主觀題突破二無機化工流程及分析突破點1物質轉化過程的分析突破點2化工流程中陌生方程式的書寫目錄索引

突破點3化工流程中的分離及提純突破點4化工流程中的圖像、表格數據分析突破點5化工流程題中常見的計算類型突破點1物質轉化過程的分析聚焦核心要點1.化學工藝流程大題題型結構

2.化工流程中物質的追蹤(1)判斷主體物質的轉化:關注目標元素及其化合物在各步驟發生的反應,確定目標元素的存在形式、狀態,進一步確定物質分離、提純的方法。(2)判斷濾液和濾渣的成分:主要根據物質的性質判斷,特別是物質的溶解性,因此要熟記常見難溶于水、微溶于水的物質。(3)判斷可循環利用的物質:主要從以下四個方面判斷:一是看流程圖中是否有循環線;二是從過濾或結晶后的母液中尋找;三是從流程圖中需要加入的物質中尋找;四是從能發生可逆反應的物質中尋找。3.原料預處理的方法及目的

處理方法目的固體原料粉碎或研磨減小顆粒直徑,增大反應物接觸面積,增大浸取時的反應速率,提高浸取率煅燒或灼燒①除去硫、碳單質;②有機化合物轉化、除去有機化合物;③高溫下原料與空氣中的氧氣反應;④除去受熱不穩定的雜質等酸浸①溶解轉變成可溶物進入溶液中,以達到與難溶物分離的目的;②去氧化物(膜)堿溶①除去金屬表面的油污;②溶解鋁、氧化鋁等加熱①加快反應速率或溶解速率;②促進平衡向吸熱反應方向移動;③除雜,除去受熱不穩定的雜質,如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl等物質;④使沸點相對較低或易升華的原料變成氣態;⑤煮沸時促進溶液中的氣體(如氧氣)揮發逸出等4.反應條件的控制及目的

條件控制目的反應物用量或濃度①酸浸時提高酸的濃度可提高礦石中某金屬元素的浸取率;②增大便宜、易得的反應物的濃度,可以提高其他物質的利用率,使反應充分進行;③增大物質濃度可以加快反應速率,使平衡發生移動等控制溫度(常用水浴、冰浴或油浴)①防止副反應的發生②使化學平衡移動;控制化學反應的方向③控制固體的溶解與結晶④控制反應速率;使催化劑達到最大活性⑤升溫:促進溶液中的氣體逸出,使某物質達到沸點揮發⑥加熱煮沸:促進水解,聚沉后利于過濾分離⑦趁熱過濾:減少因降溫而析出的溶質的量⑧降溫:防止物質高溫分解或揮發;降溫(或減壓)可以減少能源成本,降低對設備的要求條件控制目的加入氧化劑(或還原劑)①轉化為目標產物的價態;②除去雜質離子[如把Fe2+氧化成Fe3+,而后調溶液的pH,使其轉化為Fe(OH)3沉淀除去]加入沉淀劑①生成硫化物沉淀(如加入硫化鈉、硫化銨、硫化亞鐵等);②加入可溶性碳酸鹽,生成碳酸鹽沉淀;③加入氟化鈉,除去Ca2+、Mg2+控制溶液的pH①調節溶液的酸堿性,使金屬離子形成氫氧化物沉淀析出(或抑制水解)②“酸作用”還可除去氧化物(膜)③“堿作用”還可除去油污,除去鋁片氧化膜,溶解鋁、二氧化硅等④特定的氧化還原反應需要的酸性條件(或堿性條件)精研核心命題例題(2023·全國新課標卷)鉻和釩具有廣泛用途。鉻釩渣中鉻和釩以低價態含氧酸鹽形式存在,主要雜質為鐵、鋁、硅、磷等的化合物。從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的一種流程如圖所示:

(1)煅燒過程中,釩和鉻被氧化為相應的最高價含氧酸鹽,其中含鉻化合物主要為

(填化學式)。

(2)水浸渣中主要有SiO2和

。

(3)“沉淀”步驟調pH到弱堿性,主要除去的雜質是

。

(4)“除硅磷”步驟中,使硅、磷分別以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀。該步需要控制溶液的pH≈9以達到最好的除雜效果。若pH<9時,會導致

;pH>9時,會導致

。

Na2CrO4Fe2O3鋁

磷不能除凈

硅不能除凈

C圖解要點

[變式演練](2024·湖南卷)銅陽極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一種含貴金屬的可再生資源,回收貴金屬的化工流程如下。已知:①當某離子的濃度低于1.0×10-5mol·L-1時,可忽略該離子的存在;②AgCl(s)+Cl-(aq)[AgCl2]-(aq)

K=2.0×10-5;③Na2SO3易從溶液中結晶析出;④不同溫度下Na2SO3的溶解度如下。溫度/℃020406080溶解度/g14.426.137.433.229.0回答下列問題。(1)Cu屬于

區元素,其基態原子的價層電子排布式為

。(2)“濾液1”中含有Cu2+和H2SeO3,“氧化酸浸”時Cu2Se反應的離子方程式為

。

(3)“氧化酸浸”和“除金”工序中均需加入一定量的NaCl。①在“氧化酸浸”工序中,加入適量NaCl的原因是

。

②在“除金”工序溶液中,Cl-濃度不能超過

mol·L-1。

ds3d104s1Cu2Se+4H2O2+4H+═2Cu2++H2SeO3+5H2O使銀元素轉化為AgCl沉淀

0.50.05(5)“濾液4”中溶質的主要成分為

(填化學式);在連續生產的模式下,“銀轉化”和“銀還原”工序需在40℃左右進行,若反應溫度過高,將難以實現連續生產,原因是

。

Na2SO3高于40℃后,Na2SO3的溶解度下降,“銀轉化”和“銀還原”的效率降低,難以實現連續生產解析:向銅陽極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)中加入H2O2、H2SO4、NaCl“氧化酸浸”,由題中信息可知,“濾液1”中含有Cu2+和H2SeO3,“濾渣1”中含有Au、AgCl、PbSO4;向“濾渣1”中加入NaClO3、H2SO4、NaCl,將Au轉化為Na[AuCl4]除去,“濾液2”中含有Na[AuCl4],“濾渣2”中含有AgCl、PbSO4;向“濾渣2”中加入Na2SO3,將AgCl轉化為[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-,過濾除去PbSO4,“濾液3”中含有[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-;向“濾液3”中加入Na2S2O4,將Ag元素還原為Ag單質,Na2S2O4轉化為Na2SO3,“濾液4”中的溶質主要為Na2SO3,可繼續進行“銀轉化”過程。(1)Cu的原子序數為29,位于第四周期第ⅠB族,位于ds區,其基態原子的價電子排布式為3d104s1。(5)由分析可知“濾液4”中溶質主要成分為Na2SO3;由不同溫度下Na2SO3的溶解度可知,高于40

℃后,Na2SO3的溶解度下降,“銀轉化”和“銀還原”的效率降低,難以實現連續生產。突破點2化工流程中陌生方程式的書寫聚焦核心要點1.化工流程中陌生化學方程式的書寫思路

獲取信息首先根據題給材料中的信息寫出部分反應物和生成物的化學式,再根據反應前后元素化合價有無變化判斷反應類型確定類型類型1元素化合價無變化則為非氧化還原反應,遵循質量守恒定律類型2元素化合價有變化則為氧化還原反應,除遵循質量守恒外,還要遵循得失電子守恒規律規范作答最后根據題目要求寫出化學方程式或離子方程式(需要遵循電荷守恒規律)即可2.流程中陌生的氧化還原反應方程式的書寫流程(1)首先根據題給材料中的信息確定氧化劑(或還原劑)與還原產物(或氧化產物),結合已學知識根據加入的還原劑(或氧化劑)判斷氧化產物(或還原產物)。(2)根據得失電子守恒配平氧化還原反應。(3)根據電荷守恒和反應物的酸堿性,在方程式左邊或右邊補充H+、OH-或H2O等。(4)根據質量守恒配平反應方程式。精研核心命題例題(2024·黑吉遼卷,16節選)中國是世界上最早利用細菌冶金的國家。已知金屬硫化物在“細菌氧化”時轉化為硫酸鹽,某工廠用細菌冶金技術處理載金硫化礦粉(其中細小的Au顆粒被FeS2、FeAsS包裹),以提高金的浸出率并冶煉金,工藝流程如下:回答下列問題:(1)“細菌氧化”中,FeS2發生反應的離子方程式為

