高考复习主观题突破二无机化工流程及分析

主观题突破二无机化工流程及分析高考总复习优化设计GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI2026突破点1物质转化过程及方程式的书写突破点2化工流程中的分离、提纯及图像分析目录索引

突破点3化工流程中的有关计算学科素养•提升突破点1物质转化过程及方程式的书写真题体验(2024·黑吉辽卷节选)中国是世界上最早利用细菌冶金的国家。已知金属硫化物在“细菌氧化”时转化为硫酸盐,某工厂用细菌冶金技术处理载金硫化矿粉(其中细小的Au颗粒被FeS2、FeAsS包裹),以提高金的浸出率并冶炼金,工艺流程如下:(1)“细菌氧化”中,FeS2发生反应的离子方程式为_____________________________________________。

(2)“真金不怕火炼”表明Au难被O2氧化,“浸金”中NaCN的作用为_____________________________________________。

(3)“沉金”中Zn的作用为____________________。

(4)滤液②经H2SO4酸化,[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN的化学方程式为_____________________________________________。

生成稳定配离子[Au(CN)2]-,促进Au被氧化

作还原剂

Na2[Zn(CN)4]+2H2SO4══ZnSO4+4HCN+Na2SO4模型构建1.化工流程中物质的转化过程分析

2.化工流程中物质的追踪(1)判断主体物质的转化:关注目标元素及其化合物在各步骤发生的反应,确定目标元素的存在形式、状态,进一步确定物质分离、提纯的方法。(2)判断滤液和滤渣的成分:主要根据物质的性质判断,特别是物质的溶解性,因此要熟记常见难溶于水、微溶于水的物质。(3)判断可循环利用的物质:主要从以下四个方面判断:一是看流程图中是否有循环线;二是从过滤或结晶后的母液中寻找;三是从流程图中需要加入的物质中寻找;四是从能发生可逆反应的物质中寻找。3.化工流程中氧化还原反应的化学(离子)方程式的书写

模型应用应用一

基于工艺流程的物质转化及分析1.(2025·山东卷节选)采用两段焙烧—水浸法从铁锰氧化矿(主要含Fe2O3、MnO2及Co、Cu、Ca、Si等元素的氧化物)分离提取Cu、Co、Mn等元素,工艺流程如下:已知:该工艺条件下,(NH4)2SO4低温分解生成NH4HSO4,高温则完全分解为气体;Fe2(SO4)3在650℃完全分解,其他金属硫酸盐分解温度均高于700℃。回答下列问题:(1)“低温焙烧”时金属氧化物均转化为硫酸盐。MnO2与NH4HSO4反应转化为MnSO4时有N2生成,该反应的化学方程式为___________________________________________________________。

“高温焙烧”温度为650℃,“水浸”所得滤渣主要成分除SiO2外还含有______________(填化学式)。

(2)在(NH4)2SO4投料量不变的情况下,与两段焙烧工艺相比,直接“高温焙烧”“水浸”时金属元素的浸出率__________(填“增大”“减小”或“不变”)。

(3)HR萃取Cu2+反应为2HR(有机相)+Cu2+(水相)CuR2(有机相)+2H+(水相)。“反萃取”时加入的试剂为__________(填化学式)。

(4)“沉锰”所得滤液并入“吸收”液中,经处理后所得产品导入__________(填操作单元名称)循环利用。

3MnO2+3NH4HSO4

3MnSO4+N2↑+NH3↑+6H2OFe2O3、CaSO4减小

H2SO4低温焙烧

解析:采用两段焙烧—水浸法从铁锰氧化矿中分离提取Cu、Co、Mn等元素,加入硫酸铵“低温焙烧”,金属氧化物均转化为硫酸盐,如硫酸锰、硫酸铁、硫酸钴、硫酸钙等,产生的气体有氨气、氮气等,氨气用稀硫酸吸收,得到硫酸铵溶液,得到的硫酸盐经650

