知识点十二-化工生产流程-高一化学上学期期中期末复习系列(人教版2019必修第一册)

知识点十二化工生产流程知识体系常见的物质制备的工艺流程1．工艺流程图的结构箭头箭头进入的是投料（即反应物）、出去的是生成物（包括主产物和副产物）三线出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环使用规律①主线主产品；②分支副产品；③回头为循环1．审问题——明确答什么①不要答非所问：要看清题目要求，按要求答题，防止答非所问。②规范答题：回答问题要准确全面，注意语言表达的规范性，特别是化学用语的书写与表示要准确、规范。2．流程审题三方法首尾分析法对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产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，逐一推敲解答分段分析法对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工业流程题，用分段分析法更容易找到解题的切入点交叉分析法有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品，这种题适合用交叉分析法。就是将提供的工业流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析工艺流程中常见的操作常见的操作目的或方法原料处理表面处理除去金属表面油污，如用碳酸钠溶液除去铁表面的油污除去金属表面氧化物，如用NaOH除去铝表面的氧化膜粉碎(研磨)将块状或颗粒状物质磨成粉末，增大反应物接触面积，使反应更充分以加快反应速率浸取向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括：水浸(固体加水后，发生反应或溶解得到离子)酸浸(固体加酸后，发生反应或溶解得到金属离子，不溶物通过过滤除去)碱浸(固体加碱后，发生反应或溶解得到金属离子，不溶物通过过滤除去)灼烧(煅烧)使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解，除去有机物等等除杂转化加过量试剂使某物质完全转化(或增大某物质的转化率、产率)加氧化剂如加入绿色氧化剂H2O2将Fe2＋氧化转化为Fe3＋，绿色氧化剂H2O2的优点：不引入新杂质，对环境无污染为生成目标产物的价态而加入氧化剂(如在碱性条件下，加入过氧化氢把Cr3＋氧化成CrOeq\o\al(2－,4))调节溶液的pH利用题给金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH信息，选择pH范围，使杂质离子以氢氧化物沉淀出来。调节溶液pH常用：①稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、酸性气体(如二氧化碳)等；②氢氧化钠、氨水、碳酸钠、金属氧化物、碳酸氢铵等物质分离过滤、(重)结晶、蒸发、蒸馏等常规操作1．滤液和滤渣(沉淀)成分的判断滤液成分的判断原物质中含有的可溶性的离子(如Na＋)与所加试剂(如稀硫酸、氯化钡等)中的离子生成的可溶物，则滤液的成分为Na2SO4、NaCl等加入的过量的可溶性物质生成的可溶性物质滤渣成分的判断过量的难溶或微溶的反应物原料中不参与反应的物质生成的难溶物2．分离提纯（1）过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤(防止某物质降温时会大量析出)或者抽滤等方法。如何检验离子是否沉淀完全取静置后的上层清液于试管中，继续加沉淀剂，若无沉淀生成，则沉淀完全如何洗涤沉淀洗涤方法选择沉淀洗涤方法向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次洗涤试剂水洗除去晶体表面可溶性杂质冰水洗a.洗去晶体表面的杂质离子；b.减少晶体溶解损耗乙醇等有机溶剂洗a.