工藝流程題的解法探究

工藝流程題的解法探究

山東王洪印工藝流程題以“先進(jìn)生產(chǎn)工藝”或“實驗操作流程”為情境，以元素化合物知識為框架，要求學(xué)生能夠?qū)⑽淖直硎?、框圖描述中的新信息進(jìn)行吸收、整合、分析，準(zhǔn)確地提取出實質(zhì)性的內(nèi)容，要求學(xué)生會從化學(xué)視角分析和解決實際問題。由于流程題為考查化學(xué)核心知識提供了廣闊的情景空間，能有效地考查學(xué)生的閱讀能力、資料的收集處理能力和遷移推理能力，因此近幾年工藝流程題逐漸成為中考化學(xué)的熱點(diǎn)。

一、解題策略

一道完整的工藝流程題包括題頭、流程圖和問題三部分。題頭部分一般是簡單介紹該工藝生產(chǎn)的原材料或?qū)嶒灡尘啊①Y料信息等，流程圖部分主要用框圖形式將原料到產(chǎn)品的主要生產(chǎn)工藝流程或?qū)嶒灢僮髁鞒碳捌渲饕F(xiàn)象表示出來，問題部分主要是根據(jù)生產(chǎn)或?qū)嶒炦^程中涉及的化學(xué)知識設(shè)計成系列問題，從而構(gòu)成一道完整的化學(xué)試題。此類試題主要包括物質(zhì)制取、物質(zhì)含量測定、物質(zhì)回收、物質(zhì)分離和提純以及物質(zhì)成分探究的流程問題等類型。不管哪種類型的流程題，一般都是從以下三個方面進(jìn)行分析和思考：

第一，通讀試題，提取信息。通過閱讀試題明確其中蘊(yùn)含的相關(guān)信息，把它們提取出來，提取的信息主要包括物質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式、物質(zhì)的穩(wěn)定性、物質(zhì)的溶解性、實驗操作步驟、實驗過程中需注意的問題等。

第二，分析流程，弄清作用。首先對比分析工藝生產(chǎn)流程示意圖或?qū)嶒灢僮髁鞒虉D中的第一種物質(zhì)（或第一個方框中所提供的信息）與最后一種物質(zhì)（或最后一個方框中所提供的信息），從對比分析中找出它們之間的相互關(guān)系，明確：生產(chǎn)或?qū)嶒灹鞒讨性希ㄋ幤罚┺D(zhuǎn)化為產(chǎn)品（生成物即目標(biāo)物質(zhì)）的過程中依次進(jìn)行了什么反應(yīng)；每一步除目標(biāo)物質(zhì)外還產(chǎn)生了什么雜質(zhì)或副產(chǎn)物；雜質(zhì)是否要除去，采用什么操作方法除去等。

第三，看清問題，準(zhǔn)確解答。這一步很關(guān)鍵，歷年中考評卷分析都反應(yīng)學(xué)生的簡述能力比較差，特別是化學(xué)用語的表述存在很大的偏差。所以答題時要看清問題，不能答非所問，要注意語言表達(dá)的科學(xué)性，如物質(zhì)的表示是用化學(xué)式還是用名稱，書寫出來的化學(xué)方程式是否進(jìn)行了配平，讓填寫的是實驗操作名稱還是具體操作步驟等。

二、典例分析

1.生產(chǎn)工藝的流程問題

例1（2014·泰安）海洋是人類寶貴的自然資源，海水“制堿”體現(xiàn)了化學(xué)科學(xué)在改造物質(zhì)中的智慧。下圖是某廠生產(chǎn)純堿的工藝流程圖：

