例談化學工藝流程題中新情境方程式的書寫策略

陳建勤

[摘? ?要]以近幾年高考化學高頻點試題做背景，闡述化學工藝流程題中新情境方程式的書寫策略。

[關鍵詞]化學工藝流程題;新情境;方程式;書寫

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）05-0064-02

化學工藝流程題是近幾年高考化學的熱點題型，它是在原來無機框圖題的基礎上的創新。此類試題考查的知識點主要有：根據題給信息，結合工藝流程書寫化學方程式或離子方程式即新情境方程式的書寫;對化學實驗的基本操作的考查，如溶液配制，中和滴定，物質檢驗、分離、提純;考查有關問題的計算;等等。其中，新情境方程式的書寫在高考化學中占較高的比重。

下面，我們以近幾年的高考化學試題為例來探討化學工藝流程題中新情境方程式的書寫策略。

一、樹立整體意識和局部意識，抓住物質轉化和元素流向的思維主線

【例1】（2013年全國卷Ⅰ，節選）鋰離子電池的應用很廣，其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰（LiCoO2）、導電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時，該鋰離子電池負極發生的反應為6C+xLi++xe- = LixC6。現欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源（部分條件未給出）。

回答下列問題：

（2）寫出“正極堿浸”中發生反應的離子方程式：

。

（3）“酸浸”一般在80℃下進行，寫出該步驟中發生的所有氧化還原反應的化學方程式：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

（4）寫出“沉鈷”過程中發生反應的化學方程式：

。

分析：“首”是鈷酸鋰（LiCoO2）、導電劑乙炔黑和鋁箔，“尾”是碳酸鈷，它們的相同元素是鈷元素，所以要通過核心反應去掉除了鈷元素以外的元素和物質以得到目標產品，由此要分析流程圖中鈷元素的流向和鋁元素的流向。

題（2），正極材料中能與NaOH溶液反應的只有Al，生成偏鋁酸鈉和氫氣。題（3），根據箭頭指向得知反應物是H2SO4 、H2O2，還有濾渣，濾渣應該有鈷酸鋰和乙炔黑等。因為產品是碳酸鈷，所以鈷酸鋰應該是反應物。我們追尋鈷元素的流向，其流向了硫酸鈷，而鋰元素流向了硫酸鋰。由于鈷元素的化合價從+3價降至+2價，化合價降低，被還原， 所以H2O2只能做還原劑，氧化產物是O2，得出：2LiCoO2+3H2SO4+H2O2 [△]Li2SO4+2CoSO4+O2↑+ 4H2O。題（4），根據箭頭的指向，得知反應物是CoSO4和NH4HCO3，生成物有CoCO3，鈷元素化合價不變，所以是非氧化還原反應。又因為HCO3- [?]H+ + CO32-? ，Co2+與CO32-形成沉淀，促進平衡向右移動，產生更多的氫離子，氫離子與剩余的碳酸氫根反應生成二氧化碳和水，從而得出：CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3↓+ （NH4）2SO4+H2O+CO2↑。

二、緊扣守恒觀，快速加工處理題給信息

【例2】（2015年全國卷Ⅰ，節選）氯化亞銅（CuCl）廣泛應用于化工、印染、電鍍等行業。CuCl難溶于醇和水，可溶于氯離子濃度較大的體系，在潮濕空氣中易水解氧化。以海綿銅 （主要成分是Cu和少量CuO）為原料，采用硝酸銨氧化分解技術生產CuCl的工藝過程如下：

（2）寫出步驟③中主要反應的離子方程式：? ? ? ? ? 。

分析：注意題給信息“CuCl難溶于醇和水”，所以產物有CuCl，根據氧化還原反應的規律，SO32-的氧化產物為 SO42-，再根據氧化還原反應中的電子守恒可得到：

2Cu2++SO32-+2Cl-+H2O=2CuCl↓+SO42-+2H+。

書寫方程式時為了達到電荷守恒和原子守恒，常在方程式的兩端添加H+或OH-或H2O，但要考慮溶液的酸堿性。

三、根據課本或已學的方程式進行類比遷移

【例3】（2016年全國卷Ⅲ，節選）以硅藻土為載體的五氧化二釩（V2O5）是接觸法生成硫酸的催化劑。從廢釩催化劑中回收V2O5既可避免污染環境又有利于資源的綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為：

[物質 V2O5 V2O4 K2SO4 SiO2 Fe2O3 Al2O3 質量

分數/% 2.2～2.9 2.8～3.1 22～28 60～65 1～2 <1 ]

以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線：

回答下列問題：

（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：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

分析：碳酸銨與釩酸銨組成相似，已學的方程式有碳酸銨受熱分解生成氨氣、水、CO2。整個流程中釩元素的化合價沒變，所以釩酸銨的分解產物應該與碳酸銨相似，即得到五氧化二釩、氨氣、水。因此可得出方程式：

2NH4VO3[高溫]V2O5+H2O+2NH3↑。

綜上所述，對于化學工藝流程題中新情境方程式的書寫基本思路可歸納如下：

（1）從生產目標出發，讀懂流程框圖。只要弄清框圖末尾的目標產品，基本就能反推原料預處理、核心反應、分離提純等階段的具體情況。解答時要框內框外結合，首尾兼顧，從易處著手，先局部，后全盤，逐步深入。

（2）抓住關鍵點進行突破。一切反應或操作都是為了獲得目標產品，因此要了解反應物是什么，發生了什么反應，該反應造成了什么后果，對制造產品有什么作用，并結合多、快、好、省的理念分析流程中的每一個步驟的物質成分。

（3）從題干和設問點中獲取信息，幫助解題。新信息一般是重要的暗示和關鍵的突破口，需要對其進行提煉、重組、分解和遷移，而在分析整個流程的核心反應時常需要學生樹立整體意識和局部意識，抓住物質轉化和元素流向的思維主線，結合化合價，根據課本或已學的方程式進行類比遷移，綜合解題。

（責任編輯? ? 羅? ?艷）