全国卷Ⅲ工艺流程的考查分析与解题指导——原创化工流程模拟题命题心得

广西 黄 颖

工艺流程题取材于真实工业生产、日常生活或科研中的实际问题，工业生产离不开反应原理中的方向、速率和限度问题，考查元素及其化合物的性质和应用。工艺流程题又可叫无机合成推断题，有实验题和原理题的双重特征。

第一部分：近四年考情分析

全国卷Ⅱ

全国卷Ⅲ

续表

对比三套试卷分析：可以发现很有趣的几个事实。

全国卷Ⅲ和全国卷Ⅰ命题相似度高，特别是2018年，全国卷Ⅲ和全国卷Ⅰ都在27题考查工艺流程，且都是采取化工流程制备+电化学法制备，都是拼盘式的题目。

全国卷Ⅱ似乎是完全不同命题风格，2016年没有考查工艺流程；2017年考查工艺流程却是为了考查滴定；2018年是完整的一道制备型工艺流程题，也是唯一的一次；2019年26题一共三问，工艺流程只是其中一问。

全国卷各卷区的试题有不同的命题偏好：全国卷Ⅰ以氯、硫、硼等陌生非金属化合物为命题载体，考查实际内容以元素化合物，实验的分离提纯，化学反应原理在工业生产实际中的运用为主。全国卷Ⅱ却更加不同，看起来是工艺流程，考查设问的化学反应原理占比过多，如电化学、滴定原理考查较多，工艺流程本身只是个幌子，实际设问内容很多都不涉及工艺流程图。全国卷Ⅲ和全国卷Ⅰ试题考查方式相同，但载体几乎都是过渡金属元素中“钒铬锰”的化合物。因此三卷考区的备考更多倾向金属矿石，往往涉及过渡金属元素如Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Pb、W、Mo、Ce等元素更加贴近命题人喜好。

三个卷区的试题中有共同的高频考点：化工流程中常见的化工术语及操作、化工流程中混合物的分离与提纯方法、陌生条件下化学方程式或离子方程式的书写、化学反应速率、化学平衡移动原理分析、关于Ksp及产率相关计算等。

第二部分：物质制备型的工艺流程解题指导

工艺流程图题的求解，首先要能突破对流程图各阶段含义、功能的大致理解。需要引导学生学会对题干信息中原料是什么、要合成的目标产物是什么、流程图下面是否有已知信息或后续题述中是否可能有有用信息进行整合，结合“题在书外，理在书中”的道理去理解。

工艺流程图结构主要包括：

①主线主产品，其中包含从原始原料到目标产品过程中，通过核心反应制取中间产物直至目标产品，中间产物和目标产物的分离提纯操作等环节，这意味着目标产品中的核心元素应在这条(或两条)主线上以不同存在形式转化最终形成目标产品。

②支线副产品，副产物、次要产物等。

③折回线表示循环，以节约成本、提高产率或防污染等为主。

④箭头打入的为投料，从中寻找核心反应的反应物或可能的价态变化及反应。

高考突出学科内知识的综合考查，理科综合测试要求学生具有一定的推理能力，其中既有“演绎推理”，又有“归纳推理”，在复习中，应当在培养学生的“归纳推理”能力上投入更多的时间和精力。学生在解决问题时，必须有扎实的基础知识，这不仅是对基础知识的简单记忆，而且是建立在对知识的深刻理解基础上的，正如《考试说明》中指出的，对中学化学应该掌握的内容能融会贯通。

考向1 原料处理的方法和作用

【答题角度】

①研磨/雾化：将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大接触面积，加快溶解或加快反应速率使反应更充分。

②浸取：向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中具有可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等。

水浸：是指原料与水接触溶解或反应。

酸浸：酸浸是指原料与酸接触反应而溶解，使可溶性离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。还可除去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解等。

碱浸：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH促进水解(沉淀)。

③灼烧、焙烧、煅烧：不易转化的物质转化为容易提取的物质：如海带中提取碘；使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、硫铁矿。

【答题模板】

“浸出”步骤中，为提高矿渣的浸出率，可采取的措施有？

答：矿渣研磨细，强力搅拌，适当提高反应温度，延长浸出时间，适当提高××酸(或××碱)浓度。

在化工生产流程题中将矿石粉碎的原因?

