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第53讲　化学工艺流程题的解题策略
第十章　水溶液中的离子反应与平衡
高三一轮复习讲义 人教版　(单选)
1.培养从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知识模块整合重
组为新知识模块的能力。
2.培养将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、图表、模型、
图形等表达并做出解释的能力。
复习目标
题空一　流程中原料的预处理
题空二　流程中反应条件的控制
题空三　物质的分离与提纯
课时测评
内容索引
题空一
流程中原料的预处理
必备知识 整合
方法 目的
研磨、 雾化 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分
水浸 与水接触反应或溶解
酸浸 与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液
碱浸 除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物
灼烧 除去可燃性杂质或使原料初步转化
煅烧 改变某些物质结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解
1.(2023·辽宁卷节选)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)。实现镍、钴、镁元素的回收。
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)。
关键能力 提升
适当增大硫酸浓度(或适当
升高温度或将镍钴矿粉碎)
2.稀土是一种不可再生的战略性资源，被广泛应用于电子信息、国防军工等多个领域。一种从废弃阴极射线管(CRT)荧光粉中提取稀土元素钇(Y)的工艺流程如下：
已知：废弃CRT荧光粉的化学组成(某些不参与反应的杂质未列出)如下表。
成分含量/％ Y2O3 ZnO Al2O3 PbO2 MgO
预处理前 24.28 41.82 7.81 1.67 0.19
预处理后 68.51 5.42 4.33 5.43 0.50
试回答步骤Ⅰ中进行原料预处理的目的为—————————。
成分含量/％ Y2O3 ZnO Al2O3 PbO2 MgO
预处理前 24.28 41.82 7.81 1.67 0.19
预处理后 68.51 5.42 4.33 5.43 0.50
除去ZnO和Al2O3
由已知中预处理前和预处理后的成分含量变化可得，预处理的目的为除去ZnO和Al2O3。
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题空二
流程中反应条件的控制
1.控制溶液的pH
(1)控制反应的发生，增强物质的氧化性或还原性，或改变水解程度。
(2)控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。
①控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如若要除去Al3＋、Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调节溶液的pH。
②调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。
必备知识 整合
2.控制反应的温度
(1)控制化学反应速率。
(2)控制平衡移动方向。
(3)控制固体的溶解与结晶，如趁热过滤能防止某物质降温时析出。
(4)促进溶液中气体的逸出或实现蒸馏。
(5)防止或实现某物质水解或分解。
(6)使催化剂达到最大活性。
(7)防止副反应的发生。
3.调节反应物的浓度
(1)根据需要选择适宜浓度，控制一定的反应速率，使平衡移动有利于目标产物的生成，减小对后续操作产生的影响。
(2)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，但对后续操作也会产生影响。
4.控制反应体系的压强
(1)控制化学反应速率。
(2)控制平衡移动的方向。
5.使用催化剂
加快反应速率，提高生产效率。
1.(温度控制)辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如图所示：
(1)“回收S”过程中温度控制在50～60 ℃之间，不宜过高或过低的原因是______________________________________。
关键能力 提升
温度高苯容易挥发，温度低溶解速率小
苯是有机溶剂，易挥发，所以温度高苯容易挥发，而温度低S溶解速率小，因此“回收S”过程中温度控制在50～60 ℃之间，不宜过高或过低。
(2)“保温除铁”过程中，加入CuO的目的是__________________________
_____________________；“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，要用HNO3溶液调节溶液的pH，其理由是　　　　 　　。
调节溶液的pH，使Fe3＋
转化为Fe(OH)3沉淀
抑制Cu2＋的水解
氧化铜是碱性氧化物，能与H＋反应从而调节溶液的pH，所以加入氧化铜的作用是调节溶液的pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而析出。
2.(酸碱度控制——调节pH)利用水钴矿(主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)可以制取多种化工试剂，以下为草酸钴晶体和氯化钴晶体的制备流程，回答下列问题：
已知：①浸出液中含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Al3＋、Mg2＋、Ca2＋等。
②沉淀Ⅰ中只含有两种沉淀。
③流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2
开始沉淀 2.7 7.6 7.6 4.0 7.7
完全沉淀 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8
(1)浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式为________________________
__________ _______。
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2
开始沉淀 2.7 7.6 7.6 4.0 7.7
完全沉淀 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8
Co2O3＋S＋4H＋
2Co2＋＋S＋2H2O
浸出过程中，Co2O3与盐酸、Na2SO3发生反应，Co2O3转化为Co2＋，Co元素化合价降低，则S元素化合价升高，S转化为S，根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒配平离子方程式：Co2O3＋4H＋＋S2Co2＋＋S＋2H2O。
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2
开始沉淀 2.7 7.6 7.6 4.0 7.7
完全沉淀 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8
(2)加入NaClO3的作用是___________________________________________
___________________。
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2
开始沉淀 2.7 7.6 7.6 4.0 7.7
完全沉淀 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8
将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于后面调节pH时生成
Fe(OH)3沉淀而除去
加入NaClO3的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于后面调节pH时生成Fe(OH)3沉淀而除去。
