化学工艺流程专题复习.docx

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化学工艺流程专题复习

化学工艺流程专题复习

一、化工生产主要解决六方面问题：

1、解决将原料转化为产品的生产原理；

2、除去所有杂质并分离提纯产品；

3、提高产量与产率；

4、减少污染，考虑“绿色化学”生产；

5、原料的来源既要考虑丰富，还要考虑成本问题；

6、生产设备简单，生产工艺简便可行等工艺生产问题

化学工艺流程题，一般也就围绕这六个方面设问求解。

要准确、顺利解答工艺流程题，学生除了必须要掌握物质的性质和物质之间相互作用的基本知识以及除杂分离提纯物质的基本技能外，最关键的问题要具备分析工艺生产流程的方法和能力。

二、工艺流程图的主要框架是：

1、原料预处理

【例1】（08广州一模）聚合氯化铝是一种新型、高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态的碱式氯化铝[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：

根据流程图回答下列问题：

（1）“煅烧”的目的是________________________________________________________。

【例2】某研究小组测定菠菜中草酸及草酸盐含量（以C2O42－计），实验步骤如下：

①将菠菜样品预处理后，热水浸泡，过滤得到含有草酸及草酸盐的溶液。

……

回答下列问题：

（1）步骤①中“样品预处理”的方法是。

（A．灼烧成灰　　B．研磨成汁）

【知识归纳1】

1、原料预处理的目的：

2、原料预处理的方法：

化学工艺流程——原料预处理练习

1、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：

部分阳离子以氢氧化物形式完全深沉时溶液的pH由见上表，请回答下列问题：

（1）“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有（要求写出两条）

2、（2013·珠海一模）现从锌制品加工企业回收的废渣（含有ZnO、FeO、Fe2O3、CuO、Al2O3等杂质）来制取氧化锌,流程如下:

有关氢氧化物完全沉淀的pH见下表:

沉淀物

Al（OH）3

Fe（OH）3

Fe（OH）2

Cu（OH）2

Zn（OH）2

pH

5.2

3.2

9.7

6.7

8.0

（1）在酸浸过程中,要提高浸出率,可以采取　　　　　　　　措施（任写一种）。

3、（2013·湛江二模）以白云石（化学式表示为MgCO3·CaCO3）为原料制备Mg（OH）2的工艺流程如下图所示。

（1）研磨的作用是　　　　　　　　　　　　　。

4、（2010·广东高考第32题）碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。

以β

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。

（1）步骤Ⅰ前,β

锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是　　　　　　　　　　　　　　　。

5、（2013·江门一模）化工原料红矾钠（重铬酸钠:

Na2Cr2O7·2H2O）主要是以铬铁矿（主要成分为FeO·Cr2O3,还含有Al2O3、SiO2等杂质）为主要原料生产,其主要工艺流程如下:

步骤①中主要反应的化学方程式如下:

4FeO·Cr2O3+8Na2CO3+7O2

8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2

（1）①中反应是在回转窑中进行的，反应时需不断搅拌，其作用是　。

6、（2013增城）碱式硫酸铁Fe（OH）SO4对水中的悬浮物、有机物、硫化物、重金属等都能絮凝，工业上常用硫酸亚铁法制备，工艺流程如下图所示：

已知：

Fe3+沉淀完全时的pH=3.1，Fe2+沉淀完全时的pH=9.7

（1）请写出溶解过程中加快溶解速率和提高浸出率的两点措施：

_______________________________，______________________________。

7、（2013汕头）为了提高资源利用率，减少环境污染，化工集团将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链，如下图所示。

请填写下列空白：

（1）钛铁矿进入氯化炉前通常采取洗涤、粉碎、烘干、预热等物理方法处理，请从原理上解释粉碎的作用___________________;

