資源簡介 (共45張PPT)新教材第九章 水溶液中的離子反應與平衡第59講 無機化工流程題的解題策略復習目標1.培養從試題提供的新信息中準確地提取實質性內容,并與已有知識塊整合重組為新知識塊的能力。2.培養將實際問題分解,通過運用相關知識,采用分析、綜合的方法,解決簡單化學問題的能力。3.培養將分析和解決問題的過程及成果用正確的化學術語及文字、圖表、模型、圖形等表達并做出解釋的能力。母液的循環利用(生產效率)陌生反應產率計算酸溶、堿溶、水溶氧化, 調PH(與Ksp結合考查)注重環保一.工業流程題的結構歸納整合常用分離提純方法二.流程圖中主要環節的分析歸納整合1.工業生產流程的主要框架:原料→I預處理→II分離提純→III核心反應→產品(II、III可能互換)2.考察內容:1)據流程圖或題目提供的反應物和部分生成物書寫情景方程式;2)濾渣的成分;3)濾液的成分;4)核心反應條件的控制和原因;5)選擇化學除雜試劑及原因;6)調pH值的范圍及試劑的選擇;7)相關實驗儀器;8)相關計算。……物質的分離操作、除雜試劑的選擇、生產條件的控制、產品分離提純。3.解題策略歸納整合(一)讀題1. ① 先粗讀:明確原料、明確雜質、明確目標產品。② 針對問題再精讀:分析細節,根據問題去研究某一步或某一種物質。2. 讀流程圖抓箭頭:① 主線: 主產品;② 支線: 副產品;③ 回頭: 循環品。3.解題策略歸納整合① 反應原理② 提高原料利用率:③ 快速反應④ 提高產率⑤ 提高產品純度⑥ 環保⑦工業成本低(二)思考在基礎理論下結合實際問題進行思考利用好副產品、循環使用原料、能量盡可能利用: 化學反應速率(措施有粉碎、升溫、增大濃度、攪拌等):化學平衡的移動:產品的分離、提純:原料廉價、資源豐富要看清所問問題,不能答非所問,并注意語言表達的規范性。重點:3.解題策略歸納整合(三) 答題歸納整合【原料的預處理 】粉碎/研磨/攪拌灼燒/焙燒/煅燒浸出水浸/酸浸/堿浸/鹽浸① 粉碎【原料的預處理 】作用:增大反應物接觸面積,加快反應速率;或使反應更充分②灼燒、焙燒、煅燒:如海帶中提碘時的灼燒就是為了除去可燃性雜質,改變結構,使一些物質能溶解,或使一些雜質在高溫下氧化、分解,如煅燒高嶺土目的:2.使原料初步轉化,不易轉化的物質轉化為容易提取的物質3.改變結構1.除去揮發性物質【原料的預處理 】③溶解(浸取):1.水浸:與水接觸反應或溶解。水溶、酸溶、堿溶、鹽溶(又叫水浸、酸浸、堿浸、鹽浸)3.堿浸:常用NaOH溶液、Na2CO3溶液、氨水溶液等,與堿接觸反應或溶解2.酸浸:與酸反應,使可溶性金屬離子進入溶液,不溶物通過過濾除去。使原料變成離子進入溶液,做到初步分離。→常用硫酸、鹽酸、硝酸等用鹽酸、硝酸酸溶時注意控制溫度,用硫酸酸溶時要關注Pb2+、Ca2+、Ag+會生成PbSO4、CaSO4、AgSO4在濾渣中出現→NaOH溶液與金屬(Al、Zn等)或氧化物 (如SiO2、Al2O3、ZnO、Cr2O3等)反應→金屬陽離子與NH3形成配離子進入溶液4.鹽浸:常用銨鹽、FeCl3溶液等,與鹽溶液接觸反應或溶解→Na2CO3溶液(與原料反應或去油污)【原料的預處理 】浸出:提高浸出率的措施?礦石粉碎、攪拌、升溫、增大酸(或堿、鹽)濃度。固體加水(或酸、堿、鹽溶液等)溶解得到離子。固體溶解后,離子在溶液中的含量的多少(考慮原料更多的轉化)③溶解(浸取):水溶、酸溶、堿溶、鹽溶(又叫水浸、酸浸、堿浸、鹽浸)注意:審題時要“瞻前顧后”,注意物質性質及反應原理的前后聯系。浸出率:總之,原料的預處理時1.調節pH值使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀2.保持酸過量(酸化)通常是抑制某金屬陽離子的水解。3.加熱加快反應速率,或促進平衡向某個方向移動。或加速某固體的溶解。4.降溫防止某物質在高溫時分解或溶解,或為使化學平衡向著題目要求的方向移動。