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专题十三：化学工艺流程综合
一、 高考定位与命题规律
“化学工艺流程综合”题是高考化学非选择题中的压轴题型之一，具有信息量大、综
合性强、能力要求高的特点。它将元素化合物知识、化学反应原理、化学实验操作、化学
计算与绿色化学理念融为一体，考查学生在陌生、复杂情境下分析和解决实际问题的能力
是区分考生综合素养的关键。
高考命题特点：
真实情境：以真实的工业生产或实验室物质制备为背景，流程可能来源于矿物冶炼、
废水处理、资源回收、新材料制备等。
综合考查：一道题中同时考查元素性质、离子反应、氧化还原、速率与平衡、电化学、
实验操作、化学计算等多个核心模块。
能力核心：重点考查信息获取与加工能力、逻辑推理能力、分析评价能力和化学用语
表达能力。
设问方式：常围绕“目的/原因”、“化学/离子方程式”、“操作名称”、“条件控
制”、“分离提纯方法”、“计算”、“评价/建议”等角度设问。
二、 工艺流程解读通用方法
面对复杂的工艺流程图，掌握科学的解读方法是成功解题的第一步。
1. 审题头与审题尾，明确目的与原料
看原料：明确初始物料的成分（有效成分和杂质成分）。
看产品：明确最终要得到的目标产物是什么。
看条件：关注流程图中的箭头方向、操作名称（如研磨、酸浸、过滤、灼烧等）、给
出的温度、pH 等信息。
看备注：流程图中或题干下方的“已知”信息往往是解题的关键。
2. 构建“主线”与“旁线”分析模型
主线（核心元素的转化）：追踪目标元素（如要提取的金属、要制备的物质中的核心
元素）在流程中的存在形态和转化路径。这是流程的灵魂。
例如，从铝土矿（Al₂O₃）提取铝，主线就是：Al₂O₃ → NaAlO₂ → Al(OH)₃ → Al₂O₃ →
Al。
旁线（杂质的去除）：分析每一步中，原料中的杂质元素是如何被分离除去的。常见
的杂质去除方法有：
转化为沉淀过滤除去（调节pH、加入沉淀剂）。
转化为气体逸出。
转化为可溶性物质留在溶液中，与目标沉淀分离。
通过萃取、离子交换等特殊方法分离。
3. 分解流程步骤，明确各步目的
一个完整的工艺流程通常包含以下四个环节，每个环节又有多种具体操作：
化学工艺流程通用模型
（1）原料的预处理
操作
目的
实例与原理
研磨/粉碎
增大固体反应物的接触面积，
加快反应速率，提高浸取率。
矿石预处理。
酸浸/碱浸/水浸
使目标成分（或可溶性杂质）
进入溶液，与不溶物分离。
酸浸：用酸溶解金属氧化物、碳酸盐等
（如用硫酸浸取含CuO 的矿石）。
碱浸：用碱溶解两性氧化物、酸性氧化物
等（如用NaOH 溶液浸取铝土矿中的
Al₂O₃）。
灼烧/煅烧
除去有机物、炭等杂质；使一
黄铁矿（FeS₂）煅烧：4FeS₂ + 11O₂ 高温
些物质分解或转化（如硫化物
转化为氧化物，碳酸盐分
解）。
2Fe₂O₃ + 8SO₂。
（2）核心反应与转化
此阶段目的是将目标元素转化为易于分离的形态，或去除特定杂质。
操作
目的与原理
关键分析点
调节pH
控制水解：使某些金属离子（如
Fe³⁺、Al³⁺）形成氢氧化物沉淀，实现
分离。
控制反应方向：影响氧化还原、络合
等反应的进行。
需记忆常见金属离子沉淀的pH 范围
（如Fe³⁺约3-4，Cu²⁺约5-6，Fe²⁺约7-
8）。加入的物质常为目标产物对应的
氧化物、碳酸盐或碱，避免引入新杂
质。
氧化/还
原
转化价态：改变目标元素或杂质的价
态，便于分离。如将Fe²⁺氧化为Fe³⁺
后调pH 除铁；将MnO₂ 还原为Mn²⁺
浸出。
牢记常见氧化剂（H₂O₂、O₂、Cl₂、
NaClO、KMnO₄）和还原剂（SO₂、
Fe、Zn、Na₂SO₃）及其在流程中的适
用环境（如H₂O₂ 不引入杂质）。
沉淀/溶
解
实现固液分离：通过生成沉淀将目标
成分提取出来，或通过溶解将杂质除
去。
注意沉淀剂的选择（如用S²⁻沉淀
Cu²⁺、Hg²⁺；用CO₃²⁻沉淀Ca²⁺、
