小专题氛围溶剂压强控制（初步定稿）

课题：课题：工艺流程——氛围、溶剂、压强控制工艺流程总第(8)期整理与编辑：沈立鹏一、化学反应氛围控制依据产品质量要求以及反应物的“个性”，工业实践中需将化学反应置于某种氛围中进行，最常见的情况主要有①隔绝空气：主要是防止还原性物质被空气中的O2氧化；②在空气中：空气是廉价的原料借助其中的成分尤其是氧气参与化学反应；③通入稀有气体：考虑防止物质被氧化、潮解等。1．聚硅酸铁是目前无机高分子絮凝剂研究的热点，一种用钢管厂的废铁渣（主要成分Fe3O4，少量碳及二氧化硅）为原料制备的流程如下：酸浸时，通入O2的目的是_____________，该反应的离子方程式为_________。【答案】将FeSO4氧化为Fe2(SO4)34Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O【解析】酸浸时有亚铁离子生成，通入氧气能将亚铁离子氧化为铁离子；反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O，故答案为：将FeSO4氧化为Fe2(SO4)3；4Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O；2．我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：氧化除杂工序中ZnO的作用是_____________，若不通入氧气，其后果是___________。【答案】调节溶液的pH无法除去杂质Fe2＋【解析】由金属离子形成氢氧化物沉淀的pH可知，需要将Fe2+转化为Fe3+，生成Fe（OH）3沉淀除去，故加入ZnO与溶液中的H+反应，调节溶液pH来沉淀Fe3+；若不通入氧气，则无法将Fe2+转化为Fe3+，完全沉淀Fe2+时Zn2+也会被沉淀。故答案是调节溶液的pH；无法除去杂质Fe2＋；3.目前世界上60%的镁是从海水中提取的，从海水中提取的MgCl2制得Mg和Cl2，进一步联合用金红石(主要成分TiO2)冶炼金属钛，工业上其主要的生产流程如下：工业上冶炼金属钛的上述生产流程，其第2步是在稀有气体氛围和加热的条件下，用镁与TiCl4反应得到钛，写出这步反应的化学方程式____________________，该反应时稀有气体氛围的作用是_____________________________________，该反应的金属冶炼方法属于是____________________。【答案】TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti做保护气热还原法【解析】在稀有气体氛围保护下，镁与TiCl4反应得到钛和氯化镁，反应的化学方程式为：TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti；加热的条件下，镁还原TiCl4得到钛，所以该反应的金属冶炼方法属于热还原法，故答案为：TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti；做保护气；热还原法。4．CuCl2常用于颜料、木材防腐等工业，并用作消毒剂、媒染剂、催化剂。工业上用粗制的氧化铜粉末（含杂质FeO和SiO2）来制取无水CuCl2的流程如下：第④步蒸发操作必要的仪器有铁架台（含铁圈）、坩埚钳、石棉网、。需要在氯化氢气流中蒸干制取无水氯化铜的原因是。【答案】酒精灯、蒸发皿、玻璃棒；氯化氢可抑制CuCl2的水解【解析】第④步蒸发操作必要的仪器有铁架台（含铁圈）、坩埚钳、石棉网、酒精灯、蒸发皿、玻璃棒。由于氯化铜在溶液中水解生成氢氧化铜和氯化氢，所以需要在氯化氢气流中蒸干制取无水氯化铜的原因是氯化氢可抑制CuCl2的水解。5．锌是一种应用广泛的金属，目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌．某含锌矿的主要成分为ZnS(还含少量FeS等其他成分)，以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示：硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行，所产生焙砂的主要成分的化学式为_____________；【答案】ZnO【解析】含锌矿的主要成分是ZnS，与空气中氧气发生氧化还原反应，则焙砂的主要成分为ZnO，故答案为：ZnO。