高中化學(xué)工藝流程題的解題技巧

董 玲 蔣立德

(1.新疆師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)附屬中學(xué))

工藝流程題是高考化學(xué)?？嫉膬?nèi)容,具有較高的難度.解答這類習(xí)題需要學(xué)生牢固掌握相關(guān)的知識(shí),并能結(jié)合物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系及反應(yīng)條件推測流程中物質(zhì)間發(fā)生的反應(yīng).在進(jìn)行這部分內(nèi)容的專題復(fù)習(xí)時(shí),教師可以選擇具體的試題作為例題,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行逐一分析,幫助其有效答題.

1 通讀試題題干,找出關(guān)鍵信息

審題是解題的第一步.相較于其他試題,化學(xué)工藝流程題的題干表現(xiàn)形式更為多樣,題干給出的信息多而且有些是隱含信息,其中可能有很多知識(shí)學(xué)生在化學(xué)課堂學(xué)習(xí)中并未接觸過.因此,解題時(shí),需要對整個(gè)題目進(jìn)行通讀,找出題目中的關(guān)鍵信息.

例(2022年全國乙卷)廢舊鉛蓄電池的鉛膏中主要含有PbSO4、PbO2和PbO、Pb,還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等.為了保護(hù)環(huán)境、充分利用鉛資源,可以通過圖1所示流程來回收電池中的鉛.

圖1

一些難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)如表1所示.

表1

一定條件下,一些金屬氫氧化物沉淀時(shí)的pH 如表2所示.

表2

回答下列問題:

(1)在“脫硫”中PbSO4轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為_________,用沉淀溶解平衡原理解釋選擇Na2CO3的原因是________.

(2)在“脫硫”中,加入Na2CO3不能使鉛膏中的BaSO4完全轉(zhuǎn)化,原因是________.

(3)在“酸浸”中,除加入醋酸(HAc),還要加入H2O2.

(ⅰ)能被H2O2氧化的離子是________;

(ⅱ)H2O2促進(jìn)了金屬Pb 在醋酸中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2,其化學(xué)方程式為________;

(ⅲ)H2O2也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2,H2O2的作用是________.

(4)“酸浸”后溶液的pH 約為4.9,濾渣的主要成分是________.

(5)“沉鉛”的濾液中,金屬離子有_________.

通讀題干可以發(fā)現(xiàn),本題展示的內(nèi)容為廢舊鉛蓄電池中鉛膏的回收,給出的圖和表均涉及反應(yīng)中化學(xué)元素的回收.題目給出的信息包括鉛膏中所含的化合物、相關(guān)物質(zhì)的溶解度和反應(yīng)所涉及的部分金屬氫氧化物沉淀的pH.

2 結(jié)合具體問題,尋找解題關(guān)鍵

化學(xué)工藝流程題多以填空題的形式出現(xiàn),在解題過程中,學(xué)生需要通過審題及對問題的分析,找出符合題目要求的答案.通常來說,化學(xué)工藝流程題會(huì)提供一個(gè)化學(xué)工藝的完整或部分過程.為實(shí)現(xiàn)這一類習(xí)題的有效解答,學(xué)生就需要從問題入手,找出每一個(gè)小問的關(guān)鍵點(diǎn),由此切入,再去題干中找出相關(guān)聯(lián)的條件和信息.

例如,針對前文所展示的題目,為了解答這一習(xí)題,學(xué)生就需要從習(xí)題的具體問題出發(fā)進(jìn)行分析,對題干的內(nèi)容進(jìn)行解析研究,尋找解題的關(guān)鍵點(diǎn).

針對問題(1):可以借助題目中給出的流程進(jìn)行分析.通過研究可以發(fā)現(xiàn),在“脫硫”中,發(fā)生的是Na2CO3溶液與PbSO4反應(yīng)生成PbCO3和Na2SO4,反應(yīng)的離子方程式為

通過分析可以發(fā)現(xiàn)PbSO4飽和溶液中存在平衡反應(yīng)

根據(jù)題目中給出的表格可知Ksp(PbCO3)＜Ksp(PbSO4),所以可以確定,在加入Na2CO3溶液時(shí)可以生成PbCO3沉淀,從而使平衡向右移動(dòng),該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

說明幾乎可以完全完成轉(zhuǎn)化.

針對問題(2):根據(jù)問題(1)的解題思路,對題目給出的溶度積常數(shù)進(jìn)行分析,但與(1)不同的是,BaSO4轉(zhuǎn)化為BaCO3的平衡常數(shù)非常小,因此反應(yīng)進(jìn)行的程度也較小.在明確這一內(nèi)容后,便可以作出合理的解答,即加入Na2CO3不能使鉛膏中的BaSO4完全轉(zhuǎn)化.

