全国卷“工艺流程”题题型分析及答题思路

安徽 李先强

全国卷化学试题的考查中，工艺流程题作为核心题型已在高考中多次出现。此类题目信息含量多，难度大。学生在作答时往往寻找不到正确的解题思路或在细节的处理上存在这样及那样的问题。为了帮助学生进一步了解工艺流程题，并方便与广大同仁探讨，现笔者将工艺流程题的命题特征和解题思路归纳如下。

1.考查形式

工艺流程题往往选择工业废渣为原料，从其中分离或生产某种有用物质为设计思路。选择的素材往往来自于实际的生产工艺，以符合高中学生知识和能力要求的方式呈现，以流程图的形式给出。体现了高考考纲中要求学生对废旧物质再生和综合利用的了解。工艺流程图的两个核心考点为物理分离和化学反应，目的在于得到纯净的目标产物。流程图中的每个“→”代表一个过程，基本模板如下：

2.答题思路

(1)一看原料和目标产物，根据元素守恒，与目标产物含有相同元素的原料即为主原料，然后分析两者所含主元素的化合价是否相同，从而判断在工艺流程中是否发生氧化还原反应。若发生了氧化还原反应可从流程中寻找发生在哪一步，对应的反应方程式如何书写。原料中的其他物质作为废渣必然要从整个流程中通过物理方法分离出去。即根据原料的成分及目标产物确定原料中各物质的去向，和通过什么反应达到这种去向。

(2)二看流程图，观察主线和支线。主线涉及产物的生成，支线涉及废渣的分离和流程中其他必要物质的加入。工艺流程中的相关反应通常是在溶液体系中进行。所以原料的预处理方法通常为粉碎，反应和分离所采取的措施通常为水浸或酸浸。流程中发生的反应通常为离子反应。分离出的杂质通常为通过水浸或酸浸难以溶解的沉淀或在溶液中通过离子反应新生成的沉淀。分离手段一般为过滤。目标产物的生成通常通过氧化还原反应完成。

(3)把反应原料带入工艺流程图中，根据流程图中前后物质的转化关系确定在每一步骤中各物质的存在形式。流程图中难以确定的信息可从题目中寻找。从而确定在每一个细节中对应的物理分离方法和化学反应过程。工艺流程题一定要结合流程图将原料中给出的任何一种元素找到最终的归宿。以及从起点到终点发生了哪些反应。

(4)常见的设问方式。工艺流程题是一种模拟情境，围绕解决一个实际问题考查学生的实验能力和对相关化学原理的理解和应用。按照整个工艺由前至后，题目由易到难的顺序展开设问，常见的设问方式为原料预处理的手段和原因分析。原料预处理常采用的手段为粉碎、加热、适当提高酸的浓度等，所有这些目的都在于加快后续反应的速率。滤渣的成分，根据流程分析滤渣来自于原料还是在反应过程中新生成的沉淀。氧化还原反应方程式的配平或陌生化学反应方程式的书写，此类题目需要从流程中判断反应物，产物和反应条件，所有这些信息都可以从发生这步反应对应的箭头前的物质、箭头后的物质以及箭头上的内容得到。反应条件的优化选择，考虑的因素为反应速率，反应时间和转化率，当反应速率和转化率较高时反应时间较短的为最优的反应条件。可循环利用的物质，从流程图上观察，既需要添加进去又能分离出来的物质，即箭头指向主线和指出主线重叠的物质为可循环利用的物质。溶液中通过离子反应生成沉淀，结合Ksp进行计算以及转化率或产率的计算等。

(5)此类题目对学生知识和能力的要求。①离子反应和离子共存。包括题目中涉及的离子反应方程式的书写和流程图中其他离子以难溶物的形式进行分离除杂。运用离子反应和离子共存可以从总体上把握流程图中从原料到目标产物的基本过程。②氧化还原反应。在流程图中反应原料向目标产物的生成和某些特殊离子的除杂(如Fe2+先转化成Fe3+再水解除去等)基本上是通过氧化还原反应完成的。同时通过氧化还原反应中得失电子守恒和原子守恒进行转化率或产率以及转移电子数等的相关计算。③化学平衡原理和平衡移动。分析流程图中某步反应条件的选择和优化以及计算平衡转化率和平衡常数等。④沉淀溶解平衡及Ksp的计算和相关元素化合物性质等。

3.高考真题示例

(2017年全国Ⅰ卷，第27题)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备，工艺流程如下：

回答下列问题：(略)

TiO2·xH2O与双氧水和氨水发生非氧化还原反应生成可溶性(NH4)2Ti5O15

【答题要点】(1)为反应条件的选择，本题只涉及反应条件的选择，不涉及比较。只要满足题设要求均可，所以有两个符合要求的答案即100℃、2 h，90℃、5 h。(2)书写离子方程式，按照氧化还原反应方程式配平原则进行。(3)转化率分析。通常这类问题前半部分转化率随温度升高而升高是速率的影响，后半部分转化率随温度升高而降低是由于平衡在逆向移动，移动的原因可能为反应放热，反应物受热分解等。(4)是借助工艺流程题考查物质的结构，化学键类型和沉淀溶解平衡的计算。