資源簡介

(共56張PPT)
2025新高考化學二輪重點專題
第21講
工藝流程題的解法及策略
contents
目錄
01
考向分析
01
02
03
知識重構
重溫經典
04
模型建構
考向分析
PART 01
01
考向分析
考向分析
核心價值
變廢為寶、點石成金等
學科素養
宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、模型認知與證據意識等
關鍵能力
信息（圖表）提取能力、計算能力、邏輯推理能力、表達或表征能力等
必備知識
元素及其化合物知識以及物質結構、元素周期律、氧化還原反應、化學用語、電解質溶液、化學平衡、電化學、實驗操作等
考向分析
1.目標元素千變萬化，為什么總是這幾種雜質元素？
2024高考真題 原始材料 目標元素 雜質元素
全國甲卷-新課標卷 煉鋅廢渣 Co Zn、Pb、Cu、Fe、Co、Mn
山東卷 鉛精礦 Pb、Ag -----------
安徽卷-湖南卷 銅陽極泥 Au、Ag Cu
甘肅卷 高爐渣 Ca、Mg Al、Si
貴州卷 煤渣 Fe、Al Si、Mg
河北卷 石煤+苛化泥 V Al、Ca
黑吉遼卷 載金硫化礦粉 Au Fe、As、S
考向分析
1.目標元素千變萬化，為什么總是這幾種雜質元素？
考向分析
2.為什么總是要預處理之后才能進行分離除雜？固體直接除雜不行嗎？
學科特色思維
結構決定性質
性質反映結構
固體（力太大-難分離）
液體（自由-各個擊破）
氣體（太自由-難控制）
破壞微粒間作用力慣用方式
極性溶劑（H2O、配合等）
煅燒＋輔助（氧化或還原）
（2024·安徽卷）
知識重構
PART 02
02
知識重構，梳理脈絡
1.原料的預處理的方法與作用
方法 作用
粉碎或研磨 減小固體的顆粒度,增大固體與液體、氣體間的接觸面積,增大反應速率
灼燒、焙燒、煅燒 除去可燃性雜質;使原料初步轉化為下一步可溶解的物質(氧化物等)
水浸 與水接觸反應或溶解,分離可溶物與難溶物
酸浸 與酸反應或溶解,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;溶解鋁(氧化鋁)、二氧化硅;調節pH促進水解(金屬離子的沉淀)
知識重構，梳理脈絡
（2024·湖南卷）銅陽極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一種含貴金屬的可再生資源，回收貴金屬的化工流程如下：
H2O2
H2SO4
NaCl
氧化劑（綠色）
酸性作用
配位作用
三合一提升溶解效率
知識重構，梳理脈絡
（2024·湖南卷）銅陽極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一種含貴金屬的可再生資源，回收貴金屬的化工流程如下：
（2）“濾液1”中含有Cu2+和H2SeO3，“氧化酸浸”時Cu2Se反應的離子方程式為
加鹽酸
行不行？
知識重構，梳理脈絡
（2024·湖南卷）銅陽極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一種含貴金屬的可再生資源，回收貴金屬的化工流程如下：
（3）“氧化酸浸”和“除金”工序抣需加入一定量的NaCl：在“氧化酸浸”工序中，加入適量NaCl的原因是
使銀元素轉化為AgCl沉淀
問題：會體現氯離子的配位功能嗎？
核心問題（除雜）：如何各個擊破溶液中的離子？
知識重構，梳理脈絡
是什么決定了離子在水溶液中的性質？結構決定性質→離子結構包括什么？
核心問題（除雜）：如何各個擊破溶液中的離子？【微觀視角】
知識重構，梳理脈絡
這樣理解只能說是一個合適的初學者模型，但是并非真實的過程，這對現階段高考應對存在一定的弊端。個人觀點
知識重構，梳理脈絡
（2023·湖北卷）
（5）導致SiCl4比CCl4易水解的因素有_______(填標號)。
a．Si-Cl鍵極性更大
b．Si的原子半徑更大
c．Si-Cl鍵鍵能更大
d．Si有更多的價層軌道
abd
為什么不選C？把C改為“Si-Cl鍵鍵能小”能選嗎？
知識重構，梳理脈絡
Si-F Si-Cl Si-Br Si-O P-Cl P-Br
鍵長/pm 156 202 216 163 203 220
鍵能/kJ·mol-1 586 397 325 451 322 264
C-F C-Cl C-Br C-O N-Cl
鍵長/pm 138 177 194 143 197
鍵能/kJ·mol-1 489 339 285 358 192
端位原子相同，而中心原子分屬2、3周期時
不適用“鍵長越長、鍵能越小”
知識重構，梳理脈絡
（2023·湖北卷）
（5）導致SiCl4比CCl4易水解的因素有_______(填標號)。
a．Si-Cl鍵極性更大
b．Si的原子半徑更大
c．Si-Cl鍵鍵能更大
d．Si有更多的價層軌道
abd
1.所帶電荷有關（電荷越高與水分子作用能力越強）
2.原子是否有空軌道填充氧的孤電子對（一般周期數越大，半徑越大，空軌道越多）
知識重構，梳理脈絡
看教材如何講Si
異曲同工：碳的非金屬性強于硅，而硅酸的穩定性強于碳酸
結構決定性質有一個關鍵的前提條件：結構相似！
知識重構，梳理脈絡
+1價離子
Li＋、Na＋、K＋、Ag＋
+2價離子
Fe2+、Mg2+、Zn2+、Ca2+、Ni2+
+3價及以上離子
Al（III）、Fe（III）、Cr(III）、V(V)、Cr(VI)、Ti(IV)、Fe（VI）
知識重構，梳理脈絡
溶
解
優
勢
水解優
勢
低
價
高
價
1.關于Ag+的說明 （AgF＞AgCl＞AgBr＞AgI）
半徑：F離子＜Cl離子＜Br離子＜I離子
半徑越大越容易被極化，共價鍵屬性越強，極性溶劑（H2O）中溶解度越小
2.
