第一讲 工业流程

第一讲工业流程——物质转化与除杂【流程主线】原料的预处理→除杂→转化→分离→粗产品→提纯→产品+循环利用一、原料预处理1、粉碎、灼烧（1）粉碎（底部高速气流/球磨/研磨/超声/搅拌子/乳化……）：增大_______________________________，提高______________________________。（__________时间内的转化率）（2）灼烧（焙烧、煅烧）①空气中灼烧：__________核心元素，除去__________杂质②隔绝空气灼烧：____________________③加入焦炭，高温灼烧：__________核心元素例：一种利用含钴废料（主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、碳及有机物等）制取CoC2O4的工艺流程如图：例：工业上利用氟碳铈矿（主要成分CeCO3F）提取CeCl3的一种工艺流程如下：2、酸碱浸出——转化为离子态（变价/不变价）（1）酸浸①使用单—酸可浸泡出：__________性氧化物、________盐、________金属②酸+氧化剂/还原剂：将核心元素转化为_____________离子态例：（2020国一）钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。回答下列问题：（1）“酸浸氧化”需要加热，其原因是___________。（2）“酸浸氧化”中，VO+和VO2+被氧化成，同时还有__________离子被氧化。写出VO+转化为反应的离子方程式________________________________________。例：（2）碱浸（NaOH/KOH/熔融Na2CO3）①使用单一碱可浸泡出：__________性氧化物、__________金属、__________酸②碱+氧化剂：将核心元素转化为__________含氧酸根（3）酸碱适量原则太少则________________________，酸/碱过多则______________________。3、条件选择（2）四防一促一提高-防水解（______________________）：______________________-防分解（______________________）：______________________-防挥发（______________________）：______________________-防氧化（______________________）：______________________-促水解（______________________）：______________________-提高浸出率（______________________）：______________________【专题：制备高价金属化合物——水热法】练：（2020东莞模拟）钼酸钠晶体（Na2MoO2·H2O）是一种金属腐蚀抑制剂。工业用钼精矿（主要成分是不溶于水的MoS2）制备钼酸钠的两种途径如图所示：（1）钼酸钠品体（Na2MoO2·H2O）中钼元素的化合价是__________________________。（2）在途径I中：为了提高焙烧效率除增大空气量外还可以采用的措施有______________，熔烧后的尾气中含有SO2需要处理，下列不能用作吸收剂的是___________（填字母）。a.氨水 b浓H2SO4 c.Na2SO3溶液 d.NaOH溶液（3）在制备钼酸钠晶体时，途径Ⅱ比途径I更优越，其理由是_______________________。二、除杂/沉淀分离1、氧化还原除杂（略）2、沉淀除杂/分离（1）加沉淀剂资料：Cu2+、Ag+、Zn2+、Pb2+、Cd2+、Hg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+Ca2+、Mg2+【专题：制取MCO3的方法】（1）制备CaCO3、SrCO3、BaCO3（2）制备FeCO3、ZnCO3、CoCO3、MnCO3①FeSO4+足量Na2CO3/NaHCO3②FeSO4+缓慢滴加Na2CO3/NaHCO3③FeSO4+足量NH4HCO3练：（2）调pH分离金属离子练：（2021山东）工业上以铬铁矿（FeCr2O4，含Al、Si氧化物等杂质）为主要原料制备红矾钠（NaCr2O7·2H2O）的工艺流程如图1。回答下列问题：（1）焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2CrO4并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐，焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是______________________。（2）矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图2所示。当溶液中可溶组分浓度时，可认为已除尽。中和时pH的理论范围为______________；酸化的目的是___________________；Fe元素在_____________________________（填操作单元的名称）过程中除去。