工业流程推断（学生版）.doc

1、工业流程推断问题层级图目标层级图一、工业流程题整体框架工业题，就是对化工生产流程设问。二、问题设置与考虑知识点一是解决将原料转化为产品的生产原理；考虑“复分解、氧化还原、水解等原理”二是除去所有杂质并分离提纯产品；考虑成分和分离提纯的实验操作 三是提高产量与产率（转化率）；考虑“化学速率和平衡的移动”四是减少污染，考虑 “绿色化学”生产；五是原料的来源和生产设备简单；生产工艺简便可行；考虑成本问题；【过关检测】(15min)1.电石浆是氯碱工业中的一种废弃物，其大致组成如下表所示：成分CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOCaS其他不溶于酸的物质质量分数(%)65663.55.01.53.5

2、0.20.80.21.11.01.82326用电石浆可生产无水CaCl2，某化工厂设计了以下工艺流程：已知氯化钙晶体的化学式是CaCl26H2O；H2S是一种酸性气体，且具有还原性。(1)反应器中加入的酸应用_。(2)脱色槽中应加入的物质X是_；设备A的作用是_；设备B的名称为_；设备C的作用是_。(3)为了满足环保要求，需将废气H2S通入吸收池，下列物质中最适合作为吸收剂的是_。A水B浓硫酸 C石灰乳 D硝酸(4)将设备B中产生的母液重新引入反应器的目的是2.二氧化硫尾气吸收与工业烟气脱硫的化学原理相通。石灰石膏法和碱法是常用的烟气脱硫法。石灰石膏法的吸收反应为SO2Ca(OH)2CaSO3

3、H2O。吸收产物亚硫酸钙由管道输送至氧化塔氧化，反应为2CaSO3O24H2O2CaSO42H2O。其流程如下图：碱法的吸收反应为SO22NaOHNa2SO3H2O。碱法的特点是氢氧化钠碱性强、吸收快、效率高。其流程如下图：已知：试剂Ca(OH)2NaOH价格（元/kg）0.362.9吸收SO2的成本（元/mol）0.0270.232石灰石膏法和碱法吸收二氧化硫的化学原理相同之处是 。和碱法相比，石灰石膏法的优点是 ，缺点是 。43.在石灰石膏法和碱法的基础上，设计一个改进的、能实现物料循环的烟气脱硫方案（用流程图表示）。三、每步流程分析及套路答法1、原材料预处理：（1）固体预处理：核心浸出率

4、研磨（粉碎,超声）：增大接触面积，提高反应速率，增大转化率煅烧（焙烧）：改变物质结构，除去XX物质。如煅烧高岭土灼烧：除去有机物和水分。如从海带中提取碘溶解浸出：通常用酸溶。如用浓硫酸、稀硫酸、盐酸、硝酸等酸浸： 在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程碱浸：2、除杂（1）除杂原理：除去杂质，不影响主成分，不引入新杂质综合化学原理应用：水解原理、沉淀溶解平衡、饱和溶液与晶体析出方式、氧化还原原理等除去杂质；（2）除杂方法调pH值：用何物质：调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H反应，使溶液pH值增大；不引入新杂质。【过关检测】(24min)1 利用化学原理可以对工

5、厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。某工厂对制革工业污泥中Cr(III)的工艺如下：H2O酸浸pH1氧化过滤含铬污泥预处理后4.8molL1H2SO4过滤滤液H2O2调pH8NaOH滤液钠离子交换树脂还原SO2CrOH(H2O)5SO4其中硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3，其次是Fe3、Al3、Ca2和Mg2。（1）实验室用18.4 molL1的浓硫酸配制250 mL 4.8 molL1的硫酸溶液，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和量筒外，还需 。（2）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有 、 。（3）H2O2的作用是将滤液中的Cr3+转化为Cr2O72，写出此反应的离子方程式： 。（4

