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(fā)散思維能力的培養(yǎng).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(yǎng)學生的邏輯思維能力和發(fā)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(guān)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(fā)生了顯著變化，題目更注重將基礎(chǔ)知識與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際情境相結(jié)合.化學工藝流程題與生產(chǎn)生活聯(lián)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(nèi)容包括元素化合物的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化、化學反應原理、物質(zhì)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(chǎn)品為一條龍生產(chǎn)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(zhì)）與產(chǎn)品（即最后一種物質(zhì)），從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理，以及包括除雜、分離和提純產(chǎn)品的化工工藝，然后再結(jié)合題設(shè)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(chǎn)多種（2種或2種以上）產(chǎn)品（包括副產(chǎn)品）的工藝流程題，用分段分析法更容易找到解題的切入點.

1.2 常考的制備措施

1.3 常考的控制條件

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(zhuǎn)變?yōu)镸n2O3，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(guān)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(chǎn)生氣體A是什么，寫出其離子方程式；

（6）“轉(zhuǎn)化”步驟中，金屬Bi的作用是什么？

解本題考查聯(lián)合焙燒法制備BiOCl和ΜnSΟ4的工藝流程分析.

（1）聯(lián)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(jù)原子守恒可知還應生成SO2，結(jié)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(zhuǎn)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(chǎn)率偏低.

（4）根據(jù)（3）并結(jié)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(zhuǎn)變?yōu)镸n2O3，F(xiàn)eS2轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2O3，Bi2S3轉(zhuǎn)變?yōu)锽i2O3，Mn2O3與鹽酸會發(fā)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(diào)到2.6時，F(xiàn)e3+會水解生成Fe（OH）3沉淀，但Fe2+還沒開始沉淀，故要將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+，再調(diào)pH后獲得含F(xiàn)eCl2的濾液，為了不引入新的雜質(zhì)，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(tài)Sc原子的價電子排布式；

（2）在“沉淀轉(zhuǎn)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(shù)[lgc（F-）]～pH的關(guān)系如圖3所示.已知c（F-）=5×10-4mol/L，“調(diào)pH”過程中將pH調(diào)至4.0，寫出調(diào)節(jié)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(zhì)量與溫度的關(guān)系如圖4所示.加熱至380～400 ℃產(chǎn)生白煙，400 ℃以上質(zhì)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(tài)Sc原子的價電子排布式為3d14s2；

（2）“沉淀轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為草酸鈧的平衡正向移動，提高沉淀轉(zhuǎn)化率；

（3）由題給流程圖可知，“沉淀轉(zhuǎn)化”過程中Sc2（OH）3轉(zhuǎn)化為Sc2（C2O4）3，“焙燒”過程中Sc2（C2O4）3轉(zhuǎn)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(diào)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(chǎn)生白煙，400 ℃以上質(zhì)量不再改變.復鹽3NH4Cl·ScF4·aH2O加熱首先失去結(jié)晶水，200～300 ℃時減少的質(zhì)量為結(jié)晶水的質(zhì)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(jié)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(chǎn)中的生產(chǎn)流程表示出來，再根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學知識步步設(shè)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(shè)計的目的，明確整個流程的意義，然后結(jié)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(yǎng)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(shù)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(nèi)蒙古師范大學，2021.

［責任編輯：季春陽］