前言:想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎?我們特意為您整理了5篇化工工藝流程范文,相信會為您的寫作帶來幫助,發現更多的寫作思路和靈感。
關鍵詞:氯堿工業;工藝流程
氯堿工業是最基本的化學工業之一,是中國現代化之母,其產品不僅應用于化學工業,同時還廣泛應用于石油化學工業、紡織工業和公共事業等多個領域中。在實際的電解法制鉀堿的生產中,對選擇科學合理的工藝流程可以有效提高生產效益?,F在筆者就對電解法制鉀堿的關鍵工序的工藝流程進行詳細分析,希望能夠為設計人員提供參考依據。
1鹽水一次精制的工藝流程
1.1鹽水一次精制的傳統工藝
傳統工藝流程在國內外氯堿工業的使用歷史悠久,且至今還在沿用這種傳統的工藝。其一次鹽水工序生產過程相對穩定,設備運行穩定,對設備檢查維修的投入較少,且普通操作人員進行培訓之后即可熟練操作。但是生產所需要的設備和裝置大,占地面積相應的也會比較大;一次鹽水工藝自動化程度低,一旦系統出現異常,那么技術人員需要花費較長的時間才能夠找出故障點,會阻礙生產的進度;而砂濾器會產生二氧化硅造成二次污染;另外,一次鹽水的固形物含量偏高,后序處理難度大。
1.2膜法過濾工藝
1.2.1戈爾膜鹽水精制工藝特點。①脈沖式過濾。達到過濾時間之后,過濾器自動進入反沖狀態,通過反向靜壓差使得濾餅脫落、沉降,經過一定的時間之后再開始下一個過濾周期;②高流量一次凈化。其具有超強的過濾能力,是普通過濾器的5到10倍,并且無需再配置固液分離設備;③低壓反沖不僅能夠確保設備的正常運行,同時最大限度避免對其造成損害;④因為膜非常薄,可以將其看作表面過濾,即使濾程有輕微的堵塞用酸即可溶解,因此造成機械損傷的可能性微乎其微。1.2.2凱膜鹽水精制工藝特點。①工藝簡單,流程短。鹽水中的懸浮物低于1mg/L,可以滿足離子膜電解生產裝置中電解槽的使用,同時無需再進行別的操作,可以直接進入離子交換樹脂塔進行二次鹽水精制;②固液分離一次完成,無需再配備過濾裝置,且過濾能力高,過濾精度穩定,無需再進行改造,節約了大量的人力、財力的投入;③裝置和設備小,并且對一些環節進行了精簡,不需要清理澄清桶,大幅度減少了操作人員的工作量;④對原鹽質量的要求降低了,進而降低原材料的采購成本,保證了鹽水的質量,膜管的使用期限得到了延長,同時這個設備因為經過相應的防腐處理,對液體酸堿度的要求更寬松。
2氯化鉀溶液電解的工藝流程
2.1鹽水二次精制工藝
自一次鹽水工序的精鹽水進入過濾鹽水槽,用蒸汽加熱至65℃后,進入離子交換樹脂塔除鈣、鎂離子至小于20ppb;失去交換能力的螯合樹脂要用酸、堿及純水每72小時自動再生一次。
2.2電解工藝
經樹脂塔處理后的鹽水送入鹽水高位槽,自流進入各電解槽。在電解槽陽極室生成的淡鹽水流進陽極液槽,然后經陽極液泵送到脫氯單元。在電解槽陽極室生成的氯氣送氯處理工序。電槽陰極室產生的堿液一部分送各用堿工藝點;一部分堿液經陰極液冷卻器調整溫度后,通過加入純水來控制堿液濃度循環回到電解槽;其余則送往蒸發工序。在電解槽陰極室生成的氫氣送往氫氣處理工序。
2.3淡鹽水脫氯工藝
陽極液槽的淡鹽水經陽極液泵送至脫氯塔,在真空下將溶解在鹽水中的游離氯脫出,脫氯后的淡鹽水仍含游離氯約20~30mg/l,加入32%堿液調節pH后,與K2SO3溶液反應進一步除去游離氯,脫氯完全后的淡鹽水由脫氯鹽水泵送至一次鹽水工序。由脫氯塔脫出的氯氣經脫氯冷凝器冷卻、分離水分后由脫氯真空泵送至氯氣總管。脫氯冷凝器冷凝下來的氯水自流回陽極液槽。
3鉀堿蒸發的工藝流程
3.1順流流程
順流流程指的是進入蒸發器的電解液與加熱蒸汽的方向相同,假如一套多效蒸發設備,電解液流向的特點是電解液的濃度會越來越高,蒸汽壓力會越來越低。根據串聯蒸發器數量的不同,順流流程又可以分為順流雙效、順流三效部分強制循環等多種形式。
