化学工艺流程综合题
该题型以工艺流程图的形式再现实际生产的关键环节，情境真实而富有意义，旨在引导学生学以致用，解决生产、生活中的实际问题，有利于培养学生的科学精神和社会责任感。考查的知识多为产物的判断，陌生化学方程式、离子方程式或电极反应式的书写，温度控制在一定范围的原因分析，溶度积常数的有关计算等。工艺流程题是高考的热点题型，综合性强，难度较大，是高考试卷中的拉分题目之一。
（2024·全国甲卷26题节选）钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的＋2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。
注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于10－5 mol·L－1，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。
已知：①Ksp（CuS）＝6.3×10－36，Ksp（ZnS）＝2.5×10－22，Ksp（CoS）＝4.0×10－21。
②以氢氧化物形式沉淀时，lg[c（M）/（mol·L－1）]和溶液pH的关系如图所示。
回答下列问题：
（1）“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是 。
（2）假设“沉铜”后得到的滤液中c（Zn2＋）和c（Co2＋）均为0.10 mol·L－1，向其中加入Na2S至Zn2＋沉淀完全，此时溶液中c（Co2＋）＝ mol·L－1，据此判断能否实现Zn2＋和Co2＋的完全分离 （填“能”或“不能”）。
（3）“沉淀”步骤中，用NaOH调pH＝4，分离出的滤渣是 。
（4）“沉钴”步骤中，控制溶液pH＝5.0～5.5，加入适量的NaClO氧化Co2＋，其反应的离子方程式为
。
（5）根据题中给出的信息，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是
。
（2024·贵州高考16题节选）煤气化渣属于大宗固废，主要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2及少量MgO等。一种利用“酸浸—碱沉—充钠”工艺，制备钠基正极材料NaFePO4和回收Al2O3的流程如下：
已知：
①25 ℃时，Ksp[Fe（OH）3]＝2.8×10－39，Ksp[Al（OH）3]＝1.3×10－33，Ksp[Mg（OH）2]＝5.6×10－12；
②2Na[Al（OH）4]（aq）Al2O3·3H2O（s）＋2NaOH（aq）。
回答下列问题：
（1）“滤渣”的主要成分为 （填化学式）。
（2）25 ℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0，此时溶液中c（Fe3＋）＝ mol·L－1。
（3）“除杂”时需加入的试剂X是 。
（4）“水热合成”中，NH4H2PO4作为磷源，“滤液2”的作用是 ，
水热合成NaFePO4的离子方程式为 。
一、明确试题模式，建立思维模型
1.明确试题模式
图1箭头表示反应物加入和生成物出来；
图2箭头表示反应物分步加入和生成物出来；
图3箭头表示循环反应。
2.“元素追踪法”速析工艺流程图
通过对比原料及目标产品中的元素组成，先将元素分为“产品元素”和“杂质元素”，再追踪原料中和目标产品中均存在的元素，即追踪“产品元素”。
二、热点考查分类突破
（一）流程中滤渣成分的确定
滤渣成分判断的三个维度
举例 滤渣的成分
维度1 过量的反应物 以电石渣[主要成分为Ca（OH）2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如图： CaCO3、Ca（OH）2
维度2 原料中不参与反应的物质及生成物 某粉煤灰经预处理后含Cu2O、SiO2、Al2O3、FeO等化合物，一种综合利用工艺设计的流程如下： 已知：Cu2O＋2H＋Cu＋Cu2＋＋H2O 滤渣Ⅰ为SiO2、Cu
维度3 杂质转化的物质 工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁[Fe（OH）SO4，易溶于水]的工艺流程如图： Al（OH）3
1.硫酸锌（ZnSO4）是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备，菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下：
本题中所涉及离子的氢氧化物的溶度积常数如下表：
离子 Ksp
Fe3＋ 4.0×10－38
Zn2＋ 6.7×10－17
Cu2＋ 2.2×10－20
Fe2＋ 8.0×10－16
Mg2＋ 1.8×10－11
（1）加入物质X[Ca（OH）2]调溶液pH＝5，滤渣①的主要成分是 、 、 。
（2）滤渣④与浓硫酸反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是 、 。
