解决工艺流程题的一般方法与技巧

工艺流程题是近几年高考的热点试题, 试题中常常与化学反应原理和化学实验一些知识有机结合, 如化学反应速率、化学平衡、电化学、化工生产的优化组合, 流程中还常常涉及实验操作、环境保护与绿色化学评价等知识。 其特点是阅读量大、信息新颖、综合性强, 所以解题时往往不知从何处入手突破, 得分率低。 下面从工艺流程题的生产目的出发, 来分析工艺流程题的两个基本类型, 以帮助同学们把握解题要领, 突破难点。

工艺流程题一般只有两个目的, 一是利用某些物质制备另一物质, 二是从混合物中分离、提纯或除去某一物质, 其流程主线如下图所示:

上述流程图中存在的基本规律是:主线产生主产品, 分支产生副产品, 回头为循环, 解答工艺流程题时应仔细分析题目中给出的信息, 抓住流程图的主干, 理清旁支, 将整个过程分解为若干部分, 就能解决相应的多数问题。

第一个类型, 以制备某一产品为生产目的。

例1.碳酸锰可用于制造导磁材料、软磁铁氧体等, Mn2O3广泛应用于电子工业、印染工业等领域。 工业上以软锰矿 (主要成分为Mn O2) 和黄铁矿 ( 主要成分为Fe S2) 为主要原料制备碳酸锰、 Mn2O3的一种工艺流程如下图所示。

(1) 副产品A是____, 从废液中提取A的方法是_____

(2) 酸浸时的氧化产物是Fe3+、SO42-, 写出对应的离子方程式:_____

写出沉锰时反应的离子方程式:______

(3) 若常温下, Fe3+沉淀时溶液的PH不小于3, 则推知该温度下的Ksp Fe (OH) 3不小于_______

解析:首先分析原料, 原料中Mn O2中Mn为+4 价, Fe S2中Fe为+2 价, S为-1 价, 问题二已给出提示, 酸浸时的氧化产物为Fe3+、SO42-, 从流程图中可以看出, 在沉锰和得到Mn2O3之前, Mn元素已为+2 价, 所以酸浸时的氧化剂为Mn O2。 由此, 根据得失电子守恒、电荷守恒及介质为H2SO4, 有H+参与反应, 可以写出问题二的离子方程式。 流程图中的第二步是加氨水除Fe, 此时Fe元素已为+3 价, 所以沉淀为Fe (OH) 3, 接下来通Cl2得到Mn2O3, 沉锰时氨水中和HCO3-中的H+, 平衡正向移动, Mn2+结合CO32-得到Mn CO3沉淀。 在整个过程中不变的是SO42-和NH4+, 所以副产品A是 (NH4) 2SO4, 提取的方法是蒸发、 浓缩、 冷却、 结晶。第三个问题, 当溶液中的C (Fe3+) ≤10-5mol/L时, 表明Fe3+沉淀完全。 常温下PH=3 时, C (OH-) =10-11mol/L, 由此求出Ksp Fe (OH) 3不小于10-38。

答案: (1) (NH4) 2SO4蒸发、浓缩、冷却、结晶;

(2) 2Fe S2+15Mn O2+28H+=2Fe3++14H2O+15Mn2++4SO42-;

解题要领:经过以上分析, 看似复杂的一道题便迎刃而解, 此题是以制备某一产品为生产目的的典型例题, 从中可以得到什么启示呢? 首先, 比较分析生产流程图中的起始原料与目标产物, 从对比分析中找出原料与产品之间的关系, 弄清以下几个问题: (1) 弄清原料转化为产品的过程中依次进行了什么反应, 所加试剂起到了什么作用; (2) 每一步除目标物质外还可能会产生什么杂质或副产物; (3) 杂质是否要除去, 采用什么操作方法除去等。 其次, 要了解一些常用的化工生产术语

第二个类型, 从混合物中分离、提纯或除去某一物质。

例2.氧化锌为白色粉末, 可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌 (含有Fe (Ⅱ) , Mn (Ⅱ) , Ni (Ⅱ) 等杂质) 的流程如下:

提示:在本实验条件下, Ni (Ⅱ) 不能被氧化;高锰酸钾的还原产物是Mn O2。 回答下列问题: (1) 反应②中除掉的杂质离子是____, 发生反应的离子方程式为____; (2) 反应③的反应类型为____, 过滤得到的滤渣中, 除了过量的锌外还有____。 (3) 反应④形成的沉淀要用水洗, 检验沉淀是否洗涤干净的方法是_____。 (4) 反应④中产物的成分可能是Zn CO3·x Zn (OH) 2。 取干燥后的滤饼11.2g, 煅烧后可得到产品8.1g, 则x等于______。

解析:流程中, 第一步酸浸得到Zn SO4、Mn SO4、Fe SO4、Ni SO4, 加入KMn O4, Fe2+被氧化为Fe3+, 因溶液的PH约为5, Fe3+完全水解生成Fe (OH) 3, Mn2+被氧化生成Mn O2。根据得失电子守恒, 电荷守恒, 原子守恒可写出两个离子方程式。 过滤后, 所得滤液中主要含有Zn SO4, Ni SO4, 加入Zn, 发生置换反应, 生成单质Ni, 过滤, 滤液中主要含有Zn SO4, 加入Na2CO3, 生成碱式Zn CO3, 将其煅烧得到Zn O。 在煅烧发生的反应中, 根据前后Zn原子守恒, 即可得到X的值.

答案: (1) Fe2 +和Mn2 +;Mn O4-+3Fe2 ++7H2O =3Fe (OH) 3↓ +Mn O2↓+ 5H+;

2Mn O4-+3Mn2++2H2O=5Mn O2↓+4H+

(2) 置换反应 镍;

(3) 取少量水洗液于试管中, 滴入1-2 滴稀硝酸, 再滴入硝酸钡溶液, 若无白色沉淀生成, 则说明沉淀已经洗涤干净;

(4) 1。

解题要领:本题通过一步步的除杂过程, 综合考虑了氧化还原反应, 化学实验, 化学计算等知识, 以及综合分析能力。这种从混合物中分离、提纯或除去某一物质的工艺流程题, 其整个流程实际是一个或多个分离提纯的过程, 所以可以把整个流程分成若干个部分, 然后各个击破, 但要注意前后之间的联系。

总结: 以上是解决工艺流程题的两种方法, 方法不是唯一的, 平时要注意积累和总结。 工艺流程题无论流程如何陌生复杂, 最终命题者设置的问题仍然是课本, 考纲所要求掌握的知识点而已, 大多数问题用所学知识便可直接回答, 但个别地方往往有悖学知识, 这时就要考虑环保、产物、产量、成本等等。 所以答题时要看清所问问题, 不能答非所问, 同时, 要注意语言表达的科学性。

另外了解一些常用化工生产术语有利于我们克服 “未战先降”的心理问题。 总结如下:①酸浸:一般与酸发生复分解反应, 如果强调用浓硫酸或硝酸, 还要注意氧化还原反应的发生。②灼烧或煅烧:原料的预处理, 不易转化的物质转化为容易提取的物质。③加氧化剂:氧化某物质, 转化为易于被除去的离子。④控制PH:促进某离子水解, 使其沉淀, 利于过滤分离。 ⑤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。 ⑥趁热过滤:减少结晶损失, 提高纯度。