資源簡介

(共65張PPT)
選擇題專攻
2.化工生產中物質轉化條件的控制
核心精講
01
1.反應條件的控制
條件控制 目的
固體原料 粉碎或研磨 減小顆粒直徑，增大反應物接觸面積，增大浸取時的反應速率，提高浸取率
煅燒或 灼燒 ①除去硫、碳單質；②有機物轉化、除去有機物；③高溫下原料與空氣中氧氣反應；④除去熱不穩定的雜質等
酸浸 ①溶解轉變成可溶物進入溶液中，以達到與難溶物分離的目的；②去氧化物(膜)
條件控制 目的
堿溶 ①除去金屬表面的油污；②溶解鋁、氧化鋁等
加熱 ①加快反應速率或溶解速率；②促進平衡向吸熱反應方向移動；③除雜，除去熱不穩定的雜質，如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl等物質；④使沸點相對較低或易升華的原料氣化；⑤煮沸時促進溶液中的氣體(如氧氣)揮發逸出等
條件控制 目的
反應物用 量或濃度 ①酸浸時提高酸的濃度可提高礦石中某金屬元素的浸取率；②增大便宜、易得的反應物的濃度，可以提高其他物質的利用率，使反應充分進行；③增大物質濃度可以加快反應速率，使平衡發生移動等
控溫(常用 水浴、冰浴 或油浴) ①控制反應速率(升溫加快反應速率)、適宜的溫度使催化劑的活性最大，防止副反應的發生；②控制化學反應進行的方向，使化學平衡移動；③升溫：使溶液中的氣體逸出，使易揮發物質揮發，使易分解的物質分解；煮沸：使氣體逸出；促進水解，聚沉后利于過濾分離；④控制固體的溶解與結晶
條件控制 目的
加入氧化劑 (或還原劑) ①轉化為目標產物的價態；②除去雜質離子[如把Fe2＋氧化成Fe3＋，而后調溶液的pH，使其轉化為Fe(OH)3沉淀除去]
加入 沉淀劑 ①生成硫化物沉淀(如加入硫化鈉、硫化銨、硫化亞鐵等)；②加入可溶性碳酸鹽，生成碳酸鹽沉淀；③加入氟化鈉，除去Ca2＋、Mg2＋
條件控制 目的
pH控制 ①使某種或幾種金屬離子轉化為氫氧化物沉淀，而目標離子不生成沉淀，以達到分離的目的(常利用題給金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH信息，選擇pH范圍，使雜質離子以氫氧化物沉淀出來)；②“酸作用”還可以除去氧化物(膜)、抑制某些金屬離子的水解等；③“堿作用”還可以除去油污、除去鋁片表面的氧化鋁、溶解鋁等；④金屬離子的萃取率與溶液的pH密切相關；⑤調節溶液pH常用試劑：a.調節溶液呈酸性：稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、金屬氧化物、酸性氣體(二氧化硫)等。b.調節溶液呈堿性：氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉、碳酸氫銨等
2.可循環物質的判斷
(1)流程圖中回頭箭頭的物質。
(2)生產流程中后面新生成或新分離的物質(不要忽視結晶后的母液)，可能是前面某一步反應的相關物質。
①從流程需要加入的物質去找
先觀察流程中需要加入的物質，再研究后面的流程中有沒有生成此物質。
②從能構成可逆反應的物質去找
可逆反應的反應物不能完全轉化，應該回收再利用。
③從過濾后的母液中尋找
析出晶體經過過濾后的溶液稱為母液，母液是該晶體溶質的飽和溶液，應該循環再利用。
對點訓練
1.三氧化二鎳(Ni2O3)是重要的電子元件材料和蓄電池材料，工業上利用含鎳廢料(主要成分為鎳、鋁、氧化鐵、碳等)提取Ni2O3，工業流程如圖：
“預處理”操作可以選擇用________(填字母)來除去廢舊鎳電池表面的礦物油污。
A.純堿溶液浸泡 B.NaOH溶液浸泡 C.酒精清洗
C
2.一種從銅陽極泥(主要含有銅、銀、金、少量的鎳)中分離提取多種金屬元素的工藝流程如下：
“分銅”時，如果反應溫度過高，會有明顯的放出氣體現象，原因是_____________________________。
溫度過高，H2O2分解放出氧氣
3.已知下列物質開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表所示：
物質 開始沉淀pH 沉淀完全pH
Fe(OH)3 2.7 3.7
Fe(OH)2 7.6 9.6
Mn(OH)2 8.3 9.8
若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，應該怎樣做？
答案　先用氧化劑把Fe2＋氧化為Fe3＋，再調溶液的pH至3.7～8.3。
4.以軟錳礦(主要成分為MnO2，含少量鐵的氧化物)制備高純MnCO3。流程如圖：
(1)酸溶還原時，MnO2發生反應的離子方程式為_____________________