洗去晶体表面的杂质离子；b.减少晶体溶解损耗；c.使晶体快速干燥判断沉淀是否洗涤干净取最后一次洗涤滤液，滴加试剂，若无沉淀产生，证明已洗涤干净，反之未洗涤干净。常检验洗涤滤液中是否含有SOeq\o\al(2－,4)、Cl－、Fe3＋，方法如下：SOeq\o\al(2－,4)取少许最后一次的洗涤滤液，滴入盐酸酸化，无明显现象，再滴入BaCl2溶液，若不出现白色浑浊，则已洗涤干净Cl－取少许最后一次的洗涤滤液，滴入硝酸酸化，再滴入AgNO3溶液，若不出现白色浑浊，则已洗涤干净Fe3＋取少许最后一次的洗涤滤液，滴入KSCN溶液，若不出现血红色，则已洗涤干净（2）结晶方式蒸发浓缩、冷却结晶适用于杂质的溶解度随温度变化不大的物质分离提纯，如除去KNO3中的少量NaCl或受热易分解的物质，如晶体水合物、铵盐等蒸发结晶、趁热过滤适用于杂质的溶解度随温度变化较大物质的分离提纯，可减少杂质晶体的析出，如除去NaCl中的少量KNO3。趁热过滤的方法：漏斗预热，用少量热蒸馏水通过过滤器，带加热装置的漏斗、抽滤具体结晶方法如下：析出晶体类型溶解度曲线操作方法不带结晶水得到溶解度受温度影响小的溶质，如除去KCl中少量的KNO3蒸发结晶、趁热过滤(洗涤、干燥)得到溶解度受温度影响大的溶质，如除去KNO3中少量的KCl蒸发浓缩、冷却结晶(过滤、洗涤、干燥)反应后的体系，如向Ca(ClO3)2溶液中加入稍过量KCl固体，从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体蒸发浓缩、冷却结晶(过滤、洗涤、干燥)带结晶水带结晶水，如CuSO4·5H2O晶体蒸发浓缩、冷却结晶(过滤、洗涤、干燥)带不同结晶水，得到低温产物，如FeSO4·7H2O晶体加热浓缩得到60℃饱和溶液，冷却至0℃结晶，过滤(少量冰水洗涤，低温干燥)带结晶水带不同结晶水，得到高温产物，如MnSO4·H2O晶体滴加稀硫酸酸化，温度高于40℃蒸发结晶、趁热过滤(酒精洗涤，低温干燥)注意：1．晶体的干燥：要得到干燥的晶体，常见的干燥方法有自然晾干、滤纸吸干、在干燥器中干燥、烘干(适用于热稳定性较好的物质)。2．增大矿石物质的浸出率的措施有：搅拌、加热、升温，增大浸出液的浓度，粉碎增大固液接触面，延长浸出时间。工艺流程中条件控制和措施选择控制条件具体措施和目的控制pH使某些金属离子形成氢氧化物沉淀而分离。如：Fe(OH)3、Zn(OH)2开始沉淀至沉淀完全的pH范围分别为1.5～3.3、5.4～8.2，则要除去Zn2＋溶液中的Fe3＋，应控制溶液的pH范围为3.3～5.4，使杂质离子沉淀完全而有效成分不沉淀控制气氛(保护气)在空气中要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、潮解等目的通入空气：①氧化某离子(如SOeq\o\al(2－,3)、Fe2＋)；②起搅拌作用控制温度加热方式常用热水浴、冰水浴或油浴目的防止副反应的发生控制反应速率物质转化角度控制固体的溶解与结晶升温：促进溶液中的气体逸出降温：防止物质高温分解或挥发，降温(或减压)可以减少能源成本，降低对设备的要求保温：趁热过滤，减少因降温而析出的溶质的量控制浓度矿石溶解时，增加酸的浓度：加快反应速率，提高浸出率生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率控制压强反应物为气体，加压可以加快反应速率真空干燥(或减压烘干)：加快干燥速度，防止失去结晶水，防止被氧化1．反应条件的控制对于条件的控制和选择，主要是温度、浓度、酸碱度等方面，它们的微切口如下：温度温度介于某两个范围内或不高于、不低于某温度。采用两点论，即若低于某温度，则影响反应速率；若高于某温度，则某些物质挥发或分解浓度不能太浓，不能太稀。太稀，反应太慢或不利于反应的进行；太浓，物质易分解或挥发，影响后续反应的用量2．