“三步”破解工藝流程題

摘 要：工藝流程題主要是以實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)為基礎(chǔ)，將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程進(jìn)行簡(jiǎn)化用框圖形式表示出來(lái)，試題內(nèi)容涉及高中化學(xué)基本概念與基本理論、元素及其化合物基礎(chǔ)知識(shí)、物質(zhì)的轉(zhuǎn)化觀、化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)，與環(huán)境保護(hù)和化工生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益相融合.根據(jù)流程中涉及到的化學(xué)知識(shí)設(shè)置成系列問(wèn)題，構(gòu)成一道完整的化學(xué)試題，能力立意，注重考查綜合運(yùn)用能力和化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：工藝流程;讀題;解題;高中化學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2022）22-0137-03

工藝流程題在高考化學(xué)試卷中已經(jīng)占據(jù)十幾年的時(shí)間，以真實(shí)情境為測(cè)試載體，以化學(xué)知識(shí)作為解決問(wèn)題的工具，以生產(chǎn)生活中的真實(shí)問(wèn)題為測(cè)試任務(wù).試題陌生度高難度大，有明顯區(qū)分度，對(duì)能力要求高，學(xué)生容易產(chǎn)生畏懼感.如何高效解答工藝流程題？現(xiàn)以2021年福建省高考化學(xué)試卷第12題的變式題為例給大家介紹一種“三步”法.

例題 （2021年福建省高考化學(xué)試卷第12題的改編題）四鉬酸銨常用于生產(chǎn)加氫、脫硫等石油精煉催化劑，微溶于水，溶于堿和氨水.工業(yè)中用鉬精礦（主要含MoS2，還有Cu、Fe的化合物及SiO2等）為原料制備四鉬酸銨的工藝流程如圖1所示.

（1）（NH4）2Mo4O13中Mo的化合價(jià)為;“焙燒”產(chǎn)生的氣體是.

（2）“浸出”時(shí)，MoO3轉(zhuǎn)化為 MoO2-4.提高單位時(shí)間內(nèi)鉬浸出率的措施有（任寫(xiě)兩種）.溫度對(duì) 90min內(nèi)鉬浸出率的影響如圖2所示.當(dāng)浸出溫度超過(guò)80℃后，鉬的浸出率反而降低，主要原因是溫度升高使水大量蒸發(fā)，導(dǎo)致.

（3）“凈化”時(shí)，為了使浸出液中殘留的Cu2+、Fe2+離子濃度小于1.0×10-6mol·L-1，加入沉淀劑（NH4）2S，應(yīng)控制溶液的p（S2-）應(yīng)小于.（已知：p（S2-）=-lgc（S2-），pKsp=-lgKsp;CuS和FeS的pKsp分別為35.2和17.2）

（4）“凈化”后溶液中若有低價(jià)鉬（以MnO2-3表示），可加入適量H2O2將其氧化為MnO2-4，反應(yīng)的離子方程式為.

（5）“沉淀”時(shí)，濾液濃縮后加入HNO3的作用是.

（6）工業(yè)用H2在高溫下還原（NH4）2Mo4O13制備金屬鉬，反應(yīng)的化學(xué)方程式為.

第一步，粗讀試題，了解整道試題的結(jié)構(gòu).時(shí)間控制在40秒以內(nèi).具體應(yīng)該達(dá)到以下幾點(diǎn)目的：（1）清楚該工藝流程題的所屬類(lèi)型，常見(jiàn)題型有兩類(lèi)：①是以物質(zhì)制備為載體的工藝流程，確定要制備目標(biāo)產(chǎn)物，思考核心反應(yīng)所需試劑實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，防止副反應(yīng)發(fā)生.②是以物質(zhì)提純?yōu)檩d體的工藝流程，主要是對(duì)混合物的除雜、分離、提純，知道雜質(zhì)物質(zhì)，思考除雜方法.不同類(lèi)型的解題思路和方向有所區(qū)別，明確工藝流程題的所屬類(lèi)型有助于對(duì)整個(gè)流程的理解思路，研讀流程圖時(shí)，就能根據(jù)每種類(lèi)型特點(diǎn)來(lái)解讀流程.（2）清楚原料是什么物質(zhì)，目標(biāo)產(chǎn)物是什么物質(zhì)，了解整道題目的有效信息分布的地方，有些信息是在題頭，有些后續(xù)設(shè)問(wèn)中的提示性信息可能分布在問(wèn)答題當(dāng)中，通過(guò)粗讀題目就可以把整個(gè)信息大概了解，同時(shí)用筆在信息下畫(huà)線做標(biāo)注，有助于下步精讀工藝流程圖時(shí)對(duì)整個(gè)流程的理解.比如例題中有效信息分布題頭、問(wèn)答題第（2）、（3）、（4）題目題干中.（3）通過(guò)粗讀題目，清楚工業(yè)流程圖中重點(diǎn)流程步驟，涉及問(wèn)答題的流程步驟相對(duì)重要，在第二步精讀工業(yè)流程圖時(shí)應(yīng)全面分析理解，與問(wèn)題關(guān)聯(lián)度小只需簡(jiǎn)單了解，節(jié)約時(shí)間.工業(yè)流程圖流程步驟一般少則四、五步，多則十幾步，每個(gè)流程步驟都認(rèn)真分析會(huì)花較長(zhǎng)時(shí)間，做題過(guò)程中是不允許的.如果流程圖比較陌生且復(fù)雜，知識(shí)層面和能力層面達(dá)不到相對(duì)要求，直接依據(jù)問(wèn)題需要對(duì)整個(gè)流程大體了解，不必把每個(gè)流程的轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)的原理都弄清.