6、）常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下：阳离子Fe3+Mg2+Al3+Cr3+开始沉淀时的pH2.7沉淀完全时的pH3.711.189（9溶解）加入NaOH溶液使溶液呈碱性，Cr2O72转化为CrO42。滤液中阳离子主要有 ；但溶液的pH不能超过8，其理由是 。（5）钠离子交换树脂的反应原理为：MnnNaRMRnnNa，利用钠离子交换树脂除去滤液中的金属阳离子是 。（6）写出上述流程中用SO2进行还原的化学方程式 。2 硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是ZnCO3，并含少量的Fe2O3 、FeCO3 MgO、CaO等，生产工艺流程示意

7、如下：（1） 将菱锌矿研磨成粉的目的是_。（2） 完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：Fe(OH)2 _ _ Fe(OH)3 CI(3) 针铁矿（Goethite）是以德国诗人歌德（Goethe）名字命名的，组成元素是Fe、O和H，化学式量为89，化学式是_。(4) 根据下表数据，调节“滤液2”的pH时，理论上可选用的最大区间为_。Mg(OH)2Zn(OH)2MgCO3CaCO3开始沉淀的pH10.46.4沉淀完全的pH12.48.0开始溶解的pH10.5Ksp5.66.82.8(5) 工业上从“滤液3”制取MgO过程中，合适的反应物是_（选填序号）。KS*5U.C#O%a大理石粉 b石灰

8、乳 c纯碱溶液 d烧碱溶液(6) “滤液4”之后的操作依次为_、_、过滤，洗涤，干燥。(7) 分析图中数据，菱锌矿粉中ZnCO3 的质量分数不低于_。结晶除杂【过关检测】(10min)1工业上用重铬酸钠（Na2Cr2O7）结晶后的母液（含少量杂质Fe3+）生产重铬酸钾（K2Cr2O7）。工艺流程及相关物质溶解度曲线如图：加热 沸腾 母液I KCl(s) 母液II 固体A 母液III 固体B 反应器 过滤 碱液调pH4 冷却 结晶 蒸发 浓缩 冷却 结晶 Na2Cr2O7母液 K2Cr2O7 （1）由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为_，通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是_

9、。（2）向Na2Cr2O7母液中加碱液调PH的目的是_。（3）固体A主要为_（填化学式），固体B主要为_（填化学式）。（4）用热水洗涤固体A，回收的洗涤液转移到母液_（填“I”“II”或“III”）中，既能提高产率又可使能耗最低。 利用熔沸点：相容液体利用沸点不同可以蒸馏；气体利用沸点不同可以液化【过关检测】(10min)1.LiPF6是锂离子电池中广泛应用的电解质。某工厂用LiF、PCl5为原料，低温反应制备LiPF6，其流程如下：LiF(s)LiHF2饱和溶液滤液LiPF6产品PCl5(s)PF5(g)、HCl(g)LiPF6(s)、HF(l)尾气(HF，HCl) 无水HF(l)无水HF(

10、l)反应HF循环使用HCl用水吸收已知：HCl的沸点是85.0，HF的沸点是19.5。（1）第步反应中无水HF的作用是_、_。反应设备不能用玻璃材质的原因是_（用化学方程式表示）。无水HF有腐蚀性和毒性，工厂安全手册提示：如果不小心将HF沾到皮肤上，可立即用2%的_溶液冲洗。（2）该流程需在无水条件下进行，第步反应中PF5极易水解，其产物为两种酸，写出PF5水解的化学方程式：_。（3）第步分离采用的方法是_；第步分离尾气中HF、HCl采用的方法是_。（4） LiPF6产品中通常混有少量LiF。取样品w g，测得Li的物质的量为n mol，则该样品中LiPF6的物质的量为_mol(用含w、n的代

11、数式表示)。3、滤渣、母液的成分及母液、原料、副产物循环的利与弊；利：1、增大利用率2、防止环境污染弊：杂质富集四、注意外界条件对工艺流程的影响：（1）对反应速率有何影响？（2）对平衡转化率有何影响？温度的影响趁热过滤（或冰水洗涤）的目的：防止某物质降温时会析出（或升温时会溶解）而带入新的杂质；冰水中反应或降温反应的目的：防止某物质在高温时会溶解或为使化学平衡向着题目要求的方向移动；反应中采取加热措施的作用：一般是为了加快反应速率或加速某固体的溶解；如果题目中要求温度控制在具体的一个温度范围内（可用水浴或油浴来控制）：一般有以下几个目的：a、 防止某种物质温度过高时会分解或挥发b、使催化剂的活

