有思路有方法 破解化工流程題

河南 馮存良

有思路有方法 破解化工流程題

河南 馮存良

2017年的考試大綱刪去了現(xiàn)行考試大綱規(guī)定的“化學(xué)與生活”和“化學(xué)與技術(shù)”兩個模塊，考生從“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”和“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”模塊中任選1個作答。從考綱修訂內(nèi)容看，最值得關(guān)注的是必答題的考查形式是否會有所改變。“選2”模塊的試題通常以工業(yè)流程圖的形式進(jìn)行考查，現(xiàn)在該模塊刪除后，在必答題中是否會出現(xiàn)以流程圖為考查形式的試題，值得關(guān)注。

工藝流程題就是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學(xué)知識步步設(shè)問，是無機(jī)框圖題的創(chuàng)新，題目常常以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為基礎(chǔ)，將化學(xué)工藝流程進(jìn)行簡化，與化工生產(chǎn)成本、環(huán)境保護(hù)等相融合，考查物質(zhì)的制備、檢驗、分離等基本實驗原理在化工生產(chǎn)中的實際應(yīng)用。

一、題型框架

1．化工流程線路示意圖

（1）箭頭：箭頭進(jìn)入的是投料（即反應(yīng)物）、出去的是生成物（包括主產(chǎn)物和副產(chǎn)物）。

（2）三線：物料進(jìn)出線、操作流程線、循環(huán)操作線。

2．涉及問題

（1）原料的預(yù)處理。

（2）反應(yīng)條件的控制（溫度、壓強(qiáng)、催化劑、原料配比、pH、溶劑等）。

（3）反應(yīng)原理（化學(xué)平衡、水解平衡、化學(xué)反應(yīng)速率、反應(yīng)熱、電化學(xué)等）。

（4）綠色化學(xué)問題（物質(zhì)循環(huán)利用、廢物的處理、原子利用率、能量充分利用等）。

（5）化工安全（防爆、防污染、防中毒等）。

二、命題角度

命題角度一 原料預(yù)處理流程

命題角度二 反應(yīng)條件

反應(yīng)條件條件內(nèi)容調(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)滿足兩點：能與H＋反應(yīng)，使溶液pH增大；不引入新的雜質(zhì)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控制壓強(qiáng)改變速率，使平衡向需要的方向移動使用催化劑加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時間趁熱過濾防止某物質(zhì)降溫時會大量析出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程中的溶解損耗

命題角度三 提純方法

方法目的水溶法除去可溶性雜質(zhì)酸溶法除去堿性雜質(zhì)堿溶法除去酸性雜質(zhì)氧化劑或還原劑法除去還原性或氧化性雜質(zhì)加熱灼燒法除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì)調(diào)節(jié)pH法如除去酸性銅溶液中的Fe3＋等

命題角度四 分離方法

（1）過濾：分離難溶物和易溶物，根據(jù)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(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：分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和甘油。

（6）冷卻法：利用氣體易液化的特點分離氣體，如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離氨氣與氮氣、氫氣。

三、思路與方法

1．解題方法

（1）首尾分析法：對一些線型流程工藝（從原料到產(chǎn)品為一條龍的生產(chǎn)工序）試題，首先對比分析流程圖中第一種物質(zhì)（原材料）與最后一種物質(zhì)（產(chǎn)品），從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜、分離、提純產(chǎn)品的化工工藝，然后再結(jié)合題設(shè)的問題，逐一推敲解答。

（2）分段分析法：對于用同樣的原材料生產(chǎn)多種（兩種或兩種以上）產(chǎn)品（包括副產(chǎn)品）的工業(yè)流程題，用分段分析法更容易找到解題的切入點。

（3）交叉分析法：有些化工生產(chǎn)選用多組原材料，先合成一種或幾種中間產(chǎn)品，再用這一中間產(chǎn)品與部分其他原材料生產(chǎn)所需的主流產(chǎn)品，這種題適合用交叉分析法。就是將提供的工業(yè)流程示意圖結(jié)合常見化合物的制取原理劃分成幾條生產(chǎn)流水線，然后上下交叉分析。