請完成下列問題。

（1）該廠最終產(chǎn)品有（填物質(zhì)名稱）。

（2）流程Ⅰ中為了除去雜質(zhì)，加入了過量BaCl2溶液、NaOH溶液和Na2CO3溶液，下列說法正確的是（填字母）。

A.加入3種物質(zhì)的順序不能調(diào)整

B.加入3種溶液將粗鹽水中的SO2-4、Mg2+、Ca2+轉(zhuǎn)化為沉淀

C.按流程Ⅰ所加溶液的順序除雜，過濾后得4種沉淀

（3）在流程Ⅱ中，如果加入氨氣不是為了生產(chǎn)氯化銨，那么氨氣在制堿過程中的作用是。

（4）寫出流程Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：。

解析：（1）除去氯化鈣、氯化鎂、硫酸鈉后，再進(jìn)行氨化、碳酸化，生成碳酸氫鈉和氯化銨，由于相同條件下碳酸氫鈉的溶解度小于氯化銨的溶解度，因此碳酸氫鈉析出，加熱碳酸氫鈉可以得到碳酸鈉，通過降溫結(jié)晶可以得到氯化銨，因此該廠最終產(chǎn)品有碳酸鈉和氯化銨。（2）加入3種溶液的順序可以調(diào)整，如先加入過量的氫氧化鈉溶液除去氯化鎂，再加入過量的氯化鋇溶液除去硫酸鈉，最后加入過量的碳酸鈉溶液除去氯化鈣和過量的氯化鋇，選項A說法不正確；加入3種溶液能夠?qū)⒋蛀}水中的SO2-4、Mg2+、Ca2+轉(zhuǎn)化為沉淀硫酸鋇、氫氧化鎂和碳酸鈣，選項B說法正確；按流程Ⅰ所加溶液的順序除雜，過濾后得到4種沉淀，它們是硫酸鋇、氫氧化鎂、碳酸鈣和碳酸鋇，選項C說法正確。（3）在流程Ⅱ中，如果加入氨氣不是為了生產(chǎn)氯化銨，則氨氣在制堿過程中的作用是使溶液顯堿性，有利于吸收二氧化碳。（4）根據(jù)反應(yīng)物、生成物、反應(yīng)條件及其質(zhì)量守恒定律可以書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式，碳酸氫鈉受熱分解的化學(xué)方程式為2NaHCO3△Na2CO3+H2O+CO2↑。

答案：（1）碳酸鈉和氯化銨（2）BC（3）使溶液顯堿性，有利于二氧化碳的吸收（4）2NaHCO3△Na2CO3+H2O+CO2↑

2.物質(zhì)制取的流程問題

例2（2014·揚(yáng)州）過氧化鈣（CaO2）是一種對環(huán)境友好的多功能無機(jī)化合物，通常有兩種制備方法。

已知：溫度過高過氧化物會分解生成氧化物和氧氣。

方法1：由Ca（OH）2為原料最終反應(yīng)制得，其制備流程如下：

方法2：由雞蛋殼（含CaCO3高達(dá)90%）為原料最終反應(yīng)制得，其制備流程如下：

（1）方法1中攪拌的目的是。請將攪拌過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式補(bǔ)充完整：CaCl2+H2O2+2NH3·H2O+6=CaO2·8H2O↓+2NH4Cl。制備過程中除水外，可循環(huán)使用的物質(zhì)是（填化學(xué)式）。

（2）方法2中氣體X是，實驗室常用溶液來吸收。煅燒后的反應(yīng)是化合反應(yīng)，也能生成CaO2·8H2O，反應(yīng)的化學(xué)方程式為。該反應(yīng)需控制溫度在0～2℃，可將反應(yīng)器放置在中，獲得的CaO2產(chǎn)品中主要含有的固體雜質(zhì)是（填化學(xué)式）。

（3）這兩種制法均要求在低溫下進(jìn)行（除煅燒外），溫度過高除了防止氨水揮發(fā)外，還能。

（4）“綠色化學(xué)”一般是指反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物，則上述兩種方法中生成CaO2·8H2O的反應(yīng)符合“綠色化學(xué)”的是（填“方法1”或“方法2”）。

