资源简介

(共56张PPT)
2025新高考化学二轮重点专题
第21讲
工艺流程题的解法及策略
contents
目录
01
考向分析
01
02
03
知识重构
重温经典
04
模型建构
考向分析
PART 01
01
考向分析
考向分析
核心价值
变废为宝、点石成金等
学科素养
宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、模型认知与证据意识等
关键能力
信息（图表）提取能力、计算能力、逻辑推理能力、表达或表征能力等
必备知识
元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等
考向分析
1.目标元素千变万化，为什么总是这几种杂质元素？
2024高考真题 原始材料 目标元素 杂质元素
全国甲卷-新课标卷 炼锌废渣 Co Zn、Pb、Cu、Fe、Co、Mn
山东卷 铅精矿 Pb、Ag -----------
安徽卷-湖南卷 铜阳极泥 Au、Ag Cu
甘肃卷 高炉渣 Ca、Mg Al、Si
贵州卷 煤渣 Fe、Al Si、Mg
河北卷 石煤+苛化泥 V Al、Ca
黑吉辽卷 载金硫化矿粉 Au Fe、As、S
考向分析
1.目标元素千变万化，为什么总是这几种杂质元素？
考向分析
2.为什么总是要预处理之后才能进行分离除杂？固体直接除杂不行吗？
学科特色思维
结构决定性质
性质反映结构
固体（力太大-难分离）
液体（自由-各个击破）
气体（太自由-难控制）
破坏微粒间作用力惯用方式
极性溶剂（H2O、配合等）
煅烧＋辅助（氧化或还原）
（2024·安徽卷）
知识重构
PART 02
02
知识重构，梳理脉络
1.原料的预处理的方法与作用
方法 作用
粉碎或研磨 减小固体的颗粒度,增大固体与液体、气体间的接触面积,增大反应速率
灼烧、焙烧、煅烧 除去可燃性杂质;使原料初步转化为下一步可溶解的物质(氧化物等)
水浸 与水接触反应或溶解,分离可溶物与难溶物
酸浸 与酸反应或溶解,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;溶解铝(氧化铝)、二氧化硅;调节pH促进水解(金属离子的沉淀)
知识重构，梳理脉络
（2024·湖南卷）铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一种含贵金属的可再生资源，回收贵金属的化工流程如下：
H2O2
H2SO4
NaCl
氧化剂（绿色）
酸性作用
配位作用
三合一提升溶解效率
知识重构，梳理脉络
（2024·湖南卷）铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一种含贵金属的可再生资源，回收贵金属的化工流程如下：
（2）“滤液1”中含有Cu2+和H2SeO3，“氧化酸浸”时Cu2Se反应的离子方程式为
加盐酸
行不行？
知识重构，梳理脉络
（2024·湖南卷）铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一种含贵金属的可再生资源，回收贵金属的化工流程如下：
（3）“氧化酸浸”和“除金”工序抣需加入一定量的NaCl：在“氧化酸浸”工序中，加入适量NaCl的原因是
使银元素转化为AgCl沉淀
问题：会体现氯离子的配位功能吗？
核心问题（除杂）：如何各个击破溶液中的离子？
知识重构，梳理脉络
是什么决定了离子在水溶液中的性质？结构决定性质→离子结构包括什么？
核心问题（除杂）：如何各个击破溶液中的离子？【微观视角】
知识重构，梳理脉络
这样理解只能说是一个合适的初学者模型，但是并非真实的过程，这对现阶段高考应对存在一定的弊端。个人观点
知识重构，梳理脉络
（2023·湖北卷）
（5）导致SiCl4比CCl4易水解的因素有_______(填标号)。
a．Si-Cl键极性更大
b．Si的原子半径更大
c．Si-Cl键键能更大
d．Si有更多的价层轨道
abd
为什么不选C？把C改为“Si-Cl键键能小”能选吗？
知识重构，梳理脉络
Si-F Si-Cl Si-Br Si-O P-Cl P-Br
键长/pm 156 202 216 163 203 220
键能/kJ·mol-1 586 397 325 451 322 264
C-F C-Cl C-Br C-O N-Cl
键长/pm 138 177 194 143 197
键能/kJ·mol-1 489 339 285 358 192
端位原子相同，而中心原子分属2、3周期时
不适用“键长越长、键能越小”
知识重构，梳理脉络
（2023·湖北卷）
（5）导致SiCl4比CCl4易水解的因素有_______(填标号)。
a．Si-Cl键极性更大
b．Si的原子半径更大
c．Si-Cl键键能更大
d．Si有更多的价层轨道
abd
1.所带电荷有关（电荷越高与水分子作用能力越强）
2.原子是否有空轨道填充氧的孤电子对（一般周期数越大，半径越大，空轨道越多）
知识重构，梳理脉络
看教材如何讲Si
异曲同工：碳的非金属性强于硅，而硅酸的稳定性强于碳酸
结构决定性质有一个关键的前提条件：结构相似！
知识重构，梳理脉络
+1价离子
Li＋、Na＋、K＋、Ag＋
+2价离子
Fe2+、Mg2+、Zn2+、Ca2+、Ni2+
+3价及以上离子
Al（III）、Fe（III）、Cr(III）、V(V)、Cr(VI)、Ti(IV)、Fe（VI）
知识重构，梳理脉络
溶
解
优
势
水解优
势
低
价
高
价
1.关于Ag+的说明 （AgF＞AgCl＞AgBr＞AgI）
半径：F离子＜Cl离子＜Br离子＜I离子
半径越大越容易被极化，共价键属性越强，极性溶剂（H2O）中溶解度越小
2.