Ba²⁺），以及沉淀转化（Ksp 小的更稳
定）。
（3）分离与提纯操作
操作
适用情况
注意事项
过滤
固液分离。
趁热过滤（防结晶）；洗涤（往漏斗中加水至浸没沉
淀，自然流下，重复2-3 次）；检验是否洗净（取最
后一次洗涤液，检验是否含某种离子）。
结晶/重结晶
从溶液中获得纯净
固体。
蒸发结晶：溶解度随温度变化不大的物质（如
NaCl）。
冷却结晶：溶解度随温度变化大的物质（如
KNO₃）。
重结晶：进一步提纯。
萃取与反萃取
利用溶质在互不相
溶溶剂中溶解度的
差异进行分离。
选择合适的萃取剂（如用有机溶剂萃取水溶液中的
I₂）。反萃取是用另一种试剂将被萃取物从有机相重
新转入水相。
蒸馏/分馏
分离互溶液体混合
物。
根据沸点差异。
离子交换
分离或富集溶液中
的离子。
了解原理。
（4）产品的获取
干燥：常见干燥设备（干燥器、烘箱）。
灼烧/煅烧：获得最终产品（如由氢氧化铝煅烧得氧化铝）。
三、 核心考点与高频设问
1. 反应原理类
书写化学/离子方程式：包括各步反应的方程式，尤其是陌生氧化还原反应的配平。
分析操作目的：回答“为什么进行此操作？”（如“煮沸的目的？”——除溶解氧、
促进水解、赶走气体等）。
分析条件控制：回答“为什么控制pH 在一定范围？”、“为什么选择这个温度？”
（需从反应速率、平衡移动、物质稳定性、催化剂活性等角度分析）。
2. 实验操作类
操作名称判断：如过滤、蒸发、萃取、蒸馏、灼烧等。
仪器选择与使用：如漏斗、蒸发皿、坩埚、分液漏斗等。
操作要点分析：如“趁热过滤的原因”、“洗涤沉淀的方法及检验是否洗净”。
3. 化学计算类
浸出率/产率/纯度计算：浸出率 = (浸出离子质量 / 原料中该离子总质量) × 100%；产
率 = (实际产量 / 理论产量) × 100%。
转化率/平衡常数计算：结合反应原理。
成分分析与定量计算：利用元素守恒、电子守恒、电荷守恒进行计算。
Ksp 相关计算：判断沉淀是否生成、计算沉淀完全时所需pH 等。
4. 评价与绿色化学
评价工艺优点：如原子利用率高、原料廉价易得、循环使用原料、能耗低、污染小等。
指出不足之处或提出改进建议。
分析“三废”（废气、废液、废渣）处理方法。
四、 专题专练（精选3 题）
1. （金属矿物综合流程）工业上以铬铁矿(主要成分是
，还含有少量
)为主要
原料制备红矾钠(
)的工艺流程如图所示。
已知：“焙烧”时，
转化为
、
；
，经过“焙烧”、“浸取”
步骤转化为
。
(1)
中铬元素显+3 价，则其中铁元素的化合价为 ；“浸取”时产生的滤
渣1 的主要成分是 (填化学式)。
(2)写出
的一种用途： 。写出
与稀硫酸反应的离子方程式：
。
(3)“焙烧”时
和
发生氧化还原反应，该反应中氧化剂是 (填化学式)，
反应的化学方程式为 。
(4)“中和”过程中产生的滤渣2 为
沉淀，写出生成
反应的化学方程式：
。
2. （无机物制备与资源化）锌电解是湿法炼锌工艺中的核心环节，锌电解阳极沉积物(主要
成分为
、
和
，还有少量锰铅氧化物
和
)是冶炼锌过程中产
生的废渣，一种回收锌电解阳极沉积物中金属元素锌、锰、铅和银的工艺流程如图。
已知：①常温下，
，
；
。
②葡萄糖被氧化的产物为
；工业级葡萄糖和
价格分别为1500 元/吨和2300
元/吨。
回答下列问题：
(1)已知
中
为+2 价，
为+2 价和+4 价，则氧化物中+2 价和+4 价
的个数
比为 。
(2)“酸浸还原”过程中主要反应的离子方程式为 ；将
改为葡萄糖进行“酸浸
还原”效果会更好，原因是 。
(3)已知
结晶水合物的溶解度曲线如图所示，从
溶液中得到
的
一系列操作为 、 、洗涤、干燥。
(4)整个流程中可循环利用的物质是 。
(5)加入
溶液的目的是将
转化为
，
溶液的最小浓度为
(保留两位小数)。
(6)2025 年诺贝尔化学奖授予了在金属有机框架(MOF)开发中做出贡献的三位科学家，金属
有机框架(MOF)是一类由金属离子与有机配体通过配位键自组装形成的多孔晶体材料。一
