化学工艺流程题的解题的知识总结归纳
时间:2024-09-05 10:32 来源:未知 作者:化学自习室 点击:次 所属专题: 工艺流程知识点总结
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一. 解题要领
解题步骤 | 解题策略 |
首尾呼应 找出主线 | 1. 对照原料和产品,确定核心反应和核心辅料 2. 依核心反应,明确流程主线、支线和除杂任务 |
分段剖析 明析细节 | 3. 以核心辅助原料为准,把流程划分为原料预处理、核心反应和产品分离提纯三个阶段 4. 依箭头指向,分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用,融通对流程的整体分析——研究各步骤对应的物质成份和化学反应 5. 某些暂时琢磨不透的环节,可先“淡化处理”,如有必要,可“顺藤摸瓜”或带着问题回头来进行有针对性的分析 |
先易后难 规范答题 | 6. 先易后难:先回答与工艺流程非密切相关的问题,确保易拿的分数先拿,规范答题 7. 变换角度:从基本原理、绿色化学、经济角度、安全生产等多角度思考答题 8. 充分利用题给信息合理答题 |
二. 常考的化工术语
关键词 | 释义 |
研磨、雾化 | 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化,增大反应物接触面积,以加快反应 速率或使反应更充分 |
灼烧(煅烧) | 使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭 土、硫铁矿 |
浸取 | 向固体中加入适当溶剂或溶液,使其中可溶性的物质溶解,包括水浸取、酸溶、碱溶 、醇溶等 |
浸出率 | 固体溶解后,离子在溶液中的含量的多少 |
酸浸 | 在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去的过程 |
水浸 | 与水接触反应或溶解 |
过滤 | 固体与液体的分离 |
滴定 | 定量测定,可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定 |
蒸发结晶 | 蒸发溶剂,使溶液由不饱和变为饱和,继续蒸发,过剩的溶质就会呈晶体析出 |
蒸发浓缩 | 蒸发除去部分溶剂,提高溶液的浓度 |
水洗 | 用水洗去可溶性杂质,类似的还有酸洗、醇洗等 |
酸作用 | 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等 |
碱作用 | 去油污,去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅,调节pH、促进水解(沉淀) |
三. 常见的操作与答题
常见的操作 | 答题要考虑的角度 |
加过量试剂 | 使反应完全进行(或增大转化率、产率)等 |
加氧化剂 | 氧化某物质,生成目标产物或除去某些离子 |
判断能否 加其他物质 | 要考虑是否引入杂质(或影响产物的纯度)等 |
分离、提纯 | 过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作 从溶液中得到晶体的方法:蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—(洗涤、干燥) |
提高原子利用率 | 绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用) |
在空气中或在 其他气体中进 行的反应或操作 | 要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气,防氧化、水解、潮解等目的 |
判断沉淀 是否洗涤干净 | 取最后一次洗涤滤液少量,检验其中是否还有某种离子存在等 |
控制溶液的pH | ①调节溶液的酸碱性,抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀) ②“酸作用”还可除去氧化物(膜) ③“碱作用”还可除去油污,除去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅等 ④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件) |
控制温度 (常用水浴、 冰浴或油浴) | ①防止副反应的发生 ②使化学平衡移动;控制化学反应的方向 ③控制固体的溶解与结晶 ④控制反应速率;使催化剂达到最大活性 ⑤升温:促进溶液中的气体逸出;使某物质达到沸点挥发 ⑥加热煮沸:赶尽溶解的O2; 促进水解,聚沉后利于过滤分离 ⑦趁热过滤:减少因降温而析出的溶质的量 ⑧降温:防止物质高温分解或挥发;降温(或减压)可以减少能源成本,降低对设备的要求 |
洗涤晶体 | ①水洗:通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质 ②“冰水洗涤”:能洗去晶体表面的杂质离子,且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗 ③用特定有机试剂清洗晶体:洗去晶体表面的杂质,降低晶体的溶解度、有利于析出,减少损耗等 ④洗涤沉淀方法:往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复以上操作2~3次⑤判断沉淀是否洗涤干净的方法——检验有无相关的离子 |
表面处理 | 用水洗除去表面可溶性杂质,金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等 |
四、条件控制(温度、压强、浓度、调pH值)的专用术语及其对应功能
