《淺析化工生產(chǎn)工藝流程——以金屬礦物、海水資源開(kāi)發(fā)利用為背景》1.工藝流程題的結(jié)構(gòu)規(guī)律：“主線(xiàn)主產(chǎn)品，分支副產(chǎn)品，回頭為循環(huán)”。2.對(duì)原料預(yù)處理的常用方法(1)研磨——減小固體顆粒的體積，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——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。(4)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)灼燒就是為了除去可燃性雜質(zhì)。(5)煅燒——改變結(jié)構(gòu)，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。3.解答化工流程題的方法——目標(biāo)分析法制備類(lèi)工藝流程題一般由多步連續(xù)的操作組成，每一步操作都有其具體的目標(biāo)、任務(wù)。要求用理論回答的試題應(yīng)采用“四段論法”：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1.(2018·全國(guó)卷Ⅰ，7)磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)電池是新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池之一。采用濕法冶金工藝收廢舊磷酸亞鐵鋰電池正極片中的金屬，其流程如圖：12354跟蹤訓(xùn)練6√解析A對(duì)，處理廢舊磷酸亞鐵鋰電池，回收金屬Al、Fe、Li等，可實(shí)現(xiàn)資源的再利用，并有利于保護(hù)環(huán)境；123546B對(duì)，由流程圖示可知，正極片堿溶得到NaAlO2溶液和含磷酸亞鐵鋰濾渣，利用NaAlO2溶液可獲得Al，利用含磷酸亞鐵鋰濾渣可獲得Fe、Li；C對(duì)，含磷酸亞鐵鋰濾渣加入H2SO4/HNO3，F(xiàn)e2＋被氧化成Fe3＋，加入堿液后Fe3＋生成Fe(OH)3沉淀；D錯(cuò)，濾液加入碳酸鈉生成Li2CO3沉淀，而Li2SO4易溶于水，故不能用Na2SO4代替Na2CO3。123542.(2019·石嘴山市大武口區(qū)校級(jí)月考)如圖為鋁土礦(主要含F(xiàn)e3O4、Al2O3、SiO2)提取鋁的流程，以下說(shuō)法正確的是6A.殘?jiān)麬主要是H2SiO3B.濾液A中只存在Fe3＋和Al3＋C.過(guò)程Ⅲ可以用HCl替代二氧化碳D.濾液C主要是碳酸氫鈉和硫酸鈉溶液√12354解析鋁土礦主要含F(xiàn)e3O4、Al2O3、SiO2，加入過(guò)量的稀硫酸溶解、過(guò)濾得到的濾渣A為二氧化硅，濾液A為硫酸鋁和硫酸亞鐵、硫酸鐵，濾液中加入過(guò)量氫氧化鈉溶液和過(guò)量硫酸反應(yīng)，沉淀亞鐵離子、鐵離子，殘?jiān)麭主要是氫氧化鐵和氫氧化亞鐵，濾液B主要是偏鋁酸鈉溶液，通入過(guò)量的二氧化碳?xì)怏w過(guò)濾得到的濾液C為碳酸氫鈉和硫酸鈉，固體C為氫氧化鋁，灼燒得到的D為氧化鋁，電解熔融氧化鋁生成鋁。分析可知?dú)堅(jiān)麬主要是SiO2，故A錯(cuò)誤；612354濾液A中有Fe3＋、Al3＋、Fe2＋、H＋，故B錯(cuò)誤；鹽酸為強(qiáng)酸，能與氫氧化鋁反應(yīng)，所以過(guò)程Ⅲ不可以用HCl替代二氧化碳，故C錯(cuò)誤；分析可知濾液C主要是碳酸氫鈉和硫酸鈉溶液，故D正確。6123543.(2020·北京延慶區(qū)檢測(cè))海洋是一個(gè)資源寶庫(kù)，海水資源的開(kāi)發(fā)和利用是現(xiàn)代和未來(lái)永恒的主題。下面是海水利用的流程圖。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是6A.過(guò)程中制得NaHCO3是先往精鹽溶液中通入CO2，再通入NH3B.氯堿工業(yè)在陽(yáng)極產(chǎn)生了使?jié)駶?rùn)淀粉-碘化鉀試紙變藍(lán)的氣體C.反應(yīng)②加熱MgCl2·6H2O應(yīng)在HCl氣流保護(hù)下制備無(wú)水MgCl2D.