孫洪登

化工生產(chǎn)流程題主要考查考生運(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。在近幾年的理綜高考中，此類題目承接了化學(xué)知識(shí)及能力考查的主體之一。對(duì)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力有了很好的體現(xiàn)，特別是在全國(guó)卷的高考中此類題目出現(xiàn)頻度越來(lái)越高。

一、化工生產(chǎn)流程題的立意

化工生產(chǎn)流程題是無(wú)機(jī)化學(xué)綜合應(yīng)用的考查，主要涉及環(huán)境保護(hù)和原料的綜合利用、能量的合理利用，同時(shí)大型的化工生產(chǎn)還要注重的規(guī)模和廠址選擇等方面， 從題目的立意上主要考慮以下幾點(diǎn)：

1.產(chǎn)品的生產(chǎn)原理：考查復(fù)分解反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、水解反應(yīng)等。

2.除去雜質(zhì)及產(chǎn)品的分離提純：考查物質(zhì)分離提純的實(shí)驗(yàn)操作。

3.提高產(chǎn)量與產(chǎn)率（轉(zhuǎn)化率）：考查化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡。

4.減少污染：考查綠色化學(xué)生產(chǎn)。

5.原料的來(lái)源：考查物質(zhì)的來(lái)源和成本問(wèn)題。

6.工業(yè)生產(chǎn)：考查生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)工業(yè)等。

要準(zhǔn)確、順利地解答無(wú)機(jī)化工生產(chǎn)流程題，除了要掌握物質(zhì)的性質(zhì)、物質(zhì)之間相互作用的基本知識(shí)以及除雜、分離、提純物質(zhì)的基本技能外，還要具備分析工業(yè)生產(chǎn)流程的能力。

二、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)流程題的轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)

化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)主要解決的問(wèn)題就是流程轉(zhuǎn)化問(wèn)題（框圖關(guān)系或文字表述），主要從六方面設(shè)計(jì)問(wèn)題：一是將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的化學(xué)生產(chǎn)原理；二是產(chǎn)品的分離提純；三是要考慮節(jié)約成本并提高產(chǎn)量與產(chǎn)率；四是環(huán)保問(wèn)題，減少污染，在“綠色化學(xué)”的基礎(chǔ)上進(jìn)行生產(chǎn)；五是考慮原料的來(lái)源要豐富，有利于成本問(wèn)題；六是生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)易和優(yōu)化，生產(chǎn)工業(yè)簡(jiǎn)便可行等工業(yè)生產(chǎn)問(wèn)題?；瘜W(xué)工業(yè)生產(chǎn)流程題主要圍繞這六個(gè)方面設(shè)問(wèn)求解。要順利準(zhǔn)確、解答化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)流程題，就必須要掌握物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)之間相互作用的基本知識(shí)外，還要注意除雜、分離提純物質(zhì)的基本技能等，最后關(guān)鍵的問(wèn)題是要具備分析工業(yè)生產(chǎn)流程的方法和能力。

三、解決化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)流程題的策略方法

1.抓首尾，看中間

從原料到產(chǎn)品為一條龍的生產(chǎn)工序類試題，解題關(guān)鍵是認(rèn)真對(duì)比分析原料與產(chǎn)品的組成，從中得出將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和除去原料中所含雜質(zhì)的基本原理和所用的生產(chǎn)工業(yè)。

2.用交叉，看分流

有些化工生產(chǎn)選用多組原料，解題關(guān)鍵在于找準(zhǔn)中間產(chǎn)品和相互交叉的流水生產(chǎn)線，在分析過(guò)程中，抓住中間產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)作用，逐一破解。

3.明目的，讀流程

化工生產(chǎn)流程綜合題目一般是有關(guān)物質(zhì)的制備，解題時(shí)，首先明確是制取什么物質(zhì)，從題干或問(wèn)題中獲取有用信息，了解產(chǎn)品的性質(zhì)，然后將基本概念和反應(yīng)原理與元素及其化合物知識(shí)相結(jié)合，從質(zhì)量守恒的角度分析未知物質(zhì)，尋找解題的突破口。箭頭進(jìn)入的是投料（反應(yīng)物），箭頭出來(lái)的是生成物。

4.看控制，找分離

物質(zhì)制備工業(yè)都涉及物質(zhì)的分離提純，注意制備過(guò)程中所需的原料、條件的控制（如溶液pH與沉淀、溶度積常數(shù)與沉淀等）以及物質(zhì)分離方法的選擇（如過(guò)濾、萃取分液、蒸餾等），盡可能寫(xiě)出主要的化學(xué)反應(yīng)方程式或制備原理。若出現(xiàn)工業(yè)評(píng)價(jià)問(wèn)題，從成本、環(huán)保、現(xiàn)實(shí)等角度考慮分析即可。