相似
相溶
知識重構，梳理脈絡
根據題中給出的信息，從“沉鈷”后的濾液中回收氫氧化鋅的方法是
答案：向濾液中滴加NaOH溶液，邊加邊攪拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，靜置后過濾、洗滌、干燥。
知識重構，梳理脈絡
（2024·全國甲卷）鈷在新能源、新材料領域具有重要用途。某煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鈷、錳的+2價氧化物及鋅和銅的單質。從該廢渣中提取鈷的一種流程如下。
PbSO4
Fe(OH)3
知識重構，梳理脈絡
不能實現Zn2+和Co2+的完全分離
知識重構，梳理脈絡
換個視角看氧化的功能：提升Mn的水解能力，生成金屬氧化物沉淀
知識重構，梳理脈絡
如何理解適量？
從產品獲取的角度，適量應適當過量
知識重構，梳理脈絡
核心問題（除雜）：如何各個擊破溶液中的離子？【宏觀視角】
1.控制溶液的酸堿性(pH)
（1）增強物質的氧化性（主要）、還原性,調節離子的水解程度。
（2）通過控制溶液的pH可以除去某些金屬離子。
①若要除去溶液中含有的Fe3+、Al3+,可調節溶液的pH使之轉變為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀。[若有Fe2+,通常需先用氧化劑(H2O2等)把Fe2+氧化為Fe3+]
②調節pH所利用的物質一般應滿足能與H+反應,使溶液pH增大和不引入新雜質兩點需求。例如:若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物質來調節溶液的pH。
知識重構，梳理脈絡
核心問題（除雜）：如何各個擊破溶液中的離子？【宏觀視角】
2.控制反應的溫度
（1）調節化學反應速率。
（2）調節平衡移動方向。
（3）控制固體的溶解與結晶,如趁熱過濾能防止某物質降溫時析出。
（4）促進溶液中氣體的逸出或實現蒸餾。
（5）防止或實現某物質水解或分解。
（6）防止副反應的發生。
知識重構，梳理脈絡
核心問題（除雜）：如何各個擊破溶液中的離子？【宏觀視角】
3.調節反應物的濃度
（1）通過控制反應物的濃度,控制反應的類型,有利于目標反應的進行。
（2）根據需要選擇適宜濃度,控制一定的反應速率,使平衡向利于目標產物生成的方向進行。
（3）反應物過量,能保證反應的完全發生或提高其他物質的轉化率,但對后續操作帶來除雜問題。
影響物質性質的“三度”：酸堿度、溫度、濃度
知識重構，梳理脈絡
核心問題（除雜）：如何各個擊破溶液中的離子？【宏觀視角】
4．控制pH的目的：
（1）pH調小：抑制某離子水解；防止某離子沉淀
（2）pH調大：確保某離子完全沉淀；防止某物質溶解等。
（3）控制反應的發生，增強物質的氧化性或還原性，或改變水解程度。
知識重構，梳理脈絡
核心問題（除雜）：如何各個擊破溶液中的離子？【宏觀視角】
5．控制某反應的pH值使某些金屬離子以氫氧化物的形式沉淀的原理，例如：
（1）Fe3+溶液中存在水解平衡：Fe3++3H2O Fe(OH)3＋3H+，加入CuO后，溶液中H+濃度降低，平衡正向移動，Fe(OH)3越聚越多，最終形成沉淀。
（2）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。
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。
（3）PH控制的范圍：大于除去離子的完全沉淀值，小于主要離子的開始沉淀的PH。
知識重構，梳理脈絡
核心問題（除雜）：如何各個擊破溶液中的離子？【宏觀視角】
6．“酸作用”還可除去氧化物(膜)。
7．“堿作用”還可除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅等。
8．特定的氧化還原反應需要的酸性條件(或堿性條件)。
重溫經典
PART 03
03
重溫經典，感悟高考
已知：
25℃時
選擇理由：
融入晶體結構的考查
更符合真實情境問題
（個人觀點）
重溫經典，感悟高考
Fe2O3
Al2O3
SiO2
MgO
此濃非彼濃
SiO2
Al(OH)4-
堿加到何程度 如何控制？
Fe(OH)3
Mg2+
NaOH
提高晶體析出的效率
2Fe3++Fe=3Fe2+
Fe2+沉淀
NH3·H2O
重溫經典，感悟高考
SiO2
2.8×10-6
NaOH溶液
重溫經典，感悟高考
（4）“水熱合成”中，NH4H2PO4作為磷源，“濾液2”的作用是
水熱合成NaFePO4的離子方程式為
提供Na+和反應所需要的堿性環境
重溫經典，感悟高考
（5）“煅燒”得到的物質也能合成鈉基正極材料NaFeO2，其工藝如下：
①該工藝經碳熱還原得到Fe3O4，“焙燒”生成NaFeO2的化學方程式為 。
我們還有沒有必要說Fe3O4為堿性氧化物？（性質一定要置身于環境之中）
重溫經典，感悟高考
