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高考化学工业流程题知识点总结

高考化学工业流程题知识点总结
 
无机化工流程题的特点:
 
规律:主线主产品、分支副产品、回头为循环。
 
核心考点:物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制。
1. 流程的呈现主要有以物质转化为主线,以操作过程为主线,甚至有时候会以设备为主线。
 
2. 这类题常围绕以下几个知识点进行设问:
⑴ 反应速率与平衡理论的运用 
反应物颗粒大小:反应速率、原料的利用率等
温度:反应速率、物质的稳定性、物质的结晶等
⑵ 氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写;
⑶ 利用控制pH分离除杂;
⑷ 化学反应的能量变化;
⑸ 实验基本操作:除杂、分离、检验、洗涤、干燥等;
⑹ 流程中的物质转化和循环,资源的回收和利用;
⑺ 环境保护与绿色化学评价。
 
一、原料处理的方法和作用
对原料进行预处理的常用方法及其作用:
1. 粉碎、研磨:减小固体的颗粒度,增大固体与液体或气体间的接触面积,加快反应速率。
2. 水浸:与水接触反应或溶解。
3. 酸浸:通常用酸溶,如用硫酸、盐酸、浓硫酸等,与酸接触反应或溶解,使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去。近年来,在高考题出现了“浸出”操作。在化工生产题中,矿物原料“浸出”的任务是选择适当的溶剂,使矿物原料中的有用组分或有害杂质选择性地溶解,使其转入溶液中,达到有用组分与有害杂质或与脉石组分相分离的目的。
4.  浸出率:固体溶解后,离子在溶液中含量的多少(更多转化)。
5.  灼烧:除去可燃性杂质或使原料初步转化,如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质,将有机碘转化为碘盐。
6. 灼烧、焙烧、煅烧:改变结构和组成,使一些物质能溶解;并使一些杂质在高温下氧化、分解,如煅烧高岭土和石灰石。
 
二、掌握核心化学反应
1. 元素及其化合物知识:化工生产将原料转变成产品的过程,也是物质经历相互转化的过程。理解物质之间的转化关系,就要用到元素及其化合物的相关知识。一般围绕铁、铜、铝、镁、氯、硫、磷、硅等元素的单质或化合物的工业制备来进行命题,需要掌握这些元素及其化合物的知识
2. 还要掌握有关化工生产的知识,熟悉的有纯碱工业、氨工业、硅单质的制备、氯碱工业、海水中提取镁、海水中提取溴等;
3. 化学反应原理:化工生产中把原料转变成产品的过程就是化学反应的过程,从化学反应原理的角度选择原料、控制条件和选择设备等,是化工生产的基本思路。化学反应原理的相关知识包括质量守恒定律、化学反应速率、化学平衡、电化学、化学热力学等,做到能综合运用这些知识分析化工生产中化学反应的情况。
① 调节溶液的pH:使某些离子转变为沉淀而达到分离的目的,抑制某些离子的水解,防止某些离子的氧化等。在题目中常以表格形式给出信息。
 
例如:已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示
沉淀和沉淀完全时的pH
 
若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+,应该怎样做?
提示:先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调溶液的pH到3.7。
 
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。
 调节溶液的pH:“酸作用还可以除去氧化物(膜);“碱作用”还可以除去油污、除去铝片氧化物、溶解铝、二氧化硅。
② 控制体系的温度
a.控制低温:防止物质的分解,如NaHCO3、NH4HCO3、H2O2、HNO3(浓)等;防止物质的挥发,如盐酸、醋酸等;抑制物质的水解,如冰水洗涤,以防止洗涤过程中的溶解损耗;增大气体反应物的溶解度,使其被充分吸收;
b.采取加热:加速某固体的溶解,加快反应速率;减少气体生成物的溶解并使其逸出;使平衡向需要的方向移动;趁热过滤,防止某物质降温时因析出而损耗或带入新的杂质;
c.控制范围:确保催化剂的催化效果,兼顾速率和转化率,追求更好的经济效益,防止副反应发生等。
 
三、 明确反应原理
注意每一步在什么条件下,发生了什么反应,生成了什么物质,这些物质分别到哪里去了。如转化成了沉淀还是气体或生成了其他物质。
 
四、物质分离或提纯的方法
化工生产过程中分离提纯、除杂等环节,与高中化学基本实验的原理紧密联系,包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干,或蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理,并要熟悉所用到的相关仪器。
1. 蒸发、反应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。
(1)蒸发浓缩、冷却结晶:如除去KNO3中的少量NaCl。
(2)蒸发结晶、趁热过滤:如除去NaCl中的少量KNO3。
 
2. 溶解法:利用特殊溶剂把杂质溶解而除去,如Fe(Al)可用过量的NaOH溶液而除去Al,CO2(HCl、H2O)先通过饱和食盐水,再通过浓H2SO4。
 
3. 沉淀法:
a. 加合适的沉淀剂(要使杂质离子充分沉淀,加入的沉淀剂必须过量,且在后续步骤中容易除去);
b. 调节溶液的酸碱性。
 
4. 洗涤法:
a.水洗;
b.冰水洗;
c.有机溶剂洗。其目的是:洗去目标物表面的杂质离子;减少目标物的溶解损耗或增大有机杂质的溶解量;防止目标物形成结晶水合物;使晶体快速干燥。
 
