化學(xué)工藝流程題的突破(劉芙蓉).doc

化學(xué)工藝流程題的突破（二輪）（廣東實驗中學(xué) 劉芙蓉）一、化學(xué)工藝流程題解決的問題主要有以下幾個方面：1將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的生產(chǎn)原理問題；2除雜、分離和提純產(chǎn)品等問題；3提高產(chǎn)量和效率問題；4節(jié)能減排，“綠色化學(xué)”，循環(huán)利用等生產(chǎn)問題；5生產(chǎn)設(shè)備、流程和生產(chǎn)成本等工藝問題。化工流程題一般就圍繞這幾個方面設(shè)問求解，我們需要運用有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)間相互作用的基本知識，還要掌握一些分離提純物質(zhì)的基本實驗技能，關(guān)鍵是還要具有分析生產(chǎn)工藝流程的方法和能力。這類試題起點高、落點低，試題多以化工生產(chǎn)、能源、材料、環(huán)境等生產(chǎn)、生活方面的常見化學(xué)事物為背景，要求明確，設(shè)問層次清晰，以無機或有機化合物的組成、性質(zhì)、變化等內(nèi)容為載體，要求考生運用所學(xué)化學(xué)知識、原理和技能從化學(xué)視角看待、分析或解決生產(chǎn)、 生活實際中的簡單化學(xué)問題。解答所需知識、方法都是化學(xué)的核心內(nèi)容。因此，答題時，不要力求把生產(chǎn)流程圖中的每個細節(jié)都弄清楚，只要把握住主要的考查方向，理清每個環(huán)節(jié)的目的和結(jié)果，再根據(jù)題中的具體設(shè)問，結(jié)合題中提取的信息和頭腦中原有的知識和技能，進行針對性作答即可，切不可拘泥于流程圖中的每個細節(jié)，把時間和精力過多用于流程分析，使解題誤入歧途。二、整體的學(xué)習(xí)程序：具體抽象具體1、學(xué)習(xí)課本上的具體工藝流程（1）侯氏純堿工藝 （2）工業(yè)合成硫酸 （3）工業(yè)合成硝酸2、抽象出工藝流程模板 3、具體試題中的幾個過程的劃分對一些線型流程工藝(從原料到產(chǎn)品為一條龍生產(chǎn)工序)試題，首先對比分析生產(chǎn)流程示意圖中的第一種物質(zhì)原材料與最后一種物質(zhì)產(chǎn)品，從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)流程過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜分離提純產(chǎn)品的化工工藝，然后再結(jié)合題設(shè)的問題，逐一推敲解答。給出各種不同核心反應(yīng)原理的工藝流程的流程圖，指導(dǎo)學(xué)生分析工業(yè)流程的主線和核心步驟。在分析過程中關(guān)注以下幾個方面： （1） 明確實驗的目的（2） 抓住幾條線索 線索 考查側(cè)重主要目的主要制備物質(zhì)核心化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物又多又純雜質(zhì)分離提純雜質(zhì)分離徹底輔助試劑輔助主要物質(zhì)轉(zhuǎn)化或分離雜質(zhì)循環(huán)利用【課堂練習(xí)1】1、（16分）工業(yè)上用閃鋅礦（主要成分為ZnS，還含有CdS、Fe2O3等雜質(zhì)）為原料生產(chǎn)ZnSO47H2O的工藝流程如下：（己知Cd的金屬活動性介于Zn和Fe之間）2、（16分）現(xiàn)從鋅制品加工企業(yè)回收的廢渣（含有ZnO、FeO、Fe2O3、CuO、Al2O3等雜質(zhì)）來制取氧化鋅，流程如下：3、電鍍污泥中含有等物質(zhì)，工業(yè)上通過“中溫焙燒鈉氧化法”回收等物質(zhì)。已知：水浸后溶液中存在等物質(zhì)4、以硫鐵礦（主要成分為FeS2）為原料制備氯化鐵昌體（FeCl36H2O）的工藝流程如下：5、（16分）硫鐵礦燒渣是一種重要的化學(xué)化工產(chǎn)業(yè)中間產(chǎn)物, 主要成分是Fe3O4、Fe2O3、FeO和二氧化硅等。下面是以硫鐵礦燒渣制備高效凈水劑聚合硫酸鐵Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m的流程圖：廢鐵皮硫鐵礦燒渣酸溶200300水浸操作I反應(yīng)I操作IIFeSO47H2O稀H2SO4Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m稀H2SO4/H2O2水解濾渣操作III濾液濾渣6、（16分）亞氯酸鈉（NaClO2）主要用于棉紡、造紙業(yè)的漂白劑，也用于食品消毒、水處理等，亞氯酸鈉受熱易分解。