(3)加入Na2CO3调pH至5.2，目的是　　　　　　　　　　　　　；萃取剂层含锰元素，则沉淀Ⅱ的主要成分为　　　　　　　。
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2
开始沉淀 2.7 7.6 7.6 4.0 7.7
完全沉淀 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8
使Fe3＋和Al3＋沉淀完全
CaF2、MgF2
根据工艺流程图，结合表格中提供的数据可知，加Na2CO3调pH至5.2，目的是使Fe3＋和Al3＋沉淀完全。滤液Ⅰ中含有的金属阳离子为Co2＋、Mn2＋、Mg2＋、Ca2＋等，萃取剂层含锰元素，结合流程图中向滤液Ⅰ中加入了NaF溶液，可知沉淀Ⅱ为MgF2、CaF2。
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2
开始沉淀 2.7 7.6 7.6 4.0 7.7
完全沉淀 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8
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题空三
物质的分离与提纯
(一)有关沉淀洗涤的答题规范
必备知识 整合
1.洗涤剂的选择
洗涤试剂 适用范围 目的
蒸馏水 冷水 产物不溶于水 除去固体表面吸附着的××杂质；可适当降低固体因为溶解而造成的损失
热水 某些特殊的物质，其溶解度随着温度升高而下降 除去固体表面吸附着的××杂质；可适当降低固体因为温度变化而溶解造成的损失
洗涤试剂 适用范围 目的
有机溶剂 (酒精、丙酮等) 固体易溶于水，难溶于有机溶剂 减少固体溶解；利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分，使产品易干燥
饱和溶液 对纯度要求不高的产品 减少固体溶解
酸、碱溶液 产物不溶于酸、碱 除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱的杂质；减少固体溶解
2.洗涤的方法
(1)洗涤的方法：让过滤后的晶体继续留在过滤器中，加入洗涤液至浸没晶体，让洗涤液自然流下，重复2～3次即可。
(2)注意点：在洗涤过程中不能搅拌。因为滤纸已经润湿，如果搅拌很容易搅破滤纸，造成晶体损失。
(3)三个得分点：注洗涤液→加洗涤液→重复操作。
①注洗涤液：沿玻璃棒向漏斗中注入洗涤液；
②加洗涤液：洗涤液完全浸没晶体；
③重复操作：重复操作2～3次。
1.SnSO4是一种重要的硫酸盐，在工业生产中有着广泛的应用。其制备路线如下：
实验室中“漂洗”沉淀的实验操作方法是———— ————————— 。
关键能力 提升
(沿着玻璃棒)向漏斗(或过滤器)中加蒸馏水至浸没沉淀，(静置)待水全部流出后，重复操作2～3次
“漂洗”沉淀就是洗涤沉淀，需要直接在过滤器中进行，操作为(沿着玻璃棒)向漏斗(或过滤器)中加蒸馏水至浸没沉淀，(静置)待水全部流出后，重复操作2～3次
2.CuSO4·5H2O是铜的重要化合物，有着广泛的应用。以下是CuSO4·5H2O的实验室制备流程图。
如果采用重量法测定CuSO4·5H2O的含量，完成下列步骤：①　　 　　，②加水溶解，③加氯化钡溶液，沉淀，④过滤(其余步骤省略)。在过滤前，需要检验是否沉淀完全，其方法是___________ _______ __
____ __。
称量样品
在上层清液中继续滴加氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，证明已沉淀完全
需要检验是否沉淀完全，即检验溶液中是否有S剩余。
(二)产品分离、提纯的常用方法
必备知识 整合
(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氨气。
1.(分离、提纯方法选择)SO2是硫酸工业尾气的主要成分。以硫酸工业的尾气为原料制备硫酸钾和硫酸锰晶体(MnSO4·H2O)的工艺流程如图所示。
回答下列问题：
关键能力 提升
(1)如图所示是几种盐的溶解度曲线。反应Ⅲ中，向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液后，进行蒸发浓缩、　 　　　、洗涤、干燥等操作即得K2SO4
产品。
趁热过滤
在相同温度下，K2SO4的溶解度最小，反应Ⅲ中，向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液，进行蒸发浓缩后，K＋和S以K2SO4的形式结晶析出，此时趁热过滤，可得到K2SO4晶体，同时也可防止其他盐结晶析出。
(2)检验硫酸钾样品中是否含有氯化物杂质的实验操作是_____ ________\
___________________ __________ ____ _ 。
取少量样品于试管中配成溶液，滴加过量Ba(NO3)2溶液，取上层清液滴加HNO3酸化的AgNO3溶液，观察是否有白色沉淀产生
因为Ag2SO4是微溶于水的白色固体，所以用HNO3酸化的AgNO3溶液检验Cl－时，应先加入过量Ba(NO3)2溶液使S完全沉淀。
2.(滤液、滤渣成分的确定)锰常用于制造合金锰钢。某化工厂以软锰矿(主要成分是MnO2，含有少量SiO2、Fe2O3、CaO等杂质)为主要原料制取金属锰的工艺流程如图1所示。
(1)“浸锰”步骤中往往有副产物MnS2O6生成，温度对“浸锰”反应的影响如图2所示。为减少MnS2O6的生成，“浸锰”的适宜温度是　　　，“滤渣 Ⅰ”的成分是_________ (填化学式)。该步骤中可以再加入MnSO4以促进“滤渣 Ⅰ”析出，结合平衡移动原理分析其原因：——————————————————————————————————— 。
90 ℃
SiO2、CaSO4
c(S)增大，使平衡Ca2＋(aq)＋S(aq) CaSO4(s)正向移动，促进CaSO4析出
(2)“滤液 Ⅰ”中需要先加入MnO2充分反应后再调pH，写出加入MnO2时发生反应的离子方程式：　　　　　　　 　　　　　　。
MnO2＋2Fe2＋＋4H＋Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
流程分析：
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课 时 测 评
1.(16分)(2025·四川八省联考卷)MnSO4具有广泛用途，一种从电解锌阳极泥回收电池级MnSO4的流程如下。该阳极泥主要含有MnO2以及Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Zn2＋和微量Pb2＋等杂质离子。
已知：Ksp(ZnS)＝1.0×10－22，Ksp(PbS)＝8.0×10－28，Ksp(MnS)＝1.0×10－10。金属离子生成氢氧化物沉淀，其lg和溶液pH的关系如下图所示：
回答下列问题：
(1)基态锰原子的电子排布式为　　　　　　 　。
1s22s22p63s23p63d54s2
锰为25号元素，基态Mn原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2；
(2)“溶解”步骤在酸性条件下进行，通入SO2的作用是____________________
_______。
还原二氧化锰为锰
离子
二氧化硫具有还原性，二氧化锰具有氧化性，“溶解”步骤在酸性条件下进行，通入SO2的作用是还原二氧化锰为锰离子；
(3)“除钾钠”步骤中，控制溶液pH＝2.0，K＋和Na＋与Fe2反应分别生成KFe3和NaFe3沉淀，其中K＋生成沉淀的离子方程式为　　　　　　 　　　　　　　。
K＋＋3Fe3＋＋2S＋6H2OKFe3↓＋6H＋
“除钾钠”步骤中，控制溶液pH＝2.0，酸性条件下，K＋与Fe2反应生成KFe3沉淀，其中K＋生成沉淀的离子方程式为K＋＋3Fe3＋＋2S＋6H2OKFe3↓＋6H＋；
(4)“除杂Ⅰ”步骤中，加MnCO3调溶液pH＝4.0，该步除杂的总反应方程式为　　　 　　　　　　　　　　。
MnCO3＋Fe2＋5H2OMnSO4＋2Fe＋CO2↑＋2H2SO4
“除杂Ⅰ”步骤中，加MnCO3调溶液pH＝4.0，使得铁离子转化为氢氧化铁沉淀而除去，结合质量守恒，反应还生成硫酸锰、二氧化碳和硫酸，该步除杂的总反应方程式为MnCO3＋Fe2＋5H2OMnSO4＋2Fe＋CO2↑＋2H2SO4；
