資源簡介

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2024年化學高考二輪復習
專題十六 化學工藝流程圖專題
一、考綱解讀
考綱導向
1、物質制備類化工流程題
2、提純類化工流程題
命題分析
化學工藝流程題是全國高考中的必考題型，它是將化工生產過程中主要生產階段——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步步設問，是無機框圖的創新；化學工藝流程題是現代化學工業生產工藝流程的簡化，它涉及了化工生產過程中所遇到的生產成本、產品提純、環境保護等實際問題，并考查了物質的制備、檢驗、分離提純等實驗基本操作和基本實驗原理在化工生產中的實際應用。
預計2024年高考的試題仍以某礦石為原料制備某物質或以廢渣、廢液提取某物質為背景，呈現化工生產流程圖，進行命題設計，綜合考查元素化合物知識、氧化還原反應方程式的書寫、反應條件的控制與選擇、產率的計算、Ksp的應用、綠色化學思想的體現等，題目綜合性強，難度大，旨在考查考生提取信息，遷移應用的邏輯思維能力。
二、知識點梳理
網絡圖
重點拓展
物質制備型工藝流程題一般分為原料處理、分離提純、獲得產品三個階段。通過對給定的原料進行預處理、分離提純,再經過若干步反應,最后制得目標物質。
一、物質制備過程中的?？贾R點
1.原料處理階段的常見考查點
①研磨——減小固體的顆粒度，增大固體與液體或氣體間的接觸面積，加快反應速率。
②水浸——與水接觸反應或溶解。
③酸浸——與酸接觸反應或溶解，使可溶性金屬進入溶液，不溶物通過過濾除去。
④灼燒——除去可燃性雜質或使原料初步轉化，如從海帶中提取碘時的灼燒就是為了除去可燃性雜質。
⑤煅燒——改變結構，使一些物質能溶解。并使一些雜質在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土。
2．分離提純階段的常見考查點
(1)調pH除雜
①控制溶液的酸堿性使其中的某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。如若要除去Al3＋、Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，先用氧化劑把Fe2＋氧化為Fe3＋，再調溶液的pH。
②調節pH所需的物質一般應滿足兩點：能與H＋反應，使溶液pH增大；不引入新雜質。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質來調節溶液的pH。
(2)加熱：加快反應速率或促進平衡向某個方向移動。
如果在制備過程中出現一些受熱易分解的物質或產物，則要注意對溫度的控制。如侯氏制堿法中的NaHCO3；還有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質。
(3)降溫：防止某物質在高溫時會溶解(或分解)；使化學平衡向著題目要求的方向移動。
3．獲得產品階段的常見考查點
(1)洗滌(冰水、熱水)：如乙醇洗滌既可洗去晶體表面的雜質，又可減少晶體溶解的損耗。
(2)蒸發時的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時，應在HCl的氣流中加熱，以防其水解。
(3)蒸發濃縮、冷卻結晶：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若將混合溶液加熱蒸發后再降溫，則析出的固體主要是K2Cr2O7，這樣就可分離出大部分K2Cr2O7；同樣原理可除去KNO3中的少量NaCl。
(4)蒸發結晶、趁熱過濾：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若將混合溶液蒸發一段時間，析出的固體主要是NaCl，同樣原理可除去NaCl中的少量KNO3。
二、工藝流程中的常見專業術語
釋義
研磨、霧化 將塊狀或顆粒狀的物質磨成粉末或將液體分散成微小液滴，增大反應物接觸面積，以加快反應速率或使反應更充分
灼燒(煅燒) 使固體在高溫下分解或改變結構、使雜質高溫氧化、分解等。如煅燒石灰石、高嶺土、硫鐵礦
浸取 向固體中加入適當溶劑或溶液，使其中可溶性的物質溶解，包括水浸取、酸溶、堿溶、醇溶等
酸浸 在酸性溶液中使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去的過程
浸出率 固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少
滴定 定量測定，可用于某種未知濃度物質的物質的量濃度的測定
酸作用 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金屬離子的水解、除去雜質離子等
堿作用 去油污、去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅、調節pH、促進水解(沉淀)
三、工藝流程題中常見問題的答題方向
常見問題 答題要考慮的角度
分離、提純 過濾、蒸發、萃取、分液、蒸餾等常規操作，如從溶液中得到晶體的方法：蒸發濃縮—冷卻結晶—過濾—(洗滌、干燥)
提高原子利用率 綠色化學(物質的循環利用、廢物處理、原子利用率、能量的充分利用)
在空氣中或特定氣體中進行的反應或操作 要考慮O2、H2O、CO2或特定氣體是否參與反應或能否達到隔絕空氣，防氧化、水解、潮解等目的
洗滌沉淀 方法：往漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流下后，重復以上操作2～3次
判斷沉淀是否洗滌干凈 取最后洗滌液少量，檢驗其中是否還有某種離子存在等
控制溶液的pH ①調節溶液的酸堿性，抑制水解(或使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀)②“酸作用”還可除去氧化物(膜)③“堿作用”還可除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅等④特定的氧化還原反應需要的酸性條件(或堿性條件)
控制溫度(常用水浴、冰浴或油浴) ①使化學平衡移動；控制化學反應的方向②控制固體的溶解與結晶③控制反應速率：使催化劑達到最大活性④升溫：促進溶液中的氣體逸出，使某物質達到沸點揮發⑤加熱煮沸：促進水解，聚沉后利于過濾分離
四、核心反應——陌生方程式的書寫
關注箭頭的指向：箭頭指入→反應物，箭頭指出→生成物。
(1)氧化還原反應：熟練應用氧化還原反應規律，判斷生成物并配平。陌生情景的氧化還原反應方程式書寫
①根據流程圖的目的，分析元素化合價的變化。
②根據流程圖的轉化信息和反應規律預測產物。
③根據得失電子、溶液的酸堿性，配平化學(或離子)方程式。
(2)非氧化還原反應：結合物質性質和反應實際情況判斷生成物。
五、原料預處理的六種常用方法
方法 目的
研磨 減小固體的顆粒度，增大固體與液體或氣體間的接觸面積，增大反應速率
水浸 與水接觸反應或溶解
酸浸 與酸接觸反應或溶解，使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去
堿浸 除去油污，溶解酸性氧化物、鋁及其氧化物
灼燒 除去可燃性雜質或使原料初步轉化，如從海帶中提取碘時的灼燒就是為了除去可燃性雜質
煅燒 改變結構，使一些物質能溶解，并使一些雜質在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土
六、控制反應條件的七種常用方法
(1)調節溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調節pH所需的物質一般應滿足兩點：
①能與H＋反應，使溶液pH變大。
②不引入新雜質，如要除去Cu2＋中混有的Fe3＋時，可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物質來調節溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
(2)控制溫度。根據需要升溫或降溫，改變反應速率或使平衡向需要的方向移動。
(3)控制壓強。改變速率，影響平衡。
(4)使用合適的催化劑。加快反應速率，縮短達到平衡所需要的時間。
(5)趁熱過濾。防止某物質降溫時析出。
(6)冰水(或有機溶劑)洗滌。洗去晶體表面的雜質離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。
(7)氧化：氧化劑的選擇要依據試題設置的情境，常見的氧化劑有氯氣、過氧化氫、氧氣和次氯酸鈉等，為了避免引入新的雜質，通常選擇的氧化劑有過氧化氫和氧氣。
七、副產品及循環物質的確定
1.副產品的確定
2.循環物質的確定
八、工藝流程題的主線分析方法
1.主線分析方法
2.實例分析
【典例】磷酸鐵鋰(LiFePO4)被認為是最有前途的鋰離子電池正極材料。某企業利用富鐵浸出液生成磷酸鐵鋰,開辟了處理硫酸亞鐵廢液一條新途徑。其主要流程如下:
已知:H2TiO3是種難溶于水的物質。
(1)鈦鐵礦用濃硫酸處理之前,需要粉碎,其目的是 　。
(2)TiO2+水解生成H2TiO3的離子方程式為 　。
(3)加入NaClO發生反應的離子方程式為 　。
(4)在實驗中,從溶液中過濾出H2TiO3后,所得濾液渾濁,應如何操作　 。
(5)為測定鈦鐵礦中鐵的含量,某同學取經濃硫酸等處理的溶液(此時鈦鐵礦中的鐵已全部轉化為二價鐵離子),采取KMnO4標準液滴定Fe2+的方法:(不考慮KMnO4與其他物質反應)在滴定過程中,若未用標準液潤洗滴定管,則使測定結果　　(填“偏高”、“偏低”或“無影響”),滴定終點的現象是　 。滴定分析時,稱取a g鈦鐵礦,處理后,用c mol/L KMnO4標準液滴定,消耗V mL,則鐵元素的質量分數的表達式為　　　　。
解析：按照主線分析法分析如下：
【信息處理】鈦鐵礦用濃硫酸處理后得到含Fe2+、SO42-、TiO2+的溶液，水解后得到鈦酸沉淀，再對濾液進行處理得到目標產物磷酸鐵鋰(LiFePO4)。(1)粉碎的目的是增大固體與溶液反應時的接觸面積,加快反應的進行(2)根據水解規律，TiO2+水解生成H2TiO3和H+；(3)酸性條件下ClO-將Fe2+氧化為Fe3+,ClO-被還原成Cl-；(4)濾液渾濁,說明過濾器損壞,應換上新過濾器后,重新過濾；(5)如果未用標準液潤洗滴定管,會導致標準液被稀釋,消耗KMnO4標準液體積偏大,使測定結果偏高;當滴定達終點時,滴加最后一滴KMnO4標準液,溶液變成紫紅色,且半分鐘內不褪色，根據電子得失守恒進行計算解答。
三、高頻考點突破
高頻考點一 反應條件控制
典例精析
1．可用于催化劑載體及功能材料的制備。天然獨居石中，鈰(Ce)主要以形式存在，還含有、、、等物質。以獨居石為原料制備的工藝流程如圖：
已知：①常溫下，的，，；
②易被氧化為。
回答下列問題：
(1)為提高“焙燒”效率，可采取的措施有 (寫一條即可)；
(2)濾渣Ⅲ的主要成分是 (寫化學式)；
(3)“沉鈰”過程中，恰好沉淀完全[為]時溶液的pH為5，則溶液中 mol/L(保留兩位有效數字)。
