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专题微课(四)　工艺流程中的物质确定与转化
　　流程中的产物确定及化学方程式的书写是每年必考的题点,解题的关键是根据流程中的转化关系及反应现象来确定产物(包括滤渣、循环物质、副产品等)。通过各种产物确定反应过程中有无电子的转移,进一步确定反应的类型是非氧化还原反应还是氧化还原反应,再利用相关的原理配平相关方程式即可。
一、物质转化中成分的跟踪与确定
高考领航
1.(2025·安徽卷·节选)某含锶(Sr)废渣主要含有SrSO4、SiO2、CaCO3、SrCO3和MgCO3等,一种提取该废渣中锶的流程如下图所示。
已知25 ℃时,Ksp(SrSO4)=10-6.46,Ksp(BaSO4)=10-9.97。
回答下列问题:
(1)“浸出液”中主要的金属离子有Sr2+、　　　　(填离子符号)。
(2)“盐浸”中SrSO4转化反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;25 ℃时,向0.01 mol SrSO4粉末中加入100 mL 0.11 mol·L-1BaCl2溶液,充分反应后,理论上溶液中c(Sr2+)·c(S)=　　　　(mol·L-1)2(忽略溶液体积的变化)。
(3)“浸出渣2”中主要含有SrSO4、　　　　　　(填化学式)。
(4)由SrCl2·6H2O制备无水SrCl2的最优方法是　　　　(填标号)。
a.加热脱水　　　 b.在HCl气流中加热
c.常温加压 d.加热加压
2.(2024·广西卷改编)广西盛产甘蔗,富藏锰矿。由软锰矿(MnO2,含SiO2、Fe2O3、Al2O3和CuO等杂质)制备光电材料KMnF3的流程如下。回答下列问题:
已知:
物质 Fe(OH)3 Al(OH)3 Cu(OH)2 Fe(OH)2 Mn(OH)2
Ksp 2.8×10-39 1.3×10-33 2.2×10-20 4.9×10-17 1.9×10-13
(1)“甘蔗渣水解液”中含有还原性糖和H2SO4,其主要作用是　　　　　　　　　　。为提高“浸取”速率,可采取的措施是　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　(任举一例)。
(2)“滤渣1”的主要成分是　　　　　　　　　　(填化学式),“滤渣3”的主要成分是　　　　　(填化学式)。
(3)常温下,用CaCO3调节溶液pH至5~6时,可完全沉淀的离子有　　　　　　(填化学式)。
(4)“X”可选用　　　　　。
A.H2S　　B.H2O2　　C.Zn　　D.(NH4)2S
(5)若用Na2CO3替代NaHCO3沉锰,得到Mn2(OH)2CO3沉淀。写出生成Mn2(OH)2CO3的离子方程式
　。
重点破障
1.滤渣的确定
2.循环物质的确定
3.副产品的确定
强训提能
1.(2025·黄石市二模)碳酸锶广泛应用于玻壳玻璃、感性材料、金属冶炼、锶盐制备、电子元件、焰火等领域。以天青石(主要成分为SrSO4、BaSO4、SiO2)为原料制备SrCO3的工艺流程如图所示。回答下列问题:
已知:常温下,Ksp(SrSO4)=3.2×10-7;Ksp(SrCO3)=5.6×10-10。
(1)天青石矿粉中的SrSO4与氨水、NH4HCO3溶液反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,将过滤后的滤液蒸发浓缩、冷却结晶可得到副产物　　　　　　　　　(填化学式)。
(2)酸解后滤渣的主要成分为　　　　　　　　(填化学式)。
(3)写出“沉锶”过程中反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　。
(4)“系列操作”包括过滤、　　　　、　　　　。
2.(2025·抚顺市六校协作体三模)某钨锰矿渣(主要成分为WO3、MnO、Sc2O3、SiO2及铁的氧化物)综合利用的流程如图:
已知:①P204的萃取机理:
2RH+M2+ R2M+2H+。
②当溶液中离子浓度小于或等于10-5 mol·L-1时,认为该离子沉淀完全。
③常温下,一些常见物质的溶度积常数如下表:
物质 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Mn(OH)2
Ksp 2.8×10-39 4.9×10-17 1.6×10-13
回答下列问题:
(1)“沉淀1”的主要成分是　　　　　　　　　(填化学式)。
(2)使“有机相2”中的P204萃取剂再生,需选择的试剂为　　　　　　(填名称)。
(3)“沉钪”工序中发生沉钪反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。
(4)“氧化”工序中加入活性MnO2,其优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;该工序中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　。
二、物质转化中方程式的书写
高考领航
1.(2025·湖南卷)工业废料的综合处理有利于减少环境污染并实现资源循环利用。从某工业废料中回收镉、锰的部分工艺流程如下:
已知:①富集液中两种金属离子浓度相当;
②常温下,金属化合物的Ksp
金属化合物 CdS CdCO3 MnS MnCO3
Ksp 8.0×10-27 1.0×10-12 2.5×10-13 2.3×10-11
下列说法错误的是 (　　)
A.粉碎工业废料有利于提高金属元素的浸出率
B.试剂X可以是Na2S溶液
C.“沉镉”和“沉锰”的顺序不能对换
D.“沉锰”时,发生反应的离子方程式为Mn2++HC==MnCO3↓+H+
2.(2025·陕晋宁青卷·节选)一种综合回收电解锰工业废盐(主要成分为Mn2+、Mg2+、N的硫酸盐)的工艺流程如下。
已知:①常温下Ksp(MgCO3)=10-5.17,Ksp=10-11.25,Ksp=10-12.72;
②S2结构式为2-。
回答下列问题:
(1)制备废盐溶液时,为加快废盐溶解,可采取的措施有　　　、　　　　　　。(写出两种)
(2)“沉锰Ⅰ”中,写出形成的Mn(OH)2被氧化成Mn3O4的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。当Mg2+(c=10-0.68 mol·L-1)将要开始沉淀时,溶液中剩余Mn2+浓度为　　　mol·L-1。
(3)“沉锰Ⅱ”中,过量的(NH4)2S2O8经加热水解去除,最终产物是NH4HSO4和　 　　　　　(填化学式)。
3.(2025·黑吉辽蒙卷·节选)某工厂采用如下工艺回收废渣(含有ZnS、PbSO4、FeS和CuCl)中的Zn、Pb元素。
已知:①“氧化浸出”时,PbSO4不发生变化,ZnS转变为[Zn(NH3)4]2+;②Ksp[Pb(OH)2]=10-14.8;③酒石酸(记作H2A)结构简式为
HOOC(CHOH)2COOH。
回答下列问题:
(1)“氧化浸出”时,过二硫酸根(S2)转变为　　　　(填离子符号)。
(2)“氧化浸出”时,浸出率随温度升高先增大后减小的原因为 　。
(3)“除铜”步骤中发生反应的离子方程式为 　。
(4)滤渣2中的金属元素为　　　(填元素符号)。
(5)290 ℃“真空热解”生成2种气态氧化物,该反应的化学方程式为 　。
重点破障
1.构建书写化学方程式的思维模型
2.应用模型书写化学方程式的步骤
书写新情境化学方程式的基本思路为“读取”流程中的有效信息,找出主要的反应物和生成物,再依据质量守恒定律和电荷守恒规律写出反应的化学(离子)方程式,书写步骤如下:
强训提能
1.以湿法炼锌厂所产的钴锰渣(主要成分为Co2O3、CoO、NiO、MnO2,含少量Fe2O3、ZnO、CuO、CaO等)为原料回收制备CoC2O4的工艺如下:
已知常温下,Ksp(CuS)=1.3×10-36,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20,Ksp(ZnS)=1.3×10-24。
回答下列问题:
(1)“酸浸”时其中Co2O3→Co2+,MnO2→Mn2+,Fe2O3→Fe2+,写出Co2O3反应的化学方程式: 　。
(2)“除铁”时,生成KFe3(SO4)2(OH)6同时有CO2生成,写出该反应的离子方程式为 　。
(3)“除铜锌”时,Cu2+主要以CuS而不是Cu(OH)2形式除去,结合计算说明其原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(写出主要计算推理过程)。
(4)“滤渣3”中含有MnO2,写出“除锰”时生成MnO2的化学方程式: 　。
2.(2025·广州市模拟)铈(Ce)是地壳中含量最高的稀土元素。一种以独居石{主要成分为CePO4,含有磷酸钍[Th3(PO4)4]、铀的氧化物(U3O8)和少量镭(Ra)杂质}为原料制备Ce2(CO3)3的工艺流程如下:
已知:ⅰ.常温下,Ksp[Th(OH)4]≈10-45,Ksp[Ce(OH)3]≈10-20,Ksp[Ce(OH)4]≈10-48。
ⅱ.镭是一种放射性元素,位于第七周期第ⅡA族。
回答下列问题:
(1)“热分解”步骤中,U3O8与NaOH和空气发生反应,转化为难溶于水的Na2U2O7。该反应中,还原剂与氧化剂的物质的量之比为　　　　。
(2)盐酸溶解时,写出此时Ce(OH)4发生的离子方程式 　。
(3)“共沉渣”的主要成分为　　　　　　　　　。为防止放射性污染,应将其封存。
(4)“沉铈”过程中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
专题微课(四)　工艺流程中的物质确定与转化
一、物质转化中成分的跟踪与确定　
[高考领航]
1.解析:含锶(Sr)废渣主要含有SrSO4、SiO2、CaCO3、SrCO3和MgCO3等,加入稀盐酸酸浸,碳酸盐溶解进入滤液,浸出渣1中含有SrSO4、SiO2,加入BaCl2溶液,发生沉淀转化,SrSO4(s)+Ba2+(aq) BaSO4(s)+Sr2+(aq),得到SrCl2溶液,经过系列操作得到SrCl2·6H2O晶体。