以氯酸鈉等為原料制備亞氯酸鈉的工藝流程如下：NaClO3H2SO4溶解SO2反應(yīng)2H2O2、NaOH減壓蒸發(fā)55系列操作粗產(chǎn)品反應(yīng)1ClO2母液7、(17分)重晶石(BaS04)是重要的化工原料，制備氫氧化鋇晶體（Ba(OH)28H2O)的流程如下：8、（16分）硫鐵礦燒渣（主要成分為 Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2等）是生產(chǎn)硫酸的工業(yè)廢渣，其綜合利用對環(huán)境保護具有現(xiàn)實意義。利用硫鐵礦燒渣制備鐵紅等產(chǎn)品的實驗流程如下：硫鐵礦燒渣焙燒酸浸、過濾硫酸合成碳酸氫銨FeCO3固體(NH4)2SO4溶液洗滌、干燥煅燒產(chǎn)品（鐵紅）合成KCl產(chǎn)品（無氯鉀肥）還原劑已知幾種鹽的溶解度隨溫度變化的曲線如下圖所示：溶解度（g/100g水）0 溫度（）硫酸銨氯化銨氯化鉀硫酸鉀20 40 60 80 100 針對這具體的8個工藝流程圖的分析，讓學(xué)生落實流程圖四個基本過程的模板的理解和應(yīng)用，能快速整體的理解整個流程。三、核心知識點突破很多時候發(fā)現(xiàn)學(xué)生獨立的知識點是過關(guān)的，但是一旦體系復(fù)雜化，就會導(dǎo)致學(xué)生思考不周全，思路發(fā)生偏離甚至錯誤，本人認為是學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)的過程中忽略了化學(xué)學(xué)科的特點：（1）微粒觀：學(xué)生經(jīng)常忘記分析物質(zhì)存在的形態(tài)（2）變化觀：在流程中物質(zhì)在輔助試劑的加入時發(fā)生了形態(tài)或價態(tài)的轉(zhuǎn)變（3）系統(tǒng)觀：主要研究物質(zhì)不是孤立存在的，而是在一個混合體系中，學(xué)生經(jīng)常忽略了系統(tǒng)中的其他背景物質(zhì)或離子的存在，同時也忽略了它們會發(fā)生變化。所以在復(fù)習(xí)備考的時候不能只注重化學(xué)知識的傳授，學(xué)生對于化學(xué)學(xué)科的特點的理解對他們理解整個化學(xué)學(xué)習(xí)大有裨益。不同的學(xué)生在完成工藝流程題時遇到的難點是不同的，本人在教學(xué)的過程中通過對學(xué)生的錯題的分析，針對性的做了一下的核心知識點的突破教學(xué)。、鹽溶液的分離提純方法：結(jié)晶法結(jié)晶法有蒸發(fā)結(jié)晶和冷卻結(jié)晶兩種方法，大多數(shù)同學(xué)通過一輪的復(fù)習(xí)已經(jīng)明白純物質(zhì)溶液要得到晶體的方法，難點在于混合溶液得到晶體的操作。課堂練習(xí)1的8個工藝流程中都涉及晶體的獲取，且難度也是按順序由淺入深，通過學(xué)生的分析和老師的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生得到結(jié)晶方法的選擇：（1） 純物質(zhì)溶液得到晶體：蒸發(fā)結(jié)晶（NaCl型） 蒸發(fā)濃縮（至有晶膜出現(xiàn)為止），冷卻結(jié)晶（KNO3型和含有結(jié)晶水的晶體） （2）混合溶液（提純A，B為雜質(zhì)）：思維方式同（1） （3）混合溶液（分離A和B）：蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過濾（得NaCl型），將濾液冷卻結(jié)晶，過濾（得KNO3型）（課堂練習(xí)1的第7、8題）、預(yù)處理的各種方法通過對課堂上學(xué)習(xí)的工藝流程和課堂練習(xí)中8個流程中的預(yù)處理分析進行分類，并形成一定的答題模板。（1） 粉碎或研磨：增大固液（或固氣或固固）接觸面積，加快反應(yīng)（溶解）速率，增大原料的轉(zhuǎn) 化率（或浸取率）。（2） 煅燒或灼燒：不易轉(zhuǎn)化的物質(zhì)轉(zhuǎn)為容易提取的物質(zhì)；其他礦轉(zhuǎn)化為氧化物；除去有機物；除 去熱不穩(wěn)定的雜質(zhì)（3） 酸浸：溶解、去氧化物（膜）、調(diào)節(jié)pH促進水解（沉淀）（4） 堿溶：去油污，去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅，調(diào)節(jié)pH促進水解（沉淀）、平衡原理的應(yīng)用 在工藝流程中經(jīng)常會涉及化學(xué)反應(yīng)平衡，沉淀溶解平衡，沉淀的轉(zhuǎn)化，離子的水解平衡【課堂練習(xí)2】 1工業(yè)上以鋰輝石（Li2OA12O34SiO2，含少量Ca、Mg元素）為原料生產(chǎn)碳酸鋰。