工业流程推断（学生版）.doc

工业流程推断 问题层级图 目标层级图 一、工业流程题整体框架 工业题，就是对化工生产流程设问。 二、问题设置与考虑知识点 一是解决将原料转化为产品的生产原理；考虑“复分解、氧化还原、水解等原理” 二是除去所有杂质并分离提纯产品；考虑成分和分离提纯的实验操作 三是提高产量与产率（转化率）；考虑“化学速率和平衡的移动” 四是减少污染，考虑 “绿色化学”生产； 五是原料的来源和生产设备简单；生产工艺简便可行；考虑成本问题； 【过关检测】(15min) 1.电石浆是氯碱工业中的一种废弃物，其大致组成如下表所示： 成分 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaS 其他不溶 于酸的物质 质量分 数(%) 65～66 3.5～5.0 1.5～3.5 0.2～0.8 0.2～1.1 1.0～1.8 23～26 用电石浆可生产无水CaCl2，某化工厂设计了以下工艺流程： 　 已知氯化钙晶体的化学式是CaCl2·6H2O；H2S是一种酸性气体，且具有还原性。 (1)反应器中加入的酸应用________。 (2)脱色槽中应加入的物质X是________；设备A的作用是________；设备B的名称为________；设备C的作用是________。 (3)为了满足环保要求，需将废气H2S通入吸收池，下列物质中最适合作为吸收剂的是________。 A．水　　　　　　B．浓硫酸 C．石灰乳 D．硝酸 (4)将设备B中产生的母液重新引入反应器的目的是 2.二氧化硫尾气吸收与工业烟气脱硫的化学原理相通。石灰－石膏法和碱法是常用的烟气脱硫法。石灰－石膏法的吸收反应为SO2＋Ca(OH)2→CaSO3↓＋H2O。吸收产物亚硫酸钙由管道输送至氧化塔氧化，反应为2CaSO3＋O2＋4H2O→2CaSO4·2H2O。其流程如下图： 碱法的吸收反应为SO2＋2NaOH→Na2SO3＋H2O。碱法的特点是氢氧化钠碱性强、吸收快、效率高。其流程如下图： 已知： 试剂 Ca(OH)2 NaOH 价格（元/kg） 0.36 2.9 吸收SO2的成本（元/mol） 0.027 0.232 石灰－石膏法和碱法吸收二氧化硫的化学原理相同之处是 。和碱法相比，石灰－石膏法的优点是 ，缺点是 。43.在石灰－石膏法和碱法的基础上，设计一个改进的、能实现物料循环的烟气脱硫方案（用流程图表示）。 三、每步流程分析及套路答法 1、原材料预处理： （1）固体预处理：核心浸出率 ①研磨（粉碎,超声）：增大接触面积，提高反应速率，增大转化率 煅烧（焙烧）：改变物质结构，除去XX物质。如煅烧高岭土 灼烧：除去有机物和水分。如从海带中提取碘 ②溶解浸出：通常用酸溶。如用浓硫酸、稀硫酸、盐酸、硝酸等 酸浸： 在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程 碱浸： 2、除杂 （1）除杂原理：除去杂质，不影响主成分，不引入新杂质 综合化学原理应用：水解原理、沉淀溶解平衡、饱和溶液与晶体析出方式、氧化还原原理等除去杂质； （2）除杂方法 ①调pH值： 用何物质：调节pH所需的物质一般应满足两点：①能与H＋反应，使溶液pH值增大；②不引入新杂质。 【过关检测】(24min) 1 利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。某工厂对制革工业污泥中Cr(III)的工艺如下： H2O 酸浸pH＝1 氧化 过滤Ⅰ 含铬污泥 预处理后 4.8mol·L－1H2SO4 过滤Ⅱ 滤液Ⅰ H2O2 调pH＝8 NaOH 滤液Ⅱ 钠离子交换树脂 还原 SO2 CrOH(H2O)5SO4 其中硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Al3＋、Ca2＋和Mg2＋。 （1）实验室用18.4 mol·L－1的浓硫酸配制250 mL 4.8 mol·L－1的硫酸溶液，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和量筒外，还需 。 （2）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有 、 。 （3）H2O2的作用是将滤液Ⅰ中的Cr3+转化为Cr2O72－，写出此反应的离子方程式： 。 （4）常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下： 阳离子 Fe3+ Mg2+ Al3+ Cr3+ 开始沉淀时的pH 2.7 —— —— —— 沉淀完全时的pH 3.7 11.1 8 9（＞9溶解） 加入NaOH溶液使溶液呈碱性，Cr2O72－转化为CrO42－。滤液Ⅱ中阳离子主要有 ；但溶液的pH不能超过8，其理由是 。 （5）钠离子交换树脂的反应原理为：Mn＋＋nNaR→MRn＋nNa＋，利用钠离子交换树脂除去滤液Ⅱ中的金属阳离子是 。 （6）写出上述流程中用SO2进行还原的化学方程式 。 