大题研究(二)　化工流程综合题

大题研究(二)化工流程综合题研真题研真题【真题】(2025·山东卷)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)“沉钴”中，pH＝4时Co2+恰好沉淀完全[c(Co2+)＝1×10－5mol·L－1]，则此时溶液中c(H2S)＝________mol·L－1。已知：Ka1(H2S)＝1×10－7，Ka2(H2S)＝1×10－13，Ksp(CoS)＝4×10－21。CoS“溶解”时发生反应的离子方程式为____________________________________________________________________。(5)“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。【高考动向】化学工艺流程题是高考的热点题型和必考题型，通常以实际的工业生产为背景，以工艺流程图的形式再现生产的主要环节。题目综合性强，难度大，考查考生提取信息、应用所学知识解决实际问题的能力。在高考的不断改革中，模块融合命题成为化学工艺流程题的一大创新命题趋势，预测在接下来的高考中会融入化学平衡、电化学、晶胞结构等知识点进行命题，更加注重考查考生的综合能力。考向拓展提分干货逆向析题、先点后线，解化学工艺流程题题型练提升考能再练真题1．(融合结构考查)(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)。(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________工序。(填工序名称)2．(融合电化学考查)(2023·湖南卷节选)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一。近年来，我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术，在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果。工业上以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如图。已知：①金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8℃；②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体；③相关物质的沸点：物质Ga(CH3)3Et2OCH3INR3沸点/℃55.734.642.4365.8回答下列问题。(2)“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40～45℃的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________，阴极的电极反应式为_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是________。(5)下列说法错误的是________(填标号)。A．流程中Et2O得到了循环利用B．流程中，“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行C．“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3)，并蒸出Ga(CH3)3D．用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3，本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。题型预测3.(融合结构考查)(2025·福建龙岩二模)键合异构体是指配合物中的中心原子和配体组成完全相同，但与中心原子相结合的配位原子不同。两种Co(Ⅲ)配合物键合异构体的制备、表征及转化分析实验如下。(1)[Co(NH3)5ONO]Cl2配位原子为N和O，而[Co(NH3)5NO2]Cl2配位原子只有N。①上述两种Co(Ⅲ)配合物中Co3+的杂化方式为________(填标号)。A．sp3B．sp3dC．sp3d2②上述两种Co(Ⅲ)配合物红外光谱图如下，图中标有N—O吸收峰的波数。