第一講 工業(yè)流程

第一講工業(yè)流程——物質(zhì)轉(zhuǎn)化與除雜【流程主線】原料的預(yù)處理→除雜→轉(zhuǎn)化→分離→粗產(chǎn)品→提純→產(chǎn)品+循環(huán)利用一、原料預(yù)處理1、粉碎、灼燒（1）粉碎（底部高速氣流/球磨/研磨/超聲/攪拌子/乳化……）：增大_______________________________，提高______________________________。（__________時間內(nèi)的轉(zhuǎn)化率）（2）灼燒（焙燒、煅燒）①空氣中灼燒：__________核心元素，除去__________雜質(zhì)②隔絕空氣灼燒：____________________③加入焦炭，高溫灼燒：__________核心元素例：一種利用含鈷廢料（主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、碳及有機物等）制取CoC2O4的工藝流程如圖：例：工業(yè)上利用氟碳鈰礦（主要成分CeCO3F）提取CeCl3的一種工藝流程如下：2、酸堿浸出——轉(zhuǎn)化為離子態(tài)（變價/不變價）（1）酸浸①使用單—酸可浸泡出：__________性氧化物、________鹽、________金屬②酸+氧化劑/還原劑：將核心元素轉(zhuǎn)化為_____________離子態(tài)例：（2020國一）釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3?；卮鹣铝袉栴}：（1）“酸浸氧化”需要加熱，其原因是___________。（2）“酸浸氧化”中，VO+和VO2+被氧化成，同時還有__________離子被氧化。寫出VO+轉(zhuǎn)化為反應(yīng)的離子方程式________________________________________。例：（2）堿浸（NaOH/KOH/熔融Na2CO3）①使用單一堿可浸泡出：__________性氧化物、__________金屬、__________酸②堿+氧化劑：將核心元素轉(zhuǎn)化為__________含氧酸根（3）酸堿適量原則太少則________________________，酸/堿過多則______________________。3、條件選擇（2）四防一促一提高-防水解（______________________）：______________________-防分解（______________________）：______________________-防揮發(fā)（______________________）：______________________-防氧化（______________________）：______________________-促水解（______________________）：______________________-提高浸出率（______________________）：______________________【專題：制備高價金屬化合物——水熱法】練：（2020東莞模擬）鉬酸鈉晶體（Na2MoO2·H2O）是一種金屬腐蝕抑制劑。工業(yè)用鉬精礦（主要成分是不溶于水的MoS2）制備鉬酸鈉的兩種途徑如圖所示：（1）鉬酸鈉品體（Na2MoO2·H2O）中鉬元素的化合價是__________________________。（2）在途徑I中：為了提高焙燒效率除增大空氣量外還可以采用的措施有______________，熔燒后的尾氣中含有SO2需要處理，下列不能用作吸收劑的是___________（填字母）。a.氨水 b濃H2SO4 c.Na2SO3溶液 d.NaOH溶液（3）在制備鉬酸鈉晶體時，途徑Ⅱ比途徑I更優(yōu)越，其理由是_______________________。二、除雜/沉淀分離1、氧化還原除雜（略）2、沉淀除雜/分離（1）加沉淀劑資料：Cu2+、Ag+、Zn2+、Pb2+、Cd2+、Hg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+Ca2+、Mg2+【專題：制取MCO3的方法】（1）制備CaCO3、SrCO3、BaCO3（2）制備FeCO3、ZnCO3、CoCO3、MnCO3①FeSO4+足量Na2CO3/NaHCO3②FeSO4+緩慢滴加Na2CO3/NaHCO3③FeSO4+足量NH4HCO3練：（2）調(diào)pH分離金屬離子練：（2021山東）工業(yè)上以鉻鐵礦（FeCr2O4，含Al、Si氧化物等雜質(zhì)）為主要原料制備紅礬鈉（NaCr2O7·2H2O）的工藝流程如圖1?；卮鹣铝袉栴}：（1）焙燒的目的是將FeCr2O4轉(zhuǎn)化為Na2CrO4并將Al、Si氧化物轉(zhuǎn)化為可溶性鈉鹽，焙燒時氣體與礦料逆流而行，目的是______________________。（2）礦物中相關(guān)元素可溶性組分物質(zhì)的量濃度c與pH的關(guān)系如圖2所示。當溶液中可溶組分濃度時，可認為已除盡。中和時pH的理論范圍為______________；酸化的目的是___________________；Fe元素在_____________________________（填操作單元的名稱）過程中除去。（2021乙卷）磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節(jié)約和充分利用資源，通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。該工藝條件下，有關(guān)金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表金屬離子Fe3+Al3+Mg2+Ca2+開始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全（）的pH3.24.711.113.8回答下列問題：（1）“焙燒”中，TiO2、SiO2幾乎不發(fā)生反應(yīng)，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫酸鹽。