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2024年化学高考二轮复习
专题十六 化学工艺流程图专题
一、考纲解读
考纲导向
1、物质制备类化工流程题
2、提纯类化工流程题
命题分析
化学工艺流程题是全国高考中的必考题型，它是将化工生产过程中主要生产阶段——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；化学工艺流程题是现代化学工业生产工艺流程的简化，它涉及了化工生产过程中所遇到的生产成本、产品提纯、环境保护等实际问题，并考查了物质的制备、检验、分离提纯等实验基本操作和基本实验原理在化工生产中的实际应用。
预计2024年高考的试题仍以某矿石为原料制备某物质或以废渣、废液提取某物质为背景，呈现化工生产流程图，进行命题设计，综合考查元素化合物知识、氧化还原反应方程式的书写、反应条件的控制与选择、产率的计算、Ksp的应用、绿色化学思想的体现等，题目综合性强，难度大，旨在考查考生提取信息，迁移应用的逻辑思维能力。
二、知识点梳理
网络图
重点拓展
物质制备型工艺流程题一般分为原料处理、分离提纯、获得产品三个阶段。通过对给定的原料进行预处理、分离提纯,再经过若干步反应,最后制得目标物质。
一、物质制备过程中的常考知识点
1.原料处理阶段的常见考查点
①研磨——减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。
②水浸——与水接触反应或溶解。
③酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属进入溶液，不溶物通过过滤除去。
④灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。
⑤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，如煅烧高岭土。
2．分离提纯阶段的常见考查点
(1)调pH除杂
①控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如若要除去Al3＋、Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH。
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、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。
(2)加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。
如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如侯氏制碱法中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。
(3)降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)；使化学平衡向着题目要求的方向移动。
3．获得产品阶段的常见考查点
(1)洗涤(冰水、热水)：如乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质，又可减少晶体溶解的损耗。
(2)蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。
(3)蒸发浓缩、冷却结晶：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是K2Cr2O7，这样就可分离出大部分K2Cr2O7；同样原理可除去KNO3中的少量NaCl。
(4)蒸发结晶、趁热过滤：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，同样原理可除去NaCl中的少量KNO3。
二、工艺流程中的常见专业术语
释义
研磨、雾化 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分
灼烧(煅烧) 使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿
浸取 向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
酸浸 在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程
浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
滴定 定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定
酸作用 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等
碱作用 去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅、调节pH、促进水解(沉淀)
三、工艺流程题中常见问题的答题方向
常见问题 答题要考虑的角度
分离、提纯 过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作，如从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—(洗涤、干燥)
提高原子利用率 绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用)
在空气中或特定气体中进行的反应或操作 要考虑O2、H2O、CO2或特定气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的
洗涤沉淀 方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次
判断沉淀是否洗涤干净 取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等
控制溶液的pH ①调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)②“酸作用”还可除去氧化物(膜)③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)
控制温度(常用水浴、冰浴或油浴) ①使化学平衡移动；控制化学反应的方向②控制固体的溶解与结晶③控制反应速率：使催化剂达到最大活性④升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发⑤加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离
四、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：熟练应用氧化还原反应规律，判断生成物并配平。陌生情景的氧化还原反应方程式书写
①根据流程图的目的，分析元素化合价的变化。
②根据流程图的转化信息和反应规律预测产物。
③根据得失电子、溶液的酸碱性，配平化学(或离子)方程式。
(2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际情况判断生成物。
五、原料预处理的六种常用方法
方法 目的
研磨 减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，增大反应速率
水浸 与水接触反应或溶解
酸浸 与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
碱浸 除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物
灼烧 除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质
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，如煅烧高岭土
六、控制反应条件的七种常用方法
(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变大。
②不引入新杂质，如要除去Cu2＋中混有的Fe3＋时，可加入CuO、Cu(OH)2或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)控制压强。改变速率，影响平衡。
(4)使用合适的催化剂。加快反应速率，缩短达到平衡所需要的时间。
(5)趁热过滤。防止某物质降温时析出。
(6)冰水(或有机溶剂)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。
(7)氧化：氧化剂的选择要依据试题设置的情境，常见的氧化剂有氯气、过氧化氢、氧气和次氯酸钠等，为了避免引入新的杂质，通常选择的氧化剂有过氧化氢和氧气。
七、副产品及循环物质的确定
1.副产品的确定
2.循环物质的确定
八、工艺流程题的主线分析方法
1.主线分析方法
2.实例分析
【典例】磷酸铁锂(LiFePO4)被认为是最有前途的锂离子电池正极材料。某企业利用富铁浸出液生成磷酸铁锂,开辟了处理硫酸亚铁废液一条新途径。其主要流程如下:
已知:H2TiO3是种难溶于水的物质。
(1)钛铁矿用浓硫酸处理之前,需要粉碎,其目的是 　。
(2)TiO2+水解生成H2TiO3的离子方程式为 　。
(3)加入NaClO发生反应的离子方程式为 　。
(4)在实验中,从溶液中过滤出H2TiO3后,所得滤液浑浊,应如何操作　 。
(5)为测定钛铁矿中铁的含量,某同学取经浓硫酸等处理的溶液(此时钛铁矿中的铁已全部转化为二价铁离子),采取KMnO4标准液滴定Fe2+的方法:(不考虑KMnO4与其他物质反应)在滴定过程中,若未用标准液润洗滴定管,则使测定结果　　(填“偏高”、“偏低”或“无影响”),滴定终点的现象是　 。滴定分析时,称取a g钛铁矿,处理后,用c mol/L KMnO4标准液滴定,消耗V mL,则铁元素的质量分数的表达式为　　　　。
解析：按照主线分析法分析如下：
【信息处理】钛铁矿用浓硫酸处理后得到含Fe2+、SO42-、TiO2+的溶液，水解后得到钛酸沉淀，再对滤液进行处理得到目标产物磷酸铁锂(LiFePO4)。(1)粉碎的目的是增大固体与溶液反应时的接触面积,加快反应的进行(2)根据水解规律，TiO2+水解生成H2TiO3和H+；(3)酸性条件下ClO-将Fe2+氧化为Fe3+,ClO-被还原成Cl-；(4)滤液浑浊,说明过滤器损坏,应换上新过滤器后,重新过滤；(5)如果未用标准液润洗滴定管,会导致标准液被稀释,消耗KMnO4标准液体积偏大,使测定结果偏高;当滴定达终点时,滴加最后一滴KMnO4标准液,溶液变成紫红色,且半分钟内不褪色，根据电子得失守恒进行计算解答。
三、高频考点突破
高频考点一 反应条件控制
典例精析
1．可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中，铈(Ce)主要以形式存在，还含有、、、等物质。以独居石为原料制备的工艺流程如图：
已知：①常温下，的，，；
②易被氧化为。
回答下列问题：
(1)为提高“焙烧”效率，可采取的措施有 (写一条即可)；