(1)由分析可知,碳酸盐均能溶于盐酸,故“浸出液”中主要的金属离子有Sr2+、Ca2+、Mg2+。
(2)由分析可知,“盐浸”中发生沉淀的转化,离子方程式:SrSO4(s)+Ba2+(aq) BaSO4(s)+Sr2+(aq),该反应的平衡常数K=====103.51,平衡常数很大,近似认为SrSO4完全转化,溶液中剩余n(Ba2+)=1×10-3mol,则c(S)==10-7.97 mol·L-1,列三段式:
　　　　　　　　SrSO4(s)+Ba2+(aq) BaSO4(s)+Sr2+(aq)
　　　　初始/mol 0.01　 　0.011　　　　　　　 　0
　　　　变化/mol 0.01　 　0.01　　　　　　　 　0.01
　　　　平衡/mol　　　 　 0.001　　 　　　　　0.01
理论上溶液中c(Sr2+)·c(S)=10-7.97 mol·L-1×10-1 mol·L-1=10-8.97(mol·L-1)2。
(3)“盐浸”时发生沉淀的转化,生成了BaSO4,SiO2不参与反应,故“浸出渣2”中主要含有SrSO4、BaSO4、SiO2。
(4)Ca(OH)2为强碱,则Sr(OH)2也是强碱,Sr2+不水解,排除b,由平衡移动原理可知SrCl2·6H2O制备无水SrCl2的方法加压不利于脱水,排除c、d,故选a。
答案:(1)Ca2+、Mg2+
(2)SrSO4(s)+Ba2+(aq) BaSO4(s)+Sr2+(aq)　10-8.97
(3)BaSO4、SiO2　(4)a
2.解析:软锰矿含有MnO2和少量SiO2、Fe2O3、Al2O3、CuO。“甘蔗渣水解液”中含有还原性糖和H2SO4。用甘蔗渣水解液“浸取”软锰矿,二氧化锰被还原为硫酸锰,氧化铁被还原为硫酸亚铁,氧化铝、氧化铜溶于硫酸生成硫酸铝、硫酸铜,二氧化硅不溶于硫酸,滤渣1是二氧化硅,滤液中加碳酸钙调节pH生成氢氧化铝沉淀除铝,过滤,滤液加硫化物反应生成FeS、CuS沉淀除铁铜,滤液中加碳酸氢钠反应生成碳酸锰沉淀,最终将碳酸锰转化为KMnF3。(1)二氧化锰具有氧化性,“甘蔗渣水解液”中含有还原性糖和H2SO4,其主要作用是把二氧化锰还原为硫酸锰。根据影响反应速率的因素,为提高“浸取”速率,可采取的措施是把软锰矿粉碎、搅拌、加热等。(2)二氧化硅不溶于硫酸,“滤渣1”的主要成分是SiO2。滤液加硫化物反应生成FeS、CuS沉淀除铁铜,“滤渣3”的主要成分是FeS、CuS。(3)根据溶度积常数,Fe2+完全沉淀时,c(OH-)= =7×10-6.5 ,pH约为8.3;Al3+完全沉淀时,c(OH-)= ≈5.1×10-10,pH约为4.7;Cu2+完全沉淀时,c(OH-)= ≈4.7×10-8,pH约为6.7;常温下,用CaCO3调节溶液pH至5~6时,可完全沉淀的离子有Al3+。(4)加X的目的是生成硫化物沉淀除铁和铜,Fe2+和H2S不反应,所以不能选用H2S;铜离子、亚铁离子都能和硫离子反应生成硫化铜沉淀,所以“X”可选用(NH4)2S,选D。(5)若用Na2CO3替代NaHCO3沉锰,得到Mn2(OH)2CO3沉淀,反应的离子方程式为2Mn2++3C+2H2O==Mn2(OH)2CO3↓+2HC 。
答案:(1)将二氧化锰还原为硫酸锰　将软锰矿粉碎、搅拌、加热等
(2)SiO2　FeS、CuS　(3)Al3+　(4)D
(5)2Mn2++3C+2H2O==Mn2(OH)2CO3↓+2HC
[强训提能]
1.解析:已知:常温下,Ksp(SrSO4)=3.2×10-7、Ksp(SrCO3)=5.6×10-10,碳酸锶更难溶;天青石矿粉加入水、碳酸氢铵,碳酸氢铵和硫酸锶反应生成碳酸锶沉淀、硫酸铵和水,过滤,过滤出含硫酸铵的母液,用盐酸溶解滤渣,碳酸锶转化为SrCl2溶液,净化后,向纯净的SrCl2溶液中加入碳酸氢铵生成碳酸锶沉淀,过滤、洗涤、干燥,粉碎后得产品碳酸锶。(1)由Ksp(SrSO4)=3.2×10-7、Ksp(SrCO3)=5.6×10-10可知碳酸锶更难溶;SrSO4与氨水、NH4HCO3溶液反应转化为SrCO3,根据质量守恒,还生成(NH4)2SO4和H2O,化学方程式为SrSO4+NH3·H2O+NH4HCO3==SrCO3+(NH4)2SO4+H2O,将过滤后的含(NH4)2SO4的滤液蒸发浓缩、冷却结晶可得到副产物(NH4)2SO4。(2)二氧化硅、硫酸钡和稀盐酸不反应,酸解后滤渣的主要成分为BaSO4、SiO2。(3)“沉锶”过程中SrCl2和碳酸氢铵生成碳酸锶沉淀,同时生成二氧化碳和水:Sr2++2HC==SrCO3↓+CO2↑+H2O。(4)碳酸锶浊液,过滤、洗涤、干燥,粉碎后得产品碳酸锶,“系列操作”包括过滤、洗涤、干燥。
答案:(1)SrSO4+NH3·H2O+NH4HCO3==SrCO3+(NH4)2SO4+H2O　(NH4)2SO4
(2)BaSO4、SiO2
(3)Sr2++2HC==SrCO3↓+CO2↑+H2O
(4)洗涤　干燥
2.解析:首先用盐酸对原料进行酸浸,其中WO3、SiO2和盐酸不反应,成为沉淀1的主要成分,同时滤液1中含有二价锰离子、三价钪离子,同时可能含有二价和三价铁离子,滤液用P204萃取分液,有机相加入氢氧化钠沉钪得到Sc(OH)3沉淀3,加热得到Sc2O3,水相加入二氧化锰氧化亚铁离子为铁离子,加入氢氧化钠将铁离子转化为氢氧化铁沉淀得到沉淀4,过滤滤液加入碳酸氢铵得到碳酸锰沉淀;沉淀1加入氢氧化钠碱浸、过滤,滤液加入盐酸得到钨酸沉淀2,过滤分离出钨酸沉淀加入氨水溶解得到钨酸铵。(1)由分析,“沉淀1”的主要成分是SiO2、WO3。(2)P204的萃取机理:2RH+M2+ R2M+2H+,则使“有机相2”中的P204萃取剂再生,可以加入盐酸,氢离子浓度增大,使得平衡逆向移动,使得P204萃取剂再生,故需选择的试剂为盐酸。(3)“沉钪”工序中反应为有机相中R3Sc和氢氧化钠反应生成氢氧化钪沉淀、RNa,反应为R3Sc+3NaOH==Sc(OH)3↓+3RNa。(4)二氧化锰具有氧化性,能氧化亚铁离子为铁离子:2Fe2++4H++MnO2==2Fe3++Mn2++2H2O,便于后续铁离子去除,且“氧化”工序中加入活性MnO2,反应生成锰离子,提高了MnCO3的产量且不引入新的杂质金属离子。
答案:(1)WO3、SiO2　(2)盐酸
(3)R3Sc+3NaOH==Sc(OH)3↓+3RNa
(4)提高了MnCO3的产量且不引入新的金属离子
2Fe2++4H++MnO2==2Fe3++Mn2++2H2O
二、物质转化中方程式的书写　
[高考领航]
1.选D　富集液中含有两种金属离子Cd2+、Mn2+,其浓度相当,加入试剂X沉镉,由金属化合物的Ksp可知,CdCO3、MnCO3的Ksp接近,不易分离,则试剂X选择含S2-的试剂,得到CdS滤饼,加入NaHCO3溶液沉锰,发生反应:Mn2++2HC==MnCO3↓+CO2↑+H2O,据此解答。粉碎工业废料能增大废料与浸出液的接触面积,有利于提高金属元素的浸出率,A正确;由分析可知,试剂X可以是Na2S溶液,B正确;若先加入NaHCO3溶液进行“沉锰”,由题中信息以及Ksp数据可知,金属离子Cd2+、Mn2+浓度相当,则Cd2+也会沉淀,后续流程中无法分离Cd和Mn,所以“沉镉”和“沉锰”的顺序不能对换,C正确;“沉锰”时,发生反应的离子方程式是Mn2++2HC==MnCO3↓+CO2↑+H2O,D错误。
2.解析:废盐溶液加入氨水,通入氧气沉锰Ⅰ得到Mn3O4,溶液再加入(NH4)2S2O8,进行沉锰Ⅱ得到MnO2,产生气体O2,溶液再加入NH4HCO3和NH3·H2O调节pH沉镁Ⅰ,得到MgCO3,煅烧得到MgO,溶液再加入H3PO4沉镁Ⅱ,得到MgNH4PO4·6H2O沉淀,溶液加入H2SO4调节pH=6.0结晶得到X(硫酸铵),最后与MnO2和Mn3O4焙烧,经过多步处理得到MnSO4·H2O。
(1)加快废盐的溶解可以采取搅拌、适当升温、粉碎等。
(2)Mn(OH)2被O2氧化得到Mn3O4,化学方程式为6Mn(OH)2+O2==2Mn3O4+6H2O;根据===,c(Mn2+)=10-2.15 mol·L-1。
(3)“沉锰Ⅱ”中,过量的(NH4)2S2O8经加热水解去除,(NH4)2S2O8中存在过氧键,在加热和水存在下发生水解,生成NH4HSO4和H2O2:(NH4)2S2O8+2H2O==2NH4HSO4+H2O2,H2O2分解2H2O2==2H2O+O2↑,总反应为2(NH4)2S2O8+2H2O==4NH4HSO4+O2↑,最终产物是NH4HSO4和O2。
答案:(1)搅拌　适当升温等
(2)6Mn(OH)2+O2==2Mn3O4+6H2O　10-2.15　(3)O2
3.解析:废渣用(NH4)2S2O8和NH3·H2O氧化浸出过滤,滤液中有[Cu(NH3)4]2+和[Zn(NH3)4]2+,滤渣1有PbSO4和Fe(OH)3,滤液加Zn置换出Cu,除铜后的溶液加(NH4)2S沉锌,得到ZnS,滤渣1用H2A和Na2A浸铅后过滤,滤渣2含Fe元素,滤液经过结晶得到PbA,再真空热解得到纯Pb。
(1)“氧化浸出”时,过二硫酸根作氧化剂,过二硫酸根转变为S。
(2)“氧化浸出”时,温度升高,浸出速率增大,浸出率升高,温度过高时,NH3·H2O分解生成NH3逸出,且温度高时过二硫酸铵分解,造成浸出率减小。
(3)加入Zn发生置换反应,从[Cu(NH3)4]2+中置换出Cu单质,离子方程式为Zn+[Cu(NH3)4]2+==[Zn(NH3)4]2++Cu。
(4)根据分析,滤渣1有Fe(OH)3和PbSO4,用H2A和Na2A浸铅后过滤,滤渣2含Fe元素的沉淀。
(5)290 ℃“真空热解”PbA即
Pb(OOC—CHOH—CHOH—COO)生成Pb单质和2种气态氧化物为CO和H2O,反应的化学方程式为Pb(OOC—CHOH—CHOH—COO)Pb+4CO↑+2H2O↑。
答案:(1)S　
(2)温度升高,浸出速率增大,浸出率升高,温度过高时,NH3·H2O分解生成NH3逸出,且温度高时过二硫酸铵分解,造成浸出率减小　
(3)Zn+[Cu(NH3)4]2+==[Zn(NH3)4]2++Cu
(4)Fe
(5)Pb(OOC—CHOH—CHOH—COO)Pb+4CO↑+2H2O↑
[强训提能]
