剖析09 化学工艺流程的评价-备战2025年高考【化学工艺流程】考点剖析与对点精练（全国通用）

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1、评价的思考方向
（1）流程反应前期：原材料价格及易得程度。
（2）流程反应中期：流程操作难易，能耗高低，是否有污染生成。
（3）流程反应后期：产率、纯度高低。
2、评价的内容
（1）是否绿色环境的评价；
①高能：反应中能耗过高，常见有电解，高温等操作会使得能耗变高（加热不属于高能耗）。
②污染：流程中有污染物生成，如NOX、Cl2等。
（2）对步骤和转化率、利用率、产物纯度的评价；
①减损：某操作使流程中损失(浪费)减少。如用冰水或乙醇洗涤产物，减少产物的损失。
②增产：或者某操作使产品总量增加。如提纯粗盐后，NaCl质量反而高于本来的质量。
（3）对装置和原理的评价；
①原子利用率：指提高原子利用率，反应物是否尽可能多的转化为生成物。
②经济性：指工业生产中要符合经济效益，原材料成本尽可能降低。
（4）定性实验的误差评价。
（5）试剂循环：反应中的副产物能够再次投入使用，达到试剂的循环。
3、问题与讨论
（1）原理(是否有副反应发生，是否具备形成原电池条件，是否要考虑盐溶液的水解，溶剂有无影响等)。
（2）条件：温度、催化剂、反应物的蒸发、生成物的蒸发。
（3）装置：冷凝收集产物，回流提高反应物的转化率，干燥，防堵，倒吸，尾气处理。
（4）药品：浓度及浓度的变化(如浓H2SO4反应变稀后不具有强氧化性，浓盐酸与MnO2反应变稀后不再反应，浓HNO3与Cu反应过程中，由于HNO3的变稀，生成产物由NO2由变为NO)；药品是否变质(如Na2SO3在空气中易被部分氧化成Na2SO4)。
（5）用量：增加一种反应物的量，会使另一种反应物的转化率增加(如2SO2+O2==2SO3，工业上常采用适当增加O2的量来提高SO2的转化率)、减少生成物的量对反应速率，平衡移动的影响。
（6）操作(先后顺序)。
（7）引起误差的原因：条件的影响，原因的影响，副反应的影响(共存物质之间的反应和继续反应)。
（8）工业生产主要考虑：反应物(易得与廉价)，反应条件(设备、成本、转化率)，产物(循环利用、副产物、环保等)。
【例1】胆矾(CuSO4·5H2O)是一种重要化工原料，某研究小组以生锈的工业铜屑废料[主要成分是Cu，含有少量的油污、Fe3O4、CuO、Cu2(OH)2CO3]为原料制备胆矾，其简易工艺流程如下：
已知：常温下，，；，。
依据所学知识回答下列问题：
(2)“溶解、氧化”时利用稀硫酸和，与直接用浓硫酸相比优点是 (写出两点)。
【例2】Pd/是常见的汽车尾气催化剂。一种从废Pd/纳米催化剂（主要成分及含量：Pd 0.3%，- 92.8%，其他杂质6.9%）中回收金属Pd的工艺流程如下：
已知：-能与酸反应，-不与酸反应，“沉淀”得到。
回答下列问题：
(4)“粗Pd”溶解时，可用稀替代，但缺点是 。
【例3】钛酸钡()可以作为防火涂料的添加剂，可提高涂层的防火性能和抗化学腐蚀性。以钛渣(主要成分是，含少量、、等)为原料制备钛酸钡的流程如下：
已知：①草酸钡难溶于水；②常温下，几种离子沉淀的如下表所示。
注：。
回答下列问题：
(5)“氧化焙烧”发生反应的化学方程式为 。工业上，还可以直接将在1500℃、无氧环境下反应24h制备，该方法的缺点是 。
1．红土镍矿具有资源丰富、采矿成本低的特点，其开发利用成为研究热点。以红土镍矿(主要含有、FeO、NiO、MgO、等)为原料制备的工艺流程如下图所示。回答下列问题：
