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第26讲　化学工艺流程
复习要求 1. 认识化学在海水、金属矿物等自然资源综合利用和实现物质间转化等方面的实际应用。2. 认识常见无机物在生产中的应用和对生态环境的影响。
知识体系
考点一　化学工艺流程基本框架结构
一、 流程基本结构
二、 框图中箭头的含义
图1：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)。
图2：箭头表示反应物分步加入和生成物出来。
图3：返回的箭头一般是“循环利用”的物质。
三、 解题思路
1. 审题干：明确原料、产品和杂质。
2. 审信息：寻找信息在流程中的作用；寻找信息与某设问的对应关系。
3. 审流程：明确四线(产品线、杂质线、试剂线、操作线)。
4. 审设问：看清问题，规范作答。
　　　　　　　　　　　　　　　　
(2024·吉林卷)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl－并制备Zn，流程如下“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是(　　)
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子 Zn2＋ Cu2＋ Cl－
浓度(g·L－1) 145 0.03 1
A. “浸铜”时应加入足量H2O2，确保铜屑溶解完全
B. “浸铜”反应：2Cu＋4H＋＋H2O2===2Cu2＋＋H2↑＋2H2O
C. “脱氯”反应：Cu＋Cu2＋＋2Cl－===2CuCl
D. 脱氯液净化后电解，可在阳极得到Zn
考点二　原料的预处理
原料的预处理
【易错辨析】
1. “水浸”时适当升高温度和搅拌有利于加快浸取的速率。(　　)
2. 菱锌矿的主要成分为ZnCO3，菱锌矿焙烧生成ZnO的化学方程式为ZnCO3ZnO＋CO2↑。(　　)
3. 硫酸工业中，为使黄铁矿充分燃烧，可将矿石粉碎。(　　)
4. 要使海带变成海带灰，需要进行的操作是研磨。(　　)
5. 工业上由含铜废料(含有Cu、CuS、CuSO4等)制备硝酸铜晶体的流程如图，“酸浸”目的是将氧化铜转化为Cu2＋。(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
由重晶石矿(主要成分是BaSO4，还含有SiO2等杂质)可制得氯化钡晶体，某兴趣小组设计实验流程如下。下列说法正确的是(　　)
A. 为提高原料的利用率，“高温焙烧”前原料需经研磨处理
B. “高温焙烧”和“结晶”两处操作均需用到蒸发皿
C. 在“高温焙烧”焦炭和BaSO4的反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶1
D. 因盐酸具有挥发性，上述流程中须用硫酸代替盐酸进行浸取
考点三　常见除去杂质的方法
一、 沉淀法
1. 调pH法
(1)如除去Al3＋、Fe3＋，可以________，使其分别转化成Al(OH)3沉淀、Fe(OH)3沉淀。
(2)如除去SiO、AlO，可以________，使其分别转化成H2SiO3沉淀、Al(OH)3沉淀。
【注意】　生成两性物质时，pH不宜过高或过低。
2. 氟化法
(1)如除去Mg2＋、Ca2＋，可以加入NaF，使其分别转化成MgF2沉淀、CaF2沉淀。
(2)如除去Mn2＋中的Mg2＋，因MgF2比MnF2更难溶，故可加入MnF2形成MgF2沉淀，利用沉淀转化除去Mg2＋。
3. 硫化法
(1)如除去Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋、Hg2＋，可以加入Na2S，使其分别转化成CuS沉淀、ZnS沉淀、FeS沉淀、HgS沉淀。
(2)用一些________较大的硫化物(如FeS、MnS)通过沉淀转化使某些金属离子转化为更难溶的硫化物。
4. 氧化还原沉淀法
(1)用单质进行置换，如可用Zn置换Cu2＋。
(2)加入氧化剂(或还原剂)使某些微粒转化为沉淀，如：
KMnO4除铁：
MnO＋3Fe2＋＋7H2O===________________________________
Na2SO3沉铜：
2Cu2＋＋SO＋2Cl－＋H2O===__________________
双氧水氧化沉淀转化：
CuS＋H2O2＋H2SO4===______________________
MnO2氧化沉淀转化：
MnO2＋MnS＋2H2SO4===____________________
Fe3＋氧化沉淀转化：
2Fe3＋＋Pb＋SO===________________________
5. 碳酸盐沉淀法
加入Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3、氨水—NH4HCO3、NH3(先)＋CO2(后)等使金属离子形成沉淀。
类型 离子方程式
用Na2CO3沉淀Zn2＋　 Zn2＋＋CO===____________
续表
用NH4HCO3沉淀Co2＋ Co2＋＋2HCO===____________________________
用NH4HCO3—氨水沉淀Mn2＋ Mn2＋＋HCO＋NH3·H2O===____________________或Mn2＋＋HCO＋NH3===MnCO3↓＋NH
用NH3(先)＋CO2(后)沉淀Ca2＋　 Ca2＋＋CO2＋2NH3＋H2O===____________________
