2025屆高考化學二輪專題復習與測試第二部分題型解讀三化學工業(yè)流程題解題突破

題型解讀三化學工業(yè)流程題解題突破工藝流程綜合題是近年高考必考題型，該題型以真實的工業(yè)生產(chǎn)為載體，涉及的學問點眾多。對于工藝流程綜合題，應留意以下考查角度：(1)通過方程式的書寫、提純試劑的選擇或分別、產(chǎn)物的組成分析等考查元素化合物學問。(2)通過對試驗條件的選擇、詳細試驗措施的說明等考查運用化學反應原理解決實際問題的實力。(3)通過“物質(zhì)循環(huán)利用”和“三廢處理”考查綠色化學觀念。(4)通過“定量分析”考查反應物計量對轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)率的影響。(5)通過限制溶液pH分別除雜考查試驗基本操作和沉淀溶解平衡。這類題主要考查學生分析與推想、歸納與總結(jié)實力。1．(2024·廣州調(diào)研)釩(V)廣泛應用于冶金、化工、航天等領域。一種以釩渣(主要成分是FeV2O4、Fe2SiO4、MnV2O4等)為原料制取金屬釩的工藝流程如圖所示：已知：①VOeq\o\al(＋,2)具有強氧化性，主要存在于pH<2的溶液中，pH>2時轉(zhuǎn)化成酸式多釩酸鹽。②溶液中金屬離子起先沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金屬離子Fe3＋Fe2＋Mn2＋Mg2＋起先沉淀時(c＝0．1mol·L－1)的pH1.97.08.18.9沉淀完全時(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH3.29.010.110.9回答下列問題：(1)FeV2O4中Fe為＋2價，V的化合價為________。(2)“焙燒Ⅰ”中FeV2O4轉(zhuǎn)化為Mg2V2O7和Fe2O3的化學方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)“酸浸”所得浸出液中除含有VOeq\o\al(＋,2)、Mn2＋外，還含有的金屬陽離子有__________。(4)“沉釩”可得到(NH4)4H2V10O28沉淀，“焙燒Ⅱ”中反應的化學方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)“沉釩”所得濾液中加入氨水調(diào)整溶液pH＝x，過濾得到Mn(OH)2沉淀和溶液A，溶液A中Mg2＋濃度為0.24g·L－1，為盡可能多地回收Mn2＋，并避開Mn(OH)2中混入Mg(OH)2，應限制x＝__________。溶液A經(jīng)加氨沉淀除鎂后，溶液中的溶質(zhì)可再生循環(huán)到__________工序運用。(6)一種釩的硫化物的晶體結(jié)構(gòu)(圖a)及其俯視圖(圖b)如下圖所示：①該釩的硫化物的化學式是________。②該釩的硫化物的晶體中，與每個V原子最近且等距的S原子的個數(shù)是________。解析：(1)FeV2O4中Fe為＋2價、氧為－2價，依據(jù)化合價代數(shù)和為零可知，V的化合價為＋3。(2)“焙燒Ⅰ”中FeV2O4和氧化鎂、氧氣反應，轉(zhuǎn)化為Mg2V2O7和Fe2O3，化學方程式為4FeV2O4＋8MgO＋5O24Mg2V2O7＋2Fe2O3。(3)“酸浸”過程中鎂、鐵也會和硫酸反應轉(zhuǎn)化為相應的鹽溶液，故所得浸出液中除含有VOeq\o\al(＋,2)、Mn2＋外，還含有的金屬陽離子有Mg2＋、Fe3＋。(4)“沉釩”可得到(NH4)4H2V10O28沉淀，“焙燒Ⅱ”中(NH4)4H2V10O28分解得到V2O5，依據(jù)質(zhì)量守恒可知，還會生成氨和水，反應的化學方程式為(NH4)4H2V10O285V2O5＋4NH3↑＋3H2O。(5)由表格可知，鎂離子為c＝0.1mol·L－1，pH＝8.9起先沉淀，此時pOH＝5.1，則Ksp＝0.1×(10－5.1)2＝10－11.2；溶液A中Mg2＋濃度為0.24g·L－1，為0.01mol·L－1，則氫氧根離子濃度為eq\r(\f(10－11.2,0.01))＝10－4.6mol·L－1，即pOH＝4.6，則pH＝9.4；溶液A經(jīng)加氨沉淀除鎂后，溶液中的溶質(zhì)含有硫酸銨，故可再生循環(huán)到沉釩工序運用。