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第九章　水溶液中的离子反应与平衡
第46讲　无机化工流程题的解题策略
化学
对点题组突破
内容索引
考点一　化工流程中原料的预处理及条件的控制
考点二　化工流程中物质的转化、分离与提纯
第一部分
第二部分
必备知识整合
01
对点题组突破
02
课时作业
第五部分
必备知识整合
01
对点题组突破
02
高考真题演练
第四部分
考点三　化工流程中的有关计算
第三部分
必备知识整合
01
02
1．培养从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知识块整合重组为新知识块的能力。2.培养将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。3.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、图形等表达并作出解释的能力。
考点一　化工流程中原料的预处理及条件的控制
第
分
部
一
1．原料预处理的方法及目的
必备知识整合
处理方法 目的
固体原料粉 碎或研磨 减小颗粒直径，增大反应物接触面积，增大浸取时的反应速率，提高浸取率
煅烧或灼烧 ①除去硫、碳单质；②有机物转化、除去有机物；③高温下原料与空气中氧气反应；④除去热不稳定的杂质等
处理方法 目的
酸浸 ①与酸接触反应或溶解，转变成可溶物进入溶液中，以达到与难溶物分离的目的；②去氧化物(膜)
碱溶 ①除去金属表面的油污；②溶解铝、氧化铝等
加热 ①加快反应速率或溶解速率；②促进平衡向吸热反应方向移动；③除杂，除去热不稳定的杂质，如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl等物质；④使沸点相对较低或易升华的原料变成气体；⑤煮沸时促进溶液中的气体(如氧气)挥发逸出等
2.反应条件的控制及目的
条件控制 目的
反应物用 量或浓度 ①酸浸时提高酸的浓度可提高矿石中某金属元素的浸取率；②增大便宜、易得的反应物的浓度，可以提高其他物质的利用率，使反应充分进行；③增大物质浓度可以加快反应速率，使平衡发生移动等
条件控制 目的
降温 ①防止某物质在高温时溶解(或分解)；②使化学平衡向着题目要求的方向(放热反应方向)移动；③使某个沸点较高的产物液化，使其与其他物质分离等；④降低某些晶体的溶解度，减少损失等
条件控制 目的
控温 ①结晶获得所需物质；②防止某种物质(如H2O2、草酸、浓硝酸、铵盐等)温度过高时会分解或挥发；③使某物质达到沸点挥发出来；④使催化剂的活性达到最好；⑤防止副反应的发生等
加入氧 化剂(或 还原剂) ①转化为目标产物的价态；②除去杂质离子[如把Fe2+氧化成Fe3+，而后调溶液的pH，使其转化为Fe(OH)3沉淀除去]
条件控制 目的
加入 沉淀剂 ①生成硫化物沉淀(如加入硫化钠、硫化铵、硫化亚铁等)；②加入可溶性碳酸盐，生成碳酸盐沉淀；③加入氟化钠，除去Ca2+、Mg2+
pH控制 ①生成金属氢氧化物，以达到除去金属离子的目的；②抑制盐类水解；③促进盐类水解生成沉淀，有利于过滤分离
1．(2024·河北金科大联考高三期末)马日夫盐[Mn(H2PO4)2·2H2O]常用于机械设备的磷化处理，可起到防锈效果。以水锰矿[主要成分为MnO(OH)，还含有少量的Fe2O3、SiO2及微量的CaO、Al2O3]为原料制备马日夫盐的一种工艺流程如图1所示。
对点题组突破
已知：25 ℃时，金属离子在水溶液中的平衡浓度的对数与溶液的pH的关系如图2所示。此实验条件下Mn2+开始沉淀的pH＝7.54。
(1)“溶浸”过程中主要成分发生反应的化学方程式为__________________
______________________________，为提高SO2的吸收率，可采取的措施是_______________________________________________________________（写出两条即可）。
2MnO(OH)＋SO2＋
H2SO4===2MnSO4＋2H2O
不断搅拌，使SO2和矿浆充分接触；减慢通入SO2的流速（合理即可）
(2)“滤渣2”的主要成分为____________________（写化学式）。“氧化、除杂”步骤中不宜使用H2O2替代MnO2，原因是___________________
____________________________________________________。加入氨水的目的是调节pH，应控制pH的范围是____________。
Fe(OH)3、Al(OH)3
溶液中的Mn2+或被氧
化生成的Fe3+会催化H2O2的分解，使H2O2的消耗量增加
5～7.54
