资源简介 化学工艺流程综合题 该题型以工艺流程图的形式再现实际生产的关键环节，情境真实而富有意义，旨在引导学生学以致用，解决生产、生活中的实际问题，有利于培养学生的科学精神和社会责任感。考查的知识多为产物的判断，陌生化学方程式、离子方程式或电极反应式的书写，温度控制在一定范围的原因分析，溶度积常数的有关计算等。工艺流程题是高考的热点题型，综合性强，难度较大，是高考试卷中的拉分题目之一。（2024·全国甲卷26题节选）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10－5 mol·L－1，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。已知：①Ksp（CuS）＝6.3×10－36，Ksp（ZnS）＝2.5×10－22，Ksp（CoS）＝4.0×10－21。②以氢氧化物形式沉淀时，lg[c（M）/（mol·L－1）]和溶液pH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）假设“沉铜”后得到的滤液中c（Zn2＋）和c（Co2＋）均为0.10 mol·L－1，向其中加入Na2S至Zn2＋沉淀完全，此时溶液中c（Co2＋）＝ mol·L－1，据此判断能否实现Zn2＋和Co2＋的完全分离 （填“能”或“不能”）。（3）“沉淀”步骤中，用NaOH调pH＝4，分离出的滤渣是 。（4）“沉钴”步骤中，控制溶液pH＝5.0～5.5，加入适量的NaClO氧化Co2＋，其反应的离子方程式为 。（5）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 。（2024·贵州高考16题节选）煤气化渣属于大宗固废，主要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2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NaFePO4和回收Al2O3的流程如下：已知：①25 ℃时，Ksp[Fe（OH）3]＝2.8×10－39，Ksp[Al（OH）3]＝1.3×10－33，Ksp[Mg（OH）2]＝5.6×10－12；②2Na[Al（OH）4]（aq）Al2O3·3H2O（s）＋2NaOH（aq）。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c（Fe3＋）＝ mol·L－1。（3）“除杂”时需加入的试剂X是 。（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 。一、明确试题模式，建立思维模型1.明确试题模式图1箭头表示反应物加入和生成物出来；图2箭头表示反应物分步加入和生成物出来；图3箭头表示循环反应。2.“元素追踪法”速析工艺流程图通过对比原料及目标产品中的元素组成，先将元素分为“产品元素”和“杂质元素”，再追踪原料中和目标产品中均存在的元素，即追踪“产品元素”。二、热点考查分类突破（一）流程中滤渣成分的确定 滤渣成分判断的三个维度举例 滤渣的成分维度1 过量的反应物 以电石渣[主要成分为Ca（OH）2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如图： CaCO3、Ca（OH）2维度2 原料中不参与反应的物质及生成物 某粉煤灰经预处理后含Cu2O、SiO2、Al2O3、FeO等化合物，一种综合利用工艺设计的流程如下： 已知：Cu2O＋2H＋Cu＋Cu2＋＋H2O 滤渣Ⅰ为SiO2、Cu维度3 杂质转化的物质 工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁[Fe（OH）SO4，易溶于水]的工艺流程如图： Al（OH）31.硫酸锌（ZnSO4）是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备，菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下：本题中所涉及离子的氢氧化物的溶度积常数如下表：离子 KspFe3＋ 4.0×10－38Zn2＋ 6.7×10－17Cu2＋ 2.2×10－20Fe2＋ 8.0×10－16Mg2＋ 1.8×10－11（1）加入物质X[Ca（OH）2]调溶液pH＝5，滤渣①的主要成分是 、 、 。（2）滤渣④与浓硫酸反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是 、 。（二）流程中常考的分离提纯技术——萃取、反萃取1.