《浅析化工生产工艺流程-以金属矿物、海水资源开发利用为背景》课件

《浅析化工生产工艺流程——以金属矿物、海水资源开发利用为背景》1.工艺流程题的结构规律：“主线主产品，分支副产品，回头为循环”。2.对原料预处理的常用方法(1)研磨——减小固体颗粒的体积，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。(2)水浸——与水接触反应或溶解。(3)酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。(4)灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时灼烧就是为了除去可燃性杂质。(5)煅烧——改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土。3.解答化工流程题的方法——目标分析法制备类工艺流程题一般由多步连续的操作组成，每一步操作都有其具体的目标、任务。要求用理论回答的试题应采用“四段论法”：下列叙述错误的是A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、LiC.“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠1.(2018·全国卷Ⅰ，7)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如图：12354跟踪训练6√解析A对，处理废旧磷酸亚铁锂电池，回收金属Al、Fe、Li等，可实现资源的再利用，并有利于保护环境；123546B对，由流程图示可知，正极片碱溶得到NaAlO2溶液和含磷酸亚铁锂滤渣，利用NaAlO2溶液可获得Al，利用含磷酸亚铁锂滤渣可获得Fe、Li；C对，含磷酸亚铁锂滤渣加入H2SO4/HNO3，Fe2＋被氧化成Fe3＋，加入碱液后Fe3＋生成Fe(OH)3沉淀；D错，滤液加入碳酸钠生成Li2CO3沉淀，而Li2SO4易溶于水，故不能用Na2SO4代替Na2CO3。123542.(2019·石嘴山市大武口区校级月考)如图为铝土矿(主要含Fe3O4、Al2O3、SiO2)提取铝的流程，以下说法正确的是6A.残渣A主要是H2SiO3B.滤液A中只存在Fe3＋和Al3＋C.过程Ⅲ可以用HCl替代二氧化碳D.滤液C主要是碳酸氢钠和硫酸钠溶液√12354解析铝土矿主要含Fe3O4、Al2O3、SiO2，加入过量的稀硫酸溶解、过滤得到的滤渣A为二氧化硅，滤液A为硫酸铝和硫酸亚铁、硫酸铁，滤液中加入过量氢氧化钠溶液和过量硫酸反应，沉淀亚铁离子、铁离子，残渣B主要是氢氧化铁和氢氧化亚铁，滤液B主要是偏铝酸钠溶液，通入过量的二氧化碳气体过滤得到的滤液C为碳酸氢钠和硫酸钠，固体C为氢氧化铝，灼烧得到的D为氧化铝，电解熔融氧化铝生成铝。分析可知残渣A主要是SiO2，故A错误；612354滤液A中有Fe3＋、Al3＋、Fe2＋、H＋，故B错误；盐酸为强酸，能与氢氧化铝反应，所以过程Ⅲ不可以用HCl替代二氧化碳，故C错误；分析可知滤液C主要是碳酸氢钠和硫酸钠溶液，故D正确。6123543.(2020·北京延庆区检测)海洋是一个资源宝库，海水资源的开发和利用是现代和未来永恒的主题。下面是海水利用的流程图。下列有关说法不正确的是6A.过程中制得NaHCO3是先往精盐溶液中通入CO2，再通入NH3B.氯碱工业在阳极产生了使湿润淀粉-碘化钾试纸变蓝的气体C.反应②加热MgCl2·6H2O应在HCl气流保护下制备无水MgCl2D.反应⑤中，用Na2CO3水溶液吸收Br2后，用70%～80%硫酸富集Br2√解析氨的溶解度大于二氧化碳，由饱和精盐溶液制NaHCO3时，必须先通入NH3，再通入足量CO2，故A错误；氯碱工业在阳极上氯离子放电生成氯气，使湿润淀粉-碘化钾试纸变蓝，故B正确；反应②加热MgCl2·6H2O应在HCl气流中制备无水MgCl2，故C正确；Na2CO3水溶液吸收Br2后，生成NaBrO和NaBr，与70%～80%硫酸反应重新生成溴单质，富集Br2，故D正确。123546123544.从海带中提取碘单质，成熟的工艺流程如下。下列关于海水制碘的说法不正确的是6A.实验室在蒸发皿中灼烧干海带，并且用玻璃棒搅拌B.含I－的滤液中加入稀硫酸和双氧水后，碘元素发生氧化反应C.在碘水中加入几滴淀粉溶液，溶液变蓝色D.碘水中加入CCl4得到I2的CCl4溶液，该操作为“萃取”√123546解析A项，实验灼烧干海带应在坩埚中进行；B项，I－―→I2发生氧化反应；C项，淀粉遇I2变蓝色；D项，CCl4能萃取碘水中的I2。下列有关说法正确的是A.用澄清石灰水可鉴别NaHCO3和Na2CO3B.第③步和第⑤步均发生了氧化还原反应C.在第③④⑤步中溴元素均被氧化D.工业上通过电解饱和MgCl2溶液制取金属镁123545.海洋中有丰富的资源，下图为海水资源利用的部分过程。√6解析A项，澄清石灰水不能鉴别碳酸氢钠和碳酸钠，错误；C项，④中发生Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，Br元素被还原，错误；D项，冶炼镁常采用电解熔融状态下的MgCl2的方法，不是氯化镁溶液，错误。1235466.钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿，我国的钛铁矿储量居世界首位。用含Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3)制备TiO2流程如下：123546(1)步骤①加Fe的目的是_________________；步骤②冷却的目的是______________________。将Fe3＋还原为Fe2＋绿矾(FeSO4·7H2O)析出解析分析框图知，铁最终转化成副产品绿矾，所以要将＋3价Fe转化为＋2价Fe，降温减小FeSO4·7H2O的溶解度，有利于绿矾结晶。123546(2)上述制备TiO2的过程中，可以利用的副产物是__________________；考虑成本和废物综合利用因素，水浸后废液中应加入______________________处理。123546绿矾(FeSO4·7H2O)生石灰(或碳酸钙、废碱)解析水浸后发生的离子反应为TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋，废液主要呈酸性，所以应加入CaO、CaCO3或废碱。(3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti)，涉及的步骤为123546反应TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti在Ar气氛中进行的理由是_________________________________。防止高温下镁或钛与O2、N2等反应解析Ti和Mg易与空气中的O2、N2等反应，故应在Ar气氛中进行。任务一海水提溴【问题探究】溴及其化合物在医药、农药、染料和阻燃剂等生产中有着广泛的应用。目前,人们主要从海水和盐湖水中提取溴。海水提溴工艺流程示意图

