化工流程題的解題指導(dǎo)

王曉波

(內(nèi)蒙古赤峰市林東第一中學(xué)化學(xué)教研組 025450)

從試題提供的新信息中，準(zhǔn)確地提取實(shí)質(zhì)性?xún)?nèi)容，并經(jīng)與已有知識(shí)塊整合，重組為新知識(shí)塊的能力.將實(shí)際問(wèn)題分解，通過(guò)運(yùn)用相關(guān)知識(shí)， 采用分析、綜合的方法，解決簡(jiǎn)單化學(xué)問(wèn)題的能力.將分析和解決問(wèn)題的過(guò)程及成果，用正確的化學(xué)術(shù)語(yǔ)及文字、圖表、模型、圖形等表達(dá)，并做出解釋的能力.縱觀近幾年來(lái)對(duì)這些“能力”的要求基本沒(méi)有變化，且這些能力要求主要體現(xiàn)在工藝流程題中，考試說(shuō)明中已將此試題列入樣題中，說(shuō)明這類(lèi)試題能更好地體現(xiàn)考試說(shuō)明要求，重能力輕記憶.

一、解題指導(dǎo)

類(lèi)型一物質(zhì)制備類(lèi)化工流程題

1．熟悉常用的操作方法及其作用

(1)對(duì)原料進(jìn)行預(yù)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(yīng)速率.

②水浸——與水接觸反應(yīng)或溶解.

③酸浸——與酸接觸反應(yīng)或溶解，使可溶性金屬進(jìn)入溶液，不溶物通過(guò)過(guò)濾除去.

④灼燒——除去可燃性雜質(zhì)或使原料初步轉(zhuǎn)化，如從海帶中提取碘時(shí)的灼燒就是為了除去可燃性雜質(zhì).

⑤煅燒——改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解.并使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土.

(2)常用的控制反應(yīng)條件的方法：

①調(diào)節(jié)溶液的pH.常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀.調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿(mǎn)足兩點(diǎn)：

a．能與H+反應(yīng)，使溶液pH增大；

b．不引入新雜質(zhì).

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(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等.

②控制溫度.根據(jù)需要升溫或降溫，改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動(dòng).

③趁熱過(guò)濾.防止某物質(zhì)降溫時(shí)會(huì)析出.

④冰水洗滌.洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過(guò)程中的溶解損耗.

2.識(shí)別流程圖

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

類(lèi)型二提純類(lèi)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(zhì).

(2)酸溶法：除去堿性雜質(zhì).

(3)堿溶法：除去酸性雜質(zhì).

(4)氧化劑或還原劑法：除去還原性或氧化性雜質(zhì).

(5)加熱灼燒法：除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì).

(6)調(diào)節(jié)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(guò)濾：分離難溶物和易溶物，根據(jù)特殊需要采用趁熱過(guò)濾或者抽濾等方法.

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

(3)蒸發(fā)結(jié)晶：提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì)，如NaCl.

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

(5)蒸餾或分餾：分離沸點(diǎn)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(diǎn)分離氣體，如合成氨工業(yè)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(zhǎng)浸出時(shí)間、增大氣體的流速(濃度、壓強(qiáng))，增大氣液或固液接觸面積.

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

(5)溫度不高于××℃的原因，適當(dāng)加快反應(yīng)速率，但溫度過(guò)高會(huì)造成揮發(fā)(如濃硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促進(jìn)水解(如AlCl3)等，影響產(chǎn)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(fā)濃縮(至少有晶膜出現(xiàn))、冷卻結(jié)晶、過(guò)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(fā)濃縮、趁熱過(guò)濾，如果溫度下降，雜質(zhì)也會(huì)以晶體的形式析出來(lái)、洗滌、干燥.

(8)控制某反應(yīng)的pH使某些金屬離子以氫氧化物的形式沉淀，調(diào)節(jié)pH所用試劑為主要元素對(duì)應(yīng)的氧化物、碳酸鹽、堿，以避免引入新的雜質(zhì)；pH分離時(shí)的范圍確定：范圍過(guò)小導(dǎo)致某離子沉淀不完全，范圍過(guò)大導(dǎo)致主要離子開(kāi)始沉淀.

