張盛

新課改以來的高考試題非常重視與生產(chǎn)、生活的密切聯(lián)系，充分體現(xiàn)化學是有用的.其中與化工生產(chǎn)實際相聯(lián)系的元素化合物流程題（化學工藝流程題）已逐漸成為近年來高考試題的新亮點.

1.題型特點

化學工藝流程題命題背景源于教材中的化學工業(yè)知識、實際化工物質(zhì)生產(chǎn)流程和最新的科技及環(huán)境保護等知識素材，注重考查學生化學實驗基本操作能力、綜合運用知識（包括化學反應原理、元素化合物）解決實際問題的能力和獲取信息及加工信息的能力，具有信息量大、情境陌生、選材新穎、綜合性強等特點.

它取代了傳統(tǒng)的框圖題考查元素化合物轉(zhuǎn)化的形式，更貼近生產(chǎn)生活和科學研究實際，能節(jié)省大量文字去說明反應和操作步驟，清晰地表示出生產(chǎn)過程的相關步驟及其反應物的來源和生成物的去向.有利于學生迅速有效地掌握試題的相關信息.

試題通常在題干中給出化工生產(chǎn)流程圖（有時增加圖表數(shù)據(jù)信息），以填空題的形式呈現(xiàn)，考查內(nèi)容涉及工業(yè)技術、實驗技術、元素及化合物知識及基本反應規(guī)律、化學反應原理、反應條件的控制（溫度、pH、投料比）、能量、綠色化工等多個方面.

流程圖中箭頭進入的是反應物（投料），箭頭出去的是生成物（產(chǎn)物、副產(chǎn)物），返回的箭頭一般是“循環(huán)利用”的物質(zhì).

化學工藝流程題根據(jù)生產(chǎn)流程一般可分為四個階段：初始階段——原材料混合溶解反應階段；中間階段——除去雜質(zhì)階段；最后階段——產(chǎn)品分離提純階段；后續(xù)階段——產(chǎn)品分析階段等.各階段設置的常見問題見圖1.

除此以外的10種非金屬元素都存在數(shù)目不等同素異形體.在金屬元素中已發(fā)現(xiàn)的存在同素異形體的有Sn和Pb，這兩種元素處在周期表對角線附近，具有表現(xiàn)金屬性和表現(xiàn)非金屬性的兩種同素異形體，正是金屬與非金屬相互過渡的例證.絕大多數(shù)金屬都以金屬鍵形成密堆的金屬晶體，不存在同素異形體.

2.同素異形體的構(gòu)成

同種元素可形成多種單質(zhì)，其原因是原子間能以多種方式相結(jié)合，根據(jù)原子的結(jié)合方式，可把同素異形體的構(gòu)成分為3種情況.

⑴分子構(gòu)成不同，最常見的是O2和O3，N2和新制得的固態(tài)的N5、C60和C720等，C60是由60個碳原子構(gòu)成的足球狀分子，C720則是更大的橢圓球狀分子，目前C60的衍生物C60H60、C60F60都已制得.我們知道，在有機化學里苯及其衍生物自成一家，被稱為芳香族化合物，那么C60的衍生物是否也能組成一個新的“大家族”呢？相信這些新的衍生物會使物質(zhì)世界更加豐富多彩.

⑵晶體類型不同

碳有多種同素異形體，金剛石是原子晶體，C60是分子晶體，石墨等都屬于過渡型晶體；白磷是分子晶體，紅磷是鏈狀的，黑磷是層狀的，都屬于過渡性晶體；灰錫是原子晶體，白錫是金屬晶體.

⑶晶格類型不同

硫也有多種同素異形體，其中主要是菱形硫和單斜硫，這兩種單質(zhì)都是由S8分子構(gòu)成，但在晶體中分子的排列方式不同，所以宏觀上前者的晶體接近菱形，后者的則呈柱狀，它們的性質(zhì)也略有差異.

通過以上分析可以看出，當元素的價電子數(shù)較多時，同一元素可形成不同分子，不同晶型或不同晶格的同素異形體.

