工業(yè)流程實(shí)驗(yàn)題

1、什么是化工流程實(shí)驗(yàn)題？,化工流程實(shí)驗(yàn)題——就是以化工流程為背景素材，將工業(yè)生產(chǎn)中的真實(shí)情況以信息的形式給出，運(yùn)用中學(xué)化學(xué)中涉及到的元素化合物知識(shí)、化學(xué)反應(yīng)原理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能解決化工生產(chǎn)中的有關(guān)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。,【1】.以氯化鉀和鈦白廠的副產(chǎn)品硫酸亞鐵為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過(guò)二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高。其主要流程如下： (1) 反應(yīng)I前需在FeSO4溶液中加入_____▲_____（填字母），以除去溶液中的Fe3+

2、。 A.鋅粉 B.鐵屑 C.KI溶液 D.H2（2）反應(yīng)Ⅰ需控制反應(yīng)溫度低于35℃，其目的是　　▲　　。（3）工業(yè)生產(chǎn)上常在反應(yīng)Ⅲ的過(guò)程中加入一定量的醇類溶劑，其目的是　　▲　　。（4）反應(yīng)Ⅳ常被用于電解生產(chǎn)(NH4)2S2O8（過(guò)二硫酸銨）。電解時(shí)均用惰性電極，陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)可表示為　　▲　　。,,,,,1.配制原理,1、配制原理：,FeSO4溶液配制，既要防水解，又要防氧化，故要加少量硫

3、酸，又要加少量的鐵屑。,(1) 反應(yīng)I前需在FeSO4溶液中加入_____▲_____（填字母），以除去溶液中的Fe3+。 A.鋅粉 B.鐵屑 C.KI溶液 D.H2,B,【1】.以氯化鉀和鈦白廠的副產(chǎn)品硫酸亞鐵為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過(guò)二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高。其主要流程如下：,2.反應(yīng)原理,2、反應(yīng)原理：,由反應(yīng)物和部分產(chǎn)物可知該反應(yīng)是非氧化還原反應(yīng)。,FeSO4+2NH4HCO3→

4、(NH4)2SO4+ FeCO3↓+ CO2↑ +H2O,2HCO3- H2CO3+CO32-,【1】.以氯化鉀和鈦白廠的副產(chǎn)品硫酸亞鐵為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過(guò)二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高。其主要流程如下：,（2）反應(yīng)Ⅰ需控制反應(yīng)溫度低于35℃，其目的是　　▲　　。,Ksp(BaSO4)=1.07×10-10 Ksp(FeCO3)=3.07×10-11,（2）

5、反應(yīng)Ⅰ需控制反應(yīng)溫度低于35℃，其目的是　　▲　　。,3.控溫原因,3、控溫原因：,如果溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致NH4HCO3分解，同樣也會(huì)加速Fe2+的水解，這樣會(huì)使原料利用率降低。,【1】.以氯化鉀和鈦白廠的副產(chǎn)品硫酸亞鐵為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過(guò)二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高。其主要流程如下：,（3）工業(yè)生產(chǎn)上常在反應(yīng)Ⅲ的過(guò)程中加入一定量的醇類溶劑，其目的是　　▲　　。,4.加酸原因,4、加酸原因：,加入稀H2SO4是為了除去過(guò)量的

6、NH4HCO3，,2NH4HCO3+H2SO4→(NH4)SO4+2CO2↑+H2O,(NH4)2SO4,【1】.以氯化鉀和鈦白廠的副產(chǎn)品硫酸亞鐵為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過(guò)二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高。其主要流程如下：,,【1】.以氯化鉀和鈦白廠的副產(chǎn)品硫酸亞鐵為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過(guò)二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高。其主要流程如下：,5.反應(yīng)原理,5、反應(yīng)原理：,,（3）工業(yè)生產(chǎn)上常在反應(yīng)Ⅲ的過(guò)程中加入一定量的醇類溶

