大題突破：化學工藝流程綜合題-2025屆高中化學一輪復(fù)習

「命題研究推斷

該題型以工藝流程圖的形式再現(xiàn)實際生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，情境真實而富有意義，旨在引導(dǎo)學生學以致用，解決

生產(chǎn)、生活中的實際問題，有利于培養(yǎng)學生的科學精神和社會責任感?？疾榈闹R多為產(chǎn)物的判斷，陌生化學方

程式、離子方程式或電極反應(yīng)式的書寫，溫度控制在一定范圍的原因分析，溶度積常數(shù)的有關(guān)計算等。工藝流程

題是高考的熱點題型，綜合性強，難度較大，是高考試卷中的拉分題目之一。

f典題示例研析

[(2024.全國甲卷26題節(jié)選)鉆在新能源、新材料領(lǐng)域具有重要用途。某煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、

鉆、鎰的+2價氧化物及鋅和銅的單質(zhì)。從該廢渣中提取鉆的一種流程如下。

稀H2solH2sNa2S2O8NaOHNaClO

慧濾液

浸渣CuSMnO2濾渣Co(OH):t

注：加沉淀劑使一種金屬離子濃度小于等于lOfmolL-I其他金屬離子不沉淀，即認為完全分離。

已知：①Ksp(CuS)=6.3X10—36,&p(ZnS)=2.5X10~22,%(CoS)=4.0X10-21o

②以氫氧化物形式沉淀時，lg[c(M)/(mol.L-1)]和溶液pH的關(guān)系如圖所示。

r

q

-

O

E-3

X

W—I

X

M-5

一pH

回答下列問題：

(1)“酸浸”前，需將廢渣磨碎，其目的是。

(2)假設(shè)“沉銅”后得到的濾液中c(Zn2+)和c(Co2+)均為0.lOmoLLi,向其中加入Na2s至Z#+沉淀完

全，此時溶液中c(C02+)=mol-L1,據(jù)此判斷能否實現(xiàn)2聲+和C02+的完全分離(填“能”或

“不能”)。

(3)“沉淀”步驟中，用NaOH調(diào)pH=4,分離出的濾渣是

(4)“沉鉆”步驟中，控制溶液pH=5.()?5.5,加入適量的NaClO氧化C02+,其反應(yīng)的離子方程式為.

(5)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

倒2：（2024?貴州高考16題節(jié)選）煤氣化渣屬于大宗固廢，主要成分為Fe2C）3、AI2O3、SiC>2及少量MgO等。一

種利用“酸浸一堿沉一充鈉”工藝，制備鈉基正極材料NaFePCU和回收AI2O3的流程如下：

Mg(OH)2A1(OH)3

品種

已知:

33

①25℃時，Ksp[Fe(OH)3]=2.8X10-9,&p[Al(OH)3]=1.3XW,^sp[Mg(OH)2]=5.6XICT'

AKOH)3品種、

②2Na[Al(OH)4](aq)'加熱溶出A12O3-3H2O(s)+2NaOH(aq)□

回答下列問題：

(1)“濾渣”的主要成分為(填化學式)。

(2)25℃時，“堿沉”控制溶液pH至3.0,此時溶液中c(Fe3+)=mol-L-1o

(3)“除雜”時需加入的試劑X是o

(4)“水熱合成”中，NH4H2P04作為磷源，“濾液2”的作用是

水熱合成NaFePCU的離子方程式為_______________________________________

f能力培養(yǎng)點撥

一、明確試題模式，建立思維模型

1.明確試題模式

考慮副產(chǎn)品的循環(huán)利用

圖1圖2圖3

圖1箭頭表示反應(yīng)物加入和生成物出來；

圖2箭頭表示反應(yīng)物分步加入和生成物出來；

圖3箭頭表示循環(huán)反應(yīng)。

2.“元素追蹤法”速析工藝流程圖

通過對比原料及目標產(chǎn)品中的元素組成，先將元素分為“產(chǎn)品元素”和“雜質(zhì)元素”，再追蹤原料中和目標產(chǎn)品

中均存在的元素，即追蹤“產(chǎn)品元素”。

必要轉(zhuǎn)化

核心反應(yīng)

明確所產(chǎn)品元素目標產(chǎn)品）

,有元素.雜質(zhì)元素卜T去除（或利用））

運用沉淀法、離子交換法等

二、熱點考查分類突破

（-）流程中濾渣成分的確定

濾渣成分判斷的三個維度

舉例濾渣的成分

公…以電石渣［主要成分為Ca（OH）2和CaCCh］為原料制備KCIO3的流程如圖:

