化工生产流程(通用版)

2.明确常用的分离方法 (1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤 或者抽滤等方法。 (2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同 提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。 (3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。
(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的 溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、 FeSO4·7H2O等。 (5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离 乙醇和甘油。 (6)冷却法：利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业 采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。
三、化工生产中常用的分离方法 1.除去KNO3中的少量NaCl可用__蒸__发__浓__缩__、__冷__却__结__晶___的方法。 2.除去NaCl中的少量KNO3可用__蒸__发__结__晶__、__趁__热__过__滤___的方法。 3.依据下表信息，要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4，可采用 _蒸__馏__方法。
3.物质分离、提纯的原则 (1)不增：不引入新的杂质。 (2)不减：不减少被提纯物。 (3)易分离：被提纯物与杂质容易分离。 (4)易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成状态。 4.物质分离、提纯注意事项 (1)除杂试剂需过量。 (2)过量试剂需除去。 (3)除去多种杂质时要考虑加入试剂的顺序。 (4)选择最佳除杂途径。
②控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向 需要的方向移动。 ③控制压强。改变速率，影响平衡。 ④使用正催化剂。加快反应速率，缩短达到平衡需要的时间。 ⑤趁热过滤。防止某些物质降温时析出。 ⑥冰水洗涤。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.熟悉中学化学中出现的重要的化工生产的生产原理、工艺设 计原理、相关思想、知识细节等；如工业合成氨、金属的冶炼、 海水的开发利用、化石燃料的综合利用等。
①__2_A_l_+_F_e_2O_3__=_高=_=温_=___2_F_e_+_A_l_2O_3_和__________ ②__4_A_l_+_3_S_i_O_2__=高_=_=温_=__3_S_i_+_2_A_l_2_O_3_________
分析：铝能置换氧化铁中的铁和石英砂中的硅，发生的反应分别
(3)该工艺中反应③的沉淀率(又称沉钒率)是回收钒的关键之 一，该步反应的离子方程式__________________________； 沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数 (NH4Cl加入质量与料液中V2O5的质量比)和温度。根据下图判断 最佳氯化铵系数和温度为_________、_____________℃。
若粗MnO2样品的质量为12.69 g，第①步反应后，经过滤得到 8.7 g MnO2，并收集到0.224 L CO2(标准状况下)，则在第② 步反应中至少需要_0_._0_2_ molNaClO3。
分析：由题意知样品中的MnO和MnCO3质量为12.69 g-8.7 g= 3.99 g。由方程式H2SO4+MnCO3====MnSO4+H2O+CO2↑可知MnCO3 的物质的量为0.01 mol，质量为115 g·mol-1×0.01 mol=
(2)(2011·江苏高考)以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯 铁晶体(FeCl3·6H2O)的工艺流程如下：
酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是_提__高__铁__元__素__的__ _浸__出__率___、_抑__制__F_e_2_+及__F_e_3_+_的__水__解___。 分析：硫铁矿燃烧将产生铁的氧化物，为了提高铁元素的浸出 率，抑制Fe2+及Fe3+的水解，让更多的铁转化为氯化铁晶体，应 保持盐酸过量。
二、提纯类化工生产流程题的必备知识 1.明确常用的提纯方法 (1)水溶法：除去可溶性杂质。 (2)酸溶法：除去碱性杂质。 (3)碱溶法：除去酸性杂质。 (4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。 (5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。 (6)调节溶液的pH法：如除去酸性铜溶液中的Fe3+等。
2.考查流程中的转化关系 (3)(2011·广东高考)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 经处理后可用于钢材镀铝。工艺流程如下：
(注 ：NaCl熔点为801 ℃；AlCl3在181 ℃升华)
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
为：
2Al+Fe2O3 =高==温=2Fe+Al2O3， 4Al+3SiO2 =高==温=3Si+2Al2O3。
3.考查化学计算 (4)(2011·安徽高考)MnO2是一种重要的无机功能材料，粗 MnO2的提纯是工业生产的重要环节。某研究性学习小组设计了 将粗MnO2(含有较多的MnO和MnCO3)样品转化为纯MnO2的实验， 其流程如下：
【真题自测】
完成下列所填内容
化工生产流程题的综合考查
高考频次:★★★★
1.考查实验方法与条件的选择
(2)(2012·广东高考)难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O) 属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：
K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s)
2Ca2++2K++Mg2++4SO42-+2H2O
2.(2012·盐城二模)碳酸钠是造纸、纺织、制革等行业的重要 原料。工业碳酸钠(纯度约98%)中含有Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、Cl－ 和SO42-等杂质，提纯工艺流程如下：
