運用思維模型巧答工藝流程題

黃一文

(福建省泉州市廈門外國語學(xué)校石獅分校 362700)

解化學(xué)工藝流程題，除了要熟練掌握常見無機(jī)物及其應(yīng)用、反應(yīng)原理、化學(xué)計算等的基礎(chǔ)知識，還應(yīng)具備較熟練的物質(zhì)的分離與提純的基本技能，解題的關(guān)鍵是讀懂流程圖，構(gòu)建解題思維模型并靈活運用巧答題.

一、化學(xué)工藝流程題常見考點

化學(xué)工藝流程題融合了物質(zhì)制備和分離提純過程中有關(guān)元素化合物、離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)速率、化學(xué)平衡、電化學(xué)、反應(yīng)條件控制、綠色化學(xué)等核心知識，常見考點為：

1.給信息的化學(xué)方程式的書寫：考查信息素養(yǎng)、分類觀、微粒觀、轉(zhuǎn)化觀和守恒法.

2.基本實驗操作：考查金屬離子的逐步沉淀和分離、重結(jié)晶、過濾、沉淀的洗滌、蒸餾、萃取和分液等操作.

3.反應(yīng)條件的選擇：考查反應(yīng)速率和化學(xué)平衡影響因素，反應(yīng)溫度、濃度、pH控制等.

4.化學(xué)計算：考查氧化還原、平衡常數(shù)、溶度積、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率、純度等有關(guān)計算.

5.綠色化學(xué)：考查工藝的安全性和可操作性、減少污染、節(jié)約成本等問題.

二、化學(xué)工藝流程題解題思維模型

思維模型如下圖所示.

三、運用思維模型巧答工藝流程題示例

例[2019新課標(biāo)Ⅲ] 高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦(還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制備，工藝如下圖所示.回答下列問題：

相關(guān)金屬離子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

金屬離子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+開始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9

(1)“濾渣1”含有S和____；寫出“溶浸”中二氧化錳與硫化錳反應(yīng)的化學(xué)方程式____.

(2)“氧化”中添加適量的MnO2的作用是____.

(3)“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為____～6之間.

(4)“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“濾渣3”的主要成分是____.

(5)“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+.若溶液酸度過高，Mg2+沉淀不完全，原因是____.

(6)寫出“沉錳”的離子方程式____.

(2)考查分類觀和轉(zhuǎn)化觀，根據(jù)實驗室制氯氣的反應(yīng)和流程可知二氧化錳作為氧化劑，其作用是使MnS反應(yīng)完全，且將溶液中Fe2+氧化為Fe3+.

(3)考查Fe3+和Al3+沉淀生成條件控制，由表中數(shù)據(jù)可知pH在4.7時，F(xiàn)e3+和Al3+沉淀完全，所以pH應(yīng)該控制在4.7～6之間.

(4)考查加沉淀劑Na2S的目的，是為了除去鋅離子和鎳離子，所以濾渣3是生成的沉淀ZnS和NiS.

(7)考查守恒法的運用，根據(jù)化合物中各元素化合價代數(shù)和為0的規(guī)律得：1+2x+3y+4z=6，已知，x=y=1/3，帶入計算得：z=5/6.

化學(xué)工藝流程題陌生度、整合度、靈活度較大，解題時既要明確試題的反應(yīng)原理、考點、設(shè)問點，又要運用所學(xué)知識和信息讀懂流程圖的步驟含義，根據(jù)設(shè)問進(jìn)行準(zhǔn)確答題，只有構(gòu)建解題思維模型并靈活運用思維模型指導(dǎo)答題，練就“化學(xué)的慧眼和思維的慧心”，觸類旁通，領(lǐng)悟解題的規(guī)律性和技巧性，才能突破工藝流程題這一富有挑戰(zhàn)的題型.