秘籍15 工艺流程综合-备战2023年高考化学抢分秘籍（新高考专用）

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秘籍15 工艺流程综合
概率预测
☆☆☆☆☆
题型预测
填空题 ☆☆☆☆☆
考向预测
物质的制备、分离提纯、化学实验、离子方程式的书写的综合分析及应用

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，是无机框图的拓展创新。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。化工工艺流程题能有效考查考生的“变化观念与平衡思想、科学探究与创新意识”等化学学科核心素养。近五年来作为高考题的固定题型，此类题目往往取材于国际国内的化学期刊杂志，没有固定的物质制备或分离类型，情境新颖，在题干问题设置上注重逻辑，往往还有关联提问。重点考查化学基础知识和基本能力，特别是对物质制备方法、物质间的转化途径、混合物分离和除杂方法、化学实验基本操作方法、陌生情景中化学方程式或离子方程式的书写及简单计算能力的综合考查。

考点一、工艺流程操作及原因
常见的操作
思考角度
表面处理
用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法(打磨)加快反应速率，使反应更充分或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等
加氧化剂
氧化某物质，生成目标产物或除去某些离子
分离、提纯
过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作
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
在其他气体
中进行的反
应或操作　
要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应；或能否达到隔绝空气、防氧化、防水解、防潮解等目的
控制溶
液的pH
①调节溶液的酸碱性，使金属离子形成氢氧化物沉淀析出(或抑制水解)
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防止副反应的发生
②使化学平衡移动；控制化学反应的方向
③控制固体的溶解与结晶
④控制反应速率；使催化剂达到最大活性
⑤升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发
⑥加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离
⑦趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量
⑧降温：防止物质高温分解或挥发；降温(或减压)可以减少能源成本，降低对设备的要求
洗涤晶体
①水洗：通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质
②冰水洗涤：能洗去晶体表面的杂质离子，且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗
③用特定有机试剂清洗晶体：洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度、有利于析出，减少损耗等
④洗涤沉淀的方法：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
考点二、分离与提纯操作
①物质分离、提纯的六种物理方法
─
↓
─
↓
─
↓
─
↓
─
↓
─
②分离提纯语言描述规范答题
(ⅰ)溶液结晶答题规范
从溶液中得到带结晶水的晶体的规范是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
(ⅱ)除杂答题规范
在书写某一步骤是为了除杂时，应该规范回答，“是为了除去××杂质”，“除杂”等一类万能式的回答是不能得分的。

技法一、陌生方程式的书写
首先根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式，再根据反应前后元素化合价有无变化判断反应类型：
①元素化合价无变化则为非氧化还原反应，遵循质量守恒定律。
②元素化合价有变化则为氧化还原反应，除遵循质量守恒外，还要遵循得失电子守恒规律。最后根据题目要求写出化学方程式或离子方程式(需要遵循电荷守恒规律)即可。
技法二、化学计算
①计算公式
(ⅰ)物质的质量分数(或纯度)＝×100%
(ⅱ)产品产率＝×100%
(ⅲ)物质的转化率＝×100%
②计算方法——关系式法
在多步反应中，若第一步反应的产物是下一步反应的反应物，可以根据化学方程式将某中间物质作为“中介”，找出已知物质和所求物质之间量的关系，也可通过守恒关系直接确定原料与所给数据物质之间的关系。

例1．三盐基硫酸铅(3PbO·PbSO4·H2O，其相对分子质量为990)简称“三盐”，不溶于水及有机溶剂。主要适用于不透明的聚氯乙烯硬质管、注射成型制品，也可用于人造革等软质制品。以铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐的工艺流程如下图所示

已知：Ksp(PbSO4)=1.82×10-8，Ksp(PbCO3)=1.46×10-13
请回答下列问题：
(1)写出步骤①“转化”的离子方程式：_______。
(2)根据下图溶解度曲线，由滤液1得到Na2SO4固体的操作为：将“滤液1”_______、_______、用乙醇洗涤后干燥。