℃“高温焙烧”,只有硫酸铁发生了分解,产生三氧化硫气体和氧化铁,“水浸”后,过滤分离出滤渣,滤渣主要成分为二氧化硅、氧化铁及硫酸钙,后续“萃取分离”,将铜元素萃取到有机相中,最终得到硫酸铜溶液,水相主要含有钴元素和锰元素,加入硫化钠,调节pH,生成硫化钴,过滤分离最终得到硫酸钴溶液,向“沉钴”后的滤液中加入碳酸氢铵“沉锰”,生成碳酸锰沉淀。2.(2024·福建卷节选)锂云母的主要成分为K(Li1.5Al1.5)(AlSi3O10)(OH)xF2-x,实验室探索一种碱浸分解锂云母制备LiOH的工艺流程如下:(1)“高压浸出”中,“滤渣1”中卤化物Y为__________(填化学式)。

(2)“沉锂”生成磷酸锂的化学方程式为_____________________________。(3)“沉淀转化”反应2Li3PO4(s)+3Ca(OH)2(aq)6LiOH(aq)+Ca3(PO4)2(s)的平衡常数K=__________(列出计算式)。[已知:25℃时,Ksp(Li3PO4)=m,Ksp[Ca3(PO4)2]=n]

(4)“操作Z”为加热、趁热过滤和__________;趁热过滤的主要目的是____________________(LiOH分解温度约为1000℃)。

CaF2H3PO4+3LiOH══Li3PO4↓+3H2O

蒸发结晶

除去Ca(OH)2杂质

应用二

基于物质转化的方程式及书写3.(2025·安徽卷节选)某含锶(Sr)废渣主要含有SrSO4、SiO2、CaCO3、SrCO3和MgCO3等,一种提取该废渣中锶的流程如图所示。已知25℃时,Ksp(SrSO4)=10-6.46,Ksp(BaSO4)=10-9.97。回答下列问题:(1)“浸出液”中主要的金属离子有Sr2+、__________(填离子符号)。

(2)“盐浸”中SrSO4转化反应的离子方程式为_____________________。

Ca2+、Mg2+SrSO4(s)+Ba2+(aq)BaSO4(s)+Sr2+(aq)(3)其他条件相同时,盐浸2h,浸出温度对锶浸出率的影响如图所示。随温度升高锶浸出率增大的原因是__________________________________。

(4)“浸出渣2”中主要含有SrSO4、_______________(填化学式)。

(5)由SrCl2·6H2O制备无水SrCl2的最优方法是__________(填字母)。

a.加热脱水 b.在HCl气流中加热c.常温加压 d.加热加压温度升高,SrSO4的溶解度增大,所以锶浸出率增大

BaSO4、SiO2a解析:(1)向含锶废渣中加入稀盐酸酸浸,SrCO3、CaCO3、MgCO3溶解,故“浸出液”中主要金属离子有Sr2+、Ca2+、Mg2+。(2)由于相同温度下,Ksp(SrSO4)>Ksp(BaSO4),故向SrSO4固体中加入BaCl2溶液盐浸,SrSO4可转化为BaSO4,反应的离子方程式为SrSO4(s)+Ba2+(aq)BaSO4(s)+Sr2+(aq)。(3)随着温度升高,SrSO4的溶解度增大,所以锶浸出率增大。(4)依据上述分析,“盐浸”时发生沉淀的转化,生成BaSO4沉淀,SiO2不参与反应,故“浸出渣2”中主要含有SrSO4、BaSO4、SiO2。(5)SrCl2是强酸强碱盐,SrCl2不水解,直接加热SrCl2·6H2O失水至恒重,可制得无水SrCl2,故选a。4.(2024·全国甲卷节选)钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的+2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。(1)“酸浸”前,需将废渣磨碎,其目的是_____________________________。(2)“酸浸”步骤中,CoO发生反应的化学方程式是____________________。

(3)“沉钴”步骤中,控制溶液pH=5.0~5.5,加入适量的NaClO氧化Co2+,其反应的离子方程式为__________________________________________。

