高考工艺流程题中反应条件的控制

杨涛

高考工艺流程题常以工业生产、社会热点、科技前沿为命题情景，体现无情景不命题的思想。试题主要考查学生元素化合物、化学反应原理相关知识，应用理论知识解决实际生产问题的核心素养，旨在培养学生的安全意识和严谨求实的科学态度。试题中反应条件的选择主要从以下5个方面考查。

一、温度的控制

化工生产工艺中温度控制的作用及温度选择见表1。

例题1 （2015年福建卷节选）工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，含有Fe2O3、SiO2等杂质）制取无水氯化铝的工艺流程示意图如图1所示，部分物质沸点见表2。

（4）步骤Ⅲ的尾气经冷却至室温后，气体用足量的NaOH冷溶液吸收，生成的盐主要有3种，其化学式分别为____。

解析 温度：该流程图中出现了4次具体的温度，问题（4）设置上也与温度有关。

步骤Ⅰ中焙烧300℃目的是：使固体水分挥发，防止步骤Ⅱ生成的AlCl3水解；焦炭气孔数日增多，目的是增大接触面积，加快反应速率；

步骤Ⅱ中焙烧950℃目的是分离出SiCl4、AlCl3、FeCl3气体。

步骤Ⅲ冷却到100℃目的是分离出SiCl4气体得到AlCl3、FeCl固体。

步骤Ⅳ300℃目的是将产品升华得到AlCl3

（4）中出现的温度：室温。步骤Ⅲ的气态混合物冷却至100℃时AlCl3、FeCl3液化；尾气冷却到室温后，SiCl4成为液体。此时的气体中能与氢氧化钠反应的是Cl2和CO2，分析写出产物。

答案：NaCl、NaClO和Na2CO3

二、pH的控制

生产过程中，控制溶液pH的作用见表3。

例题2 （2020年新课标Ⅰ节选）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。采用图2所示工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。

该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH见表4。

解析 “酸浸氧化”中，VO+和VO2+被氧化成VO2+；“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O;“沉淀转溶”中，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解。

题干pH调控过程是：钒矿粉先酸浸，再加碱由小到大调pH，再加酸凋pH由大到小。

“酸浸氧化”中，硫酸溶解Fe3O4，生成的产物Fe2与MnO，反应生成Fe3+和Mn2+，VO+和VO2+被MnO2氧化成VO2+，同时除去SiO2。

pH由小升高：滤液①用NaOH调pH为3.0 -3.1时，沉淀了大部分的Fe3+和小部分的铝离子，得到V2O5· xH2O

pH继续升高：滤饼②中含氢氧化铁、氢氧化铝和V2O5·xH2O，滤饼②在pH>13的NaOH环境中发生沉淀转溶，溶解了全部的氢氧化铝，同时有V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解的过程，氧氧化铁作为滤渣③被过滤除去。

pH由大往小调：滤液③加HCl调pH为8.5，将NaAlO2转化为Al（OH）3沉淀过滤除去。该流程的特殊性，Al3+和Fe3+不是一步被除净的。

解题过程看表格数据，理解调控pH的目的，解决题目的问题。

三、浓度的控制

化丁生产中，原料液浓度控制的作用见表5。

例题3 （2016年上海卷节选）乙酸乙酯广泛用于药物、染料、香料等工业。实验时，通常加入过量的乙醇，原因是____。

答案：增大乙酸的转化率，有利于平衡正移动。

四、压强的控制

化工生产中，控制压强的作用见表6。

五、体系环境氛围及其他条件的控制（见表7）

例题4 （2023年广东卷节选）（NH4）2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。（NH4）2CO3提高了Ni、Co的浸取速-，其原因____。

答案：減少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，防止生成胶体，加速沉淀的生成。

（收稿日期）：2023-10-25）