其部分工藝流程如下：250 300已知： Li2OAl2O34SiO2 +H2SO4（濃） Li2SO4+Al2O34SiO2H2O 某些物質(zhì)的溶解度（S）如下表所示。T/20406080S(Li2CO3)/g1.331.171.010.85S(Li2SO4)/g34.232.831.930.7（2）已知濾渣2的主要成分有Mg(OH)2和CaCO3。向濾液1中加入石灰乳的作用是（運用化學(xué)平衡原理簡述）_。答題模版四句話：氫氧根與鎂離子結(jié)合生成Mg(OH)2沉淀，Ca2+與SO42-結(jié)合生成CaSO4沉淀（外因的改變），使Mg2+濃度減?。▽υ撈胶鈨?nèi)在某因素的影響）；使雜鹵石的溶解平衡向右移動（平衡移動方向）K+變多（與問題銜接）。（選對平衡體系，是難溶性雜鹵礦的沉淀溶解平衡；按照四句話的模版回答）（該問被廣東高考年報2012視為2012高考題中一大亮點和創(chuàng)新之處，即考查學(xué)生對化學(xué)平衡本質(zhì)的理解） 很多時候題目中已經(jīng)將外因的改變和最終結(jié)果都已經(jīng)給出，學(xué)生需要找到中間的外因改變帶來的內(nèi)因的變化，注意抓住最主要的矛盾。2電鍍污泥中含有等物質(zhì)，工業(yè)上通過“中溫焙燒鈉氧化法”回收等物質(zhì)。已知：水浸后溶液中存在等物質(zhì) （1）用H2SO4調(diào)節(jié)pH值的目的是 。3、由MgCl2nH2O晶體獲得無水MgCl2的操作是 4、配制硫酸亞鐵氨溶液時，需要加入少量稀硫酸的目的 、原電池和電解工業(yè)中的電極反應(yīng)方程式書寫電極方程書寫的難點：環(huán)境中用于平衡電荷的離子的選擇 不同環(huán)境下產(chǎn)物的存在形式的差異【課堂練習(xí)3】1、鍍鋁電解池中，金屬鋁為 極，熔融鹽電鍍中鋁元素和氯元素主要以AlCl4 和Al2Cl7形式存在，鋁電鍍的主要電極反應(yīng)式為 。2、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì),CO為負極氣體，空氣與CO2的混合氣體為正極氣體，制得在650攝氏度下工作的燃料電池。負極反應(yīng)式2CO+2CO32- -4e-=4CO2 正極反應(yīng)式_ 3、磷酸亞鐵鋰電池總反應(yīng)為：，電池中的固體電解質(zhì)可傳導(dǎo)Li+，試寫出該電池放電時的電極反應(yīng)：正極：_；負極：_。4、一種新燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔（Y2O3）的氧化鋯（ZrO2）晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2-。試寫出該電池放電時的電極反應(yīng)：正極：_；負極：_。、循環(huán)利用的物質(zhì)： 同學(xué)理解物質(zhì)循環(huán)利用的目的：節(jié)能減排，“綠色化學(xué)”，降低成本等生產(chǎn)問題，提煉出： 一定不會用于循環(huán)的物質(zhì)：目標產(chǎn)物，雜質(zhì) 可以用于循環(huán)的物質(zhì)：輔助試劑、母液【課堂練習(xí)4】（2013 廣州一模）（16分）某科研小組以難溶性鉀長石（K2OAl2O36SiO2）為原料，提取Al2O3、K2CO3等物質(zhì)，工藝流程如下： (4) 上述工藝中可以循環(huán)利用的主要物質(zhì)是 、 和水。、溫度的控制1、加熱：加快反應(yīng)速率或溶解速率；促進平衡向吸熱方向移動； 除雜，除去熱不穩(wěn)定的雜質(zhì)，如NaHCO3 、Ca(HCO3)2、KMnO4、I2、NH4Cl等物質(zhì)。 使沸點相對較低的原料氣化 2、降溫：防止某物質(zhì)在高溫時會溶解(或分解) 使化學(xué)平衡向著題目要求的方向移動（放熱方向） 使某個沸點較高的產(chǎn)物液化，使其與其他物質(zhì)分離 降低晶體的溶解度，減少損失3、控溫：（用水浴或油浴控溫）防止某種物質(zhì)溫度過高時會分解或揮發(fā)為了使某物質(zhì)達到沸點揮發(fā)出來使催化劑的活性達到最好防止副反應(yīng)的發(fā)生降溫或減壓可以減少能源成本，降低對設(shè)備的要求，達到綠色化學(xué)的要求。【課堂練習(xí)5】1、（16分）醫(yī)用氯化鈣可用于補鈣、抗過敏和消炎等，以工業(yè)碳酸鈣（含少量Na+、Al3+、Fe3+等雜質(zhì)）生產(chǎn)醫(yī)用二水合氯化鈣工藝流程為： （5）為什么蒸發(fā)結(jié)晶要保持在160： 。 