《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》教案

《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》教案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。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”：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，其流程如下：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答案D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；B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。2．(2019·石嘴山市大武口区校级月考)以下为铝土矿(主要含Fe3O4、Al2O3、SiO2)提取铝的流程，以下说法正确的是()A．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答案D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；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。3．(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()A．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答案A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。4．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()干海带eq\o(→,\s\up7(灼烧))海带灰eq\o(→,\s\up7(沸水),\s\do5(浸泡))悬浊液eq\o(→,\s\up7(过滤))滤液eq\o(→,\s\up7(H＋),\s\do5(H2O2))碘水eq\o(→,\s\up7(CCl4))I2的CCl4溶液eq\o(→,\s\up7(蒸馏))I2A．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”答案A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。5．海洋中有丰富的资源，下图为海水资源利用的部分过程。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溶液制取金属镁答案B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。6．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：(1)步骤①加Fe的目的是__________________________________________________________；步骤②冷却的目的是____________________________________________________________。(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。(3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti)，涉及的步骤为eq\x(TiO2)→eq\x(TiCl4)eq\o(→,\s\up7(Mg),\s\do5(800℃，Ar))eq\x(Ti)反应TiCl4＋2Mgeq\o(=,\s\up7(800℃))2MgCl2＋Ti在Ar气氛中进行的理由是__________________________________________________________________________________________________________。答案(1)将Fe3＋还原为Fe2＋析出绿矾(FeSO4·7H2O)(2)绿矾(FeSO4·7H2O)生石灰(或碳酸钙、废碱)(3)防止高温下镁或钛与O2、N2等反应解析(1)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。(2)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)Ti和Mg易与空气中的O2、N2等反应，故应在Ar气氛中进行。合格考达标练1.(山东枣庄高一期末)海水是一个巨大的化学资源库,下列有关海水综合利用的说法正确的是()A.利用潮汐发电是将化学能转化为电能B.海水通过蒸馏法制取淡水的过程中发生了化学变化C.从海水中可以得到MgCl2,电解熔融MgCl2可制备MgD.海水中含有溴元素,只需经过物理变化就可以得到溴单质答案C解析潮汐发电是水流的动能转化为电能,A错误;海水通过蒸馏法制取淡水的过程,只发生了物理变化,不涉及化学变化,B错误;从海水中获得MgCl2,电解熔融MgCl2得到Mg和Cl2,C正确;海水中溴元素以Br-的形式存在,应通过化学反应转化为Br2,D错误。2.许多国家十分重视海水资源的综合利用,下列不需要发生化学变化就能够从海水中获得的物质是()A.氯、溴、碘 B.钠、镁、铝C.烧碱、氢气 D.食盐、淡水答案D3.下列有关海洋资源综合利用的说法不正确的是()A.利用海水波浪发电是将动能转化为电能B.从海水中提取溴单质一定伴有化学变化C.从海水中提取Mg时,最终通过电解熔融态的MgO得到MgD.积极研发海水直接冷却技术,可减少煤炭的使用量,有利于环境保护答案C解析MgO熔点高,一般通过电解熔融态的MgCl2制得Mg。4.(山东烟台高一期末)空气吹出法是目前用于从海水中提取溴的最成熟的工业方法,其工艺流程如下:下列说法错误的是()A.X可为SO2,吸收塔里发生反应的离子方程式:SO2+Br2+2H2O4H++SO42-B.步骤Ⅰ与步骤Ⅲ中发生的主要反应相同C.操作Ⅰ中将液溴分离出来的方法可用乙酸进行萃取、分液然后再蒸馏D.该工业上每获得1molBr2,需要消耗标准状况下Cl2的体积大于44.8L答案C解析X可为SO2,二氧化硫吸收吹出塔中吹出的溴蒸气生成硫酸和氢溴酸,发生反应的离子方程式为SO2+Br2+2H2O4H++SO42-+2Br-,A正确;步骤Ⅰ与步骤Ⅲ中发生的主要反应都是2Br-+Cl2Br2+2Cl-,B正确;乙酸易溶于水,不能用乙酸萃取溴水中的溴,C错误;步骤Ⅰ与步骤Ⅲ中发生的主要反应都是2Br-+Cl2Br2+2Cl-,由于Cl2能与水反应,因此工业上每获得1molBr2,需要消耗标准状况下Cl2的体积应大于44.8L,D正确。5.NaCl是从海水中提取出来的一种重要物质,除食用外,它还是一种工业原料,下列以NaCl为原料的产品(物质)是()①烧碱②纯碱③金属钠④氯气⑤盐酸A.①②③④⑤ B.只有①②③④C.只有①②③⑤ D.只有①②④⑤答案A解析电解NaCl的水溶液可制得NaOH、H2、Cl2;H2、Cl2可合成HCl;NaCl溶液又可与CO2、NH3反应来制取NaHCO3,NaHCO3受热分解可得Na2CO3;电解熔融的NaCl可制备金属钠。6.某课外小组将灼烧海带产生的灰烬浸泡后过滤,得到澄清的滤液。他们设计了如下的几个方案,你认为能证明海带的灰烬中含有碘元素的是()A.取适量滤液,蒸干,观察是否有紫色固体生成B.取适量滤液,加入苯,振荡,静置,苯层无色,证明不含碘元素C.取适量滤液,向其中加入淀粉溶液,无明显现象,证明不含碘元素D.取适量滤液,加入酸化的H2O2溶液,再加入淀粉溶液,呈蓝色,证明含有碘元素答案D解析海带灰烬中含有的碘元素是以I-形式存在的,不是以单质形式存在,所以A、B、C均不正确;D中发生了氧化还原反应H2O2+2I-+2H+I2+2H2O,产生了I2,使淀粉溶液呈蓝色。7.从海水中可以获得淡水、食盐,也可提取镁等物质。(1)海水淡化的方法主要有(填一种)。