【注意】　
①M2＋＋2HCO===MCO3↓＋H2O＋CO2↑(M2＋为Ca2＋、Mn2＋、Co2＋、Ni2＋、Fe2＋)。
②Cu2＋、Zn2＋与HCO反应生成碱式碳酸盐沉淀，如：
6HCO＋3Zn2＋===ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓＋5CO2↑
6. 草酸盐沉淀法
如Ca2＋＋C2O===CaC2O4↓
7. 硫酸盐沉淀法
(1)如Ca2＋＋SO===CaSO4
(2)BaCO3沉淀转化：
BaCO3＋SO＋2H3PO4===BaSO4＋CO2↑＋H2O＋2H2PO
二、 有机溶剂萃取法
如Cu2＋(水相)＋2RH(有机相)??R2Cu(有机相)＋2H＋(水相)，萃取、分液，向有机相中加入强酸，使反应向左进行，反萃取得到Cu2＋。
三、 离子交换法
依据等电荷交换原则，如1个Ca2＋交换出2个H＋。
【易错辨析】
1. 调pH沉铁时，加入Na2CO3溶液，目的是使Fe3＋转化为Fe2(CO3)3沉淀。(　　)
2. 工业上利用含镍废料(镍、铁、钙、镁合金为主)制取草酸镍(NiC2O4·2H2O)。已知草酸的钙、镁、镍盐均难溶于水，其工艺流程如图，加入NH4F溶液的目的是除去Ca2＋、Mg2＋。(　　)
3. 用ZnS除去溶液中的Cu2＋原理为ZnS(s)＋Cu2＋(aq)??CuS(s)＋Zn2＋(aq)，依据的是Ksp(CuS)4. 某工厂以重晶石BaSO4为原料，生产BaTiO3的工业流程如图，“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为：BaCl2＋TiCl4＋H2O＋2(NH4)2C2O4===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl。(　　)
5. 从锌浸渣(主要含ZnFe2O4、CaSO4，少量ZnS和GeS2)中提取Ge的流程如图，“中和沉淀”中，所加化合物A可为ZnO或Zn(OH)2。(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
(2023·河北卷)一种以锰尘(主要成分为Mn2O3，杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯MnCO3的清洁生产新工艺流程如下：
已知：室温下相关物质的Ksp如下表。
Al(OH)3 10－32.9
Mg(OH)2 10－11.3
Ca(OH)2 10－5.3
Fe(OH)2 10－16.3
Fe(OH)3 10－38.6
Mn(OH)2 10－12.7
MgF2 10－10.3
CaF2 10－8.3
下列说法错误的是(　　)
A. 酸浸工序中产生的气体①为氯气
B. 滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3
C. 除杂②工序中逐渐加入NaF溶液时，若Ca2＋、Mg2＋浓度接近，则CaF2先析出
D. 沉淀工序中发生反应的离子方程式为Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O
考点四　加入试剂的作用
一、 加氧化剂或还原剂
1. 转变某种金属离子的价态，再通过调节溶液pH，使金属离子以氢氧化物形式沉淀出来，以达到除去杂质的目的[如Fe2＋→Fe3＋→Fe(OH)3]。
2. 为生成目标产物的价态而加入氧化剂(如在碱性条件下，加入H2O2把Cr3＋氧化成CrO)。
二、 通入空气
1. 氧化某些离子(如SO、Fe2＋)。
2. 起搅拌作用。
三、 加有机溶剂
萃取某些物质或降低某些物质的溶解度。
四、 蒸发结晶时加对应酸抑制水解
如从溶液中析出FeCl3、CuCl2、AlCl3、MgCl2、ZnCl2等晶体时，应在HCl气流中加热，以抑制其水解。
【易错辨析】
1. 下图为合成氨以及由氨制硝酸的流程示意图，氧化炉中通入A的目的是氧化氨气和NO。(　　)
2. 用废铁屑(主要成分为Fe，杂质有Al、C及油脂)制备高铁酸钠的主要流程如图，“操作Ⅰ”通入的空气可以用H2O2溶液代替。(　　)
3. 实验室制备环己烯的流程如图，饱和食盐水能降低环己烯在水相中的溶解度，利于分层。(　　)
HO(沸点161 ℃) 有机相(沸点83 ℃)
4. 用含铁废铜制备胆矾(CuSO4·5H2O)的流程如下图，“系列操作”前加入H2SO4的目的是抑制Cu2＋的水解。(　　)
5. 向AlCl3溶液中通入HCl的作用是抑制AlCl3水解和增大溶液中Cl－的浓度，有利于AlCl3·6H2O结晶。　(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
(2023·福建卷)从炼钢粉尘(主要含Fe3O4、Fe2O3和ZnO)中提取锌的流程如下：
“盐浸”过程ZnO转化为[Zn(NH3)4]2＋，并有少量Fe2＋和Fe3＋浸出。下列说法错误的是(　　)
A. “盐浸”过程若浸液pH下降，需补充NH3
B. “滤渣”的主要成分为Fe(OH)3
C. “沉锌”过程发生反应[Zn(NH3)4]2＋＋4H2O＋S2－===ZnS↓＋4NH3·H2O
D. 应合理控制(NH4)2S用量，以便滤液循环使用
考点五　产品的分离、提纯
产品的分离、提纯
1. 结晶(或重结晶)——盐溶液的分离提纯方法。
(1)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。
