2024届高三化学工业流程图专题讲座课件

这是一份2024届高三化学工业流程图专题讲座课件，共49页。PPT课件主要包含了整体意识，两种意识，局部意识，定位意识，原料的预处理措施，反馈练习，萃取分液，产率纯度的计算，产率问题等内容，欢迎下载使用。
01 工业流程图的学科价值及模型
1.工业流程问题复习价值 课标分析
以真实的化工生产过程为研究对象，借助相关资料对化工生产的原理、流程进行复原和模拟。供参考的实验活动如下：纯碱的制备，氨氧化法制硝酸，铁、铜等金属冶炼的模拟，电解熔融盐制备金属，肥皂的制备，粮食酿酒，化妆品的制备，聚合物（如尼龙-66、酚醛树脂、胶水）的制备。 化学与工农业生产：通过“氨的合成” 精细化工产品的获得”等主题学习活动，了解精细化工产品的生产及其生产过程中的工艺特点，体验如何根据物质的性质开发应用前景广阔的产品，认识化工生产过程对人类环境的可持续发展可能产生的影响。
规律: 主线主产品、分支副产品、回头为循环。
核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、 生产条件的控制
2.工艺流程题思维建模
3.构建工艺流程题的思维模型
(1)审题头(①抓化工生产的目的；②抓原料、杂质、产品的成分。）
(2)析流程（ 抓三条思维主线）
(3)重设问(带着设问针对性地看流程图）
（结合信息：题干信息、补充信息、设问信息）
①快速浏览全题，明确流程的目的（特别是流程中的始末物质）②关注核心元素的化合价 ③关注题目的设问情况
例（2021北京西城期末）某钴矿石的主要成分有CO、C2O3、MnO、Fe2O3、MgO和SiO2等。由该矿石粉制备CC2O4固体的方法如下(部分催化剂已略)。
CO、C2O3、MnO、Fe2O3、MgO、SiO2
（1）问题一般各自相对独立，无连带效应，一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决，前几问相对简单。 （2）每题中基本上都有与流程无关的问题，可直接作答；对于超纲知识，题目中要么有信息提示， 要么与解答题目无关。
（北京高考18题）白云石的主要化学成分为 CaMg(CO3)2，还含有质量分数约为 2.1 %的 Fe2O3和 1.0 %的 SiO2。利用白云石制备高纯度的碳酸钙和氧化镁，流程示意图如下
CaO比MgO易溶解；CaCO3溶解度比MgCO3小，易于沉淀析出。
(1)白云石矿样煅烧完全分解的化学方程式为 。
碱式碳酸铜：Cu2(OH)2CO3可以写成：Cu(OH)2•CuCO3白云石：CaMg(CO3)2可以写成：CaCO3•MgCO3
（2）NH4Cl 用量对碳酸钙产品的影响如下表所示。
①解释“浸钙”过程中主要浸出 CaO 的原因是 。
CaO、MgOFe2O3、SiO2
CaO+H2O=Ca(OH)2MgO+H2O=Mg(OH)2
Ksp[Ca(OH)2]≫Ksp[Mg(OH)2]，在一定量NH4Cl溶液中，CaO先浸出。
Ca(OH)2 的Ksp和CaO与水反应的平衡常数一致，也就是说Ca(OH)2 的Ksp相对大（溶解度大），就相当于CaO比MgO与水反应更加容易。
K=Ksp[Ca(OH)2]=C(Ca2+)C(OH—)2
②沉钙反应的离子方程式为 .
