二轮专题四工艺流程题及实验题的突破和建模.docx
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二轮专题四工艺流程题及实验题的突破和建模
二轮专题四工艺流程题及实验题的突破和建模
【课堂目标】
工艺流程题及实验题经常涉及的问题有:
1.化学反应条件的控制:
(1)提高浸取率(粉碎、升温、适当增大溶液浓度等)。
(2)调pH除杂。
(3)加试剂除杂。
(4)控制温度。
2.常见基本实验操作
(1)熟悉基本仪器的使用(如容量瓶的规格、滴定管的选择、分液漏斗等)。
(2)检查气密性、沉淀完全的判断、沉淀的洗涤、检验沉淀是否完全、焰色反应等。
(3)洗涤:
冰水洗涤、有机溶剂(乙醇、乙醚、丙酮等)洗涤的目的。
(4)蒸发浓缩、冷却结晶、(趁热)过滤、洗涤、干燥等。
3.借本专题着力提高高考试题中第16题、第19题中部分内容的有效得分率。
【基础梳理】
活动一、反应条件的控制:
粉碎、调pH、控温度的目的
【例题1】废弃物的综合利用既有利于节约资源,又有利于保护环境。
某工厂对工业污泥中Cr(III)回收与再利用工艺流程如下(硫酸浸取液中金属离子主要是Cr3+,其次是Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+):
已知:
常温下,部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH(开始沉淀的pH按金属阳离子浓度为1.0mol·L-1计算)和完全沉淀时溶液的pH,见下表:
阳离子
Fe3+
Fe2+
Mg2+
Al3+
Cu2+
Cr3+
开始沉淀时的pH
1.9
7.5
——
——
4.7
——
沉淀完全时的pH
3.2
9.7
11.1
8
6.7
9 (>9溶解)
重铬酸根离子(Cr2O72-)在溶液中存在如下平衡:
2CrO42-+2H+
Cr2O72-+H2O
(1)酸浸时,为了提高浸取率可采取的措施是
(至少答两点)。
(2)加入H2O2的作用是。
调节溶液的pH=8的目的是。
(3)氧化过程中控制30~40℃的原因。
☆☆☆☆☆工艺流程题建模:
1.粉碎、雾化、淋喷、气液逆向的目的
(1)增大接触面积;
(2)提高反应速率;(3)使反应充分进行,提高原料利用率。
2.控制pH值
(1)促进()离子水解,使其沉淀,利于过滤分离。
(2)防止()离子水解,从而降低产率。
3.加某一试剂过量的目的
(1)使(物质)完全转化或提高(物质)的转化率,该(物质)往往具备昂贵、难得或有污染。
(2)将()转化为(),便于后续除去。
(3)除去()杂质。
4.控温度
(1)温度低,反应速率慢。
(2)温度高,物质的分解或挥发。
分解的物质:
H2O2、浓HNO3、氨水、铵盐、KClO3、KIO3、KMnO4等。
挥发的物质:
H2O2、浓HNO3、乙醇、醋酸、苯等有机物。
(3)对于△H<0的,升温,可以使平衡左移,所以温度太高,不利于产品的生成,会降低反应物的转化率和产品的产率。
(4)温度高,会促进某些离子的水解,聚沉后有利于过滤分离。
【变式训练1】蛇纹石可用于生产氢氧化镁,简要工艺流程如下:
I.制取粗硫酸镁:
用酸液浸泡蛇纹石矿粉,过滤;并在常温常压下结晶,制得粗硫酸镁(其中常含有少量Fe3+、Al3+、Fe2+等杂质离子)。
II.提纯粗硫酸镁:
将粗硫酸镁在酸性条件下溶解,加入适量的0.1mol·L-1H2O2溶液,再调节溶液pH至7~8,并分离提纯。
III.制取氢氧化镁:
向步骤II所得溶液中加入过量氨水。
已知:
金属离子氢氧化物沉淀所需pH是
Fe3+
Al3+
Fe2+
Mg2+
开始沉淀时
1.5
3.3
6.5
9.4
沉淀完全时
3.7
5.2
9.7
12.4
请回答:
(1)步骤I中,将蛇纹石变成矿粉的目的。
(2)①步骤II中,可用于调节溶液pH至7~8的最佳试剂是(填字母序号)。
