无机化工流程专题.docx

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无机化工流程专题

全方位教学辅导教案

学科：

化学任课教师：

授课时间：

年月日星期

姓名

性别

年级

总课时：

第次课

教学

内容

无机化工流程专题

重点

难点

1、基本知识基本原理的实际综合应用；2、流程题的解题思路和技巧

教学

目标

1、了解科学、技术、社会的相互关系，知道在化工生产中遵循“绿色化学”思想重要性。

2、了解氯碱工业、硫酸工业、合成氨工业、废水处理等工业的原理。

3、了解化工流程题的试题特点和备考策略

教

学

过

程

课前检查

与交流

作业完成情况：

交流与沟通

针

对

性

授

课

化学知识越来越多的应用在工业生产和生活实际中，而这也成为高考命题的热点和难点，充分体现化学学科知识的实用性。

试题有时会以流程图的形式出现。

这类题目能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。

要求同学们既要熟知工业生产的基本原理，又要对流程图中所给出的信息进行提取、筛选，对同学的学科能力要求较高。

[知识整合]：

一、熟悉工业流程的几个常用的关键词

1、浸出：

固体加入水或酸溶解得到离子。

2、酸浸：

指在酸溶液中反应使可溶金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去溶解的过程。

3、水洗：

水洗通常是为了除去水溶性的杂质。

有机物洗涤：

减少晶体损失

4、灼烧（煅烧）：

原料的预处理，不易转化的物质转为容易提取的物质：

如海带中提取碘等

5、酸作用：

溶解、去氧化物（膜）、调节PH促进水解（沉淀）

6、碱作用：

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）

7、氧化剂：

氧化某物质，转化为易于被除去（沉淀）的离子

8、控制PH值：

促进某离子水解，使其沉淀，利于过滤分离

9、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

10、趁热过滤：

减少结晶损失；提高纯度

二、工业流程中的主要操作：

结晶、重结晶、洗涤、干燥、灼烧、分液、重复操作2-3次等如结晶的几种方法：

（1）、当溶液是单一溶质时

①、所得晶体不带结晶水（如NaCl、KNO3）：

蒸发、结晶

②、所得晶体带结晶水：

蒸发浓缩（至有晶膜出现为止），冷却结晶，过滤

（2）当溶液中有两种或以上溶质时

要得到溶解度受温度影响小的溶质：

浓缩（结晶），趁热过滤

要得到溶解度受温度影响大的：

蒸发浓缩，冷却结晶

三、解题方法

1、首尾分析法：

对一些线型流程工艺（从原料到产品为一条龙生产工序）试题,首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质原材料与最后一种物质产品,从对比分析中找出原料与产品之间的关系,弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂分离提纯产品的化工工艺,然后再结合题设的问题,逐一推敲解答.

[规律方法]：

一、应对策略：

1、认真读题：

首先将题目从头到尾粗读一遍，初步了解大意。

2、仔细分析：

理清下列关系：

①、原料与产品：

从某原料出发，要得到最终产品，必须除去什么元素、引进什么元素？

。

②、步骤与目的：

加入某种试剂，采取这样的方法，其目的是什么？

一般只考虑后面提问有关的步骤，其他不必清楚。

③、感觉与结果：

有的步骤不能读懂，这时主要看这一步的结果，“跟着感觉走”、“顺藤摸瓜”，用已学过的知识来“圆”这个结果，“难得糊涂”。

④、信息与迁移：

所给信息一定有用，而且一定用到，有时还需分解、重组、迁移到本题中来。

3、大胆回答：

大多数提问用所学知识便可直接回答，但个别地方往往有悖所学知识，这时就要考虑产物、环保、产量、成本等等。

二、注意外界条件对工艺流程的影响

在很多流程图的题目中，我们经常会看到压强、温度等外界条件的出现，不同的工艺对物质反应的温度或压强有不同的要求，它所起的作用也不一样，但却都是能否达到实验目的的关键所在，也是命题专家们经常要考察学生的地方。

