突出化学核心价值，破解工艺流程试题

冯存良　高小艳

化学工艺流程试题是将化学工艺品的主要生产阶段用简要的框图形式表示，针对生产流程中的化学知识、实验知识和化工知识设问的一类试题。主要考查的知识点有：元素化合物的性质、原料的预处理方式、试剂选择、实验操作分析、工业条件的控制、除杂分离、化学计算等。在本文中，笔者将通过不同的命题点，分享化学工艺流程题的解题方式。

化学工艺流程题中物质的分离与提纯

【例1】利用一种钴矿石（主要成分为Co2O3，含少量 SiO2及铁、铝、锰、镁、钙等金属元素的氧化物）制取CoC2O4·2H2O晶体的工艺流程如下。

已知部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液 pH 如表：

已知CoC2O4·2H2O微溶于水，它的溶解度随温度升高而逐渐增大，试回答萃取余液中加入草酸铵后，获取较多CoC2O4·2H2O晶体的操作 。

【解析】萃取余液中加入草酸铵后通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到较多CoC2O4·2H2O晶体。

【解题锦囊】物质分离、提纯的六种物理方法

过滤：把不溶性固体与液体进行分离的操作方法，如除去粗盐水中的不溶固体。

结晶：把可溶性固体混合物通过溶解度的不同而将物质进行分离的提纯方法。

蒸馏（分馏）：用于分离沸点相差较大的液体混合物，如酒精和水的分离。

萃取：利用溶质在互不相溶的溶剂中溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液中提取出来，如用CCl4从碘水中萃取碘。

分液：分离两种互不相溶的液体，分液时先把下层液体从下口流出，再把上层液体从上口倒出。

升华：用于分离固体混合物中某一易升华的组分。

【例2】工业上以软锰矿（主要成分为MnO2，另含有少量FeCO3、Al2O3、SiO2）为原料制取金属锰的工艺流程如下：

（1）写出“浸渣”中主要成分的用途（写出两条）。

（2）滤渣1的主要成分是 （用化学式表示）。

【解析】（1）“浸渣”中主要成分为二氧化硅，其用途为制造玻璃、光导纤维等;（2）浸取液中含有Al3+、Fe3+，与加入的碳酸根发生双水解，生成Al（OH）3、Fe（OH）3沉淀，所以滤渣1的主要成分是Al（OH）3、Fe（OH）3。

【解题锦囊】（1）循环使用物质的确定：从工艺流程图看，箭头反向（向左）;从物质的转化看，流程中开始加入物质，后续又产生（在滤渣、滤液或产生气体中找）。（2）滤渣、滤液成分的确定：考虑原料的成分及每步加入物质的性质与反应，反应过程哪些物质（或离子）消失了，所加試剂是否过量，又产生了哪些新离子，考虑这些离子之间是否会发生反应。

化学工艺流程题中反应条件的控制

【例3】碳酸锂（相对分子质量为74）广泛应用于化工、冶金、陶瓷、医药、制冷、焊接、锂合金等行业。制备流程如下：

已知：碳酸锂的溶解度（g·L-1）见下表。

（1）硫酸化焙烧工业反应温度控制在250—300 ℃，主要原因是 ;

同时，硫酸用量为理论耗酸量的115%左右，硫酸如果加入过多则 （填字母）。

A.增加酸耗量

B.增加后续杂质的处理量

C.增加后续中和酸的负担

（2）水浸时，需要在搅拌下加入石灰石粉末的主要作用是 。

（3）“沉锂”需要在95 ℃以上进行，主要原因是

过滤碳酸锂所得母液中主要含有Na2SO4，还可能含有 。

【解析】（1）若温度过低，反应速率慢，若温度过高，则浓H2SO4沸腾，挥发较多。硫酸加入过多会导致酸耗量增加，增加后续杂质处理量，增加后续中和酸的负担。（2）加入CaCO3一是和多余H2SO4反应，二是调节pH除去大部分杂质。（3）由表格中数据可知，温度越高，Li2CO3溶解度越小，故沉锂在95 ℃以上进行可增加产率。过滤后的母液中除Na2SO4外还可能有Na2CO3、Li2CO3。

【解题锦囊】控制反应条件的六种常用方法

（1）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：①能与H+反应，使溶液pH变大;②不引入新杂质，如若要除去Cu2+中混有的Fe3+，可加入CuO、Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。（2）控制温度。（3）控制压强。（4）使用合适的催化剂。（5）趁热过滤。（6）冰水洗涤。

