易错专题20 化学工艺流程题解题策略（原卷版）-2024年高考化学考前易错聚焦

这是一份易错专题20 化学工艺流程题解题策略（原卷版）-2024年高考化学考前易错聚焦，共17页。试卷主要包含了物质制备型，物质分离提纯型等内容，欢迎下载使用。

一、物质制备型
1.原料处理阶段
(1)常见原料处理的方法:溶解、水(酸或碱)浸、浸出、灼(焙、煅)烧等。
(2)加快反应速率的方法:搅拌、加热、粉碎等。
2.分离提纯阶段
(1)调pH除杂:控制溶液的酸碱性,使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。
(2)加热:加快反应速率或促进平衡向某个反应方向移动。
(3)降温:防止某物质在高温时会溶解(或分解)或使化学平衡向着题目要求的方向移动。
(4)水(酸或碱)溶法:除去可溶性(碱性或酸性)杂质。
(5)氧化剂或还原剂法:除去还原性或氧化性杂质。
(6)分离方法:过滤、蒸发(冷却)结晶、萃取和分液、蒸馏(或分馏)等。
3.获得产品阶段
(1)洗涤:(冰水、热水)洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中溶解损耗。
(2)根据物质溶解度差异选择正确的方法,如蒸发浓缩、冷却结晶或蒸发结晶、趁热过滤。
二、物质分离提纯型
物质分离提纯型工艺流程题主要是针对混合物的除杂、分离和提纯。解题时找出要得到的主要物质是什么,混有的杂质有哪些,分析加入某一试剂后,能与什么物质发生反应,生成了什么物质,要用什么样的方法才能将杂质除去,将工艺流程转化为物质的转化流程,明确各步所加试剂或相关操作的目的。工艺流程题中文字表述题答题方法如下：
1.“加过量试剂”:常考虑反应完全或增大转化率、产率等。
2.“控制pH”:常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。
3.“能否加其他物质”:常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。
4.“控制较低温度”:常考虑物质的挥发、物质的不稳定性和物质的转化等。
5.“判断沉淀是否洗净”:常取少量最后一次洗涤液于试管中,向其中滴加某试剂,以检验其中的某种离子。
6.“检验某物质的设计方案”:通常取少量某物质于试管中,加水溶解,再加入另一试剂产生某现象,然后得出结论。
7.“用某些有机试剂清洗”:(1)降低物质溶解度有利于产品析出;(2)洗涤沉淀可减少损耗和提高利用率等。
8.“在空气中或在其他气体中”:主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。
考点精练
1．（2024·安徽黄山·二模）氧缺位体是热化学循环分解水制氢的催化剂。一种以黄铜矿(主要成分是，含、等杂质)为原料制备流程如图所示：
已知：①酸浸后溶液中的金属离子有和
②时已知几种金属离子沉淀的如表所示：
请回答下列问题：
(1)“焙烧”时生成三种氧化物，其中金属氧化物的化学式为 。
(2)焙烧产物中的在有氧条件下利用石灰石浆液吸收可制得一种副产品 。(填化学式)
(3)流程中，若无“还原”工序，造成的后果是 。
(4)已知有两种同分异构体，则“沉铁”过程中生成的的空间结构是 。
(5)“灼烧”工序的化学方程式是 ，“煅烧”时通入的作用是 。
(6)“煅烧”得到氧缺位体时，不同温度范围内，发生变价的金属元素不同，某温度下制得的氧缺位体质量为原质量的，则 。
(7)氧缺位体催化分解水制氢可分为两步：
第一步： (完成方程式)；
第二步：。
2．（2024·四川成都·二模）草酸镍(NiC2O4)是一种不溶于水的浅绿色粉末，常用于制镍催化剂和镍粉等。以铜镍合金废料(主要成分为镍和铜，含有一定量的铁和硅)为原料生产草酸镍的工艺流程如图：
已知：①“浸出”液含有的离子主要有H+、Ni2+、Cu2+、Fe3+、、；
