专题复习化工流程（一）基本方法——学案（冷丹）

专题复习  化工流程（一）基本方法

【课前自修思考】

自修目标：

我能通过基础自主研修熟悉化工流程中常用的基本操作与目的；

我能通过自主完成《国卷示范》习题后自主纠错，并尝试分析化工流程题型在高考中考查要点；

& 基础自主研修

一、化工流程中常见的基础操作与目的

1．浸取或浸出：使原料中可溶性的物质或离子进入溶液。有时加酸进行酸溶或酸浸。浸取时采用加热，加快物质的溶解，（目的）提高浸出率。

2．加酸：①酸洗：常指除铁锈、去金属表面的氧化物薄膜；②加酸：溶解金属､调节pH促进水解(生成沉淀)｡

3．加碱：①碱洗：常指除油污、去铝片上的氧化膜。②加碱：溶解铝､SiO2,调节pH促进水解生成(沉淀)｡

4．加酸碱性物质：调节pH值，促进水解或生成沉淀｡如加入CuO除去Cu2+中Fe3+｡

5．加氧化剂：氧化物质,使其转化为易于被除去的离子,如加入H2O2将Fe2+转化为Fe3+｡

二、反应条件的控制

1．调节溶液的pH值：控制离子的存在形式｡或使某些金属离子形成氢氧化物沉淀出来。如Fe3+、Cu2+的分步沉淀。

2．酸化：加入酸（硫酸、硝酸等）使溶液呈一定的酸，利于在酸性环境中才能进行的反应。

3.溶液加热或煮沸：促进水解，聚沉后增加沉淀的颗粒度利于过滤分离；除去溶解在溶液中的气体(如CO2、O2)｡

4．在某气流中蒸发：①在氯化氢的气流中蒸发：例如要从易于水解的盐酸盐FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶液中得到无水固体溶质，需在HCl气流中干燥，其目的是防止加热时盐水解和分解。否则得到的产物分别是 Fe2O3、Al2O3、MgO。②在惰性气的气流中反应，以隔绝空气，防止氧化。

? 国卷示范

1.[16年全国Ⅰ，T28] NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，一种生产工艺如下：

(1)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式_____________________________________________。

(2)“电解”中阴极反应的主要产物是______。

(3)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为____________，该反应中氧化产物是_____________。

2．[16年全国Ⅰ，T36] 高锰酸钾（KMnO4）是一种常用氧化剂，主要用于化工、防腐及制药工业等。以软锰矿（主要成分为MnO2）为原料生产高锰酸钾的工艺路线如下：

回答下列问题：

（1）原料软锰矿与氢氧化钾按1∶1的比例在“烘炒锅”中混配，混配前应将软锰矿粉碎，其作用是                  。

（2）“平炉”中发生的化学方程式为                                            。

（3）“平炉”中需要加压，其目的是                              。

（4）将K2MnO4转化为KMnO4的生产有两种工艺。

①“CO2歧化法”是传统工艺，即在K2MnO4溶液中通入CO2气体，使体系呈中性或弱碱性，K2MnO4发生歧化反应，反应中生成KMnO4，MnO2和                   （写化学式）。

②“电解法”为现代工艺，即电解K2MnO4水溶液，电解槽中阳极发生的电极反应为                      

                                           ，阴极逸出的气体是        。

③“电解法”和“CO2歧化法”中，K2MnO4的理论利用率之比为                 。

3.[16年全国Ⅱ，T36] 生产双氧水常采用蒽醌法，其反应原理如下图所示：

（1）蒽醌法制备双氧水理论上消耗的原料是_______，循环使用的原料是______，配制工作液时采用有机溶剂而不采用水的原因是                               。

（2）第一步氢化反应的化学方程式为_______________________________________________________。

4.[15g全国Ⅱ.T28] 实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠）为原料，通过以下过程制备ClO2（黄绿色易溶于水的气体）：