。

(2)“沉鐵砷”時需加堿調節pH,生成

(填化學式)膠體起絮凝作用,促進了含As微粒的沉降。

(3)“沉金”中Zn的作用為

。

(4)濾液②經H2SO4酸化,[Zn(CN)4]2-轉化為ZnSO4和HCN的化學方程式為

。

用堿中和HCN可生成

(填溶質化學式)溶液,從而實現循環利用。

Fe(OH)3還原劑,將[Au(CN)2]-還原為AuNa2[Zn(CN)4]+2H2SO4═ZnSO4+Na2SO4+4HCNNaCN解析:向礦粉中加入足量空氣和H2SO4,在pH=2時進行“細菌氧化”,金屬硫化物中的S元素轉化為硫酸鹽,過濾,“濾液①”中主要含有Fe3+、

、含As微粒,加堿調節pH,Fe3+轉化為Fe(OH)3膠體,可起到絮凝作用,促進含As微粒的沉降,過濾可得到凈化液;“濾渣”的主要成分為Au,Au與空氣中的O2及NaCN溶液反應得到含[Au(CN)2]-的“浸出液”,向“浸出液”中加入Zn進行“沉金”得到Au和含[Zn(CN)4]2-的“濾液②”。(2)“沉鐵砷”時,加堿調節溶液的pH,Fe3+轉化為Fe(OH)3膠體,可起到絮凝作用,促進含As微粒的沉降。(3)“沉金”中Zn作還原劑,將[Au(CN)2]-還原為Au。(4)“濾液②”含有[Zn(CN)4]2-,經過H2SO4的酸化,[Zn(CN)4]2-轉化為ZnSO4和HCN,反應的化學方程式為Na2[Zn(CN)4]+2H2SO4═ZnSO4+4HCN+Na2SO4;用堿中和HCN得到的產物,可實現循環利用,即用NaOH中和HCN生成NaCN,NaCN可用于“浸金”步驟,從而可以循環利用。[變式演練](2024·安徽卷,15節選)精煉銅產生的銅陽極泥富含Cu、Ag、Au等多種元素。研究人員設計了一種從銅陽極泥中分離提取金和銀的流程,如下圖所示。回答下列問題:(1)“浸出液1”中含有的金屬離子主要是

