05 素养提升练(三) 科学探究——以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析-（配套练习）【高考快车道】2027年高考化学大一轮总复习

**基本信息** 以金属及其化合物工艺流程为核心，整合高考真题与模拟题，聚焦科学探究能力，适配高中化学一轮复习。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |选择题|5题|Li、Fe、Cu等金属元素，酸浸、沉淀等流程，离子反应、氧化还原|情境真实（工业/资源回收），基础判断与原理分析结合| |综合题|2题|Zn、Ag、Se等分离提纯，电解、萃取等操作，平衡常数、电化学计算|多步骤流程分析，融合实验设计与定量计算，关联高考命题趋势|

素养提升练(三)　科学探究——以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析 　　　　　 　　　　　 　　　　　 探究点一　以金属及其化合物为主体的“微流程” 1.[2025·甘肃卷] 处理某酸浸液(主要含Li+、Fe2+、Cu2+、Al3+)的部分流程如下: 下列说法正确的是 (　) A.“沉铜”过程中发生反应的离子方程式:2Fe+3Cu2+3Cu+2Fe3+ B.“碱浸”过程中NaOH固体加入量越多,Al(OH)3沉淀越完全 C.“氧化”过程中铁元素化合价降低 D.“沉锂”过程利用了Li2CO3的溶解度比Na2CO3小的性质 2.[2025·辽宁大连模拟] 氧化锌为白色粉末,可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌[含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等杂质]的流程如图所示。已知:在本实验条件下,Ni(Ⅱ)不能被氧化;高锰酸钾的还原产物是MnO2。下列说法错误的是 (　) A.“酸浸”步骤不能用盐酸代替稀硫酸 B.“氧化”步骤若pH过低,无法除去Fe和Mn杂质 C.“沉镍”步骤的主要反应类型为置换反应 D.“沉锌”步骤滤液的成分只有Na2SO4和ZnSO4 3.[2025·辽宁县域重点高中二模] 工业上,采用“凝聚沉淀法”从含汞酸性废水中提取汞。简易流程如图所示: 已知:HgS难沉淀,FeS可吸附HgS共沉淀。 下列叙述正确的是 (　) A.上述转化中只发生1个氧化还原反应 B.加入消石灰是为了提高Na2S的利用率 C.用硝酸和K3[Fe(CN)6]溶液可确认固体中是否存在+2价铁元素 D.用过量的浓氨水吸收“冷凝”中气体可制备NH4HSO3 4.[2025·湖南岳阳一模] 实验室模拟利用含钴废料(主要成分为Co3O4,还含有少量的铝箔等杂质)制备碳酸钴的工艺流程如图所示: 已知:CoCO3、Co(OH)2难溶于水。 下列有关描述错误的是 (　) A.“碱浸”发生的反应为2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑ B.“操作①”用到的主要玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒 C.“酸溶”反应中H2O2可以换成O2 D.“沉钴”时若Na2CO3浓度太大,可能导致产品不纯 5.一种以废旧电池正极材料(主要成分为MnzO2,其中Co为+3价,还含少量铝箔、炭黑和有机黏合剂)为原料制备LiMn2O4的流程如图所示: 下列说法错误的是 (　) A.“灼烧”后的固体产物中,Co和Al均为+3价 B.“酸浸”中H2O2为氧化剂 C.“沉锰”过程中,溶液先变为紫红色,原因为5S2+2Mn2++8H2O10S+2Mn+16H+ D.合成LiMn2O4过程中,有CO2和O2放出 探究点二　以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析 6.电解精炼铜过程产生的阳极泥中含有Cu、Ag2Se等物质,具备很高的回收价值。