3.2逆流流程
逆流流程主要通過降膜濃縮器來實現,降膜濃縮器采用熔鹽作為載熱體,在系統中循環使用。由助燃空氣鼓風機送來的助燃空氣經助燃空氣預熱器預熱后,與作為燃料的天然氣一并送入天然氣燃燒系統燃燒,并在熔鹽加熱器中,通過輻射和對流將熔鹽加熱到大約420℃送至降膜濃縮器濃縮堿液,而冷卻后的熔鹽自流入熔鹽槽,再經熔鹽泵送回熔鹽加熱器循環使用。
3.3流程討論
【關鍵詞】化工工藝;萃取劑;選擇
中圖分類號:TL283文獻標識碼: A
一、前言
萃取劑被廣泛的應用在化工工藝流程中。人們對化工工藝流程的質量要求也越來越嚴格。化工工藝流程決定著整個化工產品的質量,我國在對其萃取劑的選擇上仍然存在一些問題和不足,因此,我們必須加強對化工工藝流程中萃取劑選擇的探討。
二、化工工藝流程簡介
化工工藝流程實際指化工生產中將化工原材料轉換成產品所需要經過的步驟。一般性化工工藝流程包括三個步驟,分別為原料處理、化學反應以及產物精制。
首先是原料處理。處理前期要確保原材料的規格、狀態等都符合化學反應要求,只有符合化學反應要求的原材料才能投入化工生產;然后,采取措施對原料進行處理,這里要強調的是,不同原料所采取的處理方法大不相同,必須保證原料處理的針對性。其次是化學反應。化工工藝流程中,化學反應是最關鍵的工序。經過處理的原料必須在適當的溫度、環境下發生化學反應后才能生成其他物質,得到化工產品。因此在化工生產中一定要控制好化學反應這項操作。由于化學反應也是具有一定轉化率的,所以在化學反應之前一定要控制好原料的投入和產出比,結合不同原料、不同產品的特性,有針對性的選擇化學反應方式?;どa中常用的化學反應有氧化、還原等等。最后是產物精制。產物精制內容為:對化學反應后得到的產物進行雜質分離,最后得到化工生產的目標產品。產物精制是化工工藝流程中的最后一個步驟,萃取就是產物精制的一種方法,同樣對化工工藝質量有著重大影響。
需要強調的是,在化工生產中,每一個生產環節都具備與之對應的操作方法和操作要求,且化工原料、生產方法的選擇必須按照一定規律進行,這是化工生產的特殊性。化工工藝流程中的每一個環節、每一項內容都必不可少,只有保證了化工生產設備、原料、方法的合理性,才能保證化工工藝的順利進行。
三、萃取劑的選擇原則
1、萃取劑應該有良好的選擇性;萃取劑應該有良好的物理性質(如與水的密度差大等);萃取劑應該有穩定的化學性;萃取劑應該具有較好的萃取速度;萃取劑應該價格便宜;萃取劑沒有毒性或者毒性很小。對萃取劑的選擇應該綜合考慮各種因素,權衡利弊然后做出最佳選擇。
2、萃取劑的選擇需要注意的問題
最近幾年以來,由于生命科學、精細化工和材料科學等新興科學的快速發展,現代分離技術手段得到了極為廣泛的應用,使的分離科 學的理論逐漸完善 ,分 離技術也 不斷提 高 ,逐 步發展 成為一門相對獨立的學科。萃取作為一種經典的分離方法,無可厚非的在分離科學領域占有一席之地。它的本質是利用萃取劑將物質由親水性轉化成疏水性 ,最終達到分離的目的。萃取劑在萃取操作中起著舉足輕重的作用。溶劑萃取的關鍵是萃取劑的確定,萃取劑的選擇應該注意下幾點 :
(1)考慮萃取劑應有高的選擇性和高的萃取容量 ;
(2)萃取劑與料液的互溶性要低,與料液有一定的密度差,易于分相 ;
(3)熔點低 、沸點 宜太高,相對密度小 、粘度低、腐蝕性低,化學及熱穩定性好也是優良萃取劑的必要條件 ;
(4)萃取劑的揮發性要低,毒性要小,價廉易得 ,回收方便;
(5)有 良好 的選擇性和物理性質 ;
(6)要有 萃取速度 ,而且 價格便 宜 ;
(7)沒有毒性或者毒性很小。
四、正確選擇萃取劑的有效方法
1、正規溶液理論選擇萃取劑