2．答題步驟

（1）從題干中獲取有用信息，了解生產(chǎn)的產(chǎn)品。

（2）整體瀏覽一下流程，基本辨別出預(yù)處理、反應(yīng)、提純、分離等階段。

（3）分析流程中的每一步驟，并獲取以下信息：

①知道“四個什么”。

反應(yīng)物是什么，發(fā)生了什么反應(yīng)，該反應(yīng)造成了什么后果，對制造產(chǎn)品有什么作用。

②抓住“一個關(guān)鍵”。

一切反應(yīng)或操作都是為獲得產(chǎn)品而服務(wù)。

（4）從問題中獲取信息，幫助解題。

3．規(guī)范解答

（1）文字?jǐn)⑹鲱惖念}目要規(guī)范解答，防止出現(xiàn)因敘述不嚴(yán)謹(jǐn)導(dǎo)致的失分。例如：

①如何洗滌沉淀：往漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待蒸餾水自然流下后，重復(fù)以上操作2～3次。

③如何從溶液中得到晶體：蒸發(fā)濃縮—冷卻結(jié)晶—過濾—洗滌—干燥。

④在寫某一步驟是為了除雜時，應(yīng)該注明“是為了除去××雜質(zhì)”，只寫“除雜”等一類萬能式的回答是不正確的。

（2）認(rèn)真審題，不要因?qū)忣}不細(xì)致而失分。例如：

①填“化學(xué)方程式”還是“離子方程式”。

②填“名稱”“符號”還是“代號”“序號”等。

③填“大于”還是“＞”“增大”還是“變大”等。

④填“化學(xué)式”“分子式”“結(jié)構(gòu)式”“結(jié)構(gòu)簡式”“最簡式”還是“電子式”等。

四、依例說法

【例】從廢釩催化劑（主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2等）中回收V2O5的一種生產(chǎn)工藝流程示意圖如下，請回答下列問題：

（1）步驟①中廢渣的主要成分是________，③中X試劑為________。

（2）實驗室中進(jìn)行萃取分液操作時，注入萃取劑，充分振蕩，將分液漏斗于鐵圈上靜置，當(dāng)液體分層后，接下來的操作是______________________________________________。

（3）②③的變化過程可簡化為（下式R表示VO2＋，HA表示有機(jī)萃取劑）R2（SO4）n（水層）＋2nHA（有機(jī)層）2RAn（有機(jī)層）＋nH2SO4（水層）為提高②中萃取百分率，應(yīng)采取的措施是________________________________________。

（4）請完成④中的反應(yīng)離子方程式：

（5）25℃時，取樣進(jìn)行實驗分析，得到釩沉淀率和溶液pH之間關(guān)系如下表：

_pH 1．3 1．4 1．5 1．6 1．7 1．8 1．9 2．0 2．1_釩沉淀率%______________________________________________________88．1 94．8 96．5 98．0 98．8 98．8 96．4 93．1 89．3

結(jié)合上表，在實際生產(chǎn)中，⑤中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液的最佳pH為________。

（6）該工藝流程中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)有________。

【思維流程】

【答案】（1）SiO2H2SO4（2）打開分液漏斗上口塞子（或?qū)⒎忠郝┒飞峡谌影疾蹖?zhǔn)漏斗口頸上小孔）；先打開活塞放出下層液體，后將上層液體從分液漏斗上口倒入另一燒杯中 （3）加入堿中和硫酸使平衡正移或多次連續(xù)萃取 （4）1 6 6 6 1 Cl－3 H2O （5）1．7～1．8（6）氨氣、有機(jī)萃取劑

【變式訓(xùn)練】

1．（2015山東）毒重石的主要成分為BaCO3（含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等雜質(zhì)），實驗室利用毒重石制備BaCl2·2H2O的流程如下：

（1）毒重石用鹽酸浸取前需充分研磨，目的是___________________________。實驗室用37%的鹽酸配制15%的鹽酸，除量筒外還需使用下列儀器中的________。

a．燒杯 b．容量瓶 c．玻璃棒 d．滴定管

（2）加入NH3·H2O調(diào)pH＝8可除去________（填離子符號），濾渣Ⅱ中含______________________（填化學(xué)式）。加入H2C2O4時應(yīng)避免過量，原因是____________________。

Ca2＋__Mg2＋______Fe3＋_______開始沉淀時的p H____________13．9_11．1_3．2 H______________________________11．99．11．9完全沉淀時的p___________________________