12、性达到最好c、防止副反应的发生：如乙醇的消去反应温度要控制在170，原因是就是在140时会有乙醚产生。d、对于一些工艺来说，降温或减压可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的要求。压强的影响：增大反应速率，增大转化率降低成本催化剂的影响：加快反应速率，降低反应温度，降低成本节约能源环境的影响：蒸发、反应时的气体氛围：防止水解，防止空气氧化【过关检测】(10min)1.四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣（主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3，Ti的最高化合价为+4）作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下：浓硫酸水铁粉剩余铁粉过滤过滤A:FeSO47H2O滤液硫酸处理后

13、的矿物钛铁矿渣过滤控温滤液滤液过滤煅烧调节pH为0.5二氧化钛水合二氧化钛加热请回答下列问题：（1）硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是_。（2）向滤液中加入铁粉，发生反应的离子方程式为： 、 。（3）在实际生产过程中，向沸水中加入滤液，使混合液pH达0.5，钛盐开始水解。水解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用：_，_，_。过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、_、_、_（填化学式），减少废物排放。（4）A可用于生产红色颜料（Fe2O3）,其方法是：将556a kg A（

14、摩尔质量为278 g/mol）溶于水中，加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；再向红褐色胶体中加入3336b kgA和112c kg铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完成后，有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料。若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料_kg。【单元过关检测】补救(8min)1.填空母液重新引入反应器的目的是 调节pH所需的物质一般应满足两点： ； 。压强的影响 催化剂的影响 环境的影响 2.化学与生产、生活密切相关下列说法不正确的是（）A 闻名世界的中国陶瓷、酿酒等技术都充分应用了化学工艺B

15、四大发明之一黑火药是由硫黄、硝石、木炭三种物质按一定比例混合制成C侯氏制碱法的工艺过程中应用了物质溶解度的差异D打磨磁石制作指南针为化学变化3.以下是在实验室模拟“侯氏制碱法”生产流程的示意图：则下列叙述错误的是AA气体是NH3，B气体是CO2 B把纯碱及第步所得晶体与某些固体酸性物质（如酒石酸）混合可制泡腾片C第步操作用到的主要玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒D第步操作是将晶体溶于水后加热、蒸发、结晶巩固(35min)1 我国幅员辽阔，资源丰富，可为硫酸、玻璃、铁和铝等化工产品的生产提供原料下列原料选择不正确的是（）A 以赤铁矿为原料冶炼铁 B以硫铁矿为原料生产硫酸C以铝土矿为原料生产金属铝 D

16、以冰晶石为原料生产普通玻璃2 盐泥是氯碱工业中的废渣，主要含有镁、铁、铝、钙等的硅酸盐和碳酸盐。实验室以盐泥为原料制取MgSO47H2O的流程如下：加NaClO,pH56煮沸，趁热过滤滤液煮沸过滤水，调成泥浆H2SO4 调pH1229g盐泥滤液产品 已知：() KspMg(OH)26.0 () Fe2+、Fe3+、Al3+开始沉淀到完全沉淀的pH范围依次为：7.19.6、2.03.7、3.14.7() 三种化合物的溶解度（S）随温度变化曲线如图7。回答下列问题：（1）在盐泥中加H2SO4溶液控制pH为12以及第一次煮沸的目的是： 。（2）若溶液中Mg2+的浓度为6 mol/L，溶液pH 才可能

17、产生Mg(OH)2沉淀。 （3）第二次过滤需要趁热进行，主要原因是 。所得滤渣的主要成分是 。（4）从滤液中获得MgSO47H2O晶体的实验操作步骤为：向滤液中加入 ，过滤，得沉淀， ，蒸发浓缩，降温结晶，过滤、洗涤得产品。（5）若获得的MgSO47H2O质量为24.6 g，则该盐泥中含镁以Mg(OH)2计的百分含量约 （MgSO47H2O式量为246）3、蛇纹石矿可以看作由MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2组成。由蛇纹石制取碱式碳酸镁的实验步骤如下氢氧化物Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2开始沉淀pH1.53.39.4（1）蛇纹石矿加盐酸溶解后，溶液里除了Mg2外，还含有的金属

