化学实验与工业流程相结合归纳.docx

化学实验与工业流程相结合归纳.docx

《化学实验与工业流程相结合归纳.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学实验与工业流程相结合归纳.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

化学实验与工业流程相结合归纳

化学实验与工业流程相结合导学案

无机化工题实际上是考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决工业生产中实际问题的能力。

一般来说，流程题只有两个目的：

一是从混合物中分离、提纯某一物质；另一目的就是利用某些物质制备另一物质。

这样可以将流程题分为两个类型：

一、除杂、分离、提纯类工艺流程题

本质就是对混合物的除杂、分离、提纯。

①首先，找出要得到的主要物质是什么，混有哪些杂质；②然后，认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成了什么产物；③最后，思考要用什么样的方法才能将杂质除去。

这样才能每一步所加试剂或操作的目的。

二、物质制备类工艺流程题

这样的题目一般①先是确定要制备什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解产品的性质（具有某些特殊性质的产物，要采取必要的措施来避免在生产过程中产生其它杂质，比如：

产品受热易分解，可能要低温烘干、减压烘干、减压蒸发等）；②分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：

反应物是什么？

反应方程式是什么？

该反应造成了什么后果？

对制造产品有什么作用？

③从问题中获取信息，帮助解题。

标准化问题要标准化回答。

物质制备类型的化学工艺流程题往往也伴随着除杂、分离、提纯的实验操作。

【知识积累一】

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。

【知识积累二】常见与工业生产有关的化学反应——传统工业不能丢

①工业制粗硅

②制漂白粉

③工业制硫酸

④合成氨工业

⑤工业制硝酸

⑥氯碱工业

⑦工业制玻璃

⑧工业制纯碱

【知识积累四】工业流程题中常用的关键词

原材料：

矿样（明矾石、孔雀石、蛇纹石、大理石、锂辉石、黄铜矿、锰矿、高岭土，烧渣），合金（含铁废铜），药片（补血剂），海水（污水）

灼烧（煅烧）：

原料的预处理，不易转化的物质转化为容易提取的物质：

如海带中提取碘

酸：

溶解、去氧化物（膜）、调节PH促进水解（沉淀）

碱：

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）

氧化剂：

氧化某物质，转化为易于被除去（沉淀）的离子

氧化物：

调节PH促进水解（沉淀）

控制PH值：

促进某离子水解，使其沉淀，利于过滤分离

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

趁热过滤：

减少结晶损失；提高纯度

五、化学工艺流程题常考问题

1、对反应条件的分析可从以下几个方面着手：

A、对反应速率有何影响？

（如何提高浸出率？

如何提高反应速率？

）

B、对平衡转化率有何影响？

（如何提高产率？

）

C、对综合生产效益有何影响？

（如原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护）——从绿色化学方面作答。

2、对流程理解的问题：

A、滤渣、滤液的主要成分？

（明确发生了什么反应）

B、该反应的化学方程式？

C、循环利用与回收利用的物质？

（循环利用是作为原料投入了，却没有消耗或没有消耗完；回收利用是指副产品）

D、特定步骤中加某物质的作用？

（一般题干会有隐含信息。

比如加NaCl可以提高PbCl2的溶解度，加NaCl可以降低过碳酸钠的溶解度等等）

3、高频问题：

1、（09广东）“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有：

