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(共44张PPT)
主观题突破(一)　工艺流程
【真题精研 命题解码】
(2025·山东卷)采用两段焙烧—水浸法从铁锰氧化矿(主要含Fe2O3、MnO2及Co、Cu、Ca、Si等元素的氧化物)分离提取Cu、Co、Mn 等元素,工艺流程如下:
已知:该工艺条件下,(NH4)2SO4低温分解生成NH4HSO4,高温则完全分
解为气体;Fe2(SO4)3在650 ℃完全分解,其他金属硫酸盐分解温度均高
于700 ℃ 。回答下列问题:
(1)“低温焙烧”时金属氧化物均转化为硫酸盐。MnO2与NH4HSO4
反应转化为MnSO4时有N2生成 ,该反应的化学方程式为__________________________________________________。“高温
焙烧”温度为650 ℃,“水浸”所得滤渣主要成分除SiO2外还含有
_______________(填化学式)。
3MnO2+3NH4HSO4 3MnSO4+N2↑+NH3↑+6H2O
Fe2O3、CaSO4
(2)在(NH4)2SO4投料量不变的情况下,与两段焙烧工艺相比,直接“高温
焙烧”,“水浸”时金属元素的浸出率 ______(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)HR萃取Cu2+反应为2HR(有机相)+Cu2+(水相) CuR2(有机相)
+2H+(水相)。 “反萃取”时加入的试剂为________ (填化学式)。
减小
H2SO4
(4)“沉钴”中,pH=4时Co2+恰好沉淀完全[c(Co2+)=1×10 5 mol·L 1],
则此时溶液中c(H2S)=________mol·L 1。已知:Ka1(H2S)=1×10 7,
Ka2(H2S)=1×10 13,Ksp(CoS)=4×10 21 。CoS“溶解”时发生反应的
离子方程式为_________________________________。
(5)“沉锰”所得滤液并入“吸收”液中,经处理后所得产品导入__________
(填操作单元名称)循环利用。
CoS+H2O2+2H+===Co2++S+2H2O
低温焙烧
4×10 4
【解析】采用两段焙烧—水浸法从铁锰氧化矿中分离提取Cu、Co、Mn等元素,加入硫酸铵低温焙烧,金属氧化物均转化为硫酸盐,如硫酸锰、硫酸铁、硫酸钴、硫酸钙等,产生的气体有氨气、氮气等,氨气用稀硫酸吸收,得到硫酸铵溶液,得到的硫酸盐经650 ℃高温焙烧,只有硫酸铁发生了分解,产生三氧化硫气体和氧化铁,水浸后,过滤分离出滤渣,滤渣主要为二氧化硅、氧化铁及硫酸钙,后续萃取分离,将铜元素萃取到有机相中,最终得到硫酸铜溶液,水相主要含有钴元素和锰元素,加入硫化钠,调节pH,生成硫化钴,过滤分离最终得到硫酸钴溶液,滤液中加入碳酸氢铵,生成碳酸锰沉淀,据此解答。
(1)低温焙烧,金属氧化物均转化为硫酸盐,二氧化锰与硫酸氢铵反应,转
化为硫酸锰和氮气,根据电子得失守恒可知还有氨气生成,化学方程式为
3MnO2+3NH4HSO4 3MnSO4+N2↑+NH3↑+6H2O;根据已知条
件,高温焙烧的温度为650 ℃,只有硫酸铁发生分解,生成三氧化硫气体
和氧化铁,二氧化硅、氧化铁、硫酸钙等在水中溶解度都较小,所以
“水浸”所得滤渣的主要成分除了SiO2外还含有Fe2O3、CaSO4。
(2)根据已知条件,硫酸铵低温分解成硫酸氢铵,高温则完全分解成气体,如果直接高温焙烧,则硫酸铵会分解,物质的量减少,导致金属元素的浸出率减小。
(3)根据萃取的反应:2HR(有机相)+Cu2+(水相) CuR2(有机相)+2H+(水相),加入有机相将铜离子萃取到有机相中,反萃取时需要使平衡逆向移动,生成铜离子,而且为了不引入新的杂质,应加入的试剂为H2SO4。
(5)由分析可知,沉锰过程中,加入碳酸氢铵,生成碳酸锰、二氧化碳、硫酸铵等,过滤后滤液中的硫酸铵可并入“吸收”液中,经过处理后导入低温焙烧循环使用。
【明确考情 建模塑思】　
【把握考情】
一、组合命题是大趋势
