专题2 综合通关1 化学工艺流程综合题-【备考最优解】2026版高考二轮专题复习·化学（教用word）

化学工艺流程综合题 题型 概述 典型 例题 (2025·山东卷)采用两段焙烧-水浸法从铁锰氧化矿(主要含Fe2O3、MnO2及Co、Cu、Ca、Si等元素的氧化物)分离提取Cu、Co、Mn等元素，工艺流程如下： 已知：该工艺条件下，(NH4)2SO4低温分解生成NH4HSO4，高温则完全分解为气体；Fe2(SO4)3在650 ℃完全分解，其他金属硫酸盐分解温度均高于700 ℃。 回答下列问题： (1)“低温焙烧”时金属氧化物均转化为硫酸盐。MnO2与NH4HSO4反应转化为MnSO4时有N2生成，该反应的化学方程式为___________________________________________________________。 “高温焙烧”温度为650 ℃，“水浸”所得滤渣主要成分除SiO2外还含有_______________________________________(填化学式)。 (2)在(NH4)2SO4投料量不变的情况下，与两段焙烧工艺相比，直接“高温焙烧”，“水浸”时金属元素的浸出率________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)HR萃取Cu2＋反应为2HR(有机相)＋Cu2＋(水相)⇌CuR2(有机相)＋2H＋(水相)。“反萃取”时加入的试剂为________(填化学式)。 (4)“沉钴”中，pH＝4时Co2＋恰好沉淀完全[c(Co2＋)＝1×10－5mol·L－1]，则此时溶液中c(H2S)＝________mol·L－1。已知：Ka1(H2S)＝1×10－7，Ka2(H2S)＝1×10－13，Ksp(CoS)＝4×10－21。CoS“溶解”时发生反应的离子方程式为________________________________。 (5)“沉锰”所得滤液并入“吸收”液中，经处理后所得产品导入________(填操作单元名称)循环利用。 命题 立意 　　本题以从铁锰氧化矿中分离提取Cu、Co、Mn等元素的实际工业生产为背景，考查学生对化工流程的理解和分析能力。引导学生关注化学在资源回收和利用中的应用，培养学生工程思维和解决实际问题的能力，符合课程标准中 “认识化学对资源合理开发与可持续发展的重要意义” 的要求，考查学生 “科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”的核心素养。 思维 过程 　　采用两段焙烧-水浸法从铁锰氧化矿中分离提取Cu、Co、Mn等元素，先加入硫酸铵“低温焙烧”，金属氧化物均转化为硫酸盐(硫酸锰、硫酸铁、硫酸钴、硫酸钙、硫酸铜)，产生的气体有氨、氮气，氨用稀硫酸吸收，得到硫酸铵溶液；“低温焙烧”得到的硫酸盐再经650 ℃ “高温焙烧”，只有硫酸铁发生了分解，生成三氧化硫气体和氧化铁，“水浸”后，过滤分离出滤渣，滤渣主要为二氧化硅、氧化铁及硫酸钙，后续萃取分离，将铜元素萃取到有机相中，再经“反萃取”最终得到硫酸铜溶液；水相主要含有钴元素和锰元素，加入硫化钠，调节pH，生成硫化钴沉淀，过滤分离出CoS沉淀再经“H2O2、稀硫酸”溶解最终得到硫酸钴溶液，向沉钴后的滤液中加入碳酸氢铵，生成碳酸锰沉淀。 标准 答案 (1)3MnO2＋3NH4HSO43MnSO4＋N2↑＋NH3↑＋6H2O　Fe2O3、CaSO4　(2)减小　(3)H2SO4　(4)4×10－4　CoS＋H2O2＋2H＋===Co2＋＋S＋2H2O　(5)低温焙烧 名师 指津 (1)通读流程，明确原料、目标产物及核心转化，圈出关键反应条件(温度、压强等)和操作(过滤、蒸馏等)。 (2)分析每一步物质转化，推断中间产物，注意循环物质和副产物，结合元素守恒、反应原理(氧化还原、复分解等)解释工艺目的。 (3)关注绿色化学(原子利用率、污染处理)和经济因素(成本、效率)，最后按问题对应流程位置，用化学用语规范作答，确保逻辑连贯。 【模拟演练】 1．(2025·成都二诊) 热化学吸附储能技术是一种最新的热能存储技术，介质材料MgSO4·7H2O能量密度适宜，成本低廉。从苦土(主要含有MgO，还含有少量硅、铁、铝、锰、钙的氧化物)中提取MgSO4·7H2O的工艺流程如下： 回答下列问题： (1)“酸浸”时，为保证浸取充分，应维持体系pH＝1，同时可以___________________________________________________(填一项合理措施)。 (2)已知：在25 ℃下，Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－39，Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－33。“调pH”时应完全沉淀Fe3＋和Al3＋，使其浓度小于1.0×10－5mol·L－1，应调节pH＞________(保留两位小数)。用MgO而不用CaO调节pH的优点是_______________________________________________________(写一条)。 (3)“氧化”主要包含：①除铁：将Fe2＋转化为____________(填化学式)而除去；②除锰(Mn2＋)：_________________________________(填离子方程式)。该步骤中应严格控制NaClO的用量，否则Mn元素可能会因________而无法完全除去。 (4)CaSO4·2H2O和MgSO4的溶解度(g/100 g水)随温度变化数据见下表： 温度 0 ℃ 10 ℃ 20 ℃ 30 ℃ 40 ℃ 65 ℃ 75 ℃ CaSO4·2H2O 0.223 0.244 0.255 0.264 0.265 0.244 0.234 MgSO4 22 28.2 33.7 38.9 44.5 54.6 55.8 滤液中含CaSO4·2H2O和MgSO4质量比为1∶120，则“除钙”的具体操作是___________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析：向苦土中加入硫酸进行酸浸，酸浸液中存在H＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、Mn2＋、Ca2＋等，SiO2不溶于硫酸，加入MgO调pH沉淀Fe3＋、Al3＋，加入NaClO将Fe2＋氧化为Fe(OH)3除去，将Mn2＋氧化为MnO2除去，然后再通过MgSO4、CaSO4的溶解度差异分离Mg2＋、Ca2＋。(1)“酸浸”时，为保证浸取充分，可以适当升温或不断搅拌或适当延长浸取时间或将废渣研磨粉碎等。(2)沉淀 Fe3＋：pH>14－[－lg c(OH－)]＝14＋lg＝14＋lg≈2.67，沉淀Al3＋：pH>14－[－lg c(OH－)]＝14＋lg＝14＋lg≈4.67，因此应调节pH>4.67；用MgO而不用CaO调节pH的优点是不引入新杂质。(3)由分析可知，NaClO为氧化剂，将Fe2＋氧化为Fe(OH)3而除去；Mn2＋被NaClO氧化为MnO2而除去，NaClO被还原为NaCl，除锰的离子方程式为Mn2＋＋ClO－＋H2O===MnO2↓＋2H＋＋Cl－；Mn元素存在多种价态，更高价态的锰(如MnO、MnO)是可溶的，因此应严格控制NaClO的用量，否则Mn元素可能会因被氧化到更高价态(如MnO、MnO)而无法完全除去。(4)根据题表数据可知，CaSO4·2H2O的溶解度随温度变化不大，且远小于MgSO4的溶解度，MgSO4的溶解度随温度升高而明显升高，因此“除钙”的具体操作是加热浓缩，趁热过滤。 答案：(1)适当升温(或不断搅拌或适当延长浸取时间或将废渣研磨粉碎)　(2)4.67　不引入新杂质　(3)Fe(OH)3　Mn2＋＋ClO－＋H2O===MnO2↓＋2H＋＋Cl－　被氧化到更高价态(如MnO、MnO)　(4)加热浓缩，趁热过滤 2．(2025·汉中一模)BiVO4是一种光催化材料。工业上利用某废催化剂(主要含V2O5、Bi2O3、NiO及少量Al2O3、SiO2)制备BiVO4的工艺流程如下： 已知：Ⅰ.Bi2O3、NiO都是不溶于水的碱性氧化物。 Ⅱ.0.1 mol·L－1 Bi(NO3)3溶液的pH＝1.0。 Ⅲ.VO2＋＋2HR(有机层)VOR2(有机层)＋2H＋。 回答下列问题： (1)滤渣的主要成分是________；酸化时，[Al(OH)4]－完全转化为Al(OH)3的最大pH为________。{已知Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－　K＝100.63；离子浓度≤10－5 mol·L－1时沉淀完全} (2)“酸化”后的溶液中存在VO，则“还原”时发生反应的离子方程式为__________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)反萃取剂应选用________(填“酸性”“中性”或“碱性”)溶液；若“萃取”“反萃取”的过程中钒的总回收率为90%，则“还原”时加入的Na2SO3和“氧化”时加入的NaClO3的物质的量之比为________。 (4)生成BiVO4的化学方程式为__________________________________________ ____________________________________________________________________， 实验测得溶液pH、温度和Bi(NO3)3溶液浓度对生成BiVO4的粒径影响图像如下： 综合分析：制备粒径较小的BiVO4晶体的最佳条件是___________________________________________________________________； 制备过程中需加入NaOH维持最佳pH，若Bi(NO3)3过量，需要增加NaOH的用量，原因是_____________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 解析：(1)滤渣的主要成分是Al(OH)3和H2SiO3；该反应的平衡常数K＝＝＝100.63，c(OH－)＝10－5.63 mol·L－1，c(H＋)＝10－8.37 mol·L－1，pH＝8.37。(2)根据流程可知，“还原”时VO转化为VO2＋，反应的离子方程式为2VO＋SO＋6H＋===2VO2＋＋SO＋3H2O。(3)结合已知信息Ⅲ，根据平衡移动原理可知，反萃取剂应选用酸性溶液；还原前、氧化后V的化合价都是＋5价，根据得失电子守恒可知，还原剂失去电子的物质的量等于氧化剂得到电子的物质的量，设Na2SO3的物质的量为x，NaClO3的物质的量为y，2x×90%＝6y，则x∶y＝10∶3。(4)根据流程可知，生成BiVO4的化学方程式为 Bi(NO3)3＋NH4VO3＋H2O===BiVO4↓＋NH4NO3＋2HNO3；根据题图信息可知，制备粒径较小的BiVO4晶体的最佳条件是pH＝6、温度为80 ℃、Bi(NO3)3浓度为1.0 mol·L－1；根据已知信息Ⅱ可知，0.1 mol·L－1Bi(NO3)3溶液的pH＝1.0，显强酸性，故为了维持最佳pH，需要增加NaOH的用量。 答案：(1)Al(OH)3和H2SiO3　8.37　(2)2VO＋SO＋6H＋===2VO2＋＋SO＋3H2O　(3)酸性　10∶3　(4)Bi(NO3)3＋NH4VO3＋H2O===BiVO4↓＋NH4NO3＋2HNO3　pH＝6、温度为80 ℃、Bi(NO3)3浓度为1.0 mol·L－1　Bi(NO3)3溶液显强酸性，故为了维持最佳pH，需要增加NaOH的用量 学科网（北京）股份有限公司 $