②NaFeO2的晶胞結構示意圖如甲所示。每個晶胞中含有NaFeO2的單元數有 個。
3
0.25
乙
重溫經典，感悟高考
（2022·山東卷）工業上以氟磷灰石[含Ca5F(PO4)3、SiO2等雜質]為原料生產磷酸和石膏，工藝流程如下：
硫酸作用
促進氟磷灰石的溶解（耦合）
CaSO4、HF
固體CaSO4
Ba3(PO4)3
強制弱
X的成分？
洗滌的基本要求是什么？
減少溶解損失
重溫經典，感悟高考
回答下列問題：
（1）酸解時有HF產生。氫氟酸與SiO2反應生成二元強酸H2SiF6，離子方程式為
如何理解強酸？
1.F的強吸電子作用，增強Si-H鍵的極性；2.陰離子正八面體的穩定性
重溫經典，感悟高考
重溫經典，感悟高考
重溫經典，感悟高考
CaSO4 0.5H2O
減少CaSO4的溶解損失，提高產品石膏的產率
酸解
重溫經典，感悟高考
（2024·安徽卷）精煉銅產生的銅陽極泥富含Cu、Ag、Au等多種元素。研究人員設計了一種從銅陽極泥中分離提收金和銀的流程，如下圖所示。
Cu
Ag
Au
CuSO4
為什么選擇不同的酸？是否可以顛倒？
重溫經典，感悟高考
回答下列問題：
（1）Cu位于元素周期表第 周期第 族。
（2）“浸出液1”中含有的金屬離子主要是 。
第4周期第ⅠB族
Cu2+
重溫經典，感悟高考
（3）“浸取2”步驟中，單質金轉化為HAuCl4的化學方程式為
（4）“浸取3”步驟中，“浸渣2”中的 (填化學式)轉化為[Ag(S2O3)2]3-
AgCl
重溫經典，感悟高考
（5）“電沉積”步驟中陰極的電極反應式為 。“電沉積”步驟完成后，陰極區溶液中可循環利用的物質為 (填化學式)。
重溫經典，感悟高考
（6）“還原”步驟中，被氧化的N2H4與產物Au的物質的量之比為 。
還原步驟中， HAuCl4被還原為Au，Au化合價由+3價變為0價，一個HAuCl4轉移3個電子，N2H4被氧化為N2，N的化合價由-2價變為0價，一個N2H4轉移4個電子，根據得失電子守恒，被氧化的N2H4與產物Au的物質的量之比為3：4；
3：4
重溫經典，感悟高考
(a)結構中電子云分布較均衡，結構較為穩定，(b)結構中正負電荷中心不重合，極性較大，較不穩定，且存在過氧根，過氧根的氧化性大于I2，故Na2S2O3不能被I2氧化成(b)結構。
模型建構
PART 04
04
模型建構
1.審題模型（三板斧或四線法）
模型建構
1.審題模型（三板斧或四線法）
2024年全國新課標卷
2.除雜模型：相變模型
黃智躍, 黃宜美, 張賢金. 化工流程題中金屬陽離子的轉化與分離[J]. 化學教學, 2022, (11): 87-91.
模型建構
2.除雜模型：沉淀問題的思維模型
黃智躍, 黃宜美, 張賢金. 化工流程題中金屬陽離子的轉化與分離[J]. 化學教學, 2022, (11): 87-91.
撬動
深度備考
模型建構
2.極化模型
黃智躍, 黃宜美, 張賢金. 化工流程題中金屬陽離子的轉化與分離[J]. 化學教學, 2022, (11): 87-91.
離子鍵向共價鍵過渡
極性溶劑（H2O）中
溶解性發生改變
模型建構第21講 工藝流程題的解法及策略
一、考向分析
（1）試題的基本框架
化學工藝流程題是將化工生產中的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。化工流程題以現代工業生產為基礎，與化學反應原理、產品提純、環境保護等相融合，具有考查知識面廣、綜合性強、思維容量大的特點。這類題型不但綜合考查考生在中學階段所學的元素及其化合物知識以及物質結構、元素周期律、氧化還原反應、化學用語、電解質溶液、化學平衡、電化學、實驗操作等知識，而且更重要的是能突出考查考生的綜合分析判斷能力、邏輯推理能力，且這類試題陌生度高，文字量大，包含信息多，思維能力要求高。近年高考有關考查要點和設問方式沒有大的變化，注意的是有關化學方程式的書寫的考查，有加強的趨勢，一般有2~3個小問會涉及方程式的書寫。
（2）為什么總是這幾種雜質？
化工流程類試題大多以陌生元素化合物為目標產物，但其性質并非知識考查方向。考查方向是如何利用雜質元素的性質將其除去而純化目標產物，所以分析雜質元素的性質比分析目標元素對教學更有價值。雜志元素的種類在不同試題中重復率極高，如Fe、Al、Si等，這與元素在地殼中的含量密切相關。地殼中含量越高，出現在礦石中的概率必然越高。試題命制的核心思路是通過常見雜質元素及其性質測評學生綜合應用已有知識解決問題的能力，所以備考復習針對地殼中高含量的元素進行重點拓展很有必要。
（3）為什么要預處理、浸取之后去除雜質？
