（2）无机化学工艺流程——2024届高考化学二轮复习突破典型题型之综合题

这是一份（2）无机化学工艺流程——2024届高考化学二轮复习突破典型题型之综合题，共26页。试卷主要包含了原料预处理，反应条件的控制，陌生方程式的书写，物质的分离与提纯等内容，欢迎下载使用。
1.原料预处理的目的
(1)原料经过预处理主要是除去不必要的杂质，净化所需要的原料。
(2)原料中的目标物质(不易除去的杂质)转化为易于化学处理的物质。
2.原料的预处理措施
3.浸出率(浸取率)
实际浸取量与理论浸取量的比值(固体溶解后，离子在溶液中含量的多少)。
4.提高浸出率的方法
适当升温(加热)、搅拌、粉碎(研磨)、增大反应物(酸、碱)的浓度等。
二、反应条件的控制
通过控制一定的反应条件，来达到提高物质转化率或更彻底除去杂质的目的。反应条件最常见的是溶液的pH、反应的温度、反应物的配料比等。
1.控制溶液的酸碱性(pH)的目的
(1)增强物质的氧化性(增强MnO4-、NO3-的氧化性)。
(2)通过控制溶液的pH可以除去某些金属离子。
①如：要除去溶液中含有的Fe3+、Al3+，可调节溶液的pH使之转变为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀。[若有Fe2+，需先用氧化剂(H2O2等)把Fe2+氧化为Fe3+]
②调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H+反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。
2.控制反应的温度
(1)控制反应温度的目的
(2)控制反应物温度的方法：水浴、油浴、冰水浴、沙浴等。
3.调节反应物的浓度(配料比)
(1)通过控制反应物的浓度，控制反应的类型，有利于目标反应的进行。
(2)根据需要选择适宜浓度，控制一定的反应速率，使平衡向利于目标产物生成的方向进行。
(3)反应物过量，能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率，但会给后续操作带来除杂问题。
4.加入氧化剂、还原剂
完成溶液中离子的转化，需要根据题目信息(溶液中离子的氧化性、还原性)判断加入试剂的作用。如加入H2O2或NaClO等，把Fe2+转化为Fe3+。
三、陌生方程式的书写
在工艺流程题中常出现过渡金属元素的转化，所以有关的氧化还原反应方程式、离子方程式的书写成为必出的考查点，有时也会涉及非氧化还原反应、电极反应式的书写。
1.氧化还原反应方程式、离子方程式的书写
(1)了解常见氧化剂、还原剂，当在题目中出现时能联想到其氧化性、还原性
①常见氧化剂：Na2O2、Fe3+、NO2、HNO3(浓)、HNO3(稀)、O2、O3、H2O2、H2SO4(浓)、Cl2、Br2、HClO、NaClO、Ca(ClO)2、KMnO4(H+)、KClO3等。
②常见还原剂：Fe2+、SO2、H2SO3、Na2SO3、NaHSO3、SO32−、H2S、Na2S、NaHS、S2-、HI、NaI、I-等。
③注意H2O2既有氧化性，也有还原性。绝大多数情境下作氧化剂，但遇到强氧化剂时也可能作还原剂。
④注意题目中给出的提示信息、暗示信息。如要制备某金属较高价态化合物，意味着其低价离子有还原性。
(2)掌握常见氧化剂、还原剂发生氧化还原反应的产物
(3)通过练习掌握氧化还原反应方程式的书写流程
(4)缺项化学方程式的配平