使固体和酸充分接触,加快反应速率

CoO+H2SO4══CoSO4+H2O2Co2++ClO-+5H2O══2Co(OH)3↓+Cl-+4H+解析:酸浸时,+2价金属氧化物和Zn与稀硫酸反应生成硫酸盐MSO4(M=Zn、Pb、Cu、Fe、Co、Mn),PbSO4难溶于水与Cu单质存在于浸渣中;沉铜时生成难溶于酸的CuS沉淀;沉锰时,Mn2+转化为MnO2沉淀,并将Fe2+氧化为Fe3+,调整溶液pH=4产生的滤渣为Fe(OH)3;NaClO氧化Co2+生成Co(OH)3沉淀。(1)“酸浸”前,需将废渣磨碎,其目的是使固体和酸充分接触,加快反应速率。(2)CoO与稀硫酸反应生成CoSO4的化学方程式为CoO+H2SO4══CoSO4+H2O。(3)“沉钴”步骤中,控制溶液pH=5.0~5.5,加入适量的NaClO氧化Co2+,反应的离子方程式为2Co2++ClO-+5H2O══2Co(OH)3↓+Cl-+4H+。突破点2化工流程中的分离、提纯及图像分析真题体验(2024·湖北卷节选)铍用于宇航器件的构筑。一种从其铝硅酸盐[Be3Al2(SiO3)6]中提取铍的路径为已知:Be2++4HA

BeA2(HA)2+2H+。回答下列问题:(1)为了从“热熔冷却”步骤得到玻璃态,冷却过程的特点是___________。

(2)“萃取分液”的目的是分离Be2+和Al3+,向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液,观察到的现象是_________________________________。(3)写出反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化学方程式:______________________________________________。“滤液2”可以进入__________步骤再利用。

(4)电解熔融氯化铍制备金属铍时,加入氯化钠的主要作用是_____________________________。

快速冷却

先出现白色浑浊,后白色浑浊迅速消失

BeA2(HA)2+6NaOH══Na2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O反萃取分液

增强熔融氯化铍的导电性

模型构建1.从溶液中获取晶体的方法及实验操作(1)溶解度受温度影响较小的物质(如NaCl)采取蒸发结晶的方法,实验过程为:蒸发结晶、趁热过滤(如果温度下降,杂质也会以晶体的形式析出)、洗涤、干燥。(2)溶解度受温度影响较大的物质、带有结晶水的盐或可水解的盐采取冷却结晶的方法,实验过程为:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗等)、干燥。2.萃取与反萃取(1)萃取:利用物质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同,将物质从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。如用CCl4萃取溴水中的Br2。(2)反萃取:用反萃取剂使被萃取物从有机相进入水相的过程,为萃取的逆过程。3.蒸发与蒸馏(1)在某种气体氛围中进行蒸发可抑制水解:如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中蒸发,以防其水解。(2)减压蒸馏的原因:减小压强,使液体的沸点降低,防止受热分解、氧化等。4.固体物质的洗涤

洗涤试剂适用范围目的蒸馏水冷水产物不溶于水除去固体表面吸附着的杂质,可适当降低固体因为溶解而造成的损失热水有特殊的物质其溶解度随着温度升高而下降除去固体表面吸附着的杂质,可适当降低固体因为温度变化溶解而造成的损失有机溶剂(酒精、丙酮等)固体易溶于水、难溶于有机溶剂减少固体溶解;利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分,产品易干燥饱和溶液对纯度要求不高的产品减少固体溶解酸、碱溶液产物不溶于酸、碱除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱的杂质,减少固体溶解洗涤沉淀的方法:向过滤器中加入洗涤剂至浸没沉淀,待洗涤剂自然流下后,重复以上操作2~3次检验沉淀是否洗涤干净的方法:取少量最后一次的洗涤液置于试管中,向其中滴入检验试剂,若未出现特征反应现象,则沉淀洗涤干净模型应用应用一

化工流程中物质的分离及提纯1.(2025·河北卷)铬盐产品广泛应用于化工、医药、印染等领域。通过闭环生产工艺将铬铁矿转化为重铬酸钾,同时回收利用钾资源,可实现绿色化学的目标。流程如下:已知:铬铁矿主要成分是Fe(CrO2)2、Mg(CrO2)2、Al2O3、SiO2。回答下列问题:(1)基态铬原子的价层电子排布式:__________。

(2)煅烧工序中Fe(CrO2)2反应生成K2CrO4的化学方程式:_________________________________________________________。

