大题突破：化学工艺流程综合题-2025届高中化学一轮复习

「命题研究推断

该题型以工艺流程图的形式再现实际生产的关键环节，情境真实而富有意义，旨在引导学生学以致用，解决

生产、生活中的实际问题，有利于培养学生的科学精神和社会责任感。考查的知识多为产物的判断，陌生化学方

程式、离子方程式或电极反应式的书写，温度控制在一定范围的原因分析，溶度积常数的有关计算等。工艺流程

题是高考的热点题型，综合性强，难度较大，是高考试卷中的拉分题目之一。

f典题示例研析

[(2024.全国甲卷26题节选)钻在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、

钻、镒的+2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钻的一种流程如下。

稀H2solH2sNa2S2O8NaOHNaClO

慧滤液

浸渣CuSMnO2滤渣Co(OH):t

注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于lOfmolL-I其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。

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

②以氢氧化物形式沉淀时，lg[c(M)/(mol.L-1)]和溶液pH的关系如图所示。

r

q

-

O

E-3

X

W—I

X

M-5

一pH

回答下列问题：

(1)“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是。

(2)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.lOmoLLi,向其中加入Na2s至Z#+沉淀完

全，此时溶液中c(C02+)=mol-L1,据此判断能否实现2声+和C02+的完全分离(填“能”或

“不能”)。

(3)“沉淀”步骤中，用NaOH调pH=4,分离出的滤渣是

(4)“沉钻”步骤中，控制溶液pH=5.()〜5.5,加入适量的NaClO氧化C02+,其反应的离子方程式为.

(5)根据题中给出的信息，从“沉钻”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是

倒2：（2024•贵州高考16题节选）煤气化渣属于大宗固废，主要成分为Fe2C）3、AI2O3、SiC>2及少量MgO等。一

种利用“酸浸一碱沉一充钠”工艺，制备钠基正极材料NaFePCU和回收AI2O3的流程如下：

Mg(OH)2A1(OH)3

品种

已知:

33

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

AKOH)3品种、

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

回答下列问题：

(1)“滤渣”的主要成分为(填化学式)。

(2)25℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0,此时溶液中c(Fe3+)=mol-L-1o

(3)“除杂”时需加入的试剂X是o

(4)“水热合成”中，NH4H2P04作为磷源，“滤液2”的作用是

水热合成NaFePCU的离子方程式为_______________________________________

f能力培养点拨

一、明确试题模式，建立思维模型

1.明确试题模式

考虑副产品的循环利用

图1图2图3

图1箭头表示反应物加入和生成物出来；

图2箭头表示反应物分步加入和生成物出来；

图3箭头表示循环反应。

2.“元素追踪法”速析工艺流程图

通过对比原料及目标产品中的元素组成，先将元素分为“产品元素”和“杂质元素”，再追踪原料中和目标产品

中均存在的元素，即追踪“产品元素”。

必要转化

核心反应

明确所产品元素目标产品）

,有元素.杂质元素卜T去除（或利用））

运用沉淀法、离子交换法等

二、热点考查分类突破

（-）流程中滤渣成分的确定

滤渣成分判断的三个维度

举例滤渣的成分

公…以电石渣［主要成分为Ca（OH）2和CaCCh］为原料制备KCIO3的流程如图:

维度1

H2OCl2KC1

过量的反应j«__ICaCO3>Ca(OH)2

物电石渣f碇f陶画］—阿田-……^KCIO3固体

滤渣

某粉煤灰经预处理后含CU2。、SiO2>AI2O3、FeO等化合物，一种综合利用工

艺设计的流程如下:

维度2

盐酸

II2O2CaCO3NaOH溶液

原料中不参粉

氧

酸

水

碱

煤

淀

溶液

沉r滤渣I为SiO,Cu

化

浸

解

溶液f溶T；2

与反应的物灰-r*Al(Oil)

渣

滤

液

母nL母液

滤渣I

质及生成物物质

;x

+2+

已知：Cu2O+2H^Cu+Cu+H2O

工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁［Fe（OH）

维度3SO4,易溶于水］的工艺流程如图:

杂质转化的过量废铁屑NaHCO,NaNOzH^SO,调节pHAl(OH)3

I4Ii

物质稀硫酸f反火11—1丽-丽IT反应U—一碱式硫酸铁

源潜NO

「提能演练升华

1.硫酸锌（ZnSO4）是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备，菱

锌矿的主要成分为ZnCCh，杂质为SiCh以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下:

XKMnO,Zn粉

菱锌矿H2SO4

焙烧浸取

滤渣④

本题中所涉及离子的氢氧化物的溶度积常数如下表:

离子椅

Fe3+4.0X10-38

Zn2+6.7X10-17

Cu2+2.2X10—2°

Fe2+8.0X10-16

Mg2+1.8X10-1

(1)加入物质X[Ca(OH)2]调溶液pH=5,滤渣①的主要成分是

(2)滤渣④与浓硫酸反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是、o

(二)流程中常考的分离提纯技术——萃取、反萃取

1.化工流程中常用的分离操作

化工流程中分离提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗

涤、烘干、蒸馆、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。

2.萃取与反萃取考查角度

(1)萃取法分离

考查角度举例问题

用如图所示的实验甲置进行萃取分液，以

除去溶液中的F2d3+O为使Fe3+尽可能多地从水相转移至有机相，采取的

萃取操作

1A仪器A操作：向装有水溶液的仪器A中加入一定量的有机

的考查

H萃取剂，充分振荡、静置、分液，并重复多次

Q2+

%(X8■萃取剂AMnCo2+

/o萃取剂A

M6

萃取剂窿o已知萃取剂A、B及pH对钻、铳离子萃取率的影响

4•萃取剂B

Mo

2如图所示，为了除去Mn2+,应选择萃取剂B

的选择O：萃取剂B

)12345P4

AF+、Co24的萃取率与pH的关系如图所

zJKo萃取分离钻、铝离子的实验操作：向萃取分液后的有

pH范围100机相中加稀硫酸调pH=3~4,分液可得CoSO4溶

580

的选择■60液，继续向萃取分液后的有机相中加稀硫酸调pH在

建40

据200.5以下，然后分液，可得Ab(SO4)3溶液

0

^2~3~4~5~6pH

①要除去的离子在萃取剂中的溶解度远大于有效离子的溶解度。②离子在不同的萃取剂中溶解

归纳总结

度相差越大越好。③选择合适的pH范围分离离子，要求该pH范围内离子溶解度相差较大

(2)反萃取分离

考查角度示例问题

碘单质与浓NaOH溶液发生的反

实验室从碘的CC14溶液中提取12,可以采用反萃取法，具体步骤

应为3L+6NaOH^5Nal+

反萃取如下：

NaIO3+3H2O,操作A为分液，

的目的竺冲世4含工的悬浊液1

碘的CC1液NaOH溶液

4目的是使中的进入水层；

溶液，操作BCC1412

操作A|固态"单质|

操作B为过滤

帆及其化合物在工业上有许多用途。从废帆(主要成分为V2O3、

V2O5>FezCh、FeO、SiO2)中提取五氧化二铀的一种工艺流程如

图。“溶剂萃取与反萃取”可表示为

反萃取剂KC3溶剂萃取.

反萃取剂J0

V02++HzR，反萃取VOR+2H

凡SO,O2有机溶剂H2R

的选择有机层|流.上浓矗

登T酸漫、氧化一…,萩］+。为了提高V02+的产率，反萃

­[*¥I

废渣v,o«取剂可选用硫酸

已知：①VOSO4能溶于水，V02+与Fe不能反应。

2+

②有机溶剂H2R对VCP+及Fe3+萃取率高，但不能萃取Fe

f提能演练升华

2.一种从阳极泥(主要成分为Cu、Ag、Pt、Au、AgzSe和Cu2s等)中回收Se和贵重金属的工艺流程如图所示:

O2O2,HNO3NaCl

II,I

阳极泥f隔斑］f酸浸氧化I滤液1»版副「

II

SO2,SeO2滤渣I

反萃取剂萃取邛RH)

