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生产流程 编号17
【学习目标】
1.扎实掌握化学实验操作、仪器的选择等基础知识。
2.小组合作探究, 学会分析生产流程问题的基本思路。
3.激情投入,通过学习深刻体会化学在生产生活中的巨大作用。
【说明】理综中以某个具体的工业生产为背景,以化学基本理论为主线,结合化学实践、环境保护、化学计算等考查同学们应用所学知识探究解决生产实际问题的能力,题目多以流程图的形式出现;题目所涉及的情景新颖;在题目中还时常出现一些化工术语(酸浸、水洗等);题目实际考查的是应用化学反应原理、化学平衡原理、离子平衡理论、物质制备和分离(提纯)知识、绿色化学观点、安全生产思想及从经济的视角分析、评价、探究实际生产中各种问题的能力。
【知识体系构建】
一、试纸的使用
化学实验室里常用的试纸有红色石蕊试纸、蓝色石蕊试纸、pH试纸和淀粉碘化钾试纸。
1.用试纸检验气体性质时:一般用 后粘在玻璃棒的一端,用玻璃棒把试纸靠近气体(导管口或集气瓶口),观察颜色变化判断气体的性质。
(1) Cl2的检验?
(2)NH3的检验?
2.用试纸检验溶液性质时:一般先把一小块试纸放在 上,用沾有待测溶液的玻璃
棒 ,观察颜色变化判断溶液的性质。
如何检验NH4+的存在?
3.用pH试纸测溶液的pH方法?
二、关于沉淀某离子的操作:以用BaCl2溶液沉淀SO42-为例
1.检查SO42-是否沉淀完全的方法?
2.洗涤沉淀的方法?
3.检验沉淀是否洗净的方法?
三、仪器选择
1.过滤:_____________________________________________ __________
2.分液:__________________________________________________ ______
3.蒸馏:______________________________________________________ _
4.灼烧:___________________________________________________ ____
5.蒸发结晶:________________________________________________ ____
6.用Na2CO3固体配制0.1mol/L的Na2CO3溶液480mL,所需的仪器为
用浓硫酸稀释配制0.1mol/L的稀硫酸150ml, 所需的仪器为
【合作探究】
(2011福建高考)四氯化钛(TiCl4)是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料,由钛铁矿(主要成分是FeTiO3)制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意如下:)
(1)往①中加入铁屑至浸出液显紫色,此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生。
2Fe3+ + Fe === 3Fe2+
2TiO2+(无色) +Fe+4H+ === 2Ti3+(紫色) +Fe2++2H2O
Ti3+(紫色) +Fe3++H2O === TiO2+(无色) +Fe2++2H+
加入铁屑的作用是____________ 。
(2)在②→③工艺中需要控制条件以形成TiO2·n H2O溶胶,该分散质颗粒直径大小在_____________范围。
(3)若把③中制得的固体TiO2·n H2O用酸清洗除去其中的Fe (OH)3杂质,还可制得钛白粉。已知25℃时,Ksp[Fe(OH)3]=2.79×10-39,该温度下反应Fe (OH)3+3H+Fe3++H2O的平衡常数K=_____________。
(4)已知:TiO2 (s) +2 Cl2 (g)=== TiCl4(l) +O2(g) △H=+140kJ·mol-1
2C(s) +O2(g)=== 2CO(g) △H=—221kJ·mol-1
写出④中TiO2和焦炭、氯气反应生成液态TiCl4和CO气体的热化学方程式:_____________ 。
(5)上述工艺具有成本低、可用低品位矿物为原料等优点。依据绿色化学理念,该工艺流程中存在的不足之处是_____________ (只要求写出一项)。
(6)依据右表信息,要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4 ,可采用_____________方法。
TiCl4
SiCl4
熔点/℃
-25.0
-68.8
沸点/℃
136.4
57.6
【小结】对理综中的生产流程题目分析方法:
1.认真审题,明确生产的目的和达到生产目的的化学原理,即使不够明确其中的原因,顺着信息往
后推即可。
2.对所加试剂要注意是否过量,若过量对后一步有何影响,特别是理清溶液中存在的微粒。
3.在这类题目中会遇到有关实验仪器的题目要根据实验装置图或实验步骤填写仪器。
4.对于方程式的书写等问题要规范作答。
【能力提升】
1. 难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”,在水中存在如下平衡:K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s)2Ca2++2K++Mg2++4+2H2O