____________________。
MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===
Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
酸溶還原時，MnO2將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原為二價錳離子。
(2)在常溫下，已知：Ksp[Mn(OH)2]＝2×10－13、Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39。工業上，當某離子濃度小于1×10－6 mol·L－1時，認為該離子已除凈。氧化后所得溶液中c(Mn2＋)＝0.2 mol·L－1，為使溶液中Fe3＋除凈，調節pH的范圍應為___________。
3≤pH＜8
(1)調節pH所需的物質一般應滿足兩點：
①能與H＋反應，使溶液pH增大；②不引入新雜質。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質來調節溶液的pH。
(2)調節溶液的pH：酸作用還可以除去氧化物(膜)；堿作用還可以除去油污、除去鋁片氧化物、溶解鋁和二氧化硅。
(3)調節pH的試劑選取：①選取流程中出現的物質；②未學習過的物質且題目又無信息提示的一般不做考慮；③已學的常見酸、堿(如HNO3、HCl、H2SO4、NH3·H2O、NaOH等)。
特別提醒
5.粉煤灰(主要成分為Al2O3、SiO2，還含少量Fe2O3等)為原料，制取氧化鋁的部分工藝流程如圖：
上述流程中，可以循環利用的物質是_____________。
HCl(或鹽酸)
粉煤灰加濃鹽酸酸浸，Al2O3和Fe2O3溶解、SiO2不溶，過濾得濾渣，主要成分是SiO2，向濾液中加入NH4HCO3，溶液中的Fe3＋與 發生相互促進的水解反應使鐵元素沉淀，向濾液中通入HCl氣體，使Al3＋形成AlCl3·6H2O晶體析出，煅燒AlCl3·6H2O，由于HCl大量揮發，促進了Al3＋水解，煅燒最終生成了Al2O3。題述流程中，可以循環利用的物質是HCl或鹽酸。
6.硒和碲在工業上有重要用途。在銅、鎳、鉛等電解工藝的陽極泥中硒、碲主要以硒化物、碲化物及單質狀態存在。一種從陽極泥中提取Se和Te的工藝流程如下：
已知：碲酸鈉(Na2H4TeO6)難溶，碲酸(H6TeO6)可溶。
工藝路線中可以循環利用的物質有_______、_______。
H2SO4
NaOH
根據流程中既為生成物又為反應原料的物質可作為循環利用的物質，則工藝路線中可以循環利用的物質有H2SO4和NaOH。
真題演練
02
1
2
1.(2022·遼寧，16)某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3，含有FeS2、SiO2雜質)與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯合焙燒法制備BiOCl和MnSO4，工藝流程如下：
1
2
已知：①焙燒時過量的MnO2分解為Mn2O3，FeS2轉變為Fe2O3；
②金屬活動性：Fe>(H)>Bi>Cu；
③相關金屬離子形成氫氧化物的pH范圍如下：
開始沉淀pH 完全沉淀pH
Fe2＋ 6.5 8.3
Fe3＋ 1.6 2.8
Mn2＋ 8.1 10.1
1
2
回答下列問題：
(1)為提高焙燒效率，可采取的
措施為______。
a.進一步粉碎礦石
b.鼓入適當過量的空氣
c.降低焙燒溫度
ab
1
2
聯合焙燒時，進一步粉碎礦石，可以增大礦石與空氣的接觸面積，能夠提高焙燒效率，選項a符合題意；鼓入適當過量的空氣有利于礦石充分反應，選項b符合題意；降低焙燒溫度，反應速率減慢，不利于提高焙燒效率，選項c不符合題意。
1
2
(2)Bi2S3在空氣中單獨焙燒生成Bi2O3，反應的化學方程式為___________
_______________________。
2Bi2S3＋
1
2
Bi2S3在空氣中單獨焙燒生成Bi2O3，根據原子守恒可知還應生成SO2，結合得失電子守恒，反應的化學方程式為2Bi2S3＋9O2 2Bi2O3＋6SO2。
1
2
(3)“酸浸”中過量濃鹽酸的作用為：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②______
______________。
抑制
金屬離子水解
1
2
