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高考化学解题模板工艺流程题
高考化学工艺流程题解题模板
原料预处理的各种方法
1、粉碎或研磨:
增大固液(或固气或固固)接触面积,加快反应(溶解)速率,增大原料的转化率(或浸取率)。
2、煅烧或灼烧:
不易转化的物质转为容易提取的物质;其他矿转化为氧化物;除去有机物;除去热不稳定的杂质
3、酸浸:
溶解、去氧化物(膜)、调节pH促进水解(沉淀)
4、碱溶:
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)
例题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)的工艺流程如图所
回答下列问题:
(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浓度外,还可采取的措施有_________(写出两条)
【对点练习】
1、步骤I前,
-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是
2.MgSO4·7H2O可用于造纸、纺织、陶瓷、油漆工业,也可在医疗上用作泻盐。
某工业废渣主要成分是MgCO3,另外还有CaCO3、SiO2等杂质。
从此废渣中回收MgSO4·7H2O的工艺如下:
第一不用硫酸浸出。
(1)“浸出”步骤中,为提高镁的浸出率,可采取的措施有(要求写出任意一条)。
调节溶液的PH:
1、目的:
使溶液中的。
。
。
。
。
。
金属阳离子形成氢氧化物完全沉淀下来而除去
2、需要的物质:
含主要阳离子的难溶性氧化物或氢氧化物或碳酸盐,即能与H+反应,是PH增大的物质如用MgO、Mg(OH)2等等。
3、原理:
加入的物质能与溶液中的H+反应,降低了的浓度,增大PH
4、PH控制的范围:
大于除去离子的完全沉淀值,小于主要离子的开始沉淀的PH
例题2、碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。
以
-锂辉石(主要成分为Li2O·Al2O3·4SiO2)为原料制备Li2CO3的工艺流程如下:
已知:
Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4;Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g。
(2)步骤I中,酸浸后得到酸性溶液中含有Li+、SO42-,另含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+等杂质,需在搅拌下加入(填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”)以调节溶液的pH到6.0~6.5,沉淀部分杂质离子,然后分离得到浸出液。
例题3、稀土元素是周期表中ⅢB族钪、钇和镧系元素之总称。
他们都是很活泼的金属,性质极为相似,常见化合价为+3价。
其中钇(Y)元素是激光和超导的重要材料。
我国蕴藏着丰富的含钇矿石(Y2FeBe2Si2O10),工业上通过如下生产流程可获得氧化钇。
已知:
①该流程中有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH见下表:
离子
开始沉淀时的pH
完全沉淀时的pH
Fe3+
2.7
3.7
Y3+
6.0
8.2
(3)为使Fe3+沉淀完全,用氨水调节pH=a时,a应控制在________范围内,
【对点练习】
3、欲降低废水中重金属元素铬的毒性,可以将Cr2O72-转化为Cr(OH)3沉淀除去。
已知Cr3+的氢氧化物开始沉淀的pH和完全沉淀的pH分别为5.0和7.0,Fe3+的氢氧化物开始沉淀的pH和完全沉淀的pH分别为2.7和3.7,Fe2+的氢氧化物开始沉淀的pH和完全沉淀的pH分别为7.6和9.6。
(1)某含铬废水处理的主要流程如图所示:
调节溶液pH至,可使得到的金属阳离子Fe3+和Cr3+沉淀完全。
4、锶(Sr)为第五周期ⅡA族元素。
高纯六水氯化锶晶体(SrCl2·6H2O)具有很高的经济价值,61℃时晶体开始失去结晶水,100℃时失去全部结晶水。
用工业碳酸锶粉末(含少量Ba、Fe的化合物)制备高纯六水氯化锶的过程如下图。
(3)步骤③中调节溶液pH至8一1O,宜选用的试剂为_______________。
A.稀硫酸B.氢氧化锶粉末C.氢氧化钠D.氧化锶粉末
5、硫酸工业中废渣的成分为
SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO。
某探究性学习小组的同学设计以下方案,进行硫酸渣中金属元素的提取实验。