工艺流程中的温度控制的思维方向和答题模板（1）思维方向变化结果思维方向注意事项产生有利的结果是否提高反应速率产生不利的结果是否发生副反应①注意题目给出的副反应发生的条件②注意温度升高易被氧化的物质，如Fe2＋是否有物质挥发①注意题给低沸点物质，如液溴等②注意是否有气体参与反应过程，气体在溶液中的溶解度一般随温度的升高而降低是否有物质分解注意反应中是否有热稳定性较差的物质参与，如铵盐、结晶水合物、碳酸酸式盐、双氧水、氨水等（2）答题模板温度控制工艺步骤目的升温高温原料处理物质浸出：矿石溶解时加热，加速溶解、加快反应速率，提高浸出率物质转化气体逸出：升温，促进溶液中的气体逸出降温低温原料处理①防止某物质在高温时分解[如氨水，NH4Cl、NH4HCO3等铵盐，H2O2、浓硝酸、NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3等物质]②防止某物质挥发(如乙醇等有机物，HCl、HNO3、Br2)或碘升华物质转化①防止失去结晶水(低温干燥，在溶液中不用考虑)②防止副反应的发生保温(控温)物质转化原因分析：温度控制在T1～T2℃或保持温度在T℃左右：温度太低反应速率太慢(溶解速率太慢)，温度太高某物质容易分解或挥发等①常用保持高温方式：水浴水浴的优点：使反应物均匀受热，温度低于100℃，便于控制温度变化。高于100℃用油浴、沙浴②常用保持低温方式：冰水浴分离提纯①蒸发浓缩：蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度②蒸发结晶：蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出③趁热过滤：减少因过滤过程中降温而析出的溶质的量，一般用于析出混合溶液中溶解度随温度变化较小的物质，前一步操作为蒸发结晶，如KCl、KNO3混合溶液中，蒸发结晶析出KCl后，趁热过滤，防止KNO3晶体析出【例题】氧化铁黄(化学式为FeOOH)是一种黄色颜料，实验室用部分变质的绿矾(FeSO4·7H2O)为原料制取少量氧化铁黄，其流程如下：（1）氧化过程中FeSO4生成氧化铁黄的化学方程式：________________________________。（2）洗涤时，证明沉淀已经洗涤完全的实验操作和现象是__________________________________________。（3）色光度是产品质量的指标之一，合格氧化铁黄的色光度值范围为－0.5～0.5。氧化过程溶液pH对产率、色光度的影响如右图所示，氧化时应控制pH的合理范围是3.5～4.0左右，pH过小或过大均会导致氧化铁黄产率较低，其可能原因是__________________________________________________。【答案】（1）4FeSO4＋8KOH＋O24FeOOH＋4K2SO4＋2H2O（2）取最后一次洗液少量于试管，向试管中先加盐酸，无现象，再加滴加氯化钡溶液，无现象，则洗涤干净，反之，则未洗净（3）pH过小，酸性较强，则氧化铁黄部分溶于酸中，pH过大，碱性较强，则部分亚铁离子与碱、氧气反应生成氢氧化铁【解析】（1）氧化过程中FeSO4与KOH和O2反应生成FeOOH、K2SO4和H2O；（2）证明沉淀已经洗涤完全只需检验最后一次洗涤滤液中无SOeq\o\al(2－,4)；（3）pH过小，酸性较强，FeOOH部分溶于酸中；pH过大，碱性较强，部分Fe2＋被氧化为氢氧化铁。一、选择1．（2021年安徽芜湖高一上期末）某化学兴趣小组按照如下流程进行“由镁铝合金制备硫酸铝晶体”的实验。下列有关说法不正确的是A．金属X的原子结构示意图为B．固体A的化学式为Al(OH)3C．硫酸铝在水中的电离方程式为：Al2(SO4)32Al3＋＋3SO2－D．操作②包含的步骤有蒸发浓缩、冷却结晶、蒸馏、洗涤、干燥2．工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：下列叙述正确的是A．按上述流程，试剂X可以是氢氧化钠溶液，也可以是盐酸B．反应①过滤后所得沉淀为氢氧化铁C．图中所有的转化反应都不是氧化还原反应D．反应②的离子方程式为AlO－＋CO2＋2H2OAl(OH)3↓＋HCO－3．