1.解析:钴锰渣中加入稀硫酸、K2SO3溶液进行酸浸,所得滤渣1中含有CaSO4;滤液中加入H2O2,将Fe2+氧化为Fe3+,再加入K2CO3调节pH,得到KFe3(SO4)2(OH)6沉淀;滤液1中加入KHS、K2S混合溶液除铜锌,生成CuS、ZnS沉淀;滤液2中加入Co(OH)3除锰,生成S、MnO2沉淀;滤液3中加入P204萃取,钴镍进入萃取液中,加入硫酸反萃取后与萃余液1合并,再用P507萃取,钴进入萃取液中,镍进入萃余液2中;萃取液2中加入草酸进行反萃取,从而获得CoC2O4。(1)“酸浸”时,Co2O3与K2SO3反应生成Co2+和S,化学方程式为Co2O3+K2SO3+2H2SO4==2CoSO4+K2SO4+2H2O。(2)“酸浸”时,Fe2O3溶于稀硫酸产生Fe3+,被K2SO3还原为Fe2+。“除铁”时,发生反应为2K++6Fe2++3H2O2+4S+3C+3H2O==2KFe3(SO4)2(OH)6↓+3CO2↑。(3)Cu(OH)2(s)+S2-(aq) CuS(s)+2OH-(aq),K=≈1.7×1016,平衡常数很大,反应进行彻底,故Cu2+主要以CuS形式除去。(4)MnO2在酸浸时,转化为Mn2+,又因产物Co元素为+2价,可知Co(OH)3作氧化剂,可将Mn2+氧化为MnO2,根据得失电子守恒,可写出化学方程式为H2SO4+MnSO4+2Co(OH)3==MnO2+2CoSO4+4H2O。
答案:(1)Co2O3+K2SO3+2H2SO4==2CoSO4+K2SO4+2H2O
(2)2K++6Fe2++3H2O2+4S+3C+3H2O==2KFe3(SO4)2(OH)6↓+3CO2↑
(3)根据Cu(OH)2(s)+S2-(aq) CuS(s)+2OH-(aq),K==≈1.7×1016>105,反应进行彻底,故Cu2+主要以CuS形式除去
(4)H2SO4+MnSO4+2Co(OH)3==MnO2+2CoSO4+4H2O
2.解析:独居石的主要成分为CePO4,含有Th3(PO4)4、U3O8和少量镭杂质,加入55%~60%的NaOH进行热分解,U3O8发生反应2U3O8+O2+6NaOH==3Na2U2O7+3H2O,转化为Na2U2O7,CePO4中的Ce被氧化为Ce(OH)4,将热分解后的物质加水稀释后过滤,得到的滤液中含有Na+、P,滤液浓缩结晶后,得到的晶体化学式为Na3PO4·12H2O,滤液可用于热分解阶段循环利用,避免产生大量的高碱度废水,过滤得到的固体产物中加入盐酸和凝聚剂,Ce(OH)4具有氧化性,与盐酸发生反应2Ce(OH)4+8H++2Cl-==2Ce3++Cl2↑+8H2O,废气为Cl2,调节pH,使U和Th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,加入NH4HCO3沉铈,2Ce3++6HC==Ce2(CO3)3↓+3CO2↑+3H2O,得到Ce2(CO3)3。(1)根据分析,加入55%~60%的NaOH进行热分解,U3O8发生反应2U3O8+O2+6NaOH==3Na2U2O7+3H2O,还原剂(U3O8)与氧化剂(O2)的物质的量之比为2∶1。(2)根据分析,盐酸溶解Ce(OH)4发生的离子方程式为2Ce(OH)4+8H++2Cl-==2Ce3++Cl2↑+8H2O。(3)根据分析,“共沉渣”的主要成分为BaSO4、RaSO4。(4)根据分析,“沉铈”过程中发生反应的离子方程式为2Ce3++6HC==Ce2(CO3)3↓+3CO2↑+3H2O。
答案:(1)2∶1
(2)2Ce(OH)4+8H++2Cl-==2Ce3++Cl2↑+8H2O
(3)BaSO4、RaSO4
(4)2Ce3++6HC==Ce2(CO3)3↓+3CO2↑+3H2O
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专题微课(四)　工艺流程中的物质确定与转化
流程中的产物确定及化学方程式的书写是每年必考的题点，解题的关键是根据流程中的转化关系及反应现象来确定产物(包括滤渣、循环物质、副产品等)。通过各种产物确定反应过程中有无电子的转移，进一步确定反应的类型是非氧化还原反应还是氧化还原反应，再利用相关的原理配平相关方程式即可。
目 录
一、物质转化中成分的跟踪与确定
二、物质转化中方程式的书写
专题质量评价
01
一、物质转化中成分的跟踪与确定
高考领航
1.(2025·安徽卷·节选)某含锶(Sr)废渣主要含有SrSO4、SiO2、CaCO3、SrCO3和MgCO3等，一种提取该废渣中锶的流程如下图所示。
已知25 ℃时，Ksp(SrSO4)=10-6.46，Ksp(BaSO4)=10-9.97。
回答下列问题:
(1)“浸出液”中主要的金属离子有Sr2+、____________(填离子符号)。
Ca2+、Mg2+　
解析:含锶(Sr)废渣主要含有SrSO4、SiO2、CaCO3、SrCO3和MgCO3等，加入稀盐酸酸浸，碳酸盐溶解进入滤液，浸出渣1中含有SrSO4、SiO2，加入BaCl2溶液，发生沉淀转化，SrSO4(s)+Ba2+(aq) BaSO4(s)+Sr2+(aq)，得到SrCl2溶液，经过系列操作得到SrCl2·6H2O晶体。
(1)由分析可知，碳酸盐均能溶于盐酸，故“浸出液”中主要的金属离子有Sr2+、Ca2+、Mg2+。
(2)“盐浸”中SrSO4转化反应的离子方程式为
____________________________________;25 ℃时，向0.01 mol SrSO4粉末中加入100 mL 0.11 mol·L-1BaCl2溶液，充分反应后，理论上溶液中c(Sr2+)·c(S)=
________ (mol·L-1)2(忽略溶液体积的变化)。
解析:由分析可知，“盐浸”中发生沉淀的转化，离子方程式:SrSO4(s)+
Ba2+(aq) BaSO4(s)+Sr2+(aq)，该反应的平衡常数K===
==103.51，平衡常数很大，近似认为SrSO4完全转化，溶液中剩余n(Ba2+)=1×10-3mol，则c(S)==10-7.97 mol·L-1，列三段式:
SrSO4(s)+Ba2+(aq) BaSO4(s)+Sr2+(aq)
10-8.97
SrSO4(s)+Ba2+(aq) BaSO4(s)+Sr2+(aq)
0.01　 　0.011　　　　　 0
0.01　 　0.01　　　　　 0.01
　　　 　 0.001　　 　　 0.01
理论上溶液中c(Sr2+)·c(S)=10-7.97 mol·L-1×10-1 mol·L-1=10-8.97(mol·L-1)2。
(3)“浸出渣2”中主要含有SrSO4、_______________(填化学式)。
(4)由SrCl2·6H2O制备无水SrCl2的最优方法是___(填标号)。
a.加热脱水　　　 b.在HCl气流中加热
c.常温加压 d.加热加压
解析: (3)“盐浸”时发生沉淀的转化，生成了BaSO4，SiO2不参与反应，故“浸出渣2”中主要含有SrSO4、BaSO4、SiO2。
(4)Ca(OH)2为强碱，则Sr(OH)2也是强碱，Sr2+不水解，排除b，由平衡移动原理可知SrCl2·6H2O制备无水SrCl2的方法加压不利于脱水，排除c、d，故选a。
BaSO4、SiO2
a
2.(2024·广西卷改编)广西盛产甘蔗，富藏锰矿。由软锰矿(MnO2，含SiO2、Fe2O3、Al2O3和CuO等杂质)制备光电材料KMnF3的流程如下。回答下列问题:
已知:
物质 Fe(OH)3 Al(OH)3 Cu(OH)2 Fe(OH)2 Mn(OH)2
Ksp 2.8×10-39 1.3×10-33 2.2×10-20 4.9×10-17 1.9×10-13
(1)“甘蔗渣水解液”中含有还原性糖和H2SO4，其主要作用是_____________
______________。为提高“浸取”速率，可采取的措施是______________________
_________(任举一例)。
解析:软锰矿含有MnO2和少量SiO2、Fe2O3、Al2O3、CuO。“甘蔗渣水解液”中含有还原性糖和H2SO4。用甘蔗渣水解液“浸取”软锰矿，二氧化锰被还原为硫酸锰，氧化铁被还原为硫酸亚铁，氧化铝、氧化铜溶于硫酸生成硫酸铝、硫酸铜，二氧化硅不溶于硫酸，滤渣1是二氧化硅，滤液中加碳酸钙调节pH生成氢氧化铝沉淀除铝，过滤，滤液加硫化物反应生成FeS、CuS沉淀除铁铜，滤液中加碳酸氢钠反应生成碳酸锰沉淀，最终将碳酸锰转化为KMnF3。(1)二氧化锰具有氧化性，“甘蔗渣水解液”中含有还原性糖和H2SO4，其主要作用是把二氧化锰还原为硫酸锰。根据影响反应速率的因素，为提高“浸取”速率，可采取的措施是把软锰矿粉碎、搅拌、加热等。
将二氧化锰
将软锰矿粉碎、搅拌、
还原为硫酸锰
加热等
(2)“滤渣1”的主要成分是_______(填化学式)，“滤渣3”的主要成分是　　　　　____________(填化学式)。
解析:二氧化硅不溶于硫酸，“滤渣1”的主要成分是SiO2。滤液加硫化物反应生成FeS、CuS沉淀除铁铜，“滤渣3”的主要成分是FeS、CuS。
SiO2
FeS、CuS　
(3)常温下，用CaCO3调节溶液pH至5~6时，可完全沉淀的离子有________
(填化学式)。
解析:根据溶度积常数，Fe2+完全沉淀时，c(OH-)==7×10-6.5 ，pH约为8.3;Al3+完全沉淀时，c(OH-)=≈5.1×10-10，pH约为4.7;Cu2+完全沉淀时，c(OH-)=≈4.7×10-8，pH约为6.7;常温下，用CaCO3调节溶液pH至5~6时，可完全沉淀的离子有Al3+。
Al3+
(4)“X”可选用_____。
A.H2S　　B.H2O2　　C.Zn　　D.(NH4)2S
(5)若用Na2CO3替代NaHCO3沉锰，得到Mn2(OH)2CO3沉淀。写出生成Mn2(OH)2CO3的离子方程式_____________________________________________。
解析:(4)加X的目的是生成硫化物沉淀除铁和铜，Fe2+和H2S不反应，所以不能选用H2S;铜离子、亚铁离子都能和硫离子反应生成硫化铜沉淀，所以“X”可选用(NH4)2S，选D。(5)若用Na2CO3替代NaHCO3沉锰，得到Mn2(OH)2CO3沉淀，反应的离子方程式为2Mn2++3C+2H2O==Mn2(OH)2CO3↓+2HC 。