解析：根据上述分析可知滤渣1中为SiO2、CaSO4（微溶），加入MnO2，将Fe2+氧化为Fe3+，由题图2 pH～lg c(Mn＋)及“此实验条件下Mn2+开始沉淀的pH＝7.54”可知，加入氨水调节pH将Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀除去；溶液中的Mn2+或被氧化生成的Fe3+会催化H2O2的分解，使H2O2的消耗量增加，因此“氧化、除杂”步骤中不宜使用H2O2替代MnO2；观察题图2，当lg c(Mn＋)＝－5时，可知此时溶液中剩余的某金属离子浓度为1×10-5 mol·L-1时，根据已知可得通常认为该金属离子已沉淀完全，因此观察题图2中Fe3+、Al3+的对应线可知，Fe3+完全沉淀时对应pH为3.2，Al3+完全沉淀时对应pH为5，Mn2+开始沉淀的pH＝7.54，故应调节pH范围为5～7.54。
2．（2024·江西赣州高三联考）硫化镉(CdS)是一种新型半导体材料，一种以镉铜渣（主要成分是Cd、Cu，还含少量Fe等）为原料合成CdS的路线（部分条件和产物省略）如图：
回答下列问题：
(1)提高“浸取”速率时宜采取的措施主要有____（填字母）。
A．粉碎镉铜渣　 　　 B．增大压强
C．适当降温 D．适当增大硫酸浓度
解析：粉碎镉铜渣，增大接触面积可加快“浸取”速率，A正确；反应无气体参加，增大压强对“浸取”速率无影响，B错误；适当降温会降低“浸取”速率，C错误；适当增大硫酸浓度，可加快“浸取”速率，D正确。
AD
(2)“除铁”中加入MnO2的作用是＿＿＿＿。
解析：由流程可知，浸取液含亚铁离子，加入二氧化锰做氧化剂氧化亚铁离子。
氧化Fe2+
(3)制备硫化镉时，在氩气氛围中进行，这样操作的目的是______________
___________。
解析：硫、镉都易被空气中的氧气氧化，在氩气中反应，避免硫、镉被氧化而产生杂质。
避免氧气氧化
硫、镉等
考点二　化工流程中物质的转化、分离与提纯
第
分
部
二
必备知识整合
1．化工流程中物质的追踪
(1)判断主体物质的转化，书写化学（离子）方程式
获取信息 首先根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式，再根据反应前后元素化合价有无变化判断反应类型
确定 类型 类型1 元素化合价无变化则为非氧化还原反应，遵循质量守恒定律
类型2 元素化合价有变化则为氧化还原反应，除遵循质量守恒定律外，还要遵循得失电子守恒规律
规范作答 最后根据题目要求写出化学方程式或离子方程式（需要遵循电荷守恒规律）即可
(2)判断滤液和滤渣的成分
主要根据物质的性质判断，特别是物质的溶解性，因此要熟记常见难溶于水、微溶于水的物质。
(3)判断可循环利用的物质
主要从以下四个方面判断：一是看流程图中是否有循环线；二是从过滤或结晶后的母液中找；三是从流程图中需要加入的物质中找；四是从能发生可逆反应的物质中找。
2．常考分离、提纯的方法及操作
(1)从溶液中获取晶体的方法及实验操作
①溶解度受温度影响较小的（如NaCl）采取蒸发结晶的方法，实验过程为蒸发浓缩、趁热过滤（如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来）、洗涤、干燥。
②溶解度受温度影响较大、带有结晶水的盐或可水解的盐采取冷却结晶的方法，实验过程为蒸发浓缩（至少有晶膜出现）、冷却结晶、过滤、洗涤（冰水洗、热水洗、乙醇洗等）、干燥。
(2)固体物质的洗涤
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 有特殊的物质其溶解度随着温度升高而减小 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溶解而造成的损失
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，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
洗涤沉淀的方法：向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次 检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入××试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净 (3)减压蒸发的原因：减压蒸发降低了蒸发温度，可以防止某物质分解（如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3）或失去结晶水（如题目要求制备结晶水合物产品）。
(4)萃取与反萃取
①萃取：利用物质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同，将物质从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。如用CCl4萃取溴水中的Br2。
②反萃取：用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程，为萃取的逆过程。
