2025年高考真题和模拟题化学分类汇编：专题13 工艺流程综合题（解析版）

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1．（2025·湖南卷）一种从深海多金属结核[主要含，有少量的]中分离获得金属资源和电池级镍钴锰混合溶液的工艺流程如下：
已知：①金属氢氧化物胶体具有吸附性，可吸附金属阳离子。
②常温下，溶液中金属离子(假定浓度均为)开始沉淀和完全沉淀的：
回答下列问题：
(1)基态的价层电子排布式为 。
(2)“酸浸还原”时，“滤渣”的主要成分是 (写化学式)；还原的化学方程式为 。
(3)“沉铁”时，转化为的离子方程式为 ，加热至的主要原因是 。
(4)“沉铝”时，未产生沉淀，该溶液中不超过 。
(5)“第二次萃取”时， 、 (填离子符号)与混合萃取剂形成的配合物(其结构如图所示，M表示金属元素)更稳定，这些配合物中氮原子的杂化类型为 。
【答案】(1)
(2)
(3) 防止形成胶体，防止其吸附其他金属阳离子，造成产率下降
(4)
(5) sp2
【分析】金属结核[主要含，有少量的]加入、进行酸浸还原，得到的滤渣含有，滤液中含有，通入空气，调解pH=3.2，沉铁得到滤渣，继续加入NaOH调节pH=5.2沉铝主要得到，加入萃取剂第一次萃取，分液得到的萃取液1，萃余液1中加入混合萃取剂进行第二次萃取，得到电池级镍钴锰混合溶液，萃余液2中电解得到金属锰，据此解答。
【详解】（1）原子的价电子是指和能级上的电子，所以基态原子的价电子排布式为；
（2）由分析可知，“酸浸还原”时，“滤渣”的主要成分是；将3价钴还原为2价钴，同时由于硫酸的作用得到，化学方程式为；
（3）“沉铁”时，转化为，铁元素化合价上升，则做氧化剂，离子反应为：；已知金属氢氧化物胶体具有吸附性，可吸附金属阳离子，则加热至的主要原因是防止形成胶体，防止其吸附其他金属阳离子，造成产率下降；
（4）由表可知，，“沉铝”时，未产生沉淀，则；
（5）由流程可知，第二次萃取时，主要萃取，因此与混合萃取剂形成的配合物更稳定；六元杂环是平面结构，N原子提供单电子用于环内形成大π键，剩余1对孤对电子形成配位键，N的价层电子对数为3，是sp2杂化。
2．（2025·陕西、山西、青海、宁夏卷）一种综合回收电解锰工业废盐(主要成分为的硫酸盐)的工艺流程如下。
已知：①常温下，，；
②结构式为。
回答下列问题：
(1)制备废盐溶液时，为加快废盐溶解，可采取的措施有 、 。(写出两种)
(2)“沉锰I”中，写出形成的被氧化成的化学方程式 。当将要开始沉淀时，溶液中剩余浓度为 。
(3)“沉锰Ⅱ”中，过量的经加热水解去除，最终产物是和 (填化学式)。
(4)“沉镁I”中，当为8.0~10.2时，生成碱式碳酸镁，煅烧得到疏松的轻质。过大时，不能得到轻质的原因是 。
(5)“沉镁Ⅱ”中，加至时，沉淀完全；若加至时沉淀完全溶解，据图分析，写出沉淀溶解的离子方程式 。
(6)“结晶”中，产物X的化学式为 。
(7)“焙烧”中，元素发生了 (填“氧化”或“还原”)反应。
【答案】(1)搅拌 适当升温等
(2)6Mn(OH)2+O2=2Mn3O4+6H2O 10-2.15
(3)O2
(4)pH过大，沉淀为Mg(OH)2，不能分解产生CO2，不能得到疏松的轻质
(5)
(6)(NH4)2SO4
(7)还原
【分析】废盐溶液加入氨水，通入氧气沉锰I得到Mn3O4，溶液再加入(NH4)2S2O8，进行沉锰Ⅱ得到MnO2，产生有气体O2，溶液再加入NH4HCO3和NH3·H2O调节pH沉镁I，得到MgCO3，煅烧得到MgO，溶液再加入H3PO4沉镁Ⅱ，得到MgNH4PO4·6H2O沉淀，溶液加入H2SO4调节pH=6.0结晶得到X硫酸铵，最后与MnO2和Mn3O4焙烧，经过多步处理得到MnSO4·H2O。