化工流程中常用的分离操作化工流程中分离提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干、蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。2.萃取与反萃取考查角度（1）萃取法分离考查角度 举例 问题萃取操作 的考查 用如图所示的实验装置进行萃取分液，以除去溶液中的Fe3＋。 为使Fe3＋尽可能多地从水相转移至有机相，采取的操作：向装有水溶液的仪器A中加入一定量的有机萃取剂，充分振荡、静置、分液，并重复多次萃取剂 的选择 已知萃取剂A、B及pH对钴、锰离子萃取率的影响如图所示，为了除去Mn2＋，应选择萃取剂BpH范围 的选择 Al3＋、Co2＋的萃取率与pH的关系如图所示。 萃取分离钴、铝离子的实验操作：向萃取分液后的有机相中加稀硫酸调pH＝3～4，分液可得CoSO4溶液，继续向萃取分液后的有机相中加稀硫酸调pH在0.5以下，然后分液，可得Al2（SO4）3溶液归纳总结 ①要除去的离子在萃取剂中的溶解度远大于有效离子的溶解度。②离子在不同的萃取剂中溶解度相差越大越好。③选择合适的pH范围分离离子，要求该pH范围内离子溶解度相差较大（2）反萃取分离考查角度 示例 问题反萃取 的目的 实验室从碘的CCl4溶液中提取I2，可以采用反萃取法，具体步骤如下： 碘单质与浓NaOH溶液发生的反应为3I2＋6NaOH5NaI＋NaIO3＋3H2O，操作A为分液，目的是使CCl4中的I2进入水层；操作B为过滤反萃取剂 的选择 钒及其化合物在工业上有许多用途。从废钒（主要成分为V2O3、V2O5、Fe2O3、FeO、SiO2）中提取五氧化二钒的一种工艺流程如图。 已知：①VOSO4能溶于水，VO2＋与Fe不能反应。 ②有机溶剂H2R对VO2＋及Fe3＋萃取率高，但不能萃取Fe2＋ “溶剂萃取与反萃取”可表示为VO2＋＋H2RVOR＋2H＋。为了提高VO2＋的产率，反萃取剂可选用硫酸2.一种从阳极泥（主要成分为Cu、Ag、Pt、Au、Ag2Se和Cu2S等）中回收Se和贵重金属的工艺流程如图所示：已知：S2易与Ag＋形成配离子：Ag＋＋2S2[Ag（S2O3）2]3－，常温下该反应的平衡常数K＝2.80×1013。滤液Ⅳ中含有Na2SO3和Na2S2O3，则“还原”中发生反应的离子方程式为 。滤液Ⅳ可返回 （填“工序名称”）工序循环使用。但循环多次后，银的浸出率会降低，原因是 （试从平衡原理解释）。（三）流程中Ksp的相关计算1.流程中金属阳离子分离提纯时溶液pH的控制化工流程中常常通过加碱调节溶液pH的方法除去某些金属阳离子，要求被除去的金属阳离子沉淀完全（即其浓度小于10－5mol·L－1），但被提纯的金属阳离子不能同时沉淀出来。因此，需要通过Ksp计算金属阳离子开始沉淀和沉淀完全时的pH，其计算流程：对于M（OH）n，Ksp＝c（Mn＋）·cn（OH－） c（OH－）＝ c（H＋）＝ pH＝－lg c（H＋）。【示例分析】已知：25 ℃时，Ksp[Zn（OH）2]＝10－17，Ksp[Fe（OH）3]＝10－39，要除去0.1 mol·L－1 ZnSO4溶液中混有的少量Fe3＋，应控制溶液的pH范围是 。3.用软锰矿（主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3）制备高纯MnCO3的部分工艺流程如下：已知：用硫酸酸浸后得到的是0.1 mol·L－1MnSO4溶液，其中含有少量FeSO4、Fe2（SO4）3和Al2（SO4）3，25 ℃时相关物质的Ksp见下表。物质 Fe（OH）2 Fe（OH）3 Al（OH）3 Mn（OH）2Ksp 1×10－16.3 1×10－38.6 1×10－32.3 1×10－12.7净化时需加入的试剂X为 （填化学式），再使用氨水调溶液的pH，则调节溶液pH的范围是 。4.工业上以软锰矿（主要成分为MnO2，还含有少量Fe2O3）和辉钼矿（主要成分为MoS2，还含有少量Si、Ni的氧化物）为原料，制备四钼酸铵晶体[（NH4）2Mo4O13·2H2O]和硫酸锰晶体的工艺流程如下。已知：pKsp＝－lg Ksp，常温下，NiS和MnS的pKsp分别为19.4和12.6；lg 2＝0.3。（1）“除铁”后的溶液中c（Mn2＋）＝0.5 mol·L－1，当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10－6 mol·L－1时，可认为已除尽，则“除镍”应控制溶液pH的范围是 [已知pc（S2－）＝－lg c（S2－），该溶液中pc（S2－）和pH的关系为pc（S2－）＝15.1－pH；忽略溶液体积变化]。（2）“萃取”的原理为2R3N（叔胺）＋2H＋＋（R3NH）2MoO4，则“反萃取”中的试剂X最适宜选用 （填字母）。a.稀硫酸 b.（NH4）2SO4溶液c.NaOH溶液 d.氨水2.