無機化學工藝流程中物質的轉換試題剖析

江蘇 王建華

化學工藝流程題是將化工生產中的生產流程用框圖形式表示出來，并根據生產流程中有關的化學知識步步設問。它以現代工業生產為基礎，與化工生產成本、產品提純、環境保護等相融合，考查物質的制備、檢驗、分離提純等基本實驗原理在化工生產中的實際應用，要求考生依據流程圖分析原理，緊扣信息，抓住關鍵，準確答題。這類試題具有較強的實用性和綜合性，是近幾年高考化學命題的常考和熱點題型，所占的分值比重大，區分度也很好。下面就無機化學工藝流程中物質的轉換試題略加剖析。

一、無機化學工藝流程特點及解題思維

無機化學工藝流程大致流程如下：

此類題目多以金屬礦物加工為載體，綜合考查物質間的轉換、化學反應原理、實驗操作等，難度較大，綜合性強。解此類題型的一般思維過程：

1.粗讀題，得目的，標記有用信息

將題目從頭到尾粗讀一遍，初步了解大意。由于題頭一般是簡單介紹該工藝生產的原材料和工藝生產的目的(包括副產品)，以及提供一些教材上未出現過但題中必須用到的信息。因此要求先養成良好的做題習慣，閱讀題干時要隨手畫出目的及相關信息。

2.看箭頭，析過程

箭頭打進的是反應物，打出的是生成物，有進又有出的是可循環利用的物質。

3.細分析，看控制，找分離

分析流程圖中的原料與產品，找出兩者的關系，結合問題思考：原料轉化為產品的過程中都發生了什么反應，每一步得出什么產物，都標在相應的步驟中。物質制備工業都涉及物質的分離提純，注意制備過程中所需的原料、條件的控制(如溶液pH與沉淀、溶度積常數與沉淀等)以及物質分離方法的選擇(如過濾、萃取分液、蒸餾等)。若出現工業評價問題，從成本、環保、現實等角度考慮分析即可。

二、以教材為藍本，熟悉設計

以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質)為原料制備鋁的工藝流程：

流程一(酸溶1)：

分析過程：鋁土礦(Al2O3、SiO2、Fe2O3)，經鹽酸反應后所得物(Al3+、Fe3+、SiO2)，濾渣1是SiO2，經過量氫氧化鈉溶液反應后所得物[AlO2-、OH-、Fe(OH)3]，濾渣2是 Fe(OH)3，濾液經通入CO2反應后所得物[Al(OH)3、NaHCO3]，濾液3是NaHCO3，濾渣是Al(OH)3，經灼燒后得到Al2O3，經電解后得Al。

流程二(酸溶2)：

部分金屬離子在實驗條件下開始沉淀和完全沉淀的pH如下表。

金屬離子Fe3+Al3+開始沉淀時pH1.93.3沉淀完全時pH3.25.2

分析過程：鋁土礦(Al2O3、SiO2、Fe2O3)，經鹽酸反應后所得物(Al3+、Fe3+、SiO2)，濾渣1是SiO2，結合表格信息，經調節pH后所得物[Al3+、Fe(OH)3]，濾渣2是Fe(OH)3，濾液3是Al3+，經加入氨水后所得物[Al(OH)3、NH4Cl]，濾液是NH4Cl，濾渣是Al(OH)3，經灼燒后得Al2O3，經電解后得Al。

流程三(堿溶)：

三、典型例題

(2016全國Ⅲ)以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產硫酸的催化劑。從廢釩催化劑中回收V2O5既避免污染環境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分見下表。

物質V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3質量分數/%2.2～2.92.8～3.122～2860～651～2<1

以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線：

回答下列問題：

(5)“流出液”中陽離子最多的是________。

(6)“沉釩”得到偏釩酸銨(NH4VO3)沉淀，寫出“煅燒”中發生反應的化學方程式：_______________________________________。

(2)0.5 (3)Fe(OH)3、Al(OH)3(4)堿 (5)K+