高考化學(xué)工藝流程題的解題方法

袁彬

近幾年，體現(xiàn)化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)的“工藝流程題”已成高考的熱點，這類題緊密聯(lián)系工業(yè)生產(chǎn)和社會生活實際，這樣的題型對于考生來說試題綜合性強，涉及的知識點多，對學(xué)生能力的要求大，試題文字多，信息量大，多數(shù)學(xué)生會感到解題困難，得分率不高，以下主要談?wù)劅o機工藝流程題的特點、類型及解題方法。

一、工藝流程題的特點

工藝流程題，就是用框圖形式把化工生產(chǎn)過程中的重點生產(chǎn)流程顯現(xiàn)出來，并用所給信息及相關(guān)化學(xué)知識設(shè)計問題，組成與化工生產(chǎn)和社會生活緊密聯(lián)系的化工工藝題型，此類試題分為三個部分即已知、流程圖和問題；已知多數(shù)是給出工藝生產(chǎn)的原料和最終要生產(chǎn)的產(chǎn)品，流程圖部分是用框圖表示出原料到產(chǎn)物的工藝流程，最后根據(jù)生產(chǎn)過程中所給信息及用到的化學(xué)知識設(shè)計成問題。

此類試題的特點有：一是試題情境真實，工藝流程來自工業(yè)生產(chǎn)實際，讓學(xué)生理論聯(lián)系實際，用所學(xué)知識去解決實際問題。二是試題涉及的知識點多，信息量豐富，不但考查對基礎(chǔ)知識的掌握程度，而且提高了學(xué)生解決問題的能力。三是試題閱讀量大，信息較多，提高了學(xué)生閱讀能力和對信息的采集、歸納和應(yīng)用能力。

二、化學(xué)工藝流程的類型

化學(xué)工藝流程按自然資源的開發(fā)與利用，可將工藝流程分為以空氣為資源的工藝流程題（如合成氨、制硝酸工業(yè)工藝流程題），以水為資源的工藝流程題（如海水制鹽，氯堿工業(yè)，純堿工業(yè)、海水提溴等），以礦石為資源的工藝流程題（工業(yè)制硫酸，冶煉鋼鐵，電解冶煉制鋁和鎂等），以化石燃料為資源的工藝流程題（如有機合成等），如果按生產(chǎn)過程中的主要程序可分為除雜工藝流程題（如提煉高純硅），原料轉(zhuǎn)化工藝流程題，電解工藝流程題（如電解精煉銅），有機合成工藝流程題（如合成有機玻璃）和資源能源綜合利用工藝流程題等。

三、化學(xué)工藝流程題的解題方法

工藝流程題的常見考點有：（1）常見離子的檢驗（Cl-、SO42-、CO32-、SO32-、Fe3+、Fe2+等）；（2）提純除雜（過濾、分餾、萃取、酸化、沉淀、轉(zhuǎn)化、氧化等）；（3）結(jié)晶過程：蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過濾→洗滌；（4）溶液PH的調(diào)節(jié)（除Fe3+等）；（5）減少污染，綠色化學(xué)應(yīng)用；（6）純度、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)量的定量計算等。要快速準確地解決這類題，除了需要掌握中學(xué)化學(xué)基本知識和基本技能外，最重要的問題是提高分析工藝流程題的能力，為了更好地解決此類問題歸納方法如下：

1.工藝流程題的分析過程

工藝流程題是考查學(xué)生運用已有知識和相關(guān)信息解決工業(yè)生產(chǎn)問題的能力，應(yīng)按下面方法分析：（1）采集信息，得出生產(chǎn)目的；（2）分析圖框中的各個步驟①原料②反應(yīng)步驟③最終產(chǎn)物；（3）不要忽略問題中的信息。

2.工藝流程題的解題方法

（1）確定生產(chǎn)目的、采集有用信息。信息包括已知信息、流程圖中滲透的信息、表格信息、問題中的有失信息。通過這些信息，確定生產(chǎn)目的。首先比較分析工藝流程中的第一種原料與最后一種產(chǎn)品，從比較分析中找出原料和產(chǎn)品之間的聯(lián)系，得出工藝流程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和檢驗，除雜提純產(chǎn)品的工藝方法，結(jié)合有用的信息，把問題逐個解答；若有多組原料，要合成一種或幾種中間產(chǎn)品，再與部分其他原料生產(chǎn)所需的主要產(chǎn)品，這樣的工藝流程題應(yīng)將工藝流程圖分成多條生產(chǎn)線，分散分析。

（2）分析框圖，了解各步作用。分析流程圖中的原料與產(chǎn)品，找出兩者的關(guān)系，結(jié)合問題思考：原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程中都發(fā)生了什么反應(yīng)？每一步反應(yīng)除目標產(chǎn)物外，還有哪些雜質(zhì)、哪些副產(chǎn)物？如何鑒別目標產(chǎn)物？如何除去雜質(zhì)？有些化學(xué)工藝生產(chǎn)為了充分利用原料，還要考慮“綠色化學(xué)”理念。除考慮將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品外，同時還要考慮將副產(chǎn)品循環(huán)利用。遇到這類題型主要線索是原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，同時也要考慮提高原料的利用優(yōu)選法和再循環(huán)問題。

（3）審清題意，規(guī)范答題。落筆答題很關(guān)鍵，針對學(xué)生簡述能力較差、化學(xué)用語表述不準確，所以答題時要審清題意，文字表達要準確、嚴密、科學(xué)。如不能把名稱寫化學(xué)式、不能把離子方程式寫成化學(xué)方程式、方程式要配平、看清是寫出實驗操作名稱還是讓寫具體操作步驟。

四、例題分析

例題1：（2011山東理綜）實驗室以含有Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、Br-等離子的鹵水為主要原料制備無水CaCl2和Br2，流程如下：

（1）操作Ⅰ使用的試劑是 ，所用主要儀器的名稱是 。

（2）加入溶液W的目的是 。用CaO調(diào)節(jié)溶液Y的pH，可以除去Mg2+。由表中數(shù)據(jù)可知，理論上可選擇的pH最大范圍是 。酸化溶液Z時，使用的試劑為 。

開始沉淀時的pH 沉淀完全時的pH

Mg2+ 9.6 11.0

Ca2+ 12.2 c（OH-）=1.8 mol·L-1

（3）實驗室用貝殼與稀鹽酸反應(yīng)制備并收集CO2氣體，下列裝置中合理的是 。

（4）常溫下，H2SO3的電離常數(shù)Ka1=1.2×10-2，Ka2=6.3×10-8；H2CO3的電離常數(shù)Ka1=4.5×10-7，Ka2=4.7×10-11。某同學(xué)設(shè)計實驗驗證H2SO3酸性強于H2CO3：將SO2和CO2氣體分別通入水中至飽和，立即用酸度計測兩溶液的pH，若前者的pH小于后者，則H2SO3酸性強于H2CO3。該實驗設(shè)計不正確，錯誤在于 。

設(shè)計合理實驗驗證H2SO3酸性強于H2CO3（簡要說明實驗步驟、現(xiàn)象和結(jié)論）： 。

儀器自選。

供選擇的試劑：CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3、蒸餾水、飽和石灰水、酸性KMnO4溶液、品紅溶液、pH試紙。

答案：（1）四氯化碳，分液漏斗。（2）除去溶液中的SO42- 11.0≤PH<12.2 鹽酸。（3）bd。（4）用于比較PH的兩種酸的物質(zhì)的量濃度不相等。

三種參考方案如下：

方案一：將SO2氣體依次通過NaHCO3（或Na2CO3）溶液、酸性KMnO4溶液、品紅溶液、澄清石灰水。品紅溶液不褪色，且澄清石灰水變渾濁，證明H2SO3酸性強于H2CO3。

方案二：將CO2氣體依次通過NaHSO3（或Na2SO3）溶液、品紅溶液。品紅溶液不褪色，證明H2SO3酸性強于H2CO3。

方案三：配制相同物質(zhì)的量濃度的NaHCO3和NaHSO3溶液，用酸度計（或PH試紙）測兩溶液的PH。前者的PH小于后者，證明H2SO3酸性強于H2CO3。

解析：該題為離子的分離提純類試題。在解題過程側(cè)重聯(lián)系物質(zhì)分離提純的基本原理和實驗方法。如開始通入氯氣，為強氧化劑，后面上層液、下層液看出為分液操作。過濾操作，說明加入物質(zhì)，可以沉淀某種離子，故可以選用合適的試劑。

（1）操作I是萃取，且萃取劑的密度大于水的，所以可為CCl4。

（2）分析要除去的離子（SO42-和Mg2+）即可得到CaCl2。加入溶液W是為了除去SO42-，要保證除盡Mg2+，所以PH≥11.0，而又不能使Ca2+沉淀，所以PH應(yīng)小于12.2。

（3）收集CO2應(yīng)用向上排氣法，可知a錯誤，c長頸漏斗端應(yīng)插入液面以下，故b、d均可。

（4）抓住題設(shè)信息，因CO2與SO2氣體溶解度不同無法比較；酸性強弱還可以從以下兩個方面進行考慮；①用強酸制弱酸原理，SO2與NaHCO3反應(yīng)制取CO2 ，然后用酸性高錳酸鉀溶液除去CO2中的SO2，用品紅溶液檢驗SO2是否除盡，最后用澄清石灰水檢驗是否有CO2生成；或?qū)O2通過飽和NaHSO3溶液中，用品紅溶液檢驗有無SO2生成。若品紅不褪色，則證明H2CO3酸性小于H2SO3。②相應(yīng)鹽水解程度進行比較，取相同濃度的NaHCO3和NaHSO3，然后測其PH即可。

例題2：硫酸鋅可作為食品鋅強化劑的原料。工業(yè)上常用菱鋅礦生產(chǎn)硫酸鋅，菱鋅礦的主要成分是ZnCO3，并含少量的Fe2O3 、FeCO3、MgO、CaO等，生產(chǎn)工藝流程示意圖如下：

（1）將菱鋅礦研磨成粉的目的是 。

（2）完成“氧化除鐵”步驟中反應(yīng)的離子方程式：

□Fe（OH）2+□ +□ =□Fe（OH）3+□Cl-

（3）針鐵礦（Coethite）是以德國詩人歌德（Coethe）名字命名的，組成元素是Fe、O和H，化學(xué)式量為89，化學(xué)式是 。

（4）根據(jù)下表數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)“濾液 2”的pH時，理論上可選用的最大區(qū)間為 。

Mg（OH）2 Zn（OH）2 MgCO3 CaCO3

開始沉淀的pH 10.4 6.4 - -

沉淀完全的pH 12.4 8.0 - -

開始溶解的pH - 10.5 - -

Ksp 5.6×10-12 - 6.8×10-6 2.8×10-9

（5）工業(yè)上從“濾液3”制取MgO過程中，合適的反應(yīng)物是 （選填序號）。

a.大理石粉 b.石灰乳

c.純堿溶液 d.燒堿溶液

（6）“濾液4”之后的操作依次為 、 、過濾、洗滌、干燥。

（7）分析圖中數(shù)據(jù)，菱鋅礦粉中ZnCO3的質(zhì)量分數(shù)不低于 。

答案：（1）增大反應(yīng)物接觸面積或增大反應(yīng)速率或使反應(yīng)更充分。（2）2Fe（OH）2+1Cl-+1H2O===2Fe（OH）3+1Cl-。（3）FeO（OH）（或其他合理答案）。（4）8.0≤PH<10.4（或其他合理答案）。（5）b或d（b和d）。（6）蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶（或其他合理答案）。（7）125m2/81m1×100%（或其他合理答案）。

解析：本題考查的是化學(xué)反應(yīng)原理（包括化學(xué)平衡原理、水解原理），物質(zhì)的制備、分離和提純等實驗操作，以及綠色化學(xué)觀念和經(jīng)濟的視角分析實際生產(chǎn)中各種問題的能力。解題的基本思路為：

（1）從反應(yīng)速率及反應(yīng)充分的角度分析。

（2）ClO-作氧化劑被還原生成Cl-，化合價降低2，F(xiàn)e（OH）2生成Fe（OH）3，化合價升高1，所以Fe（OH）2的計量數(shù)為2，最后用O、H配平并檢查。

（3）化學(xué)式量為89，只能含有一個Fe，余下33為H、O，所以有兩個O、一個H，化學(xué)為FeO（OH）。

（4）選擇的區(qū)間應(yīng)該為Zn（OH）2完全沉淀、Mg（OH）2還沒開始沉淀。

（5）因為Mg（OH）2的溶解度遠遠小于Ca（OH）2，且石灰乳價格便宜，所以石灰乳最好。

（6）制取帶結(jié)晶水的硫酸鋅，應(yīng)該用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等過程。

（7）因為在濾液4前加入鋅粉，所以不能用m3kg求解，用m2求解， n（ZnO）=n（ZnCO3）=m2×1000g/81g·mol-1，所