专题化学工艺流程专题.doc

专题 化学工艺流程专题
【学习目标】
1、学会分析化学工艺流程题的一般方法，
2、归纳工艺流程题的常见问题类型和解答思路。
3、能用基本理论、元素化合物、实验等化学知识科学、规范表达。
【学习重点】分析方法、答题思路、规范表达。
【学习过程】
一、 样题研究，发现规律
思考：工业流程图中一般可以分为几个阶段？阅读工业流程图的合理方法是什么？
工业生产流程主线与核心的分析如下图：

【流程阅读方法指导】
第一，浏览全题，确定该流程的目的—由何原料获得何产物(副产物)，对比原料和产物。
第二，精读局部，明确反应原理—确定各步反应物、产物(正、逆向推断法结合)。尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出。
第三，针对问题再读图，明确要求—结合基础理论与实际问题，科学表述、规范书写
例题：聚硅硫酸铁（PFSS）是新型无机高分子混凝剂，广泛应用于水的净化处理。PFSS化学组成可表示为：[Fe2(OH)n(SO4)3－n/2(SiO2)x]m，由钢渣合成PFSS主要工艺流程如下：

(1)酸浸时，采用100～140℃和2～3h，其目的是 　　　 。
(2)氧化时，需将溶液冷却到40℃以下，其目的是 　　　　　　　 。

开始沉淀pH
沉淀完全pH
Al3+

3.5

表1
4.7

Fe3+

1.9

3.2

(3)除Al3+时，先调节pH值到 　　 。（参见表1），得Fe(OH)3沉淀，过滤除去滤液，再用硫酸溶解Fe(OH)3得硫酸铁溶液。
(4)Na2Si03溶液可由Si02渣除杂后与35%的NaOH溶液反应 制备，该反应的离子方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
【问题规律】
(1)加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。
(2)降温的目的：防止某物质在高温时分解或为使化学平衡向着题目要求的方向移动。
(3)控制pH在一定范围的目的：使某些离子沉淀，而其他离子不沉淀。
1．酸性条件下，锡在水溶液中有Sn2+、Sn4+两种主要存在形式。SnSO4是一种重要的硫酸盐，广泛应用于镀锡工业，其制备路线如下：
酸溶
盐酸
反应I
碳酸钠
过滤
滤液
漂洗
SnCl2
硫酸
搅拌
锡粉
反应Ⅱ
气体
SnSO4
蒸发结晶

回答下列问题：
⑴SnCl2用盐酸而不用水直接溶解的原因是 ，加入Sn粉的作用是 。
⑵反应I生成的沉淀为SnO，写出该反应的化学方程式： 。
⑶检验沉淀已经“漂洗”干净的方法： 。
⑷反应Ⅱ硫酸的作用之一是控制溶液的pH，若溶液中c(Sn2+)=1.0mol·L—1，则应控制溶液pH 。已知：Ksp[Sn(OH)2]=1.0×10—26。
【问题规律】
(1)溶液的配制需考虑物质的性质，如是否易水解、易被氧化等。
(2)检验沉淀洗净方法：先分析洗涤除去的离子，再选择合适的试剂，如洗Cl-，
可用硝酸酸化的AgN03溶液。取最后一次洗涤液少许于试管中，加入……溶液，若无沉淀
产生，则已经洗净。
(3)结晶操作方法：①受热易分解的晶体(包括结晶水合物)：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；②一般晶体：蒸发结晶，趁热过滤。
2、以硫酸工业的SO2尾气、氨水、石灰石、焦炭、碳酸氢铵和氯化钾等为原料，可以合成有重要应用价值的硫化钙、硫酸钾、亚硫酸铵等物质。合成路线如下：
焦炭
CaCO3 空气

