专题三化学工业流程

专题三 化学工业流程撰稿人： 雷金萍 柳强【考纲解读】由于化学与生活、生产的密切关系，工艺流程题是近年来日趋流行的一种考查形式。主要考查：(1)借助无机物的转化关系，依托工业流程图或相关图表数据，考查常见无机物性质、化学实验、化学反应原理和化学计算等知识；(2)化学用语及物质的用途也是考查的重点。分析近三年各地高考的试题，本讲是重点命题范围，预计2015年可能是大题形式也可能穿插在大题中,最大的可能性是穿插在大题中.【课时】 4课时第一课时【知识梳理】1解题思路:明确整个流程及每一部分的目的仔细分析每步发生的反应及得到的产物结合基础理论与实际问题思考注意答题的模式与要点。2.化工流程题主线与核心 3规律:主线主产品,分支副产品,回头为循环。4.化工流程题解题的五个步骤：(1)浏览题中的工艺流程图，提取有用的信息，分析流程中将原料转化为产品的主要生产原理，推断并写出相关反应的化学方程式。(2)解决分离提纯产品的步骤。选择分离提纯的实验方法(如过滤、蒸发、分液、蒸馏等)，掌握主要仪器和主要操作。(3)根据数据，结合化学平衡移动原理，从温度、压强和浓度等方面分析，找到能使反应正向移动的条件，计算出产品的产率和反应物的转化率。(4)注意环保，减少污染，发展“绿色化学”。以原料循环使用或废物利用为主线，评价方案的优劣。(5)考虑原料的来源和经济成本。通过对原料价位的思考优化方案。5. 熟悉工业流程常见的操作与名词(阅读创新设计P4124)【例题剖析】类型1物质的制取 例1 ( 如上图 )氢溴酸在医药和石化工业上有广泛用途。模拟工业制备氢溴酸粗品并精制的流程。已知：Br2是易挥发、深红棕色的液体；氢溴酸是易挥发、无色液体。根据上述流程回答下列问题：(1)混合中发生反应的化学方程式为_（2）反应室使用冰水的目的 。 (3) 操作I.操作和操作的名称分别是_、_、_ (4)操作一般适用于分离_混合物。(选填编号) a固体和液体b固体和固体 c互不相溶的液体 d互溶的液体(5) ）操作用到的玻璃仪器有 。(6)混合中加入Na2SO3的目的是_。（7）纯净的氢溴酸应为无色液体，工业生产中制得的氢溴酸带有淡淡的黄色。于是甲乙两同学设计了实验加以探究： 甲同学假设工业氢溴酸呈淡黄色是因为含Fe3，则用于证明该假设所用的试剂为 ，若假设成立可观察到的现象为 。乙同学假设工业氢溴酸呈淡黄色是因为 ，其用于证明该假设成立的方法为 。变式1 . 2013四川卷改编 明矾石经处理后得到明矾KAl(SO4)212H2O。从明矾制备 Al、K2SO4和H2SO4的工艺过程如下所示：焙烧明矾的化学方程式为4KAl(SO4)212H2O3S=2K2SO42Al2O39SO248H2O。请回答下列问题。(1)在焙烧明矾的反应中，还原剂是_。(2)从水浸后的滤液中得到K2SO4晶体的方法是_(3)以Al和NiO(OH)为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2，该电池反应的化学方程式是_。(4)焙烧产生的SO2可用于制硫酸。已知25 、101 kPa 时：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H1197 kJ/mol； H2O(g)=H2O(l)H244 kJ/mol；2SO2(g)O2(g)2H2O(g)=2H2SO4(l)H3545 kJ/mol。则：SO3(g)与H2O(l)反应的热化学方程式是_焙烧948 t明矾(M474 g/mol)，若SO2的利用率为96%，可生产质量分数为98%的硫酸_t。【课堂训练】 利用染化厂的废料铁泥（主要成分是Fe2O2、FeO和铁）制备可用于隐形飞机涂层的纳米四氧化三铁的生产流程为：请回答：（1）在物质分类中，纳米四氧化三铁的主要成分属于_；（2）过程主要反应的离子方程式为_；（3）已知氢氧化亚铁的Ksp=110-13，氢氧化铁的Ksp=110-26，通过计算所得数据说明过程调节pH=9的原因是_；（4）物质D的主要产物中铁、氢、氧三种元素的质量比为56：1：32，则过程主要反应的化学方程式为_；（5）已知Fe3+在弱碱性溶液中还原性较强，图是研究过程的实验所得，该实验的结论是2(2014上海)在精制饱和食盐水中加入碳酸氢铵可制备小苏打（NaHCO3），并提取氯化铵作为肥料或进一步提纯为工业氯化铵。完成下列填空：（1）写出上述制备小苏打的化学方程式。_（2）滤出小苏打后，母液提取氯化铵有两种方法：通入氨，冷却、加食盐，过滤不通氨，冷却、加食盐，过滤对两种方法的评价正确的是_（选填编号）a.析出的氯化铵纯度更高 b.析出的氯化铵纯度更高c.的滤液可直接循环使用 d.的滤液可直接循环使用（3）提取的NH4Cl中含少量Fe2、SO42。将产品溶解，加入H2O2，加热至沸，再加入BaCl2溶液，过滤，蒸发结晶，得到工业氯化铵。加热至沸的目的是_。滤渣的主要成分是_、_。（4）称取1.840g小苏打样品（含少量NaCl），配成250ml溶液，取出25.00ml用0.1000mol/L盐酸滴定，消耗盐酸21.50ml。实验中所需的定量仪器除滴定管外，还有_。选甲基橙而不选酚酞作为指示剂的原因是_。样品中NaHCO3的质量分数为_。（保留3位小数）（5）将一定质量小苏打样品（含少量NaCl）溶于足量盐酸，蒸干后称量固体质量，也可测定小苏打的含量。若蒸发过程中有少量液体溅出，则测定结果_。