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第60讲　无机化工流程题的解题策略
[复习目标]　1.提升应用物质的转化及条件控制、分离提纯操作等相关知识解决实际问题的能力。2.树立“绿色化学”的观念，形成资源综合利用、物能充分利用的意识。
1.常考无机化工流程的呈现形式
2.读图要领
(1)箭头：进入的是投料(反应物)，出去的是含产品中元素的物质(流程方向)、副产物或杂质(支线方向)。
(2)三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。
3.流程图中主要环节的分析
(1)原料的预处理
①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸等。
水浸 与水接触发生反应或溶解
浸出 固体加水(酸)溶解得到离子
酸浸 在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
②灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。
③审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。
(2)核心反应——陌生方程式的书写
①氧化还原反应：熟练应用氧化还原反应规律判断产物，并根据化合价升降相等配平。
②非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。
(3)常用的分离方法
①过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。
②萃取和分液：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。
③蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取NaCl。
④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。
⑤蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。
⑥冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的NH3。
一、调控化学反应速率提高效率
1.[2023·辽宁，16(1)]用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为　　　　　　　 (答出一条即可)。
2.[2023·广东，18(4)②]从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中，利用氨浸工艺可提取Ni、Co，并获得高附加值化工产品。部分工艺流程如下：
(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物，从而提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是　　　 　　　　。
3.向金属Bi中加入稀HNO3酸浸，过程中分次加入稀HNO3可降低反应剧烈程度，其原理是
　　　 　　　　。
二、结晶与分离提纯操作应用
4.[2019·全国卷Ⅰ，27(4)]由硫酸铁与硫酸铵的混合溶液，通过　　　　　　　　　　　 操作，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
5.[2021·湖南，15(1)]以碳酸氢铵和氯化钠为原料制备碳酸钠，并测定产品中少量碳酸氢钠的含量，过程如下：
已知：(i)当温度超过35 ℃时，NH4HCO3开始分解。
(ii)相关盐在不同温度下的溶解度表(g/100 g H2O)
温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3
NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0
NaHCO3 6.9 8.2 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.2
晶体A的化学式为　　　　　　　，晶体A能够析出的原因是　　　　 　　　　。
6.[2022·福建，11(3)]以某电厂的粉煤灰为原料(主要含SiO2、Al2O3和CaO等)提铝的部分工艺流程如下：
“沉铝”时，体系中三种物质的溶解度曲线如下图所示，加入K2SO4沉铝的目的是　　　
　　　　， “沉铝”的最佳方案为　　　　。
7.[2022·湖北，18(3)]某兴趣小组取盐湖水进行浓缩和初步除杂后，得到浓缩卤水(含有Na+、Li+、Cl-和少量Mg2+、Ca2+)，通过制备碳酸锂来提取锂的部分流程如下图，已知“滤液2”中含有的离子为Na+、Li+、Cl-和OH-。
为提高Li2CO3的析出量和纯度，“操作A”依次为　　　　　、　　　　　、洗涤。
三、沉淀金属离子和除杂条件分析
8.[2021·全国乙卷，26(2)]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的pH见下表。
金属离子 Fe3+ Al3+ Mg2+ Ca2+
开始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c=1.0×10-5 mol·L-1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
“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　　　　　　　　　　　　　。
9.[2020·北京，18(2)]由硫酸浸出的Mn2+溶出液(含Mn2+、Fe2+、Al3+、Fe3+、H+等)经纯化得Mn2+纯化液。已知：MnO2的氧化性与溶液pH有关。金属离子沉淀的pH如下表：
Fe3+ Al3+ Mn2+ Fe2+
开始沉淀时 1.5 3.4 5.8 6.3
完全沉淀时 2.8 4.7 7.8 8.3
纯化时先加入MnO2，后加入NH3·H2O，调溶液pH≈5，说明试剂加入顺序及调节pH的原因：　　　
　　　　。
四、温度控制分析
10.TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
温度/℃ 30 35 40 45 50
TiO2·xH2O转化率/% 92 95 97 93 88
分析40 ℃时，TiO2·xH2O转化率最高的原因：　　　 　　　　。
11.[2021·福建，11(1)(2)(5)]四钼酸铵是钼深加工的重要中间产品，具有广泛的用途。一种以钼精矿(主要含MoS2，还有Cu、Fe的化合物及SiO2等)为原料制备四钼酸铵的工艺流程如图所示。
回答下列问题：
(1)“焙烧”产生的气体用　　　　吸收后可制取氮肥。
(2)“浸出”时，MoO3转化为Mo。提高单位时间内钼浸出率的措施有　　　　　(任写两种)。