一种从铜阳极泥中回收Cu、Ag、Se的流程如图所示: 回答下列问题: (1)“氧化浸出”时,Cu发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　,为增大氧气在硫酸溶液中的溶解度,可采取的措施为　　　　 　　　　　 　 。  (2)“再处理”工序的目的为　　　　　　　　 　　　　　　　　。  (3) “络合溶解”时,浸渣1发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　 　　　　 　　,该反应的平衡常数K=　　　　　。(已知:Ag++2NH3[Ag(NH3)2]+　K=2×107;Ksp(Ag2SO4)=1.2×10-5)  (4)“还原”工序中生成的气体可以循环到“　 　　”工序中再利用。  (5)“浸液2”中Se元素以H2SeO3的形式存在。“沉硒”时,理论上SO2与H2SeO3的物质的量之比为　　　　。  (6)“萃取”时,Cu2+与萃取剂发生的反应可表示为Cu2++2HRCuR2+2H+(HR表示肟类有机物),则“反萃取”时应加入的试剂为　　 　　(填选项字母)。  A.NaOH　　　B.蒸馏水　　　C.H2SO4 (7)“电解”工序中,金属Cu在　　 　　极上沉积。  7.[2025·辽宁名校联盟联考] 有效利用金属资源有利于资源的可持续发展。以闪锌矿为原料制备金属锌和ZnSO4·7H2O的一种工艺流程如图所示。 已知:该闪锌矿主要成分为ZnS,含少量SiO2、FeS、NiS、CdS等杂质。 (1)“滤渣1”的主要成分为　　 　　(填化学式)。  (2)“氧化”时,发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)“除杂”时试剂X可以选用　　　　　 　 　　　 　　,其作用为 　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　。  (4)“还原除杂”主要目的是除镍镉,其中除Ni2+的离子方程式为　　　　　　　　　 　　　　　　　　　。  (5)锌在潮湿空气中可生成ZnCO3·3Zn(OH)2,其反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。  (6)“电解”时,假设电量损耗为20%,则电解得到130 g Zn时共消耗的电量为　　　　C(不考虑其他副反应,F=96 500 C·mol-1)。  (7)取11.48 g ZnSO4·7H2O加热至不同温度,剩余固体的质量变化如图所示。推断固体A的化学式为　　　　　　。  学科网（北京）股份有限公司 $ 素养提升练(三)　科学探究——以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析 1.D　[解析] 酸浸液(主要含Li+、Fe2+、Cu2+、Al3+)加入铁粉“沉铜”,置换出Cu单质,滤液加入NaOH碱浸,过滤得到Al(OH)3沉淀,滤液加入H2O2,把Fe2+氧化为Fe(OH)3沉淀,再经过多步操作,最后加入Na2CO3,得到Li2CO3沉淀。“沉铜”过程中铁置换出铜单质,发生反应的离子方程式为Fe+Cu2+Cu+Fe2+,A错误;Al(OH)3是两性氢氧化物,NaOH过量,则Al(OH)3会溶解,B错误;“氧化”过程中将Fe2+氧化为Fe3+,铁元素化合价升高,C错误;加入Na2CO3得到Li2CO3沉淀,利用了Li2CO3的溶解度比Na2CO3小的性质,D正确。 2.D　[解析] 纯化工业级氧化锌[含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等杂质]加入稀硫酸酸浸,过滤除去不溶的杂质,浸出液中含有Fe2+、Mn2+、Zn2+和Ni2+,向浸出液中加入适量高锰酸钾并调节溶液的pH=5,在本实验条件下,Ni(Ⅱ)不能被氧化,高锰酸钾的还原产物是MnO2,溶液中Mn2+转化为MnO2,则Fe2+、Mn2+被氧化而被除去,过滤,向滤液中加入Zn沉镍,Zn和Ni2+发生氧化还原反应生成Ni,过滤后的滤液中含有Zn2+,向滤液中加入碳酸钠沉锌得到碳酸锌沉淀,煅烧碳酸锌生成ZnO。