工艺流程图常见文字叙述题答题方法(共9页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上化工流程题常见文字叙述题答题方法一、在化学工业中应考虑的问题，可以归纳如下：化学反应原理化学原理在实际工业上是否可行成本要低原料的选取使用、设备的损耗、能源等，这是整个过程都需考虑的问题原料的利用率要高利用好副产品、循环使用原料、能量尽可能利用生产过程要快化学反应速率 产率要高化学平衡产品要纯产品的分离、提纯安全环保问题防爆炸、防堵塞、防倒吸、防污染等二、工艺流程题文字描述答题思路1、浸出前研磨、粉碎：目的是增大反应物的接触面积，加快反应（溶解）速率，提高浸出率（或原料转化率）2.酸浸时入过量的酸的可能原因：使反应更充分，提高浸出率抑制水解为后续工艺提供酸性环境防止溶液吸收空气中CO2锰主要用于钢铁工业生产锰合金钢，锰的化合物有+2、+4、+6、+7等多种变价，以菱锰矿(主要成分为MnCO3，还含有少量铁、镍、钴等碳酸盐杂质)为原料经过一系列反应生产金属锰和高锰酸钾的工艺流程如下：(1)酸溶浸过程中，硫酸需稍过量，除保证反应充分进行外，其他作用还有:提供除杂1时所需要的酸性环境；抑制锰离子水解 (任写一条)。3.提高浸出率的措施：升温增大反应物浓度搅拌粉碎延长浸出时间4.（1）调节溶液的PH：控制溶液的酸碱性或PH使某些金属离子形成氢氧化物沉淀（一般是除Fe2+、Fe3+）除去Fe2+要将其氧化成Fe3+，氧化剂可以选择O2、H2O2、Cl2、HNO3、NaClO、MnO2等，到底选择谁，要根据具体的情况来选择调节PH所加试剂：一般是含被提纯物质的金属阳离子对应金属氧化物、金属氢氧化物、金属碳酸盐（总之这些物质要能与H+反应，又难溶于水，这样即使过量又不会引入新的杂质离子），有时候也可能加NaOH或氨水或NaHCO3或Na2CO3来调节PH，要根据题意具体分析。例如：CuCl2中混有Fe3+加何种试剂调pH值：加CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3。加入CuO的原因：加CuO消耗溶液中的H+的，促进Fe3+的水解，生成Fe(OH)3沉淀析出（或调节溶液PH，使Fe3+沉淀完全）调pH值使得Cu2+（4.7-6.2）中的Fe3+（2.1-3.2）沉淀，pH值范围是：3.2-4.7。原因：调节溶液的pH值至3.2-4.7，使Fe3+全部以Fe(OH)3沉淀的形式析出而Cu2+不沉淀，且不会引入新杂质我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：相关金属离子c0(Mn+)=0.1 mol·L-1形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：金属离子Fe3+Fe2+Zn2+Cd2+开始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4（2）滤渣1的主要成分除SiO2外还有:PbSO4 ，氧化除杂工序中ZnO的作用是:调节溶液PH,使Fe3+沉淀完全，若不通入氧气，其后果是：无法除去杂质Fe2+ 废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境。实验室利用废弃旧电池的铜帽(Zn、Cu总含量约为99%)回收铜并制备ZnO的部分实验过程如下：开始沉淀的pH完全沉淀的pHFe31.13.2Fe25.88.8Zn25.98.9(3)已知pH11时Zn(OH)2能溶于NaOH溶液生成Zn(OH)42。下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L1计算)实验中可选用的试剂：30% H2O2、1.0 mol·L1HNO3、1.0 mol·L1 NaOH。