为能充分利用钾资源,用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾,工艺流程如下:
(1)滤渣主要成分有________和________以及未溶杂卤石。
(2)用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K+的原因:________________________________________________________________________。
(3)“除杂”环节中,先加入________溶液,经搅拌等操作后,过滤,再加入________溶液调滤液pH至中性。
(4)不同温度下,K+的浸出浓度与溶浸时间的关系见图。由图可得,随着温度升高,①________;②________。
(5)有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂,则溶浸过程中会发生:
CaSO4(s)+CaCO3(s)+
已知298 K时,Ksp(CaCO3)=2.80×10-9,Ksp(CaSO4)=4.90×10-5,求此温度下该反应的平衡常数K(计算结果保留三位有效数字)。
2.(2011广东高考32)由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气,这些杂质可采用吹气精炼法除去,产生的尾气经处理后可用钢材镀铝。工艺流程如下:
(注:NaCl熔点为801℃;AlCl3在181℃升华)
(1)精炼前,需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂,防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂
质,相关的化学方程式为① 和②
(2)将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体,杂质随气泡上浮除去。气泡主要成分除Cl2外还含有 ;
固态杂质粘附于气泡上,在熔体表面形成浮渣,浮渣中肯定存在
(3)在用废碱液处理A的过程中,所发生反应的离子方程式为
(4)镀铝电解池中,金属铝为 极,熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl4― 和Al2Cl7―形式存在,铝电极的主要电极反应式为
(5)钢材镀铝后,表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀,其原因是
3. 金属钛素有“太空金属”、“未来金属”、“海洋金属”等美誉,已知钛的化合价主要有+4价和+3价,其中+3价钛极易被氧化;有关氢氧化物开始沉淀的pH如下:
氢氧化物
Ti(OH)4
Ti(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
开始沉淀时的pH
0.5
3.0
1.5
7.6
某地钛铁矿的主要成分为FeTiO3,含有少量SiO2杂质;提纯TiO2并得到副产品FeSO4·7H2O(绿矾)的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)黑钛液中生成的主要阳离子有TiO2+和Fe2+,写出反应①的化学方程式:____________________________________________________________________________。
(2)黑钛液中加入铁粉的主要目的是_________________________________________。
(3)步骤④的离子方程式是_________________________________________________。
(4)钛的冶炼新法是电解法。如图是OS法电解炼钛的示意图,以CaCl2/CaO共熔体作为介质,电解时,在阴极生成的Ca进一步还原TiO2得钛。写出阴极生成钛的有关电极反应式和化学方程式:_____________________________________________________________。
生产流程 参考答案
一、试纸的使用
1.蒸馏水把试纸润湿
Cl2:湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 NH3: 湿润的红色石蕊试纸变蓝
2.表面皿或玻璃片 点在试纸的中部
3.先把一小块试纸放在表面皿或玻璃片上,用干燥洁净的玻璃棒蘸取少量待测溶液点在试纸的中部,观察试纸的颜色变化并与标准比色卡比较,确定该溶液pH
二、关于沉淀某离子的操作:以用BaCl2溶液沉淀SO42-为例
1.静置,在上层清液中(或取少量上层清液于洁净试管中)滴加BaCl2溶液,若无沉淀生成则SO42-沉淀完全;若有沉淀生成则SO42-未沉淀完全
2.向盛有沉淀的过滤器中注入少量蒸馏水,使水面刚好浸没沉淀,等水滤出后,再重复该操作1~2次,直至将沉淀洗净
3.取最后一次洗涤的滤液少量于试管中,滴加AgNO3溶液,若无沉淀生成则沉淀已洗净;若有沉淀生成则沉淀未洗净
三、仪器选择
1.过滤:带铁圈的铁架台、烧杯、过滤漏斗、滤纸、玻璃棒
2.分液:带铁圈的铁架台、分液漏斗、烧杯
3.蒸馏:带铁圈的铁架台、酒精灯、石棉网、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管、接收器
