化工流程题(专题复习)

1 化学工业化学工业 一 工艺流程题的题型特点一 工艺流程题的题型特点 1 工艺流程题的结构 分题头 流程图和问题三部分 2 试题背景 以某种重要化工产品的工业生产为背景设计流程图 3 考查的知识面广 综合性较强 常考的知识点包括 元素化合物的性质 常见的实验基本操作 物质的分离提纯 制备 化学反应原理 化学平衡 溶液中的离子平衡 电化学等 反应热的计算 产率的计算 副产物 母液的循环利用 环保意识和绿色化学知识 等 二二 工艺流程题的分析技巧工艺流程题的分析技巧 1 浏览全题 确定该工艺的目的 原料是什么 原料含有哪些杂质 最终产品是什么 2 关注流程图以外的文字描述 表格信息 后续设问等 从中获取信息 并在下一步分析和解题 中随时进行联系和调用 3 阅读题目提出的问题 带着问题分析流程图 结合题目提供的信息解决问题 其中 分析流程图 弄清各步流程的作用是解题的关键 对一些线型流程工艺试题 首先对比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 思考 从原料到产品依次进行了什么反应 利用了什么原理 每一步除目标产物外还产生了什么杂质或副产物 杂质或副产物是怎样除去的 最终的产品是如得到的 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 分析流程图的知识基础是元素化合物知识及化学反应的原理 三 三 化工流程中常见的化学工艺技术 常考点 归纳 化工流程中常见的化学工艺技术 常考点 归纳 化学工业流程一般分为 3 个过程 原料处理 分离提纯 获得产品 1 原料处理阶段 原料处理的目的常见化学工艺 提高原料的利用率 转化率 提高工业生产的效益 反应速率 原料处理阶段的一些常见措施的作用 1 粉碎或研磨 增大固液 或固气或固固 接触面积 加快反应 溶解 速率 增大原料的转 化率 或浸取率 2 2 煅烧或灼烧 不易转化的物质转为容易提取的物质 其他矿转化为氧化物 除去有机物 除 去热不稳定的杂质 3 酸浸 溶解 去氧化物 膜 调节 pH 促进水解 沉淀 4 碱溶 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 2 分离提纯阶段 分离杂质常见化学工艺 不溶杂质 有机杂质 金属阳离子 阴离子 可溶性的盐 气态杂质 其他 3 获得产品阶段 生产目的类型常见化学工艺 溶液 固体 获得产品 固体 固体 产品提纯 4 其他常见考点 化学方程式或离子方程式的书写 实验仪器的选择 3 化学计算 信息整合 提取 运用能力考查 四 化工题常用答题术语归纳四 化工题常用答题术语归纳 例如 某研究性学习小组用粗氧化铜 含少量氧化亚铁及不溶于酸的杂质 制取无水氯化铜 其实 验流程如图所示 1 选择氧化剂 X 的原则 1 能将物质氧化 2 不引入新的杂质离子 3 过量的 X 不会造成环境污染 4 来源丰富 价格便宜 2 加入氧化剂 X 的目的 作用 将某某杂质离子氧化为某某离子 使后一步生成 沉淀更彻底 3 选择试剂 Y 的原则 1 能调节 pH 值 实际上是能跟前面的盐酸反应 消耗 H 2 最好不引入新的杂质离子 4 调节 pH 的目的 使 杂质离子转化为 沉淀而除去 同时 目标离子未转化为沉淀 5 由溶液得到晶体的方法 操作 一 由一种纯溶液得到晶体的方法 1 由 NaCl 溶液得到 NaCl 晶体 蒸发结晶 过滤 洗涤 干燥 2 由 CuSO4溶液得到 CuSO4 5H2O 晶体 蒸发浓缩 冷却结晶 过滤 洗涤 干燥 3 由 AlCl3型 可水解的氯化物 溶液 得到 AlCl3晶体的方法 在干燥的氯化氢气流中加热蒸 干 注意 通入氯化氢的目的是 抑制 Al3 离子的水解 同时将加热过程产生的水蒸汽带走 二 混合溶液的分离提纯方法 例 KNO3的溶解度受温度变化较大 NaCl 的溶解度受温度变 化不大 1 要得到 KNO3晶体 蒸发浓缩 冷却结晶 过滤 洗涤 干燥 2 要得到 NaCl 晶体 蒸发结晶 浓缩 趁热过滤 洗涤 干燥 6 除杂质常加入沉淀剂 确定沉淀剂是否过量的操作 