(5)其他
①蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。
②减压蒸馏的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止受热分解、氧化等。
对点题组突破
1．（2025·河南周口高三期末）钕铁硼磁铁因其超强的磁性被誉为“永磁之王”。工业上从废旧钕铁硼合金废料（含Nd、Fe、B等）中回收、制取氧化钕的流程如图所示：
已知：①Nd稳定的化合价为＋3；金属钕的活动性较强，能与酸发生置换反应。
②硼不与稀硫酸反应。
(1)沉淀1的主要成分是__（填化学式）。
B
解析：由题给流程可知，钕铁硼废料用碱性溶液去除废料表面的油脂和污渍后，加入稀硫酸酸溶，钕、铁溶于稀硫酸得到可溶性硫酸钕、硫酸亚铁溶液，而硼不与稀硫酸反应，过滤得到含有硼的沉淀1和含有硫酸钕、硫酸亚铁的溶液1；向溶液1中加入磷酸二氢钠溶液，将溶液中硫酸钕转化为磷酸二氢钕沉淀，过滤得到磷酸二氢钕和溶液2；磷酸二氢钕经多步转化得到纯度高的硫酸钕结晶，硫酸钕与碳酸铵溶液反应、过滤得到Nd2(CO3)3·xH2O，Nd2(CO3)3·xH2O煅烧分解生成三氧化二钕。
(2)向溶液1中加入NaH2PO4进行“沉钕”，写出该反应的离子方程式：_____________________________________。
(3)判断Nd2(CO3)3·xH2O已洗涤干净的实验操作及现象是________________
____________________________________________________________________________________________________。
解析：由分析可知，Nd2(CO3)3·xH2O沉淀表面附有可溶的硫酸铵，检验沉淀是否洗涤干净实际上就是检验洗涤液中是否存在硫酸根离子，检验的具体操作为取最后一次洗涤液于试管中，用稀盐酸酸化，无明显现象，再滴入几滴氯化钡溶液，如果没有白色沉淀产生，证明已洗涤干净。
取最后一次洗涤
液于试管中，用稀盐酸酸化，无明显现象，再滴入几滴BaCl2溶液，如果
没有白色沉淀产生，证明已洗涤干净
(4)写出煅烧生成Nd2O3的化学方程式：
___________________________________________。
2．（2024·安徽亳州高三联考）绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺，该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料，不产生废弃物，实现了Cr-Fe-Al-Mg的深度利用和Na＋内循环。工艺流程如右图：
回答下列问题：
(1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是_________（填元素名称）。
解析：向铬铁矿加入熔融的氢氧化钠和氧气进行高温连续氧化，铬氧化为铬酸钠，亚铁氧化为＋3价，三氧化二铝反应生成四羟基合铝酸钠，加入水过滤得到的滤渣1中含有氧化镁和三氧化二铁，滤液中含有铬酸钠、氢氧化钠和无色的四羟基合铝酸钠溶液，向铬酸钠溶液中通入二氧化碳气体，转化生成重铬酸钠溶液和碳酸氢钠固体，向无色的四羟基合铝酸钠溶
铁、铬
液中通入过量的二氧化碳气体，生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠溶液；过量的二氧化碳和水蒸气通入滤渣Ⅰ中将氧化镁转化为碳酸氢镁溶液，过滤得到固体Ⅲ为氧化铁，将碳酸氢镁进行热解得到二氧化碳和水的混合气体Ⅳ和碳酸镁固体，将碳酸镁固体煅烧得到氧化镁。(1)高温连续氧化工序中铬元素和铁元素化合价上升，被氧化。
(2)滤渣Ⅰ的主要成分是_______________（填化学式）。
解析：结合以上分析可知，滤渣Ⅰ为未反应的氧化镁以及反应生成的氧化铁。
MgO、Fe2O3
(3)工序③中发生反应的离子方程式为________________________________
_______________________。
(4)物质Ⅴ可代替高温连续氧化工序中的NaOH，此时发生的主要反应的化学方程式为______________________________________________________
_______________，可代替NaOH的化学试剂还有________（填化学式）。
16CO2＋8H2O
Na2CO3
(5)热解工序产生的混合气体最适宜返回工序__（填“①”“②”“③”或“④”）参与内循环。
解析：热解工序产生的混合气体为二氧化碳和水蒸气，将混合气体通入滤渣Ⅰ中可以将氧化镁转化为碳酸氢镁溶液，则混合气体最适宜返回工序②。
②
(6)工序④溶液中反应的化学方程式为________________________________