(2)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
2. 过滤——固、液分离。
3. 蒸馏——分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。
4. 分液——分离互不相溶的液体。
5. 萃取——利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质。如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。
反萃取——用反萃取剂使被萃取物从一种溶剂返回另一种溶剂的过程，是萃取的逆过程。
6. 升华——将固体直接气化分离。
7. 盐析——加无机盐使溶质的溶解度降低而析出。
8. 洗涤。
【易错辨析】
1. 过滤时，为加快过滤速度，应用玻璃棒不断搅拌漏斗中的液体。(　　)
2. 在蒸馏过程中，若发现忘加沸石，应停止加热立即补加。(　　)
3. 利用加热的方法分离NH4Cl和I2的固体混合物。(　　)
4. 制取无水乙醇，可向乙醇中加入CaO之后过滤。(　　)
5. 蒸发操作时，应使混合物中的水分完全蒸干后，再停止加热。(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
(2024·常州中学)陶瓷工业中钴系色釉具有呈色稳定、呈色强度高等优点，利用含钴废料(主要成分为Co3O4，还含有少量的铝箔、LiCoO2等杂质)制备碳酸钴的工艺流程如图。下列有关叙述错误的是(　　)
A. “滤液①”主要成分是NaAlO2
B. “操作①”“操作②”的分离方法不同
C. “酸溶”反应中H2O2可以换成O2
D. “沉钴”时，Na2CO3溶液的滴速过快或浓度太大将导致产品不纯，其原因是溶液碱性增强会产生Co(OH)2杂质
考点六　转化过程中反应条件的控制
一、 加过量试剂
反应物过量，能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率，但可能引入杂质，增加后续处理成本(关注后续化学反应)。
二、 气体氛围
1. 隔绝空气：防止空气中的组分(如氧气)参与反应。
2. HCl氛围：抑制弱离子的水解。
3. 惰性气体氛围：通入Ar、N2、H2等，防止某些物质被氧化。
三、 热空气(或水蒸气)吹出气体
如海水提溴、凯氏定氮。
四、 控制溶液的pH
1. 增强物质(MnO、NO等)的氧化性或还原性。
2. 调节离子的水解程度。
3. 萃取、离子交换可能有pH要求。
4. 沉淀某些金属阳离子。
常见问题及解释如下表：
常见问题 解释
沉淀除杂pH范围的选择 杂质离子完全沉淀pH～主要离子开始沉淀pH
调节pH试剂的选择 调高pH：加入消耗H＋的物质，可加入氨水、NaOH等碱、氧化物、碳酸盐、碱式碳酸盐
调节pH试剂的选择 调低pH：加入消耗OH－的物质，如盐酸、硫酸、CO2、NH等
pH不能过高或过低的原因 过低会导致某些离子沉淀不完全；过高可能会导致主体离子损失
pH偏小沉淀不完全的原因 H＋与阴离子结合生成弱电解质，阴离子的浓度下降，平衡向沉淀溶解的方向移动
【思维拓展】
(1)Fe(OH)3、Zn(OH)2开始沉淀至沉淀完全的pH范围分别为1.5～3.3、5.4～8.2，则要除去Zn2＋溶液中的Fe3＋，应控制溶液的pH范围为3.3～5.4。
(2)除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
(3)除去溶液中的Mg2＋可选用NaF，F－与Mg2＋结合生成MgF2沉淀，当溶液pH过低时，Mg2＋沉淀不完全，原因是F－与H＋结合生成弱电解质HF，MgF2(s)??Mg2＋(aq)＋2F－(aq)平衡向右移动。
(4)用Na2S除重金属离子(如Cu2＋)，pH过低时，Cu2＋去除率低，原因是S2－与H＋结合生成HS－、H2S，使溶液中的S2－浓度降低。
五、 控制温度
1. 温度对物质性质的影响
(1)关注易分解物质：双氧水、氨水、铵盐、硝酸、次氯酸、硝酸盐、草酸、草酸盐以及信息中给出的易分解物质。
(2)关注易挥发物质：氨水、硝酸、盐酸等易挥发物质以及沸点较低物质。
(3)关注易被氧化物质：Na2S、Na2SO3、KI、含Fe(Ⅱ)的化合物、酚类、醛类以及信息中给出的易被氧化物质。
(4)关注物质的溶解度：若固体物质的溶解度随温度升高而增大，则降温能促使产品析出；若固体物质的溶解度随温度升高而减小，则升温能促使产品析出；气体的溶解度随温度升高而减小。
2. 温度在反应原理中的影响
(1)温度对反应速率或固体溶解速率的影响
①制备物质时，常使用加热的方法加快反应速率。
②原料的预处理阶段，升温可以提高浸取速率。
(2)温度对平衡移动、反应物转化率或生成物产率的影响
①正反应吸热的可逆反应，升温使平衡正向移动，有利于提高反应物的平衡转化率，从而提高产物的产率。
②正反应放热的可逆反应，升高温度不利于反应物平衡转化率的提高，不利于提高产物的产率。
③升温促进盐类水解，有利于生成沉淀(胶体聚沉后利于过滤分离)。
(3)温度对催化剂活性的影响
如合成氨或SO2催化氧化SO3时，选择的温度是500 ℃左右，原因之一就是该温度范围内催化剂的活性最强。
(4)温度对副反应发生的影响
很多有机反应过程一般较为复杂，对温度的控制尤为关键，如实验室制取乙烯、硝基苯等，控制温度都是为了防止副反应的发生。
3. 控制温度在一定范围答题角度
(1)控制反应速率、适宜的温度使催化剂的活性最大、防止副反应的发生。
