专题十一 化学工艺流程-【题型分类归纳】2023年高考化学二轮复习讲与练(全国通用)

专题十一 化学工艺流程

考 点
高考年
考频解密
考点分布
化学工艺流程
2022年
2022年河北卷〔15〕；2022年山东卷〔17〕；2022年湖北卷〔18〕；2022年湖南卷〔17〕；2022年广东卷〔18〕；2022年辽宁卷〔16〕；2022年北京卷〔18〕；2022年全国甲卷〔8〕,2022年全国乙卷〔8〕等
离子反应与氧化还原反应〔7次〕，常见无机物的制备与探究〔3次〕，制备与水解有关的物质、溶度积的应用〔8次〕

一、工业流程题的结构

二、流程图中主要环节的分析
1．核心反应——陌生方程式的书写
关注箭头的指向：箭头指入→反应物，箭头指出→生成物。
(1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，①判断产物，②根据化合价升降相等配平。
(2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。
2．原料的预处理
(1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸等。
水浸
与水接触反应或溶解
浸出
固体加水(酸)溶解得到离子
酸浸
在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
浸出率
固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化)
(2)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。
(3)审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。
3．常用的控制反应条件的方法
(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：
①能与H＋反应，使溶液pH增大；
②不引入新杂质。
例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
(2)控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。
(3)趁热过滤。防止某物质降温时会析出。
(4)冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
4．常用的提纯方法
(1)水溶法：除去可溶性杂质。
(2)酸溶法：除去碱性杂质。
(3)碱溶法：除去酸性杂质。
(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。
(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。
(6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。
5．常用的分离方法
(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。
(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。
(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取NaCl。
(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。
(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。
三、化学工艺流程题的分析方法
主线分析“原料→中间转化物质→目标产物”
(1)反应与物质的转化：分析每一步操作的目的及所发生的化学反应，跟踪物质转化的形式。尤其要注意原料中的杂质在流程中是如何被除去的。滤渣、滤液成分的确定：反应过程中哪些物质(离子)发生了变化？产生了哪些新离子？这些离子间是否能发生化学反应？所加试剂是否过量？
(2)循环物质的确定

(3)副产品的判断


探究一 离子反应与氧化还原反应的综合应用
草酸钴可用于指示剂和催化剂。其中草酸钴的制备可用水钴矿(主要成分为，含少量等)制取工艺流程如图所示：

已知：①浸出液含有的阳离子主要有等；
②酸性条件下，不会氧化，转化为；
③部分阳离子的氢氧化物形式沉淀时溶液的见下表。
沉淀物





开始沉淀
2.7
7.6
4.0
7.6
7.7
完全沉淀
3.7
9.6
5.2
9.2
9.8
(1)回答下列问题：浸出过程中加入的主要目的_______，发生反应的离子方程式为_______。
(2)向浸出液中加入发生反应的离子方程式为_______。
(3)向滤液Ⅰ中加入溶液得到的沉淀的主要成分是_______(写化学式)。
(4)萃取剂对金属离子的萃取率与的关系如图1所示，萃取剂的作用是除锰离子，其使用的适宜范围是_______(填字母代号)。

A．2.0～2.5            B．3.0～3.5             C．4.0～4.5
(5)①实验室里灼烧晶体，所需要的硅酸盐质仪器除了酒精灯和玻璃棒外，还有_______ (填仪器名称)
②热分解质量变化过程如图2所示。其中以前是隔绝空气加热，以后是在空气中加热。A、B、C均为纯净物，C点所示产物的化学式是_______。

【变式练习】
1．（2022·山东潍坊·高三期中）常温下是一种无色气体、溶于浓硫酸、易水解，常用作火箭高能燃料。工业用液氨法制取的流程如下：

已知：①硼酐是一种难溶物；
②石灰石中含有微量氧化铁、二氧化硅、硫单质等
回答下列问题：
(1)氨化釜中主要产物为，则滤渣Ⅰ的成分是_______，操作Ⅱ的名称_______。
(2)反应釜Ⅰ中产生两种气体，发生反应的离子方程式为_______。
(3)经过必要的处理可循环利用的物质是_______。
(4)反应釜Ⅱ中发生反应的化学方程式_______。
(5)利用离子色谱法可以检测三氟化硼中硫元素的含量，将样品通过检测液，进行色谱分析，得到如图所示结果。出现曲线1的原因可能是_______。