化学工艺流程题中方程式的书写

【例4】工业上以钒钛磁铁矿为原料，在炼铁的同时还可以制备钒的最高价氧化物V2O5，其主要流程如下。

已知：①VO-3+2H+VO+2+H2O;

②NH4VO3微溶于冷水，易溶于热水，不溶于乙醇。

（1）钒渣中的V2O3在焙烧时转化为Ca（VO3）2，写出该反应的化学方程式。

（2）Ca（VO3）2难溶于水但能溶于稀硫酸，试用平衡移动原理分析其原因 ，浸出液中含钒物质的化学式为 。

（3）沉钒过程有气体生成，其反应的离子方程式为 。

【解析】（1）钒渣中的V2O3在焙烧时转化为Ca（VO3）2，钒元素的化合价升高，但是焙烧时加入的CaCO3并不是氧化剂，真正的氧化剂是氧气，故该反应的化学方程式为V2O3+O2+CaCO3Ca（VO3）2+CO2。

（2）Ca（VO3）2难溶于水，则存在溶解平衡：Ca（VO3）2（s） 2VO-3（aq）+Ca2+（aq），又由信息①知VO-3+2H+H2O+VO+2，故可推知Ca（VO3）2难溶于水但能溶于稀硫酸，是由于氢离子浓度增大，使VO-3+2H+VO+2+H2O中c（VO-3）降低，Ca（VO3）2溶解平衡Ca（VO3）2（s） Ca2+（aq）+2VO-3（aq）正向移动，促进Ca（VO3）2溶解。

（3）浸出液中含钒粒子主要为VO+2，加入碳酸氢铵通过反应沉钒，沉钒过程有气体生成，气体只能是CO2，沉钒结果得到NH4VO3，故沉钒过程的离子方程式为NHO+4+ 2HCO-3+VO+2=NH4VO3↓+2CO2↑+H2O。

【解題锦囊】掌握方程式的书写技巧

1.陌生化学方程式书写的思路。首先根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式，再根据反应前后元素化合价有无变化判断反应类型：（1）元素化合价无变化则为非氧化还原反应，遵循质量守恒定律。（2）元素化合价有变化则为氧化还原反应，除遵循质量守恒外，还要遵循得失电子守恒规律。最后根据题目要求写出化学方程式或离子方程式（需要遵循电荷守恒规律）即可。

2.陌生氧化还原反应方程式书写的具体步骤。（1）根据元素化合价的升降，判断氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物;（2）按“氧化剂+还原剂=还原产物+氧化产物”写出方程式，根据电子得失守恒配平上述四种物质;（3）根据电荷守恒和反应物的酸碱性，在方程式左边或右边补充H+，OH-，或H2O等;（4）根据质量守恒配平反应方程式。

化学工艺流程题中的化学计算

【例5】焦亚硫酸钠（Na2S2O5）可用作还原剂，印染媒染剂、食品防腐剂等。一种湿法制备焦亚硫酸钠的工艺流程如图：

已知：过饱和NaHSO3溶液经结晶、离心分离、干燥制得Na2S2O5。

试回答：为了测定所得产品中Na2S2O5的百分含量，取m克样品加水溶解，用c mol·L-1的碘标准液滴定到终点消耗碘标准液V mL。该产品中Na2S2O5的百分含量为（用字母表示）。

【解析】设产品中Na2S2O5的百分含量为w，则利用化合价升降配平可知：2I2+S2O52-+3H2O=4I-+2SO42-+6H+，则有Na2S2O5与2I2的数量关系，则n（Na2S2O5）=c mol·L-1× （V×10-3 L）×=Vc×10-3 mol，产品的纯度为×100%=%。

【解题锦囊】化学工艺流程题中的化学计算

化学工艺流程题中涉及的计算主要有样品的质量分数或纯度的计算，物质的转化率或产率、物质的量浓度、物质的质量的计算。

1.计算公式

（1）n=，n=，n=cV（aq）

（2）物质的质量分数或纯度=×100%

（3）产品产率=×100%

（4）物质的转化率=×100%

2.计算方法——关系式法

关系式法常应用于一步反应或分多步进行的连续反应中，利用该法可以节省不必要的中间运算过程，避免计算错误，并能迅速准确地获得结果。一步反应中可以直接找出反应物与目标产物的关系;在多步反应中，若第一步反应的产物是下一步反应的反应物，可以根据化学方程式将某中间物质作为“中介”，找出已知物质和所求物质之间量的关系。

【高分锦囊】

1.图解明晰化学工艺流程

2.描述简答的答题规范

（1）“操作或措施”类

（2）“目的或原因”类