届高三化学通用版二轮复习教案专题3 突破点14 无机化工工艺流程.docx

届高三化学通用版二轮复习教案专题3 突破点14 无机化工工艺流程.docx

《届高三化学通用版二轮复习教案专题3 突破点14 无机化工工艺流程.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《届高三化学通用版二轮复习教案专题3 突破点14 无机化工工艺流程.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

届高三化学通用版二轮复习教案专题3突破点14无机化工工艺流程

突破点14无机化工工艺流程

提炼1化工工艺流程中常见操作1.研磨

增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高原料利用率。

2．焙烧

高温下使固体原料分解、反应或改变结构。

3．浸出

水浸：

使可溶性的有用成分从固体原料混合物中转移到溶液中。

酸浸：

使金属、金属氧化物或盐转化成可溶于水的物质进入溶液。

碱浸：

除去油污、溶解酸性氧化物、铝及其氧化物。

对于非金属矿物，通常用稀醇溶液浸取，水中加入乙醇是为了降低溶剂的极性，提高非金属单质的溶解程度。

4．加热煮沸

排除溶液中溶解的气体。

5．洗涤

水洗：

通常是为了除去水溶性杂质，适用于不溶于水的固体物质或液体物质的洗涤。

冰水洗涤：

通常是为了洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。

有机物（乙醇）洗涤：

通常是为了减少晶体在洗涤过程中的溶解损失，便于固体的干燥。

提炼2化工工艺流程中条件控制

1.调节溶液的pH

其目的主要是：

防止“某离子”的水解，防止“某离子”的沉淀，确保“某离子”完全沉淀，防止“某些物质”的溶解等。

调节pH所需的物质一般应满足两点：

①能与H＋（或OH－）反应，使溶液的pH增大（或减小）；②不引入新的杂质。

2．控制温度

（1）升温：

加快反应速率，加速某固体的溶解，促进平衡向吸热方向移动，使某些物质汽化或升华，防止堵塞导管等。

（2）降温：

防止某物质在高温时分解、挥发、升华或促进平衡向放热方向移动。

3．控制压强

改变反应速率，影响化学平衡。

4．趁热过滤

过滤是为了得到产品或除去杂质，在除杂时，有些产品在温度较低时会结晶析出，从而混在杂质中，造成损失，故“趁热”是为了让产品溶解，防止其结晶析出，因此趁热过滤的目的可从两方面回答：

一是提高纯度，二是减少结晶损失。

5．加入物质

①加碱：

去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等。

②加沸石或碎瓷片：

防止液体暴沸。

③加有机溶剂：

萃取某些物质，或降低某些物质的溶解度。

提炼3化工工艺流程中常涉及的化学反应原理和化学思想

1.沉淀溶解平衡的相关应用

形成沉淀时所需某种离子的最小浓度、沉淀转化的条件。

2．反应速率及化学平衡理论在实际生产中的应用

反应速率控制、化学平衡移动、化学平衡常数的应用、反应条件的控制。

3．氧化还原反应规律

强弱律、守恒律、优先律。

4．盐类水解的具体应用

水解规律和水解反应的控制（抑制或促进）。

5．绿色化学思想

物质的循环使用、副产物的回收利用、“三废”处理。

回访1（2019·全国丙卷）以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生产硫酸的催化剂。

从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。

废钒催化剂的主要成分为：

以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

回答下列问题：

（1）“酸浸”时V2O5转化为VO

，反应的离子方程式为_______________，

同时V2O4转化成VO2＋。

“废渣1”的主要成分是________。

（2）“氧化”中欲使3mol的VO2＋变为VO

，则需要氧化剂KClO3至少为________mol。

（3）“中和”作用之一是使钒以V4O

形式存在于溶液中。

“废渣2”中含有________。

（4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：

4ROH＋V4O

R4V4O12＋4OH－（ROH为强碱性阴离子交换树脂）。

为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性（填“酸”、“碱”或“中”）。

（5）“流出液”中阳离子最多的是________。

（6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：

___________________________。

[解析]

（1）“酸浸”时V2O5转化为VO

，V2O5、VO

中V元素均显＋5价，V元素化合价不变，则该反应是非氧化还原反应，结合溶液的酸碱性及元素守恒写出离子方程式：

V2O5＋2H＋===2VO

＋H2O。

废钒催化剂中除SiO2外，其余物质均与稀硫酸反应生成易溶于水的盐，则“废渣1”的主要成分是二氧化硅。

（2）“氧化”中使3mol的VO2＋变为VO

，转移电子的物质的量为3mol×（5－4）＝3mol；氧化剂KClO3被还原为KCl，Cl元素由＋5价降低到－1价，根据电子守恒可知，需要KClO3的物质的量至少为

＝0.5mol。

（3）由图可知，加入KOH中和后产生废渣2，而“中和”作用之一是使钒以V4O

形式存在于溶液中，后续操作中未进行除杂操作，显然该过程中还生成Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀，从而除去Fe3＋、Al3＋，故“废渣2”中含有Fe（OH）3和Al（OH）3。

（4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH＋V4O

R4V4O12＋4OH－（ROH为强碱性阴离子交换树脂）。

为了提高洗脱效率，应增加溶液中c（OH－），使平衡逆向移动，故淋洗液应该呈碱性。

（5）“氧化”和“中和”操作中分别加入KClO3、KOH，而“离子交换”过程中，消耗V4O

同时生成OH－，而阳离子未参与离子交换，故“流出液”中阳离子最多的是K＋。

（6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，“煅烧”过程中生成V2O5，考虑铵盐的不稳定性，还应生成NH3和H2O，结合元素守恒写出化学方程式：

