高考化学新题型“工艺流程题”的复习方法 近年的理综化学卷,二卷中的传统题型“无机框图推断题”已经不再考了,取而代之的是与化学工业实际联系紧密的“化学工艺流程题”。 但由于此类试题陌生度高,对学生的能力要求也大,加上有的试题文字量大,学生在没做之前往往就会产生畏惧感,所以这类题的得分不是很理想。 针对这种情况,我在复习这一专题时,要求学生在遇到此类问题时要克服畏惧心理,认真审题,找到该实验的目的。一般来说,流程题只有两个目的:一是从混合物中分离、提纯某一物质;另一目的就是利用某些物质制备另一物质。 一、对于目的为“从混合物中分离、提纯某一物质”的题目,其实就是对混合物的除杂、分离、提纯。当遇到这一类题时,要求学生一定要认真在题目中找出要得到的主要物质是什么,混有的杂质有哪些,认真分析当加入某一试剂后,能与什么物质发生反应,生成了什么产物,要用什么样的方法才能将杂质除去。只有这样才能明白每一步所加试剂或操作的目的。这里特别提一提蒸发与结晶 。蒸发与结晶方法都可以将溶液中的溶质以固体形式析出,具体采用何种方法,主要取决于溶质的溶解度。 有的物质它的溶解度随温度的升高变化比较大,如NH4NO3、KNO3等物质,在蒸发过程中比较难析出来,所以要用冷却法使它结晶。而有的物质它的溶解度随温度的升高变化比较小,如NaCl、KCl等,有少数物质的溶解度随温度的升高而减小,如Ca(OH)2要使它们析出较多固体溶质时,则要用蒸发浓缩的方法。例如NaCl 和KNO3 混合溶液,如果将混合溶液蒸发一段时间,析出的固体主要是NaCl ,母液中是KNO3 和少量NaCl 。如果将混合溶液加热后再降温,则析出的固体主要是KNO3 ,母液中是NaCl 和少量KNO3。如果是除杂,杂质所含的量比较少,一般是让主要物质析出来。如KNO3溶液中含少量NaCl,常用升温冷却结晶法,再经过过滤、洗涤、烘干(不同的物质在烘干时采取的方法不同),就可得到 KNO3固体了。如果NaCl溶液中含少量 KNO3,则用蒸发浓缩结晶法.,这种方法一般要经过趁热过滤才能得到主要物质,主要原因是如果温度下降,杂质也会以晶体的形式析出来。 例1:碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。工业碳酸钠(纯度约98%)中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO42-等杂质,提纯工艺路线如下: 已知碳酸钠的溶解度(S)随温度变化的曲线如下图所示:回答下列问题: (1)滤渣的主要成分为 。 (2)“趁热过滤”的原因是 。 (3)若在实验室进行“趁热过滤”,可采取的措施是 (写出1种)。 (4)若“母液”循环使用,可能出现的问题及其原因是 。 (5)已知:Na2CO3?10H2OsNa2CO3s+10H2Og H1 +532.36 kJ?mol-1Na2CO3?10H2OsNa2CO3?H2Os+9H2Og H2 +473.63 kJ?mol-1写出Na2CO3?H2O脱水反应的热化学方程式 。 分析:从题目中可知,该题中的实验目的是从工业碳酸钠中提纯出碳酸钠,工业碳酸钠中含有的杂质有Mg2+,Fe3+,Ca2+,Cl?和SO42?等,所以该流程的目的就是把这些杂质除去并得到纯净的碳酸钠固体。流程图中加水是使可溶物质溶于水,少量的Ca2+与CO32?生成沉淀CaCO3。加入过量的NaOH溶液,很显然是将Mg2+、Fe3+转化成MgOH2、Fe(OH)3沉淀,再通过过滤的方法除去。但这一步骤对Cl?和SO42?是没什么影响的。所以流程图中出现了一个蒸发浓缩结晶和趁热过滤的操作,这肯定是为了使一个随温度升高溶解度变化不大或减小的物质析出来,通过读图可得出Na2CO3?H2O符合这一条件,这样可以通过趁热过滤除去Cl?、SO42?和一些沉淀不完全的离子。