Ⅰ 高中化學工業流程中的酸/鹼浸的作用是什麼
一般都是為了溶解一些可溶性物質,出去一些不溶的雜質。為了後續操作得以進行,提高純度。
酸浸取的目的:浸提溶劑中加酸的目的是使生物鹼成鹽,促進生物鹼的浸出;使有機酸游離,便於用有機溶劑浸提等。酸的用量不宜過多,一般濃度為0.1%~l%,以能維持一定的酸鹼度即可。常用硫酸、鹽酸、醋酸等。
有時也加鹼浸取。浸提溶劑中加鹼的目的是增加偏酸性有效成分的溶解度和穩定性。鹼性水溶液可溶解內酯、香豆素、某些酚性成分。由於氫氧化鈉鹼性過強,易破壞有效成分,故較少應用,常用弱鹼性的氨水等。
為防止有效成分酶解或水解破壞,浸提時可加入碳酸鈣或飽和石灰水,以抑制酶活性及中和有機酸酸性,如環烯醚萜苷類的提取。此外,甘油、表面活性劑等也可選用。
Ⅱ 高中化學工業流程框圖題里「浸出」是什麼意思
浸出就是把一種固體混合物用液體(酸溶液或其他浸取液)浸泡、反應,最終把一些離子溶進浸取液中的過程。
Ⅲ 高中化學工業流程題如何提高浸取率及其他一些問題~
1.將礦石粉碎、適當升高浸取時的溫度、延長浸取的時間、增大浸取液的濃度、充分攪拌等;
2.一般來說,「酸溶」是指用酸(鹽酸、硝酸、硫酸或它們的混酸等)溶解礦石(或沉澱)的步驟。這步的目的一般是浸出礦石中所要提取的離子,再通過適當的分離提純的辦法,獲取最終的產品。解題時經常問到「酸溶」的相關問題,如怎樣提高酸溶時的浸取率,酸溶時發生反應(主反應和副反應)的離子方程式(若是用HNO3進行酸溶,還要注意HNO3能氧化Fe2+等反應)等。
祝你學習進步!
Ⅳ 高中的化學流程題撐握哪些內容
電解氯化鈉制氯氣 電解熔融氯化鎂制金屬鎂 電解氧化鋁
一、背景與作用
1、工藝流程題是傳統「無機框圖題」的變革與創新,是以真實的化工生產為背景,用框圖的形式表述生產流程。並用所學化學知識理論解決化工生產實際問題,培養學生理論聯系實際、學以致用的學習觀。
2.題材豐富,知識容量大。能涉及化學基礎知識方方面面,能考查學生對化學雙基知識的掌握情況和應用化學知識解決化工生產中有關問題的遷移推理能力。
二、化工流程圖試題的構成特點
1、內容來源:真實化工生產過程,題材豐富,提問靈活。
2、題目結構:分題頭、題乾和題尾三部分。
3、呈現形式:流程圖、表格、圖像。
4、設問方式:措施、成分、物質、原因、原理。
5、能力考查:獲取信息的能力、分解問題的能力、表達能力
6、知識落點:基本理論、元素化合物、實驗。
三、解題思路
1、認真讀題,了解實驗目的。流程題一般只有兩個目的:一是從混合物中分離、提純某一物質;另一目的就是利用某些物質制備另一物質。
2、仔細分析,熟悉流程圖。
3、分析問題,回歸課本知識,關注信息提示。
4、細心檢查,最後結論再重新按流程圖驗證是否合理。
5.工業生產流程主線與核心的分析
四、知識考查的范圍包括:
1、元素化合物:物質轉化的條件及反應。
2、基本理論和原理:
①化學反應:氧化還原反應;
②電化學:原電池、電解池的電極反應;
③化學平衡:水解平衡、溶解-沉澱平衡。
3.規律
(1)主線主產品;(2)分支副產品;(3)回頭為循環。
核心考點:物質的分離操作、除雜試劑的選擇、生產條件的控制。
4.熟悉工業流程常見的操作與名詞
1、原料處理階段
(1)溶解時:固體粉碎目的;溶解試劑(蒸餾水溶、酸溶、鹼溶等)。
(2)灼燒:儀器選擇(如坩堝、泥三角、坩堝鉗、酒精燈等),如從海帶中提碘。
(3)煅燒:如碳酸鈣分解;煅燒高嶺土改變其結構,使一些物質能溶解,並使一些雜質高溫下氧化、分解。
(4)定量分析時要注意恆重的判斷標准。
2、分離提純階段
(1)氧化階段:如用氧化劑將Fe2+氧化成Fe3+、Cr3+氧化成CrO42-以便後期處理。
