定点5分离提纯及其操作解析版高考化学二轮工艺流程题定点剖析.docx
- 文档编号:28027018
- 上传时间:2023-07-07
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:574.02KB
定点5分离提纯及其操作解析版高考化学二轮工艺流程题定点剖析.docx
《定点5分离提纯及其操作解析版高考化学二轮工艺流程题定点剖析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《定点5分离提纯及其操作解析版高考化学二轮工艺流程题定点剖析.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
定点5分离提纯及其操作解析版高考化学二轮工艺流程题定点剖析
二轮复习工艺流程专项
专题5-分离提纯及其操作
一.常见的产品分离提纯的方法及其应用
1.过滤
固液分离的一种方法,主要有常压过滤,减压过滤,热过滤三种。
(1)常压过滤:
通过预处理、调节pH等工序可实现对杂质的去除,但值得注意的是需要分析对产品的需求及生产目的的综合考虑,准确判断经过过滤后产生的滤液、滤渣的主要成分,准确判断是留下滤液还是滤渣。
【习题】三氧化二镍是一种重要的电子元件材料、蓄电池材料。
工业上利用含镍废料(以镍、铁、钙、镁合金为主)制取草酸镍(NiC2O4·2H2O),再高温煅烧草酸镍制取三氧化二镍。
已知草酸的钙、镁、镍盐均难溶于水。
根据下列工艺流程示意图回答问题。
操作1的名称为__________。
【答案】过滤
【解析】根据流程图,含镍废料加酸溶解,除去不溶物,所以操作1的名称为过滤。
【习题】精对苯二甲酸(PTA)是生产聚酯纤维的重要化工原料。
生产过程产生的氧化残渣主要含有苯甲酸、对苯二甲酸、钴锰催化剂等。
采用以下工艺流程可实现PTA残渣中有效成分苯甲酸和Co2+、Mn2+的回收与纯化,达到废物再利用的目的。
(1)操作I的方法是______;实验室进行操作Ⅱ主要用的玻璃仪器有_________。
【答案】过滤分液漏斗、烧杯
【解析】经分析可知,操作I的方法是过滤;操作Ⅱ是分液,分液主要用的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯。
(2)减压过滤,抽滤
抽滤和减压过滤是指一种操作,其原理与普通的常压过滤相同。
相比普通过滤,抽滤加快了过滤的速度。
抽滤的优点是快速过滤,有时候还可以过滤掉气体,并能达到快速干燥产品的作用。
【习题】工业上利用氯碱工业中的固体废物盐泥(主要成分为Mg(OH)2、CaCO3、BaSO4,除此之外还有NaCl、Al(OH)3、Fe(OH)3、Mn(OH)2等。
)与废稀硫酸反应制备七水硫酸镁,产率高,既处理了三废,又有经济效益。
其工艺流程如下:
(3)本工艺流程多次用到抽滤操作,其优点在于____________,四次抽滤时:
抽滤①所得滤渣A的成分为____________、CaSO4;抽滤②所得滤渣B的成分为MnO2、____________、____________;抽滤③所得滤液C中主要杂质阳离子的检验方法是____________;抽滤④将产品抽干。
(4)依据溶解度曲线,操作M应采取的方法是适当浓缩,____________。
【答案】(3)速度快BaSO4Fe(OH)3Al(OH)3焰色反应(4)趁热过滤
【解析】(3)抽滤操作的优点是过滤速率快;在强酸性条件下过滤得滤渣A,所以其主要成分为BaSO4和CaSO4;在pH=5~6的条件下过滤得滤渣B,根据氢氧化物沉淀完全的pH可知:
滤渣B的主要成分为Al(OH)3、Fe(OH)3、MnO2;滤液C中的主要成分为Na2SO4、MgSO4和少量的CaSO4,其主要杂质阳离子为Na+,可用焰色反应检验。
(4)依据溶解度曲线,CaSO4在40℃左右溶解度最大,在80℃左右溶解度最小,所以操作M应采取的方法适当浓缩、趁热过滤,尽可能多的除去CaSO4。
(3)热过滤
某些物质在溶液温度降低时,易成结晶析出,为了濾除这类溶液中所含的其他溶性杂质,通常使用热漏斗进行过,防止溶质结晶析出。
过时,把玻璃漏斗放在铜质的热遽漏斗内,热遽漏斗内装有热水以维持溶液的温度。
【习题】硼镁泥是一种工业废料,主要成份是MgO(占40%),还有CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质.以硼镁泥为原料制取的硫酸镁,可用于印染、造纸、医药等工业.从硼镁泥中提取MgSO4•7H2O的流程如图:
已知MgSO4、CaSO4的溶解度如下表:
温度(℃)
40
50
60
70
MgSO4
30.9
33.4
35.6
36.9
CaSO4
0.210
0.207
0.201
0.193
“除钙”是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去,根据上表数据,简要说明除钙的操作步骤______________________、______________________。
【答案】蒸发浓缩(结晶)趁热过滤
【解析】有温度对硫酸镁、硫酸钙的溶解度影响,温度越高,硫酸钙溶解度越小,可以采用蒸发浓缩,趁热过滤方法除去硫酸钙;操作I”是将滤液继续蒸发浓缩,冷却结晶,再经过过滤,便得到了MgSO4•7H2O,故答案为蒸发浓缩(结晶);趁热过滤。
2.萃取
(1)萃取是一种分离、纯化物质的方法。
通常分为液液萃取与固液萃取两种方式。
液液萃取是利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同,用一种溶剂(萃取剂)把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液里提取出来的过程。
固液萃取则是利用固态吸附剂,将液相中之某些溶质吸附于其上,达成分离或纯化之效果。
(2)萃取与反萃取
在溶剂萃取分离过程中,当完成萃取操作后,为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施,往往需要将目标产物转移到水相。
这种调节水相条件,将目标产物从有机相转入水相的萃取操作称为反萃取,可看作是萃取的逆过程。
【习题】实验室用含钴废料(主要成分为Co,含有一定量的NiO、Al2O3、Fe、SiO2等)制备草酸钴晶体(CoC2O4•2H2O)的流程如图。
已知:
①草酸钴晶体难溶于水②RH为机有物(难电离)。
回答下列问题:
(4)加入有机萃取剂的目的是_______________________________________。
(5)“反萃取”原理是用反萃取剂使被萃取物从有机相返回水相的过程。
向操作①后溶有NiR2的有机层中加入硫酸溶液,可重新得到RH,写出该步骤反应的离子方程式_____________________。
【答案】(4)溶解NiR2,使之与水层分离(5)NiR2+2H+=2RH+Ni2+
【解析】(4)根据分析,加入有机萃取剂的目的是溶解NiR2,使之与水层分离;
(5)“反萃取”原理是用反萃取剂使被萃取物从有机相返回水相的过程。
向操作①后溶有NiR2的有机层中加入硫酸溶液,可重新得到RH,反应的离子方程式NiR2+2H+=2RH+Ni2+。
【习题】粘土帆矿(含V2O5、Fe2O3、Al2O3、SiO2等不溶性成分)制备V2O5的工艺流程如下:
已知:
①硫酸氧钒[(VO)SO4]高温易分解生成VO2和SO3
②萃取剂对相关离子的萃取能力如下表:
微粒
VO2+
VO
Fe3+
Fe2+
萃取能力
强(随pH增大而增强)
弱
强
弱
(3)“反萃取”用20%硫酸目的为__________________,“氧化”的离子方程式为__________________。
(4)用反萃取法由碘的CCl4溶液提取碘单质,画出流程图________________________。
【答案】(3)降低VO2+、VO
在有机相中的萃取能力
(4)
【解析】
(3)根据题意可知VO2+在有机相中的萃取能力随pH增大而增强,所以加入20%硫酸降低VO2+、VO
在有机相中的萃取能力;氧化过程中加入KClO3和氨水将VO2+氧化的红钒沉淀,根据电子守恒和元素守恒可得离子方程式为
;
(4)碘单质可以和NaOH溶液反应得到易溶于水的碘化钠和碘酸钠,所以可以先在碘的CCl4溶液中加入浓NaOH溶液振荡、静置、分液得到含有I-和IO
的水溶液,之后加入稀硫酸,酸性环境下I-和IO
发生归中反应得到含碘悬浊液,过滤得到碘单质,流程图为
。
【习题】钒及其化合物在工业上有许多用途。
某钒精矿的主要成分及质量分数如下表:
物质
V2O5
V2O3
K2O
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数%
0.81
1.70
2.11
63.91
5.86
12.51
一种从该钒精矿中提取五氧化二钒的流程如下:
(2)萃取剂对四价钒具有高选择性,且萃取Fe3+而不萃取Fe2+,所以萃取前可用____________(填名称,下同)对浸出液进行“还原”处理。
