“三步”破解工藝流程題

摘 要：工藝流程題主要是以實際工業生產為基礎，將化工生產中的生產流程進行簡化用框圖形式表示出來，試題內容涉及高中化學基本概念與基本理論、元素及其化合物基礎知識、物質的轉化觀、化學實驗基本知識，與環境保護和化工生產經濟效益相融合.根據流程中涉及到的化學知識設置成系列問題，構成一道完整的化學試題，能力立意，注重考查綜合運用能力和化學學科核心素養.

關鍵詞：工藝流程;讀題;解題;高中化學

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2022）22-0137-03

工藝流程題在高考化學試卷中已經占據十幾年的時間，以真實情境為測試載體，以化學知識作為解決問題的工具，以生產生活中的真實問題為測試任務.試題陌生度高難度大，有明顯區分度，對能力要求高，學生容易產生畏懼感.如何高效解答工藝流程題？現以2021年福建省高考化學試卷第12題的變式題為例給大家介紹一種“三步”法.

例題 （2021年福建省高考化學試卷第12題的改編題）四鉬酸銨常用于生產加氫、脫硫等石油精煉催化劑，微溶于水，溶于堿和氨水.工業中用鉬精礦（主要含MoS2，還有Cu、Fe的化合物及SiO2等）為原料制備四鉬酸銨的工藝流程如圖1所示.

（1）（NH4）2Mo4O13中Mo的化合價為;“焙燒”產生的氣體是.

（2）“浸出”時，MoO3轉化為 MoO2-4.提高單位時間內鉬浸出率的措施有（任寫兩種）.溫度對 90min內鉬浸出率的影響如圖2所示.當浸出溫度超過80℃后，鉬的浸出率反而降低，主要原因是溫度升高使水大量蒸發，導致.

（3）“凈化”時，為了使浸出液中殘留的Cu2+、Fe2+離子濃度小于1.0×10-6mol·L-1，加入沉淀劑（NH4）2S，應控制溶液的p（S2-）應小于.（已知：p（S2-）=-lgc（S2-），pKsp=-lgKsp;CuS和FeS的pKsp分別為35.2和17.2）

（4）“凈化”后溶液中若有低價鉬（以MnO2-3表示），可加入適量H2O2將其氧化為MnO2-4，反應的離子方程式為.

（5）“沉淀”時，濾液濃縮后加入HNO3的作用是.

（6）工業用H2在高溫下還原（NH4）2Mo4O13制備金屬鉬，反應的化學方程式為.

第一步，粗讀試題，了解整道試題的結構.時間控制在40秒以內.具體應該達到以下幾點目的：（1）清楚該工藝流程題的所屬類型，常見題型有兩類：①是以物質制備為載體的工藝流程，確定要制備目標產物，思考核心反應所需試劑實現物質轉化，防止副反應發生.②是以物質提純為載體的工藝流程，主要是對混合物的除雜、分離、提純，知道雜質物質，思考除雜方法.不同類型的解題思路和方向有所區別，明確工藝流程題的所屬類型有助于對整個流程的理解思路，研讀流程圖時，就能根據每種類型特點來解讀流程.（2）清楚原料是什么物質，目標產物是什么物質，了解整道題目的有效信息分布的地方，有些信息是在題頭，有些后續設問中的提示性信息可能分布在問答題當中，通過粗讀題目就可以把整個信息大概了解，同時用筆在信息下畫線做標注，有助于下步精讀工藝流程圖時對整個流程的理解.比如例題中有效信息分布題頭、問答題第（2）、（3）、（4）題目題干中.（3）通過粗讀題目，清楚工業流程圖中重點流程步驟，涉及問答題的流程步驟相對重要，在第二步精讀工業流程圖時應全面分析理解，與問題關聯度小只需簡單了解，節約時間.工業流程圖流程步驟一般少則四、五步，多則十幾步，每個流程步驟都認真分析會花較長時間，做題過程中是不允許的.如果流程圖比較陌生且復雜，知識層面和能力層面達不到相對要求，直接依據問題需要對整個流程大體了解，不必把每個流程的轉化環節的原理都弄清.

第二步，細讀試題，采集有效信息分析流程.時間控制在3分鐘左右.讀題要放慢速度，認真分析重要的信息，利用流程圖以外的有效信息和后續設問中的提示性信息解讀整個流程及每一部分所要達到目的，分析每步流程所加入的物質（注意該物質氧化還原性、酸堿性、穩定性等）、發生的條件、物質的轉化以及得到的產物，結合化學知識與化工生產實際問題思考弄清整個流程.首先，通過閱讀題頭，了解原料或者產物性質，如溶解度、物質的熱穩定性和熔沸點等信息，分析原料中哪些元素或物質要到最終產品中，必須除去什么元素.如例題中題頭提供的原料鉬精礦（主要含MoS2，還有Cu、Fe的化合物及SiO2）中Mo元素要到目標物質中是核心元素， Cu、Fe、S、SiO2等元素或物質為雜質.接著，試題以真實的化工生產過程為背景，主要用框圖形式將原料到目標產物的生產工藝流程表示出來，例題由鉬精礦為原料制備四鉬酸銨.工業流程圖要花時間研讀，分析流程中的每一步驟，從以下幾個方面了解流程：（1）反應物是什么同時生成什么，判斷哪些元素或者物質是要在工藝過程中保留的，要除去哪些元素或物質，同時關注這些元素的化合價的變化情況.（2）每步流程發生的化學反應是什么？利用了什么原理？工藝流程一般會涉及氧化還原原理、化學平衡原理、復分解反應、溶液中三大離子平衡原理.（3）加入物質對物質轉化有什么作用，可能會產生了什么副產物或雜質，又是如何分離、提純和循環利用這些物質的？思考問題時始終記住一個非常重要的關鍵點：一切反應或操作都是得到最后的目標產物，從對產品的影響層面再去理解相關操作或反應物的選擇.以例題為例具體做法：將鉬精礦（MoS2，Cu、Fe的化合物、SiO2）→通入氧氣焙燒得到（MoO3、CuO、Fe2O3、SiO2和SO2）→加Na2CO3、H2O浸出得到（MoO2-4 、Cu（OH）2、Fe（OH）2）→加（NH4）2S凈化（濾渣為CuS、FeS濾液主要含MoO2-4）→加NH4NO3、HNO3進行沉淀得到（NH4）2Mo4O13·2H2O.把上述中括號的物質寫在相關流程的框圖上面，完成后流程根據所寫信息重新解讀一次，前后意思是否連貫，所有反應和操作是否為獲得純凈的產品而服務.

