专题10 第54讲 无机化工流程题的解题策略(Word教参)-【精讲精练】2026年高考化学一轮复习（苏教版）

第54讲　无机化工流程题的解题策略 [课程标准]　1.培养从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知识块整合重组为新知识块的能力。2.培养将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达并做出解释的能力。 考点一　物质制备类化工流程题 1．核心反应——陌生方程式的书写 关注箭头的指向：箭头指入→反应物，箭头指出→生成物。 (1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，①判断产物，②根据化合价升降相等配平。 (2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。 2．原料的预处理 (1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸等。 水浸 与水接触反应或溶解 浸出 固体加水(酸)溶解得到离子 酸浸 在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程 浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化) (2)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。 (3)审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。 3．常用的控制反应条件的方法 (1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点： ①能与H＋反应，使溶液pH增大； ②不引入新杂质。 例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。 (2)控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。 (3)趁热过滤。防止某物质降温时会析出。 (4)冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。 1．(2023·江苏南京联考)利用金属矿渣(含有FeS2、SiO2及Cu2O)制备硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]晶体的实验流程如下： (1)煅烧过程中FeS2和Cu2O转化为Fe2O3和CuO。FeS2与O2反应生成Fe2O3和SO2的化学方程式为________________________________________________________________________。 (2)为提高酸浸过程中铁的浸出率，实验中可采取的措施有________(填字母)。 A．增加矿渣投料量 B．将矿渣粉碎并搅拌 C．缩短酸浸的时间 D．适当提高酸浸温度 (3)由浓硫酸配制250 mL“酸浸”所需的1.0 mol/L H2SO4溶液，需要用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、量筒、__________；检验Fe3＋是否完全被还原的实验操作是______________ ____________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)煅烧生成的SO2用石灰乳吸收得到CaSO3浆料，以CaSO3浆料制备NaHSO3溶液的实验方案为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 已知：2CaSO3＋Na2SO4＋H2SO4＋4H2O===2＋2NaHSO3；CaSO4·2H2O难溶于水；pH＝4～6溶液中HSO能大量存在。 实验中可选用的试剂：3 mol/L Na2SO4,3 mol/L H2SO4,1 mol/L NaOH。 解析　(1)由题意可知，FeS2与O2煅烧生成Fe2O3和SO2，铁和硫元素化合价升高，氧元素化合价降低，共转移44个电子，根据原子守恒和化合价升降守恒，可得化学方程式为：4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2； (2)A.增加矿渣的投料量，不一定能够提高铁的浸出率，甚至会降低铁的浸出率，错误；B.将矿渣粉碎并搅拌，即可以增大接触面积，也可以加快浸取速率，从而提高浸出率，正确；C.缩短酸浸的时间，反而会降低浸出率，错误；D.