(6)利用电解氟硅酸钠的方法可以制取高纯度，装置如图所示。甲室中加入的电解质为_______，a膜选用_______(“阴离子”“阳离子”“质子”)交换膜。

2．（2022·辽宁沈阳·高三期中）碳酸锰在工业上常用作脱硫的催化剂、瓷釉、涂料和清漆的颜料。工业上利用软锰矿(主要成分是，还含有等杂质)制取碳酸锰的流程如图所示。

已知：还原焙烧的主反应为。可能用到的数据如表所示：
氢氧化物




开始沉淀
1.5
6.5
4.2
8.3
沉淀完全
3.7
9.7
7.4
9.8
根据要求回答下列问题：
(1)在实验室进行步骤A操作时，需要用到的主要仪器的名称：_______。
(2)步骤B中为提高浸取的速率采取的方法有_______(写两种方法)。
(3)步骤D发生反应的离子方程式为_______。
(4)步骤E中调节的范围为_______。
(5)步骤G发生反应的化学方程式为_______。
(6)已知溶液能将氧化为。证明步骤G中已完全反应的方法为___。
3．某工厂从废含镍有机催化剂中回收镍的工艺流程如图所示(已知废催化剂中含有及一定量的和有机物，镍及其化合物的化学性质与铁的类似，但的性质较稳定)。回答下列问题：

已知：部分阳离子以氢氧化物的形式完全沉淀时的如下表所示。
沉淀物





5.2
3.2
9.7
9.2
(1)为28号元素，写出原子基态电子排布式_______，用乙醇洗涤废催化剂的目的是_______，从废液中回收乙醇的方法是_______。
(2)为提高酸浸速率，可采取的措施有_______(答一条即可)
(3)硫酸酸浸后所得滤液A中含有的金属离子是_______，向其中加入反应的离子方程式为_______。
(4)滤液C进行如下所示处理可以制得。滤液溶液
①操作X是_______，过滤，洗涤，干燥。
②在强碱溶液中用氧化，可制得碱性镍镉电池电极材料，该反应的离子方程式是_______。
探究二 常见无机物的制备、分离与提纯
用含钴废料(主要成分为，含有少量杂质)制备的流程如图所示。

已知：①有关金属离子形成氢氧化物沉淀的范围如下：
②在为4~6时，水解生成含胶粒的胶体。
金属离子




开始沉淀的
7.5
2.2
6.4
6.7
完全沉淀的
9.5
3.0
8.4
8.7
请回答下列问题：
(1)“酸浸”步骤中可以有效提高废料利用率的方法有_______________(写出一种方法即可)。
(2)“酸浸”时与发生反应的离子方程式为______________________________。
(3)“除铁”中，溶液对除铁率和钴回收率影响如图所示。该步骤应控制范围是3.0~4.0图中钴回收率骤降的可能原因是______________________________。

(4)“除镍”步骤的实验操作名称是______________________________。
(5)“沉钴”时温度不能太低也不能太高，原因是______________________________。
(6)“沉钴”步骤的化学反应方程式是_____________________________________________。
【变式练习】
1．（2022·宁夏·平罗中学高三期中）金属钛是一种性能优越的结构材料和功能材料，被誉为“太空金属”。以云南富民钛铁精矿(主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3，含SiO2、Al2O3等杂质)为原料，制备海绵状金属钛的流程设计如图：