8、（2014广州）（16分）某地煤矸石经预处理后含SiO2（63%）、Al2O3（25%）、Fe2O3（5%）及少量钙镁的化合物等，一种综合利用工艺设计如下：

（1）“酸浸”过程中主要反应的离子方程式为_____________、_________________。

（2）“酸浸”时铝浸出率的影响因素可能有_____________、___________。

（写出两个）

9、【2014肇庆】为探索工业含铝、铁、铜合金废料的再利用，甲同学设计的实验方案如下：

请回答：

（2）写出反应①的化学方程式，

反应②生成沉淀的离子反应方程式。

10、【2014深圳】从化工厂铬渣中提取硫酸钠的工艺如下：

已知：

①铬渣含有Na2SO4及少量Cr2O72-、Fe3+；②Fe3+、Cr3+完全沉淀（c≤1.0×10-5mol·L-1）时pH分别为3.6和5。

（1）“微热”除能加快反应速率外，同时还可以，滤渣A为（填化学式）。

11、（15分）（2013·惠州一中模拟）工业上从废催化剂（主要成分是钯和活性炭,还含有少量铁、锌）中回收钯,采用如下流程:

已知:

钯（Pd）的性质与铂相似。

钯与王水在加热条件下发生的主要反应如下:

3Pd+12HCl+2HNO3

3H2PdCl4+2NO↑+4H2O

请回答下列问题:

（1）酸溶Ⅰ前先将废催化剂在700℃下进行灼烧,同时不断通入空气的作用是　　　　　　　　　　。

加入盐酸的目的是　　　　　　　　　　　　　。

2、核心反应

【例1】

（07广东改）（10分）二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。

工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下：

某软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Si（16.27%）、Fe（5.86%）、Al（3.42%）、Zn（2.68%）和Cu（0.86%）等元素的化合物。

部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表，回答下列问题：

沉淀物

Al（OH）3

Fe（OH）3

Fe（OH）2

Mn（OH）2

Cu（OH）2

Zn（OH）2

CuS

ZnS

MnS

FeS

pH

5.2

3.2

9.7

10.4

6.7

8.0

≥–0.42

≥2.5

≥7

≥7

（1）硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为。

【知识归纳2】

1、化工生产主要考查的知识：

化学工艺流程——方程式书写练习

1、（2011广东高考）由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用钢材镀铝。

工艺流程如下：

（注：

NaCl熔点为801℃；AlCl3在181℃升华）

（1）精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为①和②

（3）在用废碱液处理A的过程中，所发生反应的离子方程式为

（4）镀铝电解池中，金属铝为极，熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl4―和Al2Cl7―形式存在，铝电极的主要电极反应式为

2、（20XX年广州一模）某科研小组以难溶性钾长石（K2O•Al2O3•6SiO2）为原料，提取Al2O3、K2CO3等物质，工艺流程如下：

（1）煅烧过程中有如下反应发生：

①钾长石中的硅元素在CaCO3作用下转化为CaSiO3，写出SiO2转化为CaSiO3的化学方程式是：

。

②钾长石中的钾元素和铝元素在Na2CO3作用下转化为可溶性的NaAlO2和KAlO2，写出Al2O3转化为NaAlO2的化学方程式是：

。

3、（2010广东高考）碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。

以β-锂辉石（主要成分为Li2O

Al2O3

4SiO2）为原材料制备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。

（4）步骤Ⅲ中，生成沉淀的离子方程式为_______________。

4、（2014广东高考）32.（16分）石墨在材料领域有重要应用，某初级石墨中含SiO2（7.8%）、Al2O3（5.1%）、Fe2O3（3.1%）和MgO（0.5%）等杂质，设计的提纯与综合利用工艺如下：

（注：

SiCl4的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃）

（2）高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，气体I中的碳氧化物主要为________________________，由气体II中某物质得到水玻璃的化学反应方程式为_________________。

（4）由溶液IV生成沉淀V的总反应的离子方程式为___________________，100kg初级石墨最多可获得V的质量为___________kg。

5、（2013·六校模拟）轻质碳酸镁是广泛应用于橡胶、塑料、食品和医药工业的化工产品,以卤块（主要成分为MgCl2,含Fe2+、Fe3+、Mn2+等杂质离子）为原料制备轻质碳酸镁[MgCO3·Mg（OH）2·3H2O]的工艺流程如下:

