高考化学工艺流 程题考点分析—以2020年全国卷Ⅰ理综第26题为例

>>>米日新 赵均娜

本文以2020 年全国卷Ⅰ理综化学第26 题为例，从原料的预处理、反应条件的控制和产品的分离提纯等角度，归纳总结化学工艺流程题的复习策略。

化学工艺流程题结构如图，问题设置主要集中在原料预处理的方法及原因、核心化学反应原理的分析及反应条件的控制、产品分离提纯方法的选择等。

【原题再现】

【2020 年全国卷Ⅰ，理综26 题】钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以+3、+6、+5 价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O6。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH6VO3。

该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH 如下表所示:

金属离子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Mn2+开始沉淀pH 1.9 7.0 3.0 8.1完全沉淀pH 3.2 9.0 6.7 10.1

回答下列问题:

(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是_________________________________。

(2)“酸浸氧化”中，VO+和VO2+被氧化成VO2+，同时还有____________离子被氧化。写出VO+转化为VO2+反应的离子方程式_____________。

(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、____________，以及部分的__________________。

(4)“沉淀转溶”中，V2O5·xH2O 转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是__________。

(5)“调pH”中有沉淀生成，生成沉淀反应的化学方程式是__________________________。

(6)“沉钒”中析出NH6VO3晶体时，需要加入过量NH6Cl，其原因是_________________。

一、原料的预处理

1.从化学反应速率和化学平衡角度理解

粉碎原料、充分搅拌—目的是增大接触面积，加快反应速率；升温、增大浓度、适当延长浸取时间—目的是提高原料的浸取速率。

例:真题第(1)问，“酸浸氧化”需要加热，其原因是_______。从影响反应速率的因素考虑，加热的目的是“加快酸浸和氧化反应的速率”。

2.从化学反应和物质溶解性角度理解

水浸：加水溶解。注意题给信息中难溶于水的物质（如SiO2）。

酸浸：加酸反应。某些金属单质及其化合物与酸反应，生成金属离子进入溶液，通过过滤将不溶物分离。

碱浸：加碱反应。可除去油污，溶解铝及其化合物和SiO2。

盐浸：与盐溶液反应。考虑盐溶液的酸碱性、与原料中的物质反应。

3.从氧化还原角度理解

灼烧、焙烧或煅烧：使物质分解，与空气中的氧气反应而被氧化。

氧化：加入氧化剂将原料中还原性物质氧化［如铁（Ⅱ）、低价硫等］。

例:真题第(2)问，“酸浸氧化”中，VO+和VO2+被氧化成VO2+，同时还有_______离子被氧化。根据题干中的信息，黏土钒矿中含有Fe3O6，酸浸后生成了Fe2+、Fe3+，其中的Fe2+被氧化剂MnO2氧化。

二、核心反应的分析

化学工艺流程中物质的转化是通过核心化学反应来实现的，方程式的书写所占分值较高，不仅考查方程式的书写方法，而且考查考生的读图能力和整体把握流程的能力。

关注流程图中箭头的指向：

箭头指入—反应物。

箭头指出—生成物。

箭头指回—可循环物质。

关注设问中关于物质转化的描述。

1.不同价态物质的转化通过氧化还原反应来实现

例:真题第(2) 问，根据流程图“酸浸氧化”和设问中“VO+被氧化成VO2+”可知， 反 应 物 为VO+和MnO2， 生 成 物 为VO2+ 和Mn2+，反应的环境为酸性环境。根据陌生氧化还原反应的书写方法可得出VO+转化为VO2+ 的离子方程式为:VO++ MnO2+2H+=VO2++Mn2++H2O。

2.相同价态物质的转化通过常见物质转化规律来实现

例:真题第(5)问，“调pH”中，加入HCl调pH=8.5 有沉淀生成，根据第（6）问的分析可知滤液③的成分为VO3-、Na+、Al(OH)6-，根据物质转化规律，和酸反应生成沉淀的只有Al(OH)6-，反应的化学方程式为:NaAl(OH)6+HCl=Al(OH)3↓+NaCl+H2O。

