高中化学工艺流程题的解题策略

王丹丹

摘要：新高考背景下，非常注重对学生的独立思考和发散思维能力的培养.化学工艺流程题在高考中灵活度高，分值大，对学生分析问题、整合信息的能力有很高要求.本文对高中化学工艺流程题的解题策略进行分析研究，并列举两道例题作为讲解引导，以期望培养学生的逻辑思维能力和发散性思维能力，帮助学生在解答这一类问题时可以由此及彼，舉一反三，由会解一道题到会解一类题.

关键词：高中化学；工艺流程；解题策略

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2024）11-0140-03

新课改后，高考化学的命题特点发生了显著变化，题目更注重将基础知识与工农业生产实际情境相结合.化学工艺流程题与生产生活联系紧密，工艺情境真实，成为近几年高考主流题型之一[1].考查内容包括元素化合物的性质及转化、化学反应原理、物质的分离与提纯等，分值高难度大，要求学生熟练掌握这类题型的解题方法[2].1 高考解题思维

1.1 常用的分析方法

（1）首尾分析法.对一些从原料到产品为一条龙生产工序的线型流程工艺试题，先对比分析流程图中的原料（即第一种物质）与产品（即最后一种物质），从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理，以及包括除杂、分离和提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答[3].

（2）分段分析法.对于用同样的原料生产多种（2种或2种以上）产品（包括副产品）的工艺流程题，用分段分析法更容易找到解题的切入点.

1.2 常考的制备措施

1.3 常考的控制条件

1.4 常用的除杂方法

2  例题剖析

例1如图1所示的工艺流程为某矿物工厂采用软锰矿和辉铋矿提炼ΜnSΟ4和BiOCl的过程.已知：辉铋矿的主要成分为Bi2S3、FeS2、SiO2，软锰矿的主要成分为MnO2，焙烧时MnO2转变为Mn2O3，回答下列问题.（金属活动性：Fe>（H）>Bi>Cu，该工艺条件下溶液中相关金属离子开始/完全沉淀的pH范围如表5）

（1）可以采取以下哪些措施来提高焙烧过程的效率：

A.适当提高通入空气的量

B.将矿石粉碎得更细小

C.降低焙烧温度

（2）在空气中对Bi2S3进行单独焙烧时会生成Bi2O3，写出其反应的化学方程式；

（3）在“酸浸”过程中，加入过量浓盐酸的作用是什么？

（4）“酸浸”完成后会进行过滤，滤渣的主要成分有哪些？

（5）“酸浸”过程中产生气体A是什么，写出其离子方程式；

（6）“转化”步骤中，金属Bi的作用是什么？

解本题考查联合焙烧法制备BiOCl和ΜnSΟ4的工艺流程分析.

（1）联合焙烧时，适当提高通入空气的量有利于矿石充分反应，可以提高焙烧过程的效率，A符合题意；将矿石粉碎得更细小，可以增大矿石与空气的接触面积，能够提高焙烧效率，B符合题意；降低焙烧温度，反应速率减慢，不利于提高焙烧效率，C不符合题意.

（2）在空气中对Bi2S3进行单独焙烧时会生成Bi2O3，根据原子守恒可知还应生成SO2，结合得失电子守恒，反应的化学方程式为：

2Bi2S3+9O22Bi2O3+6SO2

（3）加入浓盐酸后，溶液中含有的离子主要为Bi3+、Fe3+、Mn2+、H+、Cl-，酸浸后取滤液进行转化，因此要加入过量浓盐酸防止金属离子水解生成沉淀，进入滤渣，造成制得的BiOCl产率偏低.

