化学工艺流程讲义.docx
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1、无机工艺流程图讲义一、题目特点无机工艺流程题已逐渐成为高考试卷的主角,该类型题目的特点是:1.试题源于生产实际,重点考查选修二化学与技术,以解决课堂互动探究化学实际问题为思路进行设问,充分体现了理论与实践相结合的观点。2.试题内容丰富,涉及基础知识较为全面,较好地考查学生对“双基”的掌握情况。3.题目难度为中等以上,分值较大,区分度强。生产流程图二、题目类型从化工工艺分,可分为基础化工工艺题和精细化工工艺题;解此类型题目的基本步骤是:从题干中获取有用信息,了解生产的产品 分析流程中的每一步骤,从几个方面了解流程:A反应物是什么B发生了什么反应C该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用。抓住一
2、个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务。从问题中获取信息,帮助解题。三、考点模型 (1)原料处理的方法和作用研磨:增大接触面积,加快溶解或加快反应速率。西城一模:含杂质的菱锰矿使用前需将其粉碎,主要目的是 。 水浸:与水接触溶解或反应,可通过延长时间、搅拌或适当升温来加速,以提高浸出率。酸浸:与酸接触反应而溶解,使可溶性离子进入溶液,不溶物通过过滤除去。可通过适当增大酸的浓度、升温和强力搅拌等加快反应速率。西城一模:滤液2中加入稍过量的难溶电解质MnS,以除去Cu2+,反应的离子方程式是 。海淀二模:写出“酸浸”过程中正极粉发生反应的化学方程式 。灼烧:除去可燃性杂质或使原料初步转化。如
3、从海带中提取碘西城二模:2)Mg(OH)2可制取MgO,进而制得金属镁。 灼烧Mg(OH)2得到MgO的化学方程式是_。煅烧:改变结构,使一些物质在后续过程中易溶解,并可使一些杂质(如有机物)在高温下氧化、分解。如煅烧高岭土改变结构,使一些物质能溶解。并使一些杂质高温下氧化、分解 原材料:矿样(明矾石、孔雀石、蛇纹石、大理石、锂辉石、黄铜矿、锰矿、高岭土,烧渣),合金(含铁废铜),药片(补血剂),海水(污水)(2)实验条件的控制和目的 调节溶液的pH值:使某些离子转变为沉淀而达到分离的目的,抑制某些离子的水解,防止某些离子的氧化等。在题目中常以表格形式给出信息。东城二模:控制体系的温度a 控制
4、低温:防止物质的分解,如NaHCO3、NH4HCO3、H2O2、HNO3(浓)等;防止物质的挥发,如盐酸、醋酸等;抑制物质的水解,如冰水洗涤,以防止洗涤过程中的溶解损耗;增大气体反应物的溶解度,使其被充分吸收。海淀二模:该步骤一般在80以下进行,温度不能太高的原因是 。b采取加热:加速某固体的溶解,加快反应速率;减少气体生成物的溶解并使其逸出;使平衡向需要的方向移动;趁热过滤,防止某物质降温时因析出而损耗或带入新的杂质。c控制范围:确保催化剂的催化效果,兼顾速率和转化率,追求更好的经济效益,防止副反应发生等。延庆一模:操作I的温度应该控制在_左右; (3)物质分离或提纯常用的方法溶解法:利用特
5、殊溶剂把杂质溶解而除去,如Fe(Al)可用过量的NaOH溶液而除去Al,CO2(HCl、H2O)先通过饱和食盐水,再通过浓H2SO4。沉淀法:a.加合适的沉淀剂(要使杂质离子充分沉淀,加入的沉淀剂必须过量,且在后续步骤中易除去)。b.调节溶液的酸碱性。洗涤法:a.水洗,b.冰水洗,c.有机溶剂洗,其目的是:洗去目标物表面的杂质离子;减少目标物的溶解损耗或增大有机杂质的溶解量;防止目标物形成结晶水合物;使晶体快速干燥。结晶法:固体物质从溶液中析出的过程(蒸发溶剂、冷却热饱和溶液、浓缩蒸发)重结晶是利用固体物质均能溶于水,且在水中溶解度差异较大的一种除杂质方法。过滤法:用于固、液分离。蒸馏法:用于
