题型16 无机化工流程综合分析【高考化学】二轮热点题型归纳与变式演练（新高考通用）

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TOC \ "1-2" \h \u \l "_Tc10132" PAGEREF _Tc10132 \h 1
\l "_Tc5235" 【考向一】除杂、提纯类化工流程综合分析 PAGEREF _Tc5235 \h 1
\l "_Tc10596" 【考向二】化学基本原理类化工流程综合分析 PAGEREF _Tc10596 \h 6
\l "_Tc7443" 【考向三】图像、图表信息加工类化工流程综合分析 PAGEREF _Tc7443 \h 13
\l "_Tc6897" 【考向四】制备类化工流程综合分析 PAGEREF _Tc6897 \h 19
\l "_Tc1349" PAGEREF _Tc1349 \h 26
【考向一】除杂、提纯类化工流程综合分析
【典例1】（2023上·福建厦门）某工厂的工业废水中含有大量的FeSO4和较多的Cu2+。为了减少污染并变废为宝，工厂计划从该废水中回收FeSO4和金属铜。请根据以下流程图，回答下列问题：
（1）⑥操作方法的名称是 ；操作⑨包括：蒸发浓缩、 、过滤、洗涤、低温干燥。
（2）加入试剂⑤发生反应的离子方程式为 。
（3）试剂⑦的化学式为 。
（4）某兴趣小组同学欲鉴别④中的金属阳离子，设计如下实验：
甲同学取2.0mL④溶液，滴加氢氧化钠溶液，产生白色沉淀且很快变为灰绿色，最后变为红褐色沉淀，其中涉及氧化还原反应的化学方程式为 。
乙同学取物质③，加入FeCl3溶液，观察到物质③溶解，涉及的离子反应方程式为 。
（5）若按上述工艺处理1000L该工业废水，制得320g铜，则该工业废水中c(Cu2+)= ml/L。
【答案】（1） 过滤 冷却结晶或降温结晶
（2）Cu2++Fe=Fe2++Cu
（3）H2SO4
（4） Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+
（5）0.005
【分析】工业废水中加入过量的铁粉，铁置换出硫酸铜中的铜，过滤，得硫酸亚铁溶液和铁、铜的混合物，铁、铜混合物中加入过量硫酸，铁和硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，过滤出铜单质，蒸发浓缩硫酸亚铁溶液、冷却结晶，析出硫酸亚铁晶体。
【解析】（1）工业废水中加入过量的铁粉，铁置换出硫酸铜中的铜，过滤，得硫酸亚铁溶液和铁、铜的混合物，⑥操作方法的名称是过滤；蒸发浓缩硫酸亚铁溶液、冷却结晶，析出硫酸亚铁晶体，操作⑨包括：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、低温干燥。
（2）工业废水中加入过量的铁粉，铁置换出硫酸铜中的铜，加入试剂⑤发生反应的离子方程式为Fe+Cu2+=Cu+Fe2+；
（3）铁、铜混合物中加入过量硫酸，铁和硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，过滤得到铜单质，所以试剂⑦是硫酸，化学式为H2SO4；
（4）④是硫酸亚铁溶液，甲同学取2.0mL④溶液，滴加氢氧化钠溶液，产生白色沉淀氢氧化亚铁，氢氧化亚铁被氧气氧化，很快变为灰绿色，最后变为红褐色氢氧化铁沉淀，反应的化学方程式为；
物质③是Cu，乙同学取Cu，加入氯化铁溶液，生成铜离子和亚铁离子，反应的离子方程式为2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+；
（5）若按上述工艺处理1000L该工业废水，制得320g铜，根据铜元素守恒，，则该工业废水中 。
1．物质分离提纯四原则
2．解题方法
从试题中找出想要什么，要除去的杂质有哪些；加入的试剂都与哪些物质发生了反应，转化成了什么物质；怎样操作才能将杂质除去(注重信息的提取与加工)。核心是杂质的去除要彻底。
3．常用的提纯方法
4．常用分离方法
（1）固体与固体的分离
（2）固体与液体的分离
（3）液体与液体的分离
5．答题模板
（1）除杂：除去……中的……
（2）干燥：除去……气体中的水蒸气，防止……
（3）增大原料浸出率(离子在溶液中的含量多少)的措施：搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强)，增大气液或固液接触面积。
