无机化工工艺流程.pdf
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1、1 突破点 14无机化工工艺流程 提炼 1化工工艺流程中常见操作1.研磨 增大反应物的接触面积,加快反应速率,提高原料利用率。 2焙烧 高温下使固体原料分解、反应或改变结构。 3浸出 水浸:使可溶性的有用成分从固体原料混合物中转移到溶液中。酸浸:使金 属、金属氧化物或盐转化成可溶于水的物质进入溶液。碱浸:除去油污、溶解酸 性氧化物、铝及其氧化物。对于非金属矿物,通常用稀醇溶液浸取,水中加入乙 醇是为了降低溶剂的极性,提高非金属单质的溶解程度。 4加热煮沸 排除溶液中溶解的气体。 5洗涤 水洗:通常是为了除去水溶性杂质, 适用于不溶于水的固体物质或液体物质 的洗涤。冰水洗涤: 通常是为了洗去晶体
2、表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过 程中的溶解损耗。有机物 (乙醇)洗涤:通常是为了减少晶体在洗涤过程中的溶解 损失,便于固体的干燥。 提炼 2化工工艺流程中条件控制 1.调节溶液的 pH 其目的主要是: 防止“某离子”的水解, 防止“某离子”的沉淀, 确保“某 离子”完全沉淀,防止“某些物质”的溶解等。调节pH 所需的物质一般应满足 两点:能与 H (或 OH)反应,使溶液的 pH 增大(或减小 );不引入新的杂质。 2控制温度 (1)升温:加快反应速率,加速某固体的溶解,促进平衡向吸热方向移动, 2 使某些物质汽化或升华,防止堵塞导管等。(2)降温:防止某物质在高温时分解、 挥发、升华或促
3、进平衡向放热方向移动。 3控制压强 改变反应速率,影响化学平衡。 4趁热过滤 过滤是为了得到产品或除去杂质,在除杂时, 有些产品在温度较低时会结晶 析出,从而混在杂质中,造成损失,故“趁热”是为了让产品溶解,防止其结晶 析出,因此趁热过滤的目的可从两方面回答:一是提高纯度,二是减少结晶损失。 5加入物质 加碱:去油污,去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅等。 加沸石或碎瓷片:防止液体暴沸。加有机溶剂:萃取某些物质,或降低 某些物质的溶解度。 提炼 3 化工工艺流程中常涉及的化学反应原理和化学思想 1.沉淀溶解平衡的相关应用 形成沉淀时所需某种离子的最小浓度、沉淀转化的条件。 2反应速率及化学平衡理论
4、在实际生产中的应用 反应速率控制、化学平衡移动、化学平衡常数的应用、反应条件的控制。 3氧化还原反应规律 强弱律、守恒律、优先律。 4盐类水解的具体应用 水解规律和水解反应的控制(抑制或促进 )。 5绿色化学思想 物质的循环使用、副产物的回收利用、“三废”处理。 回访 1(2016全国丙卷 )以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产 硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利 用。废钒催化剂的主要成分为: 【导学号: 14942056】 3 以下是一种废钒催化剂回收工艺路线: 回答下列问题: (1)“酸浸”时 V2O5转化为 VO 2,反应的离子方程式为
5、 _ , 同时 V2O4转化成 VO 2。“废渣 1”的主要成分是 _。 (2)“氧化”中欲使3 mol 的 VO 2变为 VO 2,则需要氧化剂KClO3至少为 _mol。 (3)“中和”作用之一是使钒以V4O 4 12形式存在于溶液中。 “废渣 2”中含有 _。 (4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为:4ROHV4O 4 12 离子交换 洗脱 R4V4O12 4OH (ROH 为强碱性阴离子交换树脂 )。为了提高洗脱效率,淋洗液应该呈 _性(填“酸”、“碱”或“中”)。 (5)“流出液”中阳离子最多的是_。 (6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学 方
6、程式: _ 。 解析(1)“酸浸”时 V2O5转化为 VO 2, V2O5、VO 2中 V 元素均显 5 价, V 元素化合价不变, 则该反应是非氧化还原反应, 结合溶液的酸碱性及元素守恒 写出离子方程式: V2O52H =2VO 2H2O。废钒催化剂中除 SiO2外,其余物 质均与稀硫酸反应生成易溶于水的盐,则“废渣 1”的主要成分是二氧化硅。 (2)“氧化”中使 3 mol 的 VO 2变为 VO 2, 转移电子的物质的量为3 mol(54) 3 mol;氧化剂 KClO3被还原为 KCl ,Cl 元素由 5 价降低到 1 价,根据电子 守恒可知,需要 KClO3的物质的量至少为 3 mo
