專題09 化工流程選擇題 1硫酸亞鐵鋰（LiFePO4）電池是新能源汽車的動(dòng)力電池之一。采用濕法冶金工藝回收廢舊硫酸亞鐵鋰電池正極片中的金屬，其流程如下：下列敘述錯(cuò)誤的是A. 合理處理廢舊電池有利于保護(hù)環(huán)境和資源再利用B. 從“正極片”中可回收的金屬元素有Al、Fe、LiC. “沉淀”反應(yīng)的金屬離子為Fe3+D. 上述流程中可用硫酸鈉代替碳酸鈉【答案】D知識(shí)點(diǎn)講解無(wú)機(jī)化工流程題的特點(diǎn)：規(guī)律：主線主產(chǎn)品、分支副產(chǎn)品、回頭為循環(huán)。核心考點(diǎn)：物質(zhì)的分離操作、除雜試劑的選擇、生產(chǎn)條件的控制。1. 流程的呈現(xiàn)主要有以物質(zhì)轉(zhuǎn)化為主線，以操作過(guò)程為主線，甚至有時(shí)候會(huì)以設(shè)備為主線。2. 這類題常圍繞以下幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)問(wèn)：反應(yīng)速率與平衡理論的運(yùn)用 反應(yīng)物顆粒大?。悍磻?yīng)速率、原料的利用率等溫度：反應(yīng)速率、物質(zhì)的穩(wěn)定性、物質(zhì)的結(jié)晶等 氧化還原反應(yīng)的判斷、化學(xué)方程式或離子方程式的書寫； 利用控制pH分離除雜； 化學(xué)反應(yīng)的能量變化； 實(shí)驗(yàn)基本操作：除雜、分離、檢驗(yàn)、洗滌、干燥等； 流程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)，資源的回收和利用； 環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)評(píng)價(jià)。一、原料處理的方法和作用對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理的常用方法及其作用：1. 粉碎、研磨：減小固體的顆粒度，增大固體與液體或氣體間的接觸面積，加快反應(yīng)速率。2. 水浸：與水接觸反應(yīng)或溶解。3. 酸浸：通常用酸溶，如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等，與酸接觸反應(yīng)或溶解，使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過(guò)過(guò)濾除去。近年來(lái)，在高考題出現(xiàn)了“浸出”操作。在化工生產(chǎn)題中，礦物原料“浸出”的任務(wù)是選擇適當(dāng)?shù)娜軇?，使礦物原料中的有用組分或有害雜質(zhì)選擇性地溶解，使其轉(zhuǎn)入溶液中，達(dá)到有用組分與有害雜質(zhì)或與脈石組分相分離的目的。4. 浸出率：固體溶解后，離子在溶液中含量的多少(更多轉(zhuǎn)化)。5. 灼燒：除去可燃性雜質(zhì)或使原料初步轉(zhuǎn)化，如從海帶中提取碘時(shí)的灼燒就是為了除去可燃性雜質(zhì)，將有機(jī)碘轉(zhuǎn)化為碘鹽。6. 灼燒、焙燒、煅燒：改變結(jié)構(gòu)和組成，使一些物質(zhì)能溶解；并使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土和石灰石。二、掌握核心化學(xué)反應(yīng)1. 元素及其化合物知識(shí)：化工生產(chǎn)將原料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的過(guò)程，也是物質(zhì)經(jīng)歷相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。理解物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，就要用到元素及其化合物的相關(guān)知識(shí)。一般圍繞鐵、銅、鋁、鎂、氯、硫、磷、硅等元素的單質(zhì)或化合物的工業(yè)制備來(lái)進(jìn)行命題，需要掌握這些元素及其化合物的知識(shí)2. 