已知：TiCl4及所含杂质氯化物的性质
化合物
SiCl4
TiCl4
AlCl3
FeCl3
沸点/℃
58
136
181(升华)
316
熔点/℃
-69
-25
193
304
在TiCl4中的溶解性
互溶
——
微溶
回答下列问题：
(1)“氯化”过程需在沸腾炉中进行，且需维持在1050℃，若TiO2氯化时生成的CO与CO2的物质的量之比为1：1，则该反应的化学方程式为_______；氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗TiCl4混合液，则滤渣中含有_______(填化学式)。
(2)“精制"过程中，粗TiC4经两步蒸馏得纯TiCl4。第一步蒸馏分离出的杂质是_______(填化学式)；再将温度控制在一定的范围内蒸馏分离出纯TiCl4，所控制温度范围是_______。
(3)“氧化”过程的产物中可循环利用的是_______(填化学式)。
2．（2022·福建·泉州七中高三期中）某化工厂从含NiO的废料(杂质为Fe2O3、CaO、CuO中回收、制备具有良好的电化学活性和高堆积密度的羟基氧化镍(NiOOH)的工艺流程如下图：

(1)如图是酸浸时镍的浸出率与温度的关系，则酸浸时合适的浸出温度是_______℃，若酸浸时将温度控制在80℃左右，则料渣1中会含有一定量的，其可能的原因_______。

(2)合适温度下，料渣1的主要成分是_______。
(3)生成S的化学方程式为_______。
(4)试剂X是一种绿色氧化剂，其化学式为_______，X参与反应时氧化剂与还原剂物质的量之比为_______，试剂Y用于调节溶液的pH，则pH的调控范围是_______(与沉淀相关的数据如表所示)。
离子



开始沉淀的pH
1.5
6.5
7.2
沉淀完全的pH
3.2
9.7
9.2
(5)写出氧化过程中反应的离子方程式：_______
(6)工业上也可用电解碱性悬浊液的方法制备NiOOH，加入一定量的KCl有助于提高生产效率，原因_______。
3．（2022·福建·上杭一中高三期中）硫酸锰是一种重要的化工中间体，是锰行业研究的热点。工业以软锰矿(主要成分是，含有、等少量杂质)为主要原料制备。其工业流程如下：

(1)为了提高浸锰的浸取率可采取的措施是_______(任写一条)，滤渣Ⅱ为_______。
(2)浸锰过程中与反应的离子方程式为，该反应是经历以下两步反应实现的：
Ⅰ.
Ⅱ.……
写出Ⅱ的离子方程式：_______。
(3)过滤Ⅰ所得滤液中主要存在的金属阳离子为_______(填离子符号)。
(4)氧化过程中被氧化的主要微粒为_______。
(5)加入溶液后，生成沉淀，同时还有气体生成，写出反应的离子方程式：_______。
(6)已知的溶解度曲线如图1所示，从酸溶后析出晶体的“系列操作”是蒸发结晶、_______、洗涤、低温干燥。

(7)通过煅烧可制得软磁铁氧体材料(MnOx)，在不同温度下煅烧时剩余质量变化的曲线如图2所示。根据图2中数据可得MnOx中x的值为_______。

探究三 水溶液中的离子反应和平衡问题
高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下，可能用到的数据见下表。





开始沉淀pH
1.9
4.2
6.2
沉淀完全pH
3.2
6.7
8.2
(1)“浸取”操作中通入高压的目的：_______。
(2)“浸取”过程有黄色沉淀生成，CuS在“浸取”中发生反应的化学方程式为：_______。
(3)“中和调pH”的pH范围：_______。
(4)固体X的成分：_______。
(5)“还原”步骤中发生的离子方程式：_______。
(6)“过滤”操作后经若干步骤可得到金属M，M为_______(填化学式)。
【变式练习】
1．（2022·福建福州·高三期中）Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中，铈(Ce)主要以CePO4形式存在，还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3·nH2O的工艺流程如下：