________________。
解析：工序④溶液中含有四羟基合铝酸钠，与过量CO2反应的化学方程式为Na[Al(OH)4]＋CO2===NaHCO3＋Al(OH)3↓。
Na[Al(OH)4]＋CO2===NaHCO3＋
Al(OH)3↓
考点三　化工流程中的有关计算
第
分
部
三
必备知识整合
1．Ksp计算的几种类型
(1)判断能否沉淀。
(2)判断能否沉淀完全。
(3)计算某一离子的浓度。
(4)沉淀生成和沉淀完全时pH的计算。
2．热重法测物质组成思维模型
对点题组突破
1．(1)（2024·贵州卷节选）煤气化渣属于大宗固废，主要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2及少量MgO等。一种利用“酸浸—碱沉—充钠”工艺，制备钠基正极材料NaFePO4和回收Al2O3的流程如下：
2.8×10-6
(2)（2024·广东卷节选）镓(Ga)在半导体、记忆合金等高精尖材料领域有重要应用。一种从电解铝的副产品炭渣（含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素）中提取镓及循环利用铝的工艺如下。
已知：①pKa(HF)＝3.2。
②Na3[AlF6]（冰晶石）的Ksp为4.0×10-10。
③浸取液中，Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m-3)－(m＝0～4)粒子形式存在，Fe2+最多可与2个Cl－配位，其他金属离子与Cl－的配位可忽略。
“调pH”中，pH至少应大于______，使溶液中c(F－)>c(HF)，有利于[AlF6]3-配离子及Na3[AlF6]晶体的生成。若“结晶”后溶液中c(Na＋)＝0.10 mol·L-1，则[AlF6]3-浓度为____________mol·L-1。
3.2
4.0×10-7
2．（2025·黑龙江西部联合体高三期中）钴是生产多种合金和钴盐的重要原料，水钴矿主要成分为CoOOH，同时含有少量Fe、Al、Mn、Mg、Ca的氧化物及其他杂质。用水钴矿制取Co的工艺流程如图1所示：
已知：①Ksp(MgF2)＝7.5×10-11；Ksp(CaF2)＝1.5×10-10。
②部分阳离子以氢氧化物形成沉淀时，溶液的pH见下表。
沉淀物 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Co(OH)2 Mn(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀时的pH 7.0 2.7 7.6 7.7 4.0
沉淀完全时的pH 9.6 3.7 9.2 9.8 5.2
请回答下列问题：
(1)浸出过程中加入Na2CO3溶液调pH的范围是______≤pH<______。
解析：根据题表可知，溶液中加入碳酸钠溶液调节溶液pH在5.2～7.6的范围内，将铁离子和铝离子转化为氢氧化铁沉淀和氢氧化铝沉淀。
5.2
7.6
(2)当加入过量NaF后，所得滤液Ⅱ中c(Ca2+)与c(Mg2+)之比为__。
2
(3)CoC2O4·2H2O热分解质量变化过程如图2所示。其中600 ℃以前是隔绝空气加热，600 ℃以后是在空气中加热。A、B、C均为纯净物，C点所示产物的化学式是____________。
Co2O3
高考真题演练
第
分
部
四
1．（2024·河北卷）V2O5是制造钒铁合金、金属钒的原料，也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取V2O5的工艺，具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如下。
已知：ⅰ.石煤是一种含V2O3的矿物，杂质为大量Al2O3和少量CaO等；苛化泥的主要成分为CaCO3、NaOH、Na2CO3等。
ⅱ.高温下，苛化泥的主要成分可与Al2O3反应生成偏铝酸盐；室温下，偏钒酸钙[Ca(VO3)2]和偏铝酸钙均难溶于水。
回答下列问题：
(1)钒原子的价层电子排布式为________；焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为____，产生的气体①为________（填化学式）。
3d34s2
＋5
CO2
(2)水浸工序得到滤渣①和滤液，滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙，滤液中杂质的主要成分为__________（填化学式）。
解析：由已知信息可知，高温下，苛化泥的主要成分与Al2O3反应生成偏铝酸钠和偏铝酸钙，偏铝酸钠溶于水，偏铝酸钙难溶于水，所以滤液中杂质的主要成分是NaAlO2。
NaAlO2
(3)在弱碱性环境下，偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙，发生反应的离子方程式为______________________________________________；CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率的原因为_______________________________________