6．（16分）钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)是无公害型冷却水系统的金属缓蚀剂，由钼精矿（主要成分是MoS2，含少量PbS等）制备钼酸钠晶体的部分流程如下：（1）焙烧的过程中采用的是“逆流焙烧”的措施，则该措施的优点是：。（2）写出焙烧时生成MoO3的化学方程式为：。【答案】（1）增大钼精矿与空气接触，使其充分反应，提高原料的利用率（2）2MoS2+7O22MoO3+4SO2（3分）7．某化工集团为了提高资源利用率减少环境污染，将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链．其主要工艺如下：反应2Mg+TiCl42MgCl4+Ti在Ar气氛中进行的理由是__________．【答案】Mg和Ti都有强还原性，在Ar气氛中可以防止被氧化【解析】Mg和Ti都有强还原性，在高温条件易空气中氧气被氧化，而在Ar气氛中可以防止被氧化。8．金属镉广泛用于合金制造及电池生产等，一种用铜镉废渣（含Cd、Zn、Cu、Fe及Co等单质）制取海绵镉的工艺流程如下：（1）步骤Ⅰ进行破碎和粉磨的目的是_________。（2）步骤Ⅱ需隔绝O2的原因________（用文字和方程式说明）。【答案】提高原料浸取率和浸取时反应速率防止发生2Cu+4H++O2=2Cu2++2H2O，导致铜被浸出【解析】（1）步骤Ⅰ进行破碎和粉磨目的是增大接触面积，提高原料浸取率和浸取时反应速率。（2）为防止2Cu+4H++O2=2Cu2++2H2O发生，导致铜被浸出，所以步骤Ⅱ需隔绝O2。9．石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯与综合利用工艺如下：(注：SiCl4的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃)(1)向反应器中通入Cl2前，需通一段时间N2，主要目的是__________________。【答案】排出装置中的空气【解析】（1）向反应器中通入Cl2前，需通一段时间N2，主要目的是排出装置中的空气二、溶剂控制许多无机化学反应是在水溶液中进行的，也有一些反应需加人某种有机溶剂以改变某些性状。无机反应中，选择溶剂主要考虑物质在溶剂中的溶解性和溶剂的挥发性。1．铝铁合金可在某些航天器件中替代钛铝合金，大幅度降低成本。如下实验流程可利用废弃的钛铝合金制备聚合硫酸铁和明矾：②浓缩时向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的是。③加入试剂Y的目的是调节pH，所加试剂Y为；溶液的pH对[Fe2(OH）x(SO4）y]n中x的值有较大影响（如图1所示），试分析pH过小（pH＜3）导致聚合硫酸铁中x的值减小的原因：。【答案】②降低聚合硫酸铁的溶解度，以便析出；所得产物易于干燥（2分）③Fe2O3或Fe(OH）3（1分）pH过小，会抑制Fe3+的水解（2分）【解析】②Fe与稀H2SO4反应生成FeSO4，而聚合硫酸铁中的Fe为+3价，所以需要用氧化剂H2O2将Fe2+氧化产生Fe3+。为促使Fe3+水解，加入Y可调节pH，为不引入杂质，Y应为Fe2O3或Fe(OH）3。在溶液中浓缩时加入乙醇，可以降低聚合硫酸铁的溶解度，便于其析出，另外乙醇易挥发，产品易干燥。③[Fe2(OH）x(SO4）y]n中x为(OH）x的下标值，当pH值越小时，会抑制Fe3+水解，生成的[Fe2(OH）x(SO4）y]n越小，不利用物质的制备。2．工业废铁屑(含有一些不溶于酸的杂质)为原料生产硫酸钾、过二硫酸铵和氧化铁红颜料，其主要流程如下：（3）工业生产上常在反应Ⅲ的过程中加入一定量的醇类溶剂，其目的是____________；【答案】降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出【解析】因K2SO4在醇中的溶解度小，工业生产上常在反应Ⅲ的过程中加入一定量的醇类溶剂，这样可降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出；3．1871年门捷列夫最早预言了类硅元素锗，锗元素在元素周期表中与硅元素同族，并位于硅的下一周期。1886年德国化学家温克勒发现和分离了锗元素，并以其祖国的名字命名为“Ge”。