化学实验与工业流程相结合归纳.docx

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1、化学实验与工业流程相结合导学案【知识积累一】化工生产主要解决六方面问题：1、 解决将原料转化为产品的生产原理；2、 除去所有杂质并分离提纯产品；3、 提高产量与产率；4、 减少污染，考虑 “绿色化学”生产；5、 原料的来源既要考虑丰富，还要考虑成本问题；6、 生产设备简单，生产工艺简便可行等工艺生产问题化学工艺流程题，一般也就围绕这六个方面设问求解。要准确、顺利解答工艺流程题，学生除了必须要掌握物质的性质和物质之间相互作用的基本知识以及除杂分离提纯物质的基本技能外，最关键的问题要具备分析工艺生产流程的方法和能力。【知识积累二】常见与工业生产有关的化学反应传统工业不能丢 工业制粗硅 制漂白粉 工

2、业制硫酸 合成氨工业 工业制硝酸 氯碱工业 工业制玻璃 工业制纯碱 【知识积累四】工业流程题中常用的关键词原材料：矿样（明矾石、孔雀石、蛇纹石、大理石、锂辉石、黄铜矿、锰矿、高岭土，烧渣），合金（含铁废铜），药片（补血剂），海水（污水）灼烧（煅烧）：原料的预处理，不易转化的物质转化为容易提取的物质： 如海带中提取碘酸：溶解、去氧化物（膜）、调节PH促进水解（沉淀）碱：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节PH促进水解（沉淀）氧化剂：氧化某物质，转化为易于被除去（沉淀）的离子氧化物：调节PH促进水解（沉淀）控制PH值：促进某离子水解，使其沉淀，利于过滤分离煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离

3、；除去溶解在溶液中的气体，如氧气趁热过滤：减少结晶损失；提高纯度 解题方法：（首尾分析法）流程图的呈现特点：主要有以物质名称、操作名称和设备名称三种形式。对工艺流程试题,首先对比分析生产流程示意图中的原材料与产品,从对比分析中找出原料与产品之间的关系,弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂分离提纯产品的化工工艺,然后再结合题设的问题,逐一推敲解答.【练习1】聚合氯化铝是一种新型、高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态的碱式氯化铝Al2(OH)nCl6-n本实验采用铝盐溶液水解絮凝法制备碱式氯化铝。其制备原料为分布广、价格廉的高岭土，化学组成为：Al2O3（25%34%）、SiO2（40%5

4、0%）、Fe2O3（0.5%3.0%）以及少量杂质和水分。已知氧化铝有多种不同的结构，化学性质也有差异，且一定条件下可相互转化；高岭土中的氧化铝难溶于酸。制备碱式氯化铝的实验流程如下：根据流程图回答下列问题：“煅烧”的目的是_。配制质量分数15的盐酸需要200 mL 30的浓盐酸（密度约为1.15 gcm3）和_ g蒸馏水，配制用到的仪器有烧杯、玻璃棒、_。“溶解”过程中发生反应的离子方程式为_。加少量铝粉的主要作用是_。“调节溶液pH在4.24.5”的过程中，除添加必要的试剂，还需借助的实验用品是_；“蒸发浓缩”需保持温度在90100，控制温度的实验方法是_。解析：对比原料与产品可知，该生产

5、的主要工序：一是除去原料高岭土中的杂质，二是将Al203利用水解絮凝法转化为产品。再进一步分析，除铁用铝置换后过滤，高岭土中的Al203不溶于酸，必须经煅烧改变结构。该题经这样分析，题设的所有问题的答案并在分析之中。参考答案：（1）改变高岭土的结构，使其能溶于酸。（2）230；量筒 。（3）Al203+6H+=2Al3+3H2OFe2O3+6H+=2Fe3+3H2O（4）除去溶液中的铁离子； （5）pH计（或精密pH试纸）；水浴加热点评 首尾分析法是一种解工艺流程题的常见方法，这种方法的特点：简单、直观，很容易抓住解题的关键，用起来方便有效。使用这一方法解题，关键在于认真对比分析原材料与产品的