(2)滤渣Ⅲ的主要成分是 (写化学式)；
(3)“沉铈”过程中，恰好沉淀完全[为]时溶液的pH为5，则溶液中 mol/L(保留两位有效数字)。
(4)滤渣Ⅱ的主要成分为，在高温条件下，、草酸()和可制备电极材料，同时生成和，该反应的化学方程式为 。
(6)为测定产品中的含量，取2.00g产品加入氧化剂将完全氧化并除去多余氧化剂后，用稀硫酸酸化，配成100.00mL溶液，取25.00mL溶液用0.10mol/L的溶液滴定至终点(铈被还原成)，消耗溶液20.00mL，则产品中的质量分数为 。
答案：(1)将独居石粉碎增大接触面积或提高焙烧温度
(2)
(3)0.21
(4)
(5)56%
解析：焙烧浓硫酸和独居石的混合物、水浸，CePO4转化为Ce(SO4)3和H3PO4，SiO2与硫酸不反应，Al2O3转化为Al2(SO4)3，Fe2O3转化为Fe2(SO4)3，CaF2转化为CaSO4和HF，酸性废气含HF；过滤，滤渣Ⅰ为SiO2和磷酸钙、FePO4，滤液主要含H3PO4，Ce2(SO4)3，Al2(SO4)3，Fe2(SO4)3，加氯化铁溶液除磷，滤渣Ⅱ为FePO4；聚沉将铁离子、铝离子转化为沉淀，过滤除去，滤渣Ⅲ主要为氢氧化铝，还含氢氧化铁；加碳酸氢铵沉铈得。
（1）为提高“焙烧”效率，可采取的措施有：将独居石粉碎增大接触面积、提高焙烧温度等。
（2）由分析可知，滤渣Ⅲ的主要成分是：。
（3）的，，，
，，，。
（4）在高温条件下，、草酸()和可制备电极材料，同时生成和，该反应的化学方程式为：。
（5）由题可知：
变式训练
2．钛是一种性能非常优越的金属，有着广泛的应用，有人说“21世纪将是钛的世纪”。以金红石矿(主要成分为TiO2，含有少量Al2O3、SiO2、FeO、Fe2O3等杂质)为主要原料，首先反应生成TiCl4，然后再用镁还原得到金属钛，其工艺流程如下：
已知：常温下Fe(OH)3和Fe(OH)2溶度积(Ksp)分别为4.0×10-38和8.0×10-16
请回答下列问题：
(1)加入浓NaOH溶液的目的是 。
(2)镁和氯气主要来源于流程中的某种物质通过电解方法获得，该物质是 。工业生产中需要适当补充该物质，该物质可来源于海水，制备过程如下：向海水中加入石灰乳后，向分离得到的固体中加入过量的盐酸，目的是 ，将得到的溶液通过 、冷却结晶操作后得到晶体，在HCl气流中加热晶体即可得到该物质。
(3)高温下，滤渣Y、焦炭和氯气发生反应生成可燃性气体的化学方程式为： 。
(4)工艺流程中稀有气体Ar的作用是 。
(5)为提高原料的利用率，常温下某研究小组向⑤过滤后的滤液中，先加适量的H2O2，再加适量的碱调节溶液的pH至4，过滤后将滤渣加热灼烧，得到了常用的涂料。调节溶液的pH至4时，溶液中金属离子的浓度为 mol/L。
(6)TiN具有重要的用途，可在高温下由TiO2与NH3反应制得，同时生成一种可用作保护气的单质气体和一种无色无味的液体。该反应的化学方程式为 。
答案：(1)除去杂质SiO2和Al2O3
(2) 物质B(或氯化镁) 抑制氯化镁(Mg2+)的水解 蒸发浓缩
(3)TiO2+2C+2Cl22CO+TiCl4
(4)防止高温下钛被氧化
(5)4.0×10-8
(6)6TiO2+8NH36TiN+12H2O+N2
解析：根据金红石矿所含成分以及流程目的，氧化铝为两性氧化物，二氧化硅为酸性氧化物，FeO、Fe2O3为碱性氧化物，粉碎后，加入浓NaOH溶液，发生Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O、SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，过滤除去硅元素和氯元素，滤渣为TiO2、FeO、Fe2O3，加入稀硫酸，FeO、Fe2O3与稀硫酸反应生成Fe2+、Fe3+，过滤除去，滤渣为TiO2，反应⑥得到可燃性气体，该气体为CO，即反应⑥的方程式为2C+TiO2+2Cl22CO+TiCl4，TiCl4与Mg在惰性气体中反应生成Ti，据此分析；
（1）根据上述分析，浓NaOH溶液的目的是除去杂质Al2O3、SiO2；故答案为Al2O3、SiO2；
（2）工业上电解熔融氯化镁得到镁单质和氯气，反应⑦发生2Mg+TiCl42MgCl2+Ti，因此该物质为物质B或MgCl2；向海水中加入石灰乳，发生Mg2++Ca(OH)2=Mg(OH)2+Ca2+，过滤，得到氢氧化镁沉淀，然后加入盐酸，发生Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O，为抑制Mg2+水解，加入盐酸需过量，然后将溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶，过滤得到氯化镁晶体，在HCl氛围中加热该晶体得到氯化镁固体；故答案为物质B或MgCl2；抑制氯化镁(Mg2+)的水解；蒸发浓缩；
（3）根据上述分析，滤渣Y、焦炭、氯气反应方程式为2C+TiO2+2Cl22CO+TiCl4；故答案为2C+TiO2+2Cl22CO+TiCl4；
（4）根据流程图，用到Ar在反应⑦，其作用是防止高温下钛被氧化；故答案为防止高温下钛被氧化；
（5）向⑤过滤后的滤液中，先加适量的H2O2，将Fe2+氧化成Fe3+，然后调节pH至4，Fe3+以氢氧化铁形式沉淀出来，此时溶液中c(OH-)=10-10mol/L，c(Fe3+)==4.0×10-8mol/L，故答案为4.0×10-8；
（6）得到保护气，根据原子守恒，该保护气为氮气，无色无味的液体为水，该反应方程式为6TiO2+8NH36TiN+12H2O+N2；故答案为6TiO2+8NH36TiN+12H2O+N2。
高频考点二 化学基本原理
典例精析
1． 可用于电子工业生产软磁铁氧体，用作电子计算机中存储信息的磁芯，磁盘等。工业上以软锰矿(主要成分是，还含有少量的(、、)为原料生产的工艺流程如下：
25℃时，相关金属离子[]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子
开始沉淀的pH 1.5 6.3 3.4 8.1
沉淀完全的pH 2.8 8.3 4.7 10.1
回答下列问题：
(1)“酸浸、还原”时，为了加快化学反应速率，可以采取的措施有_____________________________________(任写一种即可)。“酸浸、还原”后溶液中含有的金属阳离子主要有____________(填离子符号)，铁屑与发生反应的离子方程式为_______________________________________________。
(2)“调节pH”时，加入溶液的目的是________________________________，“调节pH”的范围为______________________。
(3)“沉锰”时，其他条件一定，沉锰过程中锰离子的沉淀率与溶液温度的关系如图所示。50℃后，溶液温度越高，锰离子的沉淀率越低，原因是__________________________________________。
(4)25℃时，pH=2.8沉淀完全，则_______。
(5)滤渣1中的可制备还原铁粉，还原铁粉的纯度可通过下列方法测定：称取0.2800g样品，溶于过量稀硫酸，用标准溶液滴定所得溶液中的，测得三次消耗0.03000mol/L的溶液25.10mL、26.50mL、24.90mL(测定过程中杂质不参与反应)。
①写出滴定反应的离子方程式__________________________________________。
②计算还原铁粉的纯度__________________________________________。
答案：(1)加热、增加硫酸的浓度等 、、
(2)将氧化成 4.7≤pH小于8.1
(3)温度升高，分解并挥发出
(4)
(5) 90%
软锰矿主要成分是MnO2，还含有少量的、、，向软锰矿中加入过量稀硫酸和铁屑酸浸、还原得到含有锰离子、亚铁离子、铝离子的溶液；向溶液中加入过氧化氢溶液，将亚铁离子氧化为铁离子后，再加入碳酸锰调节溶液pH在4.7~8.1范围内，将铁离子、铝离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，过滤得到含有二氧化硅、氢氧化铁、氢氧化铝的滤渣和滤液；向滤液中加入氨水，将滤液中锰离子转化为氢氧化锰沉淀，过滤得到滤液和氢氧化锰；向氢氧化锰中加入过氧化氢溶液，共热将氢氧化锰转化为四氧化三锰。
（1）将软锰矿粉碎处理，增大反应物的接触面积；适当升高温度；增加硫酸的浓度等加快化学反应速率。向软锰矿中加入过量稀硫酸和铁屑，“酸浸、还原”，碱性氧化物与酸反应得到相应的盐，铁屑具有还原性，将MnO2和Fe3+还原，所以溶液中含有的金属阳离子主要有Mn2+、Fe2+、Al3+。铁屑与发生反应的离子方程式为。
（2）向溶液中加入H2O2溶液，将Fe2+氧化为Fe3+后，再加入MnCO3固体调节溶液pH，使Fe3+、Al3+完全转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，Mn2+不能沉淀，所以pH应控制在4.7~8.1范围内。
（3）“沉锰”时用的是氨水调节pH，氨水受热易分解，50℃后，溶液温度越高，锰离子的沉淀率越低，因为反应物氨水受热易分解，锰离子的沉淀率降低。
（4）pH=2.8时，，沉淀完全，此时溶液中c()=1×10-5,。
（5）称取0.2800g样品，用过量稀硫酸溶解，用标准溶液滴定其中的，根据滴定反应的离子方程式：，存在关系式：6Fe~6~，滴定过程中，26.50mL为误差较大数据舍去，求平均值消耗的体积为25.00mL，物质的量为0.03000mol·L-1×0.02500L=0.00075 mol，则样品中含有的铁的物质的量为0.00075mol×6=0.0045mol，样品中铁含量为。
2．废旧锌锰电池中的黑锰粉含有、、和少量、及炭黑等，为了保护环境、充分利用锰资源，通过下图流程制备。
回答下列问题：
(1)基态原子的简化电子排布式为________________________________。
(2)“滤液a”的主要成分为，另外还含有少量等。
①用离子方程式表示“滤液a”呈酸性的原因：_______________________________________________。
②根据下图所示的溶解度曲线，将“滤液a”蒸发结晶、_______、洗涤、干燥，得固体。
(3)“焙炒”的目的是除炭、氧化等。空气中氧化的化学方程式为_________________________________________________。
(4)探究“酸浸”中溶解的适宜操作。
实验I.向中加入溶液，产生大量气泡；再加入稀，固体未明显溶解。
实验II.向中加入稀，固体未溶解；再加入溶液，产生大量气泡，固体完全溶解。
①实验I中的作用是___________________________，实验II中的作用是__________________________________________。
②由实验可知，“酸浸”溶解时加入试剂的顺序是___________________________。
(5)证明溶液中沉淀完全：取少量溶液，滴加____________(填试剂)，观察到________________________________(填现象)。
答案：(1)[Ar]3d54s2
(2) 过滤
(3)