7、劑，其目的是　　▲　　。,(NH4)2SO4+2KCl→K2SO4+2NH4Cl,(NH4)2SO4,降低K2SO4溶解度。,,(NH4)2SO4+2KCl→K2SO4↓+2NH4Cl,,,6、電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)：,（4）反應(yīng)Ⅳ常被用于電解生產(chǎn)(NH4)2S2O8（過(guò)二硫酸銨）。電解時(shí)均用惰性電極，陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)可表示為　　▲　　。,陰極：2H++2e→H2↑,此題實(shí)質(zhì)是電解 溶液.,陽(yáng)極失電子

8、氧化反應(yīng)是 ，陰極得電子還原反應(yīng)是 。,(NH4)2SO4,H+,(NH4)2SO4,,OH-,SO42-,陽(yáng)極：4OH- - 4e→O2↑+ 2H2O,陽(yáng)極：2SO42-—2e→S2O82-,6.電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě),7.反應(yīng)原理,7、反應(yīng)原理：,同鐵元素價(jià)態(tài)的改變可知道空氣中氧氣作為氧化劑，反應(yīng)方程式為：,4FeCO3+O2→2Fe2O3+4CO2,【1】.以氯化鉀和鈦白廠的副產(chǎn)品硫酸亞鐵

9、為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過(guò)二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高。其主要流程如下：,,【2】.“鹵塊”的主要成分為MgCl2(含F(xiàn)e2+ Fe3+ Mn2+等雜質(zhì)離子）若以它為原料，按如下工藝流程圖，即可制得“輕質(zhì)氧化鎂”。,輕質(zhì)氧化鎂工藝流程圖,表1 化學(xué)試劑價(jià)格表,表2 生成氫氧化物沉淀的pH值,請(qǐng)?zhí)顚?xiě)以下空白：⑴在步驟②加入試劑X，最佳選擇應(yīng)是 ，其作用是 。⑵在步驟

10、③加入的試劑Y應(yīng)是 ，之所以要控制pH=9.8，其目的是 。⑶在步驟⑤時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是： 。,1. 配制原理,1、配制原理：,加鹽酸是抑制Mg2+ Fe2+ Fe3+ Mn

11、2+等陽(yáng)離子的水解。,【2】.“鹵塊”的主要成分為MgCl2(含F(xiàn)e2+ Fe3+ Mn2+等雜質(zhì)離子）若以它為原料，按如下工藝流程圖，即可制得“輕質(zhì)氧化鎂”。,,,⑴、在步驟②加入試劑X，最佳選擇應(yīng)是 ，其作用是 。,3.X選擇,3、X選擇：,通常我們均會(huì)選H2O2，它不會(huì)引雜質(zhì)。此題為什么選漂液？,表1 化學(xué)試劑價(jià)格表,“只用對(duì)的，不用貴的”,——漂液,【2】.“鹵塊”的主要成分為MgCl2(含F(xiàn)e

12、2+ Fe3+ Mn2+等雜質(zhì)離子）若以它為原料，按如下工藝流程圖，即可制得“輕質(zhì)氧化鎂”。,,⑴、在步驟②加入試劑X，最佳選擇應(yīng)是 ，其作用是 。,⑵、在步驟③加入的試劑Y應(yīng)是 ，之所以要控制pH=9.8，其目的是 。,4.Y選擇,4、Y選擇：,表1 化學(xué)試劑價(jià)格表,純堿比燒堿便宜得多，為什么不選燒堿？,由于純堿的堿性

13、明顯小于燒堿，要使其PH升到9.8必須加大純堿的用量，就會(huì)形成碳酸鹽沉淀，所以加氫氧化鈉為宜。,該用貴的，不用也不對(duì)。,NaOH,(除去Fe3+ Mn2+等雜質(zhì)離子）,⑵、在步驟③加入的試劑Y應(yīng)是 ，之所以要控制pH=9.8，其目的是 。,NaOH,(除去Fe3+ Mn2+等雜質(zhì)離子）,表2 生成氫氧化物沉淀的pH值,PH=9.8時(shí)，也會(huì)生成Mg(OH