(4)濾渣Ⅱ的主要成分為，在高溫條件下，、草酸()和可制備電極材料，同時生成和，該反應的化學方程式為 。
(6)為測定產品中的含量，取2.00g產品加入氧化劑將完全氧化并除去多余氧化劑后，用稀硫酸酸化，配成100.00mL溶液，取25.00mL溶液用0.10mol/L的溶液滴定至終點(鈰被還原成)，消耗溶液20.00mL，則產品中的質量分數為 。
答案：(1)將獨居石粉碎增大接觸面積或提高焙燒溫度
(2)
(3)0.21
(4)
(5)56%
解析：焙燒濃硫酸和獨居石的混合物、水浸，CePO4轉化為Ce(SO4)3和H3PO4，SiO2與硫酸不反應，Al2O3轉化為Al2(SO4)3，Fe2O3轉化為Fe2(SO4)3，CaF2轉化為CaSO4和HF，酸性廢氣含HF；過濾，濾渣Ⅰ為SiO2和磷酸鈣、FePO4，濾液主要含H3PO4，Ce2(SO4)3，Al2(SO4)3，Fe2(SO4)3，加氯化鐵溶液除磷，濾渣Ⅱ為FePO4；聚沉將鐵離子、鋁離子轉化為沉淀，過濾除去，濾渣Ⅲ主要為氫氧化鋁，還含氫氧化鐵；加碳酸氫銨沉鈰得。
（1）為提高“焙燒”效率，可采取的措施有：將獨居石粉碎增大接觸面積、提高焙燒溫度等。
（2）由分析可知，濾渣Ⅲ的主要成分是：。
（3）的，，，
，，，。
（4）在高溫條件下，、草酸()和可制備電極材料，同時生成和，該反應的化學方程式為：。
（5）由題可知：
變式訓練
2．鈦是一種性能非常優越的金屬，有著廣泛的應用，有人說“21世紀將是鈦的世紀”。以金紅石礦(主要成分為TiO2，含有少量Al2O3、SiO2、FeO、Fe2O3等雜質)為主要原料，首先反應生成TiCl4，然后再用鎂還原得到金屬鈦，其工藝流程如下：
已知：常溫下Fe(OH)3和Fe(OH)2溶度積(Ksp)分別為4.0×10-38和8.0×10-16
請回答下列問題：
(1)加入濃NaOH溶液的目的是 。
(2)鎂和氯氣主要來源于流程中的某種物質通過電解方法獲得，該物質是 。工業生產中需要適當補充該物質，該物質可來源于海水，制備過程如下：向海水中加入石灰乳后，向分離得到的固體中加入過量的鹽酸，目的是 ，將得到的溶液通過 、冷卻結晶操作后得到晶體，在HCl氣流中加熱晶體即可得到該物質。
(3)高溫下，濾渣Y、焦炭和氯氣發生反應生成可燃性氣體的化學方程式為： 。
(4)工藝流程中稀有氣體Ar的作用是 。
(5)為提高原料的利用率，常溫下某研究小組向⑤過濾后的濾液中，先加適量的H2O2，再加適量的堿調節溶液的pH至4，過濾后將濾渣加熱灼燒，得到了常用的涂料。調節溶液的pH至4時，溶液中金屬離子的濃度為 mol/L。
(6)TiN具有重要的用途，可在高溫下由TiO2與NH3反應制得，同時生成一種可用作保護氣的單質氣體和一種無色無味的液體。該反應的化學方程式為 。
答案：(1)除去雜質SiO2和Al2O3
(2) 物質B(或氯化鎂) 抑制氯化鎂(Mg2+)的水解 蒸發濃縮
(3)TiO2+2C+2Cl22CO+TiCl4
(4)防止高溫下鈦被氧化
(5)4.0×10-8
(6)6TiO2+8NH36TiN+12H2O+N2
解析：根據金紅石礦所含成分以及流程目的，氧化鋁為兩性氧化物，二氧化硅為酸性氧化物，FeO、Fe2O3為堿性氧化物，粉碎后，加入濃NaOH溶液，發生Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O、SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，過濾除去硅元素和氯元素，濾渣為TiO2、FeO、Fe2O3，加入稀硫酸，FeO、Fe2O3與稀硫酸反應生成Fe2+、Fe3+，過濾除去，濾渣為TiO2，反應⑥得到可燃性氣體，該氣體為CO，即反應⑥的方程式為2C+TiO2+2Cl22CO+TiCl4，TiCl4與Mg在惰性氣體中反應生成Ti，據此分析；
（1）根據上述分析，濃NaOH溶液的目的是除去雜質Al2O3、SiO2；故答案為Al2O3、SiO2；
（2）工業上電解熔融氯化鎂得到鎂單質和氯氣，反應⑦發生2Mg+TiCl42MgCl2+Ti，因此該物質為物質B或MgCl2；向海水中加入石灰乳，發生Mg2++Ca(OH)2=Mg(OH)2+Ca2+，過濾，得到氫氧化鎂沉淀，然后加入鹽酸，發生Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O，為抑制Mg2+水解，加入鹽酸需過量，然后將溶液通過蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾得到氯化鎂晶體，在HCl氛圍中加熱該晶體得到氯化鎂固體；故答案為物質B或MgCl2；抑制氯化鎂(Mg2+)的水解；蒸發濃縮；
（3）根據上述分析，濾渣Y、焦炭、氯氣反應方程式為2C+TiO2+2Cl22CO+TiCl4；故答案為2C+TiO2+2Cl22CO+TiCl4；
（4）根據流程圖，用到Ar在反應⑦，其作用是防止高溫下鈦被氧化；故答案為防止高溫下鈦被氧化；
（5）向⑤過濾后的濾液中，先加適量的H2O2，將Fe2+氧化成Fe3+，然后調節pH至4，Fe3+以氫氧化鐵形式沉淀出來，此時溶液中c(OH-)=10-10mol/L，c(Fe3+)==4.0×10-8mol/L，故答案為4.0×10-8；
（6）得到保護氣，根據原子守恒，該保護氣為氮氣，無色無味的液體為水，該反應方程式為6TiO2+8NH36TiN+12H2O+N2；故答案為6TiO2+8NH36TiN+12H2O+N2。
高頻考點二 化學基本原理
典例精析
1． 可用于電子工業生產軟磁鐵氧體，用作電子計算機中存儲信息的磁芯，磁盤等。工業上以軟錳礦(主要成分是，還含有少量的(、、)為原料生產的工藝流程如下：
25℃時，相關金屬離子[]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：
金屬離子
開始沉淀的pH 1.5 6.3 3.4 8.1
沉淀完全的pH 2.8 8.3 4.7 10.1
回答下列問題：
(1)“酸浸、還原”時，為了加快化學反應速率，可以采取的措施有_____________________________________(任寫一種即可)。“酸浸、還原”后溶液中含有的金屬陽離子主要有____________(填離子符號)，鐵屑與發生反應的離子方程式為_______________________________________________。
(2)“調節pH”時，加入溶液的目的是________________________________，“調節pH”的范圍為______________________。
(3)“沉錳”時，其他條件一定，沉錳過程中錳離子的沉淀率與溶液溫度的關系如圖所示。50℃后，溶液溫度越高，錳離子的沉淀率越低，原因是__________________________________________。
(4)25℃時，pH=2.8沉淀完全，則_______。
(5)濾渣1中的可制備還原鐵粉，還原鐵粉的純度可通過下列方法測定：稱取0.2800g樣品，溶于過量稀硫酸，用標準溶液滴定所得溶液中的，測得三次消耗0.03000mol/L的溶液25.10mL、26.50mL、24.90mL(測定過程中雜質不參與反應)。
①寫出滴定反應的離子方程式__________________________________________。
②計算還原鐵粉的純度__________________________________________。
答案：(1)加熱、增加硫酸的濃度等 、、
(2)將氧化成 4.7≤pH小于8.1
(3)溫度升高，分解并揮發出
(4)
(5) 90%
軟錳礦主要成分是MnO2，還含有少量的、、，向軟錳礦中加入過量稀硫酸和鐵屑酸浸、還原得到含有錳離子、亞鐵離子、鋁離子的溶液；向溶液中加入過氧化氫溶液，將亞鐵離子氧化為鐵離子后，再加入碳酸錳調節溶液pH在4.7~8.1范圍內，將鐵離子、鋁離子轉化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，過濾得到含有二氧化硅、氫氧化鐵、氫氧化鋁的濾渣和濾液；向濾液中加入氨水，將濾液中錳離子轉化為氫氧化錳沉淀，過濾得到濾液和氫氧化錳；向氫氧化錳中加入過氧化氫溶液，共熱將氫氧化錳轉化為四氧化三錳。
（1）將軟錳礦粉碎處理，增大反應物的接觸面積；適當升高溫度；增加硫酸的濃度等加快化學反應速率。向軟錳礦中加入過量稀硫酸和鐵屑，“酸浸、還原”，堿性氧化物與酸反應得到相應的鹽，鐵屑具有還原性，將MnO2和Fe3+還原，所以溶液中含有的金屬陽離子主要有Mn2+、Fe2+、Al3+。鐵屑與發生反應的離子方程式為。
（2）向溶液中加入H2O2溶液，將Fe2+氧化為Fe3+后，再加入MnCO3固體調節溶液pH，使Fe3+、Al3+完全轉化為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，Mn2+不能沉淀，所以pH應控制在4.7~8.1范圍內。
（3）“沉錳”時用的是氨水調節pH，氨水受熱易分解，50℃后，溶液溫度越高，錳離子的沉淀率越低，因為反應物氨水受熱易分解，錳離子的沉淀率降低。
（4）pH=2.8時，，沉淀完全，此時溶液中c()=1×10-5,。
（5）稱取0.2800g樣品，用過量稀硫酸溶解，用標準溶液滴定其中的，根據滴定反應的離子方程式：，存在關系式：6Fe~6~，滴定過程中，26.50mL為誤差較大數據舍去，求平均值消耗的體積為25.00mL，物質的量為0.03000mol·L-1×0.02500L=0.00075 mol，則樣品中含有的鐵的物質的量為0.00075mol×6=0.0045mol，樣品中鐵含量為。
2．廢舊鋅錳電池中的黑錳粉含有、、和少量、及炭黑等，為了保護環境、充分利用錳資源，通過下圖流程制備。
回答下列問題：
(1)基態原子的簡化電子排布式為________________________________。
(2)“濾液a”的主要成分為，另外還含有少量等。
①用離子方程式表示“濾液a”呈酸性的原因：_______________________________________________。
②根據下圖所示的溶解度曲線，將“濾液a”蒸發結晶、_______、洗滌、干燥，得固體。
(3)“焙炒”的目的是除炭、氧化等。空氣中氧化的化學方程式為_________________________________________________。
(4)探究“酸浸”中溶解的適宜操作。
實驗I.向中加入溶液，產生大量氣泡；再加入稀，固體未明顯溶解。
實驗II.向中加入稀，固體未溶解；再加入溶液，產生大量氣泡，固體完全溶解。
①實驗I中的作用是___________________________，實驗II中的作用是__________________________________________。
②由實驗可知，“酸浸”溶解時加入試劑的順序是___________________________。
