無(wú)機(jī)工業(yè)流程題解題思路

范發(fā)強(qiáng)

無(wú)機(jī)工業(yè)流程題以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為依托，與化工生產(chǎn)成本、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護(hù)等相融合，考查物質(zhì)的制備、檢驗(yàn)、分離提純等基本實(shí)驗(yàn)原理在化工生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，要求考生依據(jù)流程圖分析原理，緊扣信息，抓住關(guān)鍵、準(zhǔn)確答題。

一、無(wú)機(jī)工業(yè)流程圖構(gòu)成

1.題干部分：介紹原材料。

2.流程圖部分：用框圖形式將主要生產(chǎn)工藝流程表示出來(lái)。

主要框架是：原料處理分離提純核心反應(yīng)主要產(chǎn)品

3.問(wèn)題部分：以流程圖為框架，提出各類(lèi)化學(xué)問(wèn)題。試題本質(zhì)是從混合物中提取純凈物。

二、讀題

1.粗讀

從題干部分分析哪個(gè)是需要的元素，哪些是雜質(zhì)元素。分析元素走向。

從框圖部分分析主線(xiàn)是目標(biāo)產(chǎn)品，支線(xiàn)為副產(chǎn)品，回頭線(xiàn)為循環(huán)產(chǎn)品。明確原料、雜質(zhì)和目標(biāo)產(chǎn)品

2.精讀

工業(yè)流程題主要考查核心反應(yīng)條件的控制及原因，核心反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)，除雜試劑的選擇、PH值的控制，分離提純操作，濾液濾渣成分，相關(guān)計(jì)算。針對(duì)問(wèn)題再精讀，分析細(xì)節(jié)，根據(jù)問(wèn)題去研究某一步或某一物質(zhì)。

例如2015年全國(guó)卷Ⅰ27題.

硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦（主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等）為原料制備硼酸（H3BO3）的工藝流程如圖所示：

從題干部分可知：硼元素是要提純的元素，硅、鋁、鐵、鈣、鎂是雜質(zhì)元素，從框圖主線(xiàn)可知主要產(chǎn)品是粗硼酸，支線(xiàn)中第一次酸浸過(guò)濾得到浸渣是二氧化硅、硫酸鈣（微溶），鎂鹽最后一次過(guò)濾得到，中間的濾渣應(yīng)有鐵、鋁元素。

三、無(wú)機(jī)工業(yè)流程圖可能提的問(wèn)題及解題策略

化學(xué)問(wèn)題的思考要有一定的方向，要在基礎(chǔ)理論框架下結(jié)合實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行思考。工業(yè)流程圖由四部分組成，即原料處理、分離提純、核心反應(yīng)、主要產(chǎn)品。

主要解決兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是發(fā)生了什么反應(yīng)，另一個(gè)是采取了什么分離方法，這兩處問(wèn)題能理清，其余迎刃而解。下面針對(duì)流程圖遂個(gè)分析。

首先是原料的預(yù)處理：原料處理階段的常見(jiàn)方法有

（1）溶解：通常用酸溶、堿溶、水溶。

浸出：固體加水（酸、堿）溶解得到離子

（2）灼燒、焙燒、煅燒：改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)高溫下氧化、分解

該階段常提出的問(wèn)題是如何加快反應(yīng)速率，可從反應(yīng)速率的影響因素分析。

第二要分析的核心反應(yīng)的問(wèn)題：

如何分析化學(xué)反應(yīng)呢？

（1）分析反應(yīng)物與生成物，箭號(hào)流入的是反應(yīng)物，流出的是生成物。

（2）分析化合價(jià)是否發(fā)生變化判斷是氧化還原反應(yīng)還是非氧化還原反應(yīng)。然后按復(fù)分解反應(yīng)或氧化還原規(guī)律思考。

（3）配平時(shí)注意反應(yīng)介質(zhì)（酸性、堿性等）

如2015年全國(guó)卷Ⅰ27題問(wèn)題部分，

（1）寫(xiě)出Mg2B2O5·H2O與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式__________。這題中反應(yīng)物是Mg2B2O5·H2O與硫酸，生成物中有硼酸（H3BO3），沒(méi)有化合價(jià)變化，按復(fù)分解反應(yīng)分析，應(yīng)還有硫酸鎂，至于有無(wú)水通過(guò)配平可知。

