高中化学工业流程题的解答

化学工艺流程题是近年高考的热点，也是高考理综化学大题之一，通常占有不小的分值。它是“无机框图题”的变革与创新，以化工生产为背景，用框图的形式表述生产流程，是化学与生活、社会、生产联系的重要体现。该类题目的考查通常结合有关实验，因此除需掌握工业流程题目解题方法外，还应对化学实验有大概的认识。

一、题目构成特点

⒈ 内容来源：真实的工业生产过程，内容丰富，提问灵活。

⒉ 题目结构：分题头、题干和题尾三部分。

题头一般是介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的（包括获得副产品）；

题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；

题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置系列问题。

⒊ 呈现形式：流程图、表格、图像。

⒋ 设问方式：措施、成分、物质、原因。

⒌ 能力考查：获取信息的能力、分解问题的能力、表达能力。

⒍ 知识落点：基本理论、元素化合物、实验。

二、工业流程常见的操作

⒈ 原料预处理阶段

原料转化为产品的生产原理问题；

⑴ 浸出：即浸取、溶解。

近年来，在高考题中出现了“浸出”操作。在化工生产题中，矿物原料“浸出”的任务是选择适当的溶剂，使矿物原料中有用组分或有害杂质选择性地溶解，可溶性的物质溶解或通过反应进入溶液，达到有用组分与有害杂质或与脉石组分相分离的目的。

浸取分水浸、酸浸、碱浸、醇浸等

① 水浸：与水接触反应或溶解，为了分离水溶性和非水溶性的物质。

② 酸浸：为了溶解金属、金属氧化物、调节pH促进某离子的水解而转化为沉淀等。

通常用酸溶，如用硫酸、盐酸、浓硫酸等，与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。

③ 碱浸：是为了去除油污、溶解酸性氧化物、溶解铝及其化合物、调节pH等。

④ 醇浸：为了提取有机物。

如何提高浸出率

① 浸出率：实际浸取量与理论浸取量的比值。

② 提高浸出率可以从反应物接触面积、接触机会、温度、反应物的浓度、溶剂性质等方面思考，适当延长浸出时间、多次浸取等也有助于提高浸出率

⑵ 研磨、粉碎、喷洒：

① 减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积和接触机会，加快反应速率，以提高原料转化率、利用率、浸出率的目的。

② 增大接触面的具体措施有：固体采用粉碎、研磨的方法；液态采用喷洒的方法；气体采用多孔分散器等。

⑶ 灼烧（煅烧、焙烧）：

指在高温下使固体原料分解、反应或改变结构和组成，使一些物质能溶解；并使一些杂质在高温下氧化、分解，如碳酸钙分解，煅烧高岭土改变其结构。

⑷ 加快反应速率的方法：升高温度、搅拌、粉碎。

⒉ 分离提纯阶段

⑴ 本质：对混合物的除杂、分离、提纯。

① 首先，找出要得到的主要物质是什么，混有哪些杂质；

② 然后，认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成什么产物；

③ 最后，思考用什么方法才能将杂质除去。

⑵ 除杂

① 氧化阶段：如用氧化剂将Fe2+氧化成Fe3+、Cr3+氧化成CrO42－以便后期处理。

③ 试剂除杂：加入某种试剂，使杂质离子变为沉淀除去。

④ 萃取：用一种溶剂将物质从另一种溶剂中提取出来。如利用溴和碘单质易溶于有机溶剂，从海水中提取溴和碘单质。

⑶ 控制反应条件

目的：使某种金属离子形成氢氧化物沉淀而分离；

① 控制体系的环境氛围：如蒸发或结晶时，加入相应的酸或碱以抑制某些盐的水解；

② 营造还原性氛围：防止还原性物质被氧化。如加入铁粉防止Fe2+被氧化；

③ 加入氧化剂：氧化某物质，转化为易于被除去（沉淀）的离子。如加入绿色氧化剂H2O2将Fe2+氧化转化为Fe3+。

绿色氧化剂H2O2的优点：不引入新杂质，对环境无污染。

④ pH值的控制：控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀。

ⅰ 调节PH的物质应该满足的条件：能与H＋反应，使溶液pH值增大；

ⅱ 方法：加入能消耗H+的物质且不引入新的杂质。

例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH为：
Fe(OH)3开始沉淀的pH值2.7，沉淀完全的pH值3.7
Fe(OH)2开始沉淀的pH值7.6，沉淀完全的pH值9.6
Mn(OH)2开始沉淀的pH值8.3，沉淀完全的pH值9.8

若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质与H+反应，使溶液中H+浓度减小，来调节溶液的pH值到3.7。

