知識點十二-化工生產(chǎn)流程-高一化學上學期期中期末復習系列(人教版2019必修第一冊)

知識點十二化工生產(chǎn)流程知識體系常見的物質(zhì)制備的工藝流程1．工藝流程圖的結構箭頭箭頭進入的是投料（即反應物）、出去的是生成物（包括主產(chǎn)物和副產(chǎn)物）三線出線和進線均表示物料流向或操作流程，可逆線表示物質(zhì)循環(huán)使用規(guī)律①主線主產(chǎn)品；②分支副產(chǎn)品；③回頭為循環(huán)1．審問題——明確答什么①不要答非所問：要看清題目要求，按要求答題，防止答非所問。②規(guī)范答題：回答問題要準確全面，注意語言表達的規(guī)范性，特別是化學用語的書寫與表示要準確、規(guī)范。2．流程審題三方法首尾分析法對一些線型流程工藝(從原料到產(chǎn)品為一條龍的生產(chǎn)工序)試題，首先對比分析流程圖中第一種物質(zhì)(原材料)與最后一種物質(zhì)(產(chǎn)品)，從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關系，弄清生產(chǎn)過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜、分離、提純產(chǎn)品的化工工藝，然后再結合題設的問題，逐一推敲解答分段分析法對于用同樣的原材料生產(chǎn)多種(兩種或兩種以上)產(chǎn)品(包括副產(chǎn)品)的工業(yè)流程題，用分段分析法更容易找到解題的切入點交叉分析法有些化工生產(chǎn)選用多組原材料，先合成一種或幾種中間產(chǎn)品，再用這一中間產(chǎn)品與部分其他原材料生產(chǎn)所需的主流產(chǎn)品，這種題適合用交叉分析法。就是將提供的工業(yè)流程示意圖結合常見化合物的制取原理劃分成幾條生產(chǎn)流水線，然后上下交叉分析工藝流程中常見的操作常見的操作目的或方法原料處理表面處理除去金屬表面油污，如用碳酸鈉溶液除去鐵表面的油污除去金屬表面氧化物，如用NaOH除去鋁表面的氧化膜粉碎(研磨)將塊狀或顆粒狀物質(zhì)磨成粉末，增大反應物接觸面積，使反應更充分以加快反應速率浸取向固體中加入適當溶劑或溶液，使其中可溶性的物質(zhì)溶解，包括：水浸(固體加水后，發(fā)生反應或溶解得到離子)酸浸(固體加酸后，發(fā)生反應或溶解得到金屬離子，不溶物通過過濾除去)堿浸(固體加堿后，發(fā)生反應或溶解得到金屬離子，不溶物通過過濾除去)灼燒(煅燒)使固體在高溫下分解或改變結構、使雜質(zhì)高溫氧化、分解，除去有機物等等除雜轉(zhuǎn)化加過量試劑使某物質(zhì)完全轉(zhuǎn)化(或增大某物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率)加氧化劑如加入綠色氧化劑H2O2將Fe2＋氧化轉(zhuǎn)化為Fe3＋，綠色氧化劑H2O2的優(yōu)點：不引入新雜質(zhì)，對環(huán)境無污染為生成目標產(chǎn)物的價態(tài)而加入氧化劑(如在堿性條件下，加入過氧化氫把Cr3＋氧化成CrOeq\o\al(2－,4))調(diào)節(jié)溶液的pH利用題給金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH信息，選擇pH范圍，使雜質(zhì)離子以氫氧化物沉淀出來。調(diào)節(jié)溶液pH常用：①稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、酸性氣體(如二氧化碳)等；②氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉、金屬氧化物、碳酸氫銨等物質(zhì)分離過濾、(重)結晶、蒸發(fā)、蒸餾等常規(guī)操作1．