(5)“除杂Ⅱ”步骤中，析出的“沉淀3”是　　　　、　　　　。
CaF2
MgF2
由分析，“除杂Ⅱ”步骤中，析出的“沉淀3”是CaF2、MgF2；
(6)“除杂Ⅲ”步骤中，随着“沉淀4”的生成，溶液pH将　　　　(填“升高”或“下降”或“不变”)。
下降
“除杂Ⅲ”步骤中，加入硫化氢使得锌离子和铅离子转化为沉淀除去，反应为Zn2＋＋H2SZnS↓＋2H＋、Pb2＋＋H2SPbS↓＋2H＋，反应过程中生成氢离子，使得溶液酸性增强，故随着“沉淀4”的生成，溶液pH将下降。
(7)“浓缩结晶”步骤中，析出MnSO4后的滤液应返回到　　　　步骤，其目的是　　　　　　　　　　 　　　　。
溶解
循环利用，充分利用生成物且提高锰的回收率
“浓缩结晶”步骤中，析出MnSO4后的滤液中含有硫酸和部分硫酸锰，应返回到溶解步骤，其目的是循环利用，充分利用生成物且提高锰的回收率。
2.(13分)(2024·湖北卷)铍用于宇航器件的构筑。一种从其铝硅酸盐[Be3Al2(SiO3)6]中提取铍的路径为：
已知：Be2＋＋4HA BeA2(HA)2＋2H＋
回答下列问题：
(1)基态Be2＋的轨道表示式为　　　　。
铝硅酸盐先加热熔融，然后快速冷却到
其玻璃态，再加入稀硫酸酸浸过滤，滤
渣的成分为H2SiO3，“滤液1”中有Be2＋
和Al3＋，加入含HA的煤油将Be2＋萃取到
有机相中，“水相1”中含有Al3＋，有机
相为BeA2(HA)2，加入过量氢氧化钠反萃
取Be2＋使其转化为Na2[Be(OH)4]进入“水相2”中，分离出含NaA的煤油，最后对“水相2”加热过滤，分离出Be(OH)2，通过系列操作得到金属铍。基态Be2＋的电子排布式为1s2，其轨道表示式为 。
(2)为了从“热熔、冷却”步骤得到玻璃态，冷却过程的特点是　　 　　。
快速冷却　
铝硅酸盐先加热熔融，然后快速冷却到其玻
璃态，再加入稀硫酸酸浸过滤，滤渣的成分
为H2SiO3，“滤液1”中有Be2＋和Al3＋，加
入含HA的煤油将Be2＋萃取到有机相中，
“水相1”中含有Al3＋，有机相为BeA2(HA)2，
加入过量氢氧化钠反萃取Be2＋使其转化为Na2[Be(OH)4]进入“水相2”中，分离出含NaA的煤油，最后对“水相2”加热过滤，分离出Be(OH)2，通过系列操作得到金属铍。熔融态物质冷却凝固时，缓慢冷却会形成晶体，快速冷却会形成非晶态，即玻璃态，所以从“热熔、冷却”中得到玻璃态的冷却过程的特点为快速冷却。
(3)“萃取分液”的目的是分离Be2＋和Al3＋，向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液，观察到的现象是　　 　　。
无明显现象
铝硅酸盐先加热熔融，然后快速冷却到其玻
璃态，再加入稀硫酸酸浸过滤，滤渣的成分
为H2SiO3，“滤液1”中有Be2＋和Al3＋，加
入含HA的煤油将Be2＋萃取到有机相中，
“水相1”中含有Al3＋，有机相为BeA2(HA)2，
加入过量氢氧化钠反萃取Be2＋使其转化为Na2[Be(OH)4]进入“水相2”中，分离出含NaA的煤油，最后对“水相2”加热过滤，分离出Be(OH)2，通过系列操作得到金属铍。“滤液1”中有Be2＋和Al3＋，加入含HA的煤油将Be2＋萃取到有机相中，则“水相1”中含有Al3＋，则向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液，可观察到无明显现象。
(4)写出反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化学方程式_______ ________
__ __。“滤液2”可以进入　　　　 步骤再利用。
BeA2(HA)2＋6NaOH
Na2[Be(OH)4]＋4NaA＋2H2O　
反萃取分液
铝硅酸盐先加热熔融，然后快速冷却到其玻
璃态，再加入稀硫酸酸浸过滤，滤渣的成分
为H2SiO3，“滤液1”中有Be2＋和Al3＋，加
入含HA的煤油将Be2＋萃取到有机相中，“水
\相1”中含有Al3＋，有机相为BeA2(HA)2，加
入过量氢氧化钠反萃取Be2＋使其转化为Na2[Be(OH)4]进入“水相2”中，分离出含NaA的煤油，最后对“水相2”加热过滤，分离出Be(OH)2，通过系列操作得到金属铍。反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化学方程式为BeA2(HA)2＋6NaOHNa2[Be(OH)4]＋4NaA＋2H2O，滤液2的主要成分为NaOH，可进入反萃取步骤再利用。
(5)电解熔融氯化铍制备金属铍时，加入氯化钠的主要作用是____________
__________________________________________________________________________________。
增强熔融氯化铍的导电性，同时可使Cl－更易在阳极上放电，从而使Be2＋更易在阴极上放电得到Be
铝硅酸盐先加热熔融，然后快速冷却到其玻
璃态，再加入稀硫酸酸浸过滤，滤渣的成分
为H2SiO3，“滤液1”中有Be2＋和Al3＋，加
入含HA的煤油将Be2＋萃取到有机相中，“水
相1”中含有Al3＋，有机相为BeA2(HA)2，加
入过量氢氧化钠反萃取Be2＋使其转化为Na2[Be(OH)4]进入“水相2”中，分离出含NaA的煤油，最后对“水相2”加热过滤，分离出Be(OH)2，通过系列操作得到金属铍。氯化铍的共价性较强，电解熔融氯化铍制备金属铍时，加入氯化钠的主要作用为增强熔融氯化铍的导电性。
(6)Be(OH)2与醋酸反应得到某含4个Be的配合物，4个Be位于以1个O原子为中心的四面体的4个顶点，且每个Be的配位环境相同，Be与Be间通过CH3COO－相连，其化学式为　　　 　。
Be4O(CH3COO)6
铝硅酸盐先加热熔融，然后快速冷却到其玻
璃态，再加入稀硫酸酸浸过滤，滤渣的成分
为H2SiO3，“滤液1”中有Be2＋和Al3＋，加
入含HA的煤油将Be2＋萃取到有机相中，“水
相1”中含有Al3＋，有机相为BeA2(HA)2，加
入过量氢氧化钠反萃取Be2＋使其转化为Na2[Be(OH)4]进入“水相2”中，分离出含NaA的煤油，最后对“水相2”加热过滤，分离出Be(OH)2，通过系列操作得到金属铍。由题意可知，该配合物中有四个铍位于四面体的四个顶点上，四面体中心只有一个O，Be与Be之间总共有六个CH3COO－，则其化学式为Be4O(CH3COO)6。
3.(15分)(2024·安徽卷)精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等多种元素。研究人员设计了一种从铜阳极泥中分离提取金和银的流程，如下图
所示。
回答下列问题：
(1)Cu位于元素周期表第　　　　周期第　　　　族。
四
ⅠB
精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等元素，铜阳极泥加入硫酸、H2O2浸取，Cu被转化为Cu2＋进入浸出液1中，Ag、Au不反应，浸渣1中含有Ag和Au；浸渣1中加入盐酸、H2O2浸取，Au转化为HAuCl4进入浸出液2，Ag转化为AgCl，浸渣2中含有AgCl；浸出液2中加入N2H4将HAuCl4还原为Au，同时N2H4被氧化为N2；浸渣2中加入Na2S2O3，将AgCl转化为[Ag(S2O3)2]3，得到浸出液3，利用电沉积法将[Ag(S2O3)2]3－还原为Ag。Cu的原子序数为29，位于第四周期第ⅠB族；
(2)“浸出液1”中含有的金属离子主要是　　　　。
Cu2＋
精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等元素，铜阳极泥加入硫酸、H2O2浸取，Cu被转化为Cu2＋进入浸出液1中，Ag、Au不反应，浸渣1中含有Ag和Au；浸渣1中加入盐酸、H2O2浸取，Au转化为HAuCl4进入浸出液2，Ag转化为AgCl，浸渣2中含有AgCl；浸出液2中加入N2H4将HAuCl4还原为Au，同时N2H4被氧化为N2；浸渣2中加入Na2S2O3，将AgCl转化为[Ag(S2O3)2]3－，得到浸出液3，利用电沉积法将[Ag(S2O3)2]3－还原为Ag。由分析可知，铜阳极泥加入硫酸、H2O2浸取，Cu被转化为Cu2＋进入浸出液1中，故浸出液1中含有的金属离子主要是Cu2＋；
(3)“浸取2”步骤中，单质金转化为HAuCl4的化学方程式为———————— 。
