化学工艺流程题中常考考点及解题策略

刘凌燕

化学工艺流程题是全国各地高考试题中不可或缺的重要题型，常以现代工业生产为信息背景，命题角度涉及元素化合物性质及转化、化学实验中的分离和提纯、化学反应原理、化学计算等重要知识，该类题考查知识面广、考查能力多、实用性和综合性强。所以对这类题型进行系统分析，提出应对化学工艺流程题的解题策略和复习策略非常必要。

一、解题方法及常考考点

（1）熟悉化学工艺流程题的结构，掌握解题方法和步骤。

化学工艺流程题的结构主要包含四个过程：对原料的预处理、发生核心化学反应、粗产品的分离和提纯、最后得到目标产物。总的指导思想就是：原料易得、利用率高;所得产品更纯、产率更高;更经济、更环保。

解题时首先要抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。解答时先从题干中获取有用信息，了解原料及需要生产的产品。

其次最关键的步骤是分析流程图，基本方法如下：①整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。②分析流程中的每一步骤及操作目的，根据箭头的指入和条件确定发生的核心化学反应。分析该反应对最终的目标产品的作用和影响。以及在后续的操作中应该如何处理前面步骤产生的影响？同时注意分析外界条件的影响，主要从以个几个方面考虑：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？③了解流程中各步骤的目的和反应后着手答题。要善于从问题中获取信息，帮助解题。解答时紧紧围绕总的指导思想去分析和突破。

对于比较陌生且复杂的流程图，需要宏观把握整个流程，可针对每一小问的问题，只分析涉及的步骤或联系该步骤前后操作作出分析即可，不必把每个环节的原理都弄清楚。

流程题中的设问一般相对独立，无连带效应，一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决。题中基本上都有与流程无关的问题，可直接作答;与流程有关的问题，回到流程图中找答案;对于超纲知识，题目中要么有信息提示，要么与解答题目无关。掌握流程题的解题方法及设问中的答题特点，可以有效提高得分率。

（2）明确常考操作步骤及目的。

（3）明确常考控制反应条件的方法及答题考虑角度。

（4）明确常考物质的成分及判断方法。

①循环物质的判断：指后面反应步骤中的生成物，同时又是前面反应步骤中的反应物。注意可逆反应的反应物也可以循环利用。如果有箭头指向，也可以看箭头的方向，一般是后面步骤中的箭头往回指对应的物质。

②副产品的判断：首先是生成物，不是反应物。不是主产品，是支线的副产品，且是对人类生产和生活有用的、无毒、不污染环境的物质。

③滤渣和滤液成分的判断：要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂反应的情况：哪些物质或离子发生了反应，产生了哪些新物质或离子？同时注意所加试剂是否过量，分析过量和不过量对应下的反应。以及在每一步骤中反应物和产物的溶解性，分析存在滤渣中还是滤液中。还需要注意过量试剂和产生的新物质和离子在后绪步骤中的影响。最重要的是在判断成分时紧紧围绕得到目标产品而分析。

二、工业流程题中几个重要考点的解题策略和备考建议

（1）晶体的制备及方法。

首先能根据物质的溶解度判断结晶的方法：溶解度受温度影响较小的一般采取蒸发结晶的方法;溶解度受温度影响较大或带有结晶水的盐一般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。明确常考点有：判断结晶方法、得到晶体的一系列操作、根据溶解度曲线分析问题。下面通过实例分析。

【例1】利用水钴矿（主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等）可以制取多种化工试剂，以下为草酸钴晶体和氯化钴晶体的制备流程，回答下列问题：

已知：①浸出液中含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Mg2+、Ca2+等。

②沉淀Ⅰ中只含有两种沉淀。回答下列问题：

（4）操作Ⅰ包括：将水层加入浓盐酸调整pH为2～3，_____、_____、_____、洗涤、减压烘干等过程。

解题思路：得到纯净的晶体一般包括过滤、洗涤、干燥等基本步骤，但这小问中有三个空要填，所以要仔细审题分析后再做答。通过审题可知是经过操作Ⅰ由溶液得到带结晶水合物的盐，故除题中已知过程外，操作Ⅰ还包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。

备考建议：学生首先要熟记结晶的一般规律和方法等必备知识，还要提高审题能力，解题时紧扣信息、抓住关键、规范和准确答题，同时用正确的化学术语及文字等表述。在高考中没有千遍一律的答案，即使是考查同一个知识点，也可以是从不同的角度去命题。

【例2】三盐基硫酸铅（3PbO·PbSO4·H2O，不溶于水）主要适用于不透明的聚氯乙烯硬质管、注射成型制品，也可用于人造革等软质制品。以铅泥（主要成分为PbO、Pb及PbSO4等）为原料制备三盐的工艺流程如图2所示。