答：

适当提高反应温度、增加浸出时间，加入过量硫酸，边加硫酸边搅拌

2、（11广一模）如何提高吸收液和SO2反应速率：

答：

适当提高温度、增大吸收液或NaClO3的浓度、增大SO2与吸收液的接触面积或搅拌

3、从溶液中得到晶体：

答：

蒸发浓缩-冷却结晶-过滤-洗涤-干燥

4、过滤用到的三个玻璃仪器：

答：

普通漏斗、玻璃棒、烧杯

5、过滤后滤液仍然浑浊的可能的操作原因：

答：

玻璃棒下端靠在滤纸的单层处，导致滤纸破损；漏斗中液面高于滤纸边缘

6、沉淀洗涤操作：

答：

往漏斗中（工业上改为往过滤器中）加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2-3次

7、检验沉淀Fe（OH）3是否洗涤干净（含SO42-）：

答：

取最后一次洗涤液，加入BaCl2溶液，若有白色沉淀则说明未洗涤干净，若无白色沉淀则说明洗涤干净

8、如何从MgCl2·6H2O中得到无水MgCl2：

答：

在干燥的HCl气流中加热，干燥的HCl气流中抑制了MgCl2的水解，且带走MgCl2·6H2O受热产生的水汽

9、直接加热MgCl2·6H2O易得到Mg（OH）Cl的方程式；加热LnCl3·6H2O生成LnOCl的方程式

10、CuCl2中混有Fe3+加何种试剂调pH值：

答：

CuO、Cu（OH）2、CuCO3、Cu2（OH）2CO3。

原因：

加CuO消耗溶液中的H+的，促进Fe3+的水解，生成Fe（OH）3沉淀析出

11、调pH值使得Cu2+（4.7-6.2）中的Fe3+（2.1~3.2）沉淀，pH值范围是：

答：

3.2~4.7。

原因：

调节溶液的pH值至3.2~4.7，使Fe3+全部以Fe（OH）3沉淀的形式析出而Cu2+不沉淀，且不会引入新杂质

12、产品进一步提纯的操作：

答：

重结晶

13、趁热过滤的原因即操作：

答：

减少过滤时间、保持过滤温度，防止××杂质析出；操作：

已预热的布氏漏斗趁热抽滤

14、水浴加热的好处：

答：

受热均匀，温度可控，且温度不超过100℃

15、减压蒸发（小心烘干）：

答：

常压蒸发温度过高，××易分解；或者减压蒸发降低了蒸发温度，可以防止××分解

16、Mg（OH）2沉淀中混有Ca（OH）2应怎样除去：

答：

加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用蒸馏水水洗涤

17、蒸发浓缩用到的主要仪器有、、烧杯、酒精灯等

答：

蒸发皿、玻璃棒。

还有取蒸发皿用坩埚钳

18、不用其它试剂，检查NH4Cl产品是否纯净的方法及操作是：

答：

加热法；取少量氯化铵产品于试管底部，加热，若试管底部无残留物，表明氯化铵产品纯净

19、检验NH4＋的方法是：

答：

取××少许，加入NaOH溶液后加热，生成的气体能使润湿的红色石蕊试纸变蓝。

（注意方法与操作的差别）

20、过滤的沉淀欲称重之前的操作：

答：

过滤，洗涤，干燥，（在干燥器中）冷却，称重

21、“趁热过滤”后，有时先往滤液中加入少量水，加热至沸，然后再“冷却结晶”：

答：

稀释溶液，防止降温过程中××析出，提高产品的纯度

22、苯甲酸的重结晶中粗苯甲酸全部溶解后，再加入少量蒸馏水的目的：

答：

为了减少趁热过滤过程中损失苯甲酸，一般再加入少量蒸馏水

23、加NaCl固体减低了过碳酸钠的溶解度，原因：

答：

Na+浓度显著增加抑止了过碳酸钠的溶解

24、检验Fe（OH）3是否沉淀完全的试验操作是：

答：

取少量上层清液或过滤后的滤液，滴加几滴KSCN溶液，若不出现血红色，则表明Fe（OH）3沉淀完全。

/

25、检验滤液中是否含有Fe3+的操作是：

滴入少量KSCN溶液，若出现血红色，则证明有Fe3+）

（或加NaOH，根据情况而定）

六、解题方法：

（首尾分析法）

流程图的呈现特点：

主要有以物质名称、操作名称和设备名称三种形式。

对工艺流程试题,首先对比分析生产流程示意图中的原材料与产品,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.