利用金属阳离子沉淀完全或开始沉淀的pH计算Ksp【示例分析】已知常温下有关金属阳离子开始沉淀和沉淀完全的pH如表：金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋开始沉淀的pH 2.2 3.7 9.5沉淀完全（c＝1.0× 10－5 mol·L－1）的pH 3.2 4.7 11.1（1）常温下，0.01 mol·L－1 Al3＋的溶液开始产生沉淀的pH＝3.7则Ksp[Al（OH）3]＝ 。（2）常温下，Al3＋沉淀完全的pH＝4.7，则Ksp[Al（OH）3]＝ 。5.某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体（NiSO4·7H2O）：溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀时的pH如表所示：金属离子 Ni2＋ Al3＋ Fe3＋ Fe2＋开始沉淀时（c＝0.01 mol·L－1）的pH 7.2 3.7 2.2 7.5沉淀完全时（c＝1.0×10－5 mol·L－1）的pH 8.7 4.7 3.2 9.0利用上述表格数据，计算Ni（OH）2的Ksp＝ （列出计算式）。如果“转化”后的溶液中Ni2＋浓度为1.0 mol·L－1，则“调pH”应控制的pH范围是 。6.磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全时的pH见下表：金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋开始沉淀时的pH 2.2 3.5 9.5 12.4沉淀完全时（c＝1.0×10－5 mol·L－1）的pH 3.2 4.7 11.1 13.8（1）“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是 。（2）“母液①”中Mg2＋浓度为 mol·L－1。大题突破3 化学工艺流程综合题典题示例研析【例1】 （1）使固体和酸充分接触，加快反应速率 （2）1.6×10－4 不能 （3）Fe（OH）3 （4）2Co2＋＋ClO－＋5H2O2Co（OH）3↓＋Cl－＋4H＋ （5）用NaOH调节滤液pH为8.2～12，使锌沉淀完全并过滤解析：（1）“酸浸”时磨碎废渣，能够增大反应物与稀硫酸的接触面积，加快“酸浸”速率。（2）由题给信息可知，此时c（Zn2＋）≤10－5 mol·L－1，则c（S2－）＝≥2.5×10－17 mol·L－1，则c（Co2＋）＝≤1.6×10－4 mol·L－1＜0.10 mol·L－1，Co2＋开始沉淀，故不能实现Zn2＋和Co2＋的完全分离。（3）由已知信息②可知，溶液pH＝4时，Fe3＋全部转化为Fe（OH）3。（4）“沉钴”时，Co2＋与ClO－反应转化为Co（OH）3与Cl－，该反应的离子方程式为2Co2＋＋ClO－＋5H2O2Co（OH）3↓＋Cl－＋4H＋。（5）由已知信息②可知，Zn2＋在pH为8.2～12时以Zn（OH）2沉淀形式析出，故回收Zn（OH）2时应调pH为8.2～12，再过滤分离。【例2】 （1）SiO2 （2）2.8×10－6 （3）NaOH （4）作钠源、中和H2P电离出的H＋ Na＋＋Fe2＋＋H2P＋N＋3OH－NaFePO4↓＋NH3↑＋3H2O解析：（1）SiO2不溶于硫酸，也不与硫酸反应，故酸浸时滤渣主要为SiO2。（2）pH＝3.0，c（OH－）＝10－11 mol·L－1，此时溶液中c（Fe3＋）＝＝ mol·L－1＝2.8×10－6 mol·L－1。（3）“碱沉”控制溶液pH至3.0，所得滤液1主要含有Al3＋、Mg2＋，加入过量X是为了分离二者，结合除杂后Mg2＋转化为Mg（OH）2沉淀、Al3＋进入溶液可知，试剂X为NaOH。（4）结合已知②可知，水解所得滤液2的主要成分为NaOH，其在“水热合成”中可提供Na元素形成NaFePO4，并且OH－可中和H2P电离出的H＋，促进产物的生成。二、（一）提能演练升华1.（1）SiO2 CaSO4 Fe（OH）3 （2）CaSO4 MgSO4解析：（1）当沉淀完全时，离子浓度小于10－5 mol·L－1，结合表格Ksp计算各离子完全沉淀时pH＜5的只有Fe3＋，故滤渣①中有Fe（OH）3，又CaSO4是微溶物，SiO2不溶于酸，故滤渣①的主要成分是Fe（OH）3、CaSO4、SiO2。（2）经分析知，滤渣④为CaF2、MgF2，与浓硫酸反应可得到HF，同时得到的副产物为CaSO4、MgSO4。