[Co(NH3)5ONO]Cl2的红外光谱图为________(填“A”或“B”)，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)加入氨水“溶解”过程，为加快溶解速率，可采取的措施是搅拌、________________________________________________________________________。(3)“调节pH”时，加入盐酸不宜过多的原因是________________________________________________________________________________。(4)“常温溶解”中生成[Co(NH3)5ONO]Cl2配合物的离子方程式为______________________________________________________。(5)已知：弱酸HNO2易分解。制备[Co(NH3)5NO2]Cl2的实验过程中，为避免因HNO2分解而影响产率，所采取的实验措施有________________________________________________________________________________。(6)“变温红外分析”的具体过程：样品用KBr压片，恒温55℃，每间隔10min，测定其红外光谱图(如图C)，直至N—O吸收峰无明显变化为止。①随着测定时间的增加，样品N—O吸收峰的透光率不断________(填“增大”或“减小”)。②总结实验条件对上述两种Co(Ⅲ)配合物键合异构体转化的影响：______________________________________。(7)设计实验证明[Co(NH3)5NO2]Cl2热力学稳定性大于[Co(NH3)5ONO]Cl2：______________________________________________________。4．(融合Ksp考查)(2025·江西景德镇二模)镍氯电池的正极材料为Ni(OH)2和镀镍钢，负极材料为稀土(RE)、镍、钴、锰、铝储氢合金。从废镍氢电池电极材料中回收相关金属具有重要的意义，某种回收处理工艺如图，回答相应问题。已知Ksp[Co(OH)2]＝6.0×10－15、Ksp[Ni(OH)2]＝5.4×10－16，当c≤10－5mol·L－1时可认为沉淀完全。(1)画出基态Ni原子的价层电子轨道表示式：______________________。(2)沉土时得到的稀土化合物从盐的分类角度属于________(填标号)；a．铵盐 b．硫酸盐c．复盐 d．酸式盐稀土元素Pr通常以＋3价最为稳定，少数会出现＋4价，Pr6O11中＋3和＋4价Pr的个数比为________。(3)滤渣中含有MnO2、Fe(OH)3、Al(OH)3，写出除杂时Fe2+参与的离子方程式：________________________________________。(4)共沉步骤中，当溶液中c(Ni2+)＝5.4×10－6mol·L－1时，溶液的pH＝________；此时Co2+沉淀________(填“完全”或“不完全”)。(5)滤液中可回收循环使用的物质是________。5．(融合晶胞结构考查)(2025·湖南沅澧共同体二模)镍是重要的战略储备金属，广泛用于国防、航空航天、能源领域。从红土镍矿中冶炼镍成为了研究热点，红土镍矿主要含有NiO、SiO2、Fe2O3、Fe3O4等成分。一种碳还原—超声氨浸工艺流程如图所示。已知：氨性溶液由NH3·H2O、NH4HCO3配制；“还原焙烧”反应的产物为镍铁合金、硅酸钙。回答下列问题：(1)“气体A”为________(填名称)。(2)“氨浸”时的温度为20℃，在此条件下超声浸出一小时，浸出率可达60%以上，选择该温度的原因是________________________________。(3)Ni经过“氨浸”后转化为含[Ni(NH3)4]2+的某酸式盐，写出“氨浸”中Ni发生反应的离子方程式：________________________________________________________________。(4)“操作Ⅰ”中需使用的玻璃仪器为________________________________。(5)“系列操作”中包含高温热解碱式碳酸镍生成NiO，再通入H2制得Ni单质。请写出“高温热解”的化学方程式：________________________________________________。若生产59吨镍，理论上需要H2________kg。