反應(yīng)⑤中，用Na2CO3水溶液吸收Br2后，用70%～80%硫酸富集Br2√解析氨的溶解度大于二氧化碳，由飽和精鹽溶液制NaHCO3時(shí)，必須先通入NH3，再通入足量CO2，故A錯(cuò)誤；氯堿工業(yè)在陽(yáng)極上氯離子放電生成氯氣，使?jié)駶?rùn)淀粉-碘化鉀試紙變藍(lán)，故B正確；反應(yīng)②加熱MgCl2·6H2O應(yīng)在HCl氣流中制備無(wú)水MgCl2，故C正確；Na2CO3水溶液吸收Br2后，生成NaBrO和NaBr，與70%～80%硫酸反應(yīng)重新生成溴單質(zhì)，富集Br2，故D正確。123546123544.從海帶中提取碘單質(zhì)，成熟的工藝流程如下。下列關(guān)于海水制碘的說(shuō)法不正確的是6A.實(shí)驗(yàn)室在蒸發(fā)皿中灼燒干海帶，并且用玻璃棒攪拌B.含I－的濾液中加入稀硫酸和雙氧水后，碘元素發(fā)生氧化反應(yīng)C.在碘水中加入幾滴淀粉溶液，溶液變藍(lán)色D.碘水中加入CCl4得到I2的CCl4溶液，該操作為“萃取”√123546解析A項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)灼燒干海帶應(yīng)在坩堝中進(jìn)行；B項(xiàng)，I－―→I2發(fā)生氧化反應(yīng)；C項(xiàng)，淀粉遇I2變藍(lán)色；D項(xiàng)，CCl4能萃取碘水中的I2。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是A.用澄清石灰水可鑒別NaHCO3和Na2CO3B.第③步和第⑤步均發(fā)生了氧化還原反應(yīng)C.在第③④⑤步中溴元素均被氧化D.工業(yè)上通過(guò)電解飽和MgCl2溶液制取金屬鎂123545.海洋中有豐富的資源，下圖為海水資源利用的部分過(guò)程?！?解析A項(xiàng)，澄清石灰水不能鑒別碳酸氫鈉和碳酸鈉，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，④中發(fā)生Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，Br元素被還原，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，冶煉鎂常采用電解熔融狀態(tài)下的MgCl2的方法，不是氯化鎂溶液，錯(cuò)誤。1235466.鈦(Ti)被稱(chēng)為繼鐵、鋁之后的第三金屬，鈦白(TiO2)是目前最好的白色顏料。制備TiO2和Ti的原料是鈦鐵礦，我國(guó)的鈦鐵礦儲(chǔ)量居世界首位。用含F(xiàn)e2O3的鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3)制備TiO2流程如下：123546(1)步驟①加Fe的目的是_________________；步驟②冷卻的目的是______________________。將Fe3＋還原為Fe2＋綠礬(FeSO4·7H2O)析出解析分析框圖知，鐵最終轉(zhuǎn)化成副產(chǎn)品綠礬，所以要將＋3價(jià)Fe轉(zhuǎn)化為＋2價(jià)Fe，降溫減小FeSO4·7H2O的溶解度，有利于綠礬結(jié)晶。123546(2)上述制備TiO2的過(guò)程中，可以利用的副產(chǎn)物是__________________；考慮成本和廢物綜合利用因素，水浸后廢液中應(yīng)加入______________________處理。123546綠礬(FeSO4·7H2O)生石灰(或碳酸鈣、廢堿)解析水浸后發(fā)生的離子反應(yīng)為T(mén)iO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋，廢液主要呈酸性，所以應(yīng)加入CaO、CaCO3或廢堿。(3)由金紅石(TiO2)制取單質(zhì)鈦(Ti)，涉及的步驟為123546反應(yīng)TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti在Ar氣氛中進(jìn)行的理由是_________________________________。防止高溫下鎂或鈦與O2、N2等反應(yīng)解析Ti和Mg易與空氣中的O2、N2等反應(yīng)，故應(yīng)在Ar氣氛中進(jìn)行。任務(wù)一海水提溴【問(wèn)題探究】溴及其化合物在醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料和阻燃劑等生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。目前,人們主要從海水和鹽湖水中提取溴。海水提溴工藝流程示意圖

