化學(xué)工藝流程題的特點(diǎn)、類型及解題方法

李曉峰

化工工藝流程題實(shí)際上是考查學(xué)生運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理及相關(guān)知識(shí)來(lái)解決工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際問(wèn)題的能力。這類試題對(duì)于考生來(lái)說(shuō)試題綜合性強(qiáng)，涉及的知識(shí)點(diǎn)多，對(duì)學(xué)生能力的要求大，試題文字多，信息量大，多數(shù)學(xué)生會(huì)感到解題困難，得分率不高。以下歸納了關(guān)于無(wú)機(jī)工藝流程題的特點(diǎn)、類型及解題方法，填空常用用語(yǔ)、解無(wú)機(jī)化工流程題總體把握等以供復(fù)習(xí)時(shí)參考。

一、工藝流程題的特點(diǎn)

化工工藝流程題，體現(xiàn)“化學(xué)時(shí)代特色”，以化學(xué)視角觀察社會(huì)、科學(xué)、生活；減少虛擬、貼近真實(shí)，強(qiáng)調(diào)將化學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)、生活實(shí)踐的意識(shí)；關(guān)注化學(xué)學(xué)科最新發(fā)展，用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。此類試題多數(shù)是以框圖形式把化工生產(chǎn)過(guò)程中的重點(diǎn)生產(chǎn)流程呈現(xiàn)出來(lái)，并用所給信息及相關(guān)化學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)問(wèn)題，組成與化工生產(chǎn)和社會(huì)生活緊密聯(lián)系的化工工藝題型，此類試題一般分為三個(gè)部分即已知、流程圖和問(wèn)題。已知多數(shù)是給出工藝生產(chǎn)的原料和最終要生產(chǎn)的產(chǎn)品，流程圖部分是用框圖表示出原料到產(chǎn)物的工藝流程，最后根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中所給信息及用到的化學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)成問(wèn)題。如：一個(gè)完整的物質(zhì)制備化工生產(chǎn)流程一般具有下列特點(diǎn)：

原料→對(duì)原料的預(yù)處理→

核心化學(xué)反應(yīng)→

產(chǎn)品的提純、分離→

目標(biāo)產(chǎn)物

此類試題的特點(diǎn)有：一是試題情境真實(shí)，工藝流程來(lái)自工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，讓學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，用所學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題。二是試題涉及的知識(shí)點(diǎn)多，信息量豐富，不但考查對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度，而且考查考生解決問(wèn)題的能力。三是試題閱讀量大，信息較多，著力考查考生閱讀能力和對(duì)信息的采集、歸納和應(yīng)用能力。

二、化工工藝流程的類型

“化工流程圖”試題主要分三部分：

（1）題干部分：介紹原材料及所要得到的目標(biāo)產(chǎn)品，以圖表、化學(xué)反應(yīng)方程式、文字表達(dá)等提供解決問(wèn)題的信息。

（2）流程圖部分：呈現(xiàn)整個(gè)化工生產(chǎn)過(guò)程。一般流程圖也可分為三部分：即原料的預(yù)處理，物質(zhì)的分離提純（題目的關(guān)鍵部分）和產(chǎn)品獲得。有的流程圖在這三部分中還包括三條線索，主線主產(chǎn)品、側(cè)線副產(chǎn)品、回頭線為可循環(huán)利用的反應(yīng)物。

（3）問(wèn)題部分：提出了所要解決的問(wèn)題。

化學(xué)工藝流程按自然資源的開(kāi)發(fā)與利用，可將工藝流程分為：①以空氣為資源的工藝流程題（如合成氨、制硝酸工業(yè)工藝流程題）。②以水為資源的工藝流程題（如海水制鹽，氯堿工業(yè)，純堿工業(yè)、海水提溴等），③以礦石為資源的工藝流程題（工業(yè)制硫酸，冶煉鋼鐵，電解冶煉制鋁和鎂等）。④以化石燃料為資源的工藝流程題（如有機(jī)合成等）。這些是高中階段必備的工藝基礎(chǔ)知識(shí)。

按生產(chǎn)過(guò)程中的主要程序可分為：①除雜工藝流程題（如提煉高純硅）。②原料轉(zhuǎn)化工藝流程題。③電解工藝流程題（如電解精煉銅）。④有機(jī)合成工藝流程題（如合成有機(jī)玻璃）。⑤資源能源綜合利用工藝流程題等。

