化學工藝流程題--核心反應與條件控制

01考情分析02真題精研03規(guī)律?方法?技巧04經(jīng)典變式練

05核心知識精煉06基礎測評07能力提升

考情分析

化學工藝流程題是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關的化學知識

步步設問，是無機框圖的創(chuàng)新。它以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為基礎，與化工生產(chǎn)成本、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護等相融

合，考查物質的制備、檢驗、分離提純等基本實驗原理在化工生產(chǎn)中的實際應用，要求考生依據(jù)流程圖分

析原理，緊扣信息，抓住關鍵、準確答題。這類試題具有較強的實用性和綜合性，是高考化學命題的常考

題型。

真題精研

1.(2024.全國.高考真題)鉆在新能源、新材料領域具有重要用途。某煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鉆、

鋪的+2價氧化物及鋅和銅的單質。從該廢渣中提取鉆的一種流程如下。

稀H2s。4NaClO

煉鋅

酸浸沉豆—?濾液

廢渣

浸渣

注：加沉淀劑使一種金屬離子濃度小于等于10」mol.L」，其他金屬離子不沉淀，即認為完全分離。

21

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

②以氫氧化物形式沉淀時，lg[c(M)/(mol.L」)]和溶液pH的關系如圖所示。

(一

-

J-

-

回答下列問題：

⑴“酸浸”前，需將廢渣磨碎，其目的是O

(2)“酸浸”步驟中，CoO發(fā)生反應的化學方程式是一。

(3)假設“沉銅”后得到的濾液中c(Zn")和c(Co")均為o.iOmol.L",向其中加入Na2s至Zn"沉淀完全，此

時溶液中c(C02+)=mobL1,據(jù)此判斷能否實現(xiàn)Z!?+和Co?+的完全分離—(填“能”或“不能”)。

(4)“沉鋪”步驟中，生成LOmolMnO”產(chǎn)生H*的物質的量為—。

(5)“沉淀”步驟中，用NaOH調pH=4,分離出的濾渣是一。

(6)“沉鉆”步驟中，控制溶液pH=5.0~5.5,加入適量的NaClO氧化Co",其反應的離子方程式為—。

(7)根據(jù)題中給出的信息，從“沉鉆”后的濾液中回收氫氧化鋅的方法是—o

規(guī)律?方法-技巧

解答化工工藝流程題的三種方法

(1)首尾分析法：對比流程中第一種物質與產(chǎn)品，從對比中找出原料與產(chǎn)品之間的關系，理清流程中原料

轉化為產(chǎn)品的基本原理以及分離除雜的方式，結合題問逐一作答。

(2)截段分析法：對于較復雜的采用截段，再進行整合。

(3)“瞻前顧后”分析法：在流程中除了考慮將原料轉化為產(chǎn)品，還要考慮副產(chǎn)品的循環(huán)使用，這類題常要

瞻前又要顧后。

經(jīng)典變式練

1.(2024?河北?高考真題)V2O5是制造鋼鐵合金、金屬鋼的原料，也是重要的催化劑。以苛化泥為焙燒添

加劑從石煤中提取V2O5的工藝，具有鋼回收率高、副產(chǎn)物可回收和不產(chǎn)生氣體污染物等優(yōu)點。工藝流程如

下。

■VQ,

已知：i石煤是一種含V2O3的礦物，雜質為大量AKO3和少量CaO等；苛化泥的主要成分為

CaCO3>NaOH、Na2cO3等。

ii高溫下，苛化泥的主要成分可與AIQs反應生成偏鋁酸鹽；室溫下，偏機酸鈣［Ca(VO3)21和偏鋁酸鈣均難

溶于水。回答下列問題：

(1)鈾原子的價層電子排布式為；焙燒生成的偏鋼酸鹽中鋼的化合價為,產(chǎn)生的氣體①為

(填化學式)。

(2)水浸工序得到濾渣①和濾液，濾渣①中含鋼成分為偏鋼酸鈣，濾液中雜質的主要成分為(填化學式)。

(3)在弱堿性環(huán)境下，偏鈾酸鈣經(jīng)鹽浸生成碳酸鈣發(fā)生反應的離子方程式為；COZ加壓導入鹽浸工序

可提高浸出率的原因為;浸取后低濃度的濾液①進入(填工序名稱),可實現(xiàn)鋼元素的充分利用。

(4)洗脫工序中洗脫液的主要成分為(填化學式)。

(5)下列不利于沉斜過程的兩種操作為(填序號)。

a.延長沉鋼時間b.將溶液調至堿性c.攪拌d.降低NH4cl溶液的濃度

核心知識精煉

一、化工流程答題基本思路

化學工藝流程考什么？

康律：主就主產(chǎn)品、分支用產(chǎn)品、回頭為■環(huán).