（二）流程中常考的分离提纯技术——萃取、反萃取
1.化工流程中常用的分离操作
化工流程中分离提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干、蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。
2.萃取与反萃取考查角度
（1）萃取法分离
考查角度 举例 问题
萃取操作 的考查 用如图所示的实验装置进行萃取分液，以除去溶液中的Fe3＋。 为使Fe3＋尽可能多地从水相转移至有机相，采取的操作：向装有水溶液的仪器A中加入一定量的有机萃取剂，充分振荡、静置、分液，并重复多次
萃取剂 的选择 已知萃取剂A、B及pH对钴、锰离子萃取率的影响如图所示，为了除去Mn2＋，应选择萃取剂B
pH范围 的选择 Al3＋、Co2＋的萃取率与pH的关系如图所示。 萃取分离钴、铝离子的实验操作：向萃取分液后的有机相中加稀硫酸调pH＝3～4，分液可得CoSO4溶液，继续向萃取分液后的有机相中加稀硫酸调pH在0.5以下，然后分液，可得Al2（SO4）3溶液
归纳总结 ①要除去的离子在萃取剂中的溶解度远大于有效离子的溶解度。②离子在不同的萃取剂中溶解度相差越大越好。③选择合适的pH范围分离离子，要求该pH范围内离子溶解度相差较大
（2）反萃取分离
考查角度 示例 问题
反萃取 的目的 实验室从碘的CCl4溶液中提取I2，可以采用反萃取法，具体步骤如下： 碘单质与浓NaOH溶液发生的反应为3I2＋6NaOH5NaI＋NaIO3＋3H2O，操作A为分液，目的是使CCl4中的I2进入水层；操作B为过滤
反萃取剂 的选择 钒及其化合物在工业上有许多用途。从废钒（主要成分为V2O3、V2O5、Fe2O3、FeO、SiO2）中提取五氧化二钒的一种工艺流程如图。 已知：①VOSO4能溶于水，VO2＋与Fe不能反应。 ②有机溶剂H2R对VO2＋及Fe3＋萃取率高，但不能萃取Fe2＋ “溶剂萃取与反萃取”可表示为VO2＋＋H2RVOR＋2H＋。为了提高VO2＋的产率，反萃取剂可选用硫酸
2.一种从阳极泥（主要成分为Cu、Ag、Pt、Au、Ag2Se和Cu2S等）中回收Se和贵重金属的工艺流程如图所示：
已知：S2易与Ag＋形成配离子：Ag＋＋2S2[Ag（S2O3）2]3－，常温下该反应的平衡常数K＝2.80×1013。
滤液Ⅳ中含有Na2SO3和Na2S2O3，则“还原”中发生反应的离子方程式为 。
滤液Ⅳ可返回 （填“工序名称”）工序循环使用。但循环多次后，银的浸出率会降低，原因是
（试从平衡原理解释）。
（三）流程中Ksp的相关计算
1.流程中金属阳离子分离提纯时溶液pH的控制
化工流程中常常通过加碱调节溶液pH的方法除去某些金属阳离子，要求被除去的金属阳离子沉淀完全（即其浓度小于10－5mol·L－1），但被提纯的金属阳离子不能同时沉淀出来。因此，需要通过Ksp计算金属阳离子开始沉淀和沉淀完全时的pH，其计算流程：
对于M（OH）n，Ksp＝c（Mn＋）·cn（OH－） c（OH－）＝ c（H＋）＝ pH＝－lg c（H＋）。
【示例分析】
已知：25 ℃时，Ksp[Zn（OH）2]＝10－17，
Ksp[Fe（OH）3]＝10－39，要除去0.1 mol·L－1 ZnSO4溶液中混有的少量Fe3＋，应控制溶液的pH范围是 。
3.用软锰矿（主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3）制备高纯MnCO3的部分工艺流程如下：
已知：用硫酸酸浸后得到的是0.1 mol·L－1MnSO4溶液，其中含有少量FeSO4、Fe2（SO4）3和Al2（SO4）3，25 ℃时相关物质的Ksp见下表。
物质 Fe（OH）2 Fe（OH）3 Al（OH）3 Mn（OH）2
Ksp 1×10－16.3 1×10－38.6 1×10－32.3 1×10－12.7
净化时需加入的试剂X为 （填化学式），再使用氨水调溶液的pH，则调节溶液pH的范围是 。
4.工业上以软锰矿（主要成分为MnO2，还含有少量Fe2O3）和辉钼矿（主要成分为MoS2，还含有少量Si、Ni的氧化物）为原料，制备四钼酸铵晶体[（NH4）2Mo4O13·2H2O]和硫酸锰晶体的工艺流程如下。
已知：pKsp＝－lg Ksp，常温下，NiS和MnS的pKsp分别为19.4和12.6；lg 2＝0.3。
（1）“除铁”后的溶液中c（Mn2＋）＝0.5 mol·L－1，当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10－6 mol·L－1时，可认为已除尽，则“除镍”应控制溶液pH的范围是 [已知pc（S2－）＝－lg c（S2－），该溶液中pc（S2－）和pH的关系为pc（S2－）＝15.1－pH；忽略溶液体积变化]。
（2）“萃取”的原理为2R3N（叔胺）＋2H＋＋（R3NH）2MoO4，则“反萃取”中的试剂X最适宜选用 （填字母）。
a.稀硫酸 b.（NH4）2SO4溶液
c.NaOH溶液 d.氨水
2.利用金属阳离子沉淀完全或开始沉淀的pH计算Ksp