A.MgOB.Na2CO3C.蒸馏水
②pH调节至7~8的目的是。
(3)工业上常以Mg2+的转化率为考察指标,确定步骤III制备氢氧化镁工艺过程的适宜条件。
其中,反应温度与Mg2+转化率的关系如右图所示。
图中,温度升高至50℃以上Mg2+转化率下降的可能原因是。
活动二、实验题的基本实验操作
1.仪器的选择、使用;2.沉淀的洗涤,是否完全、是否洗净判断;3.得到产品的一般步骤。
【例题2】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,以此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的流程如下:
根据题意回答下列问题:
(1)实验中需用1mol/L的硫酸80mL,若用98%的浓硫酸来配制,除量筒、玻璃棒外,还需要的玻璃仪器有。
(2)如何检验滤液中Fe3+是否被除尽,简述检验方法
。
(3)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,简要说明操作步骤
、。
☆☆☆☆☆实验题建模:
1.仪器选择
(1)配制一定物质的量浓度的溶液,其中容量瓶要注明规格、胶头滴管、玻璃棒。
(2)滴定管的选择要注明酸式(或碱式)、锥形瓶。
(3)灼烧:
坩埚、坩埚钳。
(4)过滤:
烧杯、漏斗、玻璃棒。
2.沉淀是否完全的判断
取上层清液少许于试管中,再加入()溶液,若产生白色沉淀,说明()未沉淀完全。
3.沉淀的洗涤方法
沿玻璃棒向过滤器中加水至沉淀浸没,待水流尽后,再重复2~3次。
4.判断沉淀是否洗净
取最后一次滤出液少许于试管中,滴加()溶液,若产生白色沉淀,说明沉淀未洗净。
5.洗涤的目的
(1)冰水洗:
①洗去杂质;②降低产品的溶解度,减少产品的损耗,提高产品的利用率。
(2)乙醇(乙醚等)洗:
①洗去杂质;②降低产品的溶解度,减少产品的损耗;③快速干燥。
6.得到产品的一般步骤
(1)反应得到含产物的溶液→蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥。
(2)蒸发浓缩→趁热过滤→洗涤→干燥。
趁热过滤的目的:
增大()的溶解度,防止其析出,减少()损耗,提高()利用率。
【变式训练2】氯酸镁[Mg(ClO3)2]常用作催熟剂、除草剂等,实验室用卤块(主要成分为MgCl2·6H2O,含有MgSO4、FeCl2等杂质)制备少量Mg(ClO3)2·6H2O的流程如下:
已知:
①几种化合物的溶解度(S)随温度(T)变化曲线如右图所示。
②金属离子氢氧化物沉淀所需pH是
Fe3+
Fe2+
Mg2+
开始沉淀时
1.5
6.5
9.4
沉淀完全时
3.7
9.7
12.4
(1)过滤时主要玻璃仪器有。
(2)加入BaCl2的目的是除去杂质离子,检验已沉淀完全的方法是:
。
(3)“调节pH=4”的目的。
(4)反应II为:
MgCl2+2NaClO3=Mg(ClO3)2+2NaCl↓,再进一步制取Mg(ClO3)2·6H2O
的实验步骤依次为:
①;②趁热过滤;③;④过滤、洗涤、干燥。
【问题反馈与反思】
☆☆☆☆☆常见离子的检验(自主消化):
1.SO42-的检验:
取待测液于试管,先用稀HCl酸化,无现象,再加BaCl2溶液,若出现白色沉淀,则证明有SO42-。
2.Cl-的检验:
取待测液于试管,加稀硝酸酸化的AgNO3溶液,若出现白色沉淀,则证明有Cl-。
3.Na+、K+的检验:
用铂丝蘸取待测液,在酒精灯上灼烧,产生黄色火焰,证明有钠元素若产生的火焰透过蓝色钴玻璃观察呈淡紫色,证明有钾元素。
4.Fe3+的检验:
取待测液于试管,滴加KSCN溶液,溶液呈血红色,说明有Fe3+。
5.Fe2+的检验:
取待测液于试管,滴加KSCN溶液,无现象,再加氯水(或H2O2),溶液呈血红色,说明有Fe2+。
