工藝流程題的結(jié)構(gòu)特點分類與解法-簡單學(xué)習(xí)網(wǎng)(20210517103938)

1、工藝流程題的結(jié)構(gòu)、特點、分類與解法高中化學(xué)新課程改革的一個顯著特點， 教材內(nèi)容非常重視與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活 的緊密聯(lián)系。 因此， 反映化工生產(chǎn)技術(shù)的工藝流程題， 便成為新課改后的高中化學(xué)練習(xí)題的 新增點和主流題型之一，不少省區(qū)，還將化學(xué)工藝流程題，作為一年一度的化學(xué)高考試題。 為此，本文除建議化學(xué)教學(xué)要充分利用生產(chǎn)、生活中的鮮活實例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興 趣， “活化”學(xué)生的知識外，重點談?wù)劵瘜W(xué)工藝流程題的結(jié)構(gòu)、特點與解法技巧。1. 工藝流程題的結(jié)構(gòu)、特點和作用化學(xué)工藝流程題， 顧名思議， 就是將化工生產(chǎn)過程中的主要生產(chǎn)階段即生產(chǎn)流程用框圖 形式表示出來， 并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學(xué)知識步步

2、設(shè)問， 形成與化工生產(chǎn)緊密聯(lián)系的化 工工藝試題。 工藝流程題的結(jié)構(gòu)分題頭、 題干和題尾三部分。 題頭一般是簡單介紹該工藝生 產(chǎn)的原材料和工藝生產(chǎn)的目的 （包括附產(chǎn)品） ；題干部分主要用框圖形式將原料到產(chǎn)品的主 要生產(chǎn)工藝流程表示出來；題尾主要是根據(jù)生產(chǎn)過程中涉及到的化學(xué)知識設(shè)制成系列問題， 構(gòu)成一道完整的化學(xué)試題。其特點與作用有三： 一是試題源于生產(chǎn)實際， 以解決化學(xué)實際問題作思路進(jìn)行設(shè)問， 使 問題情境真實， 能培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際，學(xué)以致用的學(xué)習(xí)觀；二是試題內(nèi)容豐富，涉及的 化學(xué)基礎(chǔ)知識方方面面， 能考查學(xué)生化學(xué)雙基知識的掌握情況和應(yīng)用雙基知識解決化工生產(chǎn) 中有關(guān)問題的遷移推理能力；三是試

3、題新穎， 一般較長， 閱讀量大，能考查學(xué)生的閱讀能力 和資料的收集處理能力。2. 化學(xué)工藝流程題的分類 工藝流程題是新課程改革后才被引起高度重視的，因此，市面上流傳的試題并不很多。就目前已存在的試題來看，從主要化工工藝來分可以分為基礎(chǔ)化工工藝題和精細(xì)化工工藝 題；以生產(chǎn)過程中主要工序可分為除雜提純工藝流程題（如海水純化工藝流程題） 、原材料 轉(zhuǎn)化工藝流程題、 電解工藝流程題、 有機(jī)合成題和資源能源綜合利用工藝生產(chǎn)流程題等； 按 資源的不同， 可將工藝流程題分為利用空氣資源生產(chǎn)的工藝流程題 （如合成氨工藝流程題） 、 利用水資源生產(chǎn)的工藝流程題（如海水制鹽、氯堿工業(yè)、海水提溴碘、海水提鎂等）、利

4、用 礦產(chǎn)資源生產(chǎn)的工藝流程題（工業(yè)制硫酸、冶鐵煉鋼等） 、利用化石燃料生產(chǎn)的工藝流程題 （如有機(jī)合成工藝題）等。本文偏重于以原材料為依據(jù)的分類方法，這樣， 更方便于學(xué)生歸 類學(xué)習(xí)和歸類分析，有利于掌握解題技巧。3. 解題方法化學(xué)工藝生產(chǎn)主要解決的矛盾，歸納起來主要有六方面問題：一是解決將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn) 品的生產(chǎn)原理；二是除去所有雜質(zhì)并分離提純產(chǎn)品；三是提高產(chǎn)量與產(chǎn)率；四是減少污染， 考慮“綠色化學(xué)”生產(chǎn)；五是原料的來源既要考慮豐富，還要考慮成本問題；六是生產(chǎn)設(shè)備簡單，生產(chǎn)工藝簡便可行等工藝生產(chǎn)問題?；瘜W(xué)工藝流程題，一般也就圍繞這六個方面設(shè)問求解。要準(zhǔn)確、順利解答化學(xué)工藝流程題，學(xué)生除了必須要掌握

