余講兵
摘 要:化學反應是化工生產的核心,其他操作都是圍繞核心的化學反應來進行組織實施的。在特定的工業情景下,把教材中的反應原理變成流程框圖表現,有利于培養學生處理和接受信息的能力,提升學生化學學科知識應用的綜合能力。
關鍵詞:核心反應;框圖;轉化
工藝流程題是以真實的工業生產過程為背景的命題形式,體現能力立意的命題指導思想。題目能夠綜合考查學生各方面的基礎知識,并考查學生將已有知識靈活應用在生產實際中解決問題的能力[1]。工藝生產過程由原料預處理、化學反應、產品的分離和提純三個部分構成,是將化工原料轉化為化工產品的過程,也就是化工生產的核心過程?;瘜W反應是工業生產的核心,其他操作都是圍繞核心的化學反應來進行組織實施的。其中一種合成類流程題是從“含有核心元素的原料”到“含有核心元素的產物”的轉化為主線,以除雜和提純為輔線進行設計的??v觀歷年高考工藝流程題的命題,多是源于教材但又高于教材。
一、真題再現
例題1:(2021年湖南卷)一種工業制備無水氯化鎂工藝流程如下:
下列說法錯誤的是
A.物質X常選用生石灰
B.工業上常用電解熔融MgCl2制備金屬鎂
C.“氯化”過程中發生的反應為MgO+C+Cl2 MgCl2+CO
D.“煅燒”后的產物中加稀鹽酸,將所得溶液加熱蒸發也可得到無水MgCl2
【答案】D
【題目考點】海水制鎂
【對應教材】
海水 → Mg(OH)2沉淀 → MgCl2溶液 →? MgCl2 ·6H2O →無水MgCl2→Mg
【解題注意】MgCl2溶液不能直接蒸干,否則得不到MgCl2,得到Mg(OH)2沉淀。
例題2:(2014年北京卷)NH3經一系列反應可以得到HNO3和NH4NO3,如下圖所示。
(1)Ⅰ中,NH3和O2在催化劑作用下反應,其化學方程式是
(3)N2O4與O2、H2O化合的化學方程式是
【答案】(1)4NH3+5O2 4NO+6H2O
(3)2N2O4+O2+2H2O=4HNO3
【題目考點】工業制硝酸
【對應教材】
1.第一階段:氨的催化氧化4NH3+5O2 4NO+6H2O
2.第二階段:NO2的生成和吸收
2NO+O2=2NO2? ? ? 3NO2+H2O=2HNO3+NO
3.計算關系:NH3 → NO→ NO2→ HNO3
4.主要設備:氧化爐、吸收塔
5.尾氣處理:NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O
? ? ? ? ? ?2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O
【解題注意】??键c 3NO2+H2O=2HNO3+NO產物NO的循環利用。
二、學生應掌握的內容
化學高考出現的流程題,既有對教材涉及的工藝原理的考查,也有對陌生方程式的書寫。解題時需要學生熟練掌握常規的主族金屬和非金屬元素的知識,也要對過渡元素的性質有一定了解。
三、高考涉及的幾個典型工業原理流程圖
工藝流程題是以實際的科學研究和工業生產為背景,以生產流程為載體,用流程圖呈現生產過程的一類習題?;瘜W反應是工藝流程生產的核心,解讀化學反應對調控化學反應的條件、反應物的選擇、產品的分離等,都有一定的指導作用。依據教材中出現的核心反應原理,完成工業流程的框圖設計是對學生化學學科學習能力的提升。
(一)工業制粗硅及粗硅的精煉
【核心反應】 SiO2+2C i+4HCl
(二)工業合成氨
【核心反應】 N2+3H2 2NH3
條件:溫度:500?紫C;? 壓強:20? MPa~50? MPa;? 催化劑是鐵觸媒。
(三)工業制硫酸
沸騰爐 →? SO2氣體的凈化 → 接觸室(SO3的生成)
→ 吸收塔(H2SO4的生成)
【核心反應】
沸騰爐:4FeS2 + 11 O2
二氧化硫的制取和凈化階段
接觸室: 2SO2+O2 SO3
二氧化硫轉化三氧化硫階段
吸收塔:SO3+H2O = H2SO4
三個設備:沸騰爐、接觸室、吸收塔。
三種原料:硫鐵礦或硫黃、空氣、98.3%的濃硫酸
(四)海帶提碘
海帶? ?海帶灰 →? 含I-溶液 →? 含碘水溶液
→ 含碘的苯溶液 → I2
【核心反應】 2I-+ H2O2+ 2H+=2 H2O +I2
(五)海水提溴
海水
【核心反應】 2Br-+Cl2=2Cl-+Br2? ? SO2+Br2+2H2O=2Cl-? ? ?+2Br-+4H+? ? ? 2Br-+Cl2=2Cl-+Br2
高考化學工藝流程題通常以生產流程為載體,用流程圖呈現生產過程。題目以工藝流程原料處理、核心反應、分離提純為三條主線循序漸進,以相互融合的結構體系,將工藝流程路線的設計和核心知識的學習應用相互結合、相互支撐。引導學生利用核心認知視角開展科學探究,培養學生的信息提取分析力、邏輯推理能力、歸納論證能力、圖表分析能力。教材中的工業反應原理是流程工業的核心,掌握物質之間的轉化關系是我們解題的關鍵。
參考文獻:
[1]孫永江.無機工藝流程題解題思路分析[J].青少年日記(教育教學研究), 2018(12).
編輯/魏繼軍