押新高考卷第15题工艺流程综合题（原卷版）_05高考化学_2024年新高考资料_5.2024三轮冲刺_备战2024年高考化学临考题号押题（新高考通用）323031313

押新高考卷第 15 题 工艺流程综合题 化学工艺流程题一般是陌生复杂的情境，多以工业流程图的形式呈现，试题主要特点：源于生产实际，问 题情境真实；试题内容丰富，既考查化学知识的掌握和应用，同时也考查迁移推理能力；试题新颖，阅读 量、思维含量较大，考查考生的信息提取加工、处理、应用表达能力。分析近年的高考试题，可以预测 2024年的高考考查中，主要考查以下知识点： （1）常见的工艺操作方法措施（研磨、焙烧、水浸、酸（碱）浸等）； （2）常见的工艺操作控制条件（调节溶液pH、控制温度等）； （3）物质分离、提纯的方法及要点； （4）流程中陌生的反应方程式的书写； （5）流程中有关Ksp的计算； （6）流程中有关物质的纯度、转化率、产品的产率的计算等。 另外，在新高考中，常将晶胞分析与计算内容放在工艺流程题中考查，这点需要考生特别注意。 考向一 物质的制备类 1．（2023·湖南卷）超纯 是制备第三代半导体的支撑源材料之一，近年来，我国科技工作者开发 了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术，在研制超纯 方面取得了显著成果，工业上以 粗镓为原料，制备超纯 的工艺流程如下： 已知：①金属 的化学性质和 相似， 的熔点为 ； ② (乙醚)和 (三正辛胺)在上述流程中可作为配体； ③相关物质的沸点：物质 沸点/ 55.7 34.6 42.4 365.8 回答下列问题： （1）晶体 的晶体类型是_______； （2）“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在 的原因是_______，阴极的电极反应式为 _______； （3）“合成 ”工序中的产物还包括 和 ，写出该反应的化学方程式： _______； （4）“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是_______； （5）下列说法错误的是_______； A．流程中 得到了循环利用 B．流程中，“合成 ”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行 C．“工序X”的作用是解配 ，并蒸出 D．用核磁共振氢谱不能区分 和 （6）直接分解 不能制备超纯 ，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯 的理由是_______； (7)比较分子中的 键角大小： _______ (填“>”“<”或“=”)，其原因是 _______。 2．（2023·北京卷）以银锰精矿(主要含 、 、 )和氧化锰矿(主要含 )为原料联合提取银 和锰的一种流程示意图如下。已知：酸性条件下， 的氧化性强于 。 （1） “浸锰”过程是在 溶液中使矿石中的锰元素浸出，同时去除 ，有利于后续银的浸出：矿 石中的银以 的形式残留于浸锰渣中。 ①“浸锰”过程中，发生反应 ，则可推断： __________(填“>”或 “<”) 。 ②在 溶液中，银锰精矿中的 和氧化锰矿中的 发生反应，则浸锰液中主要的金属阳离子有 __________。 （2） “浸银”时，使用过量 和 的混合液作为浸出剂，将 中的银以 形式浸 出。 ①将“浸银”反应的离子方程式补充完整：__________。 ②结合平衡移动原理，解释浸出剂中 的作用：____________________。 （3） “沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂。 ①该步反应的离子方程式有______________________________。 ②一定温度下， 的沉淀率随反应时间的变化如图所示。解释 分钟后 的沉淀率逐渐减小的原因： ______________。 （4）结合“浸锰”过程，从两种矿石中各物质利用的角度，分析联合提取银和锰的优势：________。 3．（2023·山东卷）盐湖卤水(主要含 、 和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以 高镁卤水为原料经两段除镁制备 的工艺流程如下：已知：常温下， 。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。 回答下列问题： （1）含硼固体中的 在水中存在平衡： (常温下， )； 与 溶液反应可制备硼砂 。