(5)證明溶液中沉淀完全：取少量溶液，滴加____________(填試劑)，觀察到________________________________(填現象)。
答案：(1)[Ar]3d54s2
(2) 過濾
(3)
(4)催化作用 還原劑 先加入稀硫酸再加入過氧化氫溶液
(5)KSCN溶液 溶液不變色
解析：（1）錳為25號元素，基態Mn原子的簡化電子排布式為[Ar]3d54s2；
（2）① “濾液a”中含有銨根離子，銨根離子水解生成生成氫離子，導致溶液顯酸性，；
②氯化銨溶解度低溫時較小，且溶解度受溫度影響不大，將“濾液a”蒸發結晶、過濾、洗滌、干燥，得固體；
（3）氧氣具有氧化性，氧化生成二氧化錳和水，化學方程式為；
（4）①二氧化錳催化過氧化氫生成水和氧氣，實驗I中的作用是催化劑；實驗II中加入溶液，產生大量氣泡，固體完全溶解，反應中錳元素化合價降低，中氧元素化合價升高發生氧化反應，過氧化氫為還原劑起還原作用；
②由實驗可知，酸性條件下，二氧化錳被過氧化氫還原，故“酸浸”溶解時加入試劑的順序是先加入稀硫酸再加入過氧化氫溶液；
（5）鐵離子和KSCN溶液變紅色，故實驗為：取少量溶液，滴加KSCN溶液，溶液不變色，說明鐵離子完全沉淀。
變式訓練
高頻考點三 化學圖表圖象信息加工
典例精析
1．工業上利用某地碳酸錳礦(成分及含量如表)制備硫酸錳，其工藝流程如圖：
已知：該碳酸錳礦的成分及含量如表。
成分 元素化合物及其他雜質
含量/% 18.06 10.32 12.54 2.60 11.48 12.42 10.24 22.34
請回答下列問題：
(1)“酸浸”前適當粉碎碳酸錳礦的目的是____________________________________________________；若顆粒太細，則硫酸容易浸透，隨后劇烈反應產生、水汽等懸浮在表層，導致冒槽，除影響操作外還會______________________；的第三電離能大于的第三電離能，分析其原因：____________________________________________________。
(2)“溶渣”的主要成分為______________________(填化學式)。
(3)“酸浸”中被溶解的離子方程式為__________________________________________。
(4)“酸浸”過程中的浸出率與礦酸比、浸出溫度的關系如圖所示：
最適宜的礦酸比、浸出溫度分別為____________、____________。
(5)“除鋁鐵”中加入的目的是_____________________________________。加入氨水調節時，與鋁鐵去除率、錳損失率的關系如圖所示，則應調節的范圍為____________(填標號)。
A．1.5～2 B．2.5～3 C．3～4 D．4.5～5
答案：(1)增大反應物的接觸面積 影響溶渣的沉降 失去2個電子后的3d軌道為半填充較為穩定結構，鐵離子失去2個電子后為3d6結構，故的第三電離能大于的第三電離能
(2)SiO2、CaSO4
(3)
(4)0.7 80℃
(5)將二價鐵轉化為三價鐵 D
解析：碳酸錳礦加入硫酸酸溶，二氧化硅不反應，氧化鈣轉化為硫酸鈣沉淀，兩者成為濾渣，錳、鋁、鎂、銅、鎳進入濾液；濾液加入二氧化錳將二價鐵轉化為三價鐵，加入氨水調節pH將鐵、鋁轉化為沉淀，然后再除去銅鎳，溶液加熱濃縮，結晶分離出濾液，蒸發濃縮結晶得到硫酸錳；
（1）“酸浸”前適當粉碎碳酸錳礦的目的是增大反應物的接觸面積，加快反應速率和酸浸效果；若顆粒太細，則硫酸容易浸透，隨后劇烈反應產生、水汽等懸浮在表層，導致冒槽，除影響操作外還會影響溶渣的沉降，不利于分離出溶渣；基態Mn原子核外電子排布為1s22s22p63s23p63d54s2，基態Fe原子核外電子排布為1s22s22p63s23p63d64s2， 失去2個電子后的3d軌道為半填充較為穩定結構，鐵離子失去2個電子后為3d6結構，故的第三電離能大于的第三電離能；
（2）由分析可知，“溶渣”的主要成分為SiO2、CaSO4；
（3）“酸浸”中和硫酸反應生成硫酸錳、二氧化碳、水，離子方程式為；
（4）由圖可知，最適宜的礦酸比、浸出溫度分別為0.7、80℃，此時浸出率最好；
（5）“除鋁鐵”中加入的目的是將二價鐵轉化為三價鐵，便于將鐵轉化為沉淀除去；由圖可知，加入氨水調節范圍為4.5～5時，此時鋁鐵去除率較高、錳損失率較低，故選D。
變式訓練
2．以黃鐵礦(主要成分是，含少量)和軟錳礦(主要成分是，含少量、)為原料制備的工藝流程如下。
已知溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
金屬離子
開始沉淀時()的pH 8.1 7.5 2.2 3.7
沉淀完全時()的pH 9.6 9.0 3.2 4.7
回答下列問題：
(1)提高“酸浸”率的方法有________________________________、___________________________(任答兩條)。濾渣中有S和____________；“酸浸”得到的濾液中含有、，則該過程中主要反應的離子方程式是_________________________________________________________。
(2)若“調pH”后的溶液中濃度為，則“調pH”應控制的pH范圍是____________。
(3)“沉錳”時的離子反應方程式是__________________________________________。
(4)結合圖象分析，得到晶體所需的“操作A”是指____________、____________、洗滌、干燥。
(5)若稱取一定質量的用標準溶液滴定(滴定過程產生的誤差可忽略)，計算所得樣品質量分數大于100%，分析可能的原因是_____________________________________。
答案：(1)礦石粉碎 適當提高反應溫度
(2)4.7~7.1
(3)
(4)蒸發濃縮結晶 保持溫度高于40℃以上趁熱過濾
(5)樣品失去部分結晶水或混有硫酸鹽雜質
解析：黃鐵礦(主要成分是FeS2，含少量SiO2)和軟錳礦(主要成分是MnO2，含少量Fe2O3、Al2O3)先進行粉碎，增大酸溶時的接觸面積，再加入稀硫酸酸浸，其中SiO2不溶于酸，金屬氧化物溶于酸生成硫酸鋁和硫酸鐵，MnO2、FeS2與硫酸發生反應生成單質S和硫酸錳、硫酸鐵，由表中數據計算出Mn(OH)2的Ksp可知，過濾除雜后加氫氧化鈉調節溶液pH值4.7~7.1之間除去溶液中的Fe3+和Al3+，所得濾液中加入碳酸氫銨發生反應，將錳轉化為碳酸錳沉淀，碳酸錳沉淀中加入稀硫酸，將其轉化為硫酸錳溶液，經過操作A即蒸發結晶、保持溫度高于40℃以上趁熱過濾，過濾洗滌干燥后得到MnSO4·H2O；
（1）提高“酸浸”率的方法有礦石粉碎、適當增加酸的濃度、適當提高反應溫度等；“酸浸”過程得到的濾液中含有，是由于MnO2和FeS2發生氧化還原反應轉化而來的，故該過程中主要反應的離子方程式是；反應中生成硫，二氧化硅不反應，兩者成為濾渣；
（2）根據上表數據，計算的c(Mn2+)c2(OH-)=0.01×()2=，當濃度為時，溶液中c(OH-)==10-6.9mol/L，此時溶液的pH=7.1，由分析可知，調節pH的目的是除去溶液中的Fe3+和Al3+，故“調”應控制的范圍是4.7~7.1；
（3）由分析可知，“沉猛”時，、碳酸氫銨反應生成碳酸錳沉淀和二氧化碳、水，反應的離子方程式是；
（4）由題干溶解度圖像可知，當溫度低于40℃時溶液將析出，故由分析從“操作A”所得溶液中得到晶體需進行的操作是蒸發結晶、保持溫度高于40℃以上趁熱過濾，洗滌、干燥；
（5）若稱取一定質量的用標準溶液滴定(操作過程產生的誤差可忽略)，若樣品失去部分結晶水則導致相同質量的樣品中含有的硫酸根量偏大，導致結果偏高，或樣品混有硫酸鹽雜質也將產生跟多的硫酸鋇，導致計算所得樣品質量分數大于，故答案為：樣品失去部分結晶水或混有硫酸鹽雜質。
四、考場演練
1．（2023·天津·高考真題）工業上以硫黃為原料制備硫酸的原理示意圖如下，其過程包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個階段。
Ⅰ.硫液化后與空氣中的氧反應生成SO2。
(1)硫磺()的晶體類型是 。
(2)硫的燃燒應控制事宜溫度。若進料溫服超過硫的沸點，部分燃燒的硫以蒸汽的形式隨SO2進入到下一階段，會導致 (填序號)。
a.硫的消耗量增加 b.SO2產率下降 c.生成較多SO3
(3)SO2(g)氧化生成80g SO3(g)放出熱量98.3kJ，寫出該反應的熱化學方程式 。隨溫度升高，SO2的平衡轉化率 (填“升高”或“降低”)。
(4)從能量角度分析，釩催化劑在反應中的作用為 。
Ⅱ.一定條件下，釩催化劑的活性溫度范圍是450～600℃。為了兼顧轉化率和反應速率，可采用四段轉化工藝：預熱后的SO2和O2通過第一段的釩催化劑層進行催化氧化，氣體溫度會迅速接近600℃，此時立即將氣體通過熱交換器，將熱量傳遞給需要預熱的SO2和O2，完成第一段轉化。降溫后的氣體依次進行后三段轉化，溫度逐段降低，總轉化率逐段提高，衡轉化率。最終反應在450℃左右時，SO2轉化率達到97％。
(5)氣體經過每段的釩催化劑層，溫度都會升高，其原因是 。升高溫度后的氣體都需要降溫，其目的是 。
(6)采用四段轉化工藝可以實現 (填序號)。
a．控制適宜的溫度，盡量加快反應速率，盡可能提高SO2轉化率
b．使反應達到平衡狀態
c．節約能源
Ⅲ．工業上用濃硫酸吸收SO3。若用水吸收SO3會產生酸霧，導致吸收效率降低。
(7)SO3的吸收率與所用硫酸的濃度、溫度的關系如圖所示。
據圖分析，最適合的吸收條件；硫酸的濃度 ，溫度 。
(8)用32噸含S 99%的硫磺為原料生成硫酸，假設硫在燃燒過程中損失2%，SO2生成SO3的轉化率是97%，SO3吸收的損失忽略不計，最多可以生產98%的硫酸 噸。
答案：(1)分子晶體
(2)ab
(3) 2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) 降低
(4)降低反應活化能
(5) 反應放熱 保持釩催化劑活性溫度，提高SO2轉化率，保證反應速率
(6)ac
(7) 98.3% 60℃
(8)94
解析：先將硫黃在空氣中燃燒或焙燒，和氧氣反應生成二氧化硫，生成的SO2和氧氣發生反應轉化為三氧化硫，生成的SO3用濃硫酸吸收得到硫酸；
（1）是硫單質的分子晶體；
（2）a．第Ⅰ步時，硫粉液化并與氧氣共熱生成二氧化硫，若反應溫度超過硫粉沸點，部分硫粉會轉化為硫蒸氣損失，消耗的硫粉會增大，a正確；
b．硫蒸氣與生成的二氧化硫一同參加第Ⅱ步反應過程中，降低二氧化硫的生成率，b正確；
c．二氧化硫產率降低后，生成的三氧化硫也會減少，c錯誤；
故選ab。
（3）若每生成80g氣體三氧化硫，放出98.3kJ能量，80g三氧化硫的物質的量為：80g÷80g/mol=1mol，則生成三氧化硫的反應的熱化學方程式為：2SO2(g)+O2(g)=2SO3 (g)；該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，則二氧化硫轉化率降低；
（4）催化劑可以降低反應的活化能，加快反應速率；