1.實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中,為什么要先對(duì)海水中的溴進(jìn)行富集?提示

地球上99%的溴分布在海水中,以Br-的形式存在。海水中溴元素的總儲(chǔ)量很大,但富集程度很低,因此工業(yè)生產(chǎn)中要先對(duì)海水中的溴進(jìn)行富集,以節(jié)約成本、降低能耗等。2.海水提溴的原理是什么?請(qǐng)結(jié)合工藝流程圖用一句話(huà)簡(jiǎn)述。提示

以海水中的含溴物質(zhì)為原料,通過(guò)化學(xué)和物理方法分離提純,得到溴單質(zhì)。3.實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中,為什么要選擇氧化劑氯氣來(lái)氧化Br-?試從氧化還原、成本、環(huán)境污染等角度分析。提示

①?gòu)难趸€原角度分析,氯氣的氧化性強(qiáng)于溴單質(zhì);②從成本上考慮,氯氣是氯堿工業(yè)的產(chǎn)品,價(jià)格相對(duì)低;③從生成物對(duì)環(huán)境的影響考慮,Cl2與Br-反應(yīng)生成Br2和Cl-,對(duì)環(huán)境無(wú)污染?！旧罨卣埂?.海水提溴的生產(chǎn)流程圖2.海水提溴的主要過(guò)程

【素能應(yīng)用】典例1海水中溴元素以Br-形式存在,工業(yè)上用空氣吹出法從海水中提取溴的工藝流程如圖:(1)步驟①反應(yīng)的離子方程式是

。

(2)步驟③反應(yīng)的化學(xué)方程式是

。

從理論上考慮,下列也能吸收Br2的是

。

A.NaOH B.FeCl2 C.Na2SO3 D.H2O(3)步驟⑤蒸餾的過(guò)程中,溫度應(yīng)控制在80~90℃。溫度過(guò)高或過(guò)低都不利于生產(chǎn),請(qǐng)解釋原因:

。

(4)為什么不直接用“溴水混合物Ⅰ”而要用“溴水混合物Ⅱ”進(jìn)行蒸餾得到液溴?

。

答案

(1)2Br-+Cl2===Br2+2Cl-(2)SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr

ABC(3)若溫度過(guò)高,大量水蒸氣隨溴蒸出,所得氣體中水蒸氣的含量增加;溫度過(guò)低,溴不能完全蒸出,產(chǎn)率太低(4)“溴水混合物Ⅰ”中雖然含有溴單質(zhì),但濃度低,如果直接蒸餾,處理量大,生產(chǎn)成本高,而“溴水混合物Ⅱ”實(shí)際上將溴水濃縮了解析

(1)2Br-+Cl2===Br2+2Cl-。(2)SO2+Br2+2H2O===2HBr+H2SO4;只從理論上考慮,NaOH具有強(qiáng)堿性,能吸收Br2,Fe2+、

具有強(qiáng)還原性,也能吸收Br2,但Br2在水中的溶解度較小,用水不能將Br2充分吸收。(3)溫度過(guò)高,大量水蒸氣隨溴蒸出,所得氣體中水蒸氣的含量增加;溫度過(guò)低,溴不能完全蒸出,產(chǎn)率太低。(4)“溴水混合物Ⅰ”中雖然含有溴單質(zhì),但濃度低,如果直接蒸餾,處理量大,生產(chǎn)成本高。經(jīng)過(guò)“空氣吹出、SO2吸收、Cl2氧化”等步驟實(shí)際上是將溴水濃縮了?！咀兪皆O(shè)問(wèn)】上述流程中,若步驟④通入氯氣過(guò)量,對(duì)溴水混合物Ⅱ中溴含量是否有影響?為什么?提示