Ca2+ + 2NH3 + CO2 + H2O= CaCO3↓ + 2NH4+
浸出时发生的反应为：CaO+2NH4Cl=2NH3↑+CaCl2+H2O
③ “浸钙”过程不适宜选用 n(NH4Cl)∶n(CaO)的比例为 。 ④ 产品中 CaCO3 纯度的实测值高于计算值的原因是 。
主：Ca2+ + 2NH3 + CO2 + H2O= CaCO3↓ + 2NH4+
滤液A的主要成分：Ca2+ Mg2+ Cl— NH3 NH3· H2O
副：Mg2+ + 2NH3 + CO2 + H2O= MgCO3↓ + 2NH4+
Ksp[CaCO3]≪Ksp[MgCO3]，优先析出CaCO 3，沉钙过程中耗 NH3 且少量 NH3 挥发，减少 MgCO3析出
实验目的：制备高纯度的碳酸钙和氧化镁
（3）“浸镁”过程中，取固体 B 与一定浓度的(NH4)2SO4 溶液混合，充分反应后 MgO 的浸出率低于60 %。加热蒸馏，MgO的浸出率随馏出液体积增大而增大，最终可达98.9 %。从化学平衡的角度解释浸出率增大的原因是 。
固体B的成分：MgO、CaO、Fe2O3、SiO2
（4）滤渣 C 中含有的物质是 。
Fe2O3、SiO2、CaSO4、Mg(OH)2、MgO
主反应：MgO+(NH4)2SO4=MgSO4+2NH3↑+H2O副反应：CaO+(NH4)2SO4=CaSO4+2NH3↑+H2O
（5）该流程中可循环利用的物质是 。
CaO+2NH4Cl=2NH3↑+CaCl2+H2O
CaCl2 + 2NH3 + CO2 + H2O= CaCO3↓ + 2NH4Cl
MgO + H2O + (NH4)2SO4 = MgSO4+ 2NH3 ↑+ 2H2O
MgSO4+ (NH4)2CO3=MgCO3↓+(NH4)2SO4
NH4Cl、(NH4)2SO4、CO2、NH3
增大固体与空气的接触面积，加快反应速率；使煤粉完全燃烧，提高了转化率。
真实情境的考查和突出化学的价值，突出立德树人的根本任务
4．钴酸锂(LiCO2)电池是一种应用广泛的新型电源，电池中含有少量的铝、铁、碳等单质。实验室尝试对废旧钴酸锂电池回收再利用。实验过程如下：
已知：①还原性：Cl－>C2＋；②Fe3＋和C2O42—结合生成较稳定的[Fe(C2O4)3]3－，在强酸性条件下分解重新生成Fe3＋。回答下列问题：(1)废旧电池初步处理为粉末状的目的是___________________________________________。
1.增大接触面积，加快反应速率2.提高浸出率
2.工业流程中方程式的书写
箭头指入———反应物箭头指出———生成物
（1）氧化还原反应： 判断氧化剂还原剂，搭好架子；依据守恒（如果是氧化还原的离子方程式就是3守恒的思想）
（2）非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物形式
放电可使 Li+从负极中脱出，尽可能多的在正极处富集。
2LiCO2 + 3H2SO4 + H2O2 = Li2SO4 + 2CSO4 + O2↑+ 4H2O
例：利用软锰矿(主要成分为MnO2，含铁的化合物等杂质)和闪锌矿(主要成分为ZnS)制得硫酸锰的流程如下：
(1)MnO2、ZnS与硫酸反应转变为两种硫酸盐的化学方程式：__________。(2)在强酸性条件下加入MnO2氧化Fe2＋的离子方程式：_______________。
4MnO2＋ZnS＋4H2SO4==4MnSO4＋ZnSO4＋4H2O
MnO2＋2Fe2＋＋4H＋==Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
例：FePO4是一种难溶于水，易溶于硫酸的固体，可用作金属防腐剂。实验室利用FeSO4·7H2O和H3PO4(第一级电离常数Ka1＝7.5×10－3)制备FePO4的流程如下：
写出“反应”时总反应的离子方程式：_______________________
2Fe2＋＋ClO－＋2H3PO4＋4OH－==2FePO4↓＋Cl－＋5H2O
例：某实验小组采用刻蚀废液(主要含CuCl2、FeCl3、FeCl2、HCl)制取Cu和Cu2Cl2，实验流程如下：
已知：Cu2Cl2是白色固体，微溶于水，难溶于乙醇，受潮后在空气中易被迅速氧化。
“还原Ⅱ”中，Cu2＋参与反应的离子方程式：______________
2Cu2＋＋SO32—＋2Cl－＋H2O==Cu2Cl2↓＋SO42—＋2H＋
3，工业流程中关于pH的调节模型
将混合液，先加入氯水，充分反应，再加入氧化铜，将溶液pH调节到3.7到5.0之间，过滤。
4、条件控制之——调温度
回归教材：合成氨为什么要将温度控制在400-500℃？
温度过低，反应速率减慢； 温度过高，NH3的产率降低； 此温度范围有利于提高催化剂的活性。