(1)用量对铁去除率和镍损失率的影响如图所示，为保持较高除铁率同时减小镍损失，确定的浓度为 。
(2)已知黄钠铁矾的成分为，则“除铁”时发生反应的化学方程式为 ；用除铁的优点是沉淀速率快、形成大颗粒固体易过滤，不会造成溶液中其它离子损失，对比除铁，采用中和水解法除铁存在的主要缺点是 。
2．锆及其化合物作为新材料，具有相当重要的意义。氧氯化锆(ZrOCl2)是制备锆系列材料的一种重要中间产品，用锆英砂(主要成分ZrSiO4)制备水合氧氯化锆有多种方法，目前使用较多的是“一碱一酸法”，其主要流程如图：
已知：①Na2ZrO3在强碱性的介质中不溶解或水解；硅酸和原硅酸(H4SiO4)都具有吸附性。
回答下列问题：
(5)操作M包括 、过滤、洗涤、干燥；上述工艺若不加改进，锆的损失会比较大，为了减少锆的损失，应该改进的措施是 。
3．铬及其化合物在工业生产中应用广泛。某铬铁矿的主要成分为，另外还含有FeO、、MgO等杂质。一种液相氧化法制备的工艺路线如图：
回答下列问题：
(1)铬铁矿磨成铬铁矿粉参与反应的目的是 。
(2)“加压碱浸”中，发生的主要反应为转化为铬酸钠，其化学方程式为 ，滤渣的主要成分为 。
(3)“加碱转化”中，所加入的碱为，目的是 。
(4)“固液分离”中，三种不同分离方式所需时间如图，则最佳的分离方式为 。
(5)在“溶解还原”过程中，有生成，发生反应的离子方程式为 。
(6)从循环利用的角度，提出该工艺流程的改进建议 。
4．CIGS靶材是一种主要含铜、镓(Ga)、铟(In)、硒(Se)的合金，由于其良好的电学传导和光学透明性能，被广泛运用在薄膜太阳能电池领域。实验室设计从废弃CIGS中回收稀散金属铟和镓的氯化物(性质类似于AlCl3)的流程图，回答下列问题：
已知：I.“溶解”步骤所得溶液中含有Cu2+、In3+、Ga3+和H2SeO3。
(1)“溶解”过程中生成Ga3+的离子方程式为 和2Ga+6H+=2Ga3++3H2↑；利用王水也能溶解CIGS，试分析以王水代替HCl和H2O2的缺点是 (答出一点即可)。
5．一种由粗铋(Bi：97.88%，Pb：1.69%，Cu：0.427%，其他不与硝酸反应的难溶性物质：0.003%)制备高纯铋的氧化物的工艺流程如图所示。
已知：滤液1的主要成分为，还含有少量的、。
回答下列问题：
(1)将粗铋熔化后水淬成颗粒状的目的为 。
(2)操作a的名称为 。
(3)加入碳酸铵溶液调pH时应对溶液进行适当加热的原因为 ，加热时温度不宜过高的原因为 。
(6)流程图中所示“产品”也可以通过直接煅烧硝酸氧铋制得，该方案的缺点是 。
6．碱式氧化镍为镍氢电池的正极材料。黄钠铁矾的化学式为被用做净水剂。用含镍废渣（主要成分为、，还含有少量的、等杂质）为主要原料联合制取碱式氧化镍和黄钠铁矾的工艺流程如图所示。
已知：部分金属硫化物的溶度积常数；；，回答下列问题：
(1)Fe元素在周期表的位置 。
(2)“酸浸”后所得废渣的主要成分为 （填“化学式”）；除铜步骤的离子方程式为 。
(3)“氧化”时，若用稀硝酸代替过氧化氢氧化，从反应产物的角度分析，稀硝酸代替过氧化氢的缺点是 。
7．磷酸二氢钾（KH2PO4）在工业、农业、医药及食品等行业均有广泛的应用，有报道一种湿法磷酸萃取制备磷酸二氢钾的工艺流程如下图所示（部分流程步骤已省略）：
已知萃取的主要反应原理：KCl+H3PO4KH2PO4+HCl；HCl+E(表示有机萃取剂)HCl•E；
