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【命题分析】化学工艺流程题是高考的必考题型，题目综合性强，难度大，通常以化工生产中流程图的形式，以陌生元素或陌生化合物知识为载体，综合考查元素化合物知识、氧化还原反应方程式的书写、实验基本操作、实验步骤的分析、实验方案的评价、产率的计算、Ksp的应用、绿色化学思想的体现等，可以说是真正的学科内综合题，无所不考。此类试题集综合性、真实性、开放性于一体，包含必要的操作名称、化工术语或文字说明，考查知识面广、综合性强、思维容量大。题干的呈现形式多为流程图、表格和图像；设问角度一般为操作措施、物质成分、化学反应、条件控制的原因和产率计算等，能力考查侧重于获取信息的能力、分析问题的能力、语言表达能力和计算能力；涉及到的化学知识有基本理论、元素化合物和实验基础知识等。 【解题策略】审题时要弄懂流程图中涉及的反应原理、反应条件的控制以及物质的分离等。明确流程图中箭头方向和含义。流程图中箭头进入的是反应物(投料)，箭头出去的是生成物(产物、副产物)，返回的箭头一般是'循环利用'的物质。图中一般会出现陌生知识，要读懂题给文字、表格信息以及设问中的提示性信息，并分析和解题中随时进行联系、调用。 术语简答 解题策略 【题型归类】 题型一物质制备类工艺流程 例题1硼镁泥是一种工业废料，主要成分是MgO(占40%)，还有CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质，以此为原料制取的硫酸镁，可用于印染、造纸、医药等工业。从硼镁泥中提取MgSO4·7H2O的流程如图所示。 已知，某些氢氧化物沉淀的pH如表所示。 请回答下列问题： (1)在'酸解'过程中，欲加快'酸解'时的化学反应速率，请提出两种可行的措施：______。 (2)加入的NaClO可与Mn2＋反应：Mn2＋＋ClO－＋H2O===MnO2↓＋2H＋＋Cl－，还有一种离子也会被NaClO氧化，并发生水解，该反应的离子方程式为_________________________。 (3)'滤渣'的主要成分除Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2外，还有____________。 (4)已知不同温度下MgSO4、CaSO4的溶解度如表所示。 '除钙'是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去，根据表中数据，简要说明操作步骤：蒸发浓缩、______。'操作Ⅰ'是将滤液继续蒸发浓缩、冷却结晶、________，便可得到MgSO4·7H2O。 (5)实验中提供的硼镁泥共100 g，得到的MgSO4·7H2O为172.2 g，计算MgSO4·7H2O的产率：________。 (6)金属镁可用于自然水体中铁件的电化学防腐，完成防腐示意图，并作相应标注。 【解析】(1)加快'酸解'过程是化学反应速率问题，故可采用增大浓度、升高温度、增大反应物的接触面积等。(2)在酸性条件下，ClO－可将Fe2＋氧化为Fe3＋，而ClO－被还原为Cl－；生成的Fe3＋水解生成Fe(OH)3，其离子方程式可写为2Fe2＋＋ClO－＋5H2O===2Fe(OH)3↓＋Cl－＋4H＋。(3)由于该硼镁泥中有MgO、CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等物质，所以'酸解'后生成的阳离子有Mg2＋、Ca2＋、Mn2＋、Fe3＋、Fe2＋、Al3＋等，不溶物为SiO2，Mn2＋被氧化为MnO2，Fe2＋被氧化为Fe3＋，根据第一个表格中数据可知，Fe(OH)3、Al(OH)3完全沉淀的pH均小于5，所以调节溶液pH为5～6时，Fe3＋、Al3＋分别生成沉淀Fe(OH)3、Al(OH)3， 是用相对活泼的金属作负极，铁作正极；另一种是外接电源的保护法，也就是将铁连接电源的负极，作为电解池的阴极。 【答案】(1)适当升高温度、把硼镁泥粉碎(或搅拌、适当增大硫酸浓度) (2)2Fe2＋＋ClO－＋5H2O===2Fe(OH)3↓＋Cl－＋4H＋ (3)SiO2 (4)趁热过滤 过滤洗涤(或过滤) (5)70%(6)或 题型二物质提纯类工艺流程 例题2以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为： 以下是一种废钒催化剂回收工艺路线： 回答下列问题： (1)'酸浸'时V2O5转化为VOeq \o\al(＋,2)，反应的离子方程式为_______________________，同时V2O4转化成VO2＋。'