高考化学二轮复习水溶液中的离子平衡大题研究(二)化工流程综合题课件

(共53张PPT)
大题研究(二)　化工流程综合题
研真题　明确考向
【真题】　(2025·山东卷)采用两段焙烧—水浸法从铁锰氧化矿(主要含Fe2O3、MnO2及Co、Cu、Ca、Si等元素的氧化物)分离提取Cu、Co、Mn等元素，工艺流程如下：
已知：该工艺条件下，(NH4)2SO4低温分解生成NH4HSO4，高温则完全分解为气体；Fe2(SO4)3在650 ℃完全分解，其他金属硫酸盐分解温度均高于700 ℃。
回答下列问题：
(1)“低温焙烧”时金属氧化物均转化为硫酸盐。MnO2与NH4HSO4反应转化为MnSO4时有N2生成，该反应的化学方程式为________________________________________________。“高温焙烧”温度为650 ℃，“水浸”所得滤渣主要成分除SiO2外还含有______________(填化学式)。
CaSO4和Fe2O3
(2)在(NH4)2SO4投料量不变的情况下，与两段焙烧工艺相比，直接“高温焙烧”，“水浸”时金属元素的浸出率________(填“增大”“减小”或“不变”)。
减小
解析：在(NH4)2SO4投料量不变的情况下，直接“高温焙烧”，部分(NH4)2SO4分解，金属氧化物的转化率降低，“水浸”时金属元素的浸出率降低。
(3)HR萃取Cu2+反应为2HR(有机相)＋Cu2+(水相) CuR2(有机相)＋2H+(水相)。“反萃取”时加入的试剂为________(填化学式)。
H2SO4
解析：由2HR(有机相)＋Cu2+(水相) CuR2(有机相)＋2H+(水相)可知，“反萃取”时增加氢离子的浓度，结合流程可知溶液中的阴离子主要为硫酸根离子，“反萃取”时加入的试剂为H2SO4。
(4)“沉钴”中,pH＝4时Co2+恰好沉淀完全[c(Co2+)＝1×10－5 mol·L－1]，则此时溶液中c(H2S)＝________ mol·L－1。已知：Ka1(H2S)＝1×10－7，Ka2(H2S)＝1×10－13，Ksp(CoS)＝4×10－21。CoS“溶解”时发生反应的离子方程式为_______________________________。
4.0×10－4
CoS＋2H+＋H2O2===Co2+＋S＋2H2O
(5)“沉锰”所得滤液并入“吸收”液中，经处理后所得产品导入________(填操作单元名称)循环利用。
低温焙烧
解析：由流程分析可知“沉锰”时发生的反应为MnSO4＋2NH4HCO3===MnCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑，所得滤液溶质主要含有硫酸铵，并入“吸收”液中处理后可用于“低温焙烧”。
【高考动向】
化学工艺流程题是高考的热点题型和必考题型，通常以实际的工业生产为背景，以工艺流程图的形式再现生产的主要环节。题目综合性强，难度大，考查考生提取信息、应用所学知识解决实际问题的能力。在高考的不断改革中，模块融合命题成为化学工艺流程题的一大创新命题趋势，预测在接下来的高考中会融入化学平衡、电化学、晶胞结构等知识点进行命题，更加注重考查考生的综合能力。
逆向析题、先点后线，解化学工艺流程题
题型练　提升考能
再练真题
1．(融合结构考查)(2025·河北卷)铬盐产品广泛应用于化工、医药、印染等领域。通过闭环生产工艺将铬铁矿转化为重铬酸钾同时回收利用钾资源，可实现绿色化学的目标。流程如下：
已知：铬铁矿主要成分是Fe(CrO2)2、Mg(CrO2)2、Al2O3、SiO2。
回答下列问题：
(1)基态铬原子的价层电子排布式：____________。
(2)煅烧工序中Fe(CrO2)2反应生成K2CrO4的化学方程式：_______________________________________________________。
3d54s1
解析：铬为24号元素，基态Cr原子的价层电子排布式为3d54s1。
解析：煅烧时Fe(CrO2)2与过量KOH、空气中的O2(作为氧化剂)发生反应生成K2CrO4、Fe2O3和H2O，根据得失电子守恒和原子守恒，即可写出该反应的化学方程式。
(3)浸取工序中滤渣Ⅰ的主要成分：Fe2O3、H2SiO3、________、________(填化学式)。
MgO
Al(OH)3
