【2026版化学步步高大二轮专题复习讲义专题七第27练无机化工流程热点题空突破

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第27练　无机化工流程热点题空突破

[分值：100分]

题空一操作单元原理与目的分析

1.(6分)工业上用高硫铝土矿(主要成分为Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂，少量FeS₂)为原料制备聚合硫酸铁的部分工艺流程如下：

氧化过程中加入双氧水的目的为， 

实际生产过程中温度不宜过高且要控制H₂O₂的投加速度，其原因为。 

答案　将Fe²⁺氧化为Fe³⁺　防止H₂O₂受热分解，提高原料利用率

解析氧化过程中加入H₂O₂的目的是将“酸浸”后溶液中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺===2Fe³⁺+2H₂O，双氧水不稳定，易分解，温度过高，双氧水分解速率加快，且溶液中的Fe³⁺可以催化H₂O₂分解，故实际生产过程中温度不宜过高且要控制H₂O₂的投加速度，防止H₂O₂分解影响原料利用率。

2.(14分)(2025·宁夏高三期中)铜及其化合物在工业生产上有许多用途。某工厂以辉铜矿(主要成分为Cu₂S，含少量Fe₂O₃、SiO₂等杂质)为原料制备不溶于水的碱式碳酸铜的流程如下：

已知：常温下几种金属离子开始形成沉淀与完全沉淀时的pH如下表

(1)为提高“浸取”速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有(任写一种)。 

(2)辉铜矿中亚铜离子的价电子排布式为。 

(3)滤渣Ⅰ中的主要成分是MnO₂、S、SiO₂，请写出“浸取”反应中生成S的离子方程式：。 

(4)常温下“除铁”时加入的试剂A可以是， pH的调节范围为。 

(5)过滤Ⅱ得到的沉淀经过洗涤、干燥可以得到碱式碳酸铜，判断沉淀是否洗净的操作是。 

答案　(1)充分搅拌，将辉铜矿粉碎，加热等

(2)3d¹⁰　(3)Cu₂S+2MnO₂+8H⁺===2Cu²⁺+2Mn²⁺+S+4H₂O　(4)CuO(或氢氧化铜、碱式碳酸铜合理即可)　3.7~5.6(或3.7≤pH<5.6)

(5)取少量最后一次洗涤液于洁净的试管中，加入足量稀盐酸酸化，再加入BaCl₂溶液，若无白色沉淀产生，则说明沉淀已洗净，反之未洗净

解析经过第一步浸取，金属元素转化为相应硫酸盐，Cu₂S被MnO₂氧化为CuSO₄和S，SiO₂未溶解，故滤渣Ⅰ为过量的MnO₂、S、SiO₂，滤液中含有CuSO₄、Fe₂(SO₄)₃、MnSO₄，经过除铁步骤，Fe³⁺被转化为沉淀除去，CuSO₄和MnSO₄进入沉锰步骤，Mn²⁺转化为沉淀除去，同时反应生成碱式碳酸铜。(2)Cu是第29号元素，价电子排布式为3d¹⁰4s¹，亚铜离子的价电子排布式为3d¹⁰。(3)根据元素守恒确定浸取时生成的S来源于Cu₂S，说明Cu₂S被MnO₂氧化，结合后续流程推断此时Cu元素也被氧化，MnO₂被还原为Mn²⁺，则反应为Cu₂S+2MnO₂+8H⁺===2Cu²⁺+2Mn²⁺+S+4H₂O。(4)铁离子水解后溶液显酸性，加入的试剂既能减弱酸性，同时又不引入杂质离子，可加入CuO、Cu(OH)₂、CuCO₃等；调节pH为3.7~5.6(或3.7≤pH<5.6)，使铁离子完全沉淀。(5)滤液Ⅱ中主要含有的盐为(NH₄)₂SO₄，取少量最后一次洗涤液于洁净的试管中，是否洗净即判断溶液是否还含有硫酸根离子，操作是加入足量稀盐酸酸化，再加入BaCl₂溶液，若无白色沉淀产生，则说明沉淀已洗净，反之未洗净。

题空二工艺流程中的条件控制及原因分析

3.(14分)(2025·湖南衡阳高三联考)为解决钒、铬资源的利用问题，利用钒铬渣(含有V₂O₃、Cr₂O₃及SiO₂、Fe₂O₃、FeO等)提取钒、铬的工艺流程：

已知：25 ℃时，Cr(OH)₃的溶度积常数为6.4×10^-31；lg 4=0.6。

(1)“氧化焙烧”该步骤不能使用陶瓷容器，其原因是。 

(2)加快“水浸”的速率，可以采取的措施：(写一种即可)。 

(3)“除杂”产生的滤渣2的成分是(用化学式表示)。 

(4)写出紧接“沉钒”的“煅烧”反应的化学方程式：。 

(5)已知双氧水还原Cr₂的效率在40 ℃时最高，解释原因：。 

(6)“沉铬”过程中，室温下，当溶液的pH为5时，溶液中的Cr³⁺是否已完全沉淀？(列式计算)(已知溶液中离子浓度≤10^-5 mol·L^-1时认为已完全沉淀)。 