2Au＋8HCl＋
3H2O22HAuCl4＋6H2O
精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等元素，铜阳极泥加入硫酸、H2O2浸取，Cu被转化为Cu2＋进入浸出液1中，Ag、Au不反应，浸渣1中含有Ag和Au；浸渣1中加入盐酸、H2O2浸取，Au转化为HAuCl4进入浸出液2，Ag转化为AgCl，浸渣2中含有AgCl；浸出液2中加入N2H4将HAuCl4还原为Au，同时N2H4被氧化为N2；浸渣2中加入Na2S2O3，将AgCl转化为[Ag(S2O3)2]3－，得到浸出液3，利用电沉积法将[Ag(S2O3)2]3－还原为Ag。浸取2步骤中，Au与盐酸、H2O2发生氧化还原反应，生成HAuCl4和H2O，根据得失电子守恒及质量守恒，可得反应的化学方程式为2Au＋8HCl＋3H2O22HAuCl4＋6H2O；
(4)“浸取3”步骤中，“浸渣2”中的　　　　(填化学式)转化为[Ag(S2O3)2]3－。
AgCl
精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等元素，铜阳极泥加入硫酸、H2O2浸取，Cu被转化为Cu2＋进入浸出液1中，Ag、Au不反应，浸渣1中含有Ag和Au；浸渣1中加入盐酸、H2O2浸取，Au转化为HAuCl4进入浸出液2，Ag转化为AgCl，浸渣2中含有AgCl；浸出液2中加入N2H4将HAuCl4还原为Au，同时N2H4被氧化为N2；浸渣2中加入Na2S2O3，将AgCl转化为[Ag(S2O3)2]3－，得到浸出液3，利用电沉积法将[Ag(S2O3)2]3－还原为Ag。根据分析可知，浸渣2中含有AgCl，与Na2S2O3反应转化为[Ag(S2O3)2]3－；
(5)“电沉积”步骤中阴极的电极反应式为　　　　　　　————————　　　　　　。“电沉积”步骤完成后，阴极区溶液中可循环利用的物质为　　　　(填化学式)。
[Ag(S2O3)2]3－＋e－
Ag↓＋2S2
Na2S2O3　
精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等元素，铜阳极泥加入硫酸、H2O2浸取，Cu被转化为Cu2＋进入浸出液1中，Ag、Au不反应，浸渣1中含有Ag和Au；浸渣1中加入盐酸、H2O2浸取，Au转化为HAuCl4进入浸出液2，Ag转化为AgCl，浸渣2中含有AgCl；浸出液2中加入N2H4将HAuCl4还原为Au，同时N2H4被氧化为N2；浸渣2中加入Na2S2O3，将
AgCl转化为[Ag(S2O3)2]3－，得到浸出液3，利用电沉积法将[Ag(S2O3)2]3－还原为Ag。电沉积步骤中，阴极发生还原反应，[Ag(S2O3)2]3－得电子被还原为Ag，电极反应式为[Ag(S2O3)2]3－＋e－Ag↓＋2S2；阴极反应生成S2，同时阴极区溶液中含有Na＋，故电沉积步骤完成后，阴极区溶液中可循环利用的物质为Na2S2O3；
(6)“还原”步骤中，被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为_______。
3∶4
精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等元素，铜阳极泥加入硫酸、H2O2浸取，Cu被转化为Cu2＋进入浸出液1中，Ag、Au不反应，浸渣1中含有Ag和Au；浸渣1中加入盐酸、H2O2浸取，Au转化为HAuCl4进入浸出液2，Ag转化为AgCl，浸渣2中含有AgCl；浸出液2中加入N2H4将HAuCl4还原为Au，同时N2H4被氧化为N2；浸渣2中加入Na2S2O3，将
AgCl转化为[Ag(S2O3)2]3－，得到浸出液3，利用电沉积法将[Ag(S2O3)2]3－还原为Ag。还原步骤中，HAuCl4被还原为Au，Au化合价由＋3价变为0价，一个HAuCl4转移3个电子，N2H4被氧化为N2，N的化合价由－2价变为0价，一个N2H4转移4个电子，根据得失电子守恒，被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为3∶4；
(7)Na2S2O3可被I2氧化为Na2S4O6。从物质结构的角度分析S4的结构为(a)而不是(b)的原因：————————————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————。
(a)结构中电子云分布较均衡，结构较为稳定；(b)结构中正负电荷中心不重合，极性较大，较不稳定，且存在过氧键，过氧键的氧化性大于I2，故Na2S2O3不能被I2氧化成(b)结构
精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等元素，铜阳极泥加入硫酸、H2O2浸取，Cu被转化为Cu2＋进入浸出液1中，Ag、Au不反应，浸渣1中含有Ag和Au；浸渣1中加入盐酸、H2O2浸取，Au转化为HAuCl4进入浸出液2，Ag转化为AgCl，浸渣2中含有AgCl；浸出液2中加入N2H4将HAuCl4还原为Au，同时N2H4被氧化为N2；浸渣2中加入Na2S2O3，将
AgCl转化为[Ag(S2O3)2]3－，得到浸出液3，利用电沉积法将[Ag(S2O3)2]3－还原为Ag。 O的半径比S小，负电荷的密度更高，对相应成键电子对的斥力大，所以(b)中氧氧键键能比(a)中硫硫键键能小，更易断，故(b)不稳定且(b)中存在过氧键，氧化性比I2强，故Na2S2O3不能被I2氧化成(b)结构。
4.(16分)(2024·新课标卷)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：
回答下列问题：
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
(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
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
用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有Co2＋、Zn2＋、Fe2＋、Fe3＋、S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“酸浸”时生成的PbSO4；向滤液中加入MnO2将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后加入ZnO调节pH＝4使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3，则“滤渣Ⅱ”的主要成分为Fe(OH)3，
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
滤液中的金属离子主要是Co2＋、Zn2＋和Mn2＋；最后加入强氧化剂KMnO4“氧化沉钴”，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，KMnO4还会与溶液中的Mn2＋发生归中反应生成MnO2，最终得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO4、K2SO4。在原料预处理过程中，粉碎固体原料能增大固体与液体的接触面积，从而加快酸浸的反应速率，提高浸取效率；由分析可知，“滤渣1”的主要成分为PbSO4，则“滤渣1”中金属元素主要为Pb；
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
(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＋
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
用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有Co2＋、Zn2＋、Fe2＋、Fe3＋、S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“酸浸”时生成的PbSO4；向滤液中加入MnO2将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后加入ZnO调节pH＝4使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3，则“滤渣Ⅱ”的主要成分为Fe(OH)3，滤液中的金属离子主要是Co2＋、Zn2＋和Mn2＋；最后加入强氧化剂KMnO4“氧化沉钴”，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，KMnO4还会与溶液中的Mn2＋发生归中反应