加入濃鹽酸后，溶液中含有的離子主要為Bi3＋、Fe3＋、Mn2＋、H＋、Cl－，而酸浸后取濾液進行轉化，故要防止金屬離子水解生成沉淀，使BiOCl的產率降低。
1
2
(4)濾渣的主要成分為_______(填化學式)。
SiO2
1
2
(5)生成氣體A的離子方程式為_____________________________________
_______。
Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋
3H2O
1
2
因Mn2O3有氧化性，會與濃鹽酸發生氧化還原反應：Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===
2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O。
1
2
(6)加入金屬Bi的目的是__________________。
將Fe3＋轉化為Fe2＋
1
2
由已知信息③知，調pH＝2.6時，Fe3＋會水解生成Fe(OH)3沉淀，但Fe2＋還沒開始沉淀，故要將Fe3＋轉化為Fe2＋，調pH后獲得含FeCl2的濾液，為了不引入新的雜質，加入金屬Bi作還原劑。
1
2
(7)將100 kg輝鉍礦進行聯合焙燒，轉化時消耗1.1 kg金屬Bi，假設其余各步損失不計，干燥后稱量BiOCl產品質量為32 kg，滴定測得產品中Bi的質量分數為78.5%。輝鉍礦中Bi元素的質量分數為________。
24.02%
1
2
輝鉍礦中Bi元素的質量分數
為 ×
100%＝24.02%。
1
2
2.[2021·全國乙卷，26(2)(3)(4)(5)(6)]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。為節約和充分利用資源，通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。
1
2
該工藝條件下，有關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pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
1
2
回答下列問題：
(2)“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時用氨水逐步調節pH至11.6，依次析出的金屬離子是___________________。
金屬離子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
開始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
Fe3＋、Al3＋、Mg2＋
1
2
由題給金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH可知，將pH約為2.0的濾液加入氨水調節溶液pH為11.6時，鐵離子首先沉淀，然后是鋁離子、鎂離子，鈣離子沒有沉淀。
金屬離子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
開始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c＝1.0× 10－5 mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
1
2
(3)“母液①”中Mg2＋濃度為___________ mol·L－1。
1.0×10－6
由鎂離子完全沉淀時，溶液pH為11.1可知，氫氧化鎂的溶度積為1×10－5×(1×10－2.9)2＝1×10－10.8，當溶液pH為11.6時，溶液中鎂離子的濃度為 mol·L－1＝1×10－6 mol·L－1。
1
2
(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最適合的酸是______，“酸溶渣”的成分是______________。
硫酸
SiO2、CaSO4
1
2
增大溶液中硫酸根離子的濃度，有利于使微溶的硫酸鈣轉化為沉淀，為了使微溶的硫酸鈣完全沉淀，減少TiOSO4溶液中含有的硫酸鈣的量，應加入濃硫酸加熱
到160 ℃酸溶；
由分析可知，二氧化硅
和硫酸鈣與硫酸不反應，
則酸溶渣的主要成分為
二氧化硅和硫酸鈣。
1
2
(5)“酸溶”后，將溶液適當稀釋并加熱，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，該反應的離子方程式是_________________________________________。