____________________________；浸取后低浓度的滤液①进入________（填工序名称），可实现钒元素的充分利用。
离子交换
(4)洗脱工序中洗脱液的主要成分为________（填化学式）。
解析：由离子交换工序中树脂的组成可知，洗脱液中应含有Cl－，考虑到水浸所得溶液中含有Na＋，为避免引入其他杂质离子，且NaCl廉价易得，故洗脱液的主要成分应为NaCl。
NaCl
(5)下列不利于沉钒过程的两种操作为____（填字母）。
a．延长沉钒时间
b．将溶液调至碱性
c．搅拌
d．降低NH4Cl溶液的浓度
bd
2．（2024·江西卷）稀土是国家的战略资源之一。以下是一种以独居石[主要成分为CePO4。含有Th3(PO4)4、U3O8和少量镭杂质]为原料制备CeCl3·nH2O的工艺流程图。
已知：ⅰ.Ksp[Th(OH)4]＝4.0×10-45，
Ksp[Ce(OH)3]＝1.6×10-20，
Ksp[Ce(OH)4]＝2.0×10-48。
ⅱ.镭为第ⅡA族元素。
回答下列问题：
(1)关于独居石的热分解，以下说法正确的是__（填字母）。
a．降低压强，分解速率增大
b．降低温度，分解速率降低
c．反应时间越长，分解速率越大
d．提高搅拌速度，分解速率降低
b
进入沉淀，向滤液中加入硫酸铵和氯化钡，使BaSO4和RaSO4形成共沉淀，得到含有Ce3+的溶液，经过一系列操作，得到CeCl3·nH2O。(1)有O2参加，降低压强，分解速率减小，a错误；降低温度，分解速率降低，b正确；反应时间越长，分解速率逐渐变慢，c错误；提高搅拌速度，分解速率加快，d错误。
(2)Na2U2O7中铀元素的化合价为____，热分解阶段U3O8生成Na2U2O7反应的化学方程式为________________________________________________。
＋6
(3)浓缩结晶后，得到的晶体产物化学式为_________________，滤液可用于______阶段循环利用，避免产生大量的高碱度废水。
Na3PO4·12H2O
热分解
(4)溶解阶段，将溶液pH先调到1.5～2.0，反应后再回调至4.5。
①盐酸溶解Ce(OH)4的离子方程式为_________________________________
_______________。
②当溶液pH＝4.5时，c(Th4+)＝__________ mol·L-1，此时完全转化为氢氧化钍沉淀。
解析：②当溶液pH＝4.5时，c(H＋)＝1×10-4.5 mol·L-1，c(OH－)＝1×10-9.5 mol·L-1，c(Th4+)×c4(OH－)＝4.0×10-45，则c(Th4+)＝4×10-7 mol·L-1，此时完全转化为氢氧化钍沉淀。
2Ce(OH)4＋8H＋＋2Cl－===2Ce3+＋
Cl2↑＋8H2O
4×10-7
(5)以BaSO4为载体形成共沉淀，目的是去除杂质____。
解析：以BaSO4为载体形成共沉淀，目的是去除杂质Ra，RaSO4的溶解度更小。
Ra
3．（2024·辽宁卷）中国是世界上最早利用细菌冶金的国家。已知金属硫化物在“细菌氧化”时转化为硫酸盐，某工厂用细菌冶金技术处理载金硫化矿粉（其中细小的Au颗粒被FeS2、FeAsS包裹），以提高金的浸出率并冶炼金，工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)北宋时期我国就有多处矿场利用细菌氧化形成的天然“胆水”冶炼铜，“胆水”的主要溶质为________（填化学式）。
解析：“胆水”冶炼铜，即“胆水”的主要溶质为CuSO4。
CuSO4
(2)“细菌氧化”中，FeS2发生反应的离子方程式为_____________________
__________________________。
4FeS2＋15O2＋2H2O
(3)“沉铁砷”时需加碱调节pH，生成_____________（填化学式）胶体起絮凝作用，促进了含As粒子的沉降。
解析：“沉铁砷”时，加碱调节pH，Fe3+转化为Fe(OH)3胶体，可起到絮凝作用，促进含As粒子的沉降。
Fe(OH)3
(4)“焙烧氧化”也可提高“浸金”效率，相比“焙烧氧化”，“细菌氧化”的优势为____（填字母）。
A．无须控温
B．可减少有害气体产生
C．设备无须耐高温
D．不产生废液废渣
BC
解析：A项，细菌的活性与温度息息相关，因此细菌氧化也需要控温；B项，焙烧氧化时，金属硫化物中的硫元素通常转化为SO2，而细菌氧化时，金属硫化物中的硫元素转化为硫酸盐，可减少有害气体的产生；C项，焙烧氧化需要较高的温度，因此所使用的设备需要耐高温，而细菌氧化不需要较高的温度就可进行，设备无须耐高温；D项，由流程可知，细菌氧化也会产生废液废渣。