解析：煅烧时Fe(CrO2)2、Mg(CrO2)2与KOH和O2反应转化为Fe2O3、MgO、K2CrO4，Al2O3、SiO2分别与过量的KOH反应，转化为K[Al(OH)4]、K2SiO3。浸取时K[Al(OH)4]、K2SiO3与CO2反应，分别转化为Al(OH)3、H2SiO3沉淀，Fe2O3、MgO与KHCO3-K2CO3(aq)、CO2均不反应，则滤渣Ⅰ的主要成分为Fe2O3、H2SiO3、MgO、Al(OH)3。
(4)酸化工序中需加压的原因：________________________________。
(5)滤液Ⅱ的主要成分：________(填化学式)。
增大CO2的溶解度，保证酸化反应充分进行
KHCO3
解析：酸化时，向K2CrO4溶液中通入过量CO2，将K2CrO4转化为K2Cr2O7，同时产生副产物KHCO3，故滤液Ⅱ的主要成分为KHCO3。
(6)补全还原、分离工序中发生反应的化学方程式：
Fe(CO)5＋________＋________===Cr(OH)3↓＋________＋________＋_____CO↑。
K2CrO4
4H2O
Fe(OH)3↓
2KOH
5
解析：滤液Ⅰ中含有K2CrO4，还原、分离工序将＋6价铬元素还原为＋3价铬元素[Cr(OH)3]，结合产物信息，可知还原剂为Fe(CO)5，Fe元素被氧化为＋3价，生成Fe(OH)3，依据得失电子守恒、原子守恒，即可写出该反应的化学方程式。
(7)滤渣Ⅱ可返回________工序。(填工序名称)
煅烧
解析：依据上述还原、分离工序中发生反应的化学方程式可知，滤渣Ⅱ的主要成分为Fe(OH)3、Cr(OH)3，可返回煅烧工序，重复利用。
2．(融合电化学考查)(2023·湖南卷节选)超纯Ga(CH3)3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Ga(CH3)3方面取得了显著成果。工业上以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如图。
已知：①金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8 ℃；
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体；
③相关物质的沸点：
回答下列问题。
物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
(2)“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40～45 ℃的原因是___________________________，阴极的电极反应式为__________________________。
电解精炼温度需在镓的熔点以上
[Ga(OH)4]－＋3e－===Ga＋4OH－
解析：镓的熔点为29.8 ℃，电解精炼温度需高于镓的熔点，因此电解池温度控制在40～45 ℃。Ga和Al的性质相似，电解精炼过程中粗镓在NaOH溶液中形成[Ga(OH)4]－，[Ga(OH)4]－在阴极得电子被还原为Ga，故阴极反应为[Ga(OH)4]－＋3e－===Ga＋4OH－。
(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI，写出该反应的化学方程式：____________________________________________________。
Ga2Mg5＋8CH3I＋2Et2O===2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI
解析：根据原子守恒，结合流程图中物质转化配平，得反应的化学方程式为Ga2Mg5＋8CH3I＋2Et2O===2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI。
(4)“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是________。
CH4
解析：由(3)可知，残渣中含CH3MgI，结合元素守恒可知，其和水反应生成的可燃性气体为CH4。
(5)下列说法错误的是________(填标号)。
A．流程中Et2O得到了循环利用
B．流程中，“合成Ga2Mg5”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Ga(CH3)3(NR3)，并蒸出Ga(CH3)3
