工业流程设计类实验题解法.doc

工业流程设计类实验题解法化工流程题是集信息流、物质流、原理流、操作流为一体的综合题型可以考查学生运用化学原理及相关知识来解决化工生产中实际问题的能力具有考查知识面广，综合性强、思维容量大的特点一、从目的与要求读懂信息流答题明确实验目的，确定实验要求，将题给信息标注在流程图上（或将信息圈画并箭标至流程图上）一般地，工业流程题通常是以物质制备、冶金工业、化工生产、环境保护为背景命题例：重要物质的制备（硫酸铜、氢氧化铁、纯碱的制备等）； 冶金工业（钠、镁、铝、铁、铜及其矿物甚至拓展至钛、钨、锰等）； 重要化工生产（合成氨、工业制硫酸、海水制盐、氯碱工业、含氯化合物的加工技术、海水提溴碘及无机非金属材料方面等）；环境保护（“废水、废气、废渣” 对环境的影响和处理原理等信息阅读要注意精细，要抓住主旨，不要拘于细节因为此类题大多数有一个共同的特征——起点高、落点低，即牵扯到的问题可能是最新的或是生活中的热点，但落脚点依然是课本上的知识，解决这类问题的关键是圈画题给化学概念和名词，从中找出所要考察相关知识点，从而找出答题的要点信息处理时要注意信息关联、信息类比、信息剔除例题1】（11年广东理综）由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用钢材镀铝。

工艺流程如下：Al/Na/H2（注：NaCl熔点为801℃；AlCl3在181℃升华）（1）精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为①_______________和②______________（2）将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去气泡的主要成分除Cl2外还含有__________；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在_____________（3）在用废碱液处理A的过程中，所发生反应的离子方程式为___________________（4）镀铝电解池中，金属铝为___________________极，熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl4― 和Al2Cl7―形式存在，铝电极的主要电极反应式为__________________（5）钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是________________解：（1）由题给物质Al与氧化铁（Fe2O3）、石英砂（SiO2）及置换反应易得①2Al +Fe2O3Al 2O3+2Fe ②4Al+3SiO23Si+ 2Al 2O3（2）由铝熔体所含物质（Al/Na/H2）与氯气反应，可知产物有NaCl、HCl、AlCl3但在700℃为气体的只有AlCl3和HCl；浮渣为固体NaCl。

3)碱液吸收A气体（主要成分为氯气）Cl2+2OH—=Cl—+ClO—+H2O(4)此问为难点，关键要明白熔融的电解质溶液为NaAl2Cl7和NaAlCl4 ，熔化液中无单独Al3+、Cl—存在故阳极：Al-3e-=Al3+（第一步）、Al3++7AlCl4―＝4Al2Cl7― （第二步）总反应为Al-3e-+7AlCl4―＝4Al2Cl7―(5)铝在空气中易形成一层极薄的致密而坚固的氧化膜，它能阻止氧化深入内部，起到防腐保护作用答题后感：此题（1）、（5）由问题所给信息，无需看流程图就可知答案2）、（3）两问只要知参与反应的物质就可推出答案二、从原料与产品分析物质流答题根据流程图中所出现元素，追踪主要元素进出流程的位置和形态由进入物质（反应物）、出去物质（生成物）和循环物质（重复利用），环境物质（反应介质空气、水或保护性气体）等分析各元素在生产流程中的物质及其性质等答题1、原料与产品性质答题（1）不稳定物质参与：则要控制适当的反应温度，高温易分解原料利用率低，低温生产速率低例H2O2、NaHCO3、KMnO4、HNO3等2）易水解物质参与：则要加相应的酸来防止水解例弱碱与挥发性酸盐的制取过程，FeCl3、MgCl2、AlCl3要在盐酸或氯化氢气流中生产，否则加热时产物是氢氧化物，灼烧时得氧化物。

2、环境物质干扰答题（通H2、稀有气体等隔绝空气）（1）还原性物质生产，则要隔绝空气，防止被空气中氧气氧化2）碱性物质生产，则要隔绝空气，防止空气中CO2气体干扰3）易吸水潮解物质，则要隔绝空气，防止水的干扰另外，有毒物质生产，要在密封体系(带有环保设备)Li+、SO42-，H+(酸过量)Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+【例题2】（10年广东理综）碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域以β-锂辉石（主要成分为Li2OAl2O34SiO2）为原材料制备Li2CO3的工艺流程如下：Li+/Na+ /OH-Fe(OH)3/Mg(OH)2/CaSO4/CaCO3SiO2Fe(OH)3/Al(OH)3已知：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；Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g1）步骤Ⅰ前，β-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是______ _______2）步骤Ⅰ中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li+、SO42-，另含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+等杂质，需在搅拌下加入_____________(填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”)以调节溶液的PH到6.0~6.5，沉淀部分杂质离子，然后分离得到浸出液。