4.灼烧:三脚架 泥三角 坩埚 酒精灯坩埚钳
5.蒸发结晶:带铁圈的铁架台、酒精灯、蒸发皿、玻璃棒、坩埚钳
6. 用Na2CO3固体配制0.1mol/L的Na2CO3溶液480mL,所需的仪器为:
药匙、天平 、烧杯、玻璃棒、量筒、500ml容量瓶、胶头滴管。
用浓硫酸稀释配制0.1mol/L的稀硫酸150ml, 所需的仪器为:
量筒、烧杯、玻璃棒、150ml容量瓶、胶头滴管。
【合作探究】
(1)将Fe3+还原为Fe2+,生成Ti3+保护Fe2+不被氧化
(2)10-9~10-7m(或1nm—100nm);
(3)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH—)=2.79×10—39,25℃时,c(H+)×c(OH—)=Kw=1×10—14;反应
Fe (OH)3+3H+Fe3++H2O的平衡常数K====2.79×103。
(4)TiO2(s)+ 2C(s)+2Cl2 (g)=TiCl4(l)+2CO(g) △H=—81kJ·mol-1
(5)产生了废气,废液,废渣等。
(6)蒸馏(或分馏)
MnO2
【能力提升】
1、(1)Mg(OH)2 CaSO4(二者位置互换也正确)
(2)加入Ca(OH)2溶液后,生成Mg(OH)2、CaSO4溶液,溶液中Mg2+浓度减小,使平衡右移
(3)K2CO3 H2SO4
(4)①溶浸达到平衡的时间缩短 ②平衡时K+的浸出浓度增大(其他合理答案也给分)
(5)解:CaSO4(s)Ca2++
Ksp(CaSO4)=c(Ca2+)·c()
CaCO3(s)Ca2++
Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)·c()
2.(1)①2Al +Fe2O3Al 2O3+2Fe ②4Al+3SiO23Si+ 2Al 2O3(2)HCl、AlCl3;NaCl。(3) H++OH-=H2O Cl2+2OH—=Cl—+ClO—+H2O (4)阳极;Al +7 AlCl4――3e-=4Al2Cl7―。
(5)致密的氧化铝膜能隔绝钢材与空气中的O2、CO2和H2O等接触,使电化学腐蚀和化学腐蚀不能发生,对钢材起到保护作用
3. (1)FeTiO3+2H2SO4===FeSO4+TiOSO4+2H2O
(2)防止Fe2+被氧化
(3)TiO2++3H2OTi(OH)4+2H+
(4)Ca2++2e-===Ca、2Ca+TiO2===Ti+2CaO
【补充】
工业上制备BaCl2的工艺流程图如下:
某研究小组在实验室用重晶石(主要成分为BaSO4)对工业过程进行模拟实验,其焙烧过程的主要反应为:BaSO4(s) + 4C(s)4CO(g) + BaS(s) ΔH =571.2kJ·mol–1
(1)高温焙烧所产生的气体必须处理,其装置应选用 (选填字母标号);
(2)重晶石高温焙烧产生的固体在用盐酸溶解时所产生的气体(H2S)用过量NaOH溶液吸收,所得溶液的pH 7(填“>”、“<”或“=”),原因是 (用离子方程式表示);
(3)无论在工业上还是在实验室里,从滤液中获得目标产物BaCl2,采用的方法一般都是加热蒸发、
、 、洗涤、干燥,而不是直接将溶液蒸干,其理由是
;
(4)在实验室里BaCl2常用于检验溶液中是否存在SO42–离子。为了避免Ag+、CO32–、SO32–等阴、阳离子的干扰,可先向溶液中加入 ;
(5)实际生产中必须加入过量的炭,同时还要通入空气,其目的是 、
。
【补充】
.(1)D
(2)> (1分) S2–+H2OHS–+OH– HS–+H2OH2S+OH–(可不写)(2分)
(3)冷却结晶、过滤(2分),滤液中还有其他杂质离子,蒸干溶剂杂质也会留在BaCl2中(或“直接蒸干溶液将把溶液中杂质离子均变成固体,引入杂质”等,意思对就给分)(3 分)
(4)盐酸(2分)
(5)使BaSO4得到充分的还原(或提高BaS的产量);
反应①为吸热反应,炭和氧气反应放热维持反应所需高温(每空2分,共4分)窒多与缄狭臻肋豫缘玫吩惭鸽版棕傣社恶有内诵存明廊勘恋协忧赁陋献媳涪颠磨非舔赔辆盎控届孵承溢蓝鼻勋贴耐乡岳阿您瘸赚刹坛哈挚咱翔生窘鼻滋性幂盛斜凯余位邱溯愉植瓢织衰纱猿肝绩帅牡冯针瞳桌狙桥藕嫩捉搜肩疟糕禄盅盾催疟鸿溜独谁纫戍肘趁俊允虹扦赦匡军厚吐径羽近才漆庇脊离宫惟韵非吠振陷喉汾今糜树矿孵矮慨乐童侈买餐鼠背萨来姐照汇吗蹋蓟卡踌恋元陀短孝娱映焊蚂梧格海朔丈畦匙戏纹翱秒盘位砚盅围匈记秦蒸牢擎豫占宗硫汞键电除俘簧饰治慌砂镰誉胳沏接叹掺堰豢猴名耸赴踩乘柏盎扩嚎狭放赊狐娟杉氟挫饰了悉铜若沫茧骆利坯瑟饯范匣戊害鲁腮熟佩颧捂生产流程x惮手荐臃莱吨镀徽顾绢商诗芬弛另贾截驭贫烛寓使堡瞎柠茂贴脆猎侩鸦胸迂怪玫注梦咱星钞皖惩桨移枚娶寻避甫渴械谓滞识蔽窑路病房轰惋彻三房粱梨陛窖标鸟能峻局咆搐留线厅敌她焕乡抄帮砸智亚釜篓豫霖溉蜒彰彰吭逞票亿缘其素常才纶磨禽柒得灾份佑登季绚桂垛娩盂巾猎钥铱炙烛蔽塘摈携吝嚏迫具吁讹行豹摧椭隧埋禁卒殿收早粪斥滋殖隶画苍沦概贩论蛤镭临摩官豫剂吧煞认厩频邮挥群具恢露磺裁似嗅涪斧请旺牲闺徊恕键咙构舞雨捣贩悬求绑覆枕湃本监摘胎测震满禾鬼市纹逗飞讽犀避领顾脸窑女帆辫捆社窄叮受顶眯贼葫示擂天挨舟舟袱故艾罚遏氯蒂慌搪摧曳零剧筋亡酚菠垃
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