废渣1'的主要成分是________。 (2)'氧化'中欲使3 mol的VO2＋变为VOeq \o\al(＋,2)，则需要氧化剂KClO3至少为________ mol。 (3)'中和'作用之一是使钒以V4Oeq \o\al(4－,12)形式存在于溶液中。'废渣2'中含有________。 (4)'离子交换'和'洗脱'可简单表示为：4ROH＋V4Oeq \o\al(4－,12)eq \o(,\s\up11(离子交换),\s\do4(洗脱))R4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性(填'酸''碱'或'中')。 (5)'流出液'中阳离子最多的是________。 (6)'沉钒'得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出'煅烧'中发生反应的化学方程式：____________。
形式存在，而铁、铝则在'中和'过程中转化为沉淀，所以'流出液'中最多的阳离子是钾离子。(6)由NH4VO3转化为V2O5，V的化合价未发生变化，该反应为非氧化还原反应，所以N的化合价仍为－3，一种生成物是NH3，另一种生成物必定是H2O。 【答案】(1)V2O5＋2H＋===2VOeq \o\al(＋,2)＋H2O SiO2(2)0.5 (3)Fe(OH)3和Al(OH)3 (4)碱(5)K＋ (6)2NH4VO3eq \o(=====,\s\up7(高温))V2O5＋2NH3↑＋H2O 【题型演练】 1．铬渣（铬主要以Cr2O3形式存在，同时含有Al2O3、SiO2等杂质）是铬电镀过程中产生的含铬污泥，实现其综合利用，可减少铬产生的环境污染。铬渣综合利用工艺流程如下：
请回答下列问题： （1）焙烧得到的产物含有Na2CrO4和一种无污染的气体，则生成Na2CrO4的反应方程式为____。 （2）除去铝元素的离子方程式为__________________________________________。 （3）理论上加入醋酸铅、硝酸铅均可以得到铬酸铅沉淀，工艺流程中不选用醋酸铅的原因是___________。 （4）铬酸铅是一种用于水彩和油彩的筑色颜料，遇到空气中的硫化物颜色会变黑，该过程的化学反应方程式为___________________________。 （5）实验室常利用Cr3+在碱性溶液中的还原性，使其转化为CrO42-，从而实现与Al3+的分离，这个过程中需要加入的两种试剂是__________、__________（填化学式），分离操作是______。 2. 二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物，平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末（含SiO2、Fe2O3、CeO2、FeO等物质）。某课题组以此粉末为原料，设计如下工艺流程对资源进行回收，得到纯净的CeO2和硫酸铁铵晶体。
已知：CeO2不溶于稀硫酸，也不溶于NaOH溶液。 回答下列问题： (1)稀酸A的分子式是_______________。 (2)滤液1中加入H2O2溶液的目的是_______________________。 (3)设计实验证明滤液1中含有Fe2+_____________________。 (4) 在酸性溶液中，已知Fe2+溶液可以和难溶于水的FeO(OH)反应生成Fe3O4，书写该反应的离子方程式________________________________。 (5)由滤液2生成Ce(OH)4的离子方程式________________________。 (6)硫酸铁铵晶体[Fe2(SO4)3·2(NH4)2SO4·3H2O]广泛用于水的净化处理，但其在去除酸性废水中的悬浮物时效率降低，其原因是______________________。 (7)取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.531 g，加硫酸溶解后，用浓度为0.l000 mol·L-1的FeSO 4标准溶液滴定至终点时（铈被还原为Ce3+ )，消耗25.00 mL标准溶液。该产品中Ce(OH)4的质量分数为______________ (结果保留两位有效数字)，Mr（Ce）＝140。 3．钨是熔点最高的金属，是重要的战略物资。自然界中钨主要存在于黑钨矿中，其主要成分是铁和锰的钨酸盐（FeWO4、MnWO4），还含少量Si、As的化合物。由黑钨矿冶炼钨的工艺流程如下：
