8.有关工业流程图题知识总结

工业流程，其基本原理也就是将原料通过某种化学反应得到需要的产品，其中涉及到的操作就很多了，基本原理像下图一样原料预处理阶段要注意的：增大接触面积、加快反应速率、提高浸出率，常用的除杂净化方法：加化学试剂、调节ＰＨ、加热……控制反应条件时候：注意题目所给的图像信息、条件选择、结合氧化还原理论、四大平衡理论、电化学理论进行分析产品分离提存：结晶、过滤、萃取、蒸馏……无害化处理废物时：中和反应吸这只是基本原理框架，题型虽然不会有很大差距，问法却有千万，那如何才能做好工业流程题，经过很多题练习之后你会发现其实一个化学工业流程图实际上就是根据十大课本工业流程而出的“三常识四主线”的题三常识四主线：三常识一、首先做工业流程题前必须具备三点常识①工业流程题，光看名字就很明显了，你所面对的是工厂工业式生产，不是实验室那种精细的操作流程。工业生产就必然存在着一个问题，原料的纯度不高，也就是原料中有杂质，所以，你在做题的时候首先一定要考虑如何处理杂质的问题。②工厂式生产还避免不了的一个很重要的问题，成本问题，工业生产不是实验室做实验，实验室做实验不用考虑成本问题，因为实验做一两次就够了，不会大量去做，但工业生产量都比较大，当然是寻求一个最优方法，怎么便宜怎么来。所以做题的时候需要考虑如何实现成本最低，母液的循环再利用、热量的循环再利用、杂质的回收等也要考虑进去，一定要实现利益最大化、成本最低化。③另外，还有很重要的一点，化工生产的步骤一定要尽量少，能达到同样标准下步骤越简单越好。这三点是是做好工业流程题的基础，你都要知道并深刻在脑子里面。做题时自然而然的注意到要题目的某部操作或你写的操作必然要符合这些要求。四主线二、注意四条流程中的主线①试剂线②杂质线③操作线④产品线为什么讲这四条主线，因为整个工业流程中的每一个问题都是围绕这四点引出来的，这幅流程图应该都能看明白吧1）对于试剂线，你需要掌握常用的试剂的类型与作用以及与它相关的化学反应，至少下面这些你得掌握吧当然，试剂的作用主要是为了除杂质与获取产品，同一个试剂也可能存在多种作用，比如我们熟知的双氧水。2）杂质线：对于无机矿物质，只要知道了其元素组成，一般就可以确定存在或可能产生的杂质了，下面是常见的杂质与除杂方法需要注意的是高考设问中有时候会给出不常见的杂质除去的问题，这时候就一定要注意题目所给的信息，记住不常见的杂质除去方法一般都在题目信息中能够找到，比如会给出溶解度表，与杂质有关的特殊化学反应式等。总之流程分析时，一定要抓住杂质的去向分析，切记因为不严谨导致对杂质去向一片茫然。最后还需要注意的是杂质的分析一般都离不开试剂的分析，因为有些杂质是试剂中引入的。3）操作线：操作主要是分离提存等操作，每加一次试剂你需要考虑下一步操作中是否要过滤、冷却、结晶等分离操作，常见操作如下4）产品线：要记住，工业流程的目的就是为了获得产品，也就是说前面的一切步骤都是为了获得产品而准备的。这里要考虑产品的纯度、生产率等，注意原料和产品的共性，也就是他们共同含有的元素，这些元素在哪里会损失等问题。然后就是一些常见的知识与问法，知道这些，可以大大提高你的解题速度，规范答题方式1．原料处理阶段(1)常用方法及其作用①研磨——减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体的接触面积，加快反应速率。②水浸——与水接触反应或溶解。③酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属阳离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。④灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。⑤煅烧——改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。⑥碱洗——去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等。⑦水洗——通常是为了除去水溶性杂质2.分离提纯阶段(1)常见的考查方式①试剂的选择：调节pH，沉淀剂的选择，氧化剂的选择等。②操作方法的选择：过滤、蒸馏等。③除杂时发生的化学方程式或离子方程式的书写。④滤渣或滤液的成分。⑤加入某试剂的原因。小技巧：①试剂的选择原则：不引入新杂质；尽量将杂质除去；减少主要物质损耗。②操作方法的选择：根据物质的状态及分离需要选择。③滤渣或滤液成分的确定：瞻前顾后，分析什么物质发生什么反应，产物是什么，是否有反应物残留等。④加入某试剂的原因一般有：除去某杂质或将某物质转化为另一种物质。3.核心反应阶段：4.产品处理阶段(1)常见考查方式①实验的基本操作以及所需的实验仪器等。例如，从溶液中得到晶体。②物质的检验。③盐的水解应用等。(2)小技巧①从溶液中得到晶体的操作：蒸发浓缩、冷却结晶(趁热过滤)、过滤、洗涤、干燥。蒸发浓缩、冷却结晶：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是K2Cr2O7，母液中是NaCl和少量K2Cr2O7，这样就可分离出大部分K2Cr2O7；同理，可除去KNO3中的少量NaCl。