針對問題(3):(ⅰ)由于H2O2具有較強(qiáng)的氧化性,是工業(yè)生產(chǎn)中較為優(yōu)良的氧化劑,根據(jù)鉛膏中含有的雜質(zhì)元素可以確定這一步驟中被氧化的離子應(yīng)該是Fe2＋.

(ⅱ)通過閱讀題目可以發(fā)現(xiàn),題目中給出了“H2O2促進(jìn)了金屬Pb在醋酸中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2”這一信息,由此可以得到反應(yīng)物為Pb、H2O2和醋酸,生成物中有(CH3COO)2Pb,因此可得出化學(xué)反應(yīng)方程式為Pb＋H2O2＋2CH3COOH＝(CH3COO)2Pb＋2H2O.

(ⅲ)PbO2中 Pb 的化合價(jià)為＋4 價(jià),(CH3COO)2Pb中Pb的化合價(jià)為＋2價(jià),PbO2中Pb的化合價(jià)降低作氧化劑,因此該反應(yīng)中H2O2作還原劑.

針對問題(4):通過讀題可以發(fā)現(xiàn),題目中給出了金屬氫氧化物沉淀時(shí)的pH.由表2可知,當(dāng)pH＝4.9時(shí),Fe3＋和Al3＋可以完全沉淀,因此濾渣的主要成分為Fe(OH)3和Al(OH)3.

針對問題(5):由問題(2)可知,Na2CO3不能使BaSO4完全轉(zhuǎn)化BaCO3,Fe、Al元素轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀,而反應(yīng)過程中引入的金屬離子只有Na＋,因此沉鉛后濾液中的金屬離子為Na＋、Ba2＋.

3 聯(lián)系已有知識(shí),推論未知知識(shí)

化學(xué)工藝流程題有時(shí)也會(huì)涉及一些學(xué)生完全陌生的化學(xué)反應(yīng)或物質(zhì),由于學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中很少接觸這類內(nèi)容,所以對涉及的反應(yīng)也較為陌生.但化學(xué)知識(shí)間有著密切的聯(lián)系,化學(xué)工藝流程題也不會(huì)給出完全超綱的題目,學(xué)生可以從題目中給出的提示條件或與目標(biāo)反應(yīng)相似的一些化學(xué)反應(yīng)中找出解題的知識(shí)和信息.基于此,學(xué)生在解題時(shí),要聯(lián)系自己已經(jīng)掌握的知識(shí)內(nèi)容,對題目中存在的未知內(nèi)容進(jìn)行推論與分析,嘗試找出符合題目要求的答案.

縱觀上述習(xí)題的解析過程可以發(fā)現(xiàn),第(1)問考查離子反應(yīng)方程式的內(nèi)容,學(xué)生需要將所學(xué)過的離子方程式的書寫方法引入本題中,從物質(zhì)的反應(yīng)規(guī)律出發(fā),將硫酸鉛與碳酸根離子的反應(yīng)寫出來.第(2)問考查原理解析,學(xué)生則需要運(yùn)用所學(xué)過的平衡常數(shù)知識(shí)對該習(xí)題進(jìn)行解答.在問題(3)的第(ⅱ)小問中,可以根據(jù)題目中給出的信息,將自己所掌握的方程式的書寫和配平方法進(jìn)行知識(shí)遷移,完成化學(xué)方程式的書寫.

4 代入習(xí)題檢測,有效檢驗(yàn)答案

從題目的構(gòu)成來看,化學(xué)工藝流程題和框圖推斷題有相似之處,一些問題的解答需要學(xué)生通過推論去完成,這一情況意味著學(xué)生所得出的結(jié)果可能只是符合題目部分條件的錯(cuò)誤結(jié)論.因此,學(xué)生在完成習(xí)題解答后,需要將所得答案代入原本的題干中,看其是否符合題干的要求.例如,針對問題(5),學(xué)生可以將“沉鉛”溶液中只有鈉離子這個(gè)結(jié)論代入習(xí)題中,進(jìn)行驗(yàn)證,并分析若還有其他離子,會(huì)呈現(xiàn)什么樣的變化.

總而言之,高中化學(xué)工藝流程題是高考化學(xué)常考的題目,難度較大.為了正確解答這一類習(xí)題,學(xué)生需要從讀題、審題出發(fā),通讀試題的題干,找出關(guān)鍵的解題信息,而后再結(jié)合題目中所給出的具體問題,找出解答問題的關(guān)鍵點(diǎn).在實(shí)際解題過程中,面對一些未知題目的解答,學(xué)生需要聯(lián)系已有的知識(shí)去推論未知的知識(shí),尋找符合題目要求的答案.在完成解題后,為了確保自己的答案符合題目要求,學(xué)生還需要將答案代入習(xí)題中進(jìn)行檢驗(yàn)與分析.

(完)