化学工艺流程专题.docx

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化学工艺流程专题

化学工艺流程专题（2016）

化学工艺流程题的解题要领

1.常见的化工术语

关键词

释义

研磨、雾化

将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反

应更充分

灼烧（煅烧）

使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。

如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿

浸取

向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等

浸出率

固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少

酸浸

在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程

水浸

与水接触反应或溶解

过滤

固体与液体的分离

滴定

定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定

蒸发结晶

蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出

蒸发浓缩

蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度

水洗

用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等

酸作用

溶解、去氧化物（膜）、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等

碱作用

去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH、促进水解（沉淀）

1

2.常见的操作与答题

常见的操作

答题要考虑的角度

加过量试剂

使反应完全进行（或增大转化率、产率）等

加氧化剂

氧化某物质，生成目标产物或除去某些离子

判断能否加其他

要考虑是否引入杂质（或影响产物的纯度）等

物质

分离、提纯

过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作；

从溶液中得到晶体的方法：

蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—（洗涤、干燥）

提高原子利用率

绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用）

在空气中或在其

要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮

他气体中进行的

解等目的

反应或操作

判断沉淀是否洗

取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等

涤干净

①调节溶液的酸碱性，抑制水解（或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀）

控制溶液的pH

②“酸作用”还可除去氧化物（膜）

③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等

④特定的氧化还原反应需要的酸性条件（或碱性条件）

①防止副反应的发生

②使化学平衡移动；控制化学反应的方向

控制温度

③控制固体的溶解与结晶（如趁热过滤能防止某物质降温时析出）

④控制反应速率；使催化剂达到最大活性

（常用水浴、

⑤升温：

促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发

冰浴或油浴）

⑥加热煮沸：

促进水解，聚沉后利于过滤分离

⑦趁热过滤：

减少因降温而析出的溶质的量

⑧降温：

防止物质高温分解或挥发；降温（或减压）可以减少能源成本，降低对设备的要求

①水洗：

通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质

②“冰水洗涤”：

能洗去晶体表面的杂质离子，且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗

洗涤晶体

③用特定有机试剂清洗晶体：

洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度、有利于析出，减

少损耗等

④洗涤沉淀方法：

往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下，重复以上操作2-3次

表面处理

用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法（打磨）或化学法除去表面氧化物、抛光

等

2

如何确定有关工艺流程中的重要物质?

【考题呈现】

1．（2015·天津高考）废旧印刷电路板是一种电子废弃物，其中铜的含量达到矿石中的几十倍。

湿法技术是将粉

碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。

某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程

简图如下：

流程中有三次实现了试剂的循环使用，已用虚线标出两处，第三处的试剂是。

循环使用的NH4Cl在反应

Ⅰ中的主要作用是

。

2．（2015·山东高考）毒重石的主要成分为BaCO3（含Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质），实验室利用毒重石制备

BaCl2·2H2O的流程如下：

Ca2+

Mg2+

Fe3+

开始沉淀时的pH

完全沉淀时的pH

已知：

Ksp（BaC2O4）=×10-7，Ksp（CaC2O4）=×10-9。

加入NH3·H2O调节pH=8可除去

（填离子符号），滤渣Ⅱ中含

（填化学式）。

加入H2C2O4

时应避免过量，原因是

。

【归纳总结】

1．

（1）解题策略

解题步骤

解题策略

首尾呼应、

1.

对照原料和产品，确定核心反应和核心辅料

找出主线

2.

依核心反应，明确流程主线、支线和除杂任务

3.

以核心辅助原料为准，把流程划分为原料预处理、核心反应和产品分离提纯三个阶段

分段剖析、

4.

依箭头指向，分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用，融通对流程的

整体分析

明析细节

某些暂时琢磨不透的环节，可“跳过去”而“难得糊涂”，如有必要，可“顺藤摸瓜”或带着问题

5.

回头来进行有针对性的分析

由易到难、

6.

先易后难：

先回答与工艺流程非密切相关的问题，确保易拿的分数先拿，增强答题信心

变换角度：

从基本理论、绿色化学观点、经济角度、安全生产等多角度答题

破解答案

7.