D
2Mn2++3C+2H2O==Mn2(OH)2CO3↓+2HC
重点破障
1.滤渣的确定
2.循环物质的确定
3.副产品的确定
强训提能
1.(2025·黄石市二模)碳酸锶广泛应用于玻壳玻璃、感性材料、金属冶炼、锶盐制备、电子元件、焰火等领域。以天青石(主要成分为SrSO4、BaSO4、SiO2)为原料制备SrCO3的工艺流程如图所示。回答下列问题:
已知:常温下，Ksp(SrSO4)=3.2×10-7;Ksp(SrCO3)=5.6×10-10。
(1)天青石矿粉中的SrSO4与氨水、NH4HCO3溶液反应的化学方程式为
___________________________________________________，将过滤后的滤液蒸发浓缩、冷却结晶可得到副产物____________(填化学式)。
解析:已知:常温下，Ksp(SrSO4)=3.2×10-7、Ksp(SrCO3)=5.6×10-10，碳酸锶更难溶;天青石矿粉加入水、碳酸氢铵，碳酸氢铵和硫酸锶反应生成碳酸锶沉淀、硫酸铵和水，过滤，过滤出含硫酸铵的母液，用盐酸溶解滤渣，碳酸锶转化为SrCl2溶液，净化后，向纯净的SrCl2溶液中加入碳酸氢铵生成碳酸锶沉淀，过滤、洗涤、干燥，粉碎后得产品碳酸锶。(1)由Ksp(SrSO4)=3.2×10-7、Ksp(SrCO3)
=5.6×10-10可知碳酸锶更难溶;SrSO4与氨水、NH4HCO3溶液反应转化为SrCO3，根据质量守恒，还生成(NH4)2SO4和H2O，化学方程式为SrSO4+NH3·H2O+
NH4HCO3==SrCO3+(NH4)2SO4+H2O，将过滤后的含(NH4)2SO4的滤液蒸发浓缩、冷却结晶可得到副产物(NH4)2SO4。
SrSO4+NH3·H2O+NH4HCO3==SrCO3+(NH4)2SO4+H2O　
(NH4)2SO4
(2)酸解后滤渣的主要成分为______________(填化学式)。
(3)写出“沉锶”过程中反应的离子方程式_________________________________。
(4)“系列操作”包括过滤、_______、______。
解析: (2)二氧化硅、硫酸钡和稀盐酸不反应，酸解后滤渣的主要成分为BaSO4、SiO2。(3)“沉锶”过程中SrCl2和碳酸氢铵生成碳酸锶沉淀，同时生成二氧化碳和水:Sr2++2HC==SrCO3↓+CO2↑+H2O。(4)碳酸锶浊液，过滤、洗涤、干燥，粉碎后得产品碳酸锶，“系列操作”包括过滤、洗涤、干燥。
BaSO4、SiO2
Sr2++2HC==SrCO3↓+CO2↑+H2O
洗涤　
干燥
2.(2025·抚顺市六校协作体三模)某钨锰矿渣(主要成分为WO3、MnO、Sc2O3、SiO2及铁的氧化物)综合利用的流程如图:
已知:①P204的萃取机理:2RH+M2+ R2M+2H+。
②当溶液中离子浓度小于或等于10-5 mol·L-1时，认为该离子沉淀完全。
③常温下，一些常见物质的溶度积常数如下表:
回答下列问题:
(1)“沉淀1”的主要成分是____________(填化学式)。
物质 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Mn(OH)2
Ksp 2.8×10-39 4.9×10-17 1.6×10-13
WO3、SiO2
解析:首先用盐酸对原料进行酸浸，其中WO3、SiO2和盐酸不反应，成为沉淀1的主要成分，同时滤液1中含有二价锰离子、三价钪离子，同时可能含有二价和三价铁离子，滤液用P204萃取分液，有机相加入氢氧化钠沉钪得到Sc(OH)3沉淀3，加热得到Sc2O3，水相加入二氧化锰氧化亚铁离子为铁离子，加入氢氧化钠将铁离子转化为氢氧化铁沉淀得到沉淀4，过滤滤液加入碳酸氢铵得到碳酸锰沉淀;沉淀1加入氢氧化钠碱浸、过滤，滤液加入盐酸得到钨酸沉淀2，过滤分离出钨酸沉淀加入氨水溶解得到钨酸铵。(1)由分析，“沉淀1”的主要成分是SiO2、WO3。
(2)使“有机相2”中的P204萃取剂再生，需选择的试剂为______(填名称)。
(3)“沉钪”工序中发生沉钪反应的化学方程式为
________________________________。
解析: (2)P204的萃取机理:2RH+M2+ R2M+2H+，则使“有机相2”中的P204萃取剂再生，可以加入盐酸，氢离子浓度增大，使得平衡逆向移动，使得P204萃取剂再生，故需选择的试剂为盐酸。(3)“沉钪”工序中反应为有机相中R3Sc和氢氧化钠反应生成氢氧化钪沉淀、RNa，反应为R3Sc+3NaOH==Sc(OH)3↓+3RNa。
盐酸
R3Sc+3NaOH==Sc(OH)3↓+3RNa
(4)“氧化”工序中加入活性MnO2，其优点是____________________________
________________;该工序中发生反应的离子方程式为_______________________
___________________。
解析:二氧化锰具有氧化性，能氧化亚铁离子为铁离子:2Fe2++4H++MnO2
==2Fe3++Mn2++2H2O，便于后续铁离子去除，且“氧化”工序中加入活性MnO2，反应生成锰离子，提高了MnCO3的产量且不引入新的杂质金属离子。
提高了MnCO3的产量且不引
入新的金属离子
2Fe2++4H++MnO2==
2Fe3++Mn2++2H2O
02
二、物质转化中方程式的书写
1.(2025·湖南卷)工业废料的综合处理有利于减少环境污染并实现资源循环利用。从某工业废料中回收镉、锰的部分工艺流程如下:
已知:①富集液中两种金属离子浓度相当;
②常温下，金属化合物的Ksp
高考领航
金属化合物 CdS CdCO3 MnS MnCO3
Ksp 8.0×10-27 1.0×10-12 2.5×10-13 2.3×10-11
√
下列说法错误的是 (　　)
A.粉碎工业废料有利于提高金属元素的浸出率
B.试剂X可以是Na2S溶液
C.“沉镉”和“沉锰”的顺序不能对换
D.“沉锰”时，发生反应的离子方程式为Mn2++HC==MnCO3↓+H+
解析:富集液中含有两种金属离子Cd2+、Mn2+，其浓度相当，加入试剂X沉镉，由金属化合物的Ksp可知，CdCO3、MnCO3的Ksp接近，不易分离，则试剂X选择含S2-的试剂，得到CdS滤饼，加入NaHCO3溶液沉锰，发生反应:Mn2++
2HC==MnCO3↓+CO2↑+H2O，据此解答。粉碎工业废料能增大废料与浸出液的接触面积，有利于提高金属元素的浸出率，A正确;由分析可知，试剂X可以是Na2S溶液，B正确;若先加入NaHCO3溶液进行“沉锰”，由题中信息以及Ksp数据可知，金属离子Cd2+、Mn2+浓度相当，则Cd2+也会沉淀，后续流程中无法分离Cd和Mn，所以“沉镉”和“沉锰”的顺序不能对换，C正确;“沉锰”时，发生反应的离子方程式是Mn2++2HC==MnCO3↓+CO2↑+H2O，D错误。
2.(2025·陕晋宁青卷·节选)一种综合回收电解锰工业废盐(主要成分为Mn2+、Mg2+、N的硫酸盐)的工艺流程如下。
已知:①常温下Ksp(MgCO3)=10-5.17，Ksp=10-11.25，
Ksp=10-12.72;
②S2结构式为 。
回答下列问题:
(1)制备废盐溶液时，为加快废盐溶解，可采取的措施有_______、______
________。(写出两种)
解析:废盐溶液加入氨水，通入氧气沉锰Ⅰ得到Mn3O4，溶液再加入(NH4)2S2O8，进行沉锰Ⅱ得到MnO2，产生气体O2，溶液再加入NH4HCO3和NH3·H2O调节pH沉镁Ⅰ，得到MgCO3，煅烧得到MgO，溶液再加入H3PO4沉镁Ⅱ，得到MgNH4PO4·6H2O沉淀，溶液加入H2SO4调节pH=6.0结晶得到X(硫酸铵)，最后与MnO2和Mn3O4焙烧，经过多步处理得到MnSO4·H2O。
(1)加快废盐的溶解可以采取搅拌、适当升温、粉碎等。
搅拌
适当
升温等
(2)“沉锰Ⅰ”中，写出形成的Mn(OH)2被氧化成Mn3O4的化学方程式
________________________________。当Mg2+(c=10-0.68 mol·L-1)将要开始沉淀时，溶液中剩余Mn2+浓度为________ mol·L-1。
解析:Mn(OH)2被O2氧化得到Mn3O4，化学方程式为6Mn(OH)2+O2==2Mn3O4+6H2O;根据===，c(Mn2+)=10-2.15 mol·L-1。
6Mn(OH)2+O2==2Mn3O4+6H2O
10-2.15
(3)“沉锰Ⅱ”中，过量的(NH4)2S2O8经加热水解去除，最终产物是NH4HSO4和______(填化学式)。
解析: “沉锰Ⅱ”中，过量的(NH4)2S2O8经加热水解去除，(NH4)2S2O8中存在过氧键，在加热和水存在下发生水解，生成NH4HSO4和H2O2:(NH4)2S2O8+2H2O
==2NH4HSO4+H2O2，H2O2分解2H2O2==2H2O+O2↑，总反应为2(NH4)2S2O8+2H2O==4NH4HSO4+O2↑，最终产物是NH4HSO4和O2。
O2
3.(2025·黑吉辽蒙卷·节选)某工厂采用如下工艺回收废渣(含有ZnS、PbSO4、FeS和CuCl)中的Zn、Pb元素。
已知:①“氧化浸出”时，PbSO4不发生变化，ZnS转变为[Zn(NH3)4]2+;
②Ksp[Pb(OH)2]=10-14.8;
③酒石酸(记作H2A)结构简式为HOOC(CHOH)2COOH。
回答下列问题:
(1)“氧化浸出”时，过二硫酸根(S2)转变为________(填离子符号)。
解析:废渣用(NH4)2S2O8和NH3·H2O氧化浸出过滤，滤液中有[Cu(NH3)4]2+和[Zn(NH3)4]2+，滤渣1有PbSO4和Fe(OH)3，滤液加Zn置换出Cu，除铜后的溶液加(NH4)2S沉锌，得到ZnS，滤渣1用H2A和Na2A浸铅后过滤，滤渣2含Fe元素，滤液经过结晶得到PbA，再真空热解得到纯Pb。
(1)“氧化浸出”时，过二硫酸根作氧化剂，过二硫酸根转变为S。
S　
(2)“氧化浸出”时，浸出率随温度升高先增大后减小的原因为_____________
