化学工艺流程专题.docx

化学工艺流程专题.docx

《化学工艺流程专题.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学工艺流程专题.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

化学工艺流程专题

化学工艺流程题

工业生产流程题取材于真实的、广阔的工业生产和日常生活，问题设计灵活，更有化学味，是落实新课程高考对考生素质和能力要求的具体体现，能够考查学生运用化学反应原

理，综合运用相关知识和科学方法，解决生产、生活和科研中的简单化学实际问题的能力。

正是新课程突出化学是一门实用性、创造性的科学，高考试题更加重视与生产、生活和科研

的紧密联系，化学工艺流程题便成为近年来高考的新亮点和主流题型。

一、解流程题的步骤和方法

1•浏览全题，确定流程目的

获得解题信息。

2•精研局部，明确反应原理

――确定反应机理。

3•细读流程，明确工艺程序

――科学规范解答。

4•分析条件，洞察实际影响

――推敲精准答案

5•应用三大守恒写出陌生方程式，并进行简单计算。

、考查的知识要点：

1.物质性质及其相互转化关系

2•元素及其化合物的重要知识点

3•物质分离和提纯的方法

结晶一一固体物质从溶液中析出的过程（蒸发结晶；蒸发浓缩、冷却结晶）

过滤一一固、液分离蒸馏一一互溶且沸点不同的液、液分离

分液一一互不相溶的液体间的分离

萃取一一用一种溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来。

升华一一将可直接气化的固体分离出来。

盐析一一加无机盐使溶质的溶解度降低而析出

4.电解质溶液基本理论：

弱酸、弱碱的电离、水的电离、盐类水解、沉淀平衡

5•氧化还原反应规律和电化学理论知识

【例1】（2015全国I卷）硼及其化合物在工业上有许多用途。

以铁硼矿（主要成分为

MgB2O・H2O和FesO,还有少量FezQ、FeOCaOAI2O和SiO2等）为原料制备硼酸（WBG）

的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

（1）写出M9B2Q・H2O与硫酸反应的化方程式。

为提高浸出速率,

除适当增加硫酸浓度浓度外，还可采取的措施有（写出两条）。

（2）利用的磁性，可将其从“浸渣”中分离。

“浸渣”中还剩余的物质是

—（化学式）。

（3）“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是。

然后在调节溶液的pH约为5,目

的是。

（4）“粗硼酸”中的主要杂质是（填名称）。

（5）以硼酸为原料可制得硼氢化钠（NaBH），它是有机合成中的重要还原剂，其电

子式为。

（6）单质硼可用于生成具有良抗冲击性能硼钢。

以硼酸和金属镁为原料可制备单

质硼，用化方程式表示制备过程。

【解析】以铁硼矿（主要成分为MgBO•H2O和FeaQ,还有少量FezQ、FeOCaOAI2O和SO等）为原料

△

制备硼酸（HBO）,

（1）MgB2C5・H2。

与硫酸反应的化学方程式MgBzO^20+2^0-2MgSO2HBO。

（2）

由流程可知，加硫酸溶解只有Si02不溶，CaO转化为不溶于水的CaSO,（3）“净化除杂”需先加HQ溶液，将亚铁离子转化为铁离子，调节溶液的pH约为5,使铁离子、铝离子均转化为沉淀，则滤渣为氢氧化铝、

氢氧化铁，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤分离岀H3BC3（4）最后浓缩结晶时硫酸镁易结合水以晶体析岀，

则“粗硼酸”中的主要杂质是七水硫酸镁，故答案为：

七水硫酸镁；

（5）NaBH为离子化合物，含离子键、共价键，其电子式为，故答案为：

ih：

B:

H

.H.