由除去铜的滤液制备ZnO的实验步骤依次为：向滤液中加略过量的30%的H2O2，使其充分反应；向反应后的溶液中滴加1.0mol/L的氢氧化钠溶液，调节PH约为5（或3.2PH<5.9）；过滤；向滤液中滴加1.0mol/L的氢氧化钠溶液，调节PH约为10（或8.9PH<11）；过滤、洗涤、干燥900煅烧。5.控制温度原因分析的思考点：反应速率平衡移动方向物质的溶解度，热稳定性，挥发性和水解TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：温度/3035404550TiO2·xH2O转化率%9295979388分析40 时TiO2·xH2O转化率最高的原因：低于40，TiO2·xH2O转化反应速率随温度的升高而增加，超过40，双氧水分解与氨气的逸出导致TiO2·xH2O转化率下降。2018高考北京卷节选：H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除，同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间，不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80后脱除率变化的原因：温度高于80 ,H2O2分解速率加快，导致H2O2浓度降低，有机碳脱除率下降。三氯氧磷(POCl3) 是重要的基础化工原料，广泛用于制药、染化。塑胶助剂等行业。某兴趣小组模拟PCl3直接氧化法制备POCl3,实验装置设计如下:有关物质的部分性质如下表:熔点/沸点/其他PCl3-11275.5遇水生成H3PO3和HCl，遇O2生成POCl3POCl32105.3遇水生成H3PO4和HCl,能溶于PCl3(2)B装置的作用除观察O2的流速之外。还有：平衡气压，干燥氧气。(3)C装置控制反应在6065进行，其主要目的是：适当加快化学反应速率，同时防止PCl3汽化，逸出造成损失。钴酸锂电池应用广泛，电池正极材料主要含有LiCoO2、导电剂乙炔黑、铝箔及少量Fe，可通过下列实验方法回收钴、锂。离子Fe3+Al3+Fe2+Co2+溶液pH3.24.79.09.2几种金属离子沉淀完全(离子浓度为10-5mo/L) 的pH如下表:(3) 酸浸时浸出率随温度变化如图所示，温度升高至50以上时浸出率下降的原因是：温度升高，H2O2分解速率加快，参与酸浸的H2O2的量减少，导致浸出率下降。钡盐行业生产中排出大量的钡泥主要含有、等。某主要生产、的化工厂利用钡泥制取，其部分工艺流程如下：（2）酸溶时通常控制反应温度不超过70，且不使用浓硝酸，原因是：防止温度过高，反应速率太快；浓硝酸受热易分解，易挥发某化学兴趣小组对Fe3O4产生了兴趣，从参考资料中找到了氧化沉淀法生产复印用高档Fe3O4粉的工艺流程简图：资料一：硫酸亚铁在不同温度下的溶解度如表所示：温度/010305060708090溶解度/g14.017.025.033.035.333.030.527.0资料二：Fe（OH）2受氧气氧化反应原理为：4Fe(OH)2 +2H2O+O2=4Fe(OH)3资料三：获得Fe3O4的反应原理为：Fe(OH)2 + 2Fe(OH)3 Fe3O4+4H2O（1）溶解时，用50至80的热水目的是：该温度时硫酸亚铁的溶解度较大（3）为了得到纯净的产品，过滤、洗涤后进行的具体操作过程为: 取最后一次洗涤的滤液于试管中，加入（盐酸酸化的）BaCl2溶液，若无白色沉淀，说明已经洗涤干净 、干燥 从化工厂铬渣中提取硫酸钠的工艺如下：铬渣浸取调pH约3.6并微热过滤操作B产品水稀NaOH滤液滤渣A母液酸化、还原调pH为5过滤酸C+Na2SO3溶液NaOH溶液滤渣D1201008060402020 40 60 T/0S/g已知：铬渣含有Na2SO4及少量Cr2O72-、Fe3+；Fe3+、Cr3+完全沉淀（c 1.0×10-5 mol·L-1）时pH分别为3.6和5。（1）“微热”除能加快反应速率外，同时还可以：促进Fe3水解生成Fe(OH)3而除去。