CaS

反应ⅢIII

CaSO4

反应I

CO

CO2

KCl

碳酸氢铵 氨气

二氧化硫尾气

K2SO4
反应V

反应IV

CaCO333333

NH4Cl
氨水

（NH4)2SO3· H2O

反应II

①生产中，向反应II中的溶液中加入适量还原性很强的对苯二酚等物质，其目的是 。
②下列有关说法正确的是 。
高温
A． 反应Ⅰ中需鼓入足量空气，以保证二氧化硫充分氧化生成硫酸钙
B． 反应III中发生反应的化学方程式为CaSO4＋4C === CaS＋4CO↑
C．反应IV需控制在60～70℃,目的之一是减少碳酸氢铵的分解
D．反应V中的副产物氯化铵可用作氮肥
③ 反应V中选用了40%的乙二醇溶液，温度控制在25℃，此时硫酸钾的产率超过90%，选用40%的乙二醇溶液原因是 。
④（NH4)2SO3可用于电厂等烟道气中脱氮，将氮氧化物转化为氮气，同时生成一种氮肥，形成共生系统。写出二氧化氮与亚硫酸铵反应的化学方程式 。
【问题规律】
(1)加入过量试剂的目的：使反应物完全反应。
(2)能循环利用的物质：既是原料又是某些反应的产物。
【讨论归纳】化工流程图考查的主要问题有哪些：
1、
2、
3、
二、设计研究，反思问题
CoCl2·6H2O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3，还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2·6H2O的工艺流程如下：

已知：①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等；
②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
Mn(OH)2
开始沉淀
2.7
7.6
7.6
4.0
7.7
完全沉淀
3.7
9.6
9.2
5.2
9.8

③萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图8
请根据以上流程和信息，设计问题
问题1：
问题2：
问题3：
三、答案研究，形成规范：评价答题情况，在评价思考中进行提升。
四、对照目标，巩固检测
1．（2011年江苏）以硫铁矿（主要成分为FeS2）为原料制备氯化铁晶体（FeCl3·6H2O）的工艺流程如下：

回答下列问题：
（1）在一定条件下，SO2转化为SO3的反应为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，该反应的平衡常数表达式为K= ；过量的SO2与NaOH溶液反应的化学方程式为
（2）酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是 、 。
（3）通氯气氧化时，发生的主要反应的离子方程式为 ；该过程产生的尾气可用碱溶液吸收，尾气中污染空气的气体为 （写化学）。
2、（2012年江苏）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(NO3)2，其部分工艺流程如下：
(1)一定条件下，NO与NO2存在下列反应：NO(g)＋NO2(g) N2O3(g)，其平衡常数表达式为K= 。
(2)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底部进入，石灰乳从吸收塔顶部喷淋)，其目的是 ；滤渣可循环利用，滤渣的主要成分是 (填化学式)。
(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 ；若n(NO) ：n(NO2)＜1：1,则会导致 。
(4)生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式 。
例题．(1)提高铁元素的浸取率（写成“提高反应速率”、“加速完全溶解”等合理答案不扣分，2分）
(2)防止H2O2分解损失（2分）
(3)3.2—3.5（2分）
(4) SiO2+2OH－=SiO32－+H2O(2分)
1、⑴抑制Sn2+水解 防止Sn2+被氧化
⑵SnCl2+Na2CO3=SnO+CO2↑+2NaCl
⑶取最后一次洗涤液，向其中加入AgNO3溶液，若无沉淀，则说明洗涤干净
⑷小于1
2、①防止亚硫酸铵被氧化（1分）
②ABCD（4分）
③ K2SO4在有机溶剂乙二醇中溶解度小，能充分析出（2分）
④ 4(NH4)2SO3＋2NO2＝4(NH4)2SO4＋N2（2分）

二、设计研究，反思问题
(1)写出浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式 ▲ 。
(2)NaClO3的作用是 ▲ 。
(3)加Na2CO3调pH至5.2所得沉淀为 ▲ 。
(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图8。萃取剂的作用是 ▲ ；其使用的适宜pH范围是 ▲ 。 A．2.0~2.5 B．3.0~3.5 C．4.0~4.5
1． （1） SO2+NaOH=NaHSO3
（2）提高铁元素的浸出率 抑制Fe3+水解
（3）Cl2+2Fe2+=2Cl—+2Fe3+ Cl2、HCl
2、(1)k=c(N2O3)/c(NO)·c(NO2)
(2)使尾气中NO、NO2被充分吸收 Ca(OH)2
(3)放气体中NO含量升高 产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高
(4)3NO2－＋2H＋=NO3－＋2NO↑＋H2O

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