5、物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)之間相互作用的基本知識以及除雜分離提純物質(zhì)的基本技能外，最關(guān)鍵的問題要具備分析工藝生產(chǎn)流程的方法和能力。為此特提出下列四種解題基本方法供參考。3.1 首尾分析法對一些線型流程工藝(從原料到產(chǎn)品為一條龍生產(chǎn)工序)試題，首先對比分析生產(chǎn)流程示意圖中的第一種物質(zhì)原材料與最后一種物質(zhì)產(chǎn)品，從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)流程過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜分離提純產(chǎn)品的化工工藝，然后再結(jié)合題設(shè)的問題，逐一推敲解答。例1 (廣州2008年高考一模23題)聚合氯化鋁是一種新型、高效絮凝劑和凈水劑，其單體是液態(tài)的堿式氯化鋁 Al 2(OH)nCl6-n。本實驗采用鋁鹽溶液水

6、解絮凝法制堿式氯化鋁。 其制備原料為分布廣、價格廉的高嶺土，化學(xué)組成為：Al 2Q(25%34%) SiO2(40%50%)、FeO(0.5%3.0%)以及少量雜質(zhì)和水分。已知氧化鋁有多種結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)也有差異，且一 定條件下可相互轉(zhuǎn)化；高嶺土中的氧化鋁難溶于酸。制備堿式氯化鋁的實驗流程如下：的鹽嘏適 V CaCOj少怡粉 I晤轟 一90-100根據(jù)流程圖回答下列問題：(1) “煅燒”的目的是。(2) 配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的鹽酸需要200mL30%勺濃鹽酸(密度約為 1.15g/cm 3)和 g蒸餾水，配制用到的儀器有燒杯、玻璃棒、 。(3) “溶解”過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 (4) 加少量

7、鋁粉的主要作用是 。(5) “調(diào)節(jié)溶液pH在4.24.5 ”的過程中，除添加必要的試劑，還需借助的實驗用品是;“蒸發(fā)濃縮”需保持溫度在 90100 C,控制溫度的實驗方法是。解析：對比原料與產(chǎn)品可知，該生產(chǎn)的主要工序： 一是除去原料高嶺土中的雜質(zhì)， 二是 將AI 203利用水解絮凝法轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。再進(jìn)一步分析，除鐵用鋁置換后過濾，高嶺土中的AI 203 不溶于酸，必須經(jīng)煅燒改變結(jié)構(gòu)。該題經(jīng)這樣分析，題設(shè)的所有問題的答案并在分析之中。參考答案：（1）改變高嶺土的結(jié)構(gòu)，使其能溶于酸。（2）230；量筒 。（3） Al 203+6HI=2AI 3+3H2OFe2Q+6H+=2Fe3+3HO（4） 除去

8、溶液中的鐵離子；（5）pH計（或精密pH試紙）；水浴加熱點評首尾分析法是一種解工藝流程題的常見方法，這種方法的特點：簡單、直觀，很容易抓住解題的關(guān)鍵，用起來方便有效。使用這一方法解題，關(guān)鍵在于認(rèn)真對比分析原材 料與產(chǎn)品的組成，從中產(chǎn)生將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和除去原材料中所包含的雜質(zhì)的基本原理和 所采用的工藝生產(chǎn)措施。當(dāng)把生產(chǎn)的主線弄清楚了，圍繞生產(chǎn)主線所設(shè)計的系列問題，也就可解答了。3.2 截段分析法對于用同樣的原材料生產(chǎn)多種（兩種或兩種以上）產(chǎn)品（包括副產(chǎn)品）的工藝流程題, 用截段分析法更容易找到解題的切入點。例2 （廣東2007年高考第21題）以氯化鈉和硫酸鈉為原料制備氯化銨及副產(chǎn)品硫酸鈉，工藝

