高三化学复习专题元素及其化合物突破点无机化工工艺流程

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：①能与H＋(或OH －)反应，使溶液的pH增大(或减小)；②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，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

①加碱：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等。

②加沸石或碎瓷片：防止液体暴沸。③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】

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V 2O 5转化为VO ＋

2，反应的离子方程式为_______________，

同时V 2O 4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KClO 3至少为________mol 。

(3)“中和”作用之一是使钒以V 4O 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：4ROH ＋V 4O 4－12离子交换

洗脱R 4V 4O 12＋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(NH 4VO 3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：___________________________。

[解析] (1)“酸浸”时V 2O 5转化为VO ＋2，V 2O 5、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：V 2O 5＋2H ＋===2VO ＋2＋H 2O 。废钒催化剂中除SiO 2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×(5－4)＝3 mol ；氧化剂KClO 3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KClO 3的物质的量至少为3 mol 6＝0.5 mol 。 (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V 4O 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＋、Al 3＋，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4ROH ＋V 4O 4－12离子交换

洗脱R 4V 4O 12＋4OH －(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KClO 3、KOH ，而“离子交换”过程中，消耗V 4O 4－12

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 4VO 3)沉淀，“煅烧”过程中生成V 2O 5，考虑铵盐的不稳定性，还应生成NH 3

和H 2O ，结合元素守恒写出化学方程式：2NH 4VO 3=====高温

V 2O 5＋H 2O ＋2NH 3↑。

[答案] (1)V 2O 5＋2H ＋===2VO ＋

2＋H 2O SiO 2

(2)0.5 (3)Fe(OH)3和Al(OH)3 (4)碱 (5)K ＋ (6)2NH 4VO 3=====高温

V 2O 5＋H 2O ＋2NH 3↑ 回访 2 (2015·全国卷Ⅰ)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为