解讀化學工藝流程題

■李志偉

化學工藝流程題就是將化工生產過程中的主要生產階段即生產流程用框圖形式表示出來,并根據生產流程中有關的化學知識進行設問,形成與化工生產緊密聯系的化學工藝流程題。化學工藝流程題能綜合考查考生“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”等素養,考查考生對元素化合物、化學反應原理知識的熟悉程度,以及實驗操作、文字表述能力等,是典型的在陌生環境下考查熟悉內容的一種綜合性和創新性題型。

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,為探索工業廢料的再利用,某化學興趣小組設計了如下實驗流程,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。

圖1

(6)工業上常用溶液E 制得凈水劑Na2FeO4,流程如下:

(1)廢金屬屑中含有Cu、Fe、Al、Al2O3、Fe2O3,當加入過量NaOH 溶液時,只有Al、Al2O3可以發生反應,所以步驟Ⅰ反應的離子方程式是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,發生反應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,發生反應產生 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,觀察到燒杯中產生的白色沉淀會逐漸減少,這是由于濃鹽酸有揮發性,在制取的CO2氣體中含有雜質HCl。固體C 為Al(OH)3沉淀,可以和HCl發生反應Al(OH2)3+3HCl══AlCl3+3H2O,為了避免固體C 減少,可采取的改進措施是在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 溶液無明顯現象,表明濾液中不存在Fe3+,這是因為Fe3+有氧化性,發生了反應2Fe3++Fe══3Fe2+,2Fe3++Cu══2Fe2++Cu2+,使Fe3+轉化為Fe2+。

②根據圖示可知,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 間加一個盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶,以除去裝置a中揮發出的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,結合中學化學知識設計問題,需要考生運用化學反應原理解釋、分析化工問題。工藝流程一般由多步連續的操作組成,每一步操作都有其具體的目標、任務。要從生產目的出發,讀懂流程圖,明確原料和產品(包括副產品),初步分析流程步驟,了解操作過程,搞清流程中每一步發生了什么反應,依據有關反應原理,明確操作目的(如沉淀反應、除雜、分離等)。審題的重點要放在與題設有關操作的目標和任務上,分析時要考慮原料是否廉價易得,工藝是否符合綠色化學的要求等。解答時結合問題和題干信息邊分析,邊思考,從易處著手,逐步深入,規范答題。