化工流程題應(yīng)對(duì)策略例說

◇ 甘肅 陳有瑜

近幾年高考試題中經(jīng)常出現(xiàn)化工流程題,是以實(shí)際生活、生產(chǎn)中的一些物質(zhì)的制備方法為基礎(chǔ),結(jié)合中學(xué)所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)出來的一類題目．主要考查學(xué)生應(yīng)用元素化合物知識(shí)的能力,考查學(xué)生獲取信息、整合信息的能力,考查學(xué)生分析問題,解決問題和語言表達(dá)能力等．

1 明確反應(yīng)原理

化工流程題都有一個(gè)目的,就是要制備什么．為了達(dá)到目的設(shè)計(jì)了從原料轉(zhuǎn)化到產(chǎn)物的流程圖,通過框圖,生產(chǎn)的主要操作、物質(zhì)的轉(zhuǎn)化等相關(guān)信息都會(huì)表現(xiàn)出來,我們要從流程圖中明確每一步是如何轉(zhuǎn)化的,了解轉(zhuǎn)化的反應(yīng)原理．

例1KMn O4在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極其廣泛．以軟錳礦(主要成分為 Mn O2,含少量Al2O3、Si O2等)為原料制備KMn O4的工業(yè)流程如圖1所示．

圖1

(1)料渣的主要成分是________,操作2的意義是________．

(2)“調(diào)p H”的目的是________；寫出“氧化”過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：________；熔融過程中,氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為________．

分析軟錳礦(主要成分為 Mn O2,含少量Al2O3、Si O2等)中加入硫酸,Al2O3和硫酸反應(yīng)生成Al3＋,同時(shí)通入SO2可將 Mn O2還原為 Mn2＋,Si O2不與硫酸反應(yīng),因此料渣是Si O2．溶液中的陽離子主要是Mn2＋和Al3＋,下一步加入 Mn CO3調(diào)節(jié)p H,是為了使Al3＋轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀而除去；下一步加入KMn O4可以氧化 Mn2＋得到 Mn O2．向熔融的Mn O2中加入KOH同時(shí)通入O2,是把Mn O2氧化為K2Mn O4,在K2Mn O4溶液中通入過量CO2,K2Mn O4發(fā)生歧化反應(yīng)得到KMn O4和Mn O2,同時(shí)生成KHCO3,過濾得到Mn O2,重復(fù)利用,提高原料的利用率．將濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、洗滌烘干得到KMn O4晶體．(1)根據(jù)分析可知,料渣主要成分是Si O2,操作2是重復(fù)利用Mn O2,提高原料的利用率．(2)調(diào)節(jié)p H是為了使Al3＋轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀而除去．“氧化”過程是酸性條件下KMn O4氧化Mn2＋得到Mn O2,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2 Mn O－4＋3 Mn2＋＋2 H2O＝5 Mn O2＋4 H＋；熔融過程中 O2為氧化劑,1molO2反應(yīng)得到4mol電子,Mn O2為還原劑,1molMn O2反應(yīng)失去2mol電子,氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶2．

2 讀懂題中信息

化工流程題中涉及的元素及其化合物知識(shí),有些是學(xué)過的,有些是陌生的,陌生的知識(shí)點(diǎn)會(huì)以信息的形式給出,因此在解題時(shí)要有提取有效信息、整合信息的能力．

例2從粗銅精煉的陽極泥(主要含有Cu2Te)中提取粗碲的一種工藝流程如圖2所示(已知Te O2微溶于水,易溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿)．

圖2

下列有關(guān)說法正確的是( )．

A．“氧化浸出”時(shí)為使碲元素沉淀充分,應(yīng)加入過量的硫酸

B．“過濾”用到的玻璃儀器有：分液漏斗、燒杯、玻璃棒

C．“還原”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2 SO2－3＋Te4＋＋4 OH－＝Te＋2 SO2－4＋2 H2O

D．判斷粗碲洗凈的方法：取少量最后一次洗滌液,加入Ba Cl2溶液,無白色沉淀生成

分析從流程圖中可知陽極泥中的Cu2Te在酸性條件下用O2氧化生成Te O2,銅以Cu2＋的形式進(jìn)入濾液,Te O2溶于硫酸,再被Na2SO3還原為Te．Te O2易溶于強(qiáng)酸,選項(xiàng)A錯(cuò)誤．過濾不用分液漏斗,選項(xiàng)B錯(cuò)誤．“還原”時(shí)是在酸性條件下,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2 SO2－3＋Te4＋＋2 H2O＝Te＋2 SO2－4＋4 H＋,選項(xiàng)C錯(cuò)誤．判斷粗碲是否已洗凈的方法：取少量最后一次洗滌液,加入Ba Cl2溶液,沒有白色沉淀生成,選項(xiàng)D正確．答案為D．

3 答題準(zhǔn)確規(guī)范

化工流程題中有很多語言文字表達(dá)題,要注意按題目要求作答．如回答原因類問題時(shí),一定要從化學(xué)原理的角度,用化學(xué)語言作答(如根據(jù)質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律、阿伏加德羅定律等或氧化還原原理、元素周期律、電離理論、速率平衡理論等相關(guān)理論得出)．

例3用廢舊鋰離子電池的正極材料(主要含Li Co O2、Al、C等)為原料制備Co C2O4·2 H2O 的流程如圖3所示．

圖3

(1)灼燒的目的是________,實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行灼燒用到的最重要的儀器是________．

(2)還原步驟在70℃左右條件下進(jìn)行,Li Co O2發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________,若用鹽酸代替硫酸和H2O2,也可以達(dá)到目的,但其缺點(diǎn)是________．

(3)沉淀時(shí),證明Co2＋已經(jīng)沉淀完全的實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象是________．

分析(1)除去鋁后,固體中還含有碳,灼燒時(shí)碳轉(zhuǎn)化為CO2而除去,用到的最重要的儀器是坩堝．(2)還原步驟是在酸性條件下,用H2O2還原Li Co O2生成Co SO4,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2 Li Co O2＋H2O2＋3 H2SO4＝Li2SO4＋2 Co SO4＋O2↑＋4 H2O,用鹽酸代替硫酸和H2O2會(huì)產(chǎn)生Cl2,污染空氣．(3)靜置,取上層清液繼續(xù)滴加(NH4)2C2O4溶液,若不出現(xiàn)沉淀,證明Co2＋已經(jīng)沉淀完全．

點(diǎn)評(píng)

(1)空氣中灼燒的目的有三個(gè)方面,一是要利用空氣中的氧氣氧化固體中的碳；二是要使某些物質(zhì)受熱分解；三是通過灼燒除去固體中的物質(zhì)．該題根據(jù)原料成分灼燒的目的是除去碳．(2)本題是檢驗(yàn)Co2＋是否已經(jīng)沉淀完全,因此只要回答取上層清液繼續(xù)滴加試劑沒有沉淀產(chǎn)生即可．

化工流程題是每年必考題,在審題時(shí)一定要先了解整個(gè)流程的反應(yīng)原理,判斷各階段發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),同時(shí)還要注意題中信息的應(yīng)用,規(guī)范答題．