对棘手问题：

不忘尝试从题给信息中寻找答案

8.

3

（2）物质判断：

主线主产品，副线副产品，回头为循环。

2.循环物质的确定

3.副产品的判断

滤渣、滤液成分的确定要考虑样品中原料和杂质中的每一种成分在每一步与每一种试剂的反应情况：

（1）哪些物质（离子）消失了。

（2）所加试剂是否过量或离子间发生化学反应又产生了哪些新离子；再考虑这些离子间是否会发生反应。

（3）去除主产品和副产品，原料中的相关成分存在于何处。

【常见题型】

1.化学工艺流程和物质制备

变式·5H2O可作为高效脱氯剂，工业上用硫铁矿（FeS2）为原料制备该物质的流程如下。

已知：

I．气体A可以使品红溶液褪色，与硫化氢（H2S）混合能获得单质硫。

       II．pH约为11的条件下，单质硫与亚硫酸盐可以共热生成硫代硫酸盐。

  回答下列问题：

（1）沸腾炉中将粉碎的硫铁矿用空气吹动使之达到“沸腾”状态，其目的是         。

（2）吸收塔中的原料B可以选用 （填字母序号）。

A．NaCl溶液              B．Na2CO3溶液             C．Na2SO4溶液  

（3）某小组同学用下图装置模拟制备Na2S2O3 的过程（加热装置已略去）。

① A中使用70%的硫酸比用98%的浓硫酸反应速率快，其原因是                  。

装置B的作用

是 。

② C中制备Na2S2O3发生的连续反应有：

Na2S + H2O + SO2 =Na2SO3 +H2S、 和Na2SO3 + S =Na2S2O3 

（4）工程师设计了从硫铁矿获得单质硫的工艺，将粉碎的硫铁矿用过量的稀盐酸浸取，得到单质硫和硫化氢气体，该反应的化学方程式为。

答案：

（1）使固体与气体充分接触，加快反应速率（2分）

（2）B（2分）

2.化学工艺流程与实验

【典例2】高铁酸钾（K2FeO4）具有很强的氧化性，是一种新型的高效水处理剂。

（1）高铁酸钾具有强氧化性的原因是．

（2）高铁酸钾是一种理想的水处理剂，其处理水的原理为．

（3）制备K2FeO4可以采用干式氧化法或湿式氧化法．

①干式氧化的初始反应是2FeSO4+6Na2O2═2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑，该反应中每生成2mol Na2FeO4时转移电子mol．

②湿式氧化法的流程如图：

上述流程中制备Na2FeO4的化学方程式是．

（4）高铁电池是正在研制中的可充电电池，图1为该电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出的高铁电池的优点有、．

（5）探究高铁酸钾的某种性质．

【实验1】将适量K2FeO4固体分别溶解于pH为 、、的水溶液中，配得FeO42-浓度为L（1mmol/L=10-3mol/L）的试样，静置，考察不同初始pH的水溶液对K2FeO4某种性质的影响，结果见图2（注：

800min后，三种溶液中高铁酸钾的浓度不再改变）．

【实验2】将适量K2FeO4溶解于pH=的水溶液中，配制成FeO42-浓度为0mmol/L的试样，将试样分别置于20℃、30℃、40℃和60℃的恒温水浴中，考察不同温度对K2FeO4某种性质的影响，结果见图2．则

①实验1的目的是；

②实验2可得出的结论是；

③高铁酸钾在水中的反应为4FeO42-+10H2O=4Fe（OH）3+8OH-+3O2↑．由图1可知，800min时，pH=的溶液中高铁酸钾最终浓度比pH=的溶液中高，主要原因是．

解：

（1）高铁酸钾中的铁是正6价，处于高价态，具有强氧性，故答案为：

其中的铁元素为+6价，易得电子；

（2）高铁酸钾是具有强氧性，还原产物铁离子水解生成氢氧化铁胶体，吸附杂质的作用，故答案为：

高铁酸钾有强氧化性，能杀菌消毒；产生的Fe（OH）3有吸附性，有絮凝作用；

（3）①2FeSO4+6Na2O2═2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑，6molNa2O2中12mol的负一价氧，2mol的有变成0价，还有10mol变成-2价，而铁是正2价变为正6价，所以每生成2molNa2FeO4时转移电子10mol，故答案为：

