工藝流程題及其解題基本策略

湖北 王云峰

工藝流程題及其解題基本策略

化學(xué)工藝流程題題目新穎、信息量大、涉及物質(zhì)轉(zhuǎn)化、化學(xué)反應(yīng)原理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作等知識，涉及面廣，從而取代傳統(tǒng)框圖推斷成為近幾年高考的熱門考題，可以說，化學(xué)工藝流程題是知識和能力的完美結(jié)合，符合新課標(biāo)化學(xué)核心素養(yǎng)要求，特別是2017年新課標(biāo)卷取消《化學(xué)與技術(shù)》選修模塊，從而使得它在高考必做題中出現(xiàn)的幾率大大增加?，F(xiàn)對化學(xué)工藝流程題的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和答題策略總結(jié)如下，希望對2018屆備考有所幫助。

一、化工流程題的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

【歸納】原料預(yù)處理

①酸浸：溶解、去氧化膜等，使得可溶性的離子進(jìn)入溶液中，不溶物過濾去除。

②堿浸：去油污(酯)、溶解鋁、二氧化硅、氧化鋁等，使得可溶性的離子進(jìn)入溶液中，不溶物過濾去除。

③水浸：與水反應(yīng)或溶解，使原料變成離子進(jìn)入溶液中。

④研磨(霧化、粉碎)：增大反應(yīng)接觸面積，以加快化學(xué)反應(yīng)速率或使反應(yīng)更充分。

⑤灼燒(焙燒、煅燒)：使物質(zhì)高溫分解或者氧化去除雜質(zhì)、改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)，使物質(zhì)能溶解。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)。

⑥加入其他物質(zhì)：如有機(jī)物醇、四氯化碳、無機(jī)鹽等，其作用是反應(yīng)、溶解。

浸取液(浸出液)——固體加水、酸、堿等溶解得到的離子的溶液。

浸取率(浸出率)——固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少。注意與浸取速率(浸出速率)的差別。

【歸納】控制反應(yīng)條件

①溶液的pH：提供酸堿性環(huán)境、抑制或促進(jìn)離子水解等產(chǎn)生沉淀便于分離等。

調(diào)節(jié)pH的方法：調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點(diǎn)：一是能與H+(或OH-)反應(yīng)，使溶液pH增大(或減小)；二是不引入新雜質(zhì)。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)來調(diào)節(jié)溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。

②溫度：升溫——加快反應(yīng)(溶解)速率；促進(jìn)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；去除熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)或易升華的物質(zhì)。

降溫——防止物質(zhì)分解，揮發(fā)；使平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)；使高沸點(diǎn)的物質(zhì)液化，使其與其他物質(zhì)分離；降低溶解度，減少損失。

控溫(水浴、沙浴、油浴)——受熱均勻，便于控制溫度。溫度太高，速率太快；物質(zhì)可能分解、揮發(fā)、水解；催化劑可能中毒；發(fā)生副反應(yīng)等。溫度太低，速率可能太慢;催化劑活性不高;物質(zhì)轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率不高等。

③氧化劑(還原劑)、電化學(xué)：生產(chǎn)目標(biāo)(或過程)產(chǎn)物或去除某些離子。

④其他條件：濃度、壓強(qiáng)、催化劑、隔絕空氣等。

【歸納】分離提純

①過濾：一貼二低三靠四洗。四洗：為什么要洗？用什么洗？怎么洗滌？是否洗干凈？

為什么洗：去除晶體表面的雜質(zhì)；把目標(biāo)產(chǎn)物盡可能洗出來，提升產(chǎn)率。

用什么洗：蒸餾水、冷水、有機(jī)溶劑(醇、酮、醚)等；如用酒精洗硫酸亞鐵銨晶體可降低晶體因溶解造成損失，可以除去表面的水，酒精易揮發(fā)，易干燥。

怎么洗滌：沿著玻璃棒向過濾器中加入蒸餾水(其他溶劑)至浸沒沉淀，待其自然流下后，重復(fù)2～3次。

是否洗干凈(離子檢驗(yàn))：取最后一次洗滌液少許于試管中，滴加某試劑(其他操作)，產(chǎn)生什么現(xiàn)象？則證明是否洗干凈。

減壓過濾(吸濾、抽濾)：減壓過濾裝置由真空泵、布氏漏斗、吸濾瓶組成。

②結(jié)晶(重結(jié)晶)：溶液中含單一溶質(zhì)時(shí)，所得晶體不帶結(jié)晶水，如氯化鈉溶液結(jié)晶過程為蒸發(fā)結(jié)晶；所得晶體帶有結(jié)晶水，如硫酸銅溶液得到CuSO4·5H2O的晶體過程為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾。

溶液中含兩種以上溶質(zhì)時(shí)，要得到溶解度受溫度影響小的溶質(zhì)采用蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾，如除去NaCl中少量的KCl；要得到溶解度受溫度影響大的溶質(zhì)采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾,如除去KCl中少量的NaCl。