(2)調節pH除雜:控制溶液的酸鹼性使某些金屬離子形成氫氧化物沉澱。
(3)試劑除雜:加試劑直接反應除去雜質。
(4)萃取:如從海水中提取溴和碘單質,利用溴和碘單質易溶於有機溶劑。
(5)加熱的目的:加快反應速率或促進平衡向某個方向移動。
(6)降溫反應的目的:防止某物質在高溫時會分解或為使化學平衡向著某個方向移動。
3、獲得產品階段
(1)洗滌:洗滌劑選擇(如冰水洗、乙醇洗等);目的是洗去晶體表面的雜質離子,並減少晶體在洗滌過程中的損耗;晶體表面洗凈檢驗方法(實質上檢驗晶體表面一些可溶性雜質離子,要注意強調取最後一次洗滌液少許於試管中)。
(2)結晶方法
①蒸發結晶:一般適用於單一溶質且該物質熱穩定性較好(不會熱分解)的結晶析出,如從食鹽水中得到氯化鈉晶體。要注意有金屬離子易水解,控制酸性條件或酸性氣體氛圍,抑制其水解。
②蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾:目的主要是讓溶解度隨溫度變化大的溶質析出,多用於結晶水合、不穩定的鹽類(如銨鹽、硝酸鹽)的結晶析出。這種題往往是用圖像表示溶解度與溫度關系。
③蒸發結晶、趁熱過濾:目的是讓溶解度隨溫度變化小的溶質析出,防止某物質降溫時會析出,如除去氯化鈉溶液中硝酸鉀。趁熱過濾需用到熱濾漏斗或用熱毛巾捂住普通漏斗外壁,以防因溫度下降而析出雜質。
④重結晶:提高產品的純度
(3)常見名詞
浸出:固體加水(酸)溶解得到離子;
浸出率:固體溶解後,離子在溶液中的含量的多少;
酸浸:在酸溶液中反應使可溶性金屬離子進入溶液,不溶物通過過濾除去的溶解過程;
水洗:通常為除去水溶性雜質;
水浸:與水接觸反應或溶解。
化學工藝流程題主要從以下三點設置:
(1)環境與化學:主要涉及「廢水、廢氣、廢渣」的來源、對環境的影響和處理原理。
(2)重要化工生產及資源利用:旨在用所學的基本理論(氧化還原、化學平衡、鹽類水解、電化學、熱化學、有機物結構與性質等)指導化工生產。從命題趨勢來看,一般有三種題型,一是從實驗設計和評價的角度對化工生產進行模擬;二是根據一些化工生產的流程來考查考生的綜合應用能力;三是關於化工生產的相關計算。
(3)化工生產中非金屬元素的循環及環境保護
例題解析
例1:「低碳」既是時尚,也是環保要求。「低碳」在工業生產中意義重大,充分利用原材料,不排放或減少排放「三廢」,不同工廠今後聯合生產等都是很好的「低碳」生產方式。下面是幾個工廠利用廢氣、廢渣(液)聯合生產化肥硫酸銨的工藝:
請回答下列問題:
(1)工藝操作①、②分別為________、________。
(2)工業合成氨的化學方程式為_________________________________。
(3)寫出生成「產品」的離子方程式:____________________________。
(4)在實驗室中檢驗合成氨廠排出的廢氣中是否含有氨氣的方法是________________________________________________________________________。
(5)副產品的化學式為________。該聯合生產工藝中可以循環使用的物質是________。
點撥(1)合成氨的原料之一氮氣來源於空氣,分離方法是將空氣液化後蒸餾分離出氧氣,獲得氮氣。
(2)工業合成氨的條件是高溫、高壓和催化劑。
(3)「產品」是硫酸銨,反應物是硫酸鈣懸濁液、二氧化碳、氨氣等,產物除產品硫酸銨外,還有碳酸鈣沉澱。
(4)氨氣溶於水顯鹼性,實驗室中可以用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗,或利用氨氣與氯化氫化合為氯化銨的反應進行檢驗等。
