生产中反应条件的控制公开课教案

化工流程题目的解答

第二部分：核心反应区

一、化工流程的图示

二、化工流程题目的分解

三、核心反应区的处理

1、控制温度的目的

①降温防止物质高温分解或挥发; 例：（2011年广州一模）31．（16分）亚氯酸钠（NaClO2）主要用于棉纺、造纸业的漂白剂，也用于食品消毒、水处理等，亚氯酸钠受热易分解。以氯酸钠等为原料制备亚氯酸钠的工艺流程如下：

（3）采取“减压蒸发”而不用“常压蒸发”，原因是________________________________。

例：（16分）医用氯化钙可用于补钙、抗过敏和消炎等，以工业碳酸钙（含少量Na+、Al3+、Fe3+等杂质）生产医用二水合氯化钙工艺流程为：

（5）为什么蒸发结晶要保持在160℃：

。

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②控制温度防止副反应的发生，副产物的产生，升温促进溶液中的气体逸出,使某物质达到沸点挥发;

例：空气吹出法工艺，是目前“海水提溴”的最主要方法之一。其工艺流程如下：

液溴

海水

提取粗盐

苦卤

①硫酸酸化

含Br2的

③空气吹出

海水

②氯气氯化

含Br2的

空气

④SO2吸收

⑦

冷凝

⑧

分离

蒸气

⑥

蒸馏

粗溴水

溴水

混合物

⑤

氯化

吸收液

（4）步骤⑥的蒸馏过程中，温度应控制在80—90℃。温度过高或过低都不利于生产

，请解释原因：

。

③控制温度以控制反应速率,使催化剂的活性达到最好; 例：（2012年江门调研）31.（15分）甲醇是一种可再生燃料，它的沸点为64.7℃。有科学家提出：把含有过量CO2的空气吹入碳酸钾溶液中，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反应后得到甲醇，其构想流程如下：

空气

溶液

盛有饱和K2CO3溶液的吸收池

分解池

N2、O2 高温水蒸气

H2 合成塔

2×105Pa、300℃

铬锌触媒

甲醇

（3）在合成塔中发生的是放热反应，高温不利于甲醇的生成，合成塔中维持300℃的较高温度的原因可能是：

；若要提高甲醇的产率，可采取的措施有（写2条）：

；

。

④加热煮沸:促进水解,聚沉后利于过滤分离; 例：（2010深圳一模）氯碱厂废渣（盐泥）中含有镁钙铁铝的硅酸盐和碳酸盐，其中含镁（以MgO计）约10%，钙（以CaO计）约15%，铁（Ⅱ、Ⅲ）和铝等的含量低于1%。氯碱厂从盐泥中提取MgSO4.7H2O的流程如下：

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部分阳离子以氢氧化物沉淀时溶液pH 沉淀物

pH Al(OH)3

5.2 Fe(OH)3

3.2 溶解度表

温度0C CaSO4

回答下列问题：

⑵从滤渣A得到滤液C，能否用氨水代替NaClO？_______________________,说明理由_________________________________________________________,其中加热煮沸的目的是_____________________________________________ ⑤控制温度使化学平衡移动,控制化学反应的方向; 例：以白云石（化学式表示为MgCO3·CaCO3）为原料制备氢氧化镁的工艺流程如下：

10 0.19 30 0.21 40 0.21 Fe(OH)2

9.7 Mg(OH)2

11.2 (NH4)2SO4白云石轻烧研磨H2O

热失1.0重0.8质量0.6分0.4数0.2100NH3加热反应过滤CaCO3540℃700℃溶液加热过滤Mg(OH)2

沉淀氨水840℃300500t/℃700900（1）根据流程图判断白云石“轻烧”后固体产物的主要成份____________________。则“轻烧”温度应不超过____________________。

例：（2013年广东高考）32. 银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：

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（注：Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450℃和80℃）

（2）固体混合物B的组成为 ；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为

。

⑥控制温度以控制固体的溶解与结晶,如趁热过滤能防止某物质降温时会析出; 例：（2013年广州二模）32.（16分）硼酸（H3BO3）大量应用于玻璃制造行业，以硼镁矿（含2MgO·B2O3·H2O、SiO2及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3）为原料生产硼酸的工艺流程如下：

已知：H3BO3在20℃、40℃、60℃、100℃时的溶解度依次为5.0 g、8.7 g、14.8 g、40.2 g。Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4。

（4）“母液”可用于回收硫酸镁，已知硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线如下图，且溶液的沸点随压强增大而升高。为了从“母液”中充分回收MgSO4•H2O，应采取的措施是将“母液”蒸发浓缩，_____________。