(3)浸取工序中滤渣Ⅰ的主要成分:Fe2O3、H2SiO3、__________、__________(填化学式)。

(4)酸化工序中需加压的原因:_________________________________。

(5)滤液Ⅱ的主要成分:__________(填化学式)。

3d54s14Fe(CrO2)2+7O2+16KOH8K2CrO4+2Fe2O3+8H2OMgO

Al(OH)3增大CO2的溶解度,保证酸化反应充分进行

KHCO3(6)补全还原、分离工序中发生反应的化学方程式:Fe(CO)5+_________+_______══Cr(OH)3↓+_________+______+___CO↑(7)滤渣Ⅱ可返回__________(填工序名称)工序。

K2CrO44H2OFe(OH)3↓2KOH5煅烧

解析:(1)铬为24号元素,基态Cr原子的价层电子排布式为3d54s1。(2)“煅烧”时Fe(CrO2)2与过量KOH、空气中的O2(作为氧化剂)发生反应生成K2CrO4、Fe2O3和H2O,根据得失电子守恒和原子守恒,即可写出该反应的化学方程式。(3)“煅烧”时Fe(CrO2)2、Mg(CrO2)2与KOH和O2反应转化为Fe2O3、MgO、K2CrO4,Al2O3、SiO2分别与过量的KOH反应转化为K[Al(OH)4]、K2SiO3。“浸取”时K[Al(OH)4]、K2SiO3与CO2反应,分别转化为Al(OH)3、H2SiO3沉淀,Fe2O3、MgO与KHCO3-K2CO3(aq)、CO2均不反应,则滤渣Ⅰ的主要成分为Fe2O3、H2SiO3、MgO、Al(OH)3。

应用二

化工流程中的图像及分析2.(2024·北京卷节选)利用黄铜矿(主要成分为CuFeS2,含有SiO2等杂质)生产纯铜,流程示意图如下。(1)矿石在焙烧前需粉碎,其作用是______________________________。

(2)(NH4)2SO4的作用是利用其分解产生的SO3使矿石中的铜元素转化为CuSO4。(NH4)2SO4发生热分解的化学方程式是________________________________________。

增大接触面积,加快反应速率,使反应更充分

(NH4)2SO4

2NH3↑+SO3↑+H2O(3)矿石和过量(NH4)2SO4按一定比例混合,取相同质量,在不同温度下焙烧相同时间,测得:“吸收”过程氨吸收率和“浸铜”过程铜浸出率变化如图;400℃和500℃时,固体B中所含铜、铁的主要物质如表。温度/℃B中所含铜、铁的主要物质400Fe2O3、CuSO4、CuFeS2500Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO①温度低于425℃,随焙烧温度升高,铜浸出率显著增大的原因是_________________________________________________________。

温度低于425℃,随焙烧温度升高,(NH4)2SO4分解产生的SO3增多,可溶物CuSO4含量增加,故铜浸出率显著增加②温度高于425℃,根据焙烧时可能发生的反应,解释铜浸出率随焙烧温度升高而降低的原因是________________________________________。

温度高于425℃,随焙烧温度升高,发生反应:4CuFeS2+17O2+2CuSO46CuO+2Fe2(SO4)3+4SO3,CuFeS2和CuSO4转化成难溶于水的CuO,铜浸出率降低突破点3化工流程中的有关计算真题体验(2024·湖南卷节选)铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一种含贵金属的可再生资源,回收贵金属的化工流程如下。已知:①当某离子的浓度低于1.0×10-5mol·L-1时,可忽略该离子的存在;②AgCl(s)+Cl-(aq)[AgCl2]-(aq)

K=2.0×10-5;③Na2SO3易从溶液中结晶析出;④不同温度下Na2SO3的溶解度如下。温度/℃020406080溶解度/g14.426.137.433.229.0回答下列问题。(1)“氧化酸浸”和“除金”工序中均需加入一定量的NaCl。①在“氧化酸浸”工序中,加入适量NaCl的原因是___________________。

②在“除金”工序溶液中,Cl-的浓度不能超过__________mol·L-1。

使银元素转化为AgCl沉淀

0.5

0.05(3)“滤液4”中溶质的主要成分为__________(填化学式);在连续生产的模式下,“银转化”和“银还原”工序需在40℃左右进行,若反应温度过高,将难以实现连续生产,原因是______________________________。