已知：①滤渣I的主要成份是Fe2O3、MnO2。②上述流程中，钨的化合价只有在最后一步发生改变。③常温下钨酸难溶于水。 （1）钨酸盐（FeWO4、MnWO4）中钨元素的化合价为____，请写出FeWO4在熔融条件下发生碱分解反应生成Fe2O3的化学方程式：______________________________________。 （2）上述流程中向粗钨酸钠溶液中加硫酸中和至pH=10后，溶液中的杂质阴离子为SiO32-、HAsO32-、HAsO42-等，则'净化'过程中，加入H2O2时发生反应的离子方程式为___________，滤渣Ⅱ的主要成分是______________。 （3）已知氢氧化钙和钨酸钙（CaWO4）都是微溶电解质，两者的溶解度均随温度升高而减小。下图为不同温度下Ca（OH）2、CaWO4的沉淀溶解平衡曲线。
①T1_____T2（填'>'或'<> ②将钨酸钠溶液加入石灰乳得到大量钨酸钙，发生反应的离子方程式为____________。 4.锑(Sb)及其化合物在工业上有许多用途。以辉锑矿（主要成分为Sb2S3，还含有PbS、As2S3、CuO、SiO2等）为原料制备金属锑的工艺流程如图所示：
已知：①浸出液中除含过量盐酸和SbCl5之外，还含有SbCl3、PbCl2、AsCl3、CuCl2等； ②常温下：Ksp(CuS)=1.27×10-36，Ksp(PbS)=9.04×10-29； ③溶液中离子浓度≤1.0×10-5 mol·L-1时，认为该离子沉淀完全。 （1）滤渣1中除了S之外，还有___________（填化学式）。 （2）'还原'时，被Sb还原的物质为_____________（填化学式）。 （3）常温下，'除铜、铅'时，Cu2+和Pb2+均沉淀完全，此时溶液中的c(S2-)不低于_________；所加Na2S也不宜过多，其原因为___________________________。 （4）'除砷'时有H3PO3生成，该反应的化学方程式为______________________________。 （5）'电解'时，被氧化的Sb元素与被还原的Sb元素的质量之比为______________。 （6）一种突破传统电池设计理念的镁-锑液态金属储能电池工作原理如图所示：
该电池由于密度的不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成不变。充电时，C1-向_____（填'上'或'下'）移动；放电时，正极的电极反应式为______________________。 5.钒钛磁铁矿炼钢后剩余的尾渣中含有V2O3、MgO、Al2O3、Fe2O3、SiO2等，现从该钒渣中回收V2O3的工艺流程如下：
(1)滤液I的成分是NaVO3、NaAlO3和_________(写化学式)。 (2)检验滤渣I中是否含有Fe2O3的方法是_______________________________。 (3)用离子方程式表示NaAlO2溶液具有碱性的原因：_______________________________。 (4)加入硫酸铵溶液后溶液的pH会有所降低，已知常温时氨水的电离平衡常数Ka=2×10-5；则0.1 mol·L-1的 (NH4)2SO4溶液的PH约为__________。 (5)在沉钒操作中，选择使用(NH4)2SO4比使用(NH4)2CO3的沉钒效率高，其原因为________。 (6)NH4VO3和Na2SO4的混合液需要经过蒸发浓缩、趁热过滤、冷却结晶和过滤等操作得到NH4VO3晶体，结合下图，分析为了得到较纯净的NH4VO3晶体和较高的晶体析出率，应选择最适宜的结晶温度，为a、b、c、d四点中______点对应的温度。
(7)最后制备V2O3时煅烧的温度不宜过高，当温度在1000 ℃时，偏钒酸铵(NH4VO3)会分解生成V2O3>和N2以及其他常见的氧化物，写出偏钒酸铵在1000 ℃时分解的化学方程式：______。 6.草酸钴是制作氧化钴和金属钴的原料。一种利用含钴废料（主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、碳及有机物等）制取CoC2O4的工艺流程如下：：