（4）加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动。
（5）温度不高于××℃的原因，适当加快反应速率，但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)等，影响产品的生成。
（6）从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法：蒸发浓缩(至少有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗)、干燥。
（7）从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：蒸发浓缩、趁热过滤，如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来、洗涤、干燥。
（8）控制某反应的pH使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀，调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱，以避免引入新的杂质；pH分离时的范围确定：范围过小导致某离子沉淀不完全，范围过大导致主要离子开始沉淀。
（9）减压蒸馏(减压蒸发)的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)受热分解、挥发。
（10）检验溶液中离子中是否沉淀完全的方法：将溶液静置一段时间后，向上层清液中滴入沉淀剂，若无沉淀生成，则离子沉淀完全。
（11）洗涤沉淀：沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2～3次。
（12）检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净。
（13）洗涤沉淀的目的：除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。
（14）冰水洗涤的目的：洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗。
（15）乙醇洗涤的目的：降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较干燥的产物。
（16）蒸发、反应时的气体氛围：抑制某离子的水解，如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在HCl气流中进行。
（17）事先煮沸溶液的原因：除去溶解在溶液中的(如氧气)防止某物质被氧化。
【变式1-1】（2024上·上海）为了从海带浸取液中提取碘，某同学设计了如图实验方案，解答下列问题：
（1）被称作绿色氧化剂的两个原因 ；
（2）实验操作②的名称为 ，操作②需要的仪器除烧杯、玻璃棒外，尚缺少的玻璃仪器有 ，碘的溶液位于 层(填“上”或“下”)，呈 色。检验水层是否仍含碘单质的方法是 。
（3）③是将富集在中的碘单质利用化学转化重新富集在水中，称为反萃取，方程式为，接下来④发生的反应方程式为 。
（4）本实验中可以循环利用的物质是 。
【答案】（1） 氧化性强 不引入新杂质
（2） 萃取 分液漏斗 下 紫 取水层溶液，滴加淀粉溶液，溶液变蓝色，说明含有碘单质，如果溶液不变蓝，说明溶液中没有碘单质
（3）
（4）
【分析】海带浸取液中的碘离子被加入的过氧化氢氧化得到含碘单质的水溶液；加入四氯化碳振荡、静置分层、分液得到碘单质的四氯化碳溶液；向碘单质的四氯化碳溶液中加入氢氧化钠溶液，碘单质和氢氧化钠反应得碘化钠和溶液；振荡、静置分层，去掉四氯化碳层，再加入稀硫酸酸化，碘化钠和在酸性条件下发生氧化还原反应得到碘单质的悬浊液，通过过滤得到碘单质。
【解析】（1）的氧化性强，且反应还原产物为水不引入新杂质；
（2）实验操作②为萃取碘单质的操作，为过滤；操作②需要的仪器除烧杯、玻璃棒外，尚缺少的玻璃仪器有分液漏斗；四氯化碳密度大于水，则碘的溶液位于上层，呈紫色；碘单质能使淀粉溶液变红色，检验水层是否仍含碘单质的方法是：取水层溶液，滴加淀粉溶液，溶液变蓝色，说明含有碘单质，如果溶液不变蓝，说明溶液中没有碘单质；
（3）碘化钠和在酸性条件下发生归中反应得到碘单质：；