6、组成，从中产生将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了，围绕生产主线所设计的系列问题，也就可解答了。【练习2】（07上海）将磷肥生产中形成的副产物石膏（CaSO42H2O）转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。（1）本工艺中所用的原料除CaSO42H2O、KCl外，还需要 等原料（2）写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式： （3）过滤操作所得固体中，除CaCO3外还含有 （填化学式）等物质，该固体可用作生产水

7、泥的原料。（4）过滤操作所得滤液是(NH4)2SO4溶液。检验滤液中含有CO32的方法是： 。（5）已知不同温度下K2SO4在100g水中达到饱和时溶解的量如下表：温度（）02060K2SO4溶解的量(g)7.411.118.260时K2SO4的饱和溶液591g冷却到0，可析出K2SO4晶体 g（6）氯化钙结晶水合物（CaCl26H2O）是目前常用的无机储热材料，选择的依据是 a 熔点较低（29熔化） b 能导电 c 能制冷 d 无毒（7）上述工艺流程中体现绿色化学理念的是： 。答案：（1）CaCO3 NH3 H2O；（2）CaSO4CO32CaCO3SO42；（3）CaSO4（4）滤液中滴加

8、盐酸产生气泡；（5）54g；（6）a d（7）碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等（原子利用率高，没有有害物质排放到环境中）解析：此题是一道以工业生产为背景的实验题，考查了实验基本操作、离子检验、溶解度计算等。从生产流程图可以看出，所需原料除CaSO42H2O、KCl外，还需要氨气、石灰石和水。硫酸钙是微溶的，碳酸钙是难溶的，因此石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后生成了碳酸钙和硫酸铵，生成的碳酸钙中混有石膏。碳酸根的检验可用酸化的方法，若产生气泡说明虑液中含有碳酸根。硫酸钾饱和溶液在结晶过程中溶剂的量不不变，查表可知不同温度下的溶解度，先求出591饱和液中含

9、有的水是500g，在0可溶解硫酸钾37g，所以析出晶体54g。作为储热材料，要求能在室温左右的温度下工作，且对人体无害，故选ad；绿色化学要求整个生产过程中不排放污染物，原子利用率高，因此生产流程中碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用【知识积累五】化工生产的主要操作：过滤、结晶、重结晶、洗涤、干燥、灼烧、分液、重复操作2-3次等。其中结晶应注意：（1）当溶液是单一溶质时 所得晶体不带结晶水（如NaCl、K NO3）： 蒸发、结晶 所得晶体带结晶水（如CuSO4.5H2O、摩尔盐即硫酸亚铁铵(NH4)2SO4FeSO46H2O）： 蒸发浓缩（至有晶膜出现）

10、，冷却结晶，过滤（2）当溶液中有两种或以上溶质时 要得到溶解度受温度影响小的溶质：浓缩（结晶），趁热过滤 要得到溶解度受温度影响大的： 蒸发浓缩，冷却结晶，过滤绿色化学理念：（1）环境污染问题；（2）原子的经济性；（3）节约能源（包括使用催化剂）；（4）原料应是可再生的（或者可循环使用）；（5）工艺的安全性【练习3】.胆矾是一种常见的化合物，工业上它也是一种制取其它含铜化合物的原料。现有废铜（主要杂质为Fe）来制备胆矾。有人设计了如下流程：pH值控制可参考下列数据物 质开始沉淀时的pH值完全沉淀时的pH值氢氧化铁2.73.7氢氧化亚铁7.69.6氢氧化铜5.26.4请根据上述流程回答下列问题：

11、（1）A物质可选用_（填字母）。a稀H2SO4 b浓H2SO4/ D c浓FeCl3溶液 d浓HNO3 （2）I中加H2O2的目的_。（3）II中加Cu2（OH）2CO3的目的是_；其优点是_。（4）III加热煮沸时发生的化学反应的离子方程式为_。（5）V中加H2SO4调节pH=1是为了_。（6）V到VI的操作是 （7）某工程师认为上述流程中所加的A物质并不理想，需作改进，其理由是_。如何改进_。答案：.（1）b； （2）将亚铁离子氧化为铁离子； （3）中和过量的硫酸，调节溶液的pH，使Fe3+水解完全而沉淀；不引入新的杂质； （4）Fe3+3H2O=Fe（OH）3+3H+；（条件：加热） （

