化學工藝流程題

1、無機工藝流程遵義航天高級中學 張健,2015,2016工藝流程題,化學工藝流程題,化學工藝流程題，顧名思義，就是將化工生產過程中的主要生產階段即生產流程，用框圖形式表示出來，并根據生產流程中有關的化學知識步步設問，形成與化工生產緊密聯系的化工工藝試題。,工藝流程題的結構分題頭、題干和題尾三部分。 題頭一般是簡單介紹該工藝生產的原材料和工藝生產的目的（包括附產品) 題干部分主要用框圖形式將原料到產品的主要生產工藝流程表示出來； 題尾主要是根據生產過程中涉及的化學知識設計成系列問題，構成一道完整的化學試題。,化學工藝生產主要解決的矛盾，歸納起來主要有六方面問題： 一是解決將原料轉化為產品的生產原理

2、; 二是除去所有雜質并分離提純產品； 三是提高產量與產率； 四是減少污染，考慮”綠色化學”. 五是原料的來源既要考慮豐富，還要考慮成本問題; 六是生產設備簡單，生產工藝簡便可行等工藝生產問題。化學工藝流程題，一般也就圍繞這六個方面設問求解。,學生覺得題難，究其原因，主要是:,看不懂流程; 不理解流程中的除雜原理和應用。 不會應用已學化學原理和元素化合物基礎知識判斷反應產物，不能正確書寫陌生化學方程式;,如何讓學生看懂工藝流程,建立解題模型,如果你是化學工程師,如何新建一個硫酸工廠？,要考慮的事,選址-廠房建設 找礦石原料 購設備安裝調試 設計生產工藝提高生產效率 環(huán)保（三廢處理）問題 其他：資

3、金，審批等,原料貴州開磷遵義硫鐵礦,貴州開磷遵義硫鐵礦成立于1991年，屬開磷集團磷肥基地配套礦山項目； 項目建設規(guī)模為年產15萬噸硫鐵礦原礦、5萬噸硫精礦。該項目自1991年開始建設，1994年建成。 遵義硫鐵礦由采礦車間、選礦車間、辦公生活區(qū)三部分組成。礦區(qū)海拔高度8121156米之間，地勢北高南低，距遵義縣南白鎮(zhèn)20公里，由于地質構造復雜，不適宜大規(guī)模開采于1998年停止開采。 自2001年以來，按照集團公司的總體部署，遵義硫鐵礦除看護資產外，主要轉型從事貴州省省內磷復肥銷售。,研究生產工藝,化學工程師的主要任務，優(yōu)化生產工藝,1：礦石粉碎,增加與空氣接觸面積,增大反應速率,2：強大空氣

4、流,礦粒 吹起,與空氣接 觸充分,氧氣 充分,增大反 應速率,礦石利 用率高,礦石利用率高,化學反應：FeS2 +O2 = Fe2O3+SO2,黃鐵礦 （FeS2，含有N2,As,Se),空氣 （O2 N2等）,礦渣（Fe2O3),爐氣 （SO2,N2,O2,H2O， As,Se化合物等）,沸騰爐里的化學反應,FeS2 +O2 = Fe2O3+SO2,沸騰爐,原料處理：粉碎,條件控制,副產物,除塵,洗滌,干燥,除去礦塵,除去As,Se化合物,除去水,防止催化劑中毒,損壞設備,不利生產,爐氣可以直接氧化嗎？-分離提純,爐氣 （SO2,N2,O2,H2O， As,Se化合物等）,除雜設備,除雜試劑

5、,H2O， As,Se化合物,殘渣,分離提純,爐氣 （SO2,N2,O2）,接觸室里的化學反應,1：過量的空氣 提高 SO2轉化率(平衡正移),2：400500度,3：常壓,4：V2O5作催化劑,加快反應速率,催化劑的活性,爐氣 （SO2,N2,O2）,接觸室的反應,接觸室,條件控制,V2O5 ,空氣,爐氣 （ SO3 ，SO2, O2）,轉化反應,爐氣 （SO2,N2,O2）,接觸室,分離提純除雜,吸收塔,V2O5 ,空氣,SO2，O2,尾氣,98.3%H2SO4,發(fā)煙 硫酸,成品,轉化反應,無機工藝流程模型,鋇鹽行業(yè)生產中排出大量的鋇泥主要含有BaCO3、BaSiO3、BaSO3、Ba(F

6、eO2)2等。某主要生產BaCl2、BaCO3、BaSO4的化工廠利用鋇泥制取Ba(NO3)2，其部分工藝流程如下： （1）酸溶后溶液中PH=1，Ba(FeO2)2，與HNO3的反應化學方程式為 。 （2）酸溶時通?？刂品磻獪囟炔怀^70，且不使用濃硝酸， 原因是 、 。 （3）該廠結合本廠實際，選用的X為 （填化學式）；中和使溶液中 （填離子符號）的濃度減少（中和引起的溶液體積變化可忽略）。 （4）上述流程中洗滌的目的是 。,實際上就是從原料出發(fā)，經過一系列化學反應和分離、提純、除雜，得到化工產品 無機工藝流程題已經成為各地模擬試卷和高考試卷的?？碱}型。它是以無機化工產品的工藝流程為載體，對