(5)“真金不怕火炼”，表明Au难被O2氧化，“浸金”中NaCN的作用为___________________________________________。
解析：“浸金”中，Au为还原剂，O2为氧化剂，NaCN为络合剂，将Au转化为[Au(CN)2]－从而浸出。
作为络合剂，将Au转化为[Au(CN)2]－从而浸出
(6)“沉金”中Zn的作用为______________________________________。
解析：“沉金”中Zn为还原剂，将[Au(CN)2]－还原为Au。
做还原剂，将[Au(CN)2]－还原为Au
(7)滤液②经H2SO4酸化，[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN的化学方程式为_____________________________________________________。用碱中和HCN可生成________（填溶质化学式）溶液，从而实现循环利用。
解析：滤液②含有[Zn(CN)4]2-，经过H2SO4的酸化，[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN，化学方程式为Na2[Zn(CN)4]＋2H2SO4===ZnSO4＋4HCN＋Na2SO4；用碱中和HCN得到的产物，可实现循环利用，即用NaOH中和HCN生成NaCN，NaCN可用于“浸金”步骤，从而循环利用。
Na2[Zn(CN)4]＋2H2SO4===ZnSO4＋4HCN＋Na2SO4
NaCN
4．（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：
金属离子 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____。
增大固液接触面积，加快酸浸速率，
提高浸取效率
Pb
离子主要是Co2+、Zn2+和Mn2+；最后“氧化沉钴”，加入强氧化剂KMnO4，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，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)“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时除去铁元素
K3[Fe(CN)6]溶液
Fe2+
解析：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铁元素且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时除去铁元素。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)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为______________________
________________________________、_______________________________
_______________。
===3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋
5MnO2↓＋4H＋
(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
1.0×10-16.7
课时作业46
第
分
部
五
非选择题（共60分）
1．（12分）（2025·八省联考河南卷）一种利用钛白粉副产品[主要成分为FeSO4·7H2O，含有少量Fe2(SO4)3、TiOSO4、MgSO4、MnSO4等]和农药盐渣（主要成分为Na3PO4、Na2SO3等）制备电池级磷酸铁的工艺流程如下。
一定条件下，一些金属氟化物的Ksp如下表。
氟化物 FeF2 MgF2 MnF2
Ksp 2.3×10-6 5.1×10-11 5.2×10-3
回答下列问题：
(1)“除钛”中产生的少量气体是_______（填化学式）；铁粉的作用之一是提高体系的pH，使得TiO2+水解以TiO2·xH2O沉淀形式除去，其另一个作用是___________。
H2
还原Fe3+
(2)“除杂1”中除去的离子是_______（填化学式）。
Mg2+
(3)“氧化1”中若H2O2加入速度过快，会导致H2O2用量增大，原因是__________________________________________________________。本步骤不能使用稀盐酸代替H2SO4溶液，原因是___________________________
________________。
解析：“氧化1”中Fe2+被H2O2氧化为Fe3+，Fe3+是H2O2分解的催化剂，可以使H2O2分解速率增大，故H2O2加入速度过快，会导致H2O2用量增大；本步骤若使用稀盐酸代替H2SO4溶液，则溶液中含有Cl－，在“除杂2”中会与KMnO4反应生成Cl2，产生污染。
