化工生产与工业流程

创新设计

江苏省靖江高级中学 陶恒兵

一、试题特点1 ．考查的知识点

无机化工试题能全方位的考查学生高中阶段的主要的知识点，涉及到氧化还原反应、离子方程式的书写、化学平衡原理、电离理论、水解理论、溶解平衡原理、中和滴定、电化学、化学实验、绿色化学理念、物质的用途、相关计算等，考查学生对知识的灵活掌握、综合应用及迁移能力，在此基础上能用相关化学知识从绿色化学和经济效益的视角分析化工生产中出现的各种问题。

2 ．考查的方式

无机化工题取材于成熟的化工工艺，构思新颖、形式多样，源于教材又高于教材、理论联系实际、创新性极强又富有挑战性，具有鲜活的生命力。它将化学知识与 STSE 问题紧密结合，有利于学生学会从化学的视角去观察问题。

STSE 是科学 (Science) ，技术 (Technology) ，社会 (Society) ，环境 (Environment) 的英文缩写。

（ 1 ）生产流程图

此类题多为生产流程图，包括文字说明和框图。文字说明了使用原料、所加试剂和其他内容，框图中注明必要的操作名称、化工术语（如蒸氨、酸浸），用箭头把这些框图连接起来表示从化工原料到化工产品的生产过程，有些连成环状，表示物质循环利用的历程，体现了化工生产的绿色化思想。

（ 2 ）给出问题形式

此类题为填空题，根据生产原理和流程，有的还配有其他有关的图表，精心设计了若干个小问题，有的要求考生运用相关知识和理论或原理正确解答。

例 1 、（赏析 2010 江苏高考）钡盐行业生产中排出大量的钡泥 [ 主要含有 BaCO3 、 BaSiO3 、 BaSO3 、 Ba(FeO2)2 等 ] 。某主要生产BaCl2 、 BaCO3 、 BaSO4 的化工厂利用钡泥制取 Ba(NO3)2 ，其部分工艺流程如下：

二、典型例题

【赏析】本题让元素化合物知识与生产工艺结合起来，以钡盐行业生产中排出大量的钡泥制取 Ba(NO3)2 为背景，引导中学化学教学关注化学学科的应用性和实践性。本题考查学生在“工艺流程阅读、相关反应化学方程式书写、化学反应条件控制的原理、生产流程的作用”等方面对元素化合物性质及其转化关系的理解和应用程度，考查学生对新信息的处理能力。

（ 1 ）酸溶后溶液中 PH==1 ， Ba （ FeO2 ） 2 与HNO3 的反应化学方程式为 。（ 2 ）酸溶时通常控制反应温度不超过 70℃，且不使用浓硝酸，原因是 、 。（ 3 ）该厂结合本厂实际，选用的 X 为 （填化学式）；中和Ⅰ使溶液中 （填离子符号）的浓度减少（中和Ⅰ引起的溶液体积变化可忽略）。（ 4 ）上述流程中洗涤的目的是 。

本题失分较多的是

（ 1 ） X不能确定，即获取题中信息能力不够；

（ 2 ）洗涤的目的，不能分析流程，不能和社会实际结合，凭空想象。

我们在评讲该题时要提示学生知道 PH 在 4左右就沉淀完全。

例 2 、某地有软锰矿和闪锌矿两座矿山，它们的组成如下：软锰矿： MnO2 含量≥ 65% ，SiO2 含量约 20% ， Al2O3 含量约 4% ，其余为水分；闪锌矿： ZnS 含量≥ 80% ， FeS 、CuS 、 SiO2 含量约 7% ，其余为水分。科研人员开发了综合利用这两种资源的同槽酸浸工艺，工艺流程如下图所示。

本题以软锰矿和闪锌矿同槽酸浸工艺为背景，以工艺流程的方式综合考查了锌、锰、铁、铜等元素化合物的性质。在对每一步反应的分析中既复习了元素化合物知识，又培养了学生处理信息的能力。