還要掌握有關(guān)化工生產(chǎn)的知識(shí)，熟悉的有純堿工業(yè)、氨工業(yè)、硅單質(zhì)的制備、氯堿工業(yè)、海水中提取鎂、海水中提取溴等；3. 化學(xué)反應(yīng)原理：化工生產(chǎn)中把原料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的過(guò)程就是化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，從化學(xué)反應(yīng)原理的角度選擇原料、控制條件和選擇設(shè)備等，是化工生產(chǎn)的基本思路?；瘜W(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識(shí)包括質(zhì)量守恒定律、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、電化學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)等，做到能綜合運(yùn)用這些知識(shí)分析化工生產(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)的情況。 調(diào)節(jié)溶液的pH值：使某些離子轉(zhuǎn)變?yōu)槌恋矶_(dá)到分離的目的，抑制某些離子的水解，防止某些離子的氧化等。在題目中常以表格形式給出信息。例如：已知下列物質(zhì)開(kāi)始沉淀和沉淀完全時(shí)的pH如下表所示物質(zhì)開(kāi)始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2溶液中含有的Fe2，應(yīng)該怎樣做？提示：先用氧化劑把Fe2氧化為Fe3，再調(diào)溶液的pH到3.7。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點(diǎn)：能與H反應(yīng)，使溶液pH值增大；不引入新雜質(zhì)。例如：若要除去Cu2溶液中混有的Fe3，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)溶液的pH值。 調(diào)節(jié)溶液的pH：“酸作用還可以除去氧化物（膜）；“堿作用”還可以除去油污、除去鋁片氧化物、溶解鋁、二氧化硅。 控制體系的溫度a控制低溫：防止物質(zhì)的分解，如NaHCO3、NH4HCO3、H2O2、HNO3(濃)等；防止物質(zhì)的揮發(fā)，如鹽酸、醋酸等；抑制物質(zhì)的水解，如冰水洗滌，以防止洗滌過(guò)程中的溶解損耗；增大氣體反應(yīng)物的溶解度，使其被充分吸收；b采取加熱：加速某固體的溶解，加快反應(yīng)速率；減少氣體生成物的溶解并使其逸出；使平衡向需要的方向移動(dòng)；趁熱過(guò)濾，防止某物質(zhì)降溫時(shí)因析出而損耗或帶入新的雜質(zhì)；c控制范圍：確保催化劑的催化效果，兼顧速率和轉(zhuǎn)化率，追求更好的經(jīng)濟(jì)效益，防止副反應(yīng)發(fā)生等。三、 明確反應(yīng)原理注意每一步在什么條件下，發(fā)生了什么反應(yīng)，生成了什么物質(zhì)，這些物質(zhì)分別到哪里去了。如轉(zhuǎn)化成了沉淀還是氣體或生成了其他物質(zhì)。四、 物質(zhì)分離或提純的方法化工生產(chǎn)過(guò)程中分離提純、除雜等環(huán)節(jié)，與高中化學(xué)基本實(shí)驗(yàn)的原理緊密聯(lián)系，包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、烘干，或蒸餾、萃取、分液等基本實(shí)驗(yàn)操作及原理，并要熟悉所用到的相關(guān)儀器。1. 蒸發(fā)、反應(yīng)時(shí)的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質(zhì)時(shí)，應(yīng)在HCl的氣流中加熱，以防其水解。蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶：如除去KNO3中的少量NaCl。蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過(guò)濾：如除去NaCl中的少量KNO3。2. 溶解法：利用特殊溶劑把雜質(zhì)溶解而除去，如Fe(Al)可用過(guò)量的NaOH溶液而除去Al，CO2(HCl、H2O)先通過(guò)飽和食鹽水，再通過(guò)濃H2SO4。3. 沉淀法：a. 加合適的沉淀劑(要使雜質(zhì)離子充分沉淀，加入的沉淀劑必須過(guò)量，且在后續(xù)步驟中容易除去)；b. 調(diào)節(jié)溶液的酸堿性。4. 洗滌法：a.水洗；b.冰水洗；c.有機(jī)溶劑洗。其目的是：洗去目標(biāo)物表面的雜質(zhì)離子；減少目標(biāo)物的溶解損耗或增大有機(jī)雜質(zhì)的溶解量；防止目標(biāo)物形成結(jié)晶水合物；使晶體快速干燥。五、可循環(huán)物質(zhì)的判斷和流程評(píng)價(jià)（一） 可循環(huán)物質(zhì)的判斷1. 流程圖中回頭箭頭的物質(zhì)。2. 生產(chǎn)流程中后面新生成或新分離的物質(zhì)(不要忽視結(jié)晶后的母液)，可能是前面某一步反應(yīng)的相關(guān)物質(zhì)。（二）對(duì)整個(gè)工藝流程從下列幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)1.體現(xiàn)綠色化學(xué)思想（使用無(wú)毒無(wú)害原料，采用原子利用率高的制備路線，原料的循環(huán)利用，副產(chǎn)物綜合利用，節(jié)能，等）。2. 高效節(jié)能方面（原料廉價(jià)，工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品的純度高，能耗低等）。3. 生成物或副產(chǎn)物的污染?！疽?guī)范答題】實(shí)驗(yàn)操作類規(guī)范語(yǔ)言表述1. 測(cè)定溶液 pH的操作將一小塊pH試紙放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待測(cè)液，點(diǎn)在pH試紙上，待試紙變色后，再與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對(duì)照。模板答題關(guān)鍵詞：pH試紙、表面皿、玻璃棒、蘸待測(cè)液、比色卡、對(duì)照。四步：取放試紙蘸待測(cè)液點(diǎn)滴試紙與比色卡對(duì)照。概括為“取、蘸、點(diǎn)、比”。抓住關(guān)鍵詞和四步操作環(huán)節(jié)，此類問(wèn)題一定不失分。2.沉淀洗滌(1)沉淀洗滌的目的：除去沉淀表面附著或沉淀中包夾的可溶性離子。(2)洗滌方法：向漏斗內(nèi)加蒸餾水至浸沒(méi)沉淀，待水自然流出后，重復(fù)操作23次。(3)誤差分析：若沉淀不洗滌或洗滌不干凈，則使沉淀的質(zhì)量偏高。若沉淀洗滌次數(shù)過(guò)多，則會(huì)使部分沉淀溶解而使其質(zhì)量偏低。(4)沉淀劑是否過(guò)量的判斷方法模板加沉淀劑：靜置，向上層清液中繼續(xù)滴加少量沉淀劑，若無(wú)沉淀產(chǎn)生，則證明沉淀劑已過(guò)量。加入與沉淀劑反應(yīng)的試劑：靜置，取適量上層清液于另一潔凈試管中，向其中加入少量與沉淀劑作用產(chǎn)生沉淀的試劑，若產(chǎn)生沉淀，證明沉淀劑已過(guò)量。注意：若需稱量沉淀的質(zhì)量而進(jìn)行有關(guān)定量計(jì)算時(shí)則只能選用方法(1)。（5）判斷沉淀是否洗凈的操作答題取最后一次洗滌液，滴加（試劑），若沒(méi)有現(xiàn)象，證明沉淀已洗凈3.容量瓶撿漏操作模板加入一定量的水，塞好瓶塞。用食指摁住瓶塞，倒立觀察。然后再將容量瓶正立，并將瓶塞旋轉(zhuǎn)180后塞緊，再倒立。若均無(wú)水滲出，則容量瓶不漏水。4.滴定管檢查是否漏水的操作模板酸式滴定管：關(guān)閉活塞，向其中加入一定量的水，用滴定管夾將其固定鐵架臺(tái)上，觀察是否漏水。若2分鐘內(nèi)不漏水，將活塞塞旋轉(zhuǎn)180后，重復(fù)上述操作。堿式滴定管：向其中加入一定量的水，用滴定管夾將其固定鐵架臺(tái)上，觀察是否漏水。