答：增大矿石与其他物质(××溶液或××气体)的接触面积，加快反应速率(或提高浸出率)。

【考法示范——高考真题碎片】

①毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是增大接触面积从而使反应速率加快。

②搅拌的作用是使溶液混合均匀，快速完成反应。

③用热碳酸钠溶液洗涤废铁屑等原料的原因：用碳酸钠溶液水解显碱性的特点清除废铁屑表面的油污。

④除废铁屑表面的油污，方法是碱煮水洗。

⑤实验室从茶叶中提取咖啡因实验时需将茶叶研细，研细的目的是增加固液接触面积，提取充分。

⑥以一种工业废渣(主要成分为MgCO3、MgSO4和少量Fe、Al的氧化物)为原料制备MgCO3·3H2O。H2SO4酸溶需加热的目的是加快酸溶速率。

考向2 实验条件的控制和目的

1.条件——温度

【答题角度】

控 制低温：①防止有物质高温分解，如NaHCO3、NH4HCO3、H2O2、浓HNO3等；②防止有物质高温挥发，如浓盐酸、氨水、苯、醋酸等；③抑制物质的水解，增大气体反应物的溶解度，使其被充分吸收。

采取加热：①加速某固体的溶解，加快反应速率；②减少气体生成物的溶解并使其逸出，也可能是为了使某物质达到沸点挥发出来；③使平衡向需要的方向移动。煮沸的作用和原因：促进水解，聚沉后，让絮状沉淀变成大颗粒沉淀方便过滤分离；除掉溶解在水中氧气或者其他气体。

控制范围：①确保催化剂的催化效果，兼顾速率和转化率，追求更好的经济效益，如工业合成氨或工业SO2被氧化为SO3时，选择的温度是500℃左右，原因之一就是使催化剂的活性达到最高；②防止副反应发生：如乙醇的消去反应温度要控制在170℃，原因是在140℃时会有乙醚产生。

【考法示范——高考真题碎片】

①蒸馏时需向接收瓶内加入少量冰水并置于冰水浴中的目的是减少产物的挥发。

③配制无氧溶液时，除去所用溶剂水中氧的简单操作为将溶剂水煮沸后冷却。

④蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用，其目的是杀菌、除氧气及二氧化碳。

⑥FeCl3和AlCl3加氨水制备Fe(OH)3、Al(OH)3过程中加热的目的是防止胶体生成，易沉淀分离。

⑦小火煮沸FeCl3加氨水的作用是使沉淀颗粒增大，有利于过滤分离。

⑧Fe3+催化H2O2分解产生O2一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成，生成沉淀的原因是H2O2分解反应放热，促进Fe3+的水解平衡正向移动(用平衡移动原理解释)。

⑨TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应，分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因：低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降。

2.条件——pH

【答题角度】

(1)pH调大。使某些金属离子形成氢氧化物沉淀而达到分离的目的，在题目中常以表格形式给出信息。

调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H+反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。

例如：若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。

(2)pH调小。抑制某些离子的水解，防止某些离子的氧化等。

【分析】除去CuCl2溶液中的FeCl2

(1)已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表：

金属离子Fe3+Cu2+Fe2+Ni2+Mg2+开始沉淀的pH2.74.47.07.19.3沉淀完全的pH3.76.49.69.210.8

除杂的流程图：

(2)注意事项

①若直接调节溶液的pH，待Fe2+沉淀完全，Cu2+也已沉淀完全，不能除去Fe2+，不可行。

②先将Fe2+氧化成Fe3+，再调溶液的pH为3.7≤pH<4.4，此时Fe3+沉淀完全，Cu2+未沉淀，过滤除去Fe(OH)3沉淀。

③加入的氧化剂可以是双氧水或氯气等，注意不能引入新的杂质。

④调节溶液pH的物质，要消耗氢离子，但不能引入新杂质，可为CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3。

【考法示范——高考真题碎片】

①CuCl2中混有Fe3+加何种试剂调pH？原因？CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3。加CuO消耗溶液中的H+，促进Fe3+的水解，生成Fe(OH)3沉淀析出。

考向3 获得产品环节采取措施

【知识必备】

(1)从溶液中得到晶体方法归纳

当溶液是单一溶质时

①所得晶体不带结晶水(如NaCl、KNO3)：蒸发、结晶。

注意：若是纯净的氯化钠溶液可以利用余热蒸干得到氯化钠晶体；若是氯化钠溶液中含有硝酸钾等杂质，则要趁热过滤得到氯化钠晶体。

②所得晶体带结晶水(如CuSO4·5H2O、摩尔盐[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]即硫酸亚铁铵)：蒸发浓缩至有晶膜出现，冷却结晶，过滤。

③溶质在加热时会水解出挥发性物质，如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时结晶的操作方法：一边通HCl气体，一边加热浓缩，冷却结晶，过滤。

例：用FeCl3溶液制取FeCl3·6H2O晶体的操作方法为：向FeCl3溶液中加入过量的浓盐酸置于蒸发皿中，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤、洗涤、干燥。

当溶液中有两种或两种以上溶质时

①要得到溶解度受温度影响小的溶质：浓缩(结晶)，趁热过滤。如NaCl和少量K2Cr2O7的混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，母液中是K2Cr2O7和少量NaCl；同样原理可除去NaCl中的少量KNO3。

②要得到溶解度受温度影响大的溶质：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤。如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是K2Cr2O7，母液中是NaCl和少量K2Cr2O7，这样就可分离出大部分K2Cr2O7；同样原理可除去KNO3中的少量NaCl。