(4)催化作用 还原剂 先加入稀硫酸再加入过氧化氢溶液
(5)KSCN溶液 溶液不变色
解析：（1）锰为25号元素，基态Mn原子的简化电子排布式为[Ar]3d54s2；
（2）① “滤液a”中含有铵根离子，铵根离子水解生成生成氢离子，导致溶液显酸性，；
②氯化铵溶解度低温时较小，且溶解度受温度影响不大，将“滤液a”蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥，得固体；
（3）氧气具有氧化性，氧化生成二氧化锰和水，化学方程式为；
（4）①二氧化锰催化过氧化氢生成水和氧气，实验I中的作用是催化剂；实验II中加入溶液，产生大量气泡，固体完全溶解，反应中锰元素化合价降低，中氧元素化合价升高发生氧化反应，过氧化氢为还原剂起还原作用；
②由实验可知，酸性条件下，二氧化锰被过氧化氢还原，故“酸浸”溶解时加入试剂的顺序是先加入稀硫酸再加入过氧化氢溶液；
（5）铁离子和KSCN溶液变红色，故实验为：取少量溶液，滴加KSCN溶液，溶液不变色，说明铁离子完全沉淀。
变式训练
高频考点三 化学图表图象信息加工
典例精析
1．工业上利用某地碳酸锰矿(成分及含量如表)制备硫酸锰，其工艺流程如图：
已知：该碳酸锰矿的成分及含量如表。
成分 元素化合物及其他杂质
含量/% 18.06 10.32 12.54 2.60 11.48 12.42 10.24 22.34
请回答下列问题：
(1)“酸浸”前适当粉碎碳酸锰矿的目的是____________________________________________________；若颗粒太细，则硫酸容易浸透，随后剧烈反应产生、水汽等悬浮在表层，导致冒槽，除影响操作外还会______________________；的第三电离能大于的第三电离能，分析其原因：____________________________________________________。
(2)“溶渣”的主要成分为______________________(填化学式)。
(3)“酸浸”中被溶解的离子方程式为__________________________________________。
(4)“酸浸”过程中的浸出率与矿酸比、浸出温度的关系如图所示：
最适宜的矿酸比、浸出温度分别为____________、____________。
(5)“除铝铁”中加入的目的是_____________________________________。加入氨水调节时，与铝铁去除率、锰损失率的关系如图所示，则应调节的范围为____________(填标号)。
A．1.5～2 B．2.5～3 C．3～4 D．4.5～5
答案：(1)增大反应物的接触面积 影响溶渣的沉降 失去2个电子后的3d轨道为半填充较为稳定结构，铁离子失去2个电子后为3d6结构，故的第三电离能大于的第三电离能
(2)SiO2、CaSO4
(3)
(4)0.7 80℃
(5)将二价铁转化为三价铁 D
解析：碳酸锰矿加入硫酸酸溶，二氧化硅不反应，氧化钙转化为硫酸钙沉淀，两者成为滤渣，锰、铝、镁、铜、镍进入滤液；滤液加入二氧化锰将二价铁转化为三价铁，加入氨水调节pH将铁、铝转化为沉淀，然后再除去铜镍，溶液加热浓缩，结晶分离出滤液，蒸发浓缩结晶得到硫酸锰；
（1）“酸浸”前适当粉碎碳酸锰矿的目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率和酸浸效果；若颗粒太细，则硫酸容易浸透，随后剧烈反应产生、水汽等悬浮在表层，导致冒槽，除影响操作外还会影响溶渣的沉降，不利于分离出溶渣；基态Mn原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d54s2，基态Fe原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2， 失去2个电子后的3d轨道为半填充较为稳定结构，铁离子失去2个电子后为3d6结构，故的第三电离能大于的第三电离能；
（2）由分析可知，“溶渣”的主要成分为SiO2、CaSO4；
（3）“酸浸”中和硫酸反应生成硫酸锰、二氧化碳、水，离子方程式为；
（4）由图可知，最适宜的矿酸比、浸出温度分别为0.7、80℃，此时浸出率最好；
（5）“除铝铁”中加入的目的是将二价铁转化为三价铁，便于将铁转化为沉淀除去；由图可知，加入氨水调节范围为4.5～5时，此时铝铁去除率较高、锰损失率较低，故选D。
变式训练
2．以黄铁矿(主要成分是，含少量)和软锰矿(主要成分是，含少量、)为原料制备的工艺流程如下。
已知溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
金属离子
开始沉淀时()的pH 8.1 7.5 2.2 3.7
沉淀完全时()的pH 9.6 9.0 3.2 4.7
回答下列问题：
(1)提高“酸浸”率的方法有________________________________、___________________________(任答两条)。滤渣中有S和____________；“酸浸”得到的滤液中含有、，则该过程中主要反应的离子方程式是_________________________________________________________。
(2)若“调pH”后的溶液中浓度为，则“调pH”应控制的pH范围是____________。
(3)“沉锰”时的离子反应方程式是__________________________________________。
(4)结合图象分析，得到晶体所需的“操作A”是指____________、____________、洗涤、干燥。
(5)若称取一定质量的用标准溶液滴定(滴定过程产生的误差可忽略)，计算所得样品质量分数大于100%，分析可能的原因是_____________________________________。
答案：(1)矿石粉碎 适当提高反应温度
(2)4.7~7.1
(3)
(4)蒸发浓缩结晶 保持温度高于40℃以上趁热过滤
(5)样品失去部分结晶水或混有硫酸盐杂质
解析：黄铁矿(主要成分是FeS2，含少量SiO2)和软锰矿(主要成分是MnO2，含少量Fe2O3、Al2O3)先进行粉碎，增大酸溶时的接触面积，再加入稀硫酸酸浸，其中SiO2不溶于酸，金属氧化物溶于酸生成硫酸铝和硫酸铁，MnO2、FeS2与硫酸发生反应生成单质S和硫酸锰、硫酸铁，由表中数据计算出Mn(OH)2的Ksp可知，过滤除杂后加氢氧化钠调节溶液pH值4.7~7.1之间除去溶液中的Fe3+和Al3+，所得滤液中加入碳酸氢铵发生反应，将锰转化为碳酸锰沉淀，碳酸锰沉淀中加入稀硫酸，将其转化为硫酸锰溶液，经过操作A即蒸发结晶、保持温度高于40℃以上趁热过滤，过滤洗涤干燥后得到MnSO4·H2O；
（1）提高“酸浸”率的方法有矿石粉碎、适当增加酸的浓度、适当提高反应温度等；“酸浸”过程得到的滤液中含有，是由于MnO2和FeS2发生氧化还原反应转化而来的，故该过程中主要反应的离子方程式是；反应中生成硫，二氧化硅不反应，两者成为滤渣；
（2）根据上表数据，计算的c(Mn2+)c2(OH-)=0.01×()2=，当浓度为时，溶液中c(OH-)==10-6.9mol/L，此时溶液的pH=7.1，由分析可知，调节pH的目的是除去溶液中的Fe3+和Al3+，故“调”应控制的范围是4.7~7.1；
（3）由分析可知，“沉猛”时，、碳酸氢铵反应生成碳酸锰沉淀和二氧化碳、水，反应的离子方程式是；
（4）由题干溶解度图像可知，当温度低于40℃时溶液将析出，故由分析从“操作A”所得溶液中得到晶体需进行的操作是蒸发结晶、保持温度高于40℃以上趁热过滤，洗涤、干燥；
（5）若称取一定质量的用标准溶液滴定(操作过程产生的误差可忽略)，若样品失去部分结晶水则导致相同质量的样品中含有的硫酸根量偏大，导致结果偏高，或样品混有硫酸盐杂质也将产生跟多的硫酸钡，导致计算所得样品质量分数大于，故答案为：样品失去部分结晶水或混有硫酸盐杂质。
四、考场演练
1．（2023·天津·高考真题）工业上以硫黄为原料制备硫酸的原理示意图如下，其过程包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个阶段。
Ⅰ.硫液化后与空气中的氧反应生成SO2。
(1)硫磺()的晶体类型是 。
(2)硫的燃烧应控制事宜温度。若进料温服超过硫的沸点，部分燃烧的硫以蒸汽的形式随SO2进入到下一阶段，会导致 (填序号)。
a.硫的消耗量增加 b.SO2产率下降 c.生成较多SO3
(3)SO2(g)氧化生成80g SO3(g)放出热量98.3kJ，写出该反应的热化学方程式 。随温度升高，SO2的平衡转化率 (填“升高”或“降低”)。
(4)从能量角度分析，钒催化剂在反应中的作用为 。
Ⅱ.一定条件下，钒催化剂的活性温度范围是450～600℃。为了兼顾转化率和反应速率，可采用四段转化工艺：预热后的SO2和O2通过第一段的钒催化剂层进行催化氧化，气体温度会迅速接近600℃，此时立即将气体通过热交换器，将热量传递给需要预热的SO2和O2，完成第一段转化。降温后的气体依次进行后三段转化，温度逐段降低，总转化率逐段提高，衡转化率。最终反应在450℃左右时，SO2转化率达到97％。
(5)气体经过每段的钒催化剂层，温度都会升高，其原因是 。升高温度后的气体都需要降温，其目的是 。
(6)采用四段转化工艺可以实现 (填序号)。
a．控制适宜的温度，尽量加快反应速率，尽可能提高SO2转化率
b．使反应达到平衡状态
c．节约能源
Ⅲ．工业上用浓硫酸吸收SO3。若用水吸收SO3会产生酸雾，导致吸收效率降低。
(7)SO3的吸收率与所用硫酸的浓度、温度的关系如图所示。
据图分析，最适合的吸收条件；硫酸的浓度 ，温度 。
(8)用32吨含S 99%的硫磺为原料生成硫酸，假设硫在燃烧过程中损失2%，SO2生成SO3的转化率是97%，SO3吸收的损失忽略不计，最多可以生产98%的硫酸 吨。
答案：(1)分子晶体
(2)ab
(3) 2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) 降低
(4)降低反应活化能
(5) 反应放热 保持钒催化剂活性温度，提高SO2转化率，保证反应速率
(6)ac
(7) 98.3% 60℃
(8)94
解析：先将硫黄在空气中燃烧或焙烧，和氧气反应生成二氧化硫，生成的SO2和氧气发生反应转化为三氧化硫，生成的SO3用浓硫酸吸收得到硫酸；
（1）是硫单质的分子晶体；
（2）a．第Ⅰ步时，硫粉液化并与氧气共热生成二氧化硫，若反应温度超过硫粉沸点，部分硫粉会转化为硫蒸气损失，消耗的硫粉会增大，a正确；
b．硫蒸气与生成的二氧化硫一同参加第Ⅱ步反应过程中，降低二氧化硫的生成率，b正确；
c．二氧化硫产率降低后，生成的三氧化硫也会减少，c错误；
故选ab。
（3）若每生成80g气体三氧化硫，放出98.3kJ能量，80g三氧化硫的物质的量为：80g÷80g/mol=1mol，则生成三氧化硫的反应的热化学方程式为：2SO2(g)+O2(g)=2SO3 (g)；该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则二氧化硫转化率降低；
（4）催化剂可以降低反应的活化能，加快反应速率；
（5）通入催化剂层后，体系(剩余反应物与生成物)温度升高的原因在于：二氧化硫和氧气的反应是放热反应，反应释放能量使得温度升高；每轮反应后进行热交换降温的目的是：保持钒催化剂活性温度，提高SO2转化率，保证反应速率；