这里主要说一说温度的影响，归纳总结之后，主要有以下几个方面的形式来考察学生：

①、趁热过滤（或冰水洗涤）的目的：

防止某物质降温时会析出（或升温时会溶解）而带入新的杂质；

②、冰水中反应或降温反应的目的：

防止某物质在高温时会溶解或为使平衡向着题目要求的方向移动；

③、反应中采取加热措施的作用：

一般是为了加快反应速率或加速某固体的溶解；

④、如题目中要求温度控制在某温度范围内（可用水浴或油浴来控制）：

一般有以下几个目的：

A、防止某种物质温度过高时会分解或挥发，也可能是为了使某物质达到沸点挥发出来，具体问题要具体分析。

如侯德榜制碱中，将CO2通入NaCl的氨溶液中，保持溶液的温度为（30+2）℃，可得NaHCO3晶体，温度控制在这个范围，目的就是防止NaHCO3分解。

而在Br2的制取过程中，出溴口的温度控制在80—90℃，目的就是要使Br2挥发出来而又减少水蒸气混入Br2中。

B、使催化剂的活性达到最好：

如合成氨或工业SO2氧化为SO3时，选择的温度是500℃左右，原因之一就是使催化剂的活性达到最高。

C、防止副反应的发生：

如乙醇的消去反应温度要控制在170℃，原因是就是在140℃时会有乙醚产生。

D、对于一些工艺来说，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。

以上有关温度的总结只能说是有这种可能来考，具体问题要具体分析。

课堂

检测

1、例1、实验室用大理石等原料制取安全无毒的杀菌剂过氧化钙。

大理石的主要杂质是氧化铁，以下是提纯大理石的实验步骤：

（1）、溶解大理石时，用硝酸而不同硫酸的原因是。

（2）、操作Ⅱ的目的是，溶液A（溶质是共价化合物）是。

（3）、写出检验滤液中是否含铁离子方程式：

。

（4）、写出加入碳酸铵所发生反应的离子方程式：

。

写出滤液B的一种用途：

。

（5）、CaO2中一般含CaO。

试按下列提示完成CaO2含量分析的实验设计。

试剂：

氢氧化钠标准溶液、盐酸标准溶液、酚酞仪器：

电子天平、锥形瓶、滴定管

实验步骤：

①；②加入；③加入酚酞，用氢氧化钠标准溶液滴定。

（6）、若理论上滴定时耗用标准溶液20.00mL恰好完全反应，实际操作中过量半滴（1mL溶液为25滴），则相对误差为。

[讲解分析]：

（1）、硫酸钙微溶于水

（2）、除去溶液中Fe3+氨水（合理即给分）

（3）、取少量滤液，向其中加入硫氰化钾溶液，溶液不变红色，说明滤液中不含Fe3+;或取少量滤液，向其中加入硫氰化钾溶液，溶液变红色，说明滤液中含Fe3+

（4）、Ca2++CO32-==CaCO3↓作化肥（合理即给分）

（5）、称量过量的标准盐酸

（6）、0.1％

变式1、聚合氯化铝是一种新型高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态碱式氯化铝

[Al2（OH）nCl6－n]。

本实验采用铝盐溶液水解絮凝法制备碱式氯化铝。

其制备原料为分布广、价格廉的高岭土，化学组成为：

Al2O3（25%～34%）、SiO2（40%～50%）、Fe2O3（0.5%～3.0%）以及少量杂质和水分。

已知氧化铝有多种不同的结构，化学性质也有差异，且一定条件下可相互转化；高岭土中的氧化铝难溶于酸。

制备碱式氯化铝的实验流程如下：

[Al2（OH）nCl6－n]。

根据流程图回答下列问题：

⑴、“煅烧”的目的是_______________________________________________。

⑵、配制质量分数15％的盐酸需要200mL30％的浓盐酸（密度约为1.15g·cm－3）和_______g蒸馏水，配制用到的仪器有烧杯、玻璃棒、______________。

⑶、“溶解”过程中发生反应的离子方程式为_____________________________________。

⑷、加少量铝粉的主要作用是_____________________________________。

⑸、“调节溶液pH在4.2～4.5”的过程中，除添加必要的试剂，还需借助的实验用品是_______；“蒸发浓缩”需保持温度在90～100℃，控制温度的实验方法是__________。