请回答下列问题：
(1)在实验室实现流程图中操作X需要的主要玻璃仪器是 ；流程图中物质A是 ；
(2)副产品B的化学式是 ；一系列操作Y，具体包括 、洗涤、干燥；
(3)评价该工艺的优点 （任写两点）；
8．硫酸铁（PFS）是一种新型高效的无机高分子絮凝剂，广泛用于水的处理。用铁的氧化物为原料来制取聚合硫酸铁，为控制水解时Fe3+的浓度，防止生成氢氧化铁沉淀，原料中的Fe3+必须先还原为Fe2+。实验步骤如下：
（1）用98%的硫酸配制28%的硫酸，所需的玻璃仪器除量筒外，还有 。
(a) 容量瓶 (b) 烧杯 (c) 烧瓶
（2）步骤II取样分析溶液中的Fe2+、Fe3+的含量，目的是 。
(a) 控制溶液中Fe2+与Fe3+含量比 (b) 确定下一步还原所需铁的量
(c) 确定氧化Fe2+所需NaClO3的量 (d) 确保铁的氧化物酸溶完全
（3）用NaClO3氧化时反应方程式如下：6FeSO4 + NaClO3 + 3H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + NaCl + 3H2O，若改用HNO3氧化，则反应方程式如下6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + NO↑ + 4H2O，已知1ml HNO3价格0.16元、1ml NaClO3价格0.45元，评价用HNO3代替NaClO3作氧化剂的得弊，利是 ，弊是 。聚合硫酸铁溶液中SO42¯与Fe3+物质的量之比不是3:2。根据下列供选择的试剂和基本操作，测定聚合硫酸铁产品溶液中SO42¯与Fe3+物质的量之比。
9．我国科学家研究和开发的锰氧化物分子筛(@MS)材料，可大大提升分子筛对含酚废水的处理能力。工业上可由二氧化锰粉末与硫化锰矿(含Fe，Al，Mg，Ni，Zn，Si等元素的硫化物或氧化物以及C和少量有机物)和4A级分子筛为原料制备该材料。
．高纯制备
注：滤渣1中无。
附：①一些相关物质的
②相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH
．流程评价
(6)有同学认为此流程不适宜大规模工业生产，请从物质利用角度谈谈你的看法。
10．葡萄糖酸锌(化学式为)，是一种优良的人体补锌剂，常温下为白色晶体，溶于冷水，极易溶于热水和沸水。某兴趣小组利用废旧锰锌干电池中的锌皮(含、Fe、)和葡萄糖酸钙(化学式为)为原料，设计了以下流程来制备葡萄糖酸锌。
已知：
①在酸性溶液中会转化为和
②该条件下，溶液中金属离子的相关参数如下：
回答下列问题：
(1)“沉淀1”为 ，酸浸时除去部分锰元素发生的离子反应方程式为 。
(2)氧化“滤液1”的目的是 。
(3)操作A依次为 、 、过滤、洗涤、干燥。
(4)生产中也可用与葡萄糖酸钙反应制补锌剂其化学反应方程式为 ，趁热过滤后将滤液冷却至室温，再加入少量乙醇的作用是 。
(5)另有同学分析后认为将、与乙醇混合后加入中，充分反应过滤也能得到葡萄糖酸锌，请你对此做出评价 。
11．汽车废弃催化剂中含有Pt，还含有少量的Fe2O3、MgO、Al2O3、SiO2。一种从汽车废弃催化剂中回收铂的流程如下：
有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：
回答下列问题：
(1)长期使用的催化剂，表面会覆盖积碳和有机物，粉碎废弃催化剂后，需进行预处理操作A，操作A的名称为 。