(6)①由題圖可知，依據(jù)均攤法，1個晶胞中V為12×eq\f(1,6)＋6×eq\f(1,3)＋2×eq\f(1,2)＋1＝6(個)、S為6個，故該釩的硫化物的化學式是VS。②該釩的硫化物的晶體中，以體心的V為例，可知與每個V原子最近且等距的S原子的個數(shù)是6。答案：(1)＋3(2)4FeV2O4＋8MgO＋5O24Mg2V2O7＋2Fe2O3(3)Mg2＋、Fe3＋(4)(NH4)4H2V10O285V2O5＋4NH3↑＋3H2O(5)9.4沉釩(6)①VS②62．(2024·廣東卷)稀土(RE)包括鑭、釔等元素，是高科技發(fā)展的關鍵支撐。我國南方特有的稀土礦可用離子交換法處理，一種從該類礦(含鐵、鋁等元素)中提取稀土的工藝如下：已知：月桂酸(C11H23COOH)熔點為44℃；月桂酸和(C11H23COO)3RE均難溶于水。該工藝條件下，稀土離子保持＋3價不變；(C11H23COO)2Mg的Ksp＝1.8×10－8，Al(OH)3起先溶解時的pH為8.8；有關金屬離子沉淀的相關pH見下表。離子Mg2＋Fe3＋Al3＋RE3＋起先沉淀時的pH8.81.53.66.2～7.4沉淀完全時的pH/3.24.7/(1)“氧化調(diào)pH”中，化合價有變更的金屬離子是________。(2)“過濾1”前，用NaOH溶液調(diào)pH至________________的范圍內(nèi)，該過程中Al3＋發(fā)生反應的離子方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)“過濾2”后，濾餅中檢測不到Mg元素，濾液2中Mg2＋濃度為2.7g·L－1。為盡可能多地提取RE3＋，可提高月桂酸鈉的加入量，但應確?！斑^濾2”前的溶液中c(C11H23COO－)低于________mol·L－1(保留兩位有效數(shù)字)。(4)①“加熱攪拌”有利于加快RE3＋溶出、提高產(chǎn)率，其緣由是____________________。②“操作X”的過程為先__________，再固液分別。(5)該工藝中，可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有________________(寫化學式)。(6)稀土元素釔(Y)可用于制備高活性的合金類催化劑Pt3Y。①還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時，生成1molPt3Y轉(zhuǎn)移________mol電子。②Pt3Y/C用作氫氧燃料電池電極材料時，能在堿性溶液中高效催化O2的還原，發(fā)生的電極反應為________________________________________________________________________。解析：由流程可知，該類礦(含鐵、鋁等元素)加入酸化MgSO4溶液浸取，得到浸取液中含有RE3＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、SOeq\o\al(2－,4)等離子，經(jīng)氧化調(diào)pH使Fe3＋、Al3＋形成沉淀，經(jīng)過濾除去，濾液1中含有RE3＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)等離子，加入月桂酸鈉，使RE3＋形成(C11H23COO)3RE沉淀，濾液2主要含有MgSO4溶液，可循環(huán)利用，濾餅加鹽酸，經(jīng)加熱攪拌溶解后，再冷卻結(jié)晶，析出月桂酸，再固液分別得到RECl3溶液。(1)“氧化調(diào)pH”目的是除去含鐵、鋁等元素的離子，須要將Fe2＋氧化為Fe3＋，以便后續(xù)除雜，所以化合價有變更的金屬離子是Fe2＋。(2)由表中數(shù)據(jù)可知，Al3＋沉淀完全的pH為4.7，而RE3＋起先沉淀的pH為6.2～7.4，所以為保證Fe3＋、Al3＋沉淀完全，且RE3＋不沉淀，要用NaOH溶液調(diào)pH至4.7≤pH<6.2的范圍內(nèi)，該過程中Al3＋發(fā)生反應的離子方程式為Al3＋＋3OH－=Al(OH)3↓。