分解流程大題 提升答題能力

云南 普云清

一、高考化工大題的考查概覽

化學工藝流程題型具有情境新穎、信息量大、跨度大、信息呈現形式多樣、綜合性強的特點。學生在此類題得分率較低，影響了化學總分。根據工藝流程的特點，找到解題的模型是提升分析能力的有效途徑。

1.考查工藝流程題的意義在于，工藝流程題通常情境和選材新穎、真實，試題以解決工廠實際難題為導向，體現社會之需，凸顯學以致用，考以促教之實用性；信息量和陌生度都較大，許多原料都是師生少見或未見過的物質，體現考試之公平性；工藝流程題情境復雜，以突出解決問題的能力為立意，凸顯高考的能力之選拔性。

2.高考工藝流程題知識點考查：流程分析、以溶解度曲線為主要呈現形式的圖像分析、提供金屬離子開始沉淀及完全沉淀pH信息的表格分析、金屬離子的沉淀順序和重結晶、過濾等物質分離方法、熱化學方程式的書寫、陌生化學方程式的書寫、電極方程式書寫、化學反應現象描述、化學平衡原理應用、反應熱及產率計算等。

下面主要以2020年全國卷Ⅲ27題為例歸納出近五年化工大題的試題模型。

【例1】(2020·全國卷Ⅲ·27)某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質。采用如下工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體(NiSO4·7H2O)：

溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：

金屬離子Ni2+Al3+Fe3+Fe2+開始沉淀時(c=0.01 mol·L-1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全時(c=1.0×10-5 mol·L-1)的pH8.74.73.29.0

回答下列問題：

(1)“堿浸”中NaOH的兩個作用分別是________________________。

為回收金屬，用稀硫酸將“濾液①”調為中性，生成沉淀。寫出該反應的離子方程式________________________。

(2)“濾液②”中含有的金屬離子是________。

(4)利用上述表格數據，計算Ni(OH)2的Ksp=____________(列出計算式)。如果“轉化”后的溶液中Ni2+濃度為1.0 mol·L-1，則“調pH”應控制的pH范圍是________。

(5)硫酸鎳在強堿溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作鎳鎘電池正極材料的NiOOH。寫出該反應的離子方程式______________________________。

(6)將分離出硫酸鎳晶體后的母液收集、循環使用，其意義是____________________。

不難發現，2020年全國卷Ⅲ27題與近年全國卷工藝流程題的考查方式基本保持一致，其流程圖的結構主要為原料→原料處理→原料溶解→條件控制，逐一排除雜質離子→分離提純→主產品。

二、切片分解大題，逐一筑牢基礎

針對工藝流程題的基本結構及試題特點，在高三復習中，筆者采取了以下方法進行了復習嘗試，現介紹如下：

1.將大題流程切片分解

以2020年高考題為例，將流程圖切分為六個片段，以圖中虛線表示：

2.逐一筑牢基礎，總結試題規律

將綜合大題切開后，采用一一擊破的策略進行分塊復習，夯實基礎。用歸納法把常見考點建模。

(1)原料分析：分析近年真題，可知題中出現的原料大多來自天然礦石、廢舊電池、電解池、工廠廢水等；

(2)原料處理：除去油脂常用強堿或是堿性鹽溶液等，如例1采用的是NaOH溶液；

(3)原料溶解：溶解按分類常見三種，①酸溶解，用得較多的是硫酸，強酸可以溶解多種物質，當原料中含有Ca元素時，因生成CaSO4微溶物，故不選用硫酸；②堿溶，用氫氧化鈉溶解時原料中的鋁、硅元素可溶解成可溶液性偏鋁酸鹽、硅酸鹽等；③鹽溶，常用碳酸鈉，在加熱條件下CaO、SiO2可與之反應。

(4)物質的轉化：當題中加入H2O2，NaClO，NaClO3，KMnO4等氧化劑時可將低價金屬離子氧化為高價金屬離子。如將Fe2+氧化為Fe3+，以便鐵元素從溶液中沉淀析出，其他金屬離子，如鎳離子也是相同原理；還可以將具還原性的亞硫酸鹽轉化為硫酸鹽等。

(5)條件控制

①溫度控制

a.升高溫度

流程中出現加熱或升溫操作的目的為①加快反應速率；②加速溶解；③促進灼燒、焙燒、煅燒；④改變結構，使一些物質能溶解，并使一些雜質高溫下氧化、分解。

同時，加熱也會產生副作用，歸納如下：①在制備過程中存在一些受熱易分解的物質或產物，會造成如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、濃硝酸等物質的分解等；②促進鹽發生水解反應；③促進平衡移動生成受熱易分解的物質或產物，如侯氏制堿法中的NaHCO3。

b.降低溫度

防止某物質在高溫時會溶解(或分解)、揮發；為使化學平衡向著題目要求的方向移動；降低溶解度，便于目標產物從體系中分離。

②調節pH

a.控制溶液的酸堿性使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。

b.微調pH方法：多數流程題中進行的只是微調pH值，因此引入的物質與H+反應，使溶液pH值略為增大，并遵守不增不減原則。

另外，還需注意，若要加快反應速率，可采用升高溫度、將反應物粉碎、攪拌等方法；若某物質的水解產物中有揮發性酸時，有時需要加入相應的酸來防止水解，如制備FeCl3、AlCl3、Cu(NO3)2等物質時，若要蒸干溶液得到固體溶質時，則需要在酸性氣流中干燥防止其水解。

