解读化学工艺流程题

■李志伟

化学工艺流程题就是将化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图形式表示出来,并根据生产流程中有关的化学知识进行设问,形成与化工生产紧密联系的化学工艺流程题。化学工艺流程题能综合考查考生“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”等素养,考查考生对元素化合物、化学反应原理知识的熟悉程度,以及实验操作、文字表述能力等,是典型的在陌生环境下考查熟悉内容的一种综合性和创新性题型。

例题 某工厂的废金属屑中主要成分为Cu、Fe 和Al,此 外 还 含 有 少 量Al2O3和Fe2O3,为探索工业废料的再利用,某化学兴趣小组设计了如下实验流程,用该工厂的合金废料制取氧化铝、绿矾晶体(FeSO4·7H2O)和胆矾晶体。

图1

(6)工业上常用溶液E 制得净水剂Na2FeO4,流程如下:

(1)废金属屑中含有Cu、Fe、Al、Al2O3、Fe2O3,当加入过量NaOH 溶液时,只有Al、Al2O3可以发生反应,所以步骤Ⅰ反应的离子方程式是2Al+2H2O+2OH-══2AlO-2+3H2↑,Al2O3+2OH-══2AlO-2+H2O。

(2)过滤后得到的固体B中含有Cu、Fe、Fe2O3,向其中加入过量的稀硫酸,发生反应Fe2O3+3H2SO4══Fe2(SO4)3+3H2O,Fe2(SO4)3+Fe ══3FeSO4,Fe2(SO4)3+Cu══2FeSO4+CuSO4,Fe+ H2SO4══FeSO4+H2↑。试剂X 是稀硫酸。溶液A中含有NaOH、NaAlO2,向其中通入过量CO2,发生反应产生 Al(OH)3沉淀和NaHCO3,溶液D 是NaHCO3溶液。

(3)在步骤Ⅱ中,用题图装置制取CO2(CaCO3+2HCl══CaCl2+H2O+CO2↑)并通入溶液A 中。一段时间后,观察到烧杯中产生的白色沉淀会逐渐减少,这是由于浓盐酸有挥发性,在制取的CO2气体中含有杂质HCl。固体C 为Al(OH)3沉淀,可以和HCl发生反应Al(OH2)3+3HCl══AlCl3+3H2O,为了避免固体C 减少,可采取的改进措施是在a 和b 之间加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶,以除去HCl。

(4)溶液E 中加入KSCN 溶液无明显现象,表明滤液中不存在Fe3+,这是因为Fe3+有氧化性,发生了反应2Fe3++Fe══3Fe2+,2Fe3++Cu══2Fe2++Cu2+,使Fe3+转化为Fe2+。

②根据图示可知,由Fe(OH)3制取Na2FeO4的离子方程式是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 间加一个盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶,以除去装置a中挥发出的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

工艺流程题一般选取化工流程的片段,结合中学化学知识设计问题,需要考生运用化学反应原理解释、分析化工问题。工艺流程一般由多步连续的操作组成,每一步操作都有其具体的目标、任务。要从生产目的出发,读懂流程图,明确原料和产品(包括副产品),初步分析流程步骤,了解操作过程,搞清流程中每一步发生了什么反应,依据有关反应原理,明确操作目的(如沉淀反应、除杂、分离等)。审题的重点要放在与题设有关操作的目标和任务上,分析时要考虑原料是否廉价易得,工艺是否符合绿色化学的要求等。解答时结合问题和题干信息边分析,边思考,从易处着手,逐步深入,规范答题。