【练习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：

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__________。

解析：

对比原料与产品可知，该生产的主要工序：

一是除去原料高岭土中的杂质，二是将Al203利用水解絮凝法转化为产品。

再进一步分析，除铁用铝置换后过滤，高岭土中的Al203不溶于酸，必须经煅烧改变结构。

该题经这样分析，题设的所有问题的答案并在分析之中。

参考答案：

（1）改变高岭土的结构，使其能溶于酸。

（2）230；量筒。

（3）Al203+6H+==2Al3++3H2O      Fe2O3+6H+==2Fe3++3H2O

（4）除去溶液中的铁离子；       （5）pH计（或精密pH试纸）；水浴加热

[点评]首尾分析法是一种解工艺流程题的常见方法，这种方法的特点：

简单、直观，很容易抓住解题的关键，用起来方便有效。

使用这一方法解题，关键在于认真对比分析原材料与产品的组成，从中产生将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。

当把生产的主线弄清楚了，围绕生产主线所设计的系列问题，也就可解答了。

【练习2】（07上海）．将磷肥生产中形成的副产物石膏（CaSO4·2H2O）转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。

以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。

（1）本工艺中所用的原料除CaSO4·2H2O、KCl外，还需要等原料

（2）写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式：

（3）过滤Ⅰ操作所得固体中，除CaCO3外还含有（填化学式）等物质，该固体可用作生产水泥的原料。

（4）过滤Ⅰ操作所得滤液是（NH4）2SO4溶液。

检验滤液中含有CO32－的方法是：

。

（5）已知不同温度下K2SO4在100g水中达到饱和时溶解的量如下表：

温度（℃）

0

20

60

K2SO4溶解的量（g）

7.4

11.1

18.2

60℃时K2SO4的饱和溶液591g冷却到0℃，可析出K2SO4晶体g

（6）氯化钙结晶水合物（CaCl2·6H2O）是目前常用的无机储热材料，选择的依据是

a熔点较低（29℃熔化）b能导电c能制冷d无毒

（7）上述工艺流程中体现绿色化学理念的是：

。

答案：

（1）CaCO3 NH3 H2O；

（2）CaSO4＋CO32－→CaCO3↓＋SO42－；（3）CaSO4

（4）滤液中滴加盐酸产生气泡；（5）54g；（6）a d

（7）碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等（原子利用率高，没有有害物质排放到环境中）

解析：

此题是一道以工业生产为背景的实验题，考查了实验基本操作、离子检验、溶解度计算等。

从生产流程图可以看出，所需原料除CaSO4・2H2O、KCl外，还需要氨气、石灰石和水。

硫酸钙是微溶的，碳酸钙是难溶的，因此石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后生成了碳酸钙和硫酸铵，生成的碳酸钙中混有石膏。

碳酸根的检验可用酸化的方法，若产生气泡说明虑液中含有碳酸根。

硫酸钾饱和溶液在结晶过程中溶剂的量不不变，查表可知不同温度下的溶解度，先求出591饱和液中含有的水是500g，在0℃可溶解硫酸钾37g，所以析出晶体54g。

作为储热材料，要求能在室温左右的温度下工作，且对人体无害，故选ad；绿色化学要求整个生产过程中不排放污染物，原子利用率高，因此生产流程中碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用

【知识积累七】化工生产的主要操作：

过滤、结晶、重结晶、洗涤、干燥、灼烧、分液、重复操作2-3次等。

其中结晶应注意：

（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（如CuSO4.5H2O、摩尔盐即硫酸亚铁铵[（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O]）：