正規溶液理論作為萃取劑選擇的一種常見手段,具有形式簡單、操作方便等優點,但其不足之處在于使用范圍有限。具體來說,正規溶液理論可以根據純物質的性質直接判斷混合物的性質,在中低極性混合溶液中應用較多,可作為非極性分子(分子力為色散例)判斷的重要手段。但不適用于極性分子,主要是因為極性分子間力相對較復雜,可見該理論對萃取劑的選擇有一定的局限。為此很多學者建議在極性溶劑中采取內聚能形式,利用無限稀釋活度系數計算極性分析相關數值,在某些極性分子檢測中獲得成功,適當擴展了該理論的適用范圍,但仍然有使用限制。
2、UNIFAC模型選擇方法
化工工藝流程萃取劑主要由有機物組成,雖然有機物類型多樣且混雜,但在某種程度上它們是由幾十種基團組成,于是很多研究者著手研究從幾十種基團中判斷混合物的性質,從而選擇萃取劑,這就是所謂的UNIFAC模型選擇法。
UNIFAC模型選擇法有兩種基本概念:基團溶液。基團溶液主要是在基團貢獻模型基礎上發展而來的。于局部組成。局部組成概念是在擬化學理論的基礎上發展而來的,最初使用該概念的是U原NIQUAC法。隨著時代的發展,UNIFAC模型開始被提出并不斷完善,如Gmehling的修正模型、Hooper的修正模型、Kikic的修正模型等。其中以第一種修整模型最為重要,具有參數齊全、適用范圍相對較大等優點。隨后Gmehling等人對該修正模型不斷改進和創新,最終得到簡化公式,根據該供述可以快速有效地獲得無限稀釋活度系數,在萃取劑選擇上有著較大的靈活性且精確度高,可作為化工工藝流程萃取劑選擇的重要手段。
3、NRTL模型法
NRTL模型是由Prausnitz提出的,他意識到液體混合物中局部組成且混合過程不是隨機的,因此他增添了非隨機參數,提出基于液相分層的NRTL模型法。隨后相關學者對該模型法進行了一系列深入研究和拓展,使得NRTL模型法除了在含水體系中應用外,還可以在其他體系中運用,且預測精度較高。
4、選擇反萃取能力強的萃取劑
利用萃取劑進行化工萃取工藝時,若萃取過程中環境受到影響,那么萃取物質也容易發生變化(從有機物質轉變為水),這就要求萃取劑具有較強的反萃取能力。為此需根據化工生產工藝及實際條件選擇合適的萃取劑,且保證該萃取劑具有化學性穩定、毒性小、物理性質良好、經濟實惠等功能。
5、化工工藝流程萃取劑選擇注意事項
第一,控制萃取劑的含量。對混合物進行萃取時,應嚴格控制萃取物的容量,即萃取期間,其單位容量能夠對強保留分離物進行保留,該方式才能充分體現單位萃取劑的萃取能力。除此之外,萃取劑還具有保存有效成分的特點,即萃取期間,可以分離原材料中的雜質和有效成分。
第二,低互溶性?;趯Σ牧系妮腿」δ?,應保證萃取劑的密度與材料的密度存在差異,即兩種物質相溶性較差。萃取劑具有油溶點低的特點,而水溶相對較好。取萃取劑對材料(水)進行萃取時,可以促使材料分層,有效避免乳化現象。因此,工業人員應基于材料的密度,選擇與其密度差較大的萃取劑進行工業萃取,能夠充分保證萃取質量。
第三,保證萃取劑化學性質穩定。萃取劑化學性質主要包括熔點、沸點、相對密度及腐蝕性等,保證上述這些化學性質符合要求,如熔點及沸點要低、相對密度要小、腐蝕性低等。舉例來說,煤化工污水中主要有害物質為酚,需通過合適的萃取劑把酚含量有效降低。目前煤化工萃取劑主要有重苯、二異丙基醚、粗苯等。其中重苯、粗苯等物質易揮發,易造成二次污染;二異丙基醚相對上述物質具有乳化性弱、揮發性弱等特點,因此煤化工污水處理可選取二異丙基醚。
五、萃取劑選擇的要點
1、考慮萃取劑應有高的萃取容量。萃取容量就是在最優條件下,單位萃取劑的量能夠保留一個強保留分離物的總量,反映的是單位濃度的萃取劑對被萃取物質的萃取能力。通常情況下,容量高的萃取劑能夠從混合物中充分除去其他雜質,保留目標物質。因此,在選擇萃取劑過程中應當充分考慮到這一點。
2、萃取劑與料液的互溶性要低,與料液有一定的密度差。在這里,料液主要是指水。萃取劑的水溶性要小、油溶性要大,即在水相中溶解度小,在稀釋劑中溶解度要大。這種條件下,萃取劑易與水相分層,不生成第三相、不發生乳化等現象。簡單地說,與水密度差極大的萃取劑,不容易與水相溶,分離效果更好。