濾液和濾渣(沉淀)成分的判斷濾液成分的判斷原物質(zhì)中含有的可溶性的離子(如Na＋)與所加試劑(如稀硫酸、氯化鋇等)中的離子生成的可溶物，則濾液的成分為Na2SO4、NaCl等加入的過量的可溶性物質(zhì)生成的可溶性物質(zhì)濾渣成分的判斷過量的難溶或微溶的反應物原料中不參與反應的物質(zhì)生成的難溶物2．分離提純（1）過濾：分離難溶物和易溶物，根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾(防止某物質(zhì)降溫時會大量析出)或者抽濾等方法。如何檢驗離子是否沉淀完全取靜置后的上層清液于試管中，繼續(xù)加沉淀劑，若無沉淀生成，則沉淀完全如何洗滌沉淀洗滌方法選擇沉淀洗滌方法向過濾器中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流下后，重復以上操作2～3次洗滌試劑水洗除去晶體表面可溶性雜質(zhì)冰水洗a.洗去晶體表面的雜質(zhì)離子；b.減少晶體溶解損耗乙醇等有機溶劑洗a.洗去晶體表面的雜質(zhì)離子；b.減少晶體溶解損耗；c.使晶體快速干燥判斷沉淀是否洗滌干凈取最后一次洗滌濾液，滴加試劑，若無沉淀產(chǎn)生，證明已洗滌干凈，反之未洗滌干凈。常檢驗洗滌濾液中是否含有SOeq\o\al(2－,4)、Cl－、Fe3＋，方法如下：SOeq\o\al(2－,4)取少許最后一次的洗滌濾液，滴入鹽酸酸化，無明顯現(xiàn)象，再滴入BaCl2溶液，若不出現(xiàn)白色渾濁，則已洗滌干凈Cl－取少許最后一次的洗滌濾液，滴入硝酸酸化，再滴入AgNO3溶液，若不出現(xiàn)白色渾濁，則已洗滌干凈Fe3＋取少許最后一次的洗滌濾液，滴入KSCN溶液，若不出現(xiàn)血紅色，則已洗滌干凈（2）結晶方式蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶適用于雜質(zhì)的溶解度隨溫度變化不大的物質(zhì)分離提純，如除去KNO3中的少量NaCl或受熱易分解的物質(zhì)，如晶體水合物、銨鹽等蒸發(fā)結晶、趁熱過濾適用于雜質(zhì)的溶解度隨溫度變化較大物質(zhì)的分離提純，可減少雜質(zhì)晶體的析出，如除去NaCl中的少量KNO3。趁熱過濾的方法：漏斗預熱，用少量熱蒸餾水通過過濾器，帶加熱裝置的漏斗、抽濾具體結晶方法如下：析出晶體類型溶解度曲線操作方法不帶結晶水得到溶解度受溫度影響小的溶質(zhì)，如除去KCl中少量的KNO3蒸發(fā)結晶、趁熱過濾(洗滌、干燥)得到溶解度受溫度影響大的溶質(zhì)，如除去KNO3中少量的KCl蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶(過濾、洗滌、干燥)反應后的體系，如向Ca(ClO3)2溶液中加入稍過量KCl固體，從該溶液中盡可能多地析出KClO3固體蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶(過濾、洗滌、干燥)帶結晶水帶結晶水，如CuSO4·5H2O晶體蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶(過濾、洗滌、干燥)帶不同結晶水，得到低溫產(chǎn)物，如FeSO4·7H2O晶體加熱濃縮得到60℃飽和溶液，冷卻至0℃結晶，過濾(少量冰水洗滌，低溫干燥)帶結晶水帶不同結晶水，得到高溫產(chǎn)物，如MnSO4·H2O晶體滴加稀硫酸酸化，溫度高于40℃蒸發(fā)結晶、趁熱過濾(酒精洗滌，低溫干燥)注意：1．晶體的干燥：要得到干燥的晶體，常見的干燥方法有自然晾干、濾紙吸干、在干燥器中干燥、烘干(適用于熱穩(wěn)定性較好的物質(zhì))。