(2)从海水中提取镁的流程如图所示:流程中分离出Mg(OH)2沉淀的方法是;写出反应②的化学方程式:。

答案(1)蒸馏法(或电渗析法、离子交换法等)(2)过滤MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑解析(1)海水淡化的常用方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。(2)从沉淀池中分离出Mg(OH)2沉淀使用过滤方法,反应②的化学方程式为MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。等级考提升练8.(广东佛山顺德区高一期末)实验室中,从海带里提取碘的部分流程如图所示,下列说法不正确的是()A.步骤①灼烧海带需要用坩埚B.步骤③主要操作为过滤C.步骤④主要反应为2I-+H2O2+2H+2H2O+I2D.步骤⑤可以加入酒精萃取I2答案D解析步骤①为灼烧,需要将干海带放入坩埚中灼烧,A正确;步骤③将海带灰悬浊液中的含碘离子的水溶液与不溶物分离,主要操作为过滤,B正确;步骤④是含碘离子的水溶液在酸性条件下被双氧水氧化生成碘单质,主要反应为2I-+H2O2+2H+2H2O+I2,C正确;酒精能与水以任意比互溶,不能用于萃取水溶液中的碘单质,D错误。9.(山东淄博高一期末)侯德榜改进的制碱工艺打破了西方对我国的技术封锁,至今仍在使用。工业上从海水中制备纯碱和金属镁的流程如下图所示:下列说法不正确的是()A.流程Ⅰ依次向粗盐水中加入过量Ca(OH)2溶液、Na2CO3溶液并过滤B.流程Ⅱ体现了侯德榜制碱法C流程Ⅱ中吸氨与碳酸化的顺序互换,物质不变,不影响反应结果D.流程Ⅳ、Ⅴ的目的是富集镁元素答案C解析粗盐水中含有NaCl、CaCl2和MgCl2等,要依次加入过量Ca(OH)2溶液、Na2CO3溶液,沉淀后过滤,除去MgCl2和CaCl2,A正确;流程Ⅱ中精盐水吸收NH3后,再碳酸化,得到NaHCO3晶体,发生反应:NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl,B正确;NH3易溶于水,CO2在水中的溶解度不大,故流程Ⅱ中吸氨和碳酸化顺序不能颠倒,C错误;母液中含有MgCl2,流程Ⅳ和Ⅴ的目的是富集镁元素,D正确。10.从淡化海水中提取溴的流程如下:淡化