（5）通入催化劑層后，體系(剩余反應物與生成物)溫度升高的原因在于：二氧化硫和氧氣的反應是放熱反應，反應釋放能量使得溫度升高；每輪反應后進行熱交換降溫的目的是：保持釩催化劑活性溫度，提高SO2轉化率，保證反應速率；
（6）a．由題目信息可知，在每段SO2向SO3轉化的過程中，各段控制適宜的溫度，溫度逐段降低，可以保持釩催化劑的活性溫度，保證SO2的轉化率和反應速率均保持較高水平，故a正確；
b．由題目信息可知，反應轉化率衡轉化率，也就是使得反應衡狀態，故b錯誤；
c．降溫后的氣體依次進行后三段轉化，溫度逐段降低，節約了能源，故c正確；
故選ac。
（7）由圖可知，最適合吸收三氧化硫的濃硫酸質量分數為98.3%，最適合吸收的溫度為60℃，此時SO3吸收率最高；
（8）由題意可知，32噸含硫元素99%的硫粉物質的量為，在第一步反應中硫元素損失了2%，則生成二氧化硫，二氧化硫在第二步反應中97%轉化為了三氧化硫，則生成三氧化硫，三氧化硫在第三步反應中被吸收時，視作全部吸收，那么這批硫粉總計可以生產98%的濃硫酸，為94噸。
2．（2023·河北·高考真題）閉環循環有利于提高資源利用率和實現綠色化學的目標。利用氨法浸取可實現廢棄物銅包鋼的有效分離，同時得到的可用于催化、醫藥、冶金等重要領域。工藝流程如下：
已知：室溫下的。
回答下列問題：
(1)首次浸取所用深藍色溶液①由銅毛絲、足量液氨、空氣和鹽酸反應得到，其主要成分為 (填化學式)。
(2)濾渣的主要成分為 (填化學式)。
(3)浸取工序的產物為，該工序發生反應的化學方程式為 。浸取后濾液的一半經氧化工序可得深藍色溶液①，氧化工序發生反應的離子方程式為 。
(4)浸取工序宜在之間進行，當環境溫度較低時，浸取液再生后不需額外加熱即可進行浸取的原因是 。
(5)補全中和工序中主反應的離子方程式 + 。
(6)真空干燥的目的為 。
答案：(1)
(2)
(3)
(4)鹽酸和液氨反應放熱
(5)
(6)防止干燥過程中被空氣中的氧化
解析：由題給流程可知，銅包鋼用由銅毛絲、足量液氨、空氣和鹽酸反應得到的二氯化四氨合銅深藍色溶液浸取，將銅轉化為一氯化二氨合亞銅，過濾得到含有鐵的濾渣和一氯化二氨合亞銅濾液；將濾液的一半經氧化工序將一氯化二氨合亞銅可以循環使用的二氯化四氨合銅；濾液的一半加入加入硫酸、鹽酸中和，將一氯化二氨合亞銅轉化為硫酸亞銅和氯化亞銅沉淀，過濾得到含有硫酸銨、硫酸亞銅的濾液和氯化亞銅；氯化亞銅經鹽酸、乙醇洗滌后，真空干燥得到氯化亞銅；硫酸亞銅溶液發生置換反應生成海綿銅。
（1）由分析可知，由銅毛絲、足量液氨、空氣和鹽酸反應得到的深藍色溶液①為二氯化四氨合銅；
（2）由分析可知，濾渣的主要成分為鐵；
（3）由分析可知，浸取工序發生的反應為二氯化四氨合銅溶液與銅反應生成一氯化二氨合亞銅，反應的化學方程式為；氧化工序中一氯化二氨合亞銅發生的反應為一氯化二氨合亞銅溶液與氨水、氧氣反應生成二氯化四氨合銅和水，反應的離子方程式為，；
（4）浸取工序中鹽酸與氨水反應生成氯化銨和水的反應為放熱反應，反應放出的熱量可以使反應溫度保持在30~40℃之間，所以當環境溫度較低時，浸取液再生后不需額外加熱即可進行浸?。?br/>（5）由題給方程式可知，溶液中加二氨合亞銅離子與氯離子、氫離子反應生成氯化亞銅沉淀和銨根離子，反應的離子方程式為+；
（6）氯化亞銅易被空氣中的氧氣氧化，所以為了防止干燥過程中氯化亞銅被氧化，應采用真空干燥的方法干燥。
3．（2023·重慶·高考真題）是一種用途廣泛的磁性材料，以為原料制備并獲得副產物水合物的工藝如下。
時各物質溶度積見下表：
物質
溶度積
回答下列問題：
(1)中元素的化合價是和 。的核外電子排布式為 。
(2)反應釜1中的反應需在隔絕空氣條件下進行，其原因是 。
(3)反應釜2中，加入和分散劑的同時通入空氣。
①反應的離子方程式為 。
②為加快反應速率，可采取的措施有 。(寫出兩項即可)。
(4)①反應釜3中，時，濃度為，理論上不超過 。
②稱取水合物，加水溶解，加入過量，將所得沉淀過濾洗滌后，溶于熱的稀硫酸中，用標準溶液滴定，消耗。滴定達到終點的現象為 ，該副產物中的質量分數為 。
答案：(1) +3 1s22s22p6
(2)防止二價鐵被空氣中氧氣氧化為三價鐵
(3) 適當升高溫度、攪拌
(4) 11 最后半滴標準液加入后，溶液變為紅色，且半分鐘內不變色 66.6%
解析：
溶液加入氧化鈣生成氫氧化亞鐵，溶液加入氧化鈣和空氣生成氫氧化鐵，反應釜1、2中物質混合后調節pH，加壓過濾分離出沉淀處理得到四氧化三鐵，濾液處理得到氯化鈣水合物；，
（1）可以寫成，故元素的化合價是和+3。為氧原子得到2個電子形成的，核外電子排布式為1s22s22p6；
（2）空氣中氧氣具有氧化性，反應釜1中的反應需在隔絕空氣條件下進行，其原因是防止二價鐵被空氣中氧氣氧化為三價鐵；
（3）①反應釜2中，加入和分散劑的同時通入空氣，氧氣將二價鐵氧化三價鐵，三價鐵與氧化鈣和水生成的氫氧化鈣生成氫氧化鐵，反應的離子方程式為。
②為加快反應速率，可采取的措施有適當升高溫度、攪拌等；
（4）①反應釜3中，時，濃度為，反應不能使鈣離子生成沉淀，防止引入雜質，故此時，pOH=3，pH=11，故理論上不超過11。
②高錳酸鉀溶液紫紅色，故滴定達到終點的現象為：最后半滴標準液加入后，溶液變為紅色，且半分鐘內不變色；
氯化鈣和草酸鈉轉化為草酸鈣沉淀，草酸鈣沉淀加入硫酸轉化為草酸，草酸和高錳酸鉀發生氧化還原反應：，結合質量守恒可知，，則該副產物中的質量分數為。
4．（2023·江蘇·高考真題）實驗室模擬“鎂法工業煙氣脫硫”并制備，其實驗過程可表示為
(1)在攪拌下向氧化鎂漿料中勻速緩慢通入氣體，生成，反應為，其平衡常數K與、、、的代數關系式為 ；下列實驗操作一定能提高氧化鎂漿料吸收效率的有 (填序號)。
A．水浴加熱氧化鎂漿料
B．加快攪拌速率
C．降低通入氣體的速率
D．通過多孔球泡向氧化鎂漿料中通
(2)在催化劑作用下被氧化為。已知的溶解度為0.57g(20℃)，氧化溶液中的離子方程式為 ；在其他條件相同時，以負載鈷的分子篩為催化劑，漿料中被氧化的速率隨pH的變化如題圖甲所示。在pH=6~8范圍內，pH增大，漿料中的氧化速率增大，其主要原因是 。
(3)制取晶體。在如題圖乙所示的實驗裝置中，攪拌下，使一定量的漿料與溶液充分反應。漿料與溶液的加料方式是 ；補充完整制取晶體的實驗方案：向含有少量、的溶液中， 。(已知：、在時完全轉化為氫氧化物沉淀；室溫下從飽和溶液中結晶出，在150~170℃下干燥得到，實驗中需要使用MgO粉末)

答案：(1) BD
(2) pH增大，抑制的水解，反應物的濃度增大，故可加快氧化速率
(3) 用滴液漏斗向盛有MgSO3漿料的三頸燒瓶中緩慢滴加硫酸溶液 分批加入少量氧化鎂粉末，攪拌，直至用pH試紙測得pH≥5，過濾；將濾液蒸發濃縮、降溫至室溫結晶，過濾，所得晶體在150~170℃干燥。
解析：本實驗的目的是為了制取，首先在攪拌下向氧化鎂漿料中勻速緩慢通入氣體，生成，然后使一定量的漿料與溶液充分反應生成硫酸鎂，在硫酸鎂的溶液中加入氧化鎂調節溶液的pH除去三價鐵和三價鋁，將濾液蒸發濃縮、降溫至室溫結晶，過濾，所得晶體在150~170℃干燥即可得到；
（1）已知下列反應：
① K
②
③
④
⑤
⑥
根據蓋斯定律，①=②-③+④+⑤-⑥，故K=；
A．加熱可加快反應速率，但溫度升高，SO2在水中溶解度降低，且會導致H2SO3受熱分解，不一定能提高吸收SO2效率，A錯誤；
B．加快攪拌速率，可以使反應物充分接觸，提高吸收SO2效率，B正確；
C．降低通入SO2氣體的速率，SO2可與MgO漿料充分接觸，但會降低反應速率，不一定能提高吸收SO2效率，C錯誤；
D．多孔球泡可以讓SO2與MgO漿料充分接觸，能提高吸收SO2效率，D正確；
故選BD。
（2）根據題意，O2氧化溶液中的，被氧化為，1molO2氧化2mol，故氧化溶液中的離子方程式為：；
pH增大，抑制的水解，反應物的濃度增大，故可加快氧化速率；
（3）在進行含固體物質的反應物與液體反應的實驗時，應將含固體物質的反應物放在三頸瓶中，通過滴液漏斗滴加液體，H2SO4溶液的滴加速率要慢，以免H2SO4過量；
根據題意，首先需要調節pH≥5以除去Fe3+、Al3+雜質，需要用到的試劑為MgO粉末，操作細節為分批加入少量MgO粉末，以免pH過高，不斷攪拌進行反應直至檢測到pH≥5，然后過濾除去氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀；接著需要從溶液中得到，根據題目信息，室溫下結晶只能得到，因此需要在150~170℃下干燥得到，操作細節為將濾液蒸發濃縮、降溫至室溫結晶，過濾，所得晶體在150~170℃干燥。
5．（2023·海南·高考真題）鈹的氧化物廣泛應用于原子能、航天、電子、陶瓷等領域，是重要的戰略物資。利用綠柱石(主要化學成分為(，還含有一定量的FeO和)生產BeO的一種工藝流程如下。
回答問題：
(1)中Be的化合價為 。
(2)粉碎的目的是 ；殘渣主要成分是 (填化學式)。
(3)該流程中能循環使用的物質是 (填化學式)。
(4)無水可用作聚合反應的催化劑。BeO、與足量C在600~800℃制備的化學方程式為 。
(5)沉鈹時，將pH從8.0提高到8.5，則鈹的損失降低至原來的 %。
答案：(1)+2
(2) 增大反應物的接觸面積加快反應速率，提高浸取率 SiO2
(3)(NH4)2SO4
(4)BeO+Cl2+CCO+BeCl2
(5)10
解析：綠柱石煅燒生成氧化物，濃硫酸浸取，SiO2不溶于硫酸，殘渣是SiO2，加硫酸銨調節pH=1.5除去鋁離子，加入氨水調節pH=5.1除去鐵離子，再加入氨水到pH=8.0生成Be(OH)2沉淀，濾液硫酸銨循環利用。
（1）按照正負化合價代數和為0，Be的化合價為+2+價；
（2）粉碎的目的是增大反應物接觸面積，加快浸取速率，提高浸取率；殘渣的成分是不溶于酸的SiO2；
（3）最后的濾液中的硫酸銨可以在除鋁步驟中循環利用；
（4）BeO、與足量C在600~800°C生成BeCl2同時生成CO，化學方程式為BeO+Cl2+CCO+BeCl2；
（5）設Be(OH)2的溶度積常數為Ksp，K=c(Be2+)×c2(OH-)，c(Be2+)=，當pH=8.0時，c(OH-)=10-6mol/L，鈹損失濃度為c(Be2+)=mol/L，當pH=8.5時，c(OH-)=10-5.5mol/L，鈹損失濃度為c(Be2+)=mol/L，損失降低至原來的10%。
6．（2024·遼寧大連·二模）某工廠采用如下工藝處理鎳鈷礦硫酸浸取液（含、、、、、）實現鎳、鈷、鎂元素的回收。
已知：1.過一硫酸（）的電離第一步完全，第二步微弱。
2.25℃時，相關物質的如下：
物質
a b
回答下列問題：
(1)Ni屬于元素周期表的 區。
(2)混合氣在“氧化”中，產生，其中S的化合價為 。
(3)“濾渣”的成分之一是軟錳礦的主要成分，由氧化產生，該反應的離子方程式為 ；其可用于實驗室制取氯氣，該反應的離子方程式為 。
(4)若使沉淀完全（濃度），需調節pH不低于 。
(5)上述表格中a b（填“大于”、“小于”或“無法確定”）。
(6)“沉鈷鎳”后需將鈷鎳渣洗滌干凈，實驗室檢驗其是否洗凈的方法是 。