寫出Al2O3轉(zhuǎn)化為NH4Al(SO4)2的化學(xué)方程式________________________________。（2）“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6，依次析出的金屬離子是________________________________。（3）“母液①”中Mg2+濃度為__________________mol·L-1。（4）“水浸渣”在160℃“酸溶”，最適合的酸是______________________。“酸溶渣”的成分是______________________、______________________。（5）“酸溶”后，將溶液適當稀釋井加熱，TiO2+水解析出TiO2·xH2O沉淀，該反應(yīng)的離子方程式是_________________________________________。

第二講工業(yè)流程——產(chǎn)品分離與提純一、粗產(chǎn)物的結(jié)晶1、沉淀與結(jié)晶區(qū)別2、帶結(jié)晶水/無水鹽（1）CuSO4·5H2O的制備CuSO4溶液——————晶體——————成品溶液不析晶的處理方法：加入___________或用__________摩擦燒杯內(nèi)壁FeCl3溶液————__________FeCl3·6H2O例：FeSO4·7H2O（1）加入過量H2SO4的作用___________________________________________。（2）溫度調(diào)至50℃-70℃的作用_______________________________________。（3）通入H2S至飽和的作用___________________________________________。（2）無水MCln的制備【注意】醇洗___________洗掉結(jié)晶水，SOCl2___________洗掉結(jié)晶水3、過濾、洗滌、干燥（1）過濾（抽濾、離心……）趁熱過濾/冷卻后過濾的目的：__________________________________（2）洗滌熱水/冷水洗的目的：__________________________________有機溶劑洗目的：__________________________________例：已知：Na2SO3·7H2O和Na2SO3的溶解度曲線如圖。制備無水Na2SO3，將Na2SO3溶液__________________________________________，過濾出的固體用無水乙醇洗滌、干燥，得無水Na2SO3固體。【復(fù)習(xí)】如何洗滌？向漏斗中加入水，沒過沉淀物，濾干后，重復(fù)2～3次【復(fù)習(xí)】如何證明洗滌干凈？取_______________________________，加入xx，若xx，則已經(jīng)洗凈【常檢驗離子】：（3）干燥加熱烘干、常溫/低溫干燥二、產(chǎn)物的重結(jié)晶1.KNO3(NaCl)將固體混合物溶于_________水→________→取_______冷卻結(jié)晶→過濾、________洗滌、干燥，得KNO3晶體所得KNO3仍可能混有少量NaCl，原因是？____________________________________欲進一步提純晶體，可采取的操作是？________________________________冷卻熱飽和溶液：XX的溶解度_________________（2）NaCl(KNO3)將固體混合物溶于________水→_______→_______、洗滌、干燥，得NaCl晶體蒸發(fā)濃縮法：XX的溶解度________________例：以氯化鈉和硫酸銨為原料制備氯化銨及副產(chǎn)品硫酸鈉，工藝流程如下：氯化銨和硫酸鈉的溶解度隨溫度變化如圖所示。回答下列問題：（1）欲制備10.7gNH4Cl，理論上需NaCl__________g。（2）實驗室進行蒸發(fā)濃縮用到的主要儀器有_________、燒杯、玻璃棒、酒精燈等。（3）“冷卻結(jié)晶”過程中，析出NH4Cl晶體的合適溫度為________。（4）不用其它試劑，檢查NH4Cl產(chǎn)品是否純凈的方法及操作是_____________________。練：已知：相關(guān)物質(zhì)的溶解度（g/mL）溫度（℃）255060苯甲酸在水中0.00340.00850.0095在乙醇中0.40.71氯化鉀在乙醇中難溶粗苯甲酸中含有KCl雜質(zhì)，提純方法：將粗苯甲酸加入_______________________________________________________________，結(jié)晶、洗滌、過濾，得到純苯甲酸。三、侯氏制堿法2、類侯氏（溶解度越_______，越容易析出）例：利用NaClO3和MgCl2制備Mg(ClO3)2分離方法：2021河北高考題【總結(jié)】工業(yè)口訣帶結(jié)晶，用“三步”鎂鋁鐵，防水解不帶結(jié)晶，用“保護”低硫惰氣保亞鐵醇類易干帶走水鐵4、鋁5、鎂12析晶降低溶解度堿性分步來調(diào)節(jié)

