2025年高三化学高考工艺流程题专项模拟试题

2025年高三化学高考工艺流程题专项模拟试题一、物质制备型工艺流程题（一）试题示例题目：以钼精矿（主要含MoS₂，杂质为Cu、Fe化合物及SiO₂）为原料制备四钼酸铵[(NH₄)₂Mo₄O₁₃·2H₂O]的工艺流程如下：graphTDA[钼精矿]-->|焙烧|B[焙烧渣:MoO₃、CuO、Fe₂O₃、SiO₂]B-->|氨水浸出|C[浸出液:MoO₄²⁻、NH₃·H₂O|滤渣:CuO、Fe₂O₃、SiO₂]C-->|蒸发浓缩、酸化|D[仲钼酸铵晶体]D-->|加热分解|E[四钼酸铵产品]问题：写出“焙烧”时MoS₂转化为MoO₃的化学方程式：__________。“氨水浸出”时，MoO₃发生反应的离子方程式为__________，滤渣的主要成分为__________（填化学式）。若“酸化”时pH过低，会导致产品中混有__________（填化学式）杂质，原因是__________。仲钼酸铵[(NH₄)₂MoO₄]加热分解生成四钼酸铵的化学方程式为__________。（二）答案与解析2MoS₂+7O₂$\xlongequal{高温}$2MoO₃+4SO₂解析：焙烧时MoS₂被氧化为MoO₃（Mo元素+6价）和SO₂（S元素+4价），需配平O₂的化学计量数。MoO₃+2NH₃·H₂O=MoO₄²⁻+2NH₄⁺+H₂O；CuO、Fe₂O₃、SiO₂解析：MoO₃为酸性氧化物，与氨水反应生成MoO₄²⁻；CuO、Fe₂O₃为碱性氧化物，SiO₂不溶于氨水，共同形成滤渣。H₂MoO₄；H⁺浓度过高时，MoO₄²⁻与H⁺结合生成H₂MoO₄沉淀（H₂MoO₄的Ksp较小）解析：MoO₄²⁻在酸性条件下会发生质子化反应：MoO₄²⁻+2H⁺⇌H₂MoO₄↓，pH过低会促进该反应。4(NH₄)₂MoO₄$\xlongequal{\Delta}$(NH₄)₂Mo₄O₁₃+6NH₃↑+7H₂O解析：根据原子守恒配平，注意生成NH₃和H₂O的计量数。二、分离提纯型工艺流程题（一）试题示例题目：某工厂用废锂电池正极材料（主要含LiCoO₂、Al、C，杂质为Fe₂O₃）回收Li⁺和Co²⁺的流程如下：graphTDA[废正极材料]-->|破碎、碱溶|B[滤液:AlO₂⁻|滤渣:LiCoO₂、C、Fe₂O₃]B-->|H₂SO₄+H₂O₂溶解|C[溶液:Li⁺、Co²⁺、Fe³⁺|滤渣:C]C-->|调pH=5|D[沉淀:Fe(OH)₃|溶液:Li⁺、Co²⁺]D-->|加入Na₂CO₃|E[Li₂CO₃沉淀|溶液:Co²⁺]问题：“碱溶”的目的是__________，反应的离子方程式为__________。“溶解”时，H₂O₂的作用是__________，若不加H₂O₂，会导致Co²⁺浸出率降低，原因是__________。“调pH=5”时，需加入的试剂为__________（填“NaOH”或“H₂SO₄”），此时溶液中c(Fe³⁺)=__________mol/L（已知Fe(OH)₃的Ksp=4×10⁻³⁸）。若“沉锂”后溶液中c(Li⁺)=0.1mol/L，要使Li⁺沉淀完全（c(Li⁺)≤1×10⁻⁵mol/L），需控制c(CO₃²⁻)≥__________mol/L（已知Li₂CO₃的Ksp=2.5×10⁻²）。（二）答案与解析除去Al杂质；2Al+2OH⁻+2H₂O=2AlO₂⁻+3H₂↑解析：Al与强碱反应生成可溶性AlO₂⁻，而LiCoO₂、Fe₂O₃不溶于碱。还原LiCoO₂中的Co³⁺为Co²⁺；Co³⁺氧化性强，会氧化Cl⁻生成Cl₂，自身被还原为Co²⁺，但H₂SO₄提供的SO₄²⁻无还原性，导致Co³⁺无法转化为Co²⁺进入溶液解析：LiCoO₂中Co为+3价，需H₂O₂作还原剂将其还原为Co²⁺（可溶），若不加H₂O₂，Co³⁺可能以沉淀形式残留。NaOH；4×10⁻¹¹解析：调pH=5的目的是沉淀Fe³⁺，需加入碱（NaOH）；此时c(OH⁻)=10⁻⁹mol/L，c(Fe³⁺)=Ksp[Fe(OH)₃]/c³(OH⁻)=4×10⁻³⁸/(10⁻⁹)³=4×10⁻¹¹mol/L。2.5×10⁸解析：Li₂CO₃的Ksp=c²(Li⁺)·c(CO₃²⁻)，则c(CO₃²⁻)≥Ksp/c²(Li⁺)=2.5×10⁻²/(1×10⁻⁵)²=2.5×10⁸mol/L（实际操作中需结合经济成本调整）。