高中化學工藝流程題的解題技巧

董 玲 蔣立德

(1.新疆師范大學化學化工學院 2.新疆農業大學附屬中學)

工藝流程題是高考化學常考的內容,具有較高的難度.解答這類習題需要學生牢固掌握相關的知識,并能結合物質間的轉化關系及反應條件推測流程中物質間發生的反應.在進行這部分內容的專題復習時,教師可以選擇具體的試題作為例題,引導學生進行逐一分析,幫助其有效答題.

1 通讀試題題干,找出關鍵信息

審題是解題的第一步.相較于其他試題,化學工藝流程題的題干表現形式更為多樣,題干給出的信息多而且有些是隱含信息,其中可能有很多知識學生在化學課堂學習中并未接觸過.因此,解題時,需要對整個題目進行通讀,找出題目中的關鍵信息.

例(2022年全國乙卷)廢舊鉛蓄電池的鉛膏中主要含有PbSO4、PbO2和PbO、Pb,還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等.為了保護環境、充分利用鉛資源,可以通過圖1所示流程來回收電池中的鉛.

圖1

一些難溶電解質的溶度積常數如表1所示.

表1

一定條件下,一些金屬氫氧化物沉淀時的pH 如表2所示.

表2

回答下列問題:

(1)在“脫硫”中PbSO4轉化反應的離子方程式為_________,用沉淀溶解平衡原理解釋選擇Na2CO3的原因是________.

(2)在“脫硫”中,加入Na2CO3不能使鉛膏中的BaSO4完全轉化,原因是________.

(3)在“酸浸”中,除加入醋酸(HAc),還要加入H2O2.

(ⅰ)能被H2O2氧化的離子是________;

(ⅱ)H2O2促進了金屬Pb 在醋酸中轉化為Pb(Ac)2,其化學方程式為________;

(ⅲ)H2O2也能使PbO2轉化為Pb(Ac)2,H2O2的作用是________.

(4)“酸浸”后溶液的pH 約為4.9,濾渣的主要成分是________.

(5)“沉鉛”的濾液中,金屬離子有_________.

通讀題干可以發現,本題展示的內容為廢舊鉛蓄電池中鉛膏的回收,給出的圖和表均涉及反應中化學元素的回收.題目給出的信息包括鉛膏中所含的化合物、相關物質的溶解度和反應所涉及的部分金屬氫氧化物沉淀的pH.

2 結合具體問題,尋找解題關鍵

化學工藝流程題多以填空題的形式出現,在解題過程中,學生需要通過審題及對問題的分析,找出符合題目要求的答案.通常來說,化學工藝流程題會提供一個化學工藝的完整或部分過程.為實現這一類習題的有效解答,學生就需要從問題入手,找出每一個小問的關鍵點,由此切入,再去題干中找出相關聯的條件和信息.

例如,針對前文所展示的題目,為了解答這一習題,學生就需要從習題的具體問題出發進行分析,對題干的內容進行解析研究,尋找解題的關鍵點.

針對問題(1):可以借助題目中給出的流程進行分析.通過研究可以發現,在“脫硫”中,發生的是Na2CO3溶液與PbSO4反應生成PbCO3和Na2SO4,反應的離子方程式為

通過分析可以發現PbSO4飽和溶液中存在平衡反應

根據題目中給出的表格可知Ksp(PbCO3)＜Ksp(PbSO4),所以可以確定,在加入Na2CO3溶液時可以生成PbCO3沉淀,從而使平衡向右移動,該反應的平衡常數為

說明幾乎可以完全完成轉化.

針對問題(2):根據問題(1)的解題思路,對題目給出的溶度積常數進行分析,但與(1)不同的是,BaSO4轉化為BaCO3的平衡常數非常小,因此反應進行的程度也較小.在明確這一內容后,便可以作出合理的解答,即加入Na2CO3不能使鉛膏中的BaSO4完全轉化.

針對問題(3):(ⅰ)由于H2O2具有較強的氧化性,是工業生產中較為優良的氧化劑,根據鉛膏中含有的雜質元素可以確定這一步驟中被氧化的離子應該是Fe2＋.

(ⅱ)通過閱讀題目可以發現,題目中給出了“H2O2促進了金屬Pb在醋酸中轉化為Pb(Ac)2”這一信息,由此可以得到反應物為Pb、H2O2和醋酸,生成物中有(CH3COO)2Pb,因此可得出化學反應方程式為Pb＋H2O2＋2CH3COOH＝(CH3COO)2Pb＋2H2O.

(ⅲ)PbO2中 Pb 的化合價為＋4 價,(CH3COO)2Pb中Pb的化合價為＋2價,PbO2中Pb的化合價降低作氧化劑,因此該反應中H2O2作還原劑.

針對問題(4):通過讀題可以發現,題目中給出了金屬氫氧化物沉淀時的pH.由表2可知,當pH＝4.9時,Fe3＋和Al3＋可以完全沉淀,因此濾渣的主要成分為Fe(OH)3和Al(OH)3.

針對問題(5):由問題(2)可知,Na2CO3不能使BaSO4完全轉化BaCO3,Fe、Al元素轉化為氫氧化物沉淀,而反應過程中引入的金屬離子只有Na＋,因此沉鉛后濾液中的金屬離子為Na＋、Ba2＋.

3 聯系已有知識,推論未知知識

化學工藝流程題有時也會涉及一些學生完全陌生的化學反應或物質,由于學生在課堂學習中很少接觸這類內容,所以對涉及的反應也較為陌生.但化學知識間有著密切的聯系,化學工藝流程題也不會給出完全超綱的題目,學生可以從題目中給出的提示條件或與目標反應相似的一些化學反應中找出解題的知識和信息.基于此,學生在解題時,要聯系自己已經掌握的知識內容,對題目中存在的未知內容進行推論與分析,嘗試找出符合題目要求的答案.

縱觀上述習題的解析過程可以發現,第(1)問考查離子反應方程式的內容,學生需要將所學過的離子方程式的書寫方法引入本題中,從物質的反應規律出發,將硫酸鉛與碳酸根離子的反應寫出來.第(2)問考查原理解析,學生則需要運用所學過的平衡常數知識對該習題進行解答.在問題(3)的第(ⅱ)小問中,可以根據題目中給出的信息,將自己所掌握的方程式的書寫和配平方法進行知識遷移,完成化學方程式的書寫.

4 代入習題檢測,有效檢驗答案

從題目的構成來看,化學工藝流程題和框圖推斷題有相似之處,一些問題的解答需要學生通過推論去完成,這一情況意味著學生所得出的結果可能只是符合題目部分條件的錯誤結論.因此,學生在完成習題解答后,需要將所得答案代入原本的題干中,看其是否符合題干的要求.例如,針對問題(5),學生可以將“沉鉛”溶液中只有鈉離子這個結論代入習題中,進行驗證,并分析若還有其他離子,會呈現什么樣的變化.

總而言之,高中化學工藝流程題是高考化學常考的題目,難度較大.為了正確解答這一類習題,學生需要從讀題、審題出發,通讀試題的題干,找出關鍵的解題信息,而后再結合題目中所給出的具體問題,找出解答問題的關鍵點.在實際解題過程中,面對一些未知題目的解答,學生需要聯系已有的知識去推論未知的知識,尋找符合題目要求的答案.在完成解題后,為了確保自己的答案符合題目要求,學生還需要將答案代入習題中進行檢驗與分析.

(完)