①电解时发生反应的化学方程式为________________________________________________。

②溶液X中大量存在的阴离子有__________________________________________________。

③除去ClO2中的NH3可选用的试剂是________________(填标号)。

a．水     b．碱石灰    c．浓硫酸    d．饱和食盐水

自修答案：

1.(1)2NaClO3+SO2+H2SO4=ClO2+2NaHSO4；(2) ClO2-(或NaClO2)；  (3)2:1； O2；

2.(1)增大接触面，加快反应速率，提高原料利用率  (2)2MnO2＋O2＋4KOH 2K2MnO4＋2H2O；

(3)提高氧气的压强，加快反应速率，增加软锰矿转化率  (4)①KHCO3  ②MnO2− 4－e−＝MnO− 4  H2  ③3∶2

3.(1)氢气和氧气    乙基蒽醌    乙基蒽醌（乙基氢蒽醌）不溶于水，易溶于有机溶剂

（2）

4.①NH4Cl＋2HCl  3H2↑＋NCl3   ②Cl—、OH—   ③c

自修思考：通过国卷示范你尝试分析化工流程题中高考考查哪些知识的？我能否解决？

1.

2.

3.

4.

【课中研修建模】

研修目标：我能通过课中互动研修熟悉化工流程四种考型，并建立对应题型的解题模型；

活动一

[考型1]化工流程中的信息反应

1-1[15g山东，T29] 利用钴渣[含Co(OH)3、Fe(OH)3等]制备钴氧化物的工艺流程如下：

Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　

解题建模一：化工流程推断中的信息反应的书写

活动二

[考型2]调节pＨ值除杂的分离提纯操作

2-1 [13年重庆,T8] 为分析某铜合金的成分，用酸将其完全溶解后，用NaOH溶液调pH，当pH＝3.4时开始出现沉淀，分别在pH为7.0、8.0时过滤沉淀。结合下图信息推断该合金中除铜外一定含有        。

2-2 [16年江苏,T19] 实验室以一种工业废渣（主要成分为MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物）为原料制备MgCO3·3H2O。实验过程如下：

（1）酸溶过程中主要反应的热化学方程式为

MgCO3(s)+2H+(aq) = Mg2+(aq)+CO2(g)+H2O(l)   ΔH=－50.4 kJ·mol-1

Mg2SiO4(s)+4H+(aq) = 2 Mg2+(aq)+H2SiO3(s)+H2O(l)    ΔH=－225.4 kJ·mol-1

酸溶需加热的目的是_______________；所加H2SO4不宜过量太多的原因是__________________

_________________________________________________。

（2）请补充完整由萃取后得到的水溶液制备MgCO3·3H2O的实验方案：边搅拌边向溶液中滴加氨水，__________________________________________，过滤、用水洗涤固体2～3次，在50℃下干燥，得到MgCO3·3H2O。[已知该溶液中pH=8.5时Mg(OH)2开始沉淀；pH=5.0时Al(OH)3沉淀完全]。

解题建模二：调节pＨ值除杂的分离提纯操作

活动三

[考型3] 应用结晶法进行的分离提纯操作

[16年北京，T27] PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO(s) + NaOH(aq) NaHPbO2(aq)，其溶解度曲线如图所示。

结合上述溶解度曲线，简述将粗PbO提纯为纯PbO的操作：____________________。

解题建模三：分离提纯方法及其操作

活动四

[考型4] 化工流程中的反应原理

[16年北京，T27]某工作流程的部分流程如下：

过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液I经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是_____(选填序号)。

A.减少PbO的损失，提高产品的产率    B.重复利用NaOH，提高原料的利用率

C.增加Na2SO4浓度，提高脱硫效率

解题建模四：化工流程中的反应原理

【课后研习提升】

研习目标：我能通过课后高考跟踪练习，逐步使用解题模型对应解题，养成系统的解题习惯；

O 高考跟踪

1.[13年四川，T11]从K2SO4的溶液中得到K2SO4晶体的方法是________________________。

2.[12年江苏，T16] 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：

上述工艺中采用气-液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入，石灰乳从吸收塔顶喷淋)，其目的是___________________________________;滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是________ (填化学式)。