（4）根据（3）并结合辉铋矿和软锰矿的主要成分为Bi2S3、FeS2、SiO2、MnO2，可知滤渣的主要成分为SiO2；

（5）焙烧时MnO2转变为Mn2O3，FeS2转变为Fe2O3，Bi2S3转变为Bi2O3，Mn2O3与盐酸会发生氧化还原反应会生成Mn2+与Cl2，所以气体为Cl2，离子方程式为：

Mn2O3+6H++2Cl-2Mn2++Cl2↑+3H2O

（6）由表1知，将pH调到2.6时，Fe3+会水解生成Fe（OH）3沉淀，但Fe2+还没开始沉淀，故要将Fe3+转化为Fe2+，再调pH后获得含FeCl2的滤液，为了不引入新的杂质，加入Bi作为还原剂.

例2如图2所示的工艺流程为某矿物工厂从铝土矿废料赤泥中提取Sc与TiO2的过程.已知：赤泥的主要成分为Fe2O3、Al2O3、TiO2、Sc2O3，回答下列问题.

（1）写出基态Sc原子的价电子排布式；

（2）在“沉淀转化”过程中，加入过量草酸的作用是什么？

（3）写出“焙烧”过程中生成Sc2O3化学方程式；

（4）常温下+3价Sc的几种存在形式与氟离子浓度的对数[lgc（F-）]～pH的关系如图3所示.已知c（F-）=5×10-4mol/L，“调pH”过程中将pH调至4.0，写出调节pH后+3价Sc的存在形式；

（5）在“脱水除铵”的过程中，复盐3NH4Cl·ScF4·aH2O分解得到ScF3，某固体样品质量与温度的关系如图4所示.加热至380～400 ℃产生白烟，400 ℃以上质量不再改变，求a；

（6）“水解”过程中，加水稀释后，TiOSO4水解为TiO2·xH2O，写出TiOSO4水解的离子方程式.

解（1）Sc为21号元素，因此基态Sc原子的价电子排布式为3d14s2；

（2）“沉淀转化”过程中存在以下平衡：

2Sc（OH）3+3H2C2O4Sc2（C2O4）3+6H2O

该过程中需加入过量的草酸，其原因是草酸与OH-反应，OH-浓度减小，使氢氧化钪转化为草酸钪的平衡正向移动，提高沉淀转化率；

（3）由题给流程图可知，“沉淀转化”过程中Sc2（OH）3转化为Sc2（C2O4）3，“焙烧”过程中Sc2（C2O4）3转化成Sc2O3和CO2，反应中碳元素化合价升高，则空气中氧气参与反应，氧元素化合价降低，化学方程式为：

2Sc2（C2O4）3+3O22Sc2O3+12CO2

（4）已知c（F-）=5×10-4mol/L，则lgc（F-）≈-3.3；“调pH”过程中控制pH为4.0，由题图3可知此时+3价Sc的存在形式为ScF3

（5）由题意可知，加热至380～400 ℃产生白煙，400 ℃以上质量不再改变.复盐3NH4Cl·ScF4·aH2O加热首先失去结晶水，200～300 ℃时减少的质量为结晶水的质量，为7.41 g-5.25 g=2.16 g

则7.41 g262.5+18a=2.16 g18 a

解得a=6

（6）“水解”过程中，TiOSO4水解为TiO2·xH2O同时生成氢离子，离子方程式为：

TiO2++（x+1）H2OTiO2·xH2O↓+2H+

3 结束语

工艺流程题将化学工艺流程进行简化，并与高中化学的理论知识融合，用框图形式将化工生产中的生产流程表示出来，再根据生产流程中有关的化学知识步步设问.要求学生对常用的制备措施、控制条件和除杂方法全面掌握并熟练运用，在分析问题时要沉着冷静，找准工艺设计的目的，明确整个流程的意义，然后结合所学理论知识，细致作答.

参考文献：

[1]王诗涵.基于核心素养的高考化学工艺流程试题分析及教学策略[D].重庆：西南大学，2023.

[2] 董玲，蒋立德.高中化学工艺流程题的解题技巧[J].高中数理化，2023（04）：75-76.

[3] 郝凯妮.基于情境教学下的化工流程题教学策略及实践研究[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2021.

［责任编辑：季春阳］