师：好，各位同学，今天我们这节课来学习化学实验方案设计，这是高三二轮复习的一个课题。化学实验方案的设计，涉及运用化学知识，按照实验题目要求，设计所需的目标产品。今天，我们就来详细探讨一下化学实验方案的设计。

　　化学实验方案设计，总体来说是要设计制造一个产品。比如，我国是世界上最大规模的汽车消费市场，根据消费者审美需要，化学工业发明了各种色彩艳丽的汽车面漆。汽车面漆颜料的性能有什么要求？包含哪些成分？这些成分又是怎么制备的呢？这就用到化学制备知识，并且与高考题目密切相关。

　　比如说，我们在文献上搜索到一条制备氧化铁黑颜料的文章。大家知道，氧化铁一般做红色颜料，它很稳定，适合汽车风吹雨淋的使用环境。实际上，铁的氧化物可以制备各种颜料，包括黑色颜料，它的制备原理是怎样的呢？我们来看工程师的设计。

　　首先，用硫酸浸出黄铁矿，黄铁矿是制硫酸的原料，制硫酸时要先灼烧，会产生铁的氧化物，用硫酸浸泡可得到硫酸亚铁，这就实现了废物利用。以硫酸亚铁为原料制备铁黑产品，其成分是四氧化三铁。

　　原料硫酸亚铁和水，加热溶解，促进溶解效果。然后中和，因为溶液呈酸性，是强酸盐。中和后会生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁容易被氧化，还原性强，用空气中的氧气氧化，成本较低。氧化后得到沉淀，接着过滤、水洗、烘干、研磨，最后得到产品。这里中间过程发生了反应，氧化时氢氧化亚铁被氧化成氢氧化铁，氢氧化亚铁和氢氧化铁按一定比例共沉淀，形成氧化亚铁、氧化铁与水分子比例为1 : 1 : 4的结合物。氧化亚铁与三氧化铁1 : 1结合就是四氧化三铁，脱水后得到四氧化三铁，它是黑色且稳定的物质，可做黑色汽车面漆的颜料。

　　通过这个案例，我们思考一下，进行化学实验方案设计需要哪些环节？

　　这还有一篇制备红色铁颜料的文献，标题是《高纯氧化铁红的快速制备》，同样用于汽车面漆，一般女士开的汽车会用到。它以硫酸亚铁为原料，制备成分是三氧化二铁。先用过氧化氢将硫酸亚铁氧化成硫酸铁，这里加了MIBK，从信息可知MIBK是复合萃取剂，能将铁离子萃取后再反萃取，达到提纯目的，MIBK还能循环利用，这是用萃取法提纯硫酸铁。

　　之后，较纯的硫酸亚铁与DDTC和氨盐反应，会产生沉淀物，这样能将三价铁从溶液中沉淀出来。再用氨水和硫酸氨处理，把铁从沉淀中分离出来，得到氢氧化铁，DDTC氨盐可重新利用，这个流程体现了原料循环利用的环保理念。最后，氢氧化铁很容易分解，分解后得到氧化铁，也就是红色颜料。

　　从这些化工物质制备流程中，我们能看到几个基本环节。首先要有原料，原料往往不纯，需要提纯。提纯后涉及转化，因为原料不一定是目标产品，要通过酸碱反应、氧化还原反应、沉淀反应等化学变化，将原料成分转化成产品。转化一般在溶液体系中进行，转化后要从溶液中分离出产品，产品还要进一步提纯，达到一定纯度，符合国家标准才是合格产品。化学工程师的使命就是设计更优化的流程，使产品更好、流程更简洁、能耗更低、更环保。

　　江苏高考和其他省高考类似，模仿化学工业物质制备流程设置题目，江苏高考一般在第19题设置物质制备流程实验，考察同学们是否具备化学工程师的潜质，这需要熟练掌握中学所学化学知识，同时要能领悟题干流程中蕴含的新方法和新信息，并与已学知识对比运用。这就要求我们平时学习要保持开放性思维。

　　2020年江苏第19题，以铁泥为原料制备磁性材料氧化铁，虽然不是面漆颜料，但仍是铁的氧化物，可见高考对铁的氧化物很重视。我统计了每年江苏高考第19题类似的实验设计，从反应体系、元素载体转变方式、实验方法、信息来源、设计任务以及原料等方面分析，发现每年考察大同小异，都围绕核心知识。

　　高考中关于物质制备的实验设计，有这么几个要点。元素载体一般考铁、硫、氮、氯等元素及其单质和化合物的转化，复习时要熟练掌握这些元素知识。反应体系一般在溶液中，涉及溶解、反应、沉淀、析出、过滤、洗涤、干燥等实验方法，与高中所学吻合。转变方式主要有酸碱反应，即质子传递反应；氧化还原反应，涉及价态变化时要用此方法处理，比如二价铁制成三氧化二铁需加氧化剂，像之前案例中用双氧水；还有沉淀反应等。

　　实验方法方面，在溶液体系反应，加料时要搅拌，还要注意加料顺序，涉及反应环境问题。反应往往有主要反应和干扰反应，要控制干扰反应，比如控制溶液酸碱度（pH值）和反应温度等反应条件。要学会准确测量反应液数据，比如测定pH值来控制酸碱度，检测某些成分含量。还要注意关键细节和现象，比如判断反应是否完成，答题时要描述清楚。产品制好后从溶液中结晶，要控制温度，如冷却结晶或趁热过滤结晶，结晶后过滤、洗涤、干燥，使产品与滤液分离。工业制造实验方案设计还涉及环保和实验安全问题，比如处理氨气防止污染环境。