（4）由流程可知，分液后得到的四氯化碳可以继续萃取含碘水溶液中的碘单质，可以循环利用。
【变式1-2】（2023上·云南红河·高一蒙自一中校考）电子工业中，常用FeCl3溶液腐蚀覆盖在绝缘板上的铜箔制造印刷电路板。化学实验小组从腐蚀废液(含FeCl3、FeCl2、CuCl2)中回收得并重新获得FeCl3晶体的流程如图：
回答下列问题：
（1）FeCl3溶液腐蚀覆在绝缘板上的铜箔制造印刷电路板的化学反应方程式 。
（2）腐蚀废液中含有Fe3+最好用KSCN溶液检验，该反应的离子方程式为： 。
（3）滤渣的成分是 (填化学式)。从滤渣中获得铜单质，可选用的试剂是 (填序号)。
A．稀盐酸 B．浓硫酸 C．稀硝酸 D．氯化铜溶液
（4）实际上Fe2+的还原性较强，实验室的FeCl2溶液常因氧化而变质。除杂的方法是 ，相关反应的离子方程式： 。
【答案】（1）
（2）
（3） Fe、Cu AD
（4） 加入过量的铁粉，然后过滤分离出滤液
【分析】由流程可知，加入过量的 Fe与氯化铁、氯化铜反应生成氯化亚铁、铜，过滤进行分离出过量铁和生成铜，则滤液a为FeCl2，滤渣中含 Fe、Cu，滤液a中通入足量Cl2，将铁的化合物全部转化为FeCl3溶液，则滤液b为FeCl3溶液，由于Fe3+易水解，应在HCl气体氛围中蒸发结晶获取FeCl3晶体；
【解析】（1）氯化铁和铜生成氯化亚铁和氯化铜，；
（2）Fe3+与KSCN溶液络合生成Fe(SCN)3显血红色，则检验腐蚀废液中含有Fe3+常用试剂是KSCN溶液，反应离子方程式为：；
（3）由分析可知，滤渣的成分是Fe、Cu；铁和稀盐酸反应而铜不和稀盐酸反应；铁和氯化铜生成铜单质和氯化亚铁，过滤分离出铜；浓硫酸使得铁钝化且不和铜反应，稀硝酸和铜反应；故选可以选AD；
（4）Fe与氯化铁生成氯化亚铁，故可以加入过量的铁粉，然后过滤分离出滤液；反应为。
【考向二】化学基本原理类化工流程综合分析
【典例2】（2023·北京卷）以银锰精矿(主要含、、)和氧化锰矿(主要含)为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如下。

已知：酸性条件下，的氧化性强于。
（1） “浸锰”过程是在溶液中使矿石中的锰元素浸出，同时去除，有利于后续银的浸出：矿石中的银以的形式残留于浸锰渣中。
①“浸锰”过程中，发生反应，则可推断： (填“>”或“ 、
（2） 是为了与电离出的结合生成，使平衡正向移动，提高的浸出率；是为了抑制水解，防止生成沉淀
（3） 、 被氧气氧化为，把氧化为
（4）可将两种矿石中的锰元素同时提取到浸锰液中，得到，同时将银元素和锰元素分离开；生成的还可以用于浸银，节约氧化剂
【分析】银锰精矿(主要含、、)和氧化锰矿(主要含)混合加溶液，使矿石中的锰元素浸出，同时去除，矿石中的银以的形式残留于浸锰渣中，浸锰液中主要的金属阳离子有、；浸锰渣中与过量和的混合液反应，将中的银以形式浸出，用铁粉把还原为金属银。
【解析】（1）①“浸锰”过程中，矿石中的银以的形式残留于浸锰渣中，发生反应，硫化锰溶于强酸而硫化银不溶于强酸，则可推断：>；
②根据信息，在溶液中二氧化锰可将氧化为，自身被还原为，则浸锰液中主要的金属阳离子有、。
（2）①中S元素化合价升高，Fe元素化合价降低，根据得失电子守恒、元素守恒，该离子方程式为；
②是为了与电离出的结合生成，使平衡正向移动，提高的浸出率；是为了抑制水解，防止生成沉淀。
（3）①铁粉可将还原为单质银，过量的铁粉还可以与铁离子发生反应，因此离子方程式为、；
②溶液中生成的会被空气中的氧气缓慢氧化为，把部分氧化为，因此后银的沉淀率逐渐降低。
（4）联合提取银和锰的优势在于“浸锰”过程可将两种矿石中的锰元素同时提取到浸锰液中，将银元素和锰元素分离开，利用的氧化性将中的氧化为，同时生成的还可以用于浸银，节约氧化剂，同时得到。
高中化学涉及到的化学基本原理主要有：
1．化学反应热效应
化学反应中的热效应主要以热化学方程式的书写和盖斯定律的应用为考查重点。
2．平衡理论主要包括：
平衡理论
化学平衡理论
电离平衡理论
水解平衡理论
溶解平衡理论
平衡理论主要以勒夏物列原理为指导在化工生产中的实际应用。
3．酸碱中和理论和氧化还原反应理论
酸碱中和滴定及拓展的应用----氧化还原反应的滴定和沉淀滴定是考查的重点。
根据氧化还原反应原理进行新情景条件下化学方程式书写是考查的重点。
4．电化学原理