(2)酸浸工序中Pt溶于王水生成NO和氯铂酸(H2PtCl6)，该反应的化学方程式为 。有同学提议，将王水换成盐酸和过氧化氢的混合溶液，其优点是 。
12．硫酸锰可用于电池、催化剂等行业，是一种重要的化工原料。一种以高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)为原料制备硫酸锰的工艺流程如图。
已知：25℃时，此实验条件下Mn2+开始沉淀的pH为7.54，金属离子在水溶液中的平衡浓度与pH的关系如图所示。
回答下列问题：
(1)已知：“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。处理高硫锰矿时，若直接用H2SO4浸出，不经“混合焙烧”，其缺点为 。
(2)“氧化“时，发生反应的离子方程式为 。
(3)“中和除杂“时，生成沉淀的主要成分为 。(填化学式)
13．利用硝酸、过氧化氢对废弃锂电池中的正极材料LiMn2O4进行处理，回收Li、Mn元素，工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)通过仪器分析可知LiMn2O4晶体中锰元素由、构成，它们的个数比为 。
(2)为了提高“酸浸”的效率，可采取的方法有 (答出2条)。“滤液1”的主要溶质有LiNO3、，写出“酸浸”时发生反应的离子方程式 。
(3)在“酸浸”时，若用盐酸替代硝酸，可能产生的不良影响是 ，请评价若流程中缺少“加热浓缩”步骤后工艺的优缺点 (优点和缺点各写一条)。
(4)“沉锂”试剂不选用的原因可能是 (写出一条)。
14．高锰酸钾在化工生产和环境保护等领域应用十分广泛。以软锰矿(主要成分是MnO2，含有Fe2O3和SiO2等杂质)为原料制备高锰酸钾的工艺流程如图：
回答下列问题：
(1)基态Mn原子的价电子轨道表示式为 。
(2)“焙烧”中有K2MnO4生成，该步骤主要反应的化学方程式为 。
(3)若“焙烧”时未加入KClO3，“水浸”后所得溶液中也含有K2MnO4，原因可能是 。
(4)“水浸”时需要加热，其目的是 。
(5)“滤渣2”含有MnO2和 ，“歧化”过程中主要反应的离子方程式为 。
(6)KMnO4可通过电解K2MnO4溶液的方法直接制得，相比“歧化法”，电解法的优点是 。
15．铬是高熔点、耐腐蚀金属，常被用于制作不锈钢和镀铬。工业上常利用铬铁矿(主要成分是，还含有MgO、、、等杂质)通过下列两种方法来制备铬。
方法一：焦炭还原法
方法二：流程如下
已知：
ⅰ.固体X的主要成分是、MgO；
ⅱ.；
ⅲ.
回答下列问题：
(1)铬铁矿焙烧时的化学方程式为 (填化学式)。固体Y的主要成分是 。
(2)“废液”可以适当处理再利用。流程中可以循环再利用的物质是 (填化学式)。
(3)与方法二相比，方法一的缺点是 。
(4)高温还原的化学方程式为 。
金属离子
开始沉淀/
1.5
6.3
0.5
完全沉淀/
2.8
8.3
2.5
物质
MnS
NiS
ZnS
金属离子
开始沉淀
8.1
6.3
1.5
3.4
8.9
6.2
6.9
沉淀完全
10.1
8.3
2.8
4.7
10.9
8.2
8.9
氢氧化物
开始沉淀的pH
完全沉淀的pH
2.7
3.7
8.3
9.8
7.6
9.6
8.0
11.1
金属离子
Al3+
Mg2+
Fe3+
开始沉淀的pH
3.5
9.5
2.2
沉淀完全(c=1.0× 10-5ml/L)的pH
4.7
11.1
3.2