高考化学工艺流程题揭秘：无机化工生产

高考化学工艺流程题揭秘：无机化工生产

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来源

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https://www.sohu.com/a/764854403_121635155

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https://finance.sina.com.cn/tjhz/2025-02-03/doc-ineiemnh7286128.shtml

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高考化学工艺流程题是考查考生运用化学反应原理解决实际问题的重要环节。通过了解无机化工生产流程中的每一步骤，从原料预处理到最终产品的获得，掌握各步骤的关键点，如灼烧、酸浸、控制pH值等，可以帮助学生更好地应对考试并提高解题能力。这些知识点不仅在考试中有重要作用，在实际工业生产中也至关重要。

工艺流程题通常以化工生产为背景，用框图的形式表述生产流程，是化学与生活、社会、生产联系的重要体现。该类题目的考查通常结合有关实验，因此除需掌握工业流程题目解题方法外，还应对化学实验有大概的认识。

题目构成特点

1. 内容来源：真实的工业生产过程，内容丰富，提问灵活。
2. 题目结构：分题头、题干和题尾三部分。
   • 题头一般是介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的（包括获得副产品）；
   • 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的化学知识设置系列问题。
3. 呈现形式：流程图、表格、图像。
4. 设问方式：措施、成分、物质、原因。
5. 能力考查：获取信息的能力、分解问题的能力、表达能力。
6. 知识落点：基本理论、元素化合物、实验。

解题步骤

1. 审题：仔细阅读题头，明确生产目的和原料特点；分析流程图，理解每一步的操作和变化；关注题尾的具体问题，明确考查重点。

2. 信息获取：从题干中提取关键信息，如反应条件、操作目的、物质转化等。注意图表中的数据信息，它们往往包含重要线索。

3. 知识链接：将题目信息与所学化学知识相结合，特别是元素化合物性质、化学反应原理、实验操作等。

4. 问题分解：将复杂问题分解为若干小问题，逐个击破。注意问题间的逻辑关系，有时后一个问题的解答需要前一个问题的结果。

5. 规范作答：答案要准确、简洁，注意化学用语的规范性。对于原因解释类问题，要条理清晰，逻辑严谨。

无机化工生产流程通常分为三个主要阶段：原料预处理、分离提纯和获得产品。每个阶段都有其特定的操作和目的。

原料预处理阶段

1. 浸出：即浸取、溶解。在化工生产题中，矿物原料“浸出”的任务是选择适当的溶剂，使矿物原料中有用组分或有害杂质选择性地溶解，可溶性的物质溶解或通过反应进入溶液，达到有用组分与有害杂质或与脉石组分相分离的目的。

   • 水浸：与水接触反应或溶解，为了分离水溶性和非水溶性的物质。
   • 酸浸：为了溶解金属、金属氧化物、调节pH促进某离子的水解而转化为沉淀等。通常用酸溶，如用硫酸、盐酸、浓硫酸等，与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。
   • 碱浸：是为了去除油污、溶解酸性氧化物、溶解铝及其化合物、调节pH等。
   • 醇浸：为了提取有机物。

2. 提高浸出率：可以从反应物接触面积、接触机会、温度、反应物的浓度、溶剂性质等方面思考，适当延长浸出时间、多次浸取等也有助于提高浸出率。

3. 研磨、粉碎、喷洒：减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积和接触机会，加快反应速率，以提高原料转化率、利用率、浸出率的目的。

4. 灼烧（煅烧、焙烧）：在高温下使固体原料分解、反应或改变结构和组成，使一些物质能溶解；并使一些杂质在高温下氧化、分解，如碳酸钙分解，煅烧高岭土改变其结构。

分离提纯阶段

1. 本质：对混合物的除杂、分离、提纯。首先，找出要得到的主要物质是什么，混有哪些杂质；然后，认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成什么产物；最后，思考用什么方法才能将杂质除去。

2. 除杂

   • 氧化阶段：如用氧化剂将Fe2+氧化成Fe3+、Cr3+氧化成CrO42－以便后期处理。
   • 试剂除杂：加入某种试剂，使杂质离子变为沉淀除去。
   • 萃取：用一种溶剂将物质从另一种溶剂中提取出来。如利用溴和碘单质易溶于有机溶剂，从海水中提取溴和碘单质。

3. 控制反应条件

   • 控制体系的环境氛围：如蒸发或结晶时，加入相应的酸或碱以抑制某些盐的水解；
   • 营造还原性氛围：防止还原性物质被氧化。如加入铁粉防止Fe2+被氧化；
   • 加入氧化剂：氧化某物质，转化为易于被除去（沉淀）的离子。如加入绿色氧化剂H2O2将Fe2+氧化转化为Fe3+。
   • pH值的控制：控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节PH的物质应该满足的条件：能与H＋反应，使溶液pH值增大；方法：加入能消耗H+的物质且不引入新的杂质。

4. 控制温度

   • 加热：加速溶解、加快反应速率或促进平衡向某个方向移动(如促进水解生成沉淀)。如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。
   • 降温：防止某物质在高温时溶解或分解，使化学平衡朝着题目要求的方向移动。
   • 煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离；除去溶解在溶液中的气体，如氧气。

获得产品阶段

1. 洗涤

   • 洗涤剂选择（如冰水洗、乙醇洗等）；冰水洗涤：洗去晶体表面的杂质离子，减少洗涤过程中的溶解损耗；有机物（如用乙醇）洗涤：洗去表面的杂质离子，降低晶体的溶解损耗，且易于干燥。
   • 目的是洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的损耗；
   • 判断沉淀（晶体）是否洗涤干净的方法：检验沉淀（晶体）组成之外的离子的存在。

2. 结晶：固体物质从溶液中析出的过程。（蒸发溶剂、冷却热饱和溶液、浓缩蒸发）

以2023年全国甲卷化学工艺流程题为例，题目如下：

题目分析：

1. 题头分析：以黄铜矿（主要成分为CuFeS2）为原料，通过一系列物理和化学过程制备铜和硫酸。

2. 流程解读：

   • 步骤1：黄铜矿与空气在高温下反应，生成Cu2S、Fe2O3和SO2。这是一个氧化还原反应，其中CuFeS2中的硫被氧化，铜和铁的氧化态发生变化。
   • 步骤2：将步骤1的产物进行水浸，Fe2O3与水反应生成Fe(OH)3，Cu2S不溶于水。
   • 步骤3：过滤得到的滤渣为Cu2S，滤液为Fe(OH)3溶液。
   • 步骤4：滤渣Cu2S在高温下与氧气反应生成Cu和SO2。
   • 步骤5：最后通过电解熔融的Cu2S得到铜。

3. 问题解答：

   • 第（1）题：考查化学方程式的书写，需要写出黄铜矿与氧气反应的化学方程式。
   • 第（2）题：考查浸出率的影响因素，需要从反应物接触面积、温度、反应物浓度等方面分析。
   • 第（3）题：考查过滤操作的目的，需要说明过滤得到的滤渣和滤液的成分。
   • 第（4）题：考查电解过程，需要说明电解Cu2S的电极反应和总反应。

通过这个例题，我们可以看到工艺流程题的解题关键在于：

1. 理解每一步操作的化学原理
2. 掌握物质转化的路径
3. 注意条件控制的作用
4. 规范书写化学用语

掌握高考化学工艺流程题的关键在于理解原理和多做练习。通过熟悉各类操作的原理和应用，结合具体的题目训练，可以有效提高解题能力。同时，要注意化学用语的规范性，确保答案的准确性和条理性。希望同学们在备考中能够勤加练习，熟练掌握这类题目的解法，为高考取得好成绩打下坚实的基础。