廣東省中山市古鎮(zhèn)高級中學(xué)2012屆高三化學(xué) 專題訓(xùn)練3 工藝生產(chǎn)

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1、廣東省中山市古鎮(zhèn)高級中學(xué)2012屆高三化學(xué) 專題訓(xùn)練3 工藝生產(chǎn) 一．解答一道工藝 （實驗）流程圖試題的程序是什么？ 此類試題的題干通常包括文字說明、工藝（實驗）流程以及供參考的數(shù)據(jù)（以表格、圖像等呈現(xiàn)）。①首先要通過閱讀文字說明，清楚試題背景是工業(yè)生產(chǎn)還是實驗室研究，準(zhǔn)確抓住工藝（實驗）的目的是什么，還提供了哪些信息（原料成分？含量？產(chǎn)品成分？從用途能看出什么性質(zhì)？）；②然后整體瀏覽一下流程，基本辨別出預(yù)處理、反應(yīng)、提純、分離等階段；③接下來可以先看看設(shè)問，使下一步的深入分析重點更明確；④然后再帶著“量”的意識具體分析各個化學(xué)過程（必要時才使用參考數(shù)據(jù)）分析每一步中所有的物質(zhì)，組織語

2、言回答設(shè)問。 二．工藝（實驗）流程圖試題常常在哪些地方設(shè)問？ 反應(yīng)速率理論的運用；氧化還原反應(yīng)的判斷、書寫；利用控制pH分離除雜（注意是使pH增大還是減?。?；利用溶解度分離；常用的分離方法、實驗操作；流程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)；綠色化學(xué)評價等。 三．反應(yīng)速率理論在實際生產(chǎn)中的運用 將反應(yīng)速率理論運用于實際生產(chǎn)中工藝條件的選擇，應(yīng)從反應(yīng)物接觸面積、接觸機(jī)會、溫度、反應(yīng)物濃度、催化劑等方面思考，思考時應(yīng)充分結(jié)合試題的實際情景和物質(zhì)的性質(zhì)。若為不同相之間的反應(yīng)都會有接觸面積的問題，而增大接觸面積的具體措施有不同，如固體可以用粉碎的方法，液體可以用噴灑的方法，氣體可以用多孔分散器等。接觸機(jī)

3、會一般受混合是否充分影響，如攪拌、混溶等措施。溫度、濃度等措施在運用時須確保反應(yīng)物或生成物的性質(zhì)保持穩(wěn)定。也有一些反應(yīng)因為過快而要適當(dāng)降低速率，常常從溫度和濃度角度采取措施。加壓一般是提高氣體反應(yīng)物濃度的措施，但在氣體和固體、液體反應(yīng)的體系中并不適宜。一般情況下，水溶液中發(fā)生的常見的離子反應(yīng)除了控制合適的pH外較少考慮催化劑的條件，而在有機(jī)反應(yīng)、混合氣體反應(yīng)的情況下，催化劑常常是十分重要的影響因素。 此外，在實際生產(chǎn)中反應(yīng)速率問題往往放在生產(chǎn)效益的大背景下考慮，因此通過加快反應(yīng)速率來提高原料轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品產(chǎn)量是很普遍的，這一點與化學(xué)平衡中轉(zhuǎn)化率的討論不應(yīng)混淆。 1、傳統(tǒng)合成氨工業(yè)中，提高化學(xué)

4、反應(yīng)速率的措施有__________________________。 2、科學(xué)家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。曾有實驗報道：在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑(摻有少量Fe2O3的TiO2)表面與水發(fā)生反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH3。進(jìn)一步研究NH3生成量與溫度的關(guān)系，部分實驗數(shù)據(jù)見下表(光照、N2壓力1.0×105 Pa、反應(yīng)時間3 h)： T／K 303 313 323 353 NH3生成量／(10－6 mol) 4.8 5.9 6.0 2.0 相應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下： N2(g)+3H2O(1)==2NH3(g)+ O2(g)

5、 △H1=+765.2 kJ·mol-1 與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法中固氮反應(yīng)速率慢。請?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH3生成量的建議： ______________________ 。 3、鋇鹽行業(yè)生產(chǎn)中排出大量的鋇泥[主要含有BaCO3、BaSiO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等。某化工廠利用鋇泥制取Ba(NO3)2，其部分工藝流程如下： 酸溶時通常控制反應(yīng)溫度不超過70℃，且不使用濃硝酸，原因是__________________、___________________________________。 四．陌生氧化還原反應(yīng)方程式的書寫步驟

