小专题工艺流程评价类问题格式修改

课题：课题：工艺流程——流程评价工艺流程总第(5)期整理与编辑：沈立鹏一：答题方向减损增产：(1)减损：某操作使流程中损失(浪费)减少。如用冰水或乙醇洗涤产物，减少产物的损失。(2)增产：或者某操作使产品总量增加。如提纯粗盐后，NaCl质量反而高于本来的质量。高能污染：(1)高能：反应中能耗过高，常见有电解，加热等操作会使得能耗变高。(2)污染：流程中有污染物生成。如NOX、Cl2等。原子经济：(1)原子：指提高原子利用率，反应物是否尽可能多的转化为生成物。(2)经济：指工业生产中要符合经济效益，原材料成本尽可能降低。试剂循环：反应中的副产物能够再次投入使用，达到试剂的循环。1．某化工小组研究银铜复合废料（表面变黑，生成Ag2S）回收银单质及制备硫酸铜晶体，工艺如下:（废料中的其他金属含量较低，对实验影响可忽略）已知：①AgCl可溶于氨水，生成[Ag(NH3)2]+；②Ksp（Ag2SO4）=×10-5，Ksp（AgCl）=×10-10；③渣料中含有少量银和硫酸银（微溶）。洗涤滤渣II，与粗银合并，目的是________________________________。【答案】为提高Ag的回收率【解析】渣料中含有少量银和硫酸银（微溶），必须回收，洗涤滤渣II，与粗银合并，目的是为提高Ag的回收率。2．以废旧铅酸电池中的含铅废料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO（s）+NaOH（aq）NaHPbO2（aq），其溶解度曲线如图所示。①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是(选填序号)。A．减少PbO的损失，提高产品的产率B．重复利用氢氧化钠，提高原料的利用率C．增加Na2SO4浓度，提高脱硫效率②过滤Ⅲ的目的是提纯，综合上述溶解度曲线，简述过程Ⅲ的操作_______________________。【答案】①A、B；②将粗PbO溶解在一定量35%NaOH溶液中，加热至110℃，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤、洗涤并干燥得到PbO固体。【解析】①过程Ⅱ脱硫过程中发生的反应为PbSO4+2NaOH==PbO+Na2SO4+H2O，而滤液Ⅰ中含有硫酸，可降低溶液的pH，使平衡：PbO（s）+NaOH（aq）NaHPbO2（aq）逆向移动，减少PbO的损失，提高产品的产率，同时重复利用NaOH，提高原料的利用率答案选AB；②根据PbO的溶解度曲线，提纯粗Pb的方法为将粗PbO溶解在35%NaOH溶液中配成高温下的饱和溶液，降温结晶、过滤，洗涤并干燥即可得到PbO。3．锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-=LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是__________________________。【答案】有氯气生成，污染较大【解析】盐酸具有还原性和酸性，可用盐酸代替硫酸和H2O2的混合液，LiCoO2能将盐酸氧化成Cl2，Cl2污染较大。4．最近的研究发现，复合氧化物铁酸锰(MnFe2O4)可以用于热化学循环分解水制氢，因而受到许多发达国家的青睐。MnFe2O4的制备流程如下：利用MnFe2O4热化学循环制氢的反应可表示为请认真分析上述两个反应并回答下列问题：①若MnFe2O4－x中x＝，则MnFe2O4－x中Fe2＋占全部铁元素的百分率为_______。②该热化学循环新氢法的优点有____________________________(答两点即可)。③该热化学循环法制氢尚有不足之处，进一步改进的研究方向是_____________。【答案】①60%②具有过程简单、无污染、物料廉价并可循环使用及氧气和氢气在不同步骤生成，因此不存在高温气体分离等优点③寻找合适的催化剂，使MnFe2O4分解温度降低或找分解温度更低的氧化物【解析】由反应：，Mn的化合价不变，当x=时，假设Fe的总化合价为x，x+2=2×（），x=，假设1mol物质中Fe2+和Fe3+的物质的量分别为a、b，则a+b=2,2a+3b=，解得a=，b=，Fe2＋占全部铁元素的百分率为+×100%=60%；该反应步骤简单，无污染，MnFe2O4可以循环使用，但是因为所需的温度较高，需要寻找合适的催化剂，降低反应的温度，以减少能源消耗。5．