化工流程題的解題指導

王曉波

(內蒙古赤峰市林東第一中學化學教研組 025450)

從試題提供的新信息中，準確地提取實質性內容，并經與已有知識塊整合，重組為新知識塊的能力.將實際問題分解，通過運用相關知識， 采用分析、綜合的方法，解決簡單化學問題的能力.將分析和解決問題的過程及成果，用正確的化學術語及文字、圖表、模型、圖形等表達，并做出解釋的能力.縱觀近幾年來對這些“能力”的要求基本沒有變化，且這些能力要求主要體現在工藝流程題中，考試說明中已將此試題列入樣題中，說明這類試題能更好地體現考試說明要求，重能力輕記憶.

一、解題指導

類型一物質制備類化工流程題

1．熟悉常用的操作方法及其作用

(1)對原料進行預處理的常用方法及其作用：

①研磨——減小固體的顆粒度，增大固體與液體或氣體間的接觸面積，加快反應速率.

②水浸——與水接觸反應或溶解.

③酸浸——與酸接觸反應或溶解，使可溶性金屬進入溶液，不溶物通過過濾除去.

④灼燒——除去可燃性雜質或使原料初步轉化，如從海帶中提取碘時的灼燒就是為了除去可燃性雜質.

⑤煅燒——改變結構，使一些物質能溶解.并使一些雜質在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土.

(2)常用的控制反應條件的方法：

①調節溶液的pH.常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀.調節pH所需的物質一般應滿足兩點：

a．能與H+反應，使溶液pH增大；

b．不引入新雜質.

例如：若要除去Cu2+中混有的Fe3+，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質來調節溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等.

②控制溫度.根據需要升溫或降溫，改變反應速率或使平衡向需要的方向移動.

③趁熱過濾.防止某物質降溫時會析出.

④冰水洗滌.洗去晶體表面的雜質離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗.

2.識別流程圖

化工流程中箭頭指出的是投料(反應物)，箭頭指向的是生成物(包括主產物和副產物)，返回的箭頭一般是被“循環利用”的物質.

類型二提純類化工流程題

1．明確常用的提純方法

(1)水溶法：除去可溶性雜質.

(2)酸溶法：除去堿性雜質.

(3)堿溶法：除去酸性雜質.

(4)氧化劑或還原劑法：除去還原性或氧化性雜質.

(5)加熱灼燒法：除去受熱易分解或易揮發的雜質.

(6)調節溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3+等.

2．明確常用的分離方法

(1)過濾：分離難溶物和易溶物，根據特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法.

(2)萃取和分液：利用溶質在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴.

(3)蒸發結晶：提取溶解度隨溫度變化不大的溶質，如NaCl.

(4)冷卻結晶：提取溶解度隨溫度變化較大的溶質、易水解的溶質或結晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等.

(5)蒸餾或分餾：分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇或甘油.

(6)冷卻法：利用氣體液化的特點分離氣體，如合成氨工業采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣.

二、答題模板

(1)除雜：除去……中的……

(2)干燥：除去……氣體中的水蒸氣，防止……

(3)增大原料浸出率(離子在溶液中的含量多少)的措施：攪拌、升高溫度、延長浸出時間、增大氣體的流速(濃度、壓強)，增大氣液或固液接觸面積.

(4)加熱的目的：加快反應速率或促進平衡向某個方向(一般是有利于生成物生成的方向)移動.

(5)溫度不高于××℃的原因，適當加快反應速率，但溫度過高會造成揮發(如濃硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促進水解(如AlCl3)等，影響產品的生成.

(6)從濾液中提取一般晶體(溶解度隨溫度升高而增大)的方法：蒸發濃縮(至少有晶膜出現)、冷卻結晶、過濾、洗滌(冰水洗、熱水洗、乙醇洗)、干燥.

(7)從濾液中提取溶解度受溫度影響較小或隨溫度升高而減小的晶體的方法：蒸發濃縮、趁熱過濾，如果溫度下降，雜質也會以晶體的形式析出來、洗滌、干燥.

(8)控制某反應的pH使某些金屬離子以氫氧化物的形式沉淀，調節pH所用試劑為主要元素對應的氧化物、碳酸鹽、堿，以避免引入新的雜質；pH分離時的范圍確定：范圍過小導致某離子沉淀不完全，范圍過大導致主要離子開始沉淀.

(9)減壓蒸餾(減壓蒸發)的原因：減小壓強，使液體沸點降低，防止(如H2O2、濃硝酸、NH4HCO3)受熱分解、揮發.