某火电厂收捕到的粉煤灰的主要成分为SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、TiO2等。研究小组对其进行综合处理的流程如下：已知：“酸浸”后钛主要以TiOSO4形式存在，强电解质TiOSO4在溶液中仅能电离SO42和一种阳离子常温下，KspAl(OH)3=1.0×1034，KspFe(OH)3= 4.0×10-38，KspMg( OH)2= 1.0×10-11 (3)“结晶”需控制在70左右，温度过高会导致的后果为：导致TiO2+提前水解使FcSO4·7H2O混有TiO2·xH2O，并使TiO2·xH2O产率降低(4)所得TiO2xH2O 沉淀进行酸洗的目的为：洗去粘附的FeSO4，防止FeSO4水解6.减压蒸发（馏）：降低沸点，防止物质高温分解或被氧化或升华；节省能源，降低成本过氧化碳酰胺CO(NH2)2·H2O2是一种白色晶体，易溶于水和有机溶剂，稍高温度时（45）即分解，可作为高效、安全、方便的固体消毒剂。工业上常用湿法合成，工艺流程如下：（2）操作采用减压蒸发的原因是：降低沸点，防止高温条件下过氧化碳酰胺分解7.工艺优缺点原因分析利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如下：（3）该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1：1。若n(NO) ：n(NO2)1：1,则会导致：排放的气体中NO含量升高，污染空气 ；若n(NO) ：n(NO2)1：1,则会导致：Ca(NO2)2中Ca(NO2)3含量升高。锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi+xe- = LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是：有氯气生成，污染空气。一种磁性材料的磨削废料（含镍质量分数约21%）主要成分是铁镍合金，还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该废料制备纯度较高的氢氧化镍，工艺流程如下：（2）黄钠铁矾NaFe3(SO4)2(OH)6具有沉淀颗粒大、沉淀速率快、容易过滤等特点，此步骤加入碳酸钠的目的是：提高溶液的碱性，使黄钠铁矾形成沉淀析出（3）若用Na2S代替H2S除铜，优点是：无易挥发的有毒气体硫化氢污染环境（4）已知除杂过程在陶瓷容器中进行，NaF的实际用量为理论用量的1.1倍，用量不宜过大的原因是: 过量的F离子生成氢氟酸会腐蚀陶瓷容器过氧化碳酰胺CO(NH2)2·H2O2是一种白色晶体，易溶于水和有机溶剂，稍高温度时（45）即分解，可作为高效、安全、方便的固体消毒剂。工业上常用湿法合成，工艺流程如下： （3）过氧化碳酰胺也可用干法流程制取：与湿法工艺对比，干法工艺的优点是：流程短，工艺简单，缺点是：双氧水浓度高经济效益低；设备复杂；技术条件苛刻；产品稳定性差；产品污染不纯等。目前，回收溴单质的方法主要有水蒸气蒸馏法和萃取法等。某兴趣小组通过查阅相关资料拟采用如下方案从富马酸废液（含溴027%）中回收易挥发的Br2：（2）反萃取所得水相酸化时，需缓慢加入浓硫酸，并采用冰水浴冷却的原因是：减少Br2的挥发。（3）溴的传统生产流程为先采用氯气氧化，再用空气水蒸气将Br2吹出。与传统工艺相比，萃取法的优点是:没有采用有毒气体Cl2，更环保（或所得溴更纯净）。高氯酸铵(NH4ClO4)可用作火箭推进剂等。制备 NH4ClO4的工艺流程如下：（2）“ 除杂” 有两种方案。方案 1： 加入盐酸和 H2O2溶液， NaClO3转化为 ClO2， 化学方程式为：方案 2： 加入氨水和 FeCl2· 4H2O， NaClO3转化为 Cl-， 离子方程式为： 如果FeCl2· 4H2O 过量会出现黑色磁性沉淀，该沉淀可能是_。（填化学式）比较氧化性： ClO3-_ClO4-（填“ >” 或“ <”）。