12、5）抑制Cu2+的水解 （6）蒸发浓缩，冷却结晶，过滤（7）产生污染环境的二氧化硫，硫酸利用率低；加热，并在稀硫酸中通入氧气。（其它合理答案，酌情给分）【课后巩固】1明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料，明矾石的组成和明矾相似，此外还含有氧化铝和少量氧化铁杂质。具体实验步骤如下图所示：根据上述图示，完成下列填空： (1）明矾石焙烧后用稀氨水浸出。配制500mL稀氨水（每升含有39.20g氨）需要取浓氨水（每升含有251.28g氨）_mL，用规格为_mL量筒量取。(2）氨水浸出后得到固体混合体系，过滤，滤液中除K、SO42外，还有大量的NH4。检验NH4的方法是_。(3）写出沉淀物中所有物质的化

13、学式_。(4）滤液I的成分是水和_。(5）为测定混合肥料K2SO4、(NH4)2SO4中钾的含量，请完善下列步骤：称取钾氮肥试样并溶于水，加入足量_溶液，产生白色沉淀。_、_、_(依次填写实验操作名称)。冷却、称重。(6）若试样为mg，沉淀的物质的量为nmol，则试样中K2SO4的物质的量为：_mol（用含有m、n的代数式表示）。2（09年上海化学27）实验室用大理石等原料制取安全无毒的杀菌剂过氧化钙。大理石的主要杂质是氧化铁，以下是提纯大理石的实验步骤：（1）溶解大理石时，用硝酸而不同硫酸的原因是 。（2）操作的目的是 ，溶液A（溶质是共价化合物）是 。（3）写出检验滤液中是否含铁离子方程式

14、： 。（4）写出加入碳酸铵所发生反应的离子方程式： 。写出滤液B的一种用途： 。（5）CaO2中一般含CaO。试按下列提示完成CaO2含量分析的实验设计。试剂：氢氧化钠标准溶液、盐酸标准溶液、酚酞 仪器：电子天平、锥形瓶、滴定管实验步骤： ；加入 ；加入酚酞，用氢氧化钠标准溶液滴定。（6）若理论上滴定时耗用标准溶液20.00mL恰好完全反应，实际操作中过量半滴（1mL溶液为25滴），则相对误差为 。3. 亚氯酸钠（NaClO2）是一种重要的含氯消毒剂。以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：溶解NaClO3 H2O溶解稀H2SO4ClO2发生器SO2和空气混合气吸 收160g/LNaOHH2

15、O2过滤滤液NaClO23H2O已知：NaClO2的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出NaClO23H2O。ClO2的沸点为283K，纯ClO2易分解爆炸，常用稀有气体或空气稀释防止爆炸性分解HClO2在25时的电离常数与硫酸的第二步电离常数相当，可视为强酸。（1）160 gL1NaOH溶液的物质的量浓度为_。若要计算该溶液的质量分数，还需要的一个数据是_。（2）ClO2发生器中所发生反应的化学方程式为_。发生器中鼓入空气的作用可能是_（选填序号）。(a)将SO2氧化成SO3，增强酸性；(b)稀释ClO2以防止爆炸；(c)将NaClO3氧化成ClO2（3）吸收塔中为防止产生NaClO

16、2被继续还原成NaCl，所用还原剂的还原性应适中。除H2O2处，还可以选择的还原剂是_（填序号）ANa2O2BNa2SCFeCl2DKMnO4（4）在碱性溶液中NaClO2比较稳定，所以吸收塔中应维持NaOH稍过量，判断NaOH是否过量的简单实验方法是_。（5）从滤液中得到NaClO23H2O粗晶体的实验操作依次是_（选填序号）。A蒸馏B蒸发C灼烧D过滤E冷却结晶（6）从滤液中得到NaClO23H2O晶体还必须进行的操作是_（填操作名称）。2、（1）4 molL1；溶液的密度；（2）2NaClO3SO2H2SO42ClO22NaHSO4 或2NaClO3SO22ClO2Na2SO4（2分）b；

