資源簡介

(共31張PPT)
微專題十　淺析化工生產工藝流程
(以金屬礦物、海水資源
開發利用為背景)
第八章　第一節　自然資源的開發利用
1.工藝流程題的結構
規律：“主線主產品，分支副產品，回頭為循環”。
2.對原料預處理的常用方法
(1)研磨——減小固體顆粒的體積，增大固體與液體或氣體間的接觸面積，加快反應速率。
(2)水浸——與水接觸反應或溶解。
(3)酸浸——與酸接觸反應或溶解，使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去。
(4)灼燒——除去可燃性雜質或使原料初步轉化，如從海帶中提取碘時灼燒就是為了除去可燃性雜質。
(5)煅燒——改變結構，使一些物質能溶解，并使一些雜質在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土。
3.解答化工流程題的方法——目標分析法
制備類工藝流程題一般由多步連續的操作組成，每一步操作都有其具體的目標、任務。
要求用理論回答的試題應采用“四段論法”：
1.(2018·河北衡水中學期中)已知海水中的溴含量約為65 mg·L－1，從海水中提取溴的工業流程如下：
1
2
3
跟蹤訓練
4
5
(1)上述步驟Ⅰ中已獲得游離態的溴，步驟Ⅱ又將其轉化成化合態的溴，目的是___________。
富集溴元素
解析　由于海水中Br－的濃度低，故步驟Ⅱ的目的是富集溴元素。
(2)步驟Ⅱ通入熱空氣吹出Br2，利用了溴的_____(填字母)。
A.氧化性 B.還原性
C.揮發性 D.腐蝕性
1
2
3
4
5
C
解析　溴單質易揮發。
(3)步驟Ⅱ中涉及的離子反應如下，請在方框內填入正確的化學計量數：
1
2
3
4
5
3　 3　 1　 5　 3
(4)上述流程中吹出的溴蒸氣也可以先用二氧化硫的水溶液吸收，再用氯氣氧化，然后進行蒸餾，則溴與二氧化硫的水溶液反應的離子方程式為_________
____________________________。
SO2＋Br2
(5)實驗室分離溴還可以用萃取法，下列可以用作溴的萃取劑的有_____(填字母)。
A.乙醇 B.四氯化碳
C.裂化汽油 D.苯
1
2
3
4
5
BD
解析　乙醇與水互溶，不能作為溴的萃取劑；裂化汽油中含有不飽和烴，能與溴單質發生反應，不能作為溴的萃取劑。
2.我國擁有很長的海岸線，具有豐富的海洋資源，以海水為原料的鹽化工是我國的重要產業。鹽鹵是海水曬鹽后的富含鎂鹽的溶液，其中除含鎂鹽外，還含有其他鹽類(如圖甲所示)。鹽鹵在食品、化工等方面具有廣泛的用途。請解答下列與鹽鹵有關的題目：
(1)根據圖甲所示，寫出鹽鹵中含量最多的兩種鹽的化學式：______、______。
1
2
3
4
5
NaCl MgCl2
解析　從甲圖中可以看出1 000 g鹽鹵中含有的NaCl、MgCl2、MgSO4、KCl分別為163.0 g、142.5 g、60.0 g、22.0 g。由此可見，含量最多的是NaCl、MgCl2。
1
2
3
4
5
(2)圖乙是鹽鹵中某些物質的溶解度曲線，已知t1 ℃時，MgSO4和KCl的溶解度分別為M、N，則它們溶解度大小的關系為________；將鹽鹵加熱到t2 ℃以上，根據溶解度曲線，首先析出的晶體應是________。
1
2
3
4
5
M＝N
MgSO4
解析　在t1 ℃時，KCl和MgSO4的溶解度曲線相交；t2 ℃以后，MgSO4的溶解度隨著溫度的升高而降低，故將鹽鹵加熱到t2 ℃以上首先析出的是MgSO4。
(3)化工廠利用鹵水生產金屬鎂的工藝流程如圖所示：
1
2
3
4
5
“操作①”的目的是將氫氧化鎂沉淀分離出來，操作①的名稱是_______。氫氧化鎂與試劑B反應的化學方程式為________________________________。操作②的名稱是___________。該方法的優點為____________________________。
過濾
Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
蒸發、結晶
就地取材，節約資源，降低成本
解析　分離固體與液體混合物應用過濾方法，而使溶液中的溶質以晶體的形式析出則需要蒸發、結晶。由于就地選用了海邊的貝殼為原料來生產CaO，所以節約了資源，降低了生產成本。
(4)用電解法制備金屬鎂，兩位同學分別設計了下面的兩種方法。
甲：電解熔融的氧化鎂
乙：電解熔融的氯化鎂
其中同學______(填“甲”或“乙”)制備金屬鎂的方案更合理，假設生產過程中鎂元素沒有損失，則100 g鹵水可制備鎂_____ g。
1
2
3
4
5
4.8
乙
3.以已經提取出氯化鈉、單質溴、鎂等化學物質的富碘鹵水為主要原料，采用如圖所示的工藝流程生產單質碘。
1
2
3
4
5
(1)寫出乙、丁溶液中溶質的化學式：
乙________，丁________。
FeI2
FeCl3
解析　題述流程中的反應過程如下所示：
1
2
3
4
5
(2)第④步操作中用稀硫酸浸洗的目的是______(填字母)。
A.除去NO B.除去未反應的I－
C.除去未反應的Fe D.除去堿性物質
(3)第⑦步操作中提純I2的步驟是________、________、________。
1
2
3
4
5
C
萃取 分液 蒸餾
(4)實驗室檢驗I2的方法是________________________________。
(5)甲物質見光易變黑，其原因是___________________(用化學方程式表示)。
1
2
3
4
5
將其加入淀粉溶液中，溶液顯藍色
(1)步驟①加Fe的目的是___________________；
步驟②冷卻的目的是______________________。