預處理并非浸取的必要過程，預處理目的是為了更好的浸取形成溶液。為什么雜質元素一定要在溶液中除去，而不能在固態時除去呢？借助“結構決定性質、性質反映結構”這一獨特的學科思維，容易理解組成礦石的微粒間必然存在很強烈的作用力。預處理的目的便是將有著強烈相互作用的粒子，通過溶劑化作用形成自由離子。熔融和溶解是將微粒自由化的兩種常見手段，這是電解質概念學習的已有認知。從工藝生產、操作、設備、成本等角度考慮，溶解的性價比顯然遠高于熔融。礦石能在地殼中長期穩定存在，其結構必然有很強的穩定性，基本都很難在水中直接溶解。大部分時候還需要配合加強熱、酸、堿、氧化劑、還原劑等手段，宏觀上利用耦合反應增大反應的限度，微觀上改變礦石的穩定結構，進而促進金屬離子在溶劑中自由化。除酸、堿、氧化劑、還原劑輔助浸取之外，鹽浸也是一種非常重要的溶解方式。浸取的微觀過程即陰陽離子與溶劑分子相互作用的過程。以常見極性溶劑水為例，水分子作為配體與陰陽離子之間形成新的作用力，破壞原有陰陽離子間的強烈相互作用。基于水溶解過程的微觀模型，就不難理解用鹽類物質提供的陰離子作配體來輔助溶解某種金屬或礦石了。學生已有知識中的王水溶金就是這個道理，用飽和食鹽水配合強酸處理含鉛礦石、鋁制器皿不能腌制咸菜的化學原因均是氯離子與部分金屬陽離子有較強的配位功能，從而表現出對金屬的腐蝕能力。
二、知識重構
原料的預處理的方法與作用
方法 作用
粉碎或研磨 減小固體的顆粒度,增大固體與液體、氣體間的接觸面積,增大反應速率
灼燒、焙燒、 煅燒 除去可燃性雜質;使原料初步轉化為下一步可溶解的物質(氧化物等)
水浸 與水接觸反應或溶解,分離可溶物與難溶物
酸浸 與酸反應或溶解,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;溶解鋁(氧化鋁)、二氧化硅;調節pH促進水解(金屬離子的沉淀)
a.反應條件的控制
1.控制溶液的酸堿性(pH)
（1）增強物質的氧化性、還原性,調節離子的水解程度。
（2）通過控制溶液的pH可以除去某些金屬離子。
①若要除去溶液中含有的Fe3+、Al3+,可調節溶液的pH使之轉變為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀。[若有Fe2+,通常需先用氧化劑(H2O2等)把Fe2+氧化為Fe3+]
②調節pH所利用的物質一般應滿足能與H+反應,使溶液pH增大和不引入新雜質兩點需求。例如:若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物質來調節溶液的pH。
2.控制反應的溫度
（1）調節化學反應速率。
（2）調節平衡移動方向。
（3）控制固體的溶解與結晶,如趁熱過濾能防止某物質降溫時析出。
（4）促進溶液中氣體的逸出或實現蒸餾。
（5）防止或實現某物質水解或分解。
（6）防止副反應的發生。
3.調節反應物的濃度
（1）通過控制反應物的濃度,控制反應的類型,有利于目標反應的進行。
（2）根據需要選擇適宜濃度,控制一定的反應速率,使平衡向利于目標產物生成的方向進行。
（3）反應物過量,能保證反應的完全發生或提高其他物質的轉化率,但對后續操作帶來除雜問題。
b.有關沉淀分離操作的規范解答
1．洗滌沉淀的目的
（1）若濾渣是所需的物質，洗滌的目的是除去晶體表面的可溶性雜質，得到更純凈的沉淀物。
（2）若濾液是所需的物質，洗滌的目的是洗滌過濾所得到的濾渣，把有用的物質如目標產物盡可能洗出來。
2．常用洗滌劑
（1）蒸餾水：主要適用于除去沉淀吸附的可溶性雜質。
（2）冷水：除去沉淀中的可溶性雜質，降低沉淀在水中的溶解度而減少沉淀損失。
（3）沉淀的飽和溶液：減小沉淀的溶解。
（4）有機溶劑(酒精、丙酮等)：適用于易溶于水的固體，既減少了固體溶解，又利用有機溶劑的揮發性，除去固體表面的水分，產品易干燥。
3．沉淀洗滌的答題規范
答題模板：
注洗滌液(沿玻璃棒向漏斗中注入洗滌液)→標準(使洗滌液完全浸沒沉淀或晶體)→重復(待洗滌液流盡后，重復操作2～3次)
4．沉淀是否洗凈的答題規范
答題模板：
取樣(取少量最后一次洗滌液于一潔凈的試管中)→加試劑[加入××試劑(必要時加熱，如檢驗NH)]→現象(不產生××沉淀、溶液不變××色或不產生××氣體)→結論(說明沉淀已經洗滌干凈)
c.pH的調控
1．需要的物質：含主要陽離子（不引入新雜質即可）的難溶性氧化物或氫氧化物或碳酸鹽，即能與H+反應，使pH增大的物質如MgO、Mg(OH)2等類型的物質。
2．原理：加入的物質能與溶液中的H+反應，降低了H+的濃度
3．pH控制的范圍：雜質離子完全沉淀時pH值－主要離子開始沉淀時pH，注意端值取等。
4．控制pH的目的：
（1）pH調小：抑制某離子水解；防止某離子沉淀
（2）pH調大：確保某離子完全沉淀；防止某物質溶解等。
（3）控制反應的發生，增強物質的氧化性或還原性，或改變水解程度。
5．控制某反應的pH值使某些金屬離子以氫氧化物的形式沉淀的原理，例如：
（1）Fe3+溶液中存在水解平衡：Fe3++3H2OFe(OH)3＋3H+，加入CuO后，溶液中H+濃度降低，平衡正向移動，Fe(OH)3越聚越多，最終形成沉淀。
（2）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。
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。