1.实际工业生产中,为什么要先对海水中的溴进行富集?提示

地球上99%的溴分布在海水中,以Br-的形式存在。海水中溴元素的总储量很大,但富集程度很低,因此工业生产中要先对海水中的溴进行富集,以节约成本、降低能耗等。2.海水提溴的原理是什么?请结合工艺流程图用一句话简述。提示

以海水中的含溴物质为原料,通过化学和物理方法分离提纯,得到溴单质。3.实际工业生产中,为什么要选择氧化剂氯气来氧化Br-?试从氧化还原、成本、环境污染等角度分析。提示

①从氧化还原角度分析,氯气的氧化性强于溴单质;②从成本上考虑,氯气是氯碱工业的产品,价格相对低;③从生成物对环境的影响考虑,Cl2与Br-反应生成Br2和Cl-,对环境无污染。【深化拓展】1.海水提溴的生产流程图2.海水提溴的主要过程

【素能应用】典例1海水中溴元素以Br-形式存在,工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如图:(1)步骤①反应的离子方程式是

。

(2)步骤③反应的化学方程式是

。

从理论上考虑,下列也能吸收Br2的是

。

A.NaOH B.FeCl2 C.Na2SO3 D.H2O(3)步骤⑤蒸馏的过程中,温度应控制在80~90℃。温度过高或过低都不利于生产,请解释原因:

。

(4)为什么不直接用“溴水混合物Ⅰ”而要用“溴水混合物Ⅱ”进行蒸馏得到液溴?