配平化学方程式时，有时要用H+、OH-、H2O来使化学方程式两边电荷及原子守恒，总的原则是酸性溶液中不能出现OH-，碱性溶液中不能出现H+，具体方法如下：
2.非氧化还原反应方程式的书写
(1)广义的水解反应
广义的水解是指化合物中的正电性原子或原子团与“OH”结合，负电性原子或原子团与“H”结合形成两种新的物质。
(2)酸(酸式盐)与碱可发生反应，强酸与弱酸盐反应生成强酸盐与弱酸。
(3)铵盐、弱酸酸式盐、难溶氢氧化物、难溶碳酸盐受热后的分解反应。
(4)多元弱酸盐与其多元弱酸反应生成其酸式盐。
3.电极反应式的书写
(1)原电池的电极反应都是自发氧化还原反应的半反应，其书写思路为
①负极反应先考虑还原剂失电子后的合理产物(碳元素酸性条件下生成CO2、碱性条件下以CO32−存在)，然后考虑产物与电解质是否反应。
②正极反应则先考虑氧化剂得电子后的合理产物，然后考虑产物与电解质是否反应。
(2)电解池中的阳极有最强的氧化能力，阴极有最强的还原能力，所以可以发生平常不能发生的一些氧化还原反应，同时考虑得失电子后的产物与电解液可能发生的反应。
(3)由于离子在电极上的放电顺序除了与离子氧化还原性有关外，还与离子浓度等因素有关，所以有些电极反应需要结合题目的信息完成。
四、物质的分离与提纯
1.化工流程中常用分离操作
2.分离提纯中操作的答题规范
(1)结晶操作
从溶液中得到带结晶水的晶体的操作是：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
(2)沉淀、过滤
①沉淀剂过量的判断
把反应后的混合物静置一段时间，吸取少量上层清液，置于一洁净的试管中，再滴加少量的沉淀剂，若没有沉淀生成，则证明沉淀剂已过量。
②沉淀洗涤操作
向过滤得到的沉淀上慢慢加入适量蒸馏水至刚好浸没沉淀，然后静置，让其自然流下，重复以上操作2～3次，直至洗涤干净。为了减少沉淀的溶解，可用冰水或有机溶剂洗涤。
③检验沉淀洗涤干净
取少量最后一次洗涤液，置于一洁净的试管中，再滴加少量的检验试剂，若没有特征现象出现，则证明沉淀已洗涤干净。
3.沉淀洗涤时洗涤剂的选择
【针对训练】
1.氮化镓（GaN）在5G基站及工业互联网系统建设等方面用途广泛。综合利用炼锌矿渣[主要含铁酸镓、铁酸锌，它们都为易溶于水的强电解质]获得3种金属盐，并进一步利用镓盐制备具有优异光电性能的GaN（Ga与Al同主族），部分工艺流程如图：
已知：常温下，浸出液中各离子浓度、形成氢氧化物沉淀的pH和金属离子在该工艺条件下的萃取率（进入有机层中金属离子的百分数）如表。
回答下列问题：
（1）为了提高炼锌矿渣“浸出”过程中酸浸效率，应采用的措施是_______（写出一种）。可以写成，“浸出”过程中发生反应的离子方程式为_______。
（2）“滤液1”中的浓度是_______，“滤液1”中可回收利用的物质是_______（填名称）。
（3）“滤饼”溶解过程中稀硫酸_______（填“能”或“不能”）用稀盐酸代替，加入的固体X为_______（填化学式）。
（4）“电解”可得金属Ga，写出阴极电极反应式_______。
（5）“合成”得到的与发生系列反应得到GaN和另一种产物，则总反应的化学方程式为_______。
（6）取样品溶于足量的热NaOH溶液（）中，先用溶液将产生的完全吸收，再用的盐酸滴定，消耗盐酸，则样品的纯度是_______，从滴定角度分析用溶液吸收的可能原因是_______。（已知：；；硼酸的）
