規(guī)律:主線主產(chǎn)品、分支副產(chǎn)品、回頭為循環(huán)。

核心考點:物質(zhì)的分離操作、除雜試劑的選擇、生產(chǎn)條件的控制。

1. 流程的呈現(xiàn)主要有以物質(zhì)轉(zhuǎn)化為主線,以操作過程為主線,甚至有時候會以設備為主線。

2. 這類題常圍繞以下幾個知識點進行設問:

⑴ 反應速率與平衡理論的運用 

反應物顆粒大小:反應速率、原料的利用率等

溫度:反應速率、物質(zhì)的穩(wěn)定性、物質(zhì)的結(jié)晶等

⑵ 氧化還原反應的判斷、化學方程式或離子方程式的書寫;

⑶ 利用控制pH分離除雜;

⑷ 化學反應的能量變化;

⑸ 實驗基本操作:除雜、分離、檢驗、洗滌、干燥等;

⑹ 流程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán),資源的回收和利用;

⑺ 環(huán)境保護與綠色化學評價。

一、原料處理的方法和作用

對原料進行預處理的常用方法及其作用:

1. 粉碎、研磨:減小固體的顆粒度,增大固體與液體或氣體間的接觸面積,加快反應速率。

2. 水浸:與水接觸反應或溶解。

3. 酸浸:通常用酸溶,如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等,與酸接觸反應或溶解,使可溶性金屬離子進入溶液,不溶物通過過濾除去。近年來,在高考題出現(xiàn)了“浸出”操作。在化工生產(chǎn)題中,礦物原料“浸出”的任務是選擇適當?shù)娜軇沟V物原料中的有用組分或有害雜質(zhì)選擇性地溶解,使其轉(zhuǎn)入溶液中,達到有用組分與有害雜質(zhì)或與脈石組分相分離的目的。

4.  浸出率:固體溶解后,離子在溶液中含量的多少(更多轉(zhuǎn)化)。

5.  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的灼燒就是為了除去可燃性雜質(zhì),將有機碘轉(zhuǎn)化為碘鹽。

6. 灼燒、焙燒、煅燒:改變結(jié)構(gòu)和組成,使一些物質(zhì)能溶解;并使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解,如煅燒高嶺土和石灰石。

二、掌握核心化學反應

1. 元素及其化合物知識:化工生產(chǎn)將原料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的過程,也是物質(zhì)經(jīng)歷相互轉(zhuǎn)化的過程。理解物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系,就要用到元素及其化合物的相關(guān)知識。一般圍繞鐵、銅、鋁、鎂、氯、硫、磷、硅等元素的單質(zhì)或化合物的工業(yè)制備來進行命題,需要掌握這些元素及其化合物的知識

2. 還要掌握有關(guān)化工生產(chǎn)的知識,熟悉的有純堿工業(yè)、氨工業(yè)、硅單質(zhì)的制備、氯堿工業(yè)、海水中提取鎂、海水中提取溴等;

3. 化學反應原理:化工生產(chǎn)中把原料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的過程就是化學反應的過程,從化學反應原理的角度選擇原料、控制條件和選擇設備等,是化工生產(chǎn)的基本思路。化學反應原理的相關(guān)知識包括質(zhì)量守恒定律、化學反應速率、化學平衡、電化學、化學熱力學等,做到能綜合運用這些知識分析化工生產(chǎn)中化學反應的情況。

① 調(diào)節(jié)溶液的pH值:使某些離子轉(zhuǎn)變?yōu)槌恋矶_到分離的目的,抑制某些離子的水解,防止某些離子的氧化等。在題目中常以表格形式給出信息。

例如:已知下列物質(zhì)開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表所示

圖片

若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+,應該怎樣做?