（二）提能演练升华2.2[Ag（S2O3）2]3－＋S2＋4OH－2Ag↓＋2S＋4S2＋2H2O 溶浸 随循环次数的增加，浸出液中c（S2）减小，c（Cl－）增大，AgCl（s）＋2S2（aq）[Ag（S2O3）2]3－（aq）＋Cl－（aq）平衡向左移动，故银的浸出率降低解析：滤液Ⅲ中[Ag（S2O3）2]3－被Na2S2O4还原为Ag，自身被氧化为Na2SO3，该反应离子方程式为2[Ag（S2O3）2]3－＋S2＋4OH－2Ag↓＋2S＋4S2＋2H2O，故滤液Ⅳ为Na2SO3和Na2S2O3的混合液，可返回“溶浸”工序循环使用；随着循环次数的增加，浸出液中c（S2）减小，c（Cl－）增大，AgCl（s）＋2S2（aq）[Ag（S2O3）2]3－（aq）＋Cl－（aq）平衡向左移动，故银的浸出率降低。（三）1.示例分析计算Fe3＋沉淀完全时的pH：c（OH－）＝＝ mol·L－1≈10－11.3 mol·L－1 c（H＋）＝ mol·L－1＝10－2.7 mol·L－1 pH＝－lg c（H＋）＝2.7计算Zn2＋开始产生沉淀时的pH：c（OH－）＝＝ mol·L－1＝10－8 mol·L－1 c（H＋）＝ mol·L－1＝10－6 mol·L－1 pH＝－lg 10－6＝6因此应控制溶液pH的范围是2.7≤pH＜6。提能演练升华3.H2O2 4.9≤pH＜8.15解析：Mn（OH）2和Fe（OH）2的Ksp相近，因此需加入H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，由于Ksp[Al（OH）3]＞Ksp[Fe（OH）3]，故需计算Al3＋沉淀完全和Mn2＋开始产生沉淀的pH，Al3＋沉淀完全时，c（OH－）＝＝ mol·L－1＝10－9.1 mol·L－1 c（H＋）＝＝ mol·L－1＝10－4.9 mol·L－1 pH＝－lg 10－4.9＝4.9，Mn2＋开始产生沉淀时，c（OH－）＝＝ mol·L－1＝10－5.85 mol·L－1 c（H＋）＝ mol·L－1＝10－8.15 mol·L－1 pH＝－lg 10－8.15＝8.15。4.（1）1.7～2.8 （2） d解析：（1）由硫化锰的溶度积可知，溶液中锰离子浓度为0.5 mol·L－1时，溶液中pc（S2－）＝pKsp（MnS）－pc（Mn2＋）＝12.6－0.3＝12.3，则pH＝15.1－12.3＝2.8，由硫化镍的溶度积可知，溶液中镍离子完全沉淀时，溶液中pc（S2－）＝pKsp（NiS）－pc（Ni2＋）＝19.4－6＝13.4，则pH＝15.1－13.4＝1.7，则溶液中pH的范围为1.7～2.8。（2）由萃取方程式可知，加入氨水能中和溶液中的氢离子，使平衡向逆反应方向移动，有利于四钼酸铵的生成，且不引入新杂质，故选d。2.示例分析（1）pH＝3.7 c（H＋）＝10－3.7 mol·L－1 c（OH－）＝＝10－10.3 mol·L－1 Ksp[Al（OH）3]＝c（Al3＋）·c3（OH－）＝0.01×（10－10.3）3＝10－32.9。（2）pH＝4.7 c（H＋）＝10－4.7 mol·L－1 c（OH－）＝＝10－9.3 mol·L－1 Ksp[Al（OH）3]＝c（Al3＋）·c3（OH－）＝10－5×（10－9.3）3＝10－32.9。提能演练升华5.0.01×（107.2－14）2[或10－5×（108.7－14）2] 3.2≤pH＜6.2解析：0.01 mol·L－1 Ni2＋开始沉淀时，pH＝7.2，c（H＋）＝10－7.2 mol·L－1，c（OH－）＝mol·L－1，Ksp＝c（Ni2＋）·c2（OH－）＝0.01×（107.2－14）2＝10－15.6，或利用Ni2＋沉淀完全时的pH计算得Ksp＝10－5×（108.7－14）2＝10－15.6。当c（Ni2＋）＝1.0 mol·L－1时，若不生成Ni（OH）2沉淀，则c（OH－）＜ mol·L－1＝10－7.8 mol·L－1，即c（H＋）＞10－6.2 mol·L－1 pH＜6.2，同时应调节pH≥3.2以除去Fe3＋，故pH应控制的范围是3.2≤pH＜6.2。6.（1）Fe3＋、Al3＋、Mg2＋ （2）1.0×10－6解析：（1）由题表中Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、Ca2＋开始沉淀时的pH分别为2.2、3.5、9.5、12.4可知，用氨水逐步调节pH至11.6的过程中，依次析出的金属离子是Fe3＋、Al3＋、Mg2＋。（2）依据Mg2＋完全沉淀时的pH＝11.1，可知此时c（OH－）＝10－2.9 mol·L－1，此时c（Mg2＋）＝10－5 mol·L－1，则Ksp[Mg（OH）2]＝c（Mg2＋）·c2（OH－）＝10－10.8，用氨水逐步调节pH至11.6时，c（OH－）＝10－2.4 mol·L－1，则母液①中c（Mg2＋）＝＝10－6 mol·L－1。7 / 7(共51张PPT)大题突破3 化学工艺流程综合题高中总复习·化学 该题型以工艺流程图的形式再现实际生产的关键环节，情境真实而富有意义，旨在引导学生学以致用，解决生产、生活中的实际问题，有利于培养学生的科学精神和社会责任感。