2．增大礦石物質(zhì)的浸出率的措施有：攪拌、加熱、升溫，增大浸出液的濃度，粉碎增大固液接觸面，延長浸出時間。工藝流程中條件控制和措施選擇控制條件具體措施和目的控制pH使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀而分離。如：Fe(OH)3、Zn(OH)2開始沉淀至沉淀完全的pH范圍分別為1.5～3.3、5.4～8.2，則要除去Zn2＋溶液中的Fe3＋，應控制溶液的pH范圍為3.3～5.4，使雜質(zhì)離子沉淀完全而有效成分不沉淀控制氣氛(保護氣)在空氣中要考慮O2、H2O、CO2或其他氣體是否參與反應或能否達到隔絕空氣，防氧化、潮解等目的通入空氣：①氧化某離子(如SOeq\o\al(2－,3)、Fe2＋)；②起攪拌作用控制溫度加熱方式常用熱水浴、冰水浴或油浴目的防止副反應的發(fā)生控制反應速率物質(zhì)轉(zhuǎn)化角度控制固體的溶解與結晶升溫：促進溶液中的氣體逸出降溫：防止物質(zhì)高溫分解或揮發(fā)，降溫(或減壓)可以減少能源成本，降低對設備的要求保溫：趁熱過濾，減少因降溫而析出的溶質(zhì)的量控制濃度礦石溶解時，增加酸的濃度：加快反應速率，提高浸出率生產(chǎn)中常使廉價易得的原料適當過量，以提高另一原料的利用率控制壓強反應物為氣體，加壓可以加快反應速率真空干燥(或減壓烘干)：加快干燥速度，防止失去結晶水，防止被氧化1．反應條件的控制對于條件的控制和選擇，主要是溫度、濃度、酸堿度等方面，它們的微切口如下：溫度溫度介于某兩個范圍內(nèi)或不高于、不低于某溫度。采用兩點論，即若低于某溫度，則影響反應速率；若高于某溫度，則某些物質(zhì)揮發(fā)或分解濃度不能太濃，不能太稀。太稀，反應太慢或不利于反應的進行；太濃，物質(zhì)易分解或揮發(fā)，影響后續(xù)反應的用量2．工藝流程中的溫度控制的思維方向和答題模板（1）思維方向變化結果思維方向注意事項產(chǎn)生有利的結果是否提高反應速率產(chǎn)生不利的結果是否發(fā)生副反應①注意題目給出的副反應發(fā)生的條件②注意溫度升高易被氧化的物質(zhì)，如Fe2＋是否有物質(zhì)揮發(fā)①注意題給低沸點物質(zhì)，如液溴等②注意是否有氣體參與反應過程，氣體在溶液中的溶解度一般隨溫度的升高而降低是否有物質(zhì)分解注意反應中是否有熱穩(wěn)定性較差的物質(zhì)參與，如銨鹽、結晶水合物、碳酸酸式鹽、雙氧水、氨水等（2）答題模板溫度控制工藝步驟目的升溫高溫原料處理物質(zhì)浸出：礦石溶解時加熱，加速溶解、加快反應速率，提高浸出率物質(zhì)轉(zhuǎn)化氣體逸出：升溫，促進溶液中的氣體逸出降溫低溫原料處理①防止某物質(zhì)在高溫時分解[如氨水，NH4Cl、NH4HCO3等銨鹽，H2O2、濃硝酸、NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3等物質(zhì)]②防止某物質(zhì)揮發(fā)(如乙醇等有機物，HCl、HNO3、Br2)或碘升華物質(zhì)轉(zhuǎn)化①防止失去結晶水(低溫干燥，在溶液中不用考慮)②防止副反應的發(fā)生保溫(控溫)物質(zhì)轉(zhuǎn)化原因分析：溫度控制在T1～T2℃或保持溫度在T℃左右：溫度太低反應速率太慢(溶解速率太慢)，溫度太高某物質(zhì)容易分解或揮發(fā)等①常用保持高溫方式：水浴水浴的優(yōu)點：使反應物均勻受熱，溫度低于100℃，便于控制溫度變化。高于100℃用油浴、沙?、诔Ｓ帽３值蜏胤绞剑罕》蛛x提純①蒸發(fā)濃縮：蒸發(fā)除去部分溶劑，提高溶液的濃度②蒸發(fā)結晶：蒸發(fā)溶劑，使溶液由不飽和變?yōu)轱柡?