化工流程题以与工业生产和日常生活密切相关的物质制备、分离和提纯为中心,以流程图为信息背景,以物质的性质、转化、分离等为考查点,把元素化合物、反应原理、化学实验等内容有机融合在一起。这种试题对我们学生来说比较陌生、阅读量大、综合能力强、区分度高。
我认为可从三个方面来解答化工流程题:整体上,看首尾,查中间(快速阅读);细节上,看元素的流向和元素化合价是否发生变化;节点上,看反应条件的控制,明确操作方法和原理。
一、整体上:看首尾,查中间
看首就是看原料的成分,看尾就是看产品。 通过二者的对比可以知道原料中哪些是有用成分,哪些是无用成分;有用成分通过一系列变化最终生成产品,无用成分通过一系列变化最终除去。
查中间就是看加什么物质,采取什么措施。有用成分经过一系列变化最后得到产品;杂质通过一系列变化最终除去。中间部分是命题考查的重要地方,为了使主要成分与杂质分离要加入一些试剂或采取一定的措施使杂质分离,杂质一般生成沉淀(有用成分保留在滤液里),或有用成分生成沉淀(杂质保留在滤液里)。
二、细节上:看元素的流向和元素化合价是否发生变化
看元素的流向,是判断在变化过程中产生什么物质的重要方法;看元素化合价是否发生变化是书写化学方程式的关键。
三、节点上:看反应条件的控制和所加物质,明确操作方法、原理和反应
问题相对独立,无连带效应, 一个问题解决不了,一般不会影响下一个问题的解决。常用方法主要有三种。
1.原料的预处理
(1)研磨:增大固体样品与液体(或气体)的接触面积,加快反应速率。
(2)焙烧或煅烧:除去可燃性的杂质(或使原料初步转化)。
(3)浸出:(水浸、酸浸、碱浸)使原料中的(某种成分)溶解(物理溶解或与浸取液接触反应),可溶性离子进入溶液,不溶物由过滤而除去;碱浸有时是除原料表面的油脂。
(4)搅拌:使反应物充分接触,增大反应(或溶解)速率。
2.分离提纯阶段常见考查点
(1)调节pH除杂。
①控制溶液的酸碱性,使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如:要除去Al3+、Mn2+溶液中含有的Fe2+,先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调节溶液的pH。
②调节pH所需的物质一般应满足两点:一能与H+反应,使溶液pH增大;二不引入新杂质。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。
(2)加热:加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。如果在制备过程中出现一些受热易分解的反应物或产物,则要注意对温度的控制。如反应物或生成物中有H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质,反应温度不宜过高。
(3)降温:防止某物质在高温时溶解(或分解),某物质的溶解度受温度的影响较大,通常采用降温的方法。
(4)保护气:隔绝空气(主要是隔绝O2或H2O)
3.获得产品阶段的常见考查点
(1)洗涤(冰水、热水、乙醇或某种溶液):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;乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质,又减少晶体溶解的损耗,还有利于干燥。
(2)蒸发时的气体氛围抑制水解:如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中加热,以防其水解。
(3)蒸发浓缩、冷却结晶:如NaCl和K2Cr2O7混合溶液,若将混合溶液加热蒸发后再降温,则析出的固体主要是K2Cr2O7,这样就可分离出大部分K2Cr2O7;同样原理可除去KNO3中的少量NaCl。
(4)蒸发结晶、趁热过滤:如NaCl和K2Cr2O7混合溶液,若将混合溶液蒸发一段时间,析出的固体主要是NaCl,同样原理可除去NaCl中的少量KNO3。
例:2018年全国II理综26。我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家,一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子 Fe3+Fe2+Zn2+Cd2+
开始沉淀的pH 1.56.3 6.2 7.4
沉淀完全的pH 2.88.3 8.2 9.4
回答下列问题:
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为______。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有______;氧化除杂工序中ZnO的作用是______,若不通入氧气,其后果是______。
(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为______。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为______;沉积锌后的电解液可返回______工序继续使用。
2018年的工艺流程试题相对较为容易。分析:看首:看原料的成分〔闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)〕,看尾:看产品(制备金属锌),通过二者对比可以知道原料中哪些是有用成分(ZnS为有用成分),哪些是无用成分(SiO2、FeS、CdS、PbS是无用成分);查中间:看加什么物质,采取什么措施。(1)焙烧(通空气,把-2价的S氧化为SO2,金属生成金属氧化物);(2)加硫酸(溶解);(3)加O2和ZnO(继续氧化和调节溶液PH);(4)加锌粉(除去Cd2+)。细节上:看元素的流向和元素化合价是否发生变化,S、Fe、Cd以及Zn的化合价发生了变化。再看阳离子生成沉淀的PH,目的是把Fe2+全生成Fe3+以便除去。这样这道试题就容易解答啦。
答案如下:(1)ZnS+ O2ZnO+SO2;(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2+;(3)Zn+Cd2+ Zn2++Cd;(4)Zn2++2e-Zn 溶浸。
论文作者:杨义坤
论文发表刊物:《素质教育》2018年11月总第289期
论文发表时间:2018/11/5
标签:溶液论文; 杂质论文; 成分论文; 化合价论文; 元素论文; 物质论文; 原料论文; 《素质教育》2018年11月总第289期论文;