为检验“还原”后的滤液中是否含有Fe3+,可选用的化学试剂是__________。
(3)“溶剂萃取与反萃取”可表示为:
VO2++(HR2PO4)2(O)
VO(R2PO4)2(O)+2H+。
其中(HR2PO4)2(O)为萃取剂,为了提高VO2+的产率,反萃取剂应该呈__________性(填“酸”“碱”或“中”)。
【答案】
(2)铁粉硫氰酸钾溶液(3)酸
【解析】
(2)根据分析可知萃取前可用铁粉对浸出液进行“还原”处理;铁离子与硫氰酸钾溶液反应呈红色,可用硫氰酸钾溶液检验是否含有铁离子;
(3)为了提高VO2+的产率需要平衡左移,则需要溶液中有大量氢离子,所以反萃取剂应呈酸性。
3.蒸馏
蒸馏是利用液体混合物中各组分的沸点不同,给液体混合物加热,使其中的某一组分变成蒸气再冷凝成液体,跟其他组分分离的操作。
透用于分离沸点相差大的液体混合物。
【习题】亚磷酸钠(Na2HPO3)用途广泛,也是一种性价比高的催化剂。
“NaH2PO2还原法”制备高纯度氢碘酸和亚磷酸钠(Na2HPO3)的工业流程如图如下:
“合成”过程中主要氧化产物为亚磷酸(H3PO3),相应的化学方程式为:
NaH2PO2+I2+H2O=H3PO3+NaI+HI。
已知:
亚磷酸(H3PO3)为二元酸,其电离常数K1=3.7×l0-2,K2=2.9×l0-7;180℃分解为PH3和磷酸。
请回答:
采取减压蒸馏的原因是______________。
【答案】防止温度高于180℃时H3PO3分解为PH3和磷酸
【解析】由亚磷酸180℃分解为PH3和磷酸可知,为防止亚磷酸发生分解反应,将亚磷酸转化为亚磷酸二氢钠时,应采用减压蒸馏,故答案为:
防止温度高于180℃时H3PO3分解为PH3和磷酸。
【习题】硼氢化钠(NaBH4)广泛用于化工生产,常温下能与水反应,易溶于异丙胺(沸点为33℃)。
工业上可用硼镁矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O,含少量杂质Fe3O4)制取NaBH4,其工艺流程如下:
操作2的名称为________________,流程中可循环利用的物质是____________________。
【答案】蒸馏异丙胺
【解析】操作1得到的物质是硼氢化钠和异丙胺的混合物,异丙胺的沸点为33℃,较低,易挥发,可以通过蒸馏操作分离二者,因此操作2为蒸馏,分离得到的异丙胺可循环利用,故答案为:
蒸馏;异丙胺。
三.模拟演练
1.高锰酸钾生产过程中产生的废锰渣(主要成分为MnO2、KOH、MgO和Fe2O3)可用于制备MnSO4晶体,工艺流程如下:
该工艺条件下金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
金属离子
Fe3+
Fe2+
Mn2+
Mg2+
开始沉淀pH
2.10
7.45
9.27
9.60
完全沉淀pH
3.20
8.95
10.87
11.13
回答以下问题:
(1)MnSO4中阴离子的空间构型为_____________________。
(2)提高“反应Ⅰ”速率可采取的措施是______________(除“加热”外,任写一种),滤渣A的主要成分为_______(填化学式)。
(3)“反应Ⅱ”中硫铁矿(FeS2)的作用为_____________________。
(4)“反应Ⅲ”的离子方程式为____________________________。
(5)“调pH”步骤中,应调节pH不低于____________________________。
(6)取0.1510gMnSO4固体,溶于适量水中,加硫酸酸化,用过量NaBiO3(难溶于水)将其完全氧化为
,过滤,洗涤,洗涤液并入滤液后,加入0.5360gNa2C2O4固体,充分反应后,用0.0320mol/LKMnO4溶液滴定,用去20.00mL,计算样品中MnSO4的质量分数_____________________(保留三位有效数字)。
【答案】
(1)正四面体
(2)适当增加硫酸的浓度MnO2
(3)将MnO2还原为Mn2+(4)
(5)3.2(6)98.0%
【分析】
在废锰渣中加入硫酸,其中MnO2不反应,过滤后滤渣A的主要成分为MnO2,反应Ⅱ为MnO2与硫铁矿在酸性条件下发生氧化还原反应,其反应为
,过滤得S和含硫酸铁、硫酸锰等的溶液反应Ⅲ加MnO2是将Fe2+氧化成Fe3+,其反应为
加CaCO3是利用Fe3+与
双水解除去Fe3+,最后将溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸锰产品。