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
生成MnO2，最终得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO4、K2SO4。酸浸液中含有Co2＋、Zn2＋、Fe2＋、Fe3＋、S等离子。由题表中数据可知，当Fe3＋完全沉淀时，Co2＋未开始沉淀，而当Fe2＋完全沉淀时，Co2＋已有一部分沉淀，因此为了除去溶液中的Fe元素且Co2＋不沉淀，应先将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后调节溶液的pH使Fe3＋完全水解转化为Fe(OH)3沉淀，因此，MnO2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，以便在后续调pH时除去Fe元素。常用K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2＋，若生成蓝色沉淀，则说明溶液中仍存在Fe2＋，需补加MnO2；
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
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为______________ ______
、_________________ __ _________
_______________。
3Co2＋＋Mn＋7H2O
3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋
3Mn2＋＋2Mn＋2H2O
5MnO2↓＋4H＋
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
用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有Co2＋、Zn2＋、Fe2＋、Fe3＋、S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“酸浸”时生成的PbSO4；向滤液中加入MnO2将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后加入ZnO调节pH＝4使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3，则“滤渣Ⅱ”的主要成分为Fe(OH)3，滤液中的金属离子主要是Co2＋、Zn2＋和Mn2＋；最后加入强氧化剂
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
KMnO4“氧化沉钴”，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，KMnO4还会与溶液中的Mn2＋发生归中反应生成MnO2，最终得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO4、K2SO4。由分析可知，“氧化沉钴”过程发生两个氧化还原反应，根据分析中两个反应的反应物、产物与反应环境(pH＝5)，结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出两个离子方程式：3Co2＋＋Mn＋7H2O3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋、3Mn2＋＋2Mn＋2H2O5MnO2↓＋4H＋；
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)“除钴液”中主要的盐有　　 　 　(写化学式)，残留的Co3＋浓度为　　　　mol·L－1。
ZnSO4、K2SO4
10－16.7
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
用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有Co2＋、Zn2＋、Fe2＋、Fe3＋、S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“酸浸”时生成的PbSO4；向滤液中加入MnO2将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后加入ZnO调节pH＝4使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3，则“滤渣Ⅱ”的主要成分为Fe(OH)3，
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
滤液中的金属离子主要是Co2＋、Zn2＋和Mn2＋；最后加入强氧化剂KMnO4“氧化沉钴”，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，KMnO4还会与溶液中的Mn2＋发生归中反应生成MnO2，最终得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO4、K2SO4。最终得到的“除钴液”中含
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
有的金属离子主要是本身含有的及加入ZnO调pH时引入的Zn2＋、加入KMnO4“氧化沉钴”时引入的K＋，而阴离子是在酸浸时引入的S，因此其中主要的盐有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，此时溶液中c(Co3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，则c(OH－)＝＝10－12.9 mol·L－1，则Ksp[Co(OH)3]＝1.0×10－5×
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
(10－12.9)3＝10－43.7。“除钴液”的pH＝5，即c(H＋)＝10－5mol·L－1，则c(OH－)＝＝10－9mol·L－1，溶液中c(Co3＋)＝＝ mol·L－1＝10－16.7 mol·L－1。
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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
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化学工艺流程题的解题策略第53讲　化学工艺流程题的解题策略
【复习目标】　1.培养从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知识模块整合重组为新知识模块的能力。2.培养将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达并做出解释的能力。
题空一　流程中原料的预处理
方法 目的
研磨、雾化 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分
水浸 与水接触反应或溶解
酸浸 与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液
碱浸 除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物
灼烧 除去可燃性杂质或使原料初步转化
煅烧 改变某些物质结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解
1.(2023·辽宁卷节选)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)。实现镍、钴、镁元素的回收。