______________________________________________________________________
_________________________________________。
(3)“除铜”步骤中发生反应的离子方程式为
____________________________________。
解析: (2)“氧化浸出”时，温度升高，浸出速率增大，浸出率升高，温度过高时，NH3·H2O分解生成NH3逸出，且温度高时过二硫酸铵分解，造成浸出率减小。
(3)加入Zn发生置换反应，从[Cu(NH3)4]2+中置换出Cu单质，离子方程式为Zn+[Cu(NH3)4]2+==[Zn(NH3)4]2++Cu。
温度升高，
浸出速率增大，浸出率升高，温度过高时，NH3·H2O分解生成NH3逸出，且
温度高时过二硫酸铵分解，造成浸出率减小　
Zn+[Cu(NH3)4]2+==[Zn(NH3)4]2++Cu
(4)滤渣2中的金属元素为____(填元素符号)。
(5)290 ℃“真空热解”生成2种气态氧化物，该反应的化学方程式为
__________________________________________________________。
解析: (4)根据分析，滤渣1有Fe(OH)3和PbSO4，用H2A和Na2A浸铅后过滤，滤渣2含Fe元素的沉淀。(5)290 ℃“真空热解”PbA即Pb(OOC—CHOH—CHOH
—COO)生成Pb单质和2种气态氧化物为CO和H2O，反应的化学方程式为Pb(OOC—CHOH—CHOH—COO) Pb+4CO↑+2H2O↑。
Fe
Pb(OOC—CHOH—CHOH—COO)
Pb+4CO↑+2H2O↑
1.构建书写化学方程式的思维模型
重点破障
2.应用模型书写化学方程式的步骤
书写新情境化学方程式的基本思路为“读取”流程中的有效信息，找出主要的反应物和生成物，再依据质量守恒定律和电荷守恒规律写出反应的化学(离子)方程式，书写步骤如图:
1.以湿法炼锌厂所产的钴锰渣(主要成分为Co2O3、CoO、NiO、MnO2，含少量Fe2O3、ZnO、CuO、CaO等)为原料回收制备CoC2O4的工艺如下:
强训提能
已知常温下，Ksp(CuS)=1.3×10-36，Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20，Ksp(ZnS)=1.3×10-24。
回答下列问题:
(1)“酸浸”时其中Co2O3→Co2+，MnO2→Mn2+，Fe2O3→Fe2+，写出Co2O3反应的化学方程式:_____________________________________________。
Co2O3+K2SO3+2H2SO4==2CoSO4+K2SO4+2H2O
解析:钴锰渣中加入稀硫酸、K2SO3溶液进行酸浸，所得滤渣1中含有CaSO4;滤液中加入H2O2，将Fe2+氧化为Fe3+，再加入K2CO3调节pH，得到KFe3(SO4)2
(OH)6沉淀;滤液1中加入KHS、K2S混合溶液除铜锌，生成CuS、ZnS沉淀;滤液2中加入Co(OH)3除锰，生成S、MnO2沉淀;滤液3中加入P204萃取，钴镍进入萃取液中，加入硫酸反萃取后与萃余液1合并，再用P507萃取，钴进入萃取液中，镍进入萃余液2中;萃取液2中加入草酸进行反萃取，从而获得CoC2O4。(1)“酸浸”时，Co2O3与K2SO3反应生成Co2+和S，化学方程式为Co2O3+K2SO3+2H2SO4==
2CoSO4+K2SO4+2H2O。
(2)“除铁”时，生成KFe3(SO4)2(OH)6同时有CO2生成，写出该反应的离子方程式为______________________________________________________________。
(3)“除铜锌”时，Cu2+主要以CuS而不是Cu(OH)2形式除去，结合计算说明其
原因:__________________________________________________________________
______________________________________________________(写出主要计算推理过程)。
解析: (2)“酸浸”时，Fe2O3溶于稀硫酸产生Fe3+，被K2SO3还原为Fe2+。“除铁”时，发生反应为2K++6Fe2++3H2O2+4S+3C+3H2O==2KFe3(SO4)2(OH)6↓+3CO2↑。(3)Cu(OH)2(s)+S2-(aq) CuS(s)+2OH-(aq)，K=≈1.7×1016，平衡常数很大，反应进行彻底，故Cu2+主要以CuS形式除去。
2K++6Fe2++3H2O2+4S+3C+3H2O==2KFe3(SO4)2(OH)6↓+3CO2↑
根据Cu(OH)2(s)+S2-(aq) CuS(s)+2OH-(aq)，K==≈
1.7×1016>105，反应进行彻底，故Cu2+主要以CuS形式除去
(4)“滤渣3”中含有MnO2，写出“除锰”时生成MnO2的化学方程式:
_______________________________________________。
解析: MnO2在酸浸时，转化为Mn2+，又因产物Co元素为+2价，可知Co(OH)3作氧化剂，可将Mn2+氧化为MnO2，根据得失电子守恒，可写出化学方程式为H2SO4+MnSO4+2Co(OH)3==MnO2+2CoSO4+4H2O。
H2SO4+MnSO4+2Co(OH)3==MnO2+2CoSO4+4H2O
2.(2025·广州市模拟)铈(Ce)是地壳中含量最高的稀土元素。一种以独居石{主要成分为CePO4，含有磷酸钍[Th3(PO4)4]、铀的氧化物(U3O8)和少量镭(Ra)杂质}为原料制备Ce2(CO3)3的工艺流程如下:
已知:ⅰ.常温下，Ksp[Th(OH)4]≈10-45，Ksp[Ce(OH)3]≈10-20，Ksp[Ce(OH)4]≈10-48。
ⅱ.镭是一种放射性元素，位于第七周期第ⅡA族。
回答下列问题:
(1)“热分解”步骤中，U3O8与NaOH和空气发生反应，转化为难溶于水的Na2U2O7。该反应中，还原剂与氧化剂的物质的量之比为______。
2∶1
解析:独居石的主要成分为CePO4，含有Th3(PO4)4、U3O8和少量镭杂质，加入55%~60%的NaOH进行热分解，U3O8发生反应2U3O8+O2+6NaOH==
3Na2U2O7+3H2O，转化为Na2U2O7，CePO4中的Ce被氧化为Ce(OH)4，将热分解后的物质加水稀释后过滤，得到的滤液中含有Na+、P，滤液浓缩结晶后，得到的晶体化学式为Na3PO4·12H2O，滤液可用于热分解阶段循环利用，避免产生大量的高碱度废水，过滤得到的固体产物中加入盐酸和凝聚剂，Ce(OH)4具有氧化性，与盐酸发生反应2Ce(OH)4+8H++2Cl-==2Ce3++Cl2↑+8H2O，废气为Cl2，调节pH，使U和Th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，加入NH4HCO3沉铈，2Ce3++6HC==
Ce2(CO3)3↓+3CO2↑+3H2O，得到Ce2(CO3)3。(1)根据分析，加入55%~60%的NaOH进行热分解，U3O8发生反应2U3O8+O2+6NaOH==3Na2U2O7+3H2O，还原剂(U3O8)与氧化剂(O2)的物质的量之比为2∶1。
(2)盐酸溶解时，写出此时Ce(OH)4发生的离子方程式
________________________________________。
(3)“共沉渣”的主要成分为__________________。为防止放射性污染，应将其封存。
(4)“沉铈”过程中发生反应的离子方程式为
_________________________________________。
解析: (2)根据分析，盐酸溶解Ce(OH)4发生的离子方程式为2Ce(OH)4+8H++2Cl-==2Ce3++Cl2↑+8H2O。(3)根据分析，“共沉渣”的主要成分为BaSO4、RaSO4。(4)根据分析，“沉铈”过程中发生反应的离子方程式为2Ce3++6HC==Ce2(CO3)3↓+3CO2↑+3H2O。
2Ce(OH)4+8H++2Cl-==2Ce3++Cl2↑+8H2O
BaSO4、RaSO4
2Ce3++6HC==Ce2(CO3)3↓+3CO2↑+3H2O
专题质量评价
1
2
3
4
5
6
1.(2025·邯郸市部分学校联考)碳酸亚铁是一种重要的化工试剂，常用于制备兽药及补血剂。一种利用含铁废料[主要含有Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)及二氧化硅]制备碳酸亚铁的工艺流程如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.滤渣的主要成分为PbSO4和SiO2
B.试剂X为铁单质
C.“除铜”过程中发生的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比均为1∶1
D.“沉铁”时发生反应的化学方程式为
FeSO4+2NH4HCO3==FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O
√
1
2
3
4
5
6
解析:SiO2与硫酸不反应，Pb2+与硫酸根离子形成硫酸铅沉淀，则滤渣的主要成分为PbSO4和SiO2，A正确;为了“除铜”且不引入新杂质，试剂X为铁单质，
B正确;“除铜”过程中发生Fe+Cu2+==Fe2++Cu，Fe+2Fe3+==3Fe2+两个反应，第二个反应氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1，C错误;“沉铁”时发生反应的化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3==FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O，D正确。
√
1
2
4
5
6
3
2.(2025·南昌市第十中学摸底)由软锰矿(主要成分为MnO2及少量CaO、MgO)制备MnO2的工艺流程如下:
已知:“沉锰”所得MnCO3在空气中“焙烧”时转化为MnO2、Mn2O3、MnO的混合物，酸性条件下Mn2O3易发生歧化反应。下列说法正确的是(　　)