溶液_|反，取|«有机相庠前《滤液口

CU(NO3)Z।

NaOH、Na282c),混合液Na^O,溶液,

AL盘

I

滤液w

已知：S2O厂易与Ag+形成配离子：Ag++2s2。7u［Ag(S2O3)2产，常温下该反应的平衡常数K=2.80X10i3。

滤液IV中含有Na2sO3和Na2s2O3,则“还原”中发生反应的离子方程式为=

滤液IV可返回(填“工序名称”)工序循环使用。但循环多次后，银的浸出率会降低，原因是

_____________________________________(试从平衡原理解释)o

(三)流程中Ksp的相关计算

1.流程中金属阳离子分离提纯时溶液pH的控制

化工流程中常常通过加碱调节溶液pH的方法除去某些金属阳离子，要求被除去的金属阳离子沉淀完全(即其浓度

小于IO-1noi.厂1),但被提纯的金属阳离子不能同时沉淀出来。因此，需要通过Ksp计算金属阳离子开始沉淀和

沉淀完全时的pH,其计算流程：

对于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℃时，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+,应控制溶液的pH范围是.

f提能演练I升华

3.用软铸矿（主要成分为MnCh，含少量Fe3（D4、A12O3）制备高纯MnCCh的部分工艺流程如下:

硫化领硫酸①试剂X

，溶液1②氨水

软锤

矿粉'

硫黄滤渣“

高纯碳酸镒一……

碳酸氢锭"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℃

时相关物质的Ksp见下表。

物质Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2

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

净化时需加入的试剂X为（填化学式），再使用氨水调溶液的pH,则调节溶液pH的范围是.

4.工业上以软锦矿（主要成分为MnCh，还含有少量FezCh）和辉铜矿（主要成分为M0S2,还含有少量Si、Ni的

氧化物）为原料，制备四车目酸钱晶体[（NH4）2Mo4。13,21120]和硫酸锦晶体的工艺流程如下。

硫化钠

MnSO,•4H?g森T操例*-［调PH窿蝴*

滤渣

碳酸钠溶液

空气一

叔胺-H

软镒黄钠铁研

矿、辉

铝矿试剂X

盛取H

浸出渣

硫酸

叔胺

鹘瞿萨O”

毋液

已知:pKsp=一lgKsp,常温下,NiS和MnS的pap分别为19.4和12.6；1g2=0.3。

(1)“除铁”后的溶液中c（M「+）=0.5mol.L'1,当溶液中可溶组分浓度cWl.OX10-6moiL一时，可认为已

除尽,则“除保”应控制溶液pH的范围是.［已知pc(S2-)=-lgc(S2-),该溶液中pc(S2-)和pH

的关系为pc（S2D=15.1—pH；忽略溶液体积变化]。

(2)“萃取”的原理为2R3N（叔胺）+2H++MOO：U（R3NH）2M0CU，则“反萃取”中的试剂X最适宜选用

（填字母）。

a.稀硫酸b.(NH4)2sO4溶液

c.NaOH溶液d.氨水

2.利用金属阳离子沉淀完全或开始沉淀的pH计算Kp

【示例分析】

己知常温下有关金属阳离子开始沉淀和沉淀完全的pH如表:

金属离子Fe3+Al3+Mg2+

开始沉淀的pH2.23.79.5

沉淀完全(c=l.0X

3.24.711.1

105mol-L1)的pH

(1)常温下，0.01molL-AF+的溶液开始产生沉淀的pH=3.7则Kp[Al(OH)3]=

(2)常温下，AF+沉淀完全的pH=4.7,则Ksp[Al(OH)3]=。

「提能演练升华

5.某油脂厂废弃的油脂加氢保催化剂主要含金属Ni、AhFe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工

艺流程回收其中的保制备硫酸保晶体(NiSCUIlhO)：

NaOH溶液稀硫酸坨。2溶液NaOH溶液

我也警奉警也幸嚼鑫

剂滤液①滤渣②滤渣③

溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀时的pH如表所示：

金属离子Ni2+Al3+Fe3+Fe2+

开始沉淀时(c=0.01mol.171)的pH7.23.72.27.5

沉淀完全时(c=l.OX10~5mol-L-1)

8.74.73.29.0

的pH

利用上述表格数据，计算Ni(OH)2的Kp=____________________________(列出计算式0如果“转化”后的

溶液中Ni2+浓度为1.0mol-L-1,则“调pH”应控制的pH范围是。

6.磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiCh、SiO2>AhCh、MgO、CaO以及少量的FezCh。为节约和充分利用资