4.(2019·天津一中月考)鈦(Ti)被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，鈦白(TiO2)是目前最好的白色顏料。制備TiO2和Ti的原料是鈦鐵礦，我國的鈦鐵礦儲量居世界首位。用含Fe2O3的鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3)制備TiO2流程如下：
1
2
3
4
5
將Fe3＋還原為Fe2＋
析出綠礬(FeSO4·7H2O)
解析　分析框圖知，鐵最終轉化成副產品綠礬，所以要將＋3價Fe轉化為＋2價Fe，降溫減小FeSO4·7H2O的溶解度，有利于綠礬結晶。
1
2
3
4
5
解析　水浸后發生的離子反應為TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋，廢液主要呈酸性，所以應加入CaO、CaCO3或堿。
(2)上述制備TiO2的過程中，可以利用的副產物是__________________；考慮成本和廢物綜合利用因素，水浸后廢液中應加入_______________________處理。
1
2
3
4
5
綠礬(FeSO4·7H2O)
生石灰(或碳酸鈣、廢堿)
反應TiCl4＋2Mg===2MgCl2＋Ti在Ar氣氛中進行的理由是__________________
________________。
解析　反應后Ti和Mg易與空氣中O2、N2等反應，故應在Ar氣氛中進行。
(3)由金紅石(TiO2)制取單質鈦(Ti)，涉及到的步驟為
1
2
3
4
5
防止高溫下鎂或鈦
與O2、N2等反應
5.(2019·南京高一下學期月考)工業上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，還含有雜質SiO2和Fe2O3)提取氧化鋁并冶煉Al的操作過程如下：
1
2
3
4
5
(1)濾渣A是________________，濾渣B是____________________。
SiO2(或二氧化硅)
Fe(OH)3(或氫氧化鐵)
解析　鋁土礦中的二氧化硅與稀硫酸不反應，則濾渣A是SiO2(或二氧化硅)；濾液A中含有鋁離子、鐵離子，加入過量的氫氧化鈉溶液生成氫氧化鐵沉淀和偏鋁酸鈉，則濾渣B是Fe(OH)3(或氫氧化鐵)。
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(2)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的名稱是_________。
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5
解析　操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的名稱均是過濾。
過濾
(3)操作Ⅳ中，灼燒時盛放藥品的儀器是________，發生反應的化學方程式是
___________________________。
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3
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5
解析　操作Ⅳ中，灼燒固體時盛放藥品的儀器是坩堝。濾液B中含有偏鋁酸鈉，通入過量的二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀，濾渣C是Al(OH)3，則發生反應的化學方程式是2Al(OH)3 Al2O3＋3H2O。
坩堝
(4)生成濾渣C的離子方程式為______________________________________。
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3
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5
(5)取濾液B 100 mL，加入1 mol·L－1 200 mL鹽酸時，沉淀量達到最大且質量為11.7 g。則濾液B中c( )＝___________，c(Na＋)＞______ mol·L－1。
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4
5
1.5 mol·L－1
6.0
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3
4
5
化工生產工藝流程類試題解答方法
(1)抓首尾，看中間：從原料到產品為一條龍的生產工序試題，其關鍵點是認真分析對比原材料與產品的組成，從中得出將原料轉化為產品和除去原材料中所含雜質的基本原理和所用工藝。
(2)用交叉，看分流：有些化工生產選用多組原料，解題關鍵在于找準中間產品和相互交叉的流水生產線，在分析過程中，抓住中間產品的關聯作用，逐一破解。
(3)明目的，讀流程：化工工藝流程綜合題目一般是關于物質制備，首先明確題目目的是制取什么物質，從題干或問題中獲取有用信息，了解產品的性質，并結合基本概念和反應原理分析流程圖試題中的元素及化合物知識，從質量守恒原理的角度分析未知物質，尋找解題的突破口。“→”前是投料(反應物)，“→”后是生成物。
思維模型
(4)看控制，找分離：物質制備工藝都涉及物質的分離提純，注意制備過程中所需的原料和條件的控制以及物質分離方法的選擇(如過濾、萃取、分液、蒸餾等)，盡可能寫出主要的化學反應方程式或制備原理。若出現工藝評價內容，從成本、環保、現實等多角度考慮分析即可。

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