提示:先用氧化劑把Fe2+氧化為Fe3+,再調(diào)溶液的pH到3.7。

調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應滿足兩點:

能與H+反應,使溶液pH值增大;不引入新雜質(zhì)。例如:若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH值。

 調(diào)節(jié)溶液的pH:“酸作用還可以除去氧化物(膜);“堿作用”還可以除去油污、除去鋁片氧化物、溶解鋁、二氧化硅。

② 控制體系的溫度

a.控制低溫:防止物質(zhì)的分解,如NaHCO3、NH4HCO3、H2O2、HNO3(濃)等;防止物質(zhì)的揮發(fā),如鹽酸、醋酸等;抑制物質(zhì)的水解,如冰水洗滌,以防止洗滌過程中的溶解損耗;增大氣體反應物的溶解度,使其被充分吸收;

b.采取加熱:加速某固體的溶解,加快反應速率;減少氣體生成物的溶解并使其逸出;使平衡向需要的方向移動;趁熱過濾,防止某物質(zhì)降溫時因析出而損耗或帶入新的雜質(zhì);

c.控制范圍:確保催化劑的催化效果,兼顧速率和轉(zhuǎn)化率,追求更好的經(jīng)濟效益,防止副反應發(fā)生等。

三、 明確反應原理

注意每一步在什么條件下,發(fā)生了什么反應,生成了什么物質(zhì),這些物質(zhì)分別到哪里去了。如轉(zhuǎn)化成了沉淀還是氣體或生成了其他物質(zhì)。

四、物質(zhì)分離或提純的方法

化工生產(chǎn)過程中分離提純、除雜等環(huán)節(jié),與高中化學基本實驗的原理緊密聯(lián)系,包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、烘干,或蒸餾、萃取、分液等基本實驗操作及原理,并要熟悉所用到的相關(guān)儀器。

1. 蒸發(fā)、反應時的氣體氛圍抑制水解:如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質(zhì)時,應在HCl的

氣流中加熱,以防其水解。

⑴ 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶:如除去KNO3中的少量NaCl。

⑵ 蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾:如除去NaCl中的少量KNO3。

2. 溶解法:利用特殊溶劑把雜質(zhì)溶解而除去,如Fe(Al)可用過量的NaOH溶液而除去Al,CO2(HCl、H2O)先通過飽和食鹽水,再通過濃H2SO4。

3. 沉淀法:a. 加合適的沉淀劑(要使雜質(zhì)離子充分沉淀,加入的沉淀劑必須過量,且在后續(xù)步驟中容易除去);b. 調(diào)節(jié)溶液的酸堿性。

4. 洗滌法:a.水洗;b.冰水洗;c.有機溶劑洗。其目的是:洗去目標物表面的雜質(zhì)離子;減少目標物的溶解損耗或增大有機雜質(zhì)的溶解量;防止目標物形成結(jié)晶水合物;使晶體快速干燥。