相似
相溶
知识重构，梳理脉络
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：向滤液中滴加NaOH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。
知识重构，梳理脉络
（2024·全国甲卷）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+2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。
PbSO4
Fe(OH)3
知识重构，梳理脉络
不能实现Zn2+和Co2+的完全分离
知识重构，梳理脉络
换个视角看氧化的功能：提升Mn的水解能力，生成金属氧化物沉淀
知识重构，梳理脉络
如何理解适量？
从产品获取的角度，适量应适当过量
知识重构，梳理脉络
核心问题（除杂）：如何各个击破溶液中的离子？【宏观视角】
1.控制溶液的酸碱性(pH)
（1）增强物质的氧化性（主要）、还原性,调节离子的水解程度。
（2）通过控制溶液的pH可以除去某些金属离子。
①若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+,通常需先用氧化剂(H2O2等)把Fe2+氧化为Fe3+]
②调节pH所利用的物质一般应满足能与H+反应,使溶液pH增大和不引入新杂质两点需求。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。
知识重构，梳理脉络
核心问题（除杂）：如何各个击破溶液中的离子？【宏观视角】
2.控制反应的温度
（1）调节化学反应速率。
（2）调节平衡移动方向。
（3）控制固体的溶解与结晶,如趁热过滤能防止某物质降温时析出。
（4）促进溶液中气体的逸出或实现蒸馏。
（5）防止或实现某物质水解或分解。
（6）防止副反应的发生。
知识重构，梳理脉络
核心问题（除杂）：如何各个击破溶液中的离子？【宏观视角】
3.调节反应物的浓度
（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,但对后续操作带来除杂问题。
影响物质性质的“三度”：酸碱度、温度、浓度
知识重构，梳理脉络
核心问题（除杂）：如何各个击破溶液中的离子？【宏观视角】
4．控制pH的目的：
（1）pH调小：抑制某离子水解；防止某离子沉淀
（2）pH调大：确保某离子完全沉淀；防止某物质溶解等。
（3）控制反应的发生，增强物质的氧化性或还原性，或改变水解程度。
知识重构，梳理脉络
核心问题（除杂）：如何各个击破溶液中的离子？【宏观视角】
5．控制某反应的pH值使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀的原理，例如：
（1）Fe3+溶液中存在水解平衡：Fe3++3H2O Fe(OH)3＋3H+，加入CuO后，溶液中H+浓度降低，平衡正向移动，Fe(OH)3越聚越多，最终形成沉淀。
（2）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。
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。
（3）PH控制的范围：大于除去离子的完全沉淀值，小于主要离子的开始沉淀的PH。
知识重构，梳理脉络
核心问题（除杂）：如何各个击破溶液中的离子？【宏观视角】
6．“酸作用”还可除去氧化物(膜)。
7．“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等。
8．特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)。
重温经典
PART 03
03
重温经典，感悟高考
已知：
25℃时
选择理由：
融入晶体结构的考查
更符合真实情境问题
（个人观点）
重温经典，感悟高考
Fe2O3
Al2O3
SiO2