（选填“偏高”、“偏低”或“无影响”）第二课时类型2物质的分离、提纯例2 绿矾（FeSO47H2O）是治疗缺铁性贫血药品的重要成分。下面是以市售铁屑（含少量锡、氧化铁等杂质）为原料生产纯净绿矾的一种方法查询资料，得有关物质的数据如下表（1）检验制得的绿矾晶体中是否含有Fe3+，最好选用的试剂为_。AKSCN溶液BNaOH溶液CKMnO4溶液D苯酚溶液（2）操作II中，通入硫化氢至饱和的目的是_；在溶液中用硫酸酸化至pH=2的目的是_。（3）操作IV的顺序依次为_、冷却结晶、_。（4）操作IV得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤，其目的是：除去晶体表面附着的硫酸等杂质；_。（5）测定绿矾产品中Fe2+含量的方法是：a.称取2.850g绿矾产品，溶解，在250mL容量瓶中定容；b.量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；c.用硫酸酸化的0.01000mol/LKMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液体积的平均值为20.00mL。滴定时发生反应的离子方程式为_。判断此滴定实验达到终点的方法是_。计算上述样品中FeSO47H2O的质量分数为_。变式2: (13安徽)(13分)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0.536 g，加硫酸溶解后，用0.100 0 molL1FeSO4标准溶液滴定至终点时(铈被还原为Ce3)，消耗25.00 mL标准溶液。该产品中Ce(OH)4的质量分数为_。【课堂训练】 （14年广东16分）石墨在材料领域有重要应用，某初级石墨中含SiO2（7.8%）、Al2O3（5.1%）、Fe2O3（3.1%）和MgO（0.5%）等杂质，设计的提纯与综合利用工艺如下：（注：SiCl4的沸点为57.6，金属氯化物的沸点均高于150）（1）向反应器中通入Cl2前，需通一段时间N2，主要目的是_。（2）高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，气体I中的碳氧化物主要为_，由气体II中某物质得到水玻璃的化学反应方程式为_。（3）步骤为：搅拌、_、所得溶液IV中的阴离子有_。（4）由溶液IV生成沉淀V的总反应的离子方程式为_，100kg初级石墨最多可获得V的质量为_kg。（5）石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成图19防腐示意图，并作相应标注第三课时【小专题训练1】1（2014江苏）（12分）烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。实验室用粉煤灰（主要含Al2O3、SiO2等）制备碱式硫酸铝Al2(SO4)x(OH)62x溶液，并用于烟气脱硫研究。（1）酸浸时反应的化学方程式为 ；滤渣的主要成分为 （填化学式）。（2）加CaCO3调节溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2(SO4)3转化为Al2(SO4)x(OH)62x。滤渣的主要成分为 （填化学式）；若溶液的pH偏高，将会导致溶液中铝元素的含量降低，其原因是 （用离子方程式表示）。（3）上述流程中经完全热分解放出的SO2量总是小于吸收的SO2量，其主要原因是 ；与吸收SO2前的溶液相比，热分解后循环利用的溶液的pH将 （填“增大”、“减小”或“不变”）。2（12分）某化学小组在实验室模拟用软锰矿（主要成分MnO2，杂质为铁及铜的化合物等）制备高纯碳酸锰，过程如下（部分操作和条件略）： 缓慢向烧瓶中（见右图）通入过量混合气进行“浸锰”操作，主要反应原理为：SO2+ H2O = H2SO3MnO2+ H2SO3 = MnSO4+ H2O（铁浸出后，过量的SO2 会将Fe3+还原为Fe2+） 向“浸锰”结束后的烧瓶中加入一定量纯MnO2粉末。 再用Na2CO3溶液调节pH为3.5左右，过滤。 调节滤液pH为6.57.2 ，加入NH4HCO3 ，有浅红色的沉淀生成，过滤、洗涤、干燥，得到高纯碳酸锰。回答：（1）“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6 的生成，温度对“浸锰”反应的影响如下图，为减少MnS2O6 的生成，“浸锰”的适宜温度是 。（2）查阅表1，中调pH为3.5时沉淀的主要成分是 。中加入一定量纯MnO2粉末的主要作用是 ，相应反应的离子方程式为 。表1：生成相应氢氧化物的pH物质Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Cu(OH)2开始沉淀pH2.77.68.34.7完全沉淀pH3.79.69.86.7（3）中所得的滤液中含有Cu2+，可添加过量的难溶电解质MnS除去Cu2+，经过滤，得到纯净的MnSO4。用平衡移动原理解释加入MnS的作用_。（4）中加入NH4HCO3 后发生反应的离子方程式是_。（5）检验中沉淀是否洗涤干净的方法是 。