[参考答案]：

1、改变高岭土中的结构，使其能溶于酸；

2、⑵、230；量筒；

3、⑶Al2O3＋6H＋＝2Al3＋＋3H2OFe2O3＋6H＋＝2Fe3＋＋3H2O；

4、除去溶液中的铁离子；

⑸、pH计（或精密pH试纸）；水浴加热

例2、（以氯化钾和钛白厂的副产品硫酸亚铁为原料生产硫酸钾、过二硫酸钠和氧化铁红颜料，原料的综合利用率较高。

其主要流程如下：

（1）、反应I前需在FeSO4溶液中加入（填字母），以除去溶液中的Fe3+

A.锌粉B.铁屑C.KI溶液D.H2

（2）反应Ⅰ需控制反应温度低于35℃，其目的是

（3）工业生产上常在反应Ⅲ的过程中加入一定量的醇类溶剂，其目的是

（4）、反应Ⅳ常被用于电解生产

（过二硫酸铵）。

电解时均用惰性电极，阳极发生地电极反应可表示为

[讲解分析]：

A、为了除去FeSO4溶液中的Fe3+，无疑应加入铁。

B、将FeSO4溶液与NH4HCO3溶液混合，由框图可知：

反应Ⅰ是复杂的，但过滤后得到FeCO3固体，这就不难看出，主要是HCO3—电离出CO32—与Fe2+结合生成FeCO3；（这就是“跟着感觉走”），但是HCO3—和Fe2+都能水解，且温度越高，水解程度越大，这就势必影响FeCO3的生成，故为了防止NH4HCO3分解（或减少Fe2+的水解），应将温度降低。

C、从反应II可知：

反应后溶液中主要成分是（NH4）2SO4，（NH4）2SO4中加入KCl和一定量的醇类溶剂，本身没有发生化学反应，但却得到K2SO4固体，不难联想到：

醇类溶剂的加入，使整体溶剂极性减弱，必然导致某些离子化合物的溶解度下降，从结果来看，加入醇类溶剂后，能降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出。

（这也是“跟着感觉走”）。

D、反应Ⅳ是用惰性电极电解（NH4）2SO4溶液，按照所学知识，应该是：

阴极H+得到电子生成H2，阳极OH—失去电子生成O2，但框图中却给出了（NH4）2S2O8溶液，这就断定阳极上是SO42—失去电子：

（这同样是“跟着感觉走”）。

答案：

（1）B

（2）防止NH4HCO3分解（或减少Fe2+的水解）（3）降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出（4）

变式2、最近，我国利用生产磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸并联产水泥的技术研究获得成功。

具体生产流程如下：

回答下列问题：

（1）、操作a的名称是________，实验室中进行此操作的非玻璃仪器或用品有__________；在实验室中操作b的名称是_____________。

（2）、装置a中生成两种酸式盐，它们的化学式分别是____________________________。

（3）、依题意猜测固体A中一定含有的物质的化学式是__________（结晶水部分不写）。

（4）、热交换器是实现冷热交换的装置。

化学实验中也经常利用热交换来实现某种实验目的，气、液热交换时通常使用的仪器是____________。

（5）、制硫酸所产生的尾气除了含有N2、O2外，还含有SO2、微量的SO3和酸雾。

能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是。

（选填字母）

A.NaOH溶液、酚酞试液B.KMnO4溶液、稀H2SO4

C.碘水、淀粉溶液D.氨水、酚酞试液

[讲解分析]：

（1）过滤，铁架台（含铁圈）、滤纸，蒸发浓缩、冷却结晶；

（2）NH4H2PO4（NH4）2HPO4

（3）CaSO4（4）冷凝管（5）BC

变式3、自洁面料就是在普通的面料纤维中加入一层薄薄的纳米二氧化钛。

由钛铁矿（主要成分是TiO2和Fe的氧化物）制备TiO2等产品的一种工艺流程示意如下：

（1）写出钛铁矿酸浸时，主要成分TiO2反应的离子方程式

（2）步骤①加铁的目的是_____________；步骤②冷却的目的是_______________________________________________-。