。

(2)“浸取2”步驟中,單質金轉化為HAuCl4的化學方程式為

。

(3)“浸取3”步驟中,“浸渣2”中的

(填化學式)轉化為[Ag(S2O3)2]3-。

(4)“電沉積”步驟中陰極的電極反應式為

。“電沉積”步驟完成后,陰極區溶液中可循環利用的物質為

(填化學式)。

(5)“還原”步驟中,被氧化的N2H4與產物Au的物質的量之比為

。

Cu2+2Au+3H2O2+8HCl═2HAuCl4+6H2OAgClNa2S2O33∶4解析:精煉銅產生的“銅陽極泥”富含Cu、Ag、Au等元素,向“銅陽極泥”加入硫酸、H2O2進行浸取,Cu被轉化為Cu2+進入“浸出液1”中,Ag、Au不反應,“浸渣1”中含有Ag和Au;向“浸渣1”中加入鹽酸、H2O2進行浸取,Au轉化為HAuCl4進入“浸出液2”,Ag轉化為AgCl,“浸渣2”中含有AgCl;向“浸出液2”中加入N2H4將HAuCl4還原為Au,同時N2H4被氧化為N2;向“浸渣2”中加入Na2S2O3,將AgCl轉化為[Ag(S2O3)2]3-,得到“浸出液3”,利用電沉積法將[Ag(S2O3)2]3-還原為Ag。(1)由分析可知,向“銅陽極泥”加入硫酸、H2O2進行浸取,Cu被轉化為Cu2+進入“浸出液1”中,故“浸出液1”中含有的金屬離子主要是Cu2+。(2)“浸取2”步驟中,Au與鹽酸、H2O2發生氧化還原反應,生成HAuCl4和H2O,根據得失電子守恒及質量守恒,可得反應的化學方程式為2Au+8HCl+3H2O2═2HAuCl4+6H2O。

突破點3化工流程中的分離及提純聚焦核心要點1.過濾:分離固體與液體的常用方法。要分清楚需要的物質在濾液中還是在濾渣中。濾渣是難溶于水的物質,如SiO2、PbSO4、難溶的金屬氫氧化物和碳酸鹽等。2.從溶液中獲取晶體的方法及實驗操作(1)溶解度受溫度影響較小的物質(如NaCl)采取蒸發結晶的方法,實驗過程為:蒸發結晶、趁熱過濾(如果溫度下降,雜質也會以晶體的形式析出)、洗滌、干燥。(2)溶解度受溫度影響較大的物質、帶有結晶水的鹽或可水解的鹽采取冷卻結晶的方法,實驗過程為:蒸發濃縮(至少有晶膜出現)、冷卻結晶、過濾、洗滌(冰水洗、熱水洗、乙醇洗等)、干燥。3.萃取與反萃取(1)萃取:利用物質在兩種互不相溶的溶劑中的溶解度不同,將物質從一種溶劑轉移到另一種溶劑的過程。如用CCl4萃取溴水中的Br2。(2)反萃取:用反萃取劑使被萃取物從有機相進入水相的過程,為萃取的逆過程。4.蒸發與蒸餾(1)在某種氣體氛圍中進行蒸發可抑制水解:如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時,應在HCl的氣流中蒸發,以防其水解。(2)減壓蒸餾的原因:減小壓強,使液體沸點降低,防止受熱分解、氧化等。5.固體物質的洗滌

洗滌試劑適用范圍目的蒸餾水冷水產物不溶于水除去固體表面吸附著的雜質,可適當降低固體因為溶解而造成的損失熱水有特殊的物質其溶解度隨著溫度升高而下降除去固體表面吸附著的雜質,可適當降低固體因為溫度變化溶解而造成的損失有機溶劑(酒精、丙酮等)固體易溶于水、難溶于有機溶劑減少固體溶解;利用有機溶劑的揮發性除去固體表面的水分,產品易干燥飽和溶液對純度要求不高的產品減少固體溶解酸、堿溶液產物不溶于酸、堿除去固體表面吸附著的可溶于酸、堿的雜質,減少固體溶解洗滌沉淀的方法:向過濾器中加入洗滌劑至浸沒沉淀,待洗滌劑自然流下后,重復以上操作2~3次檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法:取少量最后一次的洗滌液置于試管中,向其中滴入檢驗試劑,若未出現特征反應現象,則沉淀洗滌干凈精研核心命題例題鉻酸鉛俗稱鉻黃,是一種難溶于水的黃色固體,也是一種重要的黃色顏料,常用作橡膠、油墨、水彩、色紙等的著色劑。工業上用草酸泥渣(主要含草酸鉛、硫酸鉛)和鉻礦渣(主要成分為Cr2O3,含有少量的SiO2、Fe2O3、Al2O3)為原料制備鉻酸鉛,實現資源的回收再利用,其流程如下:(1)“一系列操作”包括

、粉碎。

(2)為了使產品更純,需將“含Na2Cr2O7、Na2SO4的溶液”分離提純,依據如圖所示的溶解度信息,“含Na2Cr2O7、Na2SO4的溶液”分離提純的操作是