温度对90 min内钼浸出率的影响如图所示。当浸出温度超过80 ℃后，钼的浸出率反而降低，主要原因是温度升高使水大量蒸发，导致　　　　。
(5)“沉淀”时，加入NH4NO3的目的是　　　 　　　　。
五、信息的提取与加工
12.[2022·湖南，17(3)(4)]以钛渣(主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：
已知“降温收尘”后，粗TiCl4中含有的几种物质的沸点：
物质 TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3
沸点/℃ 136 127 57 180
回答下列问题：
(3)“除钒”过程中的化学方程式为　　　 　　　　； “除硅、铝”过程中，分离TiCl4中含Si、Al杂质的方法是　　　　　　　　。
(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序　　　(填“能”或“不能”)交换，理由是　　　　 　　　　。
答案精析
提升关键能力
1.将镍钴矿粉碎(或浸取时搅拌或适当升高温度)
2.减少胶状物质对镍、钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积
3.减少稀HNO3的用量，降低反应剧烈程度，使HNO3充分反应，防止挥发
4.加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤
5.NaHCO3　在30~35 ℃时NaHCO3的溶解度最小(答案合理即可)
6.使更多的铝元素转化为晶体析出，同时保证晶体纯度　加热溶解再冷却结晶
7.蒸发浓缩　趁热过滤
8.Fe3+、Al3+、Mg2+
9.先加MnO2，可利用溶液的酸性将Fe2+全部氧化为Fe3+，再加NH3·H2O调溶液pH≈5，将Fe3+和Al3+沉淀除去
10.低于40 ℃ TiO2·xH2O转化反应速率随温度的升高而增加；超过40 ℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化率下降
11.(1)氨水　(2)适当升温、搅拌、增加Na2CO3用量、增大Na2CO3浓度等　Na2MoO4晶体析出，混入浸渣　(5)提供N，使Mo充分转化为沉淀析出
12.(3)3VOCl3+Al3VOCl2+AlCl3　蒸馏　(4)不能　若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质(共66张PPT)
化学
大
一
轮
复
习
第十一章 第60讲
无机化工流程题的解题策略
复习目标
1.提升应用物质的转化及条件控制、分离提纯操作等相关知识解决实际问题的能力。
2.树立“绿色化学”的观念，形成资源综合利用、物能充分利用的意识。
1.常考无机化工流程的呈现形式
整合必备知识
2.读图要领
(1)箭头：进入的是投料(反应物)，出去的是含产品中元素的物质(流程方向)、副产物或杂质(支线方向)。
(2)三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。
3.流程图中主要环节的分析
(1)原料的预处理
①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸等。
水浸 与水接触发生反应或溶解
浸出 固体加水(酸)溶解得到离子
酸浸 在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
②灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。
③审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。
(2)核心反应——陌生方程式的书写
①氧化还原反应：熟练应用氧化还原反应规律判断产物，并根据化合价升降相等配平。
②非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。
(3)常用的分离方法
①过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。
②萃取和分液：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。
③蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取NaCl。
④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。
⑤蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。
⑥冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的NH3。
一、调控化学反应速率提高效率
1.[2023·辽宁，16(1)]用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为
　　　　 　(答出一条即可)。
提升关键能力
将镍钴矿粉碎(或浸取时搅拌或适当升高温度)
2.[2023·广东，18(4)②]从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中，利用氨浸工艺可提取Ni、Co，并获得高附加值化工产品。部分工艺流程如下：
(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物，从而提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是____________________________
　　　 　　　　。
减少胶状物质对镍、钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积
3.向金属Bi中加入稀HNO3酸浸，过程中分次加入稀HNO3可降低反应剧烈程度，其原理是_______________________________________________
　　 　　。
减少稀HNO3的用量，降低反应剧烈程度，使HNO3
充分反应，防止挥发
强调分次加入对反应的影响：①控制用量，防止过量发生副反应；②降低反应剧烈程度；③防止放热反应温度过高，造成副反应的发生，以及物质的挥发、分解。
二、结晶与分离提纯操作应用
4.[2019·全国卷Ⅰ，27(4)]由硫酸铁与硫酸铵的混合溶液，通过_________
　 　　 操作，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
加热浓缩、
冷却结晶、过滤洗涤
5.[2021·湖南，15(1)]以碳酸氢铵和氯化钠为原料制备碳酸钠，并测定产品中少量碳酸氢钠的含量，过程如下：
已知：(i)当温度超过35 ℃时，NH4HCO3开始分解。
(ii)相关盐在不同温度下的溶解度表(g/100 g H2O)
温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3
NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0
NaHCO3 6.9 8.2 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.2
晶体A的化学式为　　　　　，晶体A能够析出的原因是______________
　 　　　。
NaHCO3
在30~35 ℃时
NaHCO3的溶解度最小(答案合理即可)
6.[2022·福建，11(3)]以某电厂的粉煤灰为原料(主要含SiO2、Al2O3和CaO等)提铝的部分工艺流程如右：
“沉铝”时，体系中三种物质的溶解度曲线如右图所示，加入K2SO4沉铝的目的是_____
______________________________________　 ，“沉铝”的最佳方案为_______
　 　　　。
多的铝元素转化为晶体析出，同时保证晶体纯度
使更
加热溶
解再冷却结晶
根据“沉铝”体系中低温下KAl(SO4)2·12H2O溶解度最小，更容易析出，加入K2SO4沉铝的目的是使更多的铝元素转化为KAl(SO4)2·12H2O析出，同时保证晶体纯度；KAl(SO4)2·12H2O溶解度受温度影响较大，“沉铝”的最佳方案为加热溶解再冷却结晶。
7.[2022·湖北，18(3)]某兴趣小组取盐湖水进行浓缩和初步除杂后，得到浓缩卤水(含有Na+、Li+、Cl-和少量Mg2+、Ca2+)，通过制备碳酸锂来提取锂的部分流程如下图，已知“滤液2”中含有的离子为Na+、Li+、Cl-和OH-。
为提高Li2CO3的析出量和纯度，“操作A”依次为　　 　、______
　　　、洗涤。
蒸发浓缩
趁热
过滤
由Li2CO3的溶解度曲线可知，温度升高，Li2CO3的溶解度降低，所以为提高Li2CO3的析出量和纯度，需要在较高温度下析出并过滤得到沉淀，即操作A依次为蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤。
三、沉淀金属离子和除杂条件分析
8.[2021·全国乙卷，26(2)]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，通过如图工艺流程回收钛、铝、镁等。
该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表。
金属离子 Fe3+ Al3+ Mg2+ Ca2+
开始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c=1.0×10-5 mol·L-1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
“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　　　　　　　　　　。
Fe3+、Al3+、Mg2+
9.[2020·北京，18(2)]由硫酸浸出的Mn2+溶出液(含Mn2+、Fe2+、Al3+、Fe3+、H+等)经纯化得Mn2+纯化液。已知：MnO2的氧化性与溶液pH有关。金属离子沉淀的pH如下表：
Fe3+ Al3+ Mn2+ Fe2+
开始沉淀时 1.5 3.4 5.8 6.3
完全沉淀时 2.8 4.7 7.8 8.3
纯化时先加入MnO2，后加入NH3·H2O，调溶液pH≈5，说明试剂加入顺序及调节pH的原因：____________________________________________
　　 　 　　　　。
先加MnO2，可利用溶液的酸性将Fe2+全部氧化为Fe3+，再加NH3·H2O调溶液pH≈5，将Fe3+和Al3+沉淀除去
四、温度控制分析
10.TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
温度/℃ 30 35 40 45 50
TiO2·xH2O转化率/% 92 95 97 93 88
分析40 ℃时，TiO2·xH2O转化率最高的原因：_______________________
_______________________________________________________________
　 　　 　　　　。
低于40 ℃ TiO2·xH2O转化反应速率随温度的升高而增加；超过40 ℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化率下降
11.[2021·福建，11(1)(2)(5)]四钼酸铵是钼深加工的重要中间产品，具有广泛的用途。一种以钼精矿(主要含MoS2，还有Cu、Fe的化合物及SiO2等)为原料制备四钼酸铵的工艺流程如图所示。
回答下列问题：
(1)“焙烧”产生的气体用_______　　　　
吸收后可制取氮肥。
氨水
“焙烧”产生的气体为SO2，用氨水吸收后可制取氮肥。
(2)“浸出”时，MoO3转化为Mo。提高单位时间内钼浸出率的措施有
_____________________________
____________________(任写两种)。
温度对90 min内钼浸出率的影响如图所示。当浸出温度超过80 ℃后，钼的浸出率反而降低，主要原因是温度升高使水大量蒸发，导致
　　　 　 　　　。
适当升温、搅拌、增加Na2CO3用量、增大Na2CO3浓度等
Na2MoO4晶体析出，混入浸渣
(5)“沉淀”时，加入NH4NO3的目的是____________________________
　 。
化为沉淀析出
提供N，使Mo充分转
五、信息的提取与加工
12.[2022·湖南，17(3)(4)]以钛渣(主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：
已知“降温收尘”后，粗TiCl4中含有的几种物质的沸点：
物质 TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3
沸点/℃ 136 127 57 180
回答下列问题：
(3)“除钒”过程中的化学方程式为　　　　 　　　　　；“除硅、铝”过程中，分离TiCl4中含Si、Al杂质的方法是　　　　。
3VOCl3+Al===3VOCl2+AlCl3
蒸馏
“降温收尘”后钒元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根据得失电子守恒和元素守恒配平化学方程式为3VOCl3+Al===3VOCl2+
AlCl3；AlCl3、SiCl4与TiCl4沸点差异较大，“除硅、铝”过程中可采用蒸馏的方法分离AlCl3、SiCl4。
(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序　　　(填“能”或“不能”)交换，理由是_________________________________________________________
　 。
不能
若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引
入Al杂质
KESHIJINGLIAN
课时精练
答案
1
2
3
4
1.