（1）'550 ℃焙烧'的目的是____________________________________； （2）'浸出液'的主要成分是__________________________________； （3）'钴浸出'过程中Co3+转化为Co2+，反应的离子方程式为_________________； （4）'净化除杂1'过程中，先在40 ~ 50 ℃加入H2O2，其作用是____________(用离子方程式表示）；再升温至80 ~ 85 ℃，加入Na2CO3溶液，调pH至4.5，'滤渣1'主要成分的是_____________________________。 （5）'净化除杂2'可将钙、镁离子转化为沉淀过滤除去，若所得滤液中c(Ca2+)=1.0×l0-5 mol /L，则滤液中 c(Mg2+)为________________ [已知Ksp(MgF2) =7.35×10-11、Ksp(CaF2) =1.05×10-10]。 （6）为测定制得样品的纯度，现称取1.00 g样品，将其用适当试剂转化，得到草酸铵[(NH4)2C2O4]溶液，再用过量稀硫酸酸化，用0. 1000 mol/L的 KMnO4溶液滴定，达到滴定终点时，共用去KMnO4溶液26.00 mL，则草酸钴样品的纯度为__________________。 7.我国每年产生的废旧铅蓄电池约330万吨。从含铅废料(PbSO4、PbO2、PbO等)中回收铅，实现铅的再生，意义重大。一种回收铅的工作流程如下：
(1)铅蓄电池放电时，PbO2作__极。铅蓄电池充电时，阳极附近溶液pH的变化是____(填'升高''降低'或'不变')。 (2)过程Ⅰ，已知：PbSO4、PbCO3的溶解度(20 ℃)见图1；Na2SO4、Na2CO3的溶解度见图2。 ①根据图1写出过程Ⅰ的离子方程式：________________________________________。 ②生产过程中的温度应保持在40 ℃，若温度降低，PbSO4的转化速率下降。根据图2，解释可能原因：ⅰ.温度降低，反应速率降低；ⅱ.__________________(请你提出一种合理解释)。 ③若生产过程中温度低于40 ℃ ，所得固体中，含有较多的Na2SO4杂质，结合必要的化学用语和文字说明原因：__________________________________________________。 (3)过程Ⅱ，发生反应2PbO2＋H2C2O4===2PbO＋H2O2＋2CO2↑。实验中检测到有大量O2放出，推测PbO2氧化了H2O2，通过实验证实了这一推测，实验方案是_____________。(已知：PbO2为棕黑色固体；PbO为橙黄色固体) (4)过程Ⅲ，将PbO粗品溶解在HCl和NaCl的混合溶液中，得到含Na2PbCl4的电解液，电解Na2PbCl4溶液，生成Pb，如图3。 ①阴极的电极反应式是________________________________。 ②电解一段时间后，PbCleq \o\al(2－,4)浓度极大下降，为了恢复其浓度且实现物质的循环利用，阴极区采取的方法是________________________。 8.锰的用途非常广泛，在钢铁工业中，锰的用量仅次于铁，90%的锰消耗于钢铁工业，10%的锰消耗于有色冶金、化工、电子、电池、农业等部门。以碳酸锰矿(主要成分为MnCO3，还含有铁、镍、 钴等碳酸盐杂质)为原料生产金属锰的工艺流程如下： 已知25 ℃，部分物质的溶度积常数如下：
(1)步骤Ⅰ中，MnCO3与硫酸反应的化学方程式是________________________________。 (2)步骤Ⅰ中需要加入稍过量的硫酸，其目的有3点：①使矿物中的物质充分反应；②提供第Ⅱ步氧化时所需要的酸性环境；③_________________________________________。 (3)步骤Ⅱ中，MnO2在酸性条件下可将Fe2＋氧化为Fe3＋，该反应的离子方程式是__________；加氨水调节溶液的pH为5.0～6.0，以除去Fe3＋。 (4)步骤Ⅲ中，需要用到的玻璃仪器除玻璃棒、漏斗外，还有________；滤渣2的主要成分是________________________________________________________________________。 (5)电解后的废水中还含有Mn2＋，常用石灰乳进行一级沉降得到Mn(OH)2沉淀，过滤后再向滤液中加入适量Na2S，进行二级沉降。欲使溶液中c(Mn2＋)≤1.0×10－5 mol·L－1，则应保持溶液中c(S2－)≥_____mol·L－1。 9.工业上回收利用某合金废料(主要含Fe、Cu、Al、Co、Li等)的工艺流程如图所示。已知：Co、Fe都是中等活泼金属。
