工業(yè)流程題導(dǎo)學(xué)案

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1、工業(yè)流程題導(dǎo)學(xué)案 【知識(shí)積累一】 化工生產(chǎn)主要解決六方面問(wèn)題: 1、 解決將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的生產(chǎn)原理； 2、 除去所有雜質(zhì)并分離提純產(chǎn)品； 3、 提高產(chǎn)量與產(chǎn)率； 4、 減少污染，考慮 "綠色化學(xué)”生產(chǎn)； 5、 原料的來(lái)源既要考慮豐富，還要考慮成本問(wèn)題; 6、生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便可行等工藝生產(chǎn)問(wèn)題 化學(xué)工藝流程題，一般也就圍繞這六個(gè)方面設(shè)問(wèn)求解。要準(zhǔn)確、順利解答工藝流程題，學(xué)生除了必須要掌 握物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)之間相互作用的基本知識(shí)以及除雜分離提純物質(zhì)的基本技能外，最關(guān)鍵的問(wèn)題要具備 分析工藝生產(chǎn)流程的方法和能力。 【知識(shí)積累二】 常見(jiàn)與工業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的化學(xué)反應(yīng) 傳統(tǒng)

2、工業(yè)不能丟 1、 工業(yè)制粗硅： 2、 工業(yè)制9 CO2： 3、 工業(yè)合成氨： 4、 工業(yè)制硝酸： SiO￡d-2C CnQhCO, T CaCO 5、工業(yè)制硫酸: 十2CO t 4N0+SH.0 ⑵ 2NO+O 2==2NO 2 、⑶ 3NO 2+H 2O==2HNO 3+NO 4FeS oH- 1 1 O o : 催*匕麺」 2 SO 仝■一 厶 =2 SO 3 2Fe^O3-?-8SO￡ ⑵、 ⑶ SO3+H2O=H2SO4 6、 .工業(yè)制漂白粉：2Ca(OH 2 + 2 Cl 2=== Ca Cl 2 + Ca( ClO) 2+2H2O 電解

3、 7、 氯堿工業(yè)：2NaCI+2H 2O======2NaOH+Cl 2T +H T 8、 侯氏制堿法： NaCI + H 2O + NH 3 + CO 2 === NaHCO 3 J +NHCI 【知識(shí)積累三】 常見(jiàn)與生產(chǎn)生活相關(guān)的物質(zhì) 相關(guān)物質(zhì) 化學(xué)式或名稱 加碘食鹽中含碘物質(zhì) KIO 3 半導(dǎo)體材料 Si Ge Se 光導(dǎo)纖維 SiO 2 硅酸鹽工業(yè) 玻璃、水泥、陶瓷 飲用水凈水劑 明磯 飲用水消毒劑 Cl 2、 CIO 2、漂白粉、 o3、 H2O2、 NaClO 常用漂白劑 活性炭、 SO 2、 HClO 、 H 2 O2、 Na 2O2、 O3

4、 大氣污染物 CO、 SO 2、 NO 2、 NO 【知識(shí)積累四】 工業(yè)流程題中常用的關(guān)鍵詞 原材料：礦樣（明磯石、孔雀石、蛇紋石、大理石、鋰輝石、黃銅礦、錳礦、高嶺土，燒渣），合金（含 鐵廢銅），藥片（補(bǔ)血?jiǎng)?，海水（污水? 灼燒（煅燒）：原料的預(yù)處理，不易轉(zhuǎn)化的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為容易提取的物質(zhì)： 如海帶中提取碘 酸：溶解、去氧化物（膜）、調(diào)節(jié) PH促進(jìn)水解（沉淀） 堿：去油污，去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅，調(diào)節(jié) PH促進(jìn)水解（沉淀） 氧化劑：氧化某物質(zhì)，轉(zhuǎn)化為易于被除去（沉淀）的離子 氧化物：調(diào)節(jié)PH促進(jìn)水解（沉淀） 控制PH值：促進(jìn)某離子水解，使其沉淀，利于過(guò)濾分離

5、煮沸：促進(jìn)水解，聚沉后利于過(guò)濾分離；除去溶解在溶液中的氣體，如氧氣 趁熱過(guò)濾：減少結(jié)晶損失；提高純度 【知識(shí)積累五】化工生產(chǎn)的主要操作： 過(guò)濾、結(jié)晶、重結(jié)晶、洗滌、干燥、灼燒、分液、重復(fù)操作 2-3次等。 其中結(jié)晶應(yīng)注意： （1） 當(dāng)溶液是單一溶質(zhì)時(shí) ① 所得晶體不帶結(jié)晶水（如 NaCI、K NO3）：蒸發(fā)、結(jié)晶 ② 所得晶體帶結(jié)晶水 （如CUSC4.5H2O、摩爾鹽即硫酸亞鐵銨［（NH 4）2SO4 FeSO4 6H2O］）:蒸發(fā)濃縮（至 有晶膜出現(xiàn)），冷卻結(jié)晶，過(guò)濾 （2） 當(dāng)溶液中有兩種或以上溶質(zhì)時(shí) 要得到溶解度受溫度影響小的溶質(zhì)：濃縮（結(jié)晶），趁熱過(guò)濾 要得到溶解