二、分离提纯型工艺流程题（一）试题示例题目：某工厂用废锂电池正极材料（主要含LiCoO₂、Al、C，杂质为Fe₂O₃）回收Li⁺和Co²⁺的流程如下：graphTDA[废正极材料]-->|破碎、碱溶|B[滤液:AlO₂⁻|滤渣:LiCoO₂、C、Fe₂O₃]B-->|H₂SO₄+H₂O₂溶解|C[溶液:Li⁺、Co²⁺、Fe³⁺|滤渣:C]C-->|调pH=5|D[沉淀:Fe(OH)₃|溶液:Li⁺、Co²⁺]D-->|加入Na₂CO₃|E[Li₂CO₃沉淀|溶液:Co²⁺]问题：“碱溶”的目的是__________，反应的离子方程式为__________。“溶解”时，H₂O₂的作用是__________，若不加H₂O₂，会导致Co²⁺浸出率降低，原因是__________。“调pH=5”时，需加入的试剂为__________（填“NaOH”或“H₂SO₄”），此时溶液中c(Fe³⁺)=__________mol/L（已知Fe(OH)₃的Ksp=4×10⁻³⁸）。若“沉锂”后溶液中c(Li⁺)=0.1mol/L，要使Li⁺沉淀完全（c(Li⁺)≤1×10⁻⁵mol/L），需控制c(CO₃²⁻)≥__________mol/L（已知Li₂CO₃的Ksp=2.5×10⁻²）。（二）答案与解析除去Al杂质；2Al+2OH⁻+2H₂O=2AlO₂⁻+3H₂↑解析：Al与强碱反应生成可溶性AlO₂⁻，而LiCoO₂、Fe₂O₃不溶于碱。还原LiCoO₂中的Co³⁺为Co²⁺；Co³⁺氧化性强，会氧化Cl⁻生成Cl₂，自身被还原为Co²⁺，但H₂SO₄提供的SO₄²⁻无还原性，导致Co³⁺无法转化为Co²⁺进入溶液解析：LiCoO₂中Co为+3价，需H₂O₂作还原剂将其还原为Co²⁺（可溶），若不加H₂O₂，Co³⁺可能以沉淀形式残留。NaOH；4×10⁻¹¹解析：调pH=5的目的是沉淀Fe³⁺，需加入碱（NaOH）；此时c(OH⁻)=10⁻⁹mol/L，c(Fe³⁺)=Ksp[Fe(OH)₃]/c³(OH⁻)=4×10⁻³⁸/(10⁻⁹)³=4×10⁻¹¹mol/L。2.5×10⁸解析：Li₂CO₃的Ksp=c²(Li⁺)·c(CO₃²⁻)，则c(CO₃²⁻)≥Ksp/c²(Li⁺)=2.5×10⁻²/(1×10⁻⁵)²=2.5×10⁸mol/L（实际操作中需结合经济成本调整）。三、核心解题策略（一）原料预处理阶段焙烧/煅烧：目的：除去有机物、硫化物（生成SO₂），或使矿物转化为可溶性氧化物（如FeCO₃煅烧生成Fe₂O₃）。易错点：忽略S、C等元素的氧化产物（如SO₂、CO₂）。酸浸/碱浸：酸浸（H₂SO₄、HCl）：溶解金属单质、碱性氧化物（如MgO）、弱酸盐（如CaCO₃）。碱浸（NaOH）：溶解Al、SiO₂、两性氢氧化物（如Al(OH)₃）。示例：用稀硫酸浸出黄铜矿（CuFeS₂）时，Cu²⁺、Fe²⁺进入溶液，S元素转化为H₂S气体。（二）分离提纯阶段调pH除杂：原理：通过控制pH使金属离子形成氢氧化物沉淀（如Fe³⁺在pH=3~4沉淀完全，Cu²⁺在pH=6~7沉淀）。计算：利用Ksp计算“开始沉淀”和“沉淀完全”的pH，公式为pH=14-lg[c(OH⁻)]，其中c(OH⁻)=$\sqrt[3]{Ksp/c(M^{n+})}$（以M(OH)₃为例）。结晶方法选择：蒸发结晶：适用于溶解度随温度变化小的物质（如NaCl）。冷却结晶：适用于溶解度随温度变化大的物质（如KNO₃、Li₂CO₃）。易错点：“趁热过滤”的目的是防止目标产物因降温析出（如分离NaNO₃和NaCl时，趁热过滤除去NaCl）。（三）产品获得阶段洗涤操作：冰水洗涤：减少晶体溶解损耗（如洗涤KNO₃晶体）。乙醇洗涤：快速干燥，防止水解（如洗涤AlCl₃晶体）。循环利用：可循环物质：母液（如NH₄Cl溶液）、气体（如Cl₂、NH₃）。示例：侯氏制碱法中，NH₃和CO₂可循环使用。四、高考命题趋势分析结合新能源、环保背景：如锂电池回收、废水处理（重金属离子去除）、光伏材料制备（如高纯硅）。陌生方程式书写：需根据流程图中“箭头指向”和“元素价态变化”推断产物（如Cr₂O₇²⁻被还原为Cr³⁺）。定量计算融合：Ksp计算、产率（$\frac{实际产量}{理论产量}×100%$）、浸出率（$\frac{浸出的目标物质量}{原料中总质量}×100%$）成为高频考点。示例：以某含钒废渣（V₂O₅、Fe₂O₃、SiO₂）制备NH₄VO₃的流程中，若浸出率为90%，理论上100kg含V₂O₅50%的废渣可制得NH₄VO₃__________kg（V的摩尔质量为51g/mol）。计算过程：理论V₂O₅质量=100kg×50%=50kg实际浸出V₂O₅质量=50kg×90%=45kgn(V₂O₅)=45×10³g/182g/mol≈247.25moln(NH₄VO₃)=2n(V₂O₅)=494.5molm(NH₄VO₃)=494.5mol×117g/mol≈57.86kg五、易错点警