(5)分析框圖中各物質的關系可知「副產品」為氧化鈣,能夠循環使用的物質是二氧化碳。
答案(1)將空氣液化後蒸餾分離出氧氣,獲得氮氣過濾
(2)N2+3H22NH3
(3)CaSO4+CO2+2NH3+H2O===CaCO3↓+2NH4++SO42-
(4)用濕潤的紅色石蕊試紙放在導氣管口,若試紙變藍,則證明有NH3(或其他可行的方法)
(5)CaOCO2
方法講解
1.交叉分析法:有些化工生產選用多組原料,事先合成一種或幾種中間產品,再用這一中間產品與部分其他原料生產所需的主流產品。以這種工藝生產方式設計的工藝流程題,為了便於分析掌握生產流程的原理,方便解題,最簡單的方法,就是將提供的工藝流程示意圖分畫成幾條生產流水線,上下交叉分析。構成交叉分析的題型,提供的工藝流程中至少有三個因素(多組原材料;中間產品;多種產品)和兩條或多條生產流水線的化工生產工藝。利用交叉分析法解工藝流程題的關鍵,在於找准中間產品(因為有時會出現多種中間產品)和流水生產的分線,在分析過程中,抓住中間物質的有關聯系,逐一破解。
2.截段分析法:對於用同樣的原料生產多種(兩種或兩種以上)產品(包括副產品)的工藝流程題,用截段分析法更容易找到解題的切入點。
用截段分析法解工藝流程題是一種主流解題方法。因為當前化工生產為了降低成本、減少污染、增加效益,大都設計成綜合利用原料、生產多種產品的工藝生產線。為此這種工藝流程題很多。用截段分析法解工藝流程題關鍵在於選對題型和如何截段,截幾段更合理。一般截段以生產的產品為基準點。
例2:下圖所示是以海水為原料,獲得某產物的工藝流程圖。已知在吸收塔中,溶液的pH顯著減小。試回答下列問題:
(1)圖中兩次氯化的作用是否相同?________(選填「是」或「否」)。
(2)吸收塔中反應的化學方程式為______________,第二次氯化的離子方程式為________________。
(3)資料證實,在酸性介質中,第一次氯化過程中可用O2或空氣替代。但在實際工業生產中為什麼不用更廉價的空氣替代Cl2?______________。
(4)本工藝的處理方法可簡單概括為「空氣吹出、X氣體吸收、氯化」。某同學認為在工業生產過程中對第1次氯化液直接蒸餾也可得到產物,不必進行上述過程。請對該同學的說法作出正確的評價:________________________。
解析:本工藝流程是海水中Br-被Cl2氧化,然後用熱空氣吹出。根據題中信息,吸收塔內溶液pH顯著減小,可確定氣體X是SO2,吸收塔內反應的化學方程式為Br2+SO2+2H2O===H2SO4+2HBr,生成的Br-再被Cl2氧化,生成的Br2用蒸汽蒸出,再冷凝得到液態溴。
答案(1)是(2)Br2+SO2+2H2O===H2SO4+2HBr2Br-+Cl2===Br2+2Cl-
(3)若用廉價的空氣替代Cl2進行第一次氯化,反應的離子方程式為4Br-+O2+4H+===2Br2+2H2O,則反應時需要將大量的鹽鹵(濃度不大)酸化,反應後又要將廢液中和才能排放,在經濟上不合理
(4)氯化後的海水雖然含有溴單質,但濃度低,如果直接蒸餾原料,產品成本高,「空氣吹出、SO2吸收、氯化」的過程實際上是一個溴的富集過程,可提高其濃度,減少能源的消耗。
例3:菠菜營養豐富,素有「蔬菜之王」之稱,在營養價值上是一種高效的補鐵劑。長期以來民間流傳著「菠菜不能與豆腐同食」「菠菜根比菠菜莖和葉更有營養」等說法。某學校化學興趣小組的同學擬通過實驗探究以下問題:
①菠菜是否含有豐富的鐵;②菠菜是否含有草酸類物質;③菠菜根中鐵的含量是否比菠菜莖和葉中的高。
通過上網查詢,獲得以下資料:草酸又名乙二酸,其酸性比乙酸稍強,草酸及其鹽具有較強的還原性,其中草酸鈣不溶於水。
他們設計的實驗步驟如下:
Ⅰ.