蒸发结晶、趁热过滤：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，母液中是K2Cr2O7和少量NaCl；同理，可除去NaCl中的少量KNO3。洗涤：冰水或热水，洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗；乙醇或乙醇水溶液，既可洗去晶体表面的杂质，又可减少晶体溶解的损耗。②物质检验：一般需要有操作、现象、结论三部分。③解答与平衡移动有关的问题，需遵循体系中存在的核心平衡，阐明所采取的措施、改变的条件，导致平衡如何移动，产生什么结果。十大课本工业流程：万本归宗，除了学会这些主线与知识，其实课本上的十大化学工业流程才是最好的老师，一定要认真研读它①从铝土矿中提炼铝、②硅的制备、③氯碱工业、④黄铁矿（FeS2）制硫酸、⑤工业制硝酸、⑥工业制纯碱、⑦工业废水中回收硫酸亚铁和铜、⑧海水中提取镁、⑨海水中提取溴、⑩海带中提取碘①从铝土矿中提炼铝工业上是用碱溶法，没有用酸溶法。而且碱溶法里面二氧化硅是与氢氧化钠反应生成铝硅酸钠沉淀而被除去。制备方法一(1)涉及反应(写出并配平化学方程式)①Al2O3＋HCl=2AlCl3＋3H2OFe2O3＋HCl=2FeCl3＋3H2O②AlCl3＋NaOH=NaAlO2＋3NaCl＋2H2OFeCl3＋NaOH=Fe(OH)3↓＋3NaClHCl＋NaOH=NaCl＋H2O③NaAlO2＋H2O＋CO2=Al(OH)3↓＋NaHCO3NaOH＋CO2=NaHCO3④Al(OH)3＝Al2O3＋3H2O（加热）⑤Al2O3(熔融)＝4Al＋3O2↑（通电）(2)问题探讨①步骤①加入过量盐酸后的实验操作是什么？提示：过滤。②步骤②能否用氨水代替NaOH溶液？提示：不能；原因是Al3＋与过量氨水反应生成Al(OH)3沉淀，达不到分离Al3＋、Fe3＋的目的。③步骤③中若将CO2的量改为“少量”，得到的产物还是NaHCO3吗？提示：不是NaHCO3而是Na2CO3。制备方法二(1)涉及反应①Al2O3＋NaOH=2NaAlO2＋H2OSiO2＋NaOH=Na2SiO3＋H2O②Na2SiO3＋HCl=H2SiO3↓＋2NaClNaAlO2＋HCl=NaCl＋AlCl3＋2H2ONaOH＋HCl=NaCl＋H2O③AlCl3＋NH3·H2O=Al(OH)3↓＋NH4ClHCl＋NH3·H2O=NH4Cl＋H2O(2)问题探讨①步骤②中将盐酸改为“CO2”合适吗？为什么？提示：不合适；因为过量CO2与NaAlO2、Na2SiO3反应生成Al(OH)3和H2SiO3沉淀，达不到分离SiO2和AlO2－的目的。②步骤③中将氨水改为“NaOH溶液”合适吗？提示：不合适；因为Al(OH)3能溶于NaOH。③冶炼金属铝能否用氯化铝代替氧化铝？提示：不能；因为AlCl3属于共价化合物。②硅的制备(1)涉及反应①SiO2＋C=Si＋CO↑（高温）②Si＋Cl2=SiCl4（加热）③SiCl4＋H2=Si＋4HCl（高温）(2)问题探讨①步骤①中石英砂与焦炭高温下反应时为什么要隔绝空气？提示：高温下，焦炭和空气中的O2发生反应。②用石英砂和焦炭制备粗硅的反应中，焦炭的作用是什么？提示：提供能量，作还原剂。③粗硅与HCl完全反应后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33℃)中混有少量的SiCl4(沸点57.6℃)，提纯SiHCl3采用的方法是什么？提示：蒸馏。④由SiO2与C高温下反应得到的粗硅中可能含有什么杂质？提示：SiO2、C、SiC等。③氯碱工业(1)涉及反应①2NaCl＋H2O=2NaOH＋H2↑＋Cl2↑（通电）②Cl2＋NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O③Cl2＋Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O④H2＋Cl2=2HCl（点燃）(2)问题探讨①食盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SO42－等杂质离子，如何设计实验方案除去这些杂质离子？②工业上电解食盐水制烧碱时，食盐水为什么必须要精制？提示：精制食盐水的目的是除去食盐水中的Ca2＋、Mg2＋、SO42－等杂质离子，以防Mg2＋与OH－结合生成Mg(OH)2堵塞隔膜电解槽中的隔膜，造成电解失败。③用惰性电极电解饱和食盐水时，为什么要用隔膜把电解槽分成阳极室、阴极室？提示：电解时，阳极产生Cl2，阴极产生H2，若无隔膜，二者混合光照时会发生爆炸，隔膜的作用是将H2和Cl2隔开，以防发生危险。④步骤③制取漂白粉时是将Cl2通入澄清石灰水中吗？提示：不是；原因是澄清石灰水中Ca(OH)2的含量低，不适合工业大量生产，应改为石灰乳。4．