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(2)酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量,其目的是、。
(3)通氯气氧化后时,发生的主要反应的离子方程式为;
该过程产生的尾气可用碱溶液吸收,尾气中污染空气的气体为(写化学式)。
二、化工流程题型的结构及解题顺序
1.化工流程线路示意图
箭头:
箭头进入的是投料(即反应物)、出去的是生成物(包括主产物和副产物)。
三线:
出线和进线均表示物料流向或操作流程,返回线一般表示物质循环使用。
2.涉及问题
①原料的预处理。
②反应条件的控制(浓度、温度、压强、催化剂、原料配比、pH、溶剂等)。
③反应原理(化学平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡、化学反应速率、反应热、电化学等)。
④物质的分离提纯(过滤、结晶和重结晶、蒸馏、萃取、分液、洗气等)
⑤绿色化学问题(物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分利用)。
⑥化工安全(防污染、防爆、防中毒等)。
⑦产率、纯度计算
三、相关知识储备
1.常见与工业生产有关的化学反应——传统工业不能丢
①工业制粗硅
②制漂白粉
③工业制硫酸
④合成氨工业
⑤工业制硝酸
⑥氯碱工业
⑦工业制玻璃
⑧工业制纯碱
⑨工业制水煤气
⑩工业制Na、Mg、Al等活泼金属
2、工业流程题中常用的关键词
关键词
释义
酸
溶解、去氧化物(膜)、抑制金属离子的水解、除去杂质离子等
碱
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)
控制PH值
促进某离子水解,使其沉淀,利于过滤分离
温度
影响反应速率、化学平衡、溶解度、热稳定性(H2O2、浓HNO3、NaHCO3、铵盐、结晶水)、挥发性、催化剂的活性达到最高、发生副反应等
趁热过滤
防止滤液中溶质析出而损失
蒸发结晶
若溶质稳定,则通过蒸发结晶得到相应晶体(如NaCl)
加热浓缩
冷却结晶
蒸发部分溶剂,提高溶液的浓度,再降温减小溶质的溶解度使其析出。
通常用于受热易分解、带结晶水、易氧化或易水解的溶质。
研磨、雾化
将块状或颗粒状的物质磨成粉末状,或将液体雾化,增大接触面积,提高反应速率,使反应充分进行。
浸取
向固体中加入适量溶剂或溶液,使其中可溶性的物质溶解,包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
灼烧(煅烧)
高温下使固体分解、反应或改变晶体结构
煮沸
促进水解,聚沉后利于过滤分离、除去溶解在溶液中的气体,如氧气
沉淀的洗涤
方法是将沉淀置于过滤器中,加入蒸馏水至浸没沉淀,待水滤完后,重复上述操作2~3次。
(不能用玻璃棒搅拌)
检验沉淀是否洗净
原理是检验沉淀表面是否有滤液成分,应该取最后一次洗涤液,加入合适的试剂,根据现象得出结论。
(实质是滤液中离子的检验)
四、典型例题分析
1.(14分)工业上常回收冶炼锌废渣中的锌(含有ZnO、FeO、Fe2O3、CuO、Al2O3等杂质),并用来生产Zn(NO3)2·
6H2O晶体,其工艺流程为:
有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表:
氢氧化物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
Zn(OH)2
开始沉淀的pH
3.3
1.5
6.5
4.2
5.4
沉淀完全的pH
5.2
3.7
9.7
6.7
8.0
⑴在“酸浸”步骤中,为提高锌的浸出速率,除通入空气“搅拌”外,还可采取的措施是
(要求写两条)。
⑵上述工艺流程中多处涉及“过滤”,实验室中过滤操作需要使用的玻璃仪器有
。
⑶在“除杂I”步骤中,需再加入适量H2O2溶液,H2O2与Fe2+反应的离子方程式为
。
为使Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀完全,而Zn(OH)2不沉淀,应控制溶液的pH范围为。
检验Fe3+是否沉淀完全的实验操是。
⑷加入Zn粉的作用是。
“操作A”的名称是。
16.(12分)KNO3是重要的化工产品,下面是一种已获得专利的KNO3制备方法的主要步骤:
(1)反应Ⅰ中,CaSO4与NH4HCO3的物质的量之比为1︰2,该反应的化学方程式为
。
(2)反应Ⅱ需在干态、加热的条件下进行,加热的目的是;
从反应Ⅳ所得混合物中分离出CaSO4的方法是趁热过滤,趁热过滤的目的是
(3)检验反应Ⅱ所得K2SO4中是否混有KCl的方法是:
取少量K2SO4样品溶解于水,
(4)整个流程中,可循环利用的物质除(NH4)2SO4外,还有(填化学式)。
五、巩固练习
1、(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。
2.(10分)碳酸锶大量用于生产彩色电视显像管的荧光屏玻璃。
