高中化學工藝流程題的解題策略

王丹丹

摘要：新高考背景下，非常注重對學生的獨立思考和發散思維能力的培養.化學工藝流程題在高考中靈活度高，分值大，對學生分析問題、整合信息的能力有很高要求.本文對高中化學工藝流程題的解題策略進行分析研究，并列舉兩道例題作為講解引導，以期望培養學生的邏輯思維能力和發散性思維能力，幫助學生在解答這一類問題時可以由此及彼，舉一反三，由會解一道題到會解一類題.

關鍵詞：高中化學；工藝流程；解題策略

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2024）11-0140-03

新課改后，高考化學的命題特點發生了顯著變化，題目更注重將基礎知識與工農業生產實際情境相結合.化學工藝流程題與生產生活聯系緊密，工藝情境真實，成為近幾年高考主流題型之一[1].考查內容包括元素化合物的性質及轉化、化學反應原理、物質的分離與提純等，分值高難度大，要求學生熟練掌握這類題型的解題方法[2].1 高考解題思維

1.1 常用的分析方法

（1）首尾分析法.對一些從原料到產品為一條龍生產工序的線型流程工藝試題，先對比分析流程圖中的原料（即第一種物質）與產品（即最后一種物質），從對比分析中找出原料與產品之間的關系，弄清生產過程中原料轉化為產品的基本原理，以及包括除雜、分離和提純產品的化工工藝，然后再結合題設的問題，逐一推敲解答[3].

（2）分段分析法.對于用同樣的原料生產多種（2種或2種以上）產品（包括副產品）的工藝流程題，用分段分析法更容易找到解題的切入點.

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1.4 常用的除雜方法

2? 例題剖析

例1如圖1所示的工藝流程為某礦物工廠采用軟錳礦和輝鉍礦提煉ΜnSΟ4和BiOCl的過程.已知：輝鉍礦的主要成分為Bi2S3、FeS2、SiO2，軟錳礦的主要成分為MnO2，焙燒時MnO2轉變為Mn2O3，回答下列問題.（金屬活動性：Fe>（H）>Bi>Cu，該工藝條件下溶液中相關金屬離子開始/完全沉淀的pH范圍如表5）

（1）可以采取以下哪些措施來提高焙燒過程的效率：

A.適當提高通入空氣的量

B.將礦石粉碎得更細小

C.降低焙燒溫度

（2）在空氣中對Bi2S3進行單獨焙燒時會生成Bi2O3，寫出其反應的化學方程式；

（3）在“酸浸”過程中，加入過量濃鹽酸的作用是什么？

（4）“酸浸”完成后會進行過濾，濾渣的主要成分有哪些？

（5）“酸浸”過程中產生氣體A是什么，寫出其離子方程式；

（6）“轉化”步驟中，金屬Bi的作用是什么？

解本題考查聯合焙燒法制備BiOCl和ΜnSΟ4的工藝流程分析.

（1）聯合焙燒時，適當提高通入空氣的量有利于礦石充分反應，可以提高焙燒過程的效率，A符合題意；將礦石粉碎得更細小，可以增大礦石與空氣的接觸面積，能夠提高焙燒效率，B符合題意；降低焙燒溫度，反應速率減慢，不利于提高焙燒效率，C不符合題意.

（2）在空氣中對Bi2S3進行單獨焙燒時會生成Bi2O3，根據原子守恒可知還應生成SO2，結合得失電子守恒，反應的化學方程式為：

2Bi2S3+9O22Bi2O3+6SO2

（3）加入濃鹽酸后，溶液中含有的離子主要為Bi3+、Fe3+、Mn2+、H+、Cl-，酸浸后取濾液進行轉化，因此要加入過量濃鹽酸防止金屬離子水解生成沉淀，進入濾渣，造成制得的BiOCl產率偏低.

