有思路有方法破解化工流程题

2017-08-08河南冯存良

教学考试(高考化学) 2017年3期

河南冯存良

有思路有方法破解化工流程题

河南冯存良

2017年的考试大纲删去了现行考试大纲规定的“化学与生活”和“化学与技术”两个模块，考生从“物质结构与性质”和“有机化学基础”模块中任选1个作答。从考纲修订内容看，最值得关注的是必答题的考查形式是否会有所改变。“选2”模块的试题通常以工业流程图的形式进行考查，现在该模块删除后，在必答题中是否会出现以流程图为考查形式的试题，值得关注。

工艺流程题就是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图题的创新，题目常常以现代工业生产为基础，将化学工艺流程进行简化，与化工生产成本、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离等基本实验原理在化工生产中的实际应用。

一、题型框架

1．化工流程线路示意图

（1）箭头：箭头进入的是投料（即反应物）、出去的是生成物（包括主产物和副产物）。

（2）三线：物料进出线、操作流程线、循环操作线。

2．涉及问题

（1）原料的预处理。

（2）反应条件的控制（温度、压强、催化剂、原料配比、pH、溶剂等）。

（3）反应原理（化学平衡、水解平衡、化学反应速率、反应热、电化学等）。

（4）绿色化学问题（物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分利用等）。

（5）化工安全（防爆、防污染、防中毒等）。

二、命题角度

命题角度一原料预处理流程

命题角度二反应条件

反应条件条件内容调节溶液的pH常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH增大；不引入新的杂质控制温度根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动控制压强改变速率，使平衡向需要的方向移动使用催化剂加快反应速率，缩短达到平衡的时间趁热过滤防止某物质降温时会大量析出冰水洗涤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

命题角度三提纯方法

方法目的水溶法除去可溶性杂质酸溶法除去碱性杂质碱溶法除去酸性杂质氧化剂或还原剂法除去还原性或氧化性杂质加热灼烧法除去受热易分解或易挥发的杂质调节pH法如除去酸性铜溶液中的Fe3＋等

命题角度四分离方法

（1）过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。

（2）萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。

（3）蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。

（4）冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。

（5）蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。

（6）冷却法：利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。

三、思路与方法

1．解题方法

（1）首尾分析法：对一些线型流程工艺（从原料到产品为一条龙的生产工序）试题，首先对比分析流程图中第一种物质（原材料）与最后一种物质（产品），从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。

（2）分段分析法：对于用同样的原材料生产多种（两种或两种以上）产品（包括副产品）的工业流程题，用分段分析法更容易找到解题的切入点。

（3）交叉分析法：有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品，这种题适合用交叉分析法。就是将提供的工业流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析。

2．答题步骤

（1）从题干中获取有用信息，了解生产的产品。

（2）整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。

（3）分析流程中的每一步骤，并获取以下信息：

①知道“四个什么”。

反应物是什么，发生了什么反应，该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。

②抓住“一个关键”。

一切反应或操作都是为获得产品而服务。

（4）从问题中获取信息，帮助解题。

3．规范解答

（1）文字叙述类的题目要规范解答，防止出现因叙述不严谨导致的失分。例如：

①如何洗涤沉淀：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待蒸馏水自然流下后，重复以上操作2～3次。

③如何从溶液中得到晶体：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—洗涤—干燥。

④在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去××杂质”，只写“除杂”等一类万能式的回答是不正确的。

（2）认真审题，不要因审题不细致而失分。例如：

①填“化学方程式”还是“离子方程式”。

②填“名称”“符号”还是“代号”“序号”等。

③填“大于”还是“＞”“增大”还是“变大”等。

④填“化学式”“分子式”“结构式”“结构简式”“最简式”还是“电子式”等。

四、依例说法

【例】从废钒催化剂（主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2等）中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下，请回答下列问题：

（1）步骤①中废渣的主要成分是________，③中X试剂为________。

（2）实验室中进行萃取分液操作时，注入萃取剂，充分振荡，将分液漏斗于铁圈上静置，当液体分层后，接下来的操作是______________________________________________。