考查的知识多为产物的判断，陌生化学方程式、离子方程式或电极反应式的书写，温度控制在一定范围的原因分析，溶度积常数的有关计算等。工艺流程题是高考的热点题型，综合性强，难度较大，是高考试卷中的拉分题目之一。（2024·全国甲卷26题节选）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10－5 mol·L－1，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。已知：①Ksp（CuS）＝6.3×10－36，Ksp（ZnS）＝2.5×10－22，Ksp（CoS）＝4.0×10－21。②以氢氧化物形式沉淀时，lg[c（M）/（mol·L－1）]和溶液pH的关系如图所示。（1）“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是 。解析： “酸浸”时磨碎废渣，能够增大反应物与稀硫酸的接触面积，加快“酸浸”速率。使固体和酸充分接触，加快反应速率回答下列问题：（2）假设“沉铜”后得到的滤液中c（Zn2＋）和c（Co2＋）均为0.10mol·L－1，向其中加入Na2S至Zn2＋沉淀完全，此时溶液中c（Co2＋）＝ mol·L－1，据此判断能否实现Zn2＋和Co2＋的完全分离 （填“能”或“不能”）。解析：由题给信息可知，此时c（Zn2＋）≤10－5 mol·L－1，则c（S2－）＝ ≥2.5×10－17 mol·L－1，则c（Co2＋）＝ ≤1.6×10－4 mol·L－1＜0.10 mol·L－1，Co2＋开始沉淀，故不能实现Zn2＋和Co2＋的完全分离。1.6×10－4不能（3）“沉淀”步骤中，用NaOH调pH＝4，分离出的滤渣是 。解析：由已知信息②可知，溶液pH＝4时，Fe3＋全部转化为Fe（OH）3。Fe（OH）3（4）“沉钴”步骤中，控制溶液pH＝5.0～5.5，加入适量的NaClO氧化Co2＋，其反应的离子方程式为 。解析： “沉钴”时，Co2＋与ClO－反应转化为Co（OH）3与Cl－，该反应的离子方程式为2Co2＋＋ClO－＋5H2O 2Co（OH）3↓＋Cl－＋4H＋。2Co2＋＋ClO－＋5H2O 2Co（OH）3↓＋Cl－＋4H＋（5）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 。解析：由已知信息②可知，Zn2＋在pH为8.2～12时以Zn（OH）2沉淀形式析出，故回收Zn（OH）2时应调pH为8.2～12，再过滤分离。用NaOH调节滤液pH为8.2～12，使锌沉淀完全并过滤（2024·贵州高考16题节选）煤气化渣属于大宗固废，主要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2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NaFePO4和回收Al2O3的流程如下：①25 ℃时，Ksp[Fe（OH）3]＝2.8×10－39，Ksp[Al（OH）3]＝1.3×10－33，Ksp[Mg（OH）2]＝5.6×10－12；②2Na[Al（OH）4]（aq） Al2O3·3H2O（s）＋2NaOH（aq）。已知：回答下列问题：（1）“滤渣”的主要成分为 （填化学式）。SiO2不溶于硫酸，也不与硫酸反应，故酸浸时滤渣主要为SiO2。SiO2解析：（2）25 ℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0，此时溶液中c（Fe3＋）＝ mol·L－1。解析：pH＝3.0，c（OH－）＝10－11 mol·L－1，此时溶液中c（Fe3＋）＝＝ mol·L－1＝2.8×10－6 mol·L－1。2.8×10－6 （3）“除杂”时需加入的试剂X是 。解析：“碱沉”控制溶液pH至3.0，所得滤液1主要含有Al3＋、Mg2＋，加入过量X是为了分离二者，结合除杂后Mg2＋转化为Mg（OH）2沉淀、Al3＋进入溶液可知，试剂X为NaOH。（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 。NaOH作钠源、中和H2P 电离出的H＋Na＋＋Fe2＋＋H2P ＋N ＋3OH－NaFePO4↓＋NH3↑＋3H2O解析：结合已知②可知，水解所得滤液2的主要成分为NaOH，其在“水热合成”中可提供Na元素形成NaFePO4，并且OH－可中和H2P 电离出的H＋，促进产物的生成。一、明确试题模式，建立思维模型1. 明确试题模式图1箭头表示反应物加入和生成物出来；图2箭头表示反应物分步加入和生成物出来；图3箭头表示循环反应。