2.氧化镁在医药、耐火材料、电子等行业具有广泛的用途，在国民经济中占有重要的地位。某批次白云石的成分及质量分数分别为（50.00%）、（44.10%）、（4.85%）、（0.58%）、（0.47%），用白云石碳化法制备氧化镁的工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）提高煅烧效率比较有效的方法是______。
（2）将该批次白云石加热到950℃，煅烧1小时，固体成分为的混合物，此时MgO所占的质量分数为_________（保留2位有效数字）；“消化分解”中向混合物中加入一定量的水可制成一定浓度的白云灰乳，该工序产生的残渣的主要成分为_________。
（3）“常压碳化”工序：将白云灰乳在碳化塔中用一定浓度的二氧化碳气体碳化，当碳化液pH突降至8.5~9.0时，加入CA-1型表面活性剂（该活性剂可专一地包覆在碳酸钙表面）继续碳化，至pH为6.5时停止碳化。
①碳化时反应的化学方程式为_________。
②碳化的目的是_________。
③加入CA-1型表面活性剂的作用为_________。
（4）可通过热重分析法对碱式碳酸镁[]的组成进行测定。已知碱式碳酸镁受热首先失去结晶水，受热分解的产物为三种氧化物，热重分析图如下：
，则碱式碳酸镁的化学式为_______。
（5）“废热镁水”回到“消化分解”工序，体现了_______的生产思想，还可以利用_______（填化学式）的再生实现这一生产思想。
3.三氧化二钴（）在工业、电子等领域都有着广阔的应用前景。以铜钴矿石[主要成分为和，还有少量铁、镁、钙的氧化物]为原料制备三氧化二钴（）的工艺流程如图1所示。
已知：常温下。
回答下列问题：
（1）CO（OH）中C的化合价为________；“浸泡”过程中CO（OH）与反应的离子方程式为________。
（2）“浸泡”过程中浸出温度和浸出pH对浸出率的影响分别如图2、图3所示。
①矿石粉末“浸泡”的适宜条件应是________。
②图3中铜、钴浸出率下降的可能原因是________。
（3）“除铜”过程中，加入FeS固体得到更难溶的CuS，写出“除铜”反应的离子方程式________。
（4）向“除铜”后的滤液中加入的主要目的是________。过程Ⅲ中加入浓得到滤渣后又加入盐酸溶解，其目的是________。
（5）在过程Ⅱ中加入足量的NaF可将以沉淀形式除去，若所得滤液中，则滤液中为________（保留2位有效数字）。
4.近两年我国电动汽车发展迅速。电动汽车的动力锂离子电池常用磷酸亚铁锂（）作电极材料。该类废旧电极（含杂质Al、石墨粉）回收处理和资源再利用的工艺流程如下：
已知碳酸锂的溶解度与温度的变化曲线如下：
回答下列问题：
（1）滤液1中的溶质除了NaOH外还有________；滤渣2的主要成分为________。
（2）为确定“浸取”阶段应选择的氧化剂，用不同氧化剂分别进行浸取实验，使用相同原料，控制pH=1.5，浸取1.5h后，实验结果见下表：
实验2中溶液pH和氧化剂浓度控制不好会产生黄绿色气体，综合考虑的浸出率、安全环保因素，选择的氧化剂最好是________，理由为________。
（3）“沉铁”时，浸出液中加入30%的溶液速度不能过快，并要及时搅拌，否则得到磷酸铁晶体中含有较多的红褐色物质，该红褐色物质是________，产生的原因是________。
（4）“沉锂”后获得粗碳酸锂的一系列操作为________。
（5）粗碳酸锂中可能含有铁的化合物，请你设计检验杂质有铁的化合物的方案：________。
（6）工业上将回收的和粉碎，再加入足量炭黑混合高温煅烧再生制备，实现了物质的循环利用，请写出反应中生成的化学方程式________。