(7)濾液2中含有的金屬陽離子是 。
答案：(1)d
(2)+6
(3) Mn2++HSO+H2O= MnO2↓+SO+3H+ MnO2+4H++2Cl—Mn2++Cl2↑+2H2O
(4)3
(5)小于
(6)取最后一次洗滌液少許于試管中，加入酸化的BaCl2溶液，若沒有白色沉淀生成，說明洗滌干凈
(7)Na+、Mg2+
解析：由題給流程可知，含有二氧化硫的混合氣在硫酸浸取液中金屬離子的催化作用下產生具有強氧化性的過一硫酸，加入石灰乳調節溶液pH，將溶液中亞鐵離子和錳離子轉化為為氫氧化鐵、二氧化錳沉淀，鈣離子轉化為微溶的硫酸鈣，過濾得到含有氫氧化鐵、二氧化錳、硫酸鈣的濾渣和濾液；向濾液中加入氫氧化鈉溶液，將溶液中的鎳離子、亞鈷離子轉化為氫氧化鎳、氫氧化亞鈷沉淀，過濾得到鈷鎳渣和濾液；向濾液中加入氫氧化鈉溶液，將溶液中的鎂離子轉化為氫氧化鎂沉淀，過濾得到含有氫氧化鎂的沉渣和上層清液。
（1）鎳元素的原子序數為28，基態原子的價電子排布式為3d84s2，位于元素周期表的d區；
（2）
過一硫酸可以看做過氧化氫中的一個氫原子被磺酸基取代，分子的結構式為，由結構式可知，分子中硫元素形成6個共價鍵，化合價為+6價；
（3）由題意可知，生成二氧化錳的反應為溶液中的錳離子與過一硫酸溶液反應生成二氧化錳沉淀、硫酸根離子和氫離子，反應的離子方程式為Mn2++HSO+H2O= MnO2↓+SO+3H+；二氧化錳制備氯氣的反應為二氧化錳與濃鹽酸共熱反應生成氯化錳、氯氣和水，反應的離子方程式為MnO2+4H++2Cl—Mn2++Cl2↑+2H2O；
（4）由溶度積可知，溶液中鐵離子完全沉淀時，溶液中氫氧根離子濃度大于=10—11mol/L，則溶液的pH不低于3；
（5）由分析可知，加入氫氧化鈉溶液時，溶液中鎳離子優先產生沉淀，說明氫氧化鎳的溶度積小于氫氧化鎂；
（6）檢驗鈷鎳渣是否洗凈實際上就是檢驗溶液中是否存在硫酸根離子，具體操作為取最后一次洗滌液少許于試管中，加入酸化的BaCl2溶液，若沒有白色沉淀生成，說明洗滌干凈；
（7）由分析可知，沉鈷鎳中加入氫氧化鈉溶液的目的將溶液中的鎳離子、亞鈷離子轉化為氫氧化鎳、氫氧化亞鈷沉淀，過濾得到鈷鎳渣和鎂離子、鈉離子的濾液2。
7．（2024·山西晉中·二模）釩廣泛用于制造結構鋼、彈簧鋼、工具鋼和鋼軌，特別對汽車和飛機制造業有重要意義。從某釩礦石焙砂中提取釩的主要流程如下：
已知：①濾液1中的陽離子主要有、、、等；
②“操作2”過程可表示為。
(1)若在“酸浸”時加熱,其目的是 。
(2)“還原”過程中，鐵粉與反應生成和，該反應的氧化劑和還原劑的物質的量之比為 。
(3)“操作1”用到的硅酸鹽儀器有燒杯、 (填儀器名稱)；“操作2”、“操作3”的名稱分別為“萃取”和“反萃取”，都用到的硅酸鹽儀器為分液漏斗，進行“萃取”和“反萃取”操作時，需要放氣，下圖中正確的放氣圖示為 (填字母)。
A． B． C．
(4)“操作2”前，若不用石灰乳先中和，萃取效果不好，原因是 。
(5)焙燒得到的在時，溶解為或；在堿性條件下，溶解為或。上述性質說明屬于 (填字母)氧化物。
A．堿性 B．酸性 C．兩性
(6)“氧化”工序中選用作氧化劑，被氧化為，寫出該反應的離子方程式 。
(7)寫出“焙燒”過程中的化學方程式 。
答案：(1)加快反應速率，提高浸出率
(2)2:1
(3) 漏斗、玻璃棒 B
(4)若不用石灰乳先中和，溶液中氫離子濃度大，不利于平衡正向移動，所以萃取效果不好
(5)C
(6)
(7)
解析：釩礦石焙砂用硫酸浸釩，濾液1中的陽離子主要有、、、等，加鐵粉把還原為VO2+、把Fe3+還原為Fe2+，加石灰乳調節pH=2，Fe2+不會沉淀，濾渣2的主要成分為CaSO4，濾液2用有機溶劑萃取VO2+，(有機相)中加硫酸使平衡逆向移動，反萃取VO2+，把VO2+氧化為，加氨水生成(NH4)4H2V10O28沉淀，燒得V2O5。
（1）在“酸浸”時加熱,其目的是加快反應速率，提高浸出率；
（2）“還原”過程中，鐵粉與反應生成和，V化合價由+5變為+4為氧化劑、鐵化合價由0變為+2為還原劑，由電子守恒可知，該反應的氧化劑和還原劑的物質的量之比為2:1；
（3）“操作1”為分離固液的操作，用到的硅酸鹽儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒；進行“萃取”和“反萃取”操作時，需要放氣，分液漏斗活塞放氣時從下口放氣，所以正確的放氣圖示為B；
（4）“萃取”過程可表示為，“萃取”前，若不用石灰乳先中和，溶液中氫離子濃度大，不利于平衡正向移動，所以萃取效果不好；
（5）既能和酸反應也能和堿反應，故為兩性氧化物，故選C；
（6）具有氧化鋅，能將氧化為，反應中V化合價由+5變為+4、氯化合價由+5變為-1，結合電子守恒可知，該反應的離子方程式：；
（7）“焙燒”過程中(NH4)4H2V10O28得V2O5，由質量守恒可知，還生成氨氣和水，化學方程式：。
8．（2024·江西景德鎮·二模）以紅土鎳鎘礦(NiS、CdO，含、CuO、PbO、等雜質)為原料回收貴重金屬Ni、Cd和Cu，其工藝流程如圖所示：
已知：水溶液中物質得失電子的能力可用標準電極電勢[E(高價態/低價態)]衡量，E越大說明高價態物質的氧化性越強、E越小說明低價態物質的還原性越強。
物質
E/V +0.34 -0.13 -0.40 -0.44 -0.26
(1)“漿化”的目的是 。
(2)濾渣Ⅰ中含有硫單質，寫出“酸浸”時NiS反應的離子方程式 ；濾渣Ⅰ中還含有 。(填化學式)
(3)溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀時(濃度mol/L)的pH如下表，則物質X不可能是 ；所調pH范圍 。
離子
開始沉淀的pH 1.5 6.5 7.2 4.7 6.8
沉淀完全的pH 3.3 9.9 9.5 6.7 9.2
a． b．CuO c． d．NaOH
(4)電解時陰極的電極反應為 。
(5)整個流程中可以循環使用的物質有 。(填化學式)
答案：(1)增大接觸面積，加快酸浸反應速率
(2) 2NiS+O2+4H+=2Ni2++2S+2H2O SiO2、PbSO4
(3) d 3.3-4.7
(4)Ni2++2e－=Ni、Cd2++2e－=Cd
(5)Ni、CO、H2SO4
解析：鎳鎘礦漿化，然后通入空氣加入稀硫酸進行酸浸，硫化鎳和金屬氧化物溶于稀硫酸得到硫酸鹽，二氧化硅不反應，PbSO4不溶，過濾得到含有二氧化硅、硫酸鉛的濾渣Ⅰ和濾液；向濾液中加入鎳的不溶物調節pH，將溶液中鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，X可以是碳酸鎳或氧化鎳等，過濾得到含有氫氧化鐵的濾渣Ⅱ和濾液；結合電極電位和不引入雜質，可向濾液中加入Y鎳，置換出銅離子為銅，過濾得到含有銅、鎳的金屬A和硫酸鎳、硫酸鎘的濾液；濾液經電解、過濾得到含有鎘和鎳的固體和稀硫酸溶液；固體通入一氧化碳氣化分離得到Ni(CO) 4和鎘；Ni(CO) 4受熱分解得到鎳以及CO，則該工藝流程中可以循環利用的物質為一氧化碳、硫酸和鎳等。
（1）“漿化”的目的是增大接觸面積，加快酸浸反應速率，提高某些金屬元素浸取率。
（2）空氣中氧氣具有氧化性，酸性條件下氧化NiS得到硫單質，反應為：2NiS+O2+4H+=2Ni2++2S+2H2O；由分析可知，濾渣Ⅰ中還含有SiO2、PbSO4；
（3）向濾液中加入不溶物X和溶液中氫離子反應調節pH，將溶液中鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，而其它離子不沉淀，則需調pH范圍為3.3-4.7；氫氧化鈉溶液堿性太強且會引入鈉離子，不合適，、CuO、均為固態且和氫離子反應能調節pH不引入其它雜質，合適；故選d；
（4）電解時陰極的鎳離子、鎘離子得到電子發生還原反應轉化為金屬單質，電極反應為Ni2++2e－=Ni、Cd2++2e－=Cd；
（5）由分析可知，整個流程中可以循環使用的物質有Ni、CO、H2SO4。
9．（2024·貴州畢節·三模）某地區原生鈷礦，雜質主要含鐵、硫、砷、碳等元素及石英。近年我國科技工作者提出一種用該礦石制備的新方法，該方法具有回收率高、污染小、成本低等優點。其工藝流程如下：
已知：①在酸性水溶液中因具有強氧化性，在水溶液中易轉化為；
②易溶于水，難溶于乙醇。
回答下列問題：
(1)“磨細”的目的是 。
(2)“焙燒”時加入石灰石，以防止產生的硫、砷氧化物氣體污染環境。寫出該過程中與石灰石反應的化學方程式 。
(3)“酸浸”時，鈷的浸出率受酸度、溫度的影響，結合生產實際分析圖1和圖2，最佳條件是酸度為 %；溫度為 ，原因是 。
(4)“焙燒砂”中鈷元素主要以形式存在。溶于鹽酸的離子方程式 。
(5)“濾渣2”的化學式 ，
(6)“一系列操作”為蒸餾濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥。選用酒精作洗滌劑的優點 。
(7)鈷的晶胞結構如圖，該晶胞中原子個數為 。
答案：(1)增大接觸面積，加快酸浸速率，提高浸出率
(2)
(3) 0.05 20℃ 20℃時鉆的浸除率已很高，升高溫度浸出率增幅不大，而成本增加
(4)
(5)
(6)除去固體表面的水分，減少因溶于水而損耗，易于后續干燥。（其他合理答案酌情給分）
(7)6
解析：鈷礦石加入石灰石焙燒，防止生成的硫、砷氧化物污染環境，焙燒砂中鈷元素以Co2O3形式存在，磨細后進行酸浸，Co2O3轉化為Co3+，Fe轉化為Fe2+，隨后Co3+將Fe2+氧化為Fe3+，自身被還原為Co2+，SiO2、C不溶于酸，形成濾渣1。酸浸液調節pH使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，濾渣2為氫氧化鐵，最后濾液中含有硫酸鈷，經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等操作得到CoSO4·7H2O。
（1）磨細可以增大固體與酸液的接觸面積，加快酸浸速率，提高浸取率。
（2）焙燒時二氧化硫與碳酸鈣、氧氣反應生成硫酸鈣和二氧化碳，化學方程式為。
（3）從圖中可知，當硫酸濃度為0.05%時鈷浸出率已經很高，再增加硫酸濃度，對鈷浸出率提升不大，因此最佳酸度為0.05%。溫度為20℃時，鈷浸出率也已經很高，再升高溫度，鈷的浸出率提升也不大，而成本卻增加很多，因此最佳溫度為20℃。
（4）從題干可知，Co3+具有強氧化性，在水溶液中易轉化為Co2+，故Co2O3能與鹽酸反應生成Co2+、氯氣和水，離子方程式為。
（5）根據分析可知，濾渣2的化學式為Fe(OH)3。
（6）從題干信息可知，CoSO4·7H2O易溶于水難溶于酒精，用酒精做洗滌劑，可利用酒精揮發帶走固體表面的水分，同時減少CoSO4因溶于水而損耗，易于后續干燥。
（7）根據鈷的晶胞結構可知，其中原子個數為=6。
10．（2024·廣東揭陽·二模）GaN是制造微電子器件，光電子器件的新型半導體材料。綜合利用煉鋅礦渣{主要含鐵酸鎵[]、鐵酸鋅()，還含少量Fe及一些難溶于酸的物質}獲得金屬鹽，并進一步利用鎵鹽制備具有優異光電性能的氮化鎵(GaN)，部分工藝流程如圖。