常温下，在 硼砂溶液中， 水解生成等物质的量浓度的 和 ，该水解反应的离子方程式为_____，该溶 液 _____。 （2）滤渣Ⅰ的主要成分是_____(填化学式)；精制Ⅰ后溶液中 的浓度为 ，则常温下精制Ⅱ过 程中 浓度应控制在_____ 以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收 外，还将增加 _____的用量(填化学式)。 （3）精制Ⅱ的目的是_____；进行操作 时应选择的试剂是_____，若不进行该操作而直接浓缩，将导致 _____。 4．（2022·广东卷）稀土(RE)包括镧、钇等元素，是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用 离子交换法处理，一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下： 已知：月桂酸 C H COOH 熔点为44C；月桂酸和 C H COO RE均难溶于水。该工艺条件下，稀土 11 23 11 23 3 离子保持3价不变； C 11 H 23 COO 2 Mg的K sp 1.8108 ，Al(OH) 3 开始溶解时的pH为8.8；有关金属离子 沉淀的相关pH见下表。 离子 Mg2 Fe3 Al3 RE3开始沉淀时的pH 8.8 1.5 3.6 6.2~7.4 沉淀完全时的pH / 3.2 4.7 / （1）“氧化调pH”中，化合价有变化的金属离子是_______。（2）“过滤1”前，用NaOH溶液调pH至 _______的范围内，该过程中Al3发生反应的离子方程式为_______。 （3）“过滤2”后，滤饼中检测不到Mg元素，滤液2中Mg2浓度为2.7gL1。为尽可能多地提取RE3， 可提高月桂酸钠的加入量，但应确保“过滤2”前的溶液中c  C 11 H 23 COO- 低于_______molL1(保留两位有 效数字)。 （4）①“加热搅拌”有利于加快RE3溶出、提高产率，其原因是_______。 ②“操作X”的过程为：先_______，再固液分离。 （5）该工艺中，可再生循环利用的物质有_______(写化学式)。 （6）稀土元素钇(Y)可用于制备高活性的合金类催化剂Pt Y。 3 ①还原YCl 和PtCl 熔融盐制备Pt Y时，生成1molPt Y转移_______mol电子。 3 4 3 3 ②Pt Y/C用作氢氧燃料电池电极材料时，能在碱性溶液中高效催化O 的还原，发生的电极反应为 3 2 _______。 考向二 物质的提纯类 5．（2023·湖北卷） 是生产多晶硅的副产物。利用 对废弃的锂电池正极材料 进行氯化处 理以回收Li、Co等金属，工艺路线如下： 回答下列问题： （1）Co位于元素周期表第_______周期，第_______族。 （2）烧渣是LiCl、 和 的混合物，“500℃焙烧”后剩余的 应先除去，否则水浸时会产生大 量烟雾，用化学方程式表示其原因_______。 （3）鉴别洗净的“滤饼3”和固体 常用方法的名称是_______。 （4）已知 ，若“沉钴过滤”的pH控制为10.0，则溶液中 浓度为_______ 。“850℃煅烧”时的化学方程式为_______。（5）导致 比 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 6．（2023·辽宁卷）某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液含（ 和 )。实现镍、钴、镁元素的回收。 已知： 物质 回答下列问题： （1）用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为_______(答出一条即可)。 （2）“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸 ， 中 过氧键的数目为_______。 （3）“氧化”中，用石灰乳调节 ， 被 氧化为 ，该反应的离子方程式为_______( 的电离第一步完全，第二步微弱)；滤渣的成分为 、_______(填化学式)。 （4）“氧化”中保持空气通入速率不变， (Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。 体积分数为_______时， (Ⅱ)氧化速率最大；继续增大 体积分数时， (Ⅱ)氧化速率减小的原因是_______。 （5）“沉钴镍”中得到的 (Ⅱ)在空气中可被氧化成 ，该反应的化学方程式为_______。 （6）“沉镁”中为使 沉淀完全 ，需控制 不低于_______(精确至0.1)。 7．（2022·湖南卷）钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为TiO ，含少量 2V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下： 已知“降温收尘”后，粗TiCl 中含有的几种物质的沸点： 4 物质 TiCl VOCl SiCl AlCl 4 3 4 3 沸点/℃ 136 127 57 180 回答下列问题： （1）已知ΔG=ΔH-TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若 ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600℃时，下列反应不能自发进行的是_______。 A．C(s)O (g)CO (g) 2 2 B．2C(s)O (g)2CO(g) 2 C．TiO (s)2Cl (g)TiCl (g)O (g) 2 2 4 2 D．TiO (s)C(s)2Cl (g)TiCl (g)CO (g) 2 2 4 2 （2）TiO 与C、Cl ，在600℃的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表： 2 2 物质 TiCl CO CO Cl 4 2 2 分压MPa 4.59102 1.84102 3.70102 5.98109 ①该温度下，TiO 与C、Cl 反应的总化学方程式为_______； 2 2 ②随着温度升高，尾气中CO的含量升高，原因是_______。 （3）“除钒”过程中的化学方程式为_______；“除硅、铝”过程中，分离TiCl 4 中含Si、Al杂质的方法 是_______。 （4）“除钒”和“除硅、铝”的顺序_______(填“能”或“不能”)交换，理由是_______。（5）下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入Mg冶炼Ti的方法相似的是_______。 A．高炉炼铁 B．电解熔融氯化钠制钠 C．铝热反应制锰 D．氧化汞分解制汞 8．（2022·湖北卷）全球对锂资源的需求不断增长，“盐湖提锂”越来越受到重视。某兴趣小组取盐湖水 进行浓缩和初步除杂后，得到浓缩卤水(含有Na+、Li+、Cl-和少量Mg2+、Ca2+)，并设计了以下流程通过制 备碳酸锂来提取锂。 25℃时相关物质的参数如下： LiOH的溶解度：12.4g/100gH O 2 化合物 K sp MgOH 5.61012 2 CaOH 5.5106 2 CaCO 2.8109 3 Li CO 2.5102 2 3 回答下列问题： （1）“沉淀1”为___________。（2）向“滤液1”中加入适量固体Li CO 的目的是___________。 2 3 （3）为提高Li CO 的析出量和纯度，“操作A”依次为___________、___________、洗涤。 2 3 （4）有同学建议用“侯氏制碱法”的原理制备Li CO 。查阅资料后，发现文献对常温下的Li CO 有不同的 2 3 2 3 描述：①是白色固体；②尚未从溶液中分离出来。为探究LiHCO 的性质，将饱和LiCl溶液与饱和 3 NaHCO 溶液等体积混合，起初无明显变化，随后溶液变浑浊并伴有气泡冒出，最终生成白色沉淀。上述 3 现象说明，在该实验条件下LiHCO ___________(填“稳定”或“不稳定”)，有关反应的离子方程式为 3 ___________。 （5）他们结合（4）的探究结果，拟将原流程中向“滤液2”加入Na CO 改为通入CO 。这一改动能否达 2 3 2 到相同的效果，作出你的判断并给出理由___________。 一、常见的工艺操作方法措施和条件控制 方法措施或 思考角度 条件控制 固体原料粉 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化，增大反应物接触面积，以加快反应速率 碎或研磨、 或使反应更充分。 液体原料雾 目的：提高原料转化率、利用率、浸取率，提高产品的产率等 化 增大接触面积的方法：固体——粉碎、研磨；液体——喷洒；气体——用多孔分散器等 ①除去硫、碳单质； ②有机物转化、除去有机物； 焙烧或灼烧 ③高温下原料与空气中氧气反应； ④除去热不稳定的杂质(如碳酸盐沉淀)等。 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。 ①溶解转变成可溶物进入溶液中，以达到与难溶物分离的目的； 酸浸 ②去氧化物(膜) ①除去金属表面的油污； 碱溶 ②溶解两性化合物(AlO、ZnO等)，溶解铝、二氧化硅等 2 3 水浸 与水接触反应或溶解，使原料变成离子进入溶液中 醇浸 提取有机物，常采用有机溶剂(乙醚，二氯甲烷等)浸取的方法提取有机物 ①加快反应速率或溶解速率； ②促进平衡向吸热反应方向移动(一般是有利于生成物生成的方向)；如：促进水解生成 加热 沉淀。 ③除杂，除去热不稳定的杂质，如：HO 、氨水、铵盐(NH Cl)、硝酸盐、NaHCO 、 2 2 4 3Ca(HCO )、KMnO 等物质； 3 2 4 ④使沸点相对较低或易升华的原料气化； ⑤煮沸时促进溶液中的气体(如氧气)挥发逸出等 ①防止某物质在高温时溶解(或分解)； ②使化学平衡向着题目要求的方向(放热反应方向)移动； 降温 ③使某个沸点较高的产物液化，使其与其他物质分离等； ④降低某些晶体的溶解度，使其结晶析出，减少损失等 温度过低：反应速率过慢或溶解速率小 温度过高：** 错误的表达式 **催化剂逐渐失活，化学反应速率急剧下降 控制温度在 ** 错误的表达式 **物质分解，如：NaHCO 、NH HCO 、HO、浓HNO 等 3 4 3 2 2 3 一定范围(综 ** 错误的表达式 **物质会挥发，如：浓硝酸、浓盐酸、醋酸、液溴、乙醇等 合考虑) ** 错误的表达式 **物质氧化，如：NaSO 等 2 3 ** 错误的表达式 **物质升华，如：I 升华 2 ①防止副反应的发生 ②使化学平衡移动；控制化学反应的方向 ③控制固体的溶解与结晶 控制温度(常 ④控制反应速率；使催化剂达到最大活性 用水浴、冰 ⑤升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发 浴或油浴) ⑥加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离 ⑦趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量 ⑧降温：防止物质高温分解或挥发；降温(或减压)可以减少能源成本，降低对设备的要 求 ①酸浸时提高酸的浓度可提高矿石中某金属元素的浸取率； 反应物用量 ②增大便宜、易得的反应物的浓度，可以提高其他物质的利用率，使反应充分进行； 或浓度 ③增大物质浓度可以加快反应速率，使平衡发生移动等 ①氧化(或还原)某物质，转化为目标产物的价态； 加入氧化剂 ②除去杂质离子[如把Fe2＋氧化成Fe3＋，而后调溶液的pH，使其转化为Fe(OH) 沉淀除 3 (或还原剂) 去] ①生成硫化物沉淀(如加入硫化钠、硫化铵、硫化亚铁等)； 加入沉淀剂 ②加入可溶性碳酸盐，生成碳酸盐沉淀； ③加入氟化钠，除去Ca2＋、Mg2＋ （1）调节溶液的酸碱性，使金属离子形成氢氧化物沉淀析出，以达到除去金属离子的目 的； ** 错误的表达式 **原理：加入的物质能与溶液中的H+反应，降低了H+的浓度，使溶液 pH控制 pH值增大 ** 错误的表达式 **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 (注意两端取值)** 错误的表达式 **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) 、MgCO 等 2 3 类型的物质 ** 错误的表达式 **实例：除去 CuSO 溶液中少量 Fe3+，可向溶液中加入 CuO、 4 Cu(OH) 、Cu (OH) CO 、CuCO ，调节pH至3~4，使Fe3+转化为Fe(OH) 沉淀除去。 2 2 2 3 3 3 Fe3+溶液中存在水解平衡：Fe3＋＋3HO Fe(OH) ＋3H＋，加入CuO后，溶液中H+浓度 2 3 降低，平衡正向移动，Fe(OH) 越聚越多，最终形成沉淀 3 a．加入CuO的作用：调节溶液的pH，使Fe3＋转化为Fe(OH) 3 b．加热的目的：促进Fe3＋水解 （2）抑制盐类水解； 像盐酸盐、硝酸盐溶液，通过结晶方法制备晶体或加热脱水结晶水合物制备相对应的无 水盐时，由于水解生成的盐酸或硝酸挥发，促使了金属离子水解(水解反应为吸热反应) 导致产品不纯 如：由MgCl ·6H O制无水MgCl 要在HCl气流中加热，否则： 2 2 2 MgCl ·6H O Mg(OH) ＋2HCl↑＋4HO 2 2 2 2 （3）促进盐类水解生成沉淀，有利于过滤分离 （4）“酸作用”还可除去氧化物(膜) （5）“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等 （6）特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件) 【注意】调节pH的试剂选取： ①选取流程中出现的物质； ②未学习过的物质且题目又无信息提示的一般不做考虑； ③已学的常见酸碱(NaOH、NaCO、HCl、HSO 、NH ·H O、HNO)。 