②pH增大，Fe2+被氧化的速率加快，同时生成的Fe3+水解形成更多的胶体能吸附Ni2+。
③草酸的Ka1=6.0×10-2，Ka2=5.0×10-5。
回答下列问题：
(1)生产时为提高合金废料浸出率，下列措施可行的是 (填字母)。
a．适当延长浸出时间 b．高温浸出 c．分批加入混酸浸取并搅拌
(2)“萃取”步骤中萃取除去的主要金属阳离子是 。
(3)“氧化”过程中，控制70℃、pH小于3的条件下进行。
①“氧化”过程的离子方程式为 。
②若pH大于3镍的回收率降低的原因是 。
(4)“过滤”后的滤液中加入(NH4)2C2O4溶液反应得到草酸镍，过滤得到的草酸镍需要用蒸馏水洗涤，检验晶体是否洗涤干净的方法是 。已知常温下Ksp[NiC2O4]=1.70×10-17，当溶液pH=2时，Ni2+沉淀完全[c(Ni2+)≤1×10-5ml·L-1时认为完全沉淀]，则此时溶液中草酸的浓度c(H2C2O4)= (保留两位有效数字)。
(5)在空气中加热二水合草酸镍得到NiO，该反应的化学方程式为 。
3．（2024·山西晋中·二模）锰可用于制造特种钢材，在汽车电池、高端装备制造、新材料等领域有广泛应用。二氧化锰广泛应用于电池、电子工业。以主要成分为的某锰矿(杂质为、等)为原料制备单质锰的一种流程如图所示：
已知：金属离子浓度的负对数与溶液的关系如图所示：
回答下列问题：
(1)滤液中的溶质为、 (填化学式)，“氧化除硫”过程中有红褐色固体生成，则参与反应的化学方程式为 。
(2)“酸浸氧化”过程被氧化的离子方程式为 。
(3)为何不通过调的方法将除去： ；已知若溶液中同时沉淀完全时，溶液中，则相同温度下， 。
(4)通过控制适当的反应条件，电解溶液时，既可得到也可得到，则生成单质时，应在 (填“阳极”或“阴极”)上放电；写出生成时的电极反应式： 。
(5)已知单质锰的立方晶胞结构如图所示：
则锰的配位数是 ；若锰原子半径为，阿伏加德罗常数值为，则单质锰的密度为 (用含的代数式表示)。
4．（2024·广东惠州·三模）为回收利用废钒催化剂(含有V2O5、VOSO4、SiO2、Fe3O4以及钾和铝的硅酸盐)，科研人员研制了一种回收V2O5的新工艺，主要流程如下图。
已知：i．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：
ii．VOSO4可溶、(VO2)2SO4易溶、V2O5和NH4VO3难溶；＋2OH-=+H2O
(1)“酸浸氧化”时，VO2＋转化成反应的离子方程式为 ，同时V2O5转化为。滤渣①主要成分是 。
(2)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5·2H2O，随滤液②可除去金属离子K＋以及部分的金属离子有 。
(3)“沉淀转溶”中，V2O5·2H2O转化为KVO3溶解，写出V2O5·2H2O与KOH反应的化学方程式 。
(4)“调pH”中滤渣④的主要成分是 。
(5)全钒液流储能电池可实现化学能和电能的相互转化，其原理如图所示。
①充电过程中，左槽电极反应式为 。
②放电过程中，右槽溶液颜色变化的情况是 。
(6)钒的某种氧化物的立方晶胞结构如图所示，钒原子的配位数为 。若该晶胞的密度为ρg/cm3，且用NA表示阿伏加德罗常数，则该晶胞的边长为 nm。
5．（2024·新疆·二模）以菱锰矿(主要成分为MnCO3，还含有铁、镍的碳酸盐以及SiO2杂质)为原料生产次锰酸钠(Na3MnO4)的工艺流程如图：
已知：
(1)次锰酸钠中Mn的化合价为 ；滤渣1的主要成分为MnO2和 (填化学式)。
(2)锰的浸出率结果如图所示。由图可知，所采用的最佳实验条件为 。
(3)浸出液加入MnO2发生的离子反应方程式为 。
(4)“除镍”步骤发生的反应为：MnS(s)+Ni2+(aq)=NiS(s)+Mn2+(aq)。反应的平衡常数K= 。
(5)“母液1”中主要溶质的用途 。
(6)煅烧产物MnO2在“共熔”过程中，反应得到Na2MnO4及一种单质气体，则该反应的化学方程式为 。