核心考點I原材料憒處理、生產(chǎn)條件的控制、物質的分離操作

二、一個完整的無機化工生產(chǎn)流程一般具有下列過程：

原料f對原料的預處理?核心化學反應—?產(chǎn)品的提純和分離—?目標產(chǎn)物

三、核心反應與條件控制：

1.溶液的PH：

提供酸堿性環(huán)境反應、抑制或促進離子水解等產(chǎn)生沉淀便于分離等。調節(jié)PH的方法：調節(jié)pH所需的物質

一般應滿足兩點：一是能與酎反應，使溶液pH增大；二是不引入新雜質。（一般酸、堿、氧化物、水解的

鹽等）如：要除去Cu^中混有的F1+,可加入CuO、CU（OH）2、Cuz（OH）2cO3等物質來調節(jié)溶液的pH,不

可加入NaOH溶液、氨水等。

①調節(jié)溶液的酸堿性，使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀析出（或抑制水解）O

②加入酸或調節(jié)溶液至酸性還可除去氧化物（膜）。

③加入堿或調節(jié)溶液至堿性還可除去油污，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）。

2.溫度：

（1）升溫一一加快反應（溶解）速率；促進平衡向吸熱方向移動；去除熱穩(wěn)定性差的物質或易升華的物質。

（2）降溫一一防止物質分解，揮發(fā)；使平衡向放熱方向移動；使高沸點的物質液化，使其與其他物質分離；

降低溶解度，減少損失。

（3）控溫——水浴、沙浴、油浴——受熱均勻，便于控制溫度。溫度太高一-速率太快；物質可能分解、

揮發(fā)、水解；催化劑可能中毒；發(fā)生副反應等。溫度太低一一速率可能太慢;催化劑活性不高;物質轉化率、

產(chǎn)率不高等。

主要從物質性質（熱穩(wěn)定性、水解、氧化性或還原性、溶解度、熔沸點、揮發(fā)性、膠體聚沉等）和反應原理（反

應速率、平衡移動、催化劑活性、副反應)兩個角度思考。

3.控制壓強：改變速率，影響平衡。

4.使用合適的催化劑：加快反應速率，縮短達到平衡所需要的時間。

5.趁熱過濾：防止某物質降溫時析出。

6.洗滌：常見的洗滌方式有“水洗”和“乙醇洗”。“水洗”的目的是除去沉淀或晶體表面殘留的雜質，

當沉淀物的溶解度隨溫度升高而增大時一般可用冰水洗；“乙醇洗”既可以除去沉淀或晶體表面殘留的雜

質，又可以降低晶體的溶解度，減少損失，還可以利用乙醇易揮發(fā)的性質，加快除去沉淀或晶體表面的水

分。

7.氧化：氧化劑的選擇要依據(jù)試題設置的情境，常見的氧化劑有氯氣、過氧化氫、氧氣和次氯酸鈉等，為

了避免引入新的雜質，通常選擇的氧化劑有過氧化氫和氧氣。

基礎測評

已知：①電解制取錢時，溶液中的氯離子會影響錢的析出。②Cu+Cu2++2Cr=2CuClJ。

-

⑴基態(tài)Zn?+的價層電子排布式為,lmol[Ga(OH)4]中含有。鍵的數(shù)目為。

(2)黃鈉鐵磯的化學式為NaFe3(SO4)2(OH)6,晶體顆粒大、易沉降。

①“沉鐵”時生成黃鈉鐵磯的離子方程式為o

②不采用調節(jié)PH的方式沉鐵，可能的原因是：Ga?+容易生成Ga(OH)3而損失；(答2點)。

(3)“還原除雜”時先向溶液中加入一定量的銅粉，反應一段時間后再向溶液中加入稍過量Zn粉，加入銅粉的

目的是0

(4)Zn計與Ga3+的各物種的分布分數(shù)隨pH的變化如圖所示。“調節(jié)pH=8.2"時，pH不能過高的原因

是O

100

:叫\(zhòng)n^

02468101214

沼液pH

⑸通過計算探究氨水能否溶解Ga(0肛。已知：室溫時，/[Ga(OH)3]=l.OxlOf,

53+

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

Ga(OH)3+NH3以。口[Ga(OH)]+NH；的平衡常數(shù)為=

(6)在沉鐵前可以加入鐵氧化鉀檢驗Fe?+是否被完全氧化，若有Fe?+則會觀察到藍色沉淀。該藍色沉淀是一

種鐵的配合物KFe[Fe(CN)6],其晶胞的:如圖[右未標出，占據(jù)四個互不相鄰的小立方體(晶胞的)部分)