(6)碱式碳酸镍受热过程中可能生成其他镍的氧化物，其中一种晶胞结构如下图所示，该氧化物的化学式为________，该晶胞的俯视图为________(填标号)。大题研究(二)化工流程综合题研真题明确考向【真题】解析：(1)“低温焙烧”时，MnO2→MnSO4，锰元素的化合价从＋4价降至＋2价，NH4HSO4→N2，氮元素的化合价从－3价升至0价，根据得失电子守恒、原子守恒可以配平化学方程式3MnO2＋3NH4HSO4低温焙烧=======3MnSO4＋N2↑＋6H2O＋NH3↑(或3MnO2＋4NH4HSO4=3MnSO4＋N2↑＋(NH4)2SO4＋6H2O)；“高温焙烧”(650℃)后硫酸铁分解为氧化铁，其他金属硫酸盐不分解，滤渣为SiO2、CaSO4和Fe2O3。(2)在(NH4)2SO4投料量不变的情况下，直接“高温焙烧”，部分(NH4)2SO4分解，金属氧化物的转化率降低，“水浸”时金属元素的浸出率降低。(3)由2HR(有机相)＋Cu2+(水相)⇌CuR2(有机相)＋2H+(水相)可知，“反萃取”时增加氢离子的浓度，结合流程可知溶液中的阴离子主要为硫酸根离子，“反萃取”时加入的试剂为H2SO4。(4)“沉钴”中，pH＝4时Co2+恰好沉淀完全[c(Co2+)＝1×10－5mol·L－1]，c(S2－)＝KspCoScCo2+＝4×10－16mol·L－1，cS2-cH2S＝Ka1H2S·Ka2H2Sc2H+＝10－12，c(H2S)＝4.0×10－4mol·L－1；由流程可知CoS“溶解”时，反应物为CoS、H2O2和H2SO4，生成物为S和CoSO4，反应的离子方程式为CoS＋2H+＋H2O2=Co2+＋S＋2H2O。(5)由流程分析可知“沉锰”时发生的反应为MnSO4＋2NH4HCO3=MnCO3↓＋(答案：(1)3MnO2＋3NH4HSO4低温焙烧=======3MnSO4＋N2↑＋6H2O＋NH3↑CaSO4和Fe2O3(2)减小(3)H2SO4(4)4.0×10－4CoS＋2H+＋H2O2=Co2+＋S＋2H2O(5)题型练提升考能1．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。(4)酸化工序中需通入过量CO2提供酸性环境，加压的目的是增大CO2的溶解度，保证酸性环境，使反应2Cro42-＋2H+⇌Cr2O72-＋H2O正向进行，促进K2CrO4转化为K2Cr2O7。(5)酸化时，向K2CrO4溶液中通入过量CO2，将K2CrO4转化为K2Cr2O7，同时产生副产物KHCO3，故滤液Ⅱ的主要成分为KHCO3。(6)滤液Ⅰ中含有K2CrO4，还原、分离工序将＋6价铬元素还原为＋3价铬元素[Cr(OH)3]，结合产物信息，可知还原剂为Fe(CO)5，Fe元素被氧化为＋3价，生成Fe(OH)3，依据得失电子守恒、原子守恒，即可写出该反应的化学方程式。(7)依据上述还原、分离工序中发生反应的化学方程式可知，滤渣Ⅱ的主要成分为Fe(OH)3、Cr(OH答案：(1)3d54s1(2)4Fe(CrO2)2＋7O2＋16KOH400～500℃=========8K2CrO4＋2Fe2O3＋8H2O(3)MgOAl(OH)3(4)增大CO2的溶解度，保证酸化反应充分进行(5)KHCO3(6)Fe(CO)5＋K2CrO4＋4H2O=Cr(OH)3↓＋Fe(OH)3↓＋2KOH＋5CO↑(2．解析：(2)镓的熔点为29.8℃，电解精炼温度需高于镓的熔点，因此电解池温度控制在40～45℃。Ga和Al的性质相似，电解精炼过程中粗镓在NaOH溶液中形成[Ga(OH)4]－，[Ga(OH)4]－在阴极得电子被还原为Ga，故阴极反应为[Ga(OH)4]－＋3e－=Ga＋4OH－。(3)根据原子守恒，结合流程图中物质转化配平，得反应的化学方程式为Ga2Mg5＋8CH3I＋2Et2O=2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI。(4)由(3)可知，残渣中含CH3MgI，结合元素守恒可知，其和水反应生成的可燃性气体为CH4。(5)由已知②、③，结合流程图可知，溶剂蒸发、配体交换时得到的Et2O可以循环利用，A项正确；高纯Ga能与H2O、O2反应，CH3I、Ga(CH3)3能与水反应，有机物能与O2反应，B项正确；配体交换时NR3和Ga(CH3)3(Et2O)反应得到Ga(CH3)3(NR3)和Et2O，则工序X为解配Ga(CH3)3(NR3)，并利用Ga(CH3)3和NR3的沸点相差较大蒸出Ga(CH3)3，C项正确；Ga(CH3)3和CH3I中均只有1种化学环境的氢原子，核磁共振氢谱均只有一组吸收峰，但吸收强度不同，可以鉴别，D项错误。