或方法 注意 检验要在过滤前 所以不能取滤液来做实验 1 若是定量实验 则只能用以下方法 静置 往上层清液中继续滴加原沉淀剂 若有沉淀生成 则说明未过量 若无沉淀生成 则说明沉淀剂已过量 2 若只是定性实验 还可以用下面方法 静置 取少量上层清液于试管中 加入原沉淀剂 若有 沉淀生成 则说明未过量 若无沉淀生成 则说明沉淀剂已过量 7 得到沉淀后 往往要洗涤沉淀 洗涤沉淀的目的 除去 物质表面附着的 杂质 洗涤沉淀时采用 冷水洗 冰水洗或有机溶剂 洗的目的 例如洗去 KCl 表面附着的 NaCl 杂质 4 降低 KCl 的溶解度 减少洗涤过程中 KCl 晶体的损失 8 洗涤沉淀的操作 往过滤器中加入蒸馏水至刚好浸没沉淀 待自然流出后 重复 2 3 次 9 证明沉淀已经洗涤干净的方法 取少量最后一次洗涤液于试管中 加入 试剂 有 现象 则说明已经洗涤干净 10 盐析或醇析的目的 作用 降低某某物质的溶解度 析出 晶体 11 可循环使用的物质 既是生产流程中的生成物 又是生产流程中中加入的物质 副产品 生产过程中除了目标产品和可循环使用的物质以外的其他产物 12 加热 加快反应速率或溶解速率 促进平衡向吸热方向移动 除杂 除去热不稳定的杂质 如 NaHCO3 Ca HCO3 2 KMnO4 I2 NH4Cl 等物质 使沸点相对较低的原料气化 1 3 降温 防止某物质在高温时会溶解 或分解 使化学平衡向着题目要求的方向移动 放热方向 使某个沸点较高的产物液化 使其与其他物质分离 降低晶体的溶解度 减少损失 14 控温 用水浴或油浴控温 防止某种物质温度过高时会分解或挥发 为了使某物质达到沸点挥发出来 使催化剂的活性达到最好 防止副反应的发生 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 五 五 化工题难点突破 化工题难点突破 方程式书写方程式书写 1 基本方程式的书写 例如 1 Al2O3与 NaOH 溶液反应的离子方程式 2 Al2O3与盐酸溶液反应的离子方程式 3 氢氧化铝与过量 NaOH 溶液反应的离子方程式 4 偏铝酸钠溶液中通入过量 的离子方程式 5 四氧化三铁溶于稀硝酸的化学方程式 6 氯化铁溶液腐蚀电路板的离子方程式 7 二氧化硅与 NaOH 溶液反应的化学方程式 8 氯化亚铁溶液中加入新制氯水的离子方程式 9 等物质的量的氯气和 同时通入水中的反应方程式 10 氯水滴加入碘化钾溶液中的离子方程式 11 二氧化氮与水反应的化学方程式 2 信息方程式的书写 5 练习 1 钛合金是航天航空工业的重要材料 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 已知 TiO2 易水解 只能存在于强酸性溶液中 TiCl4的熔点 25 0 沸点 136 4 SiCl4的熔点 68 8 沸点 57 6 回答下列问题 1 写出钛铁矿酸浸时 主要成分 TiO2反应的离子方程式 4 用金红石 主要含 TiO2 为原料 采用亨特 Hunter 法生产钛的流程如下 写出沸腾氯化炉中发生反应的化学方程式 5 TiO2 直接电解法生产金属钛是一种较先进的方法 电解 质为某种可以传导 O2 离子的熔融盐 原理如右图所示 则其 阴极电极反应为 2 绿矾 FeSO4 7H2O 的一种综合利用工艺如下 绿矾 NH4HCO3 FeCO3固体 母液 焙烧 煤粉 还原铁粉 NH4 2SO4粗产品除杂 转化 分离 1 绿矾与 NH4HCO3在溶液中按物质的量之比 1 2 反应 有 CO2生成 写出该反应的离子方 程式 已知 NaHCO3与 NaAlO2溶液混合 有白色沉淀生成 写出离子方程式 5 绿矾的另一种综合利用方法是 绿矾脱水后在有氧条件下焙烧 FeSO4转化为Fe2O3 6 和硫的氧化物 某条件下测得气体产物中SO2的体积分数为10 SO3的体积分数为90 该条件下反应的化学方程式为 3 以电石渣 主要成分是 Ca OH 2 含 SiO2 Al2O3以及其它少量杂质 为原料生产氯酸钾联产碳酸钙 的流程如下 回答下列问题 1 电石渣溶于水形成电石渣浆时发生的主要反应的化学方程式为 