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化工流程考题因涉及的物质生避、反应原理面广、实验操作复杂、图像分析和数据计算较难等原因,一直以来得分率较低,区分度很大。为了进一步帮助考生达到“看到题目就能叫出题型、说出题型就能联想解题套路、运用解题技巧就能顺利解答”的目标,本文在第一版《高考工艺流程题的特点与解题策略》一文的基础上,再谈实现本类试题高分突破的实战方法。
无机化学工业的一般流程是:原料预处理→控制条件进行核心反应→分离提纯得到产品,如图1。
图1
解无机工艺流程题的核心是读懂流程图。原料是什么?预期产品是什么?核心反应是什么?对原料进行了怎样的预处理?加进了什么试剂?控制了何种条件?为什么要提供这样的条件?产物的分离采取何种操作?杂质去了哪里?尾气和废渣如何处理?副产物要不要重复利用?解决了这些问题就算读懂了流程图。
用一种原料生产一种产品,其流程比较简单,基本框架如图1;用含多种有回收利用价值成分的原料生产多种产品,流程图往往是多线条或平行或交叉或隶属的框图,看起来比较复杂,但从原料到某一种产品的流程仍然符合图1所示的基本框架,把每一产品的生产流程从整个流程图中分离出来分别研读,化繁为简。
2.
在工艺流程题中,有一些设问通常是问某步骤化工操作的要点和作用,考生往往因对基本的化工术语缺乏了解导致表述不专业不规范而失分。要避免此种失分,就需要对无机化工常见术语的含义有个全面而准确的学习。
常用化工术语释义:
术语 | 含义与功用 |
研磨、粉碎 | 增大反应物的接触面,加快反应速率,提高原料利用率。 |
浸出 | 向粉碎后的原料中加适量溶剂,使物质溶解或通过反应生成可溶物质再溶解。 1.水浸:把可溶性有用成份从固体原料混合物中转移到溶液中。 2.酸浸:把金属、金属氧化物、或盐转化成可溶于水的物质进入溶液。 3.碱浸:除去油污、溶解酸性氧化物、溶解铝及其氧化物。 4.对于非金属矿物,通常用稀醇溶液浸取,水中加入乙醇的是为了降低溶剂的极性,提高非金属单质的溶解程度。 |
焙烧 | 高温下使固体原料分解、反应或改变结构。如煅烧高岭土使其中的Al2O3能溶于酸;灼烧海带成灰烬提取碘,使海带中的有机物转化为CO |
表面处理 | 去除表面油污,或化学法除去表面氧化物等。 |
反应物适度过量 | 使廉价易得的原料适当过量,以提高另一原料的利用率,例工业制硝酸中的催化氧化NO制NO2,通常通入过量的氧气。 |
催化剂 | 1、催化剂可改变反应速率,提高生产效率,但不影响化学平衡移动,不改变反应热。 2、催化剂有专一性,也有活性最强的适宜温度,所以必须对特定的反应使用特定的催化剂,同时要注意其活性温度范围。 3、反应尘埃等杂质能使催化剂“中毒”,催化剂中毒后要对其进行洗涤提纯以便重生催化活性。 |
控制pH | 1.目的:使某些金属离子形成氢氧化物沉淀而分离。 2.原则:能调节溶液的pH到适宜范围,题中通常会以表格数据形式给出求适宜pH范围的信息。 3.方法:加酸、碱、酸性氧化物、碱性氧化物或盐。除去含Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等来调节溶液的pH。 |
酸性、碱性或某种气体环境 | 1.能水解的盐,在蒸发结晶或加热除去结晶水时,通常加入相应的酸或易挥发性酸气,以抑制水解。如从海水提取镁,从MgCl2的溶液里结晶析出的是氯化镁结晶水合物,电解熔化氯化镁才能制得金属镁,要去除氯化镁晶体中的结晶水,需要在氯化氢气流中加热,否则煅烧所得的最后固体不是MgCl2而是熔点更高的MgO2。具有相似情况的还有FeCl3、AlCl3等。 2.加热煮沸酸液后再冷却,其目的是排除酸溶液中的氧气。如用废铁制备氯矾晶体,需要把硫酸加热煮沸后再加入,同时还不能加过量,防止Fe2+ 3.首选氧化剂H2O2的原因是不会引进新的难以分离的杂质。 |
趁热过滤 | 1.防止在过滤一种晶体或杂质的过程中,因温度下降而析出另外一种晶体。 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.设备:热滤漏斗,有的具有温度自动控制功能,。 |