18、离子是_（2）进行操作时，控制溶液pH78（有关氢氧化物沉淀的pH见右表）Ca(OH)2不能过量，若Ca(OH)2过量可能会导致_溶解、_沉淀。（3）从沉淀混合物A中提取红色氧化物作颜料，先向沉淀物A中加入_ （填入物质的化学式），然后_ （依次填写实验操作名称）。（4）物质循环使用，能节约资源。上述实验中，可以循环使用的物质是_（填写物质化学式）。（5）现设计一个实验，确定产品aMgCO3bMg(OH)2cH2O中a、b、c的值，请完善下列实验步骤（可用试剂：浓硫酸、碱石灰）：样品称量 高温分解 _ _ MgO称量（6）18.2g产品完全分解后，产生6.6g CO2和8.0g MgO，由此可

19、知，产品的化学式中：a_ b_ c_4.溴化钙可用作阻燃剂、制冷剂，具有易溶于水，易吸潮等性质。实验室用工业大理石（含有少量Al3、Fe3等杂质）制备溴化钙的主要流程如下：完成下列填空：（1）.上述使用的氢溴酸的质量分数为26%，若用47%的氢溴酸配置26%的氢溴酸的氢溴酸500ml，所需的玻璃仪器有玻璃棒、 。（2）.已知步骤的滤液中不含NH4。步骤加入的试剂a是 ，控制溶液的pH约为8.0的目的是 、 。（3）.试剂b是 ，步骤的目的是 。（4）.步骤所含的操作依次是 、 。（5）.制得的溴化钙可以通过如下步骤测定其纯度：称取4.00g无水溴化钙样品；溶解；滴入足量Na2CO3溶液，充分反

20、应后过滤； ；称量。若得到1.88g碳酸钙，则溴化钙的质量分数为 （保留两位小数）。若实验操作规范而测定结果偏低，其原因是 。5.开发氢能是实现社会可持续发展的需要。硫铁矿（FeS2）燃烧产生的SO2通过下列碘循环工艺过程既能制H2SO4，又能制H2。H2OI2H2SO4HI500H2SO4 HII220100SO2H2膜反应器分离器反应器请回答下列问题：（1）已知1 g FeS2完全燃烧放出7.1 kJ热量，FeS2燃烧反应的热化学方程式为 。（2）该循环工艺过程的总反应方程式为（3）用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是_。放电充电（4）用吸收H2后的稀土

21、储氢合金作为电池负极材料（用MH表示），NiO(OH)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量，长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：NiO(OH)+MH Ni(OH)2+M电池放电时，负极的电极反应式为_。充电完成时，Ni(OH)2全部转化为NiO(OH)。若继续充电将在一个电极产生O2，O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极的电极反应式为_。 6. 二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物。平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质)。某课题组以此粉末为原料回收

22、铈，设计实验流程如下： (1)洗涤滤渣A的目的是为了除去_(填离子符号)，检验该离子是否洗净的方法是_。(2)第步反应的离子方程式是_，滤渣B的主要成分是_。(3)萃取是分离稀土元素的常用方法，已知化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，TBP_(填“能”或“不能”)与水互溶。实验室进行萃取操作时用到的主要玻璃仪器有_、烧杯、玻璃棒、量筒等。(4)取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.536 g，加硫酸溶解后，用0.100 0 molL1 FeSO4标准溶液滴定至终点时(铈被还原为Ce3)，消耗25.00 mL标准溶液。该产品中Ce(OH)4的质量分数为_。7氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌(含有Fe(), Mn(), Ni()等杂质)的流程如下:工业ZnO浸出液滤液滤液滤饼ZnO提示：在本实验条件下，Ni()不能被氧化，高锰酸钾的还原产物是MnO2回答下列问题:(1)反应中除掉的杂质离子是_ ，发生反应的离子方程式为_；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是_。(2)反应的反应类型为_ ，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有_。(3)反应形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是_。(4)反应中产物的成分可能是ZnCO3xZn(OH)2。取干燥后的滤饼11.2 g，煅烧后可得到产品8.1 g，则x等于_。