【示例分析】
已知常温下有关金属阳离子开始沉淀和沉淀完全的pH如表：
金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋
开始沉淀的pH 2.2 3.7 9.5
沉淀完全（c＝1.0× 10－5 mol·L－1）的pH 3.2 4.7 11.1
（1）常温下，0.01 mol·L－1 Al3＋的溶液开始产生沉淀的pH＝3.7则Ksp[Al（OH）3]＝ 。
（2）常温下，Al3＋沉淀完全的pH＝4.7，则Ksp[Al（OH）3]＝ 。
5.某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体（NiSO4·7H2O）：
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀时的pH如表所示：
金属离子 Ni2＋ Al3＋ Fe3＋ Fe2＋
开始沉淀时（c＝0.01 mol·L－1）的pH 7.2 3.7 2.2 7.5
沉淀完全时（c＝1.0×10－5 mol·L－1）的pH 8.7 4.7 3.2 9.0
利用上述表格数据，计算Ni（OH）2的Ksp＝ （列出计算式）。如果“转化”后的溶液中Ni2＋浓度为1.0 mol·L－1，则“调pH”应控制的pH范围是 。
6.磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。
该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全时的pH见下表：
金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
开始沉淀时的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全时（c＝1.0×10－5 mol·L－1）的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
（1）“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是 。
（2）“母液①”中Mg2＋浓度为 mol·L－1。
大题突破3 化学工艺流程综合题
典题示例研析
【例1】 （1）使固体和酸充分接触，加快反应速率 （2）1.6×10－4 不能 （3）Fe（OH）3 （4）2Co2＋＋ClO－＋5H2O2Co（OH）3↓＋Cl－＋4H＋ （5）用NaOH调节滤液pH为8.2～12，使锌沉淀完全并过滤
解析：（1）“酸浸”时磨碎废渣，能够增大反应物与稀硫酸的接触面积，加快“酸浸”速率。（2）由题给信息可知，此时c（Zn2＋）≤10－5 mol·L－1，则c（S2－）＝≥2.5×10－17 mol·L－1，则c（Co2＋）＝≤1.6×10－4 mol·L－1＜0.10 mol·L－1，Co2＋开始沉淀，故不能实现Zn2＋和Co2＋的完全分离。（3）由已知信息②可知，溶液pH＝4时，Fe3＋全部转化为Fe（OH）3。（4）“沉钴”时，Co2＋与ClO－反应转化为Co（OH）3与Cl－，该反应的离子方程式为2Co2＋＋ClO－＋5H2O2Co（OH）3↓＋Cl－＋4H＋。（5）由已知信息②可知，Zn2＋在pH为8.2～12时以Zn（OH）2沉淀形式析出，故回收Zn（OH）2时应调pH为8.2～12，再过滤分离。
【例2】 （1）SiO2 （2）2.8×10－6 （3）NaOH （4）作钠源、中和H2P电离出的H＋ Na＋＋Fe2＋＋H2P＋N＋3OH－NaFePO4↓＋NH3↑＋3H2O
解析：
（1）SiO2不溶于硫酸，也不与硫酸反应，故酸浸时滤渣主要为SiO2。（2）pH＝3.0，c（OH－）＝10－11 mol·L－1，此时溶液中c（Fe3＋）＝＝ mol·L－1＝2.8×10－6 mol·L－1。（3）“碱沉”控制溶液pH至3.0，所得滤液1主要含有Al3＋、Mg2＋，加入过量X是为了分离二者，结合除杂后Mg2＋转化为Mg（OH）2沉淀、Al3＋进入溶液可知，试剂X为NaOH。（4）结合已知②可知，水解所得滤液2的主要成分为NaOH，其在“水热合成”中可提供Na元素形成NaFePO4，并且OH－可中和H2P电离出的H＋，促进产物的生成。
二、
（一）
提能演练升华
1.（1）SiO2 CaSO4 Fe（OH）3 （2）CaSO4 MgSO4
解析：（1）当沉淀完全时，离子浓度小于10－5 mol·L－1，结合表格Ksp计算各离子完全沉淀时pH＜5的只有Fe3＋，故滤渣①中有Fe（OH）3，又CaSO4是微溶物，SiO2不溶于酸，故滤渣①的主要成分是Fe（OH）3、CaSO4、SiO2。（2）经分析知，滤渣④为CaF2、MgF2，与浓硫酸反应可得到HF，同时得到的副产物为CaSO4、MgSO4。
（二）
提能演练升华
2.2[Ag（S2O3）2]3－＋S2＋4OH－2Ag↓＋2S＋4S2＋2H2O 溶浸 随循环次数的增加，浸出液中c（S2）减小，c（Cl－）增大，AgCl（s）＋2S2（aq）[Ag（S2O3）2]3－（aq）＋Cl－（aq）平衡向左移动，故银的浸出率降低