工藝流程主要分為三個階段：（1）原料預處理階段：礦物質粉粹、溶解（酸溶、堿溶、水溶及相關化工術語）、初步除雜.（2）核心反應階段：主要涉及操作措施、物質成分、化學反應、條件控制（充分考慮工藝的酸堿性環境和溫度環境），促進核心反應發生，同時又可能會存在哪些副反應發生生產雜質.對反應條件的分析可從影響化學反應速率的因素、影響化學反應平衡因素，同時結合生產綜合經濟效益要考慮到原料成本、對設備的要求和注意環保、發展“綠色化學”等.箭頭處理方法： ①主線——主產品;②支線——副產品;③回頭——循環品.（3）產品精制階段：一般是分離提純化學實驗操作，主要考慮減少產品中的雜質、減少產品損失、防止產品變質問題等.

第三步，解答問題.通過第一步的粗讀題目和第二步細讀題頭、題干工藝流程，全面獲取信息、弄清楚整個流程就立即解答問題，答題時看清問題，利用前面兩步獲取的有用信息來幫助解題，用語要規范，計算要準確.以例題為例談具體解題過程：（1）根據（NH4）2Mo4O13 的常見O元素化合價和NH+4推算陌生元素Mo為+6價.鉬精礦中有三種金屬元素Mo、Cu、Fe和非金屬Si、S想到“焙燒”產生的氣體為SO2.（2）要明白提高單位時間內鉬浸出率即提高反應速率，第一空格問題簡單化.第二個問題須抓住“水大量蒸發，鉬的浸出率反而降低”，結合流程含鉬物質要留在濾液中，推出Na2MoO4會因為晶體析出混入浸渣造成損失.（3）將已知CuS和FeS的pKsp分別為35.2和17.2，轉換Ksp（CuS）=10-35.2，Ksp（FeS）=10-17.2，依據Ksp（CuS）=c（S2-）×c（Cu2+）公式算出要使Cu2+濃度小于1.0×10-6mol·L-1，則c（S2-）濃度大于10-29.2mol·L-1，要使Fe2+濃度小于1.0×10-6mol·L-1，則c（S2-）濃度大于10-11.2mol·L-1，綜述：c（S2-）>10-11.2mol/L，p（S2-）應小于11.2.第（4）、（6）道問題同時考查陌生方程式書寫，兩道題目涉及兩個方程式都為氧化還原反應，工藝流程中氧化還原反應方程式的書寫具體步驟如下：步驟一，根據流程圖尋找出反應物和生成物，利用元素化合價的變化（或物質氧化還原性）確認氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物四種，同時寫出“氧化劑+還原劑→氧化產物+還原產物”模式;（例題第（4）題為例：H2O2+MoO2-3——MoO2-4+ H2O）.步驟二，根據得失電子總數守恒規律確定氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物的系數，依據化合價變化可知H2O2→H2O得2個電子，MoO2-3→MoO2-4失2個電子，確定H2O2、MoO2-3的反應系數都為1;步驟三，依據溶液的酸堿性環境完善方程式，完善的順序一般是使左右電荷總數守恒→化合價未變的金屬→酸根離子→H→O.得出第（4）道問題答案：

最后畫等號補上高溫反應條件.反應式寫完后立即檢查是否滿足守恒觀，是否符合溶液酸堿性環境.第（5）道問題根據題頭信息和流程變化得到HNO3的作用使溶液顯酸性，（NH4）2MoO4轉化生成（NH4）2Mo4O13析出晶體.

“三步”解題程序是先了解試題結構和獲取信息，再利用已知信息審題會更加科學、精準，最后全面理解試題內容和命題意圖.工藝流程題五線（元素線、價類線、反應線、操作線、綠色線）并舉，知識落點涉及基本概念、基本原理、元素化合物和基本化學實驗操作方法.平時須做好常見考點知識的整理與歸納，熟悉無機化工流程題常見的操作、化工專業名詞，適當了解生產、生活和社會實際等內容，注重培養對基礎知識、基本技能的整合、推理、應用能力和解題關鍵能力.

參考文獻：

[1]劉全明.化學工藝流程題的結構、特點、分類與解法[J].化學教學，2010（3）：57-60.

[2] 洪茲田，陳女婷.陌生氧化還原反應方程式考查的多維視角[J].廣東教育（高中版），2019（1）：65-67.

收稿日期：2022-05-05

作者簡介：陳志明（1976.4-），男，福建省永春人，本科，中學一級教師，從事高中化學教學研究.