高中化学工艺流程题的解题技巧

董 玲 蒋立德

(1.新疆师范大学化学化工学院 2.新疆农业大学附属中学)

工艺流程题是高考化学常考的内容,具有较高的难度.解答这类习题需要学生牢固掌握相关的知识,并能结合物质间的转化关系及反应条件推测流程中物质间发生的反应.在进行这部分内容的专题复习时,教师可以选择具体的试题作为例题,引导学生进行逐一分析,帮助其有效答题.

1 通读试题题干,找出关键信息

审题是解题的第一步.相较于其他试题,化学工艺流程题的题干表现形式更为多样,题干给出的信息多而且有些是隐含信息,其中可能有很多知识学生在化学课堂学习中并未接触过.因此,解题时,需要对整个题目进行通读,找出题目中的关键信息.

例(2022年全国乙卷)废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2和PbO、Pb,还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等.为了保护环境、充分利用铅资源,可以通过图1所示流程来回收电池中的铅.

图1

一些难溶电解质的溶度积常数如表1所示.

表1

一定条件下,一些金属氢氧化物沉淀时的pH 如表2所示.

表2

回答下列问题:

(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为_________,用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因是________.

(2)在“脱硫”中,加入Na2CO3不能使铅膏中的BaSO4完全转化,原因是________.

(3)在“酸浸”中,除加入醋酸(HAc),还要加入H2O2.

(ⅰ)能被H2O2氧化的离子是________;

(ⅱ)H2O2促进了金属Pb 在醋酸中转化为Pb(Ac)2,其化学方程式为________;

(ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2,H2O2的作用是________.

(4)“酸浸”后溶液的pH 约为4.9,滤渣的主要成分是________.

(5)“沉铅”的滤液中,金属离子有_________.

通读题干可以发现,本题展示的内容为废旧铅蓄电池中铅膏的回收,给出的图和表均涉及反应中化学元素的回收.题目给出的信息包括铅膏中所含的化合物、相关物质的溶解度和反应所涉及的部分金属氢氧化物沉淀的pH.

2 结合具体问题,寻找解题关键

化学工艺流程题多以填空题的形式出现,在解题过程中,学生需要通过审题及对问题的分析,找出符合题目要求的答案.通常来说,化学工艺流程题会提供一个化学工艺的完整或部分过程.为实现这一类习题的有效解答,学生就需要从问题入手,找出每一个小问的关键点,由此切入,再去题干中找出相关联的条件和信息.

例如,针对前文所展示的题目,为了解答这一习题,学生就需要从习题的具体问题出发进行分析,对题干的内容进行解析研究,寻找解题的关键点.

针对问题(1):可以借助题目中给出的流程进行分析.通过研究可以发现,在“脱硫”中,发生的是Na2CO3溶液与PbSO4反应生成PbCO3和Na2SO4,反应的离子方程式为

通过分析可以发现PbSO4饱和溶液中存在平衡反应

根据题目中给出的表格可知Ksp(PbCO3)＜Ksp(PbSO4),所以可以确定,在加入Na2CO3溶液时可以生成PbCO3沉淀,从而使平衡向右移动,该反应的平衡常数为

说明几乎可以完全完成转化.

针对问题(2):根据问题(1)的解题思路,对题目给出的溶度积常数进行分析,但与(1)不同的是,BaSO4转化为BaCO3的平衡常数非常小,因此反应进行的程度也较小.在明确这一内容后,便可以作出合理的解答,即加入Na2CO3不能使铅膏中的BaSO4完全转化.

针对问题(3):(ⅰ)由于H2O2具有较强的氧化性,是工业生产中较为优良的氧化剂,根据铅膏中含有的杂质元素可以确定这一步骤中被氧化的离子应该是Fe2＋.

(ⅱ)通过阅读题目可以发现,题目中给出了“H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb(Ac)2”这一信息,由此可以得到反应物为Pb、H2O2和醋酸,生成物中有(CH3COO)2Pb,因此可得出化学反应方程式为Pb＋H2O2＋2CH3COOH＝(CH3COO)2Pb＋2H2O.

(ⅲ)PbO2中 Pb 的化合价为＋4 价,(CH3COO)2Pb中Pb的化合价为＋2价,PbO2中Pb的化合价降低作氧化剂,因此该反应中H2O2作还原剂.

针对问题(4):通过读题可以发现,题目中给出了金属氢氧化物沉淀时的pH.由表2可知,当pH＝4.9时,Fe3＋和Al3＋可以完全沉淀,因此滤渣的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3.

针对问题(5):由问题(2)可知,Na2CO3不能使BaSO4完全转化BaCO3,Fe、Al元素转化为氢氧化物沉淀,而反应过程中引入的金属离子只有Na＋,因此沉铅后滤液中的金属离子为Na＋、Ba2＋.

3 联系已有知识,推论未知知识

化学工艺流程题有时也会涉及一些学生完全陌生的化学反应或物质,由于学生在课堂学习中很少接触这类内容,所以对涉及的反应也较为陌生.但化学知识间有着密切的联系,化学工艺流程题也不会给出完全超纲的题目,学生可以从题目中给出的提示条件或与目标反应相似的一些化学反应中找出解题的知识和信息.基于此,学生在解题时,要联系自己已经掌握的知识内容,对题目中存在的未知内容进行推论与分析,尝试找出符合题目要求的答案.

纵观上述习题的解析过程可以发现,第(1)问考查离子反应方程式的内容,学生需要将所学过的离子方程式的书写方法引入本题中,从物质的反应规律出发,将硫酸铅与碳酸根离子的反应写出来.第(2)问考查原理解析,学生则需要运用所学过的平衡常数知识对该习题进行解答.在问题(3)的第(ⅱ)小问中,可以根据题目中给出的信息,将自己所掌握的方程式的书写和配平方法进行知识迁移,完成化学方程式的书写.

4 代入习题检测,有效检验答案

从题目的构成来看,化学工艺流程题和框图推断题有相似之处,一些问题的解答需要学生通过推论去完成,这一情况意味着学生所得出的结果可能只是符合题目部分条件的错误结论.因此,学生在完成习题解答后,需要将所得答案代入原本的题干中,看其是否符合题干的要求.例如,针对问题(5),学生可以将“沉铅”溶液中只有钠离子这个结论代入习题中,进行验证,并分析若还有其他离子,会呈现什么样的变化.

总而言之,高中化学工艺流程题是高考化学常考的题目,难度较大.为了正确解答这一类习题,学生需要从读题、审题出发,通读试题的题干,找出关键的解题信息,而后再结合题目中所给出的具体问题,找出解答问题的关键点.在实际解题过程中,面对一些未知题目的解答,学生需要联系已有的知识去推论未知的知识,寻找符合题目要求的答案.在完成解题后,为了确保自己的答案符合题目要求,学生还需要将答案代入习题中进行检验与分析.

(完)