2 3 2 4 3 2 3 ①水洗：通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质 ②冰水洗涤：能洗去晶体表面的杂质离子，且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗 ③用特定有机试剂清洗晶体：洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度、有利于析出， 洗涤晶体 减少损耗等 ④洗涤沉淀的方法：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 在空气中或 在其他气体 要考虑O、HO、CO 或其他气体是否参与反应；或能否达到隔绝空气、防氧化、防水 2 2 2 中进行的反 解、防潮解等目的 应或操作 判断能否加 要考虑是否引入杂质(或影响产物的纯度)等 其他物质 提高原子利 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) 用率过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作 分离、提纯 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 二、物质分离、提纯的方法及要点 不相溶液体 分液 相溶性液体 蒸馏 分 难溶性固体 过滤 离 易溶性固体 蒸发浓缩、冷却结晶 提 趁热过滤 防止温度降低，某物质析出 纯 冰水洗涤 减少晶体的溶解损失 乙醇、有机溶剂洗涤 减少晶体的水溶性损失 三、工艺流程中的物质确定及方程式书写方法 1.工艺流程中的物质确定 首先分析题干信息，明确原料成分，看清流程图中的箭头指向，根据物质性质写出相关的化学反应(离子方 程式或化学方程式)，最后根据题干信息确定滤液中物质的成分。滤液中物质的成分确定的思维模型如图所 示： 循环物质的确定 副产品的确定 ①过量的反应物。 ②原料中不参与反应的物质。 滤渣成分的确定 ③由原料转化的生成物。 ④由杂质转化的沉淀物。 2.工艺流程中的方程式书写 （1）明确一些特殊物质中元素的化合价 CuFeS：Cu为＋2，Fe为＋2，S为－2； C O：C为＋3； 2 2 KFeO：Fe为＋6； HCN：C为＋2；N为－3； 2 4 FePO ：Fe为＋3； CuH：Cu为＋1，H为－1； 4LiFePO ：Fe为＋2； BH：B为＋3、H为－1； 4 LiNH、LiNH、AlN：N为－3； FeO：Fe为＋(8－n)； 2 2 NH：N为－2； Si N：Si为＋4，N为－3； 2 4 3 4 NaSO：S为＋2； MnO(OH)：Mn为＋3； 2 2 3 SO：S为＋6； CrO：Cr为＋6； 2 VO：V为＋5； （2）认识并掌握常见的氧化剂、还原剂。 ①强氧化性物质或离子： NaO 、Fe3＋、NO 、HNO(浓)、HNO(稀)、O 、O 、HO 、HSO (浓)、Cl 、Br 、HClO、NaClO、 2 2 2 3 3 2 3 2 2 2 4 2 2 Ca(ClO) 、KMnO (H＋)。 2 4 ②强还原性物质或离子： Fe2＋、Fe(OH) 、SO (H SO 、NaSO 、NaHSO、SO)、HS(Na S、NaHS、S2－)、HI(NaI、I－)等。 2 2 2 3 2 3 3 2 2 （3）书写关键——识记常见氧化剂、还原剂及产物预测 ①常见的氧化剂及还原产物预测 氧化剂 还原产物 KMnO Mn2＋(酸性)；MnO (中性)；MnO(碱性) 4 2 KCr O(酸性) Cr3＋ 2 2 7 浓硝酸 NO 2 稀硝酸 NO HSO (浓) SO 2 4 2 X(卤素单质) X－ 2 HO OH－(碱性)；HO(酸性) 2 2 2 NaO NaOH(或NaCO) 2 2 2 3 Cl Cl－ 2 HClO、NaClO、Ca(ClO) (或ClO 2 Cl－、Cl 2 －) NaClO Cl、ClO 、Cl－ 3 2 2 PbO Pb2＋ 2 Fe3＋ Fe2＋ ②常见的还原剂及氧化产物预测 还原剂 氧化产物 Fe2＋ Fe3＋(酸性)；Fe(OH) (碱性) 3 SO (或HSO 、SO、NaHSO) SO 2 2 3 3 S2－(或HS、NaHS) S、SO (或SO)、SO 2 2 HC O、C O CO、CO 2 2 4 2 2HO O 2 2 2 I－(或HI、NaI) I、IO 2 CO CO 2 金属单质(Zn、Fe、Cu等) Zn2＋、Fe2＋(与强氧化剂反应生成Fe3＋)、Cu2＋ H H＋(酸性)、HO(碱性) 2 2 四、工艺流程中有关溶度积的计算 1．