6、①結(jié)合物質(zhì)的類別、化合價情況確認(rèn)反應(yīng)發(fā)生的本質(zhì)；②確定最關(guān)鍵的反應(yīng)物和生成物；③配平關(guān)鍵反應(yīng)物和生成物；④再根據(jù)守恒配平或補(bǔ)充其他輔助反應(yīng)物和產(chǎn)物；⑤依據(jù)題目信息寫好反應(yīng)條件；⑥結(jié)合反應(yīng)條件和反應(yīng)體系所處的環(huán)境對各物質(zhì)的存在形式、狀態(tài)進(jìn)行修正。 1、氯氣與Na2S2O3溶液：______________________________________________； 2、酸性高錳酸鉀溶液與草酸溶液：__________________________________________； 3、NaClO與尿素反應(yīng)，生成物除鹽外，都是能參與大氣循環(huán)的物質(zhì)：

7、 。 五．物質(zhì)轉(zhuǎn)化分析中注意量的意識 根據(jù)問題提示分析以下工藝流程，體會關(guān)注“量”的重要性。 以氯化鈉（混有少量KCl）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上圖所示。思考： ①欲制備107g NH4Cl，理論上需多少克NaCl？ ②混合溶解后溶液中含有什么離子？含量大不大？ ③蒸發(fā)濃縮為什么會析出硫酸鈉？溶液中離子的種類和含量有什么變化？ ④蒸發(fā)濃縮到什么程度為宜？ ⑤為什么要趁熱過濾？濾液成分是什么？ ⑥冷卻為什么會析

8、出氯化銨？會不會析出硫酸鈉？為什么？ ⑦冷卻到什么程度合適？ ⑧最后得到的溶液成分是什么？ ⑨洗滌什么？ ⑩KCl是如何除去的？ 【例題】碳酸鋰廣泛應(yīng)用于陶瓷和醫(yī)藥等領(lǐng)域。以-鋰輝石（主要成分為Li2O·Al2O3·4SiO2）為原料制備Li2CO3的工藝流程如下： 已知：Fe3＋、Al3＋、Fe2＋和Mg2＋以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的pH分別為3.2、5.2、9.7和12.4；Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303 K下的溶解度分別為34.2 g、12.7 g和1.3 g。 ⑴步驟I前，-鋰輝石要粉碎成細(xì)顆粒的目的是________________。

9、⑵步驟I中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li＋、SO，另含有Al3＋、Fe3＋、Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋、Na＋等雜質(zhì)，需在攪拌下加入_____________（填“石灰石”、“氯化鈣”或“稀硫酸”）以調(diào)節(jié)溶液的pH到6．0～6．5，沉淀部分雜質(zhì)離子，然后分離得到浸出液。 ⑶步驟II中，將適量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中，可除去的雜質(zhì)金屬離子有 。 ⑷步驟III中，生成沉淀的離子方程式為________________。 ⑸從母液中可回收的主要物質(zhì)是_____________________。 【分析】

10、 本題是一個工藝生產(chǎn)背景，目的是用鋰、鋁硅酸鹽制備Li2CO3。 大致瀏覽流程圖知道第Ⅰ段是把鋰元素轉(zhuǎn)移到溶液中，第Ⅱ段是除去雜質(zhì)，第Ⅲ段是反應(yīng)生成產(chǎn)品。 第（1）小題，固體粉碎后接著進(jìn)行酸浸，要發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，故其直接目的是增大固體與硫酸的接觸面積，增大了反應(yīng)速率，間接目的是使單位時間內(nèi)鋰元素的浸出率更高。 第（2）小題，要求用調(diào)節(jié)pH的方法使雜質(zhì)離子沉淀除去，顯然需要用到題干中幾種陽離子的沉淀pH信息，調(diào)節(jié)前是酸浸得到的溶液，硫酸必然是過量的故酸性較強(qiáng)，調(diào)節(jié)的目的應(yīng)該是使pH升高，故應(yīng)加入可以中和酸的物質(zhì)。 第（3）小題，隱含的信息更多了，這時需要把物質(zhì)的轉(zhuǎn)化流程梳理一下：調(diào)節(jié)pH到