TiO2＋＋(x＋1)H2O TiO2·xH2O↓＋2H＋
1
2
酸溶后將TiOSO4溶液適當稀釋并加熱，能使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸，反應的離子方程式為TiO2＋＋(x＋1)H2O
TiO2·xH2O↓＋2H＋。
1
2
(6)將“母液①”和“母液②”混合，吸收尾氣，經處理得____________，循環利用。
(NH4)2SO4
尾氣為氨氣，母液①為硫酸銨、母液②為硫酸，將母液①和母液②混合后吸收氨氣得到硫酸銨溶液，可以循環使用。
考向預測
03
1
2
1.研究從太陽能電池的碲化鎘吸收層(主要含CdTe、CdS)中回收碲具有重要的意義。某回收工藝的流程如下：
1
2
回答下列問題：
(1)反應釜中，溶液的pH、溫度(T)與生成沉淀的關系如圖，圖中區域分別表示鐵的化合物穩定存在的區域。則制備FeOOH適宜的pH和溫度分別為________(填字母)。
a.2,80 ℃ b.4,90 ℃
c.5,160 ℃ d.6,25 ℃
b
1
2
(2)制備磁性納米鐵棒時，加入NaBH4前先通入N2的作用是____________
________________________________________。
排出設備中
的空氣，防止磁性納米鐵棒和NaBH4被氧化
1
2
磁性納米鐵棒和NaBH4都容易被氧化，所以在加入NaBH4之前需通入N2排出反應容器中的空氣。
1
2
(3)常溫下，若在含Cd2＋、Te4＋濾液中加入NaOH溶液調節pH為7，溶液中c(Cd2＋)的最大值為______________(已知：Ksp[Cd(OH)2]＝5.3×10－15)。
0.53 mol·L－1
1
2
1
2
(4)從 溶液得到“吸附Te”，利用了納米鐵棒的性質有________、________。
吸附性
還原性
1
2
含 的溶液和磁性納米鐵棒作用，Te的化合價降低，被納米鐵棒還原，磁性納米鐵棒還能吸附Te，故在得到Te的過程中，磁性納米鐵棒呈現了還原性和吸附性。
1
2
2.鍺是現代高科技產業重要的基礎材料。用含氧化鋅煙塵(雜質主要有PbO、GeO2、SiO2、FeO、Ag2O等)為主要原料制備氧化鋅和高純度單質鍺的一種工藝流程如圖所示。
1
2
已知：①單寧酸是一種只含C、H、O元素的有機化合物；
②pKsp＝－lg Ksp，常溫下pKsp[Pb(OH)2]＝19.8，pKsp[Zn(OH)2]＝16.2，pKsp[Fe(OH)2]＝16.4，pKsp[Fe(OH)3]＝38.6；
③當溶液中某離子的物質的量濃度不大于1.0×10－5 mol·L－1時，該離子沉淀完全。
1
2
(1)“酸浸”后所得的濾渣主要成分除SiO2外，還含有________________
(填化學式)。
Ag2SO4、PbSO4
1
2
(2)如圖所示，“酸浸”過程中濃硫酸用量超過理論量會導致鍺的浸出率降低，其可能的原因為___________________________________________
_______________________。
生成的Ag2SO4、PbSO4沉淀附著在反應物表面，
阻礙了反應的進一步進行
1
2
(3)“調pH”所用試劑X為______(填化學式)，若“酸浸”后溶液中c(Zn2＋)
＝0.1 mol·L－1，則應調控pH的范圍為__________。
ZnO
2.8～6.4
1
2
含氧化鋅煙塵加入濃硫酸，生成
硫酸鉛、硫酸銀沉淀，二氧化硅
不與濃H2SO4反應，三者成為濾渣；
過濾所得濾液中加入氧化鋅消耗
溶液中氫離子，調節溶液的pH將鐵轉化為沉淀，過濾所得濾液加入單寧酸沉鍺，濾渣灼燒后加入濃鹽酸氯化蒸餾，水解、電解得到單質鍺；
沉鍺后所得濾液加入碳酸氫銨沉鋅，灼燒得到氧化鋅。
1
2
由分析可知，“調pH”所用試劑
X為ZnO；
1
2
故應調控pH的范圍為2.8～6.4。
1
2
(4)若“沉鋅”的產物為Zn2(OH)2CO3，則反應的離子方程式為_________
_______________________________________。
2Zn2＋＋
1
2
若“沉鋅”的產物為Zn2(OH)2CO3，則鋅離子和碳酸氫根離子反應生成Zn2(OH)2CO3、水和二氧化碳，離子方程式為2Zn2＋＋
===Zn2(OH)2CO3↓＋3CO2↑＋H2O。
本課結束

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