(7)某MnxO，四方晶胞结构及其投影如图所示，该晶胞由O2-和Mn3+构成。
该晶体中Mn的配位数为 ，Mn与Mn之间最近(顶点和体心)距离为 pm。(用含a、b的代数式表示)
6．（2024·河北·一模）某铜硫矿富含黄铁矿和磁黄铁矿等硫铁矿物，占原矿矿物总量38％，实验室以此为原料模拟工业制备纯铜并利用黄铁精矿进行含铬废水处理，工艺流程转化如下：
［注］1.粉碎解离度(不同成分矿石分离程度)与粉碎程度有关，颗粒越细，解离度越高，最高可达93％，但颗粒越细对设备要求越高。
2.铜蓝矿的主要成分为CuS，黄铁矿的主要成分为。
3.可能用到的数据如下：
(1)基态铜原子的空间运动状态为 种。
(2)精磨酸浸过程中，精磨的作用是 ；酸浸一般选用硫酸溶液在纯氧环境中进行，酸浸的化学方程式为 。
(3)已知增大氧气的浓度可以提高的浸取率，请结合化学用语解释其原因 。
(4)生石灰碱浸时调节pH的范围为 。
(5)滤渣X的主要成分是 。
(6)向滤液B中通入高压，可成功制得单质铜的原因是 。
(7)黄铁精矿处理含铬废水的机理如图所示：
在溶液反应中，黄铁精矿会部分溶解与()发生氧化还原反应，请结合信息写出此过程的离子反应方程式： 。
7．（2024·福建龙岩·二模）以锌灰(含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2)和Fe2(SO4)3为原料制备的ZnFe2O4脱硫剂，可用于脱除煤气中的H2S。脱硫剂的制备过程可表示为
(1)“浸取”时需不断通入高温水蒸气，其目的是 。
(2)“除杂”包括：向浸取后的滤液中加足量锌粉、过滤、加H2O2氧化等步骤。过滤所得滤渣的成分为(填化学式) 。
(3)ZnSO4溶液经结晶可得ZnSO4∙7H2O固体。加热该固体，固体质量保留百分数与温度的关系如图所示。温度从688℃升高到1050℃时，分解生成的产物中有两种气体(只有一种是氧化物)，该过程中发生反应的化学方程式为 。
(4)400℃时，将一定比例H2、H2S的混合气体以一定流速通过装有ZnFe2O4脱硫剂的硫化反应器进行硫化。已知：硫化过程中ZnFe2O4反应后生成ZnS和FeS，该过程中发生的化学反应方程式为 。
(5)①氧化锌晶体的一种晶胞是如图甲所示的立方晶胞，其中与Zn原子距离最近的O原子数目有 个，请在图乙中画出该晶胞沿y轴方向的平面投影图 。
②Zn2+能形成多种配离子，已知Zn2+形成的一种配离子[Zn(NH3)2(H2O)2]2+只有一种空间结构，则[Zn(NH3)4]2+的空间结构为 。
8．（2024·江西九江·二模）利用废镍催化剂(主要含金属及其氧化物)合成硫酸镍晶体的一种工艺流程如下：
常温下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的如表所示：
回答下列问题：
(1)“碱浸”时发生的主要反应的离子方程式为 。
(2)“滤液②”中含有的金属离子是 。
(3)若“转化”后的溶液中浓度为，则“调”应控制的范围是 。
(4)资料显示，硫酸镍结晶水合物的形态与温度有如下关系。
由溶液获得稳定的晶体的操作依次是蒸发浓缩、 、过滤、洗涤、干燥。
(5)①三种元素二价离子的硫酸盐晶体的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为 ；
②中阴离子的空间构型为 ；
③丁二酮肟常用于检验。在稀氨水中，丁二酮肟与反应生成鲜红色沉淀，其结构如图所示：
该配合物中的配位数为 ；丁二酮肟分子中所含的第二周期元素的第一电离能由大到小的顺序为 。
9．（2024·广东·一模）钒是重要的战略资源，以硫酸工业产生的废钒催化剂为原料(含、、、以及少量的等)，综合回收利用钒、硅、钾实现变废为宝、保护环境的目的，回收工艺流程如下：
已知：钒的氧化物在酸性条件下以、存在，增大时可转化为沉淀。
(1)“水浸”前，通常需要将催化剂粉碎，其目的是 。
