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>2019《工业流程题》解题策略导学案?2019/7/9 |
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教(学)案 |
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基本模式
酸或碱 （焙烧） 氧化剂 试剂
↓ ↓ ↓
矿物质→浸出（反应I）→过滤（操作I）→反应II→反应III→过滤（操作II）→ 结晶（操作III）
预处理 除杂、提纯 制得产品
1.预处理
原料处理阶段的常见考点与常见名词
①加快反应速率方法:粉碎(研磨),搅拌,加热等 除金属表面油污：Na2CO3溶液。
②酸溶: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,常用硫酸、盐酸、硝酸(硝酸要注意氧化性 挥发性 不稳定性 盐酸 要考虑挥发性 氯离子的还原性等)。
水浸：与水接触反应或溶解 浸出：固体加水(酸)溶解得到离子
浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化)
③灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解
2. 除杂、分离提纯（ 常考虑过滤、蒸发、分液、蒸馏等常规操作）
除杂方法 基本原则就是“除杂不加杂，简单易行”,此外除杂试剂要适量,一般为过量,高中化学中一般采用沉淀法(金属阳离子可以转化为氢氧化物或硫化物)和气体法 常见如转化法、酸碱法、调节pH法、氧化还原法、电解法。
调pH值除杂
a．控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀
例如若要除去Cu2＋溶液中含有的Fe2＋:先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH到3.7。
b．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。
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值。
3.获得产品阶段的常见考点：
①洗涤(冰水、热水、有机溶剂)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。
②蒸发(注意防水解)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。
③蒸发浓缩、冷却结晶：如除去KNO3中的少量NaCl。
④蒸发结晶、趁热过滤：如除去NaCl中的少量KNO3。
⑤重结晶 (提纯的方法)
其他常见考点 ①化学方程式 ②实验仪器 ③计算 ④信息
4.工艺流程的优缺点评价
循环利用，节约成本 (能循环利用的物质的判断：闭合回路，有进有出)
原子利用率高，绿色化学,没有污染，没有有毒有害物质产生 原料价格低廉
四.化学工艺流程题常考问题
1.控制一定温度的目的：
升温:加快反应速率 使化学平衡向着题目要求的方向移动
低温: 防止温度过高物质挥发或分解或使化学平衡向着题目要求的方向移动
常见易挥发物质：浓盐酸、浓硝酸、有机物。 (防挥发)
常见易分解物质：H 2O2、硝酸、KMnO4、NH4Cl、难溶的碱(Mg(OH)2,Fe(OH)3,等)次氯酸 (防分解)
2. 结晶的方法:1蒸发结晶 2蒸发浓缩 冷却结晶
单一物质溶液可采用直接蒸发结晶. 其他一般采用蒸发浓缩 冷却结晶。
在结晶过程中加入某种试剂：利用同离子效应，促进晶体析出。
3.用某些有机试剂清洗 : 减少溶解损耗 有机物易挥发，便于干燥
4.加过量试剂 : 常考虑增大转化率、产率等。
5.能否加其它物质 :常考虑会不会引入杂质或影响产物的纯度。
6.分离、提纯: 常考虑过滤、蒸发、分液、蒸馏等常规操作
7.溶液呈酸性或碱性: 防水解居多。
8.在空气或在其它气体中: 主要考虑气体是否参与反应或隔绝从而防氧化、水解、潮解等目的。
9.判断沉淀是否洗净: 常取最后洗涤液少量、检验其中某种离子。
10.检验某物质的设计方案: 通常为“取某液体少量于试管中，加入另一试剂产生某现象，然后得出结论。
11.信息的利用有关物质的性质:氧化性 还原性 不稳定性 挥发性 水解等常出考点。
12、CuCl2中混有Fe2+、Fe3+除杂魔板：先加双氧水，再加CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3调PH值（加CuO等消耗溶液中的H+的，促进Fe3+的水解，生成Fe(OH)3沉淀析出）
例1．工业上制备 MnSO4·H2O的方法是以软锰矿石为原料，且利用烧结烟气中的SO2，可以实现绿色化学的设计思想。制备MnSO4·H2O的流程如下：
某软锰矿石的主要成分为MnO2，还含有Si、Al、Fe、Zn和Cu等元素的氧化物。
已知：(1)25 ℃时部分阳离子以氢氧化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表：
沉淀物 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Mn(OH)2 Cu(OH)2 Zn(OH)2
pH 5.2 3.2 9.7 10.4 6.7 8.0
(2)25 ℃时部分阳离子以硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表：
沉淀物 CuS ZnS MnS FeS
pH ≥0.42 ≥2.5 ≥7 ≥7
回答下列问题：
(1)生产中MnO2矿粉碎的目的是_______________滤渣ABC成分分别为________________________
(2)酸浸时SO2将MnO2还原为MnSO4，其离子方程式为_____________________________________。
酸浸时SO2的吸收率与pH和温度的关系如下图。为提高SO2的吸收率，酸浸适宜的条件是--------------------
(3)加入MnS的目的是_______________________________________。
(4)操作Ⅳ的步骤为________、________、过滤、洗涤、干燥。
(5)已知金属离子浓度小于1.0×10－5mol·L－1时认为已经完全沉淀，根据表格数据，计算25 ℃时Zn(OH)2的溶度积Ksp＝________(不需写计算过程)。
(6)已知MnSO4·H2O在1 150 ℃高温下分解的产物是Mn3O4、含硫化合物、水，则在该条件下硫酸锰晶体分解反应的化学方程式是_______________________________________________________________。
(7)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，在不断搅拌的情况下，电解酸化的MnSO4溶液，阳极的电极反应式为---------
强化练习1、(2019全国III）.高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。回答下列问题：
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L?1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子 Mn2+ Fe2+ Fe3+ Al3+ Mg2+ Zn2+ Ni2+
开始沉淀的pH 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9
沉淀完全的pH 10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9
（1）“滤渣1”含有S和_________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式_________。
（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是将________________________。
（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______~6之间。
（4）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是______________。
（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是_________________________】。
（6）写出“沉锰”的离子方程式___________________________________________________。
（7）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。当x=y=时，z=___________。 |
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