文档介绍：2013高考化学复习专题一:无机综合应用一(生产工艺为背景)
【例题】.
碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。以-锂辉石(主要成分为Li2O·Al2O3·4SiO2)为原料制备Li2CO3的工艺流程如下:
已知:Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时,、、;Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303 g、 g。
⑴步骤I前,-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是________________。
⑵步骤I中,酸浸后得到的酸性溶液中含有Li+、SO,另含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+等杂质,需在搅拌下加入_____________(填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”)~,沉淀部分杂质离子,然后分离得到浸出液。
⑶步骤II中,将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中,可除去的杂质金属离子有。
⑷步骤III中,生成沉淀的离子方程式为________________。
⑸从母液中可回收的主要物质是_____________________。
【分析】
本题是一个工艺生产背景,目的是用锂、铝硅酸盐制备Li2CO3。
大致浏览流程图知道第Ⅰ段是把锂元素转移到溶液中,第Ⅱ段是除去杂质,第Ⅲ段是反应生成产品。
第(1)小题,固体粉碎后接着进行酸浸,要发生化学反应,故其直接目的是增大固体与硫酸的接触面积,增大了反应速率,间接目的是使单位时间内锂元素的浸出率更高。
第(2)小题,要求用调节pH的方法使杂质离子沉淀除去,显然需要用到题干中几种阳离子的沉淀pH信息,调节前是酸浸得到的溶液,硫酸必然是过量的故酸性较强,调节的目的应该是使pH升高,故应加入可以中和酸的物质。
第(3)小题,隐含的信息更多了,这时需要把物质的转化流程梳理一下:+、Al3+、Fe3+,而且还引入了Ca2+,说明还存在的杂质离子是Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+,H2O2溶液是氧化剂可将Fe2+氧化为Fe3+,石灰乳可接着将Mg2+和Fe3+沉淀,而Na2CO3溶液可将Ca2+沉淀,而Na+ 仍然在溶液中。
第(4)小题,溶液中主要是Li2SO4,结合题干中的溶解度信息,生成的沉淀应该是Li
2CO3。
第(5)小题,沉淀反应发生前,溶液中含大量的Li2SO4和少量Na+ ,沉淀反应后溶液中留下大量Na2SO4和可能过量的少量Na2CO3,题目问主要物质,答Na2SO4即可。
【反思】
(1)解答一道工艺(实验)流程图试题的程序是什么?
(参考:此类试题的题干通常包括文字说明、工艺(实验)流程以及供参考的数据(以表格、图像等呈现)。①首先要通过阅读文字说明,清楚试题背景是工业生产还是实验室研究,准确抓住工艺(实验)的目的是什么,还提供了哪些信息(原料成分?含量?产品成分?从用途能看出什么性质?);②然后整体浏览一下流程,基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段;③接下来可以先看看设问,使下一步的深入分析重点更明确;④然后再带着质与量的意识具体分析各个化学过程(必要时才使用参考数据),组织语言回答设问。)
(2)工艺(实验)流程图试题常常在哪些地方设问?(可在后续课时进行)
(参考:反应速率理论的运用;氧化还原反应的判断、书写;利用控制pH分离除杂;利用溶解度分离;常用的分离方法、实验操作;流程中的物质转化和循环;绿色化学评价;)
【拓展】
(一)反应速率理论在实际生产中的运用
将反应速率理论运用于实际生产中工艺条件的选择在近年试题中出现过多次,应从反应物接触面积、接触机会、温度、反应物浓度、催化剂等方面思考,思考时应充分结合试题的实际情景和物质的性质。若为不同相之间的反应都会有接触面积的问题,而增大接触面积的具体措施有不同,如固体可以用粉碎的方法,液体可以用喷洒的方法,气体可以用多孔分散器等。接触机会一般受混合是否充分影响,如搅拌、混溶等措施。温度、浓度等措施在运用时须确保反应物或生成物的性质保持稳定。也有一些反应因为过快而要适当降低速率,常常从温度和浓度角度采取措施。加压一般是提高气体反应物浓度的措施,但在气体和固体、液体反应的体系中并不适宜。一般情况下,水溶液中发生的常见的离子反应除了控制合适的pH外较少考虑催化剂的条件,而在有机反应、混合气体反应的情况下,催化剂常常是十分重要的影响因素。
此外,在实际生产中反应速率问题往往放在生产效益的大背景下考虑,因此通过加快反应速率来提高原料转化率和产品产量是很普遍的,这一点与化学平衡中转化率的讨论不应混淆。
1、传统合成氨工业中,提高化学反应速率的措施有__