三、同位素和同素異形體的比較

同位素和同素異形體是兩個不同范疇的概念，二者區(qū)別在于：

1.同位素是同種元素的不同核素；同素異形體是同一元素的不同單質(zhì).前者針對核素，后者則指向單質(zhì).

2.同位素化學性質(zhì)基本相同，同素異形體的物理性質(zhì)明顯不同.

3.同位素和同素異形體的存在原因，從原子結(jié)構(gòu)的不同層面上看，出現(xiàn)多種同位素的原因是原子核內(nèi)中子數(shù)不同，而產(chǎn)生同素異形體的原因是核外電子的成鍵方式不同.

4.利用化學反應無法證實同位素的存在，也不能實現(xiàn)同位素間的轉(zhuǎn)化；而通過化學實驗可以識別同素異形體，也可以實現(xiàn)同素異形體之間的轉(zhuǎn)化.

四、H2和D2是否屬于同素異形體

H2和D2都是雙原子分子，分子中化學鍵類型相同，鍵長、鍵能相同，不具備構(gòu)成同素異形體的條件，不屬于同素異形體.對同素異形現(xiàn)象的研究先于同位素的發(fā)現(xiàn)，所以同素異形體的概念建立在元素概念的基礎上，并未考慮同位素的存在.換句話說，同位素的存在對同素異形體的確認沒有影響.

在化學上H2和D2，H2O和D2O都可稱為同位素分子.2.解題策略

要解好這一類題，首先要盡量弄懂流程圖，把握文字材料和方框中有效信息，明確各步的反應原理和操作目的.善于利用題給信息和運用化學原理思考以下問題：①生產(chǎn)過程的目的、作用，設計的原理；②化學反應條件控制的原理；③實驗基本操作（物質(zhì)的分離操作、除雜試劑的選擇、生產(chǎn)條件的控制等）；④資源的回收和利用；⑤綠色化學原理與環(huán)境保護等.

帶著問題精心研究工藝流程的目的和過程，明確所需解答的問題，不糾纏于無關步驟，作答時要注意化學用語（化學式、化學方程式、離子方程式）的準確表達，文字表達要精準、到位.

3.構(gòu)建模型

注意積累各類操作的固定答題模式，注重提升表達能力.工藝流程題主要涉及到以下一些?？紗栴}：

（1）初始階段，常設置采取的一些措施的原因或目的，例如加熱的原因、通入水蒸氣的目的、酸浸等.答題時可從加快反應速度和使反應充分進行、防止副反應的發(fā)生等角度回答.

例如：控制溫度的目的（原因）：防止反應速度太快；防止某些物質(zhì)分解、揮發(fā)；使某些反應能充分進行；

（2）中間階段——雜質(zhì)除去階段，一般采用將雜質(zhì)逐一除去的考查方式.除雜時常采用的方法有調(diào)節(jié)pH、促進水解，加入某種試劑等，答題時從含有的雜質(zhì)有哪些？結(jié)合題給信息與所掌握的元素化合物等相關知識，將這些雜質(zhì)除去.

例如：調(diào)節(jié)pH的目的：使某些離子完全水解以沉淀的形式除去；防止某些離子水解；防止發(fā)生某些反應；

常見離子的檢驗（如沉淀是否洗凈、離子的鑒定）答題模型：取少量（上層清液、最后一次洗滌液、濾液）溶液于一試管中，加入（檢驗的試劑，如BaCl2、AgNO3等）溶液，出現(xiàn)（或不出現(xiàn)）（現(xiàn)象如白色沉淀、血紅色等），則含有（不含有、洗凈）（結(jié)論）.

重點關注：Cl-、SO2-4、Fe3+、NH+4離子的鑒定

（3）最后階段——產(chǎn)品分離提純階段，得到產(chǎn)品的一般步驟：反應得到含產(chǎn)物的溶液→濃縮→結(jié)晶→過濾→洗滌→干燥.主要考查蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾（或趁熱過濾）、洗滌、干燥等基本實驗操作及相關問題.描述時還應注意采取的適當條件，如濃縮時是否應加入某物質(zhì)抑制水解；描述過程“加熱濃縮、冷卻結(jié)晶”還是采用“加熱濃縮、趁熱過濾”；洗滌時為“水洗、熱水洗還是乙醇洗”等.乙醇洗滌的作用可從以下三個方面考慮：除去雜質(zhì)、降低溶解度、便于干燥等.