已知：Ksp（PbSO4）=1.82×10-8，Ksp（PbCO3）=1.46×10-13回答下列问题：

（2）根据图溶解度曲线（g/100g水），由滤液I得到Na2SO4固体的操作为将“滤液1”____、____、用乙醇洗涤后于燥。

解题思路：由题可知滤液1中含有Na2CO3和Na2SO4等成分，结合图像分析可知，温度较高时析出硫酸钠，温度较低时析出硫酸钠结晶水合物，且硫酸钠晶体析出时温度越高，溶解度越小;因此由滤液I得到Na2SO4固体的操作为将“滤液1”蒸发（升温）结晶、趁热过滤。趁热过滤是为了防止温度降低时析出其他晶体，洗涤晶体时用乙醇洗涤避免形成结晶水合物。

備考建议：在复习溶解度时不但要求学生能掌握一般的溶解度曲线，还要能分析一些不常见或变化复杂的曲线、提升图像分析能力。在化学学科的核心素养证据推理和模型认知中指出：能对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析以建构相应的模型，能选择不同模型综合解释和解决复杂的化学问题。学生要掌握晶体制备的一般步骤和方法的答题模型，且能在复杂溶解度图像中能判断和选择相应的模型来解答问题。

（2）有关pH调节。

在《化学反应原理》教材中学过用调pH的方法除去硫酸铜中的铁离子，具体方法是加入CuO、Cu（OH）2、Cu2（OH）2CO3等物质与H+反应，使溶液pH增大;促使铁离子完全转化为氢氧化铁沉淀达到去除的目的。这就是调pH的原型，在化工流程题中也常考查用调pH的方法除某些金属阳离子。但是解题时要明确调pH的目的有很多，要结合题目综合分析去判断目的所在。下面通过实例分析。

【例3】（2017·全国卷Ⅲ，27节选）重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图4所示：

回答下列问题：

（1）步骤①的主要反应为FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3 ■ Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2

上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为_____。

（2）滤渣1中含量最多的金属元素是______，滤渣2的主要成分是______及含硅杂质。

（3）步骤④调滤液2的pH使之变_____（填“大”或“小”），原因是_____（用离子方程式表示）。

解题思路：根据题目意图要除去Fe、Si、Al元素等杂质得到目标产品。在熔融氧化过程中已知主要反应为FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3 ■ Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2，却难以判断Si、Al元素等杂质是否发生了反应，生成了什么产物。在第（2）中出现了滤渣1的成分判断，根据已知反应可知滤渣1为Fe2O3，则含量最多的金属元素是铁元素;同时在第（2）中还出现滤渣2的成分的判断，结合滤液1调节pH=7后，Al3+会变为Al（OH）3沉淀而除去，故滤渣2的主要成分是Al（OH）3和含硅杂质。滤液2中主要成分是Na2CrO4，滤液3中的主要成分应为Na2Cr2O7，则第④步调节pH的作用是使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7，离子方程式为2Cr■+2H+？葑Cr2■+H2O，故应调节pH使之变小酸性越强越利于Na2CrO4转化为Na2Cr2O7。

备考建议：学生在解题中习惯定性思维，用固有的模式答题，容易认为是将溶液pH调大，而可能进入答题误区。解题时首先要打破固有思维，提高独立思考和分析能力，具备科学探究和创新能力。当然，学生仍需熟悉调pH常见考查形式：调pH的目的、调pH需要加入的物质等。掌握调pH常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H+反应，使溶液pH增大;不引入新杂质。

【例4】镓是制作高性能半导体的重要原料。工业上常从锌矿冶炼的废渣中回收镓。已知某锌矿渣主要含Zn、Si、Pb、Fe、Ga的氧化物，利用该矿渣制镓的工艺流程如下：

已知：①镓在元素周期表中位于第四周期第ⅢA，化学性质与铝相似。②lg2=0.3，lg3=0.48。③部分物质的Ksp如下表所示。回答下列问题

（3）调pH的目的是____;室温条件下，若浸出液中各阳离子的浓度均为0.01mo/L，当溶液中某种离子浓度小于1×10-5mol/L时即认为该离子已完全除去，则pH应调节的范围_______。

解题思路：Ga的性质与Al相似，锌矿渣中加入H2SO4，充分反应，其中Zn、Fe、Ga转化为可溶于水的ZnSO4、FeSO4、Ga2（SO4）3，Pb转化成难溶于水的PbSO4，SiO2与H2SO4不反应。向浸出液中加入H2O2，H2O2将Fe2+氧化成Fe3+，然后调节溶液的pH使Fe3+、Ga3+转化为氢氧化物沉淀与Zn2+分离。Fe（OH）3和Ga（OH）3属于同种类型，Ksp[Ga（OH）3]>Ksp[Fe（OH）3]，Ga3+完全沉淀时Fe3+已经完全沉淀，浓度小于1×10-5mol/L，c（OH）=■=■=3×10-9mol/L，c（OH+）=■×10-5mol/L，pH=lg■×10-5=5.48，Zn2+开始沉淀时c（OH-）=■=■=4×10-8mol/L， c（OH+）=■×10-6mol/L，则pH=-lg■×10-6=6.6，则pH应调节的范围为5.48

