化學(xué)工藝流程題的特點(diǎn)分析與復(fù)習(xí)策略

林增輝

化工流程題是高考常規(guī)題型，分值占15%左右?；ち鞒填}是化學(xué)工藝流程的過程或過程中一個(gè)片段的縮影，情境往往比較新，是同學(xué)們比較陌生的；信息跨度比較大，通常以一個(gè)簡單的框圖表達(dá)了一個(gè)工藝的流程，沒有進(jìn)行細(xì)致地介紹；題目的綜合性比較強(qiáng)，取材的范圍廣，無論是物質(zhì)的制備，還是物質(zhì)的檢測，都可以由實(shí)驗(yàn)流程升級(jí)到化工流程，考查的內(nèi)容可以涉及物質(zhì)的性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)原理、文字表達(dá)和化學(xué)計(jì)算等等。是一道綜合性強(qiáng)、難度大的題目，近年來的得分率都僅有30%左右。盡管如此，只要我們熟悉化工流程題的基本結(jié)構(gòu)，掌握審題和解題的有效方法，就有信心攻克化工流程題。

一、化工流程題的結(jié)構(gòu)及考點(diǎn)分析

化工流程題的結(jié)構(gòu)相對比較穩(wěn)定，常規(guī)構(gòu)成如下：

原料介紹 → 原料處理 → 物質(zhì)轉(zhuǎn)化及分離提純 → 產(chǎn)品分析

以上各個(gè)階段的常見考點(diǎn)如下：

1. 原料處理階段的常見考點(diǎn)。

（1）加快反應(yīng)速率的常規(guī)方法：升溫、加壓、催化劑、研磨（粉碎）增大接觸面積。

（2）水浸：與水接觸反應(yīng)或溶解。

酸浸：在酸溶液中反應(yīng)使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過過濾除去的過程。例如，SiO2不溶于酸（氫氟酸除外），可以過濾除去。

堿浸：溶解部分可溶于堿液的物質(zhì)，分離不溶于堿的物質(zhì)的過程。例如，Al2O3溶于NaOH，轉(zhuǎn)化為可溶的NaAlO2。

（3）灼燒、焙燒、煅燒：改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些物質(zhì)在高溫下氧化、分解，轉(zhuǎn)化為氧化物。

2. 物質(zhì)轉(zhuǎn)化的常見考點(diǎn)。

在物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中，最常見的方式就是書寫化學(xué)方程式，而且往往都是書寫陌生的氧化還原反應(yīng)的方程式。在書寫陌生反應(yīng)的方程式時(shí)，第一，根據(jù)流程信息和提示信息，寫出主要的反應(yīng)物和生成物；第二，分析反應(yīng)的環(huán)境，是否為水溶液？是酸性（不能出現(xiàn)OH-）還是堿性（不能出現(xiàn)H+）？有沒有電子得失？第三，結(jié)合上述分析，根據(jù)質(zhì)量守恒、電荷守恒和電子得失守恒進(jìn)行配平。

3. 分離提純階段的常見考點(diǎn)。

（1）調(diào)節(jié)pH值除雜，控制溶液的酸堿性使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。例如：已知下列物質(zhì)開始沉淀和沉淀完全時(shí)的pH如下表所示：

要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+，可先利用氧化劑把Fe2+氧化為Fe3+，調(diào)節(jié)溶液的pH到3.7，再將Fe（OH）3沉淀過濾分離。

（2）利用物質(zhì)的熔沸點(diǎn)和溶解性進(jìn)行分離，在化工題中，為了考查蒸發(fā)、蒸餾、過濾和分液萃取等常規(guī)的分離提純操作，常將工業(yè)情境轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)室情境。在進(jìn)行這些常規(guī)分離時(shí)，也要注意一些常見的考點(diǎn)，如濾渣的洗滌、減少濾渣的損失、檢驗(yàn)濾渣是否洗滌干凈、從溶液中獲取晶體、減少鹽類的水解等等，這些考點(diǎn)常常側(cè)重考查同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)描述能力，筆者歸納了部分操作表達(dá)方式，供同學(xué)們參考，但更希望同學(xué)們能在學(xué)習(xí)過程中勤于歸納總結(jié)。