（3）PH控制的范圍：大于除去離子的完全沉淀值，小于主要離子的開始沉淀的PH。
6．“酸作用”還可除去氧化物(膜)。
7．“堿作用”還可除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅等。
8．特定的氧化還原反應需要的酸性條件(或堿性條件)。
三、重溫經典
1．（2024·全國甲卷）鈷在新能源、新材料領域具有重要用途。某煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鈷、錳的+2價氧化物及鋅和銅的單質。從該廢渣中提取鈷的一種流程如下。
注：加沉淀劑使一種金屬離子濃度小于等于，其他金屬離子不沉淀，即認為完全分離。
已知：①。
②以氫氧化物形式沉淀時，和溶液的關系如圖所示。
回答下列問題：
（1）“酸浸”前，需將廢渣磨碎，其目的是 。
（2）“酸浸”步驟中，發生反應的化學方程式是 。
（3）假設“沉銅”后得到的濾液中和均為，向其中加入至沉淀完全，此時溶液中 ，據此判斷能否實現和的完全分離 (填“能”或“不能”)。
（4）“沉錳”步驟中，生成，產生的物質的量為 。
（5）“沉淀”步驟中，用調，分離出的濾渣是 。
（6）“沉鈷”步驟中，控制溶液，加入適量的氧化，
其反應的離子方程式為 。
（7）根據題中給出的信息，從“沉鈷”后的濾液中回收氫氧化鋅的方法是 。
【答案】（1）增大固體與酸反應的接觸面積，提高鈷元素的浸出效率
（2）
（3） 不能
（4）
（5）
（6）
（7）向濾液中滴加NaOH溶液，邊加邊攪拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，靜置后過濾、洗滌、干燥
【解析】煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鈷、錳的價氧化物及鋅和銅的單質，經稀硫酸酸浸時，銅不溶解，Zn及其他價氧化物除鉛元素轉化為硫酸鉛沉淀外，其他均轉化為相應的+2價陽離子進入溶液；然后通入硫化氫沉銅生成CuS沉淀；過濾后，濾液中加入Na2S2O8將錳離子氧化為二氧化錳除去，同時亞鐵離子也被氧化為鐵離子；再次過濾后，用氫氧化鈉調節pH=4，鐵離子完全轉化為氫氧化鐵沉淀除去；第三次過濾后的濾液中加入次氯酸鈉沉鈷，得到Co(OH)3。（1）“酸浸”前，需將廢渣磨碎，其目的是增大固體與酸反應的接觸面積，提高鈷元素的浸出效率。（2）“酸浸”步驟中，Cu不溶解，Zn單質及其他價氧化物除鉛元素轉化為硫酸鉛沉淀外，其他均轉化為相應的+2價陽離子進入溶液，即為轉化為CoSO4，反應的化學方程式為。（3）假設“沉銅”后得到的濾液中和均為，向其中加入至沉淀完全，此時溶液中，則，小于，說明大部分也轉化為硫化物沉淀，據此判斷不能實現Zn2+和Co2+的完全分離。（4）“沉錳”步驟中，Na2S2O8將Mn2+氧化為二氧化錳除去，發生的反應為，因此，生成，產生的物質的量為。（5）“沉錳”步驟中，同時將氧化為，“沉淀”步驟中用調pH=4，可以完全沉淀為，因此，分離出的濾渣是。（6）“沉鈷”步驟中，控制溶液pH=5.0~5.5，加入適量的NaClO氧化，為了保證被完全氧化，NaClO要適當過量，其反應的離子方程式為。（7）根據題中給出的信息，“沉鈷”后的濾液的pH=5.0~5.5，溶液中有元素以形式存在，當pH＞12后氫氧化鋅會溶解轉化為，因此，從“沉鈷”后的濾液中回收氫氧化鋅的方法是：向濾液中滴加溶液，邊加邊攪拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，靜置后過濾、洗滌、干燥。
2．（2024·新課標卷）鈷及其化合物在制造合金、磁性材料、催化劑及陶瓷釉等方面有著廣泛應用。一種從濕法煉鋅產生的廢渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的單質或氧化物)中富集回收得到含錳高鈷成品的工藝如下：
已知溶液中相關離子開始沉淀和沉淀完全()時的pH：
開始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列問題：
（1）“酸浸”前廢渣需粉碎處理，目的是 ；“濾渣1”中金屬元素主要為 。
（2）“過濾1”后的溶液中加入的作用是 。取少量反應后的溶液，加入化學試劑 檢驗 ，若出現藍色沉淀，需補加。
（3）“氧化沉鈷”中氧化還原反應的離子方程式為 、 。
（4）“除鈷液”中主要的鹽有 (寫化學式)，殘留的濃度為 。
【答案】（1）增大固液接觸面積，加快酸浸速率，提高浸取效率 Pb
（2）將溶液中的氧化為，以便在后續調pH時除去Fe元素 溶液
（3）
（4）、
【分析】由題中信息可知，用硫酸處理含有Co、Zn、Pb、Fe的單質或氧化物的廢渣，得到含有、、、、等離子的溶液，Pb的單質或氧化物與硫酸反應生成難溶的，則“濾渣1”為“酸浸”時生成的；向濾液中加入將氧化為，然后加入ZnO調節pH=4使完全轉化為，則“濾渣Ⅱ”的主要成分為，濾液中的金屬離子主要是、和；最后“氧化沉鈷”，加入強氧化劑，將溶液中氧化為，在時形成沉淀，而則被還原為，還會與溶液中的發生歸中反應生成，得到和的混合物，“除鈷液”主要含有ZnSO4、K2SO4，據此解答。