→調節pH所需的物質應滿足兩點:①能與H+反應,使溶液pH增大;②不引入新雜質。例如:除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質來調節溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。【控制反應/操作條件】5.控制溫度①冰水浴②水浴到某溫度③控制反應在某一具體溫度:④防止副反應的發生⑤使催化劑的活性達到最好:高于該溫度會怎樣,低于該溫度又會怎樣:防止某種物質溫度過高時會分解或揮發或溶解;:防止某種物質溫度過高時會分解或揮發,也可能是為了使某物質達到沸點揮發出來。【控制反應/操作條件】如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時,應在________中加熱,乙醇洗滌:HCl氣流6.洗滌(冰水、熱水):洗去晶體表面的雜質離子,并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。洗去晶體表面的雜質離子,并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。或者乙醇揮發帶走水分,加速晶體干燥等7.蒸發、反應時的氣體氛圍抑制水解:以防其水解。【控制反應/操作條件】1.過濾:分離難溶物和易溶物3.蒸餾或分餾:分離沸點不同且互溶的液體混合物2.萃取和分液:利用溶質在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。根據特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法。【常用的分離方法】防止某些物質降溫時析出4.冷卻法:利用氣體液化的特點分離氣體.如合成氨工業采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣。如分離乙醇和甘油。如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液:若將混合溶液加熱蒸發后再降溫,則析出的固體主要是________,母液中是__________________,這樣就可以分離出大部分K2Cr2O7;7.重結晶K2Cr2O7少量K2Cr2O7和NaCl5.蒸發濃縮、冷卻結晶:同理,也可除去KNO3中的少量NaCl。6.蒸發結晶:如除去NaCl中的少量KNO3。提取溶解度隨溫度變化較大的溶質、易水解的溶質或結晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。提取溶解度隨溫度變化不大的溶質,提取溶解度隨溫度變化很大或變化很小的溶質,如苯甲酸的重結晶【常用的分離方法】(4)看清楚是寫化學反應方程式還是離子方程式,注意配平。注重答案的文字敘述規范(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,重復以上操作2~3次。(2)從溶液中得到晶體:蒸發濃縮-冷卻結晶- -過濾————洗滌————干燥- -稱量 。(或蒸發結晶)(趁熱過濾)(3)在寫某一步驟是為了除雜時,應該注明“是為了除去XX雜質”,(冰水/熱水/醇洗等)(降壓/低溫/××氣流中等干燥)只寫“除雜”等一類萬金油式的回答是不給分的。【核心反應方程式的書寫】——陌生方程式的書寫關注箭頭的指向:箭頭指入→箭頭指出→反應物生成物(1)氧化還原反應:(2)非氧化還原反應:熟練應用氧化還原規律,①判斷產物; ②根據化合價升降相等配平。①結合物質性質和反應實際判斷產物。②根據溶液酸堿性、電荷守恒、原子守恒書寫方程式關鍵能力專項突破一、條件控制與Ksp的計算——①溫度控制1.輝銅礦石主要含有硫化亞銅(Cu2S)及少量脈石(SiO2)。