【详解】（1）加快废盐的溶解可以采取搅拌、适当升温、粉碎等；
（2）Mn(OH)2被O2氧化得到Mn3O4，化学方程式为：6Mn(OH)2+O2=2Mn3O4+6H2O；
根据=，=10-2.15ml/L；
（3）“沉锰Ⅱ”中，过量的经加热水解去除，中存在过氧键，在加热和水存在下发生水解，生成和：，分解，总反应为，最终产物是和O2；
（4）煅烧有CO2生成，可以得到疏松的轻质氧化镁，pH过大，沉淀为Mg(OH)2，不能分解产生CO2，不能得到疏松的轻质；
（5）由题中信息可知，pH=8时，产生的沉淀为，调节到pH=4，磷元素存在形式为，磷酸不是强酸，不能拆，离子方程式为：；
（6）溶液中存在铵根离子和硫酸根离子，结晶后X为(NH4)2SO4；
（7）“焙烧”中，Mn3O4和MnO2最终生成MnSO4·H2O，元素化合价降低，发生了还原反应。
3．（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。过程如下：
已知：铬铁矿主要成分是。
回答下列问题：
(1)基态铬原子的价层电子排布式： 。
(2)煅烧工序中反应生成的化学方程式： 。
(3)浸取工序中滤渣Ⅰ的主要成分：、 、 (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 。
(7)滤渣Ⅱ可返回 工序。(填工序名称)
【答案】(1)
(2)
(3) MgO
(4)增大CO2的溶解度，保证酸化反应充分进行
(5)
(6)
(7)煅烧
【分析】铬铁矿主要成分是，与过量KOH在空气中煅烧，生成、Fe2O3、MgO，；通入/CO2浸取，生成，、MgO不反应，故滤渣Ⅰ为：，、MgO，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤分离出固体，滤液Ⅰ中含有；将中加水溶解，并通入过量CO2酸化，将转化为，同时副产物生成，将与分离，滤液Ⅱ的主要溶质为；做还原剂，将滤液Ⅰ中剩余的还原为，自身转化为进入滤渣Ⅱ，KOH进一步处理得，循环使用，据此分析；
【详解】（1）Cr为24号元素，基态铬原子的价层电子排布式：；
（2）煅烧工序中与过量KOH、空气中氧气反应生成、Fe2O3、，根据得失电子守恒，原子守恒，化学方程式：；
（3）根据分析可知，滤渣Ⅰ的主要成分：、MgO；
（4）向中加水溶解，并通入过量CO2酸化，将转化为，加大压强，可以增大CO2的溶解度，使液体中CO2浓度增大，保证酸化反应充分进行；
（5）根据分析可知，滤液Ⅱ的主要溶质为；
（6）做还原剂，将滤液Ⅰ中剩余的还原为，自身转化为，铁元素由0价升高到+3价，Cr由+6价降低到+3价，根据得失电子守恒，原子守恒，化学方程式：；
（7）滤渣Ⅱ含有和可返回煅烧工序。
4．（2025·河南卷）一种从预处理得到的贵金属合金粉[主要成分为、(铑)、，含有少量]中尽可能回收铑的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“酸溶1”的目的是 。
(2)已知“酸溶2”中转化为，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)。
(3)“沉铑”中得到的沉淀经“灼烧”后分解成铑单质，但夹杂少量和，则“高温还原”中发生反应的化学方程式为 。
(4)若“活化还原”在室温下进行，初始浓度为，为避免生成沉淀，溶液适宜的为 (填标号)[已知的]。
A．2.0 B．4.0 C．6.0
(5)“活化还原”中，必须过量，其与(III)反应可生成，提升了的还原速率，该配离子中的化合价为 ；反应中同时生成，(III)以计，则理论上和(III)反应的物质的量之比为 。
(6)“酸溶3”的目的是 。
【答案】(1)溶解Fe，使其进入溶液，从而通过过滤实现分离
(2) SiO2