【解析】（1）在原料預處理過程中，粉碎固體原料能增大固體與液體的接觸面積，從而加快酸浸的反應速率，提高浸取效率；由分析可知，“濾渣1”的主要成分為PbSO4，則“濾渣1”中金屬元素主要為Pb；
（2）酸浸液中含有、、、、等離子。由題表中數據可知，當完全沉淀時，未開始沉淀，而當完全沉淀時，已有一部分沉淀，因此為了除去溶液中的Fe元素且不沉淀，應先將氧化為，然后調節溶液的pH使完全水解轉化為沉淀，因此，的作用是將氧化為，以便在后續調pH時除去Fe元素。常用溶液檢驗，若生成藍色沉淀，則說明溶液中仍存在，需補加；
（3）由分析可知，該過程發生兩個氧化還原反應，根據分析中兩個反應的反應物、產物與反應環境()，結合得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒可寫出兩個離子方程式：、；
（4）最終得到的“除鈷液”中含有的金屬離子主要是最初“酸浸”時與加入ZnO調pH時引入的、加入“氧化沉鈷”時引入的，而陰離子是在酸浸時引入的，因此其中主要的鹽有和。當溶液時，恰好完全沉淀，此時溶液中，則，則。“除鈷液”的，即，則，此時溶液中。
3．（2024·安徽卷）精煉銅產生的銅陽極泥富含等多種元素。研究人員設計了一種從銅陽極泥中分離提收金和銀的流程，如下圖所示。
回答下列問題：
（1）位于元素周期表第 周期第 族。
（2）“浸出液1”中含有的金屬離子主要是 。
（3）“浸取2”步驟中，單質金轉化為的化學方程式為 。
（4）“浸取3”步驟中，“浸渣2”中的 (填化學式)轉化為。
（5）“電沉積”步驟中陰極的電極反應式為 。“電沉積”步驟完成后，陰極區溶液中可循環利用的物質為 (填化學式)。
（6）“還原”步驟中，被氧化的與產物的物質的量之比為 。
（7）可被氧化為。從物質結構的角度分析的結構為(a)而不是(b)的原因： 。
【答案】（1）四 ⅠB
（2）Cu2+
（3）
（4）AgCl
（5）
（6）3：4
（7）(a)結構中電子云分布較均衡，結構較為穩定，(b)結構中正負電荷中心不重合，極性較大，較不穩定，且存在過氧根，過氧根的氧化性大于I2，故Na2S2O3不能被I2氧化成(b)結構
【分析】精煉銅產生的銅陽極泥富含Cu、Ag、Au等元素，銅陽極泥加入硫酸、H2O2浸取，Cu被轉化為Cu2+進入浸取液1中，Ag、Au不反應，浸渣1中含有Ag和Au；浸渣1中加入鹽酸、H2O2浸取，Au轉化為HAuCl4進入浸取液2，Ag轉化為AgCl，浸渣2中含有AgCl；浸取液2中加入N2H4將HAuCl4還原為Au，同時N2H4被氧化為N2；浸渣2中加入，將AgCl轉化為，得到浸出液3，利用電沉積法將還原為Ag。
【解析】（1）Cu的原子序數為29，位于第四周期第ⅠB族；
（2）由分析可知，銅陽極泥加入硫酸、H2O2浸取，Cu被轉化為Cu2+進入浸取液1中，故浸取液1中含有的金屬離子主要是Cu2+；
（3）浸取2步驟中，Au與鹽酸、H2O2反應氧化還原反應，生成HAuCl4和H2O，根據得失電子守恒及質量守恒，可得反應得化學方程式為：；
（4）根據分析可知，浸渣2中含有AgCl，與反應轉化為；
（5）電沉積步驟中，陰極發生還原反應，得電子被還原為Ag，電極反應式為：；陰極反應生成，同時陰極區溶液中含有Na+，故電沉積步驟完成后，陰極區溶液中可循環利用得物質為；
（6）還原步驟中， HAuCl4被還原為Au，Au化合價由+3價變為0價，一個HAuCl4轉移3個電子，N2H4被氧化為N2，N的化合價由-2價變為0價，一個N2H4轉移4個電子，根據得失電子守恒，被氧化的N2H4與產物Au的物質的量之比為3：4；
（7）(a)結構中電子云分布較均衡，結構較為穩定，(b)結構中正負電荷中心不重合，極性較大，較不穩定，且存在過氧根，過氧根的氧化性大于I2，故Na2S2O3不能被I2氧化成(b)結構。
4．（2024·甘肅卷）我國科研人員以高爐渣(主要成分為，，和等)為原料，對煉鋼煙氣(和水蒸氣)進行回收利用，有效減少了環境污染，主要流程如圖所示：
已知：
（1）高爐渣與經焙燒產生的“氣體”是 。
（2）“濾渣”的主要成分是和 。
（3）“水浸2”時主要反應的化學方程式為 ，該反應能進行的原因是 。
（4）鋁產品可用于 。
（5）某含鈣化合物的晶胞結構如圖甲所示，沿x軸方向的投影為圖乙，晶胞底面顯示為圖丙，晶胞參數。圖丙中與N的距離為 ；化合物的化學式是 ，其摩爾質量為，阿伏加德羅常數的值是，則晶體的密度為 (列出計算表達式)。
【答案】（1）NH3
（2）SiO2
（3） ，微溶的硫酸鈣轉化為更難溶的碳酸鈣
（4）凈水
（5） Ca3N3B
