高考化学工艺流程题如何突破(巧用四线法突破高考化学工艺流程题)

巧用四线法突破高考化学工艺流程题

一、 “四线法”介绍

“四线法”顾名思义,通过分析四条主线,突破工艺流程题的整体把握,四条主线分别为试剂线,杂质线,操作线,产品线。

根据工艺流程题的类型的不同,四条主线的呈现的具体内容不同。

利用“试剂—杂质—操作—产品”四线法解工艺流程题的模型认知,见图1。

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四线法,符合真实化工流程的目的,更快更好的得到更纯的产品,有利于提炼学生宏观辨识与微观探析的素养。

2018年全国I卷工艺流程题的四线呈现情况、信息呈现形式,见表3。

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粗看工艺流程框图,迅速把握“四线”,能够整体把控整个化工流程的框架,除了储备一些常见教材工艺流程,比如高中教材中涉及到的化学工业:①候氏制碱法;②氯碱工业;③硅酸盐工业;④工业制硫酸;⑤合成氨工业;⑥工业制硝酸;⑦金属Na、Mg、Al、Fe、Cu等的冶炼;⑧海水中提取物质;更需要各主线有关化工流程的专业知识。

1、试剂线

需要掌握常见试剂的类型及作用和相关反应,也可称为反应线。常见试剂及其作用,见表4。

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2、杂质线

于矿物质而言,测定元素组成后,即可确定杂质,需要积累常见试剂的处理方法,常见杂质及其除杂方式,见表5。

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流程分析过程中,需要抓住杂质的去向分析,切勿因为思维的不严谨,某杂质还未除去还茫然不知。违背了化工生产的目的。同时杂质的除去离不开试剂线的分析。

3、操作线

主要指的是分离提纯操作,每加一次试剂,便需要思考是否需要过滤、蒸发、冷却结晶、蒸馏、萃取等分离提纯操作,见表6。

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4、产品线

试剂线、杂质线、操作线展开是为了获取产品,产品的获取主要通过除去杂质,发生核心反应而获取产品。通过总结近几年全国I卷高考化学工艺题产品的获取方式,见表7,不难发现产品的获取具有以下特点:

①主要围绕金属元素的相关工艺品产开考查,

②工艺可能产品具有多样性,体现了经济需要实效性,

③产品的获取可能在流程的前半部分,更多是后期才得到产品,

④产品的获取,需要试剂参与反应转化,可能发生的是氧化还原反应,

⑤产品的获取,所涉及的分离提纯操作及方法,离不开产品自身的性质,

由于大部分产品是固体,故基本上离不开结晶的相关操作。

二、习题感悟

基于四线法,能够全面了解工艺流程框图的过程,理解如何除杂、试剂何种用、产品如何获取、操作如何等。

案例1.锶(Sr)为第五周期IIA族元素,高纯六水氯化锶晶体(SrCl2·6H2O)具有很高的经济价值,61℃时晶体开始失去结晶水,100OC时失去全部结晶水。用工业碳酸锶粉末(含少量Ba、Fe的化合物)制备高纯六水氯化锶的过程如下图。

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请回答:

(1)写出步骤②在浆液中加入盐酸时发生反应的离子方程式。

(2)步骤③中调节溶液pH至8~10,宜选用的试剂为。

A.稀硫酸  B.氢氧化锶粉末  C.氢氧化钠  D.氧化锶粉末

所得滤渣的主要成分是 填化学式)。

(3)步骤⑤中,洗涤氯化锶晶体最好选用。

A.水    B.稀硫酸    C.氢氧化钠溶液  D.氯化锶饱和溶液

(4)工业上用50~60℃热风吹干六水氯化锶,选择该温度的原因是。

(5)若滤液中Ba2+浓度为1×10-5mol·L-1,依据下表数据可以推算滤液中Sr2+物质的量浓度为 。

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【工艺流程分析】

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【答案】(1)SrCO3+2H+═Sr2++H2O+CO2↑ (2)BD;BaSO4和Fe(OH)3(3)D