第二步，細(xì)讀試題，采集有效信息分析流程.時(shí)間控制在3分鐘左右.讀題要放慢速度，認(rèn)真分析重要的信息，利用流程圖以外的有效信息和后續(xù)設(shè)問(wèn)中的提示性信息解讀整個(gè)流程及每一部分所要達(dá)到目的，分析每步流程所加入的物質(zhì)（注意該物質(zhì)氧化還原性、酸堿性、穩(wěn)定性等）、發(fā)生的條件、物質(zhì)的轉(zhuǎn)化以及得到的產(chǎn)物，結(jié)合化學(xué)知識(shí)與化工生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題思考弄清整個(gè)流程.首先，通過(guò)閱讀題頭，了解原料或者產(chǎn)物性質(zhì)，如溶解度、物質(zhì)的熱穩(wěn)定性和熔沸點(diǎn)等信息，分析原料中哪些元素或物質(zhì)要到最終產(chǎn)品中，必須除去什么元素.如例題中題頭提供的原料鉬精礦（主要含MoS2，還有Cu、Fe的化合物及SiO2）中Mo元素要到目標(biāo)物質(zhì)中是核心元素， Cu、Fe、S、SiO2等元素或物質(zhì)為雜質(zhì).接著，試題以真實(shí)的化工生產(chǎn)過(guò)程為背景，主要用框圖形式將原料到目標(biāo)產(chǎn)物的生產(chǎn)工藝流程表示出來(lái)，例題由鉬精礦為原料制備四鉬酸銨.工業(yè)流程圖要花時(shí)間研讀，分析流程中的每一步驟，從以下幾個(gè)方面了解流程：（1）反應(yīng)物是什么同時(shí)生成什么，判斷哪些元素或者物質(zhì)是要在工藝過(guò)程中保留的，要除去哪些元素或物質(zhì)，同時(shí)關(guān)注這些元素的化合價(jià)的變化情況.（2）每步流程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是什么？利用了什么原理？工藝流程一般會(huì)涉及氧化還原原理、化學(xué)平衡原理、復(fù)分解反應(yīng)、溶液中三大離子平衡原理.（3）加入物質(zhì)對(duì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化有什么作用，可能會(huì)產(chǎn)生了什么副產(chǎn)物或雜質(zhì)，又是如何分離、提純和循環(huán)利用這些物質(zhì)的？思考問(wèn)題時(shí)始終記住一個(gè)非常重要的關(guān)鍵點(diǎn)：一切反應(yīng)或操作都是得到最后的目標(biāo)產(chǎn)物，從對(duì)產(chǎn)品的影響層面再去理解相關(guān)操作或反應(yīng)物的選擇.以例題為例具體做法：將鉬精礦（MoS2，Cu、Fe的化合物、SiO2）→通入氧氣焙燒得到（MoO3、CuO、Fe2O3、SiO2和SO2）→加Na2CO3、H2O浸出得到（MoO2-4 、Cu（OH）2、Fe（OH）2）→加（NH4）2S凈化（濾渣為CuS、FeS濾液主要含MoO2-4）→加NH4NO3、HNO3進(jìn)行沉淀得到（NH4）2Mo4O13·2H2O.把上述中括號(hào)的物質(zhì)寫(xiě)在相關(guān)流程的框圖上面，完成后流程根據(jù)所寫(xiě)信息重新解讀一次，前后意思是否連貫，所有反應(yīng)和操作是否為獲得純凈的產(chǎn)品而服務(wù).

工藝流程主要分為三個(gè)階段：（1）原料預(yù)處理階段：礦物質(zhì)粉粹、溶解（酸溶、堿溶、水溶及相關(guān)化工術(shù)語(yǔ)）、初步除雜.（2）核心反應(yīng)階段：主要涉及操作措施、物質(zhì)成分、化學(xué)反應(yīng)、條件控制（充分考慮工藝的酸堿性環(huán)境和溫度環(huán)境），促進(jìn)核心反應(yīng)發(fā)生，同時(shí)又可能會(huì)存在哪些副反應(yīng)發(fā)生生產(chǎn)雜質(zhì).對(duì)反應(yīng)條件的分析可從影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素、影響化學(xué)反應(yīng)平衡因素，同時(shí)結(jié)合生產(chǎn)綜合經(jīng)濟(jì)效益要考慮到原料成本、對(duì)設(shè)備的要求和注意環(huán)保、發(fā)展“綠色化學(xué)”等.箭頭處理方法： ①主線——主產(chǎn)品;②支線——副產(chǎn)品;③回頭——循環(huán)品.（3）產(chǎn)品精制階段：一般是分離提純化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，主要考慮減少產(chǎn)品中的雜質(zhì)、減少產(chǎn)品損失、防止產(chǎn)品變質(zhì)問(wèn)題等.