3）步骤Ⅱ中，将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中，可除去的杂质金属离子有___________ ___4）步骤Ⅲ中，生成沉淀的离子方程式为_________ ______5）从母液中可回收的主要物质是_________ ____解：分析由信息流可知实验目的是用β-锂辉石（主要成分为Li2OAl2O34SiO2还含有杂质Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+等）制碳酸锂因此可知实验即要制物质碳酸锂又要去其它除杂质离子由物质流可知原料是（β-锂辉石、硫酸、碳酸钠），主要产品是碳酸锂和母液中硫酸钠（由原料硫酸和碳酸钠可推知）环境介质由加硫酸后的酸性到调PH值再到加碳酸钠的碱性（由酸性到碱性的变化）结合题给信息可知各流程物质，可将各流程物质标注在流程图上（如上图所示）主要元素的物质流为：Li2O（加硫酸）→Li2SO4（加石灰乳）→LiOH（加饱和碳酸钠）→Li2CO31)增大固液接触面积，加快浸出反应速率，提高浸出率 (2) 石灰石。

分析由于金属杂质离子要转化为沉淀才能除去，再由金属阳离子生成氢氧化物完全沉淀的PH值可知，在加硫酸所得的酸性浸取液，要加“石灰石”才有可能使PH值调至6.0~6.5，且在该PH值范围可完全沉淀的有Fe(OH)3/Al(OH)3(3)Fe2+、Mg2+、Ca2+ 分析：H2O2溶液氧化Fe2+ 加石灰乳和Na2CO3溶液之后杂质分别转化为Fe(OH)3/Mg(OH)2/CaSO4/CaCO3 而Li+主要以LiOH形式溶于水中 (4)2Li++CO32-==Li2CO3↓分析此处是加饱和碳酸钠，LiOH转化为溶解度更小的碳酸锂（5）Na2SO4 由原料硫酸和碳酸钠易得出母液中的主要物质是Na2SO4答题后感：此题两次出现碳酸钠，前面用于除去Ca2+,是碳酸钠稀溶液，而后面是用于沉淀溶液中Li+,是碳酸钠的饱和溶液另外此题还有一个更要信息，铁元素的除杂，一般要先将Fe2+氧化为Fe3+再加碱性物质调PH值，使Fe3+完全水解生成Fe(OH)3沉淀除去三、从反应与条件剖析原理流答题1、用反应方程式答题从水解的角度考虑蒸发溶液时的气体氛围（是否要抑制水解）；从电化学角度书写电极反应式；从热化学角度书写热化学方程式；水溶液中发生的离子反应写离子反应方程式。

2、可逆反应条件的控制：从反应速率和平衡角度分析反应条件（温度、浓度、压强、催化剂）对原料的转化率、产品的产量有何影响例原料粉碎原因为加快反应速率并提高原料利用率1）反应介质酸碱性控制：控制介质的PH值，可以用于除去杂质，也可以防止产物的水解等，例Cu2+(含杂质Fe3+)：一般用加CuO、Cu(OH)2、CuCO3调PH值除去（2）反应温度的控制：水浴加热：易于控制温度，且使被加热仪器均匀受热3、从实验原理答题（1）复分解反应：强酸制弱酸、强碱制弱碱、可溶制不溶、难挥发制易挥发2）氧化-还原反应：强氧化剂制弱氧化剂、强还原剂制弱还原剂特别注意反应介质的酸碱性例题3】回收的废旧锌锰干电池经过处理后可得到锰粉（主要含MnO2、Mn(OH)2、Fe、NH4Cl和炭黑等），由锰粉制取MnO2的步骤和数据如下： 根据上图所示步骤并参加右表数据，回答下列问题：（1）在加热条件下，用浓盐酸浸取锰粉得到含有Mn2+、Fe2+等离子的溶液，MnO2与浓盐酸反应的离子方程式 ，该处理方法的缺点 2）步骤I中滤渣的化学式 ，步骤II中滤渣的化学式 。

3）向步骤I的滤液中加足量H2O2的作用为 再加NaOH溶液调节pH在3.7

通常可以考查化学实验室常用仪器（过滤、蒸发、萃取分液、蒸留、灼烧固体）、典型操作的方法（对溶液、晶体、沉淀、气体等物质所实行各种操作）；也可以对常见的物质进行除杂（调pH值除杂、试剂除杂等），分离（加热、浓缩、冷却、结晶、过滤、萃取等）和检验（离子或气体等）进行设问；例1、物质分离与提纯（1）过滤：主要仪器：漏斗、烧杯、玻璃棒、铁架台、滤纸；注意事项①“一贴、二低、三靠” ②过滤其间不可用玻璃棒搅拌被过滤液2）萃取分液：主要仪器：分液漏斗、烧杯、铁架台(带铁圈)；注意事项 ①装置第一步要检验是否漏水，分液时上口活塞要打开②操作：“下泻上吐” 下层液体从漏斗下方流出，上层液体由漏斗上口倒出③萃取剂的选择：与原溶剂不相溶、不反应且溶。