（2021乙卷）磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表金属离子Fe3+Al3+Mg2+Ca2+开始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全（）的pH3.24.711.113.8回答下列问题：（1）“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐。写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式________________________________。（2）“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是________________________________。（3）“母液①”中Mg2+浓度为__________________mol·L-1。（4）“水浸渣”在160℃“酸溶”，最适合的酸是______________________。“酸溶渣”的成分是______________________、______________________。（5）“酸溶”后，将溶液适当稀释井加热，TiO2+水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是_________________________________________。

第二讲工业流程——产品分离与提纯一、粗产物的结晶1、沉淀与结晶区别2、带结晶水/无水盐（1）CuSO4·5H2O的制备CuSO4溶液——————晶体——————成品溶液不析晶的处理方法：加入___________或用__________摩擦烧杯内壁FeCl3溶液————__________FeCl3·6H2O例：FeSO4·7H2O（1）加入过量H2SO4的作用___________________________________________。（2）温度调至50℃-70℃的作用_______________________________________。（3）通入H2S至饱和的作用___________________________________________。（2）无水MCln的制备【注意】醇洗___________洗掉结晶水，SOCl2___________洗掉结晶水3、过滤、洗涤、干燥（1）过滤（抽滤、离心……）趁热过滤/冷却后过滤的目的：__________________________________（2）洗涤热水/冷水洗的目的：__________________________________有机溶剂洗目的：__________________________________例：已知：Na2SO3·7H2O和Na2SO3的溶解度曲线如图。制备无水Na2SO3，将Na2SO3溶液__________________________________________，过滤出的固体用无水乙醇洗涤、干燥，得无水Na2SO3固体。【复习】如何洗涤？向漏斗中加入水，没过沉淀物，滤干后，重复2～3次【复习】如何证明洗涤干净？取_______________________________，加入xx，若xx，则已经洗净【常检验离子】：（3）干燥加热烘干、常温/低温干燥二、产物的重结晶1.KNO3(NaCl)将固体混合物溶于_________水→________→取_______冷却结晶→过滤、________洗涤、干燥，得KNO3晶体所得KNO3仍可能混有少量NaCl，原因是？____________________________________欲进一步提纯晶体，可采取的操作是？________________________________冷却热饱和溶液：XX的溶解度_________________（2）NaCl(KNO3)将固体混合物溶于________水→_______→_______、洗涤、干燥，得NaCl晶体蒸发浓缩法：XX的溶解度________________例：以氯化钠和硫酸铵为原料制备氯化铵及副产品硫酸钠，工艺流程如下：氯化铵和硫酸钠的溶解度随温度变化如图所示。回答下列问题：（1）欲制备10.7gNH4Cl，理论上需NaCl__________g。（2）实验室进行蒸发浓缩用到的主要仪器有_________、烧杯、玻璃棒、酒精灯等。（3）“冷却结晶”过程中，析出NH4Cl晶体的合适温度为________。（4）不用其它试剂，检查NH4Cl产品是否纯净的方法及操作是_____________________。练：已知：相关物质的溶解度（g/mL）温度（℃）255060苯甲酸在水中0.00340.00850.0095在乙醇中0.40.71氯化钾在乙醇中难溶粗苯甲酸中含有KCl杂质，提纯方法：将粗苯甲酸加入_______________________________________________________________，结晶、洗涤、过滤，得到纯苯甲酸。三、侯氏制碱法2、类侯氏（溶解度越_______，越容易析出）例：利用NaClO3和MgCl2制备Mg(ClO3)2分离方法：2021河北高考题【总结】工业口诀带结晶，用“三步”镁铝铁，防水解不带结晶，用“保护”低硫惰气保亚铁醇类易干带走水铁4、铝5、镁12析晶降低溶解度碱性分步来调节

第三、四讲工业流程——陌生图表、试剂作用、流程评价【引】陌生图表的作用①便于选择适宜的________、________、________、________、反应________②便于对比不同方案之间的优缺点例：制备Fe(OH)3胶体向沸水中逐滴加入5~6滴FeCl3饱和溶液，继续煮沸至呈红褐色，停止加热。【核心思想】适可而止，见好就收，综合分析，选择最优一、反应温度思考角度物质性质：热稳定、水解、溶解度、挥发、胶体聚沉、氧化性或还原性、熔沸点反应原理：反应速率、平衡移动、催化剂活性、主副反应竞争经济角度：能耗1、温度选择问题选择xx℃的原因：温度低于xx℃时，随温度升高，反应速率加快；温度高于xx℃时，随温度升高，xx易分解/易挥发/易水解例：（2017全国卷I）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下：温度/℃3035404550TiO2·xH2O转化率/%9295979388分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因？例：熔融温度和钛的提取率关系如右图，适宜温度500℃理由是_______________________________________________________________________。2、综合分析类问题例：Ala——AF3+单体形态铝Alb——[Al2(OH)nCl6-n]m聚合形态铝Alc——Al(OH)3胶体形态Alr——铝的总浓度当T>80℃时，AlT明显降低的原因是____________________________________________二、溶液的pH值思考角度物质性质：离子沉淀、同价不同形，水解、钝化、胶体稳定性、氧化性或还原性反应原理：反应速率、平衡移动经济角度：后续中和酸碱的处理1、pH范围选择问题pH过高可能导致：_________________________________________________________pH过低可能导致：_________________________________________________________例：制备Al(OH)3例：制备FeCO3练：制备K2Cr2O7、制备NaVO3、处理Na2FeO4pH4~66~88~1010~12主要离子2、调pH分离离子调节pH在xx范围的理由：使xx完全沉淀，且保证xx不形成沉淀Fe(OH)3Zn(OH)2Mg(OH)2开始沉淀的pH1.96.410.4沉淀完全的pH3.28.012.4开始溶解的pH——10.5——例：用金属钴板（含少量Fe、Ni）制备氯化钴工艺流程如下：注：钴与盐酸反应极慢，需加入催化剂硝酸才可能进行实际生产。化学式沉淀完全pH钴镍性质Co(OH)29.4Fe(OH)29.6Fe(OH)33.7（1）“除镍”步骤中，NH3·H2O用量对反应收率的影响见下表：从表中可知x=________。时，除镍效果最好。加NH3·H2O调pH收率/%Ni2+含量/%998.10.089.5980.051097.60.00510.3940.005三、试剂用量/浓度选择1、试剂用量用量过少：_________________________________________________用量过多：_________________________________________________例：次氯酸盐氧化法制备K2FeO4工艺流程如下：已知发生副反应：Fe(NO3)·9H2O添加量/g碱性反应液外观K2FeO4晶体产量/gK2FeO4晶体纯度/%15.5少量Fe(OH)3↓8.2-20.0无任何可见铁沉淀物13.731824.0有Fe(OH3)↓7.015.47“合成”步骤中生成K2FeO4，根据下表，铁盐添加量最佳值为___________，K2FeO4产量随铁盐的加入先增大后减小的原因可能是_____________________________________________。练：（2020临颍月考）金属钛在航天、潜海和医疗方面应用广泛。以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁（FeTiO3），含少量Fe2O3]为原料制备钛的工艺流程如图所示。（1）步骤②、③、④中，均需进行的操作是____________（填操作名称）。（2）硫酸质量分数对钛、铁浸出率的影响如图所示，据此判断，酸浸时所加硫酸的质量分数应为_________（填范围）。四、试剂作用【常见答案总结】调pH、防水解/促水解、作氧化剂/还原剂、提供离子形成沉淀、除去XX、将XX萃取、利于XX逸出、富集X元素……1、富集作用例：“空气吹出法”海水提溴：练：As2O3在医药、电子等领域有重要应用。某含砷元素（As）的工业废水经如下流程转化为粗As2O3。先“沉砷”后“酸化”的目的是___________________________________________________。2、常见试剂作用H2SO4、HCl H2O2HNO3 、、NaOH、Na2CO3 Ca(OH)2NH3·H2O例：用金属钴板（含少量Fe、Ni）制备的氯化钴的工艺流程如下：注：钴与盐酸反应极慢，需加入催化剂硝酸才可能进行实际生产例：某锂离子电池正极是涂覆在铝箔上的活性物质LiCoO2。利用该种废旧锂离子电池正极材料制备Co3O4的工艺流程如下：练：用铅精矿（PbS）湿法炼铅在制备金属铅的同时，还可制得硫磺，相对于火法炼铅更为环保。湿法炼铅的工艺流程如下：已知：①不同温度下PbCl2的溶解度如下表所示。温度（℃）20406080100溶解度（g）1.001.421.942.883.20②PbCl2为能溶于水的弱电解质，在浓度较大的溶液中，存在平衡：（1）浸取液中FeCl3的作用是___________________