锗是重要的的半导体材料，其有机化合物在治疗癌症方面有着独特的功效。已知：①丹宁是一种有机沉淀剂，可与四价锗络合形成沉淀：②GeCl4易水解，在浓盐酸中溶解度低。步骤④不选用稀盐酸，而选用浓盐酸的原因可能是__________、________(写出两点)。【答案】防止四价锗水解防止GeO2不能充分反应，有利于GeCl4析出【解析】由于GeCl4易水解，在浓盐酸中溶解度低，所以用浓盐酸溶解GeO2，同时可防止四价锗水解，防止GeO2不能充分反应，有利于GeCl4析出，故答案为：防止四价锗水解，防止GeO2不能充分反应，有利于GeCl4析出；4．实验室用如图所示装置制备KClO溶液，再与KOH、Fe（NO3）3溶液反应制备高效净水剂K2FeO4．已知：K2FeO4易溶于水、微溶于浓KOH溶液，在0℃～5℃的强碱性溶液中较稳定．（制备KClO及K2FeO4）（3）K2FeO4粗产品含有Fe（OH）3、KCl等杂质，其提纯步骤为：①将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3mol/L溶液中，②，③，④搅拌、静置、过滤，用乙醇洗涤2～3次，用乙醇洗涤的理由_____________.⑤在真空干燥箱中干燥．（测定产品纯度）【答案】KOH过滤将滤液置于冰水浴中，向滤液中加入饱和KOH溶液K2FeO4易溶于水，防止用水洗涤时晶体损失【解析】K2FeO4易溶于水、微溶于浓KOH溶液，所以提纯K2FeO4粗产品时可以①将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3mol/LKOH溶液中，②过滤，③将滤液置于冰水浴中，向滤液中加入饱和KOH溶液，④搅拌、静置、过滤，因K2FeO4易溶于水，防止用水洗涤时晶体溶解会损失，改用乙醇洗涤2～3次，⑤在真空干燥箱中干燥；5．镍及其化合物在生产生活中有着极其重要的作用。现以低品位镍红土矿(主要成分为镍的氧化物、Fe2O3·H2O和SiO2等)为原料制备兰尼镍的工艺流程如图所示：甲同学取该浸出液，控制pH为2～3，经过－系列操作，制取少量NiSO4·7H2O晶体。其控制pH为2～3的目的为____________________________________________________。【答案】抑制镍离子水解防止生成沉淀【解析】控制pH为2～3的目的为抑制镍离子水解防止生成沉淀；三、压强控制对于有气体参加的化学反应，增加气体的分压可提高化学反应速率在一定时间段内提高较贵重原料的转化率。1．（山西省晋中市2022届高三1月高考适应性考试理科综合）碲被誉为“现代工业、国防与尖端技术的维生素”，工业上常用铜阳极泥(主要成分是Cu2Te，含Ag、Au等杂质)为原料提取碲并回收金属其工艺流程如下：已知：TeO2是两性氧化物，微溶于水，易溶于较浓的强酸和强碱。回答下列问题：“加压酸浸1”过程中将碲元素转化成TeO2，应控制溶液的pH为4.5~5.0，酸度不能过高，原因是_________，其中“加压”的目的是_____。写出“加压酸浸1”过程中Cu2Te发生反应的化学方程式__________。【答案】溶液酸性过强，TeO2会继续与酸反应导致碲元素损失增大O2浓度,加快反应速率，提高浸出率Cu2Te+2O2+2H2SO42CuSO4+TeO2+2H2O【解析】“加压酸浸1”过程中将碲元素转化成TeO2，应控制溶液的pH为4.5~5.0，酸度不能过高，原因是；TeO2是两性氧化物，溶液酸性过强TeO2会继续与H2SO4反应而导致磅元素损失。“加压浸出”过程的离子方程式为：Cu2Te+2O2+4H＋=2Cu2＋+TeO2+2H2O；其中“加压”的目的是：增大O2浓度,加快反应速率，提高浸出率；“加压酸浸1”过程中Cu2Te发生反应的化学方程式为Cu2Te+2O2+2H2SO42CuSO4+TeO2+2H2O。2．聚合硫酸铁（PFS）是水处理中重要的絮凝剂，如图是以回收废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程．相对于常压蒸发，减压蒸发的优点是____________。【答案】可以防止温度过高，聚合硫酸铁分解【解析】减压蒸发可以防止温度过高，导致产物分解。3．亚氯酸钠(NaClO2)是一种重要的杀菌消毒剂。以氯酸钠(NaC1O3)为原料制备NaC1O2粗品的工艺流程如下图所示。己知：①纯C1O2易分解爆炸，空气中C1O2的体积分数在10%以下比较安