3.[13年北京,T27] 用含有A12O3、SiO2和少量FeO·xFe2O3的铝灰制备A12(SO4)3·18H2O。工艺流程如下(部分操作和条件略):

Ⅰ、向铝灰中加入过量稀H2SO4，过滤:

Ⅱ、向滤液中加入过量KMnO4溶液，调节溶液的pH约为3；

Ⅲ、加热，产生大量棕色沉淀，静置，上层溶液呈紫红色:

Ⅳ、加入MnSO4至紫红色消失，过滤;

Ⅴ、浓缩、结晶、分离，得到产品。

（1）H2SO4溶解A12O3的离子方程式是

（2）将MnO4 - 氧化Fe2+的离子方程式补充完整：

MnO4 -＋Fe2+＋     ＝ Mn2+＋Fe3+＋      

（3）已知：生成氢氧化物沉淀的pH

Al(OH)3

Fe(OH)2

Fe(OH)3

开始沉淀时

3.4

6.3

1.5

完全沉淀时

4.7

8.3

2.8

注：金属离子的起始浓度为0.1mol·L-1

根据表中数据解释步骤Ⅱ的目的：

(4)已知:一定条件下，MnO4 - 可与Mn2+反应生成MnO2

① 向 Ⅲ 的沉淀中加入浓HCl并加热，能说明沉淀中存在MnO2的现象是                       .

② Ⅳ 中加入MnSO4的目的是              

4.[13年广东，T32] 银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：

（注：Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450℃和80℃）

（1）电解精炼银时，阴极反应式为     ；滤渣A与稀HNO3反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，该气体变色的化学方程式为

                                     。

（2）固体混合物B的组成为                 ；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为                                。

(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式：

CuO +   Al2O3    CuAlO2  +    ↑

（4）若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理论上5.0kg废料中的铜可完全转化为    mol CuAlO2，至少需要1.0mol·L-1的Al2(SO4)3溶液       L。

(5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾，其基本操作是                      、过滤、洗涤和干燥。

5.[13年江苏，T19] 柠檬酸亚铁(FeC6H6O7)是一种易吸收的高效铁制剂，可由绿矾(FeSO4·7H2O)通过下列反应制备：FeSO4＋Na2CO3===FeCO3↓＋Na2SO4   FeCO3＋C6H8O7===FeC6H6O7＋CO2↑＋H2O

下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)。

金属离子

开始沉淀的pH

沉淀完全的pH

Fe3＋

1.1

3.2

Al3＋

3.0

5.0

Fe2＋

5.8

8.8

(1)制备FeCO3时，选用的加料方式是________(填字母)，原因是________________。

a．将FeSO4溶液与Na2CO3溶液同时加入到反应容器中。b．将FeSO4溶液缓慢加入到盛有Na2CO3溶液的反应容器中。c．将Na2CO3溶液缓慢加入到盛有FeSO4溶液的反应容器中。

(2)生成的FeCO3沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是______________________________________

_______________________________________________________________。

(3)将制得的FeCO3加入到足量柠檬酸溶液中，再加入少量铁粉，80℃下搅拌反应。

①铁粉的作用是_______________________________。

②反应结束后，无需过滤，除去过量铁粉的方法是___________________________________________。

(4)最后溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥，获得柠檬酸亚铁晶体。分离过程中加入无水乙醇的目的是_______________________________。

(5)某研究性学习小组欲从硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3)出发，先制备绿矾，再合成柠檬酸亚铁。请结合图中的绿矾溶解度曲线，补充完整由硫铁矿烧渣制备FeSO4·7H2O晶体的实验步骤(可选用的试剂：铁粉、稀硫酸和NaOH溶液)：向一定量烧渣中加入足量的稀硫酸充分反应，                                      

                                                                                       ，得到FeSO4溶液，                                                                ，得到FeSO4·7H2O晶体。