中學(xué)階段涉及的常見(jiàn)化工工藝流程：

（1）從鋁土礦中冶煉鋁的工藝流程；（2）海水中提取鎂的工藝流程；（3）海水中提取溴的工藝流程；（4）海帶中提碘；（5）氯堿工業(yè)；（6）硫酸、硝酸工業(yè)制備；（7）合成氨工業(yè)；（8）侯氏制堿的原理；（9）廢鐵屑制綠礬的工藝流程；（10）黃銅礦冶煉銅的工藝流程；（11）煤和石油的綜合利用工藝流程；（12）電解、電鍍、金屬的冶煉工藝流程；（13）漂白粉工業(yè)工藝流程。三、化工工藝流程題的解題方法

工藝流程題的常見(jiàn)考點(diǎn)有：

（1）常見(jiàn)離子的檢驗(yàn)（Cl-、SO42-、CO32-、SO32-、Fe3+、Fe2+等）；（2）提純除雜（過(guò)濾、分餾、萃取、酸化、沉淀、轉(zhuǎn)化、氧化等）；（3）結(jié)晶過(guò)程：蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過(guò)濾→洗滌；（4）溶液pH的調(diào)節(jié)（除Fe3+等）；（5）減少污染，綠色化學(xué)應(yīng)用；（6）純度、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)量的定量計(jì)算等。

要快速準(zhǔn)確地解決這類題，除了需要掌握中學(xué)化學(xué)基本知識(shí)和基本技能外，最重要的問(wèn)題是提高分析工藝流程題的能力，為了更好地解決此類問(wèn)題歸納方法如下：

1. 化學(xué)工藝流程題的分析過(guò)程

工藝流程題是考查學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)和相關(guān)信息解決工業(yè)生產(chǎn)問(wèn)題的能力，應(yīng)按下面方法分析：（1）采集信息，得出生產(chǎn)目的；（2）分析圖框中的各個(gè)步驟①原料②反應(yīng)步驟③最終產(chǎn)物；（3）不要忽略問(wèn)題中的信息。

2. 化工工藝流程題的解題方法

總體來(lái)講：抓兩審：一是審題干：準(zhǔn)確分析題干中的信息，如生產(chǎn)目的、原料成分、產(chǎn)品成分、新物質(zhì)的性質(zhì)及相關(guān)反應(yīng)等，進(jìn)而分析每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)所發(fā)生的反應(yīng)和操作。二是審設(shè)問(wèn)：結(jié)合題中的問(wèn)題，回到流程圖中找答案。

化學(xué)工藝生產(chǎn)主要解決的矛盾，歸納起來(lái)有六方面問(wèn)題：一是解決將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的生產(chǎn)原理；二是除去所有雜質(zhì)并分離提純產(chǎn)品；三是提高產(chǎn)量與產(chǎn)率；四是減少污染，考慮 “綠色化學(xué)”生產(chǎn)；五是原料的來(lái)源既要考慮豐富，還要考慮成本問(wèn)題；六是生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便可行等工藝生產(chǎn)問(wèn)題。化學(xué)工藝流程題，一般也就圍繞這六個(gè)方面設(shè)問(wèn)求解。要準(zhǔn)確、順利解答工藝流程題，考生除了必須要掌握物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)之間相互作用的基本知識(shí)以及除雜分離提純物質(zhì)的基本技能外，最關(guān)鍵的問(wèn)題要具備分析工藝生產(chǎn)流程的方法和能力。具體來(lái)講：

（1）確定生產(chǎn)目的、采集有用信息。信息包括已知信息、流程圖中滲透的信息、表格信息、問(wèn)題中的有關(guān)信息。通過(guò)這些信息，確定生產(chǎn)目的。首先比較分析工藝流程中的第一種原料與最后一種產(chǎn)品，從比較分析中找出原料和產(chǎn)品之間的聯(lián)系，得出工藝流程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和檢驗(yàn)，除雜提純產(chǎn)品的常用工藝方法，結(jié)合有用的信息，把問(wèn)題逐個(gè)解答；若有多組原料，要合成一種或幾種中間產(chǎn)品，再與部分其他原料生產(chǎn)所需的主要產(chǎn)品，這樣的工藝流程題應(yīng)將工藝流程圖分成多條生產(chǎn)線，分散分析。

