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大题突破三　化学工艺流程题
真｜题｜研｜析
1. （2024·广东高考18题节选）镓（Ga）在半导体、记忆合金等高精尖材
料领域有重要应用。一种从电解铝的副产品炭渣（含C、Na、Al、F和
少量的Ga、Fe、K、Ca等元素）中提取镓及循环利用铝的工艺如下。
工艺中，LAEM是一种新型阴离子交换膜，允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用LAEM提取金属离子Mn＋的原理如图。已知：
①pKa（HF）＝3.2。
②Na3[AlF6]（冰晶石）的Ksp为4.0×10－10。
③浸取液中，Ga（Ⅲ）和Fe（Ⅲ）以[MClm]（m－3）－（m＝0～4）
微粒形式存在，Fe2＋最多可与2个Cl－配位，其他金属离子与Cl－的
配位可忽略。
（1）“电解”中，反应的化学方程式为
。
2Al2O3（熔融）　 4Al
＋3O2↑
解析：
（1）“电解”是电解熔融的氧化铝冶炼铝单质，反应的化学方程
式为2Al2O3（熔融） 4Al＋3O2↑。
（2）“浸取”中，由Ga3＋形成[GaCl4]－的离子方程式为
。
解析： “浸取”中，Ga3＋与Cl－结合形成[GaCl4]－，离子方程式为
Ga3＋＋4Cl－ [GaCl4]－。
Ga3＋＋4Cl－
[GaCl4]－
（3）“还原”的目的：避免 元素以 （填化学式）
微粒的形式通过LAEM，从而有利于Ga的分离。
解析：由已知信息可知，浸取液中，Ga（Ⅲ）和Fe（Ⅲ）以
[MClm]（m－3）－（m＝0～4）微粒形式存在，为了避免铁元素以
[FeCl4]－的形式通过LAEM，需要加入铝片还原Fe3＋，从而有利
于Ga的分离。
铁
[FeCl4]－
（4）“LAEM提取”中，原料液的Cl－浓度越 ，越有利于Ga的提
取；研究表明，原料液酸度过高，会降低Ga的提取率。因此，在
不提高原料液酸度的前提下，可向Ⅰ室中加入 （填化学
式），以进一步提高Ga的提取率。
解析：由LAEM允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区
知，原料液中的Cl－浓度越高，越有利于Ga的提取；在不提高原
料液酸度的前提下，同时为了不引入新杂质，可向Ⅰ室中加入
NaCl，提高Cl－浓度，从而进一步提高Ga的提取率。
高
NaCl
（5）“调pH”中，pH至少应大于 ，使溶液中c（F－）＞c（HF），有利于[AlF6]3－配离子及Na3[AlF6]晶体的生成。若“结晶”后溶液中c（Na＋）＝0.10 mol·L－1，则[AlF6]3－浓度为 mol·L－1。
3.2
4.0×10－7
解析：由pKa（HF）＝3.2，知Ka（HF）＝ ＝10－3.2，为了使溶液中c（F－）＞c（HF），c（H＋）＝ ×10－3.2 mol·L－1＜10－3.2 mol·L－1，故pH至少应大于3.2；根据Na3[AlF6]（冰晶石）的Ksp为4.0×10－10，知c（[AlF6]3－）＝ ＝ mol·L－1＝4.0×10－7 mol·L－1。
2. （2024·山东高考18题）以铅精矿（含PbS、Ag2S等）为主要原料提取金
属Pb和Ag的工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）“热浸”时，难溶的PbS和Ag2S转化为[PbCl4]2－和[AgCl2]－及单
质硫。溶解等物质的量的PbS和Ag2S时，消耗Fe3＋物质的量之比
为 ；溶液中盐酸浓度不宜过大，除防止“热浸”时HCl挥
发外，另一目的是防止产生 （填化学式）。
解析：“热浸”时，Fe3＋将PbS和Ag2S中－2价的硫氧化为单质硫，Fe3＋被还原为Fe2＋，在这个过程中Pb和Ag的化合价保持不变，等物质的量的PbS和Ag2S中，S2－的物质的量相等，所以溶解等物质的量的PbS和Ag2S时，消耗Fe3＋的物质的量相等，比值为1∶1；溶液中盐酸浓度过大，会生成H2S气体。
1∶1
H2S