(3)濾液2中Mg2＋濃度為2.7g·L－1，即0.1125mol·L－1，依據(jù)Ksp＝[(C11H23COO)2Mg]＝c(Mg2＋)·c2(C11H23COO－)，若要加入月桂酸鈉后只生成(C11H23COOR)3RE，而不產(chǎn)生(C11H23COO)2Mg，則c(C11H23COO－)<eq\r(\f(Ksp[（C11H23COO）2Mg],c（Mg2＋）))＝eq\r(\f(1.8×10－8,0.1125))＝4.0×10－4mol·L－1。(4)①“加熱攪拌”有利于加快RE3＋溶出、提高產(chǎn)率，其緣由是加熱攪拌可增大反應速率。②“操作X”的結(jié)果是分別出月桂酸，由信息可知，月桂酸(C11H23COOH)熔點為44℃，故“操作X”的過程為先冷卻結(jié)晶，再固液分別。(5)由分析可知，該工藝中，可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有MgSO4。(6)①YCl3中Y為＋3價，PtCl4中Pt為＋4價，而Pt3Y中金屬均為0價，所以還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時，生成1molPt3Y轉(zhuǎn)移15mol電子。②堿性溶液中，氫氧燃料電池正極發(fā)生還原反應，發(fā)生的電極反應為O2＋4e－＋2H2O=4OH。答案：(1)Fe2＋(2)4.7≤pH<6.2Al3＋＋3OH－=Al(OH)3↓(3)4.0×10－4(4)①加熱攪拌可增大反應速率②冷卻結(jié)晶(5)MgSO4(6)①15②O2＋4e－＋2H2O=4OH－1．讀懂工藝流程圖。(1)箭頭：箭頭進入的是投料(反應物)、出去的是主產(chǎn)物或副產(chǎn)物(生成物)。(2)三線：出線和進線均表示物料流向或操作流程，可逆線表示物質(zhì)循環(huán)。2．?？蓟ばg(shù)語。?？蓟ばg(shù)語關鍵詞釋義研磨、霧化將塊狀或顆粒狀的物質(zhì)磨成粉末或?qū)⒁后w霧化，增大反應物接觸面積，以增大反應(溶解)速率或使反應更充分，提高原料的轉(zhuǎn)化率(或浸取率)灼燒(煅燒)使固體在高溫下分解或變更結(jié)構(gòu)、使雜質(zhì)高溫氧化、分解等。如煅燒石灰石、高嶺土、硫鐵礦浸取向固體中加入適當溶劑或溶液，使其中可溶性的物質(zhì)溶解，包括水浸取、酸溶、堿溶、醇溶等酸浸在酸性溶液中使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去過濾固體與液體的分別滴定定量測定，可用于某種未知濃度物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度的測定蒸發(fā)結(jié)晶蒸發(fā)溶劑，使溶液由不飽和變?yōu)轱柡?，接著蒸發(fā)，過剩的溶質(zhì)就會呈晶體析出蒸發(fā)濃縮蒸發(fā)除去部分溶劑，提高溶液的濃度水洗用水洗去可溶性雜質(zhì)，類似的還有酸洗、醇洗等酸作用溶解，除去氧化物(膜)，抑制某些金屬離子的水解、除去雜質(zhì)離子等堿作用除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅，調(diào)整pH、促進水解(形成沉淀等)3.?？紬l件限制。(1)限制溶液的pH。①調(diào)整溶液的酸堿性，使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀析出(或抑制水解)。②加入酸或調(diào)整溶液至酸性還可除去氧化物(膜)。③加入堿或調(diào)整溶液至堿性還可除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅等。④特定的氧化還原反應須要的酸性條件(或堿性條件)。(2)限制溫度：主要從物質(zhì)性質(zhì)(熱穩(wěn)定性、水解、氧化性或還原性、溶解度、熔點、沸點、揮發(fā)性、膠體聚沉等)和反應原理(反應速率、平衡移動、催化劑活性、副反應)兩個角度思索。(3)限制壓強：變更速率，影響平衡。(4)運用合適的催化劑：增大反應速率，縮短達到平衡所須要的時間。(5)趁熱過濾：防止某物質(zhì)降溫時析出。(6)洗滌：常見的洗滌方式有“水洗”和“乙醇洗”。