第4单元 发展素养(四) 科学探究——以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析(Word学案)-【高考快车道】2026年高考化学大一轮专题复习总复习

发展素养(四)　科学探究——以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析 探究点1 例1　C　[解析] 废线路板先机械粉碎,可以增加其反应的接触面积,加入稀盐酸后铝、锌、铁溶解,进入滤液1,“碱溶”时通入氧气、加氢氧化钠,可以溶解锡和铅,最后电解精炼得到铜。“机械粉碎”是物理变化过程,有利于后续“酸溶”中增大接触面积,加快反应速率,A错误;“酸溶”的过程中Al、Zn、Fe与稀盐酸反应转化为对应的离子Al3+、Zn2+、Fe2+,B错误;“碱溶”时根据“滤液2”中有Sn,存在反应:Sn+2OH-+O2Sn+H2O,故C正确;“电解精炼”时粗铜在阳极发生氧化反应,逐步溶解,故D错误。 变式题　D　[解析] 污水中含有铜离子、铁离子、锌离子、铝离子,首先加入石灰乳,调pH=4沉淀铁离子和部分铝离子,过滤后,加入硫化钠溶液沉淀其中的铜离子和锌离子,再次过滤。根据表格数据可知Fe3+在pH=1.9时开始形成氢氧化铁沉淀,在pH=3.2时完全沉淀,Al3+在pH=3.5时开始形成氢氧化铝沉淀,在pH=4.6时完全沉淀,当pH=4时,Fe3+完全沉淀,Al3+部分沉淀,即“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3,A正确;硫化钠溶液中的硫离子可以水解产生氢氧根离子,使溶液显碱性,以第一步水解为主,方程式为S2-+H2OHS-+OH-,B正确;当铜离子和锌离子完全沉淀时,则硫化铜和硫化锌都达到了沉淀溶解平衡,溶液中====4.0×10-12,C正确;污水经过处理后其中含有较多的钙离子,故“出水”应该经过阳离子交换树脂软化处理,达到工业冷却循环用水的标准后,才能使用,D错误。 探究点2 例2　(1)3d34s2　+5　CO2 (2)Na[Al(OH)4] (3)HC+OH-+Ca(VO3)2CaCO3+H2O+2V　提高溶液中HC的浓度,促使偏钒酸钙转化为碳酸钙,释放V　离子交换 (4)NaCl [解析] 石煤和苛化泥制团烘干,通入空气进行焙烧,反应生成NaVO3、Ca(VO3)2、NaAlO2、Ca(AlO2)2、CaO和CO2等,水浸可分离焙烧后的可溶性物质(如NaVO3、NaAlO2)和不溶性物质[Ca(VO3)2、Ca(AlO2)2等],过滤后滤液进行离子交换、洗脱,用于富集和提纯V,再加入氯化铵溶液沉钒,生成NH4VO3,经一系列处理后得到V2O5;滤渣①在pH≈8,65~70 ℃的条件下加入3% NH4HCO3溶液进行盐浸,滤渣①中含有钒元素,通过盐浸,使滤渣①中的钒元素可进入滤液①中,再将滤液①进入离子交换工序,进行V的富集。 (1)钒是23号元素,其基态原子价层电子排布式为3d34s2;焙烧过程中,氧气被还原,V2O3被氧化生成V,偏钒酸盐中钒的化合价为+5价;CaCO3在800 ℃以上开始分解生成CO2,且V2O3或Al2O3生成偏钒酸盐或偏铝酸盐时也生成CO2,生成的气体①为CO2。 (2)由已知信息可知,高温下,苛化泥的主要成分与Al2O3反应生成偏铝酸钠和偏铝酸钙,偏铝酸钠溶于水得Na[Al(OH)4],偏铝酸钙难溶于水,所以水浸工序所得滤液中杂质的主要成分是Na[Al(OH)4]。 (3)在弱碱性环境下,滤渣①中的Ca(VO3)2与HC和OH-反应生成CaCO3 、V和H2O,离子方程式为HC+OH-+Ca(VO3)2CaCO3+H2O+2V; CO2加压导入盐浸工序,可提高溶液中HC的浓度,促使偏钒酸钙转化为碳酸钙,释放V,从而提高浸出率;滤液①中含有V、N等,且浓度较低,若要利用其中的钒元素,需要通过离子交换进行分离、富集,故滤液①应进入离子交换工序。 (4)由离子交换工序中树脂的组成可知,洗脱液中应含有Cl-,洗脱出的偏钒酸盐应易溶于水,结合成本问题,故洗脱液的主要成分应为NaCl。 变式题　(1)Cu2+ (2)2Au+8HCl+3H2O22HAuCl4+6H2O (3)AgCl　(4)[Ag(S2O3)2]3-+e-Ag↓+2S2　Na2S2O3 (5)3∶4 [解析] 精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等多种元素,加入硫酸、H2O2浸取,Cu被转化为Cu2+进入“浸出液1”中,Ag、Au不反应,“浸渣1”中含有Ag和Au;“浸渣1”中加入盐酸、H2O2浸取,Au转化为HAuCl4进入“浸出液2”,Ag转化为AgCl,“浸渣2”中含有AgCl;“浸出液2”中加入N2H4将HAuCl4还原为Au,同时N2H4被氧化为N2;“浸渣2”中加入Na2S2O3,将AgCl转化为[Ag(S2O3)2]3-,得到“浸出液3”,利用电沉积法将[Ag(S2O3)2]3-还原为Ag。 (1)由分析可知,铜阳极泥中加入硫酸、H2O2浸取,Cu被转化为Cu2+进入“浸出液1”中,故“浸出液1”中含有的金属离子主要是Cu2+。 (2)“浸取2”步骤中,在盐酸作用下,Au与H2O2发生氧化还原反应,生成HAuCl4和H2O,根据得失电子守恒及质量守恒,可得化学方程式为2Au+8HCl+3H2O22HAuCl4+6H2O。 (3)根据分析可知,“浸渣2”中含有AgCl,与Na2S2O3反应转化为[Ag(S2O3)2]3-。 (4)“电沉积”步骤中,阴极发生还原反应,[Ag(S2O3)2]3-得电子被还原为Ag,电极反应式为[Ag(S2O3)2]3-+e-;阴极反应生成S2,同时阴极区溶液中含有Na+,故“电沉积”步骤完成后,阴极区溶液中可循环利用的物质为Na2S2O3。 (5)“还原”步骤中, HAuCl4被还原为Au,Au元素由+3价变为0价,N2H4被氧化为N2,N元素由-2价变为0价,根据得失电子守恒,被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为3∶4。 学科网（北京）股份有限公司 $ 发展素养(四)　科学探究——以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析 　以金属及其化合物为主体的“微流程” “六看法”突破金属及其化合物的制备“微流程” 例1 [2024·福建卷] 从废线路板(主要成分为铜,含少量铅锡合金、铝、锌和铁)中提取铜的流程如下: 已知“滤液2”主要含Sn和HPb。下列说法正确的是 (　) A.