第三、四講工業(yè)流程——陌生圖表、試劑作用、流程評價【引】陌生圖表的作用①便于選擇適宜的________、________、________、________、反應(yīng)________②便于對比不同方案之間的優(yōu)缺點例：制備Fe(OH)3膠體向沸水中逐滴加入5~6滴FeCl3飽和溶液，繼續(xù)煮沸至呈紅褐色，停止加熱?！竞诵乃枷搿窟m可而止，見好就收，綜合分析，選擇最優(yōu)一、反應(yīng)溫度思考角度物質(zhì)性質(zhì)：熱穩(wěn)定、水解、溶解度、揮發(fā)、膠體聚沉、氧化性或還原性、熔沸點反應(yīng)原理：反應(yīng)速率、平衡移動、催化劑活性、主副反應(yīng)競爭經(jīng)濟角度：能耗1、溫度選擇問題選擇xx℃的原因：溫度低于xx℃時，隨溫度升高，反應(yīng)速率加快；溫度高于xx℃時，隨溫度升高，xx易分解/易揮發(fā)/易水解例：（2017全國卷I）TiO2·xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)40min所得實驗結(jié)果如下：溫度/℃3035404550TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率/%9295979388分析40℃時TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率最高的原因？例：熔融溫度和鈦的提取率關(guān)系如右圖，適宜溫度500℃理由是_______________________________________________________________________。2、綜合分析類問題例：Ala——AF3+單體形態(tài)鋁Alb——[Al2(OH)nCl6-n]m聚合形態(tài)鋁Alc——Al(OH)3膠體形態(tài)Alr——鋁的總濃度當T>80℃時，AlT明顯降低的原因是____________________________________________二、溶液的pH值思考角度物質(zhì)性質(zhì)：離子沉淀、同價不同形，水解、鈍化、膠體穩(wěn)定性、氧化性或還原性反應(yīng)原理：反應(yīng)速率、平衡移動經(jīng)濟角度：后續(xù)中和酸堿的處理1、pH范圍選擇問題pH過高可能導(dǎo)致：_________________________________________________________pH過低可能導(dǎo)致：_________________________________________________________例：制備Al(OH)3例：制備FeCO3練：制備K2Cr2O7、制備NaVO3、處理Na2FeO4pH4~66~88~1010~12主要離子2、調(diào)pH分離離子調(diào)節(jié)pH在xx范圍的理由：使xx完全沉淀，且保證xx不形成沉淀Fe(OH)3Zn(OH)2Mg(OH)2開始沉淀的pH1.96.410.4沉淀完全的pH3.28.012.4開始溶解的pH——10.5——例：用金屬鈷板（含少量Fe、Ni）制備氯化鈷工藝流程如下：注：鈷與鹽酸反應(yīng)極慢，需加入催化劑硝酸才可能進行實際生產(chǎn)?；瘜W(xué)式沉淀完全pH鈷鎳性質(zhì)Co(OH)29.4Fe(OH)29.6Fe(OH)33.7（1）“除鎳”步驟中，NH3·H2O用量對反應(yīng)收率的影響見下表：從表中可知x=________。時，除鎳效果最好。加NH3·H2O調(diào)pH收率/%Ni2+含量/%998.10.089.5980.051097.60.00510.3940.005三、試劑用量/濃度選擇1、試劑用量用量過少：_________________________________________________用量過多：_________________________________________________例：次氯酸鹽氧化法制備K2FeO4工藝流程如下：已知發(fā)生副反應(yīng)：Fe(NO3)·9H2O添加量/g堿性反應(yīng)液外觀K2FeO4晶體產(chǎn)量/gK2FeO4晶體純度/%15.5少量Fe(OH)3↓8.2-20.0無任何可見鐵沉淀物13.731824.0有Fe(OH3)↓7.015.47“合成”步驟中生成K2FeO4，根據(jù)下表，鐵鹽添加量最佳值為___________，K2FeO4產(chǎn)量隨鐵鹽的加入先增大后減小的原因可能是_____________________________________________。練：（2020臨潁月考）金屬鈦在航天、潛海和醫(yī)療方面應(yīng)用廣泛。以鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO3），含少量Fe2O3]為原料制備鈦的工藝流程如圖所示。（1）步驟②、③、④中，均需進行的操作是____________（填操作名稱）。（2）硫酸質(zhì)量分數(shù)對鈦、鐵浸出率的影響如圖所示，據(jù)此判斷，酸浸時所加硫酸的質(zhì)量分數(shù)應(yīng)為_________（填范圍）。四、試劑作用【常見答案總結(jié)】調(diào)pH、防水解/促水解、作氧化劑/還原劑、提供離子形成沉淀、除去XX、將XX萃取、利于XX逸出、富集X元素……1、富集作用例：“空氣吹出法”海水提溴：練：As2O3在醫(yī)藥、電子等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。某含砷元素（As）的工業(yè)廢水經(jīng)如下流程轉(zhuǎn)化為粗As2O3。先“沉砷”后“酸化”的目的是___________________________________________________。2、常見試劑作用H2SO4、HCl H2O2HNO3 、、NaOH、Na2CO3 Ca(OH)2NH3·H2O例：用金屬鈷板（含少量Fe、Ni）制備的氯化鈷的工藝流程如下：注：鈷與鹽酸反應(yīng)極慢，需加入催化劑硝酸才可能進行實際生產(chǎn)例：某鋰離子電池正極是涂覆在鋁箔上的活性物質(zhì)LiCoO2。利用該種廢舊鋰離子電池正極材料制備Co3O4的工藝流程如下：練：用鉛精礦（PbS）濕法煉鉛在制備金屬鉛的同時，還可制得硫磺，相對于火法煉鉛更為環(huán)保。濕法煉鉛的工藝流程如下：已知：①不同溫度下PbCl2的溶解度如下表所示。溫度（℃）20406080100溶解度（g）1.001.421.942.883.20②PbCl2為能溶于水的弱電解質(zhì)，在濃度較大的溶液中，存在平衡：（1）浸取液中FeCl3的作用是___________________