备考建议：溶度积的应用和计算是沉淀溶解平衡中一个非常重要的知识点，在考纲中不仅要理解溶度积的含义，也要能进行相关的计算。学生还要能判断混合溶液中多种离子沉淀的先后顺序以及pH的相关计算，同时要求学生能掌握计算的一般规律和步骤，提高数学运算能力，才能准确地计算出结果。

（3）关于物质成份的判断。

【例5】某地煤矸石经预处理后主要含SiO2（61%）、Al2O3（30%）和少量的Fe2O3、FeO及钙镁化合物等。某实验小组利用其提取Al（OH）3。

（1）滤渣Ⅱ的主要成分是CaCO3、Mg（OH）2和________。

（2）上述流程中可循环利用的物质的化学式是________。

解题思路：（1）稀盐酸酸浸时发生的反应有Al2O3+6H+=2Al3++3H2O、Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、FeO+2H+=Fe2++H2O，过滤后得到的滤渣Ⅰ为SiO2。向滤液中通入氯气，Fe2+被氧化为Fe3+。水解时加入碳酸钠，CO3 2-可以促进Al3+、Fe3+、Mg2+的水解，生成氢氧化物沉淀和CO2，同时还能和Ca2+生成CaCO3沉淀。加入NaOH溶液，Al（OH）3溶解，过滤后得到的滤渣Ⅱ为CaCO3、Mg（OH）2和Fe（OH）3。滤液中含有NaAlO2，通入二氧化碳轉化时发生的反应为AlO-2+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+HCO-3或2AlO-2+CO2+3H2O=2Al（OH）3↓+CO3 2-，过滤得到Al（OH）3，母液Ⅱ中含有NaHCO3或Na2CO3。（2）水解时生成二氧化碳气体、转化时需要二氧化碳，水解时需要碳酸钠、转化时得到碳酸氢钠或碳酸钠，所以能循环利用的是CO2、Na2CO3。

备考建议：本题考查了常见金属氧化物和二氧化硅与酸的反应、氯气氧化亚铁的反应、典型的双水解反应、氢氢化铝与强碱的反应、二氧化碳与偏铝酸钠的反应等。这些反应基本上都是教材中学过的反应，所以备考复习时一定要将元素及其化合物的性质、转化这部分内容做重点复习。重视知识的应用，善于从基本概念和反应原理的角度分析流程中的元素化合物知识。还需要关注元素化合物知识与生产和生活的联系。总之，扎实学好元素化合物的知识是做好化学工艺流程题的根基。另外在判断成分时要前后联系，注意各步反应之间的关联和操作目的，关注流程中的箭头指向，准确作出判断。

三、工业流程题分类突破

题型一：提纯类化工流程题

【例6】（2018·全国卷Ⅱ，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7所示：

相关金属离子[c0（Mn+）=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

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外還有________;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。

解题思路：焙烧过程中主要为ZnS和O2反应得到ZnO和SO2，加入稀H2SO4酸浸后发生一系列化学反应：ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O、Fe2O3+3H2SO4= Fe2（SO4）3+3H2O、CdO+H2SO4= CdSO4+H2O、PbO+H2SO4=PbSO4+H2O。其中SiO2和PbSO4不溶于水，所得滤渣中含有SiO2和PbSO4。氧化除杂工序中O2能将Fe2+转化为Fe3+，有利于除杂，加入ZnO能消耗H+，调节溶液的pH，促进Fe3+水解，所得滤渣2为Fe（OH）3。加入Zn粉，发生反应Zn+Cd2+= Zn2++Cd。过滤后的滤液中主要含ZnSO4，ZnSO4经电解后生成单质Zn。阴极放电的是Zn2+和H+。因为溶液中的Zn2+浓度较大，所以阴极电极反应式应该是Zn2++2e- = Zn，阳极放电的是OH-，电极反应式是4OH--4e-=2H2O+O2↑。沉积锌后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4，可返回到溶浸工序循环使用。

答案：（1）2ZnS+3O2■2ZnO+2SO2  （2）PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2+

（3）Cd2++Zn= Cd+Zn2+ （4）Zn2++2e-=Zn 溶浸

题型二：制备类化工流程题

【例7】[2018·全国卷Ⅰ，27（1）（2）]焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：

（1）生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式：______________。

（2）利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：

①pH=4.1时，Ⅰ中为_____溶液（写化学式）。

②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是______。

解题思路：（1）根据题给信息，将NaHSO3过饱和溶液结晶脱水可得到Na2S2O5，则化学方程式为2NaHSO3=Na2S2O5+H2O。（2）①SO2与Na2CO3溶液反应可能生成Na2SO3也可能生成NaHSO3，因Na2SO3溶液显碱性，I中溶液显弱酸性，所以生成的是NaHSO3。②审题时抓住“生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得”，则工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是得到NaHSO3过饱和溶液。

答案：（1）2NaHSO3=Na2S2O5+H2O（2）①NaHSO3 ②得到NaHSO3过饱和溶液

责任编辑 李平安