工业上利用黄铁矿(FeS2)制取硫酸(1)涉及反应①FeS2＋O2=Fe2O3＋SO2（高温）②SO2＋O2=SO3（催化剂）③SO3＋H2O=H2SO4(2)问题探讨①煅烧黄铁矿要在沸腾炉中进行，其中矿石要粉碎，从炉底鼓入空气，炉中的粉末状固体就像沸腾的液体一样，煅烧时为什么要将矿石粉碎成粉末状？提示：增大矿石和氧气的接触面积，提高燃烧效率。②在接触室中通入过量的氧气，能否将SO2全部转化成SO3?提示：不能；原因是SO2催化氧化成SO3的反应是可逆反应。③依据化学反应速率和化学平衡原理，增大压强对SO2催化氧化成SO3的反应是十分有利的，而工业生产上为什么不采用高压而采用常压下进行反应？提示：常压下，SO2催化氧化成SO3的转化率已经很高，增大压强，即增加了设备的投资，得不偿失。④吸收塔中发生的是SO3与水的反应，为什么吸收SO3气体时用98%的浓硫酸而不用水吸收？提示：用水吸收SO3易形成硫酸的酸雾，影响吸收效率。⑤硫酸工厂的尾气中含有大量的SO2，写出用氨水吸收SO2的化学方程式。提示：SO2＋NH3·H2O=NH4HSO3，2NH3·H2O＋SO2=(NH4)2SO3＋H2O。⑤工业制硝酸(1)涉及反应①NH3＋O2=NO＋H2O（催化剂）②NO＋O2=NO2③NO2＋H2O=HNO3＋NO(2)问题探讨①步骤③吸收塔中为什么NO2被水吸收过程中要补充一定量的空气？提示：因NO2与水反应生成HNO3时只有的NO2转化成HNO3，通入空气的目的是使NO2与O2作用完全转化成HNO3，方程式为4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。②工业制硝酸时，能否将工业尾气直接排入大气中？工业尾气中有害气体的主要成分是什么？提示：不能；NO和NO2。③已知：①NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O②2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O硝酸工厂的尾气可用NOx(NO与NO2的混合气体)表示，用NaOH溶液可吸收尾气，为使NOx完全被NaOH溶液吸收x的取值范围是什么？如何操作才能保证NOx完全被NaOH溶液吸收？提示：1.5≤x＜2；通入一定量的空气(或O2)后，再被NaOH溶液吸收。⑥工业制纯碱(1)涉及反应NH3＋H2O＋CO2＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl2NaHCO3=Na2CO3＋H2O＋CO2↑（加热）(2)问题探讨①工业制纯碱时为什么先通入NH3后通入CO2?提示：NH3在水中的溶解度大，形成的NH3·H2O呈碱性，更容易吸收CO2，得到更多的NaHCO3；若先通入CO2，得到的HCO浓度小，不利于NaHCO3的生成。②工业上制备的纯碱中可能混有哪些杂质？提示：依据制备反应：NH3＋H2O＋CO2＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl可知混有的杂质为NACl和NH4Cl。③“碳酸化”后过滤获得的物质是什么？提示：NaHCO3。④过滤得到的母液为NH4Cl，加入熟石灰获得循环使用的物质是什么？提示：NH3。⑤设计实验证明纯碱产品中混有NaCl?提示：取少量样品于一试管中，加水配成溶液，加入足量硝酸酸化的AgNO3溶液，若有白色沉淀生成说明纯碱样品中混有NaCl。⑦从工业废水中回收硫酸亚铁和铜的工艺流程工业废水中含有大量的FeSO4，较多的Cu2＋和少量的Na＋。为了减少污染并变废为宝，回收硫酸亚铁和金属铜的工艺流程如下。(1)涉及反应①CuSO4＋Fe=FeSO4＋Cu②Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑(2)问题探讨①步骤②中加入过量稀H2SO4的目的是什么？提示：除去Cu中残留的铁。②步骤①中如何将Fe、Cu与FeSO4溶液分离？提示：过滤。③步骤③中如何从FeSO4溶液中获得硫酸亚铁晶体？提示：将FeSO4溶液加热浓缩、冷却结晶，过滤得FeSO4·7H2O。⑧从海水中提取镁(1)涉及反应①MgSO4＋Ca(OH)2=Mg(OH)2↓＋CaSO4②Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2O③MgCl2·6H2O+HCl=MgCl2＋6H2O（气流中加热）④MgCl2(熔融)=Mg＋Cl2↑（通电）(2)问题探讨①步骤③中加、热MgCl2·6H2O制取无水MgCl2时，为什么要在HCl的气流中进行？提示：防止MgCl2水解。②从海水中提取镁的工艺流程中，涉及哪些反应类型？提示：分解反应、复分解反应、氧化还原反应。③步骤④用电解法冶炼镁时，能否用MgO代替MgCl2?提示：不能；原因是MgO的熔点高，浪费能源。⑨从海水中提取溴(1)涉及反应①2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－③Br2＋SO2＋2H2O=H2SO4＋2HBr(2)问题探讨①从海水中提取溴的工艺流程中为什么要设计两步(步骤①、④)将Br－氧化，Br2的过程？提