新型原电池是目前高考考查的重点，电解原理的应用和金属腐蚀与防护也是考查的重点。
5．化工流程题的考向：
（1）据流程图或题目提供的反应物和部分生成物书写新情景方程式；
（2）滤渣的成分；
（3）滤液的成分；
（4）核心反应条件的控制和原因；
（5）选择化学除杂试剂及原因；
（6）调PH值的范围及试剂的选择；
（7）常用的分离方法、实验操作及相关实验仪器；
（8）流程中的物质转化和循环；
（9）有关平衡的问题；
（10）相关化学计算
例如：
1、提高浸出率：粉碎、搅拌、升温、增大酸（或碱）浓度。【化学平衡原理】
2、调节pH值：控制溶液的酸碱性使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。【溶解平衡原理】
3、保持酸过量（酸化）的目的：通常是抑制某金属阳离子的水解。【水解平衡原理】
4、温度的控制（可用水浴或冰水浴或油浴来控制） 【化学平衡原理】
5、改变压强：加快反应速率，或促进化学平衡向某个方向移动。【化学平衡原理】
【变式2-1】（2024上·山东济宁·高三统考期末）铊是一种有毒有害的重金属元素，对人体有较大的危害。湿法炼锌工业废水中的主要阳离子有，需要处理回收金属元素达标后排放，可以采用以下不同方法处理废水：
已知：①氧化性强于，为两性氧化物，溶液时开始溶解，常温下相关离子开始沉淀和沉淀完全时的如表所示：
②萃取的反应原理为H++CH3CONR2+TlCl[CH3CONR2H]TlCl4
请回答下列问题：
（1）“反应”步骤中总反应的离子方程式为 。
（2）“滤渣”的主要成分是 (填化学式)，通常在“分步沉淀”时加入絮凝剂，其目的是 。
（3）请从化学平衡的角度解释“反萃取”过程中加入的原理和目的 。
（4）“分步沉淀”时，沉淀第二种离子时调节溶液的范围为 ，当其恰好完全沉淀，则溶液中先沉淀的离子浓度为 。
（5）废水中吸附过程如图所示，该树脂为 (填“阳离子”或“阴离子”)交换树脂，若使吸附剂再生，且回收，可将离子交换树脂浸入 溶液。
a． b． c．
【答案】（1）
（2） 吸附沉淀，使沉淀颗粒变大，便于过滤除杂
（3）与反应，减小浓度，平衡逆向移动，使元素以形式重新进入水层
（4）
（5） 阳离子 b
【分析】由题给流程可知，向工业废水中先后加入适量酸性高锰酸钾溶液和氯化钠溶液，将溶液中的Tl+离子转化为TlCl离子，加入萃取剂CH3CONR2萃取溶液中的TlCl离子，分液得到水相和含有TlCl离子的有机相；向有机相中加入醋酸铵溶液反萃取、分液得到含有TlCl离子的溶液；向溶液中加入亚硫酸钠溶液，将溶液中的TlCl离子还原为含铊沉淀，过滤分离得到含铊沉淀和达标废液；向工业废水中加入氢氧化钠溶液和絮凝剂分步沉淀，将溶液中的铁离子、锌离子转化为氢氧化铁、氢氧化锌沉淀，过滤得到含有氢氧化铁、氢氧化锌的滤渣和含有Tl+离子的滤液；加入稀硫酸酸化滤液后，加入氧化剂将溶液中Tl+离子氧化为Tl3+离子，向氧化后的溶液中加入阳离子交换树脂吸附脱除Tl3+离子后得到达标废液。
【解析】（1）由分析可知，反应步骤中先后加入适量酸性高锰酸钾溶液和氯化钠溶液的目的是将溶液中的Tl+离子转化为TlCl离子，则总反应的离子方程式为，故答案为：；
（2）由分析可知，分步沉淀时加入氢氧化钠溶液和絮凝剂分步沉淀的目的是将溶液中的铁离子、锌离子转化为氢氧化铁、氢氧化锌沉淀，其中加入絮凝剂的作用是吸附沉淀，使沉淀颗粒变大，便于过滤除杂，故答案为：；吸附沉淀，使沉淀颗粒变大，便于过滤除杂；
（3）由萃取的反应原理可知，反萃取过程中加入醋酸铵溶液的作用是醋酸根离子与溶液中的氢离子反应，减小溶液中氢离子浓度，平衡向逆反应方向移动，使溶液中铊元素以TlCl离子重新进入水层，有利于加入亚硫酸钠溶液将TlCl离子还原为含铊沉淀，故答案为：与反应，减小浓度，平衡逆向移动，使元素以形式重新进入水层；
（4）由离子开始沉淀和沉淀完全时的pH可知，分步沉淀时，沉淀第二种离子为锌离子，为防止溶液pH为10时氢氧化锌溶解，加入氢氧化钠溶液应调节溶液pH的范围为；由铁离子完全沉淀的pH可知，氢氧化铁的溶度积为10—5×(10—10.3)3=10—35.9，由锌离子完全沉淀时溶液pH为8可知，溶液中铁离子浓度为ml/L=10—17.9 ml/L，故答案为：；10—17.9 ml/L；
（5）由分析可知，加入阳离子交换树脂的目的是吸附脱除Tl3+离子后得到达标废液，由吸附过程方程式和Tl3+离子的氧化性强于铁离子可知，若使吸附剂再生，且回收Tl3+离子，可将离子交换树脂浸入硫酸溶液中使平衡逆向移动，故答案为：阳；b。
