再談化學(xué)工藝流程題解題技巧

◇ 山東 安 帥

(作者單位:山東省滕州市第一中學(xué))

縱觀2020年高考化學(xué)試卷,我們可以發(fā)現(xiàn)化學(xué)工藝流程題再一次成為熱門考點(diǎn),全國卷Ⅰ、全國卷Ⅱ、山東卷和江蘇卷中,此類試題都占據(jù)了較大分值,是學(xué)生必須爭取回答正確的試題.化學(xué)工藝流程題背景大多是學(xué)生不熟悉的,涉及的知識點(diǎn)較多,對學(xué)生的能力要求較高,加之試題題目容量較大,往往會讓學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒,導(dǎo)致失分較多.本文以2020年全國卷Ⅰ第26題為例,闡述化學(xué)工藝流程題的解題技巧.

【題目】釩具有廣泛用途.黏土釩礦中,釩以＋3、＋4、＋5價(jià)的化合物存在,還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽,以及SiO2、Fe3O4.采用如圖1所示工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3.

圖1

該工藝條件下,溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH 如表1所示.

表1

回答下列問題:

(1)“酸浸氧化”需要加熱,其原因是________.

(2)“酸浸氧化”中,VO＋和 VO2＋被氧化成同時(shí)還有________離子被氧化.寫出VO＋轉(zhuǎn)化為反應(yīng)的離子方程式:________.

(3)“中和沉淀”中,釩水解并沉淀為 V2O5·xH2O,隨濾液②可除去金屬離子 K＋、Mg2＋、Na＋、________以及部分的________.

(4)“沉淀轉(zhuǎn)溶”中,V2O5·xH2O 轉(zhuǎn)化為釩酸鹽溶解.濾渣③的主要成分是________.

(5)“調(diào)pH”中有沉淀生成,生成沉淀反應(yīng)的化學(xué)方程式是________.

(6)“沉釩”中析出NH4VO3晶體時(shí),需要加入過量NH4Cl,其原因是________.

分析首先,靜下心來認(rèn)真審題,從題干中了解工藝流程的目的.化學(xué)工藝流程的目的包括從混合物中分離或提純某一物質(zhì)、利用某些物質(zhì)制備另一種物質(zhì).本題的工藝流程是利用黏土釩礦制備NH4VO3.

接著,從所給信息中確定所制備物質(zhì)的性質(zhì),找出制備該物質(zhì)的過程中有哪些關(guān)鍵步驟,采用了哪些特殊操作.從本題的流程可知,采用的實(shí)驗(yàn)操作有氧化、過濾、沉淀、調(diào)pH 等,顯著的特點(diǎn)是pH 的控制較為嚴(yán)謹(jǐn).結(jié)合所給金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH,可推測本題主要考查沉淀溶解平衡類知識.

然后,從工藝流程中找出制備過程中的所有原料,大致寫出流程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)或采取的實(shí)驗(yàn)原理,進(jìn)而詳細(xì)解讀化學(xué)工藝流程.本題的工藝流程中涉及的原料有釩礦粉、MnO2、30% H2SO4、NaOH、HCl、NH4Cl,主要的操作步驟是過濾,對于不在主線的濾渣或?yàn)V液沒有進(jìn)行延伸,學(xué)生可以只關(guān)注主線.以一切反應(yīng)或操作都是為了獲得產(chǎn)品為原則分析主線:用30% H2SO4和MnO2“酸浸氧化”后取濾液,結(jié)合題干信息,可知濾液①中應(yīng)含有濾液①經(jīng)“中和沉淀”然后過濾后取濾餅,結(jié)合表中信息,可知濾餅②中含V2O5·xH2O、Fe(OH)3、Al(OH)3,則濾液②中含有濾餅②再經(jīng)過“沉淀轉(zhuǎn)溶”和過濾取濾液③,Fe3＋轉(zhuǎn)化為沉淀,濾液③中含釩酸鹽、偏鋁酸鈉,濾渣③的主要成分為Fe(OH)3;再經(jīng)過“調(diào)pH”后過濾后取濾液④,Al3＋轉(zhuǎn)化為沉淀,濾液④中主要含釩酸鹽;最后釩酸鹽和NH4Cl反應(yīng)得到NH4VO3.

最后,結(jié)合具體問題進(jìn)行具體分析,解答時(shí)要注意科學(xué)合理地使用化學(xué)用語,準(zhǔn)確表述答案,不要因表述不清產(chǎn)生不必要的失分,造成遺憾.

(1)“酸浸氧化”需要加熱,是為了加快酸浸和氧化反應(yīng)速率(促進(jìn)氧化完全).(2)“酸浸氧化”中,被氧化的離子有VO＋、VO2＋和Fe2＋;VO＋轉(zhuǎn)化為的離子方程式為Mn2＋＋H2O.(3)“中和沉淀”中,釩水解并沉淀為V2O5·xH2O,隨濾液②可除去的金屬離子包括K＋、Mg2＋、Na＋、Mn2＋以及部分的Fe3＋、Al3＋.(4)濾渣③的主要成分是Fe(OH)3.(5)“調(diào)pH”生成的沉淀是Al(OH)3,反應(yīng)的化學(xué)方程式是NaAlO2＋HCl＋H2O＝NaCl＋Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]＋HCl＝NaCl＋Al(OH)3↓ ＋ H2O.(6)“沉 釩”中 析 出NH4VO3晶體時(shí),需要加入過量NH4Cl,是利用同離子效應(yīng),促進(jìn)NH4VO3盡可能析出完全.

【變式訓(xùn)練】(2020年山東卷)以菱鎂礦(主要成分為 MgCO3,含少量SiO2、Fe2O3和 Al2O3)為原料制備高純鎂砂的工藝流程如圖2所示.

圖2

已知浸出時(shí)產(chǎn)生的濾渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3.下列說法錯誤的是( ).

A.浸出鎂的反應(yīng)為 MgO＋2NH4Cl＝MgCl2＋2NH3↑＋H2O

B.浸出和沉鎂的操作均應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行

C.流程中可循環(huán)使用的物質(zhì)有NH3、NH4Cl

D.分離 Mg2＋與Al3＋、Fe3＋是利用了它們氫氧化物Ksp的不同

答案B.

化學(xué)工藝流程題在近幾年的高考中備受青睞,在平時(shí)復(fù)習(xí)中教師要注意為學(xué)生精選相關(guān)試題,提高學(xué)生的解題能力,促使學(xué)生形成自己的解題習(xí)慣,幫助學(xué)生在高考時(shí)得到自己“應(yīng)得”的分.