①沉淀洗滌：將蒸餾水沿著玻璃棒注入到漏斗中至浸沒濾渣，待水自然流干，重復(fù)2～3次。

②用95%乙醇代替蒸餾水洗滌的主要目的是：避免晶體溶于水而造成損耗（或洗去晶體表面的雜質(zhì)離子及加快水分蒸發(fā)）

③判斷沉淀是否洗凈：取最后一次洗滌液，滴加……（試劑），若沒有……現(xiàn)象，證明沉淀已經(jīng)洗凈。

④從可水解鹽溶液獲得晶體：以MgCl2為例，在不斷通入氯化氫氣流的條件下加熱蒸發(fā)。

4. 產(chǎn)品分析的常見考點(diǎn)。

（1）物質(zhì)滴定計(jì)算，溶液的滴定包含了中和滴定、氧化還原滴定和沉淀滴定，后兩種最為常見。在滴定計(jì)算中，同學(xué)們要牢牢把握兩點(diǎn)：一是滴定反應(yīng)過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化比例關(guān)系，這是計(jì)算的基礎(chǔ)；第二是滴定終點(diǎn)的判斷和指示劑的使用，滴定終點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)液略微過量，如果溶液本身有明顯的顏色變化，則不需要指示劑，如果沒有明顯的顏色變化，則選擇能和標(biāo)準(zhǔn)液作用顯色的物質(zhì)作為指示劑，如碘水作為標(biāo)準(zhǔn)液，可用淀粉溶液作指示劑。

（2）轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)率的計(jì)算。在計(jì)算轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)率時(shí)，牢牢抓住原子守恒的線索，例如2017年全卷III中用含Cr2O3 40%原料制備K2Cr2O7，可抓住Cr原子守恒的方法，計(jì)算Cr原子的轉(zhuǎn)化率，從而得到物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。

二、基于信息捕捉的審題過程與解題技巧

【例1】（2018新課標(biāo)I）焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）在醫(yī)藥、橡膠、印染、食品等方面應(yīng)用廣泛?；卮鹣铝袉栴}：

（1）生產(chǎn)Na2S2O5，通常是由NaHSO3過飽和溶液經(jīng)結(jié)晶脫水制得。寫出該過程的化學(xué)方程式__________。

（2）利用煙道氣中的SO2生產(chǎn)Na2S2O5的工藝為：

① pH=4.1時(shí)，Ⅰ中為__________溶液（寫化學(xué)式）。

② 工藝中加入Na2CO3固體、并再次充入SO2的目的是__________。

（3）制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術(shù)，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽極的電極反應(yīng)式為_____________。電解后，_______室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進(jìn)行結(jié)晶脫水，可得到Na2S2O5。

（4）Na2S2O5可用作食品的抗氧化劑。在測定某葡萄酒中Na2S2O5殘留量時(shí)，取50.00 mL葡萄酒樣品，用0.01000 mol·L-1的碘標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點(diǎn)，消耗10.00 mL。滴定反應(yīng)的離子方程式為_____________，該樣品中Na2S2O5的殘留量為____________g·L-1（以SO2計(jì)）。

審題過程：首先，審閱題干，明確研究對象Na2S2O5。

（1）提取題目關(guān)鍵詞“NaHSO3過飽和溶液”“結(jié)晶”、“脫水”，即“NaHSO3”晶體“脫水”可得Na2S2O5，方程式為：2NaHSO3 = Na2S2O5+H2O。

（2）①根據(jù)流程中箭頭方向，SO2和Na2CO3溶液進(jìn)入I中，且結(jié)果為pH=4.1呈酸性，SO2和Na2CO3溶液反應(yīng)的產(chǎn)物可物為NaHSO3（酸性）或Na2SO3（堿性），因此可知I中為NaHSO3溶液。②根據(jù)信息“由NaHSO3過飽和溶液經(jīng)結(jié)晶脫水”，可知在 NaHSO3溶液中，加入Na2CO3溶液和通入SO2，再次調(diào)節(jié)到pH=4.1，目的是為了得到NaHSO3過飽和溶液。

（3）電解法制備，抓住題目的關(guān)鍵信息“將該室溶液進(jìn)行結(jié)晶脫水，可得到Na2S2O5”，可知電解過程的任務(wù)是得到“NaHSO3溶液”，抓住題目信息“SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3”以及圖中“+”、“-”、“稀H2SO4”、“陽離子交換膜”等關(guān)鍵信息，可知陽極室中OH-放電，陽極的電極反應(yīng)式為2H2O-4e-= 4H++O2↑，促進(jìn)水的電離，為了維持電荷平衡，H+進(jìn)入a室中與亞硫酸鈉結(jié)合生成亞硫酸氫鈉，在陰極室（b室）中，H+放電，OH-濃度增大，與亞硫酸氫鈉反應(yīng)生成亞硫酸鈉，所以電解后a室中亞硫酸氫鈉的濃度增大。

