|
|
化工流程题是高考常规题型，分值占15%左右。化工流程题是化学工艺流程的过程或过程中一个片段的缩影，情境往往比较新，是同学们比较陌生的；信息跨度比较大，通常以一个简单的框图表达了一个工艺的流程，没有进行细致地介绍；题目的综合性比较强，取材的范围广，无论是物质的制备，还是物质的检测，都可以由实验流程升级到化工流程，考查的内容可以涉及物质的性质、化学反应原理、文字表达和化学计算等等。是一道综合性强、难度大的题目，近年来的得分率都仅有30%左右。尽管如此，只要我们熟悉化工流程题的基本结构，掌握审题和解题的有效方法，就有信心攻克化工流程题。
一、化工流程题的结构及考点分析
化工流程题的结构相对比较稳定，常规构成如下：
原料介绍 → 原料处理 → 物质转化及分离提纯 → 产品分析
以上各个阶段的常见考点如下：
1. 原料处理阶段的常见考点。
（1）加快反应速率的常规方法：升温、加压、催化剂、研磨（粉碎）增大接触面积。
（2）水浸：与水接触反应或溶解。
酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程。例如，SiO2不溶于酸（氢氟酸除外），可以过滤除去。
碱浸：溶解部分可溶于碱液的物质，分离不溶于碱的物质的过程。例如，Al2O3溶于NaOH，转化为可溶的NaAlO2。
（3）灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些物质在高温下氧化、分解，转化为氧化物。
2. 物质转化的常见考点。
在物质转化过程中，最常见的方式就是书写化学方程式，而且往往都是书写陌生的氧化还原反应的方程式。在书写陌生反应的方程式时，第一，根据流程信息和提示信息，写出主要的反应物和生成物；第二，分析反应的环境，是否为水溶液？是酸性（不能出现OH-）还是碱性（不能出现H+）？有没有电子得失？第三，结合上述分析，根据质量守恒、电荷守恒和电子得失守恒进行配平。
3. 分离提纯阶段的常见考点。
（1）调节pH值除杂，控制溶液的酸碱性使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：
要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+，可先利用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+，调节溶液的pH到3.7，再将Fe（OH）3沉淀过滤分离。
（2）利用物质的熔沸点和溶解性进行分离，在化工题中，为了考查蒸发、蒸馏、过滤和分液萃取等常规的分离提纯操作，常将工业情境转化为实验室情境。在进行这些常规分离时，也要注意一些常见的考点，如滤渣的洗涤、減少滤渣的损失、检验滤渣是否洗涤干净、从溶液中获取晶体、减少盐类的水解等等，这些考点常常侧重考查同学们的实验描述能力，笔者归纳了部分操作表达方式，供同学们参考，但更希望同学们能在学习过程中勤于归纳总结。
①沉淀洗涤：将蒸馏水沿着玻璃棒注入到漏斗中至浸没滤渣，待水自然流干，重复2～3次。
②用95%乙醇代替蒸馏水洗涤的主要目的是：避免晶体溶于水而造成损耗（或洗去晶体表面的杂质离子及加快水分蒸发）
③判断沉淀是否洗净：取最后一次洗涤液，滴加……（试剂），若没有……现象，证明沉淀已经洗净。
④从可水解盐溶液获得晶体：以MgCl2为例，在不断通入氯化氢气流的条件下加热蒸发。
4. 产品分析的常见考点。
（1）物质滴定计算，溶液的滴定包含了中和滴定、氧化还原滴定和沉淀滴定，后两种最为常见。在滴定计算中，同学们要牢牢把握两点：一是滴定反应过程中物质的转化比例关系，这是计算的基础；第二是滴定终点的判断和指示剂的使用，滴定终点，标准液略微过量，如果溶液本身有明显的颜色变化，则不需要指示剂，如果没有明显的颜色变化，则选择能和标准液作用显色的物质作为指示剂，如碘水作为标准液，可用淀粉溶液作指示剂。
（2）转化率或产率的计算。在计算转化率或产率时，牢牢抓住原子守恒的线索，例如2017年全卷III中用含Cr2O3 40%原料制备K2Cr2O7，可抓住Cr原子守恒的方法，计算Cr原子的转化率，从而得到物质的转化率。
二、基于信息捕捉的审题过程与解题技巧
【例1】（2018新课标I）焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：
（1）生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式__________。
（2）利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：
① pH=4.1时，Ⅰ中为__________溶液（写化学式）。
② 工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是__________。