已知：①在酸性條件下不穩定，易轉化為。
②常溫下，“浸出液”中的金屬離子對應的氫氧化物的溶度積常數如下表，離子濃度小于時可視為沉淀完全。
氫氧化物
③，。
回答下列問題：
(1)寫出兩條加快“浸出”速率的措施： 。
(2)中鐵元素的化合價為 ，與稀硫酸反應的化學方程式為 。
(3)“調pH”時需調節溶液pH的最小值為 。
(4)“濾液1”中主要含有的金屬陽離子為 ，檢驗“濾液1”中是否含有的試劑為 (填名稱)。
(5)“轉化2”加入鐵粉時主要發生反應的離子方程式為 。
(6)“電解”反萃取液(溶質為)制粗鎵后的電解廢液經處理后可循環使用，電解廢液的主要溶質為 (填化學式)。
(7)閃鋅礦型的GaN晶胞結構如圖所示，設為阿伏加德羅常數的值，晶胞參數為a nm，以晶胞參數為單位長度建立原子坐標系，1號原子的坐標為。
①2號原子的坐標為 。
②閃鋅礦型的GaN晶體密度為 。
答案：(1)適當加熱、攪拌或增大稀硫酸濃度等
(2) +3 ZnFe2O4+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O
(3)5.3
(4) Zn2+ 硫氰化鉀
(5)2Fe3++Fe=3Fe2+
(6)NaOH
(7)
解析：由題給流程可知，向煉鋅礦渣加入稀硫酸浸出，將金屬元素轉化為可溶的金屬硫酸鹽，過濾得到浸出渣和浸出液；向浸出液中加入過氧化氫溶液，將溶液中的亞鐵離子氧化為鐵離子，調節溶液的pH，將溶液中的鐵離子、鎵離子轉化為氫氧化鐵、氫氧化鎵沉淀，過濾得到含有鋅離子的濾液和含有氫氧化鐵、氫氧化鎵的濾餅；向濾餅中加入鹽酸酸化得到氯化鐵和氯化鎵的混合溶液，向溶液中加入鐵，將溶液中的鐵離子轉化為亞鐵離子，向反應后的溶液中加入有機萃取劑萃取、分液得到含有鎵離子的有機相和含有氯化亞鐵的水相；向有機相中加入氫氧化鈉溶液反萃取、分液得到偏鎵酸鈉溶液；電解偏鎵酸鈉溶液在陰極得到粗鎵，粗鎵中的鎵與一溴甲烷反應合成Ga(CH3)3，向MOCVD中通入氨氣制得氮化鎵。
（1）適當加熱、攪拌、增大稀硫酸濃度等措施能加快“浸出”速率；
（2）ZnFe2O4中氧元素、鋅元素的化合價為—2價、+ 2價，由化合價代數和為0可知，鐵元素的化合價為+3價，ZnFe2O4與稀硫酸反應生成硫酸鋅、硫酸鐵和水，反應的化學方程式為ZnFe2O4+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O；
（3）由分析可知，調節溶液的pH的目的是將溶液中的鐵離子、鎵離子轉化為氫氧化鐵、氫氧化鎵沉淀，由溶度積可知，溶液中鎵離子完全沉淀時，鐵離子已經完全沉淀，溶液中鎵離子完全沉淀時，溶液中氫氧根離子濃度應大于=2.0×10—9mol/L，則“調pH”時需調節溶液pH的最小值為14—9+lg2=5.3；
（4）由分析可知，“濾液1”中主要含有的金屬陽離子為鋅離子；溶液中鐵離子與硫氰酸根離子反應生成紅色的硫氰化鐵，則檢驗“濾液1”中是否含有鐵離子的試劑為硫氰化鉀溶液；
（5）由分析可知，“轉化2”加入鐵粉的目的是將溶液中的鐵離子轉化為亞鐵離子，反應的離子方程式為2Fe3++Fe=3Fe2+；
（6）由分析可知，電解偏鎵酸鈉溶液在陰極得到粗鎵，電解的反應方程式為4NaGeO2+2H2O4Ge+3O2↑+4NaOH，則由方程式可知，電解廢液的主要溶質為氫氧化鈉；
（7）①由晶胞結構可知，晶胞中位于頂點的1號原子的坐標為，則晶胞的邊長為1，位于面心的2號原子的坐標為；
②由晶胞結構可知，晶胞中位于頂點和面心的大球個數為8×+6×=4，位于棱上和體心的小球個數為12×+1=4，則晶胞中氮化鎵的個數為4，設晶體的密度為dg/cm3，由晶胞的質量公式可得：=(10—7 a)3d，解得d=。
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2024年化學高考二輪復習
專題十六 化學工藝流程圖專題
一、考綱解讀
考綱導向
1、物質制備類化工流程題
2、提純類化工流程題
命題分析
化學工藝流程題是全國高考中的必考題型，它是將化工生產過程中主要生產階段——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步步設問，是無機框圖的創新；化學工藝流程題是現代化學工業生產工藝流程的簡化，它涉及了化工生產過程中所遇到的生產成本、產品提純、環境保護等實際問題，并考查了物質的制備、檢驗、分離提純等實驗基本操作和基本實驗原理在化工生產中的實際應用。
預計2024年高考的試題仍以某礦石為原料制備某物質或以廢渣、廢液提取某物質為背景，呈現化工生產流程圖，進行命題設計，綜合考查元素化合物知識、氧化還原反應方程式的書寫、反應條件的控制與選擇、產率的計算、Ksp的應用、綠色化學思想的體現等，題目綜合性強，難度大，旨在考查考生提取信息，遷移應用的邏輯思維能力。
二、知識點梳理
網絡圖
重點拓展
物質制備型工藝流程題一般分為原料處理、分離提純、獲得產品三個階段。通過對給定的原料進行預處理、分離提純,再經過若干步反應,最后制得目標物質。
一、物質制備過程中的?？贾R點
1.原料處理階段的常見考查點
①研磨——減小固體的顆粒度，增大固體與液體或氣體間的接觸面積，加快反應速率。
②水浸——與水接觸反應或溶解。
③酸浸——與酸接觸反應或溶解，使可溶性金屬進入溶液，不溶物通過過濾除去。
④灼燒——除去可燃性雜質或使原料初步轉化，如從海帶中提取碘時的灼燒就是為了除去可燃性雜質。
⑤煅燒——改變結構，使一些物質能溶解。并使一些雜質在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土。
2．分離提純階段的常見考查點
(1)調pH除雜
①控制溶液的酸堿性使其中的某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。如若要除去Al3＋、Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，先用氧化劑把Fe2＋氧化為Fe3＋，再調溶液的pH。
②調節pH所需的物質一般應滿足兩點：能與H＋反應，使溶液pH增大；不引入新雜質。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質來調節溶液的pH。
(2)加熱：加快反應速率或促進平衡向某個方向移動。
如果在制備過程中出現一些受熱易分解的物質或產物，則要注意對溫度的控制。如侯氏制堿法中的NaHCO3；還有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質。
(3)降溫：防止某物質在高溫時會溶解(或分解)；使化學平衡向著題目要求的方向移動。
3．獲得產品階段的常見考查點
(1)洗滌(冰水、熱水)：如乙醇洗滌既可洗去晶體表面的雜質，又可減少晶體溶解的損耗。
(2)蒸發時的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時，應在HCl的氣流中加熱，以防其水解。
(3)蒸發濃縮、冷卻結晶：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若將混合溶液加熱蒸發后再降溫，則析出的固體主要是K2Cr2O7，這樣就可分離出大部分K2Cr2O7；同樣原理可除去KNO3中的少量NaCl。
(4)蒸發結晶、趁熱過濾：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若將混合溶液蒸發一段時間，析出的固體主要是NaCl，同樣原理可除去NaCl中的少量KNO3。
二、工藝流程中的常見專業術語
釋義
研磨、霧化 將塊狀或顆粒狀的物質磨成粉末或將液體分散成微小液滴，增大反應物接觸面積，以加快反應速率或使反應更充分
灼燒(煅燒) 使固體在高溫下分解或改變結構、使雜質高溫氧化、分解等。如煅燒石灰石、高嶺土、硫鐵礦
浸取 向固體中加入適當溶劑或溶液，使其中可溶性的物質溶解，包括水浸取、酸溶、堿溶、醇溶等
酸浸 在酸性溶液中使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去的過程
浸出率 固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少
滴定 定量測定，可用于某種未知濃度物質的物質的量濃度的測定
酸作用 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金屬離子的水解、除去雜質離子等
堿作用 去油污、去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅、調節pH、促進水解(沉淀)
三、工藝流程題中常見問題的答題方向
常見問題 答題要考慮的角度
分離、提純 過濾、蒸發、萃取、分液、蒸餾等常規操作，如從溶液中得到晶體的方法：蒸發濃縮—冷卻結晶—過濾—(洗滌、干燥)
提高原子利用率 綠色化學(物質的循環利用、廢物處理、原子利用率、能量的充分利用)
在空氣中或特定氣體中進行的反應或操作 要考慮O2、H2O、CO2或特定氣體是否參與反應或能否達到隔絕空氣，防氧化、水解、潮解等目的
洗滌沉淀 方法：往漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流下后，重復以上操作2～3次
判斷沉淀是否洗滌干凈 取最后洗滌液少量，檢驗其中是否還有某種離子存在等
控制溶液的pH ①調節溶液的酸堿性，抑制水解(或使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀)②“酸作用”還可除去氧化物(膜)③“堿作用”還可除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅等④特定的氧化還原反應需要的酸性條件(或堿性條件)
控制溫度(常用水浴、冰浴或油浴) ①使化學平衡移動；控制化學反應的方向②控制固體的溶解與結晶③控制反應速率：使催化劑達到最大活性④升溫：促進溶液中的氣體逸出，使某物質達到沸點揮發⑤加熱煮沸：促進水解，聚沉后利于過濾分離
四、核心反應——陌生方程式的書寫
關注箭頭的指向：箭頭指入→反應物，箭頭指出→生成物。
(1)氧化還原反應：熟練應用氧化還原反應規律，判斷生成物并配平。陌生情景的氧化還原反應方程式書寫
①根據流程圖的目的，分析元素化合價的變化。
②根據流程圖的轉化信息和反應規律預測產物。
③根據得失電子、溶液的酸堿性，配平化學(或離子)方程式。
(2)非氧化還原反應：結合物質性質和反應實際情況判斷生成物。
五、原料預處理的六種常用方法
方法 目的
研磨 減小固體的顆粒度，增大固體與液體或氣體間的接觸面積，增大反應速率
水浸 與水接觸反應或溶解
酸浸 與酸接觸反應或溶解，使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去
堿浸 除去油污，溶解酸性氧化物、鋁及其氧化物
灼燒 除去可燃性雜質或使原料初步轉化，如從海帶中提取碘時的灼燒就是為了除去可燃性雜質
煅燒 改變結構，使一些物質能溶解，并使一些雜質在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土