（6）a．由题目信息可知，在每段SO2向SO3转化的过程中，各段控制适宜的温度，温度逐段降低，可以保持钒催化剂的活性温度，保证SO2的转化率和反应速率均保持较高水平，故a正确；
b．由题目信息可知，反应转化率衡转化率，也就是使得反应衡状态，故b错误；
c．降温后的气体依次进行后三段转化，温度逐段降低，节约了能源，故c正确；
故选ac。
（7）由图可知，最适合吸收三氧化硫的浓硫酸质量分数为98.3%，最适合吸收的温度为60℃，此时SO3吸收率最高；
（8）由题意可知，32吨含硫元素99%的硫粉物质的量为，在第一步反应中硫元素损失了2%，则生成二氧化硫，二氧化硫在第二步反应中97%转化为了三氧化硫，则生成三氧化硫，三氧化硫在第三步反应中被吸收时，视作全部吸收，那么这批硫粉总计可以生产98%的浓硫酸，为94吨。
2．（2023·河北·高考真题）闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离，同时得到的可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下：
已知：室温下的。
回答下列问题：
(1)首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到，其主要成分为 (填化学式)。
(2)滤渣的主要成分为 (填化学式)。
(3)浸取工序的产物为，该工序发生反应的化学方程式为 。浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①，氧化工序发生反应的离子方程式为 。
(4)浸取工序宜在之间进行，当环境温度较低时，浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是 。
(5)补全中和工序中主反应的离子方程式 + 。
(6)真空干燥的目的为 。
答案：(1)
(2)
(3)
(4)盐酸和液氨反应放热
(5)
(6)防止干燥过程中被空气中的氧化
解析：由题给流程可知，铜包钢用由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到的二氯化四氨合铜深蓝色溶液浸取，将铜转化为一氯化二氨合亚铜，过滤得到含有铁的滤渣和一氯化二氨合亚铜滤液；将滤液的一半经氧化工序将一氯化二氨合亚铜可以循环使用的二氯化四氨合铜；滤液的一半加入加入硫酸、盐酸中和，将一氯化二氨合亚铜转化为硫酸亚铜和氯化亚铜沉淀，过滤得到含有硫酸铵、硫酸亚铜的滤液和氯化亚铜；氯化亚铜经盐酸、乙醇洗涤后，真空干燥得到氯化亚铜；硫酸亚铜溶液发生置换反应生成海绵铜。
（1）由分析可知，由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到的深蓝色溶液①为二氯化四氨合铜；
（2）由分析可知，滤渣的主要成分为铁；
（3）由分析可知，浸取工序发生的反应为二氯化四氨合铜溶液与铜反应生成一氯化二氨合亚铜，反应的化学方程式为；氧化工序中一氯化二氨合亚铜发生的反应为一氯化二氨合亚铜溶液与氨水、氧气反应生成二氯化四氨合铜和水，反应的离子方程式为，；
（4）浸取工序中盐酸与氨水反应生成氯化铵和水的反应为放热反应，反应放出的热量可以使反应温度保持在30~40℃之间，所以当环境温度较低时，浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取；
（5）由题给方程式可知，溶液中加二氨合亚铜离子与氯离子、氢离子反应生成氯化亚铜沉淀和铵根离子，反应的离子方程式为+；
（6）氯化亚铜易被空气中的氧气氧化，所以为了防止干燥过程中氯化亚铜被氧化，应采用真空干燥的方法干燥。
3．（2023·重庆·高考真题）是一种用途广泛的磁性材料，以为原料制备并获得副产物水合物的工艺如下。
时各物质溶度积见下表：
物质
溶度积
回答下列问题：
(1)中元素的化合价是和 。的核外电子排布式为 。
(2)反应釜1中的反应需在隔绝空气条件下进行，其原因是 。
(3)反应釜2中，加入和分散剂的同时通入空气。
①反应的离子方程式为 。
②为加快反应速率，可采取的措施有 。(写出两项即可)。
(4)①反应釜3中，时，浓度为，理论上不超过 。
②称取水合物，加水溶解，加入过量，将所得沉淀过滤洗涤后，溶于热的稀硫酸中，用标准溶液滴定，消耗。滴定达到终点的现象为 ，该副产物中的质量分数为 。
答案：(1) +3 1s22s22p6
(2)防止二价铁被空气中氧气氧化为三价铁
(3) 适当升高温度、搅拌
(4) 11 最后半滴标准液加入后，溶液变为红色，且半分钟内不变色 66.6%
解析：
溶液加入氧化钙生成氢氧化亚铁，溶液加入氧化钙和空气生成氢氧化铁，反应釜1、2中物质混合后调节pH，加压过滤分离出沉淀处理得到四氧化三铁，滤液处理得到氯化钙水合物；，
（1）可以写成，故元素的化合价是和+3。为氧原子得到2个电子形成的，核外电子排布式为1s22s22p6；
（2）空气中氧气具有氧化性，反应釜1中的反应需在隔绝空气条件下进行，其原因是防止二价铁被空气中氧气氧化为三价铁；
（3）①反应釜2中，加入和分散剂的同时通入空气，氧气将二价铁氧化三价铁，三价铁与氧化钙和水生成的氢氧化钙生成氢氧化铁，反应的离子方程式为。
②为加快反应速率，可采取的措施有适当升高温度、搅拌等；
（4）①反应釜3中，时，浓度为，反应不能使钙离子生成沉淀，防止引入杂质，故此时，pOH=3，pH=11，故理论上不超过11。
②高锰酸钾溶液紫红色，故滴定达到终点的现象为：最后半滴标准液加入后，溶液变为红色，且半分钟内不变色；
氯化钙和草酸钠转化为草酸钙沉淀，草酸钙沉淀加入硫酸转化为草酸，草酸和高锰酸钾发生氧化还原反应：，结合质量守恒可知，，则该副产物中的质量分数为。
4．（2023·江苏·高考真题）实验室模拟“镁法工业烟气脱硫”并制备，其实验过程可表示为
(1)在搅拌下向氧化镁浆料中匀速缓慢通入气体，生成，反应为，其平衡常数K与、、、的代数关系式为 ；下列实验操作一定能提高氧化镁浆料吸收效率的有 (填序号)。
A．水浴加热氧化镁浆料
B．加快搅拌速率
C．降低通入气体的速率
D．通过多孔球泡向氧化镁浆料中通
(2)在催化剂作用下被氧化为。已知的溶解度为0.57g(20℃)，氧化溶液中的离子方程式为 ；在其他条件相同时，以负载钴的分子筛为催化剂，浆料中被氧化的速率随pH的变化如题图甲所示。在pH=6~8范围内，pH增大，浆料中的氧化速率增大，其主要原因是 。
(3)制取晶体。在如题图乙所示的实验装置中，搅拌下，使一定量的浆料与溶液充分反应。浆料与溶液的加料方式是 ；补充完整制取晶体的实验方案：向含有少量、的溶液中， 。(已知：、在时完全转化为氢氧化物沉淀；室温下从饱和溶液中结晶出，在150~170℃下干燥得到，实验中需要使用MgO粉末)

答案：(1) BD
(2) pH增大，抑制的水解，反应物的浓度增大，故可加快氧化速率
(3) 用滴液漏斗向盛有MgSO3浆料的三颈烧瓶中缓慢滴加硫酸溶液 分批加入少量氧化镁粉末，搅拌，直至用pH试纸测得pH≥5，过滤；将滤液蒸发浓缩、降温至室温结晶，过滤，所得晶体在150~170℃干燥。
解析：本实验的目的是为了制取，首先在搅拌下向氧化镁浆料中匀速缓慢通入气体，生成，然后使一定量的浆料与溶液充分反应生成硫酸镁，在硫酸镁的溶液中加入氧化镁调节溶液的pH除去三价铁和三价铝，将滤液蒸发浓缩、降温至室温结晶，过滤，所得晶体在150~170℃干燥即可得到；
（1）已知下列反应：
① K
②
③
④
⑤
⑥
根据盖斯定律，①=②-③+④+⑤-⑥，故K=；
A．加热可加快反应速率，但温度升高，SO2在水中溶解度降低，且会导致H2SO3受热分解，不一定能提高吸收SO2效率，A错误；
B．加快搅拌速率，可以使反应物充分接触，提高吸收SO2效率，B正确；
C．降低通入SO2气体的速率，SO2可与MgO浆料充分接触，但会降低反应速率，不一定能提高吸收SO2效率，C错误；
D．多孔球泡可以让SO2与MgO浆料充分接触，能提高吸收SO2效率，D正确；
故选BD。
（2）根据题意，O2氧化溶液中的，被氧化为，1molO2氧化2mol，故氧化溶液中的离子方程式为：；
pH增大，抑制的水解，反应物的浓度增大，故可加快氧化速率；
（3）在进行含固体物质的反应物与液体反应的实验时，应将含固体物质的反应物放在三颈瓶中，通过滴液漏斗滴加液体，H2SO4溶液的滴加速率要慢，以免H2SO4过量；
根据题意，首先需要调节pH≥5以除去Fe3+、Al3+杂质，需要用到的试剂为MgO粉末，操作细节为分批加入少量MgO粉末，以免pH过高，不断搅拌进行反应直至检测到pH≥5，然后过滤除去氢氧化铁、氢氧化铝沉淀；接着需要从溶液中得到，根据题目信息，室温下结晶只能得到，因此需要在150~170℃下干燥得到，操作细节为将滤液蒸发浓缩、降温至室温结晶，过滤，所得晶体在150~170℃干燥。
5．（2023·海南·高考真题）铍的氧化物广泛应用于原子能、航天、电子、陶瓷等领域，是重要的战略物资。利用绿柱石(主要化学成分为(，还含有一定量的FeO和)生产BeO的一种工艺流程如下。
回答问题：
(1)中Be的化合价为 。
(2)粉碎的目的是 ；残渣主要成分是 (填化学式)。
(3)该流程中能循环使用的物质是 (填化学式)。
(4)无水可用作聚合反应的催化剂。BeO、与足量C在600~800℃制备的化学方程式为 。
(5)沉铍时，将pH从8.0提高到8.5，则铍的损失降低至原来的 %。
答案：(1)+2
(2) 增大反应物的接触面积加快反应速率，提高浸取率 SiO2
(3)(NH4)2SO4
(4)BeO+Cl2+CCO+BeCl2
(5)10
解析：绿柱石煅烧生成氧化物，浓硫酸浸取，SiO2不溶于硫酸，残渣是SiO2，加硫酸铵调节pH=1.5除去铝离子，加入氨水调节pH=5.1除去铁离子，再加入氨水到pH=8.0生成Be(OH)2沉淀，滤液硫酸铵循环利用。
（1）按照正负化合价代数和为0，Be的化合价为+2+价；
（2）粉碎的目的是增大反应物接触面积，加快浸取速率，提高浸取率；残渣的成分是不溶于酸的SiO2；
（3）最后的滤液中的硫酸铵可以在除铝步骤中循环利用；
（4）BeO、与足量C在600~800°C生成BeCl2同时生成CO，化学方程式为BeO+Cl2+CCO+BeCl2；
（5）设Be(OH)2的溶度积常数为Ksp，K=c(Be2+)×c2(OH-)，c(Be2+)=，当pH=8.0时，c(OH-)=10-6mol/L，铍损失浓度为c(Be2+)=mol/L，当pH=8.5时，c(OH-)=10-5.5mol/L，铍损失浓度为c(Be2+)=mol/L，损失降低至原来的10%。
6．（2024·辽宁大连·二模）某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液（含、、、、、）实现镍、钴、镁元素的回收。
已知：1.过一硫酸（）的电离第一步完全，第二步微弱。
2.25℃时，相关物质的如下：
物质
a b
回答下列问题：
(1)Ni属于元素周期表的 区。
(2)混合气在“氧化”中，产生，其中S的化合价为 。
(3)“滤渣”的成分之一是软锰矿的主要成分，由氧化产生，该反应的离子方程式为 ；其可用于实验室制取氯气，该反应的离子方程式为 。
(4)若使沉淀完全（浓度），需调节pH不低于 。
(5)上述表格中a b（填“大于”、“小于”或“无法确定”）。
(6)“沉钴镍”后需将钴镍渣洗涤干净，实验室检验其是否洗净的方法是 。
(7)滤液2中含有的金属阳离子是 。