（2）分析框圖，了解各步作用。分析流程圖中的原料與產(chǎn)品，找出兩者的關(guān)系，結(jié)合問(wèn)題思考：原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過(guò)程中都發(fā)生了什么反應(yīng)？每一步反應(yīng)除目標(biāo)產(chǎn)物外，還有哪些雜質(zhì)、哪些副產(chǎn)物？如何鑒別目標(biāo)產(chǎn)物？如何除去雜質(zhì)？有些化學(xué)工藝生產(chǎn)為了充分利用原料，還要考慮“綠色化學(xué)”理念。除考慮將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品外，同時(shí)還要考慮將副產(chǎn)品循環(huán)利用。遇到這類題型主要線索是原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，同時(shí)也要考慮提高原料的利用率和再循環(huán)問(wèn)題。endprint

（3）審清題意，規(guī)范答題。“習(xí)慣決定命運(yùn)，細(xì)節(jié)決定成敗”，落筆答題很關(guān)鍵，許多考生有簡(jiǎn)述能力較差、化學(xué)用語(yǔ)表述不準(zhǔn)確等，所以答題時(shí)要審清題意，文字表達(dá)要準(zhǔn)確、嚴(yán)密、科學(xué)。如不能將名稱寫化學(xué)式、不能將離子方程式寫成化學(xué)方程式、方程式要配平、看清是寫出實(shí)驗(yàn)操作名稱還是讓寫具體操作步驟等。

四、化工工藝流程題填空?？嫉某Ｓ糜谜Z(yǔ)

1.化工工藝流程中常見(jiàn)操作

（1）研磨：增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高原料利用率。

（2）焙燒：高溫下使固體原料分解、反應(yīng)或改變結(jié)構(gòu)。

（3）浸出：

①水浸：使可溶性的有用成分從固體原料混合物中轉(zhuǎn)移到溶液中。

②酸浸：使金屬、金屬氧化物或鹽轉(zhuǎn)化成可溶于水的物質(zhì)進(jìn)入溶液。

③堿浸：除去油污、溶解酸性氧化物、鋁及其氧化物。對(duì)于非金屬礦物，通常用稀醇溶液浸取，水中加入乙醇是為了降低溶劑的極性，提高非金屬單質(zhì)的溶解程度。

（4）加熱煮沸：促進(jìn)水解，聚沉后利于過(guò)濾分離；除去溶解在溶液中的氣體，如氧氣。

（5）洗滌。

水洗：通常是為了除去水溶性雜質(zhì)，適用于不溶于水的固體物質(zhì)或液體物質(zhì)的洗滌。

冰水洗滌：通常是為了洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過(guò)程中的溶解損失。

有機(jī)物（乙醇）洗滌：通常是為了減少晶體在洗滌過(guò)程中的溶解損失，便于固體的干燥。

（6）產(chǎn)品分離和提純的方法或操作

①蒸發(fā)：蒸發(fā)掉一部分溶劑。有時(shí)要考慮反應(yīng)時(shí)的氣體氛圍以抑制某物質(zhì)發(fā)生水解。

②蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶：適用于雜質(zhì)的溶解度隨溫度變化不大的物質(zhì)的分離、提純。

③蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過(guò)濾：適用于雜質(zhì)的溶解度隨溫度變化較大的物質(zhì)的分離、提純，可減少雜質(zhì)晶體的析出。

④晶體的干燥：常見(jiàn)的干燥方法為自然晾干、濾紙吸干、干燥器中烘干。

⑤沉淀的洗滌：由于沉淀生成時(shí)，表面會(huì)吸附一定量的離子（尤其是沉淀成分離子）。因此過(guò)濾后要進(jìn)行沉淀的洗滌。洗滌方法是向過(guò)濾器中慢慢注入適量蒸餾水，至剛好沒(méi)過(guò)沉淀，然后靜置，讓其自然流下，重復(fù)以上操作2次～3次，直至洗滌干凈。為了減少沉淀（或晶體）的溶解，可用冰水或有機(jī)溶劑洗滌。

⑥沉淀是否洗滌干凈的檢驗(yàn)：主要檢驗(yàn)洗滌液中是否還含有沉淀表面吸附的離子。一般的檢驗(yàn)方法：取少量最后一次的洗滌液，置于一潔凈的試管中，滴加少量的檢驗(yàn)試劑，若沒(méi)有特征現(xiàn)象出現(xiàn)，說(shuō)明沉淀洗滌干凈。

