第4章 高考题型专项突破 突破化学工艺流程题-【金版教程】2025年高考化学一轮复习创新方案word（新教材，创新版）

金版教程　高考科学复习创新方案　化学 突破化学工艺流程题 　(2023·湖北卷)SiCl4是生产多晶硅的副产物。利用SiCl4对废弃的锂电池正极材料LiCoO2进行氯化处理以回收Li、Co等金属，工艺路线如下： 回答下列问题： (1)Co位于元素周期表第________周期，第________族。 (2)烧渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物，“500 ℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去，否则水浸时会产生大量烟雾，用化学方程式表示其原因_______________________________________。 (3)鉴别洗净的“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是________。 (4)已知Ksp[Co(OH)2]＝5.9×10－15，若“沉钴过滤”的pH控制为10.0，则溶液中Co2＋浓度为________mol·L－1。“850 ℃煅烧”时的化学方程式为________________________________。 [解题思路分析]　由流程和题中信息可知，LiCoO2粗品与SiCl4在500 ℃焙烧时生成氧气和烧渣，烧渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物；烧渣经水浸、过滤后得滤液1和滤饼1，滤饼1的主要成分是SiO2和H2SiO3；滤液1用氢氧化钠溶液沉钴，过滤后得滤饼2[主要成分为Co(OH)2]和滤液2(主要溶质为LiCl)；滤饼2置于空气中在850 ℃煅烧得到Co3O4；滤液2经碳酸钠溶液沉锂，得到滤液3和滤饼3，滤饼3为Li2CO3。 [答案]　(1)四　Ⅷ (2)SiCl4＋3H2O===H2SiO3＋4HCl (3)焰色试验　 (4)5.9×10－7　6Co(OH)2＋O22Co3O4＋6H2O 　(2022·全国甲卷)硫酸锌(ZnSO4)是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备，菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下： 本题中所涉及离子的氢氧化物溶度积常数如下表： 离子 Fe3＋ Zn2＋ Cu2＋ Fe2＋ Mg2＋ Ksp 4.0×10－38 6.7×10－17 2.2×10－20 8.0×10－16 1.8×10－11 回答下列问题： (1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为______________________________________ __________________________________________________________________________________________________________。 (2)为了提高锌的浸取效果，可采取的措施有________、________。 (3)加入物质X调溶液pH＝5，最适宜使用的X是________(填标号)。 A．NH3·H2O B．Ca(OH)2 C．NaOH 滤渣①的主要成分是________、________、________。 (4)向80～90 ℃的滤液①中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤，滤渣②中有MnO2，该步反应的离子方程式为________________________________________。 (5)滤液②中加入锌粉的目的是__________________________。 (6)滤渣④与浓硫酸反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是________、________。 [解题思路分析]　由题干信息，菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物，结合流程图分析，菱锌矿焙烧，主要发生反应：ZnCO3ZnO＋CO2↑，再加入H2SO4酸浸，得到含Zn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋的溶液及SiO2、CaSO4(微溶)，再加入物质X调节pH＝5，结合表格数据知，过滤得到Fe(OH)3、CaSO4、SiO2的滤渣①，滤液①中主要含有Zn2＋、Cu2＋、Mg2＋、Ca2＋、Fe2＋，再向滤液①中加入KMnO4溶液氧化Fe2＋，过滤得到Fe(OH)3和MnO2的滤渣②，滤液②中加入锌粉，发生反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，过滤后得到滤渣③为Zn、Cu，再向滤液③中加入HF脱钙镁，过滤得到滤渣④为CaF2、MgF2，滤液④为ZnSO4溶液，经一系列处理得到ZnSO4·7H2O。 [答案]　(1)ZnCO3ZnO＋CO2↑ (2)升高温度　将焙烧后的产物碾碎，增大接触面积　增大硫酸的浓度(合理即可，任选2个) (3)B　Fe(OH)3　CaSO4　SiO2 (4)3Fe2＋＋MnO＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋ (5)置换Cu2＋为Cu从而除去 (6)CaSO4　MgSO4 一、试题特点 1．以与化工生产和日常生活密切相关的物质制备、分离和提纯为中心，以流程图、装置图为信息背景，以物质的性质、转化、分离等为考点，将化学用语、元素化合物知识、化学反应原理、实验(仪器、操作等)、化学计算等内容有机融合。 2．题目的陌生度很高，通常出现较多的新名词、新物质、新方法、新设备等。问题的设置一般包括化学实验仪器的识别与选用、实验基本操作方法、陌生化学方程式或离子方程式的书写、化学计算、绿色化学思想等。 二、工业生产流程的主线和核心 1．中学化学中涉及的工业生产：工业制粗硅、制漂白粉、工业制硫酸、合成氨工业、工业制硝酸、氯碱工业、工业制玻璃、工业制纯碱。 2．化工生产流程图模版 三、工业流程题中常用的关键词 1．灼烧(煅烧、焙烧)：原料的预处理，不易转化的物质转化为容易提取的物质，如海带中提取碘。 2．酸：溶解，去氧化物(膜)，调节pH促进水解(或生成沉淀)。 3．碱：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH促进水解(或生成沉淀)。 4．盐：用于吸收气体，如碳酸钠、亚硫酸钠溶液吸收CO2、SO2，FeCl2溶液用于吸收Cl2，亚硫酸氢铵溶液用于吸收NH3等等。 5．氧化剂：氧化某物质，转化为易于被除去的离子(或沉淀)。 6．还原剂：还原某物质，转化某物质、获得某种产品等。 7．调pH：通过加入氧化物等方法调节pH，促进某离子水解，使其沉淀，利于过滤分离。 8．加热(煮沸、蒸馏、分馏等)：促进水解，聚沉后利于分离物质，等等。 四、确定工艺流程中重要物质的方法 1．循环物质的确定 2．副产品的判断 3．滤渣、滤液成分的确定 要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步中与每一种试剂反应的情况： (1)反应过程中哪些物质(离子)消失了。 (2)所加试剂是否过量或离子间发生化学反应又产生了哪些新离子，还要考虑这些离子间是否会发生反应。 五、记忆答题术语，规范作答 1．增大原料浸出率(离子在溶液中含量的多少)的措施：搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强)，增大气液或固液接触面积。 2．加热的目的：加快反应速率或促使平衡向某个方向移动。 3．温度不高于x ℃的原因：适当加快反应速率，但温度过高会造成物质挥发(如浓盐酸)、分解(如H2O2)、氧化(如Na2SO3)或促进物质水解(如AlCl3)等，影响产品的生成。 4．从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大的晶体)的方法：蒸发浓缩(至有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、乙醇洗)、干燥。 5．从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：蒸发浓缩、趁热过滤(如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出)、洗涤、干燥。 6．减压蒸馏(减压蒸发)的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止物质受热分解、挥发(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)。 7．冰水洗涤的目的：洗去晶体表面的杂质离子并减少被洗涤物质在洗涤过程中的溶解损耗。 8．乙醇洗涤的目的：降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较干燥的产物。 9．蒸发时的气体环境：抑制某离子的水解，如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在HCl气流中进行。 10．事先煮沸溶液的原因：除去溶解在溶液中的气体(如氧气)，防止物质被氧化。 1．(2022·辽宁高考)某工厂采用辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)与软锰矿(主要成分为MnO2)联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4，工艺流程如下： 已知：①焙烧时过量的MnO2分解为Mn2O3，FeS2转变为Fe2O3； ②金属活动性：Fe＞(H)＞Bi＞Cu； ③相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下： 开始沉淀pH 完全沉淀pH Fe2＋ 6.5 8.3 Fe3＋ 1.6 2.8 Mn2＋ 8.1 10.1 回答下列问题： (1)为提高焙烧效率，可采取的措施为__________________。 