MgO
此浓非彼浓
SiO2
Al(OH)4-
碱加到何程度 如何控制？
Fe(OH)3
Mg2+
NaOH
提高晶体析出的效率
2Fe3++Fe=3Fe2+
Fe2+沉淀
NH3·H2O
重温经典，感悟高考
SiO2
2.8×10-6
NaOH溶液
重温经典，感悟高考
（4）“水热合成”中，NH4H2PO4作为磷源，“滤液2”的作用是
水热合成NaFePO4的离子方程式为
提供Na+和反应所需要的碱性环境
重温经典，感悟高考
（5）“煅烧”得到的物质也能合成钠基正极材料NaFeO2，其工艺如下：
①该工艺经碳热还原得到Fe3O4，“焙烧”生成NaFeO2的化学方程式为 。
我们还有没有必要说Fe3O4为碱性氧化物？（性质一定要置身于环境之中）
重温经典，感悟高考
②NaFeO2的晶胞结构示意图如甲所示。每个晶胞中含有NaFeO2的单元数有 个。
3
0.25
乙
重温经典，感悟高考
（2022·山东卷）工业上以氟磷灰石[含Ca5F(PO4)3、SiO2等杂质]为原料生产磷酸和石膏，工艺流程如下：
硫酸作用
促进氟磷灰石的溶解（耦合）
CaSO4、HF
固体CaSO4
Ba3(PO4)3
强制弱
X的成分？
洗涤的基本要求是什么？
减少溶解损失
重温经典，感悟高考
回答下列问题：
（1）酸解时有HF产生。氢氟酸与SiO2反应生成二元强酸H2SiF6，离子方程式为
如何理解强酸？
1.F的强吸电子作用，增强Si-H键的极性；2.阴离子正八面体的稳定性
重温经典，感悟高考
重温经典，感悟高考
重温经典，感悟高考
CaSO4 0.5H2O
减少CaSO4的溶解损失，提高产品石膏的产率
酸解
重温经典，感悟高考
（2024·安徽卷）精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等多种元素。研究人员设计了一种从铜阳极泥中分离提收金和银的流程，如下图所示。
Cu
Ag
Au
CuSO4
为什么选择不同的酸？是否可以颠倒？
重温经典，感悟高考
回答下列问题：
（1）Cu位于元素周期表第 周期第 族。
（2）“浸出液1”中含有的金属离子主要是 。
第4周期第ⅠB族
Cu2+
重温经典，感悟高考
（3）“浸取2”步骤中，单质金转化为HAuCl4的化学方程式为
（4）“浸取3”步骤中，“浸渣2”中的 (填化学式)转化为[Ag(S2O3)2]3-
AgCl
重温经典，感悟高考
（5）“电沉积”步骤中阴极的电极反应式为 。“电沉积”步骤完成后，阴极区溶液中可循环利用的物质为 (填化学式)。
重温经典，感悟高考
（6）“还原”步骤中，被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为 。
还原步骤中， HAuCl4被还原为Au，Au化合价由+3价变为0价，一个HAuCl4转移3个电子，N2H4被氧化为N2，N的化合价由-2价变为0价，一个N2H4转移4个电子，根据得失电子守恒，被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为3：4；
3：4
重温经典，感悟高考
(a)结构中电子云分布较均衡，结构较为稳定，(b)结构中正负电荷中心不重合，极性较大，较不稳定，且存在过氧根，过氧根的氧化性大于I2，故Na2S2O3不能被I2氧化成(b)结构。
模型建构
PART 04
04
模型建构
1.审题模型（三板斧或四线法）
模型建构
1.审题模型（三板斧或四线法）
2024年全国新课标卷
2.除杂模型：相变模型
黄智跃, 黄宜美, 张贤金. 化工流程题中金属阳离子的转化与分离[J]. 化学教学, 2022, (11): 87-91.
模型建构
2.除杂模型：沉淀问题的思维模型
黄智跃, 黄宜美, 张贤金. 化工流程题中金属阳离子的转化与分离[J]. 化学教学, 2022, (11): 87-91.
撬动
深度备考
模型建构
2.极化模型
黄智跃, 黄宜美, 张贤金. 化工流程题中金属阳离子的转化与分离[J]. 化学教学, 2022, (11): 87-91.
