小專題氛圍溶劑壓強控制（初步定稿）

課題：課題：工藝流程——氛圍、溶劑、壓強控制工藝流程總第(8)期整理與編輯：沈立鵬一、化學反應氛圍控制依據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量要求以及反應物的“個性”，工業(yè)實踐中需將化學反應置于某種氛圍中進行，最常見的情況主要有①隔絕空氣：主要是防止還原性物質(zhì)被空氣中的O2氧化；②在空氣中：空氣是廉價的原料借助其中的成分尤其是氧氣參與化學反應；③通入稀有氣體：考慮防止物質(zhì)被氧化、潮解等。1．聚硅酸鐵是目前無機高分子絮凝劑研究的熱點，一種用鋼管廠的廢鐵渣（主要成分Fe3O4，少量碳及二氧化硅）為原料制備的流程如下：酸浸時，通入O2的目的是_____________，該反應的離子方程式為_________?！敬鸢浮繉eSO4氧化為Fe2(SO4)34Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O【解析】酸浸時有亞鐵離子生成，通入氧氣能將亞鐵離子氧化為鐵離子；反應的離子方程式為4Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O，故答案為：將FeSO4氧化為Fe2(SO4)3；4Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O；2．我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家。一種以閃鋅礦(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質(zhì))為原料制備金屬鋅的流程如圖所示：相關(guān)金屬離子[c0(Mn＋)＝0.1mol·L－1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：氧化除雜工序中ZnO的作用是_____________，若不通入氧氣，其后果是___________?！敬鸢浮空{(diào)節(jié)溶液的pH無法除去雜質(zhì)Fe2＋【解析】由金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH可知，需要將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，生成Fe（OH）3沉淀除去，故加入ZnO與溶液中的H+反應，調(diào)節(jié)溶液pH來沉淀Fe3+；若不通入氧氣，則無法將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，完全沉淀Fe2+時Zn2+也會被沉淀。故答案是調(diào)節(jié)溶液的pH；無法除去雜質(zhì)Fe2＋；3.目前世界上60%的鎂是從海水中提取的，從海水中提取的MgCl2制得Mg和Cl2，進一步聯(lián)合用金紅石(主要成分TiO2)冶煉金屬鈦，工業(yè)上其主要的生產(chǎn)流程如下：工業(yè)上冶煉金屬鈦的上述生產(chǎn)流程，其第2步是在稀有氣體氛圍和加熱的條件下，用鎂與TiCl4反應得到鈦，寫出這步反應的化學方程式____________________，該反應時稀有氣體氛圍的作用是_____________________________________，該反應的金屬冶煉方法屬于是____________________?！敬鸢浮縏iCl4+2Mg2MgCl2+Ti做保護氣熱還原法【解析】在稀有氣體氛圍保護下，鎂與TiCl4反應得到鈦和氯化鎂，反應的化學方程式為：TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti；加熱的條件下，鎂還原TiCl4得到鈦，所以該反應的金屬冶煉方法屬于熱還原法，故答案為：TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti；做保護氣；熱還原法。4．CuCl2常用于顏料、木材防腐等工業(yè)，并用作消毒劑、媒染劑、催化劑。工業(yè)上用粗制的氧化銅粉末（含雜質(zhì)FeO和SiO2）來制取無水CuCl2的流程如下：第④步蒸發(fā)操作必要的儀器有鐵架臺（含鐵圈）、坩堝鉗、石棉網(wǎng)、。需要在氯化氫氣流中蒸干制取無水氯化銅的原因是。【答案】酒精燈、蒸發(fā)皿、玻璃棒；氯化氫可抑制CuCl2的水解【解析】第④步蒸發(fā)操作必要的儀器有鐵架臺（含鐵圈）、坩堝鉗、石棉網(wǎng)、酒精燈、蒸發(fā)皿、玻璃棒。由于氯化銅在溶液中水解生成氫氧化銅和氯化氫，所以需要在氯化氫氣流中蒸干制取無水氯化銅的原因是氯化氫可抑制CuCl2的水解。5．