(4)防止温度度高于61OC SrCl2·6H2O失去结晶水 (5)不大于3×10-2mol·L-1

通过试剂线、杂质线、操作线、产品线四线并进的分析方法,有序有效的突破了工艺流程题的难点,解决了学生思考不全面、为何这样操作、选用这样的操作是为何、怎么忘记了某杂质的除去、为何该工艺存在这样的后果等等迷思。同时关注题目的每一条线,但不必将每一条线都推出,问什么推什么。其次要带着问题去精心研究某一步或某一个物质。

三、练后提炼——特殊设问及其解决策略

工艺流程题,往往会在四线基础上,需要积累特殊设问的应对策略,这样工艺流程题不再会是高中生的“拦路虎”,近几年高考易错的热点提问如下:

1、分析循环利用的物质和可回收的物质

循环利用和回收利用,是工业生产提高经济效益、降低污染、提高物质的利用率等的必要手段。

①理解物质循环利用目的:节能减排,“绿色化学”,降低成本等生产问题,提炼出:一定不会用于循环的物质:目标产物,杂质,可以用于循环的物质:辅助试剂、母液。

②可回收的物质:副产品(非目标产品)。

应对策略:弄清楚每一步的反应物产物,对比“投入”“输出”,消耗又生成即为循环利用物质。

2、分析调节容液的pH

①目的:使溶液中的某金属阳离子形成氢氧化物完全沉淀下来而除去

②需要的物质:含主要阳离子的难溶性氧化物或氢氧化物或碳酸盐,即能与H+反应,是pH增大的物质如用MgO、Mg(OH)2等等。

③原理:加入的物质能与溶液中的H+反应,降低了的浓度,增大pH

④pH控制的范围:大于除去离子的完全沉淀值,小于主要离子的开始沉淀的pH

3、分析洗涤沉淀

实际工业生产过程中,沉淀的洗涤主要围绕洗涤什么杂质、怎么洗(洗涤操作)、用什么洗涤、为什么用这个洗涤剂洗涤等问题展开分析,考题亦如此。

(1)沉淀洗涤的目的:除去沉淀表面附着或沉淀中包夹的可溶性离子。

(2)洗涤方法:向漏斗内加蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流出后,重复操作2~3次。

(3)沉淀剂是否过量的判断方法答题模板 

①加沉淀剂:静置,向上层清液中继续滴加少量沉淀剂,若无沉淀产生,则证明沉淀剂已过量。

③加入与沉淀剂反应的试剂:静置,取适量上层清液于另一洁净试管中,向其中加入少量与沉淀剂作用产生沉淀的试剂,若产生沉淀,证明沉淀剂已过量。注意:若需称量沉淀的质量而进行有关定量计算时则只能选用方法(1)。

(4)判断沉淀是否洗净的操作答题模板(一般考查氯离子和硫酸根离子等沉淀型的离子检验)

取最后一次洗涤液,滴加……(试剂),若没有……现象,证明沉淀已洗净

4、分析控制温度

温度的控制,实际生产过程中主要基于反应速率、物质的溶解度(溶解度曲线)、物质的热分解与挥发(物质的性质分析)、弱离子的水解(平衡)、能源的利用(耗能)、副反应的发生、催化剂的活性、生产安全性等方面的思考。一般需要考虑温度过高、过低会有怎样的效果。具体如下:

1、加热:加快反应速率或溶解速率;

促进平衡向吸热方向移动;除杂,除去热不稳定的杂质,如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、I2、NH4Cl等物质。使沸点相对较低的原料气化

2、降温:防止某物质在高温时会溶解(或分解)

使化学平衡向着题目要求的方向移动(放热方向),使某个沸点较高的产物液化,使其与其他物质分离,降低晶体的溶解度,减少损失

尤其是减压蒸发、减压烘干,通过降低温度需求,防止目标物质的分解。

3、控温:(用水浴或油浴控温)

防止某种物质温度过高时会分解或挥发,为了使某物质达到沸点挥发出来,使催化剂的活性达到最好,防止副反应的发生,降温或减压可以减少能源成本,降低对设备的要求,达到绿色化学的要求。

4.5分析化工流程的评价

实际工业生产过程中,评价化工流程,需要考虑速率、产率、产品纯度、成本、污染、循环利用等方面,其中污染主要指的是:废渣、废液(酸、碱、重金属盐)、废气(Cl2、Br2、硫和氮的氧化物)。

教学中注重化工流程的评价,引导学生关注社会生产、社会环境等问题,激发学生探究潜质。

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