离子键向共价键过渡
极性溶剂（H2O）中
溶解性发生改变
模型建构第21讲 工艺流程题的解法及策略
一、考向分析
（1）试题的基本框架
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。化工流程题以现代工业生产为基础，与化学反应原理、产品提纯、环境保护等相融合，具有考查知识面广、综合性强、思维容量大的特点。这类题型不但综合考查考生在中学阶段所学的元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等知识，而且更重要的是能突出考查考生的综合分析判断能力、逻辑推理能力，且这类试题陌生度高，文字量大，包含信息多，思维能力要求高。近年高考有关考查要点和设问方式没有大的变化，注意的是有关化学方程式的书写的考查，有加强的趋势，一般有2~3个小问会涉及方程式的书写。
（2）为什么总是这几种杂质？
化工流程类试题大多以陌生元素化合物为目标产物，但其性质并非知识考查方向。考查方向是如何利用杂质元素的性质将其除去而纯化目标产物，所以分析杂质元素的性质比分析目标元素对教学更有价值。杂志元素的种类在不同试题中重复率极高，如Fe、Al、Si等，这与元素在地壳中的含量密切相关。地壳中含量越高，出现在矿石中的概率必然越高。试题命制的核心思路是通过常见杂质元素及其性质测评学生综合应用已有知识解决问题的能力，所以备考复习针对地壳中高含量的元素进行重点拓展很有必要。
（3）为什么要预处理、浸取之后去除杂质？
预处理并非浸取的必要过程，预处理目的是为了更好的浸取形成溶液。为什么杂质元素一定要在溶液中除去，而不能在固态时除去呢？借助“结构决定性质、性质反映结构”这一独特的学科思维，容易理解组成矿石的微粒间必然存在很强烈的作用力。预处理的目的便是将有着强烈相互作用的粒子，通过溶剂化作用形成自由离子。熔融和溶解是将微粒自由化的两种常见手段，这是电解质概念学习的已有认知。从工艺生产、操作、设备、成本等角度考虑，溶解的性价比显然远高于熔融。矿石能在地壳中长期稳定存在，其结构必然有很强的稳定性，基本都很难在水中直接溶解。大部分时候还需要配合加强热、酸、碱、氧化剂、还原剂等手段，宏观上利用耦合反应增大反应的限度，微观上改变矿石的稳定结构，进而促进金属离子在溶剂中自由化。除酸、碱、氧化剂、还原剂辅助浸取之外，盐浸也是一种非常重要的溶解方式。浸取的微观过程即阴阳离子与溶剂分子相互作用的过程。以常见极性溶剂水为例，水分子作为配体与阴阳离子之间形成新的作用力，破坏原有阴阳离子间的强烈相互作用。基于水溶解过程的微观模型，就不难理解用盐类物质提供的阴离子作配体来辅助溶解某种金属或矿石了。学生已有知识中的王水溶金就是这个道理，用饱和食盐水配合强酸处理含铅矿石、铝制器皿不能腌制咸菜的化学原因均是氯离子与部分金属阳离子有较强的配位功能，从而表现出对金属的腐蚀能力。
二、知识重构
原料的预处理的方法与作用
方法 作用
粉碎或研磨 减小固体的颗粒度,增大固体与液体、气体间的接触面积,增大反应速率
灼烧、焙烧、 煅烧 除去可燃性杂质;使原料初步转化为下一步可溶解的物质(氧化物等)
水浸 与水接触反应或溶解,分离可溶物与难溶物
酸浸 与酸反应或溶解,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;溶解铝(氧化铝)、二氧化硅;调节pH促进水解(金属离子的沉淀)
a.反应条件的控制
1.控制溶液的酸碱性(pH)
（1）增强物质的氧化性、还原性,调节离子的水解程度。
（2）通过控制溶液的pH可以除去某些金属离子。
①若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+,通常需先用氧化剂(H2O2等)把Fe2+氧化为Fe3+]
②调节pH所利用的物质一般应满足能与H+反应,使溶液pH增大和不引入新杂质两点需求。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）调节化学反应速率。
（2）调节平衡移动方向。
（3）控制固体的溶解与结晶,如趁热过滤能防止某物质降温时析出。
（4）促进溶液中气体的逸出或实现蒸馏。
（5）防止或实现某物质水解或分解。
（6）防止副反应的发生。
3.调节反应物的浓度
（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,但对后续操作带来除杂问题。
b.有关沉淀分离操作的规范解答
1．洗涤沉淀的目的
（1）若滤渣是所需的物质，洗涤的目的是除去晶体表面的可溶性杂质，得到更纯净的沉淀物。
（2）若滤液是所需的物质，洗涤的目的是洗涤过滤所得到的滤渣，把有用的物质如目标产物尽可能洗出来。