已知：Ksp[Cu(OH)2]＝4.0×10－21，Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－32，Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－38，Ksp[Fe(OH)2]＝8.0×10－19。常温下，pH＝7.3时Li＋或Co3＋开始沉淀。 (1)金属M为________。 (2)①加入H2O2的作用是________________________(用离子方程式表示)。②氨水的作用是调节溶液的pH，常温下，使溶液中杂质离子刚好沉淀完全而全部除去(浓度小于1.0×10－5 mol·L－1认为完全沉淀)。需调节溶液的pH范围为__________。 (3)充分焙烧的化学方程式为_______________________________________________。 (4)已知Li2CO3微溶于水，其饱和溶液的浓度与温度的关系如表所示。操作2中，蒸发浓缩后必须趁热过滤，其原因是__________________________________________。
(5)用惰性电极电解熔融Li2CO3制取锂，阳极生成两种气体，则阳极的电极反应式为____。 (6)①Li、Co形成的某锂离子电池的正极是LiCoO2，含Li＋导电固体为电解质。充电时，Li＋被还原为Li，并以原子形式嵌入电池负极材料C6中(如图a所示)。电池反应为LixC6＋Li1－xCoO2eq \o(,\s\up11(放电),\s\do4(充电))C6＋LiCoO2，写出该电池放电时的负极反应式：_________________。 ②锂硫电池的总反应为2Li＋Seq \o(,\s\up11(放电),\s\do4(充电))Li2S，图b表示用锂硫电池给锂电池充电，请在图b两电极边的'( )'中填写'Li'或'S'，以达到给锂电池充电的目的。 10.以某菱锰矿(含MnCO3、SiO2、FeCO3和少量Al2O3等)为原料通过以下方法可获得碳酸锰粗产品。
已知Ksp(MnCO3)＝2.2×10－11，Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10－13，Ksp[Al(OH)3]＝1.3×10－33。 (1)滤渣中，含铁元素的物质主要是________(填化学式，下同)；加NaOH调节溶液的pH约为5，如果pH过大，可能导致滤渣中________含量减少。 (2)滤液中，＋1价阳离子除了H＋外还有________(填离子符号)。 (3)取'沉锰'前溶液a mL于锥形瓶中，加入少量AgNO3溶液(作催化剂)和过量的1.5%(NH4)2S2O8溶液，加热，Mn2＋被氧化为MnOeq \o\al(－,4)，反应一段时间后再煮沸5 min[除去过量的(NH4)2S2O8]，冷却至室温。选用适宜的指示剂，用b mol·L－1的(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点，消耗(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液V mL。①Mn2＋与(NH4)2S2O8反应的还原产物为______。②'沉锰'前溶液中c(Mn2＋)＝________mol·L－1。(列出表达式) (4)其他条件不变，'沉锰'过程中锰元素回收率与NH4HCO3初始浓度(c0)、反应时间的关系如图所示。 ①NH4HCO3初始浓度越大，锰元素回收率越____(填'高'或'低')，简述原因_________。 ②若溶液中c(Mn2＋)＝1.0 mol·L－1，加入等体积1.8 mol·L－1 NH4HCO3溶液进行反应，计算20～40 min内v(Mn2＋)＝________。 参考答案 1.（1）5Cr2O3＋14NaOH＋6NaNO3 ==10Na2CrO4＋3N2↑＋7H2O（2分）（2）AlO2-＋H+＋H2O==Al(OH)3↓（2分）（3）不引入新的杂质（1分）（4）PbCrO4＋H2S==PbS＋H2CrO4（2分）（5）NH3·H2O、H2O2（2分）过滤（1分） 2.(1)H2SO4（1分） (2)使Fe2+氧化为Fe3+（1分）(3)取少许滤液1，滴加铁氰化钾溶液，有蓝色沉淀生成，则证明滤液1中有Fe2+。或其他合理答案（1分）(4)Fe2+ +2FeO(OH) == Fe3O4 +2H+（2分）(5)4Ce 3 ++ O2 +12OH－+2H2O ==4Ce(OH)4↓（2分）(6)Fe3+ + 3H2O