Ⅱ.取菠菜根a g,使用相同儀器、試劑,重復Ⅰ中實驗,觀察實驗現象。
Ⅲ.將菠菜在少量開水中煮沸2~3 min,冷卻後濾去菠菜,得濾液。向濾液中加入足量Ca(OH)2溶液,然後再加入足量試劑X,觀察現象。
請回答以下問題:
(1)操作①中使用的儀器除三腳架、酒精燈、玻璃棒外還需要__________,操作②的名稱是________。
(2)可以說明菠菜根中Fe元素含量要比菠菜莖和葉中多的現象是___________。
(3)菠菜中的Fe是+2價還是+3價?________。
(4)通過步驟Ⅲ可以確定菠菜中含有草酸類物質。由於濾液中含有CO32-,故需加入試劑X排除CO32-的干擾。則X是________(寫化學式),加入試劑X後觀察到的現象是________________。
解析:Fe3+與KSCN溶液作用會生成紅色絡合物,溶液的紅色越深,說明Fe3+含量越高。
由題給信息可知酸性:草酸>乙酸>碳酸,所以可用乙酸來排除CO32-的干擾,加入CH3COOH後,CaCO3沉澱可以溶解,但草酸鈣不與CH3COOH反應。
答案:(1)坩堝、坩堝鉗、泥三角過濾(2)步驟Ⅱ中得到的溶液的紅色比步驟Ⅰ中得到的溶液的紅色深
(3)+2價(4)CH3COOH沉澱部分溶解
例4:重鉻酸鈉(Na2Cr2O7·2H2O)俗稱紅礬鈉,在工業方面有廣泛用途。我國目前主要是以鉻鐵礦(主要成份為FeO·Cr2O3,還含有Al2O3、MgO、SiO2等雜質)為主要原料進行生產,其主要工藝流程如下:
①中涉及的主要反應有:
主反應:4FeO·Cr2O3+8Na2CO3+7O2 8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2
副反應:SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑、Al2O3+Na2CO3 2NaAlO2+CO2↑
部分陽離子以氫氧化物形式完全沉澱時溶液的pH:
沉澱物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Mg(OH)2
Cr(OH)3
完全沉澱時溶液pH
4.7
3.7
11.2
5.6
試回答下列問題:
① 「①」中反應是在回轉窯中進行,反應時需不斷攪拌,其作用是________。兩個副反應均為吸熱反應,但在高溫下均能自發進行,其原因是____________。
② 「③」中調節pH至4.7,目的是____________。
③ 「⑤」中加硫酸酸化的目的是使CrO42-轉化為Cr2O72-,請寫出該平衡轉化的離子方程式:____________。
④ 「⑦」中採用冷卻結晶的方法析出紅礬鈉,依據是____________。
解析:以紅礬鈉的工業制備為背景考察化學原理部分的知識,過程中考察了條件的控制、化學反應方向的判斷、溶度積常數的表達式和控制pH的應用。攪拌的目的是增大反應物的接觸機會,從而加快反應速率。由於這兩個副反應是在高溫下才自發進行,所以必然是一個△S>0的反應。③溶液中存在的主要陰離子有CrO42-、AlO2-、SiO32-,pH調至4.7,是為了除去其中的AlO2-、SiO32-。硫酸鈉的溶解度隨溫度的升高,先增大後減小,這一點較特殊,設問較困難。若給出其溶解度曲線,則可以幫助理解最後兩步工藝。
答案:① 使反應物接觸更充分,加快反應-速率 △S>0 ②除去溶液中的AlO2-、SiO32-