（3）制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_____________。电解后，_______室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
（4）Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00 mL葡萄酒样品，用0.01000 mol·L-1的碘标准液滴定至终点，消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为_____________，该样品中Na2S2O5的残留量为____________g·L-1（以SO2计）。
审题过程：首先，审阅题干，明确研究对象Na2S2O5。
（1）提取题目关键词“NaHSO3过饱和溶液”“结晶”、“脱水”，即“NaHSO3”晶体“脱水”可得Na2S2O5，方程式为：2NaHSO3 = Na2S2O5+H2O。
（2）①根据流程中箭头方向，SO2和Na2CO3溶液进入I中，且结果为pH=4.1呈酸性，SO2和Na2CO3溶液反应的产物可物为NaHSO3（酸性）或Na2SO3（碱性），因此可知I中为NaHSO3溶液。②根据信息“由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水”，可知在 NaHSO3溶液中，加入Na2CO3溶液和通入SO2，再次调节到pH=4.1，目的是为了得到NaHSO3过饱和溶液。
（3）电解法制备，抓住题目的关键信息“将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5”，可知电解过程的任务是得到“NaHSO3溶液”，抓住题目信息“SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3”以及图中“+”、“-”、“稀H2SO4”、“阳离子交换膜”等关键信息，可知阳极室中OH-放电，阳极的电极反应式为2H2O-4e-= 4H++O2↑，促进水的电离，为了维持电荷平衡，H+进入a室中与亚硫酸钠结合生成亚硫酸氢钠，在阴极室（b室）中，H+放电，OH-浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后a室中亚硫酸氢钠的浓度增大。
（4）抓住关键信息“Na2S2O5可用作抗氧化剂”、“用碘标准液滴定”，可知Na2S2O5被氧化，而碘是我们熟悉的氧化剂，因此该反应的核心反应物为Na2S2O5（还原剂）、I2（氧化剂），那么产物为SO42-、I-，再结合电子得失守恒、电荷守恒和质量守恒，可写出离子方程式：S2O52-+2I2+3H2O=2SO42-+4I-+6H+，消耗碘的物质的量是0.0001mol，计算焦亚硫酸钠的残留量，应注意信息“以SO2计”，根据计量关系： 2I2～S2O52-～2SO2（硫原子守恒），计算结果为：=0.128 g/L。
【例2】（2018新课标II）我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：
回答下列问题：
（1）焙烧过程中主要反应的化学方程式为____________
_______________________。
（2）滤渣1的主要成分除SiO2外还有___________；氧化除杂工序中ZnO的作用是____________，若不通入氧气，其后果是________________。
（3）溶液中的Cd2+可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_____________。
（4）电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为______________；沉积锌后的电解液可返回_______工序继续使用。
審题过程：首先，审阅题干，明确研究对象ZnS，杂质为SiO2和少量FeS、CdS、PbS。
（1）抓住关键词“主要反应”，ZnS是主要物质，其余是“次要、少量”的杂质，因此焙烧的主要化学反应为ZnS被O2氧化生成ZnO和SO2，方程式为2ZnS+3O22ZnO+2SO2。
（2）①矿物焙烧后，形成金属氧化物和SiO2，与稀硫酸反应，形成硫酸盐和SiO2。分析“滤渣1”的成分，抓住“除SiO2外”，可知还有难溶性的PbSO4（学习铅蓄电池时可知其难溶性）。②除去SiO2、PbSO4，杂质元素主要就是Fe、Cd了，结合题目提供的沉淀pH表可获得思路：加入ZnO，与酸反应，调节溶液的pH，有利于沉淀离子，因此可知答案为：调节溶液的pH。③抓住关键信息“氧气”、“后果”，再结合Fe3+、Fe2+（焙烧时铁元素不一定被彻底氧化）的沉淀pH，可知通氧气的目的是为了将Fe2+氧化。因此可知答案为：无法除去杂质Fe2+ 。
