化工生产流程

第2讲化工生产流程,一、常见物质的工业制备方法1.钠、镁、铝的冶炼：常用电解法，如工业上炼铝的化学方程式为_。2.漂白粉的制备：化学方程式为_。3.制晶体硅：化学方程式为_(制得粗硅)。,2Ca(OH)2+2Cl2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O,4.合成氨：化学方程式为_。5.氯碱工业：离子方程式为_。6.接触法制硫酸：FeS2_H2SO4。,SO2,SO3,二、化工生产中反应条件的控制1.调节溶液的pH：常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀（1）若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入_等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。（2）已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：,CuO、Cu(OH)2、,Cu2(OH)2CO3,要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+，应先_，再调节溶液的_11时Zn(OH)2能溶于NaOH溶液生成Zn(OH)42-。下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0molL-1计算)。,实验中可选用的试剂：30%H2O2、1.0molL-1HNO3、1.0molL-1NaOH。由除去铜的滤液制备ZnO的实验步骤依次为：_；_；过滤；_；过滤、洗涤、干燥；900煅烧。,【解题指导】可按以下思路解答本题：,【解析】（1）结合第（1）问要求将铜帽溶解可知其目的是将铜溶解；双氧水受热易分解。（2）淀粉遇碘显蓝色；若双氧水没除尽，铜离子与双氧水均能氧化碘离子产生碘，碘与硫代硫酸钠反应，导致硫代硫酸钠用量增大，所测铜离子含量将会偏高。（3）结合给出离子沉淀的pH和实验步骤，应先用双氧水将Fe2+氧化为Fe3+，使Fe3+完全转化为沉淀，过滤除去后，继续调节pH使Zn2+转化为氢氧化锌，再过滤、洗涤、干燥、煅烧得氧化锌。,答案：（1）Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O加热（至沸）（2）淀粉溶液蓝色褪去偏高（3）向滤液中加入适量30%H2O2，使其充分反应滴加1.0molL-1NaOH，调节溶液pH约为5（或3.2pH5.9)，使Fe3+沉淀完全向滤液中滴加1.0molL-1NaOH，调节溶液pH约为10（或8.9pH11)，使Zn2+沉淀完全,4.（2013安徽高考）二氧化铈（CeO2）是一种重要的稀土氧化物。平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末（含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质）。某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如下：,（1）洗涤滤渣A的目的是为了除去_（填离子符号），检验该离子是否洗净的方法是_。（2）第步反应的离子方程式是_，滤渣B的主要成分是_。（3）萃取是分离稀土元素的常用方法，已知化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，TBP_（填“能”或“不能”）与水互溶。实验室进行萃取操作时用到的主要玻璃仪器有_、烧杯、玻璃棒、量筒等。,（4）取上述流程中得到的Ce（OH）4产品0.536g，加硫酸溶解后，用0.1000molL-1FeSO4标准溶液滴定至终点时（铈被还原为Ce3+），消耗25.00mL标准溶液，该产品中Ce（OH）4的质量分数为_。,【解题指导】实验流程可提炼如下：,【解析】（1）由实验流程可看出CeO2是一种难溶于水也难溶于稀盐酸的氧化物，洗涤滤渣A的目的是除去可溶性的Fe3+等；检验Fe3+是否洗净的方法是取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液，若不出现红色，则说明已洗净。（2）由CeO2和Ce3+的铈元素价态可看出在酸性条件下CeO2与H2O2发生氧化还原反应：2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3+O2+4H2O。（3）萃取剂不能与原溶剂互溶，所以TBP不能与水互溶；萃取操作的主要玻璃仪器还缺少分液漏斗。,（4）由电子得失守恒可得知关系式：Ce（OH）4FeSO4，故nCe（OH）4=n(FeSO4)=0.1000molL-10.025L=0.0025molmCe(OH)4=0.0025mol208gmol-1=0.52g,答案：（1）Fe3+取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液，若不出现红色，则说明已洗净；反之，未洗净（2）2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3+O2+4H2OSiO2（3）不能分液漏斗（4）97.0%,【方法总结】解答化工流程题的三种方法1.首尾分析法对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(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，弄清生产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。,2.分段分析法对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工艺流程题，用分段分析法更容易找到解题的切入点。3.交叉分析法有些化工生产选用多组原材料，率先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品，这种题就适合用交叉分析法。就是将提供的工艺流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析。,1.根据下图海水综合利用的工业流程图，判断下列说法中正确的是（）,已知：MgCl26H2O受热生成Mg(OH)Cl和HCl气体等。