(3)步骤③“酸溶”，为提高酸溶速率，可采取的措施是_______(任意写出一条)。
(4)“滤液2”中可循环利用的溶质为_______(填化学式)。若步骤④“沉铅”后的滤液中c(Pb2+)=1.82×10-5mol·L-1，则此时c(SO)=_______mol·L-1。
(5)步骤⑥“合成”三盐的化学方程式为_______。
(6)若消耗100.0 t铅泥，最终得到纯净干燥的三盐49.5 t，假设铅泥中的铅元素有75%转化为三盐，则铅泥中铅元素的质量分数为_______。
例2．绿矾被广泛用于医药和工业领域，工业上两种制备绿矾(FeSO4·7H2O)的方法如下：
方法一：利用黄铜矿粉(主要成分为CuFeS2)制取绿矾(流程如图1所示)

(1)试剂a和试剂b分别为___________(填名称)，操作1的名称为___________
(2)有一种细菌在有氧气存在的稀硫酸中可以将CuFeS2氧化成硫酸盐，写出该反应的化学方程式：___________
方法二：利用工业废铁屑制取绿矾(流程如图2所示)

(3)加入适量Na2CO3溶液的作用是___________
(4)实验室进行操作Ⅰ需要用到的玻璃仪器的名称为___________
(5)可通过检验CO判断操作Ⅰ是否洗涤干净，检验方法为___________
(6)测定绿矾产品中FeSO4·7H2O含量的方法如下：
a．称取3.72g绿矾产品，溶解，在250mL容量瓶中定容
b．量取25.00mL待测液于锥形瓶中
c．用硫酸酸化的0.0100mol·L-1KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液体积的平均值为20.00mL
①滴定时盛放KMnO4溶液的仪器名称为___________
②样品中FeSO4·7H2O的质量分数为___________×100%(用分数表示)
③上述测定中，若滴定管规格为50mL，则步骤a中称取样品的质量不能超过___________g(保留小数点后四位)
例3．工业上利用锌焙砂(主要成分为，含有少量、、等)生产高纯的流程示意图如下。

(1)用足量溶液和氨水“浸出”锌焙砂。
①“浸出”前，锌焙砂预先粉碎的目的是___________。
②通过“浸出”步骤，锌焙砂中的转化为，该反应的离子方程式为___________。
(2)“浸出”时转化为。“除砷”步骤①中用作氧化剂，步骤①反应的离子方程式为___________。
(3)“除重金属”时，加入溶液。滤渣Ⅱ中含有的主要物质是___________和。
(4)“蒸氨”时会出现白色固体，运用平衡移动原理解释原因：___________。
(5)“沉锌”步骤①中加入足量溶液将白色固体转化为的离子方程式为___________。
(6)“煅烧”步骤中，不同温度下，分解的失重曲线和产品的比表面积变化情况如图1、图2所示。
已知：i．固体失重质量分数=×100％。
ii．比表面积指单位质量固体所具有的总面积；比表面积越大，产品的活性越高。

①280℃时煅烧，后固体失重质量分数为33.3％，则的分解率为___________％(保留到小数点后一位)。
②根据图1和图2，获得高产率(分解率>95％)、高活性(比表面积)产品的最佳条件是___________(填字母序号)。
a．恒温280℃，　　　　　b．恒温300℃，
c．恒温350℃，　　　　d．恒温550℃，
(7)该流程中可循环利用的物质有___________。
1.（2023·河北唐山·高三统考）高纯碳酸锶主要用于荧光玻璃、电子陶瓷、磁氧体和高科技领域。一种由工业级硝酸锶(含有Ba2+、Ca2+、Mg2+等杂质)制备高纯碳酸锶的工艺流程如下：