6.NH4+的检验:
取待测液于试管,加碱加热,产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,说明有NH4+。
【课后习题】
1.NaClO2用于棉、麻、粘胶纤维及织物的漂白。
实验室制备NaClO2的装置如下图所示:
装置I控制温度在35~55℃,通入SO2将NaClO3还原为ClO2(沸点:
11℃),反应结束后通入适量的空气,其目的是。
2.工业上用白云石制备高纯氧化镁的工艺流程如下:
已知白云石的主要成分可表示为:
CaO32.50%;MgO20.58%;Fe2O32.18%;SiO20.96%;其他43.78%
(1)为了提高白云石的煅烧效果,可以采取的措施是。
若在实验室中煅烧白云石,需要的仪器除酒精灯、三脚架以外,还需要。
A.蒸发皿B.坩埚C.泥三角D.石棉网E.坩埚钳
(2)加入H2SO4控制pH时,终点pH对产品的影响如图所示,
pH过高会导致镁浸率降低,其原因为
,
pH过低对产品影响是。
(3)从溶液中获得CaSO4·2H2O的操作是蒸发浓缩、、过滤、洗涤、干燥。
(4)检验沉淀是否洗净的方法是:
。
3.工业上以碳酸锰矿为主要原料生产MnO2的工艺流程如下:
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
Pb(OH)2
Mn(OH)2
开始沉淀时
3.3
1.5
6.5
4.2
8.0
8.3
沉淀完全时
5.2
3.7
9.7
6.7
8.8
9.8
请问答下列问题:
(1)酸浸前将碳酸锰矿粉碎的作用是。
(2)酸浸后的溶液中含有Mn2+、SO42-,另含有少量Fe2+、Fe3+、A13+、Cu2+、Pb2+等,其除杂过程如下:
①加入MnO2目的的是。
②加入CaO将溶液的pH调到5.2~6.0,其主要目的是。
③加入BaS,除去后,再加入NaF溶液,除去。
(3)沉淀过程中反应温度不能过高的原因是。
4.直接氧化法制备混凝剂聚合硫酸铁[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m(n>2,m≤10)的实验流程如下:
(1)实验加入硫酸的作用是。
(2)用pH试纸测定溶液pH的操作方法为。
(3)氧化时控制反应温度为50~60℃的原因是。
(4)产品盐基度的测定方法:
Ⅰ.称取mg固体试样,置于400mL聚乙烯烧杯中,加入25mL盐酸标准溶液,再加20mL煮沸后冷却的蒸馏水,摇匀,盖上表面皿。
Ⅱ.室温下放置10min,再加入10mL氟化钾溶液,摇匀,掩蔽Fe3+,形成白色沉淀。
Ⅲ.加入5滴酚酞指示剂,立即用物质的量浓度为cmol·L-1的氢氧化钠标准液滴定至终点,消耗体积为Vml。
Ⅳ.向聚乙烯烧杯中,加入25mL盐酸标准溶液,再加20mL煮沸后冷却的蒸馏水,摇匀,盖上表面皿。
然后重复Ⅱ、Ⅲ做空白试验,消耗氢氧化钠标准液的体积为V0ml。
达到滴定终点的现象为。
5.近年来,高锰酸钾在饮用水和工业污水处理领域的消费需求增长较快。
实验室可用二氧化锰为主要原料制备高锰酸钾。
其部分流程如下:
混合液
④通CO2
墨绿色
浸取液
③蒸馏水
分批浸取
熔融物
⑤加热
趁热过滤
滤液
(1)第①步中采用铁坩埚而不用瓷坩埚的原因是(用化学方程式表示)
。
(2)第⑤步趁热过滤的目的是。
(3)第⑥步加热浓缩至液面有细小晶体析出时,停止加热,冷却结晶、、
洗涤、干燥。
干燥过程中,温度不宜过高,因为。
6.辉铜矿主要成分Cu2S,此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质,软锰矿主要含有MnO2,以及少量SiO2、Fe2O3等杂质。
研究人员开发综合利用这两种资源,用同槽酸浸湿法冶炼工艺,制备硫酸锰和碱式碳酸铜。
主要工艺流程如下:
已知:
①MnO2有较强的氧化性,能将金属硫化物中的硫氧化为单质硫