10；

②Fe（NO3）3被NaClO氧化成Na2FeO4，故答案为：

2Fe（NO3）3+3NaClO+10NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+6NaNO3+5H2O；

（4）高铁电池由图2为该电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出的高铁电池的优点有放电时间长，工作电压稳定等优点，

故答案为：

放电时间长；工作电压稳定；

（5）①在其它条件相同的情况下研究在FeO42-不同PH溶液中的稳定性，故答案为：

研究在FeO42-不同PH溶液中的稳定性（或反应的速率）；

②研究温度改变，FeO42-的稳定性，故答案为：

温度越高，FeO42-越不稳定（或与水反应的速率越快）；

③用平衡移动的原理解释，pH=的溶液中OH-离子浓度大，使平衡向左移动，故答案为：

pH=的溶液中OH-离子浓度大，使平衡向左移动．

变式2.氯化亚铜（CuCl）是白色粉末，微溶于水，不溶于乙醇，在空气中会被迅速氧化成绿色碱式盐。

从酸性电镀废液（主要含Cu2＋、Fe3＋）中制备氯化亚铜的工艺流程图如下：

金属离子含量与混合液pH、CuCl产率与混合液pH的关系图如图。

【已知：

金属离子浓度为1mol·L－1时，Fe（OH）3开始沉淀和沉淀完全的pH分别为和，Cu（OH）2开始沉淀和沉淀完全的pH分别为和】请回答下列问题：

（1）酸浸时发生反应的离子方程式是________；析出CuCl晶体时的最佳pH在________左右。

（2）铁粉、氯化钠、硫酸铜在溶液中反应生成CuCl的离子反应方程式为____________________________。

（3）析出的CuCl晶体要立即用无水乙醇洗涤，在真空干燥机内于70℃干燥2h、冷却密封包装。

70℃真空干燥、密封包装的目的是____________________________________________。

（4）产品滤出时所得滤液的主要分成是________，若想从滤液中获取FeSO4·7H2O晶体，还需要知道的是__________________。

（5）若将铁粉换成亚硫酸钠也可得到氯化亚铜，试写出该反应的化学方程式：

______________________。

为提高CuCl的产率，常在该反应体系中加入稀碱溶液，调节pH至。

这样做的目的是

。

答案：

（1）Cu（OH）2＋2H＋=Cu2＋＋2H2O　3

（2）2Cu2＋＋2Cl－＋Fe=2CuCl↓＋Fe2＋

（3）加快乙醇和水的蒸发，防止CuCl被空气氧化 

（4）Na2SO4和FeSO4

不同温度下硫酸钠和硫酸亚铁的溶解度

（5）2CuSO4＋Na2SO3＋2NaCl＋H2O=2CuCl↓＋2Na2SO4＋H2SO4

OH－中和了反应中的H＋，有利于平衡向右移动，提高CuCl的产率。

但当OH－浓度过大时，Cu＋能与OH－结合，生成氢氧化亚铜，从而降低了CuCl的产率

（1）酸浸后可得到高浓度的硫酸铜溶液，所以发生的反应为Cu（OH）2＋2H＋=Cu2＋＋2H2O；由图像知当pH＝3时CuCl的产率最高。

（4）反应中加入了Na＋，反应后生成了Fe2＋，所以滤液成分为Na2SO4和FeSO4。

（5）将铁粉换成Na2SO3，则为＋4价S还原Cu2＋。

3.化学工艺流程和电化学

典例3.锌是一种应用广泛的金属，目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌。

某含锌矿的主要成分为ZnS（还含少量FeS等其他成分），以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

（1）硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行，所产生焙砂的主要成分的化学式为。

（2）焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸，该酸可用于后续的操作.

