2025届化学高考一轮复习 微专题25 化学工艺流程题-----原料的预处理 作业

这是一份2025届化学高考一轮复习 微专题25 化学工艺流程题-----原料的预处理 作业，共27页。试卷主要包含了提高固体的焙烧效率方法，加热的目的等内容，欢迎下载使用。

01考情分析 02真题精研 03规律·方法·技巧 04经典变式练
05核心知识精炼 06基础测评 07能力提升
考情分析
化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图的创新。它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是高考化学命题的常考题型。
真题精研
1．（2024·全国·高考真题）钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含C、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下：
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全()时的pH：
回答下列问题：
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是 ；“滤渣1”中金属元素主要为 。
(2)“过滤1”后的溶液中加入的作用是 。取少量反应后的溶液，加入化学试剂 检验 ，若出现蓝色沉淀，需补加。
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为 、 。
(4)“除钴液”中主要的盐有 (写化学式)，残留的浓度为 。
【答案】(1) 增大固液接触面积，加快酸浸速率，提高浸取效率 Pb
(2) 将溶液中的氧化为，以便在后续调pH时除去Fe元素 溶液
(3)
(4) 、
【分析】由题中信息可知，用硫酸处理含有C、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有、、、、等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的，则“滤渣1”为“酸浸”时生成的；向滤液中加入将氧化为，然后加入ZnO调节pH=4使完全转化为，则“滤渣Ⅱ”的主要成分为，滤液中的金属离子主要是、和；最后“氧化沉钴”，加入强氧化剂，将溶液中氧化为，在时形成沉淀，而则被还原为，还会与溶液中的发生归中反应生成，得到和的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO4、K2SO4，据此解答。
【解析】（1）在原料预处理过程中，粉碎固体原料能增大固体与液体的接触面积，从而加快酸浸的反应速率，提高浸取效率；由分析可知，“滤渣1”的主要成分为PbSO4，则“滤渣1”中金属元素主要为Pb；
（2）酸浸液中含有、、、、等离子。由题表中数据可知，当完全沉淀时，未开始沉淀，而当完全沉淀时，已有一部分沉淀，因此为了除去溶液中的Fe元素且不沉淀，应先将氧化为，然后调节溶液的pH使完全水解转化为沉淀，因此，的作用是将氧化为，以便在后续调pH时除去Fe元素。常用溶液检验，若生成蓝色沉淀，则说明溶液中仍存在，需补加；
（3）由分析可知，该过程发生两个氧化还原反应，根据分析中两个反应的反应物、产物与反应环境()，结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出两个离子方程式：、；
（4）最终得到的“除钴液”中含有的金属离子主要是最初“酸浸”时与加入ZnO调pH时引入的、加入“氧化沉钴”时引入的，而阴离子是在酸浸时引入的，因此其中主要的盐有和。当溶液时，恰好完全沉淀，此时溶液中，则，则。“除钴液”的，即，则，此时溶液中。
规律·方法·技巧
解答化工工艺流程题的三种方法
（1）首尾分析法：对比流程中第一种物质与产品，从对比中找出原料与产品之间的关系，理清流程中原料转化为产品的基本原理以及分离除杂的方式，结合题问逐一作答。
（2）截段分析法：对于较复杂的采用截段，再进行整合。
（3）“瞻前顾后”分析法：在流程中除了考虑将原料转化为产品，还要考虑副产品的循环使用，这类题常要瞻前又要顾后。
经典变式练
1．（2024·甘肃张掖·三模）以水钴矿(，含、、)和辉铜矿(，含、)为原料制取胆矾和单质钴。
已知：