由于Na2CO3?10H20的溶解度随温度的升高变化非常大,如果降温,一定会析出来而影响主要产物,所以要趁热过滤。 答案:1滤渣的主要成分为MgOH2、Fe(OH)3、CaCO3。 2?使析出的晶体为Na2CO3?H2O,防止因温度过低而析出Na2CO3?10H2O晶体,令后续的加热脱水耗时长。 3用已预热的布氏漏斗趁热抽滤。 4溶解时有大量沉淀生成,使Na2CO3损耗且产物Na2CO3混有杂质;原因:“母液”中,含有的离子有Ca2+,Na+,Cl-,SO42-,OH-,CO32-,当多次循环后,使用离子浓度不断增大,溶解时会生成CaSO4,Ca(OH)2,CaCO3等沉淀。 5 Na2CO3?H2O(s) Na2CO3(s) + H2O(g) H +58.73kJ/mol 二、对于目的为“制备某一物质”的流程题,要求学生注意以下几个方面: 1、明确题目的目的是制什么物质,从题干或问题中获取有用信息,了解产品的性质。只有知道了实验目的,才能非常清楚的知道整个流程的意义所在,题目中的信息往往是制备该物质的关键所在。而产物如果具有某些特殊性质(由题目信息获得或根据所学知识判断),则要采取必要的措施来避免在生产过程中产生其它杂质。一般来说主要有如下几种情况: 如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物,则要注意对温度的控制。如:侯德榜制碱中的NaHCO3;还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。 如果产物是一种会水解的盐,且水解产物中有挥发性的酸产生时,则要加相对应的酸来防止水解。如:制备FeCl3、AlCl3、MgCl2、Cu(NO3)2等物质时,要蒸干其溶液得到固体溶质时,都要加相应的酸或在酸性气流中干燥来防止它水解,否则得到的产物分别是Fe2O3 、Al2O3 、MgO、CuO;而像Al2 SO4 3 、NaAlO2 、Na2CO3等盐溶液,虽然也发生水解,但产物中Al OH 3 、H2SO4 、NaHCO3 、NaOH 都不是挥发性物质,在蒸发时,抑制了盐的水解,最后得到的还是溶质本身。 如果产物是一种强的氧化剂或强的还原剂,则要防止它们发生氧化还原的物质,如:含Fe2+、SO32-等离子的物质,则要防止与氧化性强的物质接触。 如果产物是一种易吸收空气中的CO2或水(潮解或发生反应)而变质的物质(如NaOH固体等物质),则要注意防止在制备过程中对CO2或水的除去,也要防止空气中的CO2或水进入装置中。 如果题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息,则要注意对比它们的溶解度随温度升高而改变的情况,根据它们的不同变化,找出合适的分离方法。 2、寻找在制备过程中所需的原料,写出主要的化学反应文程式或制备原理,从中了解流程图。 从近几年的高考题目中会发现,大多数题目都会给出制备物质时所需的原料,但一般会涉及到物质的分离、提纯的操作。所以在明确了实验目的之后,再写出主要的反应方程式,观察有没有副产品,如果有,剩余的步骤就是分离提纯了。 例2:工业制备高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程。 (1)KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒原理与下列物质相同的是_(填代号)。a、84消毒液(NaClO溶液)b、双氧水 c、二氧化硫d、75%酒精 (2)高锰酸钾保存在棕色试剂瓶,下列试剂保存不需要棕色试剂瓶的是_(填代号)。 a、浓硝酸 b、硝酸银c、氯水d、烧碱 (3)上述流程中可以循环使用的物质有 、 (写化学式)。 (4)若不考虑物质循环与制备过程中的损失,则1 mol MnO2可制得 mol KMnO4。 (5)该生产中需要纯净的CO2气体。若实验室要制备纯净的CO2,所需试剂最好选择(选填代号) 。 