一種以輝銅礦石為原料制備硝酸銅的工藝流程如圖所示:(1)“回收S”過程中溫度控制在50~60 ℃之間,不宜過高或過低的原因是______________________________________。溫度高苯容易揮發,溫度低溶解速率小Cu2S(SiO2)S+SiO2濾液:Cu2+/Fe2+/Fe3+Cu/FeFe(OH)3Cu(NO3)2溶液FeCl2關鍵能力專項突破一、條件控制與Ksp的計算1.輝銅礦石主要含有硫化亞銅(Cu2S)及少量脈石(SiO2)。一種以輝銅礦石為原料制備硝酸銅的工藝流程如圖所示:Cu2S(SiO2)S+SiO2濾液:Cu2+/Fe2+/Fe3+Cu/FeFe(OH)3Cu(NO3)2溶液FeCl2(2)“保溫除鐵”過程中,加入CuO的目的是________________________;“蒸發濃縮、冷卻結晶”過程中,要用HNO3溶液調節溶液的pH,其理由是_________________。調節溶液的pH,使Fe3+完全轉化為Fe(OH)3沉淀抑制Cu2+的水解——①溫度控制2.利用某鈷礦石(主要成分為Co2O3)制取Co(OH)2粗品及其他工業產品的工藝流程如圖1所示。(1)鈷礦石浸出時加入Na2SO3的目的為_________________。將Co3+還原為Co2+②酸堿度控制——調pH已知:浸出液中含有的陽離子主要有H+、Cu2+、Co2+、Fe2+、Mg2+。回答下列問題:圖1流程分析:Co2O3等Co(OH)2還原劑Co3+→→→Co2+氧化浸出液中的Fe2+Fe(OH)3Co2+/Ca2+/Mg2+/SO42-調pH=9.1Co2+完全沉淀主雜質:Ca2+/Mg2+/SO42-調pH≥11.1Mg2+完全沉淀Mg(OH)2除去Cu2+ (2)溶液中lg c(X)(X表示Fe3+、Cu2+、Fe2+、Co2+、Mg2+、Ca2+)與pH的變化關系如圖2所示(離子濃度小于10-5 mol/L時可認為已除盡),在萃取余液中通入空氣的目的是_________________________________,用熟石灰調pH至3.2,過濾1所得濾渣的主要成分為________,萃取和反萃取的目的是__________。氧化浸出液中的Fe2+,便于調pH除去Fe(OH)3除去Cu2+(3)用氧化鎂調濾液1的pH為9.1時,得到的氫氧化鈷粗品中含有的主要雜質為_____________,多次洗滌可提高粗產品中鈷含量。“過濾2”后所得濾液直接排放會造成水體污染,須進行處理,用熟石灰調節pH使c(Mg2+)≤10-5 mol/L,則Ksp[Mg(OH)2]=______。CaSO4、MgSO410-10.8Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)·c2(OH-)=10-5×(10-2.9)2=10-10.8流程分析:3.某廢釩渣(主要成分為V2O3,含有少量Al2O3、CaO)為原料生產V2O5的工藝流程如圖:③調pH與Ksp計算已知:釩酸(H3VO4)是強酸,NH4VO3難溶于水;+5價釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關系如表:(1)向釩渣中加入生石灰焙燒,將V2O3轉化為Ca(VO3)2的化學方程式為___________________________。CaO+O2+V2O3 Ca(VO3)2+3+5V元素化合價升高被氧化,一定有O2參加反應V2O3(Al2O3、CaO)Ca(AlO2)2Ca(VO3)23.某廢釩渣(主要成分為V2O3,含有少量Al2O3、CaO)為原料生產V2O5的工藝流程如圖:③調pH與Ksp計算已知:釩酸(H3VO4)是強酸,NH4VO3難溶于水;+5價釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關系如表:V2O3(Al2O3、CaO)Ca(AlO2)2Ca(VO3)2Al(OH)3濾液:CaCl2、VO2Cl(2)已知Ca(VO3)2難溶于水,可溶于鹽酸。