5.某种废弃电子元器件的主要成分为CuS、BeO，还含有少量的FeS、等，实验室中以其为原料提取金属Be和胆矾的工艺流程如图。
已知：常温下，题述条件下有关金属阳离子开始沉淀和沉淀完全的pH如表。
回答下列问题：
（1）基态Fe、Cu原子核外未成对电子数之比为________。
（2）BeO为两性氧化物，BeO在“碱浸”工序时发生反应的离子方程式为________。
（3）滤液1的主要成分为________。工业上可电解熔融制备金属铍，电解过程中加入或NaCl，其作用是________。
（4）“氧化”工序时FeS发生反应的离子方程式为________。
（5）加试剂X调pH可得沉淀和滤液2，则所加试剂X为________，所调pH的范围为________。
（6）请你以、铁粉和稀硫酸为原料，设计一个简单的实验方案制备绿矾：
6.三氧化二钴（）在工业、电子等领域都有着广阔的应用前景。以铜钴矿石[主要成分为和，还有少量铁、镁、钙的氧化物]为原料制备三氧化二钴（）的工艺流程如图1所示。
已知：常温下，。
回答下列问题：
（1）“浸泡”工序中，所得滤渣1的主要成分是_______（填化学式）。写出此工序中CO（OH）与反应的离子方程式_______。
（2）“浸泡”工序中浸出温度和浸出pH对浸出率的影响分别如图2、图3所示。
①矿石粉末“浸泡”的适宜条件应是_______。
②图3中铜、钴浸出率下降的可能原因是_______。
（3）“除铜”工序中，加入FeS固体得到更难溶的CuS，写出“除铜”反应的离子方程式_______。
（4）向“除铜”工序后的滤液中加入的主要目的是_______。过程Ⅲ中加入浓得到滤渣后又加入盐酸溶解，其目的是_______。
（5）在过程Ⅱ中加入足量的NaF可将以沉淀形式除去，若所得滤液中，则滤液中为_______（保留2位有效数字）。
7.由赤泥（含有大量Na、Al、Fe、Si、Ca、Sc、Zr等的氧化物）为原料制备钪的工艺流程如图。
回答下列问题：
（1）Sc元素位于元素周期表______区。基态Sc原子的价电子排布图为______。为提高“酸浸”工序效率，可采取的措施为______（写一条即可）；滤渣为、______。
（2）写出“灼烧”工序时反应的化学方程式______。实验室中“灼烧”用到的仪器为______（填标号）。
（3）“氯化”工序时产生可燃性毒气，处理该气体的方法是_______。
（4）“气相还原”工序时需要通入氩气，目的是_______。
（5）为提高钪的回收率，“操作l”需多次进行。假设浸出液中，“操作1”每进行一次，的萃取率为80%，“操作1”进行三次后水相中的=______（萃取量=×100%，假设溶液体积不变）。
8.碲（Te）是一种新型的红外材料。某工业废渣主要成分为，含有和杂质，从碲渣中回收碲的工艺流程如下：
某化学课外小组通过查阅资料，获取以下信息：
Ⅰ.二氧化硒（）是白色有光泽针状晶体，易溶于水，熔点为340℃，易升华；
Ⅱ.二氧化碲是白色晶体，微溶于水，易溶于强酸或强碱生成盐；
Ⅲ.和在微酸性和中性水溶液中易水解生成相应的氧化物。
回答下列问题：
（1）为提高“碱浸Ⅰ”工序的化学反应速率，除了将碲渣“球磨”外，还可以采用的方法为______（填一种）。
（2）“碱浸Ⅰ”工序时，和分别转化为钠盐进入溶液，则碲元素的存在形式为______（填化学式，下同）。“滤渣Ⅰ”的成分为______。
（3）“净化”工序中加入，生成______沉淀除去Si元素。