6、度受溫度影響大的： 蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾 綠色化學(xué)理念： （1）環(huán)境污染問(wèn)題；（2）原子的經(jīng)濟(jì)性；（3 ）節(jié)約能源（包括使用催化劑）； （4）原料應(yīng)是可再生的（或者可循環(huán)使用）；（ 5）工藝的安全性 解題方法： 1. 明確整個(gè)流程的目的，重視加入的成分和出來(lái)的成分差異 2. 結(jié)合基礎(chǔ)理論與實(shí)際問(wèn)題分析每一步反應(yīng)的原理與條件 3. 規(guī)范答題 Fe、Al等雜質(zhì)）為原 【例】C0CI2 ? 6H2O在飼料、醫(yī)藥工業(yè)上有廣泛的用途。下列是以含鈷廢料（含少量 料制取C0CI2 ? 6H2O的一種新工藝流程: 含鉆廢料 鹽酸 過(guò)氧化氫 碳酸鈉 鹽酸 CoCI

7、 已知： ① 鈷與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為： Co+ 2HCI=CoCl2 + H2 f 110~120C時(shí)，失去結(jié)晶水變成有毒的無(wú)水 ② C0CI2 ? 6H2O熔點(diǎn)86C，易溶于水；常溫下穩(wěn)定無(wú)毒，加熱至 氯化鈷。 ③部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的 pH見(jiàn)下表: 沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 AI(OH) 3 開(kāi)始沉淀 2.7 7.5 7.6 3.8 完全沉淀 3.2 9.7 9.2 5.2 請(qǐng)回答下列問(wèn)題: ⑴加入碳酸鈉調(diào)節(jié) pH至a, a的范圍是 ⑵操作I包含 3個(gè)基本實(shí)驗(yàn)操作，它們是 和過(guò)濾。 ⑶制

8、得的C0CI2 ? 6H2O需減壓烘干的原因 。 ⑷為測(cè)定產(chǎn)品中 C0CI2 ? 6H2O含量，某同學(xué)將一定量的樣品溶于水， 再向其中加入足量的 AgNO溶液，過(guò)濾, 并將沉淀烘干后稱量其質(zhì)量。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中 C0CI2 ? 6H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于 100 %，其原因可能 【課堂訓(xùn)練】 1、鋰被譽(yù)為 金屬味精”，以LiCoO2為正極材料的鋰離子電池已被廣泛用作便攜式電源。工業(yè)上常以 3-鋰 輝礦（主要成分為L(zhǎng)iAISi2O6,還含有FeO、MgO、CaO等雜質(zhì)）為原料來(lái)制取金屬鋰。其中一種工藝流程如 下： 傳轍過(guò)秋〕確撿鈣水（Dcafoiih②憾和NihcaiS權(quán)  已知

9、：①部分金屬氫氧化物開(kāi)始沉淀和完全沉淀時(shí)的 pH : 氫氧化物 Fe(OH) 3 AI(OH) 3 Mg(OH) 2 開(kāi)始沉淀pH 2. 7 3. 7 9. 6 完全沉淀pH 3. 7 4. 7 11 ②U2CO3在不同溫度下的溶解度如下表: 溫度/c 0 10 20 50 75 100 Li2CO3的溶 解度/g 1 . 539 1 . 406 1 . 329 1 . 181 0. 866 0 . 728 請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1) 用氧化物形式表示 LiAISi2O6的組成： 。 (2) 反應(yīng)n加入碳酸鈣的作用是 。

10、 (3) 寫(xiě)出反應(yīng)出中生成沉淀 A的離子方程式： 。 ⑷反應(yīng)w生成Li2CO3沉淀，寫(xiě)出在實(shí)驗(yàn)室中得到 Li2CO3沉淀的操作名稱 ，洗滌所得U2CO3 沉淀要使用 ( 選填 熱水”或 冷水”)你選擇的理由是 。 (5) 電解熔融氯化鋰生產(chǎn)鋰時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣中會(huì)混有少量氧氣，原因是： 。 2、聚合氯化鋁是一種新型、高效絮凝劑和凈水劑，其單體是液態(tài)的堿式氯化鋁 Al2(OH)nCl6-n]本實(shí)驗(yàn)采用 鋁鹽溶液水解絮凝法制備堿式氯化鋁。 其制備原料為分布廣、 價(jià)格廉的高嶺土，化學(xué)組成為：Al2Q(25%~ 34%、SiO2 (40%- 50%、FezQ (0.5%?3.

