突出化學(xué)核心價(jià)值，破解工藝流程試題

馮存良　高小艷

化學(xué)工藝流程試題是將化學(xué)工藝品的主要生產(chǎn)階段用簡(jiǎn)要的框圖形式表示，針對(duì)生產(chǎn)流程中的化學(xué)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)知識(shí)和化工知識(shí)設(shè)問(wèn)的一類(lèi)試題。主要考查的知識(shí)點(diǎn)有：元素化合物的性質(zhì)、原料的預(yù)處理方式、試劑選擇、實(shí)驗(yàn)操作分析、工業(yè)條件的控制、除雜分離、化學(xué)計(jì)算等。在本文中，筆者將通過(guò)不同的命題點(diǎn)，分享化學(xué)工藝流程題的解題方式。

化學(xué)工藝流程題中物質(zhì)的分離與提純

【例1】利用一種鈷礦石（主要成分為Co2O3，含少量 SiO2及鐵、鋁、錳、鎂、鈣等金屬元素的氧化物）制取CoC2O4·2H2O晶體的工藝流程如下。

已知部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)溶液 pH 如表：

已知CoC2O4·2H2O微溶于水，它的溶解度隨溫度升高而逐漸增大，試回答萃取余液中加入草酸銨后，獲取較多CoC2O4·2H2O晶體的操作 。

【解析】萃取余液中加入草酸銨后通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到較多CoC2O4·2H2O晶體。

【解題錦囊】物質(zhì)分離、提純的六種物理方法

過(guò)濾：把不溶性固體與液體進(jìn)行分離的操作方法，如除去粗鹽水中的不溶固體。

結(jié)晶：把可溶性固體混合物通過(guò)溶解度的不同而將物質(zhì)進(jìn)行分離的提純方法。

蒸餾（分餾）：用于分離沸點(diǎn)相差較大的液體混合物，如酒精和水的分離。

萃?。豪萌苜|(zhì)在互不相溶的溶劑中溶解度不同，用一種溶劑把溶質(zhì)從它與另一種溶劑組成的溶液中提取出來(lái)，如用CCl4從碘水中萃取碘。

分液：分離兩種互不相溶的液體，分液時(shí)先把下層液體從下口流出，再把上層液體從上口倒出。

升華：用于分離固體混合物中某一易升華的組分。

【例2】工業(yè)上以軟錳礦（主要成分為MnO2，另含有少量FeCO3、Al2O3、SiO2）為原料制取金屬錳的工藝流程如下：

（1）寫(xiě)出“浸渣”中主要成分的用途（寫(xiě)出兩條）。

（2）濾渣1的主要成分是 （用化學(xué)式表示）。

【解析】（1）“浸渣”中主要成分為二氧化硅，其用途為制造玻璃、光導(dǎo)纖維等;（2）浸取液中含有Al3+、Fe3+，與加入的碳酸根發(fā)生雙水解，生成Al（OH）3、Fe（OH）3沉淀，所以濾渣1的主要成分是Al（OH）3、Fe（OH）3。

【解題錦囊】（1）循環(huán)使用物質(zhì)的確定：從工藝流程圖看，箭頭反向（向左）;從物質(zhì)的轉(zhuǎn)化看，流程中開(kāi)始加入物質(zhì)，后續(xù)又產(chǎn)生（在濾渣、濾液或產(chǎn)生氣體中找）。（2）濾渣、濾液成分的確定：考慮原料的成分及每步加入物質(zhì)的性質(zhì)與反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程哪些物質(zhì)（或離子）消失了，所加試劑是否過(guò)量，又產(chǎn)生了哪些新離子，考慮這些離子之間是否會(huì)發(fā)生反應(yīng)。