(2)控制化学反应进行的方向，使化学平衡移动。
(3)升温：使溶液中的气体逸出，使易挥发物质挥发，使易分解的物质分解。
(4)控制温度结晶与过滤。
(5)能源的利用(耗能)；生产安全(温度过高，反应过于剧烈，可能有安全问题)等。
4. 控温方法
(1)缓慢加入××溶液或缓慢通入××气体。
(2)水浴(热水浴、冰水浴等)、油浴、沙浴等。
【易错辨析】
1. 硫酸工业中，为提高SO2的转化率，可通入稍过量的空气。(　　)
2. 工业上常用Cr2O3为原料按如图所示流程制备二苯铬，“还原”中，还需通入一定量N2，主要目的是防止Na2S2O4被氧化。(　　)
3. 制备高纯硅的流程如图，该流程中不需要隔绝空气。(　　)
4. 向低浓度的Br2溶液中通入热空气吹出Br2，是利用了溴的挥发性。(　　)
5. 工业上生产NaNO2的流程之一如图，“分解塔”中温度高低对产品的纯度没有影响。(　　)
已知氨氮废水中氮元素多以NH和NH3·H2O的形式存在。某工厂用稍过量NaClO溶液处理氨氮废水的流程如下：
已知：达标废水中氯元素主要以Cl－形式存在。下列有关说法错误的是(　　)
A. 过程Ⅰ鼓入热空气的作用是降低氨气溶解度，使氨气逸出
B. 过程Ⅱ中无污染气体为N2
C. 过程Ⅱ后含余氯废水的碱性增强
D. 过程Ⅲ加入的溶液X可能是Na2SO3溶液
考点七　物质的确定
一、 循环物质的确定
二、 副产品的判断
三、 滤渣的确定
　　　　　　　　　　　　　　　　
类型1　物质制备类化工流程题
1. (2025·江苏高三下阶段练习)现用菱锰矿(主要成分MnCO3，含有FeCO3、CaCO3、Fe2O3、Al2O3)为原料制备MnO2的流程如下：
下列说法正确的是(　　)
A. 将菱锰矿粉碎所使用的化学仪器为坩埚
B. “氧化”时发生的离子方程式为：MnO2＋Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋Fe3＋＋2H2O
C. “中和”时加入的物质X可以是CaCO3
D. “电解”时MnO2在阴极生成，过程中同时生成可循环利用的物质H2SO4
2. (2024·江苏高三下4月百校联考)以硫酸厂烧渣(主要成分为Fe2O3、FeO)为原料，制备软磁性材料Fe2O3的工艺流程可表示为
(1)酸浸。用一定浓度的稀硫酸浸取烧渣中的铁元素。若其他条件不变，实验中能提高铁元素浸出率的措施有____________________________。
(2)还原。酸性条件下FeS2中的硫元素被Fe3＋氧化为＋6价，发生反应的离子方程式为________________________________________。
(3)沉铁。将提纯后的FeSO4溶液与氨水—NH4HCO3混合溶液反应，生成FeCO3沉淀。
①生成FeCO3沉淀的离子方程式为__________________________________________________。
②与普通过滤相比，使用如图抽滤装置进行过滤的优点是__________________________________________。
③保持其他条件不变，反应温度、反应时间、溶液pH对FeCO3沉淀率的影响如下左图、下右图所示。请补充完整制备较纯净的FeCO3的实验方案：取一定量提纯后的FeSO4溶液，__________________________________，得到固体FeCO3。(可选用的试剂：Na2CO3溶液、氨水—NH4HCO3混合溶液、2 mol·L－1 BaCl2溶液、2 mol·L－1盐酸、去离子水)。
　
(4)焙烧。将制备的FeCO3固体(杂质忽略不计)在60 ℃下烘干，然后取一定质量烘干后的FeCO3，通入氧气焙烧；一段时间后检测所得产物有两种成分，外层产物为Fe2O3，内层产物为Fe3O4，产生该现象的可能原因是____________________________________________________________________________________________。当焙烧至FeCO3固体全部分解，固体质量不变时，测得固体总的失重率为29.32%，通过计算分析其可能原因(写出计算过程)。
类型2　物质分离及提纯类化工流程题
3. (2024·南通高三下调研)某废铁铬催化剂(含Fe3O4、Cr2O3、MgO、Al2O3及少量不溶性杂质)回收铁、铬的工艺流程如下图所示：
已知：ⅰ. 0.1 mol·L－1金属离子形成氢氧化物沉淀与氢氧化物沉淀溶解的pH范围如下：
金属离子 Fe3＋ Al3＋ Cr3＋ Fe2＋ Mg2＋
开始沉淀的pH 1.5 4.0 4.6 7.6 9.5
沉淀完全的pH 2.8 5.2 6.8 9.7 11.1
金属氢氧化物 Al(OH)3 Cr(OH)3
开始溶解的pH 7.8 12
溶解完全的pH 10.8 >14
ⅱ. Cr(OH)3＋OH－===CrO＋2H2O
ⅲ. 已知Cr的金属性强于Fe
(1)加入铁粉后，调节pH的范围为____________________。
(2)由滤渣1得到滤液3发生反应的离子方程式为____________________________________。
(3)滤渣3成分的化学式为__________；回收铬时，铬的存在形式为__________(填化学式)。
(4)由滤液2得到结晶水合物的操作是______________、____________过滤、洗涤、干燥。