（2）将“过滤Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反复用饱和食盐水热溶，电解所得
溶液可制备金属Pb，“电解Ⅰ”阳极产物用尾液吸收后在工艺中循
环使用，利用该吸收液的操作单元为 。
解析：“过滤Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反复用饱和食盐水热溶，会转化为[PbCl4]2－，电解[PbCl4]2－溶液制备金属Pb，Pb在阴极产生，阳极Cl－放电产生Cl2，尾液为含FeCl2的食盐水，FeCl2吸收Cl2后转化为FeCl3，可以在热浸中循环使用。
热浸
（3）“还原”中加入铅精矿的目的是 。
解析： “过滤Ⅱ”所得的滤液中有过量的未反应的Fe3＋，根
据还原之后可以得到含硫滤渣，“还原”中加入铅精矿的目的是
将过量的Fe3＋还原为Fe2＋。
将过量的Fe3＋还原为Fe2＋
（4）“置换”中可选用的试剂X为 （填字母）。
A. Al B. Zn
C. Pb D. Ag
“置换”反应的离子方程式为
。
C
Pb＋2[AgCl2]－ 2Ag＋
[PbCl4]2－
解析： “置换”中加入试剂X可以得到富银铅泥，为了防止引入其他杂质，试剂X应为Pb，发生的反应为Pb＋2[AgCl2]－ 2Ag＋[PbCl4]2－。
（5）“电解Ⅱ”中将富银铅泥制成电极板，用作 （填“阴极”
或“阳极”）。
解析：“电解Ⅱ”中将富银铅泥制成电极板，应作为阳极板，阳极铅放电失电子转化为Pb2＋，银变成阳极泥而沉降下来，Pb2＋在阴极得电子转化为Pb，从而把Ag和Pb分离开。
阳极
　　预测2025年高考仍会采用工艺流程图的形式，以元素化合物知识为载
体，围绕原料的预处理考查影响速率的因素；围绕经济原则考查循环利
用；围绕产品纯度考查物质的分离提纯（调pH、结晶、过滤、洗涤）；围
绕核心反应或副反应考查物质变化及定量关系；陌生方程式的书写及Ksp计
算是化工流程题的重要组成部分，也是失分较多的能力点。
1. 挖掘题干信息，分析原材料，确定主要成分及所含杂质。
2. 原材料预处理，通过酸浸和碱浸等手段，完成初步分离。
3. 分析核心反应，通过氧化、中和及离子交换等手段完成主要物质到产物
的转化。
4. 产品的分离与提纯及含量测定，通过沉淀、结晶及煅烧等手段，得到粗
品，通过滴定等定量过程，完成含量测定。
能｜力｜进｜阶
1. （2024·湖北鄂东南省级示范联盟一模）高纯AlF3具有强的抗反射、抗
氧化、抗老化的特性，可用于光学镀膜等对纯度要求较高的领域。以氟
硅酸制备高纯AlF3的工艺流程如下：
熔点/℃ 沸点/℃ 性质
SiF4 －90 －86 都易水解
SiCl4 －70 57.6 AlF3 1 040 1 537 AlCl3 194 178（升华） 已知：
（1）纯H2SiF6不稳定，易分解为HF和 ，但其水溶液可以较稳
定存在，能完全电离成H＋和Si ，Si 中心原子的配位数
为 。
解析：根据原子守恒，纯H2SiF6不稳定，易分解为HF和SiF4；一个硅周围有六个F，则Si 中心原子的配位数为6。
SiF4
6
回答下列问题：
（2）Na2SiF6在热水中会发生水解，得到两种弱酸和一种盐，写出其发
生的化学方程式： 。
解析：Na2SiF6在热水中会发生水解，得到两种弱酸和一种盐，即硅酸、HF和氟化钠，化学方程式为Na2SiF6＋3H2O H2SiO3＋2NaF＋4HF。
（3）若没有“干燥”工序，会导致“热分解”产生的SiF4纯度降低，
其原因是 。
解析：因为Na2SiF6、SiF4发生水解，所以若没有“干燥”工序，会导致“热分解”产生的SiF4纯度降低。
Na2SiF6＋3H2O H2SiO3＋2NaF＋4HF
Na2SiF6、SiF4发生水解
（4）“热分解”工序若采用直接加热分解的方式，会观察到生成的副
产品1熔融包裹着未分解的物质，且发现随着时间延长分解效率增
加不明显，解释原因

。
解析：未分解的Na2SiF6被熔融物包裹后，达不到Na2SiF6热解温度（或者被包裹的Na2SiF6部分分解，产生的SiF4气体不能及时逸出，抑制分解过程进行）。
未分解的Na2SiF6被熔融物包裹后，达不到
Na2SiF6热解温度（或者被包裹的Na2SiF6部分分解，产生的SiF4气