“酸浸”步骤若用盐酸,后续氧化时加入的高锰酸钾会氧化Cl-生成有毒气体Cl2,同时增大KMnO4的用量而造成浪费,故不能用盐酸代替稀硫酸,A正确;“氧化”步骤若pH过低,KMnO4的氧化性增强,还原产物为Mn2+,引入了新的杂质,且溶液酸性较强,Fe3+无法完全转化为Fe(OH)3沉淀,导致无法除去Fe和Mn杂质,B正确;“沉镍”步骤中Zn和Ni2+发生氧化还原反应生成Ni和Zn2+,该反应类型为置换反应,C正确;“氧化”“沉镍”步骤的滤液中均含有K2SO4,则“沉锌”步骤滤液中一定含有K2SO4,D错误。 3.B　[解析] 含汞废水中加消石灰调pH=9后,加入硫化钠、硫酸亚铁沉汞,生成FeS、HgS,FeS、HgS在空气中灼烧生成FexOy、Hg和SO2,汞变成汞蒸气,经冷凝得到单质汞。FeS、HgS在空气中灼烧生成FexOy、Hg和SO2,发生了2个氧化还原反应,A错误;消石灰是Ca(OH)2,可以中和废水中的酸,减少Na2S损失,能提高Na2S的利用率,B正确;硝酸能氧化+2价铁元素,则用硝酸和K3[Fe(CN)6]溶液不能确认固体中是否存在+2价铁元素,C错误;“冷凝”中气体主要成分是SO2,用过浓量氨水吸收SO2生成(NH4)2SO3,则用过量的浓氨水吸收“冷凝”中气体可制备(NH4)2SO3,D错误。 4.C　[解析] 含钴废料(主要成分为Co3O4,还含有少量的铝箔等杂质)经第一步碱浸操作,废料中的铝箔溶解为Na[Al(OH)4]除去,过滤后得到的钴渣主要含有Co3O4,加入硫酸、过氧化氢酸溶,Co元素转化为Co2+,在酸溶步骤中Co元素被还原,H2O2被氧化作还原剂;经过操作①得到滤液②,则操作①为过滤操作,所得滤液②中主要含CoSO4,最后加入碳酸钠沉钴获得CoCO3。碱浸操作,废料中的铝箔溶解为Na[Al(OH)4]除去,发生的反应为2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,A正确;操作①为过滤操作,用到的主要玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒,B正确;H2O2被氧化,作还原剂,不能选用O2,C错误;“沉钴”时若Na2CO3浓度太大,溶液碱性较强会产生Co(OH)2杂质,导致产品不纯,D正确。 5.B　[解析] 废旧电池正极材料主要成分为LiCoxNiyMnzO2,Co为+3价,还含少量铝箔、炭黑和有机黏合剂,灼烧除去炭黑、有机物;灼烧后的固体加NaOH溶液“碱浸”除去铝;滤渣加双氧水、稀硫酸“酸浸”,双氧水把+3价Co还原为+2价,加氨水和草酸铵生成草酸钴晶体“沉钴”,加K2S2O8把Mn2+氧化为MnO2沉淀除去锰元素;滤液中加碳酸钠、NaOH生成NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O沉淀除镍,滤液中加碳酸钠生成碳酸锂沉淀,碳酸锂和MnO2合成LiMn2O4。“灼烧”后的固体产物中,金属铝生成氧化铝,故Co和Al均为+3价,A正确;滤渣加双氧水、稀硫酸“酸浸”,双氧水把+3价Co还原为+2价,B错误;溶液变为紫红色是因为锰元素被S2氧化为Mn,反应的离子方程式为5S2+2Mn2++8H2O10S+2Mn+16H+,C正确;合成LiMn2O4过程中发生的反应为2Li2CO3+8MnO24LiMn2O4+2CO2↑+O2↑,有CO2和O2放出,D正确。 6.