(1)增大固体与酸的接触面积，加快“酸浸”速率　(2)CoO+H2SO4===CoSO4+H2O
(3)1.6×10-4　不能
(4)4.0 mol　(5)Fe(OH)3
(6)2Co2++5ClO-+5H2O===2Co(OH)3↓+Cl-+4HClO
(7)向滤液中滴加NaOH溶液，控制溶液的pH接近12但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥
答案
1
2
3
4
2.
(1)增大固液接触面积，加快酸浸速率，提高浸取效率　Pb
(2)将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，以便在后续调pH时除去Fe元素　K3[Fe(CN)6]溶液　Fe2+　(3)3Co2+++7H2O===3Co(OH)3↓+MnO2↓+5H+　3Mn2++2Mn+
2H2O===5MnO2↓+4H+
(4)ZnSO4、K2SO4　10-16.7
答案
1
2
3
4
3.
(1)ds　3d104s1
(2)Cu2Se+4H2O2+4H+===2Cu2++H2SeO3+5H2O
(3)①使银元素转化为AgCl沉淀　②0.5
(4)0.05
(5)Na2SO3　高于40 ℃后，Na2SO3的溶解度下降，“银转化”和“银还原”的效率降低，难以实现连续生产
答案
1
2
3
4
4.
(1)CaSO4　(2)2Fe3++3S2-===2FeS↓+S↓　1.28×10-4　(3)NH4H2PO4
(4)溶液酸性太强，H+浓度太大，直接与F-结合成HF，导致F-的浓度较小，Mg2+沉淀不完全
(5)2NH4H2PO4+BaSO4　　Ba(PO3)2+SO3↑+2NH3↑+3H2O　>　中中心原子P的价层电子对数为3+×(5+1-3×2)=3，故为平面三角形，O—P—O键角为120°，而中中心原子P的价层电子对数为4+×(5+3-4×2)=4，故为正四面体形，O—P—O键角为109°28'
1.(2024·全国甲卷，26)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。
1
2
3
答案
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。
4
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
2
3
答案
4
1
2
3
答案
回答下列问题：
(1)“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是__________________________
　　 　　。
(2)“酸浸”步骤中，CoO发生反应的化学方程式是__________________
　　　 　。
增大固体与酸的接触面积，
加快“酸浸”速率
CoO+H2SO4===
CoSO4+H2O
4
1
2
3
答案
(3)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”)。
1.6×10-4
不能
4
1
2
3
答案
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(S2-)= mol·L-1=2.5×10-17 mol·
L-1，则c(Co2+)= mol·L-1=1.6×10-4 mol·L-1，说明大部分Co2+也转
化为硫化物沉淀，不能实现Zn2+和Co2+的完全分离。
4
1
2
3
答案
(4)“沉锰”步骤中，生成1.0 mol MnO2，产生H+的物质的量为　　 　。
4.0 mol
“沉锰”步骤中，Na2S2O8将Mn2+氧化为二氧化锰除去，发生的反应为S2+Mn2++2H2O===MnO2↓+4H++2，若生成1.0 mol MnO2则产生4.0 mol H+。
4
1
2
3
答案
(5)“沉淀”步骤中，用NaOH调pH=4，分离出的滤渣是___________。
Fe(OH)3
“沉锰”步骤中，S2将Fe2+氧化为Fe3+，“沉淀”步骤中用NaOH调pH=4，Fe3+可以完全形成Fe(OH)3沉淀而分离。
4
1
2
3
答案
(6)“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　　　 　　　 　。
(7)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
__________________________________________________________________________________。
2Co2++5ClO-+5H2O===2Co(OH)3↓+Cl-+4HClO
向滤液中滴加NaOH溶液，控制溶液的pH接近12但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥
4
2.(2024·新课标卷，27)钴及其化
合物在制造合金、磁性材料、催
化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应
用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如图：
1
2
3
答案
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5 mol·L-1)时的pH：
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
4
回答下列问题：