（4）抓住關(guān)鍵信息“Na2S2O5可用作抗氧化劑”、“用碘標(biāo)準(zhǔn)液滴定”，可知Na2S2O5被氧化，而碘是我們熟悉的氧化劑，因此該反應(yīng)的核心反應(yīng)物為Na2S2O5（還原劑）、I2（氧化劑），那么產(chǎn)物為SO42-、I-，再結(jié)合電子得失守恒、電荷守恒和質(zhì)量守恒，可寫出離子方程式：S2O52-+2I2+3H2O=2SO42-+4I-+6H+，消耗碘的物質(zhì)的量是0.0001mol，計(jì)算焦亞硫酸鈉的殘留量，應(yīng)注意信息“以SO2計(jì)”，根據(jù)計(jì)量關(guān)系： 2I2～S2O52-～2SO2（硫原子守恒），計(jì)算結(jié)果為：=0.128 g/L。

【例2】（2018新課標(biāo)II）我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家，一種以閃鋅礦（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質(zhì)）為原料制備金屬鋅的流程如圖所示：

回答下列問題：

（1）焙燒過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________

_______________________。

（2）濾渣1的主要成分除SiO2外還有___________；氧化除雜工序中ZnO的作用是____________，若不通入氧氣，其后果是________________。

（3）溶液中的Cd2+可用鋅粉除去，還原除雜工序中反應(yīng)的離子方程式為_____________。

（4）電解硫酸鋅溶液制備單質(zhì)鋅時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式為______________；沉積鋅后的電解液可返回_______工序繼續(xù)使用。

審題過程：首先，審閱題干，明確研究對象ZnS，雜質(zhì)為SiO2和少量FeS、CdS、PbS。

（1）抓住關(guān)鍵詞“主要反應(yīng)”，ZnS是主要物質(zhì)，其余是“次要、少量”的雜質(zhì)，因此焙燒的主要化學(xué)反應(yīng)為ZnS被O2氧化生成ZnO和SO2，方程式為2ZnS+3O22ZnO+2SO2。

（2）①礦物焙燒后，形成金屬氧化物和SiO2，與稀硫酸反應(yīng)，形成硫酸鹽和SiO2。分析“濾渣1”的成分，抓住“除SiO2外”，可知還有難溶性的PbSO4（學(xué)習(xí)鉛蓄電池時(shí)可知其難溶性）。②除去SiO2、PbSO4，雜質(zhì)元素主要就是Fe、Cd了，結(jié)合題目提供的沉淀pH表可獲得思路：加入ZnO，與酸反應(yīng)，調(diào)節(jié)溶液的pH，有利于沉淀離子，因此可知答案為：調(diào)節(jié)溶液的pH。③抓住關(guān)鍵信息“氧氣”、“后果”，再結(jié)合Fe3+、Fe2+（焙燒時(shí)鐵元素不一定被徹底氧化）的沉淀pH，可知通氧氣的目的是為了將Fe2+氧化。因此可知答案為：無法除去雜質(zhì)Fe2+ 。

（3）抓住關(guān)鍵詞“Cd2+可用鋅粉”“還原除雜”，可知是利用鋅將Cd2+還原，其離子方程式為：Zn+Cd2+ = Zn2++Cd。

（4）①抓住關(guān)鍵詞“硫酸鋅溶液”、“制備單質(zhì)鋅”，可知Zn2+應(yīng)在陰極放電，陰極電極反應(yīng)式為：Zn2++2e-=Zn。②陽極的陰離子有SO42-和OH-，OH-放電，同時(shí)促進(jìn)了水的電離，因此沉積鋅后，電解液主要為硫酸溶液，可返回“溶浸”的工序續(xù)使用。

【例3】（2018新課標(biāo)III）KIO3是一種重要的無機(jī)化合物，可作為食鹽中的補(bǔ)碘劑。回答下列問題：

（1）KIO3的化學(xué)名稱是_______。

（2）利用“KClO3氧化法”制備KIO3工藝流程如下圖所示：

“酸化反應(yīng)”所得產(chǎn)物有KH（IO3）2、 Cl2和KCl?！爸餋l2”采用的方法是________?！盀V液”中的溶質(zhì)主要是_______?！罢{(diào)pH”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________。

（3）KIO3也可采用“電解法”制備，裝置如圖所示。

①寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式______。

②電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為________，其遷移方向是_________。

③與“電解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之處有______________（寫出一點(diǎn)）。