蒸发浓缩（至有晶膜出现），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，过滤

绿色化学理念：

（1）环境污染问题；

（2）原子的经济性；（3）节约能源（包括使用催化剂）；

（4）原料应是可再生的（或者可循环使用）；（5）工艺的安全性

【练习3】.胆矾是一种常见的化合物，工业上它也是一种制取其它含铜化合物的原料。

现有废铜（主要杂质为Fe）来制备胆矾。

有人设计了如下流程：

pH值控制可参考下列数据

物质

开始沉淀时的pH值

完全沉淀时的pH值

氢氧化铁

2.7

3.7

氢氧化亚铁

7.6

9.6

氢氧化铜

5.2

6.4

请根据上述流程回答下列问题：

（1）A物质可选用_____（填字母）。

a．稀H2SO4b．浓H2SO4/c．浓FeCl3溶液d．浓HNO3

（2）I中加H2O2的目的_____________________________________________。

（3）II中加Cu2（OH）2CO3的目的是___________________________________________；

其优点是____________________________________________________________。

（4）III加热煮沸时发生的化学反应的离子方程式为________________________。

（5）V中加H2SO4调节pH=1是为了____________________________________________。

（6）V到VI的操作是

（7）某工程师认为上述流程中所加的A物质并不理想，需作改进，其理由是__________。

如何改进___________________。

答案：

.

（1）b；

（2）将亚铁离子氧化为铁离子；

（3）中和过量的硫酸，调节溶液的pH，使Fe3+水解完全而沉淀；不引入新的杂质；

（4）Fe3++3H2O=Fe（OH）3↓+3H+；（条件：

加热）

（5）抑制Cu2+的水解

（6）蒸发浓缩，冷却结晶，过滤

（7）产生污染环境的二氧化硫，硫酸利用率低；加热，并在稀硫酸中通入氧气。

（其它合理答案，酌情给分）

【课后巩固】

1．明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料，明矾石的组成和明矾相似，此外还含有氧化铝和少量氧化铁杂质。

具体实验步骤如下图所示：

根据上述图示，完成下列填空：

（1）明矾石焙烧后用稀氨水浸出。

配制500mL稀氨水（每升含有39.20g氨）需要取浓氨水（每升含有251.28g氨）__________mL，用规格为_______mL量筒量取。

（2）氨水浸出后得到固体混合体系，过滤，滤液中除K＋、SO42－外，还有大量的NH4＋。

检验NH4＋的方法是_______________________________________________________。

（3）写出沉淀物中所有物质的化学式________________________________________。

（4）滤液I的成分是水和______________。

（5）为测定混合肥料K2SO4、（NH4）2SO4中钾的含量，请完善下列步骤：

①称取钾氮肥试样并溶于水，加入足量______溶液，产生白色沉淀。

②___________、__________、_________（依次填写实验操作名称）。

③冷却、称重。

（6）若试样为mg，沉淀的物质的量为nmol，则试样中K2SO4的物质的量为：

______mol（用含有m、n的代数式表示）。

2．（09年上海化学·27）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。

3.亚氯酸钠（NaClO2）是一种重要的含氯消毒剂。

以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：

已知：

①NaClO2的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出NaClO2·3H2O。

②ClO2的沸点为283K，纯ClO2易分解爆炸，常用稀有气体或空气稀释防止爆炸性分解

③HClO2在25℃时的电离常数与硫酸的第二步电离常数相当，可视为强酸。

（1）160g·L－1NaOH溶液的物质的量浓度为_______________。

若要计算该溶液的质量分数，还需要的一个数据是_______________。

（2）ClO2发生器中所发生反应的化学方程式为_________________________________。

发生器中鼓入空气的作用可能是_______________（选填序号）。

（a）将SO2氧化成SO3，增强酸性；（b）稀释ClO2以防止爆炸；（c）将NaClO3氧化成ClO2

（3）吸收塔中为防止产生NaClO2被继续还原成NaCl，所用还原剂的还原性应适中。

除H2O2处，还可以选择的还原剂是____________（填序号）

A．Na2O2B．Na2SC．FeCl2D．KMnO4

（4）在碱性溶液中NaClO2比较稳定，所以吸收塔中应维持NaOH稍过量，判断NaOH是否过量的简单实验方法是__________________________________________。

（5）从滤液中得到NaClO2•3H2O粗晶体的实验操作依次是____________（选填序号）。

A．蒸馏B．蒸发C．灼烧D．过滤E．冷却结晶

（6）从滤液中得到NaClO2·3H2O晶体还必须进行的操作是____________（填操作名称）。

2、

（1）4mol·L－1；溶液的密度；

（2）2NaClO3＋SO2＋H2SO4＝2ClO2＋2NaHSO4或2NaClO3＋SO2＝2ClO2＋Na2SO4（2分）b；（3）A；（4）定吸收塔内溶液的pH；（5）BED或ED；（6）重结晶