6、互溶的液、液分离。分液法:用于互不相溶的液体间的分离。萃取法:用一种溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来。升华法:将可直接气化的固体分离出来。盐析法:加无机盐使溶质的溶解度降低而析出。 (4)可循环物质的判断流程图中回头箭头的物质。生产流程中后面新生成或新分离的物质(不要忽视结晶后的母液),可能是前面某一步反应的相关物质。四、考点分析通常情况下,无机工艺流程图题涉及的考点主要是以下三方面:1. 平衡理论:化学平衡,弱酸、弱碱的电离平衡,盐类水解平衡,沉淀溶解平衡;西城一模:(3)滤液2中加入稍过量的难溶电解质MnS,以除去Cu2+,反应的离子方程式是 。房山一模:(4)已知有机物HT能将Ce3+从
7、水溶液中萃取出来,该过程可表示为:2Ce3+ (水层)+ 6HT(有机层)2CeT3 (有机层)+ 6H+(水层) 从平衡角度解释:向CeT3 (有机层)加入H2SO4 获得较纯的含Ce3+的水溶液的原因是 。5) 硫酸铁铵矾Fe2(SO4) 3(NH4) 2SO424H2O广泛用于水的净化处理,其净水原理用离子方程式解释是 。海淀二模:已知(NH4)2C2O4溶液呈弱酸性,下列关系中正确的是 a. c (NH4+) c(C2O42-)c (H+)c (OH-)b. c (H+) +c (NH4+) =c (OH-) + c(HC2O4-)+c(C2O42-) c. c (NH4+)+ c (
8、NH3H2O ) = 2c(C2O42-) + c(HC2O4-) + c(H2C2O4)西城二模:(1)向卤水中加入Ca(OH)2制取Mg(OH)2,其离子方程式是 。2. 氧化还原反应:包括陌生方程式的书写及其计算等;西城一模:(2)向溶液1中加入双氧水时,反应的离子方程式是 。 (4)将MnCl2转化为MnO2的一种方法是氧化法。其具体做法是用酸化的NaClO3溶液将MnCl2氧化,该反应的离子方程式为:52 Mn2 ClO3_。海淀二模:(3)已知所用锂离子电池的正极材料为x g,其中LiCoO2(M = 98 gmol-1)的质量分数为a%,则回收后得到CoC2O42H2O (M =
9、 183 gmol-1)的质量不高于 g。西城二模: 为确定xMgO3SiO2中x值。取三硅酸镁样品0.52 g,加入0.5000 mol/LH2SO4标 准液15.00 mL,充分反应后,用0.5000 mol/L的NaOH标准液滴定过量的H2SO4, 消耗NaOH标准液14.00 mL。则x=_。3. 电化学原理:电极反应是核心,燃料电池及电解池。西城一模:(5)将MnCl2转化为MnO2的另一种方法是电解法。 生成MnO2的电极反应式是 。 海淀二模: 阴极的电极反应式为:LiCoO2 + 4H+ + e- = Li+ + Co2+ + 2H2O 、 。 阳极的电极反应式为 。五、解题思
10、路无机工艺流程题考虑的问题主要有以下几方面:一是选择将原料转化为产品的生产原理;二是除杂并分离提纯产品;三是提高产量和产率;四是减少污染,注意环保,发展“绿色化学”;五是考虑原料的来源丰富和经济成本;六是生产设备简单,生产工艺简便等。命题者围绕以上几方面设问,我们的解题思路是:(1) 从生产目的(标)出发,读懂框图(流程)。解答时要看框内,看框外,里外结合;边分析,边思考,易处着手;先局部,后全盘,逐步深入。(2) 分析流程中的每一步骤,从几个方面了解流程:A.反应物是什么,B.发生了什么反应,C.该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用。抓住一个关键点:一切反应或操作都是为了获得产品。(3
11、) 从问题中获取信息,帮助解题,了解流程后着手答题。对反应条件的分析可从以下几个方面着手:对反应速率有何影响、对平衡转化率有何影响、对综合生产效益有何影响(如可以从原料成本,原料来源是否广泛、是否可再生,能源成本,对设备的要求,环境保护等方面考虑)。(4)对于陌生且复杂的流程图,宏观把握整个流程,不必要把每个环节都搞清楚,针对问题分析细节。六、知识贮备【知识积累一】1熟练掌握中学化学中重要的化工生产原理(列举如下)化学工业备注:1.工业合成氨工业制氨气 :3H2+N2=2NH3 H0 (反应条件:高温高压催化剂作用下) (注:催化剂为铁触媒 )工业合成氨的条件如下:(1) 采用铁触媒作催化剂(