（3）抓住关键词“Cd2+可用锌粉”“还原除杂”，可知是利用锌将Cd2+还原，其离子方程式为：Zn+Cd2+ = Zn2++Cd。
（4）①抓住关键词“硫酸锌溶液”、“制备单质锌”，可知Zn2+应在阴极放电，阴极电极反应式为：Zn2++2e-=Zn。②阳极的阴离子有SO42-和OH-，OH-放电，同时促进了水的电离，因此沉积锌后，电解液主要为硫酸溶液，可返回“溶浸”的工序续使用。
【例3】（2018新课标III）KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：
（1）KIO3的化学名称是_______。
（2）利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：
“酸化反应”所得产物有KH（IO3）2、 Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是________。“滤液”中的溶质主要是_______。“调pH”中发生反应的化学方程式为__________。
（3）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式______。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是_________。
③与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有______________（写出一点）。
审题过程：首先，分析题干，明确研究对象KIO3。
（1）注意关键词“名称”，应用汉字表达：碘酸钾。
（2）①抓住关键信息“产物有KH（IO3）2、Cl2和KCl”，溶液中气体的溶解度随温度升高而降低，因此“逐Cl2”采用的方法是“加热”。②结合流程信息可知，“结晶过滤”目的是分离“KH（IO3）2和KCl”，KH（IO3）2进入“溶解”（最后得到KIO3）步骤，那么，“滤液”中的溶质主要就是“KCl”。③结合流程信息，“调pH”目的是将KH（IO3）2转化为KIO3，为了不引入杂质，应加入KOH，其反应方程式为：KH（IO3）2+KOH=2KIO3+H2O。
（3）抓住电解池图的关键信息：a为隋性阳极，b为隋性阴极。①抓住图上信息“阴极室为KOH溶液”，H+放电，反应为2H2O + 2e-=2OH- + H2↑。②电解开始后，阴极室OH- 浓度增大，图中信息为“阳離子交换膜”，为了维持电荷平衡，a室中的阳离子，即K+由a到b迁移。③抓住关键信息“不足之处”，基于绿色化学理念，从原料利用率、是否节能、是否污染环境等角度出发，可比较容易找到答案：产生Cl2易污染环境。
三、化工流程题的复习建议
1. 回归课本，夯实基础。笔者统计了2017、2018年部分高考化工题中原料的主要成分和杂质，结果如下表：
从表1可知，以上化工题的研究对象，特别是杂质成分，大部分都是同学们熟悉的典型物质，因此，同学们不要忽视了教材中典型元素及其化合物的内容。
此外，在近年的高考题中，问题情境也常常源于教材，例如反应MnO4-+H++H2C2O4 → Mn2++CO2+H2O（2017新课标2）、2CrO42-+2H+→Cr2O72-+H2O（2017新课标3、2016新课标1、2016北京），这两个反应虽然不是必修一元素化合物部分的内容，但均取材于选修4《化学反应理》的实验，是要求同学们掌握的基本内容。此外，电解技术在工业上应用的考查也紧贴教材，例如书写电极反应式“2H2O-4e-=4H++O2↑”（2018新课标I）、“2H2O+2e-=2OH-+H2↑”（2018新课标III），都是源于教材的内容。另外，在2018的新课标II中，考查了PbSO4的难溶性，该知识点源于教材中铅蓄电池的内容。所以同学们在复习过程中，应重视教材内容的复习，脚踏实地，不可好高骛远。
2. 同学们在复习过程中，除了掌握扎实的基础知识，也应充分地了解化学工业流程题的组成结构和特点，了解近年来常考的知识点，对于一些难点，应勤于练习，强化理解；在解题过程中，注重题目的分析，学会快速获取关键信息，寻找解题突破口。此外，还有一些细节问题需要同学们特别重视，例如化学工艺是化学技术在工业上的应用，和实验室的操作不同，同学们在答题过程中，应注意分析问题情境，是工业操作还是实验室操作？例如工业上加热，不可使用酒精灯，搅拌不可用玻璃棒等。还有，化学工艺是实验在工业上的应用，而实验描述是一个重要的考查点，所以化工题也离不开文字表达，同学们应多加强文字规范表达的训练，达到言简意赅，词能达意。总之，只要同学们掌握扎实的基础知识，掌握一般的解题技巧，相信一定能攻克化学工艺流程题。
责任编辑 李平安 |
|
发表于 2022-2-27 18:50:18