答案：(2)电解精炼温度需在镓的熔点以上[Ga(OH)4]－＋3e－=Ga＋4OH－(3)Ga2Mg5＋8CH3I＋2Et2O=2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI(4)CH4(5)D(6)Ga(CH3)3和Et2O的沸点接近，而Ga(CH3)3和NR3的沸点相差较大，解配后可以分离出Ga(CH3)33．解析：(1)①[Co(NH3)5ONO]Cl2和[Co(NH3)5NO2]Cl2分子中，Co3+的配位数均为6，则中心原子的杂化方式均为sp3d2，故选C。②分析红外光谱图，图A中N—O吸收峰的波数为1428cm－1，图B中N—O吸收峰的波数为1454cm－1和1065cm－1，由于NO2-配体中1个O原子配位，造成两个N—O强度不同，故存在两组吸收峰，故[Co(NH3)5ONO]Cl2的红外光谱图为B。(2)水浴加热，升高温度可以加快溶解速率；适当升温，控制温度在适宜范围内，避免配合物分解；搅拌，增加溶液的流动性，促进溶质与溶剂的接触，故加入氨水“溶解”过程，为加快溶解速率，可采取的措施是搅拌、水浴加热、适当升温。(3)“调节pH”时，加入盐酸不宜过多的原因是盐酸加入过多，NH3转化为NH4+，造成配体NH3失去配位能力。(4)根据题意，[Co(NH3)5Cl]Cl2在酸性和常温条件下，Cl－配体被亚硝酸根离子取代，并且亚硝酸根离子通过O原子配位到Co(Ⅲ)中心，形成亚硝酸基配合物，即[Co(NH3)5ONO]Cl2，故反应的离子方程式为[Co(NH3)5Cl]2+＋NO2-=[Co(NH3)5ONO]2+＋Cl－或[Co(NH3)6]3+＋NO2-=[Co(NH3)5ONO]2+＋NH3。(5)弱酸HNO2易分解，制备[Co(NH3)5NO2]Cl2的实验过程中，为避免因HNO2分解而影响产率，所采取的实验措施有先溶解NaNO2，后加热溶液；先冷却降温后加入浓盐酸酸化。(6)①根据图中信息，随着测定时间的增加，样品N—O吸收峰的透光率不断减小。②根据信息，恒温55℃，两种Co(Ⅲ)配合物键合异构体会发生转化，说明温度会影响两种Co(Ⅲ)配合物键合异构体的转化，且在一定时间内持续转化直至N—O吸收峰无明显变化，升温反应速率加快，故升温有利于[Co(NH3)5ONO]Cl2转化为[Co(NH3)5NO2]Cl2。(7)[Co(NH3)5NO2]Cl2常温放置一段时间后，测定其红外光谱图，观察N—O吸收峰的变化，从而证明[Co(NH3)5NO2]Cl2热力学稳定性大于[Co(NH答案：(1)CBNO2-配体中O原子配位，造成两个N—O强度不同，故存在两组吸收峰(2)水浴加热、适当升温(3)盐酸加入过多，NH3转化为NH4+，造成配体NH3失去配位能力(4)[Co(NH3)5Cl]2+＋NO2-=[Co(NH3)5ONO]2+＋Cl－或[Co(NH3)6]3+＋NO2-=[Co(NH3)5ONO]2+＋NH3(5)先溶解NaNO2，后加热溶液；先冷却降温后加入浓盐酸酸化(6)①减小②升温有利于[Co(NH3)5ONO]Cl2转化为[Co(NH3)5NO2]Cl2(7)[Co(NH3)5NO2]Cl4．解析：(1)Ni为28号元素，其基态Ni原子的价层电子排布式为3d84s2，则基态Ni原子的价层电子轨道表示式为。(2)根据稀土化合物的化学组成xRE2(SO4)3·y(NH4)2SO4·zH2O。该物质中有NH4+，属于铵盐，a选项符合；该物质中有SO42-，属于硫酸盐，b选项符合；该物质中含稀土金属离子RE3+、NH4+两种阳离子和SO42-一种阴离子，属于复盐，c选项符合；该物质中不存在酸式酸根离子，不属于酸式盐，d选项不符合；符合条件的选项为abc；在Pr6O11中，设＋3价Pr为x个，＋4价Pr为y个，列式x+y=63x+4y=2×11，解得x=2y=4，则Pr6O11中＋3和＋4价Pr的个数比为2∶4＝1∶2。(3)除杂过程中得到的滤渣中含有MnO2、Fe(OH)3、Al(OH)3，则加入的KMnO4在pH＝5的酸性环境中将Fe2+氧化为Fe3+转变为Fe(OH)3沉淀除去，同时KMnO4被还原为MnO2固体除去，则反应的离子方程式为3Fe2+＋7H2O＋MnO4-=MnO2↓＋3Fe(OH)3↓＋5H+。(4)根据已知Ksp[Co(OH)2]＝6.0×10－15、Ksp[Ni(OH)2]＝5.4×10－16，当c≤10－5mol·L－1时可认为沉淀完全；当溶液中c(Ni2+