鋅是一種應用廣泛的金屬，目前工業(yè)上主要采用“濕法”工藝冶煉鋅．某含鋅礦的主要成分為ZnS(還含少量FeS等其他成分)，以其為原料冶煉鋅的工藝流程如圖所示：硫化鋅精礦的焙燒在氧氣氣氛的沸騰爐中進行，所產(chǎn)生焙砂的主要成分的化學式為_____________；【答案】ZnO【解析】含鋅礦的主要成分是ZnS，與空氣中氧氣發(fā)生氧化還原反應，則焙砂的主要成分為ZnO，故答案為：ZnO。6．（16分）鉬酸鈉晶體(Na2MoO4·2H2O)是無公害型冷卻水系統(tǒng)的金屬緩蝕劑，由鉬精礦（主要成分是MoS2，含少量PbS等）制備鉬酸鈉晶體的部分流程如下：（1）焙燒的過程中采用的是“逆流焙燒”的措施，則該措施的優(yōu)點是：。（2）寫出焙燒時生成MoO3的化學方程式為：。【答案】（1）增大鉬精礦與空氣接觸，使其充分反應，提高原料的利用率（2）2MoS2+7O22MoO3+4SO2（3分）7．某化工集團為了提高資源利用率減少環(huán)境污染，將鈦廠、氯堿廠和甲醇廠組成產(chǎn)業(yè)鏈．其主要工藝如下：反應2Mg+TiCl42MgCl4+Ti在Ar氣氛中進行的理由是__________．【答案】Mg和Ti都有強還原性，在Ar氣氛中可以防止被氧化【解析】Mg和Ti都有強還原性，在高溫條件易空氣中氧氣被氧化，而在Ar氣氛中可以防止被氧化。8．金屬鎘廣泛用于合金制造及電池生產(chǎn)等，一種用銅鎘廢渣（含Cd、Zn、Cu、Fe及Co等單質(zhì)）制取海綿鎘的工藝流程如下：（1）步驟Ⅰ進行破碎和粉磨的目的是_________。（2）步驟Ⅱ需隔絕O2的原因________（用文字和方程式說明）。【答案】提高原料浸取率和浸取時反應速率防止發(fā)生2Cu+4H++O2=2Cu2++2H2O，導致銅被浸出【解析】（1）步驟Ⅰ進行破碎和粉磨目的是增大接觸面積，提高原料浸取率和浸取時反應速率。（2）為防止2Cu+4H++O2=2Cu2++2H2O發(fā)生，導致銅被浸出，所以步驟Ⅱ需隔絕O2。9．石墨在材料領域有重要應用。某初級石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等雜質(zhì)。設計的提純與綜合利用工藝如下：(注：SiCl4的沸點為57.6℃，金屬氯化物的沸點均高于150℃)(1)向反應器中通入Cl2前，需通一段時間N2，主要目的是__________________?！敬鸢浮颗懦鲅b置中的空氣【解析】（1）向反應器中通入Cl2前，需通一段時間N2，主要目的是排出裝置中的空氣二、溶劑控制許多無機化學反應是在水溶液中進行的，也有一些反應需加人某種有機溶劑以改變某些性狀。無機反應中，選擇溶劑主要考慮物質(zhì)在溶劑中的溶解性和溶劑的揮發(fā)性。1．鋁鐵合金可在某些航天器件中替代鈦鋁合金，大幅度降低成本。如下實驗流程可利用廢棄的鈦鋁合金制備聚合硫酸鐵和明礬：②濃縮時向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的是。③加入試劑Y的目的是調(diào)節(jié)pH，所加試劑Y為；溶液的pH對[Fe2(OH）x(SO4）y]n中x的值有較大影響（如圖1所示），試分析pH過?。╬H＜3）導致聚合硫酸鐵中x的值減小的原因：?！敬鸢浮竣诮档途酆狭蛩徼F的溶解度，以便析出；所得產(chǎn)物易于干燥（2分）③Fe2O3或Fe(OH）3（1分）pH過小，會抑制Fe3+的水解（2分）【解析】②Fe與稀H2SO4反應生成FeSO4，而聚合硫酸鐵中的Fe為+3價，所以需要用氧化劑H2O2將Fe2+氧化產(chǎn)生Fe3+。為促使Fe3+水解，加入Y可調(diào)節(jié)pH，為不引入雜質(zhì)，Y應為Fe2O3或Fe(OH）3。在溶液中濃縮時加入乙醇，可以降低聚合硫酸鐵的溶解度，便于其析出，另外乙醇易揮發(fā)，產(chǎn)品易干燥。③[Fe2(OH）x(SO4）y]n中x為(OH）x的下標值，當pH值越小時，會抑制Fe3+水解，生成的[Fe2(OH）x(SO4）y]n越小，不利用物質(zhì)的制備。2．工業(yè)廢鐵屑(含有一些不溶于酸的雜質(zhì))為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，其主要流程如下：（3）工業(yè)生產(chǎn)上常在反應Ⅲ的過程中加入一定量的醇類溶劑，其目的是____________；【答案】降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出【解析】因K2SO4在醇中的溶解度小，工業(yè)生產(chǎn)上常在反應Ⅲ的過程中加入一定量的醇類溶劑，這樣可降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出；3．