4.蛇纹石矿可以看作由MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2组成。

由蛇纹石制取碱式碳酸镁的实验步骤如下：

（1）蛇纹石矿加盐酸溶解后，溶液里除了Mg2+外，还含有的金属离子是_____________。

氢氧化物

Fe（OH）3

Al（OH）3

Mg（OH）2

开始沉淀pH

1.5

3.3

9.4

（2）进行Ⅰ操作时，控制溶液pH＝7～8（有关氢氧化物沉淀的pH见右表），Ca（OH）2不能过量，若Ca（OH）2过量可能会导致_____________溶解、_____________沉淀。

（3）从沉淀混合物A中提取红色氧化物作颜料，先向沉淀物A中加入_________（填入物质的化学式），然后_____________________________（依次填写实验操作名称）。

（4）物质循环使用，能节约资源。

上述实验中，可以循环使用的物质是_________（填写物质化学式）。

（5）现设计一个实验，确定产品aMgCO3·bMg（OH）2·cH2O中a、b、c的值，请完善下列实验步骤（可用试剂：

浓硫酸、碱石灰）：

①样品称量②高温分解③_____________④_____________⑤MgO称量

（6）18.2g产品完全分解后，产生6.6gCO2和8.0gMgO，由此可知，产品的化学式中：

a＝______，b＝________，c＝_______。

5．回收的废旧锌锰于电池经过处理后得到锰粉（含MnO2、Mn（OH）2、Fe、乙炔和黑炭等），由锰粉制取MnO2的步骤如下图所示。

根据上图所示步骤并参考表格数据，回答下列问题。

（1）在加热条件下用浓盐酸浸取锰粉，所得溶液中含

有Mn2+、Fe2+等。

MnO2与浓盐酸反应的离子方程式为。

（2）锰粉经浓盐酸浸取，过滤I除去不溶杂质后，向

滤液中加入足量H2O2溶液，其作用是____________。

（3）过滤I所得滤液经氧化后，需加入NaOH溶液调节pH约为5.1，其目的是_____________。

（4）过滤Ⅱ所得滤液加入足量H2O2溶液并加入NaOH溶液调节pH约为9，使Mn2+氧化得到MnO2，反应的离于方程式为。

（5）实验室进行过滤操作时．需要用到的玻璃仪器有。

6.以黄铜矿（主要成分是CuFeS2，含少量杂质SiO2）为原料炼铜的方法分为高温炼铜和湿法炼铜两种。

近年来，湿法炼铜有了新进展，科学家发现有一种细菌在酸性水溶液、氧气存在下，可以将黄铜矿氧化成硫酸盐：

4CuFeS2＋2H2SO4＋17O2＝4CuSO4＋2Fe2（SO4）3＋2H2O

某工厂运用该原理生产铜和绿矾的工艺如下：

回答下列问题：

（1）固体A的成分为（写化学式）；

（2）写出反应Ⅲ的化学方程式；

（3）试剂a为，试剂b为；

（4）欲从溶液中获得绿矾晶体，分离操作Ⅰ应为、、。

答案：

1【解析】

（1）根据稀释前后溶质质量不变得：

0.5L×39.2g/L＝v×251.28g/L，v＝0.078L＝78mL。

为了减少误差，最好选用与氨水的实际体积稍大一点的量筒即可。

（2）NH4＋的检验方法是先将NH4＋中加入强碱，使之转化为NH3，然后检验NH3：

用润湿的红色石蕊试纸放在向移的试管口，试纸变蓝色，说明有氨气放出，原物质中含有铵根离子。

（3）Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH4＋，根据题意明矾石中含有Al2O3、Fe2O3，所以沉淀物为Al（OH）3、Al2O3和Fe2O3。

（4）由于明矾石的组成与明矾相似，所以滤液的成分中含有K2SO4和反应后生成的（NH4）2SO4以及水。

（5）混合肥料中含有K2SO4和（