王曾娟
陕西省商洛市镇安县镇安中学711500
摘 要 化学工艺流程题是近几年高考高频出现的试题,试题考察的内容涉及元素化合物知识、化学理论、化学实验、化学计算等,考察的题目形式多样,熟悉化学工艺流程的操作和名词,掌握工艺流程题的做题规律是学生必备的知识。
关键字 化学工艺流程 元素化合物 化学实验 绿色化学
化学工艺流程题是近几年高考必考题型,题目综合性强,难度较大,通常以具体的化工生产为背景,将其过程以流程图的形式,配以相应的文字信息,考查学生运用所学知识提取信息、分析和解决实际问题的能力,体现化学学科核心素养“科学精神与社会责任感”。
化学工艺流程题的呈现模式为:原料→原料预处理→核心化学反应→产品的分离提纯→目标产物。考察的内容主要以陌生元素或陌生化合物为载体,综合考察元素化合物知识、氧化还原反应方程式的书写、化学实验基本操作、反应条件的控制、物质的分离提纯、实验方案的分析评价、电化学、平衡速率、纯度或产率的计算,KSP的应用、绿色化学思想的体现。命题角度主要从多、快、好、省四个方面设问,多:如何提高产率、转化率(从影响化学平衡移动的因素分析);快:提高反应速率(从影响化学反应速率的因素分析);好:质量与纯度(除杂、分离、提纯、检验等操作),安全环保(有毒有害物质的处理、操作规范);省:控制成本(原料选取、提高原料利用率、原料循环使用)。
对于这类型的题学生的困惑是:情景新颖、信息量大、综合性强、思维量大、能力要求高、陌生度高、畏惧感强。答卷中存在的问题是:未战先降、脱离实际、审题不详、 提炼不准、表述不全、计算不做。
考生在备考的过程中,应注意对近几年新课标全国卷高考试题进行归纳比较,从它们不同的外表下寻求其共性,提高复习备考效率。
这些工艺流程很多素材都来源于课本如:工业合成氨(必修1 P97)、工业制备硝酸(必修1 P99)、工业制备硫酸(必修1 P91 )、工业制备盐酸(必修1 P83)、粗硅的制取(必修1 P81)、海水中提取溴(必修2 P91)、海水中提取镁(必修2 P93)、海带中提取碘(必修2 P91)、铝土矿生产铝(必修2 P93)、金属的冶炼(必修2 P89 )、工业制乙烯(必修2 P67)、制备水煤气(必修2 P96)、氯碱工业(选修4 P80)、粗铜的精炼(选修4 P81)、肥皂的制取(选修5 P75)、废油脂制备生物柴油(选修5 P77)、污水处理(选修1 P87-89)、制玻璃、陶瓷、水泥(选修1 P54-57)。
做这类工艺流程类型题时还要熟悉常见的操作和名词,常见的操作如下:
(1)原料的预处理
①研磨或粉碎:将固体物质粉碎,增大接触面积,加快反应速率。
②煅烧:改变结构使一些物质能溶解,杂质在高温下氧化分解,有机物也可以通过煅烧除去。
③酸洗:使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去,去氧化膜,抑制某些金属离子的水解。
④碱洗:除去油污或者氧化膜,溶解铝,二氧化硅,调节PH值,促进水解。
(2)控制反应条件的方法
①控制溶液的酸碱性使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐或碱,以避免引入新的杂质;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。pH分离时范围的确定,范围过小易导致某些离子沉淀不完全,范围过大易导致主要离子开始沉淀。
②趁热过滤:防止某物质降温时析出。
③冰水洗涤:洗去晶体杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的损耗。
④乙醇洗涤:降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗,得到较干燥的产物。
⑤煮沸溶液:除去溶解在溶液中的气体(如氧气),防止某物质被氧化。如制备Fe(OH)2时,应煮沸蒸馏水,冷却后再配制氢氧化钠溶液和FeSO4溶液等。
⑥减压蒸馏(蒸发):减小压强,使液体沸点降低,防止(如H2O2、NH4HCO3、HNO3)受热分解或挥发。蒸氨在减压条件下进行的原因:减压可降低氨气的溶解度,有利于氨气逸出。
⑦ 减压过滤(抽滤)的目的:加快过滤速率,得到较干燥的沉淀。
⑧ 加入H2O2等氧化剂的目的:将还原性离子氧化,如:Cu2+溶液中混有的Fe2+,H2O2做氧化剂的优点:绿色环保,不引入其他杂质离子。
⑨ 加碱时一般不用烧碱替代生石灰、纯碱的原因:碱性强、成本高、易于玻璃容器发生反应。
⑩ 空气从沸腾炉底部通入的优点:采用逆流原理,使空气与固体原料充分接触,反应更充分。
(3)注意规范答题
①增大原料浸出率的措施:升高温度、搅拌、延长浸出时间,增大气液或固液的接触面积。
②加热的目的:加快反应反应速率或促进平衡向某个方向移动。
③温度不高于××℃的原因:适当升温加快反应速率,但温度过高会造成××(如浓硝酸)挥发、××(如H2O2)分解,NaS03氧化或促进水解(如AlCl3)等,影响产品的生成;干燥结晶水合物时,温度不宜太高原因是避免温度太高,失去结晶水。
④从滤液中提取晶体(溶解度随温度升高而增大的晶体)或结晶水合物(如CuSO4·5H20)的方法:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥;从滤液中提取溶解度受温度影响较小的(如NaCl)采取蒸发结晶的方法; 从滤液中提取溶解度受温度影响较大的(如KNO3)采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
⑤洗涤沉淀的操作:沿玻璃棒向过滤器中加蒸馏水至刚好浸没沉淀,待水自然流下后,重复操作2~3次。
⑥检验溶液中离子是否沉淀完全的方法:将溶液静置一段时间后,取上层清液滴入沉淀剂,若无沉淀生成,则离子沉淀完全。
⑦检验沉淀是否洗涤干净的操作:取最后几滴洗涤液少许于试管中,向其中滴入××试剂,若产生××现象,则沉淀洗涤干净。
⑧滴定到终点的现象:滴入最后一滴××标准液,溶液由××色变为××色,且半分钟内溶液颜色不再改变,说明已达到滴定终点。
⑨洗涤(冰水、热水):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。
⑩蒸发、反应在某气体氛围中进行的原因:抑制某离子的水解,如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在干燥HCl气流中进行。
这类题型一般的做题方法为:(1)明确目的,找出两料。仔细阅读题干,明确工艺流程的目的,对照流程找出原料和辅料。(2)细审流程,分段剖析。把流程分为原料预处理、核心化学反应、产品分离提纯三个阶段;依据箭头指向,分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用,把握对流程的整体分析。某些琢磨不透的环节,可先淡化处理。(3)规范答题,先易后难。结合题目要求,充分利用提给信息,规范答题;确保易拿分的题目,再带着问题回看流程图进行针对性的分析,最后做难拿分的题目。
总之,在解答工艺流程题目的时候要做到信息有用 、物尽其用、循环利用 、考虑环保、考虑成本、考虑现实,化学工艺流程题的备考像一场攻坚战,难有捷径,应布局在先、各个击破、循序渐进,讲究策略。
参考文献 人教版《必修1》《必修2》《选修3》《选修4》《选修5》