2026届高三化学二轮复习  从赤泥矿渣和煤渣中提取钪的工艺课件

《从赤泥矿渣和煤渣中提取钪的工艺》 基于真实情境下融合学科核心素养的高考原创命题 命题设计与说题 命题任务和要求 高考考情 命题依据 命题与分析 命题反思 ①考查的知识点：高考试题相似知识点 ②选材：以工业实际流程为题材，对实际工业流程进行合理取舍 ③具体流程题设：参照近几年全国卷命题方式 ④试题情境：设置符合课程标准提供的情境素材，建议（包含能量转化设备、自然资源利用、生产条件优化、废物回收利用、毒害物质处理、最新合成方法、新颖功能物质、新型催化技术、化学发展探索等） 中国高考评价体系、普通高中化学课程标准、教材等 高考考情 命题依据 命题与分析 命题反思 创新性 综合性 应用性 基 础 性 核心价值 学科素养 必备知识 关键能力 立德树人 服务选才 引导教学 “一核” “立德树人、服务选才、引导教学” “为什么考”——高考的功能与定位 “四层” “必备知识、关键能力、学科素养、核心价值” “考什么”——考察内容 “四翼” “基础性、综合性、应用性、创新性” “怎么考”——考察要求 高考考情 命题与分析 命题反思 命题依据 对照化学课标与工艺流程题 命题与分析 命题反思 化学核心素养 新课程标准要求 工艺流程题考查 宏观辨识与微观探析 能从物质类别、元素价态变化视角分析物质转化路径； 能结合物质微观结构解释宏观反应及规律 原料预处理、核心反应、分离提纯、解释工艺中温度、浓度等条件对反应的影响（离子反应、化学键变化） 变化观念与平衡思想 能从速率、限度综合分析化工生产条件；关注化学变化中的能量变化与动态平衡 分析工艺中反应条件选择的依据，判断可逆反应平衡移动及应用；沉淀溶解平衡里的计算、应用 证据推理与模型认知 能从多种信息中提取关键数据，利用图表等构建解题模型 从工艺流程框图中提取关键信息，构建解题思路和模型；基于证据推导未知反应及晶胞模型的应用 科学探究与创新意识 能优化实验方案、解决实际问题，具有批判、创新精神 分析工艺中的实验操作的合理性（如过滤、萃取、反萃取），设计改进物质分离方案 科学态度与社会责任 能从化学、计算、社会、环境多角度分析生产问题，循环利用、树立绿色化学理念 分析工艺中废料处理与回收利用措施，理解循环利用物对工艺本身的经济价值和对环境保护的社会价值 高考考情 命题依据 高考考情 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 1.小空统计 2025全国卷 2024全国甲卷、2024全国课标卷 2023全国卷 工艺流程题 9空 8空 7空 2、命题规律： 高中化工流程题是以工业生产实际为背景，通过“原料预处理+除杂分离+获取产品”三阶段和“试剂线+操作线+杂质线”三条线，简洁清晰展示真实生产流程。聚焦制备或提纯过渡金属或化合物，涵盖元素化合物、化学反应原理、物质结构、实验操作与绿色环保等内容考查，具有较强综合性、应用性和创新性。 3.真题分析 2025·全国卷 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 试题命题分析 我国的蛇纹石资源十分丰富，它的主要成分是Mg3Si2O5(OH)4，伴生有少量Ni、Fe、Al等元素。利用蛇纹石转化与绿矾分解的耦合回收并矿化固定二氧化碳的实验流程如图所示。 已知： （1）绿矾(FeSO4.7H2O)在高温下分解，得到红棕色固体和气体产物，反应的化学方程式为 。 （2）经“焙烧①”“水浸”，过滤分离后，滤液中金属离子的浓度（mol/L)分别为：Ni2+0.005、Fe3+0.105、Mg2+0.430、Al3+0.010。滤渣①的主要成分 、 。 （3）加入 “调PH =6”，过滤后，滤渣②是 、 ，滤液中Al3+浓度为 。 （4）“焙烧②”后得到NiO。NiO晶胞如图所示，晶胞中含有的个数为 。 （5）调节“沉镍”后的溶液为碱性，“矿化”反应的离子方程式为 。 （6）1.0kg蛇纹石“矿化”固定CO2，得到0.466kgMg5(CO3)4(OH)2·4H2O，相当于固定CO2 L(标准状况)。 ★试题情境——物质制备、碳中和、 回收金属（化学科研） 3.真题分析 2024·全国甲卷 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 试题命题分析 钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的+2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。已知： 注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于10-5，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。 已知：① ②以氢氧化物形式沉淀时， 和溶液的pH关系如图所示。 （1）“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是_____。 （2）“酸浸”步骤中，发生反应的化学方程式是_____。 （3）假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.1mol/L， 向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全，此时溶液中c(Co2+)为 ____mol/L， 据此判断能否实现Zn2+和Co2+的完全分离_____(填“能”或“不能”)。 （4）“沉锰”步骤中，生成MnO2，产生的H+物质的量为_____。 （5）“沉淀”步骤中，用NaOH调pH=4，分离出的滤渣是_____。 （6）“沉钴”步骤中，控制溶液pH为5.0~5.5，加入适量的NaClO氧化Co2+，其反应的离子方程式为_____。 （7）根据题中给出的信息，从“沉钴”后的滤液中回收Zn(OH )2的方法是_____。 ★试题情境——从废渣中回收金属 3.真题分析 2024·贵州卷 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 试题命题分析 煤气化渣属于大宗固废，主要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2及少量MgO等。一种利用“酸浸—碱沉—充钠”工艺，制备钠基正极材料NaFePO4和回收Al2O3的流程如下： 已知：①25℃时, ② （1）“滤渣”的主要成分为_______(填化学式)。 （2）25℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0，此时溶液中c(Fe3+)_______mol/L。 （3）“除杂”时需加入的试剂X是_______。 （4）“水热合成”中，NH4H2PO4作为磷源，“滤液2”的作用是______，水热合成NaFeO4的离子方程式为 ______。 （5）“煅烧”得到的物质也能合成钠基正极材料NaFeO2，其工艺如下： ①该工艺经碳热还原得到Fe3O4，“焙烧”生成NaFeO2化学方程式为_______。 ★试题情境——利用废弃物制备新材料 、回收金属 ③若“焙烧”温度为700℃时，n(Na2CO3):n(Fe3O4)=9:8，生成纯相Na1-xFeO2，x=_______，其可能的结构示意图为_______(选填“乙”或“丙”)。 ②NaFeO2的晶胞结构示意图如甲所示。每个晶胞中含有NaFeO2的单元数有___个。 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 4、高考题考向与核心考点 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 （1）两类考向：矿石资源的开发与利用；工业废料的再利用 （2）核心考点： ①原料预处理阶段的分析判断（对矿石粉粹、煅烧、酸浸、碱浸或对废弃物进行油污处理）——2024全国甲卷、2024贵州卷 ②物质成分的判断（滤液、滤渣）——2025全国卷、2024全国甲卷、贵州卷 ③陌生反应化学方程式书写（离子反应）——2025全国卷、2024贵州卷 ④化学试剂的作用、操作的目的、原因分析——2025全国卷、2024贵州卷 ⑤可循环物质的判断，体现绿色化学理念——2025全国卷、2024全国卷 ⑥化学计算（守恒法计算n、利用Ksp相关计算C、pH）——2025全国卷、2024全 国卷、贵州卷） ⑦晶胞分析与计算——2025全国卷、2024贵州卷） 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 一、命题思路 原料 原料的转化、分离过程 产品 确定命题 背景 查找文献资料 确定工艺路线 问题设计校验 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 二、命题背景 1、走访工厂，了解废渣成分 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 二、命题背景——创设真实情境 2、滤渣成分的调研——富含钪（Sc） 查阅资料—— 中国知网： 《贵州铝厂赤泥中的钪和稀土》——科学通报，第39卷 《贵州铝土矿中伴生元素综合利用前景分析》——有色金属文摘，第30卷，第6期， 2015年12月 《工业废渣赤泥中钪的分布特征》——地质地球化学，1996年第2期 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 二、命题素材——查阅文献 3、寻找将废渣富集回收提取钪（Sc）的工艺研究 （1）查找相关提取钪的工艺研究——中国知网博士论文 《高铁赤泥中钪钠选择性分离提取工艺》 作者：刘召波 发表日期：2017.04.12 分类号 TF845.1 UDC：669.1 单位代码：10008 学校及专业：北京科技大学 冶金与生态工程学院 科研文献具有真实、科学、权威性，利用文献构建情境，可以使题目情景具体化。 