氧化生成的Fe3+可以使H2O2分解速率增大，导致H2O2用量增大
防止盐酸与KMnO4反应生成
Cl2，产生污染
(4)滤渣3的主要成分是MnO2·xH2O，生成该物质的离子方程式为___________________________________________________________。
(5)“氧化2”的目的是减少________（填化学式）气体的排放。
SO2
(6)“沉铁”中如果体系酸性过强，会导致FePO4·2H2O产量降低，原因是___________________________________________________________________________________________________。
浓度低，生成FePO4·2H2O沉淀量少
回答下列问题：
(1)环节Ⅰ中A、B、C依次应加入的物质为NaOH、________、_________，加入D发生反应的离子方程式为______________________________________
________。
BaCl2
Na2CO3
H2O
(2)环节Ⅱ中为了产生更多沉淀，应先通入过量的气体E为______，再通入_________（填“少量”或“过量”）的F，这时发生反应的化学方程式为______________________________________________。热分解时需用到的仪器为____（填字母）。
A．表面皿 B．蒸发皿
C．培养皿 D．坩埚
NH3
过量
NH3·H2O＋CO2＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl
D
解析：氨气在水中的溶解度大，故先通入过量的气体E为NH3；再通入过量二氧化碳；对应反应的化学方程式为NH3·H2O＋CO2＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl；加热碳酸氢钠分解生成碳酸钠，加热固体物质应该用坩埚，故选D。
(3)环节Ⅲ在阴极发生的电极反应为__________________________________
_____________________，产生的气体2可以与所得烧碱溶液发生反应制取消毒液，化学方程式为________________________________________。
解析：电解氯化钠溶液时，在阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；在阳极氯离子失去电子生成气体2为氯气，氯气与所得烧碱溶液发生反应制取消毒液，化学方程式为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。
2H＋＋2e－===H2↑（或2H2O＋2e－
===H2↑＋2OH－）
Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O
(4)该工艺流程中可以直接循环利用的物质为___________________。
解析：该工艺流程生成了纯碱、烧碱、二氧化碳，且这三种物质在该工艺流程中都使用到，故该工艺流程中可以直接循环利用的物质为CO2、纯碱和烧碱。
CO2、纯碱和烧碱
3．（12分）（2024·湖北宜城联考）湿法炼锌工业废水中主要阳离子有Zn2+、H＋、Tl＋、Tl3+，废水除铊的工艺流程如下。
已知：①Tl＋能够在pH为0～14的范围内以离子态稳定存在，不易与OH－形成沉淀。
②常温下，部分物质的Ksp如下：
③排放标准：Tl的含量低于1.5×10-8 mol·L-1。
物质 Zn(OH)2 Tl(OH)3 ZnS Tl2S
Ksp 6.8×10-17 1.5×10-44 1.6×10-24 5.0×10-21
(1)已知“氧化”步骤中KMnO4被还原为MnO2且Tl＋氧化不彻底，请写出该反应的离子方程式：___________________________________________。
(2)“预中和”步骤，加Ca(OH)2至溶液的pH约为7，可减少“硫化”步骤中Na2S的使用量，还能减少______（填化学式）污染物的生成。
解析：“预中和”步骤，加Ca(OH)2至溶液的pH约为7，除去了多余的氢离子，可防止硫化过程中加入Na2S后，反应生成H2S，减少H2S污染物的生成。
H2S
(3)“硫化”步骤的主要目的是除去_____________（填离子符号）。
解析：加入Na2S硫化，生成ZnS和Tl2S的Ksp较小，“硫化”步骤的主要目的是除去Zn2+和Tl＋。
Zn2+和Tl＋
(4)根据Ksp计算，若使溶液中Tl3+的含量低于排放标准，溶液的pH应大于__，但是实际工艺流程需在“中和”步骤加Ca(OH)2至溶液的pH约为9，此时仍只有80%左右的铊能得到去除，其可能原因是__________________
______________________________________________。
2