产品洗涤 | 1.冰水洗涤:洗去晶体表面的杂质离子,并减少洗涤过程中的溶解损耗 2.有机物洗涤:洗去表面的杂质离子,降低晶体的溶解损耗,且易于干燥。 |
循环操作 | 1.对可逆反应:可将未转化的反应物分离出来后送人反应器重新反应。如合成氨反应是可逆反应,分离氨后的尾气中还含有大量原料气N2和H2可送入合成塔,实施循环生产。 2.若某种物质在流程中既是辅助原料又是副产品(既流进又流出),则考虑循环利用。 |
实验仪器 | 1. 2. 3. |
实验操作 | 1.洗涤沉淀:将沉淀转移到过滤器中,向过滤器中加入适量蒸馏水至刚好浸没沉淀,放出蒸馏水,重复操作2~3次。洗涤沉淀的目的是洗去沉淀表面吸附的杂质和母液。易溶性的沉淀(如碳酸钠晶体),为了减少晶体因溶解而导致的损失,可用相应的饱和溶液或酒精洗涤。 2.检验沉淀是否洗涤干净:取最后一次洗涤液,根据沉淀可能吸附的杂质离子,加入合适的检验试剂,若没有特征现象出现,则证明沉淀已洗涤干净。 3.从溶液中得到干燥晶体或沉淀的步骤:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤沉淀、干燥沉淀五个基本步骤。 对于易分解的物质,应低温烘干或减压烘干或鼓风风干、自然风干、晾干。 |
3.
化工生产主要解决六个方面的问题:一是解决将原料转化为产品的生产原理;二是除去所有杂质并分离提纯产品;三是提高产量与产率;四是减少污染,考虑
解题步骤:
第一步:读懂题头,弄清楚用什么原料生产何种产品。如果是化学实验流程题,则要搞清楚实验的目的是什么?是合成新物质还是分离提纯物质?
第二步:研读流程图。读什么?前文已述及。从解题技巧上讲,要首尾呼应,对照流程图两端的原料和产品,确定化工流程的主线和支线,找到为发生核心反应而加入的主要辅料,结合箭头的指向,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,实现对整个流程的全盘分析。有些试题流程图中的局部步骤已超出了考生的知识范围,要让考生读懂很不现实,但读不懂这些局部的流程并不影响考生答题,这时就要审读设问,带着设问去对该部分流程所涉及的微粒或反应进行推测或假设。
第三,由易到难,破解答案。先回答简单问题,确保易拿的分数不丢,增强答题信心。如问某一步骤分离提纯的操作名称是什么?如果分离的结果是液体和固体,则是过滤;如果分离的结果是两种液体,则可能是萃取或蒸馏;如果分离的结果是固体半成品,则一般采用蒸发或结晶的方法。
对于比较复杂的问题,在读懂流程图、明确每一步骤的操作涉及的化学反应以及弄明白每一中间混合物的微粒种类的前提下,从基本理论(氧化还原、化学平衡、盐类水解、电化学等〉、反应条件的控制〈温度、压强、催化剂、原料配比、pH调节、溶剂选择、除杂、产品分离等)、绿色化学观点〈原子经济性、循环操作、环保)、经济角度(提髙产量与产率、原料廉价易得、降低能耗、设备简单)、安全生产(防爆、防中毒、防污染)等方面联想解题。
答题时要注意化学用语的规范性,尤其要注意原理性描述语言跟操作性语言描述的区别。如题中问:写出检验某滤液中含有硫酸根离子的方法,这是要求用操作性语言回答,答案应是:取约2mL 滤液于一试管中,加适量盐酸,再滴加氯化钡溶液,观察现象,若出现白色沉淀,则说明有SO42-,否则说明无SO42-。如果题目问如何检验SO42-,则用原理性语言回答:先加盐酸,再加氯化钡溶液,若出现白色沉淀,则说明有SO42-。
按不同资源,可将化工流程题分为利用空气资源生产的流程题(如合成氨)、利用海水资源生产的流程题(如海水制盐、氯碱工业、海水提溴碘、海水提镁等)、利用矿产资源生产的流程题(工业制硫酸、冶铁炼钢等)、利用废旧材料提取有用成份的流程题、利用化石燃料生产的流程题(如有机合成工艺题)等。
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