种经典的锌基MOF(MOF-5)的晶胞结构{
和
为与同一配体相连的两个取向不同的
}如图所示。
与每个
最近的
有 个。MOF-5 作为一种经典的多孔材料，其比表
面积通常非常 (填“大”或“小”)，这种特性使其在气体储存、多相催化、分子分
离和药物输送等领域具有潜在应用价值。
3.氮化镓(GaN)在5G 基站及工业互联网系统建设等方面用途广泛。综合利用炼锌矿渣[主要
含铁酸镓
、铁酸锌
，它们都为易溶于水的强电解质]获得3 种金属盐，
并进一步利用镓盐制备具有优异光电性能的GaN(Ga 与Al 同主族)，部分工艺流程如图：
已知：常温下，浸出液中各离子浓度、形成氢氧化物沉淀的pH 和金属离子在该工艺条件下
的萃取率(进入有机层中金属离子的百分数)如表。
金属离
子
浓度/(
)
开始沉淀pH
完全沉淀pH
萃取率/%
8.0
9.6
0
1.7
3.2
99
1.6
5.5
8.0
0
3.0
4.9
97~98.5
回答下列问题：
(1)为了提高炼锌矿渣“浸出”过程中酸浸效率，应采用的措施是 (写出一种)。
可以写成
，“浸出”过程中
发生反应的离子方程式为 。
(2)“滤液1”中
的浓度是
，“滤液1”中可回收利用的物质是 (填名
称)。
(3)“滤饼”溶解过程中稀硫酸 (填“能”或“不能”)用稀盐酸代替，加入的固体X 为
(填化学式)。
(4)“电解”可得金属Ga，写出阴极电极反应式 。
(5)“合成”得到的
与
发生系列反应得到GaN 和另一种产物，则总反应的化学
方程式为 。
(6)取
样品溶于足量的热NaOH 溶液(GaN+OH－+3H2O
[Ga(OH)4]－+NH3↑)中，先用
溶液将产生的
完全吸收，再用
的盐酸滴定，消耗盐酸
，则样品的
纯度是 ，从滴定角度分析用
溶液吸收
的可能原因是 。(已知：
；
；硼酸的
)
参考答案及解析
1. (1) +2 价
(2) 工业炼铁的重要原料
(3)
(4)
【来源】安徽省部分学校联考2025-2026 学年高一上学期12 月月考 化学试题
【分析】铬铁矿、纯碱通入氧气后焙烧，可将FeCr2O4转化为Na2CrO4，同时可将Al 的氧化
物转化为可溶性钠盐，
转化为
；加入水中后，
不溶于水；加入硫酸调节pH
后，
变为沉淀除去；再加入硫酸酸化，将Na2CrO4转化为Na2Cr2O7，将溶液蒸发
结晶除去硫酸钠，即可得Na2Cr2O7·2H2O，据此分析作答。
【详解】（1）
中铬元素显+3 价，因为氧元素显-2 价，则其中铁元素的化合价为+2
价；加入水中后，
不溶于水，则“浸取”时产生的滤渣1 的主要成分是
，故答
案为：+2 价；
。
（2）氧化铁在高温下能被一氧化碳还原成铁，是工业炼铁的重要原料；
与稀硫酸反
应生成硫酸铁和水，离子方程式：
，故答案为：工业炼铁的重要
原料；
。
（3）“焙烧”时，铬铁矿、纯碱通入氧气后焙烧，可将FeCr2O4转化为Na2CrO4，反应的化
学方程式为
；该反应中，Fe 和Cr
化合价升高，O 的化合价降低，则
为氧化剂，故答案为：
；
。
（4）“中和”过程中产生的滤渣2 为
沉淀，是因为
与硫
酸反应，生成
沉淀、硫酸钠和水，化学方程式为：
，
故
答
案
为
：
。
2. 【解析】
(1)1:3
(2)
葡萄糖成本更低(葡萄糖还原效率更
高)，使用
会引入
杂质导致
溶液不纯(使用葡萄糖产品纯度更高)
(3) 蒸发结晶 趁热过滤
(4)醋酸(
)
(5)
(6) 6 大
【分析】由题中工艺流程图可知，锌电解阳极泥(主要成分为
、
和
，还有
少量锰铅氧化物
和
)加入稀硫酸酸洗，ZnO 转化为
，得
溶液，
剩余的加入稀硫酸和葡萄糖还原酸浸，+4 价的Mn 变成+2 价Mn 进入溶液，过滤，得
溶液，经过一系列操作，得
晶体，滤渣1 中加入
溶液，使
转化成溶解度更小的
，再加入醋酸，酸浸溶铅，得到Ag 单质和醋酸铅溶液，
在醋酸铅溶液中加入
，生成
沉淀，过滤得
。
【详解】（1）已知
为+2 价，设+2 价
有
个，+4 价
有
个。