三氧化铬(CrO3)又叫铬酸酐，是一种暗红色固体，溶于水会生成铬酸(H2CrO4)，200℃以上会部分分解生成氧化铬（Cr2O3)。I.下图是用铬铁矿（主要成分是FeCr2O4，含A12O3、SiO2等杂质）生产CrO3的传统工艺流程，请回答相关问题。II.某工厂采用了一种新的生产CrO3的工艺流程，与传统工艺流程主要区别如下图所示（中间过程省略）。新工艺与传统工艺相比有多种优点：可得到价值更高的副产品KNO3；___；从绿色化学角度考虑新工艺也存在某种缺点，该缺点是____。【答案】能耗较低、产品纯度更高硝酸挥发或分解会产生污染【解析】新工艺最后一步需要温度是90℃，传统工艺是高温，因此新工艺能耗较低；CrO3200℃以上会部分分解生成Cr2O3，因此新工艺所得CrO3纯度更高；从绿色化学角度考虑新工艺也存在某种缺点，该缺点是硝酸挥发或分解会产生污染。6．碲(Te)具有两性特征，铜阳极泥是提取碲的主要原料，碲在铜阳极泥中主要以Me2Te(Me表示金属Cu、Pb、Au、Ag等)的形式存在。(1)利用“氯化浸出-还原法”制备Te的工艺流程如下所示。“氧化碱浸-电解法”指的是在氧化剂的作用下，Cu2Te与NaOH溶液反应生成Na2TeO3，经电解即可获得Te。与“氯化浸出-还原法”相比“氧化碱浸-电解法”的优点是___________(任写一点)【答案】不生成氯气等污染性气体（或工艺简单）【解析】根据以上分析可知与“氯化浸出-还原法”相比“氧化碱浸-电解法”的优点是如不产生氯气等污染性气体，反应步骤少，简便，成本低等。7．以白云石（化学式表示为MgCO3·CaCO3）为原料制备氢氧化镁的工艺流程如下：传统工艺将白云石分解为氧化镁和氧化钙后提取，该工艺采用轻烧白云石的方法，其优点是_____________、_____________。【答案】便于CaCO3分离（2分）(其他合理答案也给分，如：减少CO2排放)【解析】减少能源消耗、便于CaCO3分离。8．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．（4）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。9．碱式碳酸铋[(BiO)2CO3·]又名碳酸氧铋，高温灼烧时会分解为Bi2O3，其用途包括制备其它铋化合物、分析试剂、制备胃药等，工业生产(BiO)2CO3·的流程如下图所示，请回答下列相关问题。酸溶过程生成的气体是NO，该反应的离子方程式是______________________。工厂在生产中将NO与适量空气混合后通入水中得到稀硝酸，该操作的优点是___________、___________。【答案】硝酸可循环利用（节约成本）减少污染10．铝是地売中含量最多的金属元素，自然界中主要以Al2O3的形式存在于铝土矿中。工业上以铝土矿(主要成分是A12O3，杂质有SiO2、Fe2O3等)为原料制备金属铝，其工艺流程如图所示:该生产过程中，需向反应Ⅱ中加入X①X可为过量的CO2，则溶液B中主要的溶质是__________，为了使溶液B循环利用，应补充的物质是____________(填序号)a.CaOb.HClc.Na2CO3②X也可为少量Al(OH)3晶种(晶种可加速沉淀的生成)，其优点是___________________。【答案】NaHCO3a溶液B可直接循环使用【解析】①偏铝酸钠与过量的CO2反应生成碳酸氢钠，碳酸氢钠与氧化钙反应生成氢氧化钠，可循环使用，故答案为a；②因Al(OH)3晶种可加速沉淀的生成，偏铝酸钠水解生成氢氧化铝和氢氧化钠，所以溶液B可直接循环使用。11．碘酸钾可用作食用盐的加碘剂，为无色或白色颗粒或粉末状结晶，加热至560℃开始分解，是一种较强的氧化剂，水溶液呈中性,溶解度在0℃时为，100℃时为。下图是利用过氧化氢氧化法制备碘酸钾的工业流程:步骤⑤用冰水冷却至0℃,过滤出碘酸钾晶体,再用适量冰水洗涤2~3次。用冰水洗涤的优点是_____________【答案】减少洗涤过程中造成的KIO3损失【解析】碘酸钾在0℃时为，100℃时为，所以为了减少洗涤过程中造成的KIO3损失尽量使用冰水洗涤；12．KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有___________________________________________（写出一点）。【答案】产生Cl2易污染环境（或其它合理作案）【解析】电解法过程中，阳极发生反应I2-10e－+12OH－═2IO3－+6H2O制备KIO3，整个电解池装置没有产生氧化法过程中的Cl2，即没有产生污染大气环境的有毒气体。