(5)滤渣2与FeS2混合后隔绝空气焙烧，总反应的化学方程式为______________________________________；该过程加入少量CaO的目的是________________________。
(6)酸浸过程中，在硫酸用量一定的情况下，随着酸浓度的增加，铁、铬的溶解度增大。实际生产中，硫酸的质量分数为50%，其原因是________________________________________________。[已知，Fe2(SO4)3·9H2O，Cr2(SO4)3·18H2O在20 ℃时的溶解度分别为400 g和64 g]
　 素 养 评 估 　
　　　　　　　　　　　　　　　　
1. (2024·盐城三模)Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中，铈(Ce)主要以CePO4形式存在，还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3·8H2O的工艺流程如图所示：
下列说法不正确的是(　　)
A. 可采用加热、搅拌等措施提高“水浸”效率
B. 加入絮凝剂的目的是促使铝离子沉淀
C. “沉铈”后剩余溶液中大量存在的阳离子只有NH
D. “沉铈”的离子方程式为2Ce3＋＋6HCO＋5H2O===Ce2(CO3)3·8H2O↓＋3CO2↑
2. (2025·南通海安高级中学模拟)用镁还原TiCl4可制取高熔点的金属钛，工艺流程如图。下列说法不正确的是(　　)
A. 工业上电解熔融MgCl2可制备金属Mg
B. “高温还原”时，发生反应的化学方程式为2Mg＋TiCl4Ti＋2MgCl2
C. 用金属镁还原TiCl4过程中需通入N2或Ar作保护气
D. “真空蒸馏”的目的是使Mg、MgCl2气化，实现与Ti的分离
3. (2021·江苏卷节选)以锌灰(含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2)和Fe2(SO4)3为原料制备的ZnFe2O4脱硫剂，可用于脱除煤气中的H2S。脱硫剂的制备、硫化、再生过程可表示为
(1)“除杂”包括加足量锌粉、过滤、加H2O2氧化等步骤。除Pb2＋和Cu2＋外，与锌粉反应的离子还有________________(填化学式)。
(2)400 ℃时，将一定比例H2、CO、CO2和H2S的混合气体以一定流速通过装有ZnFe2O4脱硫剂的硫化反应器。
①硫化过程中ZnFe2O4与H2、H2S反应生成ZnS和FeS，其化学方程式为________________________________。
②硫化一段时间后，出口处检测到COS。研究表明ZnS参与了H2S与CO2生成COS的反应，反应前后ZnS的质量不变，该反应过程可描述为________________________________________。
(3)将硫化后的固体在N2∶O2＝95∶5(体积比)的混合气体中加热再生，固体质量随温度变化的曲线如图所示。在280～400 ℃范围内，固体质量增加的主要原因是__________________________________________________。
4. (2025·徐州三模节选)钪(Sc)广泛应用于航空航天、超导、核能等领域。从钛白水解工业废酸(含Sc3＋、TiO2＋、Mn2＋、H＋、SO等离子)中提取Sc2O3的一种工艺流程如下：
(1)钛白水解工业废酸中需先加入H2O2生成难萃取的[TiO(H2O2)]2＋，再进行萃取，H2O2的作用是__________(填字母)。
a. 作氧化剂　　b. 作还原剂　　c. 作配体
(2)“萃取”可采用有机磷萃取剂(RO)3PO，其中—R代表烃基，(RO)3PO可通过以下反应制备：3ROH＋POCl3??(RO)3PO＋3HCl。
①—R对(RO)3PO产率的影响如下表：
—R —CH2CH3 —CH2CH2CH3 —CH2CH2CH2CH3
(RO)3PO产率/% 82 62 20
随着碳原子数增加，(RO)3PO产率降低的原因可能为________________________________________________。
②钪的萃取率(E%)与O/A值[萃取剂体积(O)和废酸液体积(A)之比]的关系如图所示。采用一次萃取时，应选择最合适的O/A值为________。
(3)“反萃取”时生成Sc(OH)3、MnO2沉淀，生成MnO2反应的离子方程式为______________________________________________。
(4)“沉钪”时得到Sc2(C2O4)3·6H2O沉淀。“沉钪”时测得相同时间钪的沉淀率随温度的变化如图所示，随温度升高钪的沉淀率先升高后降低的可能原因为____________________________________________________。
第26讲　化学工艺流程
考点一　化学工艺流程基本框架结构
命题突破
C　解析：铜屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2＋，反应的离子方程式为：Cu＋2H＋＋H2O2===Cu2＋＋2H2O，再加入锌浸出液进行“脱氯”，“脱氯”步骤中仅Cu元素的化合价发生改变，得到CuCl固体，可知“脱氯”步骤发生反应的化学方程式为：Cu2＋＋Cu＋2Cl－===2CuCl↓，过滤得到脱氯液，脱氯液净化后电解，Zn2＋可在阴极得到电子生成Zn。由分析得，“浸铜”时，铜屑不能溶解完全，Cu在“脱氯”步骤还需要充当还原剂，故A错误；“浸铜”时，铜屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2＋，反应的离子方程式为：Cu＋2H＋＋H2O2===Cu2＋＋2H2O，故B错误；“脱氯”步骤中仅Cu元素的化合价发生改变，得到CuCl固体，即Cu的化合价升高，Cu2＋的化合价降低，发生归中反应，化学方程式为：Cu2＋＋Cu＋2Cl－===2CuCl↓，故C正确；脱氯液净化后电解，Zn2＋应在阴极得到电子变为Zn，故D错误。故选C。