若“酸浸”時溶液的pH=4,則Ca(VO3)2溶于鹽酸的離子方程式為____________________________。Ca(VO3)2+4H+=Ca2++2VO2++2H2O__________________________________________。3.某廢釩渣(主要成分為V2O3,含有少量Al2O3、CaO)為原料生產V2O5的工藝流程如圖:③調pH與Ksp計算已知:釩酸(H3VO4)是強酸,NH4VO3難溶于水;+5價釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關系如表:V2O3(Al2O3、CaO)Ca(AlO2)2Ca(VO3)2Al(OH)3濾液:CaCl2、VO2Cl(3)已知加入石灰乳后生成Ca3(VO4)2沉淀,則加入石灰乳的作用是調節溶液的pH,并提供Ca2+形成Ca3(VO4)2沉淀Ca3(VO4)23.某廢釩渣(主要成分為V2O3,含有少量Al2O3、CaO)為原料生產V2O5的工藝流程如圖:③調pH與Ksp計算已知:釩酸(H3VO4)是強酸,NH4VO3難溶于水;+5價釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關系如表:V2O3(Al2O3、CaO)Ca(AlO2)2Ca(VO3)2Al(OH)3濾液:CaCl2、VO2ClCa3(VO4)2(4)反應Ca3(VO4)2(s)+3CO32- (aq) 2VO43-(aq)+3CaCO3(s)的平衡常數為________(用含m、n的代數式表示),已知:Ksp(CaCO3)=m,Ksp[Ca3(VO4)2]=n。nm3“湊常數”法3.某廢釩渣(主要成分為V2O3,含有少量Al2O3、CaO)為原料生產V2O5的工藝流程如圖:③調pH與Ksp計算已知:釩酸(H3VO4)是強酸,NH4VO3難溶于水;+5價釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關系如表:V2O3(Al2O3、CaO)Ca(AlO2)2Ca(VO3)2Al(OH)3濾液:CaCl2、VO2ClCa3(VO4)2(5)沉釩2過程中加入NH4Cl溶液,控制溶液的pH=7.5,當pH>8時,NH4VO3的產量明顯降低,原因是______________________________________。當pH>8時,釩的主要存在形式不是VO3-廢釩渣中加入CaO焙燒,V2O3與CaO、空氣中的氧氣反應轉化為Ca(VO3)2,Al2O3與CaO反應轉化為Ca(AlO2)2,向焙燒后的固體中加入鹽酸,Ca(AlO2)2轉化為Al(OH)3沉淀,過濾得到含有Al(OH)3的濾渣1和含有CaCl2、VO2Cl的濾液;向濾液中加入石灰乳,調節pH,生成Ca3(VO4)2沉淀,過濾得到濾液1和Ca3(VO4)2;向Ca3(VO4)2中加入碳酸銨溶液,將Ca3(VO4)2轉化為(NH4)3VO4,過濾得到含有CaCO3的濾渣2和含有(NH4)3VO4的濾液;向濾液中加入氯化銨,將(NH4)3VO4轉化為NH4VO3沉淀,過濾得到濾液2和NH4VO3;NH4VO3灼燒脫氨制得V2O5。二、化工流程分析濾液、濾渣成分的確定4.錳常用于制造合金錳鋼。某化工廠以軟錳礦(主要成分是MnO2,含有SiO2、Fe2O3、CaO等少量雜質)為主要原料制取金屬錳的工藝流程如圖1所示。MnO2(SiO2/Fe2O3/CaO)流程分析:還原劑Mn02→Mn2+Mn2+/Fe2+/Ca2+/H+/SO42-Fe3+→Fe2+SiO2/CaSO4)氧化Fe2+→Fe3+MnO2、Fe(OH)3Mn2+/Ca2+/SO42-MnF2CaF2MnSO4(1)“浸錳”步驟中往往有副產物MnS2O6生成,溫度對“浸錳”反應的影響如圖2所示。