（3）浸出液“净化”过程中加入的主要物质为，其作用是。

（4）电解沉积过程中的阴极采用铝板，阳极采用Pb-Ag合金惰性电极，阳极逸出的气体是。

（5）改进的锌冶炼工艺，采用了“氧压酸浸”的全湿法流程，既省略了易导致空气污染的焙烧过程，又可获得一种有工业价值的非金属单质。

“氧压酸浸”中发生的主要反应的离子方程式为。

（6）我国古代曾采用“火法”工艺冶炼锌。

明代宋应星著的《天工开物》中有关于“升炼倭铅”的记载：

“炉甘石十斤，装载入一泥罐内，……，然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，……，冷淀，毁罐取出，……，即倭铅也。

”该炼锌工艺过程主要反应的化学方程式为。

（注：

炉甘石的主要成分为碳酸锌，倭铅是指金属锌）

解：

硫化锌精矿的焙烧可生成ZnO、氧化铁等，含尘烟气含有含硫氧化物，可用于制备硫酸，浸出液加入硫酸可生成硫酸锌、硫酸铁，加入过量锌充分反应，可置换出铁，滤液中主要含有硫酸锌，经电解可得到锌和硫酸，电解液中含有硫酸，可循环利用，

（1）含锌矿的主要成分是ZnS，与空气中氧气发生氧化还原反应，则焙砂的主要成分为ZnO，故答案为：

ZnO；

（2）焙烧生成的含硫氧化物可转换为硫酸，用于后续的浸出操作，故答案为：

浸出；

（3）该含锌矿中还含有FeS等杂质，浸出操作后转化为亚铁离子，可加入锌粉出去亚铁离子，从而出去Fe，故答案为：

Zn粉；置换出Fe等；

（4）电解沉积过程中，是电解ZnSO4，阳极发生氧化反应，产物为O2，故答案为：

O2；

（5）“氧压酸浸”法顾名思义，可知反应物中含有H+和O2，可以获得非金属单质S，化学方程式为2ZnS+4H++O2=2Zn2++2S↓+2H2O，故答案为：

2ZnS+4H++O2=2Zn2++2S↓+2H2O．

（6）根据题目描述可知反应物为ZnCO3和C，产物含有Zn，则化学方程式为：

ZnCO3+2CZn+3CO↑

点评：

本题以流程题的形成考查物质的分离、提纯，为高考成常见题型，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，注意把握物质的性质以及实验的原理，难度不大．

变式3.（2014·广东理综化学卷）石墨在材料领域有重要应用，某初级石墨中含SiO2（%）、Al2O3（%）、Fe2O3（%）和MgO（%）等杂质，设计的提纯与综合利用工艺如下：

（注：

SiCl4的沸点为℃，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①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。

解析：

（1）石墨的化学性质在常温下稳定，而在高温下可与氧气发生反应，所以通入N2目的是作保护气，排除空气中的氧气，减少C的损失；

（2）高温反应后，石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物。

根据杂质的含量，气体I中的氯化物主要SiCl4、AlCl3、FeCl3；SiCl4的沸点是ºC，所以气体II为SiCl4，与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和氯化钠，化学方程式为SiCl4+6NaOH=Na2SiO3+4NaCl+3H2O；

（3）金属氯化物的沸点均高于150ºC，所以固体III中存在氯化铝、氯化铁、氯化镁，其中氯化铁、氯化镁与过量氢氧化钠溶液反应生成沉淀，而氯化铝与过量氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，所以搅拌后过滤，所得溶液IV中阴离子有Cl-、OH-、AlO2；

（4）偏铝酸钠发生水解反应，加入乙酸乙酯的目的是除去过量的氢氧化钠且加热条件下水解平衡一直正向移动，生成沉淀氢氧化铝，总离子方程式为CH3COOCH2CH3+AlO2+2H2O  Al（OH）3↓+CH3COO-+CH3 CH2OH；1000kg石墨中含有Al2O351kg，根据元素守恒，可得到Al（OH）3的质量是78kg。

（5）铜的化学性质比石墨活泼，所以应用外加电流的阴极保护法保护铜，所以石墨作阳极，铜作阴极。

在图中注明电源的正负极，石墨与正极相连，铜与负极相连。

【课后练习】

1.草酸（乙二酸）可作还原剂和沉淀剂，用于金属除锈、织物漂白和稀土生产。

一种制备草酸（含2个结晶水）的工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）CO和NaOH在一定条件下合成甲酸钠、甲酸钠加热脱氢的化学反应方程式分别为、。