7、元素化合物、化學（離子）方程式、化學反應原理、計算、實驗等知識進行融合考查。,化工流程題型分析,題型分析,原料處理方法 化學反應推斷,化學反應推斷 反應條件控制,分離提純方法 物理方法 化學方法,化學實驗知識 元素化合物性質 化學反應原理,一、解題策略步驟(由粗到細),1.確定實驗目的。 2.整體瀏覽一下流程，辨別出預處理、分離提純、主 反應、產物四個階段。 3.分析流程中的每一步驟，并獲取以下信息: (1)知道“四個什么”:反應物是什么;發(fā)生了什么反應;該反應造成了什么后果;對制造產品有什么作用。 (2)抓住“一個關鍵”:一切反應或操作都是為獲得產品而服務。 4.從問題中獲取信息，幫助解題。

8、,(1)粉碎、研磨 粉碎，研磨的目的是增大接觸面積，加快反應速率。 (2)溶解:酸浸、堿浸、水洗、油浸或用某溶液進行溶解。 固體加水、酸或堿后溶解得到離子稱為浸出。（可能發(fā)生復分解、氧還反應） 工業(yè)上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，含Fe2O3雜質)為原料冶煉鋁的工藝流程如下：,二、原料處理階段的實驗操作,(3)加熱:煅燒、灼燒、焙燒、水浴等。 高溫鍛燒、灼燒、焙燒是使物質的結構發(fā)生改變，或者讓原料中某些雜質經過鍛燒后變成可揮發(fā)性的物質而去除掉，方便后續(xù)的處理與操作。,(4)調節(jié)pH:加酸、加堿或加人一些難溶物。,(4)調節(jié)pH:加酸、加堿或加人一些難溶物。,調節(jié)pH所需的物質一般應滿足兩點：

9、 能與H反應，使溶液pH值增大； 不引入新雜質。 例如： 若要除去Cu2溶液中混有的Fe3，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質來調節(jié)溶液的pH值。,(5)降溫:防止某些物質分解或抑制水解或降低反應速率。 例： 酸溶時通?？刂品磻獪囟炔怀^70，且不使用濃硝酸， 原因是 、 。 控制溫度烘干制小蘇打,三、分離提純階段實驗操作,(1)過濾。 漏斗、燒杯、玻璃棒； 趁熱過濾： 為何要趁熱過濾？ 防止溶液因溫度降低而析出XX晶體 （或引起XX晶體溶解或轉化） (2)萃取。 利用物質在兩種互不相溶的溶劑中 溶解度的不同，使物質從一種溶劑內 轉移到另外一種溶劑中。 (3)分液。,(

10、4)洗滌。 洗滌目的: 除去雜質：除去晶體表面的可溶性雜質。 提高產率：洗滌過濾所得到的殘渣，把有用的物質，如目標產物盡可能洗出來。 防止污染環(huán)境：如果濾渣表面有一些對環(huán)境有害的物質，如重金屬離子或CN等，為了防止污染環(huán)境，往往對殘渣進行洗滌。 洗滌試劑:難溶固體洗滌試劑一般選擇水，易溶解的固體產品的洗滌試劑有冰水、有機溶劑、飽和溶液,常見問題及規(guī)范解答,（1）實驗操作對應的儀器名稱：如，過濾的玻璃儀器、煅燒的硅酸鹽儀器。 漏斗、燒杯、玻璃棒； 坩堝、酒精燈 （2）實驗操作的名稱：如，從KNO3和NaCl的混合溶液中分別獲取兩種固體。 加熱蒸發(fā)濃縮結晶，趁熱過濾，冷卻結晶，過濾洗滌干燥。 （3

11、）某個實驗操作的詳細描述：如， 測定溶液pH值： 取一張干燥的pH試紙置于表面皿上，用玻璃棒蘸去待測溶液點在pH試紙上，對照比色卡。,是否完全沉淀： 取少量上層清液于試管中，滴加幾滴XX溶液（前面具體的沉淀試劑），若無XX沉淀產生，則完全沉淀，若有XX沉淀產生，則未完全沉淀。 如何洗滌沉淀： 將沉淀置于過濾器中，加入蒸餾水至沒過沉淀，待蒸餾水自然流干后，重復23遍。 檢驗沉淀洗滌干凈與否： 取少量最后1次洗滌液于試管中，滴加幾滴XX溶液，若有XX沉淀產生，則未洗滌干凈；若無XX沉淀產生，則洗滌干凈。,（4）采取某個實驗操作的原因：如， 為何要粉碎固體： 增大固體表面積，加快浸取速率，增大浸取率