2．常用洗涤剂
（1）蒸馏水：主要适用于除去沉淀吸附的可溶性杂质。
（2）冷水：除去沉淀中的可溶性杂质，降低沉淀在水中的溶解度而减少沉淀损失。
（3）沉淀的饱和溶液：减小沉淀的溶解。
（4）有机溶剂(酒精、丙酮等)：适用于易溶于水的固体，既减少了固体溶解，又利用有机溶剂的挥发性，除去固体表面的水分，产品易干燥。
3．沉淀洗涤的答题规范
答题模板：
注洗涤液(沿玻璃棒向漏斗中注入洗涤液)→标准(使洗涤液完全浸没沉淀或晶体)→重复(待洗涤液流尽后，重复操作2～3次)
4．沉淀是否洗净的答题规范
答题模板：
取样(取少量最后一次洗涤液于一洁净的试管中)→加试剂[加入××试剂(必要时加热，如检验NH)]→现象(不产生××沉淀、溶液不变××色或不产生××气体)→结论(说明沉淀已经洗涤干净)
c.pH的调控
1．需要的物质：含主要阳离子（不引入新杂质即可）的难溶性氧化物或氢氧化物或碳酸盐，即能与H+反应，使pH增大的物质如MgO、Mg(OH)2等类型的物质。
2．原理：加入的物质能与溶液中的H+反应，降低了H+的浓度
3．pH控制的范围：杂质离子完全沉淀时pH值－主要离子开始沉淀时pH，注意端值取等。
4．控制pH的目的：
（1）pH调小：抑制某离子水解；防止某离子沉淀
（2）pH调大：确保某离子完全沉淀；防止某物质溶解等。
（3）控制反应的发生，增强物质的氧化性或还原性，或改变水解程度。
5．控制某反应的pH值使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀的原理，例如：
（1）Fe3+溶液中存在水解平衡：Fe3++3H2OFe(OH)3＋3H+，加入CuO后，溶液中H+浓度降低，平衡正向移动，Fe(OH)3越聚越多，最终形成沉淀。
（2）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。
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。
（3）PH控制的范围：大于除去离子的完全沉淀值，小于主要离子的开始沉淀的PH。
6．“酸作用”还可除去氧化物(膜)。
7．“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等。
8．特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)。
三、重温经典
1．（2024·全国甲卷）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+2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NaOH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
【解析】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Co(OH)3。（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CoSO4，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Co2+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·新课标卷）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Co、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：
开始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
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Co、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。
3．（2024·安徽卷）精炼铜产生的铜阳极泥富含等多种元素。研究人员设计了一种从铜阳极泥中分离提收金和银的流程，如下图所示。
回答下列问题：
（1）位于元素周期表第 周期第 族。
（2）“浸出液1”中含有的金属离子主要是 。
（3）“浸取2”步骤中，单质金转化为的化学方程式为 。
（4）“浸取3”步骤中，“浸渣2”中的 (填化学式)转化为。
（5）“电沉积”步骤中阴极的电极反应式为 。“电沉积”步骤完成后，阴极区溶液中可循环利用的物质为 (填化学式)。
（6）“还原”步骤中，被氧化的与产物的物质的量之比为 。