OO

的體心]。若該晶體的密度為0g-加-3,則1個該晶胞含個CN\Fe?和Fe?+的最短距離為

Pm(設NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，列出計算式即可)。

,Fu—C三NFc'*

Z|

Fe*uN"C—Fd.i

vT

F)-----C=N——Fc'

茄軀的1/8部分

2.(2024.寧夏銀川.模擬預測)金屬錢被稱為“電子工業(yè)脊梁”，GaN憑借其出色的功率性能、頻率性能以及

散熱性能，不僅應用于5G技術中，也讓高功率、更快速充電由渴望變?yōu)楝F(xiàn)實。

【方法一】工業(yè)上利用粉煤灰(主要成分為Ga93、A12O3,SiO2,還有少量FeQj等雜質)制備氮化鉉流程如

下:

也濃

已知：①錢性質與鋁相似，金屬活動性介于鋅和鐵之間；②常溫下，相關元素可溶性組分物質的量濃度c

⑴“焙燒”的主要目的是

(2)“濾渣1”主要成分為。

⑶“二次酸化"中Na[Ga(0H4)]與過量CO?發(fā)生反應的離子方程式為

(4)“電解”可得金屬Ga,寫出陰極電極反應式_____。

(5)常溫下，反應Ga(OH)3+OHU[Ga(OH)]的平衡常數(shù)K的值為。

【方法二】溶膠凝膠法

(6)步驟一：溶膠一凝膠過程包括水解和縮聚兩個過程

①水解過程

②縮聚過程：在之后較長時間的成膠過程中，通過失水和失醇縮聚形成Ga2。?無機聚合凝膠

—

失水縮聚：Ga—OH+HO—Ga—>—Ga—0—Ga—+H2O

失醇縮聚：+HO-Ga-->-Ga-O-Ga-+C2H5OH(在下劃線將失醇縮聚方程補充完整)

⑺步驟二：高溫氨化(原理：Ga2O3+2NH3=2GaN+3H2O)

已知：GaN在空氣中加熱到800。(2時開始氧化，生成氧化鎂。

該實驗操作為：將GazOs無機聚合凝膠置于管式爐中，先通20min氮氣后停止通入，改通入氨氣，并加熱

至850?95(TC充分反應20min,再(補充實驗操作)，得到純凈的GaN粉末。

2.（23-24高三下.河南周口.階段練習）以主要成分為FeCo2s4的鐵鉆礦（雜質為MgO、SiO?）為原料制取

CO2O3和黃鈉鐵磯［Na2Fe6（SOj（OH）J的工藝流程如下圖所示（已知還原性：Fe2+>Co2+）：

______

X.1''[

I

一?)<L.OHl,-(V<),

I[3

已知：“焙燒”后，F(xiàn)e、Co元素完全轉化為單質。

回答下列問題：

（1）黃鈉鐵帆中鐵元素的化合價為價，檢驗氣體A中是否含有SO。的方法可以為o

（2）第一次“氧化”中消耗的氧化劑與還原劑物質的量之比為，“調pH”時反應的離子方程式為,

（3）“氧化、沉鉆”過程中加入的NaClO和Na2cO3物質的量之比為1：2,相應總反應的離子方程式為

Co（OH）3轉化為CO2O3的基本方法是

（4）基態(tài)Fe3+的價層電子的軌道表示式為,鐵可形成多種氧化物，其中一種鐵的氧化物的晶胞結構及

該晶胞中的I、II兩種結構如下圖所示：

2+31

則圖中表示Fe的是（填"A”或"B"），若晶體密度為pgttm,則阿伏加德羅常數(shù)NA=mol（用

含“、P的式子表示）。

4.（23-24高三下?四川成都?階段練習）以某菱鎰礦（含MnCOs、SiO2,FeCO,和少量AlQs等）為原料通過

以下方法可獲得碳酸鎰粗產(chǎn)品。

芟片礦

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）濾渣中，含鐵元素的物質主要是（填化學式，下同）；加NaOH調節(jié)溶液的pH約為5,如果pH