（6）以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼的化学方程式为2HBOBQ+3HO3Mg+

△

B2Q2B+3MgO

⑵Fe3O4;SiO2和CaS04

⑶将Fe2+氧化成Fe3+;使Fe3+和Al3+形成氢氧化物沉淀而除去。

硫酸镁

【例2】用粗锌（含少量杂质铁）与稀硫酸制氢气，其废液中含有大量的硫酸锌。

同学们用

该废液来制取皓钒（ZnSO•7H2O，并探究其性质。

已知：

下列氢氧化物开始生成沉淀到沉淀完全的pH范围分别为:

开始沉淀

沉淀完全

可供选择使用的有：

氯水、

20%的HQ、氨水、NaOH

Fe（OH）3

2.7

3.7

溶液、Zn（OH）2、ZnO

Fe（OH）2

7.6

9.6

Zn（OH）2

5.7

8.0

回答下列问题：

1加入的试剂a，应选用，作用：

。

2加入的试剂b调节pH,可选用或，用离子方程式表示其原理

3有同学提出，应将晶体1加入稀硫酸中溶解，原因是。

4在得到皓矶时，向晶体中加入少量酒精洗涤而不用水的原因是。

（2）探究皓矶的性质

温度（C）

60

240

930

1000

残留固体质量（g）

19.7

16.1

8.1

8.1

5称取28.7gZnSQ•7HO研细后置于坩埚中小心加热，其固体质量与温度的对应数据见上

表•则1000C时皓矶的反应方程式为.

6取少量ZnSCO-7H.O配成溶液向其中逐滴加入NaOH溶液，发现先产生白色沉淀后又逐渐溶

解.查资料得知Zn（OH2具有两性，则Zn（OH2溶于NaOH溶液的离子方程式为：

【解析】

（1）该制备流程首先为除去废液中的Fe杂质，然后得到含Zn2+的溶液，接着，就是结晶，溶解，

结晶，洗涤。

由沉淀PH范围可知，把Fe2+氧化成Fe3+，更方便除杂。

加入试剂b调节pH,选用既可以达

到这目的的，也要满足能不带进杂质。

ZnSO能够水解，故加入稀硫酸，利用同离子效应可以抑制水解，防

止产生Zn（OH）2杂质。

（2）⑤ZnSQ・7HO加热到1000C时所的固体的质量为8.1g，加热到60°会将所有的结晶水佥加mm心m失去，到1000c时硫酸锌已经分解为氧化锌、三氧化硫，

故答案为:

10003c

S1S0L-THiC=====ZrC-ga1-HfeO1

⑥向硫酸锌中逐滴加入NaOH溶液，发现先产生白色沉淀氢氧化锌，然后又逐渐溶解在氢氧化钠中，发生的

化学反应为；Zn（OH2+2OH=ZnQ2-+2HO，故答案为：

Zn（OH2+20卡ZnQ2-+2HO

（l［①20%的HO;Fe2+氧化为Fe3+，方便除杂②ZnO或Zn（OH）2；Fe3++3I4^^^Fe（OH）3+3HZnO+2H+=

Zn2++HO。

③稀硫酸可抑制ZnSQ的水解，防止产生Zn（OH）2杂质④防止晶体溶解，减少损失。

（2［⑤u.I；二:

-；；：

:

■■⑥Zn（OH2+2OH=ZnQ2-+2HO。

【强化练习】

1.以富含硫酸亚铁的工业废液为原料生产氧化铁的工艺如下（部分操作和条件略）

I.从废液中提纯并结晶出FeSQ•7甩0。

n.将FeSQ•7fQ配制成溶液。

川.FeSQ4溶液与稍过量的NHHCQ溶液混合，得到含FeCQ的浊液。

IV.将浊液过滤，用90C热水洗涤沉淀，干燥后得到FeCQ固体。

V.煅烧FeCQ,得到FaQ固体。

已知：

NHHCQ在热水中分解。

（1）1中，加足量的铁屑除去废液中的Fe3+,该反应的离子方程式是

（2）n中，需加一定量硫酸。

运用化学平衡原理简述硫酸的作用。

（3）川中，生成FeCQ的离子方程式是。

若FeCQ浊液长时间暴露在空气中，

会有部分固体表面变为红褐色，该变化的化学方程式是。

（4）“中，通过检验sq2-来判断沉淀是否洗涤干净。

检验sq2-的操作是

（5）已知煅烧FeCQ的化学方程式是4FeCQ+Q'2Fe2Q+4CQ。

现煅烧464.0kg的FeCQ,得到316.8kg产品。

若产品中杂质只有FeQ则该产品中FezQ的质量是kg。

（摩

尔质量/g•mol-1:

FeCQ3116;Fe2Q3160;FeQ72）

（1）Fe+2Fe3+=3Fe2+

（2）加入硫酸，H+浓度增大，使Fe2++2H2。

Fe（QH）2+2H+的平衡向逆

反应方向移动，从而抑制FeSQ的水解（3）Fe2++2HCQ-=FeCOsJ*CQ2T+H2Q4FeCQ3+6H2。

+。

2

=4Fe（QH）3J+4CQ2

（4）取少量洗涤后的滤液放入试管中，滴加酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则沉淀洗涤干净（5）

288.0

2.四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。

用钛铁矿渣（主要成分为TiQ2、FeOFezQ，Ti

的最高化合价为+4）作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下:

一一i

1

钛诙矿渣

1

f

.A:

reb^7n2O

血備II

1

—・

请回答下列问题

（1）硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是。

（2）向滤液I中加入铁粉，发生反应的离子方程式为：

（3）

pH达0.5，钛盐开始水解。

水

钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉

。

过

在实际生产过程中，向沸水中加入滤液川，使混合液解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间,淀。

请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用：

滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、

、、（填化学式），减少废物排放。

（4）A可用于生产红色颜料（Fe2Q）,其方法是：

将556akgA（摩尔质量为278g/mol）溶于水中，加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；再向

红褐色胶体中加入3336bkgA和112ckg铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完成后，有大量FaO附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料。

若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料

kg。

（1）厂二-？

茫.矩j…（或「「兀乞2一一芦门

（2）my-二•:

左"；-f，”磴■■<■•込•T

（3）加水促进钛盐水解，加热促进钛盐水解，降低H■浓度促进钛盐水解；；■■--

（4）li…；-二一：

-M八

3.钡盐行业生产中排出大量的钡泥［主要含有BaCO、BaSiQ、BaSO>Ba（FeO2）2等］。

某

主要生产BaCl2、BaCO、BaSQ的化工厂利用钡泥制取Ba（NO）2，其部分工艺流程如下：

刨邂一［車爲嘉11废釐

（1）酸溶后溶液的pH=1,Ba（FeO2）2与HNO反应的化学方程式为。

（2）酸溶时通常控制反应温度不超过70C,且不使用浓硝酸，原因是。

（3）该厂结合本厂实际，选用的X为（填化学式）；中和I使溶液中（填

离子符号）的浓度减小（中和I引起的溶液体积变化可忽略）。

（4）上述流程中洗涤的目的是。

⑴Ba（FeO2）2+8HN0=Ba（NO）2十2Fe（NQ）3+4HO

（2）防止反应速率过快、浓HNQ易挥发、分解

（3）BaCO；Fe3+、H（4）减少废渣中可溶性钡盐对环境的污染

4.