答案：(1)d
(2)+6
(3) Mn2++HSO+H2O= MnO2↓+SO+3H+ MnO2+4H++2Cl—Mn2++Cl2↑+2H2O
(4)3
(5)小于
(6)取最后一次洗涤液少许于试管中，加入酸化的BaCl2溶液，若没有白色沉淀生成，说明洗涤干净
(7)Na+、Mg2+
解析：由题给流程可知，含有二氧化硫的混合气在硫酸浸取液中金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸，加入石灰乳调节溶液pH，将溶液中亚铁离子和锰离子转化为为氢氧化铁、二氧化锰沉淀，钙离子转化为微溶的硫酸钙，过滤得到含有氢氧化铁、二氧化锰、硫酸钙的滤渣和滤液；向滤液中加入氢氧化钠溶液，将溶液中的镍离子、亚钴离子转化为氢氧化镍、氢氧化亚钴沉淀，过滤得到钴镍渣和滤液；向滤液中加入氢氧化钠溶液，将溶液中的镁离子转化为氢氧化镁沉淀，过滤得到含有氢氧化镁的沉渣和上层清液。
（1）镍元素的原子序数为28，基态原子的价电子排布式为3d84s2，位于元素周期表的d区；
（2）
过一硫酸可以看做过氧化氢中的一个氢原子被磺酸基取代，分子的结构式为，由结构式可知，分子中硫元素形成6个共价键，化合价为+6价；
（3）由题意可知，生成二氧化锰的反应为溶液中的锰离子与过一硫酸溶液反应生成二氧化锰沉淀、硫酸根离子和氢离子，反应的离子方程式为Mn2++HSO+H2O= MnO2↓+SO+3H+；二氧化锰制备氯气的反应为二氧化锰与浓盐酸共热反应生成氯化锰、氯气和水，反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl—Mn2++Cl2↑+2H2O；
（4）由溶度积可知，溶液中铁离子完全沉淀时，溶液中氢氧根离子浓度大于=10—11mol/L，则溶液的pH不低于3；
（5）由分析可知，加入氢氧化钠溶液时，溶液中镍离子优先产生沉淀，说明氢氧化镍的溶度积小于氢氧化镁；
（6）检验钴镍渣是否洗净实际上就是检验溶液中是否存在硫酸根离子，具体操作为取最后一次洗涤液少许于试管中，加入酸化的BaCl2溶液，若没有白色沉淀生成，说明洗涤干净；
（7）由分析可知，沉钴镍中加入氢氧化钠溶液的目的将溶液中的镍离子、亚钴离子转化为氢氧化镍、氢氧化亚钴沉淀，过滤得到钴镍渣和镁离子、钠离子的滤液2。
7．（2024·山西晋中·二模）钒广泛用于制造结构钢、弹簧钢、工具钢和钢轨，特别对汽车和飞机制造业有重要意义。从某钒矿石焙砂中提取钒的主要流程如下：
已知：①滤液1中的阳离子主要有、、、等；
②“操作2”过程可表示为。
(1)若在“酸浸”时加热,其目的是 。
(2)“还原”过程中，铁粉与反应生成和，该反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为 。
(3)“操作1”用到的硅酸盐仪器有烧杯、 (填仪器名称)；“操作2”、“操作3”的名称分别为“萃取”和“反萃取”，都用到的硅酸盐仪器为分液漏斗，进行“萃取”和“反萃取”操作时，需要放气，下图中正确的放气图示为 (填字母)。
A． B． C．
(4)“操作2”前，若不用石灰乳先中和，萃取效果不好，原因是 。
(5)焙烧得到的在时，溶解为或；在碱性条件下，溶解为或。上述性质说明属于 (填字母)氧化物。
A．碱性 B．酸性 C．两性
(6)“氧化”工序中选用作氧化剂，被氧化为，写出该反应的离子方程式 。
(7)写出“焙烧”过程中的化学方程式 。
答案：(1)加快反应速率，提高浸出率
(2)2:1
(3) 漏斗、玻璃棒 B
(4)若不用石灰乳先中和，溶液中氢离子浓度大，不利于平衡正向移动，所以萃取效果不好
(5)C
(6)
(7)
解析：钒矿石焙砂用硫酸浸钒，滤液1中的阳离子主要有、、、等，加铁粉把还原为VO2+、把Fe3+还原为Fe2+，加石灰乳调节pH=2，Fe2+不会沉淀，滤渣2的主要成分为CaSO4，滤液2用有机溶剂萃取VO2+，(有机相)中加硫酸使平衡逆向移动，反萃取VO2+，把VO2+氧化为，加氨水生成(NH4)4H2V10O28沉淀，烧得V2O5。
（1）在“酸浸”时加热,其目的是加快反应速率，提高浸出率；
（2）“还原”过程中，铁粉与反应生成和，V化合价由+5变为+4为氧化剂、铁化合价由0变为+2为还原剂，由电子守恒可知，该反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为2:1；
（3）“操作1”为分离固液的操作，用到的硅酸盐仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；进行“萃取”和“反萃取”操作时，需要放气，分液漏斗活塞放气时从下口放气，所以正确的放气图示为B；
（4）“萃取”过程可表示为，“萃取”前，若不用石灰乳先中和，溶液中氢离子浓度大，不利于平衡正向移动，所以萃取效果不好；
（5）既能和酸反应也能和碱反应，故为两性氧化物，故选C；
（6）具有氧化锌，能将氧化为，反应中V化合价由+5变为+4、氯化合价由+5变为-1，结合电子守恒可知，该反应的离子方程式：；
（7）“焙烧”过程中(NH4)4H2V10O28得V2O5，由质量守恒可知，还生成氨气和水，化学方程式：。
8．（2024·江西景德镇·二模）以红土镍镉矿(NiS、CdO，含、CuO、PbO、等杂质)为原料回收贵重金属Ni、Cd和Cu，其工艺流程如图所示：
已知：水溶液中物质得失电子的能力可用标准电极电势[E(高价态/低价态)]衡量，E越大说明高价态物质的氧化性越强、E越小说明低价态物质的还原性越强。
物质
E/V +0.34 -0.13 -0.40 -0.44 -0.26
(1)“浆化”的目的是 。
(2)滤渣Ⅰ中含有硫单质，写出“酸浸”时NiS反应的离子方程式 ；滤渣Ⅰ中还含有 。(填化学式)
(3)溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀时(浓度mol/L)的pH如下表，则物质X不可能是 ；所调pH范围 。
离子
开始沉淀的pH 1.5 6.5 7.2 4.7 6.8
沉淀完全的pH 3.3 9.9 9.5 6.7 9.2
a． b．CuO c． d．NaOH
(4)电解时阴极的电极反应为 。
(5)整个流程中可以循环使用的物质有 。(填化学式)
答案：(1)增大接触面积，加快酸浸反应速率
(2) 2NiS+O2+4H+=2Ni2++2S+2H2O SiO2、PbSO4
(3) d 3.3-4.7
(4)Ni2++2e－=Ni、Cd2++2e－=Cd
(5)Ni、CO、H2SO4
解析：镍镉矿浆化，然后通入空气加入稀硫酸进行酸浸，硫化镍和金属氧化物溶于稀硫酸得到硫酸盐，二氧化硅不反应，PbSO4不溶，过滤得到含有二氧化硅、硫酸铅的滤渣Ⅰ和滤液；向滤液中加入镍的不溶物调节pH，将溶液中铁离子转化为氢氧化铁沉淀，X可以是碳酸镍或氧化镍等，过滤得到含有氢氧化铁的滤渣Ⅱ和滤液；结合电极电位和不引入杂质，可向滤液中加入Y镍，置换出铜离子为铜，过滤得到含有铜、镍的金属A和硫酸镍、硫酸镉的滤液；滤液经电解、过滤得到含有镉和镍的固体和稀硫酸溶液；固体通入一氧化碳气化分离得到Ni(CO) 4和镉；Ni(CO) 4受热分解得到镍以及CO，则该工艺流程中可以循环利用的物质为一氧化碳、硫酸和镍等。
（1）“浆化”的目的是增大接触面积，加快酸浸反应速率，提高某些金属元素浸取率。
（2）空气中氧气具有氧化性，酸性条件下氧化NiS得到硫单质，反应为：2NiS+O2+4H+=2Ni2++2S+2H2O；由分析可知，滤渣Ⅰ中还含有SiO2、PbSO4；
（3）向滤液中加入不溶物X和溶液中氢离子反应调节pH，将溶液中铁离子转化为氢氧化铁沉淀，而其它离子不沉淀，则需调pH范围为3.3-4.7；氢氧化钠溶液碱性太强且会引入钠离子，不合适，、CuO、均为固态且和氢离子反应能调节pH不引入其它杂质，合适；故选d；
（4）电解时阴极的镍离子、镉离子得到电子发生还原反应转化为金属单质，电极反应为Ni2++2e－=Ni、Cd2++2e－=Cd；
（5）由分析可知，整个流程中可以循环使用的物质有Ni、CO、H2SO4。
9．（2024·贵州毕节·三模）某地区原生钴矿，杂质主要含铁、硫、砷、碳等元素及石英。近年我国科技工作者提出一种用该矿石制备的新方法，该方法具有回收率高、污染小、成本低等优点。其工艺流程如下：
已知：①在酸性水溶液中因具有强氧化性，在水溶液中易转化为；
②易溶于水，难溶于乙醇。
回答下列问题：
(1)“磨细”的目的是 。
(2)“焙烧”时加入石灰石，以防止产生的硫、砷氧化物气体污染环境。写出该过程中与石灰石反应的化学方程式 。
(3)“酸浸”时，钴的浸出率受酸度、温度的影响，结合生产实际分析图1和图2，最佳条件是酸度为 %；温度为 ，原因是 。
(4)“焙烧砂”中钴元素主要以形式存在。溶于盐酸的离子方程式 。
(5)“滤渣2”的化学式 ，
(6)“一系列操作”为蒸馏浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。选用酒精作洗涤剂的优点 。
(7)钴的晶胞结构如图，该晶胞中原子个数为 。
答案：(1)增大接触面积，加快酸浸速率，提高浸出率
(2)
(3) 0.05 20℃ 20℃时钻的浸除率已很高，升高温度浸出率增幅不大，而成本增加
(4)
(5)
(6)除去固体表面的水分，减少因溶于水而损耗，易于后续干燥。（其他合理答案酌情给分）
(7)6
解析：钴矿石加入石灰石焙烧，防止生成的硫、砷氧化物污染环境，焙烧砂中钴元素以Co2O3形式存在，磨细后进行酸浸，Co2O3转化为Co3+，Fe转化为Fe2+，随后Co3+将Fe2+氧化为Fe3+，自身被还原为Co2+，SiO2、C不溶于酸，形成滤渣1。酸浸液调节pH使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，滤渣2为氢氧化铁，最后滤液中含有硫酸钴，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作得到CoSO4·7H2O。
（1）磨细可以增大固体与酸液的接触面积，加快酸浸速率，提高浸取率。
（2）焙烧时二氧化硫与碳酸钙、氧气反应生成硫酸钙和二氧化碳，化学方程式为。
（3）从图中可知，当硫酸浓度为0.05%时钴浸出率已经很高，再增加硫酸浓度，对钴浸出率提升不大，因此最佳酸度为0.05%。温度为20℃时，钴浸出率也已经很高，再升高温度，钴的浸出率提升也不大，而成本却增加很多，因此最佳温度为20℃。
（4）从题干可知，Co3+具有强氧化性，在水溶液中易转化为Co2+，故Co2O3能与盐酸反应生成Co2+、氯气和水，离子方程式为。
（5）根据分析可知，滤渣2的化学式为Fe(OH)3。
（6）从题干信息可知，CoSO4·7H2O易溶于水难溶于酒精，用酒精做洗涤剂，可利用酒精挥发带走固体表面的水分，同时减少CoSO4因溶于水而损耗，易于后续干燥。
（7）根据钴的晶胞结构可知，其中原子个数为=6。
10．（2024·广东揭阳·二模）GaN是制造微电子器件，光电子器件的新型半导体材料。综合利用炼锌矿渣{主要含铁酸镓[]、铁酸锌()，还含少量Fe及一些难溶于酸的物质}获得金属盐，并进一步利用镓盐制备具有优异光电性能的氮化镓(GaN)，部分工艺流程如图。
已知：①在酸性条件下不稳定，易转化为。
②常温下，“浸出液”中的金属离子对应的氢氧化物的溶度积常数如下表，离子浓度小于时可视为沉淀完全。
氢氧化物
③，。
回答下列问题：
(1)写出两条加快“浸出”速率的措施： 。
