解讀化學(xué)工藝流程題

■李志偉

化學(xué)工藝流程題就是將化工生產(chǎn)過程中的主要生產(chǎn)階段即生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來,并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學(xué)知識(shí)進(jìn)行設(shè)問,形成與化工生產(chǎn)緊密聯(lián)系的化學(xué)工藝流程題?；瘜W(xué)工藝流程題能綜合考查考生“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”等素養(yǎng),考查考生對(duì)元素化合物、化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)的熟悉程度,以及實(shí)驗(yàn)操作、文字表述能力等,是典型的在陌生環(huán)境下考查熟悉內(nèi)容的一種綜合性和創(chuàng)新性題型。

例題 某工廠的廢金屬屑中主要成分為Cu、Fe 和Al,此 外 還 含 有 少 量Al2O3和Fe2O3,為探索工業(yè)廢料的再利用,某化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)流程,用該工廠的合金廢料制取氧化鋁、綠礬晶體(FeSO4·7H2O)和膽礬晶體。

圖1

(6)工業(yè)上常用溶液E 制得凈水劑Na2FeO4,流程如下:

(1)廢金屬屑中含有Cu、Fe、Al、Al2O3、Fe2O3,當(dāng)加入過量NaOH 溶液時(shí),只有Al、Al2O3可以發(fā)生反應(yīng),所以步驟Ⅰ反應(yīng)的離子方程式是2Al+2H2O+2OH-══2AlO-2+3H2↑,Al2O3+2OH-══2AlO-2+H2O。

(2)過濾后得到的固體B中含有Cu、Fe、Fe2O3,向其中加入過量的稀硫酸,發(fā)生反應(yīng)Fe2O3+3H2SO4══Fe2(SO4)3+3H2O,Fe2(SO4)3+Fe ══3FeSO4,Fe2(SO4)3+Cu══2FeSO4+CuSO4,Fe+ H2SO4══FeSO4+H2↑。試劑X 是稀硫酸。溶液A中含有NaOH、NaAlO2,向其中通入過量CO2,發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生 Al(OH)3沉淀和NaHCO3,溶液D 是NaHCO3溶液。

(3)在步驟Ⅱ中,用題圖裝置制取CO2(CaCO3+2HCl══CaCl2+H2O+CO2↑)并通入溶液A 中。一段時(shí)間后,觀察到燒杯中產(chǎn)生的白色沉淀會(huì)逐漸減少,這是由于濃鹽酸有揮發(fā)性,在制取的CO2氣體中含有雜質(zhì)HCl。固體C 為Al(OH)3沉淀,可以和HCl發(fā)生反應(yīng)Al(OH2)3+3HCl══AlCl3+3H2O,為了避免固體C 減少,可采取的改進(jìn)措施是在a 和b 之間加一個(gè)盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶,以除去HCl。

(4)溶液E 中加入KSCN 溶液無明顯現(xiàn)象,表明濾液中不存在Fe3+,這是因?yàn)镕e3+有氧化性,發(fā)生了反應(yīng)2Fe3++Fe══3Fe2+,2Fe3++Cu══2Fe2++Cu2+,使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+。

②根據(jù)圖示可知,由Fe(OH)3制取Na2FeO4的離子方程式是2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-══2FeO2-4+3Cl-+5H2O。

答案:

(1)2Al+2H2O+2OH-══AlO-2+3H2↑,Al2O3+2OH-══2AlO-2+H2O

(2)稀硫酸 NaHCO3溶液

(3)在a 和b 間加一個(gè)盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶,以除去裝置a中揮發(fā)出的HCl

(4)2Fe3++ Fe ══3Fe2+,2Fe3++Cu══2Fe2++Cu2+

(5)2Cu+O2+2H2SO4△══2CuSO4+2H2O

(6)①13.6 ②2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-══2FeO2-4+3Cl-+5H2O

工藝流程題一般選取化工流程的片段,結(jié)合中學(xué)化學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)問題,需要考生運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理解釋、分析化工問題。工藝流程一般由多步連續(xù)的操作組成,每一步操作都有其具體的目標(biāo)、任務(wù)。要從生產(chǎn)目的出發(fā),讀懂流程圖,明確原料和產(chǎn)品(包括副產(chǎn)品),初步分析流程步驟,了解操作過程,搞清流程中每一步發(fā)生了什么反應(yīng),依據(jù)有關(guān)反應(yīng)原理,明確操作目的(如沉淀反應(yīng)、除雜、分離等)。審題的重點(diǎn)要放在與題設(shè)有關(guān)操作的目標(biāo)和任務(wù)上,分析時(shí)要考慮原料是否廉價(jià)易得,工藝是否符合綠色化學(xué)的要求等。解答時(shí)結(jié)合問題和題干信息邊分析,邊思考,從易處著手,逐步深入,規(guī)范答題。