(1)2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O　加压 (2)将浸液1中的Ag+转化为AgCl,提高银的收率 (3)Ag2SO4+4NH32[Ag(NH3)2]++S　4.8×109 (4)络合溶解　(5)2∶1　(6)C　(7)阴 [解析] 氧化浸出时,铜单质被氧化为硫酸铜,硒元素转化为H2SeO3,银元素转化为微溶的硫酸银,部分硫酸银在浸液1中,部分在浸渣1中,浸液1中加入氯化钠,硫酸银转化为难溶的氯化银,和浸渣1合并,通氨络合形成[Ag(NH3)2]+,用水合肼还原得到银;浸液2通SO2,H2SeO3中的Se元素被还原为Se,过滤得到硒单质,滤液萃取再反萃取,最后电解得到铜单质。 (1) “氧化浸出”时,Cu在酸性溶液中被氧气氧化生成硫酸铜,发生反应的化学方程式为2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O;气体溶解度随压强增大而增大,为增大氧气在硫酸溶液中的溶解度,可采取的措施为加压。(2) “再处理”工序的目的为将浸液1中的Ag+转化为AgCl,提高银的收率。(3)浸渣1是硫酸银,通氨络合形成[Ag(NH3)2]+,发生反应的离子方程式为Ag2SO4+4NH32[Ag(NH3)2]++S,该反应的平衡常数K===K2Ksp(Ag2SO4)=(2×107)2×1.2×10-5=4.8×109。(4)“还原”工序中水合肼还原[Ag(NH3)2]+得到银,NH3被释放出来,可以循环利用到“络合溶解”工序中再利用。(5)SO2与H2SeO3发生反应生成Se和硫酸,根据得失电子守恒,SO2与H2SeO3的物质的量之比为2∶1。(6)根据萃取的方程式,反萃取时平衡逆向移动,则可以加入硫酸,增大H+浓度,C正确。(7)“电解”工序中,Cu2+在阴极得到电子生成铜:Cu2++2e-Cu。 7.(1)SiO2 (2)4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O (3)ZnO(或ZnCO3或Zn(OH)2等)　调节pH,使Fe3+水解转化为Fe(OH)3沉淀,过滤除掉 (4)Ni2++ZnNi+Zn2+ (5)4Zn+2O2+3H2O+CO2ZnCO3·3Zn(OH)2 (6)482 500　(7)ZnSO4·H2O [解析] 工业上用闪锌矿为原料,通入空气进行焙烧,金属硫化物发生2ZnS+3O22ZnO+2SO2等反应,得到ZnO等氧化物,向焙烧后的固体中加入稀硫酸酸浸,得到含硫酸锌、硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸镉、硫酸镍的溶液,“滤渣1”为SiO2;通入O2,氧化亚铁离子生成Fe3+,加入试剂X调pH,除去Fe3+,再加入锌粉发生置换反应除去镉和镍,滤液为ZnSO4溶液,经过一系列操作得到ZnSO4·7H2O,或电解得到金属锌。 (1)由分析可知,“滤渣1”的主要成分为SiO2。(2)“氧化”的目的是氧化亚铁离子生成Fe3+,离子方程式为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O。(3)加入试剂X的目的是除去Fe3+,则不引入新杂质的情况下可以加入ZnO或ZnCO3或Zn(OH)2等调节pH,使Fe3+水解,转化为Fe(OH)3沉淀,过滤除掉。(4)“还原除杂”为加入锌发生置换反应除去镉和镍,除Ni2+的离子方程式为Ni2++ZnNi+Zn2+。(5)锌在潮湿空气中可生成ZnCO3·3Zn(OH)2,其反应的化学方程式为4Zn+2O2+3H2O+CO2ZnCO3·3Zn(OH)2。(6)电解得到130 g Zn即2 mol,转移电子为4 mol,电量损耗为20%,则共消耗电量4 mol×96 500 C·mol-1÷0.8=482 500 C。 (7)n(ZnSO4·7H2O)==0.04 mol,其中结晶水的质量为0.04 mol×7×18 g·mol-1=5.04 g,加热至100 ℃时,失去的质量为11.48 g-7.160 g=4.32 g<5.04 g,失去的是水的质量,则减少H2O的物质的量n(H2O)==0.24 mol,即0.04 mol ZnSO4·7H2O失水0.24 mol,A的化学式为ZnSO4·H2O。 学科网（北京）股份有限公司 $