①常温下，，，；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的见下表：
③萃取的反应原理；；
④、、、均能与强酸反应产生。
回答下列问题：
(1)“酸浸”过程硫元素价态变为价，写出“酸浸”过程中主要反应的化学方程式： 。
(2)“滤渣1”的主要成分为 。
(3)常温下，“滤液1”中(元素都以形式存在)加“氧化铜”调不小于 。
(4)常温下，若“滤液2”中(忽略溶液中极少量的)，除去“滤液2”中的，至少需加入固体的质量为 (忽略溶液体积的变化，计算结果精确到小数点后两位)。
(5)“反萃取”步骤中加入的“试剂”为 。
(6)采用惰性电极电解溶液、在无离子交换膜的条件下，不能用溶液代替溶液的理由是 。
【答案】(1)
(2)、
(3)3.7
(4)
(5)稀硫酸
(6)电解溶液使溶液呈酸性，将生成的再次溶解
【分析】水钴矿(，含、、)和辉铜矿(，含、)中加硫酸进行溶解，二氧化硅不能被硫酸溶解，同时生成硫酸钙，过滤将二者除去；溶解过程中将氧化，自身被还原为；加入氧化铜调节，以将形成沉淀过滤除去；加入，可将和形成沉淀，过滤除去；加入萃取剂对进行萃取，以将和分离，分离后加入反萃取剂硫酸进行反萃取后得含溶液，经操作得胆矾；萃取后水相中加入碳酸钠将沉淀形成，加盐酸溶解后对溶液进行电解得。
【解析】（1）“酸浸”过程元素化合价价降为价，硫元素价有价变为价，元素化合价由价升高为价，根据得失电子守恒及质量守恒，化学方程式：
；
（2）根据分析，“滤渣1”的主要成分：、；
（3）为确保完全沉淀，应调不小于3.7；
（4）“滤液2”中，使转化为，需要，中存在溶解平衡，为保持，代入，求得，需要再加入，共，质量为；
（5）根据萃取的反应原理；及产物需得胆矾可判断，“反萃取”步骤中加入的“试剂”为稀硫酸；
（6）用溶液代替溶液，电解过程中阳极发生电极反应：，导致溶液呈酸性，而阴极电极反应：，生成的在酸性环境下被溶解。
核心知识精炼
一、化工流程答题基本思路
二、一个完整的无机化工生产流程一般具有下列过程：
原料
对原料的预处理
核心化学反应
产品的提纯和分离
目标产物
三、原料预处理：
酸浸：溶解、去氧化膜等，使得可溶性的离子进入溶液中，不溶物过滤去除。
碱浸：去油污（酯）、溶解铝、二氧化硅、氧化铝等，使得可溶性的离子进入溶液中，不容物过滤去除。
水浸：与水反应或溶解，使原料变成离子进入溶液中。
研磨（雾化、粉碎）：增大反应接触面积，以加快化学反应速率或使反应更充分。
灼烧（焙烧、煅烧）：使物质高温分解或者氧化去除杂质、改变物质结构，使物质能溶解。如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。如煅烧高岭土。
加入其他物质：如有机物醇、四氯化碳、无机盐等----反应、溶解。
四、原料预处理过程中常考知识点：
1．增大原料浸出率（离子在溶液中的含量多少）的措施：搅拌、适当升高温度、延长浸出时间、增大浸出液的浓度、固体粉碎增大接触面积
2．提高固体的焙烧效率方法：增加氧气的量、固体充分粉碎、逆流焙烧、适当升温等。
3．加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向（一般是有利于生成物生成的方向）移动
基础测评
1．（2024·四川成都·模拟预测）某铜硫矿中富含黄铁矿和磁黄铁矿等硫铁矿物，占原矿矿物总量的38%，实验室以此为原料模拟工业制备纯铜并利用黄铁精矿进行含铬废水处理，工艺流程如下：
已知：①粉碎解离度(不同成分矿石分离程度)与粉碎程度有关，颗粒越细，解离度越高，最高可达93%，但颗粒越细对设备要求越高。
②铜蓝矿的主要成分为CuS，黄铁矿的主要成分为。
③可能用到的数据如下：
(1)黄铁矿中硫元素的化合价为 。
(2)在酸浸时为了加快酸浸速率，除使用精磨外，还可采取的措施有 (写出两种即可)；酸浸一般选用硫酸溶液在纯氧环境中进行，酸浸的离子方程式为 。
(3)生石灰碱浸时调节pH的范围为 。
(4)滤渣X的主要成分是 (填化学式)。
(5)向滤液B中通入高压，可成功制得单质铜，的作用是 。
(6)利用黄铁精矿为原料，可进一步制得有广泛用途的铁氧体。其中浸取黄铁精矿过程中相关物质的转化关系如图所示，反应I的离子方程式为 ，检验浸取后的溶液中存在的方法是 。
【答案】(1)-1(或负一价)
(2) 适当升高温度，适当增大酸的浓度