回答下列问题：
(1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子，该核素的符号为_______；
(2)为提高“水浸”效率，可采取的措施有_______(至少写两条)；
(3)滤渣Ⅲ的主要成分是_______(填化学式)；
(4)加入絮凝剂的目的是_______；
(5)“沉铈”过程中，生成Ce2(CO3)3·nH2O的离子方程式为_______。
(6)滤渣Ⅱ的主要成分为FePO4，在高温条件下，Li2CO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制备电极材料LiFePO4，同时生成CO和H2O，该反应的化学方程式为_______ 。
2．（2022·江苏镇江·高三期中）硫酸工业所得废钒催化剂主要含和。一种利用废钒催化剂制取的流程如图所示：

已知：①“酸浸”后的溶液中含钒元素的离子是。
②钒元素的存在形态较多，部分四价钒和五价钒物种的分布分数与的关系如图所示。

(1)写出“酸浸”时发生反应的离子方程式_________________。
(2)“调”时，控制溶液的，其目的是_______________。
(3)写出“氧化”时发生反应的离子方程式_________________。
(4)“沉钒”时控制溶液约为7，生成偏钒酸铵固体．沉钒率随温度变化如图，温度高于，沉钒率下降的原因是_______________。

(5)在“煅烧”的过程中，固体的残留率随温度变化的曲线如图所示，则A点剩余固体的成分为__________________(填化学式)。

(6)在空气中“煅烧”分解制备，分解一段时间后，得到一种无色有刺激性气味的气体，随后固体中检测到了杂质，不断搅拌，充分反应后，最终无该杂质．请分析生成的原因_____________。
3．氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料，有广泛应用。以铁硼矿(主要成分有Mg2B2O5·H2O、Fe3O4，次要成分有Fe2O3、FeO、 CaO、Al2O3、 SiO2) 为原料制备氮化硼的流程如图所示：

已知：相关金属离子[c( Mn+)= 0.1mol ·l-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子
Fe3+
Fe2+
Al3+
开始沉淀的pH
1.5
6.3
3.2
沉淀完全的pH
2.8
8.3
5.0
回答下列问题：
(1)用稀硫酸酸浸时，若其他条件不变，工业中采取下列措施能提高硼元素浸出率的有_______(填序号)。
A．适当升高酸浸温度   B．适当加快搅拌速度  C．适当缩短酸浸时间
(2)滤渣1的主要成分为_______。
(3)加氨水过程中常常要加热，加热的目的是_______。
(4)从硫酸镁溶液中提取MgSO4·7H2O的操作包括_______、过滤、 洗涤、干燥。
(5)写出B2O3与氨气在高温下反应制备BN的化学方程式：_______
(6)H3BO3 (硼酸)还可以利用电解NaB(OH)4溶液的方法制备，工作原理如图所示，c为_______(填“阴离子交换膜”或“阳离子交换膜”)， 产品室中发生反应的离子方程式为_______。


1．完成下列问题
(1)采用“联合脱硫脱氮技术”处理烟气(含CO2、SO2、NO)可获得含CaCO3、CaSO4、Ca(NO2)2的副产品，工业流程如图1所示：

                     图1
①反应釜Ⅰ采用“气-液逆流”接触吸收法(如图(2))，其优点是_______。

②反应釜Ⅱ中CaSO3转化为CaSO4反应的化学方程式为_______。
(2)烟气(主要污染物SO2、NOx)对人类生活环境造成很大的污染。工业上采取氧化、还原等方法将之除去，以达到净化目的。
①烟气经O3预处理后用碱液吸收，可减少其中SO2、NOx的含量。已知NO可被O3氧化为 NO2、NO，用NaOH溶液吸收若只生成一种盐，该盐的化学式为_______。
②尿素[CO(NH2)2]在高温条件下与NO反应转化成三种无毒气体，该反应的化学方程为_______。
(3)电解法除去工业废水中的硝酸铵的装置示意图如题图(3)所示，阴极电极反应式为_______。

2．全球对锂资源的需求不断增长，“盐湖提锂”越来越受到重视。某兴趣小组取盐湖水进行浓缩和初步除杂后，得到浓缩卤水(含有Na+、Li+、Cl-和少量Mg2+、Ca2+)，并设计以下流程通过制备碳酸锂来提取锂。