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是____________________________
　　　　　　　　　；“滤渣1”中金属元素主要为______。
增大固液接触面积，加快酸浸速率，提高浸取效率
Pb
1
2
3
答案
4
(2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是_______________________
　　　　　　　　 　　　　。取少量反应后的溶液，加入化学试剂
　　 　　　　　检验　 　，若出现蓝色沉淀，需补加MnO2。
将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，
以便在后续调pH时除去Fe元素
K3[Fe(CN)6]溶液
Fe2+
1
2
3
答案
4
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为____________________
　　　 　、_______________________________
　 。
(4)“除钴液”中主要的盐有　　 　　　　　(写化学式)，残留的Co3+浓度为　　 　 mol·L-1。
3Co2+++7H2O
===3Co(OH)3↓+MnO2↓+5H+
3Mn2++2Mn+2H2O===5MnO2↓
+4H+
ZnSO4、K2SO4
10-16.7
1
2
3
答案
4
有Co2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO4，则“滤渣1”为PbSO4；向滤液中加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，MnO2被还原为Mn2+，加入ZnO调节pH=4，Fe3+完全转化为Fe(OH)3，“滤渣2”的主要成分为Fe(OH)3，滤液中的金属离子主要是Co2+、Zn2+和Mn2+；最后“氧化沉钴”，加入强氧化剂KMnO4，
由题中信息可知，用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含
1
2
3
答案
4
KMnO4还会与溶液中的Mn2+发生归中反应生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO4、K2SO4，据此解答。整个过程中，Zn2+未除，加入KMnO4“氧化沉钴”时引入了K+，而阴离子是在酸浸时引入的，因此除钴液中主要的盐有ZnSO4和K2SO4。当溶液pH=1.1时，c(H+)=10 -1.1 mol·L-1，Co3+恰好完全沉淀，
将溶液中Co2+氧化为Co3+，在pH=5时Co3+形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4则被还原为MnO2，
1
2
3
答案
4
L-1，则Ksp[Co(OH)3]=1.0×10-5
×=10-43.7。“除钴液”的pH=5，即c(H+)=10-5 mol·L-1，则
c(OH-)=10-9mol·L-1，此时溶液中c(Co3+)== mol·L-1=
10-16.7 mol·L-1。
此时溶液中c(Co3+)=1.0×10-5 mol·
L-1，则c(OH-)= =10-12.9 mol·
1
2
3
答案
4
3.(2024·湖南，16)铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一种含贵金属的可再生资源，回收贵金属的化工流程如右：
1
2
3
答案
已知：①当某离子的浓度低于1.0×10-5mol·L-1时，可忽略该离子的存在；
②AgCl(s)+Cl-(aq)　　[AgCl2]-(aq)　K=2.0×10-5；
③Na2SO3易从溶液中结晶析出；
④不同温度下Na2SO3的溶解度如下：
温度/℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
4
回答下列问题：
(1)Cu属于　　区元素，其基态原子的价电子排布式为　　　　。
ds
3d104s1
1
2
3
答案
4
铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)加入H2O2、H2SO4、NaCl氧化酸浸，由题中信息可知，滤液1中含有C和H2SeO3，滤渣1中含
有Au、AgCl、PbSO4；滤渣1中加入NaClO3、H2SO4、NaCl，将Au转化为Na[AuCl4]除去，滤液2中含有Na[AuCl4]，滤渣2中含有AgCl、PbSO4；在滤渣2中加入Na2SO3，进行银转化，过滤除去PbSO4，滤液3中加入Na2S2O4，将Ag元素还原为Ag单质，Na2S2O4转化为Na2SO3，滤液4中溶质主要为Na2SO3，可继续进行银转化过程。
1
2
3
答案
4
Cu的原子序数为29，位于第四周期第ⅠB族，属于ds区元素，其基态原子的价电子排布式为3d104s1。
1
2
3
答案
4
(2)“滤液1”中含有Cu2+和H2SeO3，“氧化酸浸”时Cu2Se反应的离子方程式为　　　 　　　。
Cu2Se+4H2O2+4H+===2Cu2++H2SeO3+5H2O
1
2
3
答案
4
滤液1中含有C和H2SeO3，氧化酸浸时Cu2Se与H2O2、H2SO4发生氧化还原反应生成CuSO4、H2SeO3和H2O，反应的离子方程式为Cu2Se+4H2O2
+4H+===2C+H2SeO3+5H2O。
1
2
3
答案
4
(3)“氧化酸浸”和“除金”工序均需加入一定量的NaCl：