無(wú)影響;若步驟④中通入過(guò)量氯氣,可將Br-氧化生成Br2,Br2不能被繼續(xù)氧化。規(guī)律方法與海水資源利用相關(guān)的化工工藝流程類(lèi)題的解題方法1.抓首尾,看中間:從原料到產(chǎn)品為一條龍的生產(chǎn)工序試題,其關(guān)鍵點(diǎn)是認(rèn)真分析對(duì)比原料與產(chǎn)品的組成,從中得出將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和除去原料中所含雜質(zhì)的基本原理和所用工藝。2.用交叉,看分流:有些化工生產(chǎn)選用多組原料,解題關(guān)鍵在于找準(zhǔn)中間產(chǎn)品和相互交叉的流水生產(chǎn)線(xiàn),在分析過(guò)程中,抓住中間產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)作用,逐一破解。3.明目的,讀流程:化工工藝流程綜合題目一般是關(guān)于物質(zhì)的制備,首先明確目的是制取什么物質(zhì),從題干或問(wèn)題中獲取有用信息,了解產(chǎn)品的性質(zhì),并結(jié)合基本概念和反應(yīng)原理分析流程圖中涉及的元素及其化合物,根據(jù)質(zhì)量守恒定律分析未知物質(zhì),尋找解題的突破口。“→”前是投料(反應(yīng)物),“→”后是生成物。4.看控制,找分離:物質(zhì)制備工藝都涉及物質(zhì)的分離提純,注意制備過(guò)程中所需的原料和條件的控制以及物質(zhì)分離方法的選擇(如過(guò)濾、萃取分液、蒸餾等),盡可能寫(xiě)出主要反應(yīng)的化學(xué)方程式或制備原理。若出現(xiàn)工藝評(píng)價(jià)內(nèi)容,從成本、環(huán)保、生產(chǎn)實(shí)際等多角度考慮分析即可。變式訓(xùn)練1“空氣吹出法”海水提溴的工藝流程如下:下列說(shuō)法中,不正確的是(

)A.實(shí)驗(yàn)室保存溴通常加少量水B.海水提溴與海水提鎂發(fā)生的所有反應(yīng)均為氧化還原反應(yīng)C.經(jīng)過(guò)吸收塔后,溴元素得到了富集D.蒸餾塔中還發(fā)生了化學(xué)變化答案

B解析

溴易揮發(fā),加水液封可以減少揮發(fā)損失,故A正確;海水提鎂的過(guò)程中,發(fā)生了鎂鹽與堿反應(yīng)生成氫氧化鎂的復(fù)分解反應(yīng),為非氧化還原反應(yīng),故B錯(cuò)誤;經(jīng)過(guò)吸收塔后,溶液中的Br-濃度遠(yuǎn)大于進(jìn)入吹出塔之前的海水中的Br-濃度,因此溴元素得到了富集,故C正確;蒸餾塔中發(fā)生的反應(yīng)為2Br-+Cl2===2Cl-+Br2,故D正確。任務(wù)二海帶提碘、海水提鎂【問(wèn)題探究】1.海帶中的碘元素以何種形式存在?如何將海帶中的碘元素轉(zhuǎn)化成單質(zhì)碘?提示

海帶中的碘元素以I-形式存在,可加入氧化劑把I-氧化成I2。2.提供試劑:AgNO3溶液和稀硝酸。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)海帶浸取液中含有的I-。提示

取少量海帶浸取液置于試管中,先滴加AgNO3溶液,后滴加稀硝酸,產(chǎn)生黃色沉淀,證明海帶浸取液中含有I-。3.海水提鎂的過(guò)程中涉及哪些基本反應(yīng)類(lèi)型?提示

分解反應(yīng)、化合反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)?！旧罨卣埂?.海帶中碘元素的檢驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)步驟(2)主要反應(yīng):2H++2I-+H2O2===I2+2H2O。2.海帶中提碘(1)主要流程:海帶→灼燒→浸泡→過(guò)濾→氧化→提純→碘單質(zhì)。(2)主要反應(yīng):Cl2+2KI===2KCl+I2。特別提醒(1)海水中碘的濃度很低,一般從海帶或一些海藻植物中提取碘。(2)由于I2易升華,從I2的有機(jī)溶劑溶液中提取I2時(shí)應(yīng)采用水浴加熱,可避免高溫下I2的升華。3.海水提鎂(1)主要反應(yīng)原理(2)工藝流程