已知：25℃时相关物质的参数如表，LiOH的溶解度为12.4g/100gH2O
化合物
Mg(OH)2
Ca(OH)2
CaCO3
Li2CO3
Ksp
5.6×10-12
5.5×10-6
2.8×10-9
2.5×10-2
回答下列问题：
(1)“沉淀1”为____。
(2)向“滤液1”中加入适量固体Li2CO3的目的是____。
(3)为提高Li2CO3的析出量和纯度，“操作A”依次为____、____、洗涤。
(4)有同学建议用“侯氏制碱法”的原理制备Li2CO3。查阅资料后，发现文献对常温下的Li2CO3有不同的描述：①是白色固体；②尚末从溶液中分离出来。为探究LiHCO3的性质，将饱和LiCl溶液与饱和NaHCO3溶液等体积混合，起初无明显变化，随后溶液变浑浊并伴有气泡冒出，最终生成白色沉淀。上述现象说明在该实验条件下LiHCO3____(填“稳定”或“不稳定”或“不能说明稳定性”)，有关反应的离子方程式为____。
(5)他们结合(4)的探究结果，拟将原流程中向“滤液2”加入Na2CO3改为通入CO2。这一改动能否达到相同的效果，作出你的判断并给出理由____。
3．高纯二氧化硅可用来制造光纤。某蛇纹石的成分见下表：
组分
SiO2
MgO
Na2O
K2O
Fe2O3
质量分数/%
59.20
38.80
0.25
0.50
0.8
通过下图流程可由蛇纹石制备较纯净的二氧化硅。

(1)蛇纹石中涉及的可溶性金属氧化物有_______(写化学式)。
(2)步骤①中涉及SiO2反应的离子方程式为_______。
(3)滤渣A的成分有_______(填化学式)。
(4)步骤②中洗涤沉淀的方法是_______。
(5)步骤③反应的化学方程式为_______；实验室进行步骤③需要用到的主要仪器有带铁圈的铁架台、泥三角、酒精灯和_______。
4．某废催化剂(主要含有WO3、V2O5、V2O4、V2O3、少量杂质Fe2O3、SiO2等)是能源行业产生的难处理多金属危险废物，其回收利用已成为当前研究的热点和重点。一种处理流程如下：

已知草酸晶体(H2C2O4·2H2O)的溶解度随温度的变化如图所示。草酸酸浸时控制温度为90℃，理由是___________，实验室中宜选用的加热方式为___________(“水浴加热”或“油浴加热”)。

5．提纯锌白粉(主要成分为ZnO，还含有FeO、MnO、CuO等杂质)流程如下图所示：

回答下列问题：
(1)“浸出”时，MnO参与反应的离子方程式为_______。
(2)已知浸出液中c(Fe2+)=5.04mg·L-1，c(Mn2+)=1.65mg·L-1。若要除尽1m3浸出液中的Fe2+和Mn2+(所有含锰元素的物质均转化为MnO2)，则“氧化"时至少需要加入_______g高锰酸钾。
(3)“沉锌”反应在50℃条件下进行，生成ZnO的“前驱体"ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O，试写出该反应的化学方程式：_______。
(4)某实验小组选用下图所示的部分装置验证锌白粉与碳粉反应生成的可能气态产物。

已知：PdCl2+CO+H2O=Pd(黑色)↓+CO2+2HCl
①上述装置的合理连接顺序为_______(填仪器接口的小写字母)。
②实验前先通入一段时间的氮气，其目的是_______。
6．镍氢电池是一种新型绿色电池，利用废旧镍氢电池的金属电极芯[主要成分为Ni(OH)2、Co(OH)2及少量铁、铝的氧化物等]生产硫酸镍、碳酸钴的工艺流程如图。

已知：部分金属阳离子以氢氧化物的形式沉淀时溶液的pH见表：
金属阳离子
Fe2+
Fe3+
Al3+
Ni2+
Co2+
开始沉淀时pH
6.3
1.5
3.4
6.2
7.15
完全沉淀时pH(金属阳离子浓度