(2)中铁元素的化合价为 ，与稀硫酸反应的化学方程式为 。
(3)“调pH”时需调节溶液pH的最小值为 。
(4)“滤液1”中主要含有的金属阳离子为 ，检验“滤液1”中是否含有的试剂为 (填名称)。
(5)“转化2”加入铁粉时主要发生反应的离子方程式为 。
(6)“电解”反萃取液(溶质为)制粗镓后的电解废液经处理后可循环使用，电解废液的主要溶质为 (填化学式)。
(7)闪锌矿型的GaN晶胞结构如图所示，设为阿伏加德罗常数的值，晶胞参数为a nm，以晶胞参数为单位长度建立原子坐标系，1号原子的坐标为。
①2号原子的坐标为 。
②闪锌矿型的GaN晶体密度为 。
答案：(1)适当加热、搅拌或增大稀硫酸浓度等
(2) +3 ZnFe2O4+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O
(3)5.3
(4) Zn2+ 硫氰化钾
(5)2Fe3++Fe=3Fe2+
(6)NaOH
(7)
解析：由题给流程可知，向炼锌矿渣加入稀硫酸浸出，将金属元素转化为可溶的金属硫酸盐，过滤得到浸出渣和浸出液；向浸出液中加入过氧化氢溶液，将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子，调节溶液的pH，将溶液中的铁离子、镓离子转化为氢氧化铁、氢氧化镓沉淀，过滤得到含有锌离子的滤液和含有氢氧化铁、氢氧化镓的滤饼；向滤饼中加入盐酸酸化得到氯化铁和氯化镓的混合溶液，向溶液中加入铁，将溶液中的铁离子转化为亚铁离子，向反应后的溶液中加入有机萃取剂萃取、分液得到含有镓离子的有机相和含有氯化亚铁的水相；向有机相中加入氢氧化钠溶液反萃取、分液得到偏镓酸钠溶液；电解偏镓酸钠溶液在阴极得到粗镓，粗镓中的镓与一溴甲烷反应合成Ga(CH3)3，向MOCVD中通入氨气制得氮化镓。
（1）适当加热、搅拌、增大稀硫酸浓度等措施能加快“浸出”速率；
（2）ZnFe2O4中氧元素、锌元素的化合价为—2价、+ 2价，由化合价代数和为0可知，铁元素的化合价为+3价，ZnFe2O4与稀硫酸反应生成硫酸锌、硫酸铁和水，反应的化学方程式为ZnFe2O4+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O；
（3）由分析可知，调节溶液的pH的目的是将溶液中的铁离子、镓离子转化为氢氧化铁、氢氧化镓沉淀，由溶度积可知，溶液中镓离子完全沉淀时，铁离子已经完全沉淀，溶液中镓离子完全沉淀时，溶液中氢氧根离子浓度应大于=2.0×10—9mol/L，则“调pH”时需调节溶液pH的最小值为14—9+lg2=5.3；
（4）由分析可知，“滤液1”中主要含有的金属阳离子为锌离子；溶液中铁离子与硫氰酸根离子反应生成红色的硫氰化铁，则检验“滤液1”中是否含有铁离子的试剂为硫氰化钾溶液；
（5）由分析可知，“转化2”加入铁粉的目的是将溶液中的铁离子转化为亚铁离子，反应的离子方程式为2Fe3++Fe=3Fe2+；
（6）由分析可知，电解偏镓酸钠溶液在阴极得到粗镓，电解的反应方程式为4NaGeO2+2H2O4Ge+3O2↑+4NaOH，则由方程式可知，电解废液的主要溶质为氢氧化钠；
（7）①由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点的1号原子的坐标为，则晶胞的边长为1，位于面心的2号原子的坐标为；
②由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点和面心的大球个数为8×+6×=4，位于棱上和体心的小球个数为12×+1=4，则晶胞中氮化镓的个数为4，设晶体的密度为dg/cm3，由晶胞的质量公式可得：=(10—7 a)3d，解得d=。
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2024年化学高考二轮复习
专题十六 化学工艺流程图专题
一、考纲解读
考纲导向
1、物质制备类化工流程题
2、提纯类化工流程题
命题分析
化学工艺流程题是全国高考中的必考题型，它是将化工生产过程中主要生产阶段——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；化学工艺流程题是现代化学工业生产工艺流程的简化，它涉及了化工生产过程中所遇到的生产成本、产品提纯、环境保护等实际问题，并考查了物质的制备、检验、分离提纯等实验基本操作和基本实验原理在化工生产中的实际应用。
预计2024年高考的试题仍以某矿石为原料制备某物质或以废渣、废液提取某物质为背景，呈现化工生产流程图，进行命题设计，综合考查元素化合物知识、氧化还原反应方程式的书写、反应条件的控制与选择、产率的计算、Ksp的应用、绿色化学思想的体现等，题目综合性强，难度大，旨在考查考生提取信息，迁移应用的逻辑思维能力。
二、知识点梳理
网络图
重点拓展
物质制备型工艺流程题一般分为原料处理、分离提纯、获得产品三个阶段。通过对给定的原料进行预处理、分离提纯,再经过若干步反应,最后制得目标物质。
一、物质制备过程中的常考知识点
1.原料处理阶段的常见考查点
①研磨——减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。
②水浸——与水接触反应或溶解。
③酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属进入溶液，不溶物通过过滤除去。
④灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。
⑤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，如煅烧高岭土。
2．分离提纯阶段的常见考查点
(1)调pH除杂
①控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如若要除去Al3＋、Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH。
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、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。
(2)加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。
如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如侯氏制碱法中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。
(3)降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)；使化学平衡向着题目要求的方向移动。
3．获得产品阶段的常见考查点
(1)洗涤(冰水、热水)：如乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质，又可减少晶体溶解的损耗。
(2)蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。
(3)蒸发浓缩、冷却结晶：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是K2Cr2O7，这样就可分离出大部分K2Cr2O7；同样原理可除去KNO3中的少量NaCl。
(4)蒸发结晶、趁热过滤：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，同样原理可除去NaCl中的少量KNO3。
二、工艺流程中的常见专业术语
释义
研磨、雾化 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分
灼烧(煅烧) 使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿
浸取 向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
酸浸 在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程
浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
滴定 定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定
酸作用 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等
碱作用 去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅、调节pH、促进水解(沉淀)
三、工艺流程题中常见问题的答题方向
常见问题 答题要考虑的角度
分离、提纯 过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作，如从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—(洗涤、干燥)
提高原子利用率 绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用)
在空气中或特定气体中进行的反应或操作 要考虑O2、H2O、CO2或特定气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的
洗涤沉淀 方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次
判断沉淀是否洗涤干净 取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等
控制溶液的pH ①调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)②“酸作用”还可除去氧化物(膜)③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)
控制温度(常用水浴、冰浴或油浴) ①使化学平衡移动；控制化学反应的方向②控制固体的溶解与结晶③控制反应速率：使催化剂达到最大活性④升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发⑤加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离
四、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：熟练应用氧化还原反应规律，判断生成物并配平。陌生情景的氧化还原反应方程式书写
①根据流程图的目的，分析元素化合价的变化。
②根据流程图的转化信息和反应规律预测产物。
③根据得失电子、溶液的酸碱性，配平化学(或离子)方程式。
(2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际情况判断生成物。
五、原料预处理的六种常用方法
方法 目的
研磨 减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，增大反应速率
水浸 与水接触反应或溶解