五、可循環(huán)物質(zhì)的判斷和流程評價

(一) 可循環(huán)物質(zhì)的判斷

1. 流程圖中回頭箭頭的物質(zhì)。

2. 生產(chǎn)流程中后面新生成或新分離的物質(zhì)(不要忽視結(jié)晶后的母液),可能是前面某一步反應的相關(guān)物質(zhì)。

(二)對整個工藝流程從下列幾個方面進行評價

1.體現(xiàn)綠色化學思想(使用無毒無害原料,采用原子利用率高的制備路線,原料的循環(huán)利用,副產(chǎn)物綜合利用,節(jié)能,等)。

2. 高效節(jié)能方面(原料廉價,工藝簡單,產(chǎn)品的純度高,能耗低等)。

3. 生成物或副產(chǎn)物的污染。

【規(guī)范答題】

實驗操作類規(guī)范語言表述

1. 測定溶液 pH的操作

將一小塊pH試紙放在表面皿上,用玻璃棒蘸取少量待測液,點在pH試紙上,待試紙變色后,再與標準比色卡對照。

模板 

答題關(guān)鍵詞:pH試紙、表面皿、玻璃棒、蘸待測液、比色卡、對照。

四步:①取放試紙→②蘸待測液→③點滴試紙→④與比色卡對照。

概括為“取、蘸、點、比”。

抓住關(guān)鍵詞和四步操作環(huán)節(jié),此類問題一定不失分。

2.沉淀洗滌

(1)沉淀洗滌的目的:除去沉淀表面附著或沉淀中包夾的可溶性離子。

(2)洗滌方法:向漏斗內(nèi)加蒸餾水至浸沒沉淀,待水自然流出后,重復操作2~3次。

(3)誤差分析:若沉淀不洗滌或洗滌不干凈,則使沉淀的質(zhì)量偏高。若沉淀洗滌次數(shù)過多,則會使部分沉淀溶解而使其質(zhì)量偏低。

(4)沉淀劑是否過量的判斷方法

模板 

加沉淀劑:靜置,向上層清液中繼續(xù)滴加少量沉淀劑,若無沉淀產(chǎn)生,則證明沉淀劑已過量。

加入與沉淀劑反應的試劑:靜置,取適量上層清液于另一潔凈試管中,向其中加入少量與沉淀劑作用產(chǎn)生沉淀的試劑,若產(chǎn)生沉淀,證明沉淀劑已過量。

注意:若需稱量沉淀的質(zhì)量而進行有關(guān)定量計算時則只能選用方法(1)。

(5)判斷沉淀是否洗凈的操作

答題

取最后一次洗滌液,滴加……(試劑),若沒有……現(xiàn)象,證明沉淀已洗凈

3.容量瓶撿漏操作

模板 

加入一定量的水,塞好瓶塞。用食指摁住瓶塞,倒立觀察。然后再將容量瓶正立,并將瓶塞旋轉(zhuǎn)180°后塞緊,再倒立。若均無水滲出,則容量瓶不漏水。

4.滴定管檢查是否漏水的操作

模板 

酸式滴定管:關(guān)閉活塞,向其中加入一定量的水,用滴定管夾將其固定鐵架臺上,觀察是否漏水。若2分鐘內(nèi)不漏水,將活塞塞旋轉(zhuǎn)180°后,重復上述操作。

堿式滴定管:向其中加入一定量的水,用滴定管夾將其固定鐵架臺上,觀察是否漏水。若2分鐘內(nèi)不漏水,輕輕擠壓玻璃球,放出少量液體,再次觀察滴定管是否漏水。

5.滴定管趕氣泡的操作

模板 

酸式滴定管:右手將滴定管傾斜30°左右,左手迅速打開活塞使溶液沖出,從而使溶液充滿尖嘴。

堿式滴定管:將膠管彎曲使玻璃尖嘴向上傾斜,用兩指捏住膠管,輕輕擠壓玻璃球,是溶液從尖嘴流出,即可趕出氣泡。

6.裝置的氣密性檢查

模板 

形成封閉體系——操作(微熱、手捂、熱毛巾捂、加水等)―→描述現(xiàn)象―→得出結(jié)論。

微熱法——關(guān)鍵詞是:封閉(將導管一端放入水中)、微熱、氣泡、水柱;

液差(封)法——關(guān)鍵詞是:封閉(用止水夾關(guān)閉右側(cè)導氣管,向××漏斗中加水)、液差(××漏斗中形成一段水柱,停止注水后,水柱不變化)。

整套裝置氣密性檢查:為使其產(chǎn)生明顯的現(xiàn)象,用酒精燈對裝置中某個可加熱容器微熱,觀察插入水中導管口是否有氣泡冒出,也可對整套裝置適當分割,分段檢查氣密性。

7.萃取分液操作

關(guān)閉分液漏斗活塞,將混合液倒入分液漏斗中,充分振蕩、靜置、分層,在漏斗下面放一個小燒杯,打開分液漏斗活塞,使下層液體從下口沿燒杯壁流下;上層液體從上口倒出。

8. 焰色反應的操作

先將鉑絲沾鹽酸溶液在酒精燈火焰上灼燒,反復幾次,直到與酒精燈火焰顏色接近為止。然后用鉑絲沾取少量待測液,到酒精燈火焰上灼燒,觀察火焰顏色,如為黃色,則說明溶液中含Na+;若透過藍色鈷玻璃呈紫色,則說明溶液中含K+。

9.氫氧化鐵膠體的制備

往煮沸的蒸餾水中逐滴滴加飽和的FeCl3溶液,當溶液變紅褐色時,立即停止加熱。

10.從溶液中結(jié)晶實驗操作

模板 

溶解度受溫度影響小的:蒸發(fā)→結(jié)晶→過濾

溶解度受溫度影響較大或帶結(jié)晶水的:加熱濃縮→冷卻結(jié)晶→過濾

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