（4）根據（3）并結合輝鉍礦和軟錳礦的主要成分為Bi2S3、FeS2、SiO2、MnO2，可知濾渣的主要成分為SiO2；

（5）焙燒時MnO2轉變為Mn2O3，FeS2轉變為Fe2O3，Bi2S3轉變為Bi2O3，Mn2O3與鹽酸會發生氧化還原反應會生成Mn2+與Cl2，所以氣體為Cl2，離子方程式為：

Mn2O3+6H++2Cl-2Mn2++Cl2↑+3H2O

（6）由表1知，將pH調到2.6時，Fe3+會水解生成Fe（OH）3沉淀，但Fe2+還沒開始沉淀，故要將Fe3+轉化為Fe2+，再調pH后獲得含FeCl2的濾液，為了不引入新的雜質，加入Bi作為還原劑.

例2如圖2所示的工藝流程為某礦物工廠從鋁土礦廢料赤泥中提取Sc與TiO2的過程.已知：赤泥的主要成分為Fe2O3、Al2O3、TiO2、Sc2O3，回答下列問題.

（1）寫出基態Sc原子的價電子排布式；

（2）在“沉淀轉化”過程中，加入過量草酸的作用是什么？

（3）寫出“焙燒”過程中生成Sc2O3化學方程式；

（4）常溫下+3價Sc的幾種存在形式與氟離子濃度的對數[lgc（F-）]～pH的關系如圖3所示.已知c（F-）=5×10-4mol/L，“調pH”過程中將pH調至4.0，寫出調節pH后+3價Sc的存在形式；

（5）在“脫水除銨”的過程中，復鹽3NH4Cl·ScF4·aH2O分解得到ScF3，某固體樣品質量與溫度的關系如圖4所示.加熱至380～400 ℃產生白煙，400 ℃以上質量不再改變，求a；

（6）“水解”過程中，加水稀釋后，TiOSO4水解為TiO2·xH2O，寫出TiOSO4水解的離子方程式.

解（1）Sc為21號元素，因此基態Sc原子的價電子排布式為3d14s2；

（2）“沉淀轉化”過程中存在以下平衡：

2Sc（OH）3+3H2C2O4Sc2（C2O4）3+6H2O

該過程中需加入過量的草酸，其原因是草酸與OH-反應，OH-濃度減小，使氫氧化鈧轉化為草酸鈧的平衡正向移動，提高沉淀轉化率；

（3）由題給流程圖可知，“沉淀轉化”過程中Sc2（OH）3轉化為Sc2（C2O4）3，“焙燒”過程中Sc2（C2O4）3轉化成Sc2O3和CO2，反應中碳元素化合價升高，則空氣中氧氣參與反應，氧元素化合價降低，化學方程式為：

2Sc2（C2O4）3+3O22Sc2O3+12CO2

（4）已知c（F-）=5×10-4mol/L，則lgc（F-）≈-3.3；“調pH”過程中控制pH為4.0，由題圖3可知此時+3價Sc的存在形式為ScF3

（5）由題意可知，加熱至380～400 ℃產生白煙，400 ℃以上質量不再改變.復鹽3NH4Cl·ScF4·aH2O加熱首先失去結晶水，200～300 ℃時減少的質量為結晶水的質量，為7.41 g-5.25 g=2.16 g

則7.41 g262.5+18a=2.16 g18 a

解得a=6

（6）“水解”過程中，TiOSO4水解為TiO2·xH2O同時生成氫離子，離子方程式為：

TiO2++（x+1）H2OTiO2·xH2O↓+2H+

3 結束語

工藝流程題將化學工藝流程進行簡化，并與高中化學的理論知識融合，用框圖形式將化工生產中的生產流程表示出來，再根據生產流程中有關的化學知識步步設問.要求學生對常用的制備措施、控制條件和除雜方法全面掌握并熟練運用，在分析問題時要沉著冷靜，找準工藝設計的目的，明確整個流程的意義，然后結合所學理論知識，細致作答.

參考文獻：

[1]王詩涵.基于核心素養的高考化學工藝流程試題分析及教學策略[D].重慶：西南大學，2023.

[2] 董玲，蔣立德.高中化學工藝流程題的解題技巧[J].高中數理化，2023（04）：75-76.

[3] 郝凱妮.基于情境教學下的化工流程題教學策略及實踐研究[D].呼和浩特：內蒙古師范大學，2021.

［責任編輯：季春陽］