2NH4VO3

V2O5＋H2O＋2NH3↑。

[答案]

（1）V2O5＋2H＋===2VO

＋H2OSiO2

（2）0.5（3）Fe（OH）3和Al（OH）3（4）碱（5）K＋（6）2NH4VO3

V2O5＋H2O＋2NH3↑

回访2（2019·全国卷Ⅰ）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）的工艺流程如下所示：

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外，还可采取的措施有______（写出两条）。

（2）利用________的磁性，可将其从“浸渣”中分离。

“浸渣”中还剩余的物质是________（写化学式）。

（3）“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是________。

然后再调节溶液的pH约为5，目的是___________________________。

（4）“粗硼酸”中的主要杂质是________（填名称）。

（5）以硼酸为原料可制得硼氢化钠（NaBH4），它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为________。

（6）单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。

以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程：

___________________。

[解析]

（1）盐跟酸反应生成新盐和新酸，据此可写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式：

Mg2B2O5·H2O＋2H2SO4

2MgSO4＋2H3BO3。

可采取升高温度、将矿石粉碎增大接触面积或搅拌等措施，以提高浸出速率。

（2）Fe3O4具有磁性。

“浸渣”中除含Fe3O4外，还含有与H2SO4不反应的SiO2，以及CaO与H2SO4反应生成的微溶物CaSO4。

（3）硫酸浸出后的滤液中，含有的主要物质有MgSO4、Fe2（SO4）3、FeSO4、Al2（SO4）3、H3BO3等，H2O2具有氧化性，因此加入H2O2溶液可将其中的Fe2＋氧化为Fe3＋。

由工艺流程图可知，最后过滤得到含镁盐母液，因此调节溶液的pH约为5，可使Fe3＋转化为Fe（OH）3沉淀、Al3＋转化为Al（OH）3沉淀。

（4）由（3）分析及最后过滤得到含镁盐母液，可知粗硼酸中的主要杂质应为硫酸镁。

（5）NaBH4是一种离子化合物，由Na＋与[BH4]－构成，其电子式为

。

（6）以H3BO3与Mg为原料可制备单质B，根据反应物的性质结合质量守恒定律可知，其制备过程中反应的化学方程式为2H3BO3

B2O3＋3H2O，B2O3＋3Mg

3MgO＋2B。

[答案]

（1）Mg2B2O5·H2O＋2H2SO4

2H3BO3＋2MgSO4提高反应温度、将矿石粉碎

（2）Fe3O4SiO2和CaSO4

（3）将Fe2＋氧化成Fe3＋使Fe3＋与Al3＋形成氢氧化物沉淀而除去

（4）（七水）硫酸镁

（5）

（6）2H3BO3

B2O3＋3H2O、B2O3＋3Mg

2B＋3MgO

回访3（2019·新课标全国卷Ⅱ）氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。

纯化工业级氧化锌[含有Fe（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）等杂质]的流程如下：

提示：

在本实验条件下，Ni（Ⅱ）不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2。

回答下列问题：

（1）反应②中除掉的杂质离子是______，发生反应的离子方程式为______；

在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是__________________。

（2）反应③的反应类型为________，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有________。

（3）反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是_______。

（4）反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn（OH）2。

取干燥后的滤饼11.2g，煅烧后可得到产品8.1g，则x等于________。

[解析]从分析整个流程图入手，明确每步发生的反应，从而解决相关问题。

（1）在反应②中，通过调节溶液的pH，高锰酸钾能将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，将Mn2＋氧化为MnO2而除去；若开始溶液的pH过低，Fe2＋、Mn2＋将很难生成沉淀而除去。

（2）第一次过滤后的滤液中含有的阳离子有Zn2＋、Ni2＋、H＋等，加入锌后可将Ni置换出来，故滤渣中还含有金属镍。

（3）反应④生成的沉淀为ZnCO3，同时生成Na2SO4，若沉淀未洗涤干净，洗涤液中应含有SO

和Na＋，故只要对洗涤液中是否含有SO

进行检验即可。

（4）煅烧过程中ZnCO3、Zn（OH）2均发生分解反应生成ZnO，根据关系式ZnCO3·xZn（OH）2～（x＋1）ZnO，可得

＝

，故x＝1。

[答案]

（1）Fe2＋和Mn2＋MnO

＋3Fe2＋＋7H2O===3Fe（OH）3↓＋MnO2↓＋5H＋，2MnO

＋3Mn2＋＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质

（2）置换反应镍

（3）取少量水洗液于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净（4）1

[题型分析]工艺流程题一般分题干、流程图和问题三部分。

题干一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的（包括副产品）；流程图主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；问题部分主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置成系列问题。

[典型例题]（名师押题）硫酸锌是一种重要的工业原料，广泛用于农业、化工、电镀、水处理等行业。

用炼锌厂废渣（含ZnO、FeO、CuO）回收生产一水硫酸锌的工艺流程如图所示：

已知：

某温度下，Ksp[Zn（OH）2]＝1.2×10－17，

Ksp[Fe（OH）2]＝8.0×10－16，Ksp[Fe（OH）3]＝4.0×10－38。

（1）酸浸时，为提高浸出速率，可采取的措施是____________（填两种）。

（2）氧化、中和时，需要用NaOH溶液调节pH为4.5～5.0，原因是______。

（3）氧化、中和时用漂白粉作氧化剂，此时发生反应的化学方程式