破解化工工艺题目中各类“实验目的”

云南 李海春

破解化工工艺题目中各类“实验目的”

云南 李海春

以工业生产流程图为载体是近年来新兴的一种题型，其核心是题干中提供的工业生产流程图，图中有不同物质之间的相互转换关系，还辅助以文字信息，要求学生按要求回答相关问题。现将其按化工工艺流程中预处理、除杂分离、提纯得产品三部分所涉及的目的进行简单分析整理、归纳、总结，希望对同学们的学习有所帮助。

一、考点整合

1．预处理部分涉及的目的

碱浸（碱洗）：使矿物与碱溶液反应，把Al、Si等元素形成离子进入溶液。如去油污，去氧化铝膜，溶解铝、二氧化硅等。

酸浸（酸洗）：使矿物与酸溶液反应，把可溶金属离子进入溶液，通过过滤除去不溶物的过程。如溶解、除去金属氧化物（膜）等。

水洗：通常是为了除去水溶性的杂质，适用于不溶于水的固体物质或液体物质的洗涤。

水浸：与水反应或溶解于水中。

加入其他物质：可能是使溶液中的某些物质变成沉淀或气体而除去等。

反应前通入气体：一般是为了赶出装置中的空气，以防止空气中的氧气将某些物质氧化，或防止空气中的CO2与某些碱性物质反应使其变质，干扰实验。

粉碎（研磨）或搅拌的目的：通常是增大反应物质的接触面积，加快反应速率，使反应更充分。

灼烧（焙烧或煅烧）：使物质在高温下氧化或分解。

2．除杂分离部分涉及的目的

加酸：调节pH抑制某些水解使溶液显碱性的离子的水解，沉淀某些金属离子。

加碱：调节pH促进某些水解使溶液显碱性的离子的水解或抑制金属阳离子的水解。

控制pH的目的：可从酸、碱性对反应的影响方面考虑。主要是防止“某离子”的水解，防止“某离子”的沉淀，确保“某离子”完全沉淀，防止“某些物质”的溶解等。调节pH所需的物质一般应满足两点：①能与H＋（或OH－）反应，使溶液的pH增大（或减小）；②不引入新杂质。

控制加入量的目的：可从加入的物质与反应体系中的其他物质发生的反应方面考虑。控制加入量通常是为了防止发生反应消耗产物或生成其他物质，从而影响产生的产率或纯度。

加入其他物质的目的：可能是使溶液中的某些物质变成沉淀或气体而除去等。

反应中通入气体的目的：若通入的气体能与装置中的物质发生反应，则一般为利用化学反应制取某种物质；若通入的是稀有气体，通常作保护气，防止物质被氧化或与其他物质发生反应。

加热的目的：加快反应率；或加速某固体的溶解；或使平衡向某个方向移动；或使某些物质汽化或升华，防止堵塞导管。

水浴加热的目的：使反应物受热均匀。

加入沸石或碎瓷片的目的：防止液体暴沸。

降温的目的：防止某物质在高温时分解、挥发、升华或使化学平衡向着实验要求的方向移动。

趁热过滤的目的：可从“过滤”和“趁热”两个方面考虑。过滤是为了得到产品或除去杂质。在除杂时，有些产品在温度低时会结晶析出，从而混在杂质中，造成损失，故趁热是为了防止产品结晶析出，因此趁热过滤的目的可从两方面回答：一是提高产品纯度，二是减少产品在降温时析出而损失。

冷凝的目的：一般是使气体冷凝为液体，便于收集或除去气体中的杂质。

气体与液体反应时采用气、液逆流的目的：是增大反应物的接触面积，使反应更充分。

3．提纯得产品部分涉及的目的

反应后通入气体的目的：一般是为了将反应生成的气体从装置中赶出，便于完全吸收，以减小实验误差。

分离、提纯的目的：除去杂质，提高所需物质的纯度。

冰水洗涤的目的：通常是为了洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。

有机物（乙醇、乙醚等）洗涤的目的：通常是为了减少晶体在洗涤过程中的溶解损失，并便于晶体的干燥。

蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥：从溶液中得到含结晶水的晶体。

重结晶的目的：使不纯净的物质得到纯化或使混合在一起的物质彼此分离。

尾气处理装置：用于处理或吸收尾气，防止污染环境。

安全瓶：防止因气体的快速溶解或冷却收缩而引发倒吸，从而出现安全事故，等等。

二、典例剖析

【典例1】（2014浙江28，有删减）葡萄糖酸钙是一种可促进骨骼生长的营养物质。葡萄糖酸钙可通过以下反应制得：

相关物质的溶解性见下表：

物质名称葡萄糖酸钙葡萄糖酸溴化钙氯化钙水中的溶解性可溶于冷水，易_溶于热水可溶易溶易溶乙醇中的溶解性微溶微溶可溶可溶

实验流程如下：

回答下列问题：

（2）第②步充分反应后CaCO3固体需有剩余，其目的是________________；本实验中不宜用CaCl2替代CaCO3，理由是_______________________。

（3）第③步需趁热过滤，其原因是___________________。

（4）第④步加入乙醇的作用是______________________。

（5）第⑥步中，下列洗涤剂最合适的是________。

A．冷水B．热水

C．乙醇D．乙醇－水混合溶液

【答案】（2）提高葡萄糖的转化率，便于后续分离 氯化钙难以与葡萄糖酸直接反应得到葡萄糖酸钙

（3）葡萄糖酸钙冷却后会结晶析出，如不趁热过滤会损失产品

（4）可降低葡萄糖酸钙在溶剂中的溶解度，有利于葡萄糖酸钙析出

（5）D

【典例2】（2015新课标Ⅰ，27，有删减）硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿（主要成分为Mg2B2O5· H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等）为原料制备硼酸（H3BO3）的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

（1）为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度浓度外，还可采取的措施有________（写出两条）。

（3）“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是________。然后在调节溶液的pH约为5，目的是________。

【答案】（1）搅拌矿粉、升高温度

（3）氧化溶液中的Fe2＋除去溶液中的Al3＋和Fe3＋

（作者单位：云南省富源县第一中学）