聚焦工藝流程，鉆研解題策略

孟凡盛 方蘭

工藝流程題以工藝流程圖的形式呈現(xiàn)出無(wú)機(jī)物的制備、提純以及含量的測(cè)定等方面的信息，著重考查考生獲取信息、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。想要快速、準(zhǔn)確地解答工藝流程題，考生一方面要熟悉工藝流程的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，另一方面，在看工藝流程圖時(shí)，要善于利用“元素守恒”的思想分析各元素的來(lái)龍去脈，理解各步操作的目的與原理，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決工藝生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。

一、題型結(jié)構(gòu)和流程分段

工藝流程題一般可劃分為三個(gè)階段，即前期的原料預(yù)處理階段、中期的核心反應(yīng)階段和后期的產(chǎn)品分離提純階段。在不同階段還需要根據(jù)實(shí)際需求添加輔料，控制反應(yīng)條件，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目的和排放產(chǎn)物的無(wú)害化處理。分析流程圖的規(guī)律為：主線(xiàn)主產(chǎn)品，分支副產(chǎn)品，回頭為循環(huán)（如圖1所示）。

二、流程解讀

工藝流程圖主要由方框、箭頭、具體物質(zhì)組成。方框框起來(lái)的地方表示具體操作，主要有“浸出”“煅燒”“反應(yīng)”“氧化”“過(guò)濾”“濃縮”“結(jié)晶”“洗滌”“烘干”等。考生要把這些操作與化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作聯(lián)系起來(lái)，用已學(xué)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際的化工情境問(wèn)題。具體物質(zhì)和箭頭共同表示了物質(zhì)走向，箭頭指進(jìn)去的地方表明在此步操作中添加的原料或者輔料，箭頭指出來(lái)的地方表明在此步操作中得到的產(chǎn)品或副產(chǎn)品。

三、常見(jiàn)工藝流程的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)

1.研磨、粉碎：通過(guò)機(jī)械研磨或粉碎，對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，以增大反應(yīng)物的接觸面積，從而達(dá)到加快反應(yīng)速率和提高原料轉(zhuǎn)化率、利用率、浸出率的目的。

2.高溫煅燒：在高溫下使固體原料分解、反應(yīng)或改變結(jié)構(gòu)，使不易轉(zhuǎn)化的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為容易提取的物質(zhì)。

3.表面處理：在原料預(yù)處理階段應(yīng)用物理或化學(xué)方法對(duì)原材料表面進(jìn)行初步處理，如除去表面油污，或用機(jī)械法打磨金屬晶體，或用化學(xué)法除去表面氧化物等。

4.浸出：浸取、溶解，是指向固體中加入適量溶劑，使其中的物質(zhì)溶解或通過(guò)反應(yīng)進(jìn)入溶液，分為水浸、酸浸、堿浸、醇浸等。水浸是為了分離水溶性和非水溶性的物質(zhì)，酸浸是為了溶解金屬、金屬氧化物、調(diào)節(jié)pH等，堿浸是為了去除油污、溶解酸性氧化物、溶解鋁及其化合物、調(diào)節(jié)pH等，醇浸一般是為了提取有機(jī)物質(zhì)。

5.浸出率：實(shí)際浸出量與理論浸出量的比值，通常與反應(yīng)物的接觸面積、溫度、濃度、浸出時(shí)間相關(guān)，多次浸出可適當(dāng)提高浸出率。

四、工藝流程題的條件控制

正確理解工藝流程圖中標(biāo)注的反應(yīng)條件是快速、準(zhǔn)確地解題的關(guān)鍵，部分反應(yīng)條件的控制目的歸納總結(jié)如下。

1.溫度：控制溫度的目的一方面是為了加快反應(yīng)速率，另一方面是促進(jìn)平衡向某個(gè)方向移動(dòng)，從而控制平衡轉(zhuǎn)化率。在實(shí)際生產(chǎn)中，通常需要綜合考慮多方面的因素，將溫度控制在一定范圍內(nèi)，如使反應(yīng)速率不至于太慢，抑制或促進(jìn)平衡向某個(gè)方向移動(dòng)，同時(shí)要防止反應(yīng)物或生成物分解，防止副反應(yīng)的發(fā)生，使催化劑的催化活性最高等。如果題目中給出了各物質(zhì)的溶解度信息表，則要根據(jù)它們的溶解度變化情況，尋找合適的結(jié)晶分離方法。

2.用量：強(qiáng)調(diào)某種反應(yīng)物過(guò)量，有可能是為了提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率或使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，也可能是利用混合物中各組分的性質(zhì)差異達(dá)到分離提純的目的，如利用過(guò)量的NaOH分離Mg2+和Al3+。

3.pH控制：一方面控制pH可以控制反應(yīng)產(chǎn)物，如MnO 4-的還原產(chǎn)物與溶液的酸堿性有關(guān)，在酸性、中性、堿性溶液中其還原產(chǎn)物分別為Mn2+、MnO2和MnO 42-。另一方面，可根據(jù)難溶物的溶度積常數(shù)計(jì)算出不同金屬陽(yáng)離子開(kāi)始沉淀和沉淀完全時(shí)溶液的pH，以實(shí)現(xiàn)分步沉淀，從而達(dá)到分離的目的。

4.氧化：加入氧化劑氧化某物質(zhì)，使之轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物，或?qū)㈦s質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于被除去（沉淀）的離子。氧化劑的選擇要依據(jù)試題設(shè)置的情境，常見(jiàn)的氧化劑有氯氣、氯水、氧氣、過(guò)氧化氫、NaClO溶液、KClO3溶液、KMnO4溶液等，為了避免引入新的雜質(zhì)，通常選擇綠色氧化劑過(guò)氧化氫或氧氣。

5.洗滌：常見(jiàn)的分為水洗和乙醇洗。水洗的目的是為了除去沉淀或晶體表面殘留的雜質(zhì)。乙醇洗既可以除去沉淀或晶體表面的雜質(zhì)離子，又可降低晶體的溶解損耗，且乙醇揮發(fā)帶走部分水分，便于干燥。

五、解題示例

例1 （2017·珠海市高三摸底考試）工業(yè)以軟錳礦（主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3等少量雜質(zhì)）為主要原料制備高性能的磁性材料碳酸錳（MnCO3）。其工業(yè)流程如圖2所示。

總結(jié)

工藝流程題一般以流程圖為信息載體，輔以裝置圖、表格和各小題中的文字提供的信息，考查考生快速獲取有用信息的能力。試題的設(shè)問(wèn)角度較多，常圍繞化學(xué)反應(yīng)原理、陌生反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、物質(zhì)的分離和提純、基本實(shí)驗(yàn)操作、綠色化學(xué)、安全生產(chǎn)等知識(shí)點(diǎn)設(shè)置問(wèn)題?？忌灰莆樟诉@類(lèi)試題的特點(diǎn)和解題規(guī)律，考試時(shí)遇到這類(lèi)試題便能胸有成竹！