两种方案相比， 方案 1 的优点是：操作步骤简单或过量的过氧化氢易除去。（答一条即可）氧化铜有多种用途，如作玻璃着色剂、油类脱硫剂等。为获得纯净的氧化铜以探究其性质，某同学用工业硫酸铜(含硫酸亚铁等杂质)进行如下实验：工业CuSO4一 一CuSO4溶液一CuSO4·5H2O一一CuO （1）制备氧化铜:步骤的目的是除不溶性杂质，操作是：溶于水，过滤。步骤的目的是除铁，操作是：滴加H2O2溶液，稍加热；当Fe2+完全转化后，慢慢加入Cu2(OH)2CO3粉末，搅拌，以控制pH =3.5；加热煮沸一段时间，过滤，用稀硫酸酸化滤液至pH =1。控制溶液pH =3.5的原因是：使Fe3+全部以Fe(OH)3沉淀的形式析出而Cu2+不沉淀步骤的目的是得到CuSO4·5H2O固体，操作是：小心蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、水浴加热烘干。水浴加热的特点是：受热均匀，便于控制温度，且温度不超过100(2)探究氧化铜的性质:取A、B两支试管，往A中加入适量的CuO粉末，再分别向A和B加入等体积3% H2O2溶液，只观察到A中有大量气泡，结论是：CuO对H2O2的分解有催化作用铅蓄电池的阴、阳极填充物又被称为铅膏(主要含PbO、PbO2、PbSO4)是废旧铅蓄电池需要回收的部分，通过回收铅膏可制备聚氯乙烯塑料的热稳定剂三盐基硫酸铅(组成可表示为3PbO·PbSO4·H2O)，其工艺流程如下：已知：Ksp(PbSO4)=1.82×10-8，Ksp(PbCO3)=1.46×10-13。(1)加入Na2CO3 溶液的目的是：将PbSO4转化为更难溶的PbCO3，以便酸能浸出，提稿铅的利用率。8.产品分离提纯（1）结晶：蒸发结晶：适合分离出溶解度随温度变化不大的物质如除去NaCl中的少量KNO3。具体操作：蒸发有大量晶体析出，趁热过滤、热水洗涤、干燥。冷却结晶：适合分离出溶解度随温度变化较大的溶质（如除去KNO3中的少量的NaCl）、易水解的溶质或结晶水合物 。具体操作步骤：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，冷水洗涤，干燥。 从MgCl2·6H2O中得到无水MgCl2的操作：在干燥的HCl气流中加热，干燥的HCl气流中抑制了MgCl2的水解，且带走MgCl2·6H2O受热产生的水汽从FeCl3溶液中得到FeCl3·6H2O晶体的操作包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，该过程需保持盐酸过量，结合必要的离子方程式说明原因：Fe33H2OFe(OH)33H，过量盐酸能够抑制Fe3水解从FeCl3溶液制得FeCl3·6H2O晶体的操作步骤是：加入少量盐酸、蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。升温结晶：适合分离出溶解度随温度升高而降低的物质（从饱和石灰水析出氢氧化钙固体，其后续操作一般为趁热过滤）重结晶：产品进一步提纯的操作。首要工作是选择适当的溶剂，要求该溶剂:杂质在此溶剂中溶解度很小或溶解度很大，易于除去；被提纯的物质在此溶解中的溶解度受温度的影响较大。例如提纯苯甲酸。（2）过滤：趁热过滤考虑溶解度趁热过滤的原因：有利于*物质析出同时防止过滤时温度降低*物质析出；（3）沉淀的洗涤水洗（冷水洗、冰水洗、热水洗）；有机物洗（如乙醇、乙醚）(主要考虑溶解度)洗涤目的：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。乙醇洗涤的目的：洗去晶体表面的*杂质，并减少*晶体在洗涤过程中的溶解损耗乙醇易挥发，有利于干燥防止溶质与水反应生成结晶水合物向某溶液中加入一定量的醇类溶剂，有固体析出。其目的是：减小*物质的溶解度，使其析出。洗涤沉淀的方法： 加入蒸馏水（或其他溶剂）至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作23次。