①在“氧化酸浸”工序中，加入适量NaCl的原因是__________________
　　　　 。
使银元素转化为
AgCl沉淀
在“氧化酸浸”工序中，加入适量NaCl的原因是使银元素转化为AgCl沉淀。
1
2
3
答案
4
②在“除金”工序溶液中，Cl-浓度不能超过　　　 mol·L-1。
0.5
1
2
3
答案
4
由题目可知AgCl(s)+Cl-(aq)
[AgCl2]-(aq)，在“除金”工序溶液中，若Cl-加入过多，AgCl则会转化为[AgCl2]-，当某离子的浓度低于
1.0×10-5 mol·L-1时，可忽略该离子的存在，为了不让AgCl发生转化，则
令c([AgCl2]-)=1.0×10-5 mol·L-1，由K==2.0×10-5，可得c(Cl-)=
0.5 mol·L-1，即Cl-浓度不能超过0.5 mol·L-1。
1
2
3
答案
4
(4)在“银转化”体系中，[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-浓度之和为0.075 mol·L-1，两种离子分布分数δ[δ()=]随浓度的变化关系如图所示，若浓度为
1.0 mol·L-1，则[Ag(SO3)3]5-的浓度为　 　 mol·L-1。
0.05
1
2
3
答案
4
在“银转化”体系中，[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-浓度之和为0.075 mol·
L-1，溶液中存在平衡：[Ag(SO3)2]3-+S　　[Ag(SO3)3]5-，当c(S)
=0.5 mol·L-1时，此时c([Ag(SO3)2]3-)=c([Ag(SO3)3]5-)，则K=
==2，当)=1 mol·L-1时，K==
=2，解得c([Ag(SO3)3]5-)=0.05 mol·L-1。
1
2
3
答案
4
(5)滤液4中溶质主要成分为　　　 (填化学式)；在连续生产的模式下，“银转化”和“银还原”工序需在40 ℃左右进行，若反应温度过高，将难以实现连续生产，原因是______________________________________
　　　 　　　。
Na2SO3
1
2
3
答案
4
高于40 ℃后，Na2SO3的溶解度下降，“银转化”和“银还原”的效率降低，难以实现连续生产
4.(2025·河南焦作高三模拟)偏磷酸钡Ba(PO3)2具有耐高温、透光性良好等性能，是制备磷酸盐光学玻璃的基础物质。利用湿法磷酸(主要成分为H3PO4，含有少量Mg2+、Fe3+、、等杂质)制备偏磷酸钡的一种工艺的主要流程如图所示：
已知25 ℃时：①Ksp(As2S3)=2.1×10-22，≈1.28；
②将NH3通入H3PO4溶液中，当pH=3.8~4.5时生成NH4H2PO4，pH=8.0~8.2时生成(NH4)2HPO4。
1
2
3
答案
4
回答下列问题：
(1)“滤渣1”中含硫化合物的化学式为　　　　。
(2)“滤渣2”的主要成分有FeS、S及As2S3，其中生成FeS的离子方程式为　　 　　　　 　；25 ℃下，当As3+沉淀完全时，c(S2-)至少为　　　　　mol·L-1[当c(As3+)≤1.0×10-5 mol·L-1时认为沉淀完全]。
CaSO4
2Fe3++3S2-===2FeS↓+S↓
1.28×10-4
1
2
3
答案
4
由题干工艺流程图可知，向湿法磷酸(主要成分为H3PO4，含有少量Mg2+、Fe3+、等杂质)中加入Ca(OH)2，将、Mg2+转化为沉淀而除去，滤渣1中含硫化合物为CaSO4，然后向滤液中继续加入Na2S除砷铁，滤渣2的主要成分为FeS、S和As2S3，然后向滤液中加入NH3进行氨化，加入NH4F进行脱镁，滤渣3的主要成分为MgF2、CaF2，过滤后将滤液蒸发浓缩、冷却结晶，得到NH4H2PO4晶体，将NH4H2PO4晶体与BaSO4一起高温煅烧得到Ba(PO3)2，据此分析解题。
1
2
3
答案
4
由工艺流程图可知，“滤渣2”的主要成分有FeS、S及As2S3，其中生成FeS的离子方程式为2Fe3++3S2-===2FeS↓+S↓，25 ℃下，当As3+沉淀完
全时，c(S2-)至少为= mol·L-1≈ 1.28×10-4 mol·L-1。
1
2
3
答案
4
(3)“氨化”的目的之一是通入NH3调节溶液的pH，当溶液pH为4.3时H3PO4转化为　　 　 (填化学式)。
NH4H2PO4
(4)“脱镁”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若将流程中“氨化”与“脱镁”交换，Mg2+沉淀不完全，原因是__________________________
　 　　　　。
溶液酸性太强，H+浓度太大，直接与F-结合成HF，导致F-的浓度较小，Mg2+沉淀不完全
1
2
3
答案
4
“脱镁”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+，由(3)分析可知，“氨化”的目的之一是通入NH3调节溶液的pH至4.3，说明氨化之前溶液的酸性太强，若将流程中“氨化”与“脱镁”交换，将因溶液酸性太强，H+浓度太大，直接与F-结合成HF，导致F-的浓度较小，Mg2+沉淀不完全。
1
2
3
答案
4
(5)“结晶”后得到NH4H2PO4晶体，“煅烧”时生成Ba和SO3等物
质，其反应的化学方程式为______________________________________
　 　　　；比较O—P—O键角：　　(填“>”“<”或
“=”)，其原因是__________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