回答原因（目的）時也可用比較的方法，如真空干燥的目的與空氣比較后可得防止空氣中有關成分對產(chǎn)品的影響.

（4）后續(xù)階段——產(chǎn)品分析，主要為氧化還原反應的配平、滴定終點的判斷、計算等.

另外還有一些工藝的評價問題，回答主要從環(huán)境保護、資源利用、原料的利用率、產(chǎn)品的產(chǎn)率等角度.

4.典例分析

例1（2009年江蘇卷第16題、2010年起江蘇《考試說明》典型示例部分試題）

以氯化鉀和鈦白廠的副產(chǎn)品硫酸亞鐵為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高.其主要流程如下：

（1）反應Ⅰ需控制反應溫度低于35℃，其目的是.

（2）工業(yè)生產(chǎn)上常在反應Ⅲ的過程中加入一定量的醇類溶劑，其目的是.

解析從流程圖可以看出反應Ⅰ處于流程的初始階段，該階段采取的措施主要是為了提高原料的利用率，防止副反應的發(fā)生.此處應該為了提高FeSO4的利用率，故NH4HCO3過量.根據(jù)答題模型：控制反應溫度“低于35℃”可從比較的方式回答，即溫度高會出現(xiàn)什么情況？顯而易見溫度高可導致NH4HCO3分解、Fe2+的水解程度變大，分析到此答案自會瓜熟蒂落了.

反應Ⅲ處于流程圖的核心階段，該階段采取的措施主要是為了多得產(chǎn)品.此處產(chǎn)品為K2SO4.根據(jù)答題模型：加入一定量的醇類溶劑的目的是降低K2SO4的溶解度，使其利于析出.

參考答案：

（1）防止NH4HCO3分解（或減少Fe2+的水解）

（2）降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出.

常見離子的檢驗（如沉淀是否洗凈、離子的鑒定）答題模型：取少量（上層清液、最后一次洗滌液、濾液）溶液于一試管中，加入（檢驗的試劑，如BaCl2、AgNO3等）溶液，出現(xiàn)（或不出現(xiàn)）（現(xiàn)象如白色沉淀、血紅色等），則含有（不含有、洗凈）（結(jié)論）.

重點關注：Cl-、SO2-4、Fe3+、NH+4離子的鑒定

（3）最后階段——產(chǎn)品分離提純階段，得到產(chǎn)品的一般步驟：反應得到含產(chǎn)物的溶液→濃縮→結(jié)晶→過濾→洗滌→干燥.主要考查蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾（或趁熱過濾）、洗滌、干燥等基本實驗操作及相關問題.描述時還應注意采取的適當條件，如濃縮時是否應加入某物質(zhì)抑制水解；描述過程“加熱濃縮、冷卻結(jié)晶”還是采用“加熱濃縮、趁熱過濾”；洗滌時為“水洗、熱水洗還是乙醇洗”等.乙醇洗滌的作用可從以下三個方面考慮：除去雜質(zhì)、降低溶解度、便于干燥等.

回答原因（目的）時也可用比較的方法，如真空干燥的目的與空氣比較后可得防止空氣中有關成分對產(chǎn)品的影響.

（4）后續(xù)階段——產(chǎn)品分析，主要為氧化還原反應的配平、滴定終點的判斷、計算等.

另外還有一些工藝的評價問題，回答主要從環(huán)境保護、資源利用、原料的利用率、產(chǎn)品的產(chǎn)率等角度.

4.典例分析

例1（2009年江蘇卷第16題、2010年起江蘇《考試說明》典型示例部分試題）

以氯化鉀和鈦白廠的副產(chǎn)品硫酸亞鐵為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高.其主要流程如下：

（1）反應Ⅰ需控制反應溫度低于35℃，其目的是.