新高考命题为更好地体现综合应用考法,彰显反规律、反套路化命题原则,原来的知识边界清晰、考查相对独立的考法(题目的设问大多围绕化工流程知识展开)正逐步向模糊知识界线、“拼盘”融合无缝的方向演变。如“化工流程+原理”“化工流程+实验”“化工流程+物质结构”等一些创新考法出现在2025年各省市的自主命题中。
二、核心考点基本稳定
考法 常考题点
基础
考法 1.加快浸取效率或速率的措施及分析;
2.指定物质的结构如电子式、化合价、化学键的分析;
3.流程中涉及的指定溶液或滤渣中的成分判断
考法 常考题点
综合
考法 1.物质转化中的化学(离子)方程式或指定物质发生某反应的
化学(离子)方程式;
2.除杂质离子的pH调节;
3.分离、提纯的原理及操作方法,仪器名称及选择;
4.转化率或产率的有关计算;
5.Ksp的有关计算及Ksp的应用
应用
创新
考法 1.涉及图像的反应条件选择;
2.萃取与反萃取;
3.涉及电化学的电极反应及有关计算
【思维建模】
一、结构分析
二、破题方法
1.首尾分析法
首先对比分析流程图中第一种物质(原料)与最后一种物质(产品),从对比分析中找出原料与产品之间的关系,弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺,然后再结合题设的问题,逐一推敲解答。
2.分段分析法
对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工艺流程题,用分段分析法更容易找到解题的切入点。
3.交叉分析法
有些化工生产选用多组原材料,先合成一种或几种中间产品,再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品。这种题适合用交叉分析法,就是将提供的工艺流程示意图结合常见物质的制取原理划分成几条生产流水线,然后交叉分析。
【新题精练 素养提升】　
1.(2025·重庆名校模拟)镍、钴及其化合物在工业上有广泛的应用。以含镍废料(主要成分为NiO,含少量FeO、Fe2O3、CoO、BaO和SiO2)为原料制备NiSO4·6H2O和CoCO3的工艺流程如图。
回答下列问题:
(1)基态Co原子的价层电子的轨道表示式为________________。
(2)“滤渣Ⅰ”主要成分是______________(填化学式)。
(3)“调 pH”过程中生成黄钠铁矾沉淀,该反应的离子方程式为
________________________________________________________。
SiO2、BaSO4
(4)①“萃取”时需充分振荡,目的是_______________________________
__________________。
②“萃取”和“反萃取”可简单表示为2HX+Ni2+ NiX2+2H+。在萃取
过程中加入适量氨水,其作用是________________________________
____________。
(5)常温下,Ksp[Co(OH)2]=2×10 15,若起始时c(Co2+)=0.05 mol·L 1,
“沉钴”过程中应控制pH<____ (lg2=0.3)。
增大有机溶剂与溶液的接触面积,
提高Ni2+的萃取率
消耗H+,促进平衡向正反应方向移动,
提高萃取率
7.3
(6)CoCO3在空气中能受热分解,测得剩余固体的质量与起始CoCO3的
质量的比值(剩余固体的质量分数)随温度变化曲线如图所示。
将CoCO3固体置于热解装置中,通入空气流,在_________℃(填范围)
煅烧至恒重即可得到Co3O4。(已知CoCO3的摩尔质量为
119 g·mol 1,Co3O4的摩尔质量为241 g·mol 1)
400~600
【解析】将含镍废料先加硫酸进行酸浸,SiO2不溶,BaO与H2SO4反应生成BaSO4沉淀,过滤后形成滤渣Ⅰ除去;其余氧化物溶于硫酸转化为含Ni2+、Fe2+、Fe3+、Co2+、H+的滤液,在滤液中加入NaClO3将Fe2+氧化为Fe3+,再加入Na2CO3调节溶液pH,将Fe3+转化为NaFe3(SO4)2(OH)6沉淀过滤除去,剩下含Ni2+、Co2+的滤液,加入萃取剂把Ni2+萃取到有机溶剂中分液进行分离,然后往有机层中加入硫酸进行反萃取重新得到NiSO4,经过一系列处理得到产品之一NiSO4·6H2O;前面萃取分液后含Co2+的水层加入NaHCO3沉钴后得到另一产品CoCO3,据此分析解答。