“机械粉碎”将铅锡合金转变为铅和锡单质 B.“酸溶”时产生Al3+、Fe3+和Zn2+ C.“碱溶”时存在反应:Sn+2OH-+O2Sn+H2O D.“电解精炼”时,粗铜在阴极发生还原反应 变式题 [2023·湖南卷] 处理某铜冶金污水(含Cu2+、Fe3+、Zn2+、Al3+)的部分流程如下: 已知:①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示: 物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3 开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5 完全沉淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6 ②Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24。 下列说法错误的是 (　) A.“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3 B.Na2S溶液呈碱性,其主要原因是S2-+H2OHS-+OH- C.“沉淀池Ⅱ”中,当Cu2+和Zn2+完全沉淀时,溶液中=4.0×10-12 D.“出水”经阴离子交换树脂软化处理后,可用作工业冷却循环用水 　以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析 1.化学工艺流程思维模型——“三审” (1)审题干——明确原料成分和目的要求 (2)审流程——明确各步转化原理和目的 ①试剂线:为达到最终目的加入的物质,起到酸、碱中和或氧化、还原作用等; ②转化线:元素守恒——焙烧、溶浸、沉淀、煅烧、电解、结晶等; ③除杂线:复分解沉淀、置换沉淀、氧化还原沉淀,加热产生气体等; ④分离线:蒸发、结晶、过滤(趁热过滤)、洗涤、干燥等。 (3)审问题——明确答什么 ①不要答非所问:要看清题目要求,按要求答题,防止答非所问。 ②规范答题:回答问题要准确全面,注意语言表达的规范性,特别是化学用语的书写与表示要准确、规范。 2.化学工艺流程中原料预处理的5种常用方法 方法 目的 研磨 　增大固体与液体或气体间的接触面积,加快反应速率 水浸 　与水接触反应或溶解 酸浸 　与酸接触反应或溶解,使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去 灼烧 　除去可燃性杂质或使原料初步转化,如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质 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,如煅烧高岭土 3.化学工艺流程中控制反应条件的6种方法 方法 目的 调节溶 液的pH 　常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀 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 控制压强 　改变速率,影响平衡 使用合适 的催化剂 　改变反应速率,控制达到平衡需要的时间 趁热过滤 　防止某物质在降温时析出 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 [注意] 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变大; ②不引入新杂质。例如,若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物质调节溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。 例2 [2024·河北卷节选] V2O5是制造钒铁合金、金属钒的原料,也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取V2O5的工艺,具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如下。 已知:ⅰ.石煤是一种含V2O3的矿物,杂质为大量Al2O3和少量CaO等;苛化泥的主要成分为CaCO3、NaOH 、Na2CO3等。 ⅱ.高温下,苛化泥的主要成分可与Al2O3反应生成偏铝酸盐;室温下,偏钒酸钙[Ca(VO3)2]和偏铝酸钙均难溶于水。 回答下列问题: (1)钒原子的价层电子排布式为　　　　　　　　;焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为　 ,产生的气体①为　　　　(填化学式)。  (2)水浸工序得到滤渣①和滤液,滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙,滤液中杂质的主要成分为　　　　　(填化学式)。  (3)在弱碱性环境下,偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙,发生反应的离子方程式为 　　　　　　　　　　;CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率的原因为　 ;浸取后低浓度的滤液①进入　　　　(填工序名称),可实现钒元素的充分利用。  (4)洗脱工序中洗脱液的主要成分为　　　　(填化学式)。  【思维过程】 变式题 [2024·安徽卷节选] 精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等多种元素。研究人员设计了一种从铜阳极泥中分离提取金和银的流程,如下图所示。 回答下列问题: (1)“浸出液1”中含有的金属离子主要是　　　　。  (2)“浸取2”步骤中,单质金转化为HAuCl4的化学方程式为　 。  (3)“浸取3”步骤中,“浸渣2”中的　　　　(填化学式)转化为[Ag(S2O3)2]3-。  (4)“电沉积”步骤中阴极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。“电沉积”步骤完成后,阴极区溶液中可循环利用的物质为　  (填化学式)。 (5)“还原”步骤中,被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为　　　　。  学科网（北京）股份有限公司 $