11、6.5只能除去H＋、Al3＋、Fe3＋，而且還引入了Ca2＋，說明還存在的雜質(zhì)離子是Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋、Na＋，H2O2溶液是氧化劑可將Fe2＋氧化為Fe3＋，石灰乳可接著將Mg2＋和Fe3＋沉淀，而Na2CO3溶液可將Ca2＋沉淀，而Na＋仍然在溶液中。 第（4）小題，溶液中主要是Li2SO4，結(jié)合題干中的溶解度信息，生成的沉淀應(yīng)該是Li2CO3。 第（5）小題，沉淀反應(yīng)發(fā)生前，溶液中含大量的Li2SO4和少量Na＋，沉淀反應(yīng)后溶液中留下大量Na2SO4和可能過量的少量Na2CO3，題目問主要物質(zhì)，答Na2SO4即可。 【練習(xí)】 1．聚合氯化鋁是一種新型、高效絮

12、凝劑和凈水劑，其單體是液態(tài)的堿式氯化鋁[Al2（OH）nCl6-n]。本實驗采用鋁鹽溶液水解絮凝法制備堿式氯化鋁。其制備原料為分布廣、價格廉的高嶺土，化學(xué)組成為：Al2O3（25%～34%）、SiO2（40%～50%）、Fe2O3（0．5%～3．0%）以及少量雜質(zhì)和水分。已知氧化鋁有多種不同的結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)也有差異，且一定條件下可相互轉(zhuǎn)化；高嶺土中的氧化鋁難溶于酸。制備堿式氯化鋁的實驗流程如下： 已知：Fe3＋、Al3＋以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的pH分別為3.2、5.2。 根據(jù)流程圖回答下列問題： （1）“煅燒”的目的是_______________________________

13、________________。 （2）“浸出”過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________________。 （3）“浸出”選用的酸為_______。配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％的A酸需要200mL30％的A酸（密度約為1.15g/cm3）和_______g蒸餾水，配制用到的儀器有燒杯、玻璃棒、______________。 （4）為提高鋁的浸出率，可采取的措施有 _________________ _______________________________________________________ （要求寫出

14、三條）。 （5）“調(diào)節(jié)溶液pH在4．2～4．5”的過程中，除添加必要的試劑，還需借助的實驗用品是_________________；“蒸發(fā)濃縮”需保持溫度在90～100℃，控制溫度的實驗方法是_________________。 （6）實驗中制備堿式氯化鋁反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________ 2．廢舊鋰離子電池的正極材料（主要含有及少量Al、Fe等）可用于回收鈷、鋰，實驗方法如下： （1）在上述溶解過程中，被氧化成，在溶解過程中反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ______________

15、_____ ，氧化劑是__________。 （2）在上述除雜過程中，通入空氣的作用是____________________________________。廢渣的主要成分是_________________________。 （3）“沉淀鈷”和“沉淀鋰”的離子方程式分別為______________________________、________________________________。 （4）本工藝可回收的副產(chǎn)品是_________________________。 3．CoCl2·6H2O在飼料、醫(yī)藥工業(yè)上有廣泛的用途。下列是以含鈷廢料（含少量Fe、A

16、l等雜質(zhì)）為原料制取CoCl2·6H2O的一種新工藝流程： 已知： ①鈷與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Co＋2HCl=CoCl2＋H2↑ ②CoCl2·6H2O熔點86℃，易溶于水；常溫下穩(wěn)定無毒，加熱至110~120℃時，失去結(jié)晶水變成有毒的無水氯化鈷。 ③部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表： 請回答下列問題： ⑴加入碳酸鈉調(diào)節(jié)pH至a，a的范圍是 。 ⑵操作Ⅰ包含3個基本實驗操作，它們是 和過濾。 ⑶制得的CoCl2·6H2O需減壓烘干的原因是

17、 。 ⑷為測定產(chǎn)品中CoCl2·6H2O含量，某同學(xué)將一定量的樣品溶于水，再向其中加入足量的AgNO3溶液，過濾，并將沉淀烘干后稱量其質(zhì)量。通過計算發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中CoCl2·6H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于100％，其原因可能是 。 ⑸在實驗室中，為了從上述產(chǎn)品中獲得更純凈的CoCl2·6H2O，方法是 。 ⑹在上述新工藝中，用“鹽酸”代替原工藝中“鹽酸與硝酸的混酸”直接溶解含鈷廢料，其主要優(yōu)點為