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 三、工艺流程题的命题 第一步：研读论文，关注实验操作和工艺流程 论文里提钪工艺原图： 改编流程图 赤泥矿渣、煤渣 酸浸 H2SO4 过滤1 滤渣1 过滤2 滤渣2 H2O2 调节pH=2.8 萃取 水层 P204/磺化煤油 洗涤 H2SO4 pH=0.35~0.5 反萃取 2 mol/L NaOH 过滤3 Sc(OH)3 沉钪 草酸 Sc2O3 煅烧 滤 液 循环利用 分离 第二步：最终流程图 第三步：参照全国II卷、新课程标准、高考评价体系命题 集体修订命题 试题展示 （原创题）钪（Sc）元素有独特的性质，且钪合金有高强度、硬度大、耐高温、稳定性好等优点，在航空航天、电子、医疗、材料等行业应用极为广泛。一种从电解氧化铝后的赤泥渣和煤渣（主要含Sc2O3、杂质有CaO、Na2O、Al2O3，Fe2O3、Fe3O4等金属氧化物和碳、二氧化硅等）里富集回收钪的工艺如下图所示： 赤泥渣、煤渣 酸浸 H2SO4 过滤1 滤渣1 过滤2 滤渣2 H2O2 调节pH=2.8 萃取 水层 P204/磺化煤油 洗涤 H2SO4 pH=0.35~0.5 反萃取 2 mol/L NaOH 过滤3 Sc(OH)3 沉钪 草酸 Sc2O3 煅烧 滤 液 循环利用 分离 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 已知： ①Sc2O3属于碱性氧化物，可溶于酸液，生成三价金属离子。草酸钪隔绝空气加热到 700-800℃会完全分解。 ②萃取时发生反应，其中的HA表示萃取剂P204 ③各种氢氧化物的溶度积Ksp分别为： Sc3+ + 3(HA)2 ScA3·3HA +3H+ Fe(OH)3 Al(OH)3 Sc(OH)3 Fe(OH)2 2.8×10-39 1.3×10-33 1.3×10-33 4.9×10-17 回答下列问题： （1）“酸浸”时，将废渣充分浸出的措施有 。 （2）滤渣1含有的成分除了碳外，还有 。 （3）加入H2O2的作用 ，为确定铁元素已被除尽，取少量反应后的溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2+，若出现蓝色沉淀，请写出离子方程式 。若“过滤1”后铁离子浓度为2.8×10-3mol.L-1时，则计算铁离子开始沉淀的PH= 。 （4）分析水层中的金属阳离子有Ca2+和 ，“滤液”分离后可返回 工艺循环使用。 （5）写出草酸钪沉淀隔绝空气热分解的化学反应方程式 。 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 （6）有一种钪合金的晶胞如下，化学式为 Al3Sc，属于面心立方紧密堆积， 如图甲所示，晶胞的参数a=410.7pm。 求：根据图甲、图乙，计算晶体中相邻Al和Sc 之间的最近距离= nm。（保留3位有效数字） 参考答案及给分 （1）粉粹矿渣，适当升高温度、增大硫酸的浓度、充分搅拌等，任答一种，合理即可。（1分） （2）SiO2、CaSO4 ；（少答1分，共2分） （3）将溶液中的Fe2+完全氧化为Fe3+，便于后续沉淀分离。（2分） K++Fe2++[Fe(CN)6]3- 〓 KFe[Fe(CN)6]↓ （2分） PH= 2 （2分） （4） 酸浸和萃取 （少答1分，2分） （5） （2分） （6） 0.2904nm （2分） 试题答案 Sc2(C2O4)3 700-800℃ Sc2O3+3CO↑ + 3CO2↑ 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 试题分析 （1）“酸浸”时，将废渣充分浸出的措施有 。 学生作答情况： （2）滤渣1含有的成分除了碳外，还有 。 设计目的：根据工艺原料成分及初步酸浸后 ①考查充分浸取物质的措施——简单实验操作 ②分析滤渣成分——根据物质的性质和转化推测物质 必备知识：加快浸出速率的方法； 关键能力：实验操作描述及推理能力、符号表征能力 核心素养：实验探究、证据推理 漏写 答案：（1）粉粹矿渣，适当升高温度、增大硫酸的浓度、充分搅拌等；（2）SiO2、CaSO4 错写 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 试题分析 （3）加入H2O2的作用 ，为确定铁元素已被除尽，取少量反应后的溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2+，若出现蓝色沉淀，请写出离子方程式 。 设计目的： ①考查加入试剂作用分析——根据物质性质及分离要求，分析加入物质的作用 ②根据现象写离子方程式——化学用语表达 必备知识：氧化还原反应、离子反应 关键能力：物质间的转化与推理能力，分析表达能力、化学用语 核心素养：实验探究、证据推理 酸性H2O2源于教材必修二106页 检验Fe2+ 来自选必一115页 命题设计来源：（2024全国课标卷）“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是_______。