【解析】
(1)
离子中,S原子采用sp3杂化,离子呈正四面体结构,硫原子位于正四面体体心,4个氧原子位于正四面体四个顶点,故填正四面体;
(2)提高反应速率的措施有适当升温、适当增加酸的浓度,将硫铁矿粉碎,搅拌,根据题意任选一种,废渣A为MnO2,故填适当增加硫酸的浓度、MnO2;
(3)根据反应方程式
,硫铁矿被氧化,作还原剂,将MnO2还原为Mn2+,故填将MnO2还原为Mn2+;
(4)根据题意,反应Ⅲ的离子方程式为
,故填
;
(5)由表中数据可知,Fe3+完全沉淀的pH为3.2,Mn2+开始沉淀的pH为9.27,要使得Fe3+完全被除去而不影响Mn2+,pH应不低于3.2,但不高于9.27,故填3.2;
(6)此为采用间接测定法测MnSO4的含量,根据题意,与由样品产生的
反应的
物质的量=总的
的物质的量-滴定消耗
的物质的量,由此计算。
加入的Na2C2O4的物质的量为
=0.004mol,由方程式
可知,剩余的
的物质的量为0.0016mol,由此得与由样品产生的
反应的
物质的量为0.004-0.0016=0.0024mol,即样品中MnSO4的物质的量为0.0098mol,其质量分数为
=98.0%,故填98.0%。
2.综合利用炼锌矿渣(主要含铁酸镓Ga2(Fe2O4)3、铁酸锌ZnFe2O4)获得3种金属盐,并进一步利用镓盐制备具有优异光电性能的氮化镓(GaN),部分工艺流程如下:
已知:
①常温下,浸出液中各离子的浓度及其开始形成氢氧化物沉淀的pH见表1。
②金属离子在工艺条件下的萃取率(进入有机层中金属离子的百分数)见表2。
表1金属离子浓度及开始沉淀的pH
金属离子
浓度(mol·L-1)
开始沉淀pH
Fe2+
1.0×10-3
8.0
Fe3+
4.0×10-2
1.7
Zn2+
1.5
5.5
Ga3+
3.0×10-3
3.0
表2金属离子的萃取率
金属离子
萃取率(%)
Fe2+
0
Fe3+
99
Zn2+
0
Ga3+
97-98.5
(1)Ga2(Fe2O4)3中Ga的化合价为__________________,“浸出”时其发生反应的离子方程式为____________。
(2)滤液1中可回收利用的物质是__________________,滤饼的主要成分是__________________;萃取前加入的固体X为__________________。
(3)Ga与Al同主族,化学性质相似。
反萃取后,镓的存在形式为____________(填化学式)。
(4)电解过程包括电解反萃取液制粗镓和粗镓精炼两个步骤。
精炼时,以粗镓为阳极,以NaOH溶液为电解液,阴极的电极反应为______________________________。
(5)GaN可采用MOCVD(金属有机物化学气相淀积)技术制得:
以合成的三甲基镓为原料,使其与NH3发生系列反应得到GaN和另一种产物,该过程的化学方程式为________________________。
(6)滤液1中残余的Ga3+的浓度为__________________mol·L-1(写出计算过程)。
【答案】
(1)+3价Fe2O
+8H+=2Fe3++4H2O
(2)硫酸锌Fe(OH)3、Ga(OH)3Fe(3)NaGaO2(4)GaO
+3e-+2H2O=Ga+4OH-(5)Ga(CH3)3+NH3=3CH4+GaN(6)3.0×10-10.2
【分析】
炼锌矿渣用稀硫酸酸浸后所得滤液中含有亚铁离子、铁离子、锌离子、Ga3+,加入双氧水氧化亚铁离子,调节pH=5.4,沉淀铁离子和Ga3+,滤液1中含有锌离子。
得到的滤饼加入盐酸酸化得到氯化铁和氯化镓,加入固体铁把铁离子转化为亚铁离子,然后利用萃取剂萃取Ga3+,加入氢氧化钠溶液使Ga3+转化为NaGaO2,电解NaGaO2溶液生成单质Ga,据此解答。
【解析】
(1)Ga2(Fe2O4)3中Fe是+3价,O是-2价,根据化合价代数和为0可知Ga的化合价为+3价,“浸出”时其发生反应的离子方程式为Fe2O
+8H+=2Fe3++4H2O。
(2)根据以上分析可知滤液1中为硫酸锌,则可回收利用的物质是硫酸锌,调节pH=5.4,沉淀铁离子和Ga3+,滤饼的主要成分是Fe(OH)3、Ga(OH)3;萃取前加入的固体X的目的是还原铁离子,则X为Fe。
(3)Ga与Al同主族,化学性质相似;反萃取后加入氢氧化钠溶液使Ga3+转化为NaGaO2,即镓的存在形式为NaGaO2。
(4)精炼时,以粗镓为阳极,以NaOH溶液为电解液,阴极是得到电子转化为Ga,电极反应为GaO