A.“浸取”时利用了Na2SO3的还原性，反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1
B.“除杂”后的溶液中主要存在的阳离子有Na+、H+、Mg2+、Mn2+、Ca2+
C.“沉锰”时反应的离子方程式为Mn2++C==MnCO3↓
D.“酸浸”时每反应1 mol Mn2O3转移电子数为2NA
1
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4
5
6
3
解析:软锰矿(主要成分为MnO2及少量CaO、MgO)制备MnO2流程:MnO2具有氧化性，Na2SO3具有还原性，软锰矿中加入Na2SO3、H2SO4发生氧化还原反应生成MnSO4，反应为MnO2+Na2SO3+H2SO4==MnSO4+Na2SO4+H2O，CaO、MgO都和硫酸反应生成CaSO4、MgSO4，加入NaF除去Ca2+、Mg2+，反应的离子方程式为Ca2++2F-==CaF2↓、Mg2++2F-==MgF2↓，过滤除去不溶物，得到含MnSO4、Na2SO4的滤液，向滤液中加入NH4HCO3沉锰得到MnCO3沉淀，离子方程式为Mn2++2HC==MnCO3↓+CO2↑+H2O，在空气中焙烧MnCO3得到MnO2、Mn2O3、MnO的混合物，再加入硫酸酸浸得到MnO2、Mn2+溶液，发生的反应为Mn2O3+H2SO4==MnSO4+MnO2+H2O，过滤得到MnSO4溶液和MnO2，据此分析作答。Na2SO3具有还原性，软锰矿中加入Na2SO3、H2SO4发生氧化还原反应生成
1
2
4
5
6
3
MnSO4，反应为MnO2+Na2SO3+H2SO4==MnSO4+Na2SO4+H2O，MnO2是氧化剂，Na2SO3是还原剂，氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1，故A正确;加入NaF的目的是除去Mg2+、Ca2+，所以第一次“除杂”后的溶液中主要存在的阳离子有Na+、H+、Mn2+，故B错误;加入NH4HCO3沉锰得到MnCO3沉淀，离子方程式为Mn2++2HC==MnCO3↓+CO2↑+H2O，故C错误;“酸浸”时反应为Mn2O3+H2SO4==MnSO4+MnO2+H2O，1 mol Mn2O3反应转移1 mol e-，故D错误。
√
1
2
4
5
6
3
3.(2025·邵阳市模拟)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·nH2O的工艺流程如下，下列说法不正确的是 (　　)
A.滤渣Ⅰ的主要成分是SiO2和CaSO4
B.酸性废气的主要成分为SO2
C.加入絮凝剂的目的是促进Fe3+和Al3+沉淀析出
D.沉铈的离子方程式为(n-3)H2O+2Ce3++6HC==Ce2(CO3)3·nH2O+3CO2↑
1
2
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3
解析:独居石的主要成分为CePO4，杂质为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2，加入浓硫酸目的是将独居石中的主要物质溶解，焙烧时二氧化硅与浓硫酸不反应，浓硫酸与氟化钙反应生成酸性气体氟化氢及不溶于水的硫酸钙，杂质里还有磷、铝、铁元素，加入氯化铁溶液除磷元素，加入氧化镁、絮凝剂除铁、铝元素，碳酸氢铵沉铈最终获得产品Ce2(CO3)3·nH2O。SiO2不溶于浓硫酸，此外，Ca2+还会与浓硫酸生成CaSO4，A正确;焙烧过程中浓硫酸与氟化钙反应生成硫酸钙、氟化氢，酸性废气主要成分为HF，B错误;Fe3+和Al3+是杂质，加入絮凝剂的目的是促进Fe3+和Al3+沉淀析出，C正确;结合流程图可知碳酸氢铵与铈离子反应生成Ce2(CO3)3·nH2O，根据电荷守恒可知2Ce3+~6HC，根据Ce2(CO3)3·nH2O可知，多余HC与H+结合生成CO2，D正确。
1
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3
4.(10分)(2025·泰安市期末)工业处理酸性含铬废水(含Cr2、[Ni(CN)4]2-、S等)并回收铬元素的工艺如下:
已知:Cr(Ⅵ)在水溶液中存在平衡:Cr2+H2O 2Cr+2H+。
(1)加入石灰乳，调pH至7，沉淀1的主要成分是_________。
CaSO4
1
2
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3
解析:含Cr2、[Ni(CN)4]2-、S的废水中加入石灰乳调pH，S转化为CaSO4沉淀，Cr2转化为Cr，再加入NaClO破氰，此时CN-被氧化为HC、N2，Ni2+转化为Ni(OH)2沉淀;滤液中加入BaCl2·2H2O，沉淀2为BaCrO4、BaSO4;沉淀2中再加入H2SO4，BaCrO4转化为BaSO4沉淀，溶液中含有Cr2。(1)由分析可知，沉淀1的主要成分是硫酸钙。
1
2
4
5
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3
(2)NaClO能氧化CN-，生成无毒无味气体，其离子方程式为
_____________________________________。
(3)加入NaClO可提高镍元素的去除率的原因___________________________
______________________________________________________________________
(结合化学平衡知识解释)。
解析: (2)由题给流程和题意可知，溶液中CN-与ClO-发生的反应生成碳酸氢根离子、氮气和氯离子，反应的离子方程式为2CN-+5ClO-+H2O==2HC+N2↑+5Cl-。(3)含有四氰合镍离子的溶液中存在络合平衡:[Ni(CN)4]2- Ni2++4CN-，向溶液中加入次氯酸钠，次氯酸根离子将溶液中的氰酸根离子氧化，溶液中氰酸根离子浓度减小，平衡正向移动，使得溶液中的镍离子浓度增大，有利于转化为氢氧化镍沉淀。
2CN-+5ClO-+H2O==2HC+N2↑+5Cl-
ClO-氧化CN-，使c(CN-)降低，
平衡[Ni(CN)4]2- Ni2++4CN-正向移动，c(Ni2+)增大，有利于生成Ni(OH)2沉淀
1
2
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5
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3
(4)沉淀2与足量的稀硫酸反应所得溶液2的主要成分是___________________，生成该物质的离子方程式为____________________________________________。
解析:由分析可知，加入足量硫酸溶液的目的是将铬酸钡转化为硫酸钡和重铬酸根离子，反应的离子方程式为2H++2S+2BaCrO4==2BaSO4+Cr2+H2O，则溶液2的主要成分为硫酸和重铬酸钠。
H2SO4、Na2Cr2O7
2H++2S+2BaCrO4==2BaSO4+Cr2+H2O
1
2
4
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3
5.(14分)(2025·辽宁省名校联盟联考)铟(In)是一种稀有金属，是电信、光电产品不可或缺的关键原材料。铟主要存在于锌矿、铅矿等矿石中，现用含铟粗铅矿(主要含有PbO、In2O3、Fe2O3、SiO2、Cu3As等)提取金属铟的工艺如下:
已知:ⅰ.萃取剂A对三价金属离子有较好的选择性。
ⅱ.常温下，Ksp[In(OH)3]=1.4×10-33，Ksp[Fe(OH)3]=1.1×10-36。
1
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(1)铟在周期表中位于第五周期第ⅢA族，其基态原子价电子排布式为_________。
解析:含铟粗铅矿(主要含PbO、In2O3、Fe2O3、SiO2、Cu3As)，加入稀硫酸“酸浸”后，PbO、In2O3、Fe2O3、Cu3As转化成PbSO4、Fe2(SO4)3、In2(SO4)3、CuSO4、Cu和AsH3，PbSO4难溶于水、SiO2不参加反应，则滤渣Ⅰ有Cu、SiO2和PbSO4;加入铁粉将Cu2+还原为Cu、将Fe3+还原为Fe2+，防止加入萃取剂时Fe3+进入有机相;加入萃取剂萃取In3+，加盐酸进行反萃取，将In3+转移到水相中，分液后加Zn置换铟，过滤得粗铟。(1)铟在周期表中位于第五周期第ⅢA族，故其价电子排布式为5s25p1。
5s25p1
1
2
4
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6
3
(2)滤渣Ⅰ中含有的主要物质为Cu和______________(填化学式)。
(3)Cu3As中Cu的化合价为______;“酸浸过滤”后滤液中含Cu2+，则酸浸时Cu3As发生反应的化学方程式为________________________________________。
解析: (2)由分析可知，滤渣Ⅰ的主要成分除Cu外还有SiO2和PbSO4。(3)As是第ⅤA族元素，其最低负化合价为-3价，则Cu3As中Cu为+1价;根据流程图和(2)中信息可知，Cu3As在“酸浸”过程中发生氧化还原反应生成Cu和AsH3，则酸浸时Cu3As发生反应的化学方程式为2Cu3As+3H2SO4==2AsH3↑+3Cu+3CuSO4。
PbSO4、SiO2
+1价
2Cu3As+3H2SO4==2AsH3↑+3Cu+3CuSO4
1
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3
(4)铁粉的主要作用是_______________________________________________
___________________________________________。
(5)“置换”时，发生主要反应的离子方程式为______________________。
