化学工艺流程题题型分析与解答技巧
化学工艺流程题题型分析与解答技巧
化学工艺流程题是近年来高考化学中的重要题型，主要考查学生对化学知识的综合运用能力和解决实际问题的能力。本文将从化学工艺流程题的结构、特点、分类以及解题技巧等方面进行详细分析，帮助考生更好地掌握这一题型。
一、化学工艺流程题的结构、特点和作用
化学工艺流程题，顾名思义，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学工艺试题。
1. 化学工艺流程题的结构
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的化学知识设置成系列问题，构成一道完整的化学试题。
2. 化学工艺流程题的特点与作用
其特点与作用有三个方面：
- 一是试题源于生产实际，以解决化学实际问题作思路进行设问，使问题情境真实，能培养学生理论联系实际，学以致用的学习观；
- 二是试题内容丰富，涉及的化学基础知识方方面面，能考查学生化学双基知识的掌握情况和应用双基知识解决化工生产中有关问题的迁移推理能力；
- 三是试题新颖，一般较长，阅读量大，能考查学生的阅读能力和对资料的收集处理能力。
3. 化学工艺流程题的分类
- 从主要化学工艺来分，可以分为基础化学工艺题和精细化学工艺题；
- 以生产过程中主要工序来分，可分为除杂提纯工艺流程题（如海水纯化工艺流程题）、原材料转化工艺流程题、电解工艺流程题、有机合成题和资源能源综合利用工艺生产流程题等；
- 按资源的不同，可将工艺流程题分为：
- 利用空气资源生产的工艺流程题（如合成氨工艺流程题）；
- 利用水资源生产的工艺流程题（如海水制盐、氯碱工业、海水提溴碘、海水提镁等）；
- 利用矿产资源生产的工艺流程题（如工业制硫酸、冶炼钢铁等）；
- 利用化石燃料生产的工艺流程题（如有机合成工艺题）等。
4. 化学工艺流程题解决的问题
化学工艺流程一般可划分为前期的原料预处理、中期的核心反应和后期的产品分离提纯三个阶段，整个流程都需要控制反应条件为获取产品服务。
- 将原料转化为产品的生产原理问题；
- 除杂、分离和提纯产品等问题；
- 提高产量和效率问题；
- 节能减排，“绿色化学”，循环利用等生产问题；
- 生产设备、流程和生产成本等工艺问题。
二、化学工业流程题常见考点
1. 常见考点
- 生产的目的、设计的原理、生产流程的作用等；
- 化学反应条件控制的原理；
- 实验基本操作；
- 资源的回收和利用；提高原料的利用率，降低生产成本；
- “绿色化学”生产、环境保护等。尾气处理、废渣废液处理，防止环境污染。
化工流程题一般就围绕这几个方面设问求解，我们需要运用有关物质的性质和物质间相互作用的基本知识，还要掌握一些分离提纯物质的基本实验技能，关键是还要具有分析生产工艺流程的方法和能力。
2. 考点分析
无机化工题实际上是考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决工业生产中实际问题的能力。解此类型题目的基本步骤是：
- 从题干中获取有用信息，了解生产的产品
- 分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：
- 反应物是什么；
- 发生了什么反应；
- 该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。
- 抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。
- 从问题中获取信息，帮助解题。
- 分析流程图的规律是：主线主产品，分支副产品，回头为循环。了解流程后着手答题。
- 对反应条件的分析可从以下几个方面着手：
- 对反应速率有何影响？
- 对平衡转化率有何影响？
- 对综合生产效益有何影响？如原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护（从绿色化学方面作答）。
三、化学工艺流程题的解答
化学工艺生产主要解决的矛盾，归纳起来主要有六方面问题：
- 解决将原料转化为产品的生产原理；
- 除去所有杂质并分离提纯产品；
- 提高产量与产率；
- 减少污染，考虑“绿色化学”生产；
- 原料的来源既要考虑丰富，还要考虑成本问题；
- 生产设备简单，生产工艺简便可行等工艺生产问题。
化学工艺流程题，一般也就围绕这六个方面设问求解。
1. 答题规律
- 增大原料浸出率（离子在溶液中的含量多少）的措施：搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速（浓度、压强），增大气液或固液接触面积。
- 加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向（一般是有利于生成物生成的方向）移动。
- 温度不高于XX℃的原因：适当加快反应速率,但温度过高会造成挥发（如浓硝酸）；分解（如H2O2、NH4HCO3）；氧化(如Na2SO3)；促进水解（如AlCl3）等，影响产品的生成，造成浪费。
- 从滤液中提取一般晶体（溶解度随温度升高而增大的晶体）的方法：蒸发浓缩（至有晶膜出现）、冷却结晶、过滤、洗涤（冰水洗、热水洗、乙醇洗）、干燥。
- 从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：蒸发浓缩、趁热过滤(如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来)、洗涤、干燥。
- 溶液配制、灼烧、蒸发、过滤用到的仪器：“仪器”可以换另一种方式来考察，如：玻璃仪器、可以直接在火焰上加热的仪器等。
- 控制某反应的pH值：使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀（调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱，以避免引入新的杂质；pH分离时的范围确定、范围过小的后果（导致某离子沉淀不完全）或过大的后果（导致主要离子开始沉淀）。
- 减压蒸馏（减压蒸发）的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止（如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3）受热分解、挥发。