2. “元素追踪法”速析工艺流程图通过对比原料及目标产品中的元素组成，先将元素分为“产品元素”和“杂质元素”，再追踪原料中和目标产品中均存在的元素，即追踪“产品元素”。二、热点考查分类突破（一）流程中滤渣成分的确定 滤渣成分判断的三个维度举例 滤渣的成分维度1 过量的反应物 以电石渣[主要成分为Ca（OH）2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如图：CaCO3、Ca（OH）2举例 滤渣的成分维度2 原料中不参与反应的物质及生成物 某粉煤灰经预处理后含Cu2O、SiO2、Al2O3、FeO等化合物，一种综合利用工艺设计的流程如下： 已知：Cu2O＋2H＋ Cu＋Cu2＋＋H2O 滤渣Ⅰ为SiO2、Cu举例 滤渣的成分维度3 杂质转化的物质 工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁[Fe（OH）SO4，易溶于水]的工艺流程如图：Al（OH）31. 硫酸锌（ZnSO4）是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备，菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下：离子 KspFe3＋ 4.0×10－38Zn2＋ 6.7×10－17Cu2＋ 2.2×10－20Fe2＋ 8.0×10－16Mg2＋ 1.8×10－11本题中所涉及离子的氢氧化物的溶度积常数如下表：（1）加入物质X[Ca（OH）2]调溶液pH＝5，滤渣①的主要成分是 、 、 。解析：当沉淀完全时，离子浓度小于10－5 mol·L－1，结合表格Ksp计算各离子完全沉淀时pH＜5的只有Fe3＋，故滤渣①中有Fe（OH）3，又CaSO4是微溶物，SiO2不溶于酸，故滤渣①的主要成分是Fe（OH）3、CaSO4、SiO2。（2）滤渣④与浓硫酸反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是 、 。解析：经分析知，滤渣④为CaF2、MgF2，与浓硫酸反应可得到HF，同时得到的副产物为CaSO4、MgSO4。SiO2CaSO4Fe（OH）3CaSO4MgSO4（二）流程中常考的分离提纯技术——萃取、反萃取1. 化工流程中常用的分离操作化工流程中分离提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干、蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。2. 萃取与反萃取考查角度（1）萃取法分离考查 角度 举例 问题萃取操作的 考查 用如图所示的实验装置进行萃取分液，以除去溶液中的Fe3＋。 为使Fe3＋尽可能多地从水相转移至有机相，采取的操作：向装有水溶液的仪器A中加入一定量的有机萃取剂，充分振荡、静置、分液，并重复多次考查 角度 举例 问题萃取剂 的选择 已知萃取剂A、B及pH对钴、锰离子萃取率的影响如图所示，为了除去Mn2＋，应选择萃取剂B考查角度 举例 问题pH范围的选择 Al3＋、Co2＋的萃取率与pH的关系如图所示。 萃取分离钴、铝离子的实验操作：向萃取分液后的有机相中加稀硫酸调pH＝3～4，分液可得CoSO4溶液，继续向萃取分液后的有机相中加稀硫酸调pH在0.5以下，然后分液，可得Al2（SO4）3溶液归纳总结 ①要除去的离子在萃取剂中的溶解度远大于有效离子的溶解度。②离子在不同的萃取剂中溶解度相差越大越好。③选择合适的pH范围分离离子，要求该pH范围内离子溶解度相差较大（2）反萃取分离考查角度 示例 问题反萃取的目的 实验室从碘的CCl4溶液中提取I2，可以采用反萃取法，具体步骤如下：碘单质与浓NaOH溶液发生的反应为3I2＋6NaOH 5NaI＋NaIO3＋3H2O，操作A为分液，目的是使CCl4中的I2进入水层；操作B为过滤考查角度 示例 问题反萃取剂 的选择 钒及其化合物在工业上有许多用途。从废钒（主要成分为V2O3、V2O5、Fe2O3、FeO、SiO2）中提取五氧化二钒的一种工艺流程如图。已知：①VOSO4能溶于水，VO2＋与Fe不能反应。 ②有机溶剂H2R对VO2＋及Fe3＋萃取率高，但不能萃取Fe2＋ “溶剂萃取与反萃取”可表示为VO2＋＋H2R VOR＋2H＋。为了提高VO2＋的产率，反萃取剂可选用硫酸2. 一种从阳极泥（主要成分为Cu、Ag、Pt、Au、Ag2Se和Cu2S等）中回收Se和贵重金属的工艺流程如图所示：已知：S2 易与Ag＋形成配离子：Ag＋＋2S2 [Ag（S2O3）2]3－，常温下该反应的平衡常数K＝2.80×1013。滤液Ⅳ中含有Na2SO3和Na2S2O3，则“还原”中发生反应的离子方程式为 。滤液Ⅳ可返回 （填“工序名称”）工序循环使用。