(4)①“萃取”是向含Ni2+、Co2+的滤液中加入萃取剂把Ni2+萃取到有机溶剂中通过分液进行分离,萃取中充分振荡的目的是增大有机溶剂与溶液的接触面积,提高Ni2+的萃取率;
②“萃取”和“反萃取”可简单表示为2HX+Ni2+ NiX2+2H+,正反应为萃取过程,逆反应为反萃取过程,在萃取过程中加入适量氨水,可以消耗H+,促进平衡向正反应方向移动,提高萃取率。
2.(2025·汕头二模)钒酸银(Ag3VO4)是一种极有前景的可见光响应光催化剂,一种用废钒渣(主要成分为V2O3、V2O5、Fe2O3、FeO、SiO2)制取钒酸银的工艺流程如图:
3d34s2
SiO2
将+5价钒转化为+4价钒的同时使Fe3+还原为Fe2+,实现钒、铁元素
的分离

2NH4VO3 V2O5+2NH3↑+H2O↑
沉钒
(6)钒的化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。
①钒的一种配合物X的化学式为V(NH3)3ClSO4,取X的溶液进行如表
实验(已知配体难电离出来),则X的配体是____________。
项目 X X
试剂 BaCl2溶液 AgNO3溶液
现象 无明显变化 白色沉淀
②一种钒的硫化物的晶体结构(图a)及其俯视图(图b)如图所示:
该钒的硫化物晶体中,与V原子最近且等距的S原子个数是_____。
6
【补偿训练】(2025·德阳二模)镍钴合金是航天领域重要材料之一,一种利用废钴镍矿(含有较多的Co、Ni、Mg、Pb及一定量的Fe和Mn等元素)回收Ni和Co的工艺流程如图:
已知:P204对Co2+、Ni2+和Fe3+具有高选择性。回答下列问题:
(1)基态Co原子的价电子排布图为________________。
(2)“滤渣”的主要成分为________(填化学式)。
(3)“还原”中加入Fe的主要目的是_______________________________
_______________________________________。
(4)“萃取”时Ni2+萃取的反应原理为Ni2++2HR NiR2+2H+,从平衡
移动角度分析“反萃取”的原理:________________________________
___________________________________________________。
PbSO4
将Fe3+还原为Fe2+,防止P204萃取
Fe3+从而影响分离提纯Co2+、Ni2+的效果
反萃取发生Ni2++2HR NiR2+2H+
的逆反应,加入H+平衡逆向移动,Ni2+从NiR2中脱离出来
(5)“沉钴”时,按照n(NaClO)∶n(Na2CO3)=1∶2加入试剂,生成
Co(OH)3沉淀,则沉钴时总反应的离子方程式为
_____________________________________________________。
(6)“灼烧”在隔绝空气条件下进行,如控制温度不当会生成CoO杂质,
生成CoO的化学方程式为_________________________________。
4Co(OH)3 4CoO+O2↑+6H2O
(7)“水相1”中含有丰富的金属资源,经三道工序可回收MnSO4溶液。结合题干信息,选用所给试剂,将下列工艺流程补充完整。(可选试剂为H2O2、MnCO3、MnO2)
①______________、②_________;A______、B______。
H2O2或MnO2
MnCO3
氧化
沉铁
(1)Co为27号元素,价电子排布式为3d74s2,故基态Co原子的价电子排布
图为 ;
(2)由分析知,“滤渣”的主要成分为PbSO4;
(3)加入Fe“还原”,将Fe3+全部还原为Fe2+,防止P204萃取Fe3+从而影响
分离提纯Co2+、Ni2+的效果;
(4)反萃取发生Ni2++2HR NiR2+2H+的逆反应,加入酸,H+浓度增加,
平衡逆向移动,使Ni2+从NiR2中脱离出来;

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