软锰矿： MnO2 含量≥ 65% ， SiO2 含量约 20% ， Al2O3 含量约 4% ，其余为水分；闪锌矿： ZnS 含量≥ 80% ， FeS 、 CuS 、 SiO2含量约 7% ，其余为水分。

可以设计出下列问题：（ 1 ）反应Ⅰ后过滤所得滤液中含有 MnSO4 、 ZnSO4 、CuSO4 、 Fe2(SO4)3 、 Al2(SO4)3 等。试写出反应Ⅰ中生成CuSO4 的化学方程式 ______________________________ 。（ 2 ）反应Ⅱ加入适量锌的作用是 _________________ 。如果锌过量，还会进一步发生反应的离子方程式为 _______________________________ 。（ 3 ）反应Ⅴ的条件是电解，电解时均用惰性电极，阳极发生的电极反应可表示为___________________________________________ 。（ 4 ）本工艺所用的原料除软锰矿、闪锌矿、硫酸外还需要 ______________ 等原料。

第（ 1 ）问考查了书写陌生氧化还原反应的能力。学生根据选修 5 制乙炔时将气体通过硫酸铜溶液除 H2S 、 PH3 ，可以判断硫化铜和硫酸不能发生反应。首先分析元素化合价的变化， CuS S ，硫元素化合价升高，所以需要氧化剂，再根据滤液中有 MnSO4可得出 MnO2 作氧化剂。最后从化合价升降对氧化还原方程式进行书写。可引导学生写出反应Ⅰ中其它的反应方程式：反应Ⅰ： MnO2+ ZnS+ 2H2SO4 = S+ MnSO4+ ZnSO4+ 2H2O （主反应） 3MnO2+ 2FeS+ 6H2SO4 = 2S+ 3MnSO4+ Fe2(SO4)3+ 6H2O Al2O3+ 3H2SO4 = Al2(SO4)3+ 3H2O 反应Ⅰ后过滤所得滤液中含有 MnSO4 、 ZnSO4 、 CuSO4 、Fe2(SO4)3 、 Al2(SO4)3

第（ 2 ）问，可提出问题“ CuSO4 、 Fe2(SO4)3哪种物质先和锌反应？”从而对常见金属离子的氧化性顺序进行总结。反应Ⅱ： Zn+ Fe2(SO4)3 = 2FeSO4+ ZnSO4 Zn+ CuSO4 = Cu+ ZnSO4

反应Ⅱ后过滤所得滤液中含有 MnSO4 、 ZnSO4 、FeSO4 、 Al2(SO4)3

反应Ⅲ： MnO2+ 2FeSO4+ 2H2SO4 = MnSO4+ Fe2(SO4)3+ 2H2O 3ZnCO3+ Fe2(SO4)3+ 3H2O = 2Fe(OH)3 + 3ZnSO4+ 3CO2↑ 3ZnCO3+ Al2(SO4)3+ 3H2O = 2Al(OH)3+ 3ZnSO4+ 3CO2↑ 3MnCO3+ Al2(SO4)3+ 3H2O = 2Al(OH)3+ 3MnSO4+ 3CO2↑ 3MnCO3+ Fe2(SO4)3+ 3H2O = 2Fe(OH)3 + 3MnSO4+ 3CO2↑

反应Ⅲ后过滤所得滤液中含有MnSO4 、 ZnSO4

反应Ⅳ : ZnSO4+ Na2CO3 = ZnCO3↓ + Na2SO4 MnSO4+ Na2CO3 = MnCO3↓ + Na2SO4 结合第（ 3 ）问可总结书写陌生的电极方程式的一般方法。

反应Ⅴ : MnSO4+ ZnSO4+ 2H2O ====

MnO2+ Zn+ 2H2SO4

电解

【参考答案】（ 1 ） MnO2 + CuS+ 2H2SO4 = S↓+ MnSO4+ CuSO4+ 2H2O （ 2 ）将溶液中的硫酸铜转化为铜 Zn+Fe2+=Fe+ Zn2+