考点二　原料的预处理
【易错辨析】
1. √　2. √　3. √　4. ×　5. √
命题突破
A　解析：高温焙烧需用到坩埚，B错误；由4C＋BaSO44CO＋BaS知，氧化剂(BaSO4)与还原剂(C)的物质的量之比为1∶4，C错误；BaSO4是沉淀，不能用硫酸代替盐酸浸取BaS，D错误。
考点三　常见除去杂质的方法
知识归纳
一、 1. (1)调高pH　(2)调低pH
3. (2)Ksp
4. (2)3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋　2CuCl↓＋SO＋2H＋　CuSO4＋S＋2H2O
2MnSO4＋S＋2H2O　PbSO4＋2Fe2＋
5. ZnCO3↓　CoCO3↓＋H2O＋CO2↑　MnCO3↓＋NH＋H2O　CaCO3↓＋2NH
【易错辨析】
1. ×　2. √　3. √　4. √　5. √
命题突破
C　解析：由图知锰尘(主要成分为Mn2O3，杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)加入浓盐酸进行酸浸，Mn2O3、铝、镁、钙、铁的氧化物均生成对应的盐，由于Mn2O3具有氧化性，能将盐酸中的氯离子氧化物氯气，故气体①，用氢氧化钠溶液进行吸收，防止污染环境，加氨水调节pH为5～6，由表中数据知，可将铁和铝沉淀而除去，故滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3，再向滤液中加入氟化钠溶液，可将镁和钙以氟化物的形式除去，滤渣②为氟化钙和氟化镁，此时滤液中主要成分为氯化锰，加入碳酸氢钠溶液，发生Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O，将锰离子沉淀，得到纯度较高的碳酸锰。由分析知，Mn2O3与浓盐酸反应生成Mn2＋和Cl2，A正确；结合表中数据可知，除杂①工序中调pH为pH为5～6，此时会产生Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀，B正确；由于Ksp(MgF2)考点四　加入试剂的作用
【易错辨析】
1. √　2. √　3. √　4. √　5. √
命题突破
B　解析：“盐浸”过程ZnO转化为[Zn(NH3)4]2＋，发生反应ZnO＋2NH3＋2NH===[Zn(NH3)4]2＋＋H2O，根据题中信息可知，Fe2O3、Fe3O4只有少量溶解，通入空气氧化后Fe2＋和Fe3＋转化为Fe(OH)3；“沉锌”过程发生反应为：[Zn(NH3)4]2＋＋4H2O＋S2－===ZnS↓＋4NH3·H2O，经洗涤干燥后得到产物ZnS及滤液NH4Cl。“盐浸”过程中消耗氨气，浸液pH下降，需补充NH3，A正确；由分析可知，“滤渣”的主要成分为Fe3O4和Fe2O3，只含少量的Fe(OH)3，B错误；“沉锌”过程发生反应[Zn(NH3)4]2＋＋4H2O＋S2－===ZnS↓＋4NH3·H2O，C正确；应合理控制(NH4)2S用量，以便滤液循环使用，D正确。故选B。
考点五　产品的分离、提纯
【易错辨析】
1. ×　2. ×　3. ×　4. ×　5. ×
命题突破
C　解析：“酸溶”过程中，H2O2将Co元素由＋3价还原为＋2价，H2O2作还原剂，不可以换成O2，C错误。
考点六　转化过程中反应条件的控制
【易错辨析】
1. √　2. ×　3. ×　4. √　5. ×
命题突破
C　解析：温度升高，氨气的溶解度降低，过程Ⅰ鼓入热空气的作用是降低氨气溶解度，使氨气逸出，故A项正确；过程Ⅱ中加入NaClO可将废水中的NH3·H2O转化为无污染的氮气，NaClO被还原为氯化钠，氯元素化合价由＋1降低至－1，N元素化合价由－3升高至0，根据得失电子守恒及质量守恒，该反应的化学方程式为3NaClO＋2NH3·H2O===3NaCl＋N2↑＋5H2O，故B项正确；过程Ⅱ中发生反应：2NH＋3ClO－＋2OH－===N2↑＋3Cl－＋5H2O，故过程Ⅱ后含余氯废水的碱性减弱，故C项错误；过程Ⅲ中加入的溶液X的目的是把剩余的NaClO还原为氯化钠，所以X可能是Na2SO3，故D项正确；故本题选C。
考点七　物质的确定
命题突破
1. C　解析：将菱锰矿粉碎所使用的化学仪器为研钵，坩埚用来灼烧固体物质，A错误；加入MnO2将Fe2＋氧化成为Fe3＋，反应的离子方程式为：MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O，B错误；加入碳酸盐可以调节除去Fe3＋和Al3＋，可以加入CaCO3，产生的Ca2＋可以在加入草酸盐后一并除去，C正确；电解时，Mn2＋在阳极被氧化生成MnO2，D错误。故选C。
2. (1)适当升高酸浸温度；适当加快搅拌速率；适当延长浸取时间
(2)FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋
(3)①Fe2＋＋HCO＋NH3·H2O===FeCO3↓＋NH＋H2O(或Fe2＋＋HCO＋NH3===FeCO3↓＋NH)　②过滤速率更快(加快过滤速率，得到固体含水量更低)　③在45 ℃水浴加热条件下，边搅拌边向FeSO4溶液中缓慢加入氨水—NH4HCO3混合溶液；控制溶液pH为6.4，反应1 h后，趁热过(抽)滤；用去离子水洗涤沉淀，直至取最后一次洗涤滤液，滴加2 mol·L－1盐酸酸化，再滴加2 mol·L－1 BaCl2溶液，无白色沉淀生成
(4)外层温度较高，且氧气浓度大，有利于碳酸亚铁完全氧化为氧化铁；内层温度较低，且氧气浓度小，不利于碳酸亚铁完全被氧化而生成四氧化三铁　当FeCO3全部转化为Fe2O3时，理论失重率最小。设FeCO3的物质的量为1 mol，全部生成Fe2O3的物质的量为0.5 mol，理论失重率为：(116－160×1/2)/116×100%＝31.03%，因为29.32%<31.03%，说明在60 ℃下烘干时，已有部分FeCO3转化为Fe2O3
解析：烧渣酸浸后生成Fe3＋、Fe2＋，加入FeS2发生氧化还原反应，FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋，加入碳酸氢铵沉铁，Fe2＋＋HCO＋NH3·H2O===FeCO3↓＋NH＋H2O，在氧气中焙烧后生成氧化铁，以此分析。
(1)适当升高酸浸温度；适当加快搅拌速率；适当延长浸取时间，能提高铁元素浸出率；
(2)酸性条件下FeS2中的硫元素被Fe3＋氧化为＋6价的硫酸根，发生反应的离子方程式为FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋；
(3)①将提纯后的FeSO4溶液与氨水—NH4HCO3混合溶液反应，生成FeCO3沉淀，Fe2＋＋HCO＋NH3·H2O===FeCO3↓＋NH＋H2O；②与普通过滤相比，抽滤装置进行过滤的优点是过滤速率更快(加快过滤速率，得到固体含水量更低)；③在45 ℃水浴加热条件下，边搅拌边向FeSO4溶液中缓慢加入氨水—NH4HCO3混合溶液；控制溶液pH为6.4，反应1h后，趁热过(抽)滤；用去离子水洗涤沉淀，直至取最后一次洗涤滤液，滴加2 mol·L－1盐酸酸化，再滴加2 mol·L－1 BaCl2溶液，无白色沉淀生成，得到固体FeCO3；
(4)在60 ℃下烘干，然后取一定质量烘干后的FeCO3，通入氧气焙烧；一段时间后检测所得产物有两种成分，外层产物为Fe2O3，内层产物为Fe3O4，产生该现象的可能原因是：外层温度较高，且氧气浓度大，有利于碳酸亚铁完全氧化为氧化铁；内层温度较低，且氧气浓度小，不利于碳酸亚铁完全被氧化而生成四氧化三铁；当FeCO3全部转化为Fe2O3时，理论失重率最小。设FeCO3的物质的量为1 mol，全部生成Fe2O3的物质的量为0.5 mol，理论失重率为：×100%＝31.03%，因为29.32%<31.03%，说明在60 ℃下烘干时，已有部分FeCO3转化为Fe2O3。
3. (1)6.8≤pH<7.6　(2)Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O　(3)Cr(OH)3　NaCrO2　(4)蒸发浓缩　冷却结晶　(5)32Fe(OH)3＋FeS211Fe3O4＋2SO2↑＋48H2O　吸收SO2，防止污染　(6)随着硫酸浓度的增大，溶液中水的量减少，生成的硫酸盐会结晶析出
解析：某废铁铬催化剂(含Fe3O4、Cr2O3、MgO、Al2O3及少量不溶性杂质)粉碎后用硫酸酸浸，Fe3O4、Cr2O3、MgO、Al2O3分别转化为Fe3＋、Fe2＋、Mg2＋、Cr3＋、Al3＋，向滤液中加入过量Fe粉调节pH，使Cr3＋、Al3＋转化为Cr(OH)3、Al(OH)3存在于滤渣1中，将滤渣1放入pH＝11的强碱溶液中，Al(OH)3溶解，则滤渣3中存在Cr(OH)3，Fe3＋被Fe还原生成Fe2＋存在于滤液1中，向滤渣1中通入足量O2保持pH<1.5，将Fe2＋再氧化成Fe3＋，随后调节pH使Fe3＋转化为Fe(OH)3存在于滤渣2中，Fe(OH)3滤渣加FeS2焙烧再经过磁选得到Fe3O4，以此解答。
(1)加入铁粉后，调节pH使Cr3＋、Al3＋转化为Cr(OH)3、Al(OH)3，而不能使Fe2＋沉淀，由表格数据可知，调节pH的范围为6.8≤pH<7.6。
(2)滤渣1中存在Cr(OH)3、Al(OH)3，调节pH＝11，其中Al(OH)3能够和强碱反应，则由滤渣1得到滤液3发生反应的离子方程式为Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。
(3)由分析可知，滤渣3成分的化学式为Cr(OH)3，由已知ⅱ可知，回收铬的过程中Cr(OH)3和NaOH反应生成NaCrO2。
(4)由滤液2得到结晶水合物的操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
(5)滤渣2中Fe(OH)3与FeS2混合后隔绝空气焙烧生成Fe3O4，S元素化合价上升转化为SO2，根据得失电子守恒和原子守恒配平方程式为：32Fe(OH)3＋FeS211Fe3O4＋2SO2↑＋48H2O；该过程加入少量CaO的目的是吸收SO2，防止污染。
(6)酸浸过程中，硫酸的质量分数为50%，其原因是浓硫酸具有吸水性，随着硫酸浓度的增大，溶液中水的量减少，生成的硫酸盐会结晶析出。
素养评估