Fe(OH)3 + 3H+，酸性废水抑制Fe3+的水解（或水解平衡逆向移动），使其不能生成有吸附作用的Fe(OH)3胶体（2分）(7)0.98或98%（1分）
5.（1）Na2SiO3（1分）将少量滤渣I溶于稀盐酸中，向溶解后的混合液中滴加KSCN溶液，若溶液变为血红色，说明滤渣中含有Fe2O3（2分）（3）A1O2-+2H2O
Al(OH)3+OH-（1分）（4）5 （1分）CO32-与NH4+离子水解相互促进，导致（NH4)2CO3溶液中的c(NH4+)比（NH4）2SO4溶液中的c(NH4+)小，因此(NH4)2SO4溶液沉钒效率较高（2分）（6）b（1分）（7）6NH4VO3
3V2O3+ 2N2↑+2NH3↑+9H2O↑（2分） 6.（1）除去碳和有机物（1分）（2）NaAlO2（答'NaAlO2和NaOH'也可得分）（1分）（3）2Co3++SO32-+H2O=2Co2++SO42-+2H+（2分）（4）2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O （1分） Fe(OH) 3（1分）（5）7.0×10-6 mol/L（不带单位扣1分）（2分）（6） 95.55%（2分） 7.(1)正 降低 (2)①PbSO4(s)＋COeq \o\al(2－,3)(aq)PbCO3(s)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq) ②Na2SO4、Na2CO3浓度降低，反应速率降低 ③温度低于40 ℃时，温度降低，平衡'Na2SO4(s)2Na＋(aq)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)'逆向移动，产生较多的Na2SO4固体杂质 (3)取少量PbO2于试管中，向其中滴加H2O2溶液，产生可使带火星木条复燃的气体，同时棕黑色固体变为橙黄色 (4)①PbCleq \o\al(2－,4)＋2e－===Pb↓＋4Cl－ ②继续向阴极区加PbO粗品 8.(1)MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋CO2↑＋H2O(2)抑制Mn2＋的水解(3)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O(4)烧杯 CoS和NiS (5)1×10－6 9.(1)Cu (2)①2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O ②5.0<><7.3 (3)4coc2o4·2h2o＋3o2eq \o(="====,\s\up7(300" ℃))2co2o3＋8h2o＋8co2 (4)减少li2co3的溶解损失 (5)2coeq="" \o\al(2－,3)－4e－=""> 10.(1)Fe(OH)3 Al(OH)3、SiO2 (2)Na＋、NHeq \o\al(＋,4) (3)①SOeq \o\al(2－,4)[或'H2SO4'、'Na2SO4'、'(NH4)2SO4'] ②eq \f(bV,5a) (4)①高 根据Ksp＝c(COeq \o\al(2－,3))·c(Mn2＋)，c(NH4HCO3)越大，c(COeq \o\al(2－,3))越大，c(Mn2＋)越小，析出的MnCO3越多[或c(NH4HCO3)越大，c(COeq \o\al(2－,3))越大，使平衡MnCO3(s)COeq \o\al(2－,3)(aq)＋Mn2＋(aq)向逆反应方向移动，析出的MnCO3越多] ②7.5×10－3 mol·L－1·min－1 |
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