維度1

H2OCl2KC1

過量的反應(yīng)j?__ICaCO3>Ca(OH)2

物電石渣f碇f陶畫］—阿田-……^KCIO3固體

濾渣

某粉煤灰經(jīng)預(yù)處理后含CU2。、SiO2>AI2O3、FeO等化合物，一種綜合利用工

藝設(shè)計的流程如下:

維度2

鹽酸

II2O2CaCO3NaOH溶液

原料中不參粉

氧

酸

水

堿

煤

淀

溶液

沉r濾渣I為SiO,Cu

化

浸

解

溶液f溶T；2

與反應(yīng)的物灰-r*Al(Oil)

渣

濾

液

母nL母液

濾渣I

質(zhì)及生成物物質(zhì)

;x

+2+

已知：Cu2O+2H^Cu+Cu+H2O

工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產(chǎn)堿式硫酸鐵［Fe（OH）

維度3SO4,易溶于水］的工藝流程如圖:

雜質(zhì)轉(zhuǎn)化的過量廢鐵屑NaHCO,NaNOzH^SO,調(diào)節(jié)pHAl(OH)3

I4Ii

物質(zhì)稀硫酸f反火11—1麗-麗IT反應(yīng)U—一堿式硫酸鐵

源潛NO

「提能演練升華

1.硫酸鋅（ZnSO4）是制備各種含鋅材料的原料，在防腐、電鍍、醫(yī)學上有諸多應(yīng)用。硫酸鋅可由菱鋅礦制備，菱

鋅礦的主要成分為ZnCCh，雜質(zhì)為SiCh以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制備流程如下:

XKMnO,Zn粉

菱鋅礦H2SO4

焙燒浸取

濾渣④

本題中所涉及離子的氫氧化物的溶度積常數(shù)如下表:

離子椅

Fe3+4.0X10-38

Zn2+6.7X10-17

Cu2+2.2X10—2°

Fe2+8.0X10-16

Mg2+1.8X10-1

(1)加入物質(zhì)X[Ca(OH)2]調(diào)溶液pH=5,濾渣①的主要成分是

(2)濾渣④與濃硫酸反應(yīng)可以釋放HF并循環(huán)利用，同時得到的副產(chǎn)物是、o

(二)流程中?？嫉姆蛛x提純技術(shù)——萃取、反萃取

1.化工流程中常用的分離操作

化工流程中分離提純、除雜等環(huán)節(jié)，與高中化學基本實驗的原理緊密聯(lián)系，包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗

滌、烘干、蒸館、萃取、分液等基本實驗操作及原理，并要熟悉所用到的相關(guān)儀器。

2.萃取與反萃取考查角度

(1)萃取法分離

考查角度舉例問題

用如圖所示的實驗甲置進行萃取分液，以

除去溶液中的F2d3+O為使Fe3+盡可能多地從水相轉(zhuǎn)移至有機相，采取的

萃取操作

1A儀器A操作：向裝有水溶液的儀器A中加入一定量的有機

的考查

H萃取劑，充分振蕩、靜置、分液，并重復(fù)多次

Q2+

%(X8■萃取劑AMnCo2+

/o萃取劑A

M6

萃取劑窿o已知萃取劑A、B及pH對鉆、銃離子萃取率的影響

4?萃取劑B

Mo

2如圖所示，為了除去Mn2+,應(yīng)選擇萃取劑B

的選擇O：萃取劑B

)12345P4

AF+、Co24的萃取率與pH的關(guān)系如圖所

zJKo萃取分離鉆、鋁離子的實驗操作：向萃取分液后的有

pH范圍100機相中加稀硫酸調(diào)pH=3~4,分液可得CoSO4溶

580

的選擇■60液，繼續(xù)向萃取分液后的有機相中加稀硫酸調(diào)pH在

建40

據(jù)200.5以下，然后分液，可得Ab(SO4)3溶液

0

^2~3~4~5~6pH

①要除去的離子在萃取劑中的溶解度遠大于有效離子的溶解度。②離子在不同的萃取劑中溶解

歸納總結(jié)

度相差越大越好。③選擇合適的pH范圍分離離子，要求該pH范圍內(nèi)離子溶解度相差較大

(2)反萃取分離

考查角度示例問題

碘單質(zhì)與濃NaOH溶液發(fā)生的反

實驗室從碘的CC14溶液中提取12,可以采用反萃取法，具體步驟

應(yīng)為3L+6NaOH^5Nal+

反萃取如下：

NaIO3+3H2O,操作A為分液，

的目的竺沖世4含工的懸濁液1

碘的CC1液NaOH溶液

4目的是使中的進入水層；

溶液，操作BCC1412

操作A|固態(tài)"單質(zhì)|

操作B為過濾

帆及其化合物在工業(yè)上有許多用途。從廢帆(主要成分為V2O3、

V2O5>FezCh、FeO、SiO2)中提取五氧化二鈾的一種工藝流程如

圖。“溶劑萃取與反萃取”可表示為

反萃取劑KC3溶劑萃取.