3、保證萃取劑熔點低、沸點不宜太高、相對密度小、粘度低、腐蝕性低等具有這些化學性質的萃取劑通常具有良好的化學及熱穩定性,良好的化學及熱穩定性正是優秀萃取劑的必備條件。換言之,不具有這些優良化學性質的萃取劑應當發揮不了良好的分離效果。
六、結束語
通過對化工工藝流程中萃取劑的選擇問題的分析,進一步明確了萃取劑在化工工藝過程中的重要性。因此,我們要嚴加控制萃取劑的選擇,確保化工工藝流程的質量。
參考文獻
碳是影響鋼鐵性能的基礎元素。鋼鐵材料本質上(占總量90%以上)是鐵一碳合金。焦炭是高爐中熱量、支架及還原劑的主要來源,作用不可替代。預計到本世紀中葉我國鋼鐵制品在國民經濟的交通、建筑、機械等方面仍然不可替代。焦炭生產企業隨著鋼鐵企業的發展將進一步發展,其提高能源效率,工藝運行效率和節能減排任重道遠,責任重大。
流程工業及流程工業特征
流程工業流程工業是指物質流在能量流的推動和作用下,按照信息流設定的“程序”及“流程網絡”,通過物理變化和化學變化的方法,將原料轉化變為產品的連續性生產過程。流程工業在國民經濟中占有重要位置,占國民經濟總產值66%以上,主要行業能耗占全國工業總能耗的70%。鋼鐵、煤炭、造紙、化工、石油等行業均為流程工業,并被貫以“二高一資”行業,屬于節能減排重點。煉焦工業的物質流、碳素流均為能源介質,屬于典型的能源流程產業,也稱碳素流程產業。生產原料處理量大,過程連續,產品品種相對穩定,工藝流程基本不變,但工藝參數多變.其產品通常不是以新取勝,而是以質量、成本取勝。生產裝置安全穩定、長周期、滿負荷、優質高效運行是企業實現低成本的關鍵。流程高效運行表現在:物質流、能量流、信息流的穩定有序、連續緊湊、高效轉化、耦合匹配。目前流程工業均存在能耗高、成本高、污染重、勞動生產率低、資源利用率低等特點。由于人們對流程產業功能多樣性、目標多樣性、價值多樣性及工藝過程能質轉換價值認識不足,遠末開發。物質流基本處于有序,但能量流、信息流遠未有序是這一狀態的根本原因。流程工業物質流是增值過程,能量流是耗散過程。能量流的價值在于防止和減少能量的衰變和貶值,這是節能的意義所在,亦是社會能源危機的根源。流程工業的內循環度,表現在物質流的資源再利用及物質流增值能力和環境價值,表現在能量流的回收再利用能力和能量效率。流程工業能量流的高效運行有量的平衡,更有質的效率及能量、能質、能級、時間、空間和用戶的耦合匹配。提高流程工業的能源效率,就要對工藝過程進行系統優化、協同優化,追求系統能效;就要對工序間能源介質進行網絡優化、集成優化,追求集約能效。做到:能質級匹、等效替代、梯級利用、藕合匹配。流程工業的物質流是從無形到有形,能量流是從有型到無形。對他們的有序運行必須靠信息流的可視化,智能優化和智能控制來保障。流程工業過程均由“三傳”(傳質、傳熱、傳遞動力)“一反”(反應器、轉化器)物理、化學工程裝備組成.流程是否高效、有序,穩定,決定于這“三傳一反”裝置的高效優化和開發,決定這“三傳一反”裝置的信息受控和匹配運行,決定于這“三傳一反”裝置是否清潔和低碳。焦化工業更是如此.基于對流程產業的認識,焦化工業的技術創新、技術開發就有了明晰的目標:就是用高效裝備技術、高效工藝技術、高效管理技術開發低碳高效焦化流程。
一、工藝流程題的特點
工藝流程題,就是用框圖形式把化工生產過程中的重點生產流程顯現出來,并用所給信息及相關化學知識設計問題,組成與化工生產和社會生活緊密聯系的化工工藝題型,此類試題分為三個部分即已知、流程圖和問題;已知多數是給出工藝生產的原料和最終要生產的產品,流程圖部分是用框圖表示出原料到產物的工藝流程,最后根據生產過程中所給信息及用到的化學知識設計成問題。