已知：①BaCrO4不溶于水，在水溶液中与Ba2+不能结合。
②在碱性条件下不能转化为Cr3+。
③常温下，各物质的溶度积常数如下表所示：
化合物
Ca(OH)2
CaC2O4
Mg(OH)2
MgC2O4
SrCO3
Ksp近似值
4.6×10-6
2.2×10-9
5.6×10-12
4.8×10-6
5.6×10-10
回答下列问题：
(1)硝酸锶溶解前需要粉碎，其目的是___________。
(2)“除钡”时，pH偏低会导致的利用率不高，原因是___________(用离子方程式解释)；不同pH时的利用率随时间变化曲线如图所示，分析“除钡”过程中需用氨水将溶液调至pH=___________。

(3)“还原”时发生反应的离子方程式为___________。
(4)“滤渣2”的成分主要是含镁物质和___________(填化学式)。
(5)已知：碳酸的电离常数Ka1=4.5×10-7、Ka2=4.7×10-11，则“碳化”时，反应Sr2+(aq)+2(aq)SrCO3(s)+H2CO3(aq)的平衡常数K=___________(保留两位有效数字)。
(6)“洗涤”过程中能够除去SrCO3中的微量可溶性杂质，该杂质除NH4HCO3外还可能___________(填化学式)。
2．（2023·宁夏吴忠·校联考一模）硫酸锰是一种重要的化工中间体。一种以高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)与氧化锰矿(主要成分为MnO2等锰的氧化物)为原料制备硫酸锰的工艺流程如下：

已知：①“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。
②金属离子在水溶液中沉淀的pH范围如下表所示(25°C)：
物质
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Mn(OH)2
Al(OH)3
开始沉淀的pH
1.9
7.6
7.3
3.0
完全沉淀的pH
3.2
9.6
9.3
5.2
③离子浓度≦10-5mol·L-1时，离子沉淀完全。
(1)“混合焙烧”的主要目的是___________。
(2)若试剂a为MnO2，则氧化步骤发生反应的离子方程式为___________，若省略“氧化”步骤，造成的影响是___________。
(3)“中和除杂”时，应控制溶液的pH范围是___________。
(4)“氟化除杂”后，若使溶液中Mg2+沉淀完全，需维持c(F-)不低于___________。(已知：Ksp(MgF2)=6.4×10-10)
(5)“碳化结晶”时发生反应的离子方程式为___________，最后一步系列操作主要是___________。
3．（2023·山东德州·模拟）金属钴(Co)是一种重要的战略金属，有着较为广泛的用途。如图是利用含钴废料(主要成分为Co2O3，还含少量Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO、SiO2等杂质)制备草酸钴的工艺流程。回答下面问题：

(1)在“硫酸浸取”时，能提高“酸浸”速率的方法有_____(任写一种)。滤渣1的成分是_____(写化学式)。
(2)写出反应①的离子方程式：_____、_____。写出反应②的离子方程式：_____。
(3)操作1中加入NaHCO3的作用是_____。
(4)已知：Ksp(CaF2)=5.3×10-9，Ksp(MgF2)=5.2×10-12，若向溶液c中加入NaF溶液，当Mg2+恰好沉淀完全，即溶液中c(Mg2+)=1.0×10-5mol•L-1，此时溶液中c(Ca2+)最大等于_____mol•L-1。
(5)若沉钴中得到二水合草酸钴CoC2O4·2H2O(M=183g/mol)热分解质量变化过程如图所示。其中600℃以前是隔绝空气加热，600℃以后是在空气中加热。A、B、C均为纯净物，请写出从反应B点到C点的化学方程式_____。

(6)用乙醇燃料电池作电源电解含Co2+的水溶液制备金属钴，其装置如图甲、乙。

①图乙中Co电极应连接乙醇燃料电池的_____极(填“a”或“b”)。
②图甲中a极上发生的电极反应是______。
4．（2023·河南·高三统考）选择性催化还原法脱硝技术在工业上广泛应用，为实现废SCR催化剂(主要成分V2O5、WO3、TiO2等)再生利用，工艺流程如下。已知：钒酸钠和钨酸钠易溶于水，钛酸钠难溶于水。25°C时Ksp(CaWO4)>Ksp(H2WO4)。