1. B　解析：天然独居石中，铈(Ce)主要以CePO4形式存在，还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质，焙烧浓硫酸和独居石的混合物、水浸，CePO4转化为Ce2(SO4)3和H3PO4，SiO2与硫酸不反应，Al2O3转化为Al2(SO4)3，Fe2O3转化为Fe2(SO4)3，CaF2转化为CaSO4和HF，酸性废气含HF；后过滤，滤渣Ⅰ为SiO2和硫酸钙、FePO4，滤液主要含H3PO4、Ce2(SO4)3、Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3，加氯化铁溶液除磷，滤渣Ⅱ为FePO4；调pH、聚沉将铁离子、铝离子转化为沉淀，过滤除去，滤渣Ⅲ主要为氢氧化铝，还含氢氧化铁；加碳酸氢铵沉铈得Ce2(CO3)3·8H2O。可采用加热、搅拌等措施提高“水浸”效率，A正确；由分析可知，加入絮凝剂的目的是将铁离子、铝离子转化为沉淀，B错误；加碳酸氢铵沉铈得Ce2(CO3)3·8H2O，Ce3＋沉淀，“沉铈”后剩余溶液中大量存在的阳离子只有NH，C正确；用碳酸氢铵“沉铈”，则结合原子守恒、电荷守恒可知生成Ce2(CO3)3·8H2O的离子方程式为2Ce3＋＋6HCO＋5H2O===Ce2(CO3)3·8H2O↓＋3CO2↑，D正确。故选B。
2. C　解析：工业生产一般采用电解熔融MgCl2的方法制镁，所得Mg通过“高温还原”TiCl4、发生反应2Mg＋TiCl4Ti＋2MgCl2制取金属钛，再经过真空蒸馏提纯钛等步骤得到钛产品。由于MgO的熔点高，电解MgO制备金属Mg能耗大，工业生产一般采用电解熔融MgCl2的方法，A正确；还原时，发生反应的化学方程式为2Mg＋TiCl4Ti＋2MgCl2，B正确；高温条件下金属镁和N2能反应，则用金属镁还原TiCl4过程中N2不能用作保护气，可通入Ar作保护气，C错误；真空蒸馏时，需要将金属Mg、MgCl2分离除去，由于金属钛的熔点很高，因此真空蒸馏的目的是为了降低单质Mg和MgCl2的沸点，使Mg、MgCl2气化，实现与Ti的分离，D正确。故选C。
3. (1)Fe3＋、H＋　(2)①ZnFe2O4＋3H2S＋H2ZnS＋2FeS＋4H2O　②CO2＋H2SCOS＋H2O(或ZnS＋CO2===ZnO＋COS、ZnO＋H2S===ZnS＋H2O)　(3)ZnS和FeS部分被氧化为硫酸盐
解析：锌灰含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2，加入稀硫酸浸取，SiO2和硫酸不反应，过滤出SiO2，所得溶液中含有硫酸锌、硫酸铅、硫酸铜、硫酸铁、硫酸，加足量锌粉，硫酸铜、硫酸铁、硫酸都能与锌反应，加H2O2氧化，再加入硫酸铁调节锌、铁的配比，加入碳酸氢钠沉锌铁，制得脱硫剂ZnFe2O4。
(1)“除杂”加足量锌粉，硫酸铜、硫酸铁、硫酸都能与锌反应，除Pb2＋和Cu2＋外，与锌粉反应的离子还有Fe3＋、H＋。
(2)①硫化过程中ZnFe2O4与H2、H2S反应生成ZnS和FeS，铁元素化合价由＋3降低为＋2、氢气中H元素化合价由0升高为＋1，根据得失电子守恒，其化学方程式为ZnFe2O4＋3H2S＋H2ZnS＋2FeS＋4H2O；②硫化一段时间后，出口处检测到COS。研究表明ZnS参与了H2S与CO2生成COS的反应，反应前后ZnS的质量不变，ZnS为催化剂，该反应过程可描述为CO2＋H2SCOS＋H2O(或ZnS＋CO2===ZnO＋COS、ZnO＋H2S===ZnS＋H2O)；
(3)在280～400 ℃范围内，ZnS和FeS吸收氧气，ZnS和FeS部分被氧化为硫酸盐，固体质量增加。
4. (1)c　(2)①随着碳原子数增加，O—H键极性减弱更难断裂，(RO)3PO产率降低或随着碳原子数增加烃基推电子能力增强，O—H键更难断裂，(RO)3PO产率降低　②1∶4　(3)Mn2＋＋H2O2＋2OH－===MnO2↓＋2H2O
(4)温度低于80 ℃时，随温度升高，沉淀反应速度加快，钪的沉淀率上升(或随温度升高草酸电离程度增大，草酸根浓度增多，钪的沉淀率上升)；温度高于80 ℃时，随着温度的升高，草酸钪的溶解度增大，致使钪的沉淀率下降
解析：钛白水解工业废酸(含Sc3＋、TiO2＋、Mn2＋、H＋、SO等离子)加入H2O2，使TiO2＋转化为难萃取的[TiO(H2O2)]2＋，加入有机溶剂萃取，分离出油层，加NaOH和H2O2，生成Sc(OH)3、MnO2沉淀，过滤后滤渣加入酸溶解，过滤除去MnO2，加草酸沉钪，得到Sc2(C2O4)3·6H2O沉淀，过滤后灼烧得到Sc2O3。
(1)钛白水解工业废酸中需先加入H2O2生成难萃取的[TiO(H2O2)]2＋，[TiO(H2O2)]2＋中H2O2为配体，故选c；
(2)①根据—R对(RO)3PO产率的影响表，随着碳原子数增加，(RO)3PO产率降低的原因可能为随着碳原子数增加，O—H键极性减弱更难断裂，(RO)3PO产率降低或随着碳原子数增加烃基推电子能力增强，O—H键更难断裂，(RO)3PO产率降低；②采用一次萃取时，应选择最合适的O/A值为1∶4；
(3)“反萃取”时H2O2氧化锰离子为MnO2，生成MnO2反应的离子方程式为Mn2＋＋H2O2＋2OH－===MnO2↓＋2H2O；
(4)“沉钪”时随温度升高钪的沉淀率先升高后降低的可能原因为温度低于80 ℃时，随温度升高，沉淀反应速度加快，钪的沉淀率上升(或随温度升高草酸电离程度增大，草酸根浓度增多，钪的沉淀率上升)；温度高于80 ℃时，随着温度的升高，草酸钪的溶解度增大，致使钪的沉淀率下降。

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