运用思维模型巧答工艺流程题

黄一文

(福建省泉州市厦门外国语学校石狮分校 362700)

解化学工艺流程题，除了要熟练掌握常见无机物及其应用、反应原理、化学计算等的基础知识，还应具备较熟练的物质的分离与提纯的基本技能，解题的关键是读懂流程图，构建解题思维模型并灵活运用巧答题.

一、化学工艺流程题常见考点

化学工艺流程题融合了物质制备和分离提纯过程中有关元素化合物、离子反应、氧化还原反应、化学速率、化学平衡、电化学、反应条件控制、绿色化学等核心知识，常见考点为：

1.给信息的化学方程式的书写：考查信息素养、分类观、微粒观、转化观和守恒法.

2.基本实验操作：考查金属离子的逐步沉淀和分离、重结晶、过滤、沉淀的洗涤、蒸馏、萃取和分液等操作.

3.反应条件的选择：考查反应速率和化学平衡影响因素，反应温度、浓度、pH控制等.

4.化学计算：考查氧化还原、平衡常数、溶度积、转化率、产率、纯度等有关计算.

5.绿色化学：考查工艺的安全性和可操作性、减少污染、节约成本等问题.

二、化学工艺流程题解题思维模型

思维模型如下图所示.

三、运用思维模型巧答工艺流程题示例

例[2019新课标Ⅲ] 高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如下图所示.回答下列问题：

相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+开始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9

(1)“滤渣1”含有S和____；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式____.

(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是____.

(3)“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为____～6之间.

(4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是____.

(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+.若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是____.

(6)写出“沉锰”的离子方程式____.

(2)考查分类观和转化观，根据实验室制氯气的反应和流程可知二氧化锰作为氧化剂，其作用是使MnS反应完全，且将溶液中Fe2+氧化为Fe3+.

(3)考查Fe3+和Al3+沉淀生成条件控制，由表中数据可知pH在4.7时，Fe3+和Al3+沉淀完全，所以pH应该控制在4.7～6之间.

(4)考查加沉淀剂Na2S的目的，是为了除去锌离子和镍离子，所以滤渣3是生成的沉淀ZnS和NiS.

(7)考查守恒法的运用，根据化合物中各元素化合价代数和为0的规律得：1+2x+3y+4z=6，已知，x=y=1/3，带入计算得：z=5/6.

化学工艺流程题陌生度、整合度、灵活度较大，解题时既要明确试题的反应原理、考点、设问点，又要运用所学知识和信息读懂流程图的步骤含义，根据设问进行准确答题，只有构建解题思维模型并灵活运用思维模型指导答题，练就“化学的慧眼和思维的慧心”，触类旁通，领悟解题的规律性和技巧性，才能突破工艺流程题这一富有挑战的题型.