剖析化學(xué)工藝流程圖題

傅志明

(浙江省臺(tái)州市路橋中學(xué) 318000)

一、用守恒觀尋找在制備過(guò)程中所需的原料及產(chǎn)物，完成陌生氧化還原反應(yīng)方程式的書寫

讀懂化學(xué)工藝流程圖，方能找到原料及產(chǎn)物.

例1 (2015·新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ 28.)實(shí)驗(yàn)室用NH4Cl、鹽酸、為原料，通過(guò)以下過(guò)程制備ClO2：

氧化劑+還原劑+介質(zhì)——氧化產(chǎn)物+還原產(chǎn)物+ 其它產(chǎn)物

分析前一部分電解的反應(yīng)中，反應(yīng)物為NH4Cl、鹽酸，產(chǎn)物為H2和NCl3，條件為電解，介質(zhì)為酸性.

后一部分原料為NaClO2(亞氯酸鈉)和NCl3產(chǎn)物為ClO2、 NH3和溶液X，因?yàn)镹aClO2和NH3均為堿性溶液，故介質(zhì)為堿性.

NaClO2(亞氯酸鈉)的氧化產(chǎn)物為ClO2、NCl3的還原產(chǎn)物為Cl-其中氮元素的化合價(jià)不變，產(chǎn)物應(yīng)為NH3.

整個(gè)溶液呈堿性.配平的方法：先電子守恒、再電荷守恒、最后元素守恒.

則離子方程式為：

二、用強(qiáng)弱律(以強(qiáng)制弱的觀點(diǎn))來(lái)分析所加原料的可行性

強(qiáng)酸制弱酸，以強(qiáng)氧化劑制弱氧化劑是化學(xué)反應(yīng)的一般規(guī)則，也是化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)的一種原理.

例2 (浙江卷2014年第28題)葡萄糖酸鈣制備實(shí)驗(yàn)流程如下：

問(wèn)題(2)第②步充分反應(yīng)后CaCO3固體需有剩余，其目的是____；本實(shí)驗(yàn)中不宜用CaCl2替代CaCO3，理由是____.

Zn(C6H11O7)2(葡萄糖酸鋅)+CaSO4

制備葡萄糖酸鋅時(shí)，可否用氯化鋅代替硫酸鋅？

答案：否，氯化鈣易溶于水，不符合復(fù)分解反應(yīng)的條件.

三、用題給信息以及物質(zhì)的特性進(jìn)行條件的控制以及物質(zhì)的分離與提純

1.制備過(guò)程中的條件控制要充分利用題給信息與物質(zhì)的特性

對(duì)溫度的控制：

(1)有關(guān)溶解度的溫度控制：有些物質(zhì)的溶解度隨溫度變化比較大的物質(zhì)，NH4NO3、KNO3在蒸發(fā)過(guò)程中比較難析出來(lái)，所以要用冷卻法使它結(jié)晶，通常的操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶.如果是分離NaCl 和KNO3混合溶液,如果將混合溶液蒸發(fā)一段時(shí)間,析出的固體主要是NaCl ,趁熱過(guò)濾可得固體NaCl，母液中是KNO3和NaCl .如果將混合溶液加熱后再降溫,則析出的固體主要是KNO3,母液中是NaCl 和KNO3.

對(duì)于使物質(zhì)析出的方法除了蒸發(fā)結(jié)晶與冷卻結(jié)晶外，還可以加入鹽或醇以便鹽析或醇析.

(2)有關(guān)反應(yīng)的溫度控制：有些像H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質(zhì)易分解的物質(zhì)，需控制一定的溫度防止其分解.

例3 過(guò)碳酸鈉(2Na2CO3·3H2O2)是一種集洗滌、漂白、殺菌于一體的氧系漂白劑.某興趣小組制備過(guò)碳酸鈉的實(shí)驗(yàn)方案和裝置示意圖如下：

本題設(shè)置問(wèn)題：(1)如何控制溫度？

分析如何來(lái)控制溫度(冷水浴、磁力攪拌器攪拌，恒壓分液漏斗緩慢滴加H2O2溶液，因?yàn)橹鲬?yīng)為放熱反應(yīng))說(shuō)明一點(diǎn)，溫度計(jì)只有測(cè)量溫度的功能，沒(méi)有控制溫度的功能.另外：對(duì)于易水解的鹽要控制溶液酸堿性的或控制水，如制備三氯化鐵要前防水后防水.

對(duì)于產(chǎn)物是一種易吸收空氣中的CO2或水(潮解或發(fā)生反應(yīng))而變質(zhì)的物質(zhì)(如NaOH固體等物質(zhì))，則要注意防止在制備過(guò)程中對(duì)CO2或水的除去，也要防止空氣中的CO2或水進(jìn)入裝置中.一定要關(guān)注好題給的信息.

2.產(chǎn)品與雜質(zhì)的分離與提純.充分利用物質(zhì)的特性及題給信息

例4 (2013·新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ27.) 純化工業(yè)級(jí)氧化鋅(含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等雜質(zhì))的流程如下：

在這流程中，氧化鋅粗品[含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等雜質(zhì)].

提示：在本實(shí)驗(yàn)條件下，Ni(Ⅱ)不能被氧化，因此加第三步加鋅是除鎳，通過(guò)還原法除鎳，第二步調(diào)pH約為5加適量的高錳酸鉀溶液除Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)，生成氫氧化鐵與二氧化錳除去.

回答下列問(wèn)題：(1)反應(yīng)②中除掉的雜質(zhì)離子是 ，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 ；在加高錳酸鉀溶液前，若pH較低，對(duì)除雜的影響是 .

(2)反應(yīng)③的反應(yīng)類型為 ，過(guò)濾得到的濾渣中，除了過(guò)量的鋅外還有 .

(3)反應(yīng)④形成的沉淀要用水洗，檢查沉淀是否洗滌干凈的方法是 .

關(guān)注物質(zhì)的分離和提純的常規(guī)方法(結(jié)晶、過(guò)濾、蒸餾、分液、萃取、升華、鹽析).

例5 如下圖所示：

操作X、操作Y、操作Z分別是什么 ？注意實(shí)驗(yàn)儀器的選擇？還可能考查到具體的操作，例如：潤(rùn)洗，洗滌，檢查裝置氣密性等.

四、尋找關(guān)系式，利用守恒思想進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算

列式求解即可，學(xué)生做題時(shí)可能要引起注意的地方是取其中一部分量進(jìn)行滴定.

例如：取mg產(chǎn)品溶于水配成100mL溶液，取25.00mL置于錐形瓶中，在溶液中加入少量…作指示劑．用…進(jìn)行滴定，此處只是取了其中的四分之一，解題時(shí)要關(guān)注.

無(wú)機(jī)化學(xué)工藝流程圖題實(shí)際上是考查考生運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理及相關(guān)知識(shí)來(lái)解決工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際問(wèn)題的能力.解此類型題目的基本步驟是：①?gòu)念}干中獲取有用信息，了解生產(chǎn)的產(chǎn)品. ②分析流程中的每一步驟，反應(yīng)物是什么 、發(fā)生了什么反應(yīng)，該反應(yīng)造成了什么后果.③如何除雜與提純.抓住一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一切反應(yīng)或操作都是為獲得更純的產(chǎn)品和更高的產(chǎn)率而服務(wù).可以從問(wèn)題中獲取信息，幫助解題.

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮存良.化學(xué)工藝流程題:從相識(shí)到相知[J]. 求學(xué),2016(01):32-34.

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