答案　(1)陶瓷在高温下会与碳酸钠反应　(2)提高水浸温度，搅拌等　(3)H₂SiO₃　(4)2NH₄VO₃₂O₅+2NH₃↑+H₂O　(5)低于40 ℃，H₂O₂还原Cr₂的反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解，浓度降低，导致还原Cr₂的反应速率降低　(6)K_sp=c(Cr³⁺)·c³(OH^-)=6.4×10^-31，pH=5时，c(OH^-)=10^-9 mol·L^-1，溶液中c(Cr³⁺)== mol·L^-1=6.4×10^-4 mol·L^-1>10^-5 mol·L^-1，所以沉淀不完全

解析本流程中“氧化焙烧”步骤中V₂O₃、Cr₂O₃、SiO₂分别转化为NaVO₃、Na₂CrO₄、Na₂SiO_3，Fe2O₃、FeO则变为Fe₂O₃，水浸后过滤出滤渣1为Fe₂O₃，向滤液中加入硫酸得到硅酸沉淀，过滤得到滤渣2为H₂SiO₃，加入硫酸铵沉淀钒元素，生成NH₄VO₃沉淀，对NH₄VO₃进行煅烧得到V₂O₅，反应的化学方程式为2NH₄VO₃₂O₅+2NH₃↑+H₂O，向滤液中加入双氧水和硫酸，将Cr₂还原为Cr³⁺，然后加入氨水，沉淀铬得到Cr(OH)₃，再对Cr(OH)₃进行煅烧得到Cr₂O₃。

4.(16分)硫酸铈铵[Ce]微溶于水，不溶于乙醇，溶于无机酸，可用作分析试剂、氧化剂。某工厂用含铈矿石[主要成分为Ce₂]制备硫酸铈铵的工艺流程如图所示：

已知：①K_sp=2×10^-48。

②硫酸铈铵的熔点为130 ℃，沸点为330 ℃。

(1)含铈矿石进行的“一系列操作”包含用硫酸酸浸，其中铈浸出率与温度的关系如图1所示，铈浸出率与硫酸浓度的关系如图2所示。工业生产应选择的适宜温度是℃，适宜的硫酸浓度是mol·L^-1。 

(2)步骤一中，发生反应的离子方程式为。 

(3)步骤三中，反应生成Ce(OH)₄的化学方程式为。 

(4)步骤三在0~30 ℃反应完全后又升温至90 ℃的目的是。 

(5)步骤四反应完全后的溶液经、、过滤，得到晶体，最后用洗涤2~3次后，得到高纯硫酸铈铵晶体。 

答案　(1)95　3.0　(2)2Ce³⁺+6===Ce₂↓+3CO₂↑+3H₂O　(3)Ce₂(SO₄)₃+H₂O₂+6NH₃·H₂O2Ce(OH)₄↓+3(NH₄)₂SO₄　(4)0~30 ℃反应是防止H₂O₂、氨水分解，后升温至90 ℃是除去过量的H₂O₂(合理即可)　(5)蒸发浓缩　冷却结晶　乙醇

解析含铈矿石经过一系列操作，Ce³⁺进入溶液中，加入NH₄HCO₃溶液得到Ce₂(CO₃)₃沉淀，加入0.5mol·L^-1H₂SO₄溶液得到Ce₂(SO₄)₃溶液，加入过氧化氢、氨水在0~30℃将Ce³⁺氧化为Ce⁴⁺，然后升温至90℃得到Ce(OH)₄悬浊液，加入70%硫酸、硫酸铵得到硫酸铈铵晶体。

题空三化工流程中的萃取与反萃取操作

5.(9分)实验室以二氧化铈(CeO₂)废渣为原料制备Cl^-含量少的Ce₂，其部分实验过程如下：

通过中和、萃取、反萃取、沉淀等过程，可制备Cl^-含量少的Ce₂(CO₃)₃。已知Ce³⁺能被有机萃取剂(简称HA)萃取，其萃取原理可表示为

Ce³⁺(水层)+3HA(有机层)Ce(A)₃(有机层)+3H⁺(水层)

(1)加氨水“中和”去除过量盐酸，使溶液接近中性。去除过量盐酸的目的是。 

(2)反萃取的目的是将有机层Ce³⁺转移到水层。使Ce³⁺尽可能多地发生上述转移，应选择的实验条件或采取的实验操作有(填两项)。 

(3)与“反萃取”得到的水溶液比较，滤去Ce₂(CO₃)₃沉淀的滤液中，物质的量减小的离子有(填化学式)。 

答案　(1)降低溶液中氢离子的浓度，促进萃取反应平衡正向移动，提高Ce³⁺萃取率　(2)适当增大稀HNO₃浓度、多次萃取分液　(3)Ce³⁺、H⁺

解析(1)由萃取原理知，酸性条件下Ce³⁺不易被HA萃取，加入氨水除去过量盐酸，便于Ce³⁺由水层进入有机层。(3)“反萃取”得到的水溶液中含有Ce³⁺、H⁺和N，加入氨水、NH₄HCO₃后，消耗H^+，Ce3+转化为沉淀，所以Ce³⁺和H⁺的物质的量减小。

6.(8分)(2024·山东滨州二模)从阳极泥(主要成分有Cu、Ag、Au、Ag₂Se、Cu₂S和NiSO₄等)中回收Se和金属的部分工艺流程如图1。

已知：

该工艺中萃取原理：2RH+

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