⑦降温(或减压)可以减少能源成本,降低对设备的要求

例：（2014年广州调研题目）30．（16分）工业上可用煤制天然气，生产过程中有多种途径生成CH4。

（2）另一生成CH4的途径是CO(g)+3H2(g)衡转化率在不同压强下随温度的变化如图所示。

CH4(g)+H2O(g)。其他条件相同时，H2的平

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①该反应的△H

0（填“＜”、“＝”或“＞”）。

②实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件，运用化学反应速率和平衡知识，同时考虑生产实际，说明选择该反应条件的理由________________________________。

2、控制溶液的pH ①调节溶液的酸碱性,抑制或促进水解(使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀); 例：（2010年广州一模）31.（16分）工业炼镁排放大量废渣，其主要成分是MgCl2、KC1和少量MgO、BaCl2、FeCl3、CuCl2.利用该废渣生产硫酸镁和光卤石(KC1·MgCl2·6H2O) 的工艺流程如下：

部分阳离子以氢氧化物的形式完全沉淀时溶液的pH见上表，回答下列问题：

(1)调PH至7的目的是

。

(2)调节pH过程中，MgO发生反应的离子方程式为

。

例：（2013年广州二模）32.（16分）硼酸（H3BO3）大量应用于玻璃制造行业，以硼镁矿（含2MgO·B2O3·H2O、SiO2及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3）为原料生产硼酸的工艺流程如下：

已知：H3BO3在20℃、40℃、60℃、100℃时的溶解度依次为5.0 g、8.7 g、14.8 g、40.2 g。

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Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4。

（2）“浸出液”显酸性，含H3BO3和Mg2+、SO42-，还含有Fe3+、Fe2+、Ca2+、Al3+等杂质。“除杂”时向浸出液中依次加入适量H2O2和MgO，除去的杂质离子是_______________________。H2O2的作用是_________________________________（用离子方程式表示）。

②“酸作用”还可溶解、除去氧化物(膜);

例：（2010佛山一模）某实验室对煤矸石的综合利用课题展开如下探究：

【资料检索】①煤矸石主要含Al2O3、SiO2及Fe2O3。

②聚合氯化铝（［Al2(OH)nCl6－n］m (1≤n≤5，m≤10)，商业代号PAC）是一种新型、高效絮凝剂和净水剂。

【探究思路】用煤矸石为原料，采用铝盐水解絮凝法，可制得聚合氯化铝。

【探究实验】

【交流讨论】

（2）加20%的盐酸酸浸，有关的离子方程式为___________________________________。

例（华附、广雅、二中联考）32. （15分）钛有强度高和质地轻的优点，广泛应用于飞机制造业等。工业上利用钛铁矿，其主要成分为钛酸亚铁（FeTiO3）制备钛金属，工业流程如下：

已知：Ti与TiO2化学性质稳定，不溶于稀硫酸、稀盐酸等。

（1）请写出FeTiO3与稀盐酸反应的离子方程式：

。

③“碱作用”还可除去油污、除去铝片氧化膜、溶解铝、二氧化硅等; 3、核心反应的化学方程式的书写

①情景中的氧化还原反应

例：（2014年广州二模）32. （16分）碲（Te）为ⅥA族元素，是当今高新技术新材料的主要

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成分之一。工业上可从电解精炼铜的阳极泥中提取碲。

（2）TeO2是两性氧化物，微溶于水，可溶于强酸或强碱。从上述阳极泥中提取碲的一种工艺流程如下：

①“碱浸”时TeO2发生反应的化学方程式为_______________________________________。

②“沉碲”时控制溶液的pH为4.5－5.0，生成TeO2沉淀。如果H2SO4过量，溶液酸度过大，将导致碲的沉淀不完全，原因是___________________________；

③“酸溶”后，将SO2通入TeCl4溶液中进行“还原”得到碲，该反应的化学方程式是_________。

例：高铁酸钾（K2FeO4）是一种新型、高效、多功能水处理剂，且不会造成二次污染。已知高铁酸盐热稳定性差，工业上用湿法制备高铁酸钾的基本流程如下图所示：

KOH溶液

一定浓度

Fe(NO3)3溶液

48% KOH溶液

过滤

过滤

KCl晶体

高浓度KClO溶液

浓KOH 氧化

结晶 过滤

搅拌，30℃以下

KClO过量50% Cl2

KOH溶液

Fe(OH)3固体

滤液1

Fe(OH)3料浆

滤液

2粗品

纯品

⑵上述氧化过程中，发生反应的离子方程式是：

，

例：（2010广州一模）32．（16分）新型净水剂高铁酸钾（K2FeO4）为暗紫色固体，可溶于水，在中性或酸性溶液中逐渐分解，在碱性溶液中稳定。工业上制备K2FeO4的常用方法有两种。