14、)2沉淀，Mg2+不就損失了嗎？,由于鹵塊價(jià)格低廉，這點(diǎn)不可避免的損失還是可以承受的，其結(jié)果是保證了產(chǎn)品的純度。,5.Z選擇,5、Z選擇：,Z為什么不選擇燒堿，而選用純堿？,(2) Mg(OH)2是膠狀的，會(huì)造成過(guò)濾困難.,(5)發(fā)生的反應(yīng)為：MgCO3+H2O→Mg(OH)2↓+CO2↑，由于CO2的產(chǎn)生，使沉淀變得疏松，灼燒沉淀后得到的是輕質(zhì)的MgO。,Mg2+,——Na2CO3,MgCO3,(4) 只能得到重質(zhì)氧化鎂。,(1) 純

15、堿價(jià)格較低，,(3) MgCO3呈顆粒狀，易過(guò)濾，,⑶在步驟⑤時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是： 。,MgO,Mg(OH)2,MgCO3+H2O→Mg(OH)2↓+CO2↑,25,【3】.上海09-27:實(shí)驗(yàn)室用大理石等原料制取安全無(wú)毒的殺菌劑過(guò)氧化鈣。大理石的主要雜質(zhì)是氧化鐵，以下是提純大理石的實(shí)驗(yàn)步驟：,（1）溶解大理石時(shí)，用硝酸而不用硫酸的原因是_______。

16、（2）操作Ⅱ的目的是___，溶液A（溶質(zhì)是共價(jià)化合物）是___。（3）寫(xiě)出檢驗(yàn)濾液中是否含鐵離子方程式： _____________。（4）寫(xiě)出加入碳酸銨所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式 。 寫(xiě)出濾液B的一種用途：_________________________,（5）CaO2中一般含CaO。試按下列提示完成含量分析的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 試劑：氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液、鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶

17、液、酚酞 儀器：電子天平、錐形瓶、滴定管 實(shí)驗(yàn)步驟：①_；②加入_；③加入酚酞，用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。（6）若理論上滴定時(shí)耗用標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL恰好完全反應(yīng)，實(shí)際操 作中過(guò)量半滴（1mL溶液為25滴），則相對(duì)誤差為_(kāi)_____,,25,1.試劑選擇,（1）溶解大理石時(shí)，用硝酸而不用硫酸的原因是_______。,1、溶解原理：,(1)硫酸鈣微溶于水,Ca(NO3)2Fe(NO3)3,[

18、水溶、酸溶（鹽酸、硫酸、硝酸）、堿溶],【3】.上海09-27:實(shí)驗(yàn)室用大理石等原料制取安全無(wú)毒的殺菌劑過(guò)氧化鈣。大理石的主要雜質(zhì)是氧化鐵，以下是提純大理石的實(shí)驗(yàn)步驟：,25,（2）操作Ⅱ的目的是___，溶液A（溶質(zhì)是共價(jià)化合物）是___。,2. 物質(zhì)提純,2、除雜原理,Ca(NO3)2Fe(NO3)3,除去溶液中Fe3+,氨水,——將Fe3+變成Fe(OH)3沉淀除去,【3】.上海09-27:實(shí)驗(yàn)室用大理石等原料制取安全無(wú)毒的殺菌劑

19、過(guò)氧化鈣。大理石的主要雜質(zhì)是氧化鐵，以下是提純大理石的實(shí)驗(yàn)步驟：,,25,【3】.上海09-27:實(shí)驗(yàn)室用大理石等原料制取安全無(wú)毒的殺菌劑過(guò)氧化鈣。大理石的主要雜質(zhì)是氧化鐵，以下是提純大理石的實(shí)驗(yàn)步驟：,（3）寫(xiě)出檢驗(yàn)濾液中是否含鐵離子方程式： _____________。,3. 離子檢驗(yàn),3、反應(yīng)原理,——Fe3+與SCN-的絡(luò)合反應(yīng)顯色,Fe3++SCN-→[Fe(SCN)]2+,,25,【3】.上海09-27:實(shí)驗(yàn)室用大理石等

20、原料制取安全無(wú)毒的殺菌劑過(guò)氧化鈣。大理石的主要雜質(zhì)是氧化鐵，以下是提純大理石的實(shí)驗(yàn)步驟：,（4）寫(xiě)出加入碳酸銨所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式 。 寫(xiě)出濾液B的一種用途：_________________________,Ca(NO3)2Fe(NO3)3,Ca(NO3)2NH4 NO3,4. 反應(yīng)式書(shū)寫(xiě),Ca2++CO32-→CaCO3↓,作化肥、炸藥,4、化學(xué)用語(yǔ)使用,NH4 NO3,2