酸浸 与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
碱浸 除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物
灼烧 除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质
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，如煅烧高岭土
六、控制反应条件的七种常用方法
(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变大。
②不引入新杂质，如要除去Cu2＋中混有的Fe3＋时，可加入CuO、Cu(OH)2或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)控制压强。改变速率，影响平衡。
(4)使用合适的催化剂。加快反应速率，缩短达到平衡所需要的时间。
(5)趁热过滤。防止某物质降温时析出。
(6)冰水(或有机溶剂)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。
(7)氧化：氧化剂的选择要依据试题设置的情境，常见的氧化剂有氯气、过氧化氢、氧气和次氯酸钠等，为了避免引入新的杂质，通常选择的氧化剂有过氧化氢和氧气。
七、副产品及循环物质的确定
1.副产品的确定
2.循环物质的确定
八、工艺流程题的主线分析方法
1.主线分析方法
2.实例分析
【典例】磷酸铁锂(LiFePO4)被认为是最有前途的锂离子电池正极材料。某企业利用富铁浸出液生成磷酸铁锂,开辟了处理硫酸亚铁废液一条新途径。其主要流程如下:
已知:H2TiO3是种难溶于水的物质。
(1)钛铁矿用浓硫酸处理之前,需要粉碎,其目的是 　。
(2)TiO2+水解生成H2TiO3的离子方程式为 　。
(3)加入NaClO发生反应的离子方程式为 　。
(4)在实验中,从溶液中过滤出H2TiO3后,所得滤液浑浊,应如何操作　 。
(5)为测定钛铁矿中铁的含量,某同学取经浓硫酸等处理的溶液(此时钛铁矿中的铁已全部转化为二价铁离子),采取KMnO4标准液滴定Fe2+的方法:(不考虑KMnO4与其他物质反应)在滴定过程中,若未用标准液润洗滴定管,则使测定结果　　(填“偏高”、“偏低”或“无影响”),滴定终点的现象是　 。滴定分析时,称取a g钛铁矿,处理后,用c mol/L KMnO4标准液滴定,消耗V mL,则铁元素的质量分数的表达式为　　　　。
解析：按照主线分析法分析如下：
【信息处理】钛铁矿用浓硫酸处理后得到含Fe2+、SO42-、TiO2+的溶液，水解后得到钛酸沉淀，再对滤液进行处理得到目标产物磷酸铁锂(LiFePO4)。(1)粉碎的目的是增大固体与溶液反应时的接触面积,加快反应的进行(2)根据水解规律，TiO2+水解生成H2TiO3和H+；(3)酸性条件下ClO-将Fe2+氧化为Fe3+,ClO-被还原成Cl-；(4)滤液浑浊,说明过滤器损坏,应换上新过滤器后,重新过滤；(5)如果未用标准液润洗滴定管,会导致标准液被稀释,消耗KMnO4标准液体积偏大,使测定结果偏高;当滴定达终点时,滴加最后一滴KMnO4标准液,溶液变成紫红色,且半分钟内不褪色，根据电子得失守恒进行计算解答。
三、高频考点突破
高频考点一 反应条件控制
典例精析
1．可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中，铈(Ce)主要以形式存在，还含有、、、等物质。以独居石为原料制备的工艺流程如图：
已知：①常温下，的，，；
②易被氧化为。
回答下列问题：
(1)为提高“焙烧”效率，可采取的措施有 (写一条即可)；
(2)滤渣Ⅲ的主要成分是 (写化学式)；
(3)“沉铈”过程中，恰好沉淀完全[为]时溶液的pH为5，则溶液中 mol/L(保留两位有效数字)。
(4)滤渣Ⅱ的主要成分为，在高温条件下，、草酸()和可制备电极材料，同时生成和，该反应的化学方程式为 。
(6)为测定产品中的含量，取2.00g产品加入氧化剂将完全氧化并除去多余氧化剂后，用稀硫酸酸化，配成100.00mL溶液，取25.00mL溶液用0.10mol/L的溶液滴定至终点(铈被还原成)，消耗溶液20.00mL，则产品中的质量分数为 。
变式训练
2．钛是一种性能非常优越的金属，有着广泛的应用，有人说“21世纪将是钛的世纪”。以金红石矿(主要成分为TiO2，含有少量Al2O3、SiO2、FeO、Fe2O3等杂质)为主要原料，首先反应生成TiCl4，然后再用镁还原得到金属钛，其工艺流程如下：
已知：常温下Fe(OH)3和Fe(OH)2溶度积(Ksp)分别为4.0×10-38和8.0×10-16
请回答下列问题：
(1)加入浓NaOH溶液的目的是 。
(2)镁和氯气主要来源于流程中的某种物质通过电解方法获得，该物质是 。工业生产中需要适当补充该物质，该物质可来源于海水，制备过程如下：向海水中加入石灰乳后，向分离得到的固体中加入过量的盐酸，目的是 ，将得到的溶液通过 、冷却结晶操作后得到晶体，在HCl气流中加热晶体即可得到该物质。
(3)高温下，滤渣Y、焦炭和氯气发生反应生成可燃性气体的化学方程式为： 。
(4)工艺流程中稀有气体Ar的作用是 。
(5)为提高原料的利用率，常温下某研究小组向⑤过滤后的滤液中，先加适量的H2O2，再加适量的碱调节溶液的pH至4，过滤后将滤渣加热灼烧，得到了常用的涂料。调节溶液的pH至4时，溶液中金属离子的浓度为 mol/L。
(6)TiN具有重要的用途，可在高温下由TiO2与NH3反应制得，同时生成一种可用作保护气的单质气体和一种无色无味的液体。该反应的化学方程式为 。
高频考点二 化学基本原理
典例精析
1． 可用于电子工业生产软磁铁氧体，用作电子计算机中存储信息的磁芯，磁盘等。工业上以软锰矿(主要成分是，还含有少量的(、、)为原料生产的工艺流程如下：
25℃时，相关金属离子[]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子
开始沉淀的pH 1.5 6.3 3.4 8.1
沉淀完全的pH 2.8 8.3 4.7 10.1
回答下列问题：
(1)“酸浸、还原”时，为了加快化学反应速率，可以采取的措施有_____________________________________(任写一种即可)。“酸浸、还原”后溶液中含有的金属阳离子主要有____________(填离子符号)，铁屑与发生反应的离子方程式为_______________________________________________。
(2)“调节pH”时，加入溶液的目的是________________________________，“调节pH”的范围为______________________。
(3)“沉锰”时，其他条件一定，沉锰过程中锰离子的沉淀率与溶液温度的关系如图所示。50℃后，溶液温度越高，锰离子的沉淀率越低，原因是__________________________________________。
(4)25℃时，pH=2.8沉淀完全，则_______。
(5)滤渣1中的可制备还原铁粉，还原铁粉的纯度可通过下列方法测定：称取0.2800g样品，溶于过量稀硫酸，用标准溶液滴定所得溶液中的，测得三次消耗0.03000mol/L的溶液25.10mL、26.50mL、24.90mL(测定过程中杂质不参与反应)。
①写出滴定反应的离子方程式__________________________________________。
②计算还原铁粉的纯度__________________________________________。
2．废旧锌锰电池中的黑锰粉含有、、和少量、及炭黑等，为了保护环境、充分利用锰资源，通过下图流程制备。
回答下列问题：
(1)基态原子的简化电子排布式为________________________________。
(2)“滤液a”的主要成分为，另外还含有少量等。
①用离子方程式表示“滤液a”呈酸性的原因：_______________________________________________。
②根据下图所示的溶解度曲线，将“滤液a”蒸发结晶、_______、洗涤、干燥，得固体。
(3)“焙炒”的目的是除炭、氧化等。空气中氧化的化学方程式为_________________________________________________。
(4)探究“酸浸”中溶解的适宜操作。
实验I.向中加入溶液，产生大量气泡；再加入稀，固体未明显溶解。
实验II.向中加入稀，固体未溶解；再加入溶液，产生大量气泡，固体完全溶解。
①实验I中的作用是_____________，实验II中的作用是____________________________。
②由实验可知，“酸浸”溶解时加入试剂的顺序是___________________________。
(5)证明溶液中沉淀完全：取少量溶液，滴加____________(填试剂)，观察到________________________________(填现象)。
变式训练
高频考点三 化学图表图象信息加工
典例精析
1．工业上利用某地碳酸锰矿(成分及含量如表)制备硫酸锰，其工艺流程如图：
已知：该碳酸锰矿的成分及含量如表。
成分 元素化合物及其他杂质
含量/% 18.06 10.32 12.54 2.60 11.48 12.42 10.24 22.34
请回答下列问题：
(1)“酸浸”前适当粉碎碳酸锰矿的目的是____________________________________________________；若颗粒太细，则硫酸容易浸透，随后剧烈反应产生、水汽等悬浮在表层，导致冒槽，除影响操作外还会______________________；的第三电离能大于的第三电离能，分析其原因：____________________________________________________。
(2)“溶渣”的主要成分为______________________(填化学式)。
(3)“酸浸”中被溶解的离子方程式为__________________________________________。
(4)“酸浸”过程中的浸出率与矿酸比、浸出温度的关系如图所示：
最适宜的矿酸比、浸出温度分别为____________、____________。
(5)“除铝铁”中加入的目的是_____________________________________。加入氨水调节时，与铝铁去除率、锰损失率的关系如图所示，则应调节的范围为____________(填标号)。
A．1.5～2 B．2.5～3 C．3～4 D．4.5～5
变式训练
2．以黄铁矿(主要成分是，含少量)和软锰矿(主要成分是，含少量、)为原料制备的工艺流程如下。
已知溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
金属离子
开始沉淀时()的pH 8.1 7.5 2.2 3.7
沉淀完全时()的pH 9.6 9.0 3.2 4.7
回答下列问题：
(1)提高“酸浸”率的方法有________________________________、___________________________(任答两条)。滤渣中有S和____________；“酸浸”得到的滤液中含有、，则该过程中主要反应的离子方程式是_________________________________________________________。