（3）上述制备二氧化钛的过程中，可以利用的副产物是__；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入处理。

（4）由金红石制备单质钛，涉及到的步骤为：

TiO2→TiCl4

Ti

己知：

①C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-393．5kJ·mol-1

②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=一566kJ·mol-1

③TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（s）+O2（g）△H=+141kJ·mol-1

则TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（s）=TiCl4（s）+2CO（g）的△H=________。

反应TiCl4+2Mg====2MgCl2+Ti在氩气氛中进行的理由是___________________________

参考答案：

（1）TiO2＋2H+=TiO2＋＋H2O（2分）

（2）将Fe3+还原为Fe2+（2分）；析出（或分离、或得到）FeSO4·7H2O（3分）

（3）FeSO4·7H2O（2分）；石灰（或碳酸钙、废碱）（2分）

（4）-80kJ·mol-1（2分）；防止高温下Mg（Ti）与空气中的O2（或CO2、N2）作用（2分）

变式4、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。

请回答：

（1）写出A与氢氟酸反应的化学方程式：

。

（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

（3）溶液D到固体E过程中需要控制溶液pH=13，如果pH过小，可能导致的后果

是。

（任写2点）

（4）写出

的反应离子方程式：

。

（5）证明H溶液的主要阴离子（Cl－、OH－除外）的方法是______

________________________________________________________________________

参考答案

（1）SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O（3分）

（2）D（3分）

（3）镁离子沉淀不完全或氢氧化铝溶解不完全（各2分，共4分，合理即给分）

（4）AlO2－+CO2+2H2O==Al（OH）3↓+HCO3－（3分）

（5）取1-2mLH溶液，加入过量BaCl2（CaCl2）溶液，没有沉淀产生（2分，试剂用量不恰当，扣1分）；再滴加入NaOH溶液，有白色沉淀产生，（或再滴加入盐酸，有无色无味气体产生），证明含有HCO3－（1分）。

（合理即给分）

变式5、锆（Zr）元素是核反应堆燃料棒的包裹材料，二氧化锆（ZrO2）可以制造耐高温纳米陶瓷。

我国有丰富的锆英石（ZrSiO4），含Al2O3、SiO2、Fe2O3等杂质，生产锆的流程之一如下：

（1）写出上述流程中高温气化的反应方程式（碳转化成CO）：

（2）写出ZrOCl2•8H2O在900℃生成ZrO2的反应方程式_______

（3）关于二氧化锆纳米陶瓷和锆合金的说法不正确的是（单选）

A．二氧化锆纳米陶瓷是一种新型材料B．纳米级二氧化锆是一种胶体

C．锆合金的硬度比纯锆要高

D．日本福岛核电站爆炸可能是由锆合金在高温下与水蒸气反应产生的氢气爆炸引起

（4）一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入甲烷；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2-。

在熔融电解质中，O2-向（填正负）极移动。

电池正极电极反应为：

，负极电极反应为：

。

参考答案

（1）4C+4Cl2+ZrSiO4

ZrCl4+SiCl4+4CO（3分）

（2）ZrOCl2•8H2O=ZrO2+2HCl↑+7H2O↑（3分）

（3）B（2分）

（4）负（2分）O2+4e-=2O2-（2分）CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O（2分）

变式6、工业上生产高氯酸时，还同时生产了一种常见的重要含氯消毒剂和漂白剂亚氯酸钠（NaClO2），其工艺流程如下：

已知：

1．NaHSO4溶解度随温度的升高而增大，适当条件下可结晶析出。

2．高氯酸是至今为止人们已知酸中的最强酸，沸点90℃。

请回答下列问题

（1）反应器Ⅰ中发生反应的化学方程式为，冷却的目的是，能用蒸馏法分离出高氯酸的原因是。

（2）反应器Ⅱ中发生反应的离子方程式为。

（3）通入反应器Ⅱ中的SO2用另一物质H2O2代替同样能生成NaClO2，请简要说明双氧水在反应中能代替SO2的原因是

（4）Ca（ClO）2、ClO2、NaClO、NaClO2等含氯化合物都是常用的消毒剂和漂白剂是因为它们都具有请写出工业上用氯气和NaOH溶液生产另一种消毒剂NaClO的离子方程式