已知碳酸钠的溶解度(S)随温度(T)变化的曲线如图所示：
【热点考向1】 以物质的制备与提纯为考查内容 【典题训练】 1.(2012·济南二模)为回收利用废钒催化剂(含有V2O5、VOSO4及 不溶性残渣)，科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新 工艺，主要流程如下：
部分含钒物质在水中的溶解性如下：
回答下列问题： (1)工业由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法，该反应的氧化剂为 __________。 (2)滤液中含钒的主要成分为___________________(填化学式)。
第2讲 化工生产流程
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【考纲资讯】 1.了解科学、技术、社会的相互关系(如化学与生活、材料、 能源、环境、生命过程、信息技术的相互关系等)。 2.了解在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。
【考情快报】 由于化学与生活、生产的密切关系，无机化工题作为一种新型 的无机信息题已成为各省市高考的主流题型，主要考查特点如 下： (1)借助无机物的转化关系，依托工业流程图或相关图表数据， 考查常见无机物性质、化学实验、化学反应原理和化学计算等 知识； (2)化学用语、部分化工术语以及物质的用途也是考查的重点。
为能充分利用钾资源，用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫 酸钾，工艺流程如下：
“除杂”环节中，先加入_K_2_C_O_3 _溶液，经搅拌等操作后，过 滤，再加入_H_2_S_O_4_溶液调滤液pH至中性。
分析：根据流程可知除杂之前的滤液中还含有大量Ca2+,所以需
要把Ca2+转化为沉淀而除去，结合最终需要K2SO4产品，因而需 要加入K2CO3除去Ca2+，加入H2SO4调节滤液的pH。
【解题指导】解答本题要抓住含钒化合物的水溶性，从而确定 滤液中含VOSO4；另外V2O5、VO3-、VO2+等中的钒价态均为+5也是 重要解题突破口；沉钒率最大化是选择最佳条件的主要依据。
【解析】(1)铝热剂法冶炼金属钒，反应的化学方程式为
10Al+3V2O5
高温
====
6V+5Al2O3，其中V2O5在反应中得电子，是氧
1.15 g,所以MnO的质量为3.99 g-1.15 g=2.84 g,其物质的量为
2.84 g 71时共生成MnSO4的物质的量为
0.05 mol,根据方程式5MnSO4+2NaClO3+4H2O====5MnO2+Cl2↑
+Na2SO4+4H2SO4，可计算出需要NaClO3的物质的量为0.02 mol。
要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，应先_用__氧__化__剂__把__F_e_2＋__氧__化__为___ __F_e_3_＋__，再调节溶液的_3_._7_。
2.工业合成氨反应条件的选择 (1)压强：加压可__加__快___反应速率，同时可提高Ｎ２、Ｈ２的转化 率。但增压受到动力、设备条件制约，结合实际生产条件，只能 适当增压。一般为__2_×__1_0_7__P_a_～__5_×__1_0_7 _P_a___。 (2)温度：生产中既要保证Ｎ２、Ｈ２的转化率，又要保证较快的反 应速率，选择的温度为___5_0_0__℃__左右，且在该温度时催化剂活性 最大，催化效率最高。 (3)催化剂：催化剂只改变反应速率，不会影响平衡移动，但使用 了催化剂可以使合成氨生产在较低温度下达到较高速率。
催化剂
4.合成氨：化学方程式为__N_2_+_3_H_2__高_温__、__高_压___2_N_H_3_。____
5.氯碱工业：离子方程式为__2_C_l_－_+_2_H_2_O_=_通=_=电_=__H_2↑__+_C_l_2_↑__+_2_O_H_-__。
6.接触法制硫酸：FeS2→_S_O_2→_S_O_3→H2SO4。
【基础回顾】
一、常见物质的工业制备方法 1.钠、镁、铝的冶炼：常用电解法，如工业上炼铝的化学方程式
为__2_A_l_2O_3__9=_通5=_0电=_℃=_,N～_=a_=39A_7=l0_F=6_℃=_4_A_l_+_3_O_2_↑__。
2.漂白粉的制备：化学方程式为 ___2_C_a_(_O_H_)_2_+_2_C_l_2=_=_=_=_C_a_C_l_2_+_C_a_(_C_l_O_)_2_+_2_H_2O___。 3.制晶体硅：化学方程式为_2_C_+_S_i_O_2_=_1=_6=0_0=_=℃_=_～=_1=_8=_0=0_=_℃=__S_i_+_2_C_O_↑__(制 得粗硅)。
④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。 ⑤煅烧——改变结构，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。
(2)常用的控制反应条件的方法。 ①调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。 调节pH所需的物质一般应满足两点： a.能与H+反应，使溶液pH增大； b.不引入新杂质。 例如：若要除去Cu2+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，不可加入NaOH溶液、氨水 等。
化剂。
(2)Na2SO3可将V2O5还原，再结合题中所给钒物质在水中的溶解 性表，可知滤液中含钒的主要成分为VOSO4。 (3)由题中信息NH4VO3难溶于水，所以反应③的离子方程式为 NH4+＋VO3-====NH4VO3↓， 根据图中数据可知氯化铵系数和温度分别为4和80 ℃时沉钒率
最高。
答案:(1)V2O5 (2)VOSO4 (3)NH4+＋VO3- ====NH4VO3↓ 4 80
【核心自查】 一、物质制备类化工生产流程题的必备知识 1.熟悉常用的操作方法及其作用 (1)对原料进行预处理的常用方法及其作用。 ①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——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。
二、化工生产中反应条件的控制
1.调节溶液的pH：常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀 (1)若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3＋，可加入__C_u_O_、__C_u_(_O_H_)_2、_ __C_u_2_(_O_H_)_2C_O_3__等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨
水等。
(2)已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：