a、石灰石 b、稀HCl c、稀H2SO4 d、纯碱 (6)操作的名称是 ;操作根据KMnO4和K2CO3两物质在 (填性质)上的差异,采用(填操作步骤)、趁热过滤得到KMnO4粗晶体。 解析:MnO2与KOH混合并在空气中共熔,便可制得墨绿色的锰酸钾熔体: 2MnO2 + 4KOH + O2 2K2MnO4 + 2H2O锰酸钾在酸性或中性的环境下,MnO42-会发生反应,生成MnO4-和MnO2 :3K2MnO4+2CO22KMnO4+MnO2+2K2CO3;过滤除去不溶于水的MnO2,利用溶解度的不同,采取浓缩结晶的方法使KMnO4从溶液中析出而分离出来。 答案:(1)ab(2)d(3)MnO2; KOH(4)2/3(5)cd(6)过滤;溶解度,浓缩结晶。 工艺流程题由于它考察的知识点多,也非常灵活,对学生的审题能力、分析问题、解决问题、文字表达等方面的能力都要求非常高,所以学生得分往往不高,但只要复习时教会学生在平时在做这一类题目时善于归纳、总结,认真审题,善于从题目或问题中获取信息来帮助自己解题,同时要学生在平时的学习中要熟记一些基本的实验操作,如沉淀的洗涤、沉淀是否完全的检验方法、从溶液得到晶体的方法、常见离子的检验方法等,文字表达时一定要做到规范,相信可以突破这个难关。另外在复习这一内容时,也可将流程图进行分解复习,如:将分离提纯列为一个专题,温度、浓度的考察列为一个专题,如何读图、如何寻找题目中的信息为一个专题等等。只有弄清楚了各个步骤之后学生心里就有底了,再遇到这一类题也就不怕了。对于基础不好的学生,也可将流程图具体化,即将流程图中各步反应或操作之后得到了什么物质写出来,这样就可避免答非所问的情况出现。总之,抓住解这类题的一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务。 化工生产流程题解题策略 高考化学中“化工生产流程题”始于“无机框图题”的变革与创新,是“化学是真实的”充分体现。化学工艺流程题.顾名思议,就是将化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图形式表示出来,并根据生产流程中有关的化学知识步步设问,形成与化工生产紧密联系的化工工艺试题。工艺流程题的结构分题头、题干和题尾三部分。题头一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括附产品);题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来;题尾主要是根据生产过程中涉及到的化学知识设制成系列问题,构成一道完整的化学试题。该题型考查的知识涉及元素化合物、实验、原理,侧重考查元素化合物的知识,因为在工业生产过程中,要涉及到很多除杂、检验等方法,其原理就是应用物质的不同物理性质和化学性质。 要求:读懂化工生产流程的生产主线及核心,逐步熟悉化工生产中的一些常用名词,掌握做题技巧。必备知识:一、熟练掌握元素化合物的性质:1、工业生产流程主线与核心 主线:原料?核心化学反应?所需产品。 核心:物质的分离操作、除杂试剂的选择以及反应条件的控制等。2、熟悉工业流程常用名词: 浸出:固体加入水或酸溶解得到离子。 水洗:制备反应中,水洗通常是为了除去水溶性的杂质。 水浸:指与水接触反应或溶解,特别是发生水解反应较容易忽略 : 酸洗:通常指清洁金属表面的一种方法。一般指将制件浸入硫酸等的水溶液,以除去金属表面的氧化物等薄膜。是电镀、搪瓷、轧制等工艺的前处理或中间处理。 浸取:又称固液萃取,用溶剂分离和提取固体混合物中的组分的过程。将固体混合物浸在选定的溶剂中,利用其组分在溶剂中的不同溶解度,使易溶的组分溶解为溶液,即可与固体残渣分离。3、明确结晶的几种方法(工业生产中,往往是从多种溶质或一种溶质的溶液中提取目标固体产物,需要用到结晶)(1)当溶液