②[Cu(NH3)4]SO4常温稳定,在热水溶液中会分解生成NH3
③部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围(开始沉淀和完全沉淀的pH):
Fe3+:
1.5~3.2Mn2+:
8.3~9.8Cu2+:
4.4~6.4
(1)实验室配制250mL4.8mol·L-1的稀硫酸,所需的玻璃仪器除量筒、烧杯、胶头滴管以外还需要、。
(2)酸浸时,为了提高浸取率可采取的措施有(任写两点)。
(3)滤渣的成分(写化学式)。
(4)①调节浸出液pH=4的作用是。
②pH不能调的太高的原因是。
(5)获得的MnSO4·H2O晶体后常用酒精洗涤,主要目的是。
7.一种含铝、锂、钴的电子废料中,铝以铝箔的形式存在,钴以Co3O4的形式存在(吸附在铝箔的单面或双面),锂混杂于其中。
从该废料中回收Co3O4的工艺流程如下:
(1)溶液A的溶质的主要成分为LiOH、。
(填化学式)
(2)在实验室模拟工业生产时,也可用盐酸浸出钴离子,但实际工业生产中不用盐酸,请从反应原理分析不用盐酸浸出钴离子的主要原因:
。
(3)①加入20%Na2CO3溶液的作用是。
②加入30%Na2CO3溶液的作用是。
(4)在空气中锻烧CoCO3生成Co3O4的化学方程式是。
8.硫酸锌是制备荧光粉的原料之一。
工业上由锌白矿(主要成分是ZnO,还含有Fe2O3、CuO、SiO2等杂质)制备ZnSO4•7H2O的流程如下。
已知:
常温下溶液中Fe3+、Zn2+、Fe2+以氢氧化物形式完全沉淀的pH分别为:
3.7、6.5,9.7。
(1)①浸取过程中提高浸出效率可采用的措施有 (任答一条)。
②滤渣1的成分(写化学式)。
(2)加入适量锌粉的作用为:
①使溶液中的Fe3+转化为Fe2+;② 。
(3)①加入适量Ca(OH)2调节溶液pH的目的是。
②Ca(OH)2不能过量的原因是 。
9.以黄铁矿(FeS2)、氯酸钠和硫酸溶液混合反应制备二氧化氯气体,再用水吸收获得二氧化氯溶液。
在此过程中需要控制适宜的温度,若温度不当,
副反应增加,影响生成ClO2气体的纯度,且会影响ClO2气体
的吸收率。
具体情况如图所示。
请回答下列问题
据图可知,反应时需要控制的适宜温度是 ℃,
达到此要求采取的适宜措施是 。
实验室所需的玻璃仪器。
10.硅藻土是由硅藻死亡后的遗骸沉积形成的,主要成分是SiO2和有机质,并含有少量的Al2O3、Fe2O3、MgO等杂质。
精制硅藻土因为吸附性强、化学性质稳定等特点被广泛应用。
下图是生产精制硅藻土并获得Al(OH)3的工艺流程。
(1)粗硅藻土高温煅烧的目的是。
(2)反应Ⅲ中生成Al(OH)3沉淀的化学方程式是;
氢氧化铝常用作阻燃剂,其原因是。
(3)实验室用酸碱滴定法测定硅藻土中硅含量的步骤如下:
步骤1:
准确称取样品ag,加入适量KOH固体,在高温下充分灼烧,冷却,加水溶解。
步骤2:
将所得溶液完全转移至塑料烧杯中,加入硝酸至强酸性,得硅酸浊液。
步骤3:
向硅酸浊液中加入NH4F溶液、饱和KCl溶液,得K2SiF6沉淀,用塑料漏斗过滤并洗涤。
步骤4:
将K2SiF6转移至另一烧杯中,加入一定量蒸馏水,采用70℃水浴加热使其充分水解(K2SiF6+3H2O=H2SiO3+4HF+2KF)。
步骤5:
向上述水解液中加入数滴酚酞,趁热用浓度为cmol·L-1NaOH的标准溶液滴定至终点,消耗NaOH标准溶液VmL。
①步骤1中高温灼烧实验所需的仪器除三角架、泥三角、酒精喷灯外还有。
a.蒸发皿b.表面皿c.瓷坩埚d.铁坩埚
②实验中使用塑料烧杯和塑料漏斗的原因是。
③步骤3中采用饱和KCl溶液洗涤沉淀,其目的是。
④步骤4中滴定终点的现象为。
二轮专题四工艺流程题及实验题的突破和建模
参考答案、评分标准及备课资料
【例题1】
(1)①升高反应温度,
②搅拌,
③适当提高硫酸的浓度(多次浸取),
