专题六化学工艺流程

热点三、化学与工农业生产
【例3】(2012湖北武汉四月调研，36)化学肥料在农业生产中有重要作用。农业生产中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥、钾肥。
(1)普钙是磷肥，它的有效成分是________________________(写化学式)。
(2)尿素是一种含氮量较高的氮肥，工业生产尿素是将氨气与二氧化碳在加压、加热的条件下反应生成氨基甲酸铵(H2NCOONH4)，再使氨基甲酸铵脱水得到尿素。反应的化学方程式为__________________、__________________。
(2)石英用途广泛，下列说法正确的是()
A．制备石英玻璃用来制造耐高温的化学仪器
B．可用作吸附剂或催化剂载体
C．工艺师用盐酸刻蚀石英制作艺术品
D．制备各种各样的陶瓷制品，如坩埚、蒸发皿、氮化硅高温结构陶瓷等
(3)晶体硅是电子工业的重要材料，工业上大量的晶体硅通常是由石英为原料制备得到
第一步 碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)
2．(2011安徽理综，27)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：
(1)第①步加稀硫酸时，粗MnO2样品中的________(写化学式)转化为可溶性物质。
(2)第②步反应的离子方程式是________＋ClO＋________===MnO2↓＋Cl2↑＋________。
－70.0
－107.2
—
—
—
升华温度/℃
—
—
180
300
162
①写出获得粗硅的化学方程式____________________________________。
(3)步骤④利用了SO2的还原性，反应的离子方程式为________________________。
(4)步骤⑥的蒸馏过程中，温度应控制在80～90℃。温度过高或过低都不利于生产，请解释原因____________________________________________________。
(5)步骤⑧中溴蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物，可利用它们的相对密度相差很大的特点进行分离。分离仪器的名称是____________。
第二步 粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450～500℃)
第三步 四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅
相关信息如下：
a．硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；
b．有关物质的物理常数见下表：
物质
SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
PCl5
沸点/℃
57.7
12.8
—
315
—
熔点/℃
(3)第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台(含铁圈)、________、________、________，已知蒸发得到的固体中有NaClO3和NaOH，则一定还含有________(写化学式)。
(4)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 gMnO2，并收集到0.224 LCO2(标准状况下)，则在第②步反应中至少需要________ mol NaClO3。
专题六 化学工艺流程
真题试做
1．(2012安徽理综，27)亚硫酸盐是一种常见食品添加剂。为检测某食品中亚硫酸盐含量(通常以1 kg样品中含SO2的质量计)，某研究小组设计了如下两种实验流程：
(1)气体A的主要成分是______。为防止煮沸时发生暴沸，必须先向烧瓶中加入______；通入N2的目的是______。
热点例析
热点一、以物质转化构建流程
【例1】以钛铁矿(主要成分是钛酸亚铁FeTiO3)为主要原料冶炼金属钛，生产的工艺流程图如下，其中钛铁矿与浓硫酸反应的化学方程式为：FeTiO3＋2H2SO4===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。试回答下列问题：
(1)钛铁矿和浓硫酸反应属于____________________(选填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”)。
即时训练1下图表示某些化工生产的流程(部分反应条件和产物略去)。
(1)反应Ⅰ需在400～500℃进行，其主要原因是_________中，需要不断补充空气，其原因是______________________。
(3)写出反应Ⅲ的化学方程式________________________________________________。
名师点拨(1)常见的工业生产流程的主线和核心
规律：主线主产品、分支副产品、回头为循环。
核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制、三废处理及能量的综合利用等。
(2)解题思路：明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步发生的反应及得到的产物→结合基础理论与实际问题思考→注意答题模式与要点。
(2)第③步反应的离子方程式是____________________。
(3)第④步反应后，过滤Li2CO3所需的玻璃仪器有______________________。若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：__________________________、__________________________________。
5．酸洗：通常指清洁金属表面的一种方法。一般指将制件浸入硫酸等的水溶液，以除去金属表面的氧化物等薄膜。是电镀、搪瓷、轧制等工艺的前处理或中间处理。
三、化学工业流程类试题中的关键词及目的
1．灼烧(煅烧)：原料的预处理，不易转化的物质转化为容易提取的物质：如海带中提取碘等。
2．酸：溶解、去氧化物(膜)、调节pH促进水解(沉淀)。
热点四、化学与材料的发展
【例4】(2012湖北黄冈等八校一次联考，36)近年来我国光纤光缆快速发展产生了对光纤预制棒的迫切需求。光纤预制棒是光缆生产的最“源头”项目，是制造石英系列光纤的核心原材料。
(1)光纤预制棒的主要成分是__________________，如果把光缆裸露在碱性土壤中，结果会短路，用离子方程式说明原因________________________________________。
6．生产设备简单，生产工艺简便可行等工艺生产问题。
二、工业流程常用名词
1．浸出：固体加入水或酸溶解得到离子。
2．酸浸：指在酸溶液中反应使可溶金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去溶解的过程。
3．水浸：指与水接触反应或溶解。水浸时采用加热和搅拌操作的目的是使指定物质尽可能多和尽可能快地溶解在溶液中。
4．水洗：水洗通常是为了除去水溶性的杂质。(滤液淋洗——减少沉淀的溶解；冷水洗涤——减少沉淀的溶解；酒精洗涤——减少晶体溶解，得到较干燥的沉淀)
(4)工业上，向析出K的母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却后可析出副产品。通入氨气的作用是____________(填序号)。
a．增大NH的浓度，使J更多地析出
b．使K更多地析出
c．使K转化为M，提高析出的J的纯度
(5)写出上述流程所涉及的化学工业的名称_____________________________________。
(6)步骤①、②之后并未直接用“含Br2的海水”进行蒸馏得到液溴，而是经过“空气吹出”、“SO2吸收”、“氯化”后再蒸馏，这样操作的意义是________________________。
规律方法从海水中提取矿物质最重要的一步就是矿物质的富集，如食盐(蒸发)、Mg[Mg2＋→Mg(OH)2→MgCl2]、Br2(Br－→Br2→Br－→Br2)。
3．(2010安徽理综，27)锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题。某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料(LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上)进行资源回收研究，设计实验流程如下：
(1)第②步反应得到的沉淀X的化学式为_______________________________________。
(4)如果取钛铁矿At，生产出钛Bt(不考虑损耗)，计算钛铁矿中钛的含量(用A、B字母表示)________________。
归纳总结一、化工生产主要解决的问题
1．解决将原料转化为产品的生产原理；
2．除去所有杂质并分离提纯产品；
3．提高产量与产率；
4．减少污染，考虑“绿色化学”生产；
5．原料的来源既要考虑丰富，还要考虑成本问题；
(2)上述生产流程中加入物质A的目的是防止Fe2＋被氧化，物质A是__________；上述制备TiO2的过程中，所得到的副产物和可回收利用的物质分别是______________________。
(3)反应TiCl4＋2Mg===2MgCl2＋Ti在Ar气氛中进行的理由是______________________。
3．碱：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH促进水解(沉淀)。
4．氧化剂：氧化某物质，转化为易于被除去(沉淀)的离子，如除去Fe2＋，通常加入氧化剂(如H2O2)将其氧化成Fe3＋，再调节pH使之沉淀。
5．氧化物：调节pH促进水解(沉淀)，如在酸性溶液中可加入CuO，使pH上升。
6．控制pH：促进某离子水解，使其沉淀，利于过滤分离。
(5)合成氨气是生产氮肥的重要环节。合成氨生产简易流程示意图如下：
从示意图可知其存在循环操作。简要说明为什么在化工生产中经常采用循环操作？
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