9、流程如下:謔液NHQlF先釦一*匡理卜NR*C1產(chǎn)品氯化銨和硫酸鈉的溶解度隨溫度變化如下圖所示。回答下列問題:3030 甜 JO 60706o 射 loo溫度JC8C70M50（1）欲制備10.7gNH4CI，理論上需 NaCIg。（2） 實驗室進(jìn)行蒸發(fā)濃縮用到的主要儀器有 、燒杯、玻璃棒、酒 精燈等。（3） “冷卻結(jié)晶”過程中，析出NH4CI晶體的合適溫度為 。（4） 不用其它試劑，檢查 NHCI產(chǎn)品是否純凈的方法及操作是 。（5）若NHCI產(chǎn)品中含有硫酸鈉雜質(zhì)，進(jìn)一步提純產(chǎn)品的方法解析：該生產(chǎn)流程的特點：用同樣原材料既生產(chǎn)主要產(chǎn)品氯化銨，同時又要生產(chǎn)副產(chǎn)品硫酸鈉。因此，為了弄清整個生產(chǎn)流程

10、工藝，只能分段分析，即先分析流程線路中如何將 原料轉(zhuǎn)化為硫酸鈉的，然后再分析又如何從生產(chǎn)硫酸鈉的母液中生產(chǎn)氯化銨，即將題供的流程路線截成兩段分析，這樣，便可以降低解題的難度。結(jié)合流程示意圖和溶解度曲線圖分析，生產(chǎn)硫酸鈉只能用熱結(jié)晶法，生產(chǎn)氯化銨用冷結(jié)晶法，因為溫度降到 350C以下，結(jié)晶得到的產(chǎn)品為 NstSQTOHbO。參考答案：（1） 11.7g（2）蒸發(fā)皿（3） 35 C （或33 C40 C之間任意值）（4）加熱法。取少量氯化銨產(chǎn)品于試管底部，加熱，若試管底部無殘留物，表明氯化銨產(chǎn) 品純凈。（5 ）重結(jié)晶。簡評用截斷分析法解工藝流程題是一種主流解題方法。因為當(dāng)前化工生產(chǎn)，為了降低成本，

11、減少污染，增加效益，大都設(shè)計成綜合利用原材料，生產(chǎn)多種產(chǎn)品的工藝生產(chǎn)線。為此這種工藝流程題很多。用截斷分析法解工藝流程題關(guān)鍵在于選對題型和如何截段，截幾段更合理。一般截段以生產(chǎn)的產(chǎn)品為準(zhǔn)點。但也不一定，特殊情況也很多，必須具體情 況作具體分析。3.3 交叉分析法有些化工生產(chǎn)選用多組原材料，事先合成一種或幾種中間產(chǎn)品，再用這一中間產(chǎn)品與部分其它原材料生產(chǎn)所需的主流產(chǎn)品。以這種工藝生產(chǎn)方式設(shè)計的工藝流程題，為了便于分析掌握生產(chǎn)流程的原理， 方便解題，最簡單的方法，就是將提供的工藝流程示意圖畫分成幾條 生產(chǎn)流水線，上下交叉分析。例3某一化工廠的生產(chǎn)流程如下圖:o（2）GHH過程中為什么通入過量的空氣

12、：。（3）用電子式表示 J: 。（4） 寫出飽和食鹽水、E、F生成J和K（此條件下K為沉淀）的化學(xué)方程式： 要實現(xiàn)該反應(yīng)，你認(rèn)為應(yīng)如何操作：解析：根據(jù)流程示意圖分析可知，用空氣、焦炭和水為原材料，最終生產(chǎn)L和J、M的產(chǎn)品，首先必須生產(chǎn)中間產(chǎn)品E。這樣，主要生產(chǎn)流水線至少有兩條（液態(tài)空氣一E M;焦炭一E L）。為了弄清該化工生產(chǎn)的生產(chǎn)工藝，須將這兩條生產(chǎn)流水線交叉綜合分析，最終解答題設(shè)的有關(guān)問題。參考答案：（1）硝酸銨；碳酸鈉（2）提高NO的轉(zhuǎn)化率（4）NH3 + H.0 + NaCl + CO. =NaHC03 * + NHCl 向飽和的食.鹽水中先通入足磊的NH V再通入足最的CC簡評從本