“水洗”的目的是除去沉淀或晶體表面殘留的雜質(zhì)，當沉淀物的溶解度隨溫度上升而增大時一般可用冰水洗；“乙醇洗”既可以除去沉淀或晶體表面殘留的雜質(zhì)，又可以降低晶體的溶解度，削減損失，還可以利用乙醇易揮發(fā)的性質(zhì)，加快除去沉淀或晶體表面的水分。(7)氧化：氧化劑的選擇要依據(jù)試題設置的情境，常見的氧化劑有氯氣、過氧化氫、氧氣和次氯酸鈉等，為了避開引入新的雜質(zhì)，通常選擇的氧化劑有過氧化氫和氧氣。4．產(chǎn)物的分別提純。(1)常用分別操作。(2)常用結(jié)晶方法。①晶體不帶結(jié)晶水(如NaCl、KNO3)：蒸發(fā)結(jié)晶。②晶體帶結(jié)晶水(如膽礬)：將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾。③要得到溶解度受溫度影響小的溶質(zhì)(如除去NaCl中少量的KNO3)：蒸發(fā)濃縮結(jié)晶、趁熱過濾。④要得到溶解度受溫度影響大的溶質(zhì)(如除去KNO3中少量的NaCl)：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾。⑤重結(jié)晶的方法分別的原理：隨溫度的變更，兩種物質(zhì)的溶解度變更量差別較大。1．(2024·湛江一模)鎳鈷錳酸鋰材料是近年來開發(fā)的一類新型鋰離子電池正極材料，具有容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好、成本適中等優(yōu)點，這類材料可以同時有效克服鈷酸鋰材料成本過高、磷酸鐵鋰容量低等問題。工業(yè)上可由廢舊的鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰電池正極材料(還含有鋁箔、炭黑、有機黏合劑等)，經(jīng)過一系列工藝流程制備鎳鈷錳酸鋰材料，該材料可用于三元鋰電池的制備，實現(xiàn)電池的回收再利用，工藝流程如下圖所示：已知：①粉碎灼燒后主要成分是Li2O、NiO、Co2O3、MnO、Fe2O3、Al2O3。②萃取劑對Fe3＋選擇性很高，且生成的物質(zhì)很穩(wěn)定，有機相中的Fe3＋很難被反萃取。請回答下列問題：(1)正極材料在“灼燒”前先粉碎的目的是______________________________________________________________________________。(2)“堿浸”的目的是____________________，涉及的化學方程式是________________________________________________________________________。(3)“酸浸”時加入H2O2的作用是________________________________________________________________________。(4)上述工藝流程中采納萃取法凈化除去了Fe3＋，若采納沉淀法除去鐵元素，結(jié)合下表，最佳的pH范圍是______________。金屬離子Fe3＋Al3＋Fe2＋Co2＋Ni2＋Mn2＋起先沉淀時pH1.53.46.36.66.77.8完全沉淀時pH3.54.78.39.29.510.4(5)鎳鈷錳酸鋰材料中依據(jù)鎳鈷錳的比例不同，可有不同的結(jié)構(gòu)，其中一種底面為正六邊形結(jié)構(gòu)的晶胞如圖所示。①該物質(zhì)的化學式為__________，寫出基態(tài)Mn原子價層電子的軌道表示式________________________________________________________________________。②已知晶胞底面邊長是anm，高是bnm，一個晶胞的質(zhì)量為Mg，計算該晶胞的密度ρ＝____________g·cm－3(用計算式表示)。解析：廢舊電池正極材料灼燒，得到Li2O、NiO、Co2O3、MnO、Fe2O3、Al2O3，加入氫氧化鈉堿浸除去鋁，固體加入過氧化氫、稀硫酸酸浸后溶液加入萃取劑，萃取除去鐵，水相加入CoSO4、NiSO4、MnSO4調(diào)整鎳、鈷、錳離子物質(zhì)的量之比后加入氨水得到鈷錳鎳氫氧化物沉淀，濾液加入碳酸鈉得到碳酸鋰沉淀，鈷錳鎳氫氧化物沉淀與碳酸鋰沉淀燒結(jié)得到產(chǎn)品。