(2)“滤渣2”转化为的化学方程式是 。
(3)“还原酸浸”时：
①硫酸的用量会影响钒的浸出率，需保持在1.2以下的原因是 。
②过程中除了有被还原成，还涉及的反应离子方程式为 。
③若以磷酸为介质处理废催化剂，可以提高钒的浸出率。一种钒磷配合物的结构如图所示，形成配位键时V提供 (选填“孤对电子”或“空轨道”)。
(4)“萃取”时选择有机萃取剂，原理是：(有机层)(有机层)，“反萃取”应选择在 环境中进行(选填“酸性”、“中性”或“碱性”)。
(5)加氨水生成沉淀，若经焙烧得到产品，则消耗空气中 。
(6)近年来，研究人员发现含钒的锑化物在超导方面表现出潜在的应用前景。某含钒的锑化物晶胞如图1所示，晶体中包含由V和组成的二维平面如图2。
该含钒的锑化物化学式为 ，钒原子周围紧邻的锑原子数为 。
10．（2024·黑龙江哈尔滨·二模）钽（Ta）和铌（Nb）为高新技术产业的关键元素，其单质的性质相似。一种以花岗伟晶岩型铌钽矿（主要成分为、、和少量的FeO、CaO、MgO等）为原料制取钽和铌的流程如图一：
“浸取”后的浸出液中含有、两种二元强酸。
已知：①MIBK为甲基异丁基酮：
②，，。
(1)加快“浸取”速率可采取的措施是 。
(2)“浸取”时得到的“浸渣”主要成分为 （填化学式），“浸取”时还会产生“废气”，“废气”中除了挥发出的HF还可能有 （填化学式）。与氢氟酸反应的离子方程式为 。
(3)“萃取”时，若萃取剂MIBK的量一定， （填“一次萃取”或“少量多次萃取”）的萃取效率更高。
(4)用金属钠还原制取金属铌的化学方程式为 。
(5)钽形成的晶体TaAs在室温下拥有超高的空穴迁移率和较低的电子迁移率。TaAs的晶胞结构如图二所示。诗写出As的配位数： 。晶体的密度为 （列出计算式，阿伏伽德罗常数的值为）。
11．（2024·宁夏银川·一模）金属镓被称为“电子工业脊梁”，与铝同族，性质与铝相似。氮化镓是5G技术中广泛应用的新型半导体材料。利用粉煤灰(主要成分为Ga2O3、Al2O3、SiO2，还有少量Fe2O3等杂质)制备镓和氮化镓的流程如图：
常温下，相关元素可溶性组分的物质的量浓度的对数与pH的关系如图所示，当溶液中可溶性组分浓度c≤10-5 ml·L-1时，可认为已除尽。
回答下列问题：
(1)“焙烧”过程中Al2O3变为NaAlO2，则Ga2O3与纯碱反应的化学方程式为 。
(2)“碱浸”后滤渣的主要成分为 (写化学式)。用惰性电极电解含[Ga(OH)4]-的溶液可得到金属Ga，阴极的电极反应式为 。
(3)常温下，反应[Ga(OH)4]-(aq)Ga(OH)3(s)＋OH-(aq)的平衡常数K= 。
(4)用石墨为电极电解熔融Ga2O3得到Ga单质，电极材料需要定期补充的是 极(填“阴”或“阳”)。
(5)高纯AlAs(砷化铝)可用于芯片制造。芯片制造中的一种刻蚀过程如图所示，图中所示致密保护膜为一种氧化物，可阻止H2O2刻蚀液与下层GaAs(砷化镓)反应。
①该氧化物为 。
②已知：Ga和Al同族，As和N同族。在H2O2与上层GaAs的反应中，As元素的化合价变为+5价，则该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为 。
(6)利用CVD(化学气相沉积)技术，将热分解得到的Ga2O3与NH3在高温下反应可制得GaN，同时生成另一种产物，该反应化学方程式为 。
12．（2024·河北·一模）天然锆英砂(主要成分为)常含有等氧化物杂质。工业上以锆英砂为原科制备的一种工艺流程如图所示。
已知：i．有机溶剂(三辛胺与壬醇的混合溶液)与水互不相溶；
ii．“萃取”过程中铁元素由转化成有机配合物进入有机相。
(1)“碱熔”时，锆英砂转化为，该反应的化学方程式为 。
(2)“水浸”时，所得“滤液”中溶质的主要成分除外，还有 (填化学式)。
(3)“酸浸”后，锆元素以的形式存在于溶液中，此过程中发生反应的离子方程式为 。