适当提高酸浸温度，加快酸浸速率的同时，也可以提高浸出率，正确；故答案为：BD； (3)配制250 mL“酸浸”所需的1.0 mol/L H2SO4溶液，用量筒量取浓硫酸，在烧杯中稀释，再用玻璃棒引流转移至250 mL容量瓶，最后用胶头滴管定容，需要用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、量筒、250 mL容量瓶、胶头滴管；检验Fe3＋是否完全被还原的实验操作是取少量还原后的上层清液，向其中滴加KSCN溶液，若溶液不变红，则Fe3＋已经被完全还原； (4)根据已知反应，向CaSO3浆料中加入Na2SO4和H2SO4溶液能反应生成NaHSO3，且pH＝4～6溶液中HSO能大量存在，可知应调节溶液的pH处于该范围内能制备NaHSO3溶液，实验方案为：向CaSO3浆料中加入一定量3 mol·L－1Na2SO4，边搅拌边滴加总量与Na2SO4溶液相同量的3 mol·L－1H2SO4，测定反应后溶液的pH，再用3 mol·L－1H2SO4或1 mol·L－1NaOH调节溶液的pH在4～6之间，过滤，得滤液即为NaHSO3溶液。 答案　(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2　(2)BD (3)250 mL容量瓶、胶头滴管　取少量还原后的上层清液，向其中滴加KSCN溶液，若溶液不变红，则Fe3＋已完全被还原 (4)向CaSO3浆料中加入一定量3 mol·L－1 Na2SO4，边搅拌边缓慢滴加总量与Na2SO4溶液相同量的3 mol·L－1 H2SO4，测定反应液的pH，再用3 mol·L－1 H2SO4或1 mol·L－1 NaOH调节溶液的pH在4～6之间，过滤(或：向CaSO3浆料中边搅拌边缓慢滴加3 mol·L－1 H2SO4，产生的气体通入1 mol·L－1 NaOH溶液中，测定溶液的pH，当测得pH介于4～6之间，停止滴加H2SO4) 2．(2024·1月九省联考贵州卷)钴属于稀缺性金属。利用“微波辅助低共熔溶剂”浸取某废旧锂离子电池中钴酸锂粗品制备LiCoO2产品，实现资源的循环利用。主要工艺流程如下： 已知：①氯化胆碱[HOCH2CH2N＋(CH3)3·Cl－]是一种铵盐； ②Co2＋在溶液中常以2－(蓝色)和2＋(粉红色)形式存在； ③25 ℃时，Ksp＝1.6×10－15。 回答下列问题： (1)LiCoO2中Li的化合价为________。 (2)下图为“微波共熔”中氯化胆碱­草酸和LiCoO2粗品以不同的液固比在120 ℃下微波处理10 min后锂和钴的浸取率图，则最佳液固比为________mL/g。 (3)“水浸”过程中溶液由蓝色变为粉红色，该变化的离子方程式为________________ _____________________________________________________。 (4)25 ℃时，“沉钴”反应完成后，溶液pH＝10，此时c(Co2＋)＝________mol·L－1。 (5)“滤饼2”在高温烧结前需要洗涤、干燥，检验“滤饼2”是否洗涤干净的操作及现象是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)“高温烧结”中需要通入空气，其作用是____________________________________ ________________________________________________________________________。 (7)锂离子电池正极材料LiCoO2在多次充放电后由于可循环锂的损失，结构发生改变生成Co3O4，导致电化学性能下降。 ①Co3O4晶体(常式尖晶石型)的晶胞示意图如图所示，则顶点上的离子为________(用离子符号表示)。 ②使用LiOH和30% H2O2溶液可以实现LiCoO2的修复，则修复过程中的化学反应方程式为________________________________________________________________________。 解析　氯化胆碱­草酸和LiCoO2微波共熔的过程中，Co被还原为＋2价，经过水浸滤液中Co以2＋存在，加入氢氧化钠沉钴，得到Co(OH)2沉淀和含有锂离子的溶液，Co(OH)2固体经过煅烧得到Co3O4固体，含有锂离子的溶液中加入碳酸钠溶液生成碳酸锂沉淀，碳酸锂和Co3O4高温烧结(通入空气氧化)得到LiCoO2产品。 (1)LiCoO2中Co为＋3价，O为－2价，因此Li为＋1价； (2)题图中信息显示当液固比为60 mL/g时钴的浸取率最高，锂的浸取率随液固比的增大变化不大，因此最佳液固比为60 mL/g； (3)“水浸”过程中溶液由蓝色2－变为粉红色2＋，该变化的离子方程式为：2－＋6H2O===2＋＋4Cl－； (4)常温下，pOH＝14－pH＝4，此时溶液中氢氧根离子浓度为：10－4mol·L－1，钴离子浓度为：c(Co2＋)＝＝ mol·L－1＝1.6×10－7mol·L－1； (5)检验“滤饼2”是否洗涤干净只需要检验最后一次洗涤液中是否含有大量碳酸钠即可：取最后一次洗涤液加入氯化钙或氯化钡溶液，无白色沉淀产生，则已洗净； (6)据分析，高温烧结时通入空气，利用空气中的氧气将＋2价Co氧化为＋3价； (7)①Co3O4 晶体属于常式尖晶石型，结合晶胞结构可知，Co3＋位于晶胞内部立方体的4个顶点，Co2＋位于晶胞的8个顶点，1个在内部，O2－位于晶胞内部立方体的4个顶点以及另外4个在内部，离子个数比：Co2＋∶Co3＋∶O2－＝2∶4∶8＝1∶2∶4，则顶点上的离子为Co2＋；②使用LiOH和30% H2O2溶液可以实现LiCoO2的修复是过氧化氢将Co3O4氧化和LiOH生成LiCoO2：6LiOH＋H2O2＋2Co3O4===6LiCoO2＋4H2O。 