13、題分析得知，構(gòu)成交叉分析的題形，從提供的工藝流程至少有三個因素 （多 組原材料；中間產(chǎn)品；多種產(chǎn)品）和兩條或多條生產(chǎn)流水線的化工生產(chǎn)工藝。利用交叉分析 法解工藝流程題的關(guān)鍵， 在于找準(zhǔn)中間產(chǎn)品（因為有時會出現(xiàn)多種中間產(chǎn)品）和流水生產(chǎn) 的分線，在分析過程中，抓住中間物質(zhì)的關(guān)聯(lián)作用，逐一破解。3.4“瞻前顧后”分析法有些化工生產(chǎn)，為了充分利用原料，變廢為寶，設(shè)計的生產(chǎn)流水線除了主要考慮將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品外，同時還要考慮將生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為原料的循環(huán)生產(chǎn)工藝。解答這種類型題，用 “瞻前顧后”分析法。瞻前顧后分析法，指分析工藝生產(chǎn)流程時，主要考慮原料 轉(zhuǎn)化為的產(chǎn)品（瞻前），同時也要考慮原料的充分利用

14、和再生產(chǎn)問題（顧后）。例4, 利用天然氣合成氨的工藝流程示意圖如下：ch4h2s5SX一 COH I 4-次轉(zhuǎn)疋ICH。（16斜二挨祐化to. Hz亠co2逍LNzH 20(g)（緊接下行左端D依據(jù)上述流程，完成下列填空：（1） 天然氣脫流時的化學(xué)方程式是 。（2）n mol CH 4經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生 CO 0.9nmol，產(chǎn)生mol （用含n的代數(shù)式表示）（3）bCQaq）和CO反應(yīng)在加壓下進(jìn)行，加壓的理論依據(jù)是 A.格似格容原理B.勒夏特列原理C.酸堿中和原理（4） 分析流程示意圖回答，該合成氨工藝主要原料是 輔助原料有（5）請寫出由CH為基本原料經(jīng)四次轉(zhuǎn)化為合成氨的N、H2的化學(xué)反應(yīng)方程

15、式（6）整個流程有三處循環(huán)，一是Fe（0H）3循環(huán)，二是K2CO（aq）循環(huán)，請在上述流程圖上標(biāo)出第三處循環(huán)（循環(huán)方向和循環(huán)物質(zhì)）。解析：該生產(chǎn)工藝屬于多處循環(huán)生產(chǎn)工藝，因此分析工藝流程示意圖時，分析的主線是弄清基本原材料CH轉(zhuǎn)化為合成氨的基本原料 2和H的工藝生產(chǎn)原理。但還要回頭分析循環(huán) 生產(chǎn)的理由和循環(huán)生產(chǎn)的工藝生產(chǎn)段。通過這樣既考慮產(chǎn)品的合成， 又考慮原料的充分利用，該題所涉及到的問題也就可以解答了。參考答案：(1) 3fS + 2Fe(0H) 3=Fe 2S3+ 6HQ(2) 2.7n(3)B(4) CH、H2O 空氣；冷CO; Fe(OH)3(5) CH+HO = CO + 3H 2；CO + H2O=CO+Hz2CH+3Q = 2CO + 4H 2。CO +H2O +K2CO = KHCO點評 用“瞻前顧后”分析循環(huán)工藝生產(chǎn)流程題，關(guān)鍵是如何找到循環(huán)生產(chǎn)點，即在什么情況下，什么生產(chǎn)階段實施循環(huán)生產(chǎn)。判斷循環(huán)生產(chǎn)點的方法： 一是看反應(yīng)是否為可逆反應(yīng)，如果是可逆反應(yīng)，要考慮原料的循環(huán)利用。如本題合成氨反應(yīng)是可逆反應(yīng)，分離氨 后的尾氣中還含有大量原料氣N和耳，千萬不能隨便放掉，必須送入合成塔，實施循環(huán)生產(chǎn)。二是看副產(chǎn)品的分子組成與某種原料的組成中有無相同的元素，如果有，而且該副產(chǎn)品又容易轉(zhuǎn)化為某種原料，就可以考