六、控制反應條件的七種常用方法
(1)調節溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調節pH所需的物質一般應滿足兩點：
①能與H＋反應，使溶液pH變大。
②不引入新雜質，如要除去Cu2＋中混有的Fe3＋時，可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物質來調節溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
(2)控制溫度。根據需要升溫或降溫，改變反應速率或使平衡向需要的方向移動。
(3)控制壓強。改變速率，影響平衡。
(4)使用合適的催化劑。加快反應速率，縮短達到平衡所需要的時間。
(5)趁熱過濾。防止某物質降溫時析出。
(6)冰水(或有機溶劑)洗滌。洗去晶體表面的雜質離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。
(7)氧化：氧化劑的選擇要依據試題設置的情境，常見的氧化劑有氯氣、過氧化氫、氧氣和次氯酸鈉等，為了避免引入新的雜質，通常選擇的氧化劑有過氧化氫和氧氣。
七、副產品及循環物質的確定
1.副產品的確定
2.循環物質的確定
八、工藝流程題的主線分析方法
1.主線分析方法
2.實例分析
【典例】磷酸鐵鋰(LiFePO4)被認為是最有前途的鋰離子電池正極材料。某企業利用富鐵浸出液生成磷酸鐵鋰,開辟了處理硫酸亞鐵廢液一條新途徑。其主要流程如下:
已知:H2TiO3是種難溶于水的物質。
(1)鈦鐵礦用濃硫酸處理之前,需要粉碎,其目的是 　。
(2)TiO2+水解生成H2TiO3的離子方程式為 　。
(3)加入NaClO發生反應的離子方程式為 　。
(4)在實驗中,從溶液中過濾出H2TiO3后,所得濾液渾濁,應如何操作　 。
(5)為測定鈦鐵礦中鐵的含量,某同學取經濃硫酸等處理的溶液(此時鈦鐵礦中的鐵已全部轉化為二價鐵離子),采取KMnO4標準液滴定Fe2+的方法:(不考慮KMnO4與其他物質反應)在滴定過程中,若未用標準液潤洗滴定管,則使測定結果　　(填“偏高”、“偏低”或“無影響”),滴定終點的現象是　 。滴定分析時,稱取a g鈦鐵礦,處理后,用c mol/L KMnO4標準液滴定,消耗V mL,則鐵元素的質量分數的表達式為　　　　。
解析：按照主線分析法分析如下：
【信息處理】鈦鐵礦用濃硫酸處理后得到含Fe2+、SO42-、TiO2+的溶液，水解后得到鈦酸沉淀，再對濾液進行處理得到目標產物磷酸鐵鋰(LiFePO4)。(1)粉碎的目的是增大固體與溶液反應時的接觸面積,加快反應的進行(2)根據水解規律，TiO2+水解生成H2TiO3和H+；(3)酸性條件下ClO-將Fe2+氧化為Fe3+,ClO-被還原成Cl-；(4)濾液渾濁,說明過濾器損壞,應換上新過濾器后,重新過濾；(5)如果未用標準液潤洗滴定管,會導致標準液被稀釋,消耗KMnO4標準液體積偏大,使測定結果偏高;當滴定達終點時,滴加最后一滴KMnO4標準液,溶液變成紫紅色,且半分鐘內不褪色，根據電子得失守恒進行計算解答。
三、高頻考點突破
高頻考點一 反應條件控制
典例精析
1．可用于催化劑載體及功能材料的制備。天然獨居石中，鈰(Ce)主要以形式存在，還含有、、、等物質。以獨居石為原料制備的工藝流程如圖：
已知：①常溫下，的，，；
②易被氧化為。
回答下列問題：
(1)為提高“焙燒”效率，可采取的措施有 (寫一條即可)；
(2)濾渣Ⅲ的主要成分是 (寫化學式)；
(3)“沉鈰”過程中，恰好沉淀完全[為]時溶液的pH為5，則溶液中 mol/L(保留兩位有效數字)。
(4)濾渣Ⅱ的主要成分為，在高溫條件下，、草酸()和可制備電極材料，同時生成和，該反應的化學方程式為 。
(6)為測定產品中的含量，取2.00g產品加入氧化劑將完全氧化并除去多余氧化劑后，用稀硫酸酸化，配成100.00mL溶液，取25.00mL溶液用0.10mol/L的溶液滴定至終點(鈰被還原成)，消耗溶液20.00mL，則產品中的質量分數為 。
變式訓練
2．鈦是一種性能非常優越的金屬，有著廣泛的應用，有人說“21世紀將是鈦的世紀”。以金紅石礦(主要成分為TiO2，含有少量Al2O3、SiO2、FeO、Fe2O3等雜質)為主要原料，首先反應生成TiCl4，然后再用鎂還原得到金屬鈦，其工藝流程如下：
已知：常溫下Fe(OH)3和Fe(OH)2溶度積(Ksp)分別為4.0×10-38和8.0×10-16
請回答下列問題：
(1)加入濃NaOH溶液的目的是 。
(2)鎂和氯氣主要來源于流程中的某種物質通過電解方法獲得，該物質是 。工業生產中需要適當補充該物質，該物質可來源于海水，制備過程如下：向海水中加入石灰乳后，向分離得到的固體中加入過量的鹽酸，目的是 ，將得到的溶液通過 、冷卻結晶操作后得到晶體，在HCl氣流中加熱晶體即可得到該物質。
(3)高溫下，濾渣Y、焦炭和氯氣發生反應生成可燃性氣體的化學方程式為： 。
(4)工藝流程中稀有氣體Ar的作用是 。
(5)為提高原料的利用率，常溫下某研究小組向⑤過濾后的濾液中，先加適量的H2O2，再加適量的堿調節溶液的pH至4，過濾后將濾渣加熱灼燒，得到了常用的涂料。調節溶液的pH至4時，溶液中金屬離子的濃度為 mol/L。
(6)TiN具有重要的用途，可在高溫下由TiO2與NH3反應制得，同時生成一種可用作保護氣的單質氣體和一種無色無味的液體。該反應的化學方程式為 。
高頻考點二 化學基本原理
典例精析
1． 可用于電子工業生產軟磁鐵氧體，用作電子計算機中存儲信息的磁芯，磁盤等。工業上以軟錳礦(主要成分是，還含有少量的(、、)為原料生產的工藝流程如下：
25℃時，相關金屬離子[]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：
金屬離子
開始沉淀的pH 1.5 6.3 3.4 8.1
沉淀完全的pH 2.8 8.3 4.7 10.1
回答下列問題：
(1)“酸浸、還原”時，為了加快化學反應速率，可以采取的措施有_____________________________________(任寫一種即可)?！八峤?、還原”后溶液中含有的金屬陽離子主要有____________(填離子符號)，鐵屑與發生反應的離子方程式為_______________________________________________。
(2)“調節pH”時，加入溶液的目的是________________________________，“調節pH”的范圍為______________________。
(3)“沉錳”時，其他條件一定，沉錳過程中錳離子的沉淀率與溶液溫度的關系如圖所示。50℃后，溶液溫度越高，錳離子的沉淀率越低，原因是__________________________________________。
(4)25℃時，pH=2.8沉淀完全，則_______。
(5)濾渣1中的可制備還原鐵粉，還原鐵粉的純度可通過下列方法測定：稱取0.2800g樣品，溶于過量稀硫酸，用標準溶液滴定所得溶液中的，測得三次消耗0.03000mol/L的溶液25.10mL、26.50mL、24.90mL(測定過程中雜質不參與反應)。
①寫出滴定反應的離子方程式__________________________________________。
②計算還原鐵粉的純度__________________________________________。
2．廢舊鋅錳電池中的黑錳粉含有、、和少量、及炭黑等，為了保護環境、充分利用錳資源，通過下圖流程制備。
回答下列問題：
(1)基態原子的簡化電子排布式為________________________________。
(2)“濾液a”的主要成分為，另外還含有少量等。
①用離子方程式表示“濾液a”呈酸性的原因：_______________________________________________。
②根據下圖所示的溶解度曲線，將“濾液a”蒸發結晶、_______、洗滌、干燥，得固體。
(3)“焙炒”的目的是除炭、氧化等?？諝庵醒趸幕瘜W方程式為_________________________________________________。
(4)探究“酸浸”中溶解的適宜操作。
實驗I.向中加入溶液，產生大量氣泡；再加入稀，固體未明顯溶解。
實驗II.向中加入稀，固體未溶解；再加入溶液，產生大量氣泡，固體完全溶解。
①實驗I中的作用是_____________，實驗II中的作用是____________________________。
②由實驗可知，“酸浸”溶解時加入試劑的順序是___________________________。
(5)證明溶液中沉淀完全：取少量溶液，滴加____________(填試劑)，觀察到________________________________(填現象)。
變式訓練
高頻考點三 化學圖表圖象信息加工
典例精析
1．工業上利用某地碳酸錳礦(成分及含量如表)制備硫酸錳，其工藝流程如圖：
已知：該碳酸錳礦的成分及含量如表。
成分 元素化合物及其他雜質
含量/% 18.06 10.32 12.54 2.60 11.48 12.42 10.24 22.34
請回答下列問題：
(1)“酸浸”前適當粉碎碳酸錳礦的目的是____________________________________________________；若顆粒太細，則硫酸容易浸透，隨后劇烈反應產生、水汽等懸浮在表層，導致冒槽，除影響操作外還會______________________；的第三電離能大于的第三電離能，分析其原因：____________________________________________________。
(2)“溶渣”的主要成分為______________________(填化學式)。
(3)“酸浸”中被溶解的離子方程式為__________________________________________。
(4)“酸浸”過程中的浸出率與礦酸比、浸出溫度的關系如圖所示：
最適宜的礦酸比、浸出溫度分別為____________、____________。
(5)“除鋁鐵”中加入的目的是_____________________________________。加入氨水調節時，與鋁鐵去除率、錳損失率的關系如圖所示，則應調節的范圍為____________(填標號)。
A．1.5～2 B．2.5～3 C．3～4 D．4.5～5
變式訓練
2．以黃鐵礦(主要成分是，含少量)和軟錳礦(主要成分是，含少量、)為原料制備的工藝流程如下。
已知溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
金屬離子
開始沉淀時()的pH 8.1 7.5 2.2 3.7
沉淀完全時()的pH 9.6 9.0 3.2 4.7
回答下列問題：