(1)“焙烧”过程中V2O5与Na2CO3反应的化学方程式为___________。
(2)“水浸、过滤”后滤渣的化学式为___________。
(3)“盐洗”使用的试剂是___________。
(4)“沉钒”反应的离子方程式为___________。
(5)“沉钨”后用盐酸对CaWO4沉淀进行酸洗的目的是___________。
(6)H2WO4经“一系列操作”得到WO3，“一系列操作”是___________。
(7)该工艺流程实现废SCR催化剂再生利用的产品有___________。
5．（2023·河南安阳·统考二模）氧化锌在橡胶、油漆涂料、化工、医疗及食品等行业有着广泛应用。一种以含锌烟灰(含有ZnO、CuO、PbO、FeO、Fe2O3、MnO、MnO2、CdO等)为原料制备氧化锌的工艺流程如图所示：

已知：i．二价金属氧化物能分别与氨配合生成配离子，如[Fe(NH3)2]2+、[Mn(NH3)2]2+、[Zn(NH3)4]2+；
ii．25°C时相关物质的Ksp如下表：
物质
MnS
FeS
ZnS
PbS
CdS
CuS
Ksp
2.5×10-13
6.3×10-18
1.6×10-24
8.0×10-28
3.6×10-29
5.0×10-36
iii．Zn(OH)2和ZnCO3的分解温度分别为125°C、300°C。
请回答下列问题：
(1)“氧化预处理”阶段得到的氧化产物有FeOOH、MnO2，写出生成FeOOH的离子方程式：___________；“氧化预处理”的目的是___________。
(2)若“氨浸”阶段溶解ZnO时消耗的n(NH3·H2O)：n(NH4HCO3)=2：1，写出该反应的离子方程式：___________。
(3)已知：4NH3(aq)+Cu2+(aq)=[Cu(NH3)4]2+(aq) K=1013，则[Cu(NH3)4]2+(aq)+S2-(aq)=CuS(s)+4NH3(aq)的化学平衡常数K1为___________。
(4)实验室模拟蒸氨装置如图所示。蒸氨时控制温度为95°C左右，在装置b中[Zn(NH3)4]2+转化为碱式碳酸锌沉淀。

①用水蒸气对装置b加热时，连接装置a、b的导管应插入装置b的位置为___________(填字母)。
A．液面上方但不接触液面
B．略伸入液面下
C．伸入溶液底部
②在不改变水蒸气的温度、浸出液用量和蒸氨时间的条件下，为提高蒸氨效率和锌的沉淀率，可采取的措施是___________(写出一种)。
③混合气体e可返回至“___________”阶段循环利用。
(5)研究发现Znx(OH)y(CO3)z。热分解得到ZnO的过程可分为两步。某实验小组取11.2gZnx(OH)y(CO3)z固体进行热重分析，两步反应的固体失重率()依次为8.0%、19.6%，则Znx(OH)y(CO3)z的化学式为___________。
6．（2023·上海闵行·统考二模）硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]常称为摩尔盐，溶于水且溶解度随温度升高而增大，不易溶于乙醇，在空气中不易被氧化，比硫酸亚铁稳定，常用来配制亚铁离子溶液。实验制备步骤如图：

(1)步骤①中硫酸浓度应选择___________。(选填编号)
a．98%浓硫酸b．3mol•L﹣1硫酸c．15mol•L﹣1硫酸d．0.05mol•L﹣1硫酸
(2)在制备FeSO4的过程中，铁粉与硫酸的物质的量比宜控制在0.8~0.9左右。当n(Fe)：n(H2SO4)>1时，由于硫酸的殆尽，增加了Fe2+的水解，降低了产率和产品质量。当n(Fe)：n(H2SO4)