此類試題的特點有:一是試題情境真實,工藝流程來自工業生產實際,讓學生理論聯系實際,用所學知識去解決實際問題。二是試題涉及的知識點多,信息量豐富,不但考查對基礎知識的掌握程度,而且提高了學生解決問題的能力。三是試題閱讀量大,信息較多,提高了學生閱讀能力和對信息的采集、歸納和應用能力。
二、化學工藝流程的類型
化學工藝流程按自然資源的開發與利用,可將工藝流程分為以空氣為資源的工藝流程題(如合成氨、制硝酸工業工藝流程題),以水為資源的工藝流程題(如海水制鹽,氯堿工業,純堿工業、海水提溴等),以礦石為資源的工藝流程題(工業制硫酸,冶煉鋼鐵,電解冶煉制鋁和鎂等),以化石燃料為資源的工藝流程題(如有機合成等),如果按生產過程中的主要程序可分為除雜工藝流程題(如提煉高純硅),原料轉化工藝流程題,電解工藝流程題(如電解精煉銅),有機合成工藝流程題(如合成有機玻璃)和資源能源綜合利用工藝流程題等。
三、化學工藝流程題的解題方法
工藝流程題的常見考點有:(1)常見離子的檢驗(Cl-、SO42-、CO32-、SO32-、Fe3+、Fe2+等);(2)提純除雜(過濾、分餾、萃取、酸化、沉淀、轉化、氧化等);(3)結晶過程:蒸發濃縮冷卻結晶過濾洗滌;(4)溶液PH的調節(除Fe3+等);(5)減少污染,綠色化學應用;(6)純度、轉化率、產量的定量計算等。要快速準確地解決這類題,除了需要掌握中學化學基本知識和基本技能外,最重要的問題是提高分析工藝流程題的能力,為了更好地解決此類問題歸納方法如下:
1.工藝流程題的分析過程
工藝流程題是考查學生運用已有知識和相關信息解決工業生產問題的能力,應按下面方法分析:(1)采集信息,得出生產目的;(2)分析圖框中的各個步驟①原料②反應步驟③最終產物;(3)不要忽略問題中的信息。
2.工藝流程題的解題方法
(1)確定生產目的、采集有用信息。信息包括已知信息、流程圖中滲透的信息、表格信息、問題中的有失信息。通過這些信息,確定生產目的。首先比較分析工藝流程中的第一種原料與最后一種產品,從比較分析中找出原料和產品之間的聯系,得出工藝流程中原料轉化為產品的基本原理和檢驗,除雜提純產品的工藝方法,結合有用的信息,把問題逐個解答;若有多組原料,要合成一種或幾種中間產品,再與部分其他原料生產所需的主要產品,這樣的工藝流程題應將工藝流程圖分成多條生產線,分散分析。
(2)分析框圖,了解各步作用。分析流程圖中的原料與產品,找出兩者的關系,結合問題思考:原料轉化為產品的過程中都發生了什么反應?每一步反應除目標產物外,還有哪些雜質、哪些副產物?如何鑒別目標產物?如何除去雜質?有些化學工藝生產為了充分利用原料,還要考慮“綠色化學”理念。除考慮將原料轉化為產品外,同時還要考慮將副產品循環利用。遇到這類題型主要線索是原料轉化為產品,同時也要考慮提高原料的利用優選法和再循環問題。
(3)審清題意,規范答題。落筆答題很關鍵,針對學生簡述能力較差、化學用語表述不準確,所以答題時要審清題意,文字表達要準確、嚴密、科學。如不能把名稱寫化學式、不能把離子方程式寫成化學方程式、方程式要配平、看清是寫出實驗操作名稱還是讓寫具體操作步驟。
四、例題分析
例題1:(2011山東理綜)實驗室以含有Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、Br-等離子的鹵水為主要原料制備無水CaCl2和Br2,流程如下:
(1)操作Ⅰ使用的試劑是 ,所用主要儀器的名稱是 。
(2)加入溶液W的目的是 。用CaO調節溶液Y的pH,可以除去Mg2+。由表中數據可知,理論上可選擇的pH最大范圍是 。酸化溶液Z時,使用的試劑為 。
開始沉淀時的pH 沉淀完全時的pH
Mg2+ 9.6 11.0
Ca2+ 12.2 c(OH-)=1.8 mol?L-1
(3)實驗室用貝殼與稀鹽酸反應制備并收集CO2氣體,下列裝置中合理的是 。