聚合氯化铝铁[AlFe(OH)nCl6－n]m用于生活给水及工业给水的净化处理。以工业废料(Fe、Al、FeO、Fe2O3、Al2O3)为原料生产该产品的流程如下，下列说法错误的是A．产品中铁元素的化合价为＋3B．甲溶液中一定存在的阳离子有H＋、Al3＋、Fe2＋、Fe3＋C．试剂X可以用H2O2，目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋D．乙溶液呈酸性4．（2021年四川雅安高一上学期期末）从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下。下列说法正确的是A．试剂a是铁、试剂b是稀硫酸B．操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同C．试剂c是氯气，相应的反应为2Fe2＋＋Cl22Fe3＋＋2Cl－D．用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否含有Fe2＋5．高铁酸钾(K2FeO4)是新型的绿色环保水处理剂。一种制备K2FeO4的流程如下：下列说法错误的是A．步骤i中反应的离子方程式：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋2Fe3＋＋2H2OB．步骤ii说明碱性条件下，氧化性：Na2FeO4＞NaClOC．步骤iii的反应为复分解反应，说明溶解度：Na2FeO4＞K2FeO4D．K2FeO4作为性能优良的水处理剂，主要是利用了其强氧化性和还原后产生的具有絮凝作用的Fe(Ⅲ)二、从制造印刷电路板的腐蚀废液（主要含FeCl3、FeCl2、CuCl2）中回收铜，并重新获得FeCl3溶液，处理流程如图：请回答下列问题：（1）试剂①为_______、试剂③为_______。（2）滤渣B中主要含有__________。（3）步骤（Ⅱ）的化学方程式为_______________________________。（4）某Fe2(SO4)3溶液可能含有Fe2＋，从下列试剂中选择检验Fe2＋存在的最佳试剂_____（填字母）。若存在Fe2＋，则上述检验的实验现象为___________________________________________。A．氢氧化钠溶液 B．酸性KMnO4溶液 C．氯水 D．KSCN溶液三、（2020年全国Ⅲ改编）某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体（NiSO4·7H2O）：溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金属离子Ni2＋Al3＋Fe3＋Fe2＋开始沉淀时（c＝0.01mol·L−1）的pH沉淀完全时（c＝1.0×10−5mol·L−1）的pH7.28.73.74.72.23.27.59.0回答下列问题：（1）Al及其氧化物“碱浸”时发生的离子方程式为__________________、_________________。（2）Ni“酸浸”时反应的离子方程式为___________________________。（3）“转化”时反应的离子方程式为___________________________。（4）为了保证“滤液③”中0.01mol·L－1的Ni2＋不沉淀，Fe3＋沉淀完全，则控制的pH范围为___________________________。参考答案一、选择1．【答案】D【解析】A项，Mg、Al合金中加入足量NaOH溶液，2Al＋2NaOH＋2H2O2NaAlO2＋3H2↑，过滤后可得金属Mg，则金属X为Mg，Mg是12号元素，原子结构示意图为，正确；B项，NaAlO2溶液中加稀硫酸，生成Al(OH)3沉淀，所以固体A为Al(OH)3，正确；C项，向Al(OH)3沉淀中再加稀硫酸，生成Al2(SO4)3，Al2(SO4)3是强电解质，在水中完全电离，电离方程式为Al2(SO4)32Al3＋＋3SO42－，正确；D项，Al2(SO4)3溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到Al2(SO4)3晶体，错误。