。分離提純后得到的固體的化學式為

。過濾、洗滌、干燥

蒸發結晶、趁熱過濾

Na2SO4解析:(1)鉻酸鉛難溶于水,合成后直接過濾、洗滌、干燥、粉碎可得產品。(2)依據圖示,溫度高于45

℃時,隨溫度升高,Na2SO4的溶解度減小,而Na2Cr2O7溶解度增大,故可在高溫下蒸發結晶析出Na2SO4,然后趁熱過濾,即可達到分離的目的。[變式演練](2024·山東臨沂一模節選)廢舊電池鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的主要成分為

,通過高溫氫化和濕法冶金的方法回收其中的鎳、鈷、錳、鋰,其工藝流程如圖所示。已知:①該工藝條件下,Ni2+開始沉淀的pH為2,Co2+開始沉淀的pH為3。②M2+(Co2+或Ni2+)的萃取原理:2HR(有機相)+M2+(水相)

MR2(有機相)+2H+(水相)。回答下列問題:(1)“高溫氫化”時固體產物為Co、Ni、MnO和LiOH,該反應的化學方程式為

;

實際生產中還有少量的Li2CO3生成,原因是

。

(2)“反萃取”的目的是將有機層中Co2+、Ni2+轉移到水層。①試劑X為

(填試劑名稱)。

②為使Co2+、Ni2+盡可能多地轉移到水層,應采取的實驗操作有

。LiOH與空氣中CO2反應

鹽酸

多次反萃取

解析:由題給流程可知,廢舊電池正極材料在氫氣和氮氣混合氣體中“高溫氫化”時,

轉化為鈷、鎳、一氧化錳和氫氧化鋰,“高溫氫化”時得到的固體經“水洗”、草酸“酸洗”得到草酸鋰;向草酸鋰中加入碳酸鈉溶液,將溶液中的鋰離子轉化為碳酸鋰沉淀,過濾得到碳酸鋰;向殘余物中加入硫酸溶液酸浸,將鈷、鎳、一氧化錳轉化為可溶的硫酸鹽,過濾得到浸渣和浸液;向浸液中加入高錳酸鉀,將溶液中的錳離子轉化為二氧化錳沉淀,過濾得到二氧化錳和濾液;向濾液中加入HR有機萃取劑萃取溶液中的Co2+和Ni2+,分液得到水相和有機相;向有機相中加入鹽酸,經多次反萃取、分液得到水相和有機相;水相中CoCl2和NiCl2在一定條件下分離得到CoCl2和NiCl2。(1)由分析可知,“高溫氫化”時發生的反應為

實際生產中還有少量的碳酸鋰生成說明反應生成的氫氧化鋰與空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鋰和水。(2)①由分析可知,試劑X為反萃取劑鹽酸,目的是萃取、分液得到含有CoCl2和NiCl2的水相;②由萃取原則可知,可以使用少量多次反萃取的方法使Co2+、Ni2+盡可能多地轉移到水層。突破點4化工流程中的圖像、表格數據分析聚焦核心要點1.圖像題(1)識圖——三看一看軸——橫、縱坐標所表示的化學含義(x軸和y軸表示的意義)(特別是雙縱坐標),尋找x、y軸之間的關系,因為這是理解題意和進行正確解答的前提;二看點——曲線中的特殊點(起點、終點、拐點、交叉點等);三看線——曲線的走勢(變化趨勢是上升、下降、波動等)。(2)析圖分析圖中為什么會出現這些特殊點,曲線為什么有這樣的變化趨勢和走向,分析曲線變化的因果關系;通過聯想,把課本內的有關化學概念、原理、規律等與圖中的曲線和相關點建立聯系。(3)用圖將相關的化學知識與圖中曲線緊密結合,在頭腦中構建新的曲線-知識體系,然后運用新的曲線-知識體系揭示問題的實質,解決實際問題。2.表格數據題(1)明含義:理解表格中各個數據的含義及其變化規律,巧妙地將表格語言轉換成化學語言。(2)析數據:理順表格中數據間的變化趨勢,聯系相關的化學知識,尋找其中的變化規律,快速準確地解決問題。精研核心命題例題(2023·北京卷,18節選)以銀錳精礦(主要含Ag2S、MnS、FeS2)和氧化錳礦(主要含MnO2)為原料聯合提取銀和錳的一種流程示意圖如下。已知:酸性條件下,MnO2的氧化性強于Fe3+。

