第四课时 工艺流程中操作（课件16张）-2021年高考化学二轮复习方案（元素及化合物部分）

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