+3e-+2H2O=Ga+4OH-。
(5)以合成的三甲基镓为原料,使其与NH3发生系列反应得到GaN和另一种产物,根据原子守恒可知还有甲烷生成,该过程的化学方程式为Ga(CH3)3+NH3=3CH4+GaN。
(6)根据表中数据可知Ga(OH)3的溶度积常数为3.0×10-3×(10-11)3=3.0×10-36,溶液的pH=5.4,即氢氧根离子浓度是10-8.6mol/L,所以滤液1中残余的Ga3+的浓度为
=3.0×10-10.2mol·L-1。
3.以镁铝复合氧化物(
)为载体的负载型镍铜双金属催化剂(
)是一种新型高效加氢或脱氢催化剂,其制备流程如下:
已知:
常温下,
,
。
回答下列问题:
(1)在加热条件下,尿素
在水中发生水解反应,放出______和______两种气体(写化学式)。
(2)“晶化”过程中,需保持恒温60℃,可采用的加热方式为__________________。
(3)“洗涤”过程中,检验滤饼是否洗净的方法是__________________。
(4)常温下,若“悬浊液”中
,则溶液的
__________________。
(5)“还原”过程中所发生反应的化学方程式为________________________。
(6)
在强碱溶液中被
氧化可得
,该物质能用作碱性镍镉电池的正极材料。
其电池反应式:
①放电一段时间后,溶液的pH将____________(填“增大”“减小”或“不变”)。
②充电时,阳极发生的电极反应式为_________________。
【答案】
(1)NH3CO2
(2)水浴加热
(3)取最后一次洗涤液少量于试管,向试管中加入稀盐酸,再加入氯化钡,若有白色沉淀则未洗净,若无沉淀则已洗净
(4)10
(5)NiO+H2
Ni+H2O,CuO+H2
Cu+H2O
(6)增大Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O
【分析】
将MgSO4、Al2(SO4)3、NiSO4、CuSO4混合溶液在90℃下加入尿素发生反应生成悬浊液Mg(OH)2、Al(OH)3、Cu(OH)2、Ni(OH)2,在60℃净化过滤,得到滤饼,洗涤、干燥,焙烧得到MgO、CuO、NiO、Al2O3,在550℃温度下用氢气还原。
【解析】
(1)根据题意,尿素[CO(NH2)2]在加热条件下与水发生水解反应即CO(NH2)2+H2O
CO2↑+2NH3↑,因此放出NH3和CO2两种气体;故答案为:
NH3;CO2。
(2)“晶化”过程中,需保持恒温60℃,温度在100℃以下,因此采用的加热方式为水浴加热;故答案为:
水浴加热。
(3)“洗涤”过程中,检验滤饼是否洗净,主要检验洗涤液中是否还含有硫酸根,因此常用的方法是取最后一次洗涤液少量于试管,向试管中加入稀盐酸,再加入氯化钡,若有白色沉淀则未洗净,若无沉淀则已洗净;故答案为:
取最后一次洗涤液少量于试管,向试管中加入稀盐酸,再加入氯化钡,若有白色沉淀则未洗净,若无沉淀则已洗净。
(4)常温下,若“悬浊液”中
,
,则
,
,则溶液的
10;故答案为:
10。
(5)“还原”过程最终得到
,说明是NiO、CuO与氢气发生还原反应,因此所发生反应的化学方程式为NiO+H2
Ni+H2O,CuO+H2
Cu+H2O;故答案为:
NiO+H2
Ni+H2O,CuO+H2
Cu+H2O。
(6)①放电一段时间后,负极反应式为Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,正极是2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-,正极生成的OH-物质的量与负极消耗的OH-物质的量相等,但是消耗了电解质中的水,使碱性增强,因此溶液的pH将增大;故答案为:
增大。
②根据放电时正极电极反应式NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-,则充电时,阳极发生的电极反应式为Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O;故答案为:
Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 定点 分离 提纯 及其 操作 解析 高考 化学 二轮 工艺流程 剖析
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)