高考化学专项复习：化学工艺流程题-核心反应与条件控制（原卷版）

化学工艺流程题--核心反应与条件控制

01考情分析02真题精研03规律•方法•技巧04经典变式练

05核心知识精炼06基础测评07能力提升

考情分析

化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识

步步设问，是无机框图的创新。它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融

合，考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分

析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是高考化学命题的常考

题型。

真题精研

1.(2024.全国.高考真题)钻在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钻、

铺的+2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钻的一种流程如下。

稀H2s。4NaClO

炼锌

酸浸沉豆—►滤液

废渣

浸渣

注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于10」mol.L」，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。

21

已知：①Ksp(CuS)=6.3xl0-36,K£ZnS)=2.5xl(y22,Ksp(CoS)=4.0xl0-o

②以氢氧化物形式沉淀时，lg[c(M)/(mol.L」)]和溶液pH的关系如图所示。

(一

-

J-

-

回答下列问题：

⑴“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是O

(2)“酸浸”步骤中，CoO发生反应的化学方程式是一。

(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn")和c(Co")均为o.iOmol.L",向其中加入Na2s至Zn"沉淀完全，此

时溶液中c(C02+)=mobL1,据此判断能否实现Z!?+和Co?+的完全分离—(填“能”或“不能”)。

(4)“沉铺”步骤中，生成LOmolMnO”产生H*的物质的量为—。

(5)“沉淀”步骤中，用NaOH调pH=4,分离出的滤渣是一。

(6)“沉钻”步骤中，控制溶液pH=5.0~5.5,加入适量的NaClO氧化Co",其反应的离子方程式为—。

(7)根据题中给出的信息，从“沉钻”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是—o

规律•方法-技巧

解答化工工艺流程题的三种方法

(1)首尾分析法：对比流程中第一种物质与产品，从对比中找出原料与产品之间的关系，理清流程中原料

转化为产品的基本原理以及分离除杂的方式，结合题问逐一作答。

(2)截段分析法：对于较复杂的采用截段，再进行整合。

(3)“瞻前顾后”分析法：在流程中除了考虑将原料转化为产品，还要考虑副产品的循环使用，这类题常要

瞻前又要顾后。

经典变式练

1.(2024・河北・高考真题)V2O5是制造钢铁合金、金属钢的原料，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，具有钢回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如

下。

■VQ,

已知：i石煤是一种含V2O3的矿物，杂质为大量AKO3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AIQs反应生成偏铝酸盐；室温下，偏机酸钙［Ca(VO3)21和偏铝酸钙均难

溶于水。回答下列问题：

(1)铀原子的价层电子排布式为；焙烧生成的偏钢酸盐中钢的化合价为,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中含钢成分为偏钢酸钙，滤液中杂质的主要成分为(填化学式)。

(3)在弱碱性环境下，偏铀酸钙经盐浸生成碳酸钙发生反应的离子方程式为；COZ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),可实现钢元素的充分利用。

(4)洗脱工序中洗脱液的主要成分为(填化学式)。

(5)下列不利于沉斜过程的两种操作为(填序号)。

a.延长沉钢时间b.将溶液调至碱性c.搅拌d.降低NH4cl溶液的浓度

核心知识精炼

一、化工流程答题基本思路

化学工艺流程考什么？

康律：主就主产品、分支用产品、回头为■环.