17、（3）A；（4）定吸收塔内溶液的pH；（5）BED或ED；（6）重结晶4. 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：（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_。氢氧化物Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2开始沉淀pH1.53.39.4（2）进行操作时，控制溶液pH78（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

18、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aMgCO3bMg(OH)2cH2O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）：样品称量 高温分解 _ _ MgO称量（6）18.2 g产品完全分解后，产生6.6 g CO2和8.0 g MgO，由此可知，产品的化学式中：a_，b_，c_。5回收的废旧锌锰于电池经过处理后得到锰粉(含MnO2、Mn(OH)2、Fe、乙炔和黑炭等)，由锰粉制取MnO2的步骤如下图所示。根据上图所示步骤并参考表格数据，回答下列问题。（1）在加热条件下用浓盐酸浸取锰粉，所得溶液中含有Mn2+、F

19、e2+等。MnO2与浓盐酸反应的离子方程式为 。（2）锰粉经浓盐酸浸取，过滤I除去不溶杂质后，向滤液中加入足量H2O2溶液，其作用是_。（3）过滤I所得滤液经氧化后，需加入NaOH溶液调节pH约为5.1，其目的是_。（4）过滤所得滤液加入足量H2O2溶液并加入NaOH溶液调节pH约为9，使Mn2+氧化得到MnO2，反应的离于方程式为 。（5）实验室进行过滤操作时需要用到的玻璃仪器有 。6.以黄铜矿（主要成分是CuFeS2，含少量杂质SiO2）为原料炼铜的方法分为高温炼铜和湿法炼铜两种。近年来，湿法炼铜有了新进展，科学家发现有一种细菌在酸性水溶液、氧气存在下，可以将黄铜矿氧化成硫酸盐： 4CuF

20、eS22H2SO417O24CuSO42Fe2(SO4)32H2O某工厂运用该原理生产铜和绿矾的工艺如下：黄铜矿粉固体A加入试剂a反应反应加入试剂b滤液操作绿矾反应Cu反应反应过滤回答下列问题：（1）固体A的成分为 （写化学式）；（2）写出反应的化学方程式 ；（3）试剂a为 ，试剂b为 ；（4）欲从溶液中获得绿矾晶体，分离操作应为 、 、 。答案：1【解析】（1）根据稀释前后溶质质量不变得：0.5L39.2g/Lv251.28g/L，v0.078L78mL。为了减少误差，最好选用与氨水的实际体积稍大一点的量筒即可。（2）NH4的检验方法是先将NH4中加入强碱，使之转化为NH3，然后检验NH3：

21、用润湿的红色石蕊试纸放在向移的试管口，试纸变蓝色，说明有氨气放出，原物质中含有铵根离子。（3）Al33NH3H2O=Al(OH)33NH4，根据题意明矾石中含有Al2O3、Fe2O3，所以沉淀物为Al(OH)3、Al2O3和Fe2O3。（4）由于明矾石的组成与明矾相似，所以滤液的成分中含有K2SO4和反应后生成的(NH4)2SO4以及水。（5）混合肥料中含有K2SO4和(NH4)2SO4，要产生白色沉淀，加入的溶液为BaCl2或Ba(NO3)2溶液，以后的操作为：先将混合液过滤，然后洗涤，最后干燥，冷却后称量。（6）根据题意有：174n(K2SO4)132n(NH4)2SO4=mg，再由SO守