体不能及时逸出，抑制分解过程进行）
解析：SiF4、SiCl4、AlCl3沸点都在200 ℃以下，而AlF3沸点很高，所以为了提升产品纯度，反应温度应该控制在300～400 ℃。
（5）“合成”时，为了提升产品纯度，反应温度应该控制在 ℃。
a.50～150　　b.300～400　　c.1 500～1 600
b
（6）在1 100～1 400 ℃的条件下，将副产品2与H2、O2反应，可制得光
导纤维的主要成分，反应的化学方程式为
。
解析：3SiF4＋4AlCl3 3SiCl4＋4AlF3，则副产品2是SiCl4，SiCl4与H2、O2反应，可制得SiO2的化学方程式为SiCl4＋
2H2＋O2 SiO2＋4HCl。
SiCl4＋2H2＋
O2　 SiO2＋4HCl
2. （2024·咸阳三模）四羟基合铝酸铋{Bi[Al（OH）4]3}主要用作抗酸药
及抗溃疡药，具有中和胃酸和收敛作用。以辉铋矿（主要成分为Bi2S3，
含有SiO2、Cu2S、FeS2等杂质）为原料制备四羟基合铝酸铋的一种工艺
流程如图：
②Cu（OH）2能溶于氨水生成[Cu（NH3）4]2＋。
③Sn2＋和Sn4＋在碱性溶液中分别以[Sn（OH）4]2－和[Sn（OH）6]2－的
形式存在。
已知：①常温下，Cu（OH）2、Fe（OH）2、Fe（OH）3和Bi（OH）3
的Ksp分别为2.0×10－20、4.0×10－16、4.0×10－38和8.0×10－31，lg 2
＝0.3。
请回答下列问题：
（1）酸浸时加入FeCl3的目的是
，FeCl3与Cu2S反应的化学方程式为
。
将金属硫化物中的硫元素氧化为S单
质
4FeCl3＋Cu2S S↓＋
4FeCl2＋2CuCl2
解析：由题给流程可知，辉铋矿中加入氯化铁和盐酸的混合溶液浸取时，金属硫化物转化为硫和可溶性金属氯化物，二氧化硅与混合溶液不反应，过滤得到含有硫、二氧化硅的滤渣1和滤液；向滤液中加入铋，将溶液中的铁离子还原为亚铁离子，过滤得到滤液；调节滤液的pH，将铋离子、铜离子转化为氢氧化铋、氢氧化铜沉淀，过滤得到含有亚铁离子的滤液和滤渣；向滤渣中加入氨水，将Cu（OH）2转化为[Cu（NH3）4]2＋，过滤得到含有四氨合铜离子的滤液和氢氧化铋；氢氧化铋溶于稀硝酸得到硝酸铋溶
液，硝酸铋溶液与四羟基合铝酸钠反应制得四羟基合铝酸铋。（1）由于FeCl3中的Fe3＋具有氧化性，能将硫化物中的硫元素氧化为S单质，故酸浸时加入FeCl3的目的是将金属硫化物中的硫元素氧化为S单质；FeCl3与Cu2S反应的化学方程式为4FeCl3＋Cu2S S↓＋4FeCl2＋2CuCl2。
（2）滤渣1为 （填化学式）。
解析：滤渣1为S和SiO2。
S、SiO2
（3）“还原”时，加入铋的目的是
。
解析：“还原”时，加入铋的目的是将溶液中的Fe3＋还原为Fe2＋，防止沉铋时有Fe（OH）3生成。
将Fe3＋还原为Fe2＋，防止沉铋时
有Fe（OH）3生成
（4）“沉淀”前，若滤液中Cu2＋浓度为0.005 mol·L－1，Fe2＋浓度为
0.01 mol·L－1，则“沉淀”时溶液pH的最大值应小于 。
解析：由溶度积可知，当Fe2＋开始沉淀时，溶液中，c（OH－）＝ mol·L－1＝2.0×10－7 mol·L－1，溶液pH约为7.3，
则“沉淀”时调pH的最大值应小于7.3。
7.3
（5）“碱溶”时加入的试剂为 （填名称），目的是
。
氨水
将Cu
（OH）2转化为[Cu（NH3）4]2＋
解析：“碱溶”时加入的试剂为氨水，将Cu（OH）2转化为 。
（6）在碱性溶液中，可用[Sn（OH）4]2－鉴定Bi3＋存在，反应中Bi3＋
被还原为Bi，写出该反应的离子方程式
。
2Bi3＋＋3[Sn（OH）4]2
－＋6OH－ 2Bi↓＋3[Sn（OH）6]2－
解析：碱性溶液中 [Sn（OH）4]2－与Bi3＋反应生成Bi和[Sn（OH）6]2－，反应的离子方程式为2Bi3＋＋3[Sn（OH）4]2－＋6OH－ 2Bi↓＋3[Sn（OH）6]2－。

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