2 氯化过程的温度控制在 75 80 该过程主要反应的化学方程式为 3 该流程中碳化反应的离子方程式为 4 2006 年世界锂离子电池总产量超过 25 亿只 锂电池消耗量巨大 对不可再生的金属资源的消耗是 相当大的 回收利用锂资源成为重要课题 某研究小组对某废旧锂离子电池正极材料 图中简称废料 成份为 LiMn2O4 石墨粉和铝箔 进行回收研究 工艺流程如下 已知 Li2SO4 LiOH 和 Li2CO3在 303K 下的溶解度分别为 34 2g 12 7g 和 1 3g 3 写出反应 生成沉淀 X 的离子方程式 4 己知 LiMn2O4中 Mn 的化合价为 3 和 4 价 写出反应 的化学反应方程式 5 生成 Li2CO3的化学反应方程式为 5 2011 广州市一模 以氯酸钠等为原料制 亚氯酸钠 NaClO2 的流程如下 滤渣 MnO2 C Na2CO3 稀 H2SO4 NaOH 溶液 通入过量 CO2气体 滤渣 Li2CO3 滤 渣 空气 过滤 滤液 废料浸取过滤 滤液 沉淀 X 过滤 7 反应 1 离子方程式为 例题 2 中 反应 2 化学方程式为 6 二氧化氯 ClO2 常温下气体 是一种在水处理等方面有广泛应用的高效安全消毒剂 与 Cl2相 比 ClO2不但具有更显著的杀菌能力 而且不会产生对人体有潜在危害的有机氯代物 制备 ClO2的 方法中 有一种为 在稀 H2SO4溶液中加入 NaClO3 和 H2O2 请写出 该方法的离子方程式 化工流程题化工流程题 强化训练强化训练 1 废旧锂离子电池的正极材料 主要含有及少量 Al Fe 等 可用于回收钴 锂 实验方法 2 LiCoO 如下 1 在上述溶解过程中 被氧化成 在溶解过程中反应的化学方程式为 2 23 S O 2 4 SO 2 LiCoO 氧化剂是 2 在上述除杂过程中 通入空气的作用是 废渣的主要成分是 3 沉淀钴 和 沉淀锂 的离子方程式分别为 4 本工艺可回收的副产品是 2 16 分 活性 ZnO 在橡胶 塑料 涂料工业中有重要应用 一种由粗 ZnO 含 FeO CuO 制备活 性 ZnO 的流程如下 已知 碱式碳酸锌经焙烧可制得活性 ZnO 已知 几种离子生成氢氧化物沉淀时的 pH 如下表 待沉淀离子Fe2 Fe3 Zn2 Cu2 开始沉淀时 pH6 341 486 25 2 8 完全沉淀时 pH9 73 28 06 4 请问答下列问题 步骤 A 加 H2O2发生反应的离子方程式是 该步骤需控 制溶液 pH 的范围是 A 溶液中主要含有的溶质是 3 若经处理后的废水 pH 8 此时 Zn2 的浓度为 mg L 常温下 Ksp Zn OH 2 1 2 10 17 3 以硫铁矿 主要成分为 FeS2 为原料制备氯化铁晶体 FeCl3 6H2O 的工艺流程如下 回答下列问题 1 在一定条件下 SO2转化为 SO3的反应为 2SO2 g O2 g 2SO3 g 该反应的平衡常数表达式 为 K 过量的 SO2与 NaOH 溶液反应的化学方程式为 2 酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量 其目的是 3 通氯气氧化后时 发生的主要反应的离子方程式为 该过程产生的尾气可用碱溶液吸收 为其中污染空气的气体为 写化学式 4 在氧化过程中 如何检验铁元素全部以 Fe3 形式存在 5 如果将氯化铁晶体 FeCl3 6H2O 放在坩埚中加热灼烧 最后得到的固体为 4 16 分 我国某大型电解铜生产企业 其冶炼工艺中铜 硫回收率达到 97 87 下图表示其冶 炼加工的流程 冶炼中的主要反应 烟气中的主要废气是 从提高资源利用 率和减排考虑 其综合利用方式是 铁精矿等 烟气 炼铁等 采矿 冶炼渣 粗铜冶炼铜精矿选矿电解铜 高温 Cu2S O2 2Cu SO2 9 2 电解法精炼铜时 阳极是 填 纯铜板 或 粗铜板 粗铜中含有的金 银以单质 的形式沉淀在电解槽 填 阳极 或 阴极 的槽底 阴极的电极反应式是 3 在精炼铜的过程中 电解质溶液中 c Fe2 c Zn2 会逐渐增大而影响进一步电解 几种物质的溶度积常数 