化工原理在高考题中的渗透

化工原理在高考题中的渗透黄明建高考化学命题“注重测量考生自主学习的能力，重视理论联系实际，关注与化学有关的科学技术、社会经济和生态环境的协调发展，以促进考生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的全面发展。

”在《2014年普通高等学校招生全国统一考试 北京卷考试说明》中涉及联系“生产”实际的要求就超过了5处，结果在今年的高考卷中就出现了26、27两道相关的大题。

那么，在高考中，化工原理的相应考点如何呈现？考生如何应对？这是我们需要关注的问题。

目前，在高考题中，化工原理的呈现主要有两种形式：一是以生产流程为基本信息；二是以模拟化工生产的实验装置和过程为基本素材。

考查考生对一些化学反应基本原理、生产流程、操作方法的理解和灵活处理问题的思维能力。

【例1】2014北京卷26NH 3经一系列反应可以得到HNO 3和NH 4NO 3，如下图所示。

NH 3NONH 4NO 3NO 2HNO 3I IIIII IV（1）Ⅰ中，NH 3和O 2在催化剂作用下反应，其化学方程式是________________________。

（2）Ⅱ中，2NO(g) +O 2(g) 2NO 2(g) 。

在其他条件相同时，分别测得NO 的平衡转化率在不同压强（p 1、p 2）下随温度变化的曲线（如右图）。

①比较p 1、p 2的大小关系_____________。

②随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是__________。

（3）Ⅲ中，将NO 2(g)转化成N 2O 4(l)，再制备浓硝酸。

①已知：2NO 2(g)N 2O 4(g) ΔH 1 2NO 2(g) N 2O 4(l) ΔH 2②N2O4与O2、H2O化合的化学方程式：______________________________________。

（4）Ⅳ中，电解NO制备NH4NO3，其工作原理如右图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是________，说明理由：________________________________________________________________________________。

【解析】本题以硝酸工业生产的主要流程为载体。

联系其主要反应考查了相关的化学方程式、化学平衡原理、热化学、电解原理与氧化还原理论的应用。

体现了北京高考化学命题的一个重要指导思想——“试题的选材不在枝节问题上或非主干知识上设置陷阱，突出基础必会知识、主干核心知识和内化的学习能力的考查”。

（1）氨的催化氧化及其方程式是考生所熟悉的，属于基础知识。

（2）要求考生能通过图象分析化学平衡条件（温度和压强）对NO平衡转化率的影响。

由于2NO(g) +O2(g) ⇌2NO2(g)是一个气体物质计量数减小的可逆反应，故增大压强有利于提高NO转化率。

再从图象看，当温度一定（如400℃），p2对应的NO转化率比p1高，所以，p2＞p1；当压强一定（如p2），NO转化率随温度升高而减小。

所以，平衡常数K＝c2(NO2) /c2(NO)·c(O2)会随温度升高而减小。

本题间接介绍了硝酸工业中NO氧化的条件：在工业操作条件（800℃～900℃）下，NO不能氧化成NO2（转化率为0）。

只有降温到约150℃以下，才有利于NO的氧化。

也可以帮助我们理解：为什么“氨的催化氧化”与“NO氧化成NO2”要分别在Ⅰ、Ⅱ两个不同的生产环节完成，而不是在同一环节中进行。

（3）NO2转化为N2O4是一个放热过程（即物质能量降低的过程），这个知识点在高中《化学反应原理》模块的学习以及2014年北京高考说明中的样题（16）均有明确的要求。

（4）要求考生能将电解原理的知识应用到“电解NO制备NH4NO3”的实际问题中，通过阴、阳极转移电子量相等（或氧化剂、还原剂之间转移的电子数相等的原则），推知从电解槽出来的溶液中含有HNO3，进而得知：需要补充的物质A应该是NH3。

高温【答案】26.（1）4NH3+5O2 ＝4NO+6H2O （2）①p2> p1②减小（3）①A ②2N2O4+O2+2H2O=4HNO3（4）NH3根据反应：8NO + 7H2O＝3NH4NO3 + 2HNO3，电解产生的HNO3。

（或通过电极反应产物中n(NH4+)∶n(NO3－) ∶n(H+) ＝3∶5∶2，也可以说明。

）【例2】2010上海卷27工业生产纯碱的工艺流程示意图如下：完成下列填空： （1）粗盐水加入沉淀剂A 、B 除杂质(沉淀剂A 来源于石灰窑厂)，写出A 、B 的化学式。

A____________________ B_________________。

（2）实验室提纯粗盐的实验操作依次为：取样、_________、沉淀、_________、_________、冷却结晶、__________、烘干。

（3）工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是____________________________。

碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是____________________________________。

（4）碳酸化后过滤，滤液D 最主要的成分是___________ (填写化学式)，检验这一成分的阴离子的具体方法是：______________________________________ 。

（5）氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D 加入石灰水产生氨。

加石灰水后所发生的反应的离子方程式为：_____________________________________________。

滤液D 加石灰水前先要加热，原因是_______________________________________。

（6）产品纯碱中含有碳酸氢钠。

如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为：_________________ (注明你的表达式中所用的有关符号的含义)【解析】纯碱生产原理在中学化学教学中属于常规要求，“粗盐提纯”也属于考生“应知应会”的知识与技能。

