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第四课时 工艺流程中操作 化学工艺流程题以工业上制备某物质(纯净物)为目的,把实际生产 (或设计)中的过程以简图的形式表现出来:一般以无机矿物、工农业 生产或生活废旧物质为原料,利用化学反应原理知识,首先对原料经 过一定的预处理,再通过一系列化学反应,经过多次分离提纯,最后 得到目标产物。其工艺流程及各环节的主要关键点图解如下: 操作方法(一)——原料的预处理 原料预处理的常用方法有:研磨、水浸、酸浸、碱浸、灼烧。 关键词 释义 研磨、雾化 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化,增大反 应物接触面积,以加快反应速率或使反应更充分 灼烧(煅烧) 使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分 解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿 浸取 向固体中加入适当溶剂或溶液,使其中可溶性的物质溶 解,包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等 酸浸 在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过 过滤除去的过程 蒸发结晶 蒸发溶剂,使溶液由不饱和变为饱和,继续蒸发,过剩 的溶质就会呈晶体析出 蒸发浓缩 蒸发除去部分溶剂,提高溶液的浓度 水洗 用水洗除去可溶性杂质,类似的还有酸洗、醇洗等 操作方法(二)——反应条件的控制 1.控制溶液的pH (1)控制反应的发生,增强物质的氧化性或还原性,或改变水解程度。 (2)控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如 若要除去Al3+、Mn2+溶液中含有的Fe2+,先用氧化剂把Fe2+氧化为 Fe3+,再调溶液的pH。 调节pH所需的物质一般应满足两点:能与H+反应,使溶液pH增大; 不引入新杂质。例如:若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、 Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。 操作方法(二)——反应条件的控制 2.控制反应的温度 (1)控制化学反应速率。 (2)控制平衡移动方向。 (3)控制固体的溶解与结晶,如趁热过滤 能防止某物质降温时析出。 (4)促进溶液中气体的逸出或实现蒸馏。 (5)防止或实现某物质水解或分解。 (6)使催化剂达到最大活性。 (7)防止副反应的发生。 操作方法(二)——反应条件的控制 3.调节反应物的浓度 (1)根据需要选择适宜浓度,控制一定的反应速率,使平衡移动有 利于目标产物的生成,减小对后续操作产生的影响。 (2)反应物过量,能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率, 但对后续操作也会产生影响。 4.控制反应体系的压强 (1)改变化学反应速率。 (2)影响平衡移动的方向。 5.使用催化剂 加快反应速率,提高生产效率。 操作方法(三)——物质的分离与提纯 1.物质转化过程中分离提纯阶段的主要操作 (1)除杂:加入沉淀剂或控制溶液的酸碱性使形成氢氧化物沉淀。 (2)加热:加快反应速率或使平衡向某个方向移动。如果在制备过程 中出现一些受热易分解的物质或产物,则要注意对温度的控制。如: 侯氏制碱中的NaHCO3;还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、 HNO3(浓)等物质。 (3)降温:防止某物质在高温时会分解或使平衡向着题目要求的方向 移动。 (4)分离: ①固液分离——过滤。 ②液液分离:a.有溶解度差异——结晶或重结晶(蒸发浓缩、冷却结 晶、过滤、洗涤、烘干;蒸发结晶、趁热过滤)。 b.有溶解性差异——(萃取)分液。 c.有沸点差异——蒸馏。 操作方法(三)——物质的分离与提纯 2.获得产品阶段的主要操作 洗涤(冰水、 热水、有机溶 剂) 水洗 洗去晶体表面的杂质离子(适用于溶解度小的溶质) 冰水洗涤 洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程 中的溶解损耗(适用于高温溶解度大、低温溶解度小 的溶质) 醇洗(常用于溶 解度较大的溶质) 洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程 中的溶解损耗(若对溶解度小的溶质进行醇洗,则是 为了洗去杂质离子,并使尽快干燥) 蒸发时的气体 氛围抑制水解 如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中加 热,以防其水解 蒸发浓缩、冷 却结晶 如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液,若将混合溶液加热蒸发后再降温, 则析出的固体主要是K2Cr2O7,母液中是NaCl和少量K2Cr2O7,这样就 可分离出大部分K2Cr2O7;同样原理可除去KNO3中的少量NaCl 蒸发结晶、趁 热过滤 如NaCl和少量K2Cr2O7的混合溶液,若将混合溶液蒸发一段时间,析出 的固体主要是NaCl,母液中是K2Cr2O7和少量NaCl;同样原理可除去 NaCl中的少量KNO3 2.(2020年新课标Ⅰ)钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、 +5价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及SiO2、Fe3O4。 采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。 该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示: 金属离子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Mn2+ 开始沉淀pH 1.9 7.0 3.0 8.1 完全沉淀pH 3.2 9.0 4.7 10.1 回答下列问题: (1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是___________。 (1)初处理阶段的操作是“酸漫氧化",此操作需要加热,其原因主 要是为了加快酸浸和氧化反应速率,提高原料的利用率。 (2)①分析物质的变化。“酸浸氧化”过程中,Fe3O4硫酸反应生成 FeSO4、Fe2(SO4)3具有氧化性,Fe2+具有还原性,因此在VO+和VO2+ 被氧化成VO2+的同时,Fe2+也被氧化。 ②陌生氧化还原反应离子方程式的书写。 第一步,初步确定反应物和生成物。 显性确定:直接从题给信息中确定;隐性确定:根据反应原理分析 确定。   第二步,写出氧化还原反应离子方程式,具体步骤为: 根据参加氧化还原反应的氧化剂、还原剂、氧化产物、还原 产物呈现反应关系并依据得失电子数相等确定相关化学计量数。 VO++MnO2→VO2++Mn2+ 第三步,根据溶液的酸碱性环境和相关守恒补充缺失微粒,并 配平。 从电荷守恒的角度分析,反应物中需要增加带正电荷的微粒, 因为该操作中加入硫酸,因此可补充H+;从原子个数守恒的角 度分析:生成物中的氧原子数小于反应物中的氧原子数,结合 反应物中的H+,生成物中还应有H2O。由此可写出该反应的离子 方程式为VO++MnO2 +2H+=VO2++Mn2++H2O (3)根据题给信息,确定元素存在形态。 由此可知,滤液②中还存在Mn2+,另外还有部分Fe3+和Al3+。 (5)“调pH”中有沉淀生产,生成沉淀反应的化学方程式是___________。 (5)化学方程式的书写:确定“调pH"过程中的反应物、反应条件, 根据物质性质和反应原理书写化学方程式。   (6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时,需要加入过量NH4Cl,其原因是 ___________。 (6)原有知识 解释新情境问题。迁移应用 查看更多

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