2．【答案】D【解析】A项，由溶液乙通入过量的CO2生成氢氧化铝沉淀可知，溶液乙中含有偏铝酸根离子，故试剂X为氢氧化钠溶液，不可能为盐酸，错误；B项，Al2O3溶于氢氧化钠溶液得到NaAlO2溶液，Fe2O3与氢氧化钠溶液不反应，则过滤后所得沉淀为Fe2O3，错误；C项，电解熔融Al2O3冶炼金属铝属于氧化还原反应，错误；D项，反应①过滤后所得溶液乙为NaAlO2溶液，向NaAlO2溶液中通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀和碳酸氢钠，反应的离子方程式为AlO－＋CO2＋2H2OAl(OH)3↓＋HCO－，正确。3．【答案】B【解析】向废料中加入过量稀盐酸，金属及氧化物反应变为Al3＋、Fe3＋、Fe2＋进入溶液甲中，向其中加入过量H2O2，Fe2＋被氧化为Fe3＋，然后用NaOH溶液调整溶液pH，发生聚沉得到聚合氯化铝铁[AlFe(OH)nCl6－n]m。A项，假设Fe元素化合价为＋x，聚合氯化铝铁[AlFe(OH)nCl6－n]m中各种元素化合价代数和等于0，可得3＋x－n－(6－n)＝0，解得x＝＋3，即产品中铁元素的化合价为＋3，正确；B项，废料中的Al、Al2O3与足量盐酸反应产生Al3＋，Fe、FeO与盐酸反应产生Fe2＋；Fe2O3与盐酸反应产生Fe3＋，Fe3＋氧化性强，可能与Fe、Al反应产生Fe2＋，由于废料中Al、Fe及Fe2O3的物质的量关系无法确定，因此不能确定反应后的溶液中Fe元素的存在形式中是否含有Fe3＋，错误；C项，向甲溶液中加入的试剂X可以用H2O2，目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后通过调节溶液pH，使Al3＋、Fe3＋转化为聚合氯化铝铁[AlFe(OH)nCl6－n]m，正确；D项，溶液显碱性或中性时会Fe3＋会转化为Fe(OH)3沉淀，不能得到聚合氯化铝铁[AlFe(OH)nCl6－n]m，则此时溶液显酸性，正确。4．【答案】C【解析】A项，由最终要得到的氯化铁及流程图知b是盐酸，错误；B项，操作Ⅰ和操作Ⅱ是过滤，操作Ⅲ为蒸发结晶，所用仪器有差异，错误；C项，滤液Z和X中均含有氯化亚铁，因此c为氯气，正确；D项，高锰酸钾能氧化氯离子而褪色，因此不能用于检验是否含有亚铁离子，错误。5．【答案】B【解析】根据制备流程分析，FeSO4溶液在酸性条件下与H2O2发生氧化还原反应得到Fe2(SO4)3，Fe2(SO4)3与NaClO在碱性条件下发生氧化还原反应得到Na2FeO4，Na2FeO4与饱和的KOH溶液反应得到K2FeO4粗品，经洗涤干燥后得到K2FeO4纯品。A项，由上述分析可知，步骤ⅰ为FeSO4溶液在酸性条件下与H2O2发生氧化还原反应生成H2O和Fe2(SO4)3，根据氧化还原反应规律可得反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋2Fe3＋＋2H2O，正确；B项，步骤ⅱ为Fe2(SO4)3与NaClO在碱性条件下发生氧化还原反应得到Na2FeO4，氧化剂是NaClO，氧化产物为Na2FeO4，故氧化性：NaClO＞Na2FeO4，错误；C项，步骤ⅲ为Na2FeO4与饱和的KOH溶液发生复分解反应得到K2FeO4粗品，溶解度大的物质转化为溶解度小的物质，故溶解度：Na2FeO4＞K2FeO4，正确；D项，由于K2FeO4具有强氧化性，因此可用于水的杀菌消毒，且其还原产物产生的Fe3＋水解得到Fe(OH)3的胶体，具有絮凝的作用，故K2FeO4是性能优良的水处理剂，正确。二、【答案】（1）FeCl2（2）Fe、Cu（3）Fe＋2HClFeCl2＋H2↑（3）B酸性KMnO4溶液紫（红）色褪去【解析】题中通过制造