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)。
答案：适当增大硫酸浓度(或适当升高温度或将镍钴矿粉碎)
2.稀土是一种不可再生的战略性资源，被广泛应用于电子信息、国防军工等多个领域。一种从废弃阴极射线管(CRT)荧光粉中提取稀土元素钇(Y)的工艺流程如下：
已知：废弃CRT荧光粉的化学组成(某些不参与反应的杂质未列出)如下表。
成分含量/％ Y2O3 ZnO Al2O3 PbO2 MgO
预处理前 24.28 41.82 7.81 1.67 0.19
预处理后 68.51 5.42 4.33 5.43 0.50
试回答步骤Ⅰ中进行原料预处理的目的为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案：除去ZnO和Al2O3
解析：由已知中预处理前和预处理后的成分含量变化可得，预处理的目的为除去ZnO和Al2O3。
学生用书 第292页
题空二　流程中反应条件的控制
1.控制溶液的pH
(1)控制反应的发生，增强物质的氧化性或还原性，或改变水解程度。
(2)控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。
①控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如若要除去Al3＋、Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调节溶液的pH。
②调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。
2.控制反应的温度
(1)控制化学反应速率。
(2)控制平衡移动方向。
(3)控制固体的溶解与结晶，如趁热过滤能防止某物质降温时析出。
(4)促进溶液中气体的逸出或实现蒸馏。
(5)防止或实现某物质水解或分解。
(6)使催化剂达到最大活性。
(7)防止副反应的发生。
3.调节反应物的浓度
(1)根据需要选择适宜浓度，控制一定的反应速率，使平衡移动有利于目标产物的生成，减小对后续操作产生的影响。
(2)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，但对后续操作也会产生影响。
4.控制反应体系的压强
(1)控制化学反应速率。
(2)控制平衡移动的方向。
5.使用催化剂
加快反应速率，提高生产效率。
1.(温度控制)辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如图所示：
(1)“回收S”过程中温度控制在50～60 ℃之间，不宜过高或过低的原因是　　　　　　
　　　　　　　。
(2)“保温除铁”过程中，加入CuO的目的是　　　　　　　　　　　　　；
“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，要用HNO3溶液调节溶液的pH，其理由是　　　　　　　。
答案：(1)温度高苯容易挥发，温度低溶解速率小
(2)调节溶液的pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀　抑制Cu2＋的水解
解析：(1)苯是有机溶剂，易挥发，所以温度高苯容易挥发，而温度低S溶解速率小，因此“回收S”过程中温度控制在50～60 ℃之间，不宜过高或过低。(2)氧化铜是碱性氧化物，能与H＋反应从而调节溶液的pH，所以加入氧化铜的作用是调节溶液的pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而析出。
2.(酸碱度控制——调节pH)利用水钴矿(主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)可以制取多种化工试剂，以下为草酸钴晶体和氯化钴晶体的制备流程，回答下列问题：
已知：①浸出液中含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Al3＋、Mg2＋、Ca2＋等。
②沉淀Ⅰ中只含有两种沉淀。
③流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2
开始沉淀 2.7 7.6 7.6 4.0 7.7
完全沉淀 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8
学生用书 第293页
(1)浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　。
(2)加入NaClO3的作用是　　　　　　　　　　　　　。
(3)加入Na2CO3调pH至5.2，目的是　　　　　　　　　　　　　；
萃取剂层含锰元素，则沉淀Ⅱ的主要成分为　　　　　　　。
答案：(1)Co2O3＋S＋4H＋2Co2＋＋S＋2H2O
(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于后面调节pH时生成Fe(OH)3沉淀而除去
(3)使Fe3＋和Al3＋沉淀完全　CaF2、MgF2
解析：(1)浸出过程中，Co2O3与盐酸、Na2SO3发生反应，Co2O3转化为Co2＋，Co元素化合价降低，则S元素化合价升高，S转化为S，根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒配平离子方程式：Co2O3＋4H＋＋S2Co2＋＋S＋2H2O。
(2)加入NaClO3的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于后面调节pH时生成Fe(OH)3沉淀而除去。
(3)根据工艺流程图，结合表格中提供的数据可知，加Na2CO3调pH至5.2，目的是使Fe3＋和Al3＋沉淀完全。滤液Ⅰ中含有的金属阳离子为Co2＋、Mn2＋、Mg2＋、Ca2＋等，萃取剂层含锰元素，结合流程图中向滤液Ⅰ中加入了NaF溶液，可知沉淀Ⅱ为MgF2、CaF2。
题空三　物质的分离与提纯
(一)有关沉淀洗涤的答题规范
1.洗涤剂的选择
洗涤试剂 适用范围 目的
蒸馏水 冷水 产物不溶于水 除去固体表面吸附着的××杂质；可适当降低固体因为溶解而造成的损失
热水 某些特殊的物质，其溶解度随着温度升高而下降 除去固体表面吸附着的××杂质；可适当降低固体因为温度变化而溶解造成的损失
有机溶剂 (酒精、丙酮等) 固体易溶于水，难溶于有机溶剂 减少固体溶解；利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分，使产品易干燥
饱和溶液 对纯度要求不高的产品 减少固体溶解
酸、碱溶液 产物不溶于酸、碱 除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱的杂质；减少固体溶解
2.洗涤的方法
(1)洗涤的方法：让过滤后的晶体继续留在过滤器中，加入洗涤液至浸没晶体，让洗涤液自然流下，重复2～3次即可。
(2)注意点：在洗涤过程中不能搅拌。因为滤纸已经润湿，如果搅拌很容易搅破滤纸，造成晶体损失。
(3)三个得分点：注洗涤液→加洗涤液→重复操作。
①注洗涤液：沿玻璃棒向漏斗中注入洗涤液；
②加洗涤液：洗涤液完全浸没晶体；
③重复操作：重复操作2～3次。
1.SnSO4是一种重要的硫酸盐，在工业生产中有着广泛的应用。其制备路线如下：
实验室中“漂洗”沉淀的实验操作方法是　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　。
答案：(沿着玻璃棒)向漏斗(或过滤器)中加蒸馏水至浸没沉淀，(静置)待水全部流出后，重复操作2～3次
解析：“漂洗”沉淀就是洗涤沉淀，需要直接在过滤器中进行，操作为(沿着玻璃棒)向漏斗(或过滤器)中加蒸馏水至浸没沉淀，(静置)待水全部流出后，重复操作2～3次
2.CuSO4·5H2O是铜的重要化合物，有着广泛的应用。以下是CuSO4·5H2O的实验室制备流程图。
如果采用重量法测定CuSO4·5H2O的含量，完成下列步骤：①　　　　，②加水溶解，③加氯化钡溶液，沉淀，④过滤(其余步骤省略)。在过滤前，需要检验是否沉淀完全，其方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案：称量样品　在上层清液中继续滴加氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，证明已沉淀完全