11、0%)以及少量雜質(zhì)和水分。已知氧化鋁有多種不同的結(jié)構(gòu)，化 學(xué)性質(zhì)有差異，且一定條件下可相互轉(zhuǎn)化； 高嶺土中的氧化鋁難溶于酸。 制備堿式氯化鋁的實(shí)驗(yàn)流程如下： 高嶺土 15%鹽酸 少量鋁粉 適量CaCQ 丄丄「 I 「「 ] , 煅麗H溶解—攪拌、過(guò)心H調(diào)節(jié)溶液)H在4.2?4.卄J蒸發(fā)濃縮0C?10劃~ AI/OH ￡6—n 根據(jù)流程圖回答下列問(wèn)題： ⑴“煅燒”的目的是 。 ⑵配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的鹽酸需要200 mL 30 %的濃鹽酸(密度約為 1.15 g ? cm— 3)和 g蒸餾水， 配制用到的儀器有燒杯、玻璃棒、 。 ⑶“溶解”過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 。

12、⑷加少量鋁粉的主要作用是 。 ⑸“調(diào)節(jié)溶液pH在4.2?4.5 ”的過(guò)程中，除添加必要的試劑，還需借助的實(shí)驗(yàn)用品是 ; “蒸發(fā)濃縮”需保持溫度在 90?100C,控制溫度的實(shí)驗(yàn)方法是 。 3、膽磯是一種常見(jiàn)的化合物，工業(yè)上它也是一種制取其它含銅化合物的原料。 現(xiàn)有廢銅(主要雜質(zhì)為Fe) 含鐵康第 調(diào)節(jié)pH=L 來(lái)制備膽磯。有人設(shè)計(jì)了如下流程： +A +H2O1 十 C On Tii 加熱煮沸 II PH-3 IV I * t時(shí)向稍抵 VlftB  pH值控制可參考下列數(shù)據(jù)

13、 物質(zhì) 開(kāi)始沉淀時(shí)的pH值 完全沉淀時(shí)的pH值 氫氧化鐵 2.7 3.7 氫氧化亞鐵 7.6 9.6 氫氧化銅 5.2 6.4 請(qǐng)根據(jù)上述流程回答下列問(wèn)題： (1) A物質(zhì)可選用 (填字母)。a.稀 HSQ b.濃HSCV △ c.濃FeCb溶液 d .濃HNO (2) I中加H2Q2的目的 _ 。 (3) II中加Cu2 (QH 2CQ的目的是 _ 其優(yōu)點(diǎn)是 (4) III加熱煮沸時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的離子方程式為 (5) V中加H2SQ調(diào)節(jié)pH=1是為了 (6) V到VI的操作是 (7) 某工程師認(rèn)為上述流程中所加的

14、 A物質(zhì)并不理想，需作改進(jìn)，其理由是 _ _ 如何改進(jìn) 工業(yè)流程題固學(xué)案 1?明磯石是制取鉀肥和氫氧化鋁的重要原料，明磯石的組成和明磯相似，此外還含有氧化鋁和少量氧化 鐵雜質(zhì)。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下圖所示： 明磯石 為過(guò)濾 氫』化鈉 水解 I過(guò)濾氫氧化鋁 空氣 根據(jù)上述圖示，完成下列填空： (1 )明磯石焙燒后用稀氨水浸出。 配制500mL稀氨水(每升含有39.20g氨)需要取濃氨水(每升含有251.28g 氨) mL,用規(guī)格為 mL量筒量取。 (2 )氨水浸出后得到固體混合體系，過(guò)濾，濾液中除 K+> sq2「外，還有大量的N『。檢驗(yàn)nJ的方法是 (3

15、)寫(xiě)出沉淀物中所有物質(zhì)的化學(xué)式 。 (4 )濾液I的成分是水和 。 (5 )為測(cè)定混合肥料 K2SQ、(NH4)2SQ中鉀的含量，請(qǐng)完善下列步驟： ①稱取鉀氮肥試樣并溶于水， 加入足量 溶液，產(chǎn)生白色沉淀。② 、 、 (依次填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)操作名稱)。③冷卻、稱重。 (6 )若試樣為mg沉淀的物質(zhì)的量為 nmol,則試樣中K2SQ的物質(zhì)的量為： mol (用含有m n的代 數(shù)式表示)。 2. ( 09年上海化學(xué)? 27)實(shí)驗(yàn)室用大理石等原料制取安全無(wú)毒的殺菌劑過(guò)氧化鈣。大理石的主要雜質(zhì)是 氧化鐵，以下是提純大理石的實(shí)驗(yàn)步驟: A -