物质

开始沉淀

沉淀完全

Fe（OH）3

2.7

3.7

Fe（OH）2

7.6

9.6

Mn（OH）2

8.3

9.8

Mg（OH）2

9.9

11.1

已知生成氢氧化物沉淀的pH如右上表。

（1）“氧化”一步中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（3）“热解”一步温度控制在75℃左右,其原因是　。

写出此反应的离子方程式:

　。

6、（2013·广州二模）硼酸（H3BO3）大量应用于玻璃制造行业,以硼镁矿（2MgO·B2O3·H2O、SiO2及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3）为原料生产硼酸的工艺流程如下:

（1）由于矿粉中含CaCO3,“浸取”时容易产生大量泡沫使物料从反应器中溢出,故应分批加入稀硫酸。

该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

7、（2014广州一模）某地煤矸石经预处理后含SiO2（63%）、Al2O3（25%）、Fe2O3（5%）及少量钙镁的化合物等，一种综合利用工艺设计如下：

（1）“酸浸”过程中主要反应的离子方程式为_____________、_________________。

（3）物质X的化学式为___________。

“碱溶”时反应的离子方程式为____________。

8、（2014广州二模）碲（Te）为ⅥA族元素，是当今高新技术新材料的主要成分之一。

工业上可从电解精炼铜的阳极泥中提取碲。

（1）粗铜中含有Cu和少量Zn、Ag、Au、TeO2及其他化合物，电解精炼后，阳极泥中主要含有TeO2、少量金属单质及其他化合物。

电解精炼粗铜时，阳极电极反应式为           。

（2）TeO2是两性氧化物，微溶于水，可溶于强酸或强碱。

从上述阳极泥中提取碲的一种工艺流程如下：

①“碱浸”时TeO2发生反应的化学方程式为                                      。

9、（2014惠州一模）32．（16分）电镀污泥中含有Cr（OH）3、Al2O3、ZnO、CuO、NiO等物质，工业上通过“中温焙烧—钠氧化法”回收Na2Cr2O7等物质。

已知：

水浸后溶液中存在Na2CrO4、NaAlO2[也可表示为NaAl（OH）4]、Na2ZnO2等物质。

（2）完成氧化焙烧过程中生成Na2CrO4的化学方程式

Cr（OH）3+Na2CO3+O2Na2CrO4+CO2+H2O

（5）工业上还可以在水浸过滤后的溶液（Na2CrO4）加入适量H2SO4，用石墨做电极电解生产金属铬，写出生成铬的电极反应方程式。

10、（2014惠州二模）氧化锌粉末广泛应用于橡胶、涂料、陶瓷、化工、医药、玻璃等行业，为综合应用资源，常从冶炼锌、锌制品加工企业回收的锌渣（含有ZnO、FeO、Fe2O3、CuO、Al2O3等杂质）来制取氧化锌，流程如图：

有关氢氧化物沉淀完全的pH见下表

（4）在“碳化合成”中，产物中有碱式碳酸锌［Zn2（OH）2CO3］和CO2等，请写出该反应的化学方程式。

3、除杂

1）加入沉淀剂

2）溶液酸碱性的控制

化学工艺流程——除杂练习

1、（16分）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：

已知：

查阅资料得知氢氧化物沉淀时的pH为：

氢氧化物

Fe（OH）3

Al（OH）3

开始沉淀时的pH

2.3

4.0

开始溶解：

7.8

完全沉淀时的pH

3.7

5.2

完全溶解：

10.8

（2）除杂操作是加入氢氧化钙，调节溶液的pH为，目的是除去溶液中少量的Al3＋、Fe3＋。

检验Fe（OH）3是否沉淀完全的实验操作是________________________

2、氧化锌粉末广泛应用于橡胶、涂料、陶瓷、化工、医药、玻璃等行业，为综合应用资源，常从冶炼锌、锌制品加工企业回收的锌渣（含有ZnO、FeO、Fe2O3、CuO、Al2O3等杂质）来制取氧化锌，流程如图：