反萃取劑J0

V02++HzR，反萃取VOR+2H

凡SO,O2有機溶劑H2R

的選擇有機層|流.上濃矗

登T酸漫、氧化一…,萩］+。為了提高V02+的產(chǎn)率，反萃

-[*￥I

廢渣v,o?取劑可選用硫酸

已知：①VOSO4能溶于水，V02+與Fe不能反應(yīng)。

2+

②有機溶劑H2R對VCP+及Fe3+萃取率高，但不能萃取Fe

f提能演練升華

2.一種從陽極泥(主要成分為Cu、Ag、Pt、Au、AgzSe和Cu2s等)中回收Se和貴重金屬的工藝流程如圖所示:

O2O2,HNO3NaCl

II,I

陽極泥f隔斑］f酸浸氧化I濾液1?版副「

II

SO2,SeO2濾渣I

反萃取劑萃取邛RH)

溶液_|反，取|?有機相庠前《濾液口

CU(NO3)Z?

NaOH、Na282c),混合液Na^O,溶液,

AL盤

I

濾液w

已知：S2O廠易與Ag+形成配離子：Ag++2s2。7u［Ag(S2O3)2產(chǎn)，常溫下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2.80X10i3。

濾液IV中含有Na2sO3和Na2s2O3,則“還原”中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為=

濾液IV可返回(填“工序名稱”)工序循環(huán)使用。但循環(huán)多次后，銀的浸出率會降低，原因是

_____________________________________(試從平衡原理解釋)o

(三)流程中Ksp的相關(guān)計算

1.流程中金屬陽離子分離提純時溶液pH的控制

化工流程中常常通過加堿調(diào)節(jié)溶液pH的方法除去某些金屬陽離子，要求被除去的金屬陽離子沉淀完全(即其濃度

小于IO-1noi.廠1),但被提純的金屬陽離子不能同時沉淀出來。因此，需要通過Ksp計算金屬陽離子開始沉淀和

沉淀完全時的pH,其計算流程：

對于M(0H)”,Ksp=c(M"+)-c11(OH)=c(OH)=”1&今0(H+)=—0—=pH=—lgc(H+)。

PJc(Mn+)c(0H.)r0

【示例分析】

17

己知：25℃時，Ksp[Zn（OH）2]=W,

Ksp[Fe（OH）3]=10—39,要除去0.1moLL-iZnSCU溶液中混有的少量Fe3+,應(yīng)控制溶液的pH范圍是.

f提能演練I升華

3.用軟鑄礦（主要成分為MnCh，含少量Fe3（D4、A12O3）制備高純MnCCh的部分工藝流程如下:

硫化領(lǐng)硫酸①試劑X

，溶液1②氨水

軟錘

礦粉'

硫黃濾渣“

高純碳酸鎰一……

碳酸氫錠"I氨水

已知：用硫酸酸浸后得到的是0.1mol-L-iMnSC）4溶液，其中含有少量FeSCU、Fe2（SO4）3和Ab（SO4）3，25℃

時相關(guān)物質(zhì)的Ksp見下表。

物質(zhì)Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2

KspIXIO^1631X10-38.61X10-3231X10-127

凈化時需加入的試劑X為（填化學式），再使用氨水調(diào)溶液的pH,則調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是.

4.工業(yè)上以軟錦礦（主要成分為MnCh，還含有少量FezCh）和輝銅礦（主要成分為M0S2,還含有少量Si、Ni的

氧化物）為原料，制備四車目酸錢晶體[（NH4）2Mo4。13,21120]和硫酸錦晶體的工藝流程如下。

硫化鈉

MnSO,?4H?g森T操例*-［調(diào)PH窿蝴*

濾渣

碳酸鈉溶液

空氣一

叔胺-H

軟鎰黃鈉鐵研

礦、輝

鋁礦試劑X

盛取H

浸出渣

硫酸

叔胺

鶻瞿薩O”