化學(xué)工藝流程題中反應(yīng)條件的控制

【例3】碳酸鋰（相對(duì)分子質(zhì)量為74）廣泛應(yīng)用于化工、冶金、陶瓷、醫(yī)藥、制冷、焊接、鋰合金等行業(yè)。制備流程如下：

已知：碳酸鋰的溶解度（g·L-1）見(jiàn)下表。

（1）硫酸化焙燒工業(yè)反應(yīng)溫度控制在250—300 ℃，主要原因是 ;

同時(shí)，硫酸用量為理論耗酸量的115%左右，硫酸如果加入過(guò)多則 （填字母）。

A.增加酸耗量

B.增加后續(xù)雜質(zhì)的處理量

C.增加后續(xù)中和酸的負(fù)擔(dān)

（2）水浸時(shí)，需要在攪拌下加入石灰石粉末的主要作用是 。

（3）“沉鋰”需要在95 ℃以上進(jìn)行，主要原因是

過(guò)濾碳酸鋰所得母液中主要含有Na2SO4，還可能含有 。

【解析】（1）若溫度過(guò)低，反應(yīng)速率慢，若溫度過(guò)高，則濃H2SO4沸騰，揮發(fā)較多。硫酸加入過(guò)多會(huì)導(dǎo)致酸耗量增加，增加后續(xù)雜質(zhì)處理量，增加后續(xù)中和酸的負(fù)擔(dān)。（2）加入CaCO3一是和多余H2SO4反應(yīng)，二是調(diào)節(jié)pH除去大部分雜質(zhì)。（3）由表格中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，Li2CO3溶解度越小，故沉鋰在95 ℃以上進(jìn)行可增加產(chǎn)率。過(guò)濾后的母液中除Na2SO4外還可能有Na2CO3、Li2CO3。

【解題錦囊】控制反應(yīng)條件的六種常用方法

（1）調(diào)節(jié)溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點(diǎn)：①能與H+反應(yīng)，使溶液pH變大;②不引入新雜質(zhì)，如若要除去Cu2+中混有的Fe3+，可加入CuO、Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3等物質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。（2）控制溫度。（3）控制壓強(qiáng)。（4）使用合適的催化劑。（5）趁熱過(guò)濾。（6）冰水洗滌。

化學(xué)工藝流程題中方程式的書(shū)寫(xiě)

【例4】工業(yè)上以釩鈦磁鐵礦為原料，在煉鐵的同時(shí)還可以制備釩的最高價(jià)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，易溶于熱水，不溶于乙醇。

（1）釩渣中的V2O3在焙燒時(shí)轉(zhuǎn)化為Ca（VO3）2，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。

（2）Ca（VO3）2難溶于水但能溶于稀硫酸，試用平衡移動(dòng)原理分析其原因 ，浸出液中含釩物質(zhì)的化學(xué)式為 。

（3）沉釩過(guò)程有氣體生成，其反應(yīng)的離子方程式為 。

【解析】（1）釩渣中的V2O3在焙燒時(shí)轉(zhuǎn)化為Ca（VO3）2，釩元素的化合價(jià)升高，但是焙燒時(shí)加入的CaCO3并不是氧化劑，真正的氧化劑是氧氣，故該反應(yīng)的化學(xué)方程式為V2O3+O2+CaCO3Ca（VO3）2+CO2。

（2）Ca（VO3）2難溶于水，則存在溶解平衡：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難溶于水但能溶于稀硫酸，是由于氫離子濃度增大，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）正向移動(dòng)，促進(jìn)Ca（VO3）2溶解。

（3）浸出液中含釩粒子主要為VO+2，加入碳酸氫銨通過(guò)反應(yīng)沉釩，沉釩過(guò)程有氣體生成，氣體只能是CO2，沉釩結(jié)果得到NH4VO3，故沉釩過(guò)程的離子方程式為NHO+4+ 2HCO-3+VO+2=NH4VO3↓+2CO2↑+H2O。