a．进一步粉碎矿石 b．鼓入适当过量的空气 c．降低焙烧温度 (2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，反应的化学方程式为___________________________ _______________。 (3)“酸浸”中过量浓盐酸的作用为：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②__________________。 (4)滤渣的主要成分为________(填化学式)。 (5)生成气体A的离子方程式为______________________________。 (6)加入金属Bi的目的是____________________________________。 答案　(1)ab　(2)2Bi2S3＋9O22Bi2O3＋6SO2 (3)抑制金属离子水解 (4)SiO2 (5)Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O (6)将Fe3＋转化为Fe2＋ 2．(2022·湖北高考)全球对锂资源的需求不断增长，“盐湖提锂”越来越受到重视。某兴趣小组取盐湖水进行浓缩和初步除杂后，得到浓缩卤水(含有Na＋、Li＋、Cl－和少量Mg2＋、Ca2＋)，并设计了以下流程通过制备碳酸锂来提取锂。 25 ℃时相关物质的参数如下： LiOH的溶解度：12.4 g/100 g H2O 化合物 Ksp Mg(OH)2 5.6×10－12 Ca(OH)2 5.5×10－6 CaCO3 2.8×10－9 Li2CO3 2.5×10－2 回答下列问题： (1)“沉淀1”为__________。 (2)向“滤液1”中加入适量固体Li2CO3的目的是__________________________________。 (3)为提高Li2CO3的析出量和纯度，“操作A”依次为________、________、洗涤。 (4)有同学建议用“侯氏制碱法”的原理制备Li2CO3。查阅资料后，发现文献对常温下的Li2CO3有不同的描述：①是白色固体；②尚未从溶液中分离出来。为探究LiHCO3的性质，将饱和LiCl溶液与饱和NaHCO3溶液等体积混合，起初无明显变化，随后溶液变浑浊并伴有气泡冒出，最终生成白色沉淀。上述现象说明，在该实验条件下LiHCO3________(填“稳定”或“不稳定”)，有关反应的离子方程式为_________________________________________ _____________________________________________________________________。 (5)他们结合(4)的探究结果，拟将原流程中向“滤液2”加入Na2CO3改为通入CO2。这一改动能否达到相同的效果，作出你的判断并给出理由________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)Mg(OH)2 (2)将Ca2＋转化成CaCO3沉淀除去，同时不引入新杂质 (3)蒸发浓缩　趁热过滤 (4)不稳定　Li＋＋HCO===LiHCO3，2LiHCO3===Li2CO3↓＋CO2↑＋H2O (5)能达到相同效果，因为改为通入过量的CO2，则LiOH转化为LiHCO3，结合(4)的探究结果，LiHCO3也会很快分解产生Li2CO3，所以这一改动能达到相同的效果 3．(2021·全国乙卷)磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。 该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表 金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋ 开始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4 沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8 回答下列问题： (1)“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐。写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式___________________________________ _________________________________。 (2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是______________。 (3)“母液①”中Mg2＋浓度为________ mol·L－1。 (4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最适合的酸是________。“酸溶渣”的成分是________、________。 (5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是______________________________________________________。 (6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得________，循环利用。 答案　(1)Al2O3＋4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O (2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋　(3)1.0×10－6　 (4)硫酸　SiO2　CaSO4　 (5)TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋ (6)(NH4)2SO4 解析　由题给流程可知，高钛炉渣与硫酸铵混合后焙烧时，二氧化钛和二氧化硅几乎不反应，氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化铁转化为相应的硫酸盐，尾气为氨气；将焙烧后物质加入热水水浸，二氧化钛、二氧化硅不溶于水，微溶的硫酸钙部分溶于水，硫酸铁、硫酸镁和硫酸铝铵溶于水，过滤得到含有二氧化钛、二氧化硅、硫酸钙的水浸渣和含有硫酸铁、硫酸镁、硫酸铝铵和硫酸钙的滤液；向pH约为2.0的滤液中加入氨水至11.6，溶液中铁离子、铝离子和镁离子依次沉淀，过滤得到含有硫酸铵、硫酸钙的母液①和氢氧化物沉淀；向水浸渣中加入硫酸加热到160 ℃酸溶，二氧化硅和硫酸钙与硫酸不反应，二氧化钛与硫酸反应得到TiOSO4，过滤得到含有二氧化硅、硫酸钙的酸溶渣和TiOSO4溶液；将TiOSO4溶液加入热水，使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸，过滤得到含有硫酸的母液②和TiO2·xH2O。 (3)由镁离子完全沉淀时，溶液pH为11.1可知，氢氧化镁的溶度积为1×10－5×(1×10－2.9)2＝1×10－10.8，当溶液pH为11.6时，溶液中镁离子的浓度为 mol·L－1＝1×10－6 mol·L－1。 专项作业 [建议用时：40分钟] 1．ClO2和NaClO2都是广泛使用的漂白剂、消毒剂。其中高浓度ClO2气体易发生爆炸，在生产、使用时需用其他气体进行稀释。某工厂生产ClO2和NaClO2的工艺流程如下。 (1)Cl元素在周期表中的位置是____________。 (2)请写出ClO2发生器中反应的离子方程式：__________________________________。 (3)ClO2吸收器中，H2O2的作用是________。 (4)若加硫酸过快，发生器中Na2SO3的利用率降低，请结合化学用语分析可能的原因：__________________________________________________________________。 (5)制备ClO2的工艺还有： 盐酸法：5NaClO2＋4HCl===4ClO2↑＋5NaCl＋2H2O 双氧水法：2NaClO3＋H2SO4＋H2O2===2ClO2↑＋Na2SO4＋O2↑＋2H2O 双氧水法相比盐酸法的优点有：反应需要的酸度条件较低，对设备腐蚀影响较小；__________________________________(补充一条)。 (6)在碱性条件下，用ClO2无害化处理含CN－废水，请写出此过程反应的离子方程式：________________________________________。 答案　(1)第三周期ⅦA族 (2)2ClO＋2H＋＋SO===2ClO2↑＋SO＋H2O (3)作还原剂 (4)SO＋2H＋===H2SO3，H2SO3===SO2↑＋H2O，SO2逸出溶液，使Na2SO3的利用率降低 (5)产生的氧气稀释了ClO2，防止其浓度过高发生爆炸，产生危险 (6)2ClO2＋2CN－＋4OH－===2CO＋N2＋2Cl－＋2H2O 2．(2023·河北邯郸市高三一模)钴是生产电池材料、高温合金、磁性材料及催化剂的重要原料。一种以湿法炼锌净化渣(含有Co、Zn、Fe、Cu、Pb等金属及其氧化物)为原料提取钴的工艺流程如图所示： 已知：①常温下，Ksp(CuS)＝8.9×10－36， Ksp(CoS)＝1.8×10－22。 ②溶液的氧化还原电位为正表示该溶液显示出一定的氧化性。氧化还原电位越高，氧化性越强；氧化还原电位越低，氧化性越弱。 回答下列问题： (1)基态Co原子的价层电子轨道表示式为______________。 (2)“浸出渣”的主要成分为________(填化学式)。工业上，在“浸出”过程中，常选用硫酸浸取，而不用盐酸，原因是____________________________________。 (3)Na2S常用作沉淀剂，在“铜渣”中检测不到Co2＋，“除铜液”中Co2＋浓度为0.18 mol·L－1，则此时溶液的pH＜________[已知常温下，饱和H2S水溶液中存在关系式：c2(H＋)·c(S2－)＝1.0×10－22(mol·L－1)3]。 (4)“氧化”过程中，Na2S2O8与Fe2＋发生反应的离子方程式为___________________________ _______________。 (5)“沉铁”过程中，Na2CO3的作用是________________________。 (6)Co元素的存在形式的稳定区域与溶液pH的关系如图(E­pH图)所示，在溶液pH＝5时，Na2S2O8能将Co2＋氧化，写出该反应的离子方程式：__________________________________；以1吨湿法炼锌净化渣(Co的质量分数为w%)为原料提取出m kg Co(OH)3。在提取过程中钴的损失率为________%(填含w、m的表达式)。 答案　(1) (2)Cu、PbSO4　盐酸易挥发，对设备腐蚀性强 (3)0.5　 (4)S2O＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2SO (5)调节溶液pH　 (6)S2O＋2Co2＋＋6H2O===2Co(OH)3↓＋2SO＋6H＋　 解析　(6)由题意可知，理论上生成Co的质量为1000 kg×w%＝10w kg，实际生成的Co的质量为×m kg＝ kg，在提取过程中钴的损失率为×100%＝%。 3．一种磁性材料的磨削废料(含镍质量分数约21%)主要成分是铁镍合金，还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该废料制备纯度较高的氢氧化镍的工艺流程如下： 回答下列问题： (1)合金中的镍难溶于稀硫酸，“酸溶”时除了加入稀硫酸，还要边搅拌边缓慢加入稀硝酸，反应有N2生成。写出金属镍溶解的离子方程式：______________________________________。 (2)“除铁”时H2O2的作用是______________________，为了证明添加的H2O2已足量，应选择的试剂是________(填“铁氰化钾”或“硫氰化钾”)溶液。黄钠铁矾[NaxFey(SO4)m(OH)n]具有沉淀颗粒大、沉淀速率快、容易过滤等特点，则x∶y∶m∶n＝1∶3∶2∶________。 (3)“除铜”时，反应的离子方程式为______________________；若用Na2S或Na2S2O3代替H2S除铜，优点是______________________。 (4)已知除杂过程在陶瓷容器中进行，NaF的实际用量为理论用量的1.1倍，用量不宜过大的原因是________________________________。 (5)100 kg废料经上述工艺制得Ni(OH)2固体的质量为31 kg，则镍回收率约为____________________。 答案　(1)5Ni＋12H＋＋2NO===5Ni2＋＋N2↑＋6H2O (2)将未反应的Fe2＋氧化为Fe3＋　铁氰化钾　6 (3)H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋　不易挥发污染性气体H2S (4)过量的F－生成氢氟酸会腐蚀陶瓷容器 (5)93.65% 解析　(5)由题意可知，100 kg废料含21 kg Ni，由关系式Ni～Ni(OH)2可知，镍的回收率是×100%≈93.65%。 4．钼酸铋作为新型半导体光催化材料，因其具有优异的离子导电性、介电性、气体传感性和催化性而广泛应用于生产生活中。以氧化铋渣(主要成分是Bi2O3、Sb2O3，还含有Fe2O3、ZnO、Ag2O和SiO2等杂质)为原料制备钼酸铋(Bi2MoO6，其中Mo为＋6价)的工艺流程如下： 回答下列问题： (1)基态83Bi的价电子排布式为________。 (2)“浸渣”的主要成分为______________(填化学式)。 (3)“除锑”过程中发生反应的化学方程式为________________________；该过程需要加热的原因为______________________________。 (4)已知：硫代乙酰胺()在酸性溶液中会水解为乙酰胺()和硫化氢；H2S的Ka1＝1.0×10－7，Ka2＝1.0×10－13；Ksp(Bi2S3)＝2.0×10－99。 ①硫化氢会进一步发生反应2Bi3＋(aq)＋3H2S(aq)===Bi2S3(s)＋6H＋(aq)，计算该反应的平衡常数K＝____________。 ②硫代乙酰胺比乙酰胺的沸点低，解释其原因为______________________________________ ________________________。 (5)“酸溶”时会有NO逸出，此过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。 (6)已知钼酸铋在空气中放置会变质，生成Bi2O2CO3和MoO3，该过程中的化学方程式为__________________________。 答案　(1)6s26p3 (2)SiO2、AgCl (3)2SbCl3＋3H2OSb2O3＋6HCl↑　加热有利于HCl挥发，水解平衡正向移动 (4)①5×1038　②乙酰胺分子间氢键数目多于硫代乙酰胺的 (5)2∶1 (6)Bi2MoO6＋CO2===Bi2O2CO3＋MoO3 解析　(4)①硫化氢会进一步发生反应2Bi3＋(aq)＋3H2S(aq)===Bi2S3(s)＋6H＋(aq)，则该反应的平衡常数K＝＝ ，K＝＝＝5×1038。 12 学科网（北京）股份有限公司 $$