若2分鐘內(nèi)不漏水，輕輕擠壓玻璃球，放出少量液體，再次觀察滴定管是否漏水。5.滴定管趕氣泡的操作模板酸式滴定管：右手將滴定管傾斜30左右，左手迅速打開(kāi)活塞使溶液沖出，從而使溶液充滿尖嘴。堿式滴定管：將膠管彎曲使玻璃尖嘴向上傾斜，用兩指捏住膠管，輕輕擠壓玻璃球，是溶液從尖嘴流出，即可趕出氣泡。6.裝置的氣密性檢查模板形成封閉體系操作(微熱、手捂、熱毛巾捂、加水等)描述現(xiàn)象得出結(jié)論。微熱法關(guān)鍵詞是：封閉（將導(dǎo)管一端放入水中）、微熱、氣泡、水柱；液差(封)法關(guān)鍵詞是：封閉（用止水夾關(guān)閉右側(cè)導(dǎo)氣管，向漏斗中加水）、液差（漏斗中形成一段水柱，停止注水后，水柱不變化）。整套裝置氣密性檢查：為使其產(chǎn)生明顯的現(xiàn)象，用酒精燈對(duì)裝置中某個(gè)可加熱容器微熱，觀察插入水中導(dǎo)管口是否有氣泡冒出，也可對(duì)整套裝置適當(dāng)分割，分段檢查氣密性。7.萃取分液操作關(guān)閉分液漏斗活塞，將混合液倒入分液漏斗中，充分振蕩、靜置、分層，在漏斗下面放一個(gè)小燒杯，打開(kāi)分液漏斗活塞，使下層液體從下口沿?zé)诹飨?；上層液體從上口倒出。8. 焰色反應(yīng)的操作先將鉑絲沾鹽酸溶液在酒精燈火焰上灼燒，反復(fù)幾次，直到與酒精燈火焰顏色接近為止。然后用鉑絲沾取少量待測(cè)液，到酒精燈火焰上灼燒，觀察火焰顏色，如為黃色，則說(shuō)明溶液中含Na；若透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃呈紫色，則說(shuō)明溶液中含K。9.氫氧化鐵膠體的制備往煮沸的蒸餾水中逐滴滴加飽和的FeCl3溶液，當(dāng)溶液變紅褐色時(shí)，立即停止加熱。10.從溶液中結(jié)晶實(shí)驗(yàn)操作模板溶解度受溫度影響小的：蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)濾溶解度受溫度影響較大或帶結(jié)晶水的：加熱濃縮冷卻結(jié)晶過(guò)濾典例1利用海水提取溴和鎂的一般過(guò)程如下，下列說(shuō)法正確的是（ ）A. 工業(yè)溴中含少量Cl2，可用NaOH溶液除去B. 工業(yè)上常利用電解MgCl2溶液冶煉金屬鎂C. 富集溴元素過(guò)程中，空氣吹出法利用了溴易揮發(fā)的性質(zhì)D. 若提取1molBr2，至少需要44.8L的Cl2【答案】C典例2堿式碳酸鋁鎂MgaAlb(OH)c(CO3)d在一定條件下的轉(zhuǎn)化如下圖所示，下列說(shuō)法正確的是A. Q可能為NH3B. X可能為NaOHC. a、b、c、d符合關(guān)系式:2a+3b=c+2dD. 工業(yè)上用CO還原Al2O3的方法制取金屬Al【答案】BC典例3根據(jù)如圖海水綜合利用的工業(yè)流程圖，判斷下列說(shuō)法正確的是A. 除去粗鹽中雜質(zhì)Mg2+、SO42-、Ca2+，加入的藥品順序?yàn)椋篘aOH溶液Na2CO3溶液BaCl2溶液過(guò)濾后加鹽酸B. 從能量轉(zhuǎn)換角度看，氯堿工業(yè)中的電解飽和食鹽水是一個(gè)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程C. 從第步到第步的目的是為了濃縮D. 在過(guò)程中SO2被氧化【答案】CD 【解析】ACa2用碳酸鈉除去，Mg2用氫氧化鈉除去，SO42用氯化鋇除去，過(guò)濾后加入鹽酸酸化。但由于過(guò)量的氯化鋇要用碳酸鈉來(lái)除，所以碳酸鈉必需放在氯化鋇的后面，而氫氧化鈉可以隨意調(diào)整，如果在過(guò)濾沉淀前加入過(guò)量BaCl2溶液，稀鹽酸不能除去氯化鋇溶液，所以會(huì)產(chǎn)生新雜質(zhì)，A錯(cuò)誤；B根據(jù)電解原理分析，電解飽和食鹽水是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，B錯(cuò)誤；C溴離子被氧化為溴單質(zhì)后，被二氧化硫吸收生成溴離子，加入氧化劑氧化溴離子為溴單質(zhì)，富集溴元素，從第步到第步的目的是為了濃縮，C正確；