第3章 大题专攻1 无机化工流程综合题(教参Word版)-【创新教程】2027年高考化学总复习大一轮讲义（鲁科版 单选）

该高中化学高考复习讲义聚焦工业流程题，覆盖物质制备、分离提纯等核心考点，按“题头-题干-题尾”结构梳理工艺流程，结合变化观念与平衡思想等核心素养，通过考点分类、方法指导（如洗涤沉淀操作模板）、真题典例（2024安徽卷精炼铜阳极泥提取金和银）及变式训练，帮助学生构建解题框架，突破难点。 讲义以真实工业流程为载体，创新采用“问题驱动-证据推理-模型建构”教学法，如在控制pH除杂考点中，结合Ksp计算实例培养科学思维，设置基础巩固、能力提升分层练习，配合即时反馈，保障复习效果，提升学生信息处理与规范答题能力，为教师精准把控复习节奏提供有力支撑。

学生用书　P105 [解法指导] 核心素养 变化观念与平衡思想 以化工流程为载体，考查元素化合物知识，从而解决实际问题。 证据推理与模型认知 以化工流程为载体，考查化学反应原理，通过证据推理，培养解决实际问题的能力 科学态度与社会责任 通过化学计算、实际生产流程解决问题，培养严谨求实的科学态度，具有探索，崇尚真理的意识 一、工业流程试题的基本特点 1．试题的切入点(或试题素材)较多的采用了与生产生活密切联系的化学新技术、新成果。故题干内容来源都是真实的工业生产过程，内容丰富，提问灵活。 2．无机化工流程题的结构：分题头、题干和题尾三部分。 (1)题头一般是介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括获得副产品)； (2)题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来； (3)题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置系列问题。 3．呈现形式：流程图；数据表格；图像；实验装置。 4．设问方式：措施；成分；物质；原因。 5．能力考查：获取、整合、处理、应用信息的能力；分解问题的能力；表达能力。 6．知识落点：基本理论；元素化合物；实验。 二、工艺流程题的类型 1．以物质制备为目的的工艺流程 (1)工艺流程中的常见专业术语 释义 研磨、雾化 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分 灼烧(煅烧) 使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿 浸取 向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等 酸浸 在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程 浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少 滴定 定量测定，可用于某种未知浓度的物质的物质的量浓度的测定 酸作用 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等 碱作用 去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅、调节pH、促进水解(沉淀) (2)工艺流程题中常见问题的答题方向 常见问题 答题要考虑的角度 分离、提纯 过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作，如从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—(洗涤、干燥) 提高原子利用率 绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用) 在空气中或特定气体中进行的反应或操作 要考虑O2、H2O、CO2或特定气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的 洗涤沉淀 方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次 判断沉淀是否洗涤干净 取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等 控制溶 液的pH ①调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀) ②“酸作用”还可除去氧化物(膜) ③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等 ④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件) 控制温度 (常用水 浴、冰浴 或油浴) ①使化学平衡移动；控制化学反应的方向 ②控制固体的溶解与结晶 ③控制反应速率：使催化剂达到最大活性 ④升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发 ⑤加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离 2.以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题 (1)物质转化过程中分离提纯阶段的主要操作 除杂 加入沉淀剂或控制溶液的酸碱性使形成氢氧化物沉淀。如：除去含Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等来调节溶液的pH 加热 加快反应速率或使平衡向某个方向移动。如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯氏制碱中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质 降温 防止某物质在高温时会分解或使平衡向着题目要求的方向移动 分离 固液分离——过滤 液液分离： a．