源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。

(NHJSO,热水氨水

鬻封鼾引雍幽分步.淀i氢氧化物沉淀

L云^浸渣母金①

T酸溶|-----X水解iTiO2-.xH2O

酸酸溶渣热水母液②

该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全时的pH见下表：

金属离子Fe3+Al3+Mg2+Ca2+

开始沉淀时的pH2.23.59.512.4

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

(1)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0,在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6,依次析出的金属离子

是O

(2)“母液①”中Mg2+浓度为mol-L^o

大题突破3化学工艺流程综合题

典题示例研析

【例1】(1)使固体和酸充分接触，加快反应速率(2)1.6X10-4不能(3)Fe(OH)3(4)2Co2++

CKT+5H2O^2CO(OH)3J+CC+4H+(5)用NaOH调节滤液pH为8.2〜12,使锌沉淀完全并过滤

解析：(1)“酸浸”时磨碎废渣，能够增大反应物与稀硫酸的接触面积，加快“酸浸”速率。(2)由题给信息

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

1.6X10-4mol-L-1<0.10mol-L-1,C<?+开始沉淀，故不能实现Zi?+和C(?+的完全分离。(3)由已知信息②可

知，溶液pH=4时，Fe3+全部转化为Fe(OH)3»(4)“沉钻”时，Co?+与C1O「反应转化为Co(OH)3与Cl

一,该反应的离子方程式为2co2++CKT+5H2O^2CO(OH)31+C「+4H+。(5)由已知信息②可知，Zi?卡在

pH为8.2〜12时以Zn(OH)2沉淀形式析出，故回收Zn(OH)2时应调pH为8.2〜12,再过滤分离。

+2+

【例2】(1)SiO2(2)2.8X10-6(3)NaOH(4)作钠源、中和H2PO；电离出的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:。浓则N症湍稀H空如o.

煤气化渣嵋隔腐嗡2。。，

TTNaOH

)渣过1X足量,滤瞥稳定剂

Si°2滤液1谒处塞一主语NaOH

_主要含Al盯WMg(OH),Al(OH)卜施fA2

解析：品种

(1)SiCh不溶于硫酸，也不与硫酸反应，故酸浸时滤渣主要为SiCh。(2)pH=3.0,c(OH)=10-11mol-L-

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

c3(OH-)(io-11)

3.0,所得滤液1主要含有AF+、Mg2+,加入过量X是为了分离二者，结合除杂后Mg2+转化为Mg(OH)2沉

淀、A"+进入溶液可知，试剂X为NaOH。(4)结合已知②可知，水解所得滤液2的主要成分为NaOH,其在

“水热合成”中可提供Na元素形成NaFePCU，并且OH-可中和H2PO；电离出的H卡,促进产物的生成。

—\

(-)

提能演练升华

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

解析：(1)当沉淀完全时，离子浓度小于IO'moll-,结合表格Ksp计算各离子完全沉淀时pH<5的只有Fe3

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

SiO2o(2)经分析知，滤渣④为CaF2、MgF2,与浓硫酸反应可得到HF,同时得到的副产物为CaSCU、MgS04o

(二)

提能演练升华

2.2[Ag(S2O3)2]3-+S20：+4OH-2Agl+2S07+4S2O7+2H2。溶浸随循环次数的增加，浸出液中

*34

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

动，故银的浸出率降低

解析：滤液III中[Ag(S2O3)2]3一被Na2S2O4还原为Ag,自身被氧化为Na2so3，该反应离子方程式为2[Ag

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

回“溶浸”工序循环使用；随着循环次数的增加，浸出液中c(S2。；一)减小，c(CF)增大，AgCl(s)+

3

2s2。厂(aq)U[Ag(S2O3)2]-(aq)+C1-(aq)平衡向左移动，故银的浸出率降低。

(三)

1.示例分析

计算Fe3+沉淀完全时的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

+

计算Zr?+开始产生沉淀时的pH：c(OH)=}:彳；:累2工J：：moLL_i=]0_8moLL-Gc(H)

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

因此应控制溶液pH的范围是2.7WpH<6。

提能演练升华

3.H2O24.9WpH<8.15

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

Ksp[Fe(OH)3]，故需计算AF+沉淀完全和Mt?+开始产生沉淀的pH,A^+沉淀完全时，c(OFT)=

3Ksp[Al(OH)3]

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

-c(Al3+)-c