溶度积(K )的有关计算 sp （1）已知溶度积，求溶液中的某种离子的浓度，如K ＝a的饱和AgCl溶液中c(Ag＋)＝ mol·L－1。 sp （2）已知溶度积、溶液中某离子的浓度，求溶液中另一种离子的浓度，如某温度下，AgCl的K ＝a，在 sp 0.1 mol·L－1 NaCl溶液中加入过量的AgCl固体，达到平衡后c(Ag＋)＝10a mol·L－1。 （3）计算反应的平衡常数，如反应 Cu2＋(aq)＋MnS(s) CuS(s)＋Mn2＋(aq)，K (MnS)＝c(Mn2＋)·c(S2 sp －)，K (CuS)＝c(Cu2＋)·c(S2－)，平衡常数K＝＝。 sp （4）求解开始沉淀和沉淀完全时的pH，如判断M(OH) (s) Mn＋(aq)＋nOH－(aq)开始沉淀与沉淀完全 n 时的pH。 ①开始沉淀时pH的求法：c(OH－)＝，c(H＋)＝，从而确定pH。 ②沉淀完全时pH的求法：当Mn＋的浓度小于或等于1.0×10－5 mol·L－1时，认为该离子已经沉淀完全， c(OH－)＝ mol·L－1，结合K 求出c(H＋)，从而确定pH。 w 注意：有关K 的计算往往与pH的计算结合，要注意pH与c(OH－)关系的转换；难溶电解质的悬浊液即其 sp 沉淀溶解平衡状态，满足相应的K 。 sp 2．溶度积常数的考查角度及思路分析 考查角度 思路分析 ①根据离子浓度数据求得Q，若Q>K ，则有沉淀生成； sp 判断沉淀的生成或沉淀是 ②利用K 的数值计算某一离子浓度，若该离子浓度小于10－5 mol·L－ sp 否完全 1，则该离子沉淀完全 ①根据氢氧化物的K 以及开始沉淀时金属阳离子的初始浓度，计算溶 sp 常温下，计算氢氧化物沉 液中c(OH－)，再求得溶液的pH； 淀开始和沉淀完全时的 ②金属阳离子沉淀完全时的离子浓度为10－5 mol·L－1，根据K 可计算 sp pH 金属阳离子沉淀完全时溶液中的c(OH－)，进而求得pH 计算沉淀转化反应的平衡 根据沉淀的转化反应和K ，计算该反应的平衡常数，K的值越大，转 sp 常数，并判断沉淀转化的 化反应越易进行，转化程度越大 程度 ①沉淀类型相同，则K 小的化合物先沉淀； sp 沉淀先后的计算与判断 ②沉淀类型不同，则需要根据K 计算出沉淀时所需离子浓度，所需离 sp 子浓度小的先沉淀五、工艺流程中有关物质的纯度、转化率、产品的产率的计算 化工流程题中涉及的计算主要有：样品的质量分数或纯度的计算，物质的转化率或产率、物质的量浓度、 物质的质量的计算。 1．计算公式 （1）n＝，n＝，n＝cV(aq) （2）＝×100% （3）产品产率＝×100% （4）物质的转化率＝×100% 考向一 物质的制备类 1．（2024·山东济南一模）工业上常用软锰矿(主要成分为MnO ，含少量Fe O、Al O、SiO)和LiCO 合 2 2 3 2 3 2 2 3 成电极材料LiMn O 并回收净水剂明矾，其工艺流程如图所示。 2 4 已知：①Mn2+在酸性条件下比较稳定，pH高于5.5时易被O 氧化； 2 ②当溶液中某离子浓度 时，可认为该离子沉淀完全；常温下，几种沉淀的 如 下表所示： ③lg5=0.7。 回答下列问题： （1）“酸浸”时，通入稍过量SO 的目的是 ，一定温度下，软锰矿与不同浓度的硫酸反应 2 60min时结果如下表所示： c(HSO )/mol·L-1 1.0 5.0 10.0 16.0 18.0 2 4 Mn浸出率/% 25 78 95 85 55 Al浸出率/% 35 90 83 5 0 则“酸浸”时，选择c(HSO )为 mol·L-1。 2 4（2）加入MnCO “调pH”时，若c(Mn2+)=1.0mol·L-1，其他金属阳离子浓度为0.001mol·L-1，则调pH的范围 3 为 ，若“滤渣Ⅲ”主要成分为FeOOH，则“氧化”操作中主反应的离子方程式为 。 （3）“焙烧”操作中，为了提高LiCO 利用率，加入稍过量的MnO ，加热至600℃～750℃便制得 2 3 2 LiMn O，则反应的化学方程式为 ，整个流程中，可以循环使用的物质有 。 2 4 （4）获取明矾 的“一系列操作”是 。 2．（2024·广西·统考模拟预测）层状结构 薄膜能用于制作电极材料。 