(一)温度、浓度、压强的控制
术语 | 功能 | |
温度的控制 | 升温 | ①加快反应速率或溶解速率;②促进平衡向吸热方向移动;③除杂,除去热不稳定的杂质,如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、I2、NH4Cl等物质。④使沸点相对较低的原料气化 |
降温 | ①防止某物质在高温时会溶解(或分解) ;②使化学平衡向着题目要求的方向移动(放热方向);③使某个沸点较高的产物液化,使其与其他物质分离;④降低晶体的溶解度,减少损失. | |
控温(用水浴或油浴控温) | ①防止某种物质温度过高时会分解或挥发;②为了使某物质达到沸点挥发出来; ③使催化剂的活性达到最好;④防止副反应的发生; ⑤降温或减压可以减少能源成本,降低对设备的要求,达到绿色化学的要求。 ⑥如果题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息,则要根据它们的溶解度随温度升高而改变的情况,寻找合适的结晶分离方法( 蒸发结晶或浓缩结晶) 。 |
增大反应物浓度、加压 | ①可加快反应速率。对气体分子数减少的反应,加压使平衡向生成物方向移动。但压强太大,动力消耗更多,设备要求更高,成本增加,故必须综合考虑。 ②加压一般是提高气体反应物浓度措施,在气体和固体、液体反应的体系中并不适宜。 ③生产中常使廉价易得的原料适当过量,以提高另一原料的利用率。 |
减压蒸馏 | 减小压强,降低液体的沸点,防止(如浓HNO3、NH3·H2O、H2O2、NH4HCO3等)物质分解; |
(二)pH的控制
术语 | 功能 |
控制溶液的pH 包括两个方向:①调高pH ②调低pH | ⑴目的:调节pH值实质上是利用沉淀溶解平衡把某些离子转化成沉淀。 (2)原则:不管是调高还是调低,原则都是加过量的除杂剂而不引进新的杂质,这里分两种情况①如果要得到滤液,可加固体沉淀剂消耗H+或OH—,如除去含Cu2+溶液中混有的Fe3+,可通过加入CuO、Cu(OH)2、Cu(OH)2CO3等;②要得到滤渣,则需加入碱性溶液,如氨水或氢氧化钠溶液。调低pH值的原则与调高pH的原则相同。 ⑶题目呈现方式:题中通常会以表格数据形式,或“已知信息”给出需求的“适宜pH范围”的信息; ⑷解题步骤:①判断溶液呈酸(或碱)性; ②判断调高还是调低; ③选择合适的调节剂。 |
(三)体系环境氛围及其它条件的控制
术语 | 功能 |
酸性、 碱性 或 某种 环境 氛围 | ①蒸发或结晶时,加入相应的酸或碱,以抑制某些盐的水解。 ②需要在酸性气流中干燥FeCl3、AlCl3、MgCl2等含水晶体,以防止水解。如从海水中提取镁,从MgCl2的溶液里结晶析出的是氯化镁结晶水合物,电解熔化氯化镁才能制得金属镁,要去除氯化镁晶体中的结晶水"需要在氯化氢气流中加热,否则煅烧所得的最后固体不是MgCl2,而是熔点更高的MgO, 具有相似情况的还有FeCl3 、AlCl3等。 ③营造还原性氛围:加热煮沸酸液后再冷却,其目的是排除酸溶液中的氧气,如用废铁制备绿矾晶体,需要把硫酸加热煮沸后再加入,同时还不能加入过量,防止Fe2+被氧化。 ④营造氧化性氛围:加入氧化剂进行氧化,如加入绿色氧化剂H2O2将Fe2+氧化转化为Fe3+。 |
五、物质的分离和提纯的方法及目的
1.结晶(重结晶):固体物质从溶液中析出的过程。
(1)当溶液是单一溶质时:
①当溶质的溶解度随温度变化不大(如NaCl):蒸发结晶。
②溶质的溶解度随温度降低而变化较大(如KNO3):冷却结晶(高温下先配成饱和溶液)。
③从稀溶液得到带结晶水的晶体(如CuSO4·5H2O)或受热易分解的晶体(如NH4Cl):蒸发浓缩(至有晶膜出现),冷却结晶(过滤)。
(2)当溶液中有两种或以上溶质时:
①要使受温度影响最大、溶解度最大的溶质最先结晶析出(如除去KNO3中的少量NaCl):蒸发浓缩、冷却结晶(过滤、洗涤、干燥)。
②要使受温度影响最小、溶解度最小的溶质最先结晶析出(如除去NaCl中的少量KNO3):蒸发浓缩、趁热过滤(洗涤、干燥)。
2.过滤:固、液分离(主要仪器:漏斗、烧杯、玻璃棒)。
3.趁热过滤:防止产品(或杂质)降温时析出导致产率降低(或产品不纯)。
4.洗涤:通常有水洗、冰水洗涤、醇洗。
水洗目的:洗去晶体表面的杂质离子(适用于溶解度小的溶质)。
冰水洗涤目的: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(适用于高温溶解度大、低温溶解度小的溶质)。
醇洗目的:(常用于溶解度较大的溶质)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并使尽快干燥。
5.蒸馏:液、液分离(主要仪器:蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管)。
6.蒸发:利用加热的方法,使溶液中溶剂不断挥发而析出溶质(晶体)的过程(实验仪器:蒸发皿、铁架台、玻璃棒、坩埚钳、酒精灯)。
【注】蒸发反应时的气体氛围:例如MgCl2•6H2O→MgCl2,应在HCl气体氛围下蒸发溶剂,以防其水解。
7.萃取:用一种溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来。
8.分液:互不相溶的液体间的分离(主要仪器:分液漏斗)。
9.升华:将可直接气化的固体分离出来。
10.盐析:加无机盐使溶质的溶解度降低而析出。
11.灼烧:高温条件下固体物质的燃烧(主要仪器:坩埚)。
12.煮沸:目的通常是是除去溶解在水中的气体(通常为O2);或是为了促进水解,聚沉后便于过滤分离。
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