核心考点I原材料愦处理、生产条件的控制、物质的分离操作

二、一个完整的无机化工生产流程一般具有下列过程：

原料f对原料的预处理►核心化学反应—►产品的提纯和分离—►目标产物

三、核心反应与条件控制：

1.溶液的PH：

提供酸碱性环境反应、抑制或促进离子水解等产生沉淀便于分离等。调节PH的方法：调节pH所需的物质

一般应满足两点：一是能与酎反应，使溶液pH增大；二是不引入新杂质。（一般酸、碱、氧化物、水解的

盐等）如：要除去Cu^中混有的F1+,可加入CuO、CU（OH）2、Cuz（OH）2cO3等物质来调节溶液的pH,不

可加入NaOH溶液、氨水等。

①调节溶液的酸碱性，使某些金属离子形成氢氧化物沉淀析出（或抑制水解）O

②加入酸或调节溶液至酸性还可除去氧化物（膜）。

③加入碱或调节溶液至碱性还可除去油污，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）。

2.温度：

（1）升温一一加快反应（溶解）速率；促进平衡向吸热方向移动；去除热稳定性差的物质或易升华的物质。

（2）降温一一防止物质分解，挥发；使平衡向放热方向移动；使高沸点的物质液化，使其与其他物质分离；

降低溶解度，减少损失。

（3）控温——水浴、沙浴、油浴——受热均匀，便于控制温度。温度太高一-速率太快；物质可能分解、

挥发、水解；催化剂可能中毒；发生副反应等。温度太低一一速率可能太慢;催化剂活性不高;物质转化率、

产率不高等。

主要从物质性质（热稳定性、水解、氧化性或还原性、溶解度、熔沸点、挥发性、胶体聚沉等）和反应原理（反

应速率、平衡移动、催化剂活性、副反应)两个角度思考。

3.控制压强：改变速率，影响平衡。

4.使用合适的催化剂：加快反应速率，缩短达到平衡所需要的时间。

5.趁热过滤：防止某物质降温时析出。

6.洗涤：常见的洗涤方式有“水洗”和“乙醇洗”。“水洗”的目的是除去沉淀或晶体表面残留的杂质，

当沉淀物的溶解度随温度升高而增大时一般可用冰水洗；“乙醇洗”既可以除去沉淀或晶体表面残留的杂

质，又可以降低晶体的溶解度，减少损失，还可以利用乙醇易挥发的性质，加快除去沉淀或晶体表面的水

分。

7.氧化：氧化剂的选择要依据试题设置的情境，常见的氧化剂有氯气、过氧化氢、氧气和次氯酸钠等，为

了避免引入新的杂质，通常选择的氧化剂有过氧化氢和氧气。

基础测评

已知：①电解制取钱时，溶液中的氯离子会影响钱的析出。②Cu+Cu2++2Cr=2CuClJ。

-

⑴基态Zn?+的价层电子排布式为,lmol[Ga(OH)4]中含有。键的数目为。

(2)黄钠铁矶的化学式为NaFe3(SO4)2(OH)6,晶体颗粒大、易沉降。

①“沉铁”时生成黄钠铁矶的离子方程式为o

②不采用调节PH的方式沉铁，可能的原因是：Ga?+容易生成Ga(OH)3而损失；(答2点)。

(3)“还原除杂”时先向溶液中加入一定量的铜粉，反应一段时间后再向溶液中加入稍过量Zn粉，加入铜粉的

目的是0

(4)Zn计与Ga3+的各物种的分布分数随pH的变化如图所示。“调节pH=8.2"时，pH不能过高的原因

是O

100

:叫\n^

02468101214

沼液pH

⑸通过计算探究氨水能否溶解Ga(0肛。已知：室温时，/[Ga(OH)3]=l.OxlOf,

53+

^b(NH3-H2O)=2.0xl0-,Ga+4OH^D[Ga(OH)JK=LOxlO^。反应

Ga(OH)3+NH3以。口[Ga(OH)]+NH；的平衡常数为=

(6)在沉铁前可以加入铁氧化钾检验Fe?+是否被完全氧化，若有Fe?+则会观察到蓝色沉淀。该蓝色沉淀是一

种铁的配合物KFe[Fe(CN)6],其晶胞的:如图[右未标出，占据四个互不相邻的小立方体(晶胞的)部分)

OO

的体心]。若该晶体的密度为0g-加-3,则1个该晶胞含个CN\Fe?和Fe?+的最短距离为

Pm(设NA为阿伏加德罗常数的值，列出计算式即可)。

,Fu—C三NFc'*

Z|

Fe*uN"C—Fd.i

vT

F)-----C=N——Fc'