解析：（1）攪拌的目的是使反應(yīng)充分，提高原料利用率；根據(jù)反應(yīng)前后原子的個數(shù)不變，反應(yīng)前缺少12個氫原子和6個氧原子，所以需要填寫的化學(xué)式為H2O；制備過程中除水外，可循環(huán)使用的物質(zhì)是NH4Cl。（2）CaCO3煅燒生成CaO和CO2，所以氣體X為CO2，實驗室中常用NaOH溶液吸收CO2；煅燒后反應(yīng)的反應(yīng)物是CaO、H2O2和H2O，生成物是CaO2·8H2O，根據(jù)化學(xué)方程式的書寫步驟可寫出化學(xué)方程式；冰水混合物的溫度是0℃，反應(yīng)需控制溫度在0～2℃，所以可將反應(yīng)器放置在冰水中；因為CaO會和H2O反應(yīng)生成Ca（OH）2，所以獲得的CaO2產(chǎn)品中主要含有的固體雜質(zhì)是Ca（OH）2。（3）因為溫度過高過氧化物會分解生成氧化物和氧氣，所以制備過程中溫度較低除了能防止氨水揮發(fā)外，還能防止CaO2分解。（4）方法2發(fā)生的是化合反應(yīng)，反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為了期望的最終產(chǎn)物，所以符合“綠色化學(xué)”的理念。

答案：（1）使反應(yīng)充分，提高原料利用率H2ONH4Cl（2）CO2NaOHCaO+H2O2+7H2O=CaO2·8H2O冰水Ca（OH）2（3）防止CaO2分解（4）方法2

3.物質(zhì)回收的流程問題

例3（2014·呼和浩特）有一種工業(yè)廢水，其中含有大量的硫酸亞鐵、少量硫酸銅和污泥。某同學(xué)設(shè)計了一個既經(jīng)濟(jì)又合理的實驗方案，制備硫酸亞鐵晶體（FeSO4·7H2O）并回收銅。方案流程如下：

【查閱資料】FeSO4·7H2O受熱易分解。

回答下列問題。

（1）步驟①中用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗和。

（2）步驟②中需加入的物質(zhì)是，目的是。

（3）步驟③中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是。

（4）步驟④的操作是蒸發(fā)濃縮、、過濾。

解析：過濾分離不溶性固體與液體，將廢水中的污泥與溶液用過濾法分離，得溶液1（硫酸銅和硫酸亞鐵的混合液）；加入過量的鐵將硫酸銅中的銅全部置換出來，過濾得到銅和鐵的混合物以及濾液硫酸亞鐵；然后在固體混合物中加入適量稀硫酸，稀硫酸與鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵溶液；最后將硫酸亞鐵溶液蒸發(fā)結(jié)晶，即得硫酸亞鐵晶體。

答案：（1）玻璃棒（2）過量的鐵在硫酸銅與硫酸亞鐵的混合溶液中回收銅，同時得到硫酸亞鐵溶液（3）Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑（4）冷卻結(jié)晶

4.物質(zhì)成分探究的流程問題

例4（2014·湖州）為增加拉面的韌性，制作過程中添加了用蓬草燒制而成的草灰，即蓬灰，蓬灰中的主要成分是什么呢？科學(xué)興趣小組猜想蓬灰的主要成分可能是K2CO3，小組成員分甲、乙兩組進(jìn)行部分探究。

甲組實驗：

乙組實驗：

實驗過程中的操作A的名稱是，你認(rèn)為（填“甲”或“乙”）組的實驗比較理想。

解析：把不溶于液體的固體和液體分離的操作是過濾。蓬灰的成分是不是K2CO3，檢驗組成中是否含有碳酸根離子即可?？上认驗V液中加稀鹽酸，再把生成的氣體通入澄清石灰水中，觀察溶液是否變渾濁。向濾液中加入氯化鋇產(chǎn)生白色沉淀現(xiàn)象，濾液中還可能含有硫酸根離子。

答案：過濾乙