但循环多次后，银的浸出率会降低，原因是 （试从平衡原理解释）。2[Ag（S2O3）2]3－＋S2 ＋4OH－ 2Ag↓＋2S ＋4S2 ＋2H2O溶浸随循环次数的增加，浸出液中c（S2 ）减小，c（Cl－）增大，AgCl（s）＋2S2 （aq） [Ag（S2O3）2]3－（aq）＋Cl－（aq）平衡向左移动，故银的浸出率降低解析：滤液Ⅲ中[Ag（S2O3）2]3－被Na2S2O4还原为Ag，自身被氧化为Na2SO3，该反应离子方程式为2[Ag（S2O3）2]3－＋S2 ＋4OH－2Ag↓＋2S ＋4S2 ＋2H2O，故滤液Ⅳ为Na2SO3和Na2S2O3的混合液，可返回“溶浸”工序循环使用；随着循环次数的增加，浸出液中c（S2 ）减小，c（Cl－）增大，AgCl（s）＋2S2 （aq） [Ag（S2O3）2]3－（aq）＋Cl－（aq）平衡向左移动，故银的浸出率降低。（三）流程中Ksp的相关计算1. 流程中金属阳离子分离提纯时溶液pH的控制化工流程中常常通过加碱调节溶液pH的方法除去某些金属阳离子，要求被除去的金属阳离子沉淀完全（即其浓度小于10－5mol·L－1），但被提纯的金属阳离子不能同时沉淀出来。因此，需要通过Ksp计算金属阳离子开始沉淀和沉淀完全时的pH，其计算流程：对于M（OH）n，Ksp＝c（Mn＋）·cn（OH－） c（OH－）＝ c（H＋）＝ pH＝－lg c（H＋）。【示例分析】已知：25 ℃时，Ksp[Zn（OH）2]＝10－17，Ksp[Fe（OH）3]＝10－39，要除去0.1 mol·L－1 ZnSO4溶液中混有的少量Fe3＋，应控制溶液的pH范围是 。提示：计算Fe3＋沉淀完全时的pH：c（OH－）＝ ＝ mol·L－1≈10－11.3 mol·L－1 c（H＋）＝ mol·L－1＝10－2.7 mol·L－1 pH＝－lg c（H＋）＝2.7计算Zn2＋开始产生沉淀时的pH：c（OH－）＝ ＝mol·L－1＝10－8 mol·L－1 c（H＋）＝ mol·L－1＝10－6 mol·L－1 pH＝－lg 10－6＝6因此应控制溶液pH的范围是2.7≤pH＜6。3. 用软锰矿（主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3）制备高纯MnCO3的部分工艺流程如下：物质 Fe（OH）2 Fe（OH）3 Al（OH）3 Mn（OH）2Ksp 1×10－16.3 1×10－38.6 1×10－32.3 1×10－12.7净化时需加入的试剂X为 （填化学式），再使用氨水调溶液的pH，则调节溶液pH的范围是 。H2O24.9≤pH＜8.15已知：用硫酸酸浸后得到的是0.1 mol·L－1MnSO4溶液，其中含有少量FeSO4、Fe2（SO4）3和Al2（SO4）3，25 ℃时相关物质的Ksp见下表。解析：Mn（OH）2和Fe（OH）2的Ksp相近，因此需加入H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，由于Ksp[Al（OH）3]＞Ksp[Fe（OH）3]，故需计算Al3＋沉淀完全和Mn2＋开始产生沉淀的pH，Al3＋沉淀完全时，c（OH－）＝＝ mol·L－1＝10－9.1 mol·L－1 c（H＋）＝ ＝ mol·L－1＝10－4.9 mol·L－1 pH＝－lg 10－4.9＝4.9，Mn2＋开始产生沉淀时，c（OH－）＝ ＝ mol·L－1＝10－5.85 mol·L－1 c（H＋）＝ mol·L－1＝10－8.15 mol·L－1 pH＝－lg 10－8.15＝8.15。4. 工业上以软锰矿（主要成分为MnO2，还含有少量Fe2O3）和辉钼矿（主要成分为MoS2，还含有少量Si、Ni的氧化物）为原料，制备四钼酸铵晶体[（NH4）2Mo4O13·2H2O]和硫酸锰晶体的工艺流程如下。已知：pKsp＝－lg Ksp，常温下，NiS和MnS的pKsp分别为19.4和12.6；lg 2＝0.3。（1）“除铁”后的溶液中c（Mn2＋）＝0.5 mol·L－1，当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10－6 mol·L－1时，可认为已除尽，则“除镍”应控制溶液pH的范围是 [已知pc（S2－）＝－lg c（S2－），该溶液中pc（S2－）和pH的关系为pc（S2－）＝15.1－pH；忽略溶液体积变化]。解析：由硫化锰的溶度积可知，溶液中锰离子浓度为0.5 mol·L－1时，溶液中pc（S2－）＝pKsp（MnS）－pc（Mn2＋）＝12.6－0.3＝12.3，则pH＝15.1－12.3＝2.8，由硫化镍的溶度积可知，溶液中镍离子完全沉淀时，溶液中pc（S2－）＝pKsp（NiS）－pc（Ni2＋）＝19.4－6＝13.4，则pH＝15.1－13.4＝1.7，则溶液中pH的范围为1.7～2.8。