CO从溶液中提

最近科学家提出“绿色自由”构想：

把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把

取出来，经化学反应后使空气中的CQ转变为可再生燃料甲醇。

“绿色自由”构想技术流程

应的物质是■

（2）在合成塔中，若有2.2kgCO2与足量恰好完全反应，生成气态的水和甲醇，可放出

2473.5kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式。

（3［①从平衡移动原理分析，低温有利于原料气的转化，而实际生产中采用300C的温度,

原因之一是考虑到催化剂的催化活性，原因之二是。

2“绿色自由”构想技术流程中常包括物质和能量的“循环利用”，上述流程中能体现“循

环利用”的除碳酸钾溶液外，还包括•

3下列措施中能使n（CHOH/n（CO）增大的是•

A.升高温度B•充入He（g），使体系压强增大

C.将HO（g）从体系中分离D.再充入ImoICQ和3molf

（3）甲醇可制作燃料电池.写出以氢氧化钾为电解质的甲醇燃料电池负极反应式.当

电子转移的物质的量为时，参加反应的氧气的体积是6.72L（标准状况下）.

（4）常温下，0.1mol/LKHCO溶液的pH大于8，则溶液中各种离子浓度由大到小的顺序

为：

.

（1）CO（g）+3H（g）—CHOH（g）+HO（g）AH=-49.47kJ?

mol-1;

（2）考虑到催化剂的催化活性，加快反应速率；②高温水蒸气；③CD

（3）CHOH+8OH6e-—CO2-+6HO;1.2mol;

（4）c（k）>c（HCO）>c（OH）>c（H+）>c（CO2-）.

5.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

（1）上述氧化过程中，发生反应的离子方程式是：

控制反应温度30C以下的原因

是：

.

（2）上述工艺得到的高铁酸钾常含有杂质，可用重结晶提纯。

操作是：

将粗产品用稀氢氧

阳1鹹#肘质童介*f舟氏中口产半的兴乐

国i慮应时洶对K^FeOx产屮旳关果

化钾溶液溶解，然后加入饱和氢氧化钾，冷却结晶结晶过程中加入浓KOH溶液的作用是:

反应时间应控制在

⑷某温度下，将CI2通入KOH溶液中，反应后得到KCI、KCIOKCIO3的混合溶液，经测定

CIO-与CIO3-离子的物质的量之比是a：

b,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•

答案

（1）2Fe（OH）3+3CIO「+4OH「===2FeO4「+3CI「+5耳O;防止生成的K2FeQ发生分解

（2）增大K+,促进K2FeQ4晶体析出（3）30%60min（4）（a+5b）/（a+b）

6.硅是信息产业、太阳能电池光电转化的基础材料。

因此硅的制备非常重要。

我国目前制

备多晶硅主要采用三氯氢硅氢还原法、硅烷热解法和四氯化硅氢还原法。

I.三氯氢硅氢还原法具有一定优点，被广泛应用。

其简化的工艺流程如下图所示：

（1）制备三氯氢硅的反应为：

Si（s）+3HCI（g）=SiHCI3（g）+H2（g）△H=-210kJ•mol-。

1

伴随的副反应有：

Si（s）+4HCI（g）=SiCI4（g）+2H2（g）△H=-241kJ•mol-。

SiCI4在一定条件下与H2反应可转化为SiHCl3，反应的热化学方程式为SiCI4（g）+H2（g）=SiH

Cl3（g）+HCI（g）△H=。

⑵由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式为。

该生产工艺中可以循环使用

的物质是（至少写出两种）。

II.锌还原四氯化硅是一种有着良好应用前景的制备硅的方法，该制备过程示意图如下：

（3）整个生产过程必须严格控制无水无氧。

①SiCI4遇水剧烈水解生成SiO2和一种酸，反应

方程式为。

②干燥CI2时从有利于充分干燥和操作安全的角度考

虑，需将约90C的潮湿氯气先冷却至12C,然后再通入浓H2SQ中。

冷却的作用是

（4）Zn还原SiCI4的反应如下：

反应①：

400C-

-756C，

SiCI4（g）+2Zn（i）

—Si（S）+2ZnCI2（l）

△Hi<0

反应②：

756C-

-907C，

SiCI4（g）+2Zn（l）—

—Si（S）+2ZnCl2（g）

△H2<0

反应③：

907C-

〜1410C，

SiCI4（g）+2Zn（g）

Si（S）+2ZnCl2（g）

△H<0

i.反应②的平衡常数表达式为。

ii.对于上述三个反应，下列说明合理的是。

a.升高温度会提高SiCI4的转化率b.还原过程需在无氧的气氛中进行

c.增大压强能提高反应速率d.Na、Mg可以代替Zn还原SiCI4

iii•用硅制作太阳能电池时，为减弱光在硅表面的反射，可用化学腐蚀法在其表面形成粗

糙的多孔硅层。

腐蚀剂常用稀HNQ和HF的混合液。

硅表面首先形成SiO2,最后转化成H2SiF6。

用化学方程式表示SiO2转化为H2SiF6的过程。

实际

制备过程选择“反应③”，选择的理由是。

III.由于SiH4具有易提纯的特点，因此硅烷热分解法是制备高纯硅很有发展潜力的方法。

工业上广泛采用的合成硅烷方法是让硅化镁和同体氯化铵在液氨介质中反应得到硅烷.化学

方程式是;整个制备过程必须严格控制无水，否则反应将不能生成硅烷，而是

生成硅酸和氢气等，其化学方程式为;整个系统还必须与氧隔绝，其原因是__。

答案l.

（1）+31kJ•mol-1

（2）SiHCI3「厂'+HSi+3HCI;HCI、H、SiHCI3、SiCI4等.

II.

（1）还原剂

（2）2NaCI+fO电解2NaOH+C2lf+Hf（3［①SiCI4+2HOS

iO2+4HCI②使水蒸气冷凝，减少进入浓硫酸的水，保持浓硫酸持续的吸水性，同时降低放出的热量（4）

i.K=WiClJii.bcdiii.SiO2+6HF=fSiF6+2HO温度高，反应速率快；与前两个反应比

较，更易于使硅分离，使化学平衡向右移动，提高转化率。

III•MgSi+4NI4CI=SiH4f+2MgCb+4NHf;MgSi+4NH4CI+3H2O=2MgC2+HSiO3+4NHf+4Hf;由于硅烷

在空气中易燃，浓度高时容易发生爆炸

7.红矶钠是重要的基本化工原料，在印染工业、电镀工业和皮革工业中作助剂，在化学工业

和制药工业中也用作氧化剂，应用领域十分广泛.实验室中红矶钠可用铬铁矿利用以下过程

来制取.

II浸取

皿——■Na3CrO4i^^

1步骤I中反应的化学方程式为:

4FeO・Cr2Q（s）+8N&CG（s）+7Q——8N&CrO4（s）+2Fe2Q（s）+8CO,在常温下该反应速率极慢，下列措施中不能使反应速率增大的是。

A、升高温度B、将原料粉碎C、增加纯碱的用量D通入过量的空气

2步骤n中所得溶液显碱性，其中除含有NazCrQ外，还含有铝、硅元素的化合物，它们的

化学式可能是。

3步骤川需将溶液的pH调至7〜8并煮沸，其目的是。

4步骤W中发生反应的离子方程式为。

（2）将红矶钠与KCl固体按1:

2（物质的量之比）混合溶于水后经适当操作可得到KzCaG

晶体。

请填写表中空格，完成上述过程

序号

实验步骤

简述实验操作（不必叙述如何组装实验装置）

①

溶解

将混合物放入烧杯中、加水、充分搅拌直到固体不能溶解

②

③

④

⑤

过滤、干燥

得到KaCr2C7晶体

①C②NaAICb、NstSiOa③除去AIO2「、SiO/「等杂质④2CrQ2「+2H+===Cr2O2「+HO

序号

实验步骤

简单实验操作

②

蒸发

将所得溶液转移至蒸发皿中，加热蒸发溶液，使

NaCI结晶析出

③

过滤

趁热过滤，将NaCI晶体与溶液分离

④

冷却、结晶

冷却滤液使K2Cr2C7结晶析出