答案　(1)＋1　(2)60 (3)2－＋6H2O===2＋＋4Cl－ (4)1.6×10－7 (5)取最后一次洗涤液加入氯化钙或氯化钡溶液，无白色沉淀产生，则已洗净 (6)利用空气中的氧气将＋2价Co氧化为＋3价 (7)①Co2＋　②6LiOH＋H2O2＋2Co3O4===6LiCoO2＋4H2O 考点二　提纯类化工流程题 1．明确常用的提纯方法 (1)水溶法：除去可溶性杂质。 (2)酸溶法：除去碱性杂质。 (3)碱溶法：除去酸性杂质。 (4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。 (5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。 (6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。 2．明确常用的分离方法 (1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。 (2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。 (3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取NaCl。 (4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。 (5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。 (6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。 1．(2023·徐州联考)从铜烟灰酸浸渣(主要含PbO、In2O3、SiO2、FeAsO4·2H2O)中提取铟的工艺如图所示： 已知：①焙烧后金属元素均以硫酸盐的形式存在； ②25 ℃时，Ksp＝1.6×10－8，Ksp＝7.4×10－14。 (1)“水浸”工艺中的滤渣除As2O3外，还含有________________。 (2)“还原铁”中发生反应的离子方程式为______________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)通过萃取除铁、反萃取、置换等过程，可制备金属铟。已知In3＋能被有机萃取剂P204(简称H2A2)萃取，其萃取原理可表示为In3＋(水层)＋3H2A2(有机层)InA3·3HA(有机层)＋3H＋(水层) ①研究表明，在此系列操作之前增加“还原铁”工艺，可延长有机相的使用寿命、提高铟产品的纯度，其原因可能是___________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②实验证明，在有机相P204体积分数为55%、温度为25 ℃时，水相的pH对铟萃取率的影响如图所示。结果表明，pH>2.0时，铟萃取率开始下降，其原因是__________________ ________________________________________________。 (4)滤渣中铅含量测定。准确称取滤渣样品4.460 g，投入20 mL 1.00 mol·L－1的Na2CO3溶液浸泡，充分反应后抽滤。将所得滤饼投入30 mL 1.00 mol·L－1HNO3充分溶解，过滤，蒸馏水洗涤沉淀，并将洗涤液和滤液都转移至100.00 mL容量瓶中定容。取25.00 mL溶液，加入指示剂后用0.100 mol·L－1的EDTA标准溶液滴定至终点(离子方程式为Pb2＋＋H2Y2－===PbY2－＋2H＋)，消耗EDTA标准液16.00 mL，则滤渣中铅的质量分数(以PbO计)为________(写出计算过程)。 解析　(1)“水浸”工艺中的滤渣除As2O3外，还含有SiO2、PbSO4；(2)“还原铁”是利用硫代硫酸钠将铁离子还原为亚铁离子，反应的离子方程式为2Fe3＋＋2S2O===2Fe2＋＋S4O；(3)①操作之前增加“还原铁”工艺，可延长有机相的使用寿命、提高铟产品的纯度，其原因可能是Fe3＋可以被萃取剂P204萃取，而还原产物Fe2＋不能被萃取；②pH>2.0时，铟萃取率开始下降，其原因是当pH达到2.0时，溶液中的铟离子发生水解，导致萃取率下降；(4)n(EDTA)＝0.100 mol·L－1×16×10－3L＝1.6×10－3 mol，由(Na2H2Y)滴定的离子方程式：Pb2＋＋H2Y2－===PbY2－＋2H＋可知n(PbO)＝n(Pb2＋)＝n＝1.6×10－3 mol×＝6.4×10－3 mol w＝×100%＝32.0%。 