解析：滤液Ⅲ中[Ag（S2O3）2]3－被Na2S2O4还原为Ag，自身被氧化为Na2SO3，该反应离子方程式为2[Ag（S2O3）2]3－＋S2＋4OH－2Ag↓＋2S＋4S2＋2H2O，故滤液Ⅳ为Na2SO3和Na2S2O3的混合液，可返回“溶浸”工序循环使用；随着循环次数的增加，浸出液中c（S2）减小，c（Cl－）增大，AgCl（s）＋2S2（aq）[Ag（S2O3）2]3－（aq）＋Cl－（aq）平衡向左移动，故银的浸出率降低。
（三）
1.示例分析
计算Fe3＋沉淀完全时的pH：
c（OH－）＝＝ mol·L－1≈10－11.3 mol·L－1 c（H＋）＝ mol·L－1＝10－2.7 mol·L－1 pH＝－lg c（H＋）＝2.7
计算Zn2＋开始产生沉淀时的pH：c（OH－）＝＝ mol·L－1＝10－8 mol·L－1 c（H＋）＝ mol·L－1＝10－6 mol·L－1 pH＝－lg 10－6＝6
因此应控制溶液pH的范围是2.7≤pH＜6。
提能演练升华
3.H2O2 4.9≤pH＜8.15
解析：Mn（OH）2和Fe（OH）2的Ksp相近，因此需加入H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，由于Ksp[Al（OH）3]＞Ksp[Fe（OH）3]，故需计算Al3＋沉淀完全和Mn2＋开始产生沉淀的pH，Al3＋沉淀完全时，c（OH－）＝＝ mol·L－1＝10－9.1 mol·L－1 c（H＋）＝＝ mol·L－1＝10－4.9 mol·L－1 pH＝－lg 10－4.9＝4.9，Mn2＋开始产生沉淀时，c（OH－）＝＝ mol·L－1＝10－5.85 mol·L－1 c（H＋）＝ mol·L－1＝10－8.15 mol·L－1 pH＝－lg 10－8.15＝8.15。
4.（1）1.7～2.8 （2） d
解析：（1）由硫化锰的溶度积可知，溶液中锰离子浓度为0.5 mol·L－1时，溶液中pc（S2－）＝pKsp（MnS）－pc（Mn2＋）＝12.6－0.3＝12.3，则pH＝15.1－12.3＝2.8，由硫化镍的溶度积可知，溶液中镍离子完全沉淀时，溶液中pc（S2－）＝pKsp（NiS）－pc（Ni2＋）＝19.4－6＝13.4，则pH＝15.1－13.4＝1.7，则溶液中pH的范围为1.7～2.8。（2）由萃取方程式可知，加入氨水能中和溶液中的氢离子，使平衡向逆反应方向移动，有利于四钼酸铵的生成，且不引入新杂质，故选d。
2.示例分析
（1）pH＝3.7 c（H＋）＝10－3.7 mol·L－1 c（OH－）＝＝10－10.3 mol·L－1 Ksp[Al（OH）3]＝c（Al3＋）·c3（OH－）＝0.01×（10－10.3）3＝10－32.9。
（2）pH＝4.7 c（H＋）＝10－4.7 mol·L－1 c（OH－）＝＝10－9.3 mol·L－1 Ksp[Al（OH）3]＝c（Al3＋）·c3（OH－）＝10－5×（10－9.3）3＝10－32.9。
提能演练升华
5.0.01×（107.2－14）2[或10－5×（108.7－14）2] 3.2≤pH＜6.2
解析：0.01 mol·L－1 Ni2＋开始沉淀时，pH＝7.2，c（H＋）＝10－7.2 mol·L－1，c（OH－）＝mol·L－1，Ksp＝c（Ni2＋）·c2（OH－）＝0.01×（107.2－14）2＝10－15.6，或利用Ni2＋沉淀完全时的pH计算得Ksp＝10－5×（108.7－14）2＝10－15.6。当c（Ni2＋）＝1.0 mol·L－1时，若不生成Ni（OH）2沉淀，则c（OH－）＜ mol·L－1＝10－7.8 mol·L－1，即c（H＋）＞10－6.2 mol·L－1 pH＜6.2，同时应调节pH≥3.2以除去Fe3＋，故pH应控制的范围是3.2≤pH＜6.2。
6.（1）Fe3＋、Al3＋、Mg2＋ （2）1.0×10－6
解析：（1）由题表中Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、Ca2＋开始沉淀时的pH分别为2.2、3.5、9.5、12.4可知，用氨水逐步调节pH至11.6的过程中，依次析出的金属离子是Fe3＋、Al3＋、Mg2＋。（2）依据Mg2＋完全沉淀时的pH＝11.1，可知此时c（OH－）＝10－2.9 mol·L－1，此时c（Mg2＋）＝10－5 mol·L－1，则Ksp[Mg（OH）2]＝c（Mg2＋）·c2（OH－）＝10－10.8，用氨水逐步调节pH至11.6时，c（OH－）＝10－2.4 mol·L－1，则母液①中c（Mg2＋）＝＝10－6 mol·L－1。
7 / 7(共51张PPT)
大题突破3 化学工艺流程综合题
高中总复习·化学
该题型以工艺流程图的形式再现实际生产的关键环节，情境真实而富
有意义，旨在引导学生学以致用，解决生产、生活中的实际问题，有利于
培养学生的科学精神和社会责任感。考查的知识多为产物的判断，陌生化
学方程式、离子方程式或电极反应式的书写，温度控制在一定范围的原因