，繼續(xù)蒸發(fā)，過剩的溶質(zhì)就會呈晶體析出③趁熱過濾：減少因過濾過程中降溫而析出的溶質(zhì)的量，一般用于析出混合溶液中溶解度隨溫度變化較小的物質(zhì)，前一步操作為蒸發(fā)結晶，如KCl、KNO3混合溶液中，蒸發(fā)結晶析出KCl后，趁熱過濾，防止KNO3晶體析出【例題】氧化鐵黃(化學式為FeOOH)是一種黃色顏料，實驗室用部分變質(zhì)的綠礬(FeSO4·7H2O)為原料制取少量氧化鐵黃，其流程如下：（1）氧化過程中FeSO4生成氧化鐵黃的化學方程式：________________________________。（2）洗滌時，證明沉淀已經(jīng)洗滌完全的實驗操作和現(xiàn)象是__________________________________________。（3）色光度是產(chǎn)品質(zhì)量的指標之一，合格氧化鐵黃的色光度值范圍為－0.5～0.5。氧化過程溶液pH對產(chǎn)率、色光度的影響如右圖所示，氧化時應控制pH的合理范圍是3.5～4.0左右，pH過小或過大均會導致氧化鐵黃產(chǎn)率較低，其可能原因是__________________________________________________?！敬鸢浮浚?）4FeSO4＋8KOH＋O24FeOOH＋4K2SO4＋2H2O（2）取最后一次洗液少量于試管，向試管中先加鹽酸，無現(xiàn)象，再加滴加氯化鋇溶液，無現(xiàn)象，則洗滌干凈，反之，則未洗凈（3）pH過小，酸性較強，則氧化鐵黃部分溶于酸中，pH過大，堿性較強，則部分亞鐵離子與堿、氧氣反應生成氫氧化鐵【解析】（1）氧化過程中FeSO4與KOH和O2反應生成FeOOH、K2SO4和H2O；（2）證明沉淀已經(jīng)洗滌完全只需檢驗最后一次洗滌濾液中無SOeq\o\al(2－,4)；（3）pH過小，酸性較強，F(xiàn)eOOH部分溶于酸中；pH過大，堿性較強，部分Fe2＋被氧化為氫氧化鐵。一、選擇1．（2021年安徽蕪湖高一上期末）某化學興趣小組按照如下流程進行“由鎂鋁合金制備硫酸鋁晶體”的實驗。下列有關說法不正確的是A．金屬X的原子結構示意圖為B．固體A的化學式為Al(OH)3C．硫酸鋁在水中的電離方程式為：Al2(SO4)32Al3＋＋3SO2－D．操作②包含的步驟有蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、蒸餾、洗滌、干燥2．工業(yè)上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，含F(xiàn)e2O3雜質(zhì))為原料冶煉鋁的工藝流程如下：下列敘述正確的是A．按上述流程，試劑X可以是氫氧化鈉溶液，也可以是鹽酸B．反應①過濾后所得沉淀為氫氧化鐵C．圖中所有的轉(zhuǎn)化反應都不是氧化還原反應D．反應②的離子方程式為AlO－＋CO2＋2H2OAl(OH)3↓＋HCO－3．聚合氯化鋁鐵[AlFe(OH)nCl6－n]m用于生活給水及工業(yè)給水的凈化處理。以工業(yè)廢料(Fe、Al、FeO、Fe2O3、Al2O3)為原料生產(chǎn)該產(chǎn)品的流程如下，下列說法錯誤的是A．產(chǎn)品中鐵元素的化合價為＋3B．甲溶液中一定存在的陽離子有H＋、Al3＋、Fe2＋、Fe3＋C．試劑X可以用H2O2，目的是將Fe2＋氧化為Fe3＋D．乙溶液呈酸性4．（2021年四川雅安高一上學期期末）從某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工業(yè)廢液中回收銅并制備氯化鐵晶體的流程如下。下列說法正確的是A．試劑a是鐵、試劑b是稀硫酸B．操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用儀器相同C．