第一步氧化时Tl＋氧
化不彻底，Tl2S也会溶解部分离子在溶液中
(5)控制条件可实现如下沉淀转换：Zn(OH)2(s)＋S2-(aq) ZnS(s)＋2OH－(aq)，该反应的平衡常数K为_____________。
4.25×107
4．（12分）（2024·黑龙江牡丹江高三期末）产自我国昆仑—西秦岭成矿带钴精矿主要化学成分为CoS、FeS、SiO2等，可以通过以下流程生产企业级的CoSO4·H2O晶体。
已知：①NaFe3(SO4)2(OH)6（黄钠铁矾）是一种难溶于水的黄色晶体。
②Ksp[Co(OH)2]＝1.6×10-15，lg 1.6＝0.2。
(1)为提高酸浸速率可采取的措施有__________________________________
____________。
解析：钴精矿中加入的稀硝酸具有氧化性，将FeS氧化为铁离子，SiO2难溶于酸成为残渣，已知残渣中没有硫单质，说明CoS中硫元素被氧化为硫酸根离子，加入硫酸钠得到NaFe3(SO4)2(OH)6黄色晶体，加入NaOH与Co2+反应生成Co(OH)2沉淀，加入硫酸酸溶得到CoSO4，蒸发浓缩、冷却结晶得到CoSO4·H2O晶体。
粉碎、搅拌、升温、适当提高酸的浓度
（合理即可）
(2)残渣中没有硫单质，写出酸浸过程中CoS反应的离子方程式：________________________________________________________________。
(3)除铁过程中溶液的pH不宜过小，原因是____________________________
____________________________。
解析：除铁过程中加入硫酸钠得到NaFe3(SO4)2(OH)6黄色晶体，溶液的pH不宜过小，pH过小，溶液酸性过强，不利于NaFe3(SO4)2(OH)6析出。
pH过小，溶液酸性过强，不
利于NaFe3(SO4)2(OH)6析出
(4)当Co2+完全沉淀时，滤液1的pH＝______。
9.1
(5)操作1的步骤是________，________，过滤。
解析：CoSO4溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤得到CoSO4·H2O晶体。
蒸发浓缩
冷却结晶
(6)CoSO4·H2O晶体热重曲线（样品质量随温度变化的曲线）如图所示，已知由A→B时生成了一种固体和两种气体（均为化合物），则该反应的化学方程式为_________________________________________。
5．（14分）（2024·安徽池州高三期末）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。
回答下列问题：
(1)工业上用一定浓度的硫酸浸取已粉碎的镍钴矿并不断搅拌，提高浸取速率的方法为____________________________（答出一条即可）。
解析：硫酸浸取液中加入混合气，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的H2SO5，加入石灰乳调节pH，Mn2+被H2SO5氧化为MnO2，亚铁离子也被H2SO5氧化成铁离子，故还有氢氧化铁沉淀生成，钙离子与硫酸根离子反应生成硫酸钙沉淀，滤渣为MnO2、CaSO4和Fe(OH)3；过滤后滤液中加入NaOH沉钴镍，过滤后滤液中加入NaOH沉镁，生成氢氧化镁沉淀。
适当提高反应温度（合理即可）
(2)“氧化”时，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)，其中硫元素的化合价为____。
解析：H2SO5中含一个过氧根，根据化合物中正、负化合价代数和为零，S的化合价为＋6。
＋6
Fe(OH)3
CaSO4、
②通入混合气中SO2的体积分数与Mn(Ⅱ)氧化率随时间的变化关系如图所示，若混合气中不添加SO2，相同时间内Mn(Ⅱ)氧化率较低的原因是_________________________________________________________________________________________；SO2的体积分数高于9.0%时，相同时间内Mn(Ⅱ)氧化率开始降低的原因是____________________________________
__________________________
_____________________。
混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)，
其氧化性远强于氧气
SO2有还原性，过多将会降低H2SO5的
浓度，且生成的MnO2也会
被SO2还原成Mn(Ⅱ)
ClO－＋2Co2+＋
5H2O===2Co(OH)3↓＋Cl－＋4H＋
99%或0.99

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