薄膜由辉钼矿(主要含 及少量FeO、 )制得 后再与S经气相反应并沉积得到，其流程如下。 回答下列问题： （1）“焙烧”产生的 用 溶液吸收生成 的离子方程式为 。 （2）“焙烧”后的固体用氨水“浸取”得到重钼酸铵 溶液，为提高“浸取”速率，可采 用的措施是 (举一例)。 （3）“灼烧”过程中需回收利用的气体是 (填化学式)。 （4）在650℃下“气相沉积”生成 的反应需在特定气流中进行，选用Ar而不选用 形成该气流的 原因是 。 （5）层状 晶体与石墨晶体结构类似，层状 的晶体类型为 。将 嵌入层状 充 电后得到的 可作电池负极，该负极放电时的电极反应式为 。结合原子结构分析， 能嵌入 层间可能的原因是 。 半径小。 3．（2024·黑龙江哈尔滨·高三一模）高纯活性氧化锌可用于光催化、光电极、彩色显影等领域。以工业级 氧化锌(含 等)为原料，用硫酸浸出法生产高纯活性氧化锌的工艺流程如下： 已知 。 回答下列问题： （1）浸出时，为了提高浸出效率可采取的措施有(写两种)： 。 （2）氧化时，加入 溶液是为了将浸出液中的 和 均转化为沉淀而除去，(溶液中 元素全部转化为 )，请分别写出 除去 和 的离子方程式 ， 。 （3）加入锌粉的目的是 。 （4）已知 浸出液中， 、 。 ①若要除尽 上述浸出液中的 和 ，需加入 。 ②加入 溶液反应一段时间后，溶液中 ，若溶液 ，则此时 (填“能”或“不能”)生成沉淀。 4．（2024·陕西宝鸡·统考模拟预测）工业上以铬铁矿(主要成分FeO·Cr O，含Al O、SiO 等杂质)为主要 2 3 2 3 2 原料制备红矾钠(Na Cr O·2H O)的工艺流程如图a。回答下列问题： 2 2 7 2 （1）“焙烧”时，将矿料磨碎且气体与矿料逆流而行，其目的是 。 （2）“焙烧”的目的是将FeO·Cr O 转化为NaCrO，并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐，写出焙烧时 2 3 2 4 FeO·Cr O 发生的化学方程式 。 2 3 （3）矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图b所示。当溶液中可溶组分浓度 c≤1.0×10-5mol/L时，可认为已除尽。 试分析：“中和”时pH的理论范围为 ；“酸化”的目的是 ；Fe元素在 (选填流程图a中操作步骤的名称)过程中除去。 （4）蒸发结晶步骤中的副产品主要是 。冷却结晶所得母液中，除NaCr O 外，可在上述流程 2 2 7 中循环利用的物质还有 。 （5）此方法生产过程中会产生大量含 的酸性废水，可以用如图c装置处理。向废水中加入适量的 NaCl进行电解， 被电极产物还原为Cr2+，然后生成Cr(OH) 沉淀除去，废水则可以达到排放标准。 3①写出阳极的电极方程式 。 ②已知K [Cr(OH) ]=1.0×10-32，若电解一段时间后，调节pH测得溶液中c(Fe3+)=1.0×10-12mol/L，则此时 sp 3 c(Cr3+)= mol/L。 考向二 物质的提纯类 5．（2024·山东德州一模） 是一种光催化材料。工业利用某废催化剂(主要含 、 、NiO及 少量 、 )制备 的工艺流程如下： 已知：Ⅰ. 、NiO都是不溶于水的碱性氧化物 Ⅱ.0.1 溶液的pH=1.0 Ⅲ. 回答下列问题： （1）滤渣的主要成分是 ；酸化时， 完全转化为 的最大pH为 。(已知 ；离子浓度≤10-5mol/L时沉淀完全) （2）“酸化”后的溶液中存在 ，则“还原”时发生反应的离子方程式为 。 （3）反萃取剂应选用 (填“酸性”、“中性”或“碱性”)溶液；若“萃取”、“反萃取”的 过程中钒的总回收率为90%，则“还原”时加入的 和“氧化”时加入的 的物质的量之比为 。 （4）生成 的化学方程式为 ，实验测得溶液pH、温度和 溶液浓度对生成 的粒径影响图像如下：综合分析：制备粒径较小的 晶体的最佳条件是 ；制备过程中需加入NaOH维持最佳 pH，若 过量，需要增加NaOH的用量，原因是 。 6．（2024·山东聊城一模）活性炭载钯（Pd/C）催化剂被广泛应用于医药和化工行业，某废钯催化剂（钯 碳）的杂质主要含炭、有机物及少量Fe、Zn等。如图是利用钯碳制备氧化钯（ ）和Pd的流程。 （1）实验室中可在 （填仪器名称）中模拟“焚烧”过程。 为二元弱碱，常温下 的电离 常数 、 ，则常温下0.1mol/L 水溶液pH= 。 （2）“溶浸”步骤中钯与王水发生反应生成 和一种有毒的无色气体A，A为 （填化学 式），钯的浸出率与反应的时间、温度的关系如图所示，则最佳的浸取时间和温度为 ，写出“除锌 铁”步骤中钯的化合物与试剂Ⅰ反应的化学方程式 。 （3）“沉钯”步骤中试剂Ⅱ应为 （填名称），加入该试剂的目的是 。 （4）海绵钯具有优良的储氢功能。假设海绵钯的密度为 ，其吸附的氢气是其体积的n倍（标准 状况），则此条件下，氢气的浓度 mol（氢气的浓度r为1mol Pd吸附氢气的物质的量，用含 、n的分数式表示）。 7．（2024·河南·统考模拟预测）钢渣是钢铁行业的固体废弃物，含有 和 等物质。一种以钢渣粉为原料固定 并制备 的工艺流程如图所示。已知钢渣中 元素质量分数为 在稀盐酸和 混合溶液中不易被浸出。该工艺条件下，有关 金属离子开始沉淀和沉淀完全的 如下表所示： 金属离子 开始沉淀的 1.9 7.2 3.5 12.4 沉淀完全的 2.9 8.2 5.1 13.8 回答下列问题： （1）浸出1过程生成的 “包裹”在钢渣表面形成固体膜，阻碍反应物向钢渣扩散。提高浸出率的措 施有 (除粉碎外，举1例)。该浸出过程不使用稀硫酸代替稀盐酸的原因是 。 （2）为避免引入杂质离子，氧化剂 应为 (举1例)。 （3）滤液 的溶质可循环利用，试剂 应为 。 （4）若 的浸出率为 ，理论上1吨钢渣在“固碳”中可固定 。 （5）富钒渣焙烧可生成钒钙盐，不同钒钙盐的溶解率随 变化如图所示。已知浸出2的pH约为2.5，则 应控制焙烧条件使该钒钙盐为 。该培烧反应的化学方程式是 。（6）微细碳酸钙广泛应用于医药、食品等领域，某种碳酸钙晶胞如图所示。已知 ，该晶体密度为 (列出计算式，阿伏加德罗常数的值 为 )。 8．（2024·贵州·统考模拟预测）钴属于稀缺性金属。利用“微波辅助低共熔溶剂”浸取某废旧锂离子电池 中钴酸锂粗品制备 产品，实现资源的循环利用。主要工艺流程如下： 已知：①氯化胆碱 是一种铵盐； ② 在溶液中常以 (蓝色)和 (粉红色)形式存在； ③ 时， 。 回答下列问题： （1） 中 的化合价为 。 （2）下图为“微波共熔”中氯化胆碱-草酸和 粗品以不同的液固比在 下微波处理 后锂 和钴的浸取率图，则最佳液固比为 。 （3）“水浸”过程中溶液由蓝色变为粉红色，该变化的离子方程式为 。（4） 时，“沉钴”反应完成后，溶液 ，此时 。 （5）“滤饼2”在高温烧结前需要洗涤、干燥，检验“滤饼2”是否洗涤干净的操作及现象是 。 （6）“高温烧结”中需要通入空气，其作用是 。 (7)锂离子电池正极材料 在多次充放电后由于可循环锂的损失，结构发生改变生成 ，导致电 化学性能下降。 ① 晶体(常式尖晶石型)的晶胞示意图如图所示，则顶点上的离子为 (用离子符号表示)。 ②使用 和 溶液可以实现 的修复，则修复过程中的化学反应方程式为 。 9．（2024·安徽·统考模拟预测）钼( )及其化合物广泛地应用于医疗卫生、国防等领域。某镍钼矿中的 镍和钼以 和 形式存在，从镍钼矿中分离钼，并得到 的一种工艺流程如下： 回答下列问题： （1） 位于元素周期表第 周期第 族。 中钼元素的化合价为 。 （2）“焙烧”中生成 的化学方程式为 。 （3） 用量对钼浸出率和浸取液中 浓度的影响如图1所示，分析实际生产中选择 用量 为理论用量1.2倍的原因： 。 （4） 的溶解度曲线如图2所示，为充分分离 ，工艺流程中的“操作 ”应为 _______(填标号)。A．蒸发结晶 B．低温结晶 C．蒸馏 D．萃取 （5）为充分利用资源，“离子交换萃取”步骤产生的交换溶液应返回“ ”步骤。 （6） 分解可得 。高温下，用铝粉还原 得到金属钼的化学方程式为 。 10．（2024·四川成都·校考一模）三氯化六氨合钴 是一种重要的化工原料。利用含钴废料 (含少量Fe、Al等杂质)制取 的工艺流程如图所示： 已知：①“酸浸”过滤后的滤液中含有 、 、 、 等。 ② 、 、 已知：溶液中金属离子物质的量浓度低于 时，可认为沉淀完全。 ③ 具有较强还原性。 回答下列问题： （1）制备 。 “除杂”过程中加 调节pH后会生成两种沉淀，同时得到含 的滤液，调节pH 的范围为 。 （2）制备 。 ①“混合”过程中需先将 ， 溶液混合，然后再加入活性炭， 的作用是 。 ②“氧化”过程应先加入 (选填“氨水”或“双氧水”)，原因是 。 ③生成 的离子方程式为 。 （3）分离提纯。将反应后的混合物趁热过滤，待滤液冷却后加入适量浓盐酸，过滤、洗涤、干燥，得到晶体。该过程中加入浓盐酸的目的是 。 （4）含量测定。通过碘量法可测定产品中的钴元素的含量。称取0.10g产品加入稍过量的NaOH溶液并加 热，将Co完全转化为难溶的 ，过滤洗涤后将滤渣完全溶于盐酸中，向所得的溶液中加入过量的 KI和2~3滴淀粉溶液，再用 溶液滴定(反应原理： 、 )，达到滴定终点时消耗 溶液24.00mL，则产品中钴元素的含量 。