工艺流程题解题策略

宁夏 李学强 尉言勋

工艺流程题解题策略

宁夏 李学强 尉言勋

工艺流程题，是将化工生产过程中的主要生产阶段用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识进行设问，形成与化工生产紧密联系的问题。这类题目主要有两种形式：除杂或制取新物质。由于其综合性强，对学生的能力要求大，试题的信息量大，是近年高考的热点题型，所占的分值重，区分度也很好。

一、工艺流程题一般结构及试题特征

1．试题结构

2．试题特征

二、工业流程题的解题策略

1．粗读题，得目的，标记有用信息

首先将题目从头到尾粗读一遍，初步了解大意。由于题头一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的（包括副产品），以及提供一些课本上未出现过但题中必需要用到的信息。因此要求先养成良好的做题习惯，阅读题干时要随手画出目的及相关信息。

2．看箭头，析过程

箭头打进的是反应物，打出的是生成物，有进又有出的是可循环利用的物质。

3．细分析，看措施，推用意，理清关系

① 原料与产品：从某种原料出发，要得到最终产品，必须除去什么元素、引进什么元素？关注杂质离子的去向及产品的生成，有时需要逆推。

② 步骤与目的：加入某种试剂，采取这样的方法，其目的是什么？结合后面的问题进行思考。

③ 感觉与结果：有的步骤不能读懂，这时主要看这一步的结果，“跟着感觉走”“顺藤摸瓜”，从整体上把握题目，抓大放小。

④ 信息与迁移：新信息一般是重要的暗示和突破口，所给信息一定有用，但有时需分解、重组、迁移到本题中来。

三、解题时需要注意的套路

1．沉淀洗涤方法：向过滤器中加入蒸馏水（或其他溶剂）至浸没固体，待水自然流下后，重复以上操作2～3次。

2．检查沉淀是否洗涤干净：取最后一次洗涤液少许（1～2mL）于试管中，滴入几滴某溶液，若无某现象（一般为沉淀或气体生成，便于观察），则表明已经洗涤干净。

3．检验某离子是否沉淀完全：静置，往上层清液中滴加某试剂，振荡，观察是否再产生沉淀。或者：过滤，取少量上层清液于试管中，滴加某试剂，振荡，观察是否再产生沉淀。

4．从溶液中得到晶体：蒸发浓缩～冷却结晶～过滤洗涤。

5．检验物质：取样～加试剂～说现象～得结论。

6．在描述除杂时，应该注明“是为了除去某杂质”。在描述颜色变化情况时，应该写明“某色变到某色”，如果是变成无色，可以只写“褪色”。

7．控制温度的目的：

①加热——加快反应速率（或溶解速率）；促进平衡向吸热方向移动；除去热稳定性差的某物质或易升华的某物质。

②降温——防止某物质在高温下会溶解或分解；使平衡向放热方向移动；使某沸点高的物质液化，使其与其他物质分离；降低某晶体的溶解度，减少损失，增加产率。

③控温，一般用水浴或油浴控温——防止某物质因温度过高分解（或挥发）；为了使某物质达到沸点挥发出来；使催化剂的活性达到最好；防止副反应发生；受热均匀，温度可控，水浴温度不超过100℃。

四、几种常见的处理手段的操作和目的

1．原料预处理的常用方法

①研磨：增大反应物接触面，以增大反应速率，并使反应更充分。

②灼烧：原料的预处理，不易转化的物质转化为容易提取的物质，如海带中提取碘，使其中的有机物转化为CO2和H2O而除去。

③加酸：溶解、去氧化物（膜）、调节pH促进水解（沉淀）。

④加碱：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、SiO2，调节pH促进水解（沉淀）。

⑤煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质，在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土，使其中的Al2O3能溶于酸。

2．常用的控制反应条件的方法

①水洗：洗去晶体表面的杂质离子（适用于溶解度小的溶质）。

②冰水洗涤：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗（适用于高温溶解度大、低温溶解度小的溶质）。

③有机物洗涤：洗去表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗，使其尽快干燥。

④煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离；除去溶解在溶液中的气体，如O2。

⑤控制pH：促进某离子水解，使其沉淀，利于过滤分离，如Fe3＋、Al3＋的沉淀。

⑥加氧化剂：氧化某物质，转化为易于被除去的离子，如将Fe2＋转换为Fe3＋。

3．产品的分离提纯

①减压蒸发（小心烘干）：常压蒸发温度过高，某物质易于分解；减压蒸发降低了蒸发温度，可以防止物质分解。

②结晶法：适用于分离可溶性混合物或除去可溶性杂质，具体方法有2种：

分类 适用范围 举例 解释蒸发结晶（蒸 发 溶剂）溶解度受温度影响不大的固态物质的提纯提纯混有少量硝酸钾的氯化钠先将混合物溶于水配成热的饱和溶液，然后蒸发水分，会有氯化钠晶体析出，当有大量晶体析出时（不能蒸干），趁热过滤，滤纸上的晶体就是氯化钠，硝酸钾留在滤液中降温结晶（冷却热饱和溶液）溶解度受温度影响较大的固态物质的提纯提纯混有少量氯化钠的硝酸钾硝酸钾的溶解度受温度的影响较大，氯化钠的溶解度受温度影响较小，采用冷却热饱和溶液的方法使硝酸钾结晶析出，从而与氯化钠分离