第四课时【小专题训练2】3（2014江苏）（14分）CoCl26H2O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿(主要成分为Co2O3、Co(OH)3，还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等)制取CoCl26H2O的工艺流程如下：已知：浸出液含有阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等；部分阳离子沉淀时溶液的pH见下表：(金属离子浓度为：0.01mol/L)沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3Mn(OH)2开始沉淀2.77.67.64.07.7完全沉淀3.79.69.25.29.8CoCl26H2O熔点为86，加热至110120时，失去结晶水生成CoCl2。写出浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式_。写出加适量NaClO3发生反应的主要离子方程式_。 “加Na2CO3调pH至a”，过滤所得到的沉淀成分为 。“操作1”中包含3个基本实验操作，它们依次是_和过滤。萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如下图。向“滤液”中加入萃取剂的目的是 ；其使用的最佳pH范围是_(填选项序号)。 A2.02.5 B3.03.5 C4.04.5 D5.05.5为测定粗产品中CoCl26H2O含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量AgNO3溶液，过滤、洗涤，将沉淀烘干后称其质量。通过计算发现粗产品中CoCl26H2O的质量分数大于100，其原因可能是 （答一条即可）。已知某锂离子电池正极是LiCoO2，含Li导电固体为电解质。充电时，Li还原为Li，并以原子形式嵌入电池负极材料碳-6（C6）中（如右图所示）。若该电池的总反应为LiCoO2C6 CoO2LiC6，则电池放电时的正极反应式为 。4(2014四川)（16分）污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。某化学研究小组利用软锰矿（主要成分为MnO2，另含有少量头铁、铝、铜、镍等金属化合物）作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2（反应条件已略去）。请回答下列问题：（1）上述流程脱硫实现了_（选填下列字母编号）。A废弃物的综合利用 B白色污染的减少 C酸雨的减少（2）用MnCO3能除去溶液中Al3和Fe3，其原因是_。（3）已知：25、101kpa时，Mn(s)O2(g)MnO2(s) H520kJ/molS(s)O2(g)SO2(g) H297kJ/molMn(s)S(s)2O2(g)MnSO4(s) H1065kJ/molSO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是_。（4）MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式是_。（5）MnO2是碱性锌锰电池的正极材料。碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是_。（6）假设脱除的SO2只与软锰矿浆中的MnO2反应。按照图示流程，将a m3（标准状况）含SO2的体积分数为b%的尾气通入矿浆，若SO2的脱除率为89.6%，最终得到MnO2的质量为c kg，则除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素相当于MnO2_kg。5.KNO3是重要的化工产品，下面是一种已获得专利的KNO3的制备方法的主要步骤：(1)反应I中，CaSO4与NH4HCO3的物质的量之比为1：2，该反应的化学方程式为_。(2)反应需在干态、加热的条件下进行，加热的目的是_ 从反应所得混合物中分离出CaSO4的方法是趁热过滤，趁热过滤的目的是_。(3)检验反应所得K2SO4中是否混有KCl的方法是：取少量K2SO4样品溶解于水，_。(4)整个流程中，可循环利用的物质除(NH4)2SO4外，还有_（填化学式）。【反思】提高得分：规范，细节，技巧（1）文字叙述类的题目要规范解答，防止出现因叙述不严谨导致的失分，如：如何洗涤沉淀： 过滤后继续向漏斗中加溶剂（冰水、乙醇、水）至没过沉淀，待溶剂流下之后，重复操作23次。如何证明沉淀完全：如向含XX 的溶液中加XX(如BaCl2）溶液，将沉淀静置，取上层清液，再加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，说明沉淀完全。检验沉淀已洗涤干净的操作：取最后一次洗涤液少许与试管中，滴加少量XX(BaCl2)溶液，若无白色沉淀生成，则已洗涤干净。如何从溶液中得到晶体：注意“蒸发浓缩”后，是“冷却结晶”还是“趁热过滤”，结晶过滤洗涤干燥在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去XX杂质”，只写“除杂”等一类万能式的回答是不正确的。（2）认真审题，不要因审题不细致而失分，如：填“化学方程式”还是“离子方程式”。填“名称”“符号”还是“代号”“序号”等。填“大于”还是“”，“增大”还是“变大”等。填“化学式”“分子式”“结构式”“结构简式”“最简式”还是“电子式”等。书写化学方程式时要注意配平、注明反应条件以及“ ”“=”“ ”“”“”等。 7