分析，溶度积常数的有关计算等。工艺流程题是高考的热点题型，综合性
强，难度较大，是高考试卷中的拉分题目之一。
（2024·全国甲卷26题节选）钴在新能源、新材料领域具有重要用
途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的＋2价氧化物及锌和铜的
单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。
注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于10－5 mol·L－1，其他金属离子
不沉淀，即认为完全分离。
已知：①Ksp（CuS）＝6.3×10－36，Ksp（ZnS）＝2.5×10－22，Ksp
（CoS）＝4.0×10－21。
②以氢氧化物形式沉淀时，lg[c（M）/（mol·L－1）]和溶液pH的关系如图
所示。
（1）“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是
。
解析： “酸浸”时磨碎废渣，能够增大反应物与稀硫酸的接触面积，加快“酸浸”速率。
使固体和酸充分接触，加
快反应速率
回答下列问题：
（2）假设“沉铜”后得到的滤液中c（Zn2＋）和c（Co2＋）均为0.10
mol·L－1，向其中加入Na2S至Zn2＋沉淀完全，此时溶液中c（Co2＋）
＝ mol·L－1，据此判断能否实现Zn2＋和Co2＋的完全分离
（填“能”或“不能”）。
解析：由题给信息可知，此时c（Zn2＋）≤10－5 mol·L－1，则c（S2－）＝ ≥2.5×10－17 mol·L－1，则c（Co2＋）＝ ≤1.6×10－4 mol·L－1＜0.10 mol·L－1，Co2＋开始沉淀，故不能实现Zn2＋和Co2＋的完全分离。
1.6×10－4
不
能
（3）“沉淀”步骤中，用NaOH调pH＝4，分离出的滤渣是 。
解析：由已知信息②可知，溶液pH＝4时，Fe3＋全部转化为Fe（OH）3。
Fe（OH）3
（4）“沉钴”步骤中，控制溶液pH＝5.0～5.5，加入适量的NaClO氧化
Co2＋，其反应的离子方程式为
。
解析： “沉钴”时，Co2＋与ClO－反应转化为Co（OH）3与Cl－，该反应的离子方程式为2Co2＋＋ClO－＋5H2O 2Co（OH）3↓＋Cl－＋4H＋。
2Co2＋＋ClO－＋5H2O 2Co（OH）3↓
＋Cl－＋4H＋
（5）根据题中给出的信息，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法
是 。
解析：由已知信息②可知，Zn2＋在pH为8.2～12时以Zn（OH）2沉淀形式析出，故回收Zn（OH）2时应调pH为8.2～12，再过滤分离。
用NaOH调节滤液pH为8.2～12，使锌沉淀完全并过滤
（2024·贵州高考16题节选）煤气化渣属于大宗固废，主要成分为
Fe2O3、Al2O3、SiO2及少量MgO等。一种利用“酸浸—碱沉—充钠”工
艺，制备钠基正极材料NaFePO4和回收Al2O3的流程如下：
①25 ℃时，Ksp[Fe（OH）3]＝2.8×10－39，Ksp[Al（OH）3]＝1.3×10－
33，Ksp[Mg（OH）2]＝5.6×10－12；
②2Na[Al（OH）4]（aq） Al2O3·3H2O（s）＋2NaOH（aq）。
已知：
回答下列问题：
（1）“滤渣”的主要成分为 （填化学式）。
SiO2不溶于硫酸，也不与硫酸反应，故酸浸时滤渣主要为SiO2。
SiO2
解析：
（2）25 ℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0，此时溶液中c（Fe3＋）
＝ mol·L－1。
解析：pH＝3.0，c（OH－）＝10－11 mol·L－1，此时溶液中c（Fe3＋）＝
＝ mol·L－1＝2.8×10－6 mol·L－1。
2.8×10－6
（3）“除杂”时需加入的试剂X是 。
解析：“碱沉”控制溶液pH至3.0，所得滤液1主要含有Al3＋、Mg2＋，加入过量X是为了分离二者，结合除杂后Mg2＋转化为Mg（OH）2沉淀、Al3＋进入溶液可知，试剂X为NaOH。
（4）“水热合成”中，NH4H2PO4作为磷源，“滤液2”的作用是
，
水热合成NaFePO4的离子方程式为
。
NaOH
作钠
源、中和H2P 电离出的H＋
Na＋＋Fe2＋＋H2P ＋N ＋3OH－
NaFePO4↓＋NH3↑＋3H2O
解析：结合已知②可知，水解所得滤液2的主要成分为NaOH，其在“水热
合成”中可提供Na元素形成NaFePO4，并且OH－可中和H2P 电离出的H
＋，促进产物的生成。
一、明确试题模式，建立思维模型
1. 明确试题模式
图1箭头表示反应物加入和生成物出来；
图2箭头表示反应物分步加入和生成物
出来；
图3箭头表示循环反应。
2. “元素追踪法”速析工艺流程图
通过对比原料及目标产品中的元素组成，先将元素分为“产品元素”和
“杂质元素”，再追踪原料中和目标产品中均存在的元素，即追踪“产品
元素”。
二、热点考查分类突破