有溶解度差异——结晶或重结晶(蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干；蒸发结晶、趁热过滤) b．有溶解性差异——(萃取)分液 c．有沸点差异——蒸馏 (2)获得产品阶段的主要操作 洗涤(冰水、热水、有机溶剂) 水洗：洗去晶体表面的杂质离子(适用于溶解度小的物质) 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(适用于高温溶解度大、低温溶解度小的物质) 醇洗(常用于溶解度较大的物质)：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(若对溶解度小的物质进行醇洗，则是为了洗去杂质离子，并使其尽快干燥) 蒸发时的气体氛围抑制水解 如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解 蒸发浓缩、冷却结晶 如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是K2Cr2O7，母液中是NaCl和少量K2Cr2O7，这样就可分离出大部分K2Cr2O7；同样原理可除去KNO3中的少量NaCl 蒸发结晶、趁热过滤 如NaCl和少量K2Cr2O7的混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，母液中是K2Cr2O7和少量NaCl；同样原理可除去NaCl中的少量KNO3 三、工艺流程题的解题策略 1．粗读题干，挖掘图示 图示中一般会呈现超出教材范围的知识，但题目中往往会有提示或者问题中不涉及，所以一定要关注题目的每一个关键字，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出，只需问什么推什么。如制备类无机化工题，可粗读试题，知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。 2．携带问题，精读信息 这里信息包括三个方面：一是主干，二是流程图示，三是设置问题。读主干抓住关键字、词；读流程图，重点抓住物质流向(“进入”与“流出”)、实验操作方法等。 3．跳跃思维，规范答题 答题时应注意前后问题往往没有“相关性”，即前一问未答出，不会影响后面答题。要求用理论回答的试题，应采用“四段论法”：改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→有什么变化→得出什么结论。 4．积累常考的答题模板 (1)除杂：除去……中的…… (2)干燥：除去……气体中的水蒸气，防止…… (3)增大原料浸出率(离子在溶液中的含量多少)的措施：搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强)，增大气、液或固、液接触面积。 (4)加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动。 (5)温度不高于××℃的原因：适当加快反应速率，但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)等，影响产品的生成。 [典例剖析] [高频考点1]　考查以物质制备为目的工艺流程题的解答　 [例1]　(2024·安徽卷)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，如图所示。 回答下列问题： (1)Cu位于元素周期表第____________周期第________________族。 (2)“浸出液1”中含有的金属离子主要是________________。 (3)“浸取2”步骤中，单质金转化为HAuCl4的化学方程式为_____________________。 (4)“浸取3”步骤中，“浸渣2”中的____________(填化学式)转化为[Ag(S2O3)2]3－。 (5)“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)。 (6)“还原”步骤中，被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为____________。 (7)Na2S2O3可被I2氧化为Na2S4O6。从物质结构的角度分析S4O的结构为(a)而不是(b)的原因：_____________________________________________________________。 解析：精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等元素，铜阳极泥加入硫酸、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)Cu的原子序数为29，位于第四周期第ⅠB族；(2)由分析可知，铜阳极泥加入硫酸、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＋；(3)浸取2步骤中，Au与盐酸、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，可得反应的化学方程式为：2Au＋8HCl＋3H2O2===2HAuCl4＋6H2O；(4)根据分析可知，浸渣2中含有AgCl，与Na2S2O3反应转化为[Ag(S2O3)2]3－；(5)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－===Ag↓＋2S2O；阴极反应生成S2O，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；(6)还原步骤中，HAuCl4被还原为Au，Au化合价由＋3变为0，一个HAuCl4转移3个电子，N2H4被氧化为N2，N的化合价由－2变为0，一个N2H4转移4个电子，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；(7)(a)结构中电子云分布较均衡，结构较为稳定，(b)结构中正负电中心不重合，极性较大，较不稳定，且存在过氧根，过氧根的氧化性大于I2，故Na2S2O3不能被I2氧化成(b)结构。 