Ksp 物 质Fe OH 2Fe OH 3Zn OH 2Cu OH 2 Ksp 8 0 10 164 0 10 383 0 10 172 2 10 20 调节电解液的 pH 是除去杂质离子的常用方法 根据上表中溶度积数据判断 含有等物质的量浓 度 Fe2 Zn2 Fe3 Cu2 的溶液 随 pH 升高最先沉淀下来的离子是 一种方案是先加入过量的 H2O2 再调节 pH 到 4 左右 加入 H2O2的目的是 加入 H2O2后发生反应的离子方程式为 5 金属钛被称为 21 世纪金属 1 工业上用钛矿石 含 FeTiO3 含 FeO Al2O3 SiO2等杂质 经过以下流程制得 TiO2 其中 步骤 发生的反应为 2H2SO4 FeTiO3 TiOSO4 FeSO4 2H2O 步骤 中发生反应的化学方程式 将步骤 所得 FeSO4晶体溶于水 在酸性条件下加入 H2O2溶液 可制得具有净水作用的铁盐 该 反应的离子方程式为 在步骤 中需要控制条件以形成 TiO2 nH2O 胶体 该分散质颗粒直径大小在 范围 2 可利用 TiO2通过下述两种方法制备金属钛 方法一 将 TiO2作阴极 石墨作阳极 熔融 CaO 为电解液 用碳块作电解槽池 电解 TiO2制得钛 其阴极发生的反应 方法二 通过以下反应制备金属钛 TiO2 s 2Cl2 g TiCl4 g O2 g H 151kJ mol TiCl4 2Mg 2MgCl2 Ti 10 在实际生产中 需在反应 过程中加入碳才能顺利制得 TiCl4 其原因是 3 若已知 C s O2 g CO2 g H 394kJ mol 则由固体 TiO2 固体 C 与 Cl2气反应制取 气态 TiCl4的热化学方程式为 6 电镀废水 废渣的处理和综合利用体现了绿色化学的思想 含铬电镀废水的处理可采用以下方法 1 电解法 往废水中加入适量氯化钠 以铁为电极进行电解 电解过程中 阳极的电极反应式为 2 沉淀法 含铬废水中存在平衡 Cr2O72 H2O2CrO42 2H 往废水中加入 BaCl2 铬元素 转化为铬酸钡 BaCrO4 沉淀 此过程中 还应加入 NaOH 理由是 某工厂利用富含镍 Ni 的电镀废渣 含有 Cu Zn Fe Cr 等杂质 制备 NiSO4 6H2O 其生 产流程如下图所示 3 步骤 中加入 H2SO4后 需充分搅拌的目的是 4 溶液 C 中溶质的主要成分是 5 Fe OH 3溶度积表达式 Ksp 通常条件下 KSP Fe OH 3 4 0 10 36 用氨水调节溶液的 pH 约为 8 0 则理论上计算除杂后溶液中 c Fe3 等于 11 信息方程式 信息方程式 1 TiO2 2H TiO2 H2O 2 分 分 4 TiO2 2C 2Cl2 TiCl4 2CO 2 分 分 5 TiO2 4e Ti 2O2 2 分 分 2 2 AlO2 HCO3 H2O Al OH 3 3 CO32 5 10FeSO4 2O2 5Fe2O3 SO2 9SO3 4 3 CO2 AlO2 2H2O Al OH 3 HCO3 3 分 分 4 4 LiMn2O4 2 H2SO4 O2 8MnO2 2 Li2SO4 2H2O 4 分分 5 Li2SO4 Na2CO3 Na2SO4 Li2CO3 3 分 分 化学工业流程化学工业流程 强化训练题 答案 强化训练题 答案 1 1 2 将正二价铁元素氧化成正三价 将正二价铁元素氧化成正三价 Al OH 3和和 Fe OH 3 3 Co2 2OH Co OH 2 2Li CO32 Li2CO3 4 Na2SO4 2 答案答案 2Fe2 H2O2 2H 2Fe3 2H2O 3 2 5 2 NH4 2SO4 3 0 78 3 答案 答案 1 SO2 NaOH NaHSO3 2 提高铁元素的浸出率 提高铁元素的浸出率 抑制抑制 Fe3 水解水解 3 Cl2 2Fe2 2Cl 2Fe3 Cl2 HCl 4 取氧化后的溶液少许于试管中 往试管中滴加 取氧化后的溶液少许于试管中 往试管中滴加 1 2 滴酸性滴酸性 KMnO4溶液 溶液 KMnO4的紫红色不褪去 说明铁元素全部以的紫红色不褪去 说明铁