解析：需要检验是否沉淀完全，即检验溶液中是否有S剩余。
学生用书 第294页
(二)产品分离、提纯的常用方法
(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氨气。
1.(分离、提纯方法选择)SO2是硫酸工业尾气的主要成分。以硫酸工业的尾气为原料制备硫酸钾和硫酸锰晶体(MnSO4·H2O)的工艺流程如图所示。
回答下列问题：
(1)如图所示是几种盐的溶解度曲线。反应Ⅲ中，向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液后，进行蒸发浓缩、　　　　、洗涤、干燥等操作即得K2SO4产品。
(2)检验硫酸钾样品中是否含有氯化物杂质的实验操作是　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　。
答案：(1)趁热过滤　(2)取少量样品于试管中配成溶液，滴加过量Ba(NO3)2溶液，取上层清液滴加HNO3酸化的AgNO3溶液，观察是否有白色沉淀产生
解析：(1)在相同温度下，K2SO4的溶解度最小，反应Ⅲ中，向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液，进行蒸发浓缩后，K＋和S以K2SO4的形式结晶析出，此时趁热过滤，可得到K2SO4晶体，同时也可防止其他盐结晶析出。(2)因为Ag2SO4是微溶于水的白色固体，所以用HNO3酸化的AgNO3溶液检验Cl－时，应先加入过量Ba(NO3)2溶液使S完全沉淀。
2.(滤液、滤渣成分的确定)锰常用于制造合金锰钢。某化工厂以软锰矿(主要成分是MnO2，含有少量SiO2、Fe2O3、CaO等杂质)为主要原料制取金属锰的工艺流程如图1所示。
(1)“浸锰”步骤中往往有副产物MnS2O6生成，温度对“浸锰”反应的影响如图2所示。为减少MnS2O6的生成，“浸锰”的适宜温度是　　　　，“滤渣 Ⅰ”的成分是　　　　　　(填化学式)。该步骤中可以再加入MnSO4以促进“滤渣 Ⅰ”析出，结合平衡移动原理分析其原因：　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“滤液 Ⅰ”中需要先加入MnO2充分反应后再调pH，写出加入MnO2时发生反应的离子方程式：　　　　　　　　　　　　　。
答案：(1)90 ℃　SiO2、CaSO4　c(S)增大，使平衡Ca2＋(aq)＋S(aq) CaSO4(s)正向移动，
促进CaSO4析出　(2)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
解析：流程分析：
课时测评53　化学工艺流程题的解题策略
(时间：45分钟　满分：60分)
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
1.(16分)(2025·四川八省联考卷)MnSO4具有广泛用途，一种从电解锌阳极泥回收电池级MnSO4的流程如下。该阳极泥主要含有MnO2以及Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Zn2＋和微量Pb2＋等杂质离子。
已知：Ksp(ZnS)＝1.0×10－22，Ksp(PbS)＝8.0×10－28，Ksp(MnS)＝1.0×10－10。金属离子生成氢氧化物沉淀，其lg和溶液pH的关系如下图所示：
回答下列问题：
(1)基态锰原子的电子排布式为　　　　　　　。
(2)“溶解”步骤在酸性条件下进行，通入SO2的作用是　　　　。
(3)“除钾钠”步骤中，控制溶液pH＝2.0，K＋和Na＋与Fe2反应分别生成KFe3和NaFe3沉淀，其中K＋生成沉淀的离子方程式为　　　　　　
　　　　　　　。
(4)“除杂Ⅰ”步骤中，加MnCO3调溶液pH＝4.0，该步除杂的总反应方程式为　　　　　　
　　　　　　　。
(5)“除杂Ⅱ”步骤中，析出的“沉淀3”是　　　　、　　　　。
(6)“除杂Ⅲ”步骤中，随着“沉淀4”的生成，溶液pH将　　　　(填“升高”或“下降”或“不变”)。
(7)“浓缩结晶”步骤中，析出MnSO4后的滤液应返回到　　　　步骤，其目的是　　　　　　　
　　　　　　　。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d54s2
(2)还原二氧化锰为锰离子
(3)K＋＋3Fe3＋＋2S＋6H2OKFe3↓＋6H＋
(4)MnCO3＋Fe2＋5H2OMnSO4＋2Fe＋CO2↑＋2H2SO4
(5)CaF2　MgF2
(6)下降
(7)溶解　循环利用，充分利用生成物且提高锰的回收率
解析：(1)锰为25号元素，基态Mn原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2；
(2)二氧化硫具有还原性，二氧化锰具有氧化性，“溶解”步骤在酸性条件下进行，通入SO2的作用是还原二氧化锰为锰离子；
(3)“除钾钠”步骤中，控制溶液pH＝2.0，酸性条件下，K＋与Fe2反应生成KFe3沉淀，其中K＋生成沉淀的离子方程式为K＋＋3Fe3＋＋2S＋6H2OKFe3↓＋6H＋；
(4)“除杂Ⅰ”步骤中，加MnCO3调溶液pH＝4.0，使得铁离子转化为氢氧化铁沉淀而除去，结合质量守恒，反应还生成硫酸锰、二氧化碳和硫酸，该步除杂的总反应方程式为MnCO3＋Fe2＋5H2OMnSO4＋2Fe＋CO2↑＋2H2SO4；
(5)由分析，“除杂Ⅱ”步骤中，析出的“沉淀3”是CaF2、MgF2；
(6)“除杂Ⅲ”步骤中，加入硫化氢使得锌离子和铅离子转化为沉淀除去，反应为Zn2＋＋H2SZnS↓＋2H＋、Pb2＋＋H2SPbS↓＋2H＋，反应过程中生成氢离子，使得溶液酸性增强，故随着“沉淀4”的生成，溶液pH将下降。
(7)“浓缩结晶”步骤中，析出MnSO4后的滤液中含有硫酸和部分硫酸锰，应返回到溶解步骤，其目的是循环利用，充分利用生成物且提高锰的回收率。
2.(13分)(2024·湖北卷)铍用于宇航器件的构筑。一种从其铝硅酸盐[Be3Al2(SiO3)6]中提取铍的路径为：
已知：Be2＋＋4HA BeA2(HA)2＋2H＋
回答下列问题：
(1)基态Be2＋的轨道表示式为　　　　。
(2)为了从“热熔、冷却”步骤得到玻璃态，冷却过程的特点是　　　　。
(3)“萃取分液”的目的是分离Be2＋和Al3＋，向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液，观察到的现象是　　　　。
(4)写出反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化学方程式　　　　　　　　　　　　　。
“滤液2”可以进入　　　　步骤再利用。
(5)电解熔融氯化铍制备金属铍时，加入氯化钠的主要作用是　　　　　　　。
(6)Be(OH)2与醋酸反应得到某含4个Be的配合物，4个Be位于以1个O原子为中心的四面体的4个顶点，且每个Be的配位环境相同，Be与Be间通过CH3COO－相连，其化学式为　　　　。
答案：(1)　(2)快速冷却　(3)无明显现象
(4)BeA2(HA)2＋6NaOHNa2[Be(OH)4]＋4NaA＋2H2O　反萃取分液
(5)增强熔融氯化铍的导电性，同时可使Cl－更易在阳极上放电，从而使Be2＋更易在阴极上放电得到Be
(6)Be4O(CH3COO)6
解析：铝硅酸盐先加热熔融，然后快速冷却到其玻璃态，再加入稀硫酸酸浸过滤，滤渣的成分为H2SiO3，“滤液1”中有Be2＋和Al3＋，加入含HA的煤油将Be2＋萃取到有机相中，“水相1”中含有Al3＋，有机相为BeA2(HA)2，加入过量氢氧化钠反萃取Be2＋使其转化为Na2[Be(OH)4]进入“水相2”中，分离出含NaA的煤油，最后对“水相2”加热过滤，分离出Be(OH)2，通过系列操作得到金属铍。(1)基态Be2＋的电子排布式为1s2，其轨道表示式为。(2)熔融态物质冷却凝固时，缓慢冷却会形成晶体，快速冷却会形成非晶态，即玻璃态，所以从“热熔、冷却”中得到玻璃态的冷却过程的特点为快速冷却。(3)“滤液1”中有Be2＋和Al3＋，加入含HA的煤油将Be2＋萃取到有机相中，则“水相1”中含有Al3＋，则向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液，可观察到无明显现象。(4)反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化学方程式为BeA2(HA)2＋6NaOHNa2[Be(OH)4]＋4NaA＋2H2O，滤液2的主要成分为NaOH，可进入反萃取步骤再利用。(5)氯化铍的共价性较强，电解熔融氯化铍制备金属铍时，加入氯化钠的主要作用为增强熔融氯化铍的导电性。(6)由题意可知，该配合物中有四个铍位于四面体的四个顶点上，四面体中心只有一个O，Be与Be之间总共有六个CH3COO－，则其化学式为Be4O(CH3COO)6。
