化学工艺流程题解题技巧

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  一、试题特点一是试题内容丰富,涉及的化学基础知识包括方方面面,能考查考生化学双基知识的掌握情况和应用双基知识解决化工生产和化学实验中有关问题的迁移推理能力;二是阅读量大,文字、框图与图表并用,能考查考生的阅读能力和收集处理资料的能力;三是试题源于生产和化学实验,以解决化学实际问题作思路进行设问,使问题情境真实,能培养考生理论联系实际、学以致用的学习观。
  二、试题分析
  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“绿色化学”生产;五是原料的来源既要考虑丰富,还要考虑成本问题;六是生产设备简单,生产工艺简便可行。化工流程题目围绕这六个方面设问求解,从试题结构看,包括题头、题干和题尾三部分。题头简单介绍化工生产或化学实验所需的材料,描述化工生产或化学实验的目的;题干则用框图形式将原料到产品的主要生产流程表示出来,或把化学实验中物质的制备和分离提纯的流程表示出来;题尾主要是根据生产过程或化学实验中涉及的化学知识设置成系列问题。
  三、解题思路
  (1)从生产目的(标)出发,读懂框图(流程)。解答时要看框内,看框外,里外结合;边分析,边思考,易处着手;先局部,后全盘,逐步深入。(2)分析流程中的每一步骤,从几个方面了解流程:A.反应物是什么,B.发生了什么反应,C.该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用。抓住一个关键点:一切反应或操作都是为了获得产品。 (3)从问题中获取信息,帮助解题,了解流程后着手答题。对反应条件的分析可从以下几个方面着手:对反应速率有何影响、对平衡转化率有何影响、对综合生产效益有何影响(如可以从原料成本,原料来源是否广泛、是否可再生,能源成本,对设备的要求,环境保护等方面考虑)。
  四、解题技巧
  1.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物质,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,顺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。
  2.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。
  3.对于比较复杂的问题,在读懂流程、明确每一步骤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(提高产量与产率、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。
  例1以电石渣[主要成分为Ca(OH)2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如下:
  (1)氯化过程控制电石渣过量,在75℃左右进行。氯化时存在Cl2与Ca(OH)2作用生成Ca(ClO)2的反应,Ca(ClO)2进一步转化为Ca(ClO3)2,少量Ca(ClO)2 分解为CaCl2和O2。
  ①生成Ca(ClO)2的化学方程式为。
  ②提高Cl2转化为Ca(ClO3)2的转化率的可行措施有(填序号)。
  A.适当减缓通入Cl2的速率
  B.充分搅拌浆料
  C.加水使Ca(OH)2完全溶解
  (2)氯化过程中Cl2 转化为Ca(ClO3)2的总反应方程式为6Ca(OH)2+6Cl2Ca(ClO3)2+5CaCl2+6H2O,氯化完成后过滤。
  ①滤渣的主要成分为(填化学式)。
  ②滤液中Ca(ClO3)2与CaCl2的物质的量之比n[Ca(ClO3)2]∶n[CaCl2]1∶5(填“>”“<”或“=”)。
  解析:(1)①氯气与氢氧化钙反应生成次氯酸钙、氯化钙和水,生成Ca(ClO)2的化学方程式为2Cl2+2Ca(OH)2Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O。
  ②A.适当减缓通入Cl2的速率可以使氯气被氢氧化钙充分吸收而反应,可以提高氯气的转化率,正确。B.充分搅拌浆料可以增大反应物的接触面积,使氯气被氢氧化钙充分吸收而反应,可以提高氯气的转化率,正确。C.加水使Ca(OH)2完全溶解,氢氧化钙浓度降低,不利于氯气的吸收,错误。(2)①碳酸钙不溶于水,与氯气不反应,氢氧化钙微溶,因此滤渣的主要成分为CaCO3、Ca(OH)2。②由于氯气还能与氢氧化钙反应生成次氯酸钙、氯化钙和水,因此滤液中Ca(ClO3)2与CaCl2的物质的量之比n[Ca(ClO3)2] ∶n[CaCl2]<1∶5。
  例2以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生成硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为:
  物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3
  质量分数/%2.2~2.92.8~3.122~2860~651~2<1以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:
  回答下列问题:
  (1)“酸浸”时V2O5转化为VO+2,反应的离子方程式为,同时V2O4转成VO2+。“废渣1”的主要成分是。
  (2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+變为VO+2,则需要氧化剂KClO3至少为mol。
  (3)“中和”的作用之一是使钒以V4O4-12形式存在于溶液中。“废渣2”中含有。
  (4)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学方程式:。
  解析:(1)“酸浸”时V2O5转化为VO+2,V元素化合价不变,说明不是氧化还原反应,根据原子守恒可知反应的离子方程式为V2O5+2H+2VO+2+H2O;二氧化硅与酸不反应,则“废渣1”的主要成分是二氧化硅。
  (2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为VO+2,V元素化合价从+4价升高到+5价,而氧化剂KClO3中氯元素化合价从+5价降低到-1价,则根据电子得失守恒可知需要氯酸钾的物质的量为少3 mol÷6=0.5 mol。
  (3)“中和”的作用之一是使钒以V4O4-12形式存在于溶液中,同时生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀,则“废渣2”中含有Fe(OH)3、Al(OH)3。
  (4)根据原子守恒可知偏钒酸铵(NH4VO3)“煅烧”生成七氧化二钒、氨气和水,发生反应的化学方程式为2NH4VO3高温V2O5+H2O+2NH3↑。
  技巧点拨:(1)所设问题一般都是孤立的,属于“拼盘”式,因此,在解答时,不要求流程全看懂后再解答,看不懂的地方先跳过去,继续解答后面的问题。(2)由于题目的设问前后几乎无联系,可根据题意单独进行作答,如写陌生的化学方程式、填写混合物的分离方法的名称等。总之,要善于“各个击破”,追求得分效益的最大化。(3)在设计分离提纯方案时要注意四原则:不增—不减—易分离—易复原。
  作者单位:江苏省启东中学
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