16、J 丸理石f 操作U 過(guò)濾卜|沉淀反應(yīng) f)過(guò)濾 FHOH), 濾灌B (1)溶解大理石時(shí)，用硝酸而不同硫酸的原因是 (2)操作n的目的是 ，溶液A (溶質(zhì)是共價(jià)化合物)是 (3)寫(xiě)出檢驗(yàn)濾液中是否含鐵離子方程式： O O O (4)寫(xiě)出加入碳酸銨所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式: 寫(xiě)出濾液B的一種用途: (5) CaO中一般含CaO試按下列提示完成 CaO含量分析的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 試劑：氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液、鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液、酚酞 儀器：電子天平、錐形瓶、滴定管 實(shí)

17、驗(yàn)步驟： ① ；②加入 ；③加入酚酞，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。 (6) 若理論上滴定時(shí)耗用標(biāo)準(zhǔn)溶液 20.00mL恰好完全反應(yīng)，實(shí)際操作中過(guò)量半滴( 1mL溶液為25滴)， 則相對(duì)誤差為 。 3. 亞氯酸鈉(NaCIQ)是一種重要的含氯消毒劑。以下是過(guò)氧化氫法生產(chǎn)亞氯酸鈉的工藝流程圖： H2O NaCIO3 「 稀 H2SO4 一 SO2和空氣混合氣 160g/L NaOH H2°2 NaCIO 2 ? 3H2O 已知：①NaCIQ的溶解度隨溫度升高而增大，適當(dāng)條件下可結(jié)晶析出 NaCIQ ? 3H2Q ② CIO2的沸點(diǎn)為283K,純CIO2易分解爆炸，

18、常用稀有氣體或空氣稀釋防止爆炸性分解 ③ HCIQ在25C時(shí)的電離常數(shù)與硫酸的第二步電離常數(shù)相當(dāng)，可視為強(qiáng)酸。 (1) 160 g ? L_1NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度為 。若要計(jì)算該溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還需要的一 個(gè)數(shù)據(jù)是 。 (2) CIO2發(fā)生器中所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。發(fā)生器中鼓入空氣 的作用可能是 (選填序號(hào))。 (a)將SQ氧化成SO,增強(qiáng)酸性；(b)稀釋CIO2以防止爆炸；(c)將NaCIQ氧化成CIQ (3) 吸收塔中為防止產(chǎn)生 NaCIQ被繼續(xù)還原成 NaCI，所用還原劑的還原性應(yīng)適中。除 H2Q處，還可以選 擇的還原劑是 (填序號(hào)) A. N

19、azQ B. NazS C. FeCb D. KMnO (4) 在堿性溶液中 NaCIQ比較穩(wěn)定，所以吸收塔中應(yīng)維持 NaOH稍過(guò)量，判斷 NaOH是否過(guò)量的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn) 方法是 。 (5) 從濾液中得到 NaCIQ?3H2O粗晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次是 (選填序號(hào))。 A.蒸餾 B.蒸發(fā) C.灼燒 D.過(guò)濾 E.冷卻結(jié)晶 (6) 從濾液中得到 NaCIQ ? 3H2O晶體還必須進(jìn)行的操作是 (填操作名稱)。 4. 蛇紋石礦可以看作由 MgO Fe2Q、AI2Q、SiQ組成。由蛇紋石制取堿式碳酸鎂的實(shí)驗(yàn)步驟如下： 蛇紋石 HC1 Ca(OH)3  (1)蛇紋石礦

20、加鹽酸溶解后，溶液里除了 Mg+外，還含有的金屬離子是 氫氧化物 Fe(OH)3 Al(OH) 3 Mg(OH> 開(kāi)始沉淀pH 1.5 3.3 9.4 (2)進(jìn)行I操作時(shí)，控制溶液 pH= 7?8 (有關(guān)氫氧化物 沉淀的pH見(jiàn)右表)，Ca(OH)z不能過(guò)量，若Ca(0H)2過(guò) 量可能會(huì)導(dǎo)致 溶解、 沉淀。 (填入物質(zhì)的化學(xué)式) (3) 從沉淀混合物A中提取紅色氧化物作顏料， 先向沉淀物A中加入 然后 (依次填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)操作名稱)。 (4) 物質(zhì)循環(huán)使用，能節(jié)約資源。上述實(shí)驗(yàn)中，可以循環(huán)使用的物質(zhì)是 (填寫(xiě)物質(zhì)化學(xué)式)。 (5) 現(xiàn)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，確定產(chǎn)品 aMgCO? bMg(OH)z ? cH20中a、b、c的值，請(qǐng)完善下列實(shí)驗(yàn)步驟(可用試 齊U：濃硫酸、堿石灰)：①樣品稱量 ②高溫分解 ③ ④ ⑤MgO稱量 (6) 18.2 g產(chǎn)品完全分解后，產(chǎn)生 6.6 g CO 2和8.0 g MgO，由此可知，產(chǎn)品的化學(xué)式中： a= , b= , c= 。