(4)常溫下,H2SO3的電離常數Ka1=1.2×10-2,Ka2=6.3×10-8;H2CO3的電離常數Ka1=4.5×10-7,Ka2=4.7×10-11。某同學設計實驗驗證H2SO3酸性強于H2CO3:將SO2和CO2氣體分別通入水中至飽和,立即用酸度計測兩溶液的pH,若前者的pH小于后者,則H2SO3酸性強于H2CO3。該實驗設計不正確,錯誤在于 。
設計合理實驗驗證H2SO3酸性強于H2CO3(簡要說明實驗步驟、現象和結論): 。
儀器自選。
供選擇的試劑:CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3、蒸餾水、飽和石灰水、酸性KMnO4溶液、品紅溶液、pH試紙。
答案:(1)四氯化碳,分液漏斗。(2)除去溶液中的SO42- 11.0≤PH
三種參考方案如下:
方案一:將SO2氣體依次通過NaHCO3(或Na2CO3)溶液、酸性KMnO4溶液、品紅溶液、澄清石灰水。品紅溶液不褪色,且澄清石灰水變渾濁,證明H2SO3酸性強于H2CO3。
方案二:將CO2氣體依次通過NaHSO3(或Na2SO3)溶液、品紅溶液。品紅溶液不褪色,證明H2SO3酸性強于H2CO3。
方案三:配制相同物質的量濃度的NaHCO3和NaHSO3溶液,用酸度計(或PH試紙)測兩溶液的PH。前者的PH小于后者,證明H2SO3酸性強于H2CO3。
解析:該題為離子的分離提純類試題。在解題過程側重聯系物質分離提純的基本原理和實驗方法。如開始通入氯氣,為強氧化劑,后面上層液、下層液看出為分液操作。過濾操作,說明加入物質,可以沉淀某種離子,故可以選用合適的試劑。
(1)操作I是萃取,且萃取劑的密度大于水的,所以可為CCl4。
(2)分析要除去的離子(SO42-和Mg2+)即可得到CaCl2。加入溶液W是為了除去SO42-,要保證除盡Mg2+,所以PH≥11.0,而又不能使Ca2+沉淀,所以PH應小于12.2。
(3)收集CO2應用向上排氣法,可知a錯誤,c長頸漏斗端應插入液面以下,故b、d均可。
(4)抓住題設信息,因CO2與SO2氣體溶解度不同無法比較;酸性強弱還可以從以下兩個方面進行考慮;①用強酸制弱酸原理,SO2與NaHCO3反應制取CO2 ,然后用酸性高錳酸鉀溶液除去CO2中的SO2,用品紅溶液檢驗SO2是否除盡,最后用澄清石灰水檢驗是否有CO2生成;或將CO2通過飽和NaHSO3溶液中,用品紅溶液檢驗有無SO2生成。若品紅不褪色,則證明H2CO3酸性小于H2SO3。②相應鹽水解程度進行比較,取相同濃度的NaHCO3和NaHSO3,然后測其PH即可。
例題2:硫酸鋅可作為食品鋅強化劑的原料。工業上常用菱鋅礦生產硫酸鋅,菱鋅礦的主要成分是ZnCO3,并含少量的Fe2O3 、FeCO3、MgO、CaO等,生產工藝流程示意圖如下:
(1)將菱鋅礦研磨成粉的目的是 。
(2)完成“氧化除鐵”步驟中反應的離子方程式:
Fe(OH)2+ + =Fe(OH)3+Cl-
(3)針鐵礦(Coethite)是以德國詩人歌德(Coethe)名字命名的,組成元素是Fe、O和H,化學式量為89,化學式是 。
(4)根據下表數據,調節“濾液 2”的pH時,理論上可選用的最大區間為 。
Mg(OH)2 Zn(OH)2 MgCO3 CaCO3
開始沉淀的pH 10.4 6.4 - -
沉淀完全的pH 12.4 8.0 - -
開始溶解的pH - 10.5 - -
Ksp 5.6×10-12 - 6.8×10-6 2.8×10-9
(5)工業上從“濾液3”制取MgO過程中,合適的反應物是 (選填序號)。
a.大理石粉 b.石灰乳
c.純堿溶液 d.燒堿溶液
(6)“濾液4”之后的操作依次為 、 、過濾、洗滌、干燥。
(7)分析圖中數據,菱鋅礦粉中ZnCO3的質量分數不低于 。
答案:(1)增大反應物接觸面積或增大反應速率或使反應更充分。(2)2Fe(OH)2+1Cl-+1H2O===2Fe(OH)3+1Cl-。(3)FeO(OH)(或其他合理答案)。(4)8.0≤PH