毋液

已知:pKsp=一lgKsp,常溫下,NiS和MnS的pap分別為19.4和12.6；1g2=0.3。

(1)“除鐵”后的溶液中c（M「+）=0.5mol.L'1,當溶液中可溶組分濃度cWl.OX10-6moiL一時，可認為已

除盡,則“除?！睉?yīng)控制溶液pH的范圍是.［已知pc(S2-)=-lgc(S2-),該溶液中pc(S2-)和pH

的關(guān)系為pc（S2D=15.1—pH；忽略溶液體積變化]。

(2)“萃取”的原理為2R3N（叔胺）+2H++MOO：U（R3NH）2M0CU，則“反萃取”中的試劑X最適宜選用

（填字母）。

a.稀硫酸b.(NH4)2sO4溶液

c.NaOH溶液d.氨水

2.利用金屬陽離子沉淀完全或開始沉淀的pH計算Kp

【示例分析】

己知常溫下有關(guān)金屬陽離子開始沉淀和沉淀完全的pH如表:

金屬離子Fe3+Al3+Mg2+

開始沉淀的pH2.23.79.5

沉淀完全(c=l.0X

3.24.711.1

105mol-L1)的pH

(1)常溫下，0.01molL-AF+的溶液開始產(chǎn)生沉淀的pH=3.7則Kp[Al(OH)3]=

(2)常溫下，AF+沉淀完全的pH=4.7,則Ksp[Al(OH)3]=。

「提能演練升華

5.某油脂廠廢棄的油脂加氫保催化劑主要含金屬Ni、AhFe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質(zhì)。采用如下工

藝流程回收其中的保制備硫酸保晶體(NiSCUIlhO)：

NaOH溶液稀硫酸坨。2溶液NaOH溶液

我也警奉警也幸嚼鑫

劑濾液①濾渣②濾渣③

溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀時的pH如表所示：

金屬離子Ni2+Al3+Fe3+Fe2+

開始沉淀時(c=0.01mol.171)的pH7.23.72.27.5

沉淀完全時(c=l.OX10~5mol-L-1)

8.74.73.29.0

的pH

利用上述表格數(shù)據(jù)，計算Ni(OH)2的Kp=____________________________(列出計算式0如果“轉(zhuǎn)化”后的

溶液中Ni2+濃度為1.0mol-L-1,則“調(diào)pH”應(yīng)控制的pH范圍是。

6.磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiCh、SiO2>AhCh、MgO、CaO以及少量的FezCh。為節(jié)約和充分利用資

源，通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。

(NHJSO,熱水氨水

鬻封鼾引雍幽分步.淀i氫氧化物沉淀

L云^浸渣母金①

T酸溶|-----X水解iTiO2-.xH2O

酸酸溶渣熱水母液②

該工藝條件下，有關(guān)金屬離子開始沉淀和沉淀完全時的pH見下表：

金屬離子Fe3+Al3+Mg2+Ca2+

開始沉淀時的pH2.23.59.512.4

沉淀完全時(c=l.0X10-5mol-L的pH3.24.711.113.8

(1)“水浸”后“濾液”的pH約為2.0,在“分步沉淀”時用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6,依次析出的金屬離子

是O

(2)“母液①”中Mg2+濃度為mol-L^o

大題突破3化學工藝流程綜合題

典題示例研析

【例1】(1)使固體和酸充分接觸，加快反應(yīng)速率(2)1.6X10-4不能(3)Fe(OH)3(4)2Co2++

CKT+5H2O^2CO(OH)3J+CC+4H+(5)用NaOH調(diào)節(jié)濾液pH為8.2?12,使鋅沉淀完全并過濾

解析：(1)“酸浸”時磨碎廢渣，能夠增大反應(yīng)物與稀硫酸的接觸面積，加快“酸浸”速率。(2)由題給信息

可知，此時c(Zn2+)WlOfmoLL-I則c。2一)=%曾22.5XICT。?101匚I則c(C<)2+)=^sp(C°S>

1.6X10-4mol-L-1<0.10mol-L-1,C<?+開始沉淀，故不能實現(xiàn)Zi?+和C(?+的完全分離。(3)由已知信息②可

知，溶液pH=4時，F(xiàn)e3+全部轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3?(4)“沉鉆”時，Co?+與C1O「反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Co(OH)3與Cl

一,該反應(yīng)的離子方程式為2co2++CKT+5H2O^2CO(OH)31+C「+4H+。(5)由已知信息②可知，Zi?卡在

pH為8.2?12時以Zn(OH)2沉淀形式析出，故回收Zn(OH)2時應(yīng)調(diào)pH為8.2?12,再過濾分離。

+2+

【例2】(1)SiO2(2)2.8X10-6(3)NaOH(4)作鈉源、中和H2PO；電離出的H+Na+Fe+

H2PO4+NH；+3OH-=NaFePO4；+NH31+3H2O

FQ03、AU。；,、Na++Fj+HaPO-NH:+BOH-A

Si。?及少Fe"、AT、Mg"NaFePO4I+NH,f+3H2O

量:。濃則N癥湍稀H空如o.