解析: (4)萃取剂A对三价金属离子有较好的选择性，Fe3+的存在会影响In3+的萃取，故加入铁粉的目的是将滤液中的Fe3+还原为Fe2+，防止Fe3+被萃取，导致产物In的纯度降低，同时置换铜，除去铜元素。(5)“置换”步骤后得到粗铟，则发生主要反应的离子方程式为2In3++3Zn==2In+3Zn2+。
置换出铜，除去铜元素，同时将铁离子还原为亚铁
离子，防止铁离子被萃取，导致产物纯度降低
2In3++3Zn==2In+3Zn2+
1
2
4
5
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3
(6)常温下，加入铁粉过滤后，滤液中存在平衡In3++3H2O In(OH)3+3H+，则该反应的平衡常数K=____________ (结果保留两位有效数字)。向此滤液加入一定量的ZnO，将In3+转化为In(OH)3沉淀，铟沉淀率与反应时间的关系如图所示，60 min后沉淀率下降可能的原因是________________________________________
___________________________________。
7.1×10-10
置换时间过长，溶液中的亚铁离子被氧化为
铁离子，使氢氧化铟转化为氢氧化铁
1
2
4
5
6
3
解析:In3++3H2O In(OH)3+3H+反应的平衡常数K===
=≈7.1×10-10。根据题意加入铁粉后的溶液中存在亚铁离子，在空气中进行操作时溶液中的亚铁离子易被氧化成铁离子，且氢氧化铟的Ksp大于氢氧化铁的Ksp，可能会发生沉淀转化，即氢氧化铟转化为氢氧化铁，使铟的沉淀率下降。
1
2
4
5
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3
6.(12分)(2025·信阳高级中学模拟)硼化钛(结构式为B==Ti==B)常用于制备导电陶瓷材料和PTC材料。工业上以高钛渣(主要成分为TiO2、SiO2、Al2O3和CaO，另有少量MgO、Fe2O3)为原料制取TiB2的流程如下:
已知:①电弧炉是由石墨电极和石墨坩埚组成的高温加热装置;
②B2O3高温下蒸气压大、易挥发;
③TiO2可溶于热的浓硫酸形成TiO2+。
1
2
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5
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3
回答下列问题:
(1)滤渣的主要成分为______(填化学式)。
解析:从高钛渣(主要成分为TiO2、SiO2、Al2O3和CaO，另有少量MgO、Fe2O3)为原料制取硼化钛(TiB2)的工艺流程为:将高钛渣加入稀盐酸进行酸浸，其中Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3溶解在盐酸中通过过滤进入滤液分离，不溶于盐酸的TiO2、SiO2在过滤后加入浓硫酸进行酸解，TiO2溶于热的浓硫酸形成TiO2+，SiO2不溶于酸，过滤后通过滤渣除去，在酸解后的溶液中加入萃取剂进行萃取分液，再进行水解过滤得到TiO2·xH2O，加热脱水后加入B2O3和C在电弧炉中加热还原得到产品TiB2。(1)通过酸浸后的固体为TiO2和SiO2，继续加浓硫酸进行酸解，TiO2溶于热的浓硫酸形成TiO2+，SiO2不溶于硫酸，过滤后通过滤渣除去，所以酸解后得到滤渣的主要成分为SiO2。
SiO2
1
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5
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3
(2)“萃取”的目的是_______________。
(3)“水解”过程中，欲将TiO2+尽可能多地转化为TiO2·xH2O，可采取的有效措施有_________________________________________________________。(答一条措施即可)
解析: (2)酸解后的滤液中主要含TiO2+和过量硫酸，此时通过萃取将Ti元素萃取到有机溶剂中分离出Ti元素，便于后续生成TiB2。(3)“水解”过程中，TiO2+转化为TiO2·xH2O的方程式为TiO2++(x+1)H2O TiO2·xH2O+2H+，则可以提高转化率的措施有:适当升高温度(如使用沸水)、降低c(H+)等(其他合理答案也可)。
分离出钛元素
适当升高温度(如使用沸水)、降低c(H+)等(其他合理答案也可)
1
2
4
5
6
3
(4)“热还原”中发生反应的化学方程式为______________________________，B2O3的实际用量超过了理论化学计量所要求的用量，原因是__________________
_____________________________________。仅增大配料中B2O3的用量，产品中的杂质含量变化如图所示。杂质TiC含量随w%增大而降低的原因是___________
___________________(用化学方程式解释)。
TiO2+B2O3+5C TiB2+5CO↑
B2O3高温下蒸气
压大、易挥发，只有部分参加了反应
TiC+B2O3+
2C TiB2+3CO↑
1
2
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5
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3
解析: “热还原”是将TiO2·xH2O脱水后加入B2O3和C在电弧炉中加热还原得到产品TiB2，则反应的化学方程式为TiO2+B2O3+5C TiB2+5CO↑;在生产过程中，B2O3的实际用量超过了理论化学计量所要求的用量，则可能的原因为B2O3高温下蒸气压大、易挥发，只有部分参加了反应;随B2O3的过量比率的增加，杂质中的TiC也参与了反应:TiC+B2O3+2C TiB2+3CO↑，从而降低了杂质的含量。专题质量评价(四)　工艺流程中的物质确定与转化
1.(2025·邯郸市部分学校联考)碳酸亚铁是一种重要的化工试剂,常用于制备兽药及补血剂。一种利用含铁废料[主要含有Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)及二氧化硅]制备碳酸亚铁的工艺流程如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.滤渣的主要成分为PbSO4和SiO2
B.试剂X为铁单质
C.“除铜”过程中发生的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比均为1∶1
D.“沉铁”时发生反应的化学方程式为
FeSO4+2NH4HCO3==FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O
2.(2025·南昌市第十中学摸底)由软锰矿(主要成分为MnO2及少量CaO、MgO)制备MnO2的工艺流程如下:
已知:“沉锰”所得MnCO3在空气中“焙烧”时转化为MnO2、Mn2O3、MnO的混合物,酸性条件下Mn2O3易发生歧化反应。下列说法正确的是 (　　)
A.“浸取”时利用了Na2SO3的还原性,反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1
B.“除杂”后的溶液中主要存在的阳离子有Na+、H+、Mg2+、Mn2+、Ca2+
C.“沉锰”时反应的离子方程式为Mn2++C==MnCO3↓
D.“酸浸”时每反应1 mol Mn2O3转移电子数为2NA
3.(2025·邵阳市模拟)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·nH2O的工艺流程如下,下列说法不正确的是 (　　)
A.滤渣Ⅰ的主要成分是SiO2和CaSO4
B.酸性废气的主要成分为SO2
C.加入絮凝剂的目的是促进Fe3+和Al3+沉淀析出
D.沉铈的离子方程式为(n-3)H2O+2Ce3++6HC==Ce2(CO3)3·nH2O+3CO2↑
4.(10分)(2025·泰安市期末)工业处理酸性含铬废水(含Cr2、[Ni(CN)4]2-、S等)并回收铬元素的工艺如下:
已知:Cr(Ⅵ)在水溶液中存在平衡:
Cr2+H2O 2Cr+2H+。
(1)加入石灰乳,调pH至7,沉淀1的主要成分是　　　　　　　。
(2)NaClO能氧化CN-,生成无毒无味气体,其离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)加入NaClO可提高镍元素的去除率的原因　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(结合化学平衡知识解释)。
(4)沉淀2与足量的稀硫酸反应所得溶液2的主要成分是　　　　　　　　　　,生成该物质的离子方程式为 　。
5.(14分)(2025·辽宁省名校联盟联考)铟(In)是一种稀有金属,是电信、光电产品不可或缺的关键原材料。铟主要存在于锌矿、铅矿等矿石中,现用含铟粗铅矿(主要含有PbO、In2O3、Fe2O3、SiO2、Cu3As等)提取金属铟的工艺如下:
已知:ⅰ.萃取剂A对三价金属离子有较好的选择性。
ⅱ.常温下,Ksp[In(OH)3]=1.4×10-33,
Ksp[Fe(OH)3]=1.1×10-36。
(1)铟在周期表中位于第五周期第ⅢA族,其基态原子价电子排布式为　　　　　。
(2)滤渣Ⅰ中含有的主要物质为Cu和　　　　　　(填化学式)。
(3)Cu3As中Cu的化合价为　　　　　　;“酸浸过滤”后滤液中含Cu2+,则酸浸时Cu3As发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。
(4)铁粉的主要作用是 　。