18、 。原工藝較新工藝也有優(yōu)點，其主要優(yōu)點是 。 4．以黃鐵礦為原料制硫酸產(chǎn)生的硫酸渣中含F(xiàn)e2O3、SiO2、Al2O3、CaO、MgO等?，F(xiàn)以硫酸渣制備鐵紅(Fe2O3)，過程如下： ⑴酸溶過程中Fe2O3與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。 ⑵還原過程中加入FeS2是將溶液中的Fe3 +還原為Fe2 +，而本身被氧化為SO42—，寫出 有關(guān)的離子方程式： 。 ⑶氧化過程中通入

19、空氣和加入NaOH是為了將溶液中的鐵元素充分轉(zhuǎn)化為沉淀而析出，寫出有關(guān)的離子方程式： 。 ⑷生產(chǎn)過程中，為了確保鐵紅的質(zhì)量，氧化過程需要調(diào)節(jié)溶液的pH的范圍是_________。（部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表） ⑸濾液B可以回收的物質(zhì)有____________________________________________。 5．某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組通過查閱資料，設(shè)計了如下圖所示的方法以含鎳廢催化劑為原料來制備NiSO4?7H2O。已知某化工廠的含鎳催化劑主要含有Ni，還含有Al（

20、31%）、Fe（1.3%）的單質(zhì)及氧化物，其他不溶雜質(zhì)(3.3%)。 固體② 含鎳廢 催化劑 堿液 酸液 堿浸 操作b 保溫一段時間 操作a 酸浸 作a H2O2 調(diào)pH為2-3 操作c 溶液① 固體① 操作a NiSO4?7H2O 晶體 部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時的pH如下： 沉淀物 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Ni(OH)2 pH 5.2 3.2 9.7 9.2 回答下列問題： ⑴ 操作a、c中需使用的儀器除鐵架臺（帶鐵圈）、酒精燈

21、、燒杯、玻璃棒外還需要的主要儀器為 。 ⑵ “堿浸”過程中發(fā)生的離子方程式是 。 ⑶“酸浸”時所加入的酸是 （填化學(xué)式）。酸浸后，經(jīng)操作a分離出固體①后，溶液中可能含有的金屬離子是 。 ⑷ 操作b為調(diào)節(jié)溶液的pH，你認(rèn)為pH的最佳調(diào)控范圍是 。 ⑸“調(diào)pH為2~3”的目的是 。 ⑹ 產(chǎn)品晶體中有

22、時會混有少量綠礬（FeSO4·7H2O），其原因可能是 _____________________________________________________________________。 6．實驗室用共沉淀法制備納米級Fe3O4的流程如下： 該方法的關(guān)鍵為促進(jìn)晶粒形成，并控制晶體生長。試回答下列問題： （1）該反應(yīng)原理的離子方程式可表示為 。 （2）反應(yīng)溫度需控制在50℃，其方法是 ，溫度偏低造成產(chǎn)量低的可能是

23、 。 （3）在攪拌Ⅱ的過程中還需加入10 mL正丙醇，其作用是 。 （4）黑色糊狀物轉(zhuǎn)移至燒杯中，用傾析法洗滌，檢驗洗凈的操作和現(xiàn)象是 ______________________________________________________________________。 （5）由上述分析可知，影響納米級Fe3O4粒徑大小的因素有（寫出2條） ________________________________________________________

24、__ 。 *7．（韶關(guān)模擬改）氟化鈉是一種重要的氟鹽，主要用作農(nóng)業(yè)殺菌劑、殺蟲劑、木材防腐劑。實驗室可通過下圖所示的流程以氟硅酸（H2SiF6）等物質(zhì)為原料制取氟化鈉，并得到副產(chǎn)品氯化銨： 有關(guān)物質(zhì)在水中溶解度分別為： 氯化銨：10℃時33.3 g、20℃時37.2 g、30℃時41.4g；氟化鈉：20℃時4 g；氟硅酸鈉微溶于水。 請回答下列問題： （1）上述流程中發(fā)生兩步化學(xué)反應(yīng)，第一步反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

25、； 第二步反應(yīng)能進(jìn)行是因為 。 （2）操作Ⅰ名稱是 ，操作II名稱是 。 （3）操作II的作用是 。 （4）操作III的具體過程是 。 （5）流程中NH4HCO3必須過量，其原因是 _______________________________________________________________________。