煤氣化渣嵋隔腐嗡2。。，

TTNaOH

)渣過1X足量,濾瞥穩(wěn)定劑

Si°2濾液1謁處塞一主語NaOH

_主要含Al盯WMg(OH),Al(OH)卜施fA2

解析：品種

(1)SiCh不溶于硫酸，也不與硫酸反應(yīng)，故酸浸時濾渣主要為SiCh。(2)pH=3.0,c(OH)=10-11mol-L-

1,此時溶液中c(Fe3+)=/p[Fe(°H>3]=2.8x10-3：mo].L-i=2.8X10-6moi.L-1。(3)“堿沉”控制溶液pH至

c3(OH-)(io-11)

3.0,所得濾液1主要含有AF+、Mg2+,加入過量X是為了分離二者，結(jié)合除雜后Mg2+轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2沉

淀、A"+進入溶液可知，試劑X為NaOH。(4)結(jié)合已知②可知，水解所得濾液2的主要成分為NaOH,其在

“水熱合成”中可提供Na元素形成NaFePCU，并且OH-可中和H2PO；電離出的H卡,促進產(chǎn)物的生成。

—\

(-)

提能演練升華

1.(1)SiO2CaSO4Fe(OH)3(2)CaSO4MgSO4

解析：(1)當沉淀完全時，離子濃度小于IO'moll-,結(jié)合表格Ksp計算各離子完全沉淀時pH<5的只有Fe3

+,故濾渣①中有Fe(OH)3，又CaS04是微溶物，SiCh不溶于酸，故濾渣①的主要成分是Fe(OH)3、CaSCU、

SiO2o(2)經(jīng)分析知，濾渣④為CaF2、MgF2,與濃硫酸反應(yīng)可得到HF,同時得到的副產(chǎn)物為CaSCU、MgS04o

(二)

提能演練升華

2.2[Ag(S2O3)2]3-+S20：+4OH-2Agl+2S07+4S2O7+2H2。溶浸隨循環(huán)次數(shù)的增加，浸出液中

*34

(SzO>)減小，c(C「)增大，AgCl(s)+2S2O廠(aq)=[Ag(S2O3)21"(aq)+CP(叫)平衡向左移

動，故銀的浸出率降低

解析：濾液III中[Ag(S2O3)2]3一被Na2S2O4還原為Ag,自身被氧化為Na2so3，該反應(yīng)離子方程式為2[Ag

(S2O3)2]3-+S207+4OH-^2Agj+2so7+4S2O>+2H2O,故濾液IV為Na2sCh和Na2s2O3的混合液，可返

回“溶浸”工序循環(huán)使用；隨著循環(huán)次數(shù)的增加，浸出液中c(S2。；一)減小，c(CF)增大，AgCl(s)+

3

2s2。廠(aq)U[Ag(S2O3)2]-(aq)+C1-(aq)平衡向左移動，故銀的浸出率降低。

(三)

1.示例分析

計算Fe3+沉淀完全時的pH：

Kw-1-27*-1_

c(OH)=(TL」=3^-mol-L-ig?10-iL3molL-i=>c(H+)=■—mol-L=10mol-L=>pH=1g

c(Fe3+)\10-5*10-11-3FD

c(H+)=2.7

+

計算Zr?+開始產(chǎn)生沉淀時的pH：c(OH)=}:彳；:累2工J：：moLL_i=]0_8moLL-Gc(H)

11101171=10-6mol-L^pH=-lg10-6=6

因此應(yīng)控制溶液pH的范圍是2.7WpH<6。

提能演練升華

3.H2O24.9WpH<8.15

解析：Mn(OH)2和Fe(OH)2的金相近，因此需加入H2O2將Fe?+氧化成Fe3+,由于Ksp[Al(OH)3]>

Ksp[Fe(OH)3]，故需計算AF+沉淀完全和Mt?+開始產(chǎn)生沉淀的pH,A^+沉淀完全時，c(OFT)=

3Ksp[Al(OH)3]

mol-L-l=10-91mol-L^'=>c(H+)=———=———mol-L1=10-49molL-|=>pH=—lg10

-c(Al3+)-c