五、典例赏析

例1 （2016新课标Ⅲ）以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生成硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：

物质 V2O5 V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/% 2．2～2．9 2．8～3．1 22～28 60～65 1～2 ＜1

以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

回答下列问题：

（1）“酸浸”时V2O5转化为，反应的离子方程式为________________，同时V2O4转成VO2＋。“废渣1”的主要成分是________。

（2）“氧化”中欲使3mol的VO2＋变为，则需要氧化剂KClO3至少为________mol。

（5）“流出液”中阳离子最多的是________。

（6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：________________。

【解析】题目流程清晰，从头到尾粗读一遍题目，了解大意。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用，整个流程主要目的是除去杂质，得到我们的目标产物。怎么除去杂质，每一步需要加入不同的物质，在这个过程中，提出问题。

（1）由题意“酸浸”时V2O5转化为，V元素化合价没有发生变化，说明非氧化还原反应，利用观察法配平；SiO2只与氢氟酸反应，不与硫酸反应，所以“废渣1”的主要成分是SiO2。“氧化”中欲使3mol的VO2＋变为，V元素的化合价从＋4价升高到＋5价，而氧化剂KClO3中氯元素化合价从＋5价降低到－1，则根据电子得失相等可知需要KClO3物质的量。因为该工艺流程的目的是回收V2O5，“中和”作用之一是使钒以形式存在于溶液中，之二是把杂质Fe3＋、Al3＋以Fe（OH）3、Al（OH）3的形式除去。（4）根据方程式可知，为了提高洗脱效率，反应应该向逆反应方向进行，因此淋洗液应该呈碱性。（5）由于前面加入了氯酸钾和氢氧化钾，则“流出液”中阳离子最多的是钾离子。（6）由流程箭头方向已知NH4VO3“煅烧”生成V2O5，根据原子守恒可知还应有NH3和H2O。

【答案】

例2 （2015新课标Ⅰ）硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿（主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等）为原料制备硼酸（H3BO3）的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

（1）写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式：________________。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度浓度外，还可采取的措施有______________________（写出两条）。

（2）利用_________的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是_________________（化学式）。

（3）“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是__________ _______________________。然后在调节溶液的pH约为5，目的是________________________________________________。

（4）“粗硼酸”中的主要杂质是________（填名称）。

（5）以硼酸为原料可制得硼氢化钠（NaBH4），它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为________。

（6）单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程：______________________________________________。

【解析】工艺流程清晰，题目的设置其实就是对混合物的除杂、分离并制取新物质。当遇到这一类题时，要求学生认清该流程的目的是什么？一般题目中会告诉我们混有的杂质有哪些，该题中铁硼矿（主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等），那么解题的过程实际上就是除去硼以外的其他元素，进而制取H3BO3。

第①步为酸浸 ，不溶于酸的物质进行过滤。

第②步净化除杂，加氧化剂 H2O2把Fe2＋氧化为Fe3＋，然后调节pH，进而出去Fe3＋。

第③步考查蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到产品H3BO3。

（1）先分析Mg2B2O5·H2O中B的化合价为－3，联系到流程图中最终产物硼酸是弱酸，硼酸中B也是－3价，符合强酸制取弱酸的原理，应该是复分解反应。然后模仿碳酸盐和强酸反应即可；为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度，还可采取提高反应温度、减小铁硼矿粉颗粒径等措施。（2）Fe3O4有磁性，可利用磁性将其从“浸渣”中分离；硫酸酸浸时，SiO2不反应，氧化钙与硫酸反应生成微溶于水的硫酸钙，浸渣中一定含有SiO2和CaSO4。（3）“净化除杂”先加H2O2溶液，其作用是把Fe2＋氧化为Fe3＋，然后调节pH约为5，使Al3＋、Fe3＋以Al（OH）3、Fe（OH）3形式出去。过滤后得到粗产品，“粗硼酸”表面的杂质主要为没有除去的易溶性镁盐，联想到七水硫酸锌或者七水硫酸亚铁等矾类物质，进行模仿类推，为（七水）硫酸镁。（4）电子式知识的考查。（6）高温下酸分解为酸酐，再联想Mg与CO2的置换反应即可。这种复合反应类型和原理的陌生反应，主要考查学生类推迁移能力。

【答案】（1）Mg2B2O5·H2O＋2H2SO42MgSO4＋ 2H3BO3搅拌矿粉 升高温度

（2）Fe3O4SiO2

（3）氧化溶液中的Fe2＋除去溶液中的Al3＋和Fe3＋

（4）硫酸钙

总之，化工流程题图题情景新颖、综合程度高、考查知识点范围广，但重点考查的还是化学主干知识以及学生的思维能力和迁移能力。只要立足课本，加强基础知识和基本技能的训练，对题目从整体和局部进行分析，读好题、审准题，充分利用、挖掘题目给予的新信息，相信一定会取得满意的成绩。

（作者单位：宁夏大学化学化工学院）