四、典型例題剖析

例題1污染物的有效去除和資源的充分利用是化學(xué)造福人類的重要研究課題。某研究小組利用軟錳礦（主要成分為MnO2，另含有少量鐵、鋁、銅、鎳等金屬化合物）作脫硫劑，通過(guò)圖1所示流程既脫除燃煤尾氣中的SO2，又制得電池材料MnO2（反應(yīng)條件已省略）。

圖1

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）流程中多次涉及到過(guò)濾操作，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過(guò)濾操作時(shí)需要用到的硅酸鹽材質(zhì)的儀器有玻璃棒、、；其中玻璃棒的作用是。

（2）用MnCO3能除去溶液中的Al3+和Fe3+，其原理是。

（3）已知Ksp（CuS）=8.4×10-45，Ksp（NiS）=1.4×10-24；在除銅鎳的過(guò)程中，當(dāng)Ni2+恰好完全沉淀時(shí)＼[此時(shí)溶液中c（Ni2+）=1.0×10-5mol·L-1＼]，溶液中Cu2+的濃度是

mol·L-1。

（4）工業(yè)上采用電解K2MnO4水溶液的方法來(lái)生產(chǎn)KMnO4，其中惰性電極作陽(yáng)極，鐵作陰極，請(qǐng)寫(xiě)出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式。

（5）下列各組試劑中，能準(zhǔn)確測(cè)定一定體積燃煤尾氣中SO2含量的是（填編號(hào)）。

a.NaOH溶液、酚酞試液

b.稀H2SO4酸化的KMnO4溶液

c.碘水、淀粉溶液

d.氨水、酚酞試液

（6）除雜后得到的MnSO4溶液可以通過(guò)（填操作名稱）制得硫酸錳晶體（MnSO4·H2O，相對(duì)分子質(zhì)量為169）。已知廢氣中SO2濃度為

8.4 g·m-3，軟錳礦漿對(duì)SO2的吸收率可達(dá)90%，則處理1000 m3燃煤尾氣，可得硫酸錳晶體質(zhì)量為kg（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

試題分析

（1）過(guò)濾操作需要燒杯、漏斗、玻璃棒，這三種儀器都是硅酸鹽材質(zhì)的，其中玻璃棒的作用是引流，防止液體飛濺。

（2）Al3+和Fe3+均可以水解：

Al3++3H2OAl（OH）3+3H+

Fe3++3H2OFe（OH）3+3H+

能與H+反應(yīng)使溶液的酸性減弱，從而使平衡正向移動(dòng)，生成氫氧化物沉淀而除去。

（3）當(dāng)溶液中 c（Ni2+）=1.0×10-5mol·L-1時(shí)，根據(jù) Ksp（NiS）=1.4×10-24

可求得c（S2—）= 1.4×10-19 mol·L-1

在由Ksp（CuS）=8.4×10-45，可求得

c（Cu2+）=6.0×10-26 mol·L-1

（4）電解池中陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，元素的化合價(jià)升高，根據(jù)生產(chǎn)目的，應(yīng)使 MnO2-4放電生成MnO-4，電極反應(yīng)式為 MnO2-4-e-MnO-4。

（5）a.SO2被NaOH溶液吸收，可能生成Na2SO3、NaHSO3，或二者的混合物，即使使用酚酞作指示劑

也不能準(zhǔn)確判斷或控制產(chǎn)物的組成，所以不能確定 SO2與NaOH的物質(zhì)的量的關(guān)系，因而不能計(jì)算

SO2的含量；

b. SO2與酸性溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)物固定，即 SO2與高錳酸鉀存在

確定的物物質(zhì)的量的關(guān)系，且反應(yīng)終點(diǎn)現(xiàn)象明顯，可以準(zhǔn)確計(jì)算SO2的含量；

c.SO2與I2有確定的

反應(yīng)： SO2+I2+H2O2HI+H2SO4，淀粉可以顯示反應(yīng)終點(diǎn)，現(xiàn)象明顯，所以能準(zhǔn)確計(jì)算SO2的

含量；

d.氨水是弱溶液，與SO2反應(yīng)的產(chǎn)物可能是亞硫酸銨、亞硫酸氫銨或二者的混合物。

產(chǎn)物不固定，所以不能準(zhǔn)確計(jì)算二氧化流的合量。答案選bc。

（6）要使 MnSO4從溶液中析出晶體，可采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶的方法，過(guò)濾即得硫酸錳晶體；1000 m3燃煤尾氣中n（SO2）=1000m3×8.4 g·m-364 g×mol-1=131.25 mol

SO2的吸收率是 90%，根據(jù)S元素守恒，則可得到硫酸錳晶體的質(zhì)量是131.25 mol×90%×169 g·mol-1≈20.0 kg。

答案：（1）燒杯、漏斗；引流，防止液體濺出

（2）消耗溶液中的酸，促進(jìn) Al3+和Fe3+水解生成氫氧化物沉淀

（3）6.0×10-26

（4）MnO2-4-e-MnO-4

（5）bc

（6）蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾20.0

（收稿日期：2017-01-10）endprint