高中化学工艺流程知识全面解析

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.从铝土矿中提炼铝

我们经历了两个关键流程。首先,在流程Ⅰ中,我们涉及到了多个化学反应,包括氧化铝与盐酸的反应、铁红与盐酸的反应,以及氢氧化钠与氯化铝、氯化铁的反应。这些反应都得到了相应的化学方程式支持。在流程的后期,我们探讨了几个关键问题,如过滤步骤、氨水替代氢氧化钠的可行性,以及二氧化碳量对产物的影响。

接下来,我们转向流程Ⅱ,这一流程同样涉及到了多个化学反应。首先,氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水,同时二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水。最后,硅酸钠与盐酸反应生成硅酸沉淀和氯化钠。这些反应不仅展示了化学反应的复杂性,也为我们提供了深入理解化学工艺流程的机会。①将盐酸替换为“CO2”并不合适,因为过量的CO2会与NaAlO2和Na2SiO3反应,生成Al(OH)3和H2SiO3沉淀,这无法实现SiO和AlO的有效分离。

②将氨水替换为“NaOH溶液”同样不合适,因为Al(OH)3能溶于NaOH,这样无法得到纯净的Al(OH)3。

③冶炼金属铝时,不能使用氯化铝代替氧化铝,因为AlCl3属于共价化合物,其熔点较高,冶炼过程中难以分解。

接下来,我们探讨硅的制备。在制备过程中,石英砂与焦炭在高温下反应,生成粗硅。这个反应需要隔绝空气,因为焦炭在高温下会与空气中的氧气发生反应。焦炭在反应中起到提供能量和作为还原剂的作用。制备完成后,得到的SiCl4中混有少量的SiHCl3,可以通过蒸馏的方法进行提纯。此外,由SiO2与C高温下反应得到的粗硅中可能含有SiO2、C、SiC等杂质。

最后,我们来看氯碱工业。在氯碱工业中,涉及到的反应包括电解NaCl和水生成NaOH、H2和Cl2。这些反应是氯碱工业的基础,对于理解和掌握氯碱工业的工艺流程具有重要意义。

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+NaOH=NaCl+NaClO+H2O

③Cl2+Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O

④H2+Cl2点燃,2HCl

接下来,我们进一步探讨氯碱工业中的其他反应。在氯碱工业中,还涉及到电解NaCl和水生成NaOH、H2和Cl2的反应。这些反应构成了氯碱工业的核心,对于理解整个工艺流程至关重要。

2.吸收塔中发生的是SO3与水的反应

为何选用98%的浓硫酸而非水来吸收SO3气体?提示:水吸收SO3时易形成硫酸酸雾,影响吸收效率。

5.工业制硝酸

()涉及反应①NH3与O2在催化剂作用下反应生成NO和水。②NO与O2进一步反应生成NO2。③NO2与水反应生成HNO3和NO。(2)问题探讨①步骤③中,为何在NO2被水吸收的过程中需要补充空气?提示:补充空气的目的是确保NO2与O2充分反应,生成HNO3。化学反应方程式为4NO2+O2+2H2O→4HNO3。②工业制硝酸过程中,能否直接将尾气排入大气?尾气中主要包含哪些有害气体?提示:不能直接排放;尾气中主要含有NO和NO2。③已知两个反应方程式:①NO+NO2+2NaOH→2NaNO2+H2O;②2NO2+2NaOH→NaNO2+NaNO3+H2O。硝酸工厂的尾气主要成分为NOx(即NO与NO2的混合物)。为了确保NOx能被NaOH溶液完全吸收,应如何操作?x的取值范围是多少?提示:为确保NOx完全被吸收,应控制x的取值在0到之间,并不断搅拌以确保充分反应。

6.工业上制纯碱

()涉及反应NH3+H2O+CO2+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl2NaHCO3△Na2CO3+H2O+CO2↑(2)问题探讨①为何在工业制纯碱时,先通入NH3后通入CO2?答:因为NH3在水中的溶解度大,形成的NH3·H2O呈碱性,能更有效地吸收CO2,从而生成更多的NaHCO3。若先通入CO2,则得到的HCO浓度较低,不利于NaHCO3的生成。