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

(10)檢驗(yàn)溶液中離子中是否沉淀完全的方法：將溶液靜置一段時(shí)間后，向上層清液中滴入沉淀劑，若無(wú)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(méi)沉淀，待水自然流下后，重復(fù)操作2～3次.

(12)檢驗(yàn)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(xiàn)特征反應(yīng)現(xiàn)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(zhì).

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

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

(16)蒸發(fā)、反應(yīng)時(shí)的氣體氛圍：抑制某離子的水解，如加熱蒸發(fā)AlCl3溶液時(shí)為獲得AlCl3需在HCl氣流中進(jìn)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(zhì)被氧化.

三、實(shí)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(zhì).工業(yè)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：①M(fèi)nO2能將金屬硫化物中的硫氧化為單質(zhì)硫；

②[Cu(NH3)4]SO4常溫穩(wěn)定，在熱水中會(huì)分解生成NH3；

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

開(kāi)始沉淀的pH沉淀完全的pHFe3+1．13．2Mn2+8．39．8Cu2+4．46．4

(1)酸浸時(shí)，為了提高浸取率可采取的措施有____(任寫(xiě)一點(diǎn)).

(2)調(diào)節(jié)浸出液pH的范圍為_(kāi)___，其目的是____.

(3)本工藝中可循環(huán)使用的物質(zhì)是____(寫(xiě)化學(xué)式).

(4)在該工藝的“加熱驅(qū)氨”環(huán)節(jié)，若加熱的溫度過(guò)低或過(guò)高，都將造成的結(jié)果是____.

(5)碳酸錳在一定條件下可得硫酸錳溶液，試根據(jù)如下曲線圖示，現(xiàn)由硫酸錳溶液制備MnSO4·H2O的實(shí)驗(yàn)方案為_(kāi)___.

(6)用標(biāo)準(zhǔn)BaCl2溶液測(cè)定樣品中MnSO4·H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)樣品純度大于100%(測(cè)定過(guò)程中產(chǎn)生的誤差可忽略)，其可能原因是____(任寫(xiě)一種).

答案:(1)粉碎礦石(或適當(dāng)升高溫度或攪拌)

(2)3.2≤pH<4.4 使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去

(3)NH3

(4)堿式碳酸銅產(chǎn)量減少

(5)蒸發(fā)、結(jié)晶溫度大于40 ℃，趁熱過(guò)濾，用酒精洗滌，最后低溫干燥

(6)混有硫酸鹽雜質(zhì)或部分晶體失去結(jié)晶水

解析(1)酸浸時(shí)，通過(guò)粉碎礦石或者升高溫度或者進(jìn)行攪拌都可以提高浸取率.(2)要除去濾液中的Fe3+，pH=3.2，F(xiàn)e3+完全沉淀，pH=4.4，銅離子開(kāi)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(huán)使用.(4)若加熱的溫度較低或過(guò)高，都會(huì)造成堿式碳酸銅減少.(5)由硫酸錳溶液制備MnSO4·H2O需要經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、結(jié)晶溫度大于40℃，趁熱過(guò)濾，用酒精洗滌，最后低溫干燥等操作才能實(shí)現(xiàn).(6)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于100%，說(shuō)明了硫酸錳晶體中可能混有不分解的硫酸鹽雜質(zhì)或部分硫酸錳晶體失去結(jié)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(xué)中所學(xué)的元素化合物性質(zhì)、化學(xué)基本理論和基本概念、基本實(shí)驗(yàn)操作、基本計(jì)算等基礎(chǔ)知識(shí)，考查的能力點(diǎn)是根據(jù)流程圖提取信息的閱讀能力、根據(jù)曲線和表格數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律的分析抽象歸納推理能力及數(shù)據(jù)處理能力.答好該類(lèi)試題的根本還是在于牢固掌握教材中的化學(xué)基本理論和基本概念、熟練掌握元素化合物的性質(zhì)制備和用途、通過(guò)典型試題的練習(xí)訓(xùn)練對(duì)典型圖表的分析及數(shù)據(jù)處理能力.遇到具體題目應(yīng)當(dāng)具體問(wèn)題具體對(duì)待.

[1]韋民.與名師對(duì)話[M].北京：光明日?qǐng)?bào)出版社出版，2017.