（4）检验沉淀是否洗涤干净：分析清楚溶液中的成分如检验Fe(OH)3是否洗涤干净(含SO42-)：取最后一次洗涤液，加入（盐酸酸化的）BaCl2溶液，若有白色沉淀则说明未洗涤干净，若无白色沉淀则说明洗涤干净。（5）检验溶液中离子是否沉淀完全：如检验Fe(OH)3是否沉淀完全的试验操作是：静置后取少量上层清液或过滤后的滤液，滴加几滴KSCN溶液，若不出现血红色，则表明Fe(OH)3 沉淀完全。如果在定量测定中，静置后，在上层清夜中继续滴加少量的试剂（原沉淀剂），若无沉淀产生，证明沉淀已完全。三水乳酸亚铁晶体（CH3CHOHCOO)2Fe3H2O，Mr=288是一种很好的补铁剂，易溶于水，吸收效果比无机铁好。可由绿矾(FeSO4·7H2O)通过下列反应制备：FeSO4+Na2CO3= FeCO3+Na2SO4 FeCO3+ 2CH3CHOHCOOH =（CH3CHOHCOO）2Fe+CO2+H2O （4）最后溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥，获得三水乳酸亚铁晶体。分离过程中加入无水乙醇的目的是：降低乳酸亚铁在水中的溶解量，有利于晶体析出 （5）某研究性学习小组从硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3 ) 出发，经过一系列的实验步骤，最后制得到了硫酸亚铁溶液。请结合如图的绿矾溶解度曲线，将FeSO4溶液加热浓缩得到60饱和溶液，冷却至0结晶，过滤，少量冰水洗涤，低温干燥，得到FeSO4·7H2O晶体。根据下列各组溶解度曲线图，判断分离提纯方法。(1) 根据图1中Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲线(g/100 g水)，由Na2SO4溶液得到Na2SO4固体的操作为将溶液升温结晶、趁热过滤、用乙醇洗涤后干燥。用乙醇洗涤而不用水洗涤的原因是防止形成Na2SO4·10H2O(2)根据图2所示相关物质的溶解度曲线。在实验室中提纯过硫酸钾粗产品的实验具体操作依次为将过硫酸钾粗产品溶于适量水中，在不超过80的条件下蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，用冷水洗涤，干燥。(3)根据图1中红矾钠(Na2Cr2O7·2H2O)和Na2SO4的溶解度曲线，从Na2Cr2O7和Na2SO4的混合溶液中提取红矾钠的操作为先将混合溶液蒸发浓缩，趁热过滤。趁热过滤的目的是:有利于硫酸钠析出，可以防止Na2Cr2O7·2H2O结晶析出；然后将滤液冷却结晶，从而析出红矾钠。我国是干电池的生产和消费大国。某科研团队设计了以下流程对碱性锌锰干电池的废旧资源进行回收利用：锌锰干电池金属水浸预处理拆解碳包电解质浸泡分离锌酸钾锌粉硫酸、X浸出分离石墨滤液1MnS分离固体1滤液2MnSO4晶体转化I工业上经常采用向滤液2中加入NaHCO3溶液来制备MnCO3，不选择Na2CO3溶液的原因是:Na2CO3溶液碱性强，容易产生氢氧化锰沉淀锰及其化合物在生产、生活中有许多用途。在实验室中模拟工业利用软锰矿( 主要成分为MnO2，含少量SiO2、Fe2O3 和Al2O3 等)制备金属锰等物质,设计流程如下:己知:Mn2+有较强的还原性,在空气中能被氧气氧化,碳酸锰在空气中高温加热固体产物为Mn2O3；部分氢氧化物的Ksp(近似值)如下表。物质Mn( OH)2Fe(OH)2Fe(OH )3Al(OH)3Ksp10-1310-1710-3910-33(3)“酸浸”需适宜的酸浓度、液固比、酸浸温度等,其中浸取率随酸浸时间的变化如右图所示: 当浸取时间超过4 h时,锰浸取率反而减小,其原因是：Mn2+被空气中的氧气氧化，从而使浸取率降低(5)“沉锰”过程中加入氨水的目的是(从化学平衡移动的角度解释)： Mn2+HCO3MnCO3+H+，氨水消耗了 H+， 促进反应平衡正向移动，有利于MnCO3的生成专心-专注-专业