在高考化学工艺流程题中，元素分析技术的应用贯穿整个流程，涉及原料预处理、核心反应阶段及产物提纯等环节。以下是典型实例解析及其技术要点：

1. 原料预处理阶段的元素分析

实例1：金属矿物酸浸中的元素溶解与分离

例如，用硫酸酸浸钛铁矿（主要成分为FeTiO₃）时，需分析铁、钛元素的溶解行为：

  • FeTiO₃与硫酸反应生成Fe²⁺、Ti⁴⁺等离子进入溶液，而硅、铝等杂质以氧化物（如SiO₂）形式留在滤渣中。
  • 元素分析应用：判断哪些元素能被酸溶（如Fe、Ti），哪些作为杂质需后续分离（如Si、Al），需结合酸浓度、温度等条件优化浸出率。

    • 实例2：焙烧法转化元素形态

    如含硫矿石（如FeS₂）的焙烧，硫元素转化为SO₂气体，铁元素转化为Fe₂O₃。此时需通过元素分析确定硫的氧化态变化及铁的存在形式。

    2. 核心反应阶段的元素价态与转化分析

    实例3：氧化还原反应中的价态控制

    以重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）制备为例：

  • 铬铁矿（FeCr₂O₄）经氧化焙烧生成CrO₄²⁻，需通过元素分析确认Cr的价态从+3升至+6。
  • 技术要点：加入强氧化剂（如Na₂O₂）促进Cr的氧化，同时通过pH调节控制CrO₄²⁻与Cr₂O₇²⁻的平衡。

    • 实例4：Fe²⁺与Fe³⁺的分离

    在含Fe²⁺的溶液中，加入H₂O₂将其氧化为Fe³⁺，随后调节pH使Fe³⁺形成Fe(OH)₃沉淀，而其他金属离子（如Cu²⁺）保留在溶液中。

  • 元素分析应用：通过沉淀pH范围差异（如Fe(OH)₃沉淀pH=2.7~3.7，Cu(OH)₂沉淀pH≥5）实现选择性分离。

    • 3. 产物提纯阶段的元素追踪

    实例5：结晶法分离目标元素

    例如，从KNO₃和NaCl混合液中提取KNO₃：

  • 利用溶解度差异（KNO₃溶解度随温度变化大），通过蒸发浓缩、冷却结晶分离KNO₃，而NaCl因溶解度低残留在母液中。
  • 元素分析应用：通过溶解度曲线分析K⁺、Na⁺的结晶条件，确定趁热过滤或冷却结晶的操作选择。

    • 实例6：离子交换法富集特定元素

    在稀土元素分离中，利用离子交换树脂选择性吸附不同稀土离子（如La³⁺、Ce³⁺），通过淋洗液梯度洗脱实现分离。

    4. 高考真题中的典型应用

    例：2023年某高考题（模拟）

    流程背景：以铝土矿（含Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）制备Al(OH)₃。

  • 元素分析步骤：

    • 1. 酸浸：用NaOH溶液溶解Al₂O₃和SiO₂（生成NaAlO₂和Na₂SiO₃），Fe₂O₃不溶成为滤渣。

    2. 除杂：向滤液中通入CO₂，优先沉淀SiO₃²⁻为H₂SiO₃，随后调节pH使AlO₂⁻转化为Al(OH)₃沉淀。

    3. 核心分析点：利用Al、Si、Fe的酸碱反应差异，通过分步沉淀实现元素分离。

    解题策略与技巧

    1. 元素追踪法：从原料到产物，绘制核心元素的转化路径（如Fe→Fe²⁺→Fe³⁺→Fe(OH)₃）。

    2. 条件控制关键：

  • pH调节：通过氢氧化物沉淀范围分离金属离子。
  • 氧化剂选择：如用ClO⁻而非H₂O₂避免引入杂质。

    • 3. 副产物分析：关注循环物质（如滤液回用）或副产品（如SO₂用于制酸）的经济性分析。

    通过以上实例可见，元素分析技术是解决工艺流程题的核心工具，需结合反应原理、实验操作及计算（如Ksp、产率）综合运用。备考时建议多做真题，强化对元素转化路径和条件控制的敏感度。