1.7～2.8（2）“萃取”的原理为2R3N（叔胺）＋2H＋＋ （R3NH）2MoO4，则“反萃取”中的试剂X最适宜选用 （填字母）。a.稀硫酸 b.（NH4）2SO4溶液c.NaOH溶液 d.氨水解析：由萃取方程式可知，加入氨水能中和溶液中的氢离子，使平衡向逆反应方向移动，有利于四钼酸铵的生成，且不引入新杂质，故选d。d 2. 利用金属阳离子沉淀完全或开始沉淀的pH计算Ksp【示例分析】已知常温下有关金属阳离子开始沉淀和沉淀完全的pH如表：金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋开始沉淀的pH 2.2 3.7 9.5沉淀完全（c＝1.0×10－5 mol·L－1）的pH 3.2 4.7 11.1（1）常温下，0.01 mol·L－1 Al3＋的溶液开始产生沉淀的pH＝3.7则Ksp[Al（OH）3]＝ 。提示：pH＝3.7 c（H＋）＝10－3.7 mol·L－1 c（OH－）＝ ＝10－10.3 mol·L－1 Ksp[Al（OH）3]＝c（Al3＋）·c3（OH－）＝0.01×（10－10.3）3＝10－32.9。（2）常温下，Al3＋沉淀完全的pH＝4.7，则Ksp[Al（OH）3]＝ 。提示：pH＝4.7 c（H＋）＝10－4.7 mol·L－1 c（OH－）＝ ＝10－9.3 mol·L－1 Ksp[Al（OH）3]＝c（Al3＋）·c3（OH－）＝10－5×（10－9.3）3＝10－32.9。5. 某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体（NiSO4·7H2O）：金属离子 Ni2＋ Al3＋ Fe3＋ Fe2＋开始沉淀时（c＝0.01 mol·L－1）的pH 7.2 3.7 2.2 7.5沉淀完全时（c＝1.0×10－5 mol·L－1）的pH 8.7 4.7 3.2 9.0利用上述表格数据，计算Ni（OH）2的Ksp＝ （列出计算式）。如果“转化”后的溶液中Ni2＋浓度为1.0 mol·L－1，则“调pH”应控制的pH范围是 。0.01×（107.2－14）2[或10－5×（108.7－14）2] 3.2≤pH＜6.2溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀时的pH如表所示：解析：0.01 mol·L－1 Ni2＋开始沉淀时，pH＝7.2，c（H＋）＝10－7.2 mol·L－1，c（OH－）＝ mol·L－1，Ksp＝c（Ni2＋）·c2（OH－）＝0.01×（107.2－14）2＝10－15.6，或利用Ni2＋沉淀完全时的pH计算得Ksp＝10－5×（108.7－14）2＝10－15.6。当c（Ni2＋）＝1.0 mol·L－1时，若不生成Ni（OH）2沉淀，则c（OH－）＜ mol·L－1＝10－7.8 mol·L－1，即c（H＋）＞10－6.2 mol·L－1 pH＜6.2，同时应调节pH≥3.2以除去Fe3＋，故pH应控制的范围是3.2≤pH＜6.2。6. 磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋开始沉淀时的pH 2.2 3.5 9.5 12.4沉淀完全时（c＝1.0×10－5mol·L－1）的pH 3.2 4.7 11.1 13.8（1）“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是 。解析：由题表中Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、Ca2＋开始沉淀时的pH分别为2.2、3.5、9.5、12.4可知，用氨水逐步调节pH至11.6的过程中，依次析出的金属离子是Fe3＋、Al3＋、Mg2＋。Fe3＋、Al3＋、Mg2＋该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全时的pH见下表：（2）“母液①”中Mg2＋浓度为 mol·L－1。解析：依据Mg2＋完全沉淀时的pH＝11.1，可知此时c（OH－）＝10－2.9 mol·L－1，此时c（Mg2＋）＝10－5 mol·L－1，则Ksp[Mg（OH）2]＝c（Mg2＋）·c2（OH－）＝10－10.8，用氨水逐步调节pH至11.6时，c（OH－）＝10－2.4 mol·L－1，则母液①中c（Mg2＋）＝ ＝10－6 mol·L－1。1.0×10－6THANKS演示完毕 感谢观看 展开更多...... 收起↑ 资源列表 大题突破3?化学工艺流程综合题.docx 大题突破3?化学工艺流程综合题.pptx
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