Na2SO3高于40℃后,Na2SO3的溶解度下降,“银转化”和“银还原”的效率降低,难以实现连续生产模型构建

2.多步滴定计算(1)连续滴定法:第一步滴定反应生成的产物,还可以继续参加第二步的滴定,根据第二步滴定的消耗量,可计算出第一步滴定的反应物的量。(2)返滴定法:第一步用的滴定剂是过量的,然后第二步再用另一物质返滴定第一步中过量的物质,根据第一步开始加入的量减去第二步中消耗的量,即可得出第一步所消耗滴定剂的物质的量。3.热重法测定物质组成的思维模型模型应用1.(2025·河南卷节选)一种从预处理得到的贵金属合金粉[主要成分为Fe、Rh(铑)、Pt,含有少量SiO2]中尽可能回收铑的工艺流程如下:回答下列问题:(1)已知“酸溶2”中Rh转化为H3[RhCl6],则生成该物质的化学方程式为____________________________________________________;

“滤渣”的主要成分是__________(填化学式)。

(2)“沉铑”中得到的沉淀经“灼烧”后分解成铑单质,但夹杂少量Rh2O3和RhCl3,则“高温还原”中发生反应的化学方程式为_____________________________________________________。

(3)若“活化还原”在室温下进行,SnCl2初始浓度为1.0×10-4mol·L-1,为避免生成Sn(OH)2沉淀,溶液适宜的pH为__________(填字母)[已知Sn(OH)2的Ksp=5.5×10-28]。

A.2.0

B.4.0

C.6.0Rh+6HCl+3HNO3══H3[RhCl6]+3NO2↑+3H2OSiO2Rh2O3+3H22Rh+3H2O、2RhCl3+3H22Rh+6HClA(4)“活化还原”中,SnCl2必须过量,其与Rh(Ⅲ)反应可生成[Rh(SnCl3)5]4-,提升了Rh的还原速率,该配离子中Rh的化合价为__________;反应中同时生成[SnCl6]2-,Rh(Ⅲ)以[RhCl6]3-计,则理论上SnCl2和Rh(Ⅲ)反应的物质的量之比为__________。

+16∶1

2.(1)(2023·辽宁卷节选)某工厂采用如图工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+),实现镍、钴、镁元素的回收。物质Fe(OH)3Co(OH)2Ni(OH)2Mg(OH)2Ksp10-37.410-14.710-14.710-10.8“沉镁”中为使Mg2+沉淀完全(25℃),需控制pH不低于__________(精确至0.1)。

11.1

(2)(2023·全国乙卷节选)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途,如可用作农药防治小麦黑穗病,制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题:在N2气氛中,FeSO4·7H2O的脱水热分解过程如图所示:根据上述实验结果,可知x=__________,y=__________。

41

学科素养•提升1.(2025·黑吉辽蒙卷)某工厂采用如下工艺回收废渣(含有ZnS、PbSO4、FeS和CuCl)中的Zn、Pb元素。已知:①“氧化浸出”时,PbSO4不发生变化,ZnS转变为[Zn(NH3)4]2+;②Ksp[Pb(OH)2]=10-14.8;③酒石酸(记作H2A)结构简式为HOOC(CHOH)2COOH。回答下列问题:

2

随着温度升高,化学反应速率加快,浸出率增大;温度增加到一定程度导致NH3·H2O分解成NH3逸出,(NH4)2S2O8也分解,反应物浓度降低,浸出率又减小Zn+[Cu(NH3)4]2+══[Zn(NH3)4]2++CuFepH升高会使得溶液中A2-浓度增大,使PbSO4(s)+A2-PbA(s)

Pb(OH)2Pb(OOC—CHOH—CHOH—COO)2H2O↑+4CO↑+Pb

(7)根据PbA“真空热解”产生Pb和2种气态氧化物,结合原子守恒,推知2种气态氧化物分别为CO、H2O,可得方程式Pb(OOC—CHOH—CHOH—COO)

2H2O↑+4CO↑+Pb。2.(2025·湖北卷)氟化钠是一种用途广泛的氟化试剂,通过以下两种工艺制备:已知:室温下,TiO2是难溶酸性氧化物,CaTiO3的溶解度极低。20℃时,NaF的溶解度为4.06g/100g水,温度对其溶解度影响不大。回答下列问题:(1)基态氟离子的电子排布式为__________。

(2)20℃时