已知:
阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH:
沉淀物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mg(OH)2
pH
3.4
5.2
12.4
一水合氨电离常数Kb=1.8×10-5,其饱和溶液中c(OH-)约为1×10-3mol·L-1。
(2)上述流程中两次使用试剂X,推测试剂X是 (填以下字母编号)
A.水 B.氧化铝 C.氨水 D.氢氧化钠
除杂、实验操作类
一、盐溶液的分离提纯方法:
结晶法
1、纯物质溶液得到晶体:
蒸发结晶(NaCl型);蒸发浓缩(至有晶膜出现为止),冷却结晶(KNO3型和含有结晶水的晶体)
2、混合溶液(分离A和B):
蒸发结晶,趁热过滤(得NaCl型),将滤液冷却结晶,过滤(得KNO3型)
3、由FeCl3、AlCl3、CuCl2、MgCl2等溶液获取对应晶体,采取的措施是:
在干燥的HCl气氛中加热蒸干
模板:
加热浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥
仪器:
蒸发皿、玻璃棒、烧杯
二、沉淀洗涤
(1)沉淀洗涤的目的:
除去沉淀表面附着或沉淀中包夹的可溶性离子。
(2)洗涤方法:
向漏斗内加蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流出后,重复操作2~3次。
(3)误差分析:
若沉淀不洗涤或洗涤不干净,则使沉淀的质量偏高。
若沉淀洗涤次数过多,则会使部分沉淀溶解而使其质量偏低。
(4)沉淀是否洗涤干净的判断方法
答题模板
取最后一次洗涤液,滴加……(试剂),若没有……现象,证明沉淀已洗净
三、实验操作
四、终点现象的描述:
例4、锂被誉为“金属味精”,以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。
工业上常以β锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6,还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。
其中一种工艺流程如下:
Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表:
温度/℃
0
10
20
50
75
100
Li2CO3的溶解度/g
1.539
1.406
1.329
1.181
0.866
0.728
请回答下列问题:
(4)反应Ⅳ生成Li2CO3沉淀,写出在实验室中得到Li2CO3沉淀的操作名称 ,洗涤所得Li2CO3沉淀要使用 (选填“热水”或“冷水”),你选择的理由是_____________________________________________________________________。
【对点练习】
6、以氯化钠和硫酸铵为原料制备氯化铵及副产品硫酸钠,工艺流程如下:
氯化铵和硫酸钠的溶解度随温度变化如上图所示。
回答下列问题:
(2)实验室进行蒸发浓缩用到的主要仪器有、烧杯、玻璃棒、酒精灯等。
(4)不用其它试剂,检查NH4Cl产品是否纯净的方法及操作是。
7.MgSO4·7H2O可用于造纸、纺织、陶瓷、油漆工业,也可在医疗上用作泻盐。
某工业废渣主要成分是MgCO3,另外还有CaCO3、SiO2等杂质。
从此废渣中回收MgSO4·7H2O的工艺如下:
已知CaSO4和MgSO4的溶解度(S)随温度(T)变化曲线如右图所示,试回答下列问题:
(3)操作I的名称是,操作II的名称
是。
(4)操作I和操作II都需要用到玻璃棒,操作I中玻璃棒的主要作用是,操作II中玻璃棒的主要作用是。
8、镍电池电极材料由Ni(OH)2、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。
由于电池使用后电材料对环境有危害,某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究,设计实验流程如下:
已知:
①NiCl2易溶于水,Fe3+不能氧化Ni2+。
②已知实验温度时的溶解度:
NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O
③某温度下一些金属氢氧化物的Ksp及沉淀析出的pH如下表所示:
M(OH)n
Ksp
开始沉淀时pH
沉淀完全时的pH
Al(OH)3
1.9×10-23
3.4
4.2
Fe(OH)3
3.8×10-38
2.5
2.9
Ni(OH)2
1.6×10-14
7.6
9.8
(3)检验电解滤液时阳极产生的气体的方是:
。
(5)如何检验Ni(OH)3是否洗
涤干净?