方法Ⅰ：次氯酸盐氧化法，工艺流程如图13。

FeCl

3溶液

氧化

除杂

过滤

NaCl固体

图13 转化

NaClO NaOH 40%NaOH 饱和KOH溶液

冷却

结晶

K2FeO4固体

过滤

滤液

（1）完成“氧化”过程中反应的化学方程式：

____FeCl3+____NaOH+____NaClO → ____ Na2FeO4+____d

+____d

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其中氧化剂是

（填化学式）。

（2）“转化”过程中发生反应的化学方程式为

。

②情景中的非氧化还原反应

例：（2011年广州二模）32．（16分）活性氧化锌用作橡胶硫化的活性剂、补强剂。以氧化锌粗品为原料制备活性氧化锌的生产工艺流程如下：

氧化锌粗品

H2SO4

溶解

除杂

滤液

滤渣

Na2CO3

沉淀

滤渣

滤液

煅烧

产品

一些阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物

pH Fe(OH)3

3.2 Cu(OH)2

6.7 Zn(OH)2

8.0 Fe(OH)2

9.7 （4）“沉淀”得到ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O，“煅烧”在450～500℃下进行，“煅烧”反应的化学方程式为_____________________________________。

综合训练题目的解答

2、镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由Ni（OH）2、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。由于电池使用后电极材料对环境有危害，某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究，设计实验流程如下：

已知：①NiCl2易溶于水，Fe3+不能氧化Ni2+ ②某温度下一些金属氢氧化物的Kap及沉淀析出的理论pH如下表所示：

M(OH)n Kap pH 开始沉淀

Al(OH)3 Fe(OH)3 Ni(OH)2 回答下列问题：

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沉淀完全

4.19 2.94 9.75 1.9×10-23 3.8×10-38 1.6×10-14 3.43 2.53 7.60

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（1）根据上表数据判断步骤②依次析出沉淀Ⅱ

和沉淀Ⅲ

（填化学式），则pH1

pH2（填填“>”、“=”或“<”），控制两种沉淀析出可利用

。

A．pH试纸

B．石蕊指示剂

C．pH计

（2）已知溶解度：NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O，则③的化学方程式是

。第③步反应后，过滤沉淀所需的玻璃仪器有

。若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因

、

。

（3）④中阳极反应产生的气体E为

，验证该气体的试剂为

。

（4）试写出⑥的离子方程式

。

6、某地有软锰矿和闪锌矿两座矿山，它们的组成如下：

软锰矿：MnO2含量≥65%，SiO2含量约20%，Al2O3含量约4%，其余为水分；

闪锌矿：ZnS含量≥80%，FeS、CuS、SiO2含量约7%，其余为水分。

科研人员开发了综合利用这两种资源的同槽酸浸工艺，工艺流程如下图所示。

MnCO3、ZnCO3

Na2CO3

反应Ⅳ

Na2SO4

软锰矿

闪锌矿

Zn（适量）硫酸

反应Ⅰ

S、SiO2

请回答下列问题：

反应Ⅱ

Cu MnO2

反应Ⅲ

（电解）

Fe(OH)3CO2

Al(OH)3

反应Ⅴ

MnO2

Zn

（1）反应Ⅰ的滤液中含有MnSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3等。试完成反应Ⅰ中生成CuSO4和MnSO4的化学方程式：

MnO2 + CuS+

=

↓+

+ CuSO4+

。

（2）反应Ⅱ加入适量锌的作用是

；如果锌过量，还会进一步发生反应的离子方程式为

。

（3）反应Ⅲ要调节pH生成Fe(OH)3、Al(OH)3，中过量的H+所使用的物质是

，调节的pH范围是

（pH数据见右表）。

（4）本工艺可以循环利用的物质有ZnCO3、、MnCO3和

。

（2014年广东高考）32.（16分）石墨在材料领域有重要应用，某初级石墨中含SiO2（7.8%）、Al2O3（5.1%）、Fe2O3（3.1%）和MgO（0.5%）等杂质，设计的提纯与综合利用工艺如下：

