化工流程题应对策略例说

◇ 甘肃 陈有瑜

近几年高考试题中经常出现化工流程题,是以实际生活、生产中的一些物质的制备方法为基础,结合中学所学知识设计出来的一类题目．主要考查学生应用元素化合物知识的能力,考查学生获取信息、整合信息的能力,考查学生分析问题,解决问题和语言表达能力等．

1 明确反应原理

化工流程题都有一个目的,就是要制备什么．为了达到目的设计了从原料转化到产物的流程图,通过框图,生产的主要操作、物质的转化等相关信息都会表现出来,我们要从流程图中明确每一步是如何转化的,了解转化的反应原理．

例1KMn O4在工农业生产中应用极其广泛．以软锰矿(主要成分为 Mn O2,含少量Al2O3、Si O2等)为原料制备KMn O4的工业流程如图1所示．

图1

(1)料渣的主要成分是________,操作2的意义是________．

(2)“调p H”的目的是________；写出“氧化”过程中发生反应的离子方程式：________；熔融过程中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为________．

分析软锰矿(主要成分为 Mn O2,含少量Al2O3、Si O2等)中加入硫酸,Al2O3和硫酸反应生成Al3＋,同时通入SO2可将 Mn O2还原为 Mn2＋,Si O2不与硫酸反应,因此料渣是Si O2．溶液中的阳离子主要是Mn2＋和Al3＋,下一步加入 Mn CO3调节p H,是为了使Al3＋转化为Al(OH)3沉淀而除去；下一步加入KMn O4可以氧化 Mn2＋得到 Mn O2．向熔融的Mn O2中加入KOH同时通入O2,是把Mn O2氧化为K2Mn O4,在K2Mn O4溶液中通入过量CO2,K2Mn O4发生歧化反应得到KMn O4和Mn O2,同时生成KHCO3,过滤得到Mn O2,重复利用,提高原料的利用率．将滤液进行蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤烘干得到KMn O4晶体．(1)根据分析可知,料渣主要成分是Si O2,操作2是重复利用Mn O2,提高原料的利用率．(2)调节p H是为了使Al3＋转化为Al(OH)3沉淀而除去．“氧化”过程是酸性条件下KMn O4氧化Mn2＋得到Mn O2,发生反应的离子方程式为2 Mn O－4＋3 Mn2＋＋2 H2O＝5 Mn O2＋4 H＋；熔融过程中 O2为氧化剂,1molO2反应得到4mol电子,Mn O2为还原剂,1molMn O2反应失去2mol电子,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2．

2 读懂题中信息

化工流程题中涉及的元素及其化合物知识,有些是学过的,有些是陌生的,陌生的知识点会以信息的形式给出,因此在解题时要有提取有效信息、整合信息的能力．

例2从粗铜精炼的阳极泥(主要含有Cu2Te)中提取粗碲的一种工艺流程如图2所示(已知Te O2微溶于水,易溶于强酸和强碱)．

图2

下列有关说法正确的是( )．

A．“氧化浸出”时为使碲元素沉淀充分,应加入过量的硫酸

B．“过滤”用到的玻璃仪器有：分液漏斗、烧杯、玻璃棒

C．“还原”时发生反应的离子方程式为2 SO2－3＋Te4＋＋4 OH－＝Te＋2 SO2－4＋2 H2O

D．判断粗碲洗净的方法：取少量最后一次洗涤液,加入Ba Cl2溶液,无白色沉淀生成

分析从流程图中可知阳极泥中的Cu2Te在酸性条件下用O2氧化生成Te O2,铜以Cu2＋的形式进入滤液,Te O2溶于硫酸,再被Na2SO3还原为Te．Te O2易溶于强酸,选项A错误．过滤不用分液漏斗,选项B错误．“还原”时是在酸性条件下,发生反应的离子方程式为2 SO2－3＋Te4＋＋2 H2O＝Te＋2 SO2－4＋4 H＋,选项C错误．判断粗碲是否已洗净的方法：取少量最后一次洗涤液,加入Ba Cl2溶液,没有白色沉淀生成,选项D正确．答案为D．

3 答题准确规范

化工流程题中有很多语言文字表达题,要注意按题目要求作答．如回答原因类问题时,一定要从化学原理的角度,用化学语言作答(如根据质量守恒定律、能量守恒定律、阿伏加德罗定律等或氧化还原原理、元素周期律、电离理论、速率平衡理论等相关理论得出)．

例3用废旧锂离子电池的正极材料(主要含Li Co O2、Al、C等)为原料制备Co C2O4·2 H2O 的流程如图3所示．

图3

(1)灼烧的目的是________,实验室中进行灼烧用到的最重要的仪器是________．

(2)还原步骤在70℃左右条件下进行,Li Co O2发生反应的化学方程式为________,若用盐酸代替硫酸和H2O2,也可以达到目的,但其缺点是________．

(3)沉淀时,证明Co2＋已经沉淀完全的实验操作和现象是________．

分析(1)除去铝后,固体中还含有碳,灼烧时碳转化为CO2而除去,用到的最重要的仪器是坩埚．(2)还原步骤是在酸性条件下,用H2O2还原Li Co O2生成Co SO4,反应的化学方程式为2 Li Co O2＋H2O2＋3 H2SO4＝Li2SO4＋2 Co SO4＋O2↑＋4 H2O,用盐酸代替硫酸和H2O2会产生Cl2,污染空气．(3)静置,取上层清液继续滴加(NH4)2C2O4溶液,若不出现沉淀,证明Co2＋已经沉淀完全．

点评

(1)空气中灼烧的目的有三个方面,一是要利用空气中的氧气氧化固体中的碳；二是要使某些物质受热分解；三是通过灼烧除去固体中的物质．该题根据原料成分灼烧的目的是除去碳．(2)本题是检验Co2＋是否已经沉淀完全,因此只要回答取上层清液继续滴加试剂没有沉淀产生即可．

化工流程题是每年必考题,在审题时一定要先了解整个流程的反应原理,判断各阶段发生的化学反应,同时还要注意题中信息的应用,规范答题．