有关氢氧化物沉淀完全的pH见下表

（3）①在“除杂Ⅰ”中，常用酸性KMnO4溶液，其目的是，KMnO4是该反应的（氧化剂、还原剂）。

将溶液的pH调至4，目的是。

②在“除杂II”中，加入锌粉的目的是。

3、【2013广州】以地下卤水（主要含NaCl，还有少量Ca2+、Mg2+）为主要原料生产亚硫酸钠的新工艺如下，同时能得到用作化肥的副产品氯化铵。

（1）“除杂”时，先加入适量石灰乳过滤除去Mg2+，再通入CO2并用少量氨水调节pH过滤除去Ca2+，“废渣”的主要成分为、。

4、电镀含铬废水的处理方法较多。

Ⅰ.某工业废水中主要含有Cr3＋，同时还含有少量的Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋和Al3＋等，且酸性较强。

为回收利用，通常采用如下流程处理：

已知：

a．Cr（OH）3―→NaCrO2―→Na2CrO4―→Na2Cr2O7

b．Cu（OH）2能溶于氨水：

Cu（OH）2＋4NH3·H2O===[Cu（NH3）4]2＋＋2OH－＋4H2O

请回答：

（1）操作Ⅰ的名称为____________，上述操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相同，进行该实验操作所需要的主要玻璃仪器除烧杯、漏斗外，还有__________。

（2）滤渣Ⅰ的主要成分为________（写化学式），试剂乙的名称为__________。

（3）加入试剂甲的目的是__________________________________________________。

（4）废水处理流程中生成滤渣Ⅲ的离子方程式为_______________________________。

5、（2013·中山最后一模）镍电池广泛应用于混合动力汽车系统,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。

③Ksp[Ni（OH）2]=5.0×10-16,Ksp（NiC2O4）=4.0×10-10。

回答下列问题:

（2）用NiO调节溶液的pH,析出沉淀的成分为　　　　　　　　（填化学式）。

6、（2013·六校模拟）轻质碳酸镁是广泛应用于橡胶、塑料、食品和医药工业的化工产品,以卤块（主要成分为MgCl2,含Fe2+、Fe3+、Mn2+等杂质离子）为原料制备轻质碳酸镁[MgCO3·Mg（OH）2·3H2O]的工艺流程如下:

物质

开始沉淀

沉淀完全

Fe（OH）3

2.7

3.7

Fe（OH）2

7.6

9.6

Mn（OH）2

8.3

9.8

Mg（OH）2

9.9

11.1

已知生成氢氧化物沉淀的pH如右上表。

（1）“氧化”一步中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　。

（2）“调节pH”一步应调节溶液的pH=9.8,能除去的杂是　　　　　　　　　　。

（3）“热解”一步温度控制在75℃左右,其原因是　_______________________。

写出此反应的离子方程式:

　___________________________________。

7、（2013·惠州一中模拟）工业上从废催化剂（主要成分是钯和活性炭,还含有少量铁、锌）中回收钯,采用如下流程:

已知:

钯（Pd）的性质与铂相似。

钯与王水在加热条件下发生的主要反应如下:

3Pd+12HCl+2HNO3

3H2PdCl4+2NO↑+4H2O

请回答下列问题:

（1）酸溶Ⅰ前先将废催化剂在700℃下进行灼烧,同时不断通入空气的作用是　　　　　　　　　　。

加入盐酸的目的是　　　　　　　　　　　　　。

（2）酸溶Ⅱ需控制温度不宜过高,除了控制一定反应速率外,其原因是　。

（3）若用足量的烧碱吸收混有空气的气体Ⅱ,吸收后溶液中含有溶质的化学式有NaOH、NaNO2、　　　　。

（4）使用甲醛还原钯的化合物时,溶液需要保持碱性,否则会造成甲醛的额外损耗,原因是　。

（5）操作Ⅰ的名称是　　　　　　,溶液Ⅰ可能含有的有机离子为　　　　。

（6）催化剂中另一主要成分活性炭可以用浓硝酸除去,写出该反应的化学方程式:

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

8、（2013·广东高考第32题）银铜合金广泛用于航空工业。

从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下:

注:

Al（OH）3和Cu（OH）2开始分解的温度分别为450℃和80℃。

（2）固体混合物B的组成为　　　　;在生成固体B的过程中,需要控制NaOH的加入量,若NaOH过量,则因过量引起的反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　。

（3）完成煅烧过程中一个反应的化学方程式:

　CuO+　Al2O3

　CuAlO2+　　↑。

9、（2012·广东高考第32题节选）难溶性杂卤石（K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O）属于“呆矿”,在水中存在如下平衡:

K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O（s）

2Ca2++2K++Mg2++4S

+2H2O。

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）滤渣的主要成分有　　　　和　　　　以及未溶杂卤石。

（2）用化学平衡移动原理解释Ca（OH）2溶液能溶解杂卤石浸出K+的原因:

 　　　　。

（3）“除杂”环节中,先加入　　　　溶液,经搅拌等操作后,过滤,再加入　　　　溶液调节滤液pH至中性。

（4）不同温度下,K+的浸出浓度与溶浸时间的关系如上图,由图可得:

随着温度的升高,①　;②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

10、（2013·广州一模）某科研小组以难溶性钾长石（K2O·Al2O3·6SiO2）为原料,提取Al2O3、K2CO3等物质,工艺流程如下:

（2）已知NaAlO2和KAlO2易发生如下水解反应:

Al

+2H2O

Al（OH）3+OH-。

“浸取”时应保持溶液呈　　　　（填“酸”或“碱”）性。

“浸取”时不断搅拌的目的是　　　　　　　　　　　　。

（3）“转化”时加入NaOH的主要作用是　　　　　　　　　　　　　　　　（用离子方程式表示）。

11、（2013·江门一模）化工原料红矾钠（重铬酸钠:

Na2Cr2O7·2H2O）主要是以铬铁矿（主要成分为FeO·Cr2O3,还含有Al2O3、SiO2等杂质）为主要原料生产,其主要工艺流程如下:

步骤①中主要反应的化学方程式如下:

4FeO·Cr2O3+8Na2CO3+7O2

8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2

（3）用化学平衡移动原理说明③中煮沸的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（用离子方程式结合文字说明）,若调节pH过低产生的影响是　　　　　　　　　。

12、【2013茂名】电镀污泥中含有

等物质，工业上通过“中温焙烧—钠氧化法”回收

等物质。

已知：

水浸后溶液中存在

等物质

（4）“系列操作”中为：

继续加入

，________冷却结晶，过滤。

继续加入

目的是________________________。

已知：

①除去滤渣II后，溶液中存在如下反应：

②

在不同温度下的溶解度如下表

温度

化学式

20℃

60℃

100℃

19.5

45.3

42.5

183

269

415

84

115

126

4、相关操作

【知识归纳3】

1）分离提纯的过程

过滤、结晶、重结晶、分液、

2）常见的实验操作

物质的检验、洗涤、干燥、灼烧等。

化学工艺流程——相关操作练习

1、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：

已知：

查阅资料得知氢氧化物沉淀时的pH为：

氢氧化物

Fe（OH）3

Al（OH）3

开始沉淀时的pH

2.3

4.0

开始溶解：

7.8

完全沉淀时的pH

3.7

5.2

完全溶解：

10.8

（3）过滤时需用的玻璃仪器有。

滤渣主要成分的化学式。

（4）酸化时加盐酸的目的为：

①，②防止Ca2+在蒸发时发生水解。

（5）为什么蒸发结晶要保持160℃：

。

2、（2013·中山）镍电池广泛应用于混合动力汽车系统,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。

③Ksp[Ni（OH）2]=5.0×10-16,Ksp（NiC2O4）=4.0×10-10。

（6）如何检验Ni（OH）3已洗