解析:本題考查的是化學反應原理(包括化學平衡原理、水解原理),物質的制備、分離和提純等實驗操作,以及綠色化學觀念和經濟的視角分析實際生產中各種問題的能力。解題的基本思路為:
(1)從反應速率及反應充分的角度分析。
(2)ClO-作氧化劑被還原生成Cl-,化合價降低2,Fe(OH)2生成Fe(OH)3,化合價升高1,所以Fe(OH)2的計量數為2,最后用O、H配平并檢查。
(3)化學式量為89,只能含有一個Fe,余下33為H、O,所以有兩個O、一個H,化學為FeO(OH)。
(4)選擇的區間應該為Zn(OH)2完全沉淀、Mg(OH)2還沒開始沉淀。
(5)因為Mg(OH)2的溶解度遠遠小于Ca(OH)2,且石灰乳價格便宜,所以石灰乳最好。
(6)制取帶結晶水的硫酸鋅,應該用蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等過程。
[關鍵詞]高考;工藝流程;解題策略
化學是一門實用性學科?!陡咧谢瘜W學科考試說明》中指出:“化學學科命題注重考查自主學習能力,重視理論聯系實際,關注與化學有關的科學技術、社會經濟和生態環境的協調發展,促進學生在知識和技能、過程和方法、情感態度和價值觀等方面的全面提升,促進學生德智體美勞全面發展?!被瘜W工藝流程題正是考查學生分析、解決實際問題能力的具體體現。
一、高考化學實驗題中關于工藝流程題的考查概況
1.工藝流程題的來源
工藝流程題脫胎于無機框圖推斷題,它創設了一個以工藝生產為背景的真實情景,將主要的生產階段用框圖表示,用箭頭將反應原料與目標產品聯系到一起。基于此,出題人可將科學發展、綠色化學的思想滲透其中,以體現新課程的要求。工藝流程題的知識主線仍然是無機化學反應,但相比較于單純考查元素性質的無機框圖推斷,工藝流程題則給出了更大更深更廣的考查空間,它所設計的問題基本可以遍及化學模塊的各個領域,主要涉及元素化合物、物質的分離提純、化學反應原理和化學實驗。設問方式也多種多樣,如填空、選擇、簡答等。它的主要特點是題干閱讀量大,生產流程比較陌生,題材新穎,考查方式靈活,無法猜題,更好地體現了公平、公正的選拔原則。
2.工藝流程題的設問角度
工藝流程題的問題設置一般都由易到難,逐層深化,立足基礎,注重綜合,體現學科核心素養。常見的命題角度分為以下幾種:(1)化學物質化合價的判斷或元素的電子式的書寫。(2)書寫工藝流程中部分反應的化學方程式或離子方程式,也會涉及到氧化還原反應方程式的書寫。(3)分析工藝流程中試劑選擇及選取原因。(4)判斷工藝流程中間部分產生的物質的種類。(5)選擇合適的物質分離提純的方式,能準確表述其操作步驟及注意事項。(6)計算原料實際的需求量以及產物的產量。(7)工藝流程優化的具體措施。
3.工藝流程題的考查內容
工藝流程題盡管設問和考查內容較多,但都緊扣《考試大綱》和《考試說明》命題,不會出現偏、難、怪的問題。其主體考查內容并不會發生較大的改變。高考真題全面概況了高中的知識點,同時也突出了重難點。因此,在復習工藝流程專項的過程中應該反復研究琢磨高考試題,抓住高考出題思路,掌握命題的趨勢,提高解題技巧。教師與學生都應深入了解高考化學工藝流程題中的主要考查內容,以便更好地開展復習。以下對高考工藝流程考查內容的“十算”“十掌握”,有助于大家制定更加科學的復習計劃。(1)工藝流程題中的“十算”,即高考工藝流程實驗題中涉及的計算:根據電子守恒進行氧化還原反應方程式的配平;按方程式系數比進行相關計算;根據蓋茨定律進行相關吸放熱焓變的計算;溶液中物質電離平衡常數的計算;溶液中水解平衡的計算;工業化學平衡常數的計算;難溶電解質溶解平衡的計算;溶液中pH的計算;原料轉化率及產率的計算;產品純度的計算。(2)工藝流程題中的“十掌握”:掌握原子結構示意圖以及電子式等基本化學用語;掌握部分金屬和非金屬及其化合物的主要性質以及在日常生活中的應用;掌握物質分離提純的操作及注意事項;掌握常見氧化劑、還原劑及對應產物的判斷;掌握影響化學平衡的因素;掌握影響化學反應速率的因素;掌握酸堿中和滴定及氧化還原滴定原理;掌握弱電解質的電離;掌握鹽類水解對溶液酸堿度的影響;掌握常見物質溶解度。高考題中化學工藝流程題會涵蓋許多知識點,這是近幾年高考命題的趨勢。因此,要提高學生的綜合能力,將以上幾個方面所涉及的知識進行整合學習。