(1)粉碎的目的是增大固體與相應反應物的接觸面積，使反應更充分。(2)依據(jù)流程可知粉碎灼燒后含有能和堿反應的Al2O3，所以“堿浸”的目的是除去氧化物中的Al2O3，對應的化學反應方程式是Al2O3＋2NaOH＋3H2O=2Na[Al(OH)4]。(3)結(jié)合流程可知鈷元素價態(tài)在氧化物中是＋3價，而最終得到＋2價，中間不涉及其他還原反應，故此過程中H2O2的作用應當是把＋3價鈷還原為＋2價。(4)依據(jù)流程信息，須要保證Fe3＋完全沉淀，而Co2＋、Ni2＋、Mn2＋均未起先沉淀，故pH的最佳范圍是3.5≤pH<6.6。(5)①依據(jù)晶胞的均攤規(guī)則可知：Li＋數(shù)目＝6×eq\f(1,3)＋6＋1＝9，Ni2＋和Mn2＋數(shù)目都是3，Co2＋數(shù)目＝12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＝3，O2－數(shù)目＝12×eq\f(1,3)＋12＋2＝18，其化學式應為Li3NiCoMnO6。Mn為25號元素，其價層電子軌道表示為。②1個晶胞的質(zhì)量為Mg，底面積S＝eq\f(3\r(3)a2,2)nm2，故晶胞的密度ρ＝eq\f(M,\f(3\r(3)a2,2)×b×10－21)g/cm3。答案：(1)增大固體與相應反應物的接觸面積，使反應更充分(2)除去氧化物中的Al2O3Al2O3＋2NaOH＋3H2O=2Na[Al(OH)4](3)把＋3價鈷還原為＋2價(4)3.5≤pH＜6.6(5)①Li3NiCoMnO6②eq\f(M,\f(3\r(3)a2,2)×b×10－21)2．(2024·汕頭一模)電解金屬錳陽極渣(主要成分MnO2，雜質(zhì)為Pb、Fe、Cu元素的化合物)和黃鐵礦(FeS2)為原料可制備Mn3O4。其流程如圖所示：已知：Ksp(MnF2)＝5.0×10－3、Ksp(CaF2)＝3.5×10－11。回答下列問題：(1)錳原子價層電子的軌道表示式為________________________，它處于周期表的________區(qū)，Mn3O4中Mn的化合價為____________。(2)“酸浸”時，所用的稀酸X是__________。(3)“酸浸”過程中，F(xiàn)e2＋、Fe3＋的質(zhì)量濃度、Mn浸出率與時間的關系如圖1所示。20～80min內(nèi)，浸出Mn元素的主要離子方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)若“凈化”過程中Mn2＋的濃度為2mol·L－1，則此時Ca2＋的濃度為________mol·L－1。(5)MnO2是一種兩性氧化物，用軟錳礦(主要成分為MnO2，含少量鐵的氧化物)和BaS可制備高純MnCO3。保持BaS投料量不變，隨MnO2與BaS投料比增大，軟錳礦還原率和氫氧化鋇的產(chǎn)率的變更如圖2所示。當eq\f(n（MnO2）,n（BaS）)>3.5時，Ba(OH)2產(chǎn)率減小的緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)碳酸錳在空氣中加熱可以生成相應的氧化物，稱取115mg碳酸錳(摩爾質(zhì)量115g·mol－1)加熱，固體物質(zhì)的質(zhì)量隨溫度的變更如圖3所示。527．4℃時，MnCO3生成相應固體物質(zhì)的化學方程式為________________________________________________________________________。解析：MnO2在酸性條件下有強氧化性，F(xiàn)eS2有強還原性，二者在酸浸時會發(fā)生氧化還原反應，結(jié)合題圖中后續(xù)操作后得到的是MnSO4溶液，可知所用的稀酸X為稀硫酸。然后向濾液中加入H2O2可以將雜質(zhì)Fe2＋離子氧化為Fe3＋，再加入CaO調(diào)整溶液pH，使Fe3＋、Cu2＋形成Fe(OH)3、Cu(OH)2沉淀，但是用CaO來調(diào)pH又會導致溶液中留下較多的Ca2＋，凈化階段加入MnF2的目的就是使Ca2＋轉(zhuǎn)化犯難溶物CaF2除去，過濾得到的濾液含有MnSO4，然后經(jīng)