12、。（要具體看題是指什么速率？） 為何要趁熱過濾： 防止溶液因溫度降低而析出XX晶體（或引起XX晶體溶解或轉化） 趁熱過濾前為何要加少量水： 稀釋溶液，防止溶液因溫度降低而析出XX晶體。 為何要用冰水（無水乙醇）洗滌固體： 在除去固體表面雜質的同時能減少固體因溶解的損耗。 為何選擇減壓蒸餾： 降低沸點，防止XX容易受熱分解。,（1）蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶： （蒸發(fā)溶劑）如除去KNO3中 的少量NaCl。所得 晶體不帶結晶水 （2）蒸發(fā)結晶、趁熱過濾：如除去NaCl中的少量KNO3。 （3）重結晶單一溶質所得晶體帶 有結晶水或易分解時，或者溶 液中有兩種或兩種以上溶質要 得到溶解度受溫度影響大的溶 質

13、時(高溫溶解，低溫結晶)，一 般重復2-3次操作,四、獲得產品階段的常見考點：,（4）洗滌 （5）蒸發(fā)、反應時的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時，應在HCl的氣流中加熱，以防其水解。,產品獲得階段的注意事項 (1)化學方程式或離子方程式書寫的細節(jié)要求。 (2)流程中可循環(huán)物質的判斷。 (3)產品純度、產率的計算。,化學反應與能量變化(熱化學與電化學)、化學反應速率與化學平衡 如果在制備過程中出現一些受熱易分解的物質或產物，則要注意對溫度進行控制。 如果產物是一種會水解的鹽，且水解產物中有揮發(fā)性的酸產生，則要加相對應的酸來防止水解。 如果產物是一種強氧化

14、劑或強還原劑，則要防止可以與其發(fā)生氧化還原反應的物質進入裝置。 如果產物是一種易吸收空氣中的C02或水而變質的物質(如Na0 H固體等)，在制備過程中則要將C02或水除去，同時也要防止空氣中C02的或水進入裝置。,五.反應條件的控制,六、數據處理,化學中的數據處理并不注重計算，而是強調質量守恒、電子守恒的靈活應用。,1.洗滌沉淀:向漏斗中加蒸餾水至沒過沉淀，待水 自然流盡后，洗滌2一3次。 2.從溶液中得到晶體:蒸發(fā)濃縮一冷卻結晶一過濾一洗滌一干燥或蒸發(fā)結晶一趁熱過濾一洗滌一干燥。 3.在書寫某一步除雜時，一定要指出除去的具體 物質。應該注明“是為了除去XX雜質”，只寫“除雜”等一類萬金油式的

15、回答是不給分的。,七、注重答案的文字敘述規(guī)范,4. 認真審題，不要因審題不細致而失分，如: (1)填“化學方程式”還是“離子方程式”。 (2)填“名稱”“符號”還是“代號”“序號”等。 (3)填“大于”還是“”“增大”還是“變大”等。 (4)填“化學式”“分子式”“結構式”“結構簡式” “最簡式”還是“電子式”等。 (5)書寫化學方程式時要注意配平、注明反應條件 以及氣體、沉淀等符號。,2016高考III卷 以硅藻土為載體的五氧化二釩（V2O5）是接觸法生成硫酸的催化劑。從廢釩催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為： 以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線：回

16、答下列問題： （1）“酸浸”時V2O5轉化為VO2+，反應的離子方程式為_，同時V2O4轉成VO2+。“廢渣1”的主要成分是_。,（2）“氧化”中欲使3 mol的VO2+變?yōu)閂O2+，則需要氧化劑KClO3至少為_mol。 （3）“中和”作用之一是使釩以V4O124形式存在于溶液中?！皬U渣2”中含有_。 （4）“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為：4ROH+ V4O124 R4V4O12+4OH（以ROH為強堿性陰離子交換樹脂）。為了提高洗脫效率，淋洗液應該呈_性（填“酸”“堿”“中”）。 （5）“流出液”中陽離子最多的是_。 （6）“沉釩”得到偏釩酸銨（NH4VO3）沉淀，寫出“煅燒”中發(fā)生反應的化學方程式_。,某礦樣含有大量的CuS、少量鐵的氧化物及少量其它不溶于酸的雜質。某化學課外小組設計以下流程，以該礦樣為原料生產CuC12 2H2O晶體。 已知：在20 時氯化銅的溶解度是73g；常溫下，金屬離子開始沉淀和沉淀完全時的pH 見下表。,回答下列間題：（l）步驟的焙燒過程中需要通入氧氣。在實驗室中使用中學化學常見物質、右圖所示裝置制取氧氣，試寫