3.(15分)(2024·安徽卷)精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等多种元素。研究人员设计了一种从铜阳极泥中分离提取金和银的流程，如下图所示。
回答下列问题：
(1)Cu位于元素周期表第　　　　周期第　　　　族。
(2)“浸出液1”中含有的金属离子主要是　　　　。
(3)“浸取2”步骤中，单质金转化为HAuCl4的化学方程式为　　　　　　　。
(4)“浸取3”步骤中，“浸渣2”中的　　　　(填化学式)转化为[Ag(S2O3)2]3－。
(5)“电沉积”步骤中阴极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　。
“电沉积”步骤完成后，阴极区溶液中可循环利用的物质为　　　　(填化学式)。
(6)“还原”步骤中，被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为　　　　。
(7)Na2S2O3可被I2氧化为Na2S4O6。从物质结构的角度分析S4的结构为(a)而不是(b)的原因：　　　　　　　　　　　　　。
答案：(1)四　ⅠB　(2)Cu2＋
(3)2Au＋8HCl＋3H2O22HAuCl4＋6H2O
(4)AgCl　(5)[Ag(S2O3)2]3－＋e－Ag↓＋2S2　Na2S2O3　(6)3∶4
(7)(a)结构中电子云分布较均衡，结构较为稳定；(b)结构中正负电荷中心不重合，极性较大，较不稳定，且存在过氧键，过氧键的氧化性大于I2，故Na2S2O3不能被I2氧化成(b)结构
解析：精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等元素，铜阳极泥加入硫酸、H2O2浸取，Cu被转化为Cu2＋进入浸出液1中，Ag、Au不反应，浸渣1中含有Ag和Au；浸渣1中加入盐酸、H2O2浸取，Au转化为HAuCl4进入浸出液2，Ag转化为AgCl，浸渣2中含有AgCl；浸出液2中加入N2H4将HAuCl4还原为Au，同时N2H4被氧化为N2；浸渣2中加入Na2S2O3，将AgCl转化为[Ag(S2O3)2]3－，得到浸出液3，利用电沉积法将[Ag(S2O3)2]3－还原为Ag。(1)Cu的原子序数为29，位于第四周期第ⅠB族；(2)由分析可知，铜阳极泥加入硫酸、H2O2浸取，Cu被转化为Cu2＋进入浸出液1中，故浸出液1中含有的金属离子主要是Cu2＋；(3)浸取2步骤中，Au与盐酸、H2O2发生氧化还原反应，生成HAuCl4和H2O，根据得失电子守恒及质量守恒，可得反应的化学方程式为2Au＋8HCl＋3H2O22HAuCl4＋6H2O；(4)根据分析可知，浸渣2中含有AgCl，与Na2S2O3反应转化为[Ag(S2O3)2]3－；(5)电沉积步骤中，阴极发生还原反应，[Ag(S2O3)2]3－得电子被还原为Ag，电极反应式为[Ag(S2O3)2]3－＋e－Ag↓＋2S2；阴极反应生成S2，同时阴极区溶液中含有Na＋，故电沉积步骤完成后，阴极区溶液中可循环利用的物质为Na2S2O3；(6)还原步骤中，HAuCl4被还原为Au，Au化合价由＋3价变为0价，一个HAuCl4转移3个电子，N2H4被氧化为N2，N的化合价由－2价变为0价，一个N2H4转移4个电子，根据得失电子守恒，被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为3∶4；(7)O的半径比S小，负电荷的密度更高，对相应成键电子对的斥力大，所以(b)中氧氧键键能比(a)中硫硫键键能小，更易断，故(b)不稳定且(b)中存在过氧键，氧化性比I2强，故Na2S2O3不能被I2氧化成(b)结构。
4.(16分)(2024·新课标卷)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。
答案：(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＋＋Mn＋7H2O3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋
3Mn2＋＋2Mn＋2H2O5MnO2↓＋4H＋
(4)ZnSO4、K2SO4　10－16.7
解析：用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有Co2＋、Zn2＋、Fe2＋、Fe3＋、S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“酸浸”时生成的PbSO4；向滤液中加入MnO2将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后加入ZnO调节pH＝4使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3，则“滤渣Ⅱ”的主要成分为Fe(OH)3，滤液中的金属离子主要是Co2＋、Zn2＋和Mn2＋；最后加入强氧化剂KMnO4“氧化沉钴”，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，KMnO4还会与溶液中的Mn2＋发生归中反应生成MnO2，最终得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO4、K2SO4。(1)在原料预处理过程中，粉碎固体原料能增大固体与液体的接触面积，从而加快酸浸的反应速率，提高浸取效率；由分析可知，“滤渣1”的主要成分为PbSO4，则“滤渣1”中金属元素主要为Pb；(2)酸浸液中含有Co2＋、Zn2＋、Fe2＋、Fe3＋、S等离子。由题表中数据可知，当Fe3＋完全沉淀时，Co2＋未开始沉淀，而当Fe2＋完全沉淀时，Co2＋已有一部分沉淀，因此为了除去溶液中的Fe元素且Co2＋不沉淀，应先将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后调节溶液的pH使Fe3＋完全水解转化为Fe(OH)3沉淀，因此，MnO2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，以便在后续调pH时除去Fe元素。常用K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2＋，若生成蓝色沉淀，则说明溶液中仍存在Fe2＋，需补加MnO2；(3)由分析可知，“氧化沉钴”过程发生两个氧化还原反应，根据分析中两个反应的反应物、产物与反应环境(pH＝5)，结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出两个离子方程式：3Co2＋＋Mn＋7H2O3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋、3Mn2＋＋2Mn＋2H2O5MnO2↓＋4H＋；(4)最终得到的“除钴液”中含有的金属离子主要是本身含有的及加入ZnO调pH时引入的Zn2＋、加入KMnO4“氧化沉钴”时引入的K＋，而阴离子是在酸浸时引入的S，因此其中主要的盐有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，此时溶液中c(Co3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，则c(OH－)＝＝10－12.9 mol·L－1，则Ksp[Co(OH)3]＝1.0×10－5×(10－12.9)3＝10－43.7。“除钴液”的pH＝5，即c(H＋)＝10－5mol·L－1，则c(OH－)＝＝10－9mol·L－1，溶液中c(Co3＋)＝＝ mol·L－1＝10－16.7 mol·L－1。
学生用书 第295页

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