審題過程：首先，分析題干，明確研究對象KIO3。

（1）注意關(guān)鍵詞“名稱”，應(yīng)用漢字表達(dá)：碘酸鉀。

（2）①抓住關(guān)鍵信息“產(chǎn)物有KH（IO3）2、Cl2和KCl”，溶液中氣體的溶解度隨溫度升高而降低，因此“逐Cl2”采用的方法是“加熱”。②結(jié)合流程信息可知，“結(jié)晶過濾”目的是分離“KH（IO3）2和KCl”，KH（IO3）2進(jìn)入“溶解”（最后得到KIO3）步驟，那么，“濾液”中的溶質(zhì)主要就是“KCl”。③結(jié)合流程信息，“調(diào)pH”目的是將KH（IO3）2轉(zhuǎn)化為KIO3，為了不引入雜質(zhì)，應(yīng)加入KOH，其反應(yīng)方程式為：KH（IO3）2+KOH=2KIO3+H2O。

（3）抓住電解池圖的關(guān)鍵信息：a為隋性陽極，b為隋性陰極。①抓住圖上信息“陰極室為KOH溶液”，H+放電，反應(yīng)為2H2O + 2e-=2OH- + H2↑。②電解開始后，陰極室OH- 濃度增大，圖中信息為“陽離子交換膜”，為了維持電荷平衡，a室中的陽離子，即K+由a到b遷移。③抓住關(guān)鍵信息“不足之處”，基于綠色化學(xué)理念，從原料利用率、是否節(jié)能、是否污染環(huán)境等角度出發(fā)，可比較容易找到答案：產(chǎn)生Cl2易污染環(huán)境。

三、化工流程題的復(fù)習(xí)建議

1. 回歸課本，夯實(shí)基礎(chǔ)。筆者統(tǒng)計(jì)了2017、2018年部分高考化工題中原料的主要成分和雜質(zhì)，結(jié)果如下表：

從表1可知，以上化工題的研究對象，特別是雜質(zhì)成分，大部分都是同學(xué)們熟悉的典型物質(zhì)，因此，同學(xué)們不要忽視了教材中典型元素及其化合物的內(nèi)容。

此外，在近年的高考題中，問題情境也常常源于教材，例如反應(yīng)MnO4-+H++H2C2O4 → Mn2++CO2+H2O（2017新課標(biāo)2）、2CrO42-+2H+→Cr2O72-+H2O（2017新課標(biāo)3、2016新課標(biāo)1、2016北京），這兩個(gè)反應(yīng)雖然不是必修一元素化合物部分的內(nèi)容，但均取材于選修4《化學(xué)反應(yīng)理》的實(shí)驗(yàn)，是要求同學(xué)們掌握的基本內(nèi)容。此外，電解技術(shù)在工業(yè)上應(yīng)用的考查也緊貼教材，例如書寫電極反應(yīng)式“2H2O-4e-=4H++O2↑”（2018新課標(biāo)I）、“2H2O+2e-=2OH-+H2↑”（2018新課標(biāo)III），都是源于教材的內(nèi)容。另外，在2018的新課標(biāo)II中，考查了PbSO4的難溶性，該知識(shí)點(diǎn)源于教材中鉛蓄電池的內(nèi)容。所以同學(xué)們在復(fù)習(xí)過程中，應(yīng)重視教材內(nèi)容的復(fù)習(xí)，腳踏實(shí)地，不可好高騖遠(yuǎn)。

2. 同學(xué)們在復(fù)習(xí)過程中，除了掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，也應(yīng)充分地了解化學(xué)工業(yè)流程題的組成結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，了解近年來?？嫉闹R(shí)點(diǎn)，對于一些難點(diǎn)，應(yīng)勤于練習(xí)，強(qiáng)化理解；在解題過程中，注重題目的分析，學(xué)會(huì)快速獲取關(guān)鍵信息，尋找解題突破口。此外，還有一些細(xì)節(jié)問題需要同學(xué)們特別重視，例如化學(xué)工藝是化學(xué)技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用，和實(shí)驗(yàn)室的操作不同，同學(xué)們在答題過程中，應(yīng)注意分析問題情境，是工業(yè)操作還是實(shí)驗(yàn)室操作？例如工業(yè)上加熱，不可使用酒精燈，攪拌不可用玻璃棒等。還有，化學(xué)工藝是實(shí)驗(yàn)在工業(yè)上的應(yīng)用，而實(shí)驗(yàn)描述是一個(gè)重要的考查點(diǎn)，所以化工題也離不開文字表達(dá)，同學(xué)們應(yīng)多加強(qiáng)文字規(guī)范表達(dá)的訓(xùn)練，達(dá)到言簡意賅，詞能達(dá)意?？傊?，只要同學(xué)們掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握一般的解題技巧，相信一定能攻克化學(xué)工藝流程題。

責(zé)任編輯 李平安