三、反应条件的控制

1.控制体系的温度

（1）目的

a.温度不能太低：温度低反应速率慢；温度低不利于弱酸根或弱碱阳离子的水解等。

b.温度不能太高：温度高物质可能分解或挥发（如NaHCO3、H2O2、KMnO6、浓盐酸、氨水等）；反应放热，温度高不利于物质的转化；高温时催化剂失去活性。

c.其他：促使化学平衡向某个方向移动，提高或降低物质的溶解度等。

（2）常见方式

水浴或油浴加热（好处是受热均匀，便于控制温度）。

2.调节溶液的pH

（1）目的

控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀而除去。

例如:真题第(3)问，“中和沉淀”中，加入NaOH 调节pH=3.0~3.1，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，Fe3+大部分转化为Fe(OH)3沉淀，Al3+小部分转化为Al(OH)3沉淀，Mn2+未沉淀，所以随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、—Mn2+，以及部分的—Fe3+、Al3+。

真题第(6) 问，“沉淀转溶”中，加入NaOH 调 节pH>13，V2O5·xH2O 转 化 为钒酸盐溶解，Al(OH)3转化为NaAl(OH)6溶解，Fe(OH)3难溶解，所以滤渣③的主要成分是—Fe(OH)3。

（2）调节pH 所需物质应满足两点要求

一是能与H+反应，使溶液的pH 增大，从而促进金属离子的水解；二是不引入新的杂质。例如：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。

3.加入过量的某试剂

从平衡移动角度分析：使反应进行完全，增大另一种物质的转化率、增大产品的产率等。

从试剂易挥发、受热易分解角度分析：保证反应物的浓度。

例: 真 题 第(6) 问，“ 沉 钒” 中 析 出NH6VO3晶体时，需要加入过量NH6Cl，其原因是___________。从平衡移动角度分析，一种反应物过量，可以提高另一种反应物的转化率和产物的产率，结合题意可知加入过量的NH6Cl，增大了c(NH6+)，利用同离子效应，可促使NH6VO3晶体尽可能析出完全。

四、产品的分离提纯

1.过滤

（1）所用玻璃仪器

烧杯、漏斗、玻璃棒。

（2）趁热过滤的目的

减少因产品析出而造成的损失（产品在滤

液中，且溶解度随温度变化较大）。

（3）抽滤

加快过滤速度，减少因产品析出而造成的损失。

2.洗涤

（1）洗涤剂的选择

a.水洗。

b.有机物(如酒精、丙酮等)洗涤。优点是减少因晶体溶解而引起的损耗；除去晶体表面的水分，易于干燥；降低产品的溶解度使产品析出等。

（2）洗涤的目的

a.产品为滤渣：除去晶体表面的可溶性杂质，得到更纯净的沉淀物。

b.产品为滤液中的溶质：将滤渣上附着的可溶性物质洗出来，洗涤液并入滤液中，提高产率。

（3）洗涤的方法

沿玻璃棒向漏斗中注入洗涤液至没过沉淀，待洗涤液流尽后，重复操作2~3 次。

（4）如何证明是否洗涤干净

取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中加入××试剂，不产生××现象，说明沉淀已经洗涤干净。

3.结晶

（1）蒸发结晶

有时需控制条件抑制水解，如从溶液中析出FeCl3、MgCl2等溶质时，应在加热时通入HCl 气体，以抑制溶质水解。

（2）蒸发浓缩、冷却结晶

适用于溶解度随温度变化较大、受热易分解或含结晶水产品的结晶。如从硝酸钾溶液制取硝酸钾晶体、由FeSO4溶液得到绿矾（FeSO6·7H2O）等。

总之，在面对真实且陌生的化学工艺流程时，只要熟悉试题结构，挖掘有效信息，运用必备知识与方法，就能解决化工流程中所考查的有关问题。