茄躯的1/8部分

2.(2024.宁夏银川.模拟预测)金属钱被称为“电子工业脊梁”，GaN凭借其出色的功率性能、频率性能以及

散热性能，不仅应用于5G技术中，也让高功率、更快速充电由渴望变为现实。

【方法一】工业上利用粉煤灰(主要成分为Ga93、A12O3,SiO2,还有少量FeQj等杂质)制备氮化铉流程如

下:

也浓

已知：①钱性质与铝相似，金属活动性介于锌和铁之间；②常温下，相关元素可溶性组分物质的量浓度c

⑴“焙烧”的主要目的是

(2)“滤渣1”主要成分为。

⑶“二次酸化"中Na[Ga(0H4)]与过量CO?发生反应的离子方程式为

(4)“电解”可得金属Ga,写出阴极电极反应式_____。

(5)常温下，反应Ga(OH)3+OHU[Ga(OH)]的平衡常数K的值为。

【方法二】溶胶凝胶法

(6)步骤一：溶胶一凝胶过程包括水解和缩聚两个过程

①水解过程

②缩聚过程：在之后较长时间的成胶过程中，通过失水和失醇缩聚形成Ga2。?无机聚合凝胶

—

失水缩聚：Ga—OH+HO—Ga—>—Ga—0—Ga—+H2O

失醇缩聚：+HO-Ga-->-Ga-O-Ga-+C2H5OH(在下划线将失醇缩聚方程补充完整)

⑺步骤二：高温氨化(原理：Ga2O3+2NH3=2GaN+3H2O)