参考答案：

（1）3NaClO3＋3H2SO4＝HClO4＋2ClO2＋3NaHSO4＋H2O；（2分）

降低NaHSO4的溶解度，使NaHSO4结晶析出（2分）高氯酸的沸点低（1分）

（2）2ClO2＋SO2＋4OH－＝2ClO2－＋SO42－＋2H2O；（2分）

（3）H2O2有还原性也能把ClO2还原为NaClO2（2分）

（4）强氧化性（2分）Cl2＋2OH－＝ClO－＋Cl－＋H2O；（2分）

课后

作业

1、硫酸亚铁晶体（FeSO4·7H2O）在医药上作补血剂。

某课外研究小组测定该补血剂中铁元素的含量，实验步骤如下：

请回答下列问题：

（1）证明步骤①滤液中含有Fe2+的方法是先滴加KSCN溶液，再滴加，该过程的现象为：

。

（2）步骤②加入过量H2O2的目的：

。

（3）步骤③中反应的离子方程式：

。

（4）步骤④中一系列处理的操作步骤：

过滤、、灼烧、、称量。

（5）若实验无损耗，则每片补血剂含铁元素的质量________g。

（6）该小组有些同学认为用KMnO4溶液滴定也能进行铁元素含量的测定。

（5Fe2++MnO4—+8H+＝5Fe3++Mn2++4H2O）

①实验前，首先要精确配制一定物质的量浓度的KMnO4溶液250mL，配制时需要的仪器除天平、玻棒、烧杯、胶头滴管外，还需。

②上述实验中的KMnO4溶液需要酸化，用于酸化的酸是____。

a．稀硝酸b．稀硫酸c．稀盐酸d．浓硝酸

③滴定到终点时的颜色为色。

2、铬铁矿的主要成分可表示为FeO·Cr2O3，还含有SiO2、Al2O3等杂质，以铬铁矿为原料制备重铬酸钾（K2Cr2O7）的过程如下图所示。

已知：

①NaFeO2遇水强烈水解。

②2CrO42－+2H+

Cr2O72－+H2O

请回答：

（1）K2Cr2O7中Cr元素的化合价是。

（2）煅烧铬铁矿生成Na2CrO4和NaFeO2反应的化学方程式是

。

（3）滤渣1为红褐色的固体，滤渣1的成分是（填名称）______________，滤液1的成分除Na2CrO4、NaOH外，还含有（填化学式）。

（4）利用滤渣2，可制得两种氧化物，其中一种氧化物经电解冶炼可获得金属，该电解反应的化学方程式是。

（5）写出由滤液2转化为Na2Cr2O7溶液应采取的措施是。

（6）向Na2Cr2O7溶液中加入KCl固体，获得K2Cr2O7晶体的操作依次是：

加热浓缩、、过滤、洗涤、干燥。

参考答案：

1、

（1）氯水（或双氧水等合理氧化剂）（1分）;溶液由浅绿色变成血红色（1分）

（2）将Fe2+全部氧化成Fe3+（2分）（3）Fe3+＋3OH－=FeOH）3↓（或Fe3++3NH3·H2O=FeOH）3↓+3NH4+）（3分）（4）洗涤（1分）；冷却（1分）（5）0.07a（3分）

（6）250mL容量瓶（1分）；b（1分）；紫（或紫红）（2分）

2、

（1）+6（2分）

（2）4FeO·Cr2O3+7O2+20NaOH

8Na2CrO4+4NaFeO2+10H2O

（共3分，物质正确1分，反应条件“高温或煅烧”1分，配平1分）

（3）氢氧化铁（2分）；NaAlO2、Na2SiO3（共2分，每种物质各1分）

（3）2Al2O3（熔融）

4Al+3O2↑（3分，物质正确1分，反应条件1分，配平1分）

（4）加稀硫酸酸化（2分）（5）冷却结晶（2分）

签字

教研组长：

教学主任：

学生：

教务老师：

家长：

老师

课后

评价

下节课的计划：

学生的状况、接受情况和配合程度：

给家长的建议：

TA-65