過大，可能導致濾渣中含量減少。

（3）濾液中，+1價陽離子除了H+外還有（填離子符號）。

（4）取“沉鎰”前溶液amL于錐形瓶中，加入少量AgNC）3溶液（作催化劑）和過量的1.5%（NHjSzOg溶液，加

熱，Mn"被氧化為MnO「反應一段時間后再煮沸5min［除去過量的（NH4^SQs］,冷卻至室溫。選用適宜

的指示劑，用bmoLL-的（NHjFe（SOj標準溶液滴定至終點，消耗（NHJFe（SOJ標準溶液VmL。

2+

①Mn與（NHJS2O8反應的還原產(chǎn)物為。

②“沉鎰”前溶液中c（Mn2+）=mol-L'o（列出表達式）

（5）其他條件不變，“沉鎰”過程中鎰元素回收率與NH,HCO”初始濃度（0）、反應時間的關系如圖所示。

①NH4HCO3初始濃度越大，鎰元素回收率越（填“高”或"低”）。

②若溶液中c（Mn"）=L0mol.L\加入等體積1.8molNH4HCO3溶液進行反應，計算20?40min內速

率丫（］\1巧=o

5.（23-24高三下?河南?階段練習）錦和鋼具有廣泛用途。銘鋼渣中銘和機以低價態(tài)含氧酸鹽形式存在，主

要雜質為鐵、鋁、硅、磷等的化合物，從銘鋼渣中分離提取銘和機的一種流程如下圖所示:

MgSC)4溶液

Na2c。3

稀H2so4(NH62SO4溶液稀H2so4Na2s2O5溶液I

NaOHH2O

通空氣]］調pHI

調|pH

銘帆泮f煨燒浸取沉淀?|除j磷卜分離機還原十Cr(OH)3

水浸渣濾渣濾渣V2O5

已知：最高價錨酸根在酸性介質中以Cr?。；-存在，在堿性介質中以CrO『存在。

回答下列問題：

(1)燃燒過程中，鋼和銘被氧化為相應的最高價含氧酸鹽，其中含銘化合物主要為—(填化學式)。

(2)“浸取”步驟中，為了提高浸取率，結合工業(yè)生產(chǎn)實際，可以采取的措施有：一(答兩條)。

(3)“沉淀”步驟中需嚴格控制稀硫酸的用量，只需將溶液調至弱堿性。若加入稀硫酸偏多，某種雜質將不能

有效除去，原因是—。“除硅磷”步驟中，使硅、磷分別以MgSiOs和MgNHJO”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，其原因是—o

(4)“還原”步驟中加入焦亞硫酸鈉(Na2sa)溶液。

①理論上，反應中氧化劑和還原劑的物質的量之比為一；

②若用過氧化氫還原Cr?。；-過程中還會生成較穩(wěn)定的藍色的過氧化鋁(CQ,Cr為+6價)。CrO5分子中存

在過氧鍵，其結構式可表示為—o

(5)Cr(0H)3是一種灰綠色粉末，其化學性質與Al(OH)3相似，試寫出Cr(0H)3與NaOH溶液反應的離子方

程式o

能力提升

已知：i.“焙燒”后，固體中主要含有Fe(VC)3)2、Fe(VO3)3,Mn(VO3)2,Ca(VC>3)2；“酸浸”后，機以VO；

形式存在。

ii.P204對四價凱(VO")具有高選擇性，萃取Fe3+而不萃取Fe”。

iii.多鋼酸鏤微溶于冷水，易溶于熱水。

iv.該工藝條件下，溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:

金屬離子Fe3+Fe”Ca2+Mn2+

開始沉淀pH1.97.011.98.1

完全沉淀pH3.29.013.910.1

回答下列問題：

(1)基態(tài)Fe的價電子排布式為。

(2)“還原中和”時，還原步驟中VO；參與反應的離子方程式為o

(3)鈾的漫出率與焙燒溫度、硫酸加入量的關系如圖1、圖2所示。指出適宜的工藝條件為。使用冰

水洗滌多乳酸錢的目的是o

(4)流程中可循環(huán)使用的物質有0

(5)萃取后的“水相”中含有豐富的金屬資源，經(jīng)三道工序可回收MnSC>4溶液。請根據(jù)題給信息，參照上述工

藝流程,選用括號中所給試劑，將下列工藝流程剩余兩步工序補充完整—(比。？、稀H2sO4、MnO、MnO2、

Na2co3)。

NaF

T廠i

水川一H沉代i—*—?MnSO.iflitt

nr__

CaF,

(6)已知常溫下Mng、Ca旦的Ksp分別為5.0x10-3、2.0xW1%若上述水相“沉鈣”后c(Ca2+)=10-7mol.U

理論上C（MY+）不超過molL1。

2.（23-24高三下?山東?階段練習）污染物的處理和資源的充分利用是化學重要的研究課題，工業(yè)上用化工

廠尾氣中低濃度SO?還原軟鎰礦（主要成分為MnOc,另含有少量鐵、鋁、銅、銀、鉛等金屬化合物）制備高

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廠

Itftt門體1,海2氣體lit*：

已知：①常溫時部分硫化物難溶鹽的K,p即如下

難溶物CuSPbSNiSMnS

K

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

②MnCOj難溶于水、乙醇，潮濕時易被空氣氧化，100℃時開始分解;

