高考化工流程試題命題特點及解決對策

顏建河

題海無邊。對于我們每個學(xué)生來說，題目永遠(yuǎn)做不完，做不窮盡，也沒有必要。立足基礎(chǔ)，掌握核心知識，學(xué)會總結(jié)反思，學(xué)會遷移運用，才是致勝之法寶，才能做到不變應(yīng)萬變。以化工流程為背景的框圖題，是近年來的必考試題之一，可謂高考中的“新寵兒”，試題涉及了課標(biāo)要求的全部重要核心知識點，著力考查學(xué)生獨立思考、靈活運用所學(xué)知識分析問題和解決問題的能力。這類試題以新穎、鮮活的真實情景，融元素、化合物、理論、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、實驗等諸多方面的知識于一體，具有考查知識面廣、綜合性強、思維容量大的特點，備受命題者垂青，成為高考化學(xué)科目的“主打”題目。立足課本知識，采用正向逆向思維、發(fā)散收斂思維、橫向思維等多種方式進(jìn)行綜合分析、推理，才能追尋到解決這類問題的“切入點”，最終順利地完成對整個題目的解答。

特點之一——以化學(xué)原理為背景命題，從原理方面進(jìn)行切入。

考題以物質(zhì)的制備流程為主線，題干主要以框圖轉(zhuǎn)化和熟知反應(yīng)現(xiàn)象等知識作為題目材料予以呈現(xiàn)。著力考查學(xué)生運用化學(xué)平衡原理、化學(xué)反應(yīng)與能量變化、電化學(xué)等知識來解決化工生產(chǎn)中實際問題的能力。其解決對策就是讀懂框圖，獲取有用信息（核心反應(yīng)），分析流程中的每一步驟，運用化學(xué)反應(yīng)原理分析制備產(chǎn)品的最佳條件，從產(chǎn)品物質(zhì)來進(jìn)行切入，準(zhǔn)確找到解答題目的突破口。

【例1】（2015·廣東）七鋁十二鈣（12CaO·7Al2O3）是新型的超導(dǎo)材料和發(fā)光材料，用白云石（主要含CaCO3和MgCO3）和廢Al片制備七鋁十二鈣的工藝如下：

（1）煅粉主要含MgO和 ，用適量的NH4NO3溶液浸取煅粉后，鎂化合物幾乎不溶，若溶液I中c（Mg2+）小于5×10-6 mol·L-1，則溶液pH為_______（Mg（OH）2的Ksp=5×10-12）；該工藝中不能用（NH4）2SO4代替NH4NO3，原因是_______________。

（2）濾液I中的陰離子有_______（忽略雜質(zhì)成分的影響）；若濾液I中僅通入CO2，會生成 ，從而導(dǎo)致CaCO3產(chǎn)率降低。

（3）用NaOH溶液可除去廢Al片表面的氧化膜，反應(yīng)的離子方程式為 。

（4）電解制備Al（OH）3時，電極分別為Al片和石墨，電解總反應(yīng)方程式為 。

（5）一種可超快充電的新型鋁電池，充放電時AlCl4-和Al2Cl7-兩種離子在Al電極上相互轉(zhuǎn)化，其它離子不參與電極反應(yīng)，放電時負(fù)極Al的電極反應(yīng)式為 。

分析與解答：本題是一道立足于課本，而高于課本的化工流程試題，著力考查學(xué)生運用化學(xué)原理、化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)等相關(guān)知識，綜合性較強，有一定難度。為此，解答這類問題的切入口就是從原理出發(fā)（利用好溶度積、物質(zhì)的分離、電極反應(yīng)的書寫等相關(guān)知識），同時，認(rèn)真分析框圖中每步的目的所在，則題中問題可迎刃而解。

（1）煅燒時CaCO3會發(fā)生分解生成CaO和CO2，煅燒MgCO3分解生成MgO和CO2；故煅燒主要含MgO和CaO；Ksp=c（Mg2+）·c2（OH-），代入得：5×10-12=5×10-6×c2（OH-），即得c（OH-）=10-3mol·L-1，pH=11。由于溶液中c（Mg2+）小于5×10-6mol·L-1，所以溶液pH大于11，不能用（NH4）2SO4代替NH4NO3的原因是加入（NH4）2SO4會生成CaSO4微溶物，在過濾時會被除去，從而造成生成的CaCO3減少。

（2）從流程中看出NO3-沒有被除去，故濾液Ⅰ中的陰離子有NO3-，CaO溶于水生成Ca（OH）2，故溶液中還有OH-；若濾液中Ⅰ中僅通入CO2，過量的CO2會與CaCO3生成CaHCO3，從而導(dǎo)致CaCO3產(chǎn)率降低。

（3）Al表面的氧化膜的成分是Al2O3，該物質(zhì)是兩性氧化物，NaOH可以與這發(fā)生反應(yīng)，NaOH溶液與Al2O3反應(yīng)的離子方程式為：Al2O3+OH-=2AlO2-+H2O。

（4）電解制備Al（OH）3時，電極分別為Al片和石墨，Al作陽極，石墨作陰極；Al在陽極放電，溶液中的H+在陰極放電，破壞了水的電離平衡，使的溶液中的OH-濃度增大，與產(chǎn)生的Al3+結(jié)合生成Al（OH）3，總反應(yīng)方程式為：2Al+6H2O2Al（OH）3↓+3H2↑。

（5）根據(jù)題意知，充電和放電時AlCl4-和Al2Cl7-兩種離子在Al電極上相互轉(zhuǎn)化，放電時負(fù)極Al失去電子變?yōu)锳l3+，與溶液中的AlCl4-結(jié)合，發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的Al2Cl7-電極反應(yīng)式為：Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-。

【答案】（1）CaO，11；加入（NH4）2SO4會生成CaSO4微溶物，在過濾是會被除去，造成生成的CaCO減少 （2）NO3-，（NH4）2CO3（3）2OH-+Al2O3=2AlO2-+H2O （4）2Al+6H2O2Al（OH）3↓+3H2↑ （5）Al-3e-+7 AlCl4-=4 Al2Cl7-

特點之二——以物質(zhì)制備為背景命題，從制備方面進(jìn)行切入。

考題的題干主要以熟知物質(zhì)的特征結(jié)構(gòu)、組成等知識作為題目材料予以呈現(xiàn)，主要考查元素及化合物、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、元素周期律、氧化還原反應(yīng)等知識。其解決對策就是認(rèn)真閱讀題干信息，從特征結(jié)構(gòu)、組成來進(jìn)行切入，才能迅速、準(zhǔn)確找到解答題目的突破口。

【例2】（2014·江蘇）煙氣脫硫能有效減少二氧化硫的排放。實驗室用粉煤灰（主要含Al2O3、SiO2等）制備堿式硫酸鋁[Al2（SO4）x（OH）6-2x]溶液，并用于煙氣脫硫研究。

⑴酸浸時反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ；濾渣Ⅰ的主要成分為 （填化學(xué)式）。

⑵加CaCO3調(diào)節(jié)溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2（SO4）3轉(zhuǎn)化為Al2（SO4）x（OH）6-2x。濾渣Ⅱ的主要成分為 （填化學(xué)式）；若溶液的pH偏高，將會導(dǎo)致溶液中鋁元素的含量降低，其原因是 （用離子方程式表示）。

⑶上述流程中經(jīng)完全熱分解放出的SO2量總是小于吸收的SO2量，其主要原因是 ；與吸收SO2前的溶液相比，熱分解后循環(huán)利用的溶液的pH將 （填“增大”、“減小”或“不變”）。

分析與解答：本題是一道立足于課本，而高于課本的化工流程試題，著力考查學(xué)生元素及化合物、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等相關(guān)知識，難度不大。為此，解決好這類題目的關(guān)鍵，就是認(rèn)真讀題，明確框圖中每一步的目標(biāo)，再結(jié)合題目設(shè)問，利用好硫、硅、鋁等相關(guān)知識，則試題中的各個問題便可迎刃而解。

（1）酸浸時，粉煤灰中的Al2O3能與H2SO4反應(yīng)生成Al2（SO4）3，而SiO2不能與H2SO4反應(yīng)，因而濾渣Ⅰ為SiO2。

（2）濾液為Al2（SO4）3，調(diào)節(jié)pH=3.6，加入CaCO3粉末，發(fā)生反應(yīng)生成微溶物CaSO4，因而濾渣Ⅱ為CaSO4；溶液中存在Al3++3H2O=Al（OH）3+3H+，CaCO3+2H+= Ca2++H2O+CO2↑，溶液的pH偏高，堿性增強，會促進(jìn)Al3+水解，溶液中的Al3+和OH-離子反應(yīng)生成Al（OH）3，所以將會導(dǎo)致溶液中鋁元素的含量降低。

（3）+4價S具有較強還原性，溶液吸收二氧化硫生成SO32-，在溶液中SO32-易被氧化生成SO42-，所以上述流程中經(jīng)完全熱分解放出的SO2量總是小于吸收的SO2量；溶液中SO32-屬于弱酸根離子被氧氣氧化為轉(zhuǎn)化為SO42-，SO42-為強酸根離子，則溶液酸性增強，pH減小。

【答案】（1）Al2O3 + 3H2SO4=Al2（SO4）3 + 3H2O；SiO2（2）CaSO4；3CaSO4 + 2Al3+ + 3SO42- + 3H2O=2Al（OH）3 + 3CaSO4 + 3CO2↑（3）溶液中的部分SO32-被氧化成SO42-；減小。

特點之三——以實驗操作為背景命題，從實驗方面進(jìn)行切入。

考題以考查學(xué)生實驗基礎(chǔ)知識、基本操作及基本技能為主要目標(biāo)。其解答切入點就是認(rèn)真讀題，仔細(xì)審題，找到實驗的目的所在。即從混合物中分離、提純某一物質(zhì)，利用某些物質(zhì)制備另一物質(zhì)所涉及的實驗操作方法。

【例3】（2014·江蘇）實驗室從含碘廢液（除H2O外，含有CCl4、I2、I-等）中回收碘，其實驗過程如下：

⑴向含碘廢液中加入稍過量的Na2SO3溶液，將廢液中的I2還原為I-，其離子方程式為______________；該操作將I2還原為I-的目的是 ___________。

⑵操作X的名稱為 。

⑶氧化時，在三頸燒瓶中將含I-的水溶液用鹽酸調(diào)至pH約為2，緩慢通入Cl2，在40℃左右反應(yīng)（實驗裝置如右圖所示）。實驗控制在較低溫度下進(jìn)行的原因是______________________________；錐形瓶里盛放的溶液為 。

⑷已知：5SO32- + 2IO3- + 2H+ = I2 + 5SO42- + H2O。

某含碘廢水（pH約為8）中一定存在I2，可能存在I-、IO3-中的一種或兩種。請補充完整檢驗含碘廢水中是否含有I-、IO3-的實驗方案：

取適量含碘廢水用CCl4多次萃取、分液，直到水層用淀粉溶液檢驗不出有碘單質(zhì)存在；___________。

實驗中可供選擇的試劑：稀鹽酸、淀粉溶液、FeCl3溶液、Na2SO3溶液。

分析與解答：本題是一道立足于課本，而高于課本的化工流程框圖試題，著力考查學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)知識和基本實驗技能，有一定難度。為此，解決好這類題目的關(guān)鍵，就是認(rèn)真讀題，明確框圖中每一步的目標(biāo)，再結(jié)合題目設(shè)問及實驗裝置圖，利用好鹵素、氧化還原反應(yīng)的相關(guān)知識，則試題中的各個問題便可迎刃而解。

根據(jù)題給框圖分析，明確幾種重要物質(zhì)（離子）的氧化性強弱，融合實驗裝置和實驗的基本操作，再結(jié)合問題就能準(zhǔn)確回答。其正確答案如下：

（1）SO32-被I2氧化為SO42-，I2被還原為I-，結(jié)合電荷守恒和原子守恒可寫出正確反應(yīng)方程式為：SO32- + I2 + H2O = 2I- + SO42- + 2H+；因為I2不溶于水，而碘化物易溶于水，故將I2還原為I-的目的是使CCl4中的碘進(jìn)入水層。

（2）分離有機(jī)溶劑和水溶液的混合物需要通過分液的方法；

（3）溫度越高，Cl2溶解度越小，而且隨溫度升高，Cl2會把I2進(jìn)一步氧化為IO3-，導(dǎo)致氧化I-的效率偏低；另外，I2也容易升華。使氯氣在溶液中有較大的溶解度（或防止I2升華或防止I2進(jìn)一步被氧化）；NaOH溶液。

（4）檢驗I2用淀粉，結(jié)合所給試劑的性質(zhì)，F(xiàn)eCl3具有氧化性，可將I-氧化為I2，而Na2SO3具有強還原性，可將IO3-還原為I2。從水層取少量溶液，加入1～2mL淀粉溶液，加鹽酸酸化，滴加FeCl3溶液，若溶液變藍(lán)，說明廢水中含有I-；若溶液不變藍(lán)，說明廢水中不含有I-；另從水層中取少量溶液，加入1～2mL淀粉溶液，加鹽酸酸化，滴加Na2SO3溶液，若溶液變藍(lán)，說明廢水中含有IO3-；若溶液不變藍(lán)，說明廢水中不含有IO3-。

【答案】（1）SO32- + I2 + H2O = 2I- + SO42- + 2H+，使CCl4中的碘進(jìn)入水層。（2）分液；（3）使氯氣在溶液中有較大的溶解度（或防止I2升華或防止I2進(jìn)一步被氧化）；NaOH溶液；（4）從水層取少量溶液，加入1～2mL淀粉溶液，加鹽酸酸化，滴加FeCl3溶液，若溶液變藍(lán)，說明廢水中含有I-；若溶液不變藍(lán)，說明廢水中不含有I-；另從水層中取少量溶液，加入1～2mL淀粉溶液，加鹽酸酸化，滴加Na2SO3溶液，若溶液變藍(lán)，說明廢水中含有IO3-；若溶液不變藍(lán)，說明廢水中不含有IO3-。

責(zé)任編輯 李平安