- 检验溶液中离子是否沉淀完全的方法：将溶液静置一段时间后，向上层清液中滴入对应的沉淀剂（必要时先加酸酸化排除其他离子的干扰），若无沉淀生成，则离子沉淀完全（写出详细的操作、现象、结论）。
- 洗涤沉淀：沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2-3次。
- 检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若……，则沉淀洗涤干净（写出详细的操作、现象、结论）。
- 洗涤的目的：除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。
- 冰水洗涤的目的：洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗。
- 乙醇洗涤的目的：降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较干燥的产物。
- 蒸发、反应时的气体氛围：抑制某离子的水解，如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在HCl气流中进行。
- 事先煮沸溶液的原因：除去溶解在溶液中的（如氧气）防止某物质被氧化。
- 控制PH可以抑制或促进物质的水解。
2. 答题技巧
这类试题起点高、落点低，试题多以化工生产、能源、材料、环境等生产、生活方面的常见化学事物为背景，要求明确，设问层次清晰，试题以无机或有机化合物的组成、性质、变化等化学的核心内容为载体，要求考生运用所学化学知识、原理和技能从化学视角分析或解决生产、生活实际中的简单化学问题。
解答所需知识、方法都是化学的核心内容。因此，答题时，不要力求把生产流程图中的每个细节都弄清楚，只要把握住主要的考查方向，理清每个环节的目的和结果，再根据题中的具体设问，结合题中提取的信息和头脑中原有的知识和技能，进行针对性作答即可，切不可拘泥于流程图中的每个细节，把时间和精力过多用于流程分析，使解题误入歧途。
3. 答题方法
要准确、顺利解答化学工艺流程题，学生除了必须要掌握物质的性质和物质之间相互作用的基本知识以及除杂分离提纯物质的基本技能外，最关键的问题是要具备分析工艺生产流程的方法和能力。为此特提出下列四种解题基本方法：
⑴ 首尾分析法
对一些线型流程工艺（从原料到产品为一条龙生产工序）试题，首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质原材料与最后一种物质产品，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产流程中原料转化为产品的基本原理和除杂分离提纯产品的化学工艺，然后再结合题中的具体设问，逐一推敲解答。
首尾分析法是一种解工艺流程题的常用方法，这种方法的特点：简单、直观，很容易抓住解题的关键，用起来方便有效。使用这一方法解题，关键在于认真对比分析原材料与产品的组成，从而清晰将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了，围绕生产主线所设计的系列问题，也就可解答了。
⑵ 截段分析法
对于用同样的原材料生产多种（两种或两种以上）产品（包括副产品）的工艺流程题，用截段分析法更容易找到解题的切入点。
用截断分析法解工艺流程题是一种主流解题方法。因为当前化工生产中，为了降低成本，减少污染，增加效益，大都设计成综合利用原材料，生产多种产品的工艺生产线。为此，这种工艺流程题渐渐增多。
用截断分析法解工艺流程题的关键在于选对题型和如何截段，截几段更合理。一般截段以生产的产品为准点。但也不一定，特殊情况也很多，必须具体情况作具体分析。
⑶ 交叉分析法
有些化工生产选用多组原材料，事先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品。以这种工艺生产方式设计的工艺流程题，为了便于分析掌握生产流程的原理，方便解题，最简单的方法，就是将提供的工艺流程示意图划分成几条生产流水线，上下交叉分析。
构成交叉分析的题型，其提供的工艺流程至少有三个因素（多组原材料、中间产品、多种产品）和两条或多条生产流水线的化工生产工艺。利用交叉分析法解工艺流程题的关键，在于找准中间产品（因为有时会出现多种中间产品）和流水生产的分线，在分析过程中，抓住中间物质的关联作用，逐一破解。
⑷ “瞻前顾后”分析法
有些化工生产，为了充分利用原料，变废为宝，设计的生产流水线除了主要考虑将原料转化为产品外，同时还要考虑将生产过程的副产品转化为原料的循环生产工艺。解答这种类型题，用“瞻前顾后”分析法。
瞻前顾后分析法，指分析工艺生产流程时，主要考虑原料转化的产品（瞻前），同时也要考虑原料的充分利用和再生产问题（顾后）。
用“瞻前顾后”法分析循环工艺生产流程题，关键是如何找到循环生产点，即在什么情况下，什么生产阶段实施循环生产。
判断循环生产点的方法：
- 一是看反应是否为可逆反应，如果是可逆反应，要考虑原料的循环利用。分离后的尾气中还含有大量原料气，千万不能随便放掉，必须送入合成塔，实施循环生产。
- 二是看副产品的分子组成与某种原料的组成中有无相同的元素，如果有，而且该副产品又容易转化为某种原料，就可以考虑循环生产工艺。
4. 注重文字叙述的规范性
- 洗涤沉淀：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次。
- 从溶液中得到晶体：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—洗涤—干燥。
- 在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去XX杂质”，只写“除杂”等一类万金油式的回答是不给分的。
- 检验沉淀是否洗涤干净：取最后一次洗涤液少许于试管中，逐滴滴加XX试剂，振荡，若没有……现象，则沉淀洗涤干净。
- 检验是否沉淀完全：
- 表达一：静置，往上层清夜中继续滴加XX试剂；
- 表达二：过滤，取滤液少许于试管中，滴加XX试剂。