工业上常以天青石(主要成分为硫酸锶,含少量硫酸钡、二氧化硅等不溶性杂质)为原料制取碳酸锶。
其工艺流程如下:
(已知:
Ksp(SrSO4)=3.2×
10-7、Ksp(SrCO3)=1.1×
10-10、Ksp(BaSO4)=1.1×
10-10、Ksp(BaCO3)=5.1×
10-9
(1)反应I中需将天青石粉碎,其目的是。
(2)反应I在65~80℃进行,碳酸氢铵的用量大于理论量,其原因可能是。
(3)反应Ⅱ加硫酸的目的是。
(4)反应Ⅲ中除了SrCO3与盐酸反应外,发生的另一反应的离子方程式为。
(5)反应V中生成SrCO3的离子方程式为。
3.硫铁矿烧渣(主要成分Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2等)是工业生产硫酸的废渣,利用硫铁矿烧渣制备铁红等产品的流程如下图所示:
(1)硫铁矿烧渣焙烧时所添加的还原剂最有可能的是。
(填字母)
A.铝B.锌C.碳
(2)酸浸、过滤后滤液中的主要成分是。
(3)反应Ⅰ的反应温度一般需控制在35℃以下,其目的是。
(4)空气中煅烧FeCO3生成产品b的化学反应方程式为。
(5)检验产品a中是否含有氯化物杂质的实验操作是:
取少量产品a于试管中配成溶液,。
4、
(1)传统炼铜的方法主要是火法炼铜,其主要反应为:
在800℃时将黄铜矿在氧气中燃烧2CuFeS2+4O2=Cu2S+3SO2+2FeO(炉渣);
产物Cu2S在1200℃高温下继续反应:
2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2;
2Cu2O+Cu2S=6Cu+2SO2↑;
则由1molCuFeS2生成1molCu,上述共消耗molO2。
在反应2Cu2O+Cu2S=6Cu+2SO2↑中,氧化剂为,当有0.3mol电子转移时,生成SO2的体积为(标准状况)。
(2)近年来,硫化铜矿的湿法冶炼已经取得很大的进展。
现有一种催化氧化酸浸硫化铜矿的湿法冶炼法,其工艺流程如图1所示:
温度、固液比、反应时间、氯离子浓度都对铜的浸出率有较大的影响,下面是实验得出的这几种因素对铜的浸出率影响的变化曲线图(如图2-图5所示)
①写出反应Ⅰ的化学方程式;
该湿法炼铜与火法炼铜相比,优点是。
②从溶液中得到FeSO4·
7H2O的操作是;
实验室常用乙醇洗涤此晶体,优点是。
③根据实验以及工业生产的实际要求,从图2-图5中得出的最佳工艺条件为(从表1中选出)。
反应温度/℃
固液比
c(Cl-)/mol·
L-1
反应时间/h
A
100
1:
5.5
0.7
7
B
95
5
0.8
6
C
110
0.9
8
表1
(3)工业上要得到高纯度的铜,还必须用惰性电极电解生产,若电解200mL1mol·
L-1的硫酸铜溶液,当生成6.4g铜时,溶液的pH=(假设溶液体积没有变化),此时溶液中离子浓度大小顺序为。
【参考答案】
(1)2.5,Cu2O、Cu2S,1.12L;
(2)①2CuS+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O+2S;
污染小,同时得到副产品硫酸亚铁及硫磺,资源得到充分利用。
②蒸发浓缩、冷却结晶、过滤,洗去晶体表面的水和杂质离子,同时减少晶体的损失。
③B
(3)0;
c(SO42-)>
c(H+)>
c(Cu2+)>
c(OH-)
18.⑴复合肥(或化肥)
⑵2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O防止生成的K2FeO4发生分解
⑶增大K+浓度,促进K2FeO4晶体析出
⑷11∶3
⑸30%60min
16.⑴适当升高反应温度(或增大硝酸浓度、将锌废渣粉碎等)(写出一个措施即得2分)
⑵烧杯、玻璃棒、漏斗(2分,漏写一个得1分,漏写两个得0分)
⑶2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O(2分)
5.2~5.4(2分,错一个得1分)
静置片刻,取少量上层清液,滴加KSCN溶液,若不出现血红色,表明Fe3+沉淀完全(2分)
⑷除去溶液中的Cu2+(2分)
冷却结晶(2分)
16.
(1)CaSO4+2NH4HCO3=CaCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑
(2)分离NH4Cl与K2SO4,加快化学反应速率防止KNO3结晶,提高KNO3的产率
(3)加入Ba(NO3)2溶液至不再产生沉淀,静置,向上层清液中滴加AgNO3溶液,若有沉淀生成,说明K2SO4中混有KCl
(4)CaSO4、KNO3
16、(本题10分)
(1)增加反应物的接触面积,提高反应速率,提高原科的利用率。
(2分)
(2)反应中有部分碳酸氢铵会分解。
(3)使碳酸铵、碳酸氢铵转化为硫酸铵(2分)
(4)BaCO3+2H+=Ba2++CO2↑十H2O(2分)
(5)Sr2
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