催化剂和温度对反应速率的影响
结论：催化剂对反应速率的影响远远大于温度对反应速率的影响（催化剂高效性），工业上提高生产效率首先“催化剂”
鲁科版选择性必修1 p70
鲁科版选择性必修1 p73
1．NH4HCO3的分解温度是 35 ℃。以氯化钾和制取二氧化钛的副产品硫酸亚铁为原料生产铁红颜料和过二硫酸铵等，原料的综合利用率较高。其主要流程如下：
反应Ⅰ需控制反应温度低于35 ℃ ， 其目的是_________。
辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如下所示：
(1)“矿渣”中除了S以外，还有___________(填化学式)；“回收S”过程中温度控制在50~60℃之间，不宜过高或过低的原因是_______________________________________________________。
温度过高苯容易挥发造成污染，温度过低矿渣的溶解速率慢，溶解度小。
5、工艺流程——分离与提纯的考察
操作表述：将粗苯甲酸溶解在95℃的热水中制的饱和溶液，趁热过滤、冷却结晶再过滤。
例：苯甲酸的重结晶（原型——高考题）
实验目的：除去苯甲酸中不溶性杂质。
已知苯甲酸在水中溶解度：25℃，0.17g；50℃，0.95g；95℃，6.8g
将PbO粗品溶解在一定量的110 ℃的35 % NaOH溶液，充分溶解后，趁热过滤，冷却、结晶后再过滤
（2016年北京高考）以废旧铅酸电池中的含铅废料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：
（3）PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO(s)+NaOH(aq) NaHPbO2(aq)，其溶解度曲线如图所示。
②过程Ⅲ的目的是提纯。结合上述溶解度曲线，简述过程Ⅲ的操作___________。
（4）结合MgSO4与MnSO4溶解度曲线，简述“结晶分离”的具体实验操作 。
将净化液在100℃时蒸发结晶、趁热过滤
例13（12分）（北京顺义1月）用软锰矿（主要成分MnO2，含有SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgCO3等杂质）制备MnSO4·H2O的流程如下：
例、已知NaCl和KNO３在水中的溶解度曲线如图所示：
将固体溶解于热水，加热浓缩，冷却结晶，过滤。重复操作。
（1）如果在KNO３固体中含有少量的NaCl杂质，如何提纯硝酸钾？请简述实验操作。
（2）如果在NaCl固体中含有少量的KNO３杂质，如何提纯氯化钠？请简述实验操作。
将固体溶解于水，蒸发结晶，趁热过滤。重复操作。
★建议补充讲解：冷却结晶与蒸发结晶
7、工业流程的KSP问题
分析： 净化后溶液中Cu2+为1.0×10—12 ml·L－1
从平衡常数的角度分析，凸显学生的理性思维。
为工业合成气选择合适的温度
9、工艺流程——中分析解释类问题
例（2021年海淀二模）合理利用废旧铅蓄电池可缓解铅资源短缺，同时减少污染。Ⅰ．一种从废旧铅蓄电池的铅膏中回收铅的生产流程如下图(部分产物已略去)。
(2)过程ⅱ需要加入（NH4）2CO3溶液，从化学平衡的角度解释其作用原理____。
学生最主要问题：（1）写总反应：（2）漏写X的浓度减小
★平衡移动，尤其是沉淀溶解/转化类问题的答题逻辑和规范；
要点：答出实质——沉淀溶解平衡的移动 （要标注聚集状态）不建议写总反应方程式
例16（海淀一模）MnSO4是一种重要的化工产品。以菱锰矿(主要成分为MnCO3，还含有、FeO、CO等)为原料制备MnSO4的工艺流程如下图。
分析解释类问题解答模型
(6)废渣长期露置于空气；其中的锰元素逐渐转化为MnO2。研究者用如图装置提取MnO2中的锰元素。图中“H·”代表氢自由基。实验测得电解时间相同时，随外加电流的增大，溶液中的C(Mn2+)先增大后减小，减小的原因可能是___________(写出两条)。
2H·+MnO2 +2H+= Mn2+2H2O
Mn2+在阴极被还原为MnMn2+被阳极产生的O2氧化为MnO2Mn2+被过量的H·进一步还原为Mn
Mn2+发生其他副反应
(2022·江西模拟)实验室以一种工业废渣(主要成分为MgCO3、MgO和SiO2)为原料制备MgCO3·3H2O，其实验流程如图：
(1)“酸浸”时所加硫酸溶液不宜过量的原因是____。
避免后续“反应”步骤消耗更多的碳酸钠
10.综合考虑问题提高经济效益
必修第一册，教材的编写，融合了核心素养，润物细无声的把立德树人根本任务进行了落实，我们要培养什么样的人，就是综合考虑各种问题，最大的提高综合经济、社会效益。
目标产物产率=选择性×CO转化率%