取少量反应后的溶液，加入化学试剂_______,检验_______,若出现蓝色沉淀，需补加MnO2。 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 试题分析 （3）加入H2O2的作用 ，为确定铁元素已被除尽，取少量反应后的溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2+，若出现蓝色沉淀，请写出离子方程式 。 学生作答问题： ①描述化学试剂作用表述不准确，不说具体物质的转化。 ②离子方程式书写内涵要求理解不到位，不理解K+参与了离子反应，对教材上的实验及结论不够重视。 学生作答： 答案：（3）将Fe2+完全氧化为Fe3+，便于后续调pH后分离铁元素。 K++Fe2++[Fe(CN)6]3- === KFe[Fe(CN)6]↓ ； 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 试题分析 （3）若“过滤1”后铁离子浓度为2.8×10-3 mol·L-1时，则计算铁离子开始沉淀的pH= （4）过滤3后的“滤液”分离后可返回 工艺循环使用. 反萃取 2 mol/L NaOH 过滤3 Sc(OH)3 沉钪 草酸 Sc2O3 煅烧 滤 液 循环利用 分离 设计目的： ①根据特定步骤及所给离子浓度、结合溶度积常数计算pH ②根据后续流程的物质及性质，推测分离方式及滤液成分，综合分析工艺循环问题。 必备知识：水溶液中离子反应平衡、pH的计算方法 关键能力：综合计算能力、实验操作、推理能力 核心素养：证据推理与模型认知、科学态度与社会责任 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 试题分析 （3）若“过滤1”后铁离子浓度为2.8×10-3 mol·L-1时，则计算铁离子开始沉淀的pH=___ 学生作答问题： ①计算pH的步骤和方法不熟，对溶液中沉淀平衡理解困难 ②物质在工艺循环分析上存在局限性，不能全面深入分析 答案：pH=2 （4） 酸浸和萃取 （4）过滤3后的“滤液”分离后可返回 工艺循环使用. 反萃取 2 mol/L NaOH 过滤3 Sc(OH)3 沉钪 草酸 Sc2O3 煅烧 滤 液 循环利用 分离 学生作答： 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 试题分析 （5）写出草酸钪隔绝空气加热分解的化学方程式_____ 设计目的： 根据图表、已知信息等条件书写化学方程式,考查学生陌生情境下书写化学方程式的能力。 Sc(OH)3 沉钪 草酸 Sc2O3 煅烧 答案：Sc2(C2O4)3 ==== Sc2O3+3CO↑+3CO2↑ 700℃-800℃ 学生作答： 学生问题： ①不看反应条件是隔绝空气，主观加入水做反应物。 ②能完成物质及配平，忘了温度条件 ③知道了空气成分不参加反应，但生成物写错为Sc，不看流程里的物质是氧化物Sc2O3。 学生证据推理能力和素养、综合思维和迁移能力不足！ ——要引起足够重视 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 试题分析 （6） 如图甲所示，晶胞的参数a=410.7pm，根据图甲、图乙，计算晶体中相邻Al和Sc 之间的最近距离=___nm。（保留3位有效数字） 设计目的： 根据晶胞里原子空间关系，找到Al和Sc距离与晶胞参数的关系，做好计算和单位换算； 考查学生证据推理和模型认知核心素养。 学生作答： 学生问题： ①计算对了，但没按要求保留三位有效数字。 ②用代数形式表达，忽略了具体数据带入求解 ③采用了计算表达式，没能计算最后结果 答案：0.2904nm 明白计算方法，但缺乏精确运算能力 查重报告：1.61% 命题反思 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 教学启示 1、聚焦核心素养，培养思维方法 2、关注科研热点、联系工业、生活实际 3、认真研读教材，深度挖掘教材、形成系列组合题 4、认真研究高考真题、深入分析、强化知识应用 1、提钪工艺符合高考命题特点，背景和流程真实可靠，属于原创全新，能较好测试学生水平。 2、分层设问的设计，体现了基础性、综合性，但设问比较直接，学生思维逻辑性考查不够强。 3、命题背景和题设具有情境化、创新性，注重了绿色化学，培养了开放思维能力。但评价多元化和综合性难度还需提高。 4、锚定课标与素养，注重教材与高考题的结合与演变，将教材进行深度挖掘，能更好体现教、学、评一体化。 5、重视学情与考情，加强基础性与综合性结合、 培养规范书写、细心审题习惯。 命题依据 高考考情 命题与分析 命题反思 变化的是情境 不变的是知识 聚焦的是素养 考查的是能力 命题感悟—— 敬请批评指正，谢谢！ $