⑦從溶液中得到晶體的一般過(guò)程：蒸發(fā)濃縮→ 冷卻結(jié)晶→ 過(guò)濾→ 洗滌→ 干燥。

2.化工工藝流程中條件的控制

（1）調(diào)節(jié)溶液的pH。

其目的主要是：防止“某些離子”的水解，防止“某些離子”的沉淀，確保“某一離子” 完全沉淀，防止“某些物質(zhì)”的溶解等。如含Mn2+的溶液中同時(shí)含有Fe2+，可先加氧化劑將Fe2+氧化為Fe3+，再調(diào)節(jié)溶液的酸度為3.7≤pH<8.3，即可使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3沉淀。

調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點(diǎn)：

①能與H+（或OH-）反應(yīng)，使溶液的pH增大（或減?。?；②不引入新的雜質(zhì)。

（2）控制溫度

①升溫：加快反應(yīng)速率，加速某固體的溶解，促進(jìn)平衡向吸熱方向移動(dòng)，使某些物質(zhì)汽化或升華，防止堵塞導(dǎo)管等。若用水浴加熱、油浴加熱等控制溫度，可防止溫度過(guò)高時(shí)反應(yīng)物或生成物發(fā)生分解導(dǎo)致產(chǎn)率降低。

②降溫：防止某物質(zhì)在高溫時(shí)溶解、分解、揮發(fā)、升華或促進(jìn)平衡向放熱方向（即向著題目要求的）移動(dòng)。

（3）控制壓強(qiáng)：改變反應(yīng)速率，影響化學(xué)平衡。

（4）趁熱過(guò)濾

過(guò)濾是為了得到產(chǎn)品或除去雜質(zhì)，在除雜時(shí)，有些產(chǎn)品在溫度較低時(shí)會(huì)結(jié)晶析出，從而混在雜質(zhì)中，造成損失，所以“趁熱”是為了讓產(chǎn)品溶解，防止其結(jié)晶析出。對(duì)于趁熱過(guò)濾的目的可從兩方面回答：一是提高純度，二是減少結(jié)晶損失。

（5）加入物質(zhì)：

①加堿：可能為清除油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅等。

②加沸石或碎瓷片：防止液體暴沸。

③加有機(jī)溶劑：萃取某些物質(zhì)，或降低某些物質(zhì)的溶解度。

④金屬氧化物：調(diào)節(jié)pH促進(jìn)水解（沉淀）。

⑤氧化劑：氧化某物質(zhì)，轉(zhuǎn)化為易于被除去（沉淀）的離子。

3.化工工藝流程常涉及的化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)思想

（1）沉淀溶解平衡原理的相關(guān)應(yīng)用。形成沉淀時(shí)所需某種離子的最小濃度、沉淀轉(zhuǎn)化的條件。

（2）反應(yīng)速率及化學(xué)平衡理論在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。反應(yīng)速率控制、化學(xué)平衡移動(dòng)、化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用、反應(yīng)條件的控制。

（3）氧化還原反應(yīng)規(guī)律。強(qiáng)弱律、守恒律、優(yōu)先律。

（4）鹽類水解規(guī)律的應(yīng)用。水解規(guī)律和水解反應(yīng)的控制（抑制或促進(jìn)）。

（5）綠色化學(xué)思想。物質(zhì)的循環(huán)使用、副產(chǎn)物的回收利用、“三廢”處理。

4.一些基本實(shí)驗(yàn)操作文字的規(guī)范表達(dá)

（1）除雜：除去……中的……

（2）干燥：除去……氣體中的水蒸氣，防止……

（3）檢驗(yàn)溶液中離子是否沉淀完全的方法：

將溶液靜置一段時(shí)間后，向上層清液中滴入沉淀劑，若無(wú)沉淀生成，則離子沉淀完全。

（4）洗滌沉淀方法：

沿玻璃棒向漏斗中加蒸餾水至液面浸沒(méi)沉淀，待水自然流下后，重復(fù)操作2～3次。

（5）檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈的方法：

取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴入某試劑，若……，則沉淀洗滌干凈。

5.必備物理電學(xué)知識(shí)

1個(gè)電子所含的電量（q）為1.6×10-19C；1 mol電子所含的電量（q）為96500C，即：F=

96500C/mol。

對(duì)“kW·h”的理解；Q=It=A（安）×s（秒）。

電量（q）與電功（W）關(guān)系：W=qU；W=UIt（下期待續(xù)）

（收稿日期：2017-04-28）endprint