三、專題突破失分點

通過對多屆學生的問卷調查、考試數據的統計分析可知，工藝流程題失分點主要在：陌生方程式書寫、產品的分離提純、產率計算、精準表達四個方面。故要針對這四個方面作專題化訓練，以期不再失分。

1.陌生方程式的書寫重點以氧化還原方程式的書寫與配平作專題化訓練。

2.產品的分離方法與提純

首先，找出目標產物及可能存在的雜質；其次，認真分析加入試劑目的及反應；最后思考如何除去雜質。常見分離方法歸納如下：

a.洗滌(冰水、熱水)洗去晶體表面的雜質離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損失；

b.蒸發時用氣體抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時，應在HCl的氣流中加熱，以防止水解；

c.蒸發濃縮、冷卻結晶：如除去KNO3中的少量NaCl(雜質在晶體中)；

d.蒸發結晶、趁熱過濾：如除去NaCl中的少量KNO3(雜質在溶液中)；

其他操作方法還有重結晶、加熱、萃取等。

3.計算

計算Ksp、pH值：找出應沉淀完全的離子借助Ksp算出pH值為X。同時計算出不能沉淀的離子的pH值為Y，綜合pH的取值范圍為：X≤pH

產率計算：根據原子守恒法、找關系式法進行計算等。

四、梳理常考問題，規范答題用語

筆者對化學工藝流程題常考問題歸納總結，梳理答題的規范用語。歸納如下：

1.“浸出”步驟中，為提高××的浸出率，可采取的措施有？

答：適當提高反應溫度、增加浸出時間，加入過量××，邊加邊攪拌。

2.如何提高吸收液和反應速率？

答：適當提高溫度、增大吸收液的濃度、增大××與吸收液的接觸面積或攪拌。

3.如何從溶液中得到晶體？

答：①蒸發濃縮→冷卻結晶→過濾→洗滌→干燥；②蒸發結晶、趁熱過濾。

4.如何進行沉淀的洗滌操作？

答：向漏斗中(工業上為過濾器中)加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流下后，重復以上操作2～3次。

答：取最后一次洗滌液，加入BaCl2溶液，若產生白色沉淀則說明未洗滌干凈，若無白色沉淀則說明洗滌干凈。

6．如何從MgCl2·6H2O中得到無水MgCl2？

答：在干燥的HCl氣流中加熱。

7.若CuCl2溶液中混有Fe3+應加何種試劑調pH值使Fe3+沉淀？

答：CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3。

原因是加CuO消耗溶液中的H+的，促進Fe3+的水解，生成Fe(OH)3沉淀析出。

8.調pH使得Cu2+(4.7～6.2)中的Fe3+(2.1～3.2)沉淀，pH范圍是？

答：3.2～4.7。

9.產品進一步提純的操作是？

答：重結晶。

10.趁熱過濾的原因是？

答：減少過濾時間、保持過濾溫度，防止××雜質析出。

11.水浴加熱的好處？

答：受熱均勻，溫度可控，且溫度不超過100 ℃。

12.減壓蒸發的原因是？

答：常壓蒸發溫度過高，物質易分解；減壓蒸發降低了蒸發溫度，可以防止物質分解。

13.Mg(OH)2沉淀中混有Ca(OH)2應如何除去？

答：加入MgCl2溶液，充分攪拌、過濾，沉淀用蒸餾水洗滌。

答：取待測液少許，加入NaOH溶液后加熱，生成的氣體能使潤濕的紅色石蕊試紙變藍。

15.過濾的沉淀欲稱重之前的操作是？

答：過濾、洗滌、干燥。

16.檢驗Fe(OH)3是否沉淀完全的試驗操作是？

答：取少量上層清液或過濾后的濾液，滴加幾滴KSCN溶液，若不出現血紅色，則表明Fe(OH)3沉淀完全。

17.如何從溶液中得到晶體？

蒸發濃縮→冷卻結晶→過濾→洗滌。

結晶應注意：

(1)當溶液是單一溶質時，

①所得晶體不含結晶水(如NaCl、KNO3)：蒸發、結晶；

②所得晶體含有結晶水(如CuSO4·5H2O等)：蒸發濃縮(至有晶膜出現)、冷卻結晶、過濾。

(2)當溶液中有兩種或以上溶質時，

①要得到溶解度受溫度影響小的溶質：濃縮(結晶)、趁熱過濾；

趁熱過濾目的：減少結晶損失；提高純度；

②要得到溶解度受溫度影響大的：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾。