化工生產流程題的立意、轉化及解題分析

孫洪登

化工生產流程題主要考查考生運用化學反應原理及相關知識來解決工業生產中實際問題的能力。在近幾年的理綜高考中，此類題目承接了化學知識及能力考查的主體之一。對學生利用所學知識解決實際問題能力有了很好的體現，特別是在全國卷的高考中此類題目出現頻度越來越高。

一、化工生產流程題的立意

化工生產流程題是無機化學綜合應用的考查，主要涉及環境保護和原料的綜合利用、能量的合理利用，同時大型的化工生產還要注重的規模和廠址選擇等方面， 從題目的立意上主要考慮以下幾點：

1.產品的生產原理：考查復分解反應、氧化還原反應、水解反應等。

2.除去雜質及產品的分離提純：考查物質分離提純的實驗操作。

3.提高產量與產率（轉化率）：考查化學反應速率和化學平衡。

4.減少污染：考查綠色化學生產。

5.原料的來源：考查物質的來源和成本問題。

6.工業生產：考查生產設備，生產工業等。

要準確、順利地解答無機化工生產流程題，除了要掌握物質的性質、物質之間相互作用的基本知識以及除雜、分離、提純物質的基本技能外，還要具備分析工業生產流程的能力。

二、化學工業生產流程題的轉化設計

化學工業生產主要解決的問題就是流程轉化問題（框圖關系或文字表述），主要從六方面設計問題：一是將原料轉化為產品的化學生產原理；二是產品的分離提純；三是要考慮節約成本并提高產量與產率；四是環保問題，減少污染，在“綠色化學”的基礎上進行生產；五是考慮原料的來源要豐富，有利于成本問題；六是生產設備簡單的簡易和優化，生產工業簡便可行等工業生產問題。化學工業生產流程題主要圍繞這六個方面設問求解。要順利準確、解答化學工業生產流程題，就必須要掌握物質的性質和物質之間相互作用的基本知識外，還要注意除雜、分離提純物質的基本技能等，最后關鍵的問題是要具備分析工業生產流程的方法和能力。

三、解決化學工業生產流程題的策略方法

1.抓首尾，看中間

從原料到產品為一條龍的生產工序類試題，解題關鍵是認真對比分析原料與產品的組成，從中得出將原料轉化為產品和除去原料中所含雜質的基本原理和所用的生產工業。

2.用交叉，看分流

有些化工生產選用多組原料，解題關鍵在于找準中間產品和相互交叉的流水生產線，在分析過程中，抓住中間產品的關聯作用，逐一破解。

3.明目的，讀流程

化工生產流程綜合題目一般是有關物質的制備，解題時，首先明確是制取什么物質，從題干或問題中獲取有用信息，了解產品的性質，然后將基本概念和反應原理與元素及其化合物知識相結合，從質量守恒的角度分析未知物質，尋找解題的突破口。箭頭進入的是投料（反應物），箭頭出來的是生成物。

4.看控制，找分離

物質制備工業都涉及物質的分離提純，注意制備過程中所需的原料、條件的控制（如溶液pH與沉淀、溶度積常數與沉淀等）以及物質分離方法的選擇（如過濾、萃取分液、蒸餾等），盡可能寫出主要的化學反應方程式或制備原理。若出現工業評價問題，從成本、環保、現實等角度考慮分析即可。

四、典型例題剖析

例題1污染物的有效去除和資源的充分利用是化學造福人類的重要研究課題。某研究小組利用軟錳礦（主要成分為MnO2，另含有少量鐵、鋁、銅、鎳等金屬化合物）作脫硫劑，通過圖1所示流程既脫除燃煤尾氣中的SO2，又制得電池材料MnO2（反應條件已省略）。