【分析】高爐渣(主要成分為，，和等)加入在400℃下焙燒，生成硫酸鈣、硫酸鎂、硫酸鋁，同時產生氣體，該氣體與煙氣(和水蒸氣)反應，生成，所以該氣體為NH3；焙燒產物經過水浸1，然后過濾，濾渣為以及未反應的SiO2，濾液溶質主要為硫酸鎂、硫酸鋁及硫酸銨；濾液濃縮結晶，析出，剩余富鎂溶液；濾渣加入溶液，濾渣中的會轉化為更難溶的碳酸鈣。
【解析】（1）由分析可知，高爐渣與經焙燒產生的“氣體”是NH3；
（2）由分析可知，“濾渣”的主要成分是和未反應的SiO2；
（3）“水浸2”時主要反應為硫酸鈣與碳酸銨生成更難溶的碳酸鈣，反應方程式為，該反應之所以能發生，是由于，，，微溶的硫酸鈣轉化為更難溶的碳酸鈣；
（4）鋁產品溶于水后，會產生，水解生成膠體，可用于凈水；
（5）圖丙中，Ca位于正方形頂點，N位于正方形中心，故與N的距離為pm；由均攤法可知，晶胞中Ca的個數為，N的個數為，B的個數為，則化合物的化學式是Ca3N3B；其摩爾質量為，阿伏加德羅常數的值是，晶胞體積為則晶體的密度為。
5．（2024·貴州卷）煤氣化渣屬于大宗固廢，主要成分為及少量MgO等。一種利用“酸浸—堿沉—充鈉”工藝，制備鈉基正極材料和回收的流程如下：
已知：
①25℃時，；
②。
回答下列問題：
（1）“濾渣”的主要成分為 (填化學式)。
（2）25℃時，“堿沉”控制溶液pH至3.0，此時溶液中 。
（3）“除雜”時需加入的試劑X是 。
（4）“水熱合成”中，作為磷源，“濾液2”的作用是 ，水熱合成的離子方程式為 。
（5）“煅燒”得到的物質也能合成鈉基正極材料，其工藝如下：
①該工藝經碳熱還原得到，“焙燒”生成的化學方程式為 。
②的晶胞結構示意圖如甲所示。每個晶胞中含有的單元數有 個。
③若“焙燒”溫度為時，生成純相，則 ，其可能的結構示意圖為 (選填“乙”或“丙”)。
【答案】（1）SiO2
（2）2.8×10-6
（3）NaOH溶液
（4）提供Na+和反應所需要的堿性環境
（5） 3 0.25 乙
【分析】煤氣化渣(主要成分為及少量MgO等)中加濃硫酸酸浸，SiO2不反應、也不溶解成為濾渣，及少量MgO轉化為硫酸鐵、硫酸鋁和硫酸鎂，往其中加氫氧化鈉溶液進行堿浸，將鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀；過濾，濾液1中含硫酸鋁和硫酸鎂，加過量的氫氧化鈉溶液使鎂離子轉化為氫氧化鎂沉淀除去，過濾，濾液主要含和NaOH，往其中加氫氧化鋁晶種，過濾得Al2O3 3H2O和NaOH溶液，焙燒Al2O3 3H2O得Al2O3；在煅燒氫氧化鐵所獲得的產物中加稀硫酸酸浸、足量的鐵還原，然后加NH4H2PO4、穩定劑和濾液2水熱合成得NaFePO4。
【解析】（1）煤氣化渣(主要成分為及少量MgO等)中加濃硫酸酸浸，SiO2不反應、也不溶解成為濾渣，即“濾渣”的主要成分為SiO2；
（2）25℃時，“堿沉”控制溶液pH至3.0，即c(H+)=10-3mol/L，則c(OH-)=10-11mol/L，此時溶液中；
（3）“除雜”時需要沉淀鎂離子、得，所以加入的試劑X是NaOH溶液；
（4）“水熱合成”中，作為磷源，“濾液2”為NaOH溶液，其既可以提供合成所需要的Na+，又可以提供反應所需要的堿性環境，水熱合成的離子方程式為；
（5）①該工藝經碳熱還原得到，“焙燒”時、Na2CO3和O2反應生成，其化學方程式為；
②由的晶胞圖如甲可知，每個晶胞中含有Fe：4×+2=3，Na：8×+2=3，O：8×+4=6，即每個晶胞中的單元數有3個；
③若“焙燒”溫度為時，，生成純相，則，解得0.25；丙圖中Na：1+6×=1.75，，乙圖中Na：2+2×=2.25，，則其可能的結構示意圖為乙。
6．（2024·河北卷）是制造釩鐵合金、金屬釩的原料，也是重要的催化劑。以苛化泥為焙燒添加劑從石煤中提取的工藝，具有釩回收率高、副產物可回收和不產生氣體污染物等優點。工藝流程如下。
已知：i石煤是一種含的礦物，雜質為大量和少量等；苛化泥的主要成分為等。
ⅱ高溫下，苛化泥的主要成分可與反應生成偏鋁酸鹽；室溫下，偏釩酸鈣和偏鋁酸鈣均難溶于水。回答下列問題：
（1）釩原子的價層電子排布式為 ；焙燒生成的偏釩酸鹽中釩的化合價為 ，產生的氣體①為 (填化學式)。
（2）水浸工序得到濾渣①和濾液，濾渣①中含釩成分為偏釩酸鈣，濾液中雜質的主要成分為 (填化學式)。
（3）在弱堿性環境下，偏釩酸鈣經鹽浸生成碳酸鈣發生反應的離子方程式為 ；加壓導入鹽浸工序可提高浸出率的原因為 ；浸取后低濃度的濾液①進入 (填工序名稱)，可實現釩元素的充分利用。
（4）洗脫工序中洗脫液的主要成分為 (填化學式)。
（5）下列不利于沉釩過程的兩種操作為 (填序號)。
a．延長沉釩時間 b．將溶液調至堿性 c．攪拌 d．降低溶液的濃度
【答案】（1）
（2）
（3） 提高溶液中濃度，促使偏釩酸鈣轉化為碳酸鈣，釋放 離子交換
（4）
（5）bd
【分析】石煤和苛化泥通入空氣進行焙燒，反應生成、、、、和等，水浸可分離焙燒后的可溶性物質(如)和不溶性物質[、等]，過濾后濾液進行離子交換、洗脫，用于富集和提純，加入氯化銨溶液沉釩，生成，經一系列處理后得到V2O3；濾渣①在，的條件下加入3%NH4HCO3溶液進行鹽浸，濾渣①中含有釩元素，通過鹽浸，使濾渣①中的釩元素進入濾液①中，再將濾液①回流到離子交換工序，進行的富集。