海水低浓度Br2含Br-等的溶液Br2的浓溶液…Ⅳ液溴下列有关说法不正确的是()A.X试剂可用Na2SO3饱和溶液B.步骤Ⅲ的离子方程式:2Br-+Cl22Cl-+Br2C.工业上每获得1molBr2,需要消耗Cl244.8LD.步骤Ⅳ包含萃取、分液和蒸馏答案C解析Na2SO3+Br2+H2ONa2SO4+2HBr,A正确;步骤Ⅲ根据氯的非金属性比溴强,可以利用置换反应制取Br2,B正确;反应Ⅰ和反应Ⅲ均使用到Cl2,但未给出氯气所处的温度和压强,无法计算Cl2的体积,C错误;从浓溴水中提取溴,可利用有机溶剂(如苯)萃取溴,然后分液得到溴的有机溶液,再经蒸馏可得到纯净的溴,D正确。11.海洋是一座巨大的化学资源宝库,如图所示为从海水中提取若干种化学物质的流程图,则下列说法正确的是()A.除去粗盐中的SO42-、Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质,①中加入试剂的顺序为Na2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2B.②中包含制取MgCl2溶液、无水MgCl2及电解熔融状态的MgCl2几个阶段C.③④⑤中溴元素均被氧化D.蒸馏法是技术最成熟也是最具有发展前景的海水淡化方法答案B解析A项中加入试剂的顺序会导致Ba2+无法除尽,A项错误;单质镁是通过电解熔融MgCl2的方法制取的,B项正确;流程图的第④步中溴元素被还原,C项错误;蒸馏法会消耗大量的能源,不是最具有发展前景的海水淡化方法,D项错误。12.海洋资源的利用具有广阔前景。(1)从海水中提取溴的主要步骤是向浓缩的海水中通入Cl2,将Br-氧化,该反应的离子方程式是。

(2)下图是从海水中提取镁的简单流程。①工业上常用于沉淀Mg2+的试剂A是,Mg(OH)2转化为MgCl2的离子方程式是。

②由无水MgCl2制取Mg的化学方程式是。

(3)海带灰中富含以I-形式存在的碘元素。实验室提取I2的途径如下所示:①灼烧海带时所用的主要仪器的名称是。

②向酸化的滤液中加H2O2溶液,写出该反应的离子方程式:。

答案(1)Cl2+2Br-Br2+2Cl-(2)①石灰乳Mg(OH)2+2H+Mg2++2H2O②MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑(3)①坩埚②2I-+H2O2+2H+I2+2H2O解析(1)氯气具有强氧化性,能和溴离子发生置换反应生成溴,离子方程式为Cl2+2Br-Br2+2Cl-。(2)①工业上常用石灰乳沉淀Mg2+,Ca(OH)2和镁离子反应生成Mg(OH)2,氢氧化镁和盐酸反应得到氯化镁和水,反应的离子方程式为Mg(OH)2+2H+Mg2++2H2O。②镁是活泼金属,可通过电解熔融氯化镁冶炼镁,电解反应的化学方程式为MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。(3)①灼烧固体时所用的主要仪器的名称是坩埚。②向酸化的滤液中加入过氧化氢溶液,可将碘离子转化为单质碘,离子方程式为2I-+H2O2+2H+I2+2H2O。13.(广州五校高一期末联考)海洋约占地球表面积的71%,海水化学资源的利用具有非常广阔的前景。(1)海水淡化的方法主要有、、等。(填具体操作名称)

(2)镁及其合金是一种用途广泛的金属材料,目前世界上60%的镁是从海水中提取的,其主要步骤如下:①工业上为了使MgSO4转化为Mg(OH)2,试剂a通常选用廉价的。

②试从节约能源、提高金属镁的纯度分析,以下适宜的冶镁方法是。

A.Mg(OH)2MgOMgB.Mg(OH)2MgOMgC.Mg(OH)2MgCl2MgD.Mg(OH)2MgCl2Mg(3)溴及其化合物用途十分广泛,我国正在大力开展海水提溴的研究和开发工作。工业上以浓缩海水为原料提取溴的部分过程如下:某课外小组在实验室模拟上述过程设计以下装置进行实验(所有橡胶制品均已被保护,夹持装置已略去):①A装置中通入a气体的目的是(用离子方程式表示);

②A装置中通入a气体一段时间后,停止通入,改通热空气。通入热空气的目的是;

③反应过程中,B装置中有SO42-生成,检验SO④C装置的作用是。

答案(1)蒸馏法电渗析法离子交换法(2)①石灰乳②C(3)①Cl2+2Br-2Cl-+Br2②吹出Br2③取少量B装置中反应后的溶液置于试管中,滴加盐酸酸化的氯化钡溶液,产生白色沉淀,证明有SO④吸收未反应的Cl2、