③溶液中某離子的濃度W1.0xl0-5moi.LT時，即可認為該離子已沉淀完全。

（1）為提高“還原酸浸”的效率，可以采取的措施有（答出一條即可）；上述流程多次涉及過濾操作，實驗

室進行過濾操作時需要用到的玻璃儀器有燒杯、o

（2）“還原酸浸”中所發(fā)生的最主要的氧化還原反應的離子方程式為。

（3）“除鐵鋁”時用MnCO3除去溶液中的A產(chǎn)時發(fā)生反應的離子方程式為0

（4）“除銅銀鉛”時，為使它們完全沉淀，需控制溶液中S2-的濃度的最小值為mol.L1。

（5）“沉錦”反應的離子方程式為o

（6）“洗滌、干燥”中，為減少損失，宜選用的洗滌劑為。

3.（2024.山西.模擬預測）MoC>3是生產(chǎn)含鋁催化劑的重要原料，能溶于氨水和強堿。以鋁精礦（主要成分是

、

MOS2,還含有CUSCaCO?、SiO2,FeS?等雜質）為原料制備MOO3的工藝流程如圖所示:

已知：①“焙燒”時CaCOj和SiO?發(fā)生反應；M。元素轉化為Mo。?、Fe2（MoO4）3,CuMoO4；

②“氨浸”時，Cu元素以［CU(NH3)4「的形式進入濾液1中，而Fe元素進入濾渣1中;

③Ksp(CuS)=6.0x10-36。

回答下列問題：

⑴尾氣的成分有5和(填化學式)。

(2)“濾渣1”的主要成分是SiC>2和(填化學式)。

(3)寫出“除雜”時反應的離子方程式_____。除雜后測得溶液中c(S2-)=0.0hnol/L,列式計算并判斷Ci?+是

否沉淀完全_____。

(4)“酸沉”時加入HNC>3的作用是o

⑸寫出四鋁酸鏤［(N應入MO4O13］發(fā)生“焙解”的化學方程式_____。

O

(6)MoC>3的結構和SO3相似，如圖J，易升華，則MoOs晶體類型為。MoC)3晶體有多種晶

〃Q

OO

胞，正交相MoC>3具有獨特的層狀結構，層與層之間的作用力為范德華力，根據(jù)結構和作用力預測正交相

MOO3晶體在日常生活中可用作

(7)工業(yè)上還可以在堿性環(huán)境下用NaClO溶液和MoS2反應制備鋁酸鹽，同時生成副產(chǎn)品硫酸鹽，寫出該反應

的離子方程式_____o

4.(2024.陜西渭南.三模)重銘酸鉀(KzCnCh)是一種重要的化工原料，可用于制銘帆、火柴、鋁顏料，并供

糅革、電鍍、有機合成等。工業(yè)上以銘鐵礦［主要成分為Fe(CrO2)2,質量分數(shù)為67.2%,雜質主要為硅、鐵、

鋁的氧化物］為原料制備重銘酸鉀的工藝流程如圖所示：

已知：

①焙燒時Fe(CrO2)2中的Fe元素轉化為NaFeO2,Cr元素轉化為Na2CrO4；鋁的氧化物轉化為NaAlCh。

②Fe(CrCh)2的摩爾質量為224g/mol,LCn。的摩爾質量為294g/moL

③礦物中相關元素可溶性組分物質的量濃度c(mol?L」)的對數(shù)值與pH的關系如圖所示。

pH

某化工廠利用1000kg銘鐵礦為原料，制備重銘酸鉀。

請回答下列問題：

(1)寫出“焙燒”過程中發(fā)生的主要反應的化學方程式：o

(2)“水浸”所得濾渣1的主要成分是Fe(OH)3,寫出生成此濾渣的離子方程式：0

⑶在“中和，，步驟中加冰醋酸調節(jié)pH約等于7,中和后濾渣2的主要成分是(填化學式)。

(4)“酸化”時加冰醋酸調節(jié)pH約等于5,寫出酸化過程中發(fā)生反應的離子方程式：