二、高考化學實驗題中關于工藝流程題的解題策略
1.樹立正確的解題意識
對于高考化學實驗中的工藝流程題,我們要明確考查內容,熟練考查方式,還要尋找解題方向。解化學工藝流程題應具備五個意識:(1)科學意識。采用合理的分離除雜原理和恰當的物質轉換方式。(2)成本意識??紤]浸出率、轉化率、利用率、材料價格、能耗的控制、原料能量的循環利用,盡可能地降低消耗成本。(3)效率意識。選擇合理的反應條件,在一定情況下投入催化劑的使用。(4)環保意識。綠色化學應遵循無污染、無腐蝕的原則。(5)安全意識。對于易燃易爆、腐蝕性較強、不穩定物質的處理要把安全放在首要位置。
2.提高答題的規范性
通過認真研讀高考試卷的評分細則,我們不難發現,在學生知識儲備相當的情況下,能否細心規范準確地答題,是決定學生成績好壞的重要因素。例1.2019年的全國II卷(節選)以重晶石(BaSO4)為原料,可按如下工藝生產立德粉:例2.2017年的全國II卷(節選)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2,并含有一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實驗室測定水泥樣品中鈣含量的過程,如圖所示:回答下列問題:易錯解答:起到了氧化性作用。分析原因:指代過于廣泛,沒有具體到某一特定情境中。在考試過程中考生要認真審題,理解答題要求并規范作答,教師也要在平時訓練中及時向學生展示標準答案,并向學生告知答案的評分細則,以幫助學生更好地發現并改正自己的不足。在答題時,學生要注意所寫答案與題目要求是否相同,避免所答非所問的情況發生。在正確理解題意回答問題的基礎上,要突出重點,有條理性,扣緊采分點。在教學訓練中,教師要對學生說明:敘述類問題并不是書寫的字越多越好,答多的部分如果出現了錯誤,反而會被扣分。另外,要規范化學用語,注意可逆、沉淀、氣體符號書寫等細節問題。最后,要強調在整張試卷上答題時,字跡要工整,卷面要整潔,杜絕因字跡潦草而失分。
3.掌握工藝流程答題模板
在工藝流程題中,最受出題人青睞,也是考生得分率較低的一種題型為簡答題。它能較好地考查學生的思維過程,包括思維的嚴密性、精確性、完整性、創造性,也能考查學生的文字表達能力等綜合素質。而學生會因為基本知識掌握不牢固,似是而非,抓不住要點,敘述不規范不全面而導致得分普遍偏低。所以,在平時注重基本知識、基本操作技能傳授的基礎上,教師還要在書面練習方面給予學生規范性指導,總結一些常見化工問題和實驗操作答題的模板。如涉及到增加原料浸出率的措施,可以寫攪拌、提高溫度、增加浸出時間、增大壓強等;加熱的目的一般為加快反應速率或促進平衡向某一個方向進行移動;滴定終點的判斷是當滴入最后一滴XX溶液,溶液顏色由…變為…且半分鐘后不褪色;洗滌沉淀的操作是將沉淀放入過濾裝置中,沿玻璃棒加蒸餾水至浸沒沉淀,靜置,待水流盡后重復操作2~3次(若濾渣易溶于水,可用無水乙醇進行洗滌)等。通過進行相關答題技巧訓練,使學生掌握一些答題模板,在考試答題過程處于一種主動狀態,不但能準確作答,也能節省答題時間。
參考文獻:
[1]魯名峰,申燕,桂耀榮,徐俊龍,白建娥.2019年高考化學復習備考研究(二)[J].中學化學教學參考,2019,(03).