【变式2-2】（2023上·山东·高三山东省实验中学校考）镍、钴是重要的战略物资，但资源匮乏。一种利用酸浸出法从冶金厂废炉渣中提取镍和钴的工艺流程如下：
已知：i．酸浸液中的金属阳离子有Ni2+、C2+、Cu2+、Mg2+、Ca2+等
ii．NiSO4在水中的溶解度随温度升高而增大
回答下列问题：
（1）“滤渣1”的主要成分是 。(写化学式)
（2）黄钠铁矾的化学式为Na2Fe6(SO4)4(OH)12，“除铁”的离子方程式为 。
（3）“除钙镁”时，随pH降低，NaF用量急剧增加，原因是 (结合平衡理论解释)。Ca2+和Mg2+沉淀完全时，溶液中F-的浓度c(F-)最小为 ml·L-1。[已知离子浓度≤10-5ml/L时，认为该离子沉淀完全，Ksp(CaF2)=1.0×10-10(ml/L)3，Ksp(MgF2)=7.5×10-11(ml/L)3]
（4）镍、钴萃取率与料液pH、萃取剂体积与料液体积比Va：V0的关系曲线如下图所示，则“萃取”时应选择的pH和Va：V0分别为 、 。
（5）获得NiSO4(s)的“一系列操作”是 。
（6）该工艺流程中，可循环利用的物质是 。
【答案】（1）Cu、Fe
（2）
（3） pH降低，c（H+）增大，溶液中c（F-）减小，为使CaF2和MgF2的溶解平衡逆向移动，NaF用量更多 10-2.5
（4） 4.0 1.00
（5）蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
（6）P507+煤油
【分析】由提示信息，酸浸液中的金属阳离子有Ni2+、C2+、Cu2+、Mg2+、Ca2+等，用铁除铜，置换反应，滤渣1为Cu、过量的Fe；用NaClO3与 发生氧化还原反应除铁，用NaF生成沉淀除Ca、Mg；用P507煤油萃取，把Ni与C分开。
【解析】（1）由分析滤渣1为Cu、Fe；
（2）根据氧化还原反应配平方程式：
（3）①“除钙镁”时，随pH降低，c（H+）增大，H++F-HF，平衡右移，c（F-）减小，为使CaF₂和 MgF₂的溶解平衡逆向移动，NaF用量急剧增加；②已知离子浓度≤10-5ml·L-1时,认为该离子沉淀完全,且Ksp(CaF2)=1.0×10-10 ,Ksp( MgF₂) =7.5×10-11，钙离子沉淀完全时,c(F-)= ( ml/L),镁离子沉淀完全时，c(F-)=(ml/L),所以为使Ca2+和Mg2+沉淀完全,溶液中c(F-)最小为1.0×10-2.5ml/L;
（4）萃取目的是为了获取 NiSO4溶液和C负载有机相,所以C萃取率越高越好,Ni萃取率越低越好,所以由图分析可知应选择的pH和Va:V0分别为4.0和1.00
（5）NiSO4在水中的溶解度随温度升高而增大，由NiSO4溶液获得NiSO4(s)应采用重结晶的方法,故一系列操作为:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。
（6）)由工艺流程分析可知，可循环利用的物质是萃取剂P507十煤油。
【考向三】图像、图表信息加工类化工流程综合分析
【典例3】（2023上·湖南长沙·高三长郡中学校考）水钴矿主要成分为COOH，同时含有少量Fe、Al、Mn、Mg、Ca、Ni的氧化物及其他杂质。用水钴矿制取C的工艺流程如图甲所示：
已知部分阳离子形成氢氧化物沉淀时，溶液pH见下表：
请回答下列问题：
（1）基态C原子的价层电子排布式为 。
（2）“还原酸浸”中发生的氧化还原反应的化学方程式是 。浸出液中加入NaClO溶液的目的： (用离子方程式表示)。
（3）浸出过程中加入Na2CO3调pH的范围是 。
（4）如图乙所示，萃取剂可以把滤液Ⅱ中部分阳离子选择性分离。萃取剂合适的pH为___________(填标号)。
A．2~3B．3~4C．6~7D．7~8
（5）C能与强酸反应产生H2，工业上采用惰性电极电解CCl2溶液制取钴，不能用CSO4溶液代替CCl2溶液的理由是 。
（6）已知：Ksp(MgF2)=7.5×10－11，Ksp(CaF2)=1.5×10－10，加入NaF后，所得“滤液Ⅱ”中= 。
【答案】（1）3d74s2
（2） 8COOH+Na2S2O3+7H2SO4=8CSO4+Na2SO4+11H2O ClO－+2Fe2++2H+=Cl－+2Fe2++H2O
（3）5.2≤pH