22、恒得：n(K2SO4)n(NH4)2SO4=nmol ，n (K2SO4) mol。【答案】(1)78；100。(2)取滤液少许，加入NaOH，加热，生成的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。(3)Al(OH)3；Al2O3；Fe2O3。(4)K2SO4；(NH4)2SO4。(5)BaCl2；过滤；洗涤；干燥。(6)mol。2解析：(1)H2SO4与CaCO3反应生成CaSO4，CaSO4微溶于水，附着在CaCO3的表面，阻止反应进一步发生。(2)溶液A应呈碱性且溶质为共价化合物，故溶液A是氨水，目的是除去Fe3。(3)Fe3能与KSCN溶液反应生成红色的Fe(SCN)3，用此反应物质来检验Fe3

23、的存在。(4)滤液B的主要成分是NH4NO3，可用于制造化肥。(5)首先称量固体的质量，再加入过量的盐酸标准溶液，过量的盐酸再用NaOH标准溶液滴定。(6)半滴溶液的体积为mL，则相对误差为100%0.1%。答案：(1)硫酸钙微溶于水(2)除去溶液中Fe3氨水(3)取少量滤液，向其中加入硫氰化钾溶液，溶液不变红色，说明滤液中不含Fe3；或取少量滤液，向其中加入硫氰化钾溶液，溶液变红色，说明滤液中含Fe3(4)Ca2CO=CaCO3作化肥(5)称量过量的标准盐酸(6)0.1%3、（1）4 molL1；溶液的密度；（2）2NaClO3SO2H2SO42ClO22NaHSO4 或2NaClO3SO2

24、2ClO2Na2SO4（2分）b；（3）A；（4）定吸收塔内溶液的pH；（5）BED或ED；（6）重结晶4、Fe3+ 、Al3+；Al(OH)3，Mg(OH)2；NaOH，过滤、洗涤、灼烧；CO2；测出CO2的质量；测出水蒸气的质量；3、1、3。解析(1)蛇纹石矿被盐酸溶解 (SiO2不与盐酸反应。以固体形式先被除去，这时溶液中的、Fe3+、A13+是杂质。且该溶液呈强酸性。需除去Fe3+、A13+、H+(2)从流程图中可看出是将Fe3+、A13+转变成Fe(OH)3、(0H)3沉淀。但除Fe3+、A13+的过程中一定不能损失Mg2为达到这个目的。题示应用的原理是水解，只要加入一种能消耗H的物

25、质，就能使上述水解平衡向水解方向移动题给方案是加Ca(0H)2的方法，先加入适量的Ca(0H)2，将Fe3+沉淀，要求pH33，这时可以得到Fe(0H)(即沉淀物A，其中含少量氢氧化铝沉淀)，过滤后再继续加Ca(OH)2，使Al3+转变为Al (0H)3沉淀(即沉淀物B)。这一步加入的Ca(0H)2不能太多。需将溶液的pI-I控制在78以内若pH小于7，则AP不能完全沉淀；若pH过高。则将导致生成的Al(0H)3又溶解。同时Mg2+也会转化为沉淀而损失掉最后先将Mg2+转化成Mg(HCO3)2。再在控制加热的条件下利用水解原理生成碱式碳酸镁。在此过程中是可重复使用的(3)制纯净的o3时应将其中

26、含有的少量(0H)3除去除(OH)3的方法是利用它能溶解在强碱中。而Fe(0H)3不溶的性质(OH)3溶解后的操作是过滤、洗涤、灼烧(5)是确定碱式碳酸镁组成的实验方案，原理是口MNXhbMg(OH)2cH2o塑(n+6)MgO+aCCh十+(b+c)H2O需测定的数据有：样品的质量，MgO的质量，生成的O32的质量(或体积)，生成的水的质量(6)rt-t(样品)=182gm(o32)=66gm(Met3)：80gm(H2O)=182g一66g一80g=36gn(MgO)：潞=02moln(CCh)=潞66：015mol(H20)砸3602mol从而得a：b：c=015：005：015=3：1：3。即a=3。b：1。c=356（共9分）（1）Fe(OH)3 、CuO（2分） （2）CuSO4 + Fe Cu + FeSO4 （2分） （3）稀H2SO4，铁粉（2分） （4）蒸发浓缩、冷却结晶、过滤（3分）8