（7）可被氧化为。从物质结构的角度分析的结构为(a)而不是(b)的原因： 。
【答案】（1）四 ⅠB
（2）Cu2+
（3）
（4）AgCl
（5）
（6）3：4
（7）(a)结构中电子云分布较均衡，结构较为稳定，(b)结构中正负电荷中心不重合，极性较大，较不稳定，且存在过氧根，过氧根的氧化性大于I2，故Na2S2O3不能被I2氧化成(b)结构
【分析】精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等元素，铜阳极泥加入硫酸、H2O2浸取，Cu被转化为Cu2+进入浸取液1中，Ag、Au不反应，浸渣1中含有Ag和Au；浸渣1中加入盐酸、H2O2浸取，Au转化为HAuCl4进入浸取液2，Ag转化为AgCl，浸渣2中含有AgCl；浸取液2中加入N2H4将HAuCl4还原为Au，同时N2H4被氧化为N2；浸渣2中加入，将AgCl转化为，得到浸出液3，利用电沉积法将还原为Ag。
【解析】（1）Cu的原子序数为29，位于第四周期第ⅠB族；
（2）由分析可知，铜阳极泥加入硫酸、H2O2浸取，Cu被转化为Cu2+进入浸取液1中，故浸取液1中含有的金属离子主要是Cu2+；
（3）浸取2步骤中，Au与盐酸、H2O2反应氧化还原反应，生成HAuCl4和H2O，根据得失电子守恒及质量守恒，可得反应得化学方程式为：；
（4）根据分析可知，浸渣2中含有AgCl，与反应转化为；
（5）电沉积步骤中，阴极发生还原反应，得电子被还原为Ag，电极反应式为：；阴极反应生成，同时阴极区溶液中含有Na+，故电沉积步骤完成后，阴极区溶液中可循环利用得物质为；
（6）还原步骤中， HAuCl4被还原为Au，Au化合价由+3价变为0价，一个HAuCl4转移3个电子，N2H4被氧化为N2，N的化合价由-2价变为0价，一个N2H4转移4个电子，根据得失电子守恒，被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为3：4；
（7）(a)结构中电子云分布较均衡，结构较为稳定，(b)结构中正负电荷中心不重合，极性较大，较不稳定，且存在过氧根，过氧根的氧化性大于I2，故Na2S2O3不能被I2氧化成(b)结构。
4．（2024·甘肃卷）我国科研人员以高炉渣(主要成分为，，和等)为原料，对炼钢烟气(和水蒸气)进行回收利用，有效减少了环境污染，主要流程如图所示：
已知：
（1）高炉渣与经焙烧产生的“气体”是 。
（2）“滤渣”的主要成分是和 。
（3）“水浸2”时主要反应的化学方程式为 ，该反应能进行的原因是 。
（4）铝产品可用于 。
（5）某含钙化合物的晶胞结构如图甲所示，沿x轴方向的投影为图乙，晶胞底面显示为图丙，晶胞参数。图丙中与N的距离为 ；化合物的化学式是 ，其摩尔质量为，阿伏加德罗常数的值是，则晶体的密度为 (列出计算表达式)。
【答案】（1）NH3
（2）SiO2
（3） ，微溶的硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙
（4）净水
（5） Ca3N3B
【分析】高炉渣(主要成分为，，和等)加入在400℃下焙烧，生成硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝，同时产生气体，该气体与烟气(和水蒸气)反应，生成，所以该气体为NH3；焙烧产物经过水浸1，然后过滤，滤渣为以及未反应的SiO2，滤液溶质主要为硫酸镁、硫酸铝及硫酸铵；滤液浓缩结晶，析出，剩余富镁溶液；滤渣加入溶液，滤渣中的会转化为更难溶的碳酸钙。
【解析】（1）由分析可知，高炉渣与经焙烧产生的“气体”是NH3；
（2）由分析可知，“滤渣”的主要成分是和未反应的SiO2；
（3）“水浸2”时主要反应为硫酸钙与碳酸铵生成更难溶的碳酸钙，反应方程式为，该反应之所以能发生，是由于，，，微溶的硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙；
（4）铝产品溶于水后，会产生，水解生成胶体，可用于净水；
（5）图丙中，Ca位于正方形顶点，N位于正方形中心，故与N的距离为pm；由均摊法可知，晶胞中Ca的个数为，N的个数为，B的个数为，则化合物的化学式是Ca3N3B；其摩尔质量为，阿伏加德罗常数的值是，晶胞体积为则晶体的密度为。
5．（2024·贵州卷）煤气化渣属于大宗固废，主要成分为及少量MgO等。一种利用“酸浸—碱沉—充钠”工艺，制备钠基正极材料和回收的流程如下：
已知：
①25℃时，；
②。
回答下列问题：
（1）“滤渣”的主要成分为 (填化学式)。
（2）25℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0，此时溶液中 。