（ 3 ） Mn2+ － 2e- +2H2O== MnO2 + 4H+

（ 4 ） Na2CO3 、 Zn 、 MnO2

例 3 、铜是一种重要的金属元素，铜元素与银元素同处第Ⅰ B族， +1价的铜和 +1价的银都可形成二配位的络离子，如 Ag(NH3)2

+ 、 AgCl2

— 等，含铜最丰富的天然资源是黄铜矿 (CuFeS

2) 。(1) 从黄铜矿冶炼粗铜的传统工艺是将精选后的富铜矿砂与空气在高温下煅烧，使其转变为铜。这种方法的缺点是 、 。（ 2 ）现有一种湿法冶炼技术，以黄铜矿为主要原料来生产铜、铁红颜料和可用于橡胶硫化的硫单质，原料的综合利用率较高。其主要流程如下：

①写出反应Ⅰ中 FeCl3 与 CuFeS2 所发生反应的化学方程式： ； ②写出反应Ⅳ中发生反应的离子方程式： 。③反应Ⅲ是 FeCO3 在空气中煅烧，写出化学方程式： 。④反应Ⅴ所得溶液 A 中含有的溶质有 。

自我评价：本题以实际化工生产“黄铜矿的综合利用”为背景，考查了元素化合物知识，离子方程式和化学方程式的书写，题目更注重考查学生利用化学原理来解决实际问题的能力。讲评时要强调学生对Fe 、 Cu 等元素化合物主干知识的掌握和理解，进一步提高在新情境下书写氧化还原反应方程式的能力。

【参考答案】（ 1 ） SO2 会导致大气污染 ，同时要消耗大量的热能

（ 2 ）① CuFeS2 + 3FeCl3 = CuCl↓+ 4FeCl2 + 2S↓

② Cl- + CuCl = [CuCl2]-

③ 4FeCO3 + O2 == 4CO2 + 2Fe2O3

④CuCl2 、 NaCl

高温

从上述例题，我们发现在无机化工生产流程图的题目中，有学生常问下列三个问题：

1 、反应方程式很少有书本上现成的，大多数都是要根据流程图结合题意自己动脑书写的。那么是不是我们就可以轻视基本知识的复习巩固？

2 、有的问题的文字解答是不是答得越多就会得到分？

3 、“我看到流程图就晕了，我最烦这类题目了。解答这类题有没有方法或技巧？（甚至有学生问：有没有捷径？”

三、解题技巧准确解答无机化工题一般要注重两个环节：读题（粗读→精读）和答题（审题→析题→答题）。

1 ．认真读题析图(1)首先要通读全题，了解题意，理清全过程。要理清：生产原料和化工产品是什么？题中给出了哪些信息和数据？从流程图中尽量多推导出每一步的反应物和产物，分析反应原理。有时也不必全推，如遇到搞不清的超纲的内容，可以先放一放，不必过多地耗时。(2) 其次精析流程图，研究并解决题设问题。这一步是有目的、有重点的读题，带着问题去仔细研读某一环节或某种物质，这是解题的关键和难点，根据经验，着重考虑反应原理和发生的反应。

2 ．准确解答问题(1)认真审题，仔细析题，要关注题目中的每一个字眼，从中找出关键词，每字细琢磨，逐题去推敲。(2)认真组织答案，要使答案有针对性，切忌答非所问，还要注意表达语言的简明扼要，用语要规范、准确。(3) 答题顺序一般按题号的先后顺序作答，但要注意前后问题一般没有“株连效应”，遇到难题时不妨放一放，先作后面的题，一般做一题不超过十分钟。

总之，要做好无机化工题必须掌握物质的性质和相应的化学反应原理，“功夫在平时”。平时注意总结解题规律与技巧，就可以得到该得的分数。

敬请指教！