【解題錦囊】掌握方程式的書(shū)寫(xiě)技巧

1.陌生化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)的思路。首先根據(jù)題給材料中的信息寫(xiě)出部分反應(yīng)物和生成物的化學(xué)式，再根據(jù)反應(yīng)前后元素化合價(jià)有無(wú)變化判斷反應(yīng)類(lèi)型：（1）元素化合價(jià)無(wú)變化則為非氧化還原反應(yīng)，遵循質(zhì)量守恒定律。（2）元素化合價(jià)有變化則為氧化還原反應(yīng)，除遵循質(zhì)量守恒外，還要遵循得失電子守恒規(guī)律。最后根據(jù)題目要求寫(xiě)出化學(xué)方程式或離子方程式（需要遵循電荷守恒規(guī)律）即可。

2.陌生氧化還原反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)的具體步驟。（1）根據(jù)元素化合價(jià)的升降，判斷氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物;（2）按“氧化劑+還原劑=還原產(chǎn)物+氧化產(chǎn)物”寫(xiě)出方程式，根據(jù)電子得失守恒配平上述四種物質(zhì);（3）根據(jù)電荷守恒和反應(yīng)物的酸堿性，在方程式左邊或右邊補(bǔ)充H+，OH-，或H2O等;（4）根據(jù)質(zhì)量守恒配平反應(yīng)方程式。

化學(xué)工藝流程題中的化學(xué)計(jì)算

【例5】焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）可用作還原劑，印染媒染劑、食品防腐劑等。一種濕法制備焦亞硫酸鈉的工藝流程如圖：

已知：過(guò)飽和NaHSO3溶液經(jīng)結(jié)晶、離心分離、干燥制得Na2S2O5。

試回答：為了測(cè)定所得產(chǎn)品中Na2S2O5的百分含量，取m克樣品加水溶解，用c mol·L-1的碘標(biāo)準(zhǔn)液滴定到終點(diǎn)消耗碘標(biāo)準(zhǔn)液V mL。該產(chǎn)品中Na2S2O5的百分含量為（用字母表示）。

【解析】設(shè)產(chǎn)品中Na2S2O5的百分含量為w，則利用化合價(jià)升降配平可知：2I2+S2O52-+3H2O=4I-+2SO42-+6H+，則有Na2S2O5與2I2的數(shù)量關(guān)系，則n（Na2S2O5）=c mol·L-1× （V×10-3 L）×=Vc×10-3 mol，產(chǎn)品的純度為×100%=%。

【解題錦囊】化學(xué)工藝流程題中的化學(xué)計(jì)算

化學(xué)工藝流程題中涉及的計(jì)算主要有樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或純度的計(jì)算，物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)率、物質(zhì)的量濃度、物質(zhì)的質(zhì)量的計(jì)算。

1.計(jì)算公式

（1）n=，n=，n=cV（aq）

（2）物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或純度=×100%

（3）產(chǎn)品產(chǎn)率=×100%

（4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率=×100%

2.計(jì)算方法——關(guān)系式法

關(guān)系式法常應(yīng)用于一步反應(yīng)或分多步進(jìn)行的連續(xù)反應(yīng)中，利用該法可以節(jié)省不必要的中間運(yùn)算過(guò)程，避免計(jì)算錯(cuò)誤，并能迅速準(zhǔn)確地獲得結(jié)果。一步反應(yīng)中可以直接找出反應(yīng)物與目標(biāo)產(chǎn)物的關(guān)系;在多步反應(yīng)中，若第一步反應(yīng)的產(chǎn)物是下一步反應(yīng)的反應(yīng)物，可以根據(jù)化學(xué)方程式將某中間物質(zhì)作為“中介”，找出已知物質(zhì)和所求物質(zhì)之間量的關(guān)系。

【高分錦囊】

1.圖解明晰化學(xué)工藝流程

2.描述簡(jiǎn)答的答題規(guī)范

（1）“操作或措施”類(lèi)

（2）“目的或原因”類(lèi)