　 　　　 　　　　。
2NH4H2PO4+BaSO4　　 Ba(PO3)2+SO3↑+
2NH3↑+3H2O
>
中中心原子P的价层电子对数为3+×(5+1-3×2)=3，故为平面三角形，O—P—O键角为120°，而中中心
原子P的价层电子对数为4+×(5+3-4×2)=4，故为正四面体形，
O—P—O键角为109°28'
1
2
3
答案
4第十一章　第60练　无机化工流程题的解题策略
分值：50分
1.(12分)(2024·全国甲卷，26)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)“酸浸”步骤中，CoO发生反应的化学方程式是　　　　。
(3)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”)。
(4)“沉锰”步骤中，生成1.0 mol MnO2，产生H+的物质的量为　　　　　　。
(5)“沉淀”步骤中，用NaOH调pH=4，分离出的滤渣是　　　　　　　。
(6)“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　　　 　　　　。
(7)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　　　　。
2.(14分)(2024·新课标卷，27)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下：
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5 mol·L-1)时的pH：
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列问题：
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；“滤渣1”中金属元素主要为　　　　　　　。
(2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是　　　　　　　　　　　　。取少量反应后的溶液，加入化学试剂　　　　　　　检验　　　　　　　，若出现蓝色沉淀，需补加MnO2。
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为　　　　、　　　　。
(4)“除钴液”中主要的盐有　　　　　　　(写化学式)，残留的Co3+浓度为　　　　　 mol·L-1。
3.(12分)(2024·湖南，16)铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一种含贵金属的可再生资源，回收贵金属的化工流程如下：
已知：①当某离子的浓度低于1.0×10-5mol·L-1时，可忽略该离子的存在；
②AgCl(s)+Cl-(aq)[AgCl2]-(aq) 　K=2.0×10-5；
③Na2SO3易从溶液中结晶析出；
④不同温度下Na2SO3的溶解度如下：
温度/℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
回答下列问题：
(1)Cu属于　　　　　　　区元素，其基态原子的价电子排布式为　　　　。
(2)“滤液1”中含有Cu2+和H2SeO3，“氧化酸浸”时Cu2Se反应的离子方程式为　　　 　　　　。
(3)“氧化酸浸”和“除金”工序均需加入一定量的NaCl：
①在“氧化酸浸”工序中，加入适量NaCl的原因是　　　　。
②在“除金”工序溶液中，Cl-浓度不能超过　　　　　　　 mol·L-1。
(4)在“银转化”体系中，[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-浓度之和为0.075 mol·L-1，两种离子分布分数δ[δ()=]随浓度的变化关系如图所示，若浓度为1.0 mol·L-1，则[Ag(SO3)3]5-的浓度为　　　　　 mol·L-1。
(5)滤液4中溶质主要成分为　　　 (填化学式)；在连续生产的模式下，“银转化”和“银还原”工序需在40 ℃左右进行，若反应温度过高，将难以实现连续生产，原因是　　　 　　　　。
4.(12分)(2025·河南焦作高三模拟)偏磷酸钡Ba(PO3)2具有耐高温、透光性良好等性能，是制备磷酸盐光学玻璃的基础物质。利用湿法磷酸(主要成分为H3PO4，含有少量Mg2+、Fe3+、、等杂质)制备偏磷酸钡的一种工艺的主要流程如图所示：
已知25 ℃时：①Ksp(As2S3)=2.1×10-22，≈1.28；
②将NH3通入H3PO4溶液中，当pH=3.8~4.5时生成NH4H2PO4，pH=8.0~8.2时生成(NH4)2HPO4。
回答下列问题：
(1)“滤渣1”中含硫化合物的化学式为　　　　。
(2)“滤渣2”的主要成分有FeS、S及As2S3，其中生成FeS的离子方程式为　　　　　　　；25 ℃下，当As3+沉淀完全时，c(S2-)至少为　　　　　mol·L-1[当c(As3+)≤1.0×10-5 mol·L-1时认为沉淀完全]。
(3)“氨化”的目的之一是通入NH3调节溶液的pH，当溶液pH为4.3时H3PO4转化为　　　 (填化学式)。
(4)“脱镁”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若将流程中“氨化”与“脱镁”交换，Mg2+沉淀不完全，原因是　　　 　　　　。