13．氯化亚铜是一种重要的化工原料，广泛应用于有机合成、石油、油脂、染料等工业。一种利用低品位铜矿(Cu2S、CuS及FeO和Fe2O3等)为原料制取CuCl的工艺流程如下：步骤Ⅶ获得CuCl晶体需经过滤、洗涤、干燥。洗涤时，常有无水乙醇代替蒸馏水做洗涤剂的优点是______________(写一点)。【答案】避免CuCl溶于水而损失(或防止被氧化，或缩短干燥时间降低能耗，或其他合理答案）【解析】用无水乙醇代替蒸馏水洗涤CuCl晶体，可避免CuCl溶于水而损失(或防止被氧化，或缩短干燥时间降低能耗)。14．龚老师查阅资料发现AgSCN为白色难溶物，Ag+可以氧化SCNˉ和Fe2+。为探究SCNˉ和Fe2+的还原性强弱，该同学设计了下图实验装置并进行下列实验。先断开电键K，向溶液X中滴加·L-1KSCN溶液，无明显现象，说明___________________；闭合电键K后，若观察到的实验现象有溶液X逐渐变红、右边石墨电极上有固体析出、电流计指针偏转，据此得出的结论是_____，溶液变红的原因是__________________(用离子方程式表示)，该实验设计的优点是_____。【答案】Fe2+的还原性强于SCN-Fe2+-e-===Fe3+、Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3氧化性离子和还原性离子不直接接触，避免产生沉淀而导致离子浓度降低【解析】先断开电键K，向溶液X中滴加·L-1KSCN溶液，无明显现象，说明溶液中无Fe3+，闭合电键K后，若观察到的实验现象有溶液X逐渐变红、右边石墨电极上有固体析出、电流计指针偏转，据此得出的结论是Fe2+的还原性强于SCN-，溶液变红的原因是Fe2+-e-=Fe3+、Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3，该实验设计的优点是氧化性离子和还原性离子不直接接触，避免产生沉淀而导致离子浓度降低，故答案为溶液中无Fe3+，Fe2+的还原性强于SCN-，Fe2+-e-=Fe3+、Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3，氧化性离子和还原性离子不直接接触，避免产生沉淀而导致离子浓度降低。15．过氧化钙微溶于水，溶于酸，可作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。以下是一种制备过氧化钙的实验方法。回答下列问题：（一）碳酸钙的制备（1）步骤①加入氨水的目的是_______。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于____。(二)过氧化钙的制备（3）步骤②的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，此时溶液呈____性（填“酸”、“碱”或“中”）。将溶液煮沸，趁热过滤。将溶液煮沸的作用是___________。（4）步骤③中反应的化学方程式为________，该反应需要在冰浴下进行，原因是_________。（5）将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是_______。（6）制备过氧化钙的另一种方法是：将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是______，产品的缺点是_______。【答案】（1）调节溶液pH使Fe(OH)3沉淀；过滤分离；（3）酸；除去溶液中溶解的CO2；（4）CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2=CaO2↓＋2NH4Cl＋2H2O或CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2＋6H2O=CaO2·8H2O↓＋2NH4Cl；温度过高时过氧化氢分解；（5）去除结晶表面水分；（6）工艺简单、操作方便；纯度较低。【解析】（1）反应中盐酸过量，且溶液中含有铁离子，因此步骤①加入氨水的目的是中和多余的盐酸，沉淀铁离子；小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于过滤。（3）步骤②的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体