答案：(1)四　ⅠB (2)Cu2＋ (3)2Au＋8HCl＋3H2O2===2HAuCl4＋6H2O (4)AgCl (5)[Ag(S2O3)2]3－＋e－===Ag↓＋2S2O　Na2S2O3 (6)3∶4 (7)(a)结构中电子云分布较均衡，结构较为稳定，(b)结构中正负电中心不重合，极性较大，较不稳定，且存在过氧根，过氧根的氧化性大于I2，故Na2S2O3不能被I2氧化成(b)结构 [变式训练] 1．(2025·常德市高三开学考)锰酸锂离子蓄电池是第二代锂离子动力电池。一种以软锰矿浆(主要成分为MnO2，含少量Al2O3、Fe2O3、FeO、SiO2等杂质)为原料制备锰酸锂的流程如下图所示。 已知：室温下，Ksp[Al(OH)3]＝1×10－33，Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39，Ksp[Fe(OH)2]＝1×10－15，pH＝7.1时Mn(OH)2开始沉淀。 回答下列问题： (1)基态Mn原子的价层电子排布式为______________________________。 (2)“氧化除杂”时使用的试剂X可以选择H2O2溶液或MnO2固体，这一步的目的是______________________________________________________。 (3)“氧化除杂”时需使溶液中Fe3＋、Al3＋浓度小于1×10－6 mol/L，则应控制溶液pH范围为____________。 (4)用过二硫酸钾(K2S2O8)可以缓慢地氧化Mn2＋为MnO2，该反应的离子方程式为________________________________________。 解析：软锰矿浆(主要成分为MnO2，含少量Al2O3、Fe2O3、FeO、SiO2等杂质)，溶浸时将SO2通入软锰矿浆中，其中MnO2发生反应：MnO2＋SO2===MnSO4，在浸出液中加入氧化剂将亚铁离子氧化为铁离子，加入氨水调节溶液pH沉淀Fe3＋、Al3＋便于除去，过滤得到滤液含有Mn2＋，往其中加入K2S2O8可将Mn2＋氧化为MnO2，K2S2O8被还原为K2SO4，MnO2与Li2CO3在一定温度下发生反应，产生LixMn2O4； (1)Mn为25号元素，位于元素周期表第四周期第ⅦB族，价层电子排布式为3d54s2； (2)“氧化除杂”时使用的试剂X可以选择H2O2溶液或MnO2固体，这一步的目的是将＋2价的Fe氧化为＋3价，方便调节pH使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀； (3)除杂时显然只能除去Fe3＋和Al3＋，不能损失Mn2＋，由题意可知，室温下，pH＝7.1时Mn(OH)2开始沉淀，除去MnSO4溶液中的Fe3＋、Al3＋，氢氧化铝完全变成沉淀时的Ksp[Al(OH)3]＝1×10－33＝c(Al3＋)·c3(OH－)，c(Al3＋)＝1×10－6mol·L－1，解得：c(OH－)＝1×10－9mol·L－1，则溶液c(H＋)＝1×10－5mol·L－1，所以pH＝5.0；同理Fe(OH)3完全变成沉淀时，Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39＝c(Fe3＋)·c3(OH－)，c(Fe3＋)＝1×10－6mol·L－1，解得：c(OH－)＝1×10－11mol·L－1，c(H＋)＝1×10－3mol·L－1，则pH约为3.0，故pH范围是：5.0<pH<7.1； (4)过二硫酸钾(K2S2O8)缓慢地氧化Mn2＋为MnO2，K2S2O8被还原为K2SO4，则反应的离子方程式为：Mn2＋＋S2O＋2H2O===MnO2↓＋2SO＋4H＋。 答案：(1)3d54s2 (2)将＋2价的Fe氧化为＋3价，方便调节pH使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀 (3)5.0＜pH＜7.1　(4)Mn2＋＋S2O＋2H2O===MnO2↓＋2SO＋4H＋ [典例剖析] [高频考点2]　考查以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题的解答　 [例2]　(2025·济宁市高三检测)某废钒渣(主要成分为V2O3，含有少量Al2O3、CaO)为原料生产V2O5的工艺流程如图： 已知：钒酸(H3VO4)是强酸，NH4VO3难溶于水；＋5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如表。 pH 4～6 6～8 8～10 10～12 主要离子 VO VO V2O VO (1)“酸浸”前需将块状固体粉碎，其目的是___________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)已知Ca(VO3)2难溶于水，可溶于盐酸。若“酸浸”时溶液的pH＝4，则Ca(VO3)2溶于盐酸反应的离子方程式为__________________________________________。 (3)Ksp(CaCO3)＝m，Ksp[Ca3(VO4)2]＝n；则反应Ca3(VO4)2(s)＋3CO(aq)2VO(aq)＋3CaCO3(s)的平衡常数为______________。(用含m、n的代数式表示) (4)“沉钒2”的沉钒率随温度的变化如图所示，温度高于80 ℃沉钒率下降的原因是______________________。 (5)NH4VO3灼烧脱氨可得V2O5。