試劑c是氯氣，相應的反應為2Fe2＋＋Cl22Fe3＋＋2Cl－D．用酸性KMnO4溶液可檢驗溶液W中是否含有Fe2＋5．高鐵酸鉀(K2FeO4)是新型的綠色環(huán)保水處理劑。一種制備K2FeO4的流程如下：下列說法錯誤的是A．步驟i中反應的離子方程式：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋2Fe3＋＋2H2OB．步驟ii說明堿性條件下，氧化性：Na2FeO4＞NaClOC．步驟iii的反應為復分解反應，說明溶解度：Na2FeO4＞K2FeO4D．K2FeO4作為性能優(yōu)良的水處理劑，主要是利用了其強氧化性和還原后產(chǎn)生的具有絮凝作用的Fe(Ⅲ)二、從制造印刷電路板的腐蝕廢液（主要含F(xiàn)eCl3、FeCl2、CuCl2）中回收銅，并重新獲得FeCl3溶液，處理流程如圖：請回答下列問題：（1）試劑①為_______、試劑③為_______。（2）濾渣B中主要含有__________。（3）步驟（Ⅱ）的化學方程式為_______________________________。（4）某Fe2(SO4)3溶液可能含有Fe2＋，從下列試劑中選擇檢驗Fe2＋存在的最佳試劑_____（填字母）。若存在Fe2＋，則上述檢驗的實驗現(xiàn)象為___________________________________________。A．氫氧化鈉溶液 B．酸性KMnO4溶液 C．氯水 D．KSCN溶液三、（2020年全國Ⅲ改編）某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質(zhì)。采用如下工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體（NiSO4·7H2O）：溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金屬離子Ni2＋Al3＋Fe3＋Fe2＋開始沉淀時（c＝0.01mol·L?1）的pH沉淀完全時（c＝1.0×10?5mol·L?1）的pH7.28.73.74.72.23.27.59.0回答下列問題：（1）Al及其氧化物“堿浸”時發(fā)生的離子方程式為__________________、_________________。（2）Ni“酸浸”時反應的離子方程式為___________________________。（3）“轉(zhuǎn)化”時反應的離子方程式為___________________________。（4）為了保證“濾液③”中0.01mol·L－1的Ni2＋不沉淀，F(xiàn)e3＋沉淀完全，則控制的pH范圍為___________________________。參考答案一、選擇1．【答案】D【解析】A項，Mg、Al合金中加入足量NaOH溶液，2Al＋2NaOH＋2H2O2NaAlO2＋3H2↑，過濾后可得金屬Mg，則金屬X為Mg，Mg是12號元素，原子結構示意圖為，正確；B項，NaAlO2溶液中加稀硫酸，生成Al(OH)3沉淀，所以固體A為Al(OH)3，正確；C項，向Al(OH)3沉淀中再加稀硫酸，生成Al2(SO4)3，Al2(SO4)3是強電解質(zhì)，在水中完全電離，電離方程式為Al2(SO4)32Al3＋＋3SO42－，正確；D項，Al2(SO4)3溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，得到Al2(SO4)3晶體，錯誤。2．