届高三化学通用版二轮复习教案专题3 突破点14 无机化工工艺流程Word文档格式.docx
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通常是为了除去水溶性杂质,适用于不溶于水的固体物质或液体物质的洗涤。
冰水洗涤:
通常是为了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。
有机物(乙醇)洗涤:
通常是为了减少晶体在洗涤过程中的溶解损失,便于固体的干燥。
提炼2化工工艺流程中条件控制
1.调节溶液的pH
其目的主要是:
防止“某离子”的水解,防止“某离子”的沉淀,确保“某离子”完全沉淀,防止“某些物质”的溶解等。
调节pH所需的物质一般应满足两点:
①能与H+(或OH-)反应,使溶液的pH增大(或减小);
②不引入新的杂质。
2.控制温度
(1)升温:
加快反应速率,加速某固体的溶解,促进平衡向吸热方向移动,使某些物质汽化或升华,防止堵塞导管等。
(2)降温:
防止某物质在高温时分解、挥发、升华或促进平衡向放热方向移动。
3.控制压强
改变反应速率,影响化学平衡。
4.趁热过滤
过滤是为了得到产品或除去杂质,在除杂时,有些产品在温度较低时会结晶析出,从而混在杂质中,造成损失,故“趁热”是为了让产品溶解,防止其结晶析出,因此趁热过滤的目的可从两方面回答:
一是提高纯度,二是减少结晶损失。
5.加入物质
①加碱:
去油污,去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅等。
②加沸石或碎瓷片:
防止液体暴沸。
③加有机溶剂:
萃取某些物质,或降低某些物质的溶解度。
提炼3化工工艺流程中常涉及的化学反应原理和化学思想
1.沉淀溶解平衡的相关应用
形成沉淀时所需某种离子的最小浓度、沉淀转化的条件。
2.反应速率及化学平衡理论在实际生产中的应用
反应速率控制、化学平衡移动、化学平衡常数的应用、反应条件的控制。
3.氧化还原反应规律
强弱律、守恒律、优先律。
4.盐类水解的具体应用
水解规律和水解反应的控制(抑制或促进)。
5.绿色化学思想
物质的循环使用、副产物的回收利用、“三废”处理。
回访1(2019·
全国丙卷)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。
从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。
废钒催化剂的主要成分为:
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:
回答下列问题:
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO
,反应的离子方程式为_______________,
同时V2O4转化成VO2+。
“废渣1”的主要成分是________。
(2)“氧化”中欲使3mol的VO2+变为VO
,则需要氧化剂KClO3至少为________mol。
(3)“中和”作用之一是使钒以V4O
形式存在于溶液中。
“废渣2”中含有________。
(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为:
4ROH+V4O
R4V4O12+4OH-(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。
为了提高洗脱效率,淋洗液应该呈________性(填“酸”、“碱”或“中”)。
(5)“流出液”中阳离子最多的是________。
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学方程式:
___________________________。
[解析]
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO
,V2O5、VO
中V元素均显+5价,V元素化合价不变,则该反应是非氧化还原反应,结合溶液的酸碱性及元素守恒写出离子方程式:
V2O5+2H+===2VO
+H2O。
废钒催化剂中除SiO2外,其余物质均与稀硫酸反应生成易溶于水的盐,则“废渣1”的主要成分是二氧化硅。
(2)“氧化”中使3mol的VO2+变为VO
,转移电子的物质的量为3mol×
(5-4)=3mol;
氧化剂KClO3被还原为KCl,Cl元素由+5价降低到-1价,根据电子守恒可知,需要KClO3的物质的量至少为
=0.5mol。
(3)由图可知,加入KOH中和后产生废渣2,而“中和”作用之一是使钒以V4O
形式存在于溶液中,后续操作中未进行除杂操作,显然该过程中还生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀,从而除去Fe3+、Al3+,故“废渣2”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3。
(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH+V4O
为了提高洗脱效率,应增加溶液中c(OH-),使平衡逆向移动,故淋洗液应该呈碱性。
(5)“氧化”和“中和”操作中分别加入KClO3、KOH,而“离子交换”过程中,消耗V4O
同时生成OH-,而阳离子未参与离子交换,故“流出液”中阳离子最多的是K+。
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,“煅烧”过程中生成V2O5,考虑铵盐的不稳定性,还应生成NH3和H2O,结合元素守恒写出化学方程式:
2NH4VO3
V2O5+H2O+2NH3↑。
[答案]
(1)V2O5+2H+===2VO
+H2OSiO2
(2)0.5(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)碱(5)K+(6)2NH4VO3
V2O5+H2O+2NH3↑
回访2(2019·
全国卷Ⅰ)硼及其化合物在工业上有许多用途。
以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·
H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如下所示:
(1)写出Mg2B2O5·
H2O与硫酸反应的化学方程式:
______________________________________________________________。
为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,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________(写化学式)。
(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是________。
然后再调节溶液的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(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为________。
(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。
以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程:
___________________。
[解析]
(1)盐跟酸反应生成新盐和新酸,据此可写出Mg2B2O5·
Mg2B2O5·
H2O+2H2SO4
2MgSO4+2H3BO3。
可采取升高温度、将矿石粉碎增大接触面积或搅拌等措施,以提高浸出速率。
(2)Fe3O4具有磁性。
“浸渣”中除含Fe3O4外,还含有与H2SO4不反应的SiO2,以及CaO与H2SO4反应生成的微溶物CaSO4。
(3)硫酸浸出后的滤液中,含有的主要物质有MgSO4、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3、H3BO3等,H2O2具有氧化性,因此加入H2O2溶液可将其中的Fe2+氧化为Fe3+。
由工艺流程图可知,最后过滤得到含镁盐母液,因此调节溶液的pH约为5,可使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀、Al3+转化为Al(OH)3沉淀。
(4)由(3)分析及最后过滤得到含镁盐母液,可知粗硼酸中的主要杂质应为硫酸镁。
(5)NaBH4是一种离子化合物,由Na+与[BH4]-构成,其电子式为
。
(6)以H3BO3与Mg为原料可制备单质B,根据反应物的性质结合质量守恒定律可知,其制备过程中反应的化学方程式为2H3BO3
B2O3+3H2O,B2O3+3Mg
3MgO+2B。
[答案]
(1)Mg2B2O5·
2H3BO3+2MgSO4提高反应温度、将矿石粉碎
(2)Fe3O4SiO2和CaSO4
(3)将Fe2+氧化成Fe3+使Fe3+与Al3+形成氢氧化物沉淀而除去
(4)(七水)硫酸镁
(5)
(6)2H3BO3
B2O3+3H2O、B2O3+3Mg
2B+3MgO
回访3(2019·
新课标全国卷Ⅱ)氧化锌为白色粉末,可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。
纯化工业级氧化锌[含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等杂质]的流程如下:
提示:
在本实验条件下,Ni(Ⅱ)不能被氧化;
高锰酸钾的还原产物是MnO2。
(1)反应②中除掉的杂质离子是______,发生反应的离子方程式为______;
在加高锰酸钾溶液前,若pH较低,对除杂的影响是__________________。
(2)反应③的反应类型为________,过滤得到的滤渣中,除了过量的锌外还有________。
(3)反应④形成的沉淀要用水洗,检验沉淀是否洗涤干净的方法是_______。
(4)反应④中产物的成分可能是ZnCO3·
xZn(OH)2。
取干燥后的滤饼11.2g,煅烧后可得到产品8.1g,则x等于________。
[解析]从分析整个流程图入手,明确每步发生的反应,从而解决相关问题。
(1)在反应②中,通过调节溶液的pH,高锰酸钾能将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,将Mn2+氧化为MnO2而除去;
若开始溶液的pH过低,Fe2+、Mn2+将很难生成沉淀而除去。
(2)第一次过滤后的滤液中含有的阳离子有Zn2+、Ni2+、H+等,加入锌后可将Ni置换出来,故滤渣中还含有金属镍。
(3)反应④生成的沉淀为ZnCO3,同时生成Na2SO4,若沉淀未洗涤干净,洗涤液中应含有SO
和Na+,故只要对洗涤液中是否含有SO
进行检验即可。
(4)煅烧过程中ZnCO3、Zn(OH)2均发生分解反应生成ZnO,根据关系式ZnCO3·
xZn(OH)2~(x+1)ZnO,可得
=
,故x=1。
[答案]
(1)Fe2+和Mn2+MnO
+3Fe2++7H2O===3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+,2MnO
+3Mn2++2H2O===5MnO2↓+4H+铁离子和锰离子不能生成沉淀,从而无法除去铁和锰杂质
(2)置换反应镍
(3)取少量水洗液于试管中,滴入1~2滴稀硝酸,再滴入硝酸钡溶液,若无白色沉淀生成,则说明沉淀已经洗涤干净(4)1
[题型分析]工艺流程题一般分题干、流程图和问题三部分。
题干一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品);
流程图主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来;
问题部分主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置成系列问题。
[典型例题](名师押题)硫酸锌是一种重要的工业原料,广泛用于农业、化工、电镀、水处理等行业。
用炼锌厂废渣(含ZnO、FeO、CuO)回收生产一水硫酸锌的工艺流程如图所示:
已知:
某温度下,Ksp[Zn(OH)2]=1.2×
10-17,
Ksp[Fe(OH)2]=8.0×
10-16,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×
10-38。
(1)酸浸时,为提高浸出速率,可采取的措施是____________(填两种)。
(2)氧化、中和时,需要用NaOH溶液调节pH为4.5~5.0,原因是______。
(3)氧化、中和时用漂白粉作氧化剂,此时发生反应的化学方程式
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