答案　(1)SiO2、PbSO4 (2)2Fe3＋＋2S2O===2Fe2＋＋S4O (3)①Fe3＋可以被萃取剂P204萃取，而还原产物Fe2＋不能被萃取　②当pH达到2.0时，溶液中的铟离子发生水解，导致萃取率下降 (4)32% 2．氮化镓(GaN)在5G基站及工业互联网系统建设等方面用途广泛。从砷化镓废料(主要成分为GaAs，含Fe2O3、SiO2和CaCO3等杂质)中回收砷，制备GaN的工艺流程如图： 已知：①Ga与Al同主族，化学性质相似； ②离子完全沉淀的pH值：SiO为8，GaO为5.5。 回答下列问题： (1)为了提高“碱浸”效率应采用的措施是________(写出一种措施)。 (2)“滤液1”中含有NaGaO2等溶质，“碱浸”时反应的离子方程式为_______________ _________________________________________________。 “滤渣1”的成分为________________(填化学式)。 (3)通CO2两次调pH的原因是__________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)“操作a”为________、过滤、洗涤、干燥。 (5)“电解”时阴极的电极反应为____________________________________________。 (6)制备GaN时，参与反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。 (7)取m克GaN样品溶于足量的热NaOH溶液(GaN＋OH－＋H2O===GaO＋NH3↑)中，用H3BO3溶液将产生的NH3完全吸收，用c mol·L－1的盐酸滴定，消耗盐酸V mL，则样品的纯度是________。(已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3) 解析　(6)镓与氨气在高温条件下反应生成氮化镓和氢气，反应的化学方程式为2Ga＋2NH32GaN＋3H2，反应中氧化剂氨气与还原剂镓的物质的量之比为1∶1； (7)由题给方程式可得如下转化关系：GaN～NH3·H3BO3～HCl，滴定消耗V mL c mol/L盐酸，则样品的纯度为×100%＝%。 答案　(1)搅拌或适当提高温度或粉碎或适当提高溶液浓度 (2)GaAs＋4OH－＋4H2O2===GaO＋AsO＋6H2O　Fe2O3、CaCO3 (3)先通入CO2使SiO变成H2SiO3沉淀，除杂，再通第二次使GaO变成Ga(OH)3沉淀，制备产品GaN (4)蒸发浓缩、冷却结晶 (5)GaO＋3e－＋2H2O===Ga＋4OH－ (6)1∶1 (7)% 1．(2023·新课标卷)铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物。从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示。 已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2O存在，在碱性介质中以CrO存在。 回答下列问题： (1)煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为________(填化学式)。 (2)水浸渣中主要有SiO2和________。 (3)“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是________。 (4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀。该步需要控制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果。若pH<9时，会导致______________________；pH>9时，会导致__________________。 (5)“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V2O5沉淀，V2O5在pH<1时，溶解为VO或VO3＋，在碱性条件下，溶解为VO或VO。上述性质说明V2O5具有________(填标号)。 A．酸性　　　B．碱性　　　C．两性 (6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为____________ ______________________________________________________________________________。 解析　由题给流程可知，铬钒渣在氢氧化钠和空气中煅烧，将钒、铬、铝、硅、磷等元素转化为相应的最高价含氧酸盐，煅烧渣加入水浸取、过滤得到含有二氧化硅、氧化铁的滤渣和滤液；向滤液中加入稀硫酸调节溶液pH将硅元素转化为硅酸沉淀，过滤得到硅酸滤渣和滤液；向滤液中加入硫酸镁溶液、硫酸铵溶液，将硅元素、磷元素转化为MgSiO3和MgNH4PO4沉淀，过滤得到含有MgSiO3、MgNH4PO4的滤渣和滤液；向滤液中加入稀硫酸调节溶液pH，将钒元素转化为五氧化二钒，过滤得到五氧化二钒和滤液；向滤液中加入焦亚硫酸钠溶液将铬元素转化为三价铬离子，调节溶液pH，将铬元素转化为氢氧化铬沉淀，过滤得到氢氧化铬。 (1)由分析可知，煅烧过程中，铬元素转化为Na2CrO4； (2)由分析可知，水浸渣中主要有二氧化硅、氧化铁； (3)由分析可知，“沉淀”步骤加入稀H2SO4调pH到弱碱性是为了让AlO转化为Al(OH)3沉淀而除去； (4)由分析可知，加入硫酸镁溶液、硫酸铵溶液的目的是将硅元素、磷元素转化为MgSiO3和MgNH4PO4沉淀，若溶液pH<9时，会导致磷元素不能形成MgNH4PO4沉淀，若溶液pH>9时，会导致镁离子生成氢氧化镁沉淀，不能形成MgSiO3沉淀，导致产品中混有杂质； (5)由题给信息可知，五氧化二钒为能与酸溶液反应生成盐和水，也能与碱溶液反应生成盐和水的两性氧化物，故选C； (6)由题意可知，还原步骤中加入焦亚硫酸钠溶液的目的是将铬元素转化为铬离子，反应的离子方程式为2Cr2O＋3S2O＋10H＋===4Cr3＋＋6SO＋5H2O。 答案　(1)Na2CrO4　(2)Fe2O3　(3)Al(OH)3　(4)不能形成MgNH4PO4沉淀　不能形成MgSiO3沉淀　(5)C　(6)2Cr2O＋3S2O＋10H＋===4Cr3＋＋6SO＋5H2O 2．(2023·山东卷)盐湖卤水(主要含Na＋、Mg2＋、Li＋、Cl－、SO和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如下： 已知：常温下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。 回答下列问题： (1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3＋H2OH＋＋[B(OH)4]－(常温下，Ka＝10－9.24)；B(OH)3与NaOH溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下，在0.10 mol·L－1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]－，该水解反应的离子方程式为______________________________________________________________ ________________________________________________________，该溶液pH＝________。 (2)滤渣Ⅰ的主要成分是________(填化学式)；精制Ⅰ后溶液中Li＋的浓度为2.0 mol·L－1，则常温下精制Ⅱ过程中CO浓度应控制在________mol·L－1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收HCl外，还将增加________的用量(填化学式)。 (3)精制Ⅱ的目的是________________________；进行操作X时应选择的试剂是______________，若不进行该操作而直接浓缩，将导致__________________________。 解析　(1)[B4O5(OH)4]2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]－，则根据原子守恒和电荷守恒可配平其水解反应的方程式为[B4O5(OH)4]2－＋5H2O2B(OH)3＋2[B(OH)4]－。该溶液中c[B(OH)3]＝c{[B(OH)4]－}，根据B(OH)3在水中存在的平衡B(OH)3＋H2OH＋＋[B(OH)4]－的平衡常数Ka＝＝10－9.24知，c[B(OH)3]＝c{[B(OH)4]－}时，c(H＋)＝10－9.24mol·L－1，pH＝－lg10－9.24＝9.24。(2)加入生石灰是为了除去水浸后滤液中残留的Mg2＋、SO，则滤渣Ⅰ的主要成分为Mg(OH)2、CaSO4；精制Ⅱ加入纯碱的目的是沉淀Ca2＋而不沉淀Li＋，根据Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2，精制Ⅰ后溶液中c(Li＋)＝2.0 mol·L－1，知应控制c(CO)<＝mol·L－1＝0.005 5 mol·L－1，若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收HCl(可与CaO反应)外，还会增加生石灰的用量。(3)精制Ⅰ加入的生石灰过量，精制Ⅱ加入纯碱(过量)的目的是除去溶液中Ca2＋，操作X是为了除去过量的碳酸钠，结合“浓缩”时得到NaCl可知，加入的试剂为盐酸，若不进行该操作而直接浓缩，由于Na2CO3水解使溶液呈碱性，则会有LiOH析出。 答案　(1)[B4O5(OH)4]2－＋5H2O2B(OH)3＋2[B(OH)4]－　9.24　(2)Mg(OH)2、CaSO4　0.005 5　CaO　(3)除去溶液中Ca2＋　盐酸　有LiOH析出 学科网（北京）股份有限公司 $$