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沉淀物

开始沉淀pH

完全沉淀pH

Fe(OH)3 Al(OH)3 Zn(OH)2

2.3 4.1 4.0 5.2 5.4 8.0

（注：SiCl4的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃）

（1）向反应器中通入Cl2前，需通一段时间N2，主要目的是_________________。

（2）高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，气体I中的碳氧化物主要为________________________，由气体II中某物质得到水玻璃的化学反应方程式为_________________。

（3）步骤①为：搅拌、________、所得溶液IV中的阴离子有_______________。

（4）由溶液IV生成沉淀V的总反应的离子方程式为___________________，100kg初级石墨最多可获得V的质量为___________kg。

（5）石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成图19防腐示意图，

并作相应标注。

16、钛合金是航天航空工业的重要材料。由钛铁矿（主要成分是TiO2和Fe的氧化物）制备TiO2等产品的一种工艺流程示意如下：

已知：①TiO2易水解，只能存在于强酸性溶液中

＋②TiCl4的熔点－25.0℃，沸点136.4℃；SiCl4的熔点－68.8℃，沸点57.6℃

回答下列问题：

（1）写出钛铁矿酸浸时，主要成分TiO2反应的离子方程式

加入铁屑的作用是

。

（2）操作Ⅱ包含的具体操作方法有

。

（3）向“富含TiO2溶液”中加入Na2CO3粉末得到固体TiO2·n H2O，请用恰当的原理和化学用＋焦炭 氯气

沸腾氯化炉

900℃

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TiO2

Na 四氯化钛(液) 550℃，Ar 海绵钛

CO

语解释其原因

，废液中溶质的主要成分是

（填化学式）。

（4）用金红石（主要含TiO2）为原料，采用亨特(Hunter)法生产钛的流程如下：

写出沸腾氯化炉中发生反应的化学方程式

，制得的TiCl4液体中常含有少量SiCl4杂质

，可采用

方法除去。

（5）TiO2直接电解法生产金属钛是一种较先进的方法，电解质为某种可以传导O2-离子的熔融盐，原理如右图所示，则其阴极电极反应为：

，电解过程中阳极电极上会有气体生成，该气体可能含有

。

（2013年江门一模）32.（17分）化工原料红矾钠（重铬酸钠：Na2Cr2O7·2H2O)主要是以铬铁矿（主要成份为FeO·Cr2O3，还含有A12O3

、SiO2等杂质）为主要原料生产，其主要工艺流程如下：

步骤①中主要反应的化学方程式为：

4FeO·Cr2O3＋8Na2CO3＋7O2 = 8Na2CrO4＋2Fe2O3＋8CO2

(1)①中反应是在回转窑中进行，反应时需不断搅拌，其作用是____________________。

(2)杂质A12O3、SiO2在①中转化的化学反应方程式为，________________________________________________________________________________。

(3)用化学平衡移动原理说明③中煮沸的作用是_________________________________（用离子方程式结合文字说明），若调节pH过低产生的影响是___________________________。

(4)⑤中酸化是使CrO42转化为Cr2O72，

一一写出该反应的离子方程式：______________________________________________。

(5)工业上还可用电解法制备重铬酸钠，其装置示意图如右：

阴极发生的电极反应式为：______________________________________________。

阳极发生的电极反应式为：______________________________________________。

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（2014年佛山二模）32．（16分）高铁酸钠（Na2FeO4）具有很强的氧化性，广泛应用于净水、电池工业等领域。以粗FeO(含有CuO、Al2O3和SiO2等杂质)制备高铁酸钠的生产流程如下，回答下列问题：

已知：NaClO不稳定，受热易分解。

（1）粗FeO酸溶过程中通入水蒸气（高温），其目的是__________________________。

（2）操作I目的是得到高纯度FeSO4溶液，则氧化I中反应的离子方程式为_________。

（3）本工艺中需要高浓度NaClO溶液，可用Cl2与NaOH溶液反应制备

①Cl2与NaOH溶液反应的离子方程式为_________________ ②在不同温度下进行该反应，反应相同一段时间后，测得生成NaClO浓度如下：

温度/℃

NaClO浓度/mol·L-1

15 4.6 20 5.2 25 5.4 30 5.5 35 4.5 40 3.5 45 2 请描述随温度变化规律_________________________________________________ 其原因为______________________________________________________ （4）工业也常用电解法制备Na2FeO4，其原理为Fe+2OH-+2H2O

电解

FeO42-+3H2↑

请用下列材料设计电解池并在答题卡的方框内画出该装置。

可选材料：铁片、铜片、碳棒、浓NaOH溶液、浓HCl等其阳极反应式为：______________

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