化工流程题“三度”的调控的思维模型

化工流程题“三度”的调控的思维模型

黄一文  赖琛虹

 （厦门外国语学校石狮分校  福建  泉州 362700）

化工流程题是非常贴切“一核四层四翼”高考命题思想的题型，它基于真实的工业生产情境，用框图表示生产流程，多层次、多角度、多方式综合考察元素化合物结构与性质、反应原理、化学实验设计及基本操作、反应条件的调控等知识，所涉及的反应对试剂的用量和反应条件的调控是非常严格的，特别是温度、浓度、酸碱度等“三度”的调控。在历年的化学高考试题中，反应条件控制通常采用“文字描述+装置流程+图像符号+表格数据”四种呈现形式，考试中要求学生对条件调控的方法、原因、范围等方面进行分析、判断、计算。笔者研究全国及各省高考题工业流程题，对条件控制主要考点是要学生理解为什么要控制条件？用什么方法调控？调控在什么范围？通过构建思维模型，重新认识化学中的“适可而止”，促进对工业流程题有关化学知识、解题思维、核心观念结构化。

一．温度控制：速率调、平衡移、分解抑、挥发减

1.温度调节方法：（1）加热：灼烧煅烧、热交换、水浴、油浴、蒸汽等（2）降温：冷水、空气、冰盐水冷凝等

2.温度控制的目的：（1）加热的目的：加快化学反应速率、增大催化剂活性或使化学平衡向吸热反应方向移动，增大（有时降低）产物的溶解度、使某物质气化。

（2）降温的目的：使化学平衡向放热反应方向移动；防止某物质在高温时分解、挥发；降低（有时增大）产物的溶解度、使某物质液化或固化；减少其他副反应，提高产品纯度。

3.控制温度在一定范围内进行的目的： 若温度过低，则化学反应速率太慢；若温度过高，某些物质会分解（如 H2O2、NH4HCO3、硝酸)、升华（如I2）或挥发(如氨水、盐酸、硝酸)。

【例1】研究表明NaClO2/H2O2酸性复合吸收剂可有效脱除NO（放热反应），复合吸收剂组成一定时，温度对NO去除率的影响如图所示。高于60℃后NO脱除率下降的原因可能是？

解析：可以从多个角度进行分析①温度升高，NaClO2氧化NO生成的反应放热，升高温度，反应的平衡逆向移动，不利于NO的转化；

②H2O2受热分解速率加快 ，使NO氧化率下降；

③并且温度越高，气体NO的溶解度越小，即温度过高，NO在吸收液中的溶解度降低，导致氧化率降低。

二．pH控制：酸碱调、平衡移、促转化、巧分离

1.溶液pH的调节方法：加酸、碱、水、金属氧化物、弱酸盐、弱碱盐等。

2.调节溶液pH 的目的： 可以抑制某些离子的水解；或促使离子间的转化为沉淀、弱酸、弱碱（或碱式盐）、配合物等； 促进某些金属离子生成沉淀达到分离提纯的目的。

3.溶液pH调控在一定范围内的目的：通常是为了使某种或几种离子沉淀，某种或几种离子不沉淀；适可而止，节约药品。

【例2】工业上用含有 Al2O3、SiO2、MgCO3等杂质铬铁矿(主要成分可表示为 FeO·Cr2O3)为原料制备重铬酸钾晶体和绿矾的流程如下：

已知：Ⅰ.常见离子沉淀的 pH 范围

Ⅱ.熔融 Na2CO3 条件下主要发生反应：

2FeO·Cr2O3 + 4Na2CO3 + 7NaNO3===7NaNO2+ 4Na2CrO4  + 4CO2↑+ Fe2O3

请回答下列问题：

(1)用醋酸调节 pH1=7~8的目的是。

(2)用醋酸调节 pH2=5 的目的是；为什么pH不能调节得过低？。

解析：(1)使SiO32－和Al3+ 分别转化为H2SiO3 和 Al(OH)3 沉淀除去。

(2)CrO42－转化为 Cr2O72－；    pH减小，Cr2O72－氧化性增强（或NO2－还原性增强）NO2－可被氧化成NO3－

三．浓度控制：速率调、平衡移、性质变

1.浓度的调节方法：通过改变浓度、压强、投料比、分离生成物、反应消耗、循环利用、充入其他气体等方法。

2.调节浓度目的：提高反应速率、转化率、平衡朝某个方向移动、改变物质氧化性（还原性）等。

【例3】（2022年山东高考化学12题改编）高压氢还原法可直接从溶液中提取某些金属粉。以硫化铜精矿(含少量锌、铁的氧化物）为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下，可能用到的数据见下表。

下列说法正确的是

A. 中和调pH范围为3.2~6.2

B. 固体X只含Fe(OH)3；金属M为Zn

C. 浸取时，O2压强大小对金属离子浸出无影响

D. 还原时，增大溶液酸度有不利于Cu的生成

解析：中和调pH范围为3.2~4.2；固体X主要成分是Fe(OH)3和S；增大O2的浓度，可以反应消耗S2-，从而使沉淀溶解平衡CuS(s)Cu2+(aq)+S2-(aq)正向移动，促进金属离子的浸取；在用H

2还原Cu2+，H2被氧化为H+，溶液中c(H+)增大，不利于H2失去电子，因此不利于Cu的生成，D正确。

化学工业流程题中反应条件的控制，特别是温度的控制、浓度的控制、pH的控制，是工业生产的关键环节，题中隐藏的信息丰富，从数形结合等方面来考查学生在陌生情境中分析问题、解决问题的高阶思维能力，利用所学化学知识和题中信息，学会从“多、快、好、省”的角度来理解为什么要控制条件？用什么方法调控？调控在什么范围？只有把工业流程题中关联知识、解题思维、核心观念结构化，才能堤高解題速率和正确率，才能提升学生的化学学料核心素养，适应高考的要求。