1871年門捷列夫最早預言了類硅元素鍺，鍺元素在元素周期表中與硅元素同族，并位于硅的下一周期。1886年德國化學家溫克勒發(fā)現(xiàn)和分離了鍺元素，并以其祖國的名字命名為“Ge”。鍺是重要的的半導體材料，其有機化合物在治療癌癥方面有著獨特的功效。已知：①丹寧是一種有機沉淀劑，可與四價鍺絡合形成沉淀：②GeCl4易水解，在濃鹽酸中溶解度低。步驟④不選用稀鹽酸，而選用濃鹽酸的原因可能是__________、________(寫出兩點)?！敬鸢浮糠乐顾膬r鍺水解防止GeO2不能充分反應，有利于GeCl4析出【解析】由于GeCl4易水解，在濃鹽酸中溶解度低，所以用濃鹽酸溶解GeO2，同時可防止四價鍺水解，防止GeO2不能充分反應，有利于GeCl4析出，故答案為：防止四價鍺水解，防止GeO2不能充分反應，有利于GeCl4析出；4．實驗室用如圖所示裝置制備KClO溶液，再與KOH、Fe（NO3）3溶液反應制備高效凈水劑K2FeO4．已知：K2FeO4易溶于水、微溶于濃KOH溶液，在0℃～5℃的強堿性溶液中較穩(wěn)定．（制備KClO及K2FeO4）（3）K2FeO4粗產(chǎn)品含有Fe（OH）3、KCl等雜質(zhì)，其提純步驟為：①將一定量的K2FeO4粗產(chǎn)品溶于冷的3mol/L溶液中，②，③，④攪拌、靜置、過濾，用乙醇洗滌2～3次，用乙醇洗滌的理由_____________.⑤在真空干燥箱中干燥．（測定產(chǎn)品純度）【答案】KOH過濾將濾液置于冰水浴中，向濾液中加入飽和KOH溶液K2FeO4易溶于水，防止用水洗滌時晶體損失【解析】K2FeO4易溶于水、微溶于濃KOH溶液，所以提純K2FeO4粗產(chǎn)品時可以①將一定量的K2FeO4粗產(chǎn)品溶于冷的3mol/LKOH溶液中，②過濾，③將濾液置于冰水浴中，向濾液中加入飽和KOH溶液，④攪拌、靜置、過濾，因K2FeO4易溶于水，防止用水洗滌時晶體溶解會損失，改用乙醇洗滌2～3次，⑤在真空干燥箱中干燥；5．鎳及其化合物在生產(chǎn)生活中有著極其重要的作用。現(xiàn)以低品位鎳紅土礦(主要成分為鎳的氧化物、Fe2O3·H2O和SiO2等)為原料制備蘭尼鎳的工藝流程如圖所示：甲同學取該浸出液，控制pH為2～3，經(jīng)過－系列操作，制取少量NiSO4·7H2O晶體。其控制pH為2～3的目的為____________________________________________________?！敬鸢浮恳种奇囯x子水解防止生成沉淀【解析】控制pH為2～3的目的為抑制鎳離子水解防止生成沉淀；三、壓強控制對于有氣體參加的化學反應，增加氣體的分壓可提高化學反應速率在一定時間段內(nèi)提高較貴重原料的轉(zhuǎn)化率。1．（山西省晉中市2022屆高三1月高考適應性考試理科綜合）碲被譽為“現(xiàn)代工業(yè)、國防與尖端技術(shù)的維生素”，工業(yè)上常用銅陽極泥(主要成分是Cu2Te，含Ag、Au等雜質(zhì))為原料提取碲并回收金屬其工藝流程如下：已知：TeO2是兩性氧化物，微溶于水，易溶于較濃的強酸和強堿?；卮鹣铝袉栴}：“加壓酸浸1”過程中將碲元素轉(zhuǎn)化成TeO2，應控制溶液的pH為4.5~5.0，酸度不能過高，原因是_________，其中“加壓”的目的是_____。寫出“加壓酸浸1”過程中Cu2Te發(fā)生反應的化學方程式__________?！敬鸢浮咳芤核嵝赃^強，TeO2會繼續(xù)與酸反應導致碲元素損失增大O2濃度,加快反應速率，提高浸出率Cu2Te+2O2+2H2SO42CuSO4+TeO2+2H2O【解析】“加壓酸浸1”過程中將碲元素轉(zhuǎn)化成TeO2，應控制溶液的pH為4.5~5.0，酸度不能過高，原因是；TeO2是兩性氧化物，溶液酸性過強TeO2會繼續(xù)與H2SO4反應而導致磅元素損失。“加壓浸出”過程的離子方程式為：Cu2Te+2O2+4H＋=2Cu2＋+TeO2+2H2O；其中“加壓”的目的是：增大O2濃度,加快反應速率，提高浸出率；“加壓酸浸1”過程中Cu2Te發(fā)生反應的化學方程式為Cu2Te+2O2+2H2SO42CuSO4+TeO2+2H2O。2．聚合硫酸鐵（PFS）是水處理中重要的絮凝劑，如圖是以回收廢鐵屑為原料制備PFS的一種工藝流程．相對于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)的優(yōu)點是____________?！敬鸢浮靠梢苑乐箿囟冗^高，聚合硫酸鐵分解【解析】減壓蒸發(fā)可以防止溫度過高，導致產(chǎn)物分解。3．亞氯酸鈉(NaClO2)是一種重要的殺菌消毒劑。以氯酸鈉(NaC1O3)為原料制備NaC1O2粗品的工藝流程如下圖所示。己知：①純C1O2易分解爆炸，空氣中C1O2的體積分數(shù)在10%以下比較安