。

答案

(1)2Br-+Cl2===Br2+2Cl-(2)SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr

ABC(3)若温度过高,大量水蒸气随溴蒸出,所得气体中水蒸气的含量增加;温度过低,溴不能完全蒸出,产率太低(4)“溴水混合物Ⅰ”中虽然含有溴单质,但浓度低,如果直接蒸馏,处理量大,生产成本高,而“溴水混合物Ⅱ”实际上将溴水浓缩了解析

(1)2Br-+Cl2===Br2+2Cl-。(2)SO2+Br2+2H2O===2HBr+H2SO4;只从理论上考虑,NaOH具有强碱性,能吸收Br2,Fe2+、

具有强还原性,也能吸收Br2,但Br2在水中的溶解度较小,用水不能将Br2充分吸收。(3)温度过高,大量水蒸气随溴蒸出,所得气体中水蒸气的含量增加;温度过低,溴不能完全蒸出,产率太低。(4)“溴水混合物Ⅰ”中虽然含有溴单质,但浓度低,如果直接蒸馏,处理量大,生产成本高。经过“空气吹出、SO2吸收、Cl2氧化”等步骤实际上是将溴水浓缩了。【变式设问】上述流程中,若步骤④通入氯气过量,对溴水混合物Ⅱ中溴含量是否有影响?为什么?提示

无影响;若步骤④中通入过量氯气,可将Br-氧化生成Br2,Br2不能被继续氧化。规律方法与海水资源利用相关的化工工艺流程类题的解题方法1.抓首尾,看中间:从原料到产品为一条龙的生产工序试题,其关键点是认真分析对比原料与产品的组成,从中得出将原料转化为产品和除去原料中所含杂质的基本原理和所用工艺。2.用交叉,看分流:有些化工生产选用多组原料,解题关键在于找准中间产品和相互交叉的流水生产线,在分析过程中,抓住中间产品的关联作用,逐一破解。3.明目的,读流程:化工工艺流程综合题目一般是关于物质的制备,首先明确目的是制取什么物质,从题干或问题中获取有用信息,了解产品的性质,并结合基本概念和反应原理分析流程图中涉及的元素及其化合物,根据质量守恒定律分析未知物质,寻找解题的突破口。“→”前是投料(反应物),“→”后是生成物。4.看控制,找分离:物质制备工艺都涉及物质的分离提纯,注意制备过程中所需的原料和条件的控制以及物质分离方法的选择(如过滤、萃取分液、蒸馏等),尽可能写出主要反应的化学方程式或制备原理。若出现工艺评价内容,从成本、环保、生产实际等多角度考虑分析即可。变式训练1“空气吹出法”海水提溴的工艺流程如下:下列说法中,不正确的是(

)A.实验室保存溴通常加少量水B.海水提溴与海水提镁发生的所有反应均为氧化还原反应C.经过吸收塔后,溴元素得到了富集D.蒸馏塔中还发生了化学变化答案

B解析

溴易挥发,加水液封可以减少挥发损失,故A正确;海水提镁的过程中,发生了镁盐与碱反应生成氢氧化镁的复分解反应,为非氧化还原反应,故B错误;经过吸收塔后,溶液中的Br-浓度远大于进入吹出塔之前的海水中的Br-浓度,因此溴元素得到了富集,故C正确;蒸馏塔中发生的反应为2Br-+Cl2===2Cl-+Br2,故D正确。任务二海带提碘、海水提镁【问题探究】1.海带中的碘元素以何种形式存在?如何将海带中的碘元素转化成单质碘?提示