（一）流程中滤渣成分的确定
滤渣成分判断的三个维度
举例 滤渣的成分
维度1 过量的反应物 以电石渣[主要成分为Ca（OH）2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如图：
CaCO3、Ca（OH）2
举例 滤渣的成分
维度2 原料中不参与
反应的物质及
生成物 某粉煤灰经预处理后含Cu2O、SiO2、
Al2O3、FeO等化合物，一种综合利用
工艺设计的流程如下： 已知：Cu2O＋2H＋ Cu＋Cu2＋＋H2O 滤渣Ⅰ为SiO2、Cu
举例 滤渣的成分
维度
3 杂质
转化
的物
质 工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁[Fe（OH）SO4，易溶于水]的工艺流程如图：
Al（OH）3
1. 硫酸锌（ZnSO4）是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上
有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备，菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质
为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下：
离子 Ksp
Fe3＋ 4.0×10－38
Zn2＋ 6.7×10－17
Cu2＋ 2.2×10－20
Fe2＋ 8.0×10－16
Mg2＋ 1.8×10－11
本题中所涉及离子的氢氧化物的溶度积常数如下表：
（1）加入物质X[Ca（OH）2]调溶液pH＝5，滤渣①的主要成分
是 、 、 。
解析：当沉淀完全时，离子浓度小于10－5 mol·L－1，结合表格Ksp计
算各离子完全沉淀时pH＜5的只有Fe3＋，故滤渣①中有Fe（OH）3，又
CaSO4是微溶物，SiO2不溶于酸，故滤渣①的主要成分是Fe（OH）3、
CaSO4、SiO2。
（2）滤渣④与浓硫酸反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物
是 、 。
解析：经分析知，滤渣④为CaF2、MgF2，与浓硫酸反应可得到HF，
同时得到的副产物为CaSO4、MgSO4。
SiO2
CaSO4
Fe（OH）3
CaSO4
MgSO4
（二）流程中常考的分离提纯技术——萃取、反萃取
1. 化工流程中常用的分离操作
化工流程中分离提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联
系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干、蒸馏、萃取、分液等
基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。
2. 萃取与反萃取考查角度
（1）萃取法分离
考查 角度 举例 问题
萃取操
作的 考查 用如图所示的实验装置进行萃取
分液，以除去溶液中的Fe3＋。 为使Fe3＋尽可能多地从水相转
移至有机相，采取的操作：向
装有水溶液的仪器A中加入一
定量的有机萃取剂，充分振
荡、静置、分液，并重复多次
考查 角度 举例 问题
萃取剂 的选择 已知萃取剂A、B及pH对钴、
锰离子萃取率的影响如图所
示，为了除去Mn2＋，应选择萃
取剂B
考查角度 举例 问题
pH范
围的选择 Al3＋、Co2＋的萃取率与pH的关系如图所示。 萃取分离钴、铝离子的实验操
作：向萃取分液后的有机相中
加稀硫酸调pH＝3～4，分液可
得CoSO4溶液，继续向萃取分
液后的有机相中加稀硫酸调pH
在0.5以下，然后分液，可得
Al2（SO4）3溶液
归纳总
结 ①要除去的离子在萃取剂中的溶解度远大于有效离子的溶解度。
②离子在不同的萃取剂中溶解度相差越大越好。③选择合适的pH
范围分离离子，要求该pH范围内离子溶解度相差较大
（2）反萃取分离
考查
角度 示例 问题
反萃
取的目的 实验室从碘的CCl4溶液中提取I2，可以采用反
萃取法，具体步骤如下：
碘单质与浓NaOH溶
液发生的反应为3I2
＋6NaOH 5NaI
＋NaIO3＋3H2O，
操作A为分液，目
的是使CCl4中的I2进
入水层；操作B为
过滤
考查
角度 示例 问题
反萃
取剂 的选
择 钒及其化合物在工业上有许多用途。从废钒（主要成分为V2O3、V2O5、Fe2O3、FeO、SiO2）中提取五氧化二钒的一种工艺流程如图。
已知：①VOSO4能溶于水，VO2＋与Fe不能反应。 ②有机溶剂H2R对VO2＋及Fe3＋萃取率高，但不能萃取Fe2＋ “溶剂萃取与反
萃取”可表示为
VO2＋＋H2R VOR
＋2H＋。为了提
高VO2＋的产率，
反萃取剂可选用
硫酸
2. 一种从阳极泥（主要成分为Cu、Ag、Pt、Au、Ag2Se和Cu2S等）中回收
Se和贵重金属的工艺流程如图所示：
已知：S2 易与Ag＋形成配离子：Ag＋＋2S2 [Ag（S2O3）2]3－，常
温下该反应的平衡常数K＝2.80×1013。