A过程的提纯是物理过程，过程通过氧化还原反应可产生2种单质B在过程中将MgCl26H2O灼烧即可制得无水MgCl2C过程反应后溶液呈强酸性，生产中需解决其对设备的腐蚀问题D在过程、反应中每氧化0.2molBr-需消耗2.24LCl2,【解析】选C。过程中除去Mg2+、C和S需要用化学方法，A错误；根据已知信息可知B错误；过程发生的反应为SO2+2H2O+Br2=H2SO4+2HBr，溶液呈强酸性，C正确；每氧化0.2molBr-需消耗0.1molCl2，但不一定是2.24L，只有在标准状况下才是2.24L。,2.铅的冶炼大致过程如下：富集：将方铅矿（PbS）进行浮选；焙烧：2PbS+3O22PbO+2SO2；制粗铅：PbO+CPb+CO；PbO+COPb+CO2。下列说法正确的是（）A.浮选法富集方铅矿的过程属于化学变化B.方铅矿焙烧反应中，PbS是还原剂，发生还原反应C.过程中，制取1molPbO共转移2mol电子D.将1molPbS冶炼成Pb理论上至少需要6g碳,【解析】选D。浮选法富集矿石的过程不涉及化学变化，只是个物理过程，A项错误；在氧化还原反应中，还原剂失电子发生氧化反应，B项错误；过程中反应的电子转移数为2PbS+3O22PbO+2SO2，故制取1molPbO共转移6mole-，C项错误；根据过程可得1molC最多可还原2molPbO，故将1molPbS冶炼成Pb理论上至少需要mol碳，即6g碳，D项正确。,3.通过资源化利用的方式将CO2转化为具有工业应用价值的产品（如下图所示），是一种较为理想的减排方式，下列说法正确的是（）,ACO2高温催化分解为C、CO、O2的反应为放热反应B除去碳酸钠固体中少量NaHCO3可用热分解的方法C过氧化尿素和SO2都能使品红溶液褪色，其原理相同DCO2合成甲醇及碳酸二甲酯，原子利用率为100%,【解析】选。由、CO和氧气反应生成CO2放热，可知CO2高温催化分解为C、CO、O2的反应为吸热反应，A错误；2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O，所以B正确；过氧化尿素可氧化色素，SO2不能，C错误；由原子守恒可知CO2合成甲醇及碳酸二甲酯，原子利用率小于100%，D错误。,4.聚合氯化铝是新型、高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态碱式氯化铝Al2(OH)nCl6-n，工业上常采用铝盐溶液部分水解制备碱式氯化铝，其工艺流程如下：,已知：高岭土：Al2O3（25%34%）、SiO2（40%50%）、Fe2O3（0.5%3.0%）及少量杂质和水。Al3+以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH为5.2。,根据流程图回答下列问题：（1）写出溶解过程中反应的离子方程式_。（2）加适量铝粉的主要目的是_。（3）溶液的pH需控制在4.24.5的原因是_，具体操作中除添加必要的试剂，还需借助的实验用品是_。,（4）“蒸发浓缩”需保持温度在90100，控制该温度的操作名称是_，写出该过程反应的化学方程式_。,【解析】（1）高岭土中的Al2O3、Fe2O3在溶解时可与盐酸反应，SiO2为酸性氧化物，不与盐酸反应。（2）加适量铝粉可除去溶液中的铁离子杂质。（3）pH超过4.5，Al3+会形成Al(OH)3沉淀；pH低于4.2，Al3+水解程度很小，很难形成液态碱式氯化铝Al2(OH)nCl6-n。溶液的pH需控制在4.24.5，所以具体操作中除添加必要的试剂，还需借助的实验用品是pH计（或精密pH试纸）。（4）“蒸发浓缩”需保持温度在90100，故需要水浴加热。此时铝离子水解生成Al2(OH)nCl6-n，反应的化学方程式为2AlCl3+nH2O=Al2(OH)nCl6-n+nHCl,答案：（1）Al2O3+6H+=2Al3+3H2O、Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O（2）除去溶液中的铁离子（3）pH超过4.5，Al3+会形成Al(OH)3沉淀；pH低于4.2，Al3+水解程度很小，很难形成液态碱式氯化铝Al2(OH)nCl6-npH计（或精密pH试纸）（4）水浴加热2AlCl3+nH2O=Al2(OH)nCl6-n+nHCl,5.工业制备高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程。,（1）KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒原理与下列物质相同的是_（填代号）。a.84消毒液（NaClO溶液）b.双氧水c.苯酚d.75%酒精（2）高锰酸钾保存在棕色试剂瓶，下列试剂保存不需要棕色试剂瓶的是_（填代号）。a.浓硝酸b.硝酸银c.氯水d.烧碱,（3）上述流程中可以循环使用的物质有_、_（写化学式）。（4）若不考虑物质循环与制备过程中的损失，则1molMnO2可制得_molKMnO4。（5）该生产中需要纯净的CO2气体。若实验室要制备纯净的CO2，所需试剂最好选择（选填代号）_。a.石灰石b.稀盐酸c.稀硫酸d.纯碱,所需气体发生装置是_（选填代号）。（6）操作的名称是_；操作根据KMnO4和K2CO3两物质在_（填性质）上的差异，采用_(填操作步骤)，趁热过滤得到KMnO4粗晶体。,【解析】高锰酸钾又名灰锰氧，是+7价锰最重要的化合物，也是最重要和最常用的氧化剂之一。本题以液相氧化法制备高锰酸钾为背景，着重考查了基本化学实验知识，本题可很好地巩固试剂保存、分离提纯操作、有关气体制取实验原理和装置知识等。（1）高锰酸钾的消毒原理主要是靠其氧化性氧化微生物而杀灭微生物，它通过氧化细菌体内的活性基团而发挥作用，类似84消毒液（NaClO溶液）、双氧水。而苯酚、酒精消毒机理主要是使蛋白质凝固。,（2）试剂保存方法取决于试剂的性质，见光易分解的物质通常保存在棕色试剂瓶中。浓硝酸、硝酸银、氯水等试剂都是中学阶段常用试剂，都保存在棕色试剂瓶中。(3）从流程图中不难发现，由于K2MnO4在酸性条件下易歧化为MnO2和KMnO4，所以MnO2可以部分循环；母液成分主要是K2CO3，通过加入石灰，产生的KOH也可以循环利用。（4）本小题考查学生对制备原理的理解。一种方法是写出各步反应，通过物质的量的关系得出；另外，从流程中也可看出，锰元素损失发生在K2MnO4歧化这一步，通过电子得失守恒，1molK2MnO4可制得1/3molMnO2和2/3molKM