圖1

請回答下列問題：

（1）流程中多次涉及到過濾操作，實驗室進行過濾操作時需要用到的硅酸鹽材質的儀器有玻璃棒、、；其中玻璃棒的作用是。

（2）用MnCO3能除去溶液中的Al3+和Fe3+，其原理是。

（3）已知Ksp（CuS）=8.4×10-45，Ksp（NiS）=1.4×10-24；在除銅鎳的過程中，當Ni2+恰好完全沉淀時＼[此時溶液中c（Ni2+）=1.0×10-5mol·L-1＼]，溶液中Cu2+的濃度是

mol·L-1。

（4）工業上采用電解K2MnO4水溶液的方法來生產KMnO4，其中惰性電極作陽極，鐵作陰極，請寫出陽極的電極反應式。

（5）下列各組試劑中，能準確測定一定體積燃煤尾氣中SO2含量的是（填編號）。

a.NaOH溶液、酚酞試液

b.稀H2SO4酸化的KMnO4溶液

c.碘水、淀粉溶液

d.氨水、酚酞試液

（6）除雜后得到的MnSO4溶液可以通過（填操作名稱）制得硫酸錳晶體（MnSO4·H2O，相對分子質量為169）。已知廢氣中SO2濃度為

8.4 g·m-3，軟錳礦漿對SO2的吸收率可達90%，則處理1000 m3燃煤尾氣，可得硫酸錳晶體質量為kg（結果保留3位有效數字）。

試題分析

（1）過濾操作需要燒杯、漏斗、玻璃棒，這三種儀器都是硅酸鹽材質的，其中玻璃棒的作用是引流，防止液體飛濺。

（2）Al3+和Fe3+均可以水解：

Al3++3H2OAl（OH）3+3H+

Fe3++3H2OFe（OH）3+3H+

能與H+反應使溶液的酸性減弱，從而使平衡正向移動，生成氫氧化物沉淀而除去。

（3）當溶液中 c（Ni2+）=1.0×10-5mol·L-1時，根據 Ksp（NiS）=1.4×10-24

可求得c（S2—）= 1.4×10-19 mol·L-1

在由Ksp（CuS）=8.4×10-45，可求得

c（Cu2+）=6.0×10-26 mol·L-1

（4）電解池中陽極發生氧化反應，元素的化合價升高，根據生產目的，應使 MnO2-4放電生成MnO-4，電極反應式為 MnO2-4-e-MnO-4。

（5）a.SO2被NaOH溶液吸收，可能生成Na2SO3、NaHSO3，或二者的混合物，即使使用酚酞作指示劑

也不能準確判斷或控制產物的組成，所以不能確定 SO2與NaOH的物質的量的關系，因而不能計算

SO2的含量；

b. SO2與酸性溶液發生氧化還原反應，產物固定，即 SO2與高錳酸鉀存在

確定的物物質的量的關系，且反應終點現象明顯，可以準確計算SO2的含量；

c.SO2與I2有確定的

反應： SO2+I2+H2O2HI+H2SO4，淀粉可以顯示反應終點，現象明顯，所以能準確計算SO2的

含量；

d.氨水是弱溶液，與SO2反應的產物可能是亞硫酸銨、亞硫酸氫銨或二者的混合物。

產物不固定，所以不能準確計算二氧化流的合量。答案選bc。

（6）要使 MnSO4從溶液中析出晶體，可采用蒸發濃縮、冷卻結晶的方法，過濾即得硫酸錳晶體；1000 m3燃煤尾氣中n（SO2）=1000m3×8.4 g·m-364 g×mol-1=131.25 mol

SO2的吸收率是 90%，根據S元素守恒，則可得到硫酸錳晶體的質量是131.25 mol×90%×169 g·mol-1≈20.0 kg。

答案：（1）燒杯、漏斗；引流，防止液體濺出

（2）消耗溶液中的酸，促進 Al3+和Fe3+水解生成氫氧化物沉淀

（3）6.0×10-26

（4）MnO2-4-e-MnO-4

（5）bc

（6）蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾20.0

（收稿日期：2017-01-10）endprint