2、實驗室用硫酸廠燒渣（主要成分為Fe2O3及少量FeS、SiO2等）制備聚鐵（堿式硫酸鐵的聚合物）和綠礬(FeSO47H2O)，過程如下： (5)在中，將溶液Z控制到7080 的目的是_ _； 海水苦鹵提取粗鹽硫酸酸化氯氣氯化含Br2的海水空氣吹出含Br2的空氣SO2吸收吸收液 氯化溴水混合物 蒸餾蒸氣液溴 冷凝 分離粗溴水 3、空氣吹出法工藝，是目前“海水提溴”的最主要方法之一。其工藝流程如下：（4）步驟的蒸餾過程中，溫度應(yīng)控制在8090。溫度過高或過低都不利于生產(chǎn) ，請解釋原因： 。、注重文字敘述的規(guī)范性 1、洗滌沉淀：往漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流下后，重復(fù)以上操作23次。2、從溶液中得到晶體：蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶過濾洗滌干燥。3、在寫某一步驟是為了除雜時，應(yīng)該注明“是為了除去XX雜質(zhì)”，只寫“除雜”等一類萬金油式的回答是不給分的。4、檢驗沉淀是否洗滌干凈：取最后一次洗滌液少許于試管中，逐滴滴加A試劑，振蕩5、檢驗是否沉淀完全：靜置，往上層清夜中繼續(xù)滴加A試劑 過濾，取濾液少許于試管中，滴加A試劑【資料】2009年2012年高考的化工流程圖原題1（2012年 廣東高考32）（17分）難溶性雜鹵石（K2SO4MgSO42CaSO42H2O）屬于“呆礦”，在水中存在如下平衡為能充分利用鉀資源，用飽和Ca（OH）2溶液溶浸雜鹵石制備硫酸鉀，工藝流程如下：（1）濾渣主要成分有 和 以及未溶雜鹵石。（2）用化學(xué)平衡移動原理解釋Ca（OH）2溶液能溶解雜鹵石浸出K+的原因： 。（3）“除雜”環(huán)節(jié)中，先加入 溶液，經(jīng)攪拌等操作后，過濾，再加入 溶液調(diào)濾液PH至中性。 （4）不同溫度下，K+的浸出濃度與溶浸時間的關(guān)系是圖14，由圖可得，隨著溫度升高， 。 （5）有人以可溶性碳酸鹽為溶浸劑，則溶浸過程中會發(fā)生：已知298K時， Ksp(CaCO3)=2.80109， Ksp(CaSO4)=4.90105 ，求此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K（計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。2.（2011廣東高考32，16分）由熔鹽電解法獲得的粗鋁含有一定量的金屬鈉和氫氣，這些雜質(zhì)可采用吹氣精煉法除去，產(chǎn)生的尾氣經(jīng)處理后可用鋼材鍍鋁。工藝流程如下：（注：NaCl熔點為801；AlCl3在181升華）（1）精煉前，需清除坩堝表面的氧化鐵和石英砂，防止精煉時它們分別與鋁發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生新的雜質(zhì)，相關(guān)的化學(xué)方程式為 和 。（2）將Cl2連續(xù)通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質(zhì)隨氣泡上浮除去。氣泡的主要成分除Cl2外還含有 ；固態(tài)雜質(zhì)粘附于氣泡上，在熔體表面形成浮渣，浮渣中肯定存在 。（3）在用廢堿液處理A的過程中，所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 。（4）鍍鋁電解池中，金屬鋁為 極，熔融鹽電鍍中鋁元素和氯元素主要以AlCl4 和Al2Cl7形式存在，鋁電鍍的主要電極反應(yīng)式為 。（5）鋼材鍍鋁后，表面形成的致密氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕，其原因是 。3（2010年 廣東高考 32）碳酸鋰廣泛應(yīng)用于陶瓷和醫(yī)藥等領(lǐng)域。以-鋰輝石（主要成分為Li2OAl2O34SiO2）為原料制備Li2CO3的工藝流程如下：已知：Fe3、Al3、Fe2和Mg2以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的pH分別為3.2、5.2、9.7和12.4；Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303 K下的溶解度分別為34.2 g、12.7 g和1.3 g。（1）步驟I前，-鋰輝石要粉碎成細顆粒的目的是 。（2）步驟I中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li