为-2 价，总电
荷平衡：
，解得
，所以+2 价
有2 个，
+4 价Mn 有6 个，个数比
，故答案为：1:3；
（2）酸浸还原时，
被还原为
，用
作还原剂时，
被氧化为
，
降2 价，
升2 价，介质环境为酸性（流程中注明加硫酸），故方程式为
。改为葡萄糖价格低（题中已提示），1mol 葡萄糖
可以还原
（葡萄糖被氧化成
），还原效率更高，且使用
会引入
，增加溶液杂质，可能影响后续蒸发结晶，故答案为：
；葡萄糖成本更低(葡萄糖还原效率更高)，使用
会引入
杂质导致
溶液不纯(使用葡萄糖产品纯度更高)
（3）从图中可看出
溶解度随温度增大而减小，故应选用蒸发结晶，其他结晶
水合物杂质溶解度随温度升高而增大，应趁热过滤将其除去，故答案为：蒸发结晶；趁热
过滤；
（4）醋酸铅溶液加硫酸生成硫酸铅沉淀和醋酸，反应生成的醋酸可以循环到醋酸溶铅过程，
整个流程中可循环利用的物质是醋酸，故答案为：醋酸(
)；
（5）饱和硫酸铅溶液中
，则要生成碳酸铅
沉淀，
溶液的最小浓度为
，故答案为：
；
（6）
位于立方体顶点，
位于棱心，每个
沿着
、
、
轴方
向各连接2 个
配体，因此，每个
连接6 个
配体；
是多孔材料
且用于气体储存、多相催化、分子分离和药物输送等领域，说明其具有很强的吸附能力，
因此推出其比表面积很大，故答案为：6；大。
3.(1) 搅拌、适当升高温度、粉碎炼锌矿渣、适当提高硫酸浓度等
(2)
硫酸锌
(3) 能 Fe
(4)
(5)
(6)
硼酸的酸性很弱，对滴定终点的影响可忽略不计
【分析】炼锌矿渣用稀硫酸酸浸后所得滤液中含有亚铁离子、铁离子、锌离子、Ga3+，加
入双氧水氧化亚铁离子，调节pH=5.4，沉淀铁离子和Ga3+，过滤后得到的滤饼加入稀硫酸
酸化得到氯化铁和氯化镓，加入固体铁把铁离子转化为亚铁离子，然后利用萃取剂萃取
Ga3+，加入氢氧化钠溶液使Ga3+转化为NaCaO2，电解NaCaO2溶液生成单质Ga，通过
生成GaN，据此分析回答问题。
【详解】（1）搅拌、适当升高温度、粉碎炼锌矿渣、适当提高硫酸浓度等均可以提高炼锌
矿渣酸浸效率；
可以写成
，“浸出”过程中
与稀硫酸反应的离
子方程式为
；
（2）向“浸出”后的滤液中先加入
的目的是将亚铁离子氧化为铁离子；根据题表中
数据可知，
的溶度积常数
，当溶液的pH=5.4 时，
，则“滤液1”中残余的
的浓度
；
（3）调节pH 至5.4 的目的是沉淀
和
“滤饼”的主要成分为
，
向“滤饼”中加入稀硫酸或稀盐酸都能将“滤饼”溶解，萃取前加入固体X 的目的是还原
且不引入杂质，则X 为Fe；
（4）“电解”可得金属Ga，阴极上
发生还原反应得到金属镓，电极反应式为
；
（5）根据原子守恒可知，另外一种产物为甲烷，所以总反应的化学方程式为
；
（6）由题给方程式可得如下转化关系：
，滴定消耗
盐
酸，则样品的纯度为
。硼酸的酸性非常弱，
对滴定终点的影响可忽略不计，因此可用
溶液吸收
。
解题策略与备考建议
心态稳定，敢于入手：工艺流程题虽长，但问题往往是分步、渐进的。从自己能看懂
的部分入手，逐步推进。
强化“主线-旁线”思维训练：拿到任何流程题，第一要务是画出核心元素的转化主线，
并标注出每一步除去的杂质是什么。
建立知识关联库：
熟记常见金属（Na、Mg、Al、Fe、Cu、Zn 等）及其化合物的性质与转化。
熟记常见离子的沉淀pH、常见氧化剂还原剂。
熟记分离提纯操作的目的和要点。
规范答题语言：
回答“目的类”问题，用语要准确。例如：“将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，以便后续通过调节
pH 形成Fe(OH)₃ 沉淀除去”。
书写方程式时，注意反应环境（酸碱性）、产物形式、配平。
加强计算训练：重点练习守恒法（质量、元素、电子、电荷）计算、Ksp 计算、产率
与纯度计算，提高运算准确率。
关注社会热点：留意与环境保护、资源回收、新能源材料制备等相关的工艺，这些都
可能成为命题背景。