②制备的纯碱中可能混有哪些杂质?答:依据制备反应,可能混有的杂质为NaCl和NH4Cl。

③经过“碳酸化”后过滤,得到的物质是什么?答:过滤后得到的物质是NaHCO3。

④过滤后得到的母液是NH4Cl,通过加入熟石灰,我们能够回收哪种物质?答:加入熟石灰后,可以回收得到NH3。

⑤如何设计实验来证明纯碱产品中是否混有NaCl?答:可以取少量样品于一试管中,加水配成溶液,然后加入足量硝酸酸化的AgNO3溶液。若出现白色沉淀,则说明纯碱样品中混有NaCl。

7.从工业废水中回收硫酸亚铁和铜的工艺流程

工业废水中含有大量的FeSO4,较多的Cu2+和少量的Na+。为了减少污染并实现资源回收,我们设计了以下工艺流程来回收硫酸亚铁和金属铜。()涉及反应①CuSO4+Fe=FeSO4+Cu②Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑(2)问题探讨①在步骤②中,为何要加入过量的稀H2SO4?答:目的是为了进一步除去铜中可能残留的铁。

②在步骤①中,如何将Fe、Cu与FeSO4溶液进行有效分离?答:可以通过过滤的方法来实现这一分离。③在步骤③中,如何从FeSO4溶液中获得硫酸亚铁晶体?提示:通过加热浓缩FeSO4溶液,然后冷却结晶,再经过滤,即可得到FeSO4·7H2O晶体。

8.从海水中提取镁

()涉及反应①MgSO4与Ca(OH)2反应生成Mg(OH)2沉淀和CaSO4。②Mg(OH)2与HCl反应生成MgCl2和水。③MgCl2·6H2O在HCl气流中加热,失去水分,得到无水MgCl2。④电解熔融的MgCl2,得到镁和氯气。

(2)问题探讨①在步骤③中,为何要在HCl气流中加热MgCl2·6H2O?提示:这是为了防止MgCl2水解,确保得到纯净的无水MgCl2。

②从海水中提取镁的整个工艺流程中,涉及了哪些主要的反应类型?提示:该流程主要涉及了分解反应、复分解反应以及氧化还原反应。

③在步骤④中,能否用电解法直接冶炼MgO来替代电解MgCl2?提示:不能,因为MgO的熔点极高,直接电解会浪费大量能源。

9.从海水中提取溴

()涉及反应①Br-离子与Cl2反应,生成Br2和Cl-。③Br2与SO2和水反应,生成H2SO4和HBr。

(2)问题探讨①为何从海水中提取溴的工艺流程中需要设计两步(步骤①和④)来氧化Br-并生成Br2?提示:这是为了将海水中的溴富集起来,提高提取效率。

②在步骤⑤的蒸馏过程中,应如何控制温度?为什么?提示:温度应控制在80~90℃,过高会导致大量水蒸气随溴排出,降低回收率;而过低则可能使溴不能完全蒸出。

③在步骤②中,用热空气吹出的溴是否可以用饱和Na2CO3溶液来吸收?请写出相关的化学方程式。提示:可以。反应过程为Br2与H2O反应生成HBr和HBrO,然后与Na2CO3反应生成NaBr、H2O和CO2。

0.海带中碘的提取

()涉及反应:2I-+Cl2=I2+2Cl-(2)问题探讨①在步骤①中,灼烧海带时,除了需要三脚架外,还必须使用到坩埚、泥三角和酒精灯等实验仪器。②步骤⑤的目的是从含碘的苯溶液中分离出单质碘并回收苯。这一步骤涉及的实验操作是蒸馏。③选择苯来提取碘的理由在于,苯与水互不相溶,且碘在苯中的溶解度明显大于在水中的。这样的特性使得苯与水溶液能够容易地分层,从而有助于碘的提取。④为了检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘,可以取少量溶液于试管中,加入几滴淀粉溶液。若溶液变蓝,则说明还有单质碘存在;若溶液不变蓝,则说明不含碘。



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