［Fe（OH）3］=2.79×10-39，该温度下反应Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O的平衡常数K=_________。2.79×103②已知：TiO2（s）+2Cl2（g）====TiCl4（l）+O2（g）ΔH=+140kJ·mol-12C（s）+O2（g）====2CO（g）ΔH=-221kJ·mol-1写出④中TiO2和焦炭、氯气反应生成液态TiCl4和CO气体的热化学方程式：____________________________________________________________________TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（s）====TiCl4（l）+2CO（g）ΔH=-81kJ·mol-1分析：①Fe（OH）3在水中存在如下沉淀溶解平衡：Fe（OH）3（s）Fe3+（aq）+3OH-（aq），Ksp［Fe（OH）3］=c（Fe3+）·c3（OH-）=2.79×10-39，Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O，K=②先写出该反应的化学方程式：TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（s）====TiCl4（l）+2CO（g）；将两个热化学方程式相加即得目标方程式，所以ΔH=+140kJ·mol-1-221kJ·mol-1=-81kJ·mol-1。33cFecH（）3339sp33333143W2FeOHcFecOH2.79102.7910c(H)cOHHO110［（）］（）（）。（）［（）］（）KK4.考查流程中的转化关系（5）（2011·广东高考)由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。工艺流程如下：（注：NaCl熔点为801℃；AlCl3在181℃升华）精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为①_______________________和②________________________2Al+Fe2O32Fe+Al2O3高温====4Al+3SiO23Si+2Al2O3高温====分析：铝能置换氧化铁中的铁和石英砂中的硅，发生的反应分别为：2Al+Fe2O32Fe+Al2O3，4Al+3SiO23Si+2Al2O3。高温====高温====5.考查化学计算（6）（2011·安徽高考)MnO2是一种重要的无机功能材料，粗MnO2的提纯是工业生产的重要环节。某研究性学习小组设计了将粗MnO2（含有较多的MnO和MnCO3）样品转化为纯MnO2的实验，其流程如下：若粗MnO2样品的质量为12.69g，第①步反应后，经过滤得到8.7gMnO2，并收集到0.224LCO2（标准状况下），则在第②步反应中至少需要_____molNaClO3。0.02分析：由题意知样品中的MnO和MnCO3质量为12.69g-8.7g=3.99g。由方程式H2SO4+MnCO3====MnSO4+H2O+CO2↑可知MnCO3的物质的量为0.01mol，质量为115g·mol-1×0.01mol=1.15g，所以MnO的质量为3.99g-1.15g=2.84g，其物质的量为=0.04mol，因此与稀硫酸反应时共生成MnSO4的物质的量为0.05mol，根据方程式5MnSO4+2NaClO3+4H2O====5MnO2+Cl2↑+Na2SO4+4H2SO4，可计算出需要NaClO3的物质的量为0.02mol。12.84g71gmol热点考向1以物质的制备与提纯为考查内容【典题训练】1.碳酸钠是造纸、纺织、制革等行业的重要原料。工业碳酸钠(纯度约98%)中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和S等杂质，提纯工艺流程如