（4）若“沉碲”工序时所得溶液的pH为6，此时溶液中______（已知：的）；“沉碲”工序时溶液的pH应控制在5.8～7.6，原因是______。
（5）“滤渣Ⅲ”的主要成分是______，“煅烧”工序的温度大于340℃的目的是______。
（6）“电解”工序时，阴极电极反应式为______。
9.我国古代已有炼铜的记载，铜的合金在生产生活中应用广泛。用黄铜矿（主要成分为，含有杂质）冶炼铜的工艺流程如图1。
已知：①的；
②的电离常数。
回答下列问题：
（1）基态铜原子的简化电子排布式为______；在第四周期中，基态原子与基态铜原子的未成对电子数相同的元素有______种（不包括铜元素）。
（2）为提高“浸取”工序时的反应速率，通常可采用的措施有______（写两条即可）。
（3）“浸取”工序时发生反应的化学方程式为______。
（4）在实验室中调节pH后“过滤”需要用到的玻璃仪器为______。
（5）用“滤液1”制备磁性氧化铁的流程如图2所示。常温下，加入溶液后，pH为11，的平衡浓度为，产生沉淀时最小的浓度是______（保留3位有效数字）。
（6）“除硫”工序时加入浓盐酸发生反应的化学方程式为_______。
（7）“滤液2”中含有可以循环使用的物质，“调节pH”工序时发生反应的离子方程式为_______。
10.工业上利用重晶石矿（主要成分是，含少量等）与饱和碳酸钠溶液沉淀转化后制备氯化钡，同时获得铝盐、铁红。工艺流程如下：
已知：Ⅰ.部分金属离子以氢氧化物形式沉淀时的pH如表所示。
Ⅱ.部分难溶物的。
回答下列问题：
（1）“沉铁”工序时若加入过量的试剂X，X为________（填字母）；若加入适量的试剂X，X为________（填字母）。
a.氨水
b.
c.
d.NaOH溶液
（2）固体Y的主要成分是________。
（3）过程①中在不引入其他离子的情况下，发生反应的离子方程式可能是________；过程②要要在________仪器内进行；过程③中的操作为蒸发浓缩、________、________、________、干燥，得到晶体。
（4）若将139.8g全部转化为，用溶液处理，至少需要处理________次才能达到目的。
答案以及解析
1.答案：（1）搅拌、适当升高温度、粉碎炼锌矿渣、适当提高硫酸浓度等（合理均可）；
（2）；硫酸锌
（3）能；Fe
（4）或
（5）
（6）；硼酸的酸性很弱，对滴定终点的影响可忽略不计
解析：（1）搅拌、适当升高温度、粉碎炼锌矿渣、适当提高硫酸浓度等均可以提高炼锌矿渣酸浸效率；可以写成，“浸出”过程中与稀硫酸反应的离子方程式为。
（2）向“浸出”后的滤液中先加入的目的是将亚铁离子氧化为铁离子；根据题表中数据可知，的溶度积常数，当溶液的pH=5.4时，，则“滤液1”中残余的的浓度。
（3）调节pH至5.4的目的是沉淀和“滤饼”的主要成分为，向“滤饼”中加入稀硫酸或稀盐酸都能将“滤饼”溶解，萃取前加入固体X的目的是还原且不引入杂质，则X为Fe。
（4）“电解”可得金属Ga，阴极上发生还原反应得到金属镓，电极反应式为。
（5）根据原子守恒可知，另外一种产物为甲烷，所以总反应的化学方程式为。
（6）由题给方程式可得如下转化关系：，滴定消耗盐酸，则样品的纯度为。硼酸的酸性非常弱，对滴定终点的影响可忽略不计，因此可用溶液吸收。
2.答案：（1）将白云石粉碎
（2）38%；
（3）①、；②实现钙镁分离；③当镁离子不断溶出时，阻止钙离子溶出
（4）
（5）循环利用（答案合理即可）；
解析：（1）将矿石粉碎，颗粒变小，有利于煅烧充分，提高煅烧效率。