晶體干燥：自然晾干、濾紙吸干、在干燥器中干燥、烘干(熱穩(wěn)定性較好)。

③萃取(分液)：當(dāng)向混合物中加入有機(jī)試劑(苯、四氯化碳等)后分離的，且題目信息有涉及溶解度不同時(shí)考慮萃取。常見液 - 液萃取(如用苯或CCl4萃取水中的溴)，固 - 液萃取(如用酒精浸取黃豆中的豆油以提高油產(chǎn)量)。一般萃取分液后的混合溶液采取蒸餾的方式分離。海帶中提取碘(灼燒、溶解、過濾、氧化、萃取、蒸餾)。

④蒸餾(分餾)：題目信息有涉及沸點(diǎn)不同的物質(zhì)時(shí)，考慮蒸餾，常見混合液體或液 - 固體系。

二、化工流程題答題思路

1.粗讀題、得目的、標(biāo)記有用信息、先問題后框圖。

首先將題目從頭到尾初讀一遍，初步了解原料、目的和提供一些課本上沒有但題目中必須要用到的新信息。養(yǎng)成良好做題習(xí)慣，閱讀時(shí)隨手標(biāo)記目的及相關(guān)信息。先看問題，再看框圖。

2.看箭頭，析過程。

箭頭打進(jìn)的方向是反應(yīng)物，打出的是生成物，有進(jìn)又有出的是可循環(huán)利用的物質(zhì)。

3.細(xì)分析，看措施，推用意，理關(guān)系。

①原料和產(chǎn)品:從某種原料出發(fā)，要得到最終產(chǎn)品，必須除去什么元素、引進(jìn)什么元素？關(guān)注雜質(zhì)離子的去向及產(chǎn)品的生成，有時(shí)需要逆向推倒。

②步驟與目的：加入某種試劑(什么反應(yīng))，進(jìn)行相應(yīng)操作，其目的是什么？結(jié)合后面步驟進(jìn)行思考。特別關(guān)注化合價(jià)變化和溶液酸堿性(兩大主旋律)。

③信息和遷移：新信息一般是重要的暗示和突破口，所給的信息一定有用，但需要提煉、重組、分解和遷移，結(jié)合設(shè)問分析、判斷，正確做答。

④感覺和結(jié)果：對于比較陌生的流程，不必糾結(jié)于某步驟不能看懂，要從宏觀上把握整個(gè)流程，抓大放小，關(guān)注步驟的結(jié)果，跟著感覺走。

4.精準(zhǔn)和規(guī)范：填寫答案時(shí)要運(yùn)用正確規(guī)范的化學(xué)用語，清晰、嚴(yán)密地組織、精準(zhǔn)表述答案，按照題目要求寫出答案。

三、規(guī)范答題思路

①增大原料浸出率的措施：攪拌、升高溫度、延長浸出時(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。

②加熱的目的：加快反應(yīng)速率或促進(jìn)平衡向某個(gè)方向移動(dòng)。

③溫度不高于××℃的原因：適當(dāng)加快反應(yīng)速率,但溫度過高會(huì)造成(如濃硝酸)揮發(fā)、(如H2O2、NH4HCO3)分解、(如Na2SO3)氧化或促進(jìn)(如AlCl3)水解等。

④從濾液中提取一般晶體(溶解度隨溫度升高而增大的晶體)的方法：蒸發(fā)濃縮(至有晶膜出現(xiàn))、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌(冰水洗、熱水洗、乙醇洗)、干燥。

⑤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、趁熱過濾(如果溫度下降，雜質(zhì)也會(huì)以晶體的形式析出來)、洗滌、干燥。

⑥溶液配制、灼燒、蒸發(fā)、過濾用到的儀器要熟知。

⑦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，范圍過小易導(dǎo)致某離子沉淀不完全，范圍過大易導(dǎo)致主要離子開始沉淀。

⑧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)受熱分解或揮發(fā)。

⑨檢驗(yàn)溶液中離子是否沉淀完全的方法：將溶液靜置一段時(shí)間后，向上層溶液中滴入沉淀劑，若無沉淀生成，則離子沉淀完全。

⑩洗滌沉淀：沿玻璃棒往過濾器中加蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流下，重復(fù)操作2～3次。

四、真題再現(xiàn)

【2016高考新課標(biāo)Ⅰ卷】NaClO2是一種重要的殺菌消毒劑，也常用來漂白織物等，其一種生產(chǎn)工藝如下：

回答下列問題：

(1)NaClO2中Cl的化合價(jià)為________。

(2)寫出“反應(yīng)”步驟中生成ClO2的化學(xué)方程式：

。

(3)“電解”所用食鹽水由粗鹽水精制而成，精制時(shí)，為除去Mg2+和Ca2+，要加入的試劑分別為________、________?！半娊狻敝嘘帢O反應(yīng)的主要產(chǎn)物是________。

(4)“尾氣吸收”是吸收“電解”過程排出的少量ClO2。此吸收反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為________，該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物是________。

(5)“有效氯含量”可用來衡量含氯消毒劑的消毒能力，其定義是：每克含氯消毒劑的氧化能力相當(dāng)于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量為________。(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù))

【答案】(1)+3

(4)2∶1 O2(5)1.57

湖北省遠(yuǎn)安縣第一高級中學(xué))