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化学工艺流程(丁祥)
发布人:范永华 浏览:652次 时间:2015/12/4 14:17:24

【考纲点击】

1.    了解化学工艺流程的主线

2.    了解化工流程题的试题特点和备考策略

3.    了解科学、技术、社会的相互关系,知道在化工生产中遵循绿色化学思想重要性

【知识梳理】

一、化学工艺流程设计的一般原则

     假如你是首席设计师,你认为在化学工艺流程的设计中,应遵循哪些设计原则?

二、化学工艺流程主线

1原料预处理

1)溶解:通常用热水、酸溶、碱洗,如:H2SO4HCl、浓H2SO4NaOH

水浸:与水接触反应或溶解

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。

浸出:固体加水(酸)溶解得到离子

浸出率:固体溶解后,离子在溶液中含量的多少(更多转化)

2)灼烧:如从海带中提取碘(灼烧后I-离子不改变,此实验目的是获得物质合适的存在形态以便下一步的分离)、植物中金属元素的检验等

3)研磨:如菠菜中的草酸及草酸盐,如果灼烧,会被氧化为二氧化碳。当检测对象为有机物时,如果采用灼烧的方法,则有可能使该物质碳化,因此常采用研磨的方法进行预处理,加大该物质的提取率。

4)煅烧:如煅烧高岭土改变结构,使一些物质能溶解,并使一些杂质高温下氧化、分解

5)富集:如从海水中提溴,先用氯气置换溴离子使之成为溴单质,再用SO2吸收,转化为氢溴酸,达到富集的目的,然后再用氯气将其氧化得到产品溴……

【案例引思】

1.从粗产品硫酸锌固体除去铁、铜等可溶性硫酸盐,从而得到纯净的硫酸锌晶体(ZnSO4•7H2O),实验流程如下:

部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH参见下表,请回答下列问题:

沉淀物

Zn(OH)2

Fe(OH)2

Fe(OH)3

Cu(OH)2

pH

8.0

9.7

3.2

6.7

1酸浸步骤中,为提高锌的浸出率,可采取的措施有               

酸浸时适当补充少量水的原因是                                

2)滤液I加入酸性KMnO4所发生反应的离子方程式为               

加入的X可能是          (填化学式)。加入X的原因是             

3)从滤液III得到晶体的操作过程为                           、过滤冼涤、小心干燥。

2 . 核心反应中条件的控制

(1)  调节pH----控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀。一般应满足2点:

    能有H+反应,使溶液的PH增大;不引入新的杂质。

2)调节温度----温度控制在具体的一个温度范围内(可用热水浴、冷水浴、油浴来控制)

一般有以下几个目的:

防止某种物质温度过高时会分解或挥发。如侯德榜制碱中,将CO2通入NaCl的氨溶液中,保持溶液的温度为(30±2)℃,可得NaHCO3晶体,温度控制在这个范围,目的就是防止NaHCO3分解。

控制温度来控制化学反应速度。适当升高温度,提高速率。适当降低温度,降低速率,使反应易控制

促进平衡移动,提高原料利用率和产品产率。

催化剂的活性达到最好:如工业合成氨或工业SO2氧化为SO3时,选择的温度是500℃左右,原因之一就是使催化剂的活性达到最高。

防止副反应的发生:如乙醇的消去反应温度要控制在170℃,原因是就是在140℃时会有乙醚产生。

3)调节气体氛围----控制蒸发、反应时的气体氛围

4)压强----适当提高压强,提高速率,促进平衡移动。但压强不能太大,压强越大,对设备有更高要求,不经济。

5)催化剂----合适的催化剂可加快反应速率

6)投料比----合适的投料比可提高原料利用率,化学反应中通过增加便宜原料的比例,以提高较贵原料的利用率。

    ……

【练一练】

物质

开始沉淀

沉淀完全

Fe3+

2.7

3.7

Fe2+

7.6

9.6

Cu2+

5.2

6.4

氯化铜晶体(CuCl2·xH2O)是重要的化工原料,可用作反应的催化剂、消毒剂等。用孔雀石[主要含Cu2(OH)2CO3,还含少量FeSi的氧化物]制备氯化铜晶体,方案如下:

 

1)若溶液A含有的金属离子有Cu2+Fe2+Fe3+,则试剂最好为    (填字母)。

a(NH4) 2S  bH2O2      cNaClO    dKMnO4

2)加入试剂②的目的是调节PHaa的范围是____________

3由溶液C获得CuCl2•xH2O,包含4个基本实验操作,这4个基本实验操作依次是____________过滤和无水乙醇洗涤等操作,使用无水乙醇进行洗涤的主要原因是______

3.物质的分离和提纯

1)结晶——固体物质从溶液中析出的过程。结晶的几种方法:

当溶液是单一溶质时

a.    所得晶体不带结晶水(如NaClKNO3):                  

b.所得晶体带结晶水:                                          

当溶液中有两种或以上溶质时

a.要得到溶解度受温度影响大的溶质(如KNO3中混有少量NaCl提纯KNO3  ):                           

b.要得到溶解度受温度影响小的溶质(如NaCl 中混有少量KNO3提纯NaCl   ):                            

2过滤——固、液分离

3洗涤(冰水、无水乙醇)——洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。

4蒸馏——液、液分离

5分液——互不相溶的液体间的分离

6萃取——用一种溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来

4 .循环利用与尾气处理

     绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。 绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学,是用化学的技术和方法去减少或消除有害物质的生产和使用。

     绿色化学的研究主要围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展的,因此化学反应及其产物具有以下特征:

(1)采用无毒、无害的原料;

(2)在无毒、无害的条件(包括催化剂、溶剂)下进行;

(3)产品应该是环境友好的;

(4)具有“原子经济性”,即反应具有高选择性、极少副产物,甚至实现“零排放”。

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2)酸溶时通常控制反应温度不超过学科网(*zxxk*)--教育资源门户,提供试卷、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载,还有大量而丰富的教学相关资讯!,且不使用浓硝酸,原因是                                                     

3)该厂结合本厂实际,选用的X             (填化学式);中和Ⅰ使溶液中      (填离子符号)的浓度减少(中和Ⅰ引起的溶液体积变化可忽略)。

4)上述流程中洗涤的目的是                           

【归纳总结】


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