③2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O ④紅礬鈉的溶解度隨溫度的降低而減小。
例5:生產著色鋁片的工藝流程如下:
請回答下列問題:
(1)第①步中NaOH溶液的作用是____________。
(2)第②步HNO3的作用是對鋁片進行拋光,寫出其反應的的離子方程式____________。
(3)在第④步電解是以鋁為陰極,鋁片為陽極,在硫酸介質中控制電壓電流,使陽極放出O2與Al反應使鋁表面形成一層緻密的氧化膜。寫出有關的電極反應式:
陰極:____________陽極:____________
(4)氧化膜質量的檢驗:取出鋁片乾燥,在氧化膜未經處理的鋁片上分別滴一滴氧化膜質量檢查液(3gK2CrO4+75mL水+25mL濃鹽酸),判斷氧化膜質量的依據是_____
A.鋁片表面有無光滑 B.比較顏色變化C.比較質量大小 D.比較反應速率大小
(5)將已著色的鋁乾燥後在水蒸氣中進行封閉處理約20~30min,封閉的目的是使著色的氧化膜更加緻密,有關反應化學方程式是____________。
答案.(1)洗去鋁表面的油污
(2)Al+4H++NO3-=Al3++NO↑ +2H2O
(3)6H+ +6e-=H2↑ 2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+(4)B
(5)2Al+3H2O(g) = Al2O3+3H2(g)。
例6:以濃硫酸、濃硝酸、粗銅、水和空氣為原料可製得硫酸銅(CuSO4·5H2O)。製取硫酸銅晶體的過程如下圖所示。
回答下列問題:
(1)配平在濾液(Ⅲ)中發生反應化學主程式:
____NOx+____H2O+____O2___HNO3。
(2)寫出製取硫酸銅的總反應方程式_________________________________。
(3)在上述生產過程中,被循環使用的物質是____________________。
(4)請你選用下列適宜的裝置來模擬上述生產過程。將它們的編號填入方框。
【解析】(1)NOx中N的化合價為2x,反應前後N化合價變化為5-2x,O2中O化合價變化為4,初步配平為4NOx+H2O+(5-2x)O2→HNO3,再配平其他物質的化學計量數得:4NOx+2H2O+(5-2x)O24HNO3;(2)發生的有關的化學方程式為:(5-2x)Cu+(12-4x)HNO3(5-2x)Cu(NO3)2+2NOx +(6-2x)H2O……①、
4NOx+2H2O+(5-2x)O24HNO3……②、
Cu(NO3)2+H2SO4CuSO4+2HNO3……③,
①+②÷2+③×(5-2x),得:(5-2x)Cu+ O2+(5-2x)H2SO4(5-2x)CuSO4+(5-2x)H2O,
化簡得2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O;
(3)要提供O2,可用排空氣法,即用A裝置通過從分液漏斗中加水排出空氣;消除氮的氧化物用B裝置,一個導氣管通氮的氧化物,一個導氣管通空氣,另一個導氣管導出多餘的空氣。
由實驗室用濃硫酸和金屬銅制硫酸銅,拓展到用稀硫酸、金屬銅、通入氧氣制硫酸銅, 延伸到化工生產硫酸銅,再回歸到實驗室模擬化工生產過程。
Cu + 2H2SO4(濃) CuSO4 + SO2↑+ 2H2O Cu + 4HNO3(濃) Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O