2 硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是ZnCO3，并含少量的Fe2O3 、FeCO3 MgO、CaO等，生产工艺流程示意如下： （1） 将菱锌矿研磨成粉的目的是_____。 （2） 完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式： Fe(OH)2＋ ____＋ _____ Fe(OH)3 ＋ CI－ (3) 针铁矿（Goethite）是以德国诗人歌德（Goethe）名字命名的，组成元素是Fe、O和H，化学式量为89，化学式是_______。 (4) 根据下表数据，调节“滤液2”的pH时，理论上可选用的最大区间为______。 Mg(OH)2 Zn(OH)2 MgCO3 CaCO3 开始沉淀的pH 10.4 6.4 — — 沉淀完全的pH 12.4 8.0 — — 开始溶解的pH — 10.5 — — Ksp 5.6× — 6.8× 2.8× (5) 工业上从“滤液3”制取MgO过程中，合适的反应物是______（选填序号）。K^S*5U.C#O% a．大理石粉 b．石灰乳 c．纯碱溶液 d．烧碱溶液 (6) “滤液4”之后的操作依次为______、_______、过滤，洗涤，干燥。 (7) 分析图中数据，菱锌矿粉中ZnCO3 的质量分数不低于________。 ②结晶除杂 【过关检测】(10min) 1工业上用重铬酸钠（Na2Cr2O7）结晶后的母液（含少量杂质Fe3+）生产重铬酸钾（K2Cr2O7）。工艺流程及相关物质溶解度曲线如图： 加热 沸腾 母液I KCl(s) 母液II 固体A 母液III 固体B 反应器 过滤 碱液调pH＝4 冷却 结晶 蒸发 浓缩 冷却 结晶 Na2Cr2O7母液 K2Cr2O7 （1）由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为____________________________，通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是____________________________。 （2）向Na2Cr2O7母液中加碱液调PH的目的是____________________________。 （3）固体A主要为__________________（填化学式），固体B主要为________（填化学式）。 （4）用热水洗涤固体A，回收的洗涤液转移到母液______（填“I”“II”或“III”）中，既能提高产率又可使能耗最低。 ③利用熔沸点：相容液体利用沸点不同可以蒸馏；气体利用沸点不同可以液化 【过关检测】(10min) 1.LiPF6是锂离子电池中广泛应用的电解质。某工厂用LiF、PCl5为原料，低温反应制备LiPF6，其流程如下： LiF(s) LiHF2 饱和溶液 滤液 LiPF6产品 PCl5(s) PF5(g)、HCl(g) LiPF6(s)、HF(l) 尾气(HF，HCl) ① 无水HF(l) ② 无水HF(l) ③ 反应 ④ HF循环使用 ⑤ HCl用水吸收 已知：HCl的沸点是—85.0℃，HF的沸点是19.5℃。 （1）第①步反应中无水HF的作用是____________、_____________。反应设备不能用玻璃材质的原因是________________（用化学方程式表示）。无水HF有腐蚀性和毒性，工厂安全手册提示：如果不小心将HF沾到皮肤上，可立即用2%的_______溶液冲洗。 （2）该流程需在无水条件下进行，第③步反应中PF5极易水解，其产物为两种酸，写出PF5水解的化学方程式：________________________________________。 （3）第④步分离采用的方法是_______；第⑤步分离尾气中HF、HCl采用的方法是____ ________。 （4） LiPF6产品中通常混有少量LiF。取样品w g，测得Li的物质的量为n mol，则该样品中LiPF6的物质的量为_______mol(用含w、n的代数式表示)。 3、滤渣、母液的成分及母液、原料、副产物循环的利与弊； 利：1、增大利用率2、防止环境污染 弊：杂质富集 四、注意外界条件对工艺流程的影响： （1）对反应速率有何影响？（2）对平衡转化率有何影响？ 温度的影响 ①趁热过滤（或冰水洗涤）的目的：防止某物质降温时会析出（或升温时会溶解）而带入新的杂质； ②冰水中反应或降温反应的目的：防止某物质在高温时会溶解或为使化学平衡向着题目要求的方向移动； ③反应中采取加热措施的作用：一般是为了加快反应速率或加速某固体的溶解； ④如果题目中要求温度控制在具体的一个温度范围内（可用水浴或油浴来控制）：一般有以下几个目的： a、 防止某种物质温度过高时会分解或挥发 b、使催化剂的活性达到最好 c、防止副反应的发生：如乙醇的消去反应温度要控制在170℃，原因是就是在140℃时会有乙醚产生。 d、对于一些工艺来说，降温或减压可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的要求。 