④适当延长浸取时间等角度
(2)氧化Cr3+(转变成+6价Cr或Cr2O72-),以便于与杂质离子分离。
使Fe3+和Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,从而除去Fe3+和Al3+
(3)温度低,反应速率慢;温度高,H2O2会分解,原料浪费。
【变式训练1】
(1)①增大接触面积;
②提高反应速率;
③使反应充分进行,提高蛇纹石的利用率。
(2)①A
②使Fe3+和Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,从而除去Fe3+和Al3+
(3)温度过高时,氨水受热分解,浓度降低,Mg2+转化率下降。
【例题2】
(1)烧杯、100mL的容量瓶、胶头滴管
(2)取少量滤液,向其中加入硫氰化钾溶液,如果溶液不变红色,说明滤液中不含Fe3+;如果溶液变红色,说明滤液中含Fe3+。
(3)蒸发浓缩,趁热过滤
【变式训练2】
(1)漏斗、玻璃棒、烧杯
(2)静置,取上层清液于试管,加入BaCl2,若无白色沉淀,则SO42-沉淀完全
(3)使Fe3+转化为Fe(OH)3,从而除去Fe3+
(4)蒸发浓缩冷却结晶
【课后习题】
1.将ClO2吹入到装置Ⅱ进行反应
2.
(1)矿石粉碎BCE
(2)Mg(OH)2或MgO未完全溶解;产品含杂质离子,使其纯度下降。
(3)冷却结晶
(4)取最后一次洗涤液少许于试管中,加HCl无现象,再加BaCl2溶液,无白色沉淀,则洗净。
3.
(1)增大接触面积;加快反应速率;使反应更充分,提高原料的利用率。
(2)①将Fe2+氧化为Fe3+,便于后续反应除去。
②除去Fe3+,A13+
③Cu2+、Pb2+Ca2+
(3)防止NH4HCO3分解,原料利用率低
4.
(1)抑制Fe2+水解
(2)将小片pH试纸放在点滴板(或表面皿)上,用玻璃棒蘸取少量待测液滴在试纸上,迅速与标准比色卡对照。
(3)温度过低,反应太慢;温度过高,H2O2分解加快,导致氧化剂用量增加。
(4)滴入最后一滴NaOH标准液,烧杯中液体颜色恰好为浅红色,且30s内不变色。
5.
(1)SiO2+2KOH
K2SiO3+H2O
(2)防止产品(KMnO4)溶解度降低,从而析出,导致损耗,降低产率。
(3)过滤温度过高,KMnO4会分解,降低产率。
6.
(1)玻璃棒250mL容量瓶
(2)粉碎矿石;适当升高温度;搅拌;适当提高硫酸的浓度等
(3)S、SiO2
(4)①使Fe3+转化为Fe(OH)3,从而除去Fe3+
②Cu2+、Mn2+会转化为Cu(OH)2、Mn(OH)2沉淀,从而降低碱式碳酸铜和硫酸锰的产率
(5)①洗去杂质;
②降低产品(MnSO4·H2O晶体)的溶解度,减少产品的损耗;
③快速干燥。
7.
(1)NaAlO2
(2)Co2O3·CoO可氧化盐酸产生Cl2污染环境(或盐酸挥发污染环境。
合理答案均可)
(3)①调节pH,使Al3+转化为Al(OH)3沉淀,从而除去
②沉淀钴离子(或形成CoCO3沉淀)
(4)6CoCO3+O2
2Co3O4+6CO2
8.
(1)将矿石粉碎或提高浸取温度或适当增加酸的浓度等SiO2
(2)将Cu2+转化为Cu,从而除去Cu2+
(3)①促进Fe3+水解,使其生成Fe(OH)3,从而除去Fe3+
②防止生成Zn(OH)2,从而降低ZnSO4•7H2O的产率
9.30℃水浴加热烧杯、温度计、酒精灯
10.
(1)除去有机质
(2)①NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3
②氢氧化铝分解吸收热量,且生成高熔点的氧化铝覆盖在表面
(3)①d
②实验中产生的HF能与玻璃仪器中的SiO2等物质反应
③洗去沉淀表面的HF等杂质;增大K+浓度,减少K2SiF6的损失
④最后一滴滴入后溶液由无色变为粉红色,且30s不褪色。