(3)3.2≤pH3时，易发生水解生成BiOCl：+H2OBiOCl+5Cl-+2H+，“酸浸”时及时补充浓盐酸调节浸取液的pH，可以增大H+和Cl-浓度，使平衡逆向移动，浓度增大后又抑制Bi3＋与Cl-形成，使Bi3＋充分浸出，同时增大H+浓度还能抑制Bi3＋(或)、Fe3+水解，即控制浸取液pH小于1.4，其目的是：增大 Cl-、H+浓度，使铋充分浸出，同时抑制金属离子 Bi3＋(或)、Fe3＋水解；
（3）金属Bi具有还原性，“转化”时加入金属Bi发生反应：Bi+3Fe3+=Bi3++3Fe2+，将Fe3+转化为Fe2+，避免形成Fe(OH)3沉淀，保证BiOCl的纯度；得到BiOCl的离子方程式为；
（4）c(Cl-)＞1.3ml·L−1 时，铋离子萃取平衡逆向移动，所以铋离子萃取率下降；
（5）为得到含 Cl- 较少的草酸铋晶体，“萃取”后有机相与草酸溶液的混合方式为：边搅拌边将有机相溶液滴加到草酸溶液中。
能力提升
1．（2024·全国·高考真题）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。
注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。
已知：①。
②以氢氧化物形式沉淀时，和溶液的关系如图所示。
回答下列问题：
(1)“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是 。
(2)“酸浸”步骤中，发生反应的化学方程式是 。
(3)假设“沉铜”后得到的滤液中和均为，向其中加入至沉淀完全，此时溶液中 ，据此判断能否实现和的完全分离 (填“能”或“不能”)。
(4)“沉锰”步骤中，生成，产生的物质的量为 。
(5)“沉淀”步骤中，用调，分离出的滤渣是 。
(6)“沉钴”步骤中，控制溶液，加入适量的氧化，其反应的离子方程式为 。
(7)根据题中给出的信息，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是 。
【答案】(1)增大固体与酸反应的接触面积，提高钴元素的浸出效率
(2)
(3) 不能
(4)
(5)
(6)
(7)向滤液中滴加溶液，边加边搅拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥
【分析】炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的价氧化物及锌和铜的单质，经稀硫酸酸浸时，铜不溶解，Zn及其他价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外，其他均转化为相应的+2价阳离子进入溶液；然后通入硫化氢沉铜生成CuS沉淀；过滤后，滤液中加入Na2S2O8将锰离子氧化为二氧化锰除去，同时亚铁离子也被氧化为铁离子；再次过滤后，用氢氧化钠调节pH=4，铁离子完全转化为氢氧化铁沉淀除去；第三次过滤后的滤液中加入次氯酸钠沉钴，得到C(OH)3。
【解析】（1）“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是增大固体与酸反应的接触面积，提高钴元素的浸出效率。
（2）“酸浸”步骤中，Cu不溶解，Zn单质及其他价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外，其他均转化为相应的+2价阳离子进入溶液，即为转化为CSO4，反应的化学方程式为。
（3）假设“沉铜”后得到的滤液中和均为，向其中加入至沉淀完全，此时溶液中，则，小于，说明大部分也转化为硫化物沉淀，据此判断不能实现Zn2+和C2+的完全分离。
（4）“沉锰”步骤中，Na2S2O8将Mn2+氧化为二氧化锰除去，发生的反应为，因此，生成，产生的物质的量为。
（5）“沉锰”步骤中，同时将氧化为，“沉淀”步骤中用调pH=4，可以完全沉淀为，因此，分离出的滤渣是。
（6）“沉钴”步骤中，控制溶液pH=5.0~5.5，加入适量的NaClO氧化，为了保证被完全氧化，NaClO要适当过量，其反应的离子方程式为。
（7）根据题中给出的信息，“沉钴”后的滤液的pH=5.0~5.5，溶液中有元素以形式存在，当pH＞12后氢氧化锌会溶解转化为，因此，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是：向滤液中滴加溶液，边加边搅拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥。