(2)若“调pH”后的溶液中浓度为，则“调pH”应控制的pH范围是____________。
(3)“沉锰”时的离子反应方程式是__________________________________________。
(4)结合图象分析，得到晶体所需的“操作A”是指____________、____________、洗涤、干燥。
(5)若称取一定质量的用标准溶液滴定(滴定过程产生的误差可忽略)，计算所得样品质量分数大于100%，分析可能的原因是_____________________________________。
四、考场演练
1．（2023·天津·高考真题）工业上以硫黄为原料制备硫酸的原理示意图如下，其过程包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个阶段。
Ⅰ.硫液化后与空气中的氧反应生成SO2。
(1)硫磺()的晶体类型是 。
(2)硫的燃烧应控制事宜温度。若进料温服超过硫的沸点，部分燃烧的硫以蒸汽的形式随SO2进入到下一阶段，会导致 (填序号)。
a.硫的消耗量增加 b.SO2产率下降 c.生成较多SO3
(3)SO2(g)氧化生成80g SO3(g)放出热量98.3kJ，写出该反应的热化学方程式 。随温度升高，SO2的平衡转化率 (填“升高”或“降低”)。
(4)从能量角度分析，钒催化剂在反应中的作用为 。
Ⅱ.一定条件下，钒催化剂的活性温度范围是450～600℃。为了兼顾转化率和反应速率，可采用四段转化工艺：预热后的SO2和O2通过第一段的钒催化剂层进行催化氧化，气体温度会迅速接近600℃，此时立即将气体通过热交换器，将热量传递给需要预热的SO2和O2，完成第一段转化。降温后的气体依次进行后三段转化，温度逐段降低，总转化率逐段提高，衡转化率。最终反应在450℃左右时，SO2转化率达到97％。
(5)气体经过每段的钒催化剂层，温度都会升高，其原因是 。升高温度后的气体都需要降温，其目的是 。
(6)采用四段转化工艺可以实现 (填序号)。
a．控制适宜的温度，尽量加快反应速率，尽可能提高SO2转化率
b．使反应达到平衡状态
c．节约能源
Ⅲ．工业上用浓硫酸吸收SO3。若用水吸收SO3会产生酸雾，导致吸收效率降低。
(7)SO3的吸收率与所用硫酸的浓度、温度的关系如图所示。
据图分析，最适合的吸收条件；硫酸的浓度 ，温度 。
(8)用32吨含S 99%的硫磺为原料生成硫酸，假设硫在燃烧过程中损失2%，SO2生成SO3的转化率是97%，SO3吸收的损失忽略不计，最多可以生产98%的硫酸 吨。
2．（2023·河北·高考真题）闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离，同时得到的可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下：
已知：室温下的。
回答下列问题：
(1)首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到，其主要成分为 (填化学式)。
(2)滤渣的主要成分为 (填化学式)。
(3)浸取工序的产物为，该工序发生反应的化学方程式为 。浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①，氧化工序发生反应的离子方程式为 。
(4)浸取工序宜在之间进行，当环境温度较低时，浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是 。
(5)补全中和工序中主反应的离子方程式 + 。
(6)真空干燥的目的为 。
3．（2023·重庆·高考真题）是一种用途广泛的磁性材料，以为原料制备并获得副产物水合物的工艺如下。
时各物质溶度积见下表：
物质
溶度积
回答下列问题：
(1)中元素的化合价是和 。的核外电子排布式为 。
(2)反应釜1中的反应需在隔绝空气条件下进行，其原因是 。
(3)反应釜2中，加入和分散剂的同时通入空气。
①反应的离子方程式为 。
②为加快反应速率，可采取的措施有 。(写出两项即可)。
(4)①反应釜3中，时，浓度为，理论上不超过 。
②称取水合物，加水溶解，加入过量，将所得沉淀过滤洗涤后，溶于热的稀硫酸中，用标准溶液滴定，消耗。滴定达到终点的现象为 ，该副产物中的质量分数为 。
4．（2023·江苏·高考真题）实验室模拟“镁法工业烟气脱硫”并制备，其实验过程可表示为
(1)在搅拌下向氧化镁浆料中匀速缓慢通入气体，生成，反应为，其平衡常数K与、、、的代数关系式为 ；下列实验操作一定能提高氧化镁浆料吸收效率的有 (填序号)。
A．水浴加热氧化镁浆料
B．加快搅拌速率
C．降低通入气体的速率
D．通过多孔球泡向氧化镁浆料中通
(2)在催化剂作用下被氧化为。已知的溶解度为0.57g(20℃)，氧化溶液中的离子方程式为 ；在其他条件相同时，以负载钴的分子筛为催化剂，浆料中被氧化的速率随pH的变化如题图甲所示。在pH=6~8范围内，pH增大，浆料中的氧化速率增大，其主要原因是 。
(3)制取晶体。在如题图乙所示的实验装置中，搅拌下，使一定量的浆料与溶液充分反应。浆料与溶液的加料方式是 ；补充完整制取晶体的实验方案：向含有少量、的溶液中， 。(已知：、在时完全转化为氢氧化物沉淀；室温下从饱和溶液中结晶出，在150~170℃下干燥得到，实验中需要使用MgO粉末)
5．（2023·海南·高考真题）铍的氧化物广泛应用于原子能、航天、电子、陶瓷等领域，是重要的战略物资。利用绿柱石(主要化学成分为(，还含有一定量的FeO和)生产BeO的一种工艺流程如下。
回答问题：
(1)中Be的化合价为 。
(2)粉碎的目的是 ；残渣主要成分是 (填化学式)。
(3)该流程中能循环使用的物质是 (填化学式)。
(4)无水可用作聚合反应的催化剂。BeO、与足量C在600~800℃制备的化学方程式为 。
(5)沉铍时，将pH从8.0提高到8.5，则铍的损失降低至原来的 %。
6．（2024·辽宁大连·二模）某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液（含、、、、、）实现镍、钴、镁元素的回收。
已知：1.过一硫酸（）的电离第一步完全，第二步微弱。
2.25℃时，相关物质的如下：
物质
a b
回答下列问题：
(1)Ni属于元素周期表的 区。
(2)混合气在“氧化”中，产生，其中S的化合价为 。
(3)“滤渣”的成分之一是软锰矿的主要成分，由氧化产生，该反应的离子方程式为 ；其可用于实验室制取氯气，该反应的离子方程式为 。
(4)若使沉淀完全（浓度），需调节pH不低于 。
(5)上述表格中a b（填“大于”、“小于”或“无法确定”）。
(6)“沉钴镍”后需将钴镍渣洗涤干净，实验室检验其是否洗净的方法是 。
(7)滤液2中含有的金属阳离子是 。
7．（2024·山西晋中·二模）钒广泛用于制造结构钢、弹簧钢、工具钢和钢轨，特别对汽车和飞机制造业有重要意义。从某钒矿石焙砂中提取钒的主要流程如下：
已知：①滤液1中的阳离子主要有、、、等；
②“操作2”过程可表示为。
(1)若在“酸浸”时加热,其目的是 。
(2)“还原”过程中，铁粉与反应生成和，该反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为 。
(3)“操作1”用到的硅酸盐仪器有烧杯、 (填仪器名称)；“操作2”、“操作3”的名称分别为“萃取”和“反萃取”，都用到的硅酸盐仪器为分液漏斗，进行“萃取”和“反萃取”操作时，需要放气，下图中正确的放气图示为 (填字母)。
A． B． C．
(4)“操作2”前，若不用石灰乳先中和，萃取效果不好，原因是 。
(5)焙烧得到的在时，溶解为或；在碱性条件下，溶解为或。上述性质说明属于 (填字母)氧化物。
A．碱性 B．酸性 C．两性
(6)“氧化”工序中选用作氧化剂，被氧化为，写出该反应的离子方程式 。
(7)写出“焙烧”过程中的化学方程式 。
8．（2024·江西景德镇·二模）以红土镍镉矿(NiS、CdO，含、CuO、PbO、等杂质)为原料回收贵重金属Ni、Cd和Cu，其工艺流程如图所示：
已知：水溶液中物质得失电子的能力可用标准电极电势[E(高价态/低价态)]衡量，E越大说明高价态物质的氧化性越强、E越小说明低价态物质的还原性越强。
物质
E/V +0.34 -0.13 -0.40 -0.44 -0.26
(1)“浆化”的目的是 。
(2)滤渣Ⅰ中含有硫单质，写出“酸浸”时NiS反应的离子方程式 ；滤渣Ⅰ中还含有 。(填化学式)
(3)溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀时(浓度mol/L)的pH如下表，则物质X不可能是 ；所调pH范围 。
离子
开始沉淀的pH 1.5 6.5 7.2 4.7 6.8
沉淀完全的pH 3.3 9.9 9.5 6.7 9.2
a． b．CuO c． d．NaOH
(4)电解时阴极的电极反应为 。
(5)整个流程中可以循环使用的物质有 。(填化学式)
9．（2024·贵州毕节·三模）某地区原生钴矿，杂质主要含铁、硫、砷、碳等元素及石英。近年我国科技工作者提出一种用该矿石制备的新方法，该方法具有回收率高、污染小、成本低等优点。其工艺流程如下：
已知：①在酸性水溶液中因具有强氧化性，在水溶液中易转化为；
②易溶于水，难溶于乙醇。
回答下列问题：
(1)“磨细”的目的是 。
(2)“焙烧”时加入石灰石，以防止产生的硫、砷氧化物气体污染环境。写出该过程中与石灰石反应的化学方程式 。
(3)“酸浸”时，钴的浸出率受酸度、温度的影响，结合生产实际分析图1和图2，最佳条件是酸度为 %；温度为 ，原因是 。
(4)“焙烧砂”中钴元素主要以形式存在。溶于盐酸的离子方程式 。
(5)“滤渣2”的化学式 ，
(6)“一系列操作”为蒸馏浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。选用酒精作洗涤剂的优点 。
(7)钴的晶胞结构如图，该晶胞中原子个数为 。
10．（2024·广东揭阳·二模）GaN是制造微电子器件，光电子器件的新型半导体材料。综合利用炼锌矿渣{主要含铁酸镓[]、铁酸锌()，还含少量Fe及一些难溶于酸的物质}获得金属盐，并进一步利用镓盐制备具有优异光电性能的氮化镓(GaN)，部分工艺流程如图。
已知：①在酸性条件下不稳定，易转化为。
②常温下，“浸出液”中的金属离子对应的氢氧化物的溶度积常数如下表，离子浓度小于时可视为沉淀完全。
氢氧化物
③，。
回答下列问题：
(1)写出两条加快“浸出”速率的措施： 。
(2)中铁元素的化合价为 ，与稀硫酸反应的化学方程式为 。
(3)“调pH”时需调节溶液pH的最小值为 。
(4)“滤液1”中主要含有的金属阳离子为 ，检验“滤液1”中是否含有的试剂为 (填名称)。
(5)“转化2”加入铁粉时主要发生反应的离子方程式为 。
(6)“电解”反萃取液(溶质为)制粗镓后的电解废液经处理后可循环使用，电解废液的主要溶质为 (填化学式)。
(7)闪锌矿型的GaN晶胞结构如图所示，设为阿伏加德罗常数的值，晶胞参数为a nm，以晶胞参数为单位长度建立原子坐标系，1号原子的坐标为。
①2号原子的坐标为 。
②闪锌矿型的GaN晶体密度为 。
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