為減少MnS2O6的生成,“浸錳”的適宜溫度是______,“濾渣Ⅰ”的成分是___________(填化學式)。該步驟中可以再加入MnSO4以促進“濾渣Ⅰ”析出,結合平衡移動原理分析其原因:______________________________________________________________。90 ℃SiO2、CaSO4c(SO42-)增大,使平衡Ca2+(aq)+SO42-(aq) CaSO4(s)正向移動,促進CaSO4析出(2)“濾液Ⅰ”中需要先加入MnO2充分反應后再調pH,寫出加入MnO2時發生反應的離子方程式:______________________________。MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O氧化Fe2+→Fe3+氧化Fe2+→Fe3+(3)“濾液Ⅱ”中加入MnF2的目的是除去溶液中的Ca2+,已知25 ℃時,Ksp(CaF2)=3.2×10-11,則常溫下CaF2在純水中的溶解度為__________g。1.56×10-3CaF2(s) Ca2+(aq)+2F-(aq)解析: 設CaF2在純水中溶解度為S(mol/L)SS2SKsp(CaF2)= c(Ca2+)·c2(F-)4S3=3.2×10-11∴S =2×10-4mol/L2×10-4×781000=m100m =1.56×10-3流程分析:(3)寫出“濾渣”中主要成分的化學式:_________。(2)“還原”過程中的離子方程式為_______________。5.以硫酸渣(含Fe2O3、SiO2等)為原料制備鐵黃(FeOOH)的一種工藝流程如圖:(1)“酸溶”中加快溶解的方法為________________________________(任意寫出一種)。加熱(或攪拌或適當增大硫酸濃度等)Fe+2Fe3+=3Fe2+SiO2、FeFeOOHFe2O3SiO2Fe3+/H+/SO42/SiO2Fe2+/SO42-Fe粉SiO2Fe3+→Fe2+流程分析:5.以硫酸渣(含Fe2O3、SiO2等)為原料制備鐵黃(FeOOH)的一種工藝流程如圖:Fe2O3SiO2Fe3+/H+/SO42/SiO2Fe2+/SO42-Fe粉SiO2Fe3+→Fe2+__________________________________________。(4)①“沉鐵”過程中生成Fe(OH)2的化學方程式為FeSO4+2NH4HCO3=Fe(OH)2↓+(NH4)2SO4+2CO2↑②若用CaCO3“沉鐵”,則生成FeCO3沉淀。當反應完成時,溶液中=____。[已知Ksp(CaCO3)=2.8×10-9,Ksp(FeCO3)=2×10-11]140“湊常數”法===140FeOOH流程分析:5.以硫酸渣(含Fe2O3、SiO2等)為原料制備鐵黃(FeOOH)的一種工藝流程如圖:Fe2O3SiO2Fe3+/H+/SO42/SiO2Fe2+/SO42-Fe粉SiO2Fe3+→Fe2+(5)“氧化”時,用NaNO2濃溶液代替空氣氧化Fe(OH)2漿液,能縮短氧化時間,但缺點是___________________________________。NaNO2被還原為氮氧化物,污染空氣FeOOH流程分析:6.鈧及其化合物具有許多優良的性能,在宇航、電子、超導等方面有著廣泛的應用。從鈦白工業廢酸(含鈧、鈦、鐵、錳等離子)中提取氧化鈧(Sc2O3)的一種流程如圖:(1)洗滌“油相”可除去大量的鈦離子。洗滌水是用93%的硫酸、27.5%的雙氧水和水按一定比例混合而成。混合的實驗操作是______________________________________________________________。