第三步，解答問(wèn)題.通過(guò)第一步的粗讀題目和第二步細(xì)讀題頭、題干工藝流程，全面獲取信息、弄清楚整個(gè)流程就立即解答問(wèn)題，答題時(shí)看清問(wèn)題，利用前面兩步獲取的有用信息來(lái)幫助解題，用語(yǔ)要規(guī)范，計(jì)算要準(zhǔn)確.以例題為例談具體解題過(guò)程：（1）根據(jù)（NH4）2Mo4O13 的常見(jiàn)O元素化合價(jià)和NH+4推算陌生元素Mo為+6價(jià).鉬精礦中有三種金屬元素Mo、Cu、Fe和非金屬Si、S想到“焙燒”產(chǎn)生的氣體為SO2.（2）要明白提高單位時(shí)間內(nèi)鉬浸出率即提高反應(yīng)速率，第一空格問(wèn)題簡(jiǎn)單化.第二個(gè)問(wèn)題須抓住“水大量蒸發(fā)，鉬的浸出率反而降低”，結(jié)合流程含鉬物質(zhì)要留在濾液中，推出Na2MoO4會(huì)因?yàn)榫w析出混入浸渣造成損失.（3）將已知CuS和FeS的pKsp分別為35.2和17.2，轉(zhuǎn)換Ksp（CuS）=10-35.2，Ksp（FeS）=10-17.2，依據(jù)Ksp（CuS）=c（S2-）×c（Cu2+）公式算出要使Cu2+濃度小于1.0×10-6mol·L-1，則c（S2-）濃度大于10-29.2mol·L-1，要使Fe2+濃度小于1.0×10-6mol·L-1，則c（S2-）濃度大于10-11.2mol·L-1，綜述：c（S2-）>10-11.2mol/L，p（S2-）應(yīng)小于11.2.第（4）、（6）道問(wèn)題同時(shí)考查陌生方程式書(shū)寫(xiě)，兩道題目涉及兩個(gè)方程式都為氧化還原反應(yīng)，工藝流程中氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)具體步驟如下：步驟一，根據(jù)流程圖尋找出反應(yīng)物和生成物，利用元素化合價(jià)的變化（或物質(zhì)氧化還原性）確認(rèn)氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物四種，同時(shí)寫(xiě)出“氧化劑+還原劑→氧化產(chǎn)物+還原產(chǎn)物”模式;（例題第（4）題為例：H2O2+MoO2-3——MoO2-4+ H2O）.步驟二，根據(jù)得失電子總數(shù)守恒規(guī)律確定氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物的系數(shù)，依據(jù)化合價(jià)變化可知H2O2→H2O得2個(gè)電子，MoO2-3→MoO2-4失2個(gè)電子，確定H2O2、MoO2-3的反應(yīng)系數(shù)都為1;步驟三，依據(jù)溶液的酸堿性環(huán)境完善方程式，完善的順序一般是使左右電荷總數(shù)守恒→化合價(jià)未變的金屬→酸根離子→H→O.得出第（4）道問(wèn)題答案：

最后畫(huà)等號(hào)補(bǔ)上高溫反應(yīng)條件.反應(yīng)式寫(xiě)完后立即檢查是否滿足守恒觀，是否符合溶液酸堿性環(huán)境.第（5）道問(wèn)題根據(jù)題頭信息和流程變化得到HNO3的作用使溶液顯酸性，（NH4）2MoO4轉(zhuǎn)化生成（NH4）2Mo4O13析出晶體.

“三步”解題程序是先了解試題結(jié)構(gòu)和獲取信息，再利用已知信息審題會(huì)更加科學(xué)、精準(zhǔn)，最后全面理解試題內(nèi)容和命題意圖.工藝流程題五線（元素線、價(jià)類(lèi)線、反應(yīng)線、操作線、綠色線）并舉，知識(shí)落點(diǎn)涉及基本概念、基本原理、元素化合物和基本化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作方法.平時(shí)須做好常見(jiàn)考點(diǎn)知識(shí)的整理與歸納，熟悉無(wú)機(jī)化工流程題常見(jiàn)的操作、化工專業(yè)名詞，適當(dāng)了解生產(chǎn)、生活和社會(huì)實(shí)際等內(nèi)容，注重培養(yǎng)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能的整合、推理、應(yīng)用能力和解題關(guān)鍵能力.

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2022-05-05

作者簡(jiǎn)介：陳志明（1976.4-），男，福建省永春人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.