又如2013年全國(guó)卷Ⅰ27題，

27.（15分）鋰離子電池的應(yīng)用很廣，其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰（LiCoO2），導(dǎo)電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時(shí)，該鋰離子電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為6C+xLi++xe-=LixC6，現(xiàn)欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源（部分條件未給出）。

回答下列問(wèn)題：

（2）寫(xiě)出“正極堿浸”中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式。

根據(jù)題干正極材料有鈷酸鋰（LiCoO2），導(dǎo)電劑乙炔黑和鋁箔等，其中只有鋁箔可與NaOH溶液反應(yīng)，易推知是鋁與NaOH溶液反應(yīng)，所以離子方程式為： 2Al+2OH—+2H2O=2AlO2—+3H2↑

（3）“酸浸”一般在80℃下進(jìn)行，寫(xiě)出該步驟中發(fā)生的所有氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式；

根據(jù)工藝流程中反應(yīng)物有LiCoO2、H2SO4、H2O2，生成物有 Li2SO4溶液、CoSO4（Co+2價(jià)）溶液，所以加H2SO4、H2O2酸浸的過(guò)程中發(fā)生氧化還原反應(yīng)有2LiCoO2+3H2SO4+H2O2= Li2SO4+2 CoSO4+O2↑+4H2O，

因?yàn)榉磻?yīng)是溫度80℃，還會(huì)發(fā)生雙氧水制氧氣的反應(yīng)：2H2O 2O2↑+2H2O；

（4）寫(xiě)出“沉鈷”過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。

2CoSO4+2 NH4HCO3=CoCO3↓+ （NH4）2SO4+H2O+CO2↑

第三是物質(zhì)的分離提純問(wèn)題

工業(yè)流程圖就是把雜質(zhì)除去并把雜質(zhì)分離的過(guò)程。這里涉及除雜試劑選擇反應(yīng)條件控制，及物質(zhì)的分離提純問(wèn)題。

1.反應(yīng)條件的控制及除雜試劑選擇：

（1）調(diào)pH值除雜

a.控制溶液的酸堿性使其某些金屬離子形成氫氧化物沉淀

b.調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿(mǎn)足兩點(diǎn)：

能與H+反應(yīng)，使溶液pH值增大；不引入新雜質(zhì)。

例如：若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入 等物質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)溶液的pH值。

（2）溫度控制

控制溫度有控制反應(yīng)速率、防止副反應(yīng)發(fā)生、有利于分離得到純物質(zhì)（如趁熱過(guò)濾），有利于化學(xué)平衡移動(dòng)等。

2.常見(jiàn)的分離提純方法有結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、蒸餾、萃取與分液等。如上例13年高考試題就涉及過(guò)濾、萃取與分液操作。這部分會(huì)考一些基本操作問(wèn)題。

例如：（1）洗滌（冰水、熱水）洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過(guò)程中的溶解損耗。洗滌的方法、洗凈的標(biāo)志、洗滌試劑的選擇等。

如：洗滌除去NaCl晶體表面附帶的少量KCl，選用的最佳試劑為 。

A、飽和Na2CO3溶液 B、四氯化碳

C、NaOH溶液 D、75%乙醇

（2）蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾：如最后所得晶體帶結(jié)晶水：CuSO4.5H2O等以及從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質(zhì)時(shí)，應(yīng)在 的氣流中加熱，以防其 。

（3）蒸發(fā)結(jié)晶、重結(jié)晶、趁熱過(guò)濾：如除去NaCl中的少量KNO3。

最后涉及產(chǎn)品及產(chǎn)率問(wèn)題。流程圖中主線(xiàn)分析主產(chǎn)品，副線(xiàn)分析副產(chǎn)品，回頭線(xiàn)分析循環(huán)品。而產(chǎn)率問(wèn)題主要涉及化學(xué)計(jì)算。同時(shí)答題時(shí)一定要按要求回答，注意語(yǔ)言表達(dá)規(guī)范準(zhǔn)確。