【答案】D【解析】A項，由溶液乙通入過量的CO2生成氫氧化鋁沉淀可知，溶液乙中含有偏鋁酸根離子，故試劑X為氫氧化鈉溶液，不可能為鹽酸，錯誤；B項，Al2O3溶于氫氧化鈉溶液得到NaAlO2溶液，F(xiàn)e2O3與氫氧化鈉溶液不反應，則過濾后所得沉淀為Fe2O3，錯誤；C項，電解熔融Al2O3冶煉金屬鋁屬于氧化還原反應，錯誤；D項，反應①過濾后所得溶液乙為NaAlO2溶液，向NaAlO2溶液中通入過量CO2生成Al(OH)3沉淀和碳酸氫鈉，反應的離子方程式為AlO－＋CO2＋2H2OAl(OH)3↓＋HCO－，正確。3．【答案】B【解析】向廢料中加入過量稀鹽酸，金屬及氧化物反應變?yōu)锳l3＋、Fe3＋、Fe2＋進入溶液甲中，向其中加入過量H2O2，F(xiàn)e2＋被氧化為Fe3＋，然后用NaOH溶液調(diào)整溶液pH，發(fā)生聚沉得到聚合氯化鋁鐵[AlFe(OH)nCl6－n]m。A項，假設Fe元素化合價為＋x，聚合氯化鋁鐵[AlFe(OH)nCl6－n]m中各種元素化合價代數(shù)和等于0，可得3＋x－n－(6－n)＝0，解得x＝＋3，即產(chǎn)品中鐵元素的化合價為＋3，正確；B項，廢料中的Al、Al2O3與足量鹽酸反應產(chǎn)生Al3＋，F(xiàn)e、FeO與鹽酸反應產(chǎn)生Fe2＋；Fe2O3與鹽酸反應產(chǎn)生Fe3＋，F(xiàn)e3＋氧化性強，可能與Fe、Al反應產(chǎn)生Fe2＋，由于廢料中Al、Fe及Fe2O3的物質(zhì)的量關系無法確定，因此不能確定反應后的溶液中Fe元素的存在形式中是否含有Fe3＋，錯誤；C項，向甲溶液中加入的試劑X可以用H2O2，目的是將Fe2＋氧化為Fe3＋，然后通過調(diào)節(jié)溶液pH，使Al3＋、Fe3＋轉(zhuǎn)化為聚合氯化鋁鐵[AlFe(OH)nCl6－n]m，正確；D項，溶液顯堿性或中性時會Fe3＋會轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，不能得到聚合氯化鋁鐵[AlFe(OH)nCl6－n]m，則此時溶液顯酸性，正確。4．【答案】C【解析】A項，由最終要得到的氯化鐵及流程圖知b是鹽酸，錯誤；B項，操作Ⅰ和操作Ⅱ是過濾，操作Ⅲ為蒸發(fā)結晶，所用儀器有差異，錯誤；C項，濾液Z和X中均含有氯化亞鐵，因此c為氯氣，正確；D項，高錳酸鉀能氧化氯離子而褪色，因此不能用于檢驗是否含有亞鐵離子，錯誤。5．【答案】B【解析】根據(jù)制備流程分析，F(xiàn)eSO4溶液在酸性條件下與H2O2發(fā)生氧化還原反應得到Fe2(SO4)3，F(xiàn)e2(SO4)3與NaClO在堿性條件下發(fā)生氧化還原反應得到Na2FeO4，Na2FeO4與飽和的KOH溶液反應得到K2FeO4粗品，經(jīng)洗滌干燥后得到K2FeO4純品。A項，由上述分析可知，步驟ⅰ為FeSO4溶液在酸性條件下與H2O2發(fā)生氧化還原反應生成H2O和Fe2(SO4)3，根據(jù)氧化還原反應規(guī)律可得反應的離子方程式為2Fe2＋＋H2O2＋2H＋2Fe3＋＋2H2O，正確；B項，步驟ⅱ為Fe2(SO4)3與NaClO在堿性條件下發(fā)生氧化還原反應得到Na2FeO4，氧化劑是NaClO，氧化產(chǎn)物為Na2FeO4，故氧化性：NaClO＞Na2FeO4，錯誤；C項，步驟ⅲ為Na2FeO4與飽和的KOH溶液發(fā)生復分解反應得到K2FeO4粗品，溶解度大的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解度小的物質(zhì)，故溶解度：Na2FeO4＞K2FeO4，正確；D項，由于K2FeO4具有強氧化性，因此可用于水的殺菌消毒，且其還原產(chǎn)物產(chǎn)生的Fe3＋水解得到Fe(OH)3的膠體，具有絮凝的作用，故K2FeO4是性能優(yōu)良的水處理劑，正確。二、【答案】（1）FeCl2（2）Fe、Cu（3）Fe＋2HClFeCl2＋H2↑（3）B酸性KMnO4溶液紫（紅）色褪去【解析】題中通過制造