(5)“结晶”后得到NH4H2PO4晶体，“煅烧”时生成Ba和SO3等物质，其反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　；比较O—P—O键角：　　　　(填“>”“<”或“=”)，其原因是　　　　 　　　　。
答案精析
1.(1)增大固体与酸的接触面积，加快“酸浸”速率　(2)CoO+H2SO4CoSO4+H2O　(3)1.6×10-4　不能
(4)4.0 mol　(5)Fe(OH)3　(6)2Co2++5ClO-+5H2O2Co(OH)3↓+Cl-+4HClO　(7)向滤液中滴加NaOH溶液，控制溶液的pH接近12但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥
2.(1)增大固液接触面积，加快酸浸速率，提高浸取效率　Pb　(2)将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，以便在后续调pH时除去Fe元素　K3[Fe(CN)6]溶液　Fe2+　(3)3Co2+++7H2O3Co(OH)3↓+MnO2↓+5H+　3Mn2++2Mn+2H2O5MnO2↓+4H+　(4)ZnSO4、K2SO4　10-16.7
3.(1)ds　3d104s1　(2)Cu2Se+4H2O2+4H+2Cu2++H2SeO3+5H2O　(3)①使银元素转化为AgCl沉淀　②0.5
(4)0.05　(5)Na2SO3　高于40 ℃后，Na2SO3的溶解度下降，“银转化”和“银还原”的效率降低，难以实现连续生产
解析　铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)加入H2O2、H2SO4、NaCl氧化酸浸，由题中信息可知，滤液1中含有C和H2SeO3，滤渣1中含有Au、AgCl、PbSO4；滤渣1中加入NaClO3、H2SO4、NaCl，将Au转化为Na[AuCl4]除去，滤液2中含有Na[AuCl4]，滤渣2中含有AgCl、PbSO4；在滤渣2中加入Na2SO3，进行银转化，过滤除去PbSO4，滤液3中加入Na2S2O4，将Ag元素还原为Ag单质，Na2S2O4转化为Na2SO3，滤液4中溶质主要为Na2SO3，可继续进行银转化过程。
(1)Cu的原子序数为29，位于第四周期第ⅠB族，属于ds区元素，其基态原子的价电子排布式为3d104s1。(2)滤液1中含有C和H2SeO3，氧化酸浸时Cu2Se与H2O2、H2SO4发生氧化还原反应生成CuSO4、H2SeO3和H2O，反应的离子方程式为Cu2Se+4H2O2+4H+2C+H2SeO3+5H2O。(3)①在“氧化酸浸”工序中，加入适量NaCl的原因是使银元素转化为AgCl沉淀。②由题目可知AgCl(s)+Cl-(aq)[AgCl2]-(aq)，在“除金”工序溶液中，若Cl-加入过多，AgCl则会转化为[AgCl2]-，当某离子的浓度低于1.0×10-5 mol·L-1时，可忽略该离子的存在，为了不让AgCl发生转化，则令c([AgCl2]-)=1.0×10-5 mol·L-1，由K==2.0×10-5，可得c(Cl-)=0.5 mol·L-1，即Cl-浓度不能超过0.5 mol·L-1。(4)在“银转化”体系中，[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-浓度之和为0.075 mol·L-1，溶液中存在平衡：[Ag(SO3)2]3-+S[Ag(SO3)3]5-，当c(S)=0.5 mol·L-1时，此时c([Ag(SO3)2]3-)=c([Ag(SO3)3]5-)，则K===2，当)=1 mol·L-1时，K===2，解得c([Ag(SO3)3]5-)=0.05 mol·L-1。
4.(1)CaSO4　(2)2Fe3++3S2-2FeS↓+S↓　1.28×10-4　(3)NH4H2PO4　(4)溶液酸性太强，H+浓度太大，直接与F-结合成HF，导致F-的浓度较小，Mg2+沉淀不完全
(5)2NH4H2PO4+BaSO4Ba(PO3)2+SO3↑+2NH3↑+3H2O　>　中中心原子P的价层电子对数为3+×(5+1-3×2)=3，故为平面三角形，O—P—O键角为120°，而中中心原子P的价层电子对数为4+×(5+3-4×2)=4，故为正四面体形，O—P—O键角为109°28'
解析　由题干工艺流程图可知，向湿法磷酸(主要成分为H3PO4，含有少量Mg2+、Fe3+、、等杂质)中加入Ca(OH)2，将、、Mg2+转化为沉淀而除去，滤渣1中含硫化合物为CaSO4，然后向滤液中继续加入Na2S除砷铁，滤渣2的主要成分为FeS、S和As2S3，然后向滤液中加入NH3进行氨化，加入NH4F进行脱镁，滤渣3的主要成分为MgF2、CaF2，过滤后将滤液蒸发浓缩、冷却结晶，得到NH4H2PO4晶体，将NH4H2PO4晶体与BaSO4一起高温煅烧得到Ba(PO3)2，据此分析解题。
(2)由工艺流程图可知，“滤渣2”的主要成分有FeS、S及As2S3，其中生成FeS的离子方程式为2Fe3++3S2-2FeS↓+S↓，25 ℃下，当As3+沉淀完全时，c(S2-)至少为= mol·L-1≈1.28×10-4 mol·L-1。(4)“脱镁”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+，由(3)分析可知，“氨化”的目的之一是通入NH3调节溶液的pH至4.3，说明氨化之前溶液的酸性太强，若将流程中“氨化”与“脱镁”交换，将因溶液酸性太强，H+浓度太大，直接与F-结合成HF，导致F-的浓度较小，Mg2+沉淀不完全。

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