（3）②③的变化过程可简化为（下式R表示VO2＋，HA表示有机萃取剂）R2（SO4）n（水层）＋2nHA（有机层）2RAn（有机层）＋nH2SO4（水层）为提高②中萃取百分率，应采取的措施是________________________________________。

（4）请完成④中的反应离子方程式：

（5）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表：

_pH 1．3 1．4 1．5 1．6 1．7 1．8 1．9 2．0 2．1_钒沉淀率%______________________________________________________88．1 94．8 96．5 98．0 98．8 98．8 96．4 93．1 89．3

结合上表，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH为________。

（6）该工艺流程中，可以循环利用的物质有________。

【思维流程】

【答案】（1）SiO2H2SO4（2）打开分液漏斗上口塞子（或将分液漏斗上口塞子凹槽对准漏斗口颈上小孔）；先打开活塞放出下层液体，后将上层液体从分液漏斗上口倒入另一烧杯中（3）加入碱中和硫酸使平衡正移或多次连续萃取（4）1 6 6 6 1 Cl－3 H2O （5）1．7～1．8（6）氨气、有机萃取剂

【变式训练】

1．（2015山东）毒重石的主要成分为BaCO3（含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等杂质），实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下：

（1）毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是___________________________。实验室用37%的盐酸配制15%的盐酸，除量筒外还需使用下列仪器中的________。

a．烧杯 b．容量瓶 c．玻璃棒 d．滴定管

（2）加入NH3·H2O调pH＝8可除去________（填离子符号），滤渣Ⅱ中含______________________（填化学式）。加入H2C2O4时应避免过量，原因是____________________。

Ca2＋__Mg2＋______Fe3＋_______开始沉淀时的p H____________13．9_11．1_3．2 H______________________________11．99．11．9完全沉淀时的p___________________________

已知：Ksp（BaC2O4）＝1．6×10－7，Ksp（CaC2O4）＝2．3×10－9

（3）利用间接酸碱滴定法可测定Ba2＋的含量，实验分两步进行。

步骤Ⅰ：移取x mL一定浓度的Na2CrO4溶液于锥形瓶中，加入酸碱指示剂，用b mol·L－1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V0mL。

步骤Ⅱ：移取y mL BaCl2溶液于锥形瓶中，加入x mL与步骤Ⅰ相同浓度的Na2CrO4溶液，待Ba2＋完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用b mol·L－1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V1mL。

滴加盐酸标准液时应使用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的________（填“上方”或“下方”）。BaCl2溶液的浓度为________mol·L－1。若步骤Ⅱ中滴加盐酸时有少量待测液溅出，Ba2＋浓度测量值将________（填“偏大”或“偏小”）。

【解析】（1）毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是增大与盐酸的接触面积，加快反应速率。实验室配制一定质量分数的溶液时，需用到的仪器是量筒、烧杯和玻璃棒。（2）由流程图和表中数据可知，pH＝8时，可除去Fe3＋；调节pH＝12．5时，Mg2＋完全沉淀，Ca2＋部分沉淀，故滤渣Ⅱ中含有Mg（OH）2和Ca（OH）2；加入H2C2O4的目的是除去溶液中剩余的Ca2＋，使CaC2O4（s），当H2C2O4过量时，也可能使c（Ba2＋）·，而生成BaC2O4沉淀，导致产品BaCl2·2H2O的量减少。（3）由方程式知，步骤Ⅰ中加入的的总物质的量为步骤Ⅱ中，加入BaCl2充分反应后，剩余的的物质的量为b mol·L－1×的物质的量为mol，由方程式Ba2＋＋溶液的浓度：c（BaCl2）＝若步骤Ⅱ中滴加盐酸时，有少量待测液溅出，造成V1的用量减小，所以的测量值将偏大。

【答案】（1）增大接触面积从而使反应速率加快 ac

（2）Fe3＋Mg（OH）2、Ca（OH）2H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀，产品产量减少