2．（2024·辽宁沈阳·模拟预测）二氧化铈()是一种用途广泛的稀土化合物。以氟碳铈矿(主要含)为原料制备的一种工艺流程如图所示：
已知：①能与结合成，也能与结合成；
②在硫酸体系中能被萃取剂[]萃取，而不能。
回答下列问题：
(1)氧化焙烧中氧化的目的是 。
(2)“萃取”时存在反应：，如图中D是分配比，表示Ce(IV)分别在有机层中与水层中存在形式的物质的量浓度之比保持其它条件不变，若在起始料液中加入不同量的以改变水层中的，请解释D随起始料液中变化的原因： 。
(3)“反萃取”中，在稀硫酸和的作用下转化为，反应的离子方程式为： 。
(4)向水层中加入NaOH溶液来调节溶液的pH，pH应大于 时，完全生成沉淀。(已知[])
(5)是汽车尾气净化催化剂的关键成分，它能在还原气氛中供氧，在氧化气氛中耗氧，在尾气消除过程中发生着(0≤x≤0.25)的循环，请写出消除NO尾气(气体产物是空气的某一成分)的化学方程式 。
(6)氧化铈，常用作玻璃工业添加剂，在其立方晶胞中掺杂，占据原来的位置，可以得到更稳定的结构，如图所示，晶胞中与最近的核间距为a pm。(已知：的空缺率=)
①已知M点原子的分数坐标为，则N点原子的分数坐标为 。
②晶体的密度为 (只需列出表达式)。
③若掺杂后得到的晶体，则此晶体中的空缺率为 。
【答案】(1)将＋3价铈氧化为＋4价
(2)随着增大，水层中被结合成，导致萃取平衡向左移动，D迅速减小
(3)
(4)9
(5)
(6) 10%
【分析】氟碳铈矿(主要含CeFCO3)氧化焙烧将将+3价铈氧化为+4价，加入盐酸得到Ce4+的溶液，加入萃取剂，Ce4++n(HA)2Ce•(H2n-4A2n)+4H+，从而除去溶液中的F-，再加入过氧化氢和硫酸，Ce4+被还原为Ce3+，反萃取得到Ce3+的溶液，加入NaOH，使Ce3+转化为Ce(OH)3，加入NaClO，Ce(OH)3被氧化为Ce(OH)4。
【解析】（1）原料CeFCO3中Ce为+3价，结合题目信息“在硫酸体系中Ce4+能被萃取剂[(HA)2]萃取，而Ce3+不能”，所以氧化焙烧的目的是将+3价铈氧化为+4价。
（2）D随起始料液中变化的原因是：随着增大，水层中被结合成，导致萃取平衡向左移动，D迅速减小。
（3）依据流程中水层含Ce3+可知，Ce4+作氧化剂，H2O2作还原剂，氧化产物一定有氧气，在酸性环境下反应，从而写出离子方程式。
（4）Ce3+完全生成Ce(OH)3沉淀时，Ce3+浓度小于10-5ml/L，依据Ksp[Ce(OH)3=1.0×10-20]，，c(H+)=，则pH大于9时，Ce3+完全生成Ce(OH)3沉淀。
（5）根据题目信息“CeO2在氧化气氛中耗氧”，“气体产物是空气的某一成分”，可知NO的产物是N2，写出方程式：。
（6）①根据M点原子的分数坐标为（0，0，0），N在面心位置，则N点原子的分数坐标为；
②根据均摊原则，CeO2晶胞中Ce4+数为=4，O2-数为8，CeO2晶胞中Ce4+与最近O2-的核间距为apm，为晶胞体对角线的，则晶胞边长为，晶体的密度为；
④CeO2中阳离子和阴离子的个数比为1:2，若掺杂Y2O3后得到n（CeO2）：n（Y2O3）＝0.6：0.2的晶体，阳离子和阴离子的个数比为1:1.8，则此晶体中O2-的空缺率为=10%。
3．（23-24高三上·四川攀枝花·阶段练习）磷酸锌[]常用作氯化橡胶合成高分子材料的阻燃剂。工业上利用烧渣灰(主要含ZnO，还含少量FeO、Al2O3、CuO及SiO2)为原料制取磷酸锌的工艺流程如图所示：
已知：①在水中几乎不溶，其在水中的溶解度随温度的升高而降低；
②“溶液1”中几种金属离子开始沉淀与沉淀完全的pH如表所示：
(1)用硫酸浸烧渣灰，为提高酸浸时锌的浸出率，可以采取的措施是 (填一条)。
(2)加入H2O2的作用
(3)经过滤2得到滤渣的主要成分是和，则用NaOH溶液调节pH的范围是 。
(4)加入Na2HPO4溶液发生反应的离子方程式为 。
(5)洗涤磷酸锌沉淀时应选用 (填“冷水”或“热水”)，确认磷酸锌洗涤干净的操作是 。
(6)通入H2S是为了除铜离子，25℃时，当通入H2S达到饱和时测得溶液的pH=1，，此时溶液中，则CuS的溶度积 (已知：25℃时，H2S的电离平衡常数，)。
【答案】(1)适当延长反应时间
(2)将亚铁离子氧化生成铁离子
(3)5.0≤pH