。
9、取20.00mL富碘卤水放入___(填仪器名称)中,将0.1mol·L-1的酸性高锰酸钾溶液装入滴定管中,达到滴定终点的标志是____________________。
10、
(1)“除杂”操作是加入适量过氧化氢,用氨水调节溶液的pH约为8.0,以除去硫酸铵溶液中的少量Fe2+。
检验Fe2+是否除尽的实验操作是_______________。
滤液和滤渣的成分判断
熟记常见难溶于水微溶于水的物质
盐酸盐:
AgCl、HgCl、CuCl;硫酸盐:
BaSO4、PbSO4、CaSO4、Ag2SO4。
碳酸盐、亚硫酸盐:
除K、Na、NH4+外均难溶;氢氧化物:
除KOH、NaOH、Ba(OH)2、NH3.H2O外均难溶。
例题5、难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”,在水中存在如下平衡
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:
(1)滤渣主要成分有和以及未溶杂卤石。
例题6、某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料,主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等,回收其中镁的工艺流程如下:
沉淀物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mg(OH)2
完全沉淀pH
3.4
5.2
12.4
(2)滤渣I的主要成分有。
【对点练习】
11、高铁酸钾广泛应用于净水、电池工业等领域。
工业上以钛白粉生产的副产品FeSO4制备高铁酸钾的生产流程如下:
查资料得知K2FeO4的一些性质:
①在碱性环境中稳定,在中性和酸性条件下不稳定
②溶解度很大,难溶于无水乙醇等有机溶剂
③具有强氧化性,能氧化有机烃、苯胺和80%以下乙醇溶液
(2)氧化Ⅱ中,试剂A为(填“H2O2”或“HNO3”或“NaClO”);过滤操作中,得到的滤渣B中除NaCl还有
12、工业上利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、FeO、SiO2等)为原料制备高档颜料铁红(Fe2O3),具体生产流程如下:
试回答下列问题:
(1)滤液X中含有的金属阳离子是(填离子符号)。
13、
是一种重要的化工原料。
某研究性学习小组设计了利用菱镁矿石(主耍成分是
,并含有
杂质)制取
的实验,流程如下:
(1)第①步研磨的目的是______________所得滤液主要含______________,______________等溶质。
温度的控制
1、加热:
加快反应速率或溶解速率;促进平衡向吸热方向移动;除杂,除去热不稳定的杂质,如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、I2、NH4Cl等物质;使沸点相对较低或易升华的原料气化。
2、降温:
防止某物质在高温时会溶解(或分解);使化学平衡向着题目要求的方向移动(放热方向);使某个沸点较高的产物液化,使其与其他物质分离;降低晶体的溶解度,减少损失。
3、控温:
(用水浴带温度计便于控温且受热均匀)防止某种物质温度过高时会分解或挥发;为了使某物质达到沸点挥发出来;使催化剂的活性达到最好;防止副反应的发生。
4、降温或减压可以减少能源成本,降低对设备的要求,达到绿色化学的要求。
例7、医用氯化钙可用于补钙、抗过敏和消炎等,以工业碳酸钙(含少量Na+、Al3+、Fe3+等杂质)生产医用二水合氯化钙工艺流程为:
(5)为什么蒸发结晶要保持在160℃:
。
例8、实验室用硫酸厂烧渣(主要成分为Fe2O3及少量FeS、SiO2等)制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4·7H2O),过程如下:
(5)在⑥中,将溶液Z控制到70~80℃的方法是_________;为什么需要控制温度到70~80℃。
【对点练习】
14、空气吹出法工艺,是目前“海水提溴”的最主要方法之一。
其工艺流程如下:
(4)步骤⑥的蒸馏过程中,温度应控制在80—90℃。
温度过高或过低都不利于生产,请解释原因。
如何控制温度。
氧化还原反应和反应方程式的相关信息
1、选择合适的氧化剂:
不引入新的杂质,无污染等等
2、离子方程式的书写
3、氧化还原反应方程式的书写
思路:
(1)、判断出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物
(2)三步配平法配平
①根据化合价升降法配平这四种物质
②根据电荷守恒补充H+和OH-,并配平
③根据原子个数左右相等配平并配上H2O
例题9、硫铁矿烧渣是一种重要的化学化工产业中间产物,主要成分是Fe3O4、Fe2O3、FeO和二氧化硅等。
下面是以硫铁矿烧渣制备高效净水剂聚合硫酸铁[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m流程图:
(2)“酸溶”过程中Fe3O4溶解的化学反应方程式:
。
(5)加入适量H2O2的目的是氧化Fe2+,写出H2O2氧化Fe2+为Fe3+的离子方程式。
【对点练习】
15、铁氧体可用于隐形飞机上吸收雷达波涂料。
一种以废旧锌锰电池为原料制备锰
锌铁氧体的主要流程如下:
(1)酸浸时,二氧化锰被双氧水还原的化学方程式为___________________________。
(2)活性铁粉除汞时,铁粉的作用是_____(填“氧化剂”或“还原剂”或“吸附剂”)。
16、高铁酸钾广泛应用于净水、电池工业等领域。
工业上以钛白粉生产的副产品FeSO4制备高铁酸钾的生产流程如下:
查资料得知K2FeO4的一些性质:
①在碱性环境中稳定,在中性和酸性条件下不稳定
②溶解度很大,难溶于无水乙醇等有机溶剂
③具有强氧化性,能氧化有机烃、苯胺和80%以下乙醇溶液
回答下列问题:
(1)写出“氧化I”中,生成Fe3+的离子反应方程式
(2)氧化Ⅱ中,试剂A为(填“H2O2”或“HNO3”或“NaClO”);
(4)净水时高铁酸钾能逐渐与水反应生成絮状的Fe(OH)3,请补充并配平该反应方程式
K2FeO4+H2O=Fe(OH)3↓+
KOH+
17、镍电池电极材料由Ni(OH)2、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。
由于电池使用后电极材料对环境有危害,某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究,设计实验流程如下:
已知:
①NiCl2易溶于水,Fe3+不能氧化Ni2+。
②已知实验温度时的溶解度:
NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O
③某温度下一些金属氢氧化物的Ksp及沉淀析出的pH如下表所示:
M(OH)n
Ksp
开始沉淀时pH
沉淀完全时的pH
Al(OH)3
1.9×10-23
3.4
4.2
Fe(OH)3
3.8×10-38
2.5
2.9
Ni(OH)2
1.6×10-14
7.6
9.8
(2)写出加入Na2C2O4溶液的反应的化学方程式:
。
(4)写出“氧化”反应的离子方程式:
。
相关计算
与Ksp、平衡常数相关的计算(计算pH、计算离子浓度)
例10、有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂,则溶浸过程中会发生:
已知298K时,Ksp(CaCO3)=2.80×10—9,Ksp(CaSO4)=4.90×10—5,求此温度下该反应的平衡常数K(计算结果保留三位有效数字)。
例题11、某滤液含SO42-和Sr2+、Ba2+若滤液中Ba2+浓度为1×10一5mol·L一1,依据下表数据可以推算滤液中Sr2+物质的量浓度为___________________。
SrSO4
BaSO4
Sr(OH)2
Ksp
3.3×10—7
1.1×10—10
3.2×10—4
原电池和电解工业中的电极反应方程式书写(见电化学专题)
平衡原理的应用(见平衡移动原理专题)例10、有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂,则溶浸过程中会发生:
已知298K时,Ksp(CaCO3)=2.80×10—9,Ksp(CaSO4)=4.90×10—5,求此温度下该反应的平衡常数K(计算结果保留三位有效数字)。
例题11、某滤液含SO42-和Sr2+、Ba2+若滤液中Ba2+浓度为1×10一5mol·L一1,依据下表数据可以推算滤液中Sr2+物质的量浓度为___________________。
SrSO4
BaSO4
Sr(OH)2
Ksp
3.3×10—7
1.1×10—10
3.2×10—4
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