(3)、
(4)A
(5)+1 6：1
(6)除去滤渣中未反应的Zn及生成的Sn
【分析】贵金属合金粉[主要成分为、(铑)、，含有少量]中尽可能回收铑的工艺流程中，加入浓盐酸溶解其中Fe，过滤后实现分离，再向滤渣中加入王水(浓盐酸与浓硝酸混合酸)氧化溶解Rh，转化为，Pt转化为相关可溶物，SiO2不溶，过滤后进行分离；煮沸滤液除去盐酸、硝酸，再加入浓盐酸、DETA将部分铑元素沉淀，过滤后，滤渣进行灼烧分解为Rh、和，再用H2进行高温还原得到铑单质，向滤液中加入NH4Cl将铂元素相关化合物转化为沉淀除去，加入SnCl2将(III)转化为，再加入Zn进行还原，生成Rh，由于Zn过量有剩余，加入浓盐酸溶解过量的Zn，实现Zn与Rh分离，过滤获得铑粉，以此分析解答。
【详解】（1）原料合金粉主要成分为Fe、Rh、Pt和少量SiO2，Fe易溶于酸(如盐酸或硫酸)，而Rh和Pt在常温下不易被非氧化性酸溶解，SiO2不溶于酸，因此“酸溶1”使用非氧化性酸溶解Fe生成可溶性盐，过滤后Fe(II)进入滤液，剩余滤渣主要为Rh、Pt和SiO2，实现初步分离，故答案为：溶解Fe，使其进入溶液，从而通过过滤实现分离。
（2）“酸溶2”中转化为，Rh元素化合价由0升高至+3，HNO3中N元素化合价由+5降低至+3，结合化合价升降守恒以及原子守恒可知反应化学方程式为；由上述分析可知该过程中滤渣的主要成分为SiO2。
（3）“高温还原”过程中，和均被H2还原为Rh，Rh元素化合价均由+3降低至0，根据化合价升降守恒以及原子守恒可知反应方程式为、。
（4）初始浓度为，则溶液中，当恰好生成沉淀时，，，，因此为避免生成沉淀，溶液的pH”或“9时，Ce3+完全生成Ce(OH)3沉淀。答案为：9；
（5）“氧化”步骤中用次氯酸钠将Ce3+氧化成Ce4+，反应的离子方程式为2Ce(OH)3+ClO-+H2O=2Ce(OH)4+Cl-，答案为：2Ce(OH)3+ClO-+H2O=2Ce(OH)4+Cl-；
（6）①根据图示，CeO2晶胞中，每个Ce周围与其最近的Ce的个数为12；
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，则晶胞边长为pm，晶体的密度为；
③CeO2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。
答案为：12；；10%。
17．（2025·湖南邵阳·三模）四钼酸铵的用途非常广泛，可用作催化剂、防腐剂、阻燃剂等。下图是用辉钼矿(含、、、、等)制备四钼酸铵和一些副产品的工艺流程图：
已知：①、、均可与纯碱反应生成对应的钠盐。
②“沉钒”后的形式存在于溶液中；在不同条件下聚合生成多酸根离子，如、、等，越小聚合度越大。
回答下面问题：
(1)V在元素周期表中的位置是 。
(2)“氧化焙烧”时生成两种气体，写出发生反应的化学方程式 。
(3)“洗气”过程中“试剂X”可以是 (填字母序号)。
a．溶液 b．饱和溶液 c．饱和溶液
(4)向“溶液”中通入气体2和气体3的顺序是先通入 (填化学式)。
(5)“洗脱”工序中洗脱液的主要成分是 (填化学式)。
(6)“沉钼”过程中发生反应的离子方程式是 。
(7)金属M晶胞如图甲所示，原子之间相互位置关系的平面图如图乙所示。该晶胞空间利用率是 (用含有“π”的代数式表示)。()。
【答案】(1)第四周期第VB族
(2)
(3)c
(4)
(5)
(6)
(7)
【分析】辉钼矿(含、、、、等) 加入纯碱、氧气焙烧，反应生成和，、均可与纯碱反应生成对应的钠盐，焙烧产生的气体1主要为和；加入和，Cu、Fe、Al转化为金属阳离子，钒元素转化为沉淀，钼元素转化为，通过树脂分离Cu2+、Fe3+、Al3+和，然后加入洗脱液、再加入沉钼，得到(NH4)2M4O13·2H2O晶体；焙烧生成和气体3即，氨气、气体2与溶液Y反应，经一系列操作得到纯碱，则溶液Y是饱和NaCl溶液，气体2为；向气体1中加入试剂X分离和，除去，则试剂X可能是饱和溶液。
