Transcript 无机化工流程
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。 二、典型例题 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： 【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。 软锰矿：MnO2含量≥65%，SiO2含量约20%， 本题以软锰矿和闪锌矿同槽酸浸工艺为背景， Al2O3含量约4%，其余为水分；闪锌矿： 以工艺流程的方式综合考查了锌、锰、铁、 ZnS含量≥80%，FeS、CuS、SiO2含量约7%， 铜等元素化合物的性质。在对每一步反应的 其余为水分。 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。 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。 电解 反应Ⅴ: MnSO4+ ZnSO4+ 2H2O ==== MnO2+ Zn+ 2H2SO4 【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ⅠB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(CuFeS2)。 (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）①CuFeS2 + 3FeCl3 = CuCl↓+ 4FeCl2 + 2S↓ ② Cl- + CuCl = [CuCl2]高温 ③ 4FeCO3 + O2 == 4CO2 + 2Fe2O3 ④CuCl2、 NaCl 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！