已知：GaN在空气中加热到800。(2时开始氧化，生成氧化镁。

该实验操作为：将GazOs无机聚合凝胶置于管式炉中，先通20min氮气后停止通入，改通入氨气，并加热

至850〜95(TC充分反应20min,再(补充实验操作)，得到纯净的GaN粉末。

2.（23-24高三下.河南周口.阶段练习）以主要成分为FeCo2s4的铁钻矿（杂质为MgO、SiO?）为原料制取

CO2O3和黄钠铁矶［Na2Fe6（SOj（OH）J的工艺流程如下图所示（已知还原性：Fe2+>Co2+）：

______

X.1''[

I

一•)<L.OHl,-(V<),

I[3

已知：“焙烧”后，Fe、Co元素完全转化为单质。

回答下列问题：

（1）黄钠铁帆中铁元素的化合价为价，检验气体A中是否含有SO。的方法可以为o

（2）第一次“氧化”中消耗的氧化剂与还原剂物质的量之比为，“调pH”时反应的离子方程式为,

（3）“氧化、沉钻”过程中加入的NaClO和Na2cO3物质的量之比为1：2,相应总反应的离子方程式为

Co（OH）3转化为CO2O3的基本方法是

（4）基态Fe3+的价层电子的轨道表示式为,铁可形成多种氧化物，其中一种铁的氧化物的晶胞结构及

该晶胞中的I、II两种结构如下图所示：

2+31

则图中表示Fe的是（填"A”或"B"），若晶体密度为pgttm,则阿伏加德罗常数NA=mol（用

含“、P的式子表示）。

4.（23-24高三下•四川成都•阶段练习）以某菱镒矿（含MnCOs、SiO2,FeCO,和少量AlQs等）为原料通过

以下方法可获得碳酸镒粗产品。

芟片矿

111333

已知Ksp(MnCO3)=2.2xIO-,ZTsp[Mn(OH)2]=1.9xIO,KJAl(OH1]=1.3xIO-

（l）Mn元素在周期表中的位置_________0

（2）滤渣中，含铁元素的物质主要是（填化学式，下同）；加NaOH调节溶液的pH约为5,如果pH

过大，可能导致滤渣中含量减少。

（3）滤液中，+1价阳离子除了H+外还有（填离子符号）。

（4）取“沉镒”前溶液amL于锥形瓶中，加入少量AgNC）3溶液（作催化剂）和过量的1.5%（NHjSzOg溶液，加

热，Mn"被氧化为MnO「反应一段时间后再煮沸5min［除去过量的（NH4^SQs］,冷却至室温。选用适宜

的指示剂，用bmoLL-的（NHjFe（SOj标准溶液滴定至终点，消耗（NHJFe（SOJ标准溶液VmL。

2+

①Mn与（NHJS2O8反应的还原产物为。

②“沉镒”前溶液中c（Mn2+）=mol-L'o（列出表达式）

（5）其他条件不变，“沉镒”过程中镒元素回收率与NH,HCO”初始浓度（0）、反应时间的关系如图所示。

①NH4HCO3初始浓度越大，镒元素回收率越（填“高”或"低”）。

②若溶液中c（Mn"）=L0mol.L\加入等体积1.8molNH4HCO3溶液进行反应，计算20〜40min内速

率丫（］\1巧=o

5.（23-24高三下•河南•阶段练习）锦和钢具有广泛用途。铭钢渣中铭和机以低价态含氧酸盐形式存在，主

要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铭钢渣中分离提取铭和机的一种流程如下图所示:

MgSC)4溶液

Na2c。3

稀H2so4(NH62SO4溶液稀H2so4Na2s2O5溶液I

NaOHH2O

通空气]］调pHI

调|pH

铭帆泮f煨烧浸取沉淀•|除j磷卜分离机还原十Cr(OH)3

水浸渣滤渣滤渣V2O5

已知：最高价锚酸根在酸性介质中以Cr?。；-存在，在碱性介质中以CrO『存在。

回答下列问题：

(1)燃烧过程中，钢和铭被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铭化合物主要为—(填化学式)。

(2)“浸取”步骤中，为了提高浸取率，结合工业生产实际，可以采取的措施有：一(答两条)。

(3)“沉淀”步骤中需严格控制稀硫酸的用量，只需将溶液调至弱碱性。若加入稀硫酸偏多，某种杂质将不能

有效除去，原因是—。“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiOs和MgNHJO”的形式沉淀，该步需要控

制溶液的pH=9以达到最好的除杂效果，其原因是—o

(4)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2sa)溶液。

①理论上，反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为一；

②若用过氧化氢还原Cr?。；-过程中还会生成较稳定的蓝色的过氧化铝(CQ,Cr为+6价)。CrO5分子中存

在过氧键，其结构式可表示为—o

(5)Cr(0H)3是一种灰绿色粉末，其化学性质与Al(OH)3相似，试写出Cr(0H)3与NaOH溶液反应的离子方

程式o

能力提升

已知：i.“焙烧”后，固体中主要含有Fe(VC)3)2、Fe(VO3)3,Mn(VO3)2,Ca(VC>3)2；“酸浸”后，机以VO；

形式存在。

ii.P204对四价凯(VO")具有高选择性，萃取Fe3+而不萃取Fe”。

iii.多钢酸镂微溶于冷水，易溶于热水。

iv.该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:

金属离子Fe3+Fe”Ca2+Mn2+

开始沉淀pH1.97.011.98.1

完全沉淀pH3.29.013.910.1

回答下列问题：

(1)基态Fe的价电子排布式为。

(2)“还原中和”时，还原步骤中VO；参与反应的离子方程式为o

(3)铀的漫出率与焙烧温度、硫酸加入量的关系如图1、图2所示。指出适宜的工艺条件为。使用冰

水洗涤多乳酸钱的目的是o

(4)流程中可循环使用的物质有0

(5)萃取后的“水相”中含有丰富的金属资源，经三道工序可回收MnSC>4溶液。请根据题给信息，参照上述工

艺流程,选用括号中所给试剂，将下列工艺流程剩余两步工序补充完整—(比。？、稀H2sO4、MnO、MnO2、

Na2co3)。

NaF

T厂i

水川一H沉代i—*—►MnSO.iflitt

nr__

CaF,

(6)已知常温下Mng、Ca旦的Ksp分别为5.0x10-3、2.0xW1%若上述水相“沉钙”后c(Ca2+)=10-7mol.U

理论上C（MY+）不超过molL1。

2.（23-24高三下•山东•阶段练习）污染物的处理和资源的充分利用是化学重要的研究课题，工业上用化工

厂尾气中低浓度SO?还原软镒矿（主要成分为MnOc,另含有少量铁、铝、铜、银、铅等金属化合物）制备高

性能磁性材料的主要原料MnCOs的流程如下:

一、3kl.KiV.j\1ri<>XiS\"H「OpH?:

♦1.1：,4.[.了rTL--------

:IIl-II厂

Itftt门体1,海2气体lit*：

已知：①常温时部分硫化物难溶盐的K,p即如下

难溶物CuSPbSNiSMnS

K

sp6.3x10-361.0x10-282.0x10-262.5x10-1。

②MnCOj难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃时开始分解;

③溶液中某离子的浓度W1.0xl0-5moi.LT时，即可认为该离子已沉淀完全。

（1）为提高“还原酸浸”的效率，可以采取的措施有（答出一条即可）；上述流程多次涉及过滤操作，实验

室进行过滤操作时需要用到的玻璃仪器有烧杯、o

（2）“还原酸浸”中所发生的最主要的氧化还原反应的离子方程式为。

（3）“除铁铝”时用MnCO3除去溶液中的A产时发生反应的离子方程式为0

（4）“除铜银铅”时，为使它们完全沉淀，需控制溶液中S2-的浓度的最小值为mol.L1。

（5）“沉锦”反应的离子方程式为o

（6）“洗涤、干燥”中，为减少损失，宜选用的洗涤剂为。

3.（2024.山西.模拟预测）MoC>3是生产含铝催化剂的重要原料，能溶于氨水和强碱。以铝精矿（主要成分是

、

MOS2,还含有CUSCaCO?、SiO2,FeS?等杂质）为原料制备MOO3的工艺流程如图所示:

已知：①“焙烧”时CaCOj和SiO?发生反应；M。元素转化为Mo。?、Fe2（MoO4）3,CuMoO4；

②“氨浸”时，Cu元素以［CU(NH3)4「的形式进入滤液1中，而Fe元素进入滤渣1中;

③Ksp(CuS)=6.0x10-36。

回答下列问题：

⑴尾气的成分有5和(填化学式)。

(2)“滤渣1”的主要成分是SiC>2和(填化学式)。

(3)写出“除杂”时反应的离子方程式_____。除杂后测得溶液中c(S2-)=0.0hnol/L,列式计算并判断Ci?+是

否沉淀完全_____。

(4)“酸沉”时加入HNC>3的作用是o

⑸写出四铝酸镂［(N应入MO4O13］发生“焙解”的化学方程式_____。

O

(6)MoC>3的结构和SO3相似，如图J，易升华，则MoOs晶体类型为。MoC)3晶体有多种晶

〃Q

OO

胞，正交相MoC>3具有独特的层状结构，层与层之间的作用力为范德华力，根据结构和作用力预测正交相

MOO3晶体在日常生活中可用作

(7)工业上还可以在碱性环境下用NaClO溶液和MoS2反应制备铝酸盐，同时生成副产品硫酸盐，写出该反应

的离子方程式_____o

4.(2024.陕西渭南.三模)重铭酸钾(KzCnCh)是一种重要的化工原料，可用于制铭帆、火柴、铝颜料，并供

糅革、电镀、有机合成等。工业上以铭铁矿［主要成分为Fe(CrO2)2,质量分数为67.2%,杂质主要为硅、铁、

铝的氧化物］为原料制备重铭酸钾的工艺流程如图所示：

已知：

①焙烧时Fe(CrO2)2中的Fe元素转化为NaFeO2,Cr元素转化为Na2CrO4；铝的氧化物转化为NaAlCh。

②Fe(CrCh)2的摩尔质量为224g/mol,LCn。的摩尔质量为294g/moL

③矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c(mol・L」)的对数值与pH的关系如图所示。

pH

某化工厂利用1000kg铭铁矿为原料，制备重铭酸钾。

请回答下列问题：

(1)写出“焙烧”过程中发生的主要反应的化学方程式：o

(2)“水浸”所得滤渣1的主要成分是Fe(OH)3,写出生成此滤渣的离子方程式：0

⑶在“中和，，步骤中加冰醋酸调节pH约等于7,中和后滤渣2的主要成分是(填化学式)。

(4)“酸化”时加冰醋酸调节pH约等于5,写出酸化过程中发生反应的离子方程式：