不过，本题对相关知识的呈现和考查可谓用心良苦，比较注重化学学科特点与逻辑思维能力的联系。

（1）关于“粗盐提纯”，试题没有像通常命题方式给出杂质的代表物（Mg 2+、Ca 2+等），而是通过“沉淀剂A 来源于石灰窑厂”这一信息暗示其所除杂质离子为Mg 2+，由此可推出沉淀剂应是Ca(OH)2或CaO 。

那么沉淀剂B 是什么，沉淀C 的成分又是什么？这需要考生对化学除杂原则的理解——除去一种杂质，尽量不要引入新的杂质。

既然要生产的是Na 2CO 3，就不能为了除Mg 2+而引入或增加Ca 2+！所以，沉淀剂B 无疑应该是Na 2CO 3，而沉淀C 的主要组成就应该是Mg(OH)2和CaCO 3了。

（2）（3）（4）均属于考生“应知应会”内容。

粗盐水 纯碱（5）要求考生具有统观全局的思维意识，关注生产目的与各生产环节的关系以及生产环节与具体操作的关系，并学会从多角度分析问题的能力。

在这里，就是要明确向滤液D 中加石灰水的目的是促使氨的循环利用，命题者还试图通过书写相关离子方程式来提醒考生从离子反应的角度理解这一生产环节的目的。

可是，部分考生缺乏这种意识，虽然能写出：NH 4+ +OH －＝NH 3↑ + H 2O ，思维却不肯再往前迈一步，完全被习惯性思维所困。

当试题提出问题：“滤液D 加石灰水前先要加热，原因是 。

”许多考生顿时摸不着头脑，即便考后看过试题答案，仍如堕五里雾中。

这主要是考生没有从离子存在形式去认识滤液D 组成的意识，更没有设想“温度的升高对离子存在是否会有什么影响”，对问题的认知始终僵在——滤液D 的主要成分就是NH 4Cl 和NaHCO 3，无论加石灰水前是否加热，Ca(OH)2都不可避免地会与NaHCO 3反应产生CaCO 3，怎么可能如答案所述——通过加热来“防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀”呢？其实，如果考生考虑到NH 4Cl 和NaHCO 3都属于强电解质，在滤液中均完全电离，加热时，NH 4+和HCO 3－或CO 32－由于双促水解而难以共存，它们会转化为NH 3和CO 2气体逸出。

这样就不难理解：为什么加热能有效避免“加石灰水时产生碳酸钙沉淀”。

其实，“加石灰水前先要加热”的益处远不止于此，由于加热消耗了HCO 3－，还可以减小生产中石灰水（注：实际生产中用的是石灰乳）的用量，水解产生的NH 3和CO 2也可以再使用，从而提高了原料的利用价值。

所以“加热”措施可以说是一举多得。

（6）该题可利用一定量纯碱产品在加热前的质量m 1与加热后的质量m 2之差推测产品中所含的NaHCO 3质量分数ωNaHCO 3。

难度虽不算大，但由于没有直接提供计算中所需的具体数据，也没有限定物理量，使计算关系式的确定具有一定的开放性（实际答案应该不是唯一的），这对于部分考生的思维能力来讲也是一个挑战。

不过，该题讨论的“生产纯碱的工艺”是早已被“侯氏制碱法”取代的工艺。

【2010上海卷27答案】（1）Ca(OH)2 或CaO Na 2CO 3（2）溶解 过滤 蒸发 过滤（3）有晶体析出（或出现浑浊） 碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大（4）NH 4Cl 取样，加硝酸银，有白色沉淀，该阴离子是氯离子（5）NH 4+ +OH －NH 3↑ + H 2O 防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀（6）312NaHCO 184m m 31m （－）＝【例3】2013福建卷24二氧化氯（ClO2）是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂。

（1）氯化钠电解法是一种可靠的工业生产ClO2方法。

①用于电解的食盐水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、SO42－等杂质。

其次除杂操作时，往粗盐水中先加入过量的________（填化学式），至沉淀不再产生后，再加入过量的Na2CO3和NaOH，充分反应后将沉淀一并滤去。

经检测发现滤液中仍含有一定量的SO42-，其原因是___________[ 已知：K sp(BaSO4)= 1.1 ×10－10、K sp(BaCO3)= 5.1 ×10－9 ]②该法工艺原理如下。

其过程是将食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠（NaClO3）与盐酸反应生成ClO2。

工艺中可以利用的单质有____________（填化学式）发生器中生成ClO2的化学方程式为___________ 。

（2）纤维素还原法制ClO2是一种新方法，其原理是：纤维素水解得到的最终产物D与NaClO3反应生成ClO2。

完成反应的化学方程式：□（D）+24NaClO3 + 12H2SO4＝□ClO2↑+□CO2↑+18H2O + □_________（3）ClO2和Cl2均能将电镀废水中的CN－氧化为无毒的物质，自身被还原为Cl－。