【素能應(yīng)用】典例2海帶是海洋中的一種褐藻,海帶中含有豐富的碘,是人類(lèi)經(jīng)常食用的一種補(bǔ)碘食物。某資料中有“海帶中碘的檢驗(yàn)”的選做實(shí)驗(yàn),操作步驟如下:①取3g左右干海帶,除去表面雜質(zhì),剪碎,用酒精潤(rùn)濕,放在坩堝中灼燒成灰,冷卻;②將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中加蒸餾水,攪拌,煮沸2~3min,使可溶物質(zhì)溶解,過(guò)濾;③向?yàn)V液中滴入幾滴硫酸,再加入約1mL過(guò)氧化氫溶液,觀(guān)察現(xiàn)象;④取少量上述所得溶液,滴加幾滴淀粉溶液,觀(guān)察現(xiàn)象;⑤向③剩余的濾液中加入1mL四氯化碳,振蕩?kù)o置,觀(guān)察現(xiàn)象;⑥向加有四氯化碳的溶液中加入氫氧化鈉溶液,充分振蕩后,將混合液的下層液體放出至指定的容器中。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)海帶中的碘元素以

(填“碘離子”“碘單質(zhì)”或“碘酸鹽”)的形式存在,步驟①中除去海帶表面的雜質(zhì)一般用刷子刷凈,不用水清洗,原因是

。

(2)可說(shuō)明海帶中含有碘的現(xiàn)象有

。

(3)操作⑤叫做

,操作⑥的目的是

。

答案

(1)碘離子防止碘元素的損失(2)步驟④中加入淀粉溶液后變藍(lán),步驟⑤中下層液體呈紫紅色(3)萃取回收四氯化碳解析

(1)海帶中碘元素以碘離子的形式存在,且易溶于水,為防止碘元素的損失,除去海帶表面的雜質(zhì)一般用刷子刷凈,不用水清洗。(2)實(shí)驗(yàn)步驟④中加入淀粉溶液后變藍(lán),步驟⑤中下層液體呈紫紅色,可以說(shuō)明海帶中含有碘。(3)操作⑤是用四氯化碳萃取碘水中的碘。(4)操作⑥是為了回收四氯化碳。規(guī)律方法本題考查有關(guān)從海帶中提取碘單質(zhì)的實(shí)驗(yàn)原理、儀器,以及萃取的實(shí)驗(yàn)操作等。將非金屬陰離子置換為單質(zhì)要用到氧化劑,常見(jiàn)的氧化劑有過(guò)氧化氫、新制氯水、酸性高錳酸鉀溶液等。變式訓(xùn)練2下列有關(guān)從海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)原理和裝置能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?

)A.用裝置甲灼燒碎海帶B.用裝置乙過(guò)濾海帶灰的浸泡液C.用裝置丙制備用于氧化浸泡液中I-的Cl2D.用裝置丁吸收氧化浸泡液中I-后的Cl2尾氣答案

B解析

灼燒碎海帶應(yīng)用坩堝,A項(xiàng)錯(cuò)誤;海帶灰的浸泡液用過(guò)濾法分離獲得含I-的溶液,B項(xiàng)正確;MnO2與濃鹽酸反應(yīng)制Cl2需要加熱,反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O,C項(xiàng)錯(cuò)誤;Cl2在飽和NaCl溶液中溶解度很小,不能用飽和NaCl溶液吸收尾氣Cl2,尾氣Cl2應(yīng)用NaOH溶液吸收,D項(xiàng)錯(cuò)誤。典例3鎂及其合金是一種用途很廣的金屬材料,目前世界上60%的鎂是從海水中提取的。主要步驟如下:(1)為了使MgSO4轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2,試劑①可以選用

,要使MgSO4完全轉(zhuǎn)化為沉淀,加入試劑的量應(yīng)

。

(2)加入試劑①后,能夠分離得到Mg(OH)2沉淀的方法是

。

(3)試劑②選用

,其反應(yīng)的離子方程式為

。

(4)無(wú)水MgCl2在熔融狀態(tài)下通電后,產(chǎn)生鎂和氯氣,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

答案

(1)石灰乳過(guò)量(2)過(guò)濾(3)鹽酸Mg(OH)2+2H+===Mg2++2H2O(4)MgCl2(熔融)