突出化學核心價值，破解工藝流程試題

馮存良　高小艷

化學工藝流程試題是將化學工藝品的主要生產階段用簡要的框圖形式表示，針對生產流程中的化學知識、實驗知識和化工知識設問的一類試題。主要考查的知識點有：元素化合物的性質、原料的預處理方式、試劑選擇、實驗操作分析、工業條件的控制、除雜分離、化學計算等。在本文中，筆者將通過不同的命題點，分享化學工藝流程題的解題方式。

化學工藝流程題中物質的分離與提純

【例1】利用一種鈷礦石（主要成分為Co2O3，含少量 SiO2及鐵、鋁、錳、鎂、鈣等金屬元素的氧化物）制取CoC2O4·2H2O晶體的工藝流程如下。

已知部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液 pH 如表：

已知CoC2O4·2H2O微溶于水，它的溶解度隨溫度升高而逐漸增大，試回答萃取余液中加入草酸銨后，獲取較多CoC2O4·2H2O晶體的操作 。

【解析】萃取余液中加入草酸銨后通過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到較多CoC2O4·2H2O晶體。

【解題錦囊】物質分離、提純的六種物理方法

過濾：把不溶性固體與液體進行分離的操作方法，如除去粗鹽水中的不溶固體。

結晶：把可溶性固體混合物通過溶解度的不同而將物質進行分離的提純方法。

蒸餾（分餾）：用于分離沸點相差較大的液體混合物，如酒精和水的分離。

萃取：利用溶質在互不相溶的溶劑中溶解度不同，用一種溶劑把溶質從它與另一種溶劑組成的溶液中提取出來，如用CCl4從碘水中萃取碘。

分液：分離兩種互不相溶的液體，分液時先把下層液體從下口流出，再把上層液體從上口倒出。

升華：用于分離固體混合物中某一易升華的組分。

【例2】工業上以軟錳礦（主要成分為MnO2，另含有少量FeCO3、Al2O3、SiO2）為原料制取金屬錳的工藝流程如下：

（1）寫出“浸渣”中主要成分的用途（寫出兩條）。

（2）濾渣1的主要成分是 （用化學式表示）。

【解析】（1）“浸渣”中主要成分為二氧化硅，其用途為制造玻璃、光導纖維等;（2）浸取液中含有Al3+、Fe3+，與加入的碳酸根發生雙水解，生成Al（OH）3、Fe（OH）3沉淀，所以濾渣1的主要成分是Al（OH）3、Fe（OH）3。

【解題錦囊】（1）循環使用物質的確定：從工藝流程圖看，箭頭反向（向左）;從物質的轉化看，流程中開始加入物質，后續又產生（在濾渣、濾液或產生氣體中找）。（2）濾渣、濾液成分的確定：考慮原料的成分及每步加入物質的性質與反應，反應過程哪些物質（或離子）消失了，所加試劑是否過量，又產生了哪些新離子，考慮這些離子之間是否會發生反應。

化學工藝流程題中反應條件的控制

【例3】碳酸鋰（相對分子質量為74）廣泛應用于化工、冶金、陶瓷、醫藥、制冷、焊接、鋰合金等行業。制備流程如下：

已知：碳酸鋰的溶解度（g·L-1）見下表。

（1）硫酸化焙燒工業反應溫度控制在250—300 ℃，主要原因是 ;

同時，硫酸用量為理論耗酸量的115%左右，硫酸如果加入過多則 （填字母）。

A.增加酸耗量

B.增加后續雜質的處理量

C.增加后續中和酸的負擔

（2）水浸時，需要在攪拌下加入石灰石粉末的主要作用是 。

（3）“沉鋰”需要在95 ℃以上進行，主要原因是

過濾碳酸鋰所得母液中主要含有Na2SO4，還可能含有 。

【解析】（1）若溫度過低，反應速率慢，若溫度過高，則濃H2SO4沸騰，揮發較多。硫酸加入過多會導致酸耗量增加，增加后續雜質處理量，增加后續中和酸的負擔。（2）加入CaCO3一是和多余H2SO4反應，二是調節pH除去大部分雜質。（3）由表格中數據可知，溫度越高，Li2CO3溶解度越小，故沉鋰在95 ℃以上進行可增加產率。過濾后的母液中除Na2SO4外還可能有Na2CO3、Li2CO3。

【解題錦囊】控制反應條件的六種常用方法

（1）調節溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調節pH所需的物質一般應滿足兩點：①能與H+反應，使溶液pH變大;②不引入新雜質，如若要除去Cu2+中混有的Fe3+，可加入CuO、Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3等物質來調節溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。（2）控制溫度。（3）控制壓強。（4）使用合適的催化劑。（5）趁熱過濾。（6）冰水洗滌。