⑤ 控制温度：控制温度在一定范围内：综合多方面因素的考虑，如使反应速度不致于太慢、抑制或促进平衡的移动、防止反应物分解、防止副反应、使催化剂的催化活性最高等。

ⅰ 加热：加速溶解、加快反应速率或促进平衡向某个方向移动(如促进水解生成沉淀)。如在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如NaHCO3、NH4HCO3、KMnO4、AgNO3等物质。

ⅱ 降温：防止某物质在高温时溶解或分解，使化学平衡朝着题目要求的方向移动。

如果题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要根据它们的溶解度随温度升高而改变的情况，寻找合适的结晶分离方法(蒸发结晶或浓缩结晶)。

ⅲ 煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离；除去溶解在溶液中的气体，如氧气。

⑥ 搅拌、加热加速溶解：增大反应物的接触面积，加快反应速率；对于吸热反应，加热可同时提高原料的转化率，但要避免反应物或生成物的过热分解。

⑦ 增大反应物浓度、加压

ⅰ 可加快反应速率；

ⅱ 加压一般是提高气体反应物浓度的措施，但在气体和固体、液体反应物的体系中并不适用；

ⅲ 生产中常使廉价易得的原料适量或过量，以提高另一原料的利用率。

⑧ 催化剂：大大提高反应速率、降低能耗，但不影响化学平衡。使用时必须注意其活性温度，且防止杂质使催化剂“中毒”，延长使用寿命。

⑨ 表面处理：如除去表面油污，或金属晶体可用机械法打磨，或化学法除去表面氧化物等。

⒊ 获得产品阶段

物质分离和提纯的方法：

⑴ 洗涤：

① 洗涤剂选择（如冰水洗、乙醇洗等）；

冰水洗涤：洗去晶体表面的杂质离子，减少洗涤过程中的溶解损耗；

有机物（如用乙醇）洗涤：洗去表面的杂质离子，降低晶体的溶解损耗，且易于干燥。

无水乙醇的作用：减少产品的损耗；除去固体表面的杂质；使产品快速干燥（适合于结晶水水合物等对热不稳定的晶体，其他晶体通常晾干、低温烘干）

② 目的是洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的损耗；

③ 判断沉淀（晶体）是否洗涤干净的方法：检验沉淀（晶体）组成之外的离子的存在。

（实质上检验晶体表面一些可溶性杂质离子，要注意强调取最后一次洗涤液少许于试管中）。

根据沉淀中可能存在的某一离子：

ⅰ 取最后一次洗涤液少许于试管中——取样；；

ⅱ 加入XX（试剂）——加试剂；

ⅲ 若无沉淀生成——现象；

ⅳ 则说明沉淀已洗涤干净——结论。

⑵ 结晶

固体物质从溶液中析出的过程。（蒸发溶剂、冷却热饱和溶液、浓缩蒸发）

重结晶是利用固体物质均能溶于水，且在水中溶解度差异较大的一种除杂质方法。

① 蒸发结晶：一般适用于单一溶质且该物质热稳定性较好（不会热分解）的结晶析出，如从食盐水中得到氯化钠晶体。要注意若有金属离子易水解，应控制酸性条件或酸性气体氛围，抑制其水解。

② 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤：主要是让溶解度随温度变化大的溶质析出，多用于结晶水合、不稳定的盐类（如铵盐、硝酸盐）的结晶析出。这种题往往是用图像表示溶解度与温度关系。如除去KNO3中的少量NaCl。

③ 蒸发结晶、趁热过滤：目的是让溶解度随温度变化小的溶质析出，防止某物质降温时会析出，如除去氯化钠溶液中的硝酸钾，趁热过滤需用到热滤漏斗或用热毛巾捂住普通漏斗外壁，以防因温度下降而析出杂质。

④ 重结晶：是将晶体溶于溶剂或熔融以后，又重新从溶液或熔体中结晶的过程。重结晶可以使不纯净的物质获得纯化，或使混合在一起的盐类彼此分离，提高产品的纯度。

关于结晶操作的注意事项

① 当溶液是单一溶质时：

ⅰ 所得晶体不带结晶水：蒸发、结晶；

ⅱ 所得晶体带结晶水：蒸发浓缩至有晶膜出现，冷却结晶，过滤。

② 当溶液中有两种或以上溶质时：

ⅰ 要得到溶解度受温度影响小的溶质：浓缩结晶，趁热过滤；

ⅱ 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。

⑶ 蒸发：蒸发时遇到容易水解的物质，应在相应的气流中进行加热。如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，或干燥它们的含水晶体，应在HCl的气流中加热，防止其水解。