(2)从含结晶水化合物获得无水化合物

直接蒸发CuCl2溶液，能不能得到CuCl2·2H2O晶体，应如何操作？不能，应在HCl气流中加热蒸发。

铈(Ce)是地壳中含量最高的稀土元素。在加热条件下CeCl3易发生水解，无水CeCl3可用加热CeCl3·6H2O和NH4Cl固体混合物的方法来制备。其中NH4Cl的作用是分解出HCl气体，抑制CeCl3水解。

如何从MgCl2·6H2O中得到无水MgCl2？原因是？

答：在干燥的HCl气流中加热脱水，干燥的HCl气流抑制了MgCl2的水解，且带走MgCl2·6H2O受热产生的水汽。

用FeCl3溶液制取FeCl3·6H2O晶体的操作方法

答：向FeCl3溶液中加入过量的浓盐酸置于蒸发皿中，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤、洗涤、干燥。

(3)产品洗涤

蒸馏水洗涤：主要适用于除去沉淀表面的可溶性杂质。

冷水洗涤：除去沉淀表面的可溶性杂质，降低沉淀在水中的溶解度而减少溶解损耗。

沉淀的饱和溶液洗涤：减小沉淀的溶解。

有机溶剂(酒精、乙醚或丙酮等)洗涤：洗去沉淀表面的杂质，降低沉淀的溶解度、减少损耗，有利用有机溶剂的挥发，除去固体表面的水分，产品易干燥，适用于易溶于水的固体。

先水洗后乙醇洗：除水，乙醇易挥发使固体干燥。

(4)加热灼烧固体使固体失去结晶水或分解完全的操作方法为：将固体放在坩埚中充分灼烧，然后放在干燥器中冷却、称量，再加热、冷却、称量直至两次称量的质量差不超过0.1 g。注意，实验中最少称量4次。

【考法示范】

①将苯乙酸加入到乙醇与水的混合溶液中，充分溶解后，加入Cu(OH)2搅拌30 min，过滤，滤液静置一段时间，析出苯乙酸铜晶体，混合溶剂中乙醇的作用是增大苯乙酸溶解度，便于充分反应。

②由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是加热浓缩、冷却结晶、过滤。

③将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是去除结晶表面水分。

④所得Fe2(C2O4)3·5H2O需用冰水洗涤，其目的是除去杂质，减少草酸铁晶体的溶解损耗。

⑤结晶后采用无水乙醇洗涤的原因是降低产品在洗涤时的损失，且乙醇容易挥发。

⑥怎样从NaCl溶液中制取NaCl固体？

蒸发皿中注入溶液，蒸发(玻璃棒不停搅拌)至大量晶体析出时，即停止加热，利用余热继续蒸干。

⑦怎样从Na2CO3溶液中制取Na2CO3·10H2O晶体？蒸发皿中注入溶液，蒸发(玻璃棒不停搅拌)至刚析出晶体时，即停止加热，将溶液迅速转移至烧杯，使之冷却结晶并过滤。

第三部分：全国卷Ⅲ模拟卷的原创心得

利用电子图书馆期刊文献对全国卷Ⅲ溯源，发现近年考查的工艺流程都是高考前10年左右的成熟的化工工艺，并非“科技前沿”，说明这些工艺已经是投入使用有些时间了，很多工艺得到实际应用。

年份试题内容期刊文献2016一种废钒催化剂回收V2O5工艺路线1.蒋馥华,张萍.从废钒催化剂中回收V2O5[J].环境保护,1994年第7期42-44.2.张良佺,严瑞瑄.从废钒催化剂中提取V2O5的研究(Ⅱ)[J].无机盐工业,1997(2):32-34.3.王新文,雷兆敏.从废钒催化剂中回收精制五氧化二钒的试验研究[J].硫酸工业,1998(2):47-51.2017由铬铁矿制备重铬酸钾流程图刘亚楠,刘葵,苏秀荣.用含铬废液制备重铬酸钾的方法研究[J].广州化工,2010年第5期140-141.

续表

这些命题几乎是这些优秀期刊论文的“小型化”，因此要想命制一份较好的试题，首先要查看已经投入实际生产的化学工艺，查阅知名的化工期刊，甄选出一些题材，这些题材考查的内容刚好是容易融合高中知识的，然后根据实际工艺和期刊论文，对试题进行打磨。必要时可以请教相关领域的大学教授和工厂的专家指导。

无机合成的四种原料为：不常见非金属化合物、自然界的金属矿石、海水资源、废物回收利用等，以此为出发点，精心设计一个与实际生产和考生实际相融合相接近的新情景，从中巧妙的包装进中学重要的元素化合物、化学反应原理、氧化还原反应、实验操作与分离提纯等基础知识与技能，是高考与STSE、高考与可持续发展重要手段。

工艺流程图题分为四部分：一般由题干表述、转化合成流程图、已知信息、设问组成。需要通盘考虑，对每个部分知识点与能力点分析，试题结合信息和流程图，考查元素及其化合物的性质和应用，兼顾化学反应原理和物质的分离提纯等实验操作。