压强的影响：增大反应速率，增大转化率降低成本 催化剂的影响：加快反应速率，降低反应温度，降低成本节约能源 环境的影响：蒸发、反应时的气体氛围：防止水解，防止空气氧化 【过关检测】(10min) 1.四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣（主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3，Ti的最高化合价为+4）作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下： 浓硫酸 水 铁粉 剩余铁粉 过滤 过滤 A:FeSO4·7H2O 滤液Ⅰ 硫酸处理后的矿物 钛铁矿渣 过滤 控温 滤液Ⅱ 滤液Ⅲ 过滤 煅烧 调节pH为0.5 二氧化钛 水合二氧化钛 加热 请回答下列问题： （1）硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是____________________________________。 （2）向滤液Ⅰ中加入铁粉，发生反应的离子方程式为： 、 。 （3）在实际生产过程中，向沸水中加入滤液Ⅲ，使混合液pH达0.5，钛盐开始水解。水解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用：___________，____________，_________。 过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、___________、______________、____________（填化学式），减少废物排放。 （4）A可用于生产红色颜料（Fe2O3）,其方法是：将556a kg A（摩尔质量为278 g/mol）溶于水中，加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；再向红褐色胶体中加入3336b kgA和112c kg铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完成后，有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料。若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料_____________kg。 【单元过关检测】 补救(8min) 1.填空 ①母液重新引入反应器的目的是 ②调节pH所需的物质一般应满足两点：① ；② 。 ③压强的影响 催化剂的影响 环境的影响 2.化学与生产、生活密切相关．下列说法不正确的是（　　） A． 闻名世界的中国陶瓷、酿酒等技术都充分应用了化学工艺 B．四大发明之一黑火药是由硫黄、硝石、木炭三种物质按一定比例混合制成 C．侯氏制碱法的工艺过程中应用了物质溶解度的差异 D．打磨磁石制作指南针为化学变化 3.以下是在实验室模拟“侯氏制碱法”生产流程的示意图：则下列叙述错误的是 A．A气体是NH3，B气体是CO2 B．把纯碱及第Ⅲ步所得晶体与某些固体酸性物质（如酒石酸）混合可制泡腾片 C．第Ⅲ步操作用到的主要玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒 D．第Ⅳ步操作是将晶体溶于水后加热、蒸发、结晶 巩固(35min) 1 我国幅员辽阔，资源丰富，可为硫酸、玻璃、铁和铝等化工产品的生产提供原料．下列原料选择不正确的是（　　） A． 以赤铁矿为原料冶炼铁 B．以硫铁矿为原料生产硫酸 C．以铝土矿为原料生产金属铝 D．以冰晶石为原料生产普通玻璃 2 盐泥是氯碱工业中的废渣，主要含有镁、铁、铝、钙等的硅酸盐和碳酸盐。实验室以盐泥为原料制取MgSO4·7H2O的流程如下： ⑤加NaClO,pH＝5~6 ⑥煮沸，趁热过滤 滤液Ⅰ ③煮沸 ④过滤 ①水，调成泥浆 ②H2SO4 调pH＝1～2 29g盐泥 滤液Ⅱ 产品 已知：(Ⅰ) Ksp[Mg(OH)2]＝6.0× (Ⅱ) Fe2+、Fe3+、Al3+开始沉淀到完全沉淀的pH范围依次为：7.1~9.6、2.0~3.7、3.1~4.7 (Ⅲ) 三种化合物的溶解度（S）随温度变化曲线如图7。回答下列问题： （1）在盐泥中加H2SO4溶液控制pH为1～2以及第一次煮沸的目的是：　 　。 （2）若溶液中Mg2+的浓度为6 mol/L，溶液pH≥　 　才可能产生Mg(OH)2沉淀。 （3）第二次过滤需要趁热进行，主要原因是　 　。所得滤渣的主要成分是　 。 （4）从滤液Ⅱ中获得MgSO4·7H2O晶体的实验操作步骤为：①向滤液Ⅱ中加入　 　，②过滤，得沉淀，③　 　，④蒸发浓缩，降温结晶，⑤过滤、洗涤得产品。 （5）若获得的MgSO4·7H2O质量为24.6 g，则该盐泥中含镁[以Mg(OH)2计]的百分含量约 （MgSO4·7H2O式量为246） 3、蛇纹石矿可以看作由MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2组成。