(4)“除铜”时，若测得剩余滤液中，通过计算判断溶液中是否除尽 已知：常温下，，溶液中离子浓度低于即可认为该离子被除尽)。
(5)“有机溶剂”中的壬醇几乎与水互不相溶，解释其原因为 。
(6)已知氯氧化锆的溶解度、铁的萃取率与盐酸浓度的关系如下图所示。
在“萃取”过程中，应选用盐酸的最适宜浓度为_______(填选项字母)。
A．B．C．D．
(7)“煅烧”时，需要在条件下发生反应，所得两种气体的体积之比 。
13．（2024·山东·一模）以某种铁钴矿(主要成分为，还含有少量等杂质)为原料制取和黄钠铁矾的工艺流程如下图所示：
回答下列问题：
(1)滤渣3的主要成分为 ；确定“滤液1”中的已被完全氧化的方法是 。
(2)向“溶液A”中加入适量的溶液，生成颗粒较大的黄钠铁矾[]沉淀的同时还生成一种气体，这种气体的化学式是 。
(3)向“滤液3”中按物质的量之比为加入和，若“滤渣4”的成分为，总反应的离子方程式是 。经检测，“滤渣4”是由和形成的混合物。隔绝空气灼烧时，发生反应的化学方程式是 ；如果控制温度不当，会生成杂质，反应的化学方程式是 。
(4)向“滤液1”中加入的“溶液”须控制用量，请解释原因 。
14．（2024·四川南充·一模）锰废渣的硫酸浸出液含有大量、、以及少量的、、、。通过沉淀-萃取法可以回收其中的锰、钴、镍，流程如图所示。
已知：萃取剂a和b均为有机物，可用通式表示，萃取金属离子时，发生反应：(代表被萃取的金属)。
(1)的作用是 。
(2)该流程中涉及的实验操作有___________(填字母标号)。
A．过滤B．蒸发结晶C．分液D．蒸馏
(3)加入调的目的是 。
(4)已知：，，向除铁后的溶液中加入，当溶液中时， 。(保留1位有效数字)
(5)写出反萃取出的离子方程式 。
(6)、利用萃取剂b进行分离，二者萃取率随无机相变化如图所示。无机相的控制在 左右为宜。
(7)回收液中浓度的测定：取回收液，滴入几滴紫脲酸胺指示剂(遇显橙黄色)，用浓度为的溶液进行滴定()，达到滴定终点时消耗溶液的体积。物质的量浓度为 。
15．（2023·山西太原·二模）MnCO3可用作电器元件材料，也可作为瓷釉、颜料的制作原料。工业上用酸性含锰废水(主要含Mn2+、Cl-、H+、Fe2+、Cu2+)制备MnCO3：
已知：几种金属离子沉淀的pH如表。
回答下列问题：
(1)①中加入过量MnO2的作用是 。
(2)过程③中调pH的目的是 。
(3)过程④中有CO2生成，则生成MnCO3的离子方程是 。
(4)过程④中得到的副产品的化学式是 。
(5)MnCO3在空气中加热易转化为不同价态的锰的氧化物，其固体残留率随温度的变化如图所示。则300℃时，剩余固体中n(Mn)：n(O)为 ；图中点D对应固体的成分为 (填化学式)。
(6)NF3与NH3的立体构型相同，两者中心原子的轨道杂化类型均为 ，但NF3不易与Cu2+形成配离子，其原因 。
(7)一种Hg－Ba－Cu－O高温超导材料的晶胞(长方体)如图所示。
已知该晶胞中两个Ba2+的间距为cpm，则距离Ba2+最近的Hg+数目为 个，二者的最短距离为 pm。(列出计算式即可)。
金属氢氧化物




开始沉淀的
1.9
3.4
6.4
7.0
完全沉淀的
3.2
4.7
7.6
9.0
金属离子
Fe3+
Fe2+
Al3+
开始沉淀pH
1.9
7.0
3.0
完全沉淀pH
3.2
9.0
4.7
物质
MnS
NiS
Ksp
2.0×10-13
1.0×10-21
开始沉淀pH
1.9
4.2
6.2
沉淀完全pH
3.2
6.7
8.2
金属离子
开始沉淀时的
7.2
3.7
2.2
7.5
沉淀完全时的
8.7
4.7
3.2
9.0
温度
低于30.8℃
30.8~53.8℃
53.8~280℃
高于280℃
晶体形态
多种结晶水合物
金属离子
Fe2+
Fe3+
Cu2+
Mn2+
开始沉淀的pH
7.5
3.2
5.2
8.8
完全沉淀的pH
9.7
3.7
6.4
10.4