7、l 6 0.5 mol。 4 (3)由图可知,加入KOH 中和后产生废渣 2,而“中和”作用之一是使钒以 V4O 4 12形式存在于溶液中,后续操作中未进行除杂操作,显然该过程中还生成 Fe(OH)3和 Al(OH)3沉淀,从而除去Fe 3、Al3,故“废渣 2”中含有 Fe(OH) 3 和 Al(OH)3。(4)“离子交换 ”和“洗脱”可简单表示为 4ROHV4O 4 12 离子交换 洗脱 R4V4O124OH (ROH 为强碱性阴离子交换树脂 )。为了提高洗脱效率, 应增加溶 液中 c(OH ),使平衡逆向移动,故淋洗液应该呈碱性。 (5)“氧化”和“中和”操作中分别加入 KClO3、KO
8、H,而“离子交换 ”过 程中,消耗 V4O4 12同时生成 OH ,而阳离子未参与离子交换, 故“流出液 ”中阳 离子最多的是 K 。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵 (NH 4VO3)沉淀,“煅烧 ”过程中生 成 V2O5,考虑铵盐的不稳定性,还应生成NH3和 H2O,结合元素守恒写出化学 方程式: 2NH4VO3= 高温 V2O5H2O2NH3。 答案(1)V2O52H =2VO 2H2OSiO2 (2)0.5(3)Fe(OH)3和 Al(OH)3(4)碱(5)K (6)2NH4VO3= 高温 V2O5 H2O2NH3 回访 2(2015全国卷 )硼及其化合物在工业上有许多用途。 以铁硼矿 (主
9、要 成分为 Mg2B2O5 H2O 和 Fe3O4,还有少量 Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和 SiO2等) 为原料制备硼酸 (H3BO3)的工艺流程如下所示: 回答下列问题: (1)写出 Mg2B2O5 H2O 与硫酸反应的化学方程式: _。 为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取的措施有_(写出 两条)。 (2)利用_的磁性,可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的 物质是 _(写化学式 )。 5 (3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是 _。 然后再调节溶液的pH 约为 5,目的是 _ 。 (4)“粗硼酸”中的主要杂质是_(填名称 )。 (5)以硼酸为原料可制得硼氢
10、化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂, 其电子式为 _。 (6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料 可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程:_ 。 解析(1)盐跟酸反应生成新盐和新酸,据此可写出Mg2B2O5 H2O 与硫酸 反应的化学方程式: Mg2B2O5 H2O2H2SO4= 2MgSO42H3BO3。可采取升 高温度、将矿石粉碎增大接触面积或搅拌等措施,以提高浸出速率。(2)Fe3O4具 有磁性。 “浸渣”中除含 Fe3O4外,还含有与H2SO4不反应的 SiO2,以及 CaO 与 H2SO4反应生成的微溶物CaSO4。 (3)硫酸浸出后的滤液中,
11、含有的主要物质有MgSO4、Fe2(SO4)3、FeSO4、 Al2(SO4)3、H3BO3等,H2O2具有氧化性,因此加入H2O2溶液可将其中的Fe 2氧 化为 Fe 3。由工艺流程图可知,最后过滤得到含镁盐母液,因此调节溶液的 pH 约为 5,可使 Fe 3转化为 Fe(OH) 3沉淀、Al 3转化为 Al(OH) 3沉淀。 (4)由(3)分析及最后过滤得到含镁盐母液,可知粗硼酸中的主要杂质应为硫 酸镁。 (5)NaBH4是一种离子化合物,由Na 与BH 4 构成,其电子式为 。 (6)以 H3BO3与 Mg 为原料可制备单质B,根据反应物的性质结合质量守恒 定律可知,其制备过程中反应的化
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