滤液Ⅳ中含有Na2SO3和Na2S2O3，则“还原”中发生反应的离子方程式
为
。
滤液Ⅳ可返回 （填“工序名称”）工序循环使用。但循环多次
后，银的浸出率会降低，原因是
（试
从平衡原理解释）。
2[Ag（S2O3）2]3－＋S2 ＋4OH－ 2Ag↓＋2S ＋4S2 ＋
2H2O
溶浸
随循环次数的增加，浸出液中c
（S2 ）减小，c（Cl－）增大，AgCl（s）＋2S2 （aq） [Ag
（S2O3）2]3－（aq）＋Cl－（aq）平衡向左移动，故银的浸出率降低
解析：滤液Ⅲ中[Ag（S2O3）2]3－被Na2S2O4还原为Ag，自身被氧化为
Na2SO3，该反应离子方程式为2[Ag（S2O3）2]3－＋S2 ＋4OH－
2Ag↓＋2S ＋4S2 ＋2H2O，故滤液Ⅳ为Na2SO3和Na2S2O3的混合液，
可返回“溶浸”工序循环使用；随着循环次数的增加，浸出液中c
（S2 ）减小，c（Cl－）增大，AgCl（s）＋2S2 （aq） [Ag
（S2O3）2]3－（aq）＋Cl－（aq）平衡向左移动，故银的浸出率降低。
（三）流程中Ksp的相关计算
1. 流程中金属阳离子分离提纯时溶液pH的控制
化工流程中常常通过加碱调节溶液pH的方法除去某些金属阳离子，要求被
除去的金属阳离子沉淀完全（即其浓度小于10－5mol·L－1），但被提纯的
金属阳离子不能同时沉淀出来。因此，需要通过Ksp计算金属阳离子开始沉
淀和沉淀完全时的pH，其计算流程：
对于M（OH）n，Ksp＝c（Mn＋）·cn（OH－） c（OH－）＝
c（H＋）＝ pH＝－lg c（H＋）。
【示例分析】
已知：25 ℃时，Ksp[Zn（OH）2]＝10－17，
Ksp[Fe（OH）3]＝10－39，要除去0.1 mol·L－1 ZnSO4溶液中混有的少量Fe3
＋，应控制溶液的pH范围是 。
提示：计算Fe3＋沉淀完全时的pH：
c（OH－）＝ ＝ mol·L－1≈10－11.3 mol·L－1 c（H
＋）＝ mol·L－1＝10－2.7 mol·L－1 pH＝－lg c（H＋）＝2.7
计算Zn2＋开始产生沉淀时的pH：c（OH－）＝ ＝
mol·L－1＝10－8 mol·L－1 c（H＋）＝ mol·L－1＝10－6 mol·L－1 pH＝－
lg 10－6＝6
因此应控制溶液pH的范围是2.7≤pH＜6。
3. 用软锰矿（主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3）制备高纯MnCO3
的部分工艺流程如下：
物质 Fe（OH）2 Fe（OH）3 Al（OH）3 Mn（OH）2
Ksp 1×10－16.3 1×10－38.6 1×10－32.3 1×10－12.7
净化时需加入的试剂X为 （填化学式），再使用氨水调溶液的
pH，则调节溶液pH的范围是 。
H2O2
4.9≤pH＜8.15
已知：用硫酸酸浸后得到的是0.1 mol·L－1MnSO4溶液，其中含有少量
FeSO4、Fe2（SO4）3和Al2（SO4）3，25 ℃时相关物质的Ksp见下表。
解析：Mn（OH）2和Fe（OH）2的Ksp相近，因此需加入H2O2将Fe2＋氧化成
Fe3＋，由于Ksp[Al（OH）3]＞Ksp[Fe（OH）3]，故需计算Al3＋沉淀完全和
Mn2＋开始产生沉淀的pH，Al3＋沉淀完全时，c（OH－）＝
＝ mol·L－1＝10－9.1 mol·L－1 c（H＋）＝ ＝ mol·L－
1＝10－4.9 mol·L－1 pH＝－lg 10－4.9＝4.9，Mn2＋开始产生沉淀时，c
（OH－）＝ ＝ mol·L－1＝10－5.85 mol·L－1 c（H
＋）＝ mol·L－1＝10－8.15 mol·L－1 pH＝－lg 10－8.15＝8.15。
4. 工业上以软锰矿（主要成分为MnO2，还含有少量Fe2O3）和辉钼矿（主
要成分为MoS2，还含有少量Si、Ni的氧化物）为原料，制备四钼酸铵晶体
[（NH4）2Mo4O13·2H2O]和硫酸锰晶体的工艺流程如下。
已知：pKsp＝－lg Ksp，常温下，NiS和MnS的pKsp分别为19.4和12.6；lg 2
＝0.3。
（1）“除铁”后的溶液中c（Mn2＋）＝0.5 mol·L－1，当溶液中可溶组分
浓度c≤1.0×10－6 mol·L－1时，可认为已除尽，则“除镍”应控制溶液pH
的范围是 [已知pc（S2－）＝－lg c（S2－），该溶液中pc
（S2－）和pH的关系为pc（S2－）＝15.1－pH；忽略溶液体积变化]。
解析：由硫化锰的溶度积可知，溶液中锰离子浓度为0.5 mol·L－1
时，溶液中pc（S2－）＝pKsp（MnS）－pc（Mn2＋）＝12.6－0.3＝
12.3，则pH＝15.1－12.3＝2.8，由硫化镍的溶度积可知，溶液中镍离子
完全沉淀时，溶液中pc（S2－）＝pKsp（NiS）－pc（Ni2＋）＝19.4－6＝
13.4，则pH＝15.1－13.4＝1.7，则溶液中pH的范围为1.7～2.8。
1.7～2.8
（2）“萃取”的原理为2R3N（叔胺）＋2H＋＋ （R3NH）