由蛇纹石制取碱式碳酸镁的实验步骤如下 氢氧化物 Fe(OH)3 Al(OH)3 Mg(OH)2 开始沉淀pH 1.5 3.3 9.4 （1）蛇纹石矿加盐酸溶解后，溶液里除了Mg2＋外，还含有的金属离子是______ （2）进行Ⅰ操作时，控制溶液pH＝7－8（有关氢氧化物沉淀的pH见右表） Ca(OH)2不能过量，若Ca(OH)2过量可能会导致_________溶解、_________沉淀。 （3）从沉淀混合物A中提取红色氧化物作颜料，先向沉淀物A中加入_________ （填入物质的化学式），然后__________________________________ （依次填写实验操作名称）。 （4）物质循环使用，能节约资源。上述实验中，可以循环使用的物质是______________（填写物质化学式）。 （5）现设计一个实验，确定产品aMgCO3·bMg(OH)2·cH2O中a、b、c的值，请完善下列实验步骤（可用试剂：浓硫酸、碱石灰）： ①样品称量 ②高温分解 ③________ ④________ ⑤MgO称量 （6）18.2g产品完全分解后，产生6.6g CO2和8.0g MgO，由此可知，产品的化学式中：a＝_________ b＝_________ c＝_________ 4.溴化钙可用作阻燃剂、制冷剂，具有易溶于水，易吸潮等性质。实验室用工业大理石（含有少量Al3＋、Fe3＋等杂质）制备溴化钙的主要流程如下： 完成下列填空： （1）.上述使用的氢溴酸的质量分数为26%，若用47%的氢溴酸配置26%的氢溴酸的氢溴酸500ml，所需的玻璃仪器有玻璃棒、 。 （2）.已知步骤Ⅲ的滤液中不含NH4＋。步骤Ⅱ加入的试剂a是 ，控制溶液的pH约为8.0的目的是 、 。 （3）.试剂b是 ，步骤Ⅳ的目的是 。 （4）.步骤Ⅴ所含的操作依次是 、 。 （5）.制得的溴化钙可以通过如下步骤测定其纯度： ①称取4.00g无水溴化钙样品；②溶解；③滴入足量Na2CO3溶液，充分反应后过滤；④ ；⑤称量。若得到1.88g碳酸钙，则溴化钙的质量分数为 （保留两位小数）。 若实验操作规范而测定结果偏低，其原因是 。 5.开发氢能是实现社会可持续发展的需要。硫铁矿（FeS2）燃烧产生的SO2通过下列碘循环工艺过程既能制H2SO4，又能制H2。 H2O I2 H2SO4 HI 500℃ H2SO4 HI I2 20℃－100℃ SO2 H2 膜反应器 分离器 反应器 请回答下列问题： （1）已知1 g FeS2完全燃烧放出7.1 kJ热量，FeS2燃烧反应的热化学方程式为 。 （2）该循环工艺过程的总反应方程式为 （3）用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是___________________________________________________________________。 放电 充电 （4）用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料（用MH表示），NiO(OH)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量，长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：NiO(OH)+MH Ni(OH)2+M ①电池放电时，负极的电极反应式为_______________________________________。 ②充电完成时，Ni(OH)2全部转化为NiO(OH)。若继续充电将在一个电极产生O2，O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极的电极反应式为_____________________________。 6. 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 mol·L－1 FeSO4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________。 7．　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: 工业ZnO浸出液滤液滤液 滤饼ZnO 提示：在本实验条件下，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________________________________________________________________________； 在加高锰酸钾溶液前，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。取干燥后的滤饼11.2 g，煅烧后可得到产品8.1 g，则x等于________。