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”等素養(yǎng)，考查考生對元素化合物、化學(xué)反應(yīng)原理知識的熟悉程度，以及實驗操作、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)計了如下實驗流程，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。

請回答：

（1）寫出步驟I反應(yīng)的離子方程式：。

（2）試劑X是;溶液D是。

（3）在步驟II時，用如圖1所示裝置制取CO2并通入溶液A中。一段時間后，觀察到燒杯中產(chǎn)生的白色沉淀逐漸減少。為避免固體C減少，可采取的改進(jìn)措施是。

（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+，用離子方程式解釋其可能的原因：。

（5）將固體F加入熱的稀硫酸中，同時不斷鼓入空氣，固體溶解得CuSO4溶液，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：。

（6）工業(yè)上常用溶液E制得凈水劑Na2FeO4，流程如下：

①測得溶液E中c（Fe2+）為0.2mol·L-1，若要處理1m3溶液E，理論上需要消耗25%的H2O2溶液_kg。

②寫出由Fe（OH）3制取Na2FeO4的離子方程式：。

解析（1）廢金屬屑中含有Cu、Fe、Al、Al2O3、Fe2O3，當(dāng)加入過量NaOH溶液時，只有AI、Al2O3可以發(fā)生反應(yīng)，所以步驟I反應(yīng)的離子方程式是2A1+2H2O+2OH--2A1O2+3H2↑，Al2O3+ 20H--2A1O2+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，F(xiàn)e2（SO4）3+ Cu-2FeSO1+CuSO4，F(xiàn)e+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。一段時間后，觀察到燒杯中產(chǎn)生的白色沉淀會逐漸減少，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HCI發(fā)生反應(yīng)Al（OH2）3+3HC1-AICl3 +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+，這是因為Fe3+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+。

（5）固體F中含有Cu，將固體F加入熱的稀硫酸中，同時不斷鼓入空氣，固體溶解得到CuSO，溶液，反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Cu+O2+2H2SO42CuSO3+2H2O。

（6）

答案：

點評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)知識設(shè)計問題，需要考生運用化學(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）。審題的重點要放在與題設(shè)有關(guān)操作的目標(biāo)和任務(wù)上，分析時要考慮原料是否廉價易得，工藝是否符合綠色化學(xué)的要求等。解答時結(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。

作者單位：廣西壯族自治區(qū)柳州市第二中學(xué)

（責(zé)任編輯謝啟剛）