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。

请回答：

（1）写出步骤I反应的离子方程式：。

（2）试剂X是;溶液D是。

（3）在步骤II时，用如图1所示装置制取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逐渐减少。为避免固体C减少，可采取的改进措施是。

（4）溶液E中加入KSCN溶液无明显现象，表明滤液中不存在Fe3+，用离子方程式解释其可能的原因：。

（5）将固体F加入热的稀硫酸中，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO4溶液，写出反应的化学方程式：。

（6）工业上常用溶液E制得净水剂Na2FeO4，流程如下：

①测得溶液E中c（Fe2+）为0.2mol·L-1，若要处理1m3溶液E，理论上需要消耗25%的H2O2溶液_kg。

②写出由Fe（OH）3制取Na2FeO4的离子方程式：。

解析（1）废金属屑中含有Cu、Fe、Al、Al2O3、Fe2O3，当加入过量NaOH溶液时，只有AI、Al2O3可以发生反应，所以步骤I反应的离子方程式是2A1+2H2O+2OH--2A1O2+3H2↑，Al2O3+ 20H--2A1O2+H2O。

（2）过滤后得到的固体B中含有Cu、Fe、Fe2O3，向其中加入過量的稀硫酸，发生反应Fe2O3+3H2SO4-Fe2（SO4）3+3H2O， Fe2（SO4）3+Fe-3FeSO4，Fe2（SO4）3+ Cu-2FeSO1+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HCI发生反应Al（OH2）3+3HC1-AICl3 +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+。

（5）固体F中含有Cu，将固体F加入热的稀硫酸中，同时不断鼓入空气，固体溶解得到CuSO，溶液，反应的化学方程式是2Cu+O2+2H2SO42CuSO3+2H2O。

（6）

答案：

点评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。

作者单位：广西壮族自治区柳州市第二中学

（责任编辑谢启刚）