海带中的碘元素以I-形式存在,可加入氧化剂把I-氧化成I2。2.提供试剂:AgNO3溶液和稀硝酸。请设计实验检验海带浸取液中含有的I-。提示

取少量海带浸取液置于试管中,先滴加AgNO3溶液,后滴加稀硝酸,产生黄色沉淀,证明海带浸取液中含有I-。3.海水提镁的过程中涉及哪些基本反应类型?提示

分解反应、化合反应、复分解反应。【深化拓展】1.海带中碘元素的检验(1)实验步骤(2)主要反应:2H++2I-+H2O2===I2+2H2O。2.海带中提碘(1)主要流程:海带→灼烧→浸泡→过滤→氧化→提纯→碘单质。(2)主要反应:Cl2+2KI===2KCl+I2。特别提醒(1)海水中碘的浓度很低,一般从海带或一些海藻植物中提取碘。(2)由于I2易升华,从I2的有机溶剂溶液中提取I2时应采用水浴加热,可避免高温下I2的升华。3.海水提镁(1)主要反应原理(2)工艺流程

【素能应用】典例2海带是海洋中的一种褐藻,海带中含有丰富的碘,是人类经常食用的一种补碘食物。某资料中有“海带中碘的检验”的选做实验,操作步骤如下:①取3g左右干海带,除去表面杂质,剪碎,用酒精润湿,放在坩埚中灼烧成灰,冷却;②将海带灰转移到小烧杯中加蒸馏水,搅拌,煮沸2~3min,使可溶物质溶解,过滤;③向滤液中滴入几滴硫酸,再加入约1mL过氧化氢溶液,观察现象;④取少量上述所得溶液,滴加几滴淀粉溶液,观察现象;⑤向③剩余的滤液中加入1mL四氯化碳,振荡静置,观察现象;⑥向加有四氯化碳的溶液中加入氢氧化钠溶液,充分振荡后,将混合液的下层液体放出至指定的容器中。请回答下列问题:(1)海带中的碘元素以

(填“碘离子”“碘单质”或“碘酸盐”)的形式存在,步骤①中除去海带表面的杂质一般用刷子刷净,不用水清洗,原因是

。

(2)可说明海带中含有碘的现象有

。

(3)操作⑤叫做

,操作⑥的目的是

。

答案

(1)碘离子防止碘元素的损失(2)步骤④中加入淀粉溶液后变蓝,步骤⑤中下层液体呈紫红色(3)萃取回收四氯化碳解析

(1)海带中碘元素以碘离子的形式存在,且易溶于水,为防止碘元素的损失,除去海带表面的杂质一般用刷子刷净,不用水清洗。(2)实验步骤④中加入淀粉溶液后变蓝,步骤⑤中下层液体呈紫红色,可以说明海带中含有碘。(3)操作⑤是用四氯化碳萃取碘水中的碘。(4)操作⑥是为了回收四氯化碳。规律方法本题考查有关从海带中提取碘单质的实验原理、仪器,以及萃取的实验操作等。将非金属阴离子置换为单质要用到氧化剂,常见的氧化剂有过氧化氢、新制氯水、酸性高锰酸钾溶液等。变式训练2下列有关从海带中提取碘的实验原理和装置能达到实验目的的是(

)A.用装置甲灼烧碎海带B.用装置乙过滤海带灰的浸泡液C.用装置丙制备用于氧化浸泡液中I-的Cl2D.用装置丁吸收氧化浸泡液中I-后的Cl2尾气答案

B解析

灼烧碎海带应用坩埚,A项错误;海带灰的浸泡液用过滤法分离获得含I-的溶液,B项正确;MnO2与浓盐酸反应制Cl2需要加热,反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O,C项错误;Cl2在饱和NaCl溶液中溶解度很小,不能用饱和NaCl溶液吸收尾气Cl2,尾气Cl2应用NaOH溶液吸收,D项错误。典例3镁及其合金是一种用途很广的金属材料,目前世界上60%的镁是从海水中提取的。主要步骤如下:(1)为了使MgSO4转化为Mg(OH)2,试剂①可以选用

,要使MgSO4完全转化为沉淀,加入试剂的量应

。

(2)加入试剂①后,能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是

。

(3)试剂②选用

,其反应的离子方程式为

。

(4)无水MgCl2在熔融状态下通电后,产生镁和氯气,该反应的化学方程式为

。

答案

(1)石灰乳过量(2)过滤(3)盐酸Mg(OH)2+2H+===Mg2++2H2O(4)MgCl2(熔融)