D．用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
D
解析：由已知②、③，结合流程图可知，溶剂蒸发、配体交换时得到的Et2O可以循环利用，A项正确；高纯Ga能与H2O、O2反应，CH3I、Ga(CH3)3能与水反应，有机物能与O2反应，B项正确；配体交换时NR3和Ga(CH3)3(Et2O)反应得到Ga(CH3)3(NR3)和Et2O，则工序X为解配Ga(CH3)3(NR3)，并利用Ga(CH3)3和NR3的沸点相差较大蒸出Ga(CH3)3，C项正确；Ga(CH3)3和CH3I中均只有1种化学环境的氢原子，核磁共振氢谱均只有一组吸收峰，但吸收强度不同，可以鉴别，D项错误。
(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3，本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是____________________
________________________________________________________。
Ga(CH3)3和Et2O的沸点接近，而Ga(CH3)3和NR3的沸点相差较大，解配后可以分离出Ga(CH3)3
题型预测
3.(融合结构考查)(2025·福建龙岩二模)键合异构体是指配合物中的中心原子和配体组成完全相同，但与中心原子相结合的配位原子不同。两种Co(Ⅲ)配合物键合异构体的制备、表征及转化分析实验如下。
(1)[Co(NH3)5ONO]Cl2配位原子为N和O，而[Co(NH3)5NO2]Cl2配位原子只有N。
①上述两种Co(Ⅲ)配合物中Co3+的杂化方式为________(填标号)。
A．sp3　　　　B．sp3d　　　　C．sp3d2
C
②上述两种Co(Ⅲ)配合物红外光谱图如下，图中标有N—O吸收峰的波数。
[Co(NH3)5ONO]Cl2的红外光谱图为________(填“A”或“B”)，理由是_______________________________________________________。
B
(2)加入氨水“溶解”过程，为加快溶解速率，可采取的措施是搅拌、__________________。
水浴加热、适当升温
解析：水浴加热，升高温度可以加快溶解速率；适当升温，控制温度在适宜范围内，避免配合物分解；搅拌，增加溶液的流动性，促进溶质与溶剂的接触，故加入氨水“溶解”过程，为加快溶解速率，可采取的措施是搅拌、水浴加热、适当升温。
(3)“调节pH”时，加入盐酸不宜过多的原因是_______________________________________________________。
(4)“常温溶解”中生成[Co(NH3)5ONO]Cl2配合物的离子方程式为________________________________________________________________________________。
(5)已知：弱酸HNO2易分解。制备[Co(NH3)5 NO2] Cl2的实验过程中，为避免因HNO2分解而影响产率，所采取的实验措施有___________________________________________________。
先溶解NaNO2，后加热溶液；先冷却降温后加入浓盐酸酸化
解析：弱酸HNO2易分解，制备[Co(NH3)5NO2]Cl2的实验过程中，为避免因HNO2分解而影响产率，所采取的实验措施有先溶解NaNO2，后加热溶液；先冷却降温后加入浓盐酸酸化。
(6)“变温红外分析”的具体过程：样品用KBr压片，恒温55 ℃，每间隔10 min，测定其红外光谱图(如图C)，直至N—O吸收峰无明显变化为止。
①随着测定时间的增加，样品N—O吸收峰的透光率不断_______(填“增大”或“减小”)。
②总结实验条件对上述两种Co(Ⅲ)配合物键合异构体转化的影响：____________________________________________。
增大
升温有利于[Co(NH3)5ONO]Cl2转化为[Co(NH3)5NO2]Cl2