SO2 + 2HNO3(濃)H2SO4 + 2NO2 Cu(NO3)2 + H2SO4 CuSO4↓ + 2HNO3 (應用侯氏制鹼法的生產原理)4NO2 + O2 + 2H2O 4HNO3 把方程式進行加合,可得總反應方程式:2Cu + O2 + 2H2SO4 2CuSO4 + 2H2O。
在模擬化工生產過程時,又把通入空氣和水回歸為製取氧氣通入水中。
答案:(1)2Cu + O2 + 2H2SO4 2CuSO4 + 2H2O (2)HNO3 (3)B、A。
例7:工業制備高錳酸鉀是錳的重要化合物和常用的氧化劑。以下是工業上用軟錳礦制備高錳酸鉀的一種工藝流程。
①KMnO4稀溶液是一種常用的消毒劑。其消毒原理與下列物質相同的是_____(填代號)。
a. 84消毒液(NaClO溶液) b. 雙氧水 c. 苯酚 d. 75%酒精
②高錳酸鉀保存在棕色試劑瓶,下列試劑保存不需要棕色試劑瓶的是_____(填代號)。
a. 濃硝酸 b. 硝酸銀 c. 氯水 d. 燒鹼
③上述流程中可以循環使用的物質有____、____(寫化學式)。
④若不考慮物質循環與制備過程中的損失,則1 mol MnO2可製得____mol KMnO4。
⑤該生產中需要純凈的CO2氣體。若實驗室要制備純凈的CO2,所需試劑最好選擇(選填代號)____。
a. 石灰石 b. 稀HCl c. 稀H2SO4 d. 純鹼
所需氣體發生裝置是_____________(選填代號)。
⑥操作Ⅰ的名稱是________;操作Ⅱ根據KMnO4和K2CO3兩物質在________(填性質)上的差異,採用________(填操作步驟)、趁熱過濾得到KMnO4粗晶體。
【解析】高錳酸鉀又名灰錳氧,是+7價錳最重要的化合物, 也是最重要和最常用的氧化劑之一。本題以液相氧化法制備高錳酸鉀為背景, 著重考察了基本化學實驗知識, 本題可很好地鞏固試劑保存、分離提純操作、有關氣體製取實驗原理和裝置知識等。
(1)高錳酸鉀的消毒機理主要是靠其氧化性氧化微生物而殺滅微生物, 它通過氧化細菌體內的活性基團而發揮作用,類似84消毒液(NaClO溶液)、雙氧水, 而苯酚、 酒精消毒機理主要是使蛋白質75%凝固。
(2)試劑保存方法源於試劑的性質, 見光易分解的物質通常保存在棕色試劑瓶中。濃硝酸、硝酸銀、氯水等試劑都是中學階段常用試劑,都保存在棕色試劑瓶中。
(3從流程圖中不難發現,由於K2MnO4在酸性條件下易歧化為MnO2和KMnO4, 所以MnO2可以部分循環;母液成分主要是K2CO3,通過加入石灰,產生KOH也可以循環利用。
(4)本小題考察學生對制備原理的理解。一種方法是寫出各步反應, 通過物質的量的關系得出;另外,從流程中也可看出,Mn元素損失發生在KMnO4歧化這一步,通過電子得失守恆,1molKMnO4可製得1/3molMnO2和2/3molKMnO4.
(5) 本題主要考察有關氣體製取實驗原理和裝置, 氣體發生裝置取決於氣體制備原理。題目中關鍵詞 「純凈」, 所以要選用純鹼和稀硫酸, 發生裝置就只能相應選擇A。
(6)主要考察制備過程中分離提純的基本操作。操作Ⅰ是分離不溶物MnO2, 所以是過濾; 操作Ⅱ從兩物質性質上分析, 都可溶, 故是利用兩者溶解度的不同而採用結晶方法分離, 但考慮到KMnO4易受熱分解, 要得到KMnO4粗晶體,只能蒸發濃縮結晶。
答案:(1)ab (2)d (3)MnO2;KOH (4)2/3 (5)cd ;A;(6)過濾;溶解度;濃縮結晶。