（3）“除杂”时需加入的试剂X是 。
（4）“水热合成”中，作为磷源，“滤液2”的作用是 ，水热合成的离子方程式为 。
（5）“煅烧”得到的物质也能合成钠基正极材料，其工艺如下：
①该工艺经碳热还原得到，“焙烧”生成的化学方程式为 。
②的晶胞结构示意图如甲所示。每个晶胞中含有的单元数有 个。
③若“焙烧”温度为时，生成纯相，则 ，其可能的结构示意图为 (选填“乙”或“丙”)。
【答案】（1）SiO2
（2）2.8×10-6
（3）NaOH溶液
（4）提供Na+和反应所需要的碱性环境
（5） 3 0.25 乙
【分析】煤气化渣(主要成分为及少量MgO等)中加浓硫酸酸浸，SiO2不反应、也不溶解成为滤渣，及少量MgO转化为硫酸铁、硫酸铝和硫酸镁，往其中加氢氧化钠溶液进行碱浸，将铁离子转化为氢氧化铁沉淀；过滤，滤液1中含硫酸铝和硫酸镁，加过量的氢氧化钠溶液使镁离子转化为氢氧化镁沉淀除去，过滤，滤液主要含和NaOH，往其中加氢氧化铝晶种，过滤得Al2O3 3H2O和NaOH溶液，焙烧Al2O3 3H2O得Al2O3；在煅烧氢氧化铁所获得的产物中加稀硫酸酸浸、足量的铁还原，然后加NH4H2PO4、稳定剂和滤液2水热合成得NaFePO4。
【解析】（1）煤气化渣(主要成分为及少量MgO等)中加浓硫酸酸浸，SiO2不反应、也不溶解成为滤渣，即“滤渣”的主要成分为SiO2；
（2）25℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0，即c(H+)=10-3mol/L，则c(OH-)=10-11mol/L，此时溶液中；
（3）“除杂”时需要沉淀镁离子、得，所以加入的试剂X是NaOH溶液；
（4）“水热合成”中，作为磷源，“滤液2”为NaOH溶液，其既可以提供合成所需要的Na+，又可以提供反应所需要的碱性环境，水热合成的离子方程式为；
（5）①该工艺经碳热还原得到，“焙烧”时、Na2CO3和O2反应生成，其化学方程式为；
②由的晶胞图如甲可知，每个晶胞中含有Fe：4×+2=3，Na：8×+2=3，O：8×+4=6，即每个晶胞中的单元数有3个；
③若“焙烧”温度为时，，生成纯相，则，解得0.25；丙图中Na：1+6×=1.75，，乙图中Na：2+2×=2.25，，则其可能的结构示意图为乙。
6．（2024·河北卷）是制造钒铁合金、金属钒的原料，也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取的工艺，具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如下。
已知：i石煤是一种含的矿物，杂质为大量和少量等；苛化泥的主要成分为等。
ⅱ高温下，苛化泥的主要成分可与反应生成偏铝酸盐；室温下，偏钒酸钙和偏铝酸钙均难溶于水。回答下列问题：
（1）钒原子的价层电子排布式为 ；焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为 ，产生的气体①为 (填化学式)。
（2）水浸工序得到滤渣①和滤液，滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙，滤液中杂质的主要成分为 (填化学式)。
（3）在弱碱性环境下，偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙发生反应的离子方程式为 ；加压导入盐浸工序可提高浸出率的原因为 ；浸取后低浓度的滤液①进入 (填工序名称)，可实现钒元素的充分利用。
（4）洗脱工序中洗脱液的主要成分为 (填化学式)。
（5）下列不利于沉钒过程的两种操作为 (填序号)。
a．延长沉钒时间 b．将溶液调至碱性 c．搅拌 d．降低溶液的浓度
【答案】（1）
（2）
（3） 提高溶液中浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放 离子交换
（4）
（5）bd
【分析】石煤和苛化泥通入空气进行焙烧，反应生成、、、、和等，水浸可分离焙烧后的可溶性物质(如)和不溶性物质[、等]，过滤后滤液进行离子交换、洗脱，用于富集和提纯，加入氯化铵溶液沉钒，生成，经一系列处理后得到V2O3；滤渣①在，的条件下加入3%NH4HCO3溶液进行盐浸，滤渣①中含有钒元素，通过盐浸，使滤渣①中的钒元素进入滤液①中，再将滤液①回流到离子交换工序，进行的富集。
【解析】（1）钒是23号元素，其价层电子排布式为；焙烧过程中，氧气被还原，被氧化生成，偏钒酸盐中钒的化合价为价；在以上开始分解，生成的气体①为。