在硫酸酸化条件下，V2O5可与草酸(H2C2O4)溶液反应得到含VO2＋的溶液，反应的离子方程式为______________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：焙烧时，Al2O3、V2O3和CaO和空气中的氧气反应生成Ca(AlO2)2和Ca(VO3)2；加入盐酸酸浸除去Ca(AlO2)2，得到Al(OH)3，滤渣1为Al(OH)3；V元素以VO形式存在溶液中；加入石灰乳得到Ca3(VO4)2，再加入碳酸铵溶液将沉淀转化，V元素以VO形式存在，最后加入氯化铵得到NH4VO3，高温焙烧得到V2O5； (1)“酸浸”前需将块状固体粉碎，可以增大反应物接触面积，加快酸浸速率，使酸浸更加充分； (2)根据表中数据，Ca(VO3)2溶于盐酸反应的离子方程式为Ca(VO3)2＋4H＋===Ca2＋＋2VO＋2H2O； (3)对于反应Ca3(VO4)2(s)＋3CO(aq)2VO(aq)＋3CaCO3(s)，平衡常数为K＝＝·，又CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋CO(aq)，Ksp(CaCO3)＝c(CO)·c(Ca2＋)＝m，Ca3(VO4)2(s)3Ca2＋(aq)＋2VO(aq)，Ksp[Ca3(VO4)2]＝c2(VO)·c3(Ca2＋)＝n，所以K＝＝·＝＝； (4)NH在溶液中存在水解NH＋H2ONH3·H2O＋H＋，且水解吸热，如图沉钒率随温度的变化为80 ℃前温度升高，沉钒率增加，80 ℃以后，NH水解程度增大，NH浓度减小导致沉钒率下降，随温度升高沉钒率降低； (5)V2O5中V为＋5价，具有氧化性，草酸(H2C2O4)具有还原性，在硫酸酸化下，V2O5可与草酸(H2C2O4)溶液反应得到含VO2＋的溶液，其反应的离子方程式为V2O5＋H2C2O4＋4H＋===2VO2＋＋2CO2↑＋3H2O。 答案：(1)增大反应物接触面积，加快酸浸速率，使酸浸更加充分 (2)Ca(VO3)2＋4H＋===Ca2＋＋2VO＋2H2O　(3) (4)温度高于80 ℃时，NH水解程度增大，NH浓度减小导致沉钒率下降 (5)V2O5＋H2C2O4＋4H＋===2VO2＋＋2CO2↑＋3H2O [变式训练] 2．(2025·广东广州模拟预测)铅酸蓄电池的拆解、回收和利用可以减少其对环境的污染，具有重要的可持续发展意义。利用废铅酸蓄电池的铅膏(主要成分为PbSO4、PbO2，还有少量Pb、Fe2O3、Al2O3)制备PbO的流程如图： 回答下列问题： (1)步骤①将废铅膏研磨过筛的目的是______________________。 (2)向废铅膏粉中加入NaOH溶液可将PbSO4转化为PbO，并除去Al2O3，写出除去Al2O3的反应的离子方程式____________________________________________。 (3)溶液Ⅰ中主要含有的阴离子有OH－、__________________。 (4)加入CH3COOH溶液和H2O2溶液可将脱硫铅膏中的含铅物质转化为(CH3COO)2Pb。PbO2转化为(CH3COO)2Pb反应的化学方程式是____________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)为使Pb2＋完全沉淀并获得纯净的PbO，需向溶液Ⅱ中分两次加入NaOH溶液。第一次加入的目的是______________，过滤后，第二次加入NaOH溶液调节溶液的pH至少为______________。(已知：25 ℃，Ksp[Fe(OH)3]＝4×10－38，Ksp[Pb(OH)2]＝1×10－16，离子浓度≤10－5mol/L可视为沉淀完全) 解析：由题给流程可知，将研磨过筛的废铅膏粉加入氢氧化钠溶液碱浸，将氧化铝转化为四羟基合铝酸钠，硫酸铅转化为氧化铅，过滤得到含有氢氧化钠、硫酸钠、四羟基合铝酸钠的溶液Ⅰ和脱硫铅膏；向脱硫铅膏中加入醋酸溶液和过氧化氢溶液，将脱硫铅膏中的含铅物质转化为溶于水的醋酸铅，氧化铁转化为醋酸铁，向转化后的溶液中分两次加入氢氧化钠溶液，先调节溶液pH将溶液中的铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤后再加入氢氧化钠溶液调节溶液pH将铅离子完全转化为氢氧化铅沉淀，过滤得到氢氧化铅；氢氧化铅经洗涤、干燥、灼烧得到氧化铅。 (1)将废铅膏研磨过筛得到废铅膏粉，可使反应物增大接触面积，加快反应速率，使反应更加充分； (2)向废铅膏粉中加入氢氧化钠溶液除去氧化铝的反应为氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠，反应的离子方程式为Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－； (3)由分析可知，溶液Ⅰ的主要成分为氢氧化钠、硫酸钠、四羟基合铝酸钠，则溶液中的阴离子为氢氧根离子、硫酸根离子和四羟基合铝酸根离子； (4)由题意可知，二氧化铅与醋酸和过氧化氢混合溶液反应生成醋酸铅、氧气和水，反应的化学方程式为PbO2＋2CH3COOH＋H2O2===(CH3COO)2Pb＋O2↑＋2H2O； (5)由分析可知，第一次加入氢氧化钠溶液的目的是调节溶液pH将溶液中的铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤后第二次加入氢氧化钠溶液的目的是调节溶液pH将铅离子完全转化为氢氧化铅沉淀，由溶度积可知，铅离子完全沉淀时，溶液的c(OH－)＝mol/L＝1×10－5.5 mol/L，则溶液的pH为8.5。 答案：(1)增大反应物接触面积，提高反应速率 (2)Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－ (3)SO、[Al(OH)4]－ (4)PbO2＋2CH3COOH＋H2O2===(CH3COO)2Pb＋O2↑＋2H2O (5)将Fe3＋转为沉淀除去　8.5 学科网（北京）股份有限公司 $