21、5,25,用標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液反滴過(guò)量的標(biāo)準(zhǔn)鹽酸,一定量、過(guò)量的標(biāo)準(zhǔn)鹽酸,【3】.上海09-27:實(shí)驗(yàn)室用大理石等原料制取安全無(wú)毒的殺菌劑過(guò)氧化鈣。大理石的主要雜質(zhì)是氧化鐵，以下是提純大理石的實(shí)驗(yàn)步驟：,（5）CaO2中一般含CaO。試按下列提示完成含量分析的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 試劑：氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液、鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液、酚酞 儀器：電子天平、錐形瓶、滴定管 實(shí)驗(yàn)步驟：①_；②加入_；③加入酚酞，用NaOH

22、標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。,②過(guò)量的標(biāo)準(zhǔn)鹽酸,①稱量,5. 定量實(shí)驗(yàn)操作,5、酸堿滴定原理,樣品,,,測(cè)出樣品成分含量,【3】.上海09-27:實(shí)驗(yàn)室用大理石等原料制取安全無(wú)毒的殺菌劑過(guò)氧化鈣。大理石的主要雜質(zhì)是氧化鐵，以下是提純大理石的實(shí)驗(yàn)步驟：,（6）若理論上滴定時(shí)耗用標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL恰好完全反應(yīng)，實(shí)際操作中過(guò)量半滴（1mL溶液為25滴），則相對(duì)誤差為_(kāi)_____,6. 計(jì)算技能,6、誤差計(jì)算,（6）0.1%,25,化工生產(chǎn)流程實(shí)驗(yàn)題,,

23、歸納總結(jié)：,化工生產(chǎn)流程實(shí)驗(yàn)題,（酸溶、堿溶、水溶、其它）,（防水解、防氧化）,（酸洗、堿洗、水洗、有機(jī)溶劑洗）,（氣體、沉淀、電解、……,（洗滌、配制、檢驗(yàn)、分離、滴定、……）,（分析誤差的原因、定量有關(guān)計(jì)算……）,（溫度、壓強(qiáng)、溶液的酸堿性、溶劑）,（合適的、價(jià)廉的、環(huán)保的……）,,歸納總結(jié)：,化工生產(chǎn)流程實(shí)驗(yàn)題,控溫原因,提高原料利用率,可逆反應(yīng)平衡正移，提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率 。,減少反應(yīng)物分解、揮發(fā)或水解,催化劑活性,減少其它副反應(yīng)

24、的發(fā)生,溶解度,,,,溶解,物質(zhì),,,水溶,酸溶,堿溶,——可溶性的物質(zhì),,某些可溶性的水解鹽,金屬單質(zhì),大多金屬氧化物,難溶的弱酸鹽,,非金屬單質(zhì),難溶非金屬氧化物（如SiO2等）,難溶的某些鹽,難溶兩性氧化物（如Al2O3等）,,鹽酸,硫酸,硝酸,,混酸,歸納總結(jié)：,化工生產(chǎn)流程實(shí)驗(yàn)題,,（1）要知其然：,（2）要知其所以然：,（3）要多發(fā)散、多聯(lián)想、多遷移。,——搞清每一步發(fā)生了什么,——弄清流程中的反應(yīng)操作原理,（4）要以信息為

25、準(zhǔn)，尊重客觀事實(shí)。,（5）要準(zhǔn)確表達(dá)，工整書(shū)寫(xiě)。,化工流程實(shí)驗(yàn)題應(yīng)對(duì)策略,,【練習(xí)1】.硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)是一種重要的食品和飼料添加劑。實(shí)驗(yàn)室通過(guò)如下實(shí)驗(yàn)由廢鐵屑制備FeSO4·7H2O晶體：① 將5%Na2CO3溶液加入到盛有一定量廢鐵屑的燒杯中，加熱數(shù) 分鐘，用傾析法除去Na2CO3溶液，然后將廢鐵屑用水洗滌2-3 遍；② 向洗滌過(guò)的廢鐵屑中加入過(guò)量的稀硫酸，控制溫度在50-8