(10)檢驗溶液中離子中是否沉淀完全的方法：將溶液靜置一段時間后，向上層清液中滴入沉淀劑，若無沉淀生成，則離子沉淀完全.

(11)洗滌沉淀：沿玻璃棒往漏斗中加蒸餾水至液面浸沒沉淀，待水自然流下后，重復操作2～3次.

(12)檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法：取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴入某試劑，若未出現特征反應現象，則沉淀洗滌干凈.

(13)洗滌沉淀的目的：除掉附著在沉淀表面的可溶性雜質.

(14)冰水洗滌的目的：洗去晶體表面的雜質離子并降低被洗滌物質的溶解度，減少其在洗滌過程中的溶解損耗.

(15)乙醇洗滌的目的：降低被洗滌物質的溶解度，減少其在洗滌過程中的溶解損耗，得到較干燥的產物.

(16)蒸發、反應時的氣體氛圍：抑制某離子的水解，如加熱蒸發AlCl3溶液時為獲得AlCl3需在HCl氣流中進行.

(17)事先煮沸溶液的原因：除去溶解在溶液中的(如氧氣)防止某物質被氧化.

三、實例解析

例輝銅礦主要成分為Cu2S，軟錳礦主要成分為MnO2，它們都含有少量SiO2、Fe2O3等雜質.工業上綜合利用這兩種礦物制備硫酸錳和堿式碳酸銅的主要工藝流程如下：

已知：①MnO2能將金屬硫化物中的硫氧化為單質硫；

②[Cu(NH3)4]SO4常溫穩定，在熱水中會分解生成NH3；

③部分金屬陽離子生成氫氧化物沉淀的pH范圍如下表所示(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L-1計算)：

開始沉淀的pH沉淀完全的pHFe3+1．13．2Mn2+8．39．8Cu2+4．46．4

(1)酸浸時，為了提高浸取率可采取的措施有____(任寫一點).

(2)調節浸出液pH的范圍為____，其目的是____.

(3)本工藝中可循環使用的物質是____(寫化學式).

(4)在該工藝的“加熱驅氨”環節，若加熱的溫度過低或過高，都將造成的結果是____.

(5)碳酸錳在一定條件下可得硫酸錳溶液，試根據如下曲線圖示，現由硫酸錳溶液制備MnSO4·H2O的實驗方案為____.

(6)用標準BaCl2溶液測定樣品中MnSO4·H2O質量分數時，發現樣品純度大于100%(測定過程中產生的誤差可忽略)，其可能原因是____(任寫一種).

答案:(1)粉碎礦石(或適當升高溫度或攪拌)

(2)3.2≤pH<4.4 使Fe3+轉化為Fe(OH)3沉淀而除去

(3)NH3

(4)堿式碳酸銅產量減少

(5)蒸發、結晶溫度大于40 ℃，趁熱過濾，用酒精洗滌，最后低溫干燥

(6)混有硫酸鹽雜質或部分晶體失去結晶水

解析(1)酸浸時，通過粉碎礦石或者升高溫度或者進行攪拌都可以提高浸取率.(2)要除去濾液中的Fe3+，pH=3.2，Fe3+完全沉淀，pH=4.4，銅離子開始沉淀，故pH的范圍是3.2≤pH<4.4.(3)工藝流程中，加入了氨水，最后又得到了氨氣，NH3可循環使用.(4)若加熱的溫度較低或過高，都會造成堿式碳酸銅減少.(5)由硫酸錳溶液制備MnSO4·H2O需要經過蒸發、結晶溫度大于40℃，趁熱過濾，用酒精洗滌，最后低溫干燥等操作才能實現.(6)質量分數大于100%，說明了硫酸錳晶體中可能混有不分解的硫酸鹽雜質或部分硫酸錳晶體失去結晶水.

化工流程題是以流程圖為信息給予的一種題型，其考查的核心還是高中化學中所學的元素化合物性質、化學基本理論和基本概念、基本實驗操作、基本計算等基礎知識，考查的能力點是根據流程圖提取信息的閱讀能力、根據曲線和表格數據發現規律的分析抽象歸納推理能力及數據處理能力.答好該類試題的根本還是在于牢固掌握教材中的化學基本理論和基本概念、熟練掌握元素化合物的性質制備和用途、通過典型試題的練習訓練對典型圖表的分析及數據處理能力.遇到具體題目應當具體問題具體對待.

[1]韋民.與名師對話[M].北京：光明日報出版社出版，2017.