將濃硫酸沿燒杯內壁慢慢注入水中,并用玻璃棒不斷攪拌,冷卻后再慢慢注入雙氧水中,并不斷攪拌Sc2O3回答下列問題:(含鈧、鈦、鐵、錳等離子)除鈦離子知識點:在混合不同的液體時,一般先加密度較小、易揮發的,后加密度大、難揮發的,若混合時放熱,則最后加受熱易分解的。6.鈧及其化合物具有許多優良的性能,在宇航、電子、超導等方面有著廣泛的應用。從鈦白工業廢酸(含鈧、鈦、鐵、錳等離子)中提取氧化鈧(Sc2O3)的一種流程如圖:Sc2O3回答下列問題:(含鈧、鈦、鐵、錳等離子)除鈦離子(2)先加入氨水調節pH=3,過濾,濾渣主要成分是_______;再向濾液中加入氨水調節pH=6,濾液中Sc3+的濃度為______________。(已知:25 ℃時,Ksp[Mn(OH)2]=1.9×10-13,Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39,Ksp[Sc(OH)3]=9.0×10-31)調pH=3Fe(OH)39.0×10-7mol/L除Fe3+→再調pH=6,生成Sc(OH)3沉淀ScCl3寫出“沉鈧”得到草酸鈧的離子方程式:___________________________。6.鈧及其化合物具有許多優良的性能,在宇航、電子、超導等方面有著廣泛的應用。從鈦白工業廢酸(含鈧、鈦、鐵、錳等離子)中提取氧化鈧(Sc2O3)的一種流程如圖:Sc2O3回答下列問題:(含鈧、鈦、鐵、錳等離子)除鈦離子(3)用草酸“沉鈧”。25 ℃時pH=2的草酸溶液中=_________(保留兩位有效數字)。[已知:25 ℃時,Ka1(H2C2O4)=5.9×10-2,Ka2(H2C2O4)=6.4×10-5]計算調pH=3除Fe3+ScCl3→再調pH=6,生成Sc(OH)3沉淀(3)用草酸“沉鈧”。25 ℃時pH=2的草酸溶液中=_________(保留兩位有效數字)。[已知:25 ℃時,Ka1(H2C2O4)=5.9×10-2,Ka2(H2C2O4)=6.4×10-5]Ka1(H2C2O4)=計算Ka2(H2C2O4)=Ka1(H2C2O4)Ka2(H2C2O4)×=c2(H+)Ka1(H2C2O4)×Ka2(H2C2O4)×=≈3.8×10-2寫出“沉鈧”得到草酸鈧的離子方程式:___________________________。6.鈧及其化合物具有許多優良的性能,在宇航、電子、超導等方面有著廣泛的應用。從鈦白工業廢酸(含鈧、鈦、鐵、錳等離子)中提取氧化鈧(Sc2O3)的一種流程如圖:Sc2O3回答下列問題:(含鈧、鈦、鐵、錳等離子)除鈦離子(3)用草酸“沉鈧”。25 ℃時pH=2的草酸溶液中=_________(保留兩位有效數字)。2Sc3++3H2C2O4=Sc2(C2O4)3↓+6H+[已知:25 ℃時,Ka1(H2C2O4)=5.9×10-2,Ka2(H2C2O4)=6.4×10-5]3.8×10-2計算調pH=3除Fe3+ScCl3→再調pH=6,生成Sc(OH)3沉淀1.基本步驟:①從題干中獲取有用信息,了解生產的產品。②然后整體瀏覽一下流程,基本辨別出預處理、反應、提純、分離等階段。③分析流程中的每一步驟,從幾個方面了解流程:A、反應物是什么B、發生了什么反應C、該反應造成了什么后果,對制造產品有什么作用;抓住一個關鍵點: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。歸納總結:解答無機化工流程試題的程序2.解題思路:明確整個流程及每一部分的目的→仔細分析每步反應發生的條件以及得到的產物的物理或化學性質→結合基礎理論與實際問題思考→注意答題的模式與要點歸納總結:解答無機化工流程試題的程序[得分秘籍](1)設問一般相對獨立,無連帶效應,一個問題解決不了不會影響下一個問題的解決。(2)題中基本上都有與流程無關的問題,可直接作答;對于超綱知識,題目中要么有信息提示,要么與解答題目無關。 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