26、0℃ 之間至鐵屑耗盡；③ 趁熱過(guò)濾，將濾液轉(zhuǎn)入到密閉容器中，靜置、冷卻結(jié)晶；④ 待結(jié)晶完畢后，濾出晶體，用少量冰水洗滌2-3次，再用濾紙 將晶體吸干； ⑤ 將制得的FeSO4·7H2O晶體放在一個(gè)小廣口瓶中，密閉保存。,⑴ 實(shí)驗(yàn)步驟①的目的是______，加熱的作用是___________。,請(qǐng)回答下列問(wèn)題：,1.洗滌原理,2.水解原理,（1）除去油污,升高溫度，溶液堿性增強(qiáng)，去油污能力增強(qiáng)。,CO32-

27、+ H2O HCO3- + OH- - Q,【練習(xí)1】.硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)是一種重要的食品和飼料添加劑。實(shí)驗(yàn)室通過(guò)如下實(shí)驗(yàn)由廢鐵屑制備FeSO4·7H2O晶體：① 將5%Na2CO3溶液加入到盛有一定量廢鐵屑的燒杯中，加熱數(shù) 分鐘，用傾析法除去Na2CO3溶液，然后將廢鐵屑用水洗滌2-3 遍；② 向洗滌過(guò)的廢鐵屑中加入過(guò)量的稀硫酸，控制溫度在50-80℃ 之

28、間至鐵屑耗盡；③ 趁熱過(guò)濾，將濾液轉(zhuǎn)入到密閉容器中，靜置、冷卻結(jié)晶；④ 待結(jié)晶完畢后，濾出晶體，用少量冰水洗滌2-3次，再用濾紙 將晶體吸干； ⑤ 將制得的FeSO4·7H2O晶體放在一個(gè)小廣口瓶中，密閉保存。,⑵ 實(shí)驗(yàn)步驟②明顯不合理，理由是 。,請(qǐng)回答下列問(wèn)題：,2.反應(yīng)原理,(2) 反應(yīng)后溶液中必須有鐵剩余，否則溶液中可能有Fe3+存在

29、，,4Fe2+ + O2 + 4H+→2H2O + 4Fe3+,【練習(xí)1】.硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)是一種重要的食品和飼料添加劑。實(shí)驗(yàn)室通過(guò)如下實(shí)驗(yàn)由廢鐵屑制備FeSO4·7H2O晶體：① 將5%Na2CO3溶液加入到盛有一定量廢鐵屑的燒杯中，加熱數(shù) 分鐘，用傾析法除去Na2CO3溶液，然后將廢鐵屑用水洗滌2-3 遍；② 向洗滌過(guò)的廢鐵屑中加入過(guò)量的稀硫酸，控制溫度在50-80℃

30、 之間至鐵屑耗盡；③ 趁熱過(guò)濾，將濾液轉(zhuǎn)入到密閉容器中，靜置、冷卻結(jié)晶；④ 待結(jié)晶完畢后，濾出晶體，用少量冰水洗滌2-3次，再用濾紙 將晶體吸干； ⑤ 將制得的FeSO4·7H2O晶體放在一個(gè)小廣口瓶中，密閉保存。,請(qǐng)回答下列問(wèn)題：,⑶ 實(shí)驗(yàn)步驟④中用少量冰水洗滌晶體，其目的是 .,3.洗滌原理,洗滌除去晶體表面附著的硫酸等雜質(zhì)，用冰水洗滌,可降低洗滌過(guò)程中FeSO4

31、83;7H2O的損耗,⑷ 經(jīng)查閱資料后發(fā)現(xiàn)，硫酸亞鐵在不同溫度下結(jié)晶可分別得到FeSO4·7H2O、FeSO4·4H2O、和FeSO4·H2O。硫酸亞鐵在不同溫度下的溶解度和該溫度下析出晶體的組成如下表所示（僅在57.6℃、64℃溫度下可同時(shí)析出兩種晶體）。硫酸亞鐵的溶解度和析出晶體的組成,請(qǐng)回答下列問(wèn)題：,⑷ 若需從硫酸亞鐵溶液中結(jié)晶出FeSO4·4H2O，應(yīng)控制的結(jié)晶溫度（t）的范圍為_(kāi)__