12、2) 温度;500C左右(3) 压强:20MPa50MPa(4)浓度:在实际生产过程中,不断补充N2和H2(nN2:nH21:3),(4) 及时分离出NH3a、加快反应速度。后面用勒夏定理解释:b、升高温度,平衡逆向移动,使用500的温度是综合催化剂的最适温度和平衡原理的。c、增大压强,平衡正向移动,压强是综合平衡和机器设备的要求确定的。d、不断收集氨气是减小生成物的浓度,平衡正向移动。2.接触法制硫酸的原理、过程及典型设备a三种原料:硫铁矿(FeS2)、空气、水。接触法制硫酸主要用黄铁矿(主要成分为FeS2)作生产硫酸的原料。 b三步骤、三反应:(1) 4FeS2 +11O2= 2Fe2O3
13、+8SO2(高温)(2)2 SO2+ O2 2 SO3 (催化剂,加热),(3) SO3 + H2O = H2SO4c三设备:(1)沸腾炉(2)接触室(3)合成塔d三原理:化学平衡原理、热交换原理、逆流原理。(1)增大反应物浓度、增大反应物间接触面积,能提高反应速率并使化学平衡向正反应方向移动,以充分提高原料利用率。(2)热交换原理:在接触室中生成的热量经过热交换器,传递给进入接触室的需要预热的混合气体,为二氧化硫的接触氧化和三氧化硫的吸收创造了有利条件。(3)逆流原理:液体由上向下流,气体由下向上升,两者在逆流过程中充分反应。化学工业备注:氯碱工业:1、实验原理:电解饱和的食盐水的电极反应为
14、:2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl22、应用:电解的离子方程式为2Cl-+2H2O2OH-+H2+Cl2,阴极产物是H2和NaOH,阴极被电解的H+是由水电离产生的,故阴极水的电离平衡被破坏,阴极区溶液呈碱性。若在阴极区附近滴几滴酚酞试液,可发现阴极区附近溶液变红。阳极产物是氯气,将湿润的KI淀粉试纸放在阳极附近,试纸变蓝。其他:(1)金属的冶炼备注:工业制金属铝 2Al2O3=4Al+3O2 (反应条件:电解,催化剂为熔融的冰晶石)冰晶石化学式为NaAlF6(2)侯氏制碱法与索维尔制碱法1、侯氏制碱法其化学方程式可以归纳为以下三步反应。 (1) NH3+H2O+CO2=NH4HCO
15、3(首先通入氨气,然后再通入二氧化碳) (2)NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3(NaHCO3溶解度最小,所以析出。) (3)2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O(NaHCO3热稳定性很差,受热容易分解) 且利用NH4Cl的溶解度,可以在低温状态下向(2)中的溶液加入NaCl,则NH4Cl析出,得到化肥,提高了NaCl的利用率。NH4Cl 在常温时的溶解度比 NaCl 大,而在低温下却比 NaCl 溶解度小的原理,在 278K 283K(5 10 ) 时,向母液中加入食盐细粉,而使 NH4Cl 单独结晶析出供做氮肥。2、 索尔维制碱法的原理先把氨气通入食盐水,然后向氨盐
16、水中通二氧化碳,生产溶解度较小的碳酸氢钠。再将碳酸氢钠过滤出来,经焙烧得到纯净洁白的碳酸钠。3、侯氏制碱法与索维尔相比,具有以下优点: 最大的优点是使食盐的利用率提高到96%以上。 另外它综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子,同时,生产出两种可贵的产品纯碱和氯化铵。将氨厂的废气二氧化碳,转变为碱厂的主要原料来制取纯碱,这样就节省了碱厂里用于制取二氧化碳的庞大的石灰窑; 将碱厂的无用的成分氯离子(Cl)来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨,制取氮肥氯化铵。从而不再生成没有多大用处,又难于处理的氯化钙,减少了对环境的污染,并且大大降低了纯碱和氮肥的成本,充分体现了大规模联合生产的优越性。(3)海洋
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