【详解】（1）V为23号元素，位于元素周期表的第四周期第VB族。
（2）据分析，“氧化焙烧”时，反应生成和，则被氧气氧化，氧气中氧元素化合价降低，M和S元素的化合价分别从+4升高到+6、-2升高到+4，同时碳酸根转化为二氧化碳，该反应的化学方程式为。
（3）据分析，向气体1中加入试剂X的目的是分离和，除去，保留。
a．溶液 与和均反应，故a错误；
b．饱和溶液与和均不反应，故b错误；
c．饱和溶液与反应生成和，与不反应，可分离两者，并不引入新的杂质，故c正确；
故答案为c。
（4）向“溶液Y”中通入气体2和气体3制备纯碱是侯氏制碱法，其原理为由于氨气极易溶于水且所得溶液呈碱性，在饱和食盐水中通氨气到饱和后，继续通过量二氧化碳则生成碳酸氢根，由于碳酸氢钠溶解度小，故析出碳酸氢钠晶体：NaCl+NH3+CO2+H2O=NH4Cl+NaHCO3↓，则在向“溶液Y”中通入气体2和气体3的顺序是先通入NH3再通入CO2。
（5）离子交换树脂具有选择性，通过树脂后溶液中只有，因此需要向溶液中引入以得到(NH4)2M4O13·2H2O晶体，则洗脱液为。
（6）据分析，“沉钼”过程为和在酸性中生成(NH4)2M4O13·2H2O沉淀，则发生反应的离子方程式是。
（7）如图甲所示，金属钼为面心立方晶胞，则一个晶胞中M的数量为，假设晶胞边长为a，根据图乙可知金属M半径和晶胞边长关系，，则。
18．（2025·四川巴中·三模）工业上用钛铁矿(主要含和少量、、、等)通过如图所示工艺流程制取钛，并进一步回收镁、铝、铁等的化合物。
已知：①酸浸后，钛主要以形式存在；为强电解质，在溶液中仅能电离出和一种正离子；
②25℃，相关金属离子开始沉淀和沉淀完全的如表所示。
(1)若要使“分步沉淀”后母液中浓度不超过，则此时溶液pH至少为多少？ 。
(2)“酸浸”时，FeO与硫酸反应的离子方程式是 。
(3)从水解平衡角度解释“水浸”时生成的原因可能是 。
(4)“分步沉淀”：用氨水逐步调节至11.1，依次析出的沉淀是： 、。
(5)若在“酸浸”后的溶液中加入适量的，其作用是 。
【答案】(1)3.53
(2)
(3)水解：，加热水促进水解平衡右移，生成
(4)、、
(5)将氧化为，便于在后续分步沉淀中除去
【分析】向钛铁矿(主要含和少量、、、等)中加入硫酸，二氧化硅不反应，其他物质与硫酸反应，过滤，向滤液中加入热水，过滤得到，煅烧得到，再氯化得到四氯化钛，四氯化钛和镁反应生成钛和氯化镁，滤液中滴加氨水分步沉淀金属离子得到氢氧化物。
【详解】（1）已知沉淀完全时，恰好沉淀完全时的为3.2，此时，则。若使母液中浓度不超过，则，，，所以此时溶液至少为3.53；
（2）FeO是碱性氧化物，与硫酸反应生成亚铁盐和水，据此写出离子方程式为；
（3）水解的离子方程式为：，加热水促进水解平衡右移，生成；
（4）滤液中含有、、、，用氨水逐步调节至11.1，由表格数据可知，依次析出的沉淀是：、、、；
（5）具有氧化性，能将氧化为，因为在较低时就能沉淀，便于后续除去。
19．（2025·福建福州·二模）用锂辉石(主要成分：LiAlSi2O6，含少量MgO、CaO、FeO、Fe2O3等)制备Li2CO3的工艺流程如下：
已知：25℃，4种物质的溶度积或电离常数如下。
回答下列问题：
(1)组成LiAlSi2O6的元素中，未成对电子数最少的基态原子为 。
(2)“焙烧”时控制温度250~300℃，温度不宜过高的原因是 。
(3)“浸出液”中含有Li+、Al3+、Fe2+、Fe3+，还含有的金属阳离子是 。
(4)加入H2O2，发生反应的离子方程式为 。
(5)溶液的pH：“滤液I” “滤液Ⅱ”(填“>”“