(1)“浸銀”時,使用過量FeCl3、HCl和CaCl2的混合液作為浸出劑,將Ag2S中的銀以[AgCl2]-形式浸出。①將“浸銀”反應的離子方程式補充完整:□Fe3++Ag2S+□

□

+2[AgCl2]-+S

②結合平衡移動原理,解釋浸出劑中Cl-、H+的作用:

。

24Cl-2Fe2+Cl-是為了與Ag2S電離出的Ag+結合生成[AgCl2]-,使平衡正向移動,提高Ag2S的浸出率;H+是為了抑制Fe3+水解,防止生成Fe(OH)3沉淀解析:①Ag2S中S元素化合價升高,Fe元素化合價降低,根據得失電子守恒、元素守恒,該離子方程式為2Fe3++Ag2S+4Cl-

2Fe2++2[AgCl2]-+S;②Cl-是為了與Ag2S電離出的Ag+結合生成[AgCl2]-,使平衡正向移動,提高Ag2S的浸出率;H+是為了抑制Fe3+水解,防止生成Fe(OH)3沉淀。(2)“沉銀”過程中需要過量的鐵粉作為還原劑。①該步反應的離子方程式有

。

②一定溫度下,Ag的沉淀率隨反應時間的變化如圖所示。解釋tmin后Ag的沉淀率逐漸減小的原因:

。

2[AgCl2]-+Fe═Fe2++2Ag+4Cl-、2Fe3++Fe═3Fe2+、2H++Fe═Fe2++H2↑時間越長,溶液中c(Fe2+)升高,導致平衡2[AgCl2]-+Fe2Ag+4Cl-+Fe2+逆向移動,Ag溶解解析:①鐵粉可將[AgCl2]-還原為單質銀,過量的鐵粉還可以與Fe3+、H+發生反應,因此離子方程式為2[AgCl2]-+Fe═Fe2++2Ag+4Cl-、2Fe3++Fe═3Fe2+、2H++Fe═Fe2++H2↑;②時間越長,溶液中c(Fe2+)升高,導致平衡2[AgCl2]-+Fe2Ag+4Cl-+Fe2+逆向移動,Ag溶解,即Ag的沉淀率逐漸減小。(3)結合“浸錳”過程,從兩種礦石中各物質利用的角度,分析聯合提取銀和錳的優勢:

。

“浸錳”過程中,氧化錳礦中的MnO2作氧化劑、銀錳精礦中的FeS2作還原劑,不需要額外加入氧化劑與還原劑即可聯合提取解析:聯合提取銀和錳的優勢在于“浸錳”過程中,氧化錳礦中的MnO2作氧化劑、銀錳精礦中的FeS2作還原劑,不需要額外加入氧化劑與還原劑即可聯合提取。[變式演練](2024·山東聊城二模節選)一種利用濕法煉鋅凈化渣回收鈷并制備堿式碳酸鋅的工藝如下圖所示,已知凈化渣含有較多的Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)的硫酸鹽及氫氧化物(“Ⅱ”指相應元素的化合價為+2價)。(1)浸出渣的主要成分為

。

(2)研究加入Na2S2O8后溫度和時間對金屬脫除率的影響,所得曲線如下圖所示。金屬脫除是指溶液中的二價金屬離子被氧化后形成氫氧化物沉淀而除去。由圖可知“氧化沉鈷”適宜的條件是

,

Co(OH)3濾渣中還含有

。

(3)在適宜的條件下,加入Na2S2O8并調節溶液pH至5.0~5.2,反應生成Co(OH)3的離子方程式為

。

硫酸鉛

80℃、2hFe(OH)3解析:凈化渣中