【解析】（1）釩是23號元素，其價層電子排布式為；焙燒過程中，氧氣被還原，被氧化生成，偏釩酸鹽中釩的化合價為價；在以上開始分解，生成的氣體①為。
（2）由已知信息可知，高溫下，苛化泥的主要成分與反應生成偏鋁酸鈉和偏鋁酸鈣，偏鋁酸鈉溶于水，偏鋁酸鈣難溶于水，所以濾液中雜質的主要成分是。
（3）在弱堿性環境下，與和反應生成、和，離子方程式為：； CO2加壓導入鹽浸工序可提高浸出率，因為C可提高溶液中濃度，促使偏釩酸鈣轉化為碳酸鈣，釋放；濾液①中含有、等，且濃度較低，若要利用其中的釩元素，需要通過離子交換進行分離、富集，故濾液①應進入離子交換工序。
（4）由離子交換工序中樹脂的組成可知，洗脫液中應含有，考慮到水浸所得溶液中含有，為避免引人其他雜質離子，且廉價易得，故洗脫液的主要成分應為。
（5）a．延長沉釩時間，能使反應更加完全，有利于沉釩，a不符合題意；
b．呈弱酸性，如果將溶液調至堿性，與反應，不利于生成，b符合題意；
c．攪拌能使反應物更好的接觸，提高反應速率，使反應更加充分，有利于沉釩，c不符合題意；
d．降低溶液的濃度，不利于生成，d符合題意；
故選bd。
（2024·湖南卷）銅陽極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一種含貴金屬的可再生資源，回收貴金屬的化工流程如下：
已知：①當某離子的濃度低于時，可忽略該離子的存在；
② ；
③易從溶液中結晶析出；
④不同溫度下的溶解度如下：
溫度℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
回答下列問題：
（1）Cu屬于 區元素，其基態原子的價電子排布式為 ；
（2）“濾液1”中含有Cu2+和H2SeO3，“氧化酸浸”時Cu2Se反應的離子方程式為 ；
（3）“氧化酸浸”和“除金”工序抣需加入一定量的NaCl：
①在“氧化酸浸”工序中，加入適量NaCl的原因是 。
②在“除金”工序溶液中，濃度不能超過 。
（4）在“銀轉化”體系中，和濃度之和為，兩種離子分布分數隨濃度的變化關系如圖所示，若濃度為，則的濃度為 。
（5）濾液4中溶質主要成分為 (填化學式)；在連續生產的模式下，“銀轉化”和“銀還原”工序需在℃左右進行，若反應溫度過高，將難以實現連續生產，原因是 。
【答案】（1）ds 3d104s1
（2）
（3）使銀元素轉化為AgCl沉淀 0.5
（4）0.05
（5） 高于40℃后，的溶解度下降，“銀轉化”和“銀還原”的效率降低，難以實現連續生產
【分析】銅陽極泥（含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等）加入H2O2、H2SO4、NaCl氧化酸浸，由題中信息可知，濾液1中含有Cu2+和H2SeO3，濾渣1中含有Au、AgCl、PbSO4；濾渣1中加入NaClO、H2SO4、NaCl，將Au轉化為Na[AuCl4]除去，濾液2中含有Na[AuCl4]，濾渣2中含有AgCl、PbSO4；在濾渣2中加入Na2SO3，將AgCl轉化為Ag2SO3，過濾除去PbSO4，濾液3含有Ag2SO3；濾液2中加入Na2S2O4，將Ag元素還原為Ag單質，Na2S2O4轉化為Na2SO3，濾液4中溶質主要為Na2SO3，可繼續進行銀轉化過程。
【解析】（1）Cu的原子序數為29，位于第四周期第ⅠB族，位于ds區，其基態原子的價電子排布式為3d104s1；
（2）濾液1中含有Cu2+和H2SeO3，氧化酸浸時Cu2Se與H2O2、H2SO4發生氧化還原反應，生成、和，反應的離子方程式為：；
（3）①在“氧化酸浸”工序中，加入適量的原因是使銀元素轉化為AgCl沉淀；
②由題目可知，在“除金”工序溶液中，若加入過多，AgCl則會轉化為，當某離子的濃度低于1.0×10 5mol L 1時，可忽略該離子的存在，為了不讓AgCl發生轉化，則另，由，可得，即濃度不能超過；
（4）在“銀轉化”體系中，和濃度之和為，溶液中存在平衡關系：，當時，此時，則該平衡關系的平衡常數，當時，，解得此時；
（5）由分析可知濾液4中溶質主要成分為Na2SO3；由不同溫度下的溶解度可知，高于40℃后，的溶解度下降，“銀轉化”和“銀還原”的效率降低，難以實現連續生產。
四、模型建構
1.常見四線法模型
除雜模型
沉淀問題的思維模型
離子極化模型
以上內容主要參考
黃智躍, 黃宜美, 張賢金. 化工流程題中金屬陽離子的轉化與分離[J]. 化學教學, 2022, (11): 87-91.
夏昌偉.基于物質結構與性質分析化學工藝流程試題中除雜問題——以2024年“九省聯考”化學試題為例[J].理科考試研究,2024,31(17):49-53.

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