已知：Ksp（BaC2O4）＝1．6×10－7，Ksp（CaC2O4）＝2．3×10－9

（3）利用間接酸堿滴定法可測定Ba2＋的含量，實驗分兩步進(jìn)行。

步驟Ⅰ：移取x mL一定濃度的Na2CrO4溶液于錐形瓶中，加入酸堿指示劑，用b mol·L－1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點，測得滴加鹽酸的體積為V0mL。

步驟Ⅱ：移取y mL BaCl2溶液于錐形瓶中，加入x mL與步驟Ⅰ相同濃度的Na2CrO4溶液，待Ba2＋完全沉淀后，再加入酸堿指示劑，用b mol·L－1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點，測得滴加鹽酸的體積為V1mL。

滴加鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液時應(yīng)使用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的________（填“上方”或“下方”）。BaCl2溶液的濃度為________mol·L－1。若步驟Ⅱ中滴加鹽酸時有少量待測液濺出，Ba2＋濃度測量值將________（填“偏大”或“偏小”）。

【解析】（1）毒重石用鹽酸浸取前需充分研磨，目的是增大與鹽酸的接觸面積，加快反應(yīng)速率。實驗室配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液時，需用到的儀器是量筒、燒杯和玻璃棒。（2）由流程圖和表中數(shù)據(jù)可知，pH＝8時，可除去Fe3＋；調(diào)節(jié)pH＝12．5時，Mg2＋完全沉淀，Ca2＋部分沉淀，故濾渣Ⅱ中含有Mg（OH）2和Ca（OH）2；加入H2C2O4的目的是除去溶液中剩余的Ca2＋，使CaC2O4（s），當(dāng)H2C2O4過量時，也可能使c（Ba2＋）·，而生成BaC2O4沉淀，導(dǎo)致產(chǎn)品BaCl2·2H2O的量減少。（3）由方程式知，步驟Ⅰ中加入的的總物質(zhì)的量為步驟Ⅱ中，加入BaCl2充分反應(yīng)后，剩余的的物質(zhì)的量為b mol·L－1×的物質(zhì)的量為mol，由方程式Ba2＋＋溶液的濃度：c（BaCl2）＝若步驟Ⅱ中滴加鹽酸時，有少量待測液濺出，造成V1的用量減小，所以的測量值將偏大。

【答案】（1）增大接觸面積從而使反應(yīng)速率加快 ac

（2）Fe3＋Mg（OH）2、Ca（OH）2H2C2O4過量會導(dǎo)致生成BaC2O4沉淀，產(chǎn)品產(chǎn)量減少

五、提分策略，規(guī)范答題

1．向飽和Na2CO3溶液中通入CO2氣體，有什么現(xiàn)象？為什么？

答案：有晶體析出。因為反應(yīng)生成的NaHCO3的溶解度小于Na2CO3的溶解度，且反應(yīng)過程中消耗水，反應(yīng)方程式為，所以會有晶體析出。

2．不用其他試劑，怎樣鑒別Na2CO3溶液和稀鹽酸？

答案：取少量的一種溶液于試管中，滴加另外一種溶液，若開始無氣泡產(chǎn)生，滴加一段時間后產(chǎn)生氣泡，則試管中的溶液為Na2CO3溶液；若立即產(chǎn)生氣泡，則試管中的溶液為稀鹽酸。

3．簡述在實驗室如何配制Fe2（SO4）3溶液。

答案：把稱量好的Fe2（SO4）3固體在稀H2SO4中溶解，再加水稀釋到指定的濃度。

4．怎樣檢驗?zāi)澄粗芤褐泻蠪e2＋而不含F(xiàn)e3＋？簡述操作步驟及現(xiàn)象。

答案：取未知溶液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，無明顯變化，再滴加幾滴氯水（或H2O2），溶液變成紅色，則證明溶液中含有Fe2＋，不含有Fe3＋。

六、解答化學(xué)工藝流程題的方法

可總結(jié)為：

讀正文，找信息，靈活運(yùn)用；

看框內(nèi)，看框外，內(nèi)外結(jié)合；

邊分析，邊思考，易處著手；

先局部，后全盤，逐步深入；

看清問題，針對性作答。

（作者單位：河南省鄢陵縣第一高級中學(xué)）