（2）该制备工艺中有两次过滤操作，过滤操作①的滤液是，滤渣是；过滤操作②的滤液是和，滤渣是。

（3）工艺过程中③和④的目的是。

（4）有人建议甲酸钠脱氢后直接用硫酸酸化制备草酸。

该方案的缺点是产品不纯，其中含有的杂质主要是。

（5）结晶水合草酸成品的纯度用高锰酸钾法测定。

称量草酸成品g溶于水，用mol·L-1的酸性KMnO4溶液滴定，至浅粉红色不消褪，消耗KMnO4溶液mL，反应的离子方程式为；列式计算该成品的纯度。

答案：

（1）

（2）NaOH溶液CaC2O4H2C2O4溶液H2SO4溶液CaSO4

（3）分别循环利用氢氧化钠和硫酸（降低成本），减小污染（4）Na2SO4

（5）5C2O42－+2MnO4－+16H＋==2Mn2＋+8H2O+10CO2↑

2.氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。

纯化工业级氧化锌（含有Fe（Ⅱ）,Mn（Ⅱ）,Ni（Ⅱ）等杂质）的流程如下：

提示:

在本实脸条件下，Ni（Ⅱ）不能被氧化：

高锰酸钾的还原产物是MnO2。

回答下列问题:

（1）反应②中除掉的杂质离子是，发生反应的离子方程式为。

加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是。

（2）反应③的反应类型为。

过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有。

（3）反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是。

（4）反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn（OH）2。

取干操后的滤饼，煅烧后可得到产品g。

则x等于。

答案：

（1）Fe2+和Mn2+（2分）3Fe2++MnO4-+7H2O=3Fe（OH）3↓+MnO2↓+5H+（2分）

2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+（2分）Fe2+和Mn2+不能生成沉淀（1分）

（2）置换反应（1分）镍或Ni（1分）

（3）取最后一次洗涤液少许，先加稀HCl,再加BaCl2（aq），若无白色沉淀生成，证明已洗净。

（2分）

（4）ZnCO3·xZn（OH）2————→ZnO

1×（125+99x）（1+x）×81

解得x=1（3分）

3.二氧化铈（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的目的是为了去除（填离子符号），检验该离子是否洗涤的方法是。

（2）第②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是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g，加硫酸溶解后，用mol•L-1FeSO4标准溶液滴定至终点时（铈被还原为Ce3+），消耗mL标准溶液，该产品中Ce（OH）4的质量分数为。

答案：

（1）滤渣上附着的Fe3+、Cl-，取最后洗涤液少量，滴加AgNO3，如无白色沉淀，则洗干净。

（2）2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2+4H2OSiO2（3）不能分液漏斗（4）%

·6H2O在饲料、医药工业上有广泛的用途。

下列是以含钴废料（含少量Fe、Al等杂质）为原料制取CoCl2·6H2O的一种新工艺流程：

已知：

①钴与盐酸反应的化学方程式为：

Co＋2HCl=CoCl2＋H2↑

②CoCl2·6H2O熔点86℃，易溶于水；常温下稳定无毒，加热至110~120℃时，失去结晶水变成有毒的无水氯化钴。

③部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物

Fe（OH）3

Fe（OH）2

Co（OH）2

Al（OH）3

开始沉淀

完全沉淀

请回答下列问题：

⑴加入碳酸钠调节pH至a，a的范围是。

⑵操作Ⅰ包含3个基本实验操作，它们是和过滤。

⑶制得的CoCl2·6H2O需减压烘干的原因。

⑷为测定产品中CoCl2·6H2O含量，某同学将一定量的样品溶于水，再向其中加入足量的AgNO3溶液，过滤，并将沉淀烘干后称量其质量。

通过计算发现产品中CoCl2·6H2O的质量分数大于100％，其原因可能是。

⑸在实验室中，为了从上述产品中获得更纯净的CoCl2·6H