解析：①根据图中信息，随着测定时间的增加，样品N—O吸收峰的透光率不断增大。②根据信息，恒温55 ℃，两种Co(Ⅲ)配合物键合异构体会发生转化，说明温度会影响两种Co(Ⅲ)配合物键合异构体的转化，且在一定时间内持续转化直至N—O吸收峰无明显变化，升温反应速率加快，故升温有利于[Co(NH3)5ONO]Cl2转化为[Co(NH3)5NO2]Cl2。
(7)设计实验证明[Co(NH3)5NO2]Cl2热力学稳定性大于[Co(NH3)5ONO]Cl2：__________________________________________
_________________________。
[Co(NH3)5NO2]Cl2常温放置一段时间后，测定其红外光谱图，观察N—O吸收峰的变化
解析：[Co(NH3)5NO2]Cl2常温放置一段时间后，测定其红外光谱图，观察N—O吸收峰的变化，从而证明[Co(NH3)5NO2]Cl2热力学稳定性大于[Co(NH3)5ONO]Cl2。
4．(融合Ksp考查)(2025·江西景德镇二模)镍氯电池的正极材料为Ni(OH)2和镀镍钢，负极材料为稀土(RE)、镍、钴、锰、铝储氢合金。从废镍氢电池电极材料中回收相关金属具有重要的意义，某种回收处理工艺如图，回答相应问题。
已知Ksp[Co(OH)2]＝6.0×10－15、Ksp[Ni(OH)2]＝5.4×10－16，当c≤10－5 mol·L－1时可认为沉淀完全。
(1)画出基态Ni原子的价层电子轨道表示式：__________________。
解析：Ni为28号元素，其基态Ni原子的价层电子排布式为3d84s2，则基态Ni原子的价层电子轨道表示式为
(2)沉土时得到的稀土化合物从盐的分类角度属于_______(填标号)；
a．铵盐 b．硫酸盐
c．复盐 d．酸式盐
稀土元素Pr通常以＋3价最为稳定，少数会出现＋4价，Pr6O11中＋3和＋4价Pr的个数比为________。
abc
1∶2
(3)滤渣中含有MnO2、Fe(OH)3、Al(OH)3，写出除杂时Fe2+参与的离子方程式：________________________________________。
(4)共沉步骤中，当溶液中c(Ni2+)＝5.4×10－6 mol·L－1时，溶液的pH＝________；此时Co2+沉淀________(填“完全”或“不完全”)。
9.0(或9)
不完全
(5)滤液中可回收循环使用的物质是_________。
(NH4)2SO4
解析：在最后共沉淀操作过程中除生成Ni(OH)2和Co(OH)2沉淀外，还有(NH4)2SO4生成，过滤后滤液中的(NH4)2SO4可以循环到沉土流程中继续使用，所以滤液中可回收循环使用的物质是(NH4)2SO4。
5．(融合晶胞结构考查)(2025·湖南沅澧共同体二模)镍是重要的战略储备金属，广泛用于国防、航空航天、能源领域。从红土镍矿中冶炼镍成为了研究热点，红土镍矿主要含有NiO、SiO2、Fe2O3、Fe3O4等成分。一种碳还原—超声氨浸工艺流程如图所示。
已知：氨性溶液由NH3·H2O、NH4HCO3配制；“还原焙烧”反应的产物为镍铁合金、硅酸钙。
回答下列问题：
(1)“气体A”为________(填名称)。
一氧化碳
解析：反应中碳过量，则得到“气体A”为一氧化碳。
(2)“氨浸”时的温度为20 ℃，在此条件下超声浸出一小时，浸出率可达60%以上，选择该温度的原因是_______________________________________。
温度过高氨水受热分解，温度过低反应速率慢
解析：温度过高氨水受热分解，温度过低反应速率较慢。
(3)Ni经过“氨浸”后转化为含[Ni(NH3)4]2+的某酸式盐，写出“氨浸”中Ni发生反应的离子方程式：_____________________________________________________。
(4)“操作Ⅰ”中需使用的玻璃仪器为_____________________。
烧杯、漏斗、玻璃棒
解析：“操作Ⅰ”为分离固液的操作，为过滤，需使用的玻璃仪器为烧杯、漏斗、玻璃棒。
(5)“系列操作”中包含高温热解碱式碳酸镍生成NiO，再通入H2制得Ni单质。请写出“高温热解”的化学方程式：__________________________________________。若生产59吨镍，理论上需要H2________kg。
2×103
(6)碱式碳酸镍受热过程中可能生成其他镍的氧化物，其中一种晶胞结构如下图所示，该氧化物的化学式为________，该晶胞的俯视图为________(填标号)。
Ni3O4
C