(1)提高“酸浸”率的方法有________________________________、___________________________(任答兩條)。濾渣中有S和____________；“酸浸”得到的濾液中含有、，則該過程中主要反應的離子方程式是_________________________________________________________。
(2)若“調pH”后的溶液中濃度為，則“調pH”應控制的pH范圍是____________。
(3)“沉錳”時的離子反應方程式是__________________________________________。
(4)結合圖象分析，得到晶體所需的“操作A”是指____________、____________、洗滌、干燥。
(5)若稱取一定質量的用標準溶液滴定(滴定過程產生的誤差可忽略)，計算所得樣品質量分數大于100%，分析可能的原因是_____________________________________。
四、考場演練
1．（2023·天津·高考真題）工業上以硫黃為原料制備硫酸的原理示意圖如下，其過程包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個階段。
Ⅰ.硫液化后與空氣中的氧反應生成SO2。
(1)硫磺()的晶體類型是 。
(2)硫的燃燒應控制事宜溫度。若進料溫服超過硫的沸點，部分燃燒的硫以蒸汽的形式隨SO2進入到下一階段，會導致 (填序號)。
a.硫的消耗量增加 b.SO2產率下降 c.生成較多SO3
(3)SO2(g)氧化生成80g SO3(g)放出熱量98.3kJ，寫出該反應的熱化學方程式 。隨溫度升高，SO2的平衡轉化率 (填“升高”或“降低”)。
(4)從能量角度分析，釩催化劑在反應中的作用為 。
Ⅱ.一定條件下，釩催化劑的活性溫度范圍是450～600℃。為了兼顧轉化率和反應速率，可采用四段轉化工藝：預熱后的SO2和O2通過第一段的釩催化劑層進行催化氧化，氣體溫度會迅速接近600℃，此時立即將氣體通過熱交換器，將熱量傳遞給需要預熱的SO2和O2，完成第一段轉化。降溫后的氣體依次進行后三段轉化，溫度逐段降低，總轉化率逐段提高，衡轉化率。最終反應在450℃左右時，SO2轉化率達到97％。
(5)氣體經過每段的釩催化劑層，溫度都會升高，其原因是 。升高溫度后的氣體都需要降溫，其目的是 。
(6)采用四段轉化工藝可以實現 (填序號)。
a．控制適宜的溫度，盡量加快反應速率，盡可能提高SO2轉化率
b．使反應達到平衡狀態
c．節約能源
Ⅲ．工業上用濃硫酸吸收SO3。若用水吸收SO3會產生酸霧，導致吸收效率降低。
(7)SO3的吸收率與所用硫酸的濃度、溫度的關系如圖所示。
據圖分析，最適合的吸收條件；硫酸的濃度 ，溫度 。
(8)用32噸含S 99%的硫磺為原料生成硫酸，假設硫在燃燒過程中損失2%，SO2生成SO3的轉化率是97%，SO3吸收的損失忽略不計，最多可以生產98%的硫酸 噸。
2．（2023·河北·高考真題）閉環循環有利于提高資源利用率和實現綠色化學的目標。利用氨法浸取可實現廢棄物銅包鋼的有效分離，同時得到的可用于催化、醫藥、冶金等重要領域。工藝流程如下：
已知：室溫下的。
回答下列問題：
(1)首次浸取所用深藍色溶液①由銅毛絲、足量液氨、空氣和鹽酸反應得到，其主要成分為 (填化學式)。
(2)濾渣的主要成分為 (填化學式)。
(3)浸取工序的產物為，該工序發生反應的化學方程式為 。浸取后濾液的一半經氧化工序可得深藍色溶液①，氧化工序發生反應的離子方程式為 。
(4)浸取工序宜在之間進行，當環境溫度較低時，浸取液再生后不需額外加熱即可進行浸取的原因是 。
(5)補全中和工序中主反應的離子方程式 + 。
(6)真空干燥的目的為 。
3．（2023·重慶·高考真題）是一種用途廣泛的磁性材料，以為原料制備并獲得副產物水合物的工藝如下。
時各物質溶度積見下表：
物質
溶度積
回答下列問題：
(1)中元素的化合價是和 。的核外電子排布式為 。
(2)反應釜1中的反應需在隔絕空氣條件下進行，其原因是 。
(3)反應釜2中，加入和分散劑的同時通入空氣。
①反應的離子方程式為 。
②為加快反應速率，可采取的措施有 。(寫出兩項即可)。
(4)①反應釜3中，時，濃度為，理論上不超過 。
②稱取水合物，加水溶解，加入過量，將所得沉淀過濾洗滌后，溶于熱的稀硫酸中，用標準溶液滴定，消耗。滴定達到終點的現象為 ，該副產物中的質量分數為 。
4．（2023·江蘇·高考真題）實驗室模擬“鎂法工業煙氣脫硫”并制備，其實驗過程可表示為
(1)在攪拌下向氧化鎂漿料中勻速緩慢通入氣體，生成，反應為，其平衡常數K與、、、的代數關系式為 ；下列實驗操作一定能提高氧化鎂漿料吸收效率的有 (填序號)。
A．水浴加熱氧化鎂漿料
B．加快攪拌速率
C．降低通入氣體的速率
D．通過多孔球泡向氧化鎂漿料中通
(2)在催化劑作用下被氧化為。已知的溶解度為0.57g(20℃)，氧化溶液中的離子方程式為 ；在其他條件相同時，以負載鈷的分子篩為催化劑，漿料中被氧化的速率隨pH的變化如題圖甲所示。在pH=6~8范圍內，pH增大，漿料中的氧化速率增大，其主要原因是 。
(3)制取晶體。在如題圖乙所示的實驗裝置中，攪拌下，使一定量的漿料與溶液充分反應。漿料與溶液的加料方式是 ；補充完整制取晶體的實驗方案：向含有少量、的溶液中， 。(已知：、在時完全轉化為氫氧化物沉淀；室溫下從飽和溶液中結晶出，在150~170℃下干燥得到，實驗中需要使用MgO粉末)
5．（2023·海南·高考真題）鈹的氧化物廣泛應用于原子能、航天、電子、陶瓷等領域，是重要的戰略物資。利用綠柱石(主要化學成分為(，還含有一定量的FeO和)生產BeO的一種工藝流程如下。
回答問題：
(1)中Be的化合價為 。
(2)粉碎的目的是 ；殘渣主要成分是 (填化學式)。
(3)該流程中能循環使用的物質是 (填化學式)。
(4)無水可用作聚合反應的催化劑。BeO、與足量C在600~800℃制備的化學方程式為 。
(5)沉鈹時，將pH從8.0提高到8.5，則鈹的損失降低至原來的 %。
6．（2024·遼寧大連·二模）某工廠采用如下工藝處理鎳鈷礦硫酸浸取液（含、、、、、）實現鎳、鈷、鎂元素的回收。
已知：1.過一硫酸（）的電離第一步完全，第二步微弱。
2.25℃時，相關物質的如下：
物質
a b
回答下列問題：
(1)Ni屬于元素周期表的 區。
(2)混合氣在“氧化”中，產生，其中S的化合價為 。
(3)“濾渣”的成分之一是軟錳礦的主要成分，由氧化產生，該反應的離子方程式為 ；其可用于實驗室制取氯氣，該反應的離子方程式為 。
(4)若使沉淀完全（濃度），需調節pH不低于 。
(5)上述表格中a b（填“大于”、“小于”或“無法確定”）。
(6)“沉鈷鎳”后需將鈷鎳渣洗滌干凈，實驗室檢驗其是否洗凈的方法是 。
(7)濾液2中含有的金屬陽離子是 。
7．（2024·山西晉中·二模）釩廣泛用于制造結構鋼、彈簧鋼、工具鋼和鋼軌，特別對汽車和飛機制造業有重要意義。從某釩礦石焙砂中提取釩的主要流程如下：
已知：①濾液1中的陽離子主要有、、、等；
②“操作2”過程可表示為。
(1)若在“酸浸”時加熱,其目的是 。
(2)“還原”過程中，鐵粉與反應生成和，該反應的氧化劑和還原劑的物質的量之比為 。
(3)“操作1”用到的硅酸鹽儀器有燒杯、 (填儀器名稱)；“操作2”、“操作3”的名稱分別為“萃取”和“反萃取”，都用到的硅酸鹽儀器為分液漏斗，進行“萃取”和“反萃取”操作時，需要放氣，下圖中正確的放氣圖示為 (填字母)。
A． B． C．
(4)“操作2”前，若不用石灰乳先中和，萃取效果不好，原因是 。
(5)焙燒得到的在時，溶解為或；在堿性條件下，溶解為或。上述性質說明屬于 (填字母)氧化物。
A．堿性 B．酸性 C．兩性
(6)“氧化”工序中選用作氧化劑，被氧化為，寫出該反應的離子方程式 。
(7)寫出“焙燒”過程中的化學方程式 。
8．（2024·江西景德鎮·二模）以紅土鎳鎘礦(NiS、CdO，含、CuO、PbO、等雜質)為原料回收貴重金屬Ni、Cd和Cu，其工藝流程如圖所示：
已知：水溶液中物質得失電子的能力可用標準電極電勢[E(高價態/低價態)]衡量，E越大說明高價態物質的氧化性越強、E越小說明低價態物質的還原性越強。
物質
E/V +0.34 -0.13 -0.40 -0.44 -0.26
(1)“漿化”的目的是 。
(2)濾渣Ⅰ中含有硫單質，寫出“酸浸”時NiS反應的離子方程式 ；濾渣Ⅰ中還含有 。(填化學式)
(3)溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀時(濃度mol/L)的pH如下表，則物質X不可能是 ；所調pH范圍 。
離子
開始沉淀的pH 1.5 6.5 7.2 4.7 6.8
沉淀完全的pH 3.3 9.9 9.5 6.7 9.2
a． b．CuO c． d．NaOH
(4)電解時陰極的電極反應為 。
(5)整個流程中可以循環使用的物質有 。(填化學式)
9．（2024·貴州畢節·三模）某地區原生鈷礦，雜質主要含鐵、硫、砷、碳等元素及石英。近年我國科技工作者提出一種用該礦石制備的新方法，該方法具有回收率高、污染小、成本低等優點。其工藝流程如下：
已知：①在酸性水溶液中因具有強氧化性，在水溶液中易轉化為；
②易溶于水，難溶于乙醇。
回答下列問題：
(1)“磨細”的目的是 。
(2)“焙燒”時加入石灰石，以防止產生的硫、砷氧化物氣體污染環境。寫出該過程中與石灰石反應的化學方程式 。
(3)“酸浸”時，鈷的浸出率受酸度、溫度的影響，結合生產實際分析圖1和圖2，最佳條件是酸度為 %；溫度為 ，原因是 。
(4)“焙燒砂”中鈷元素主要以形式存在。溶于鹽酸的離子方程式 。
(5)“濾渣2”的化學式 ，
(6)“一系列操作”為蒸餾濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥。選用酒精作洗滌劑的優點 。
(7)鈷的晶胞結構如圖，該晶胞中原子個數為 。
10．（2024·廣東揭陽·二模）GaN是制造微電子器件，光電子器件的新型半導體材料。綜合利用煉鋅礦渣{主要含鐵酸鎵[]、鐵酸鋅()，還含少量Fe及一些難溶于酸的物質}獲得金屬鹽，并進一步利用鎵鹽制備具有優異光電性能的氮化鎵(GaN)，部分工藝流程如圖。
已知：①在酸性條件下不穩定，易轉化為。
②常溫下，“浸出液”中的金屬離子對應的氫氧化物的溶度積常數如下表，離子濃度小于時可視為沉淀完全。
氫氧化物
③，。
回答下列問題：
(1)寫出兩條加快“浸出”速率的措施： 。
(2)中鐵元素的化合價為 ，與稀硫酸反應的化學方程式為 。
(3)“調pH”時需調節溶液pH的最小值為 。
(4)“濾液1”中主要含有的金屬陽離子為 ，檢驗“濾液1”中是否含有的試劑為 (填名稱)。
(5)“轉化2”加入鐵粉時主要發生反應的離子方程式為 。
(6)“電解”反萃取液(溶質為)制粗鎵后的電解廢液經處理后可循環使用，電解廢液的主要溶質為 (填化學式)。
(7)閃鋅礦型的GaN晶胞結構如圖所示，設為阿伏加德羅常數的值，晶胞參數為a nm，以晶胞參數為單位長度建立原子坐標系，1號原子的坐標為。
①2號原子的坐標為 。
②閃鋅礦型的GaN晶體密度為 。
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