五、可循环物质的判断和流程评价
(一) 可循环物质的判断
1. 流程图中回头箭头的物质。
2. 生产流程中后面新生成或新分离的物质(不要忽视结晶后的母液),可能是前面某一步反应的相关物质。
 
(二)对整个工艺流程从下列几个方面进行评价
1.体现绿色化学思想(使用无毒无害原料,采用原子利用率高的制备路线,原料的循环利用,副产物综合利用,节能,等)。
2. 高效节能方面(原料廉价,工艺简单,产品的纯度高,能耗低等)。
3. 生成物或副产物的污染。
 
【规范答题】
实验操作类规范语言表述
1. 测定溶液 pH的操作
将一小块pH试纸放在表面皿上,用玻璃棒蘸取少量待测液,点在pH试纸上,待试纸变色后,再与标准比色卡对照。
 
模板 
答题关键词:pH试纸、表面皿、玻璃棒、蘸待测液、比色卡、对照。
四步:①取放试纸→②蘸待测液→③点滴试纸→④与比色卡对照。
概括为“取、蘸、点、比”。
抓住关键词和四步操作环节,此类问题一定不失分。
 
2.沉淀洗涤
(1)沉淀洗涤的目的:除去沉淀表面附着或沉淀中包夹的可溶性离子。
(2)洗涤方法:向漏斗内加蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流出后,重复操作2~3次。
(3)误差分析:若沉淀不洗涤或洗涤不干净,则使沉淀的质量偏高。若沉淀洗涤次数过多,则会使部分沉淀溶解而使其质量偏低。
(4)沉淀剂是否过量的判断方法
 
模板 
加沉淀剂:静置,向上层清液中继续滴加少量沉淀剂,若无沉淀产生,则证明沉淀剂已过量。
加入与沉淀剂反应的试剂:静置,取适量上层清液于另一洁净试管中,向其中加入少量与沉淀剂作用产生沉淀的试剂,若产生沉淀,证明沉淀剂已过量。
注意:若需称量沉淀的质量而进行有关定量计算时则只能选用方法(1)。
(5)判断沉淀是否洗净的操作
 
答题
取最后一次洗涤液,滴加……(试剂),若没有……现象,证明沉淀已洗净
 
3.容量瓶捡漏操作
 
模板 
加入一定量的水,塞好瓶塞。用食指摁住瓶塞,倒立观察。然后再将容量瓶正立,并将瓶塞旋转180°后塞紧,再倒立。若均无水渗出,则容量瓶不漏水。
 
4.滴定管检查是否漏水的操作
 
模板 
酸式滴定管:关闭活塞,向其中加入一定量的水,用滴定管夹将其固定铁架台上,观察是否漏水。若2分钟内不漏水,将活塞塞旋转180°后,重复上述操作。
碱式滴定管:向其中加入一定量的水,用滴定管夹将其固定铁架台上,观察是否漏水。若2分钟内不漏水,轻轻挤压玻璃球,放出少量液体,再次观察滴定管是否漏水。
 
5.滴定管赶气泡的操作
 
模板 
酸式滴定管:右手将滴定管倾斜30°左右,左手迅速打开活塞使溶液冲出,从而使溶液充满尖嘴。
碱式滴定管:将胶管弯曲使玻璃尖嘴向上倾斜,用两指捏住胶管,轻轻挤压玻璃球,是溶液从尖嘴流出,即可赶出气泡。
 
6.装置的气密性检查
 
模板 
形成封闭体系——操作(微热、手捂、热毛巾捂、加水等)―→描述现象―→得出结论。
微热法——关键词是:封闭(将导管一端放入水中)、微热、气泡、水柱;
液差(封)法——关键词是:封闭(用止水夹关闭右侧导气管,向××漏斗中加水)、液差(××漏斗中形成一段水柱,停止注水后,水柱不变化)。
整套装置气密性检查:为使其产生明显的现象,用酒精灯对装置中某个可加热容器微热,观察插入水中导管口是否有气泡冒出,也可对整套装置适当分割,分段检查气密性。
 
7.萃取分液操作
关闭分液漏斗活塞,将混合液倒入分液漏斗中,充分振荡、静置、分层,在漏斗下面放一个小烧杯,打开分液漏斗活塞,使下层液体从下口沿烧杯壁流下;上层液体从上口倒出。
 
8. 焰色反应的操作
先将铂丝沾盐酸溶液在酒精灯火焰上灼烧,反复几次,直到与酒精灯火焰颜色接近为止。然后用铂丝沾取少量待测液,到酒精灯火焰上灼烧,观察火焰颜色,如为黄色,则说明溶液中含Na+;若透过蓝色钴玻璃呈紫色,则说明溶液中含K+。
 
9.氢氧化铁胶体的制备
往煮沸的蒸馏水中逐滴滴加饱和的FeCl3溶液,当溶液变红褐色时,立即停止加热。
 
10.从溶液中结晶实验操作
 
模板 
溶解度受温度影响小的:蒸发→结晶→过滤
溶解度受温度影响较大或带结晶水的:加热浓缩→冷却结晶→过滤

 
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