化學工藝流程題中方程式的書寫

【例4】工業上以釩鈦磁鐵礦為原料，在煉鐵的同時還可以制備釩的最高價氧化物V2O5，其主要流程如下。

已知：①VO-3+2H+VO+2+H2O;

②NH4VO3微溶于冷水，易溶于熱水，不溶于乙醇。

（1）釩渣中的V2O3在焙燒時轉化為Ca（VO3）2，寫出該反應的化學方程式。

（2）Ca（VO3）2難溶于水但能溶于稀硫酸，試用平衡移動原理分析其原因 ，浸出液中含釩物質的化學式為 。

（3）沉釩過程有氣體生成，其反應的離子方程式為 。

【解析】（1）釩渣中的V2O3在焙燒時轉化為Ca（VO3）2，釩元素的化合價升高，但是焙燒時加入的CaCO3并不是氧化劑，真正的氧化劑是氧氣，故該反應的化學方程式為V2O3+O2+CaCO3Ca（VO3）2+CO2。

（2）Ca（VO3）2難溶于水，則存在溶解平衡：Ca（VO3）2（s） 2VO-3（aq）+Ca2+（aq），又由信息①知VO-3+2H+H2O+VO+2，故可推知Ca（VO3）2難溶于水但能溶于稀硫酸，是由于氫離子濃度增大，使VO-3+2H+VO+2+H2O中c（VO-3）降低，Ca（VO3）2溶解平衡Ca（VO3）2（s） Ca2+（aq）+2VO-3（aq）正向移動，促進Ca（VO3）2溶解。

（3）浸出液中含釩粒子主要為VO+2，加入碳酸氫銨通過反應沉釩，沉釩過程有氣體生成，氣體只能是CO2，沉釩結果得到NH4VO3，故沉釩過程的離子方程式為NHO+4+ 2HCO-3+VO+2=NH4VO3↓+2CO2↑+H2O。

【解題錦囊】掌握方程式的書寫技巧

1.陌生化學方程式書寫的思路。首先根據題給材料中的信息寫出部分反應物和生成物的化學式，再根據反應前后元素化合價有無變化判斷反應類型：（1）元素化合價無變化則為非氧化還原反應，遵循質量守恒定律。（2）元素化合價有變化則為氧化還原反應，除遵循質量守恒外，還要遵循得失電子守恒規律。最后根據題目要求寫出化學方程式或離子方程式（需要遵循電荷守恒規律）即可。

2.陌生氧化還原反應方程式書寫的具體步驟。（1）根據元素化合價的升降，判斷氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物;（2）按“氧化劑+還原劑=還原產物+氧化產物”寫出方程式，根據電子得失守恒配平上述四種物質;（3）根據電荷守恒和反應物的酸堿性，在方程式左邊或右邊補充H+，OH-，或H2O等;（4）根據質量守恒配平反應方程式。

化學工藝流程題中的化學計算

【例5】焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）可用作還原劑，印染媒染劑、食品防腐劑等。一種濕法制備焦亞硫酸鈉的工藝流程如圖：

已知：過飽和NaHSO3溶液經結晶、離心分離、干燥制得Na2S2O5。

試回答：為了測定所得產品中Na2S2O5的百分含量，取m克樣品加水溶解，用c mol·L-1的碘標準液滴定到終點消耗碘標準液V mL。該產品中Na2S2O5的百分含量為（用字母表示）。

【解析】設產品中Na2S2O5的百分含量為w，則利用化合價升降配平可知：2I2+S2O52-+3H2O=4I-+2SO42-+6H+，則有Na2S2O5與2I2的數量關系，則n（Na2S2O5）=c mol·L-1× （V×10-3 L）×=Vc×10-3 mol，產品的純度為×100%=%。

【解題錦囊】化學工藝流程題中的化學計算

化學工藝流程題中涉及的計算主要有樣品的質量分數或純度的計算，物質的轉化率或產率、物質的量濃度、物質的質量的計算。

1.計算公式

（1）n=，n=，n=cV（aq）

（2）物質的質量分數或純度=×100%

（3）產品產率=×100%

（4）物質的轉化率=×100%

2.計算方法——關系式法

關系式法常應用于一步反應或分多步進行的連續反應中，利用該法可以節省不必要的中間運算過程，避免計算錯誤，并能迅速準確地獲得結果。一步反應中可以直接找出反應物與目標產物的關系;在多步反應中，若第一步反應的產物是下一步反應的反應物，可以根據化學方程式將某中間物質作為“中介”，找出已知物質和所求物質之間量的關系。

【高分錦囊】

1.圖解明晰化學工藝流程

2.描述簡答的答題規范

（1）“操作或措施”類

（2）“目的或原因”類