（2）煅烧时发生反应：，设原白云石为100g，则；由后续得到活性碳酸钙和重镁水可知“消化分解”过程中CaO、MgO分别与反应生成，形成白云灰乳，不与水反应，也不溶于水，故转化为残渣。
（3）①根据流程图，操作1是过滤，根据“常压碳化”工序的pH变化可知分离后的重镁水为溶液，故可分别写出生成和的化学方程式。②碳化的目的是实现钙镁分离。③加入CA-1型表面活性剂是为了在进一步通入，降低溶液的pH时，让不溶出，加入的该表面活性剂专一地包覆在碳酸钙的表面，减小了碳酸钙的亲水性，使其在更低的pH范围内尽量不溶解，从而达到钙镁分离的目的。
（4）碱式碳酸镁的化学式为，设其质量为100g，根据热重分析图可得，233℃时，加热分解生成结晶水的阶段结束，442℃时，加热分解生成MgO、和的阶段结束，最后剩余MgO，则、，，则，故可得碱式碳酸镁的化学式为。
（5）“废热镁水”中含有，回到“消化分解”工序进入下一个循环继续生产，有利于提高原料的利用率，体现了循环利用的生产思想；同时碱式碳酸镁煅烧产生的同样可以再充入到“常压碳化”工序，参与循环生产。
3.答案：（1）+3；
（2）①温度为65℃～75℃、pH为0.5～1.5；②pH升高后溶液中下降，使得溶解的能力下降
（3）
（4）将氧化为；富集（或提高的浓度）
（5）
解析：（1）根据化合物中各元素化合价代数和为0，可知CO（OH）中C为+3价。此过程中，CO（OH）与在酸性溶液中发生氧化还原反应，被还原为，同时生成，反应的离子方程式为。
（2）①分析图2、图3，矿石粉末“浸泡”时的浸出率最高的条件为温度为65℃~75℃，pH为0.5～1.5。②pH升高后溶液中浓度下降，使得溶解的能力下降，导致铜、钴浸出率下降。
（3），CuS更难溶，故“除铜”过程中，加入FeS固体，发生沉淀的转化，将溶液中的转化为CuS，则“除铜”反应的离子方程式为。
（4）步骤Ⅰ中加入，将氧化为，与发生相互促进的水解反应生成沉淀。过程Ⅲ中加入浓，将转化为沉淀，再加盐酸，溶解并生成，从而提高溶液中浓度，起到富集作用。
（5）加入足量NaF除去后，所得滤液为的饱和溶液，则有，所以。
4.答案：（1）（或；石墨粉
（2）；作氧化剂时浸出率低，作氧化剂时容易发生副反应并产生污染性气体，不安全、不经济，作氧化剂浸出率相对较高且安全
（3）；若加入溶液速度过快，造成局部pH迅速增大，会生成沉淀
（4）趁热过滤、热水洗涤、干燥
（5）取少量粗碳酸锂加入足量稀盐酸溶解，再加入几滴KSCN溶液后显血红色，证明杂质含有铁的化合物（其他合理答案也得分）
（6）
解析：（1）废旧电极的成分是、Al和石墨粉，根据流程可知加入NaOH溶液只有Al被溶解，所以反应为，滤液1中溶质有NaOH和。滤渣1的主要成分为和石墨粉，“浸取”时石墨粉不与试剂反应，则滤渣2是石墨粉。
（3）“沉铁”时，浸出液中加入溶液速度过快，局部碱性太强，会生成沉淀，影响磷酸铁晶体的生成。
（4）根据碳酸锂的溶解度与温度的变化曲线可知温度升高其溶解度减小，而60～80℃时的溶解度已经非常小，可以直接进行过滤，故“沉锂”后获得粗的一系列操作为趁热过滤、热水洗涤、干燥。
（5）“浸取”阶段存在氧化过程，则粗中的含铁杂质是氢氧化铁或氧化铁，检验存在三价铁即可，所以先用酸溶解，再用KSCN等试剂检验。
（6）高温煅烧时加入足量炭黑，故碳单质的氧化产物是CO而不是，另一个产物为，根据得失电子守恒和原子守恒可得化学方程式。
5.答案：（1）4：1
（2）
（3）；增强熔盐的导电性
（4）
（5）CuO或或；pH