（2）工業(yè)生產(chǎn)上常在反應Ⅲ的過程中加入一定量的醇類溶劑，其目的是.

解析從流程圖可以看出反應Ⅰ處于流程的初始階段，該階段采取的措施主要是為了提高原料的利用率，防止副反應的發(fā)生.此處應該為了提高FeSO4的利用率，故NH4HCO3過量.根據(jù)答題模型：控制反應溫度“低于35℃”可從比較的方式回答，即溫度高會出現(xiàn)什么情況？顯而易見溫度高可導致NH4HCO3分解、Fe2+的水解程度變大，分析到此答案自會瓜熟蒂落了.

反應Ⅲ處于流程圖的核心階段，該階段采取的措施主要是為了多得產(chǎn)品.此處產(chǎn)品為K2SO4.根據(jù)答題模型：加入一定量的醇類溶劑的目的是降低K2SO4的溶解度，使其利于析出.

參考答案：

（1）防止NH4HCO3分解（或減少Fe2+的水解）

（2）降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出.

常見離子的檢驗（如沉淀是否洗凈、離子的鑒定）答題模型：取少量（上層清液、最后一次洗滌液、濾液）溶液于一試管中，加入（檢驗的試劑，如BaCl2、AgNO3等）溶液，出現(xiàn)（或不出現(xiàn)）（現(xiàn)象如白色沉淀、血紅色等），則含有（不含有、洗凈）（結(jié)論）.

重點關注：Cl-、SO2-4、Fe3+、NH+4離子的鑒定

（3）最后階段——產(chǎn)品分離提純階段，得到產(chǎn)品的一般步驟：反應得到含產(chǎn)物的溶液→濃縮→結(jié)晶→過濾→洗滌→干燥.主要考查蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾（或趁熱過濾）、洗滌、干燥等基本實驗操作及相關問題.描述時還應注意采取的適當條件，如濃縮時是否應加入某物質(zhì)抑制水解；描述過程“加熱濃縮、冷卻結(jié)晶”還是采用“加熱濃縮、趁熱過濾”；洗滌時為“水洗、熱水洗還是乙醇洗”等.乙醇洗滌的作用可從以下三個方面考慮：除去雜質(zhì)、降低溶解度、便于干燥等.

回答原因（目的）時也可用比較的方法，如真空干燥的目的與空氣比較后可得防止空氣中有關成分對產(chǎn)品的影響.

（4）后續(xù)階段——產(chǎn)品分析，主要為氧化還原反應的配平、滴定終點的判斷、計算等.

另外還有一些工藝的評價問題，回答主要從環(huán)境保護、資源利用、原料的利用率、產(chǎn)品的產(chǎn)率等角度.

4.典例分析

例1（2009年江蘇卷第16題、2010年起江蘇《考試說明》典型示例部分試題）

以氯化鉀和鈦白廠的副產(chǎn)品硫酸亞鐵為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高.其主要流程如下：

（1）反應Ⅰ需控制反應溫度低于35℃，其目的是.

（2）工業(yè)生產(chǎn)上常在反應Ⅲ的過程中加入一定量的醇類溶劑，其目的是.

解析從流程圖可以看出反應Ⅰ處于流程的初始階段，該階段采取的措施主要是為了提高原料的利用率，防止副反應的發(fā)生.此處應該為了提高FeSO4的利用率，故NH4HCO3過量.根據(jù)答題模型：控制反應溫度“低于35℃”可從比較的方式回答，即溫度高會出現(xiàn)什么情況？顯而易見溫度高可導致NH4HCO3分解、Fe2+的水解程度變大，分析到此答案自會瓜熟蒂落了.

反應Ⅲ處于流程圖的核心階段，該階段采取的措施主要是為了多得產(chǎn)品.此處產(chǎn)品為K2SO4.根據(jù)答題模型：加入一定量的醇類溶劑的目的是降低K2SO4的溶解度，使其利于析出.

參考答案：

（1）防止NH4HCO3分解（或減少Fe2+的水解）

（2）降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出.