再谈化学工艺流程题解题技巧

2020-12-14山东

高中数理化 2020年20期

◇ 山东安帅

(作者单位:山东省滕州市第一中学)

纵观2020年高考化学试卷,我们可以发现化学工艺流程题再一次成为热门考点,全国卷Ⅰ、全国卷Ⅱ、山东卷和江苏卷中,此类试题都占据了较大分值,是学生必须争取回答正确的试题.化学工艺流程题背景大多是学生不熟悉的,涉及的知识点较多,对学生的能力要求较高,加之试题题目容量较大,往往会让学生产生畏难情绪,导致失分较多.本文以2020年全国卷Ⅰ第26题为例,阐述化学工艺流程题的解题技巧.

【题目】钒具有广泛用途.黏土钒矿中,钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及SiO2、Fe3O4.采用如图1所示工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3.

图1

该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH 如表1所示.

表1

回答下列问题:

(1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是________.

(2)“酸浸氧化”中,VO＋和 VO2＋被氧化成同时还有________离子被氧化.写出VO＋转化为反应的离子方程式:________.

(3)“中和沉淀”中,钒水解并沉淀为 V2O5·xH2O,随滤液②可除去金属离子 K＋、Mg2＋、Na＋、________以及部分的________.

(4)“沉淀转溶”中,V2O5·xH2O 转化为钒酸盐溶解.滤渣③的主要成分是________.

(5)“调pH”中有沉淀生成,生成沉淀反应的化学方程式是________.

(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时,需要加入过量NH4Cl,其原因是________.

分析首先,静下心来认真审题,从题干中了解工艺流程的目的.化学工艺流程的目的包括从混合物中分离或提纯某一物质、利用某些物质制备另一种物质.本题的工艺流程是利用黏土钒矿制备NH4VO3.

接着,从所给信息中确定所制备物质的性质,找出制备该物质的过程中有哪些关键步骤,采用了哪些特殊操作.从本题的流程可知,采用的实验操作有氧化、过滤、沉淀、调pH 等,显著的特点是pH 的控制较为严谨.结合所给金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH,可推测本题主要考查沉淀溶解平衡类知识.

然后,从工艺流程中找出制备过程中的所有原料,大致写出流程中发生的化学反应或采取的实验原理,进而详细解读化学工艺流程.本题的工艺流程中涉及的原料有钒矿粉、MnO2、30% H2SO4、NaOH、HCl、NH4Cl,主要的操作步骤是过滤,对于不在主线的滤渣或滤液没有进行延伸,学生可以只关注主线.以一切反应或操作都是为了获得产品为原则分析主线:用30% H2SO4和MnO2“酸浸氧化”后取滤液,结合题干信息,可知滤液①中应含有滤液①经“中和沉淀”然后过滤后取滤饼,结合表中信息,可知滤饼②中含V2O5·xH2O、Fe(OH)3、Al(OH)3,则滤液②中含有滤饼②再经过“沉淀转溶”和过滤取滤液③,Fe3＋转化为沉淀,滤液③中含钒酸盐、偏铝酸钠,滤渣③的主要成分为Fe(OH)3;再经过“调pH”后过滤后取滤液④,Al3＋转化为沉淀,滤液④中主要含钒酸盐;最后钒酸盐和NH4Cl反应得到NH4VO3.

最后,结合具体问题进行具体分析,解答时要注意科学合理地使用化学用语,准确表述答案,不要因表述不清产生不必要的失分,造成遗憾.

(1)“酸浸氧化”需要加热,是为了加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全).(2)“酸浸氧化”中,被氧化的离子有VO＋、VO2＋和Fe2＋;VO＋转化为的离子方程式为Mn2＋＋H2O.(3)“中和沉淀”中,钒水解并沉淀为V2O5·xH2O,随滤液②可除去的金属离子包括K＋、Mg2＋、Na＋、Mn2＋以及部分的Fe3＋、Al3＋.(4)滤渣③的主要成分是Fe(OH)3.(5)“调pH”生成的沉淀是Al(OH)3,反应的化学方程式是NaAlO2＋HCl＋H2O＝NaCl＋Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]＋HCl＝NaCl＋Al(OH)3↓ ＋ H2O.(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时,需要加入过量NH4Cl,是利用同离子效应,促进NH4VO3尽可能析出完全.

【变式训练】(2020年山东卷)以菱镁矿(主要成分为 MgCO3,含少量SiO2、Fe2O3和 Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如图2所示.