⑷ 过滤：固、液分离。

趁热过滤

① 防止过滤一种晶体或杂质的过程中，因温度下降而析出另一种晶体；

② 若首先析出的是产品，则防止降温时析出杂质而影响产品纯度（目的是提高产品纯度）；

若首先析出的是杂质，则防止产品在降温时结晶而损耗（目的是减少产品的损耗）

③ 方法：将漏斗先置于热水中预热。

⑸ 蒸馏：液、液分离。

⑹ 分液：互不相溶的液体间的分离。

⑺ 升华：将可直接气化的固体分离出来。

⑻ 盐析：加入无机盐使溶质的溶解度降低而析出。

三、解题思路与解题步骤

⒈ 分析流程图的技巧

⑴ 浏览全图，确定该流程的目的：由何种原料得到何种产物（副产品），对比原料和产物。

⑵ 了解流程图外的文字描述、表格等信息、某个问题中的提示性信息。并在分析和解题过程中随时联系和调用。

⒊ 解析流程图需要思考的问题：

从原料到产品发生了什么反应？利用了什么原理？每一步操作进行到什么程度最佳？每一步操作产生了什么杂质和副产物？杂质和副产物要怎么除去？

⒉ 解题思路：

⑴ 认真读题。明确整个流程及每一部分的目的；流程题一般只有两个目的：

① 从混合物中分离、提纯某一物质；

② 利用某些物质制备另一物质。

⑵ 仔细分析，读懂流程图。搞清楚每步发生的反应及得到的产物；

① 一般情况主线为主产品；分支为副产品；回头为循环。

② 核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制、产品分离提纯。

③ 工业生产流程主线与核心

⑶ 分析问题，回归课本知识，关注信息提示。结合理论基础与实际问题思考；大多数提问用所学知识便可直接回答，但个别地方往往结合流程或信息提示才能回答，有时也可能存在有悖已学知识，这时就要结合化工生产实际考虑原料成本低廉、环境友好、产量产率高等等。

⑷ 细心检查。注意答题模式和要点，最后再重新按流程图验证结论是否合理。

⒊ 解题步骤：

⑴ 粗读试题，尽量弄懂流程图，但不必强求推出每一种物质；

⑵ 精读试题：根据问题去精心研究某一步或者某种物质；

⑶ 看清所问问题：不能答非所问，注意科学表达。

四、物质制备工艺流程题的解答

⒈ 确定要制备什么物质：从题干或者问题中获取有用信息，了解产品的性质。某些具有特殊性质的产品，要采取必要的措施来避免在生产过程中混入其他的杂质。如：

⑴ 在制备过程中出现一些受热易分解的物质或者产物，要注意对温度的控制。

⑵ 如果产物是一种会水解的盐，且水解产物中有挥发性酸产生时，则要加相对应的酸来防止水解。（FeCl3、AlCl3等）。

⑶ 如果产物是一种强的氧化剂或者还原剂，则要防止它们与发生氧化还原反应的物质接触。

⑷ 如果产物是一种易吸收空气中的二氧化碳和水而变质的物质，则要注意在制备过程中除去二氧化碳和水，同时也要防止空气中的二氧化碳和水进入装置中。

⑸ 如果题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要注意对比他们的溶解度随温度升高而改变的情况，根据他们不同的变化，找出合适的分离方法。

⒉ 分析流程中的每一步骤：应从这几个方面了解流程：反应物是什么？反应方程式是什么？该反应造成了什么后果？对制造产品有什么作用？

⒊ 从问题中获取信息，帮助解题。标准化问题，回答一定要标准化。

五、答题规律

⒈ 增大原料浸出率（离子在溶液中的含量多少）的措施：

搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速（浓度、压强），增大气液或固液接触面积

⒉ 加热的目的：

加快反应速率或促进平衡向某个方向（一般是有利于生成物生成的方向）移动

⒊ 温度不高于XX℃的原因：

适当加快反应速率,但温度过高会造成挥发（如浓硝酸）、分解（如H2O2、NH4HCO3）、氧化(如Na2SO3)、促进水解（如AlCl3）等，影响产品的生成，造成浪费

⒋ 从滤液中提取一般晶体的方法：（溶解度随温度升高而增大的晶体）

蒸发浓缩(至有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤（冰水洗、热水洗、乙醇洗）、干燥】

⒌ 从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：

蒸发浓缩、趁热过滤(如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来)、洗涤、干燥。

⒍ 溶液配制、灼烧、蒸发、过滤用到的仪器：

玻璃仪器、可以直接在火焰上加热的仪器等。

⒎ 减压蒸馏（减压蒸发）的原因：

减小压强，使液体沸点降低，防止（如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3）受热分解挥发。

⒏ 蒸发、反应时的气体氛围：

抑制某离子的水解，如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在HCl气流中进行。

⒐ 事先煮沸溶液的原因：

除去溶解在溶液中的（如氧气）防止某物质被氧化。