2MoO4，则“反萃取”中的试剂X最适宜选用 （填字母）。
a.稀硫酸 b.（NH4）2SO4溶液
c.NaOH溶液 d.氨水
解析：由萃取方程式可知，加入氨水能中和溶液中的氢离子，使平衡向逆反应方向移动，有利于四钼酸铵的生成，且不引入新杂质，故选d。
d
2. 利用金属阳离子沉淀完全或开始沉淀的pH计算Ksp
【示例分析】
已知常温下有关金属阳离子开始沉淀和沉淀完全的pH如表：
金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋
开始沉淀的pH 2.2 3.7 9.5
沉淀完全（c＝1.0×10－5 mol·L－1）的pH 3.2 4.7 11.1
（1）常温下，0.01 mol·L－1 Al3＋的溶液开始产生沉淀的pH＝3.7则Ksp[Al
（OH）3]＝ 。
提示：pH＝3.7 c（H＋）＝10－3.7 mol·L－1 c（OH－）＝ ＝10
－10.3 mol·L－1 Ksp[Al（OH）3]＝c（Al3＋）·c3（OH－）＝0.01×（10－
10.3）3＝10－32.9。
（2）常温下，Al3＋沉淀完全的pH＝4.7，则Ksp[Al（OH）3]＝ 。
提示：pH＝4.7 c（H＋）＝10－4.7 mol·L－1 c（OH－）＝ ＝10
－9.3 mol·L－1 Ksp[Al（OH）3]＝c（Al3＋）·c3（OH－）＝10－5×（10－
9.3）3＝10－32.9。
5. 某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，
还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶
体（NiSO4·7H2O）：
金属离子 Ni2
＋ Al3
＋ Fe3
＋ Fe2
＋
开始沉淀时（c＝0.01 mol·L－1）的pH 7.2 3.7 2.2 7.5
沉淀完全时（c＝1.0×10－5 mol·L－1）的pH 8.7 4.7 3.2 9.0
利用上述表格数据，计算Ni（OH）2的Ksp＝
（列出计算式）。如果“转化”后的溶液中Ni2＋浓度
为1.0 mol·L－1，则“调pH”应控制的pH范围是 。
0.01×（107.2－14）2[或10－
5×（108.7－14）2]
3.2≤pH＜6.2
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀时的pH如表所示：
解析：0.01 mol·L－1 Ni2＋开始沉淀时，pH＝7.2，c（H＋）＝10－7.2 mol·L
－1，c（OH－）＝ mol·L－1，Ksp＝c（Ni2＋）·c2（OH－）＝0.01×
（107.2－14）2＝10－15.6，或利用Ni2＋沉淀完全时的pH计算得Ksp＝10－5×
（108.7－14）2＝10－15.6。当c（Ni2＋）＝1.0 mol·L－1时，若不生成Ni
（OH）2沉淀，则c（OH－）＜ mol·L－1＝10－7.8 mol·L－1，即c
（H＋）＞10－6.2 mol·L－1 pH＜6.2，同时应调节pH≥3.2以除去Fe3＋，故
pH应控制的范围是3.2≤pH＜6.2。
6. 磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以
及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、
镁等。
金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
开始沉淀时的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全时（c＝1.0×10－5
mol·L－1）的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
（1）“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调
节pH至11.6，依次析出的金属离子是 。
解析：由题表中Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、Ca2＋开始沉淀时的pH分别为2.2、3.5、9.5、12.4可知，用氨水逐步调节pH至11.6的过程中，依次析出的金属离子是Fe3＋、Al3＋、Mg2＋。
Fe3＋、Al3＋、Mg2＋
该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全时的pH见下表：
（2）“母液①”中Mg2＋浓度为 mol·L－1。
解析：依据Mg2＋完全沉淀时的pH＝11.1，可知此时c（OH－）＝10－2.9 mol·L－1，此时c（Mg2＋）＝10－5 mol·L－1，则Ksp[Mg（OH）2]＝c（Mg2＋）·c2（OH－）＝10－10.8，用氨水逐步调节pH至11.6时，c（OH－）＝10－2.4 mol·L－1，则母液①中c（Mg2＋）＝ ＝10－6 mol·L－1。
1.0×10－6
THANKS
演示完毕 感谢观看