（2）由已知信息可知，高温下，苛化泥的主要成分与反应生成偏铝酸钠和偏铝酸钙，偏铝酸钠溶于水，偏铝酸钙难溶于水，所以滤液中杂质的主要成分是。
（3）在弱碱性环境下，与和反应生成、和，离子方程式为：； CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率，因为C可提高溶液中浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放；滤液①中含有、等，且浓度较低，若要利用其中的钒元素，需要通过离子交换进行分离、富集，故滤液①应进入离子交换工序。
（4）由离子交换工序中树脂的组成可知，洗脱液中应含有，考虑到水浸所得溶液中含有，为避免引人其他杂质离子，且廉价易得，故洗脱液的主要成分应为。
（5）a．延长沉钒时间，能使反应更加完全，有利于沉钒，a不符合题意；
b．呈弱酸性，如果将溶液调至碱性，与反应，不利于生成，b符合题意；
c．搅拌能使反应物更好的接触，提高反应速率，使反应更加充分，有利于沉钒，c不符合题意；
d．降低溶液的浓度，不利于生成，d符合题意；
故选bd。
（2024·湖南卷）铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一种含贵金属的可再生资源，回收贵金属的化工流程如下：
已知：①当某离子的浓度低于时，可忽略该离子的存在；
② ；
③易从溶液中结晶析出；
④不同温度下的溶解度如下：
温度℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
回答下列问题：
（1）Cu属于 区元素，其基态原子的价电子排布式为 ；
（2）“滤液1”中含有Cu2+和H2SeO3，“氧化酸浸”时Cu2Se反应的离子方程式为 ；
（3）“氧化酸浸”和“除金”工序抣需加入一定量的NaCl：
①在“氧化酸浸”工序中，加入适量NaCl的原因是 。
②在“除金”工序溶液中，浓度不能超过 。
（4）在“银转化”体系中，和浓度之和为，两种离子分布分数随浓度的变化关系如图所示，若浓度为，则的浓度为 。
（5）滤液4中溶质主要成分为 (填化学式)；在连续生产的模式下，“银转化”和“银还原”工序需在℃左右进行，若反应温度过高，将难以实现连续生产，原因是 。
【答案】（1）ds 3d104s1
（2）
（3）使银元素转化为AgCl沉淀 0.5
（4）0.05
（5） 高于40℃后，的溶解度下降，“银转化”和“银还原”的效率降低，难以实现连续生产
【分析】铜阳极泥（含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等）加入H2O2、H2SO4、NaCl氧化酸浸，由题中信息可知，滤液1中含有Cu2+和H2SeO3，滤渣1中含有Au、AgCl、PbSO4；滤渣1中加入NaClO、H2SO4、NaCl，将Au转化为Na[AuCl4]除去，滤液2中含有Na[AuCl4]，滤渣2中含有AgCl、PbSO4；在滤渣2中加入Na2SO3，将AgCl转化为Ag2SO3，过滤除去PbSO4，滤液3含有Ag2SO3；滤液2中加入Na2S2O4，将Ag元素还原为Ag单质，Na2S2O4转化为Na2SO3，滤液4中溶质主要为Na2SO3，可继续进行银转化过程。
【解析】（1）Cu的原子序数为29，位于第四周期第ⅠB族，位于ds区，其基态原子的价电子排布式为3d104s1；
（2）滤液1中含有Cu2+和H2SeO3，氧化酸浸时Cu2Se与H2O2、H2SO4发生氧化还原反应，生成、和，反应的离子方程式为：；
（3）①在“氧化酸浸”工序中，加入适量的原因是使银元素转化为AgCl沉淀；
②由题目可知，在“除金”工序溶液中，若加入过多，AgCl则会转化为，当某离子的浓度低于1.0×10 5mol L 1时，可忽略该离子的存在，为了不让AgCl发生转化，则另，由，可得，即浓度不能超过；
（4）在“银转化”体系中，和浓度之和为，溶液中存在平衡关系：，当时，此时，则该平衡关系的平衡常数，当时，，解得此时；
（5）由分析可知滤液4中溶质主要成分为Na2SO3；由不同温度下的溶解度可知，高于40℃后，的溶解度下降，“银转化”和“银还原”的效率降低，难以实现连续生产。
四、模型建构
1.常见四线法模型
除杂模型
沉淀问题的思维模型
离子极化模型
以上内容主要参考
黄智跃, 黄宜美, 张贤金. 化工流程题中金属阳离子的转化与分离[J]. 化学教学, 2022, (11): 87-91.
夏昌伟.基于物质结构与性质分析化学工艺流程试题中除杂问题——以2024年“九省联考”化学试题为例[J].理科考试研究,2024,31(17):49-53.

展开更多......

收起↑