(5)“置换”时,发生主要反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(6)常温下,加入铁粉过滤后,滤液中存在平衡In3++3H2O In(OH)3+3H+,则该反应的平衡常数K=　　　　　 (结果保留两位有效数字)。向此滤液加入一定量的ZnO,将In3+转化为In(OH)3沉淀,铟沉淀率与反应时间的关系如图所示,60 min后沉淀率下降可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
6.(12分)(2025·信阳高级中学模拟)硼化钛(结构式为B==Ti==B)常用于制备导电陶瓷材料和PTC材料。工业上以高钛渣(主要成分为TiO2、SiO2、Al2O3和CaO,另有少量MgO、Fe2O3)为原料制取TiB2的流程如下:
已知:①电弧炉是由石墨电极和石墨坩埚组成的高温加热装置;
②B2O3高温下蒸气压大、易挥发;
③TiO2可溶于热的浓硫酸形成TiO2+。
回答下列问题:
(1)滤渣的主要成分为　　　　　(填化学式)。
(2)“萃取”的目的是　　　　　　　。
(3)“水解”过程中,欲将TiO2+尽可能多地转化为TiO2·xH2O,可采取的有效措施有　　　　　　　　　。(答一条措施即可)
(4)“热还原”中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　,B2O3的实际用量超过了理论化学计量所要求的用量,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。仅增大配料中B2O3的用量,产品中的杂质含量变化如图所示。杂质TiC含量随w%增大而降低的原因是　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式解释)。
专题质量评价(四)
1.选C　SiO2与硫酸不反应,Pb2+与硫酸根离子形成硫酸铅沉淀,则滤渣的主要成分为PbSO4和SiO2,A正确;为了“除铜”且不引入新杂质,试剂X为铁单质,B正确;“除铜”过程中发生Fe+Cu2+==Fe2++Cu,Fe+2Fe3+==3Fe2+两个反应,第二个反应氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1,C错误;“沉铁”时发生反应的化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3==FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O,D正确。
2.选A　软锰矿(主要成分为MnO2及少量CaO、MgO)制备MnO2流程:MnO2具有氧化性,Na2SO3具有还原性,软锰矿中加入Na2SO3、H2SO4发生氧化还原反应生成MnSO4,反应为MnO2+Na2SO3+H2SO4==MnSO4+Na2SO4+H2O,CaO、MgO都和硫酸反应生成CaSO4、MgSO4,加入NaF除去Ca2+、Mg2+,反应的离子方程式为Ca2++2F-==CaF2↓、Mg2++2F-==MgF2↓,过滤除去不溶物,得到含MnSO4、Na2SO4的滤液,向滤液中加入NH4HCO3沉锰得到MnCO3沉淀,离子方程式为Mn2++2HC==MnCO3↓+CO2↑+H2O,在空气中焙烧MnCO3得到MnO2、Mn2O3、MnO的混合物,再加入硫酸酸浸得到MnO2、Mn2+溶液,发生的反应为Mn2O3+H2SO4==MnSO4+MnO2+H2O,过滤得到MnSO4溶液和MnO2,据此分析作答。Na2SO3具有还原性,软锰矿中加入Na2SO3、H2SO4发生氧化还原反应生成MnSO4,反应为MnO2+Na2SO3+H2SO4==MnSO4+Na2SO4+H2O,MnO2是氧化剂,Na2SO3是还原剂,氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1,故A正确;加入NaF的目的是除去Mg2+、Ca2+,所以第一次“除杂”后的溶液中主要存在的阳离子有Na+、H+、Mn2+,故B错误;加入NH4HCO3沉锰得到MnCO3沉淀,离子方程式为Mn2++2HC==MnCO3↓+CO2↑+H2O,故C错误;“酸浸”时反应为Mn2O3+H2SO4==MnSO4+MnO2+H2O,1 mol Mn2O3反应转移1 mol e-,故D错误。
3.选B　独居石的主要成分为CePO4,杂质为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2,加入浓硫酸目的是将独居石中的主要物质溶解,焙烧时二氧化硅与浓硫酸不反应,浓硫酸与氟化钙反应生成酸性气体氟化氢及不溶于水的硫酸钙,杂质里还有磷、铝、铁元素,加入氯化铁溶液除磷元素,加入氧化镁、絮凝剂除铁、铝元素,碳酸氢铵沉铈最终获得产品Ce2(CO3)3·nH2O。SiO2不溶于浓硫酸,此外,Ca2+还会与浓硫酸生成CaSO4,A正确;焙烧过程中浓硫酸与氟化钙反应生成硫酸钙、氟化氢,酸性废气主要成分为HF,B错误;Fe3+和Al3+是杂质,加入絮凝剂的目的是促进Fe3+和Al3+沉淀析出,C正确;结合流程图可知碳酸氢铵与铈离子反应生成Ce2(CO3)3·nH2O,根据电荷守恒可知2Ce3+~6HC,根据Ce2(CO3)3·nH2O可知,多余HC与H+结合生成CO2,D正确。
4.解析:含Cr2、[Ni(CN)4]2-、S的废水中加入石灰乳调pH,S转化为CaSO4沉淀,Cr2转化为Cr,再加入NaClO破氰,此时CN-被氧化为HC、N2,Ni2+转化为Ni(OH)2沉淀;滤液中加入BaCl2·2H2O,沉淀2为BaCrO4、BaSO4;沉淀2中再加入H2SO4,BaCrO4转化为BaSO4沉淀,溶液中含有Cr2。(1)由分析可知,沉淀1的主要成分是硫酸钙。(2)由题给流程和题意可知,溶液中CN-与ClO-发生的反应生成碳酸氢根离子、氮气和氯离子,反应的离子方程式为2CN-+5ClO-+H2O==2HC+N2↑+5Cl-。(3)含有四氰合镍离子的溶液中存在络合平衡:[Ni(CN)4]2- Ni2++4CN-,向溶液中加入次氯酸钠,次氯酸根离子将溶液中的氰酸根离子氧化,溶液中氰酸根离子浓度减小,平衡正向移动,使得溶液中的镍离子浓度增大,有利于转化为氢氧化镍沉淀。(4)由分析可知,加入足量硫酸溶液的目的是将铬酸钡转化为硫酸钡和重铬酸根离子,反应的离子方程式为2H++2S+2BaCrO4==2BaSO4+Cr2+H2O,则溶液2的主要成分为硫酸和重铬酸钠。
答案:(1)CaSO4
(2)2CN-+5ClO-+H2O==2HC+N2↑+5Cl-
(3)ClO-氧化CN-,使c(CN-)降低,平衡[Ni(CN)4]2- Ni2++4CN-正向移动,c(Ni2+)增大,有利于生成Ni(OH)2沉淀　(4)H2SO4、Na2Cr2O7　2H++2S+2BaCrO4==2BaSO4+Cr2+H2O
5.解析:含铟粗铅矿(主要含PbO、In2O3、Fe2O3、SiO2、Cu3As),加入稀硫酸“酸浸”后,PbO、In2O3、Fe2O3、Cu3As转化成PbSO4、Fe2(SO4)3、In2(SO4)3、CuSO4、Cu和AsH3,PbSO4难溶于水、SiO2不参加反应,则滤渣Ⅰ有Cu、SiO2和PbSO4;加入铁粉将Cu2+还原为Cu、将Fe3+还原为Fe2+,防止加入萃取剂时Fe3+进入有机相;加入萃取剂萃取In3+,加盐酸进行反萃取,将In3+转移到水相中,分液后加Zn置换铟,过滤得粗铟。(1)铟在周期表中位于第五周期第ⅢA族,故其价电子排布式为5s25p1。(2)由分析可知,滤渣Ⅰ的主要成分除Cu外还有SiO2和PbSO4。(3)As是第ⅤA族元素,其最低负化合价为-3价,则Cu3As中Cu为+1价;根据流程图和(2)中信息可知,Cu3As在“酸浸”过程中发生氧化还原反应生成Cu和AsH3,则酸浸时Cu3As发生反应的化学方程式为2Cu3As+3H2SO4==2AsH3↑+3Cu+3CuSO4。(4)萃取剂A对三价金属离子有较好的选择性,Fe3+的存在会影响In3+的萃取,故加入铁粉的目的是将滤液中的Fe3+还原为Fe2+,防止Fe3+被萃取,导致产物In的纯度降低,同时置换铜,除去铜元素。(5)“置换”步骤后得到粗铟,则发生主要反应的离子方程式为2In3++3Zn==2In+3Zn2+。(6)In3++3H2O In(OH)3+3H+反应的平衡常数K====≈7.1×10-10。根据题意加入铁粉后的溶液中存在亚铁离子,在空气中进行操作时溶液中的亚铁离子易被氧化成铁离子,且氢氧化铟的Ksp大于氢氧化铁的Ksp,可能会发生沉淀转化,即氢氧化铟转化为氢氧化铁,使铟的沉淀率下降。
答案:(1)5s25p1　(2)PbSO4、SiO2
(3)+1价　2Cu3As+3H2SO4==2AsH3↑+3Cu+3CuSO4
(4)置换出铜,除去铜元素,同时将铁离子还原为亚铁离子,防止铁离子被萃取,导致产物纯度降低　(5)2In3++3Zn==2In+3Zn2+
(6)7.1×10-10　置换时间过长,溶液中的亚铁离子被氧化为铁离子,使氢氧化铟转化为氢氧化铁
6.解析:从高钛渣(主要成分为TiO2、SiO2、Al2O3和CaO,另有少量MgO、Fe2O3)为原料制取硼化钛(TiB2)的工艺流程为:将高钛渣加入稀盐酸进行酸浸,其中Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3溶解在盐酸中通过过滤进入滤液分离,不溶于盐酸的TiO2、SiO2在过滤后加入浓硫酸进行酸解,TiO2溶于热的浓硫酸形成TiO2+,SiO2不溶于酸,过滤后通过滤渣除去,在酸解后的溶液中加入萃取剂进行萃取分液,再进行水解过滤得到TiO2·xH2O,加热脱水后加入B2O3和C在电弧炉中加热还原得到产品TiB2。(1)通过酸浸后的固体为TiO2和SiO2,继续加浓硫酸进行酸解,TiO2溶于热的浓硫酸形成TiO2+,SiO2不溶于硫酸,过滤后通过滤渣除去,所以酸解后得到滤渣的主要成分为SiO2。(2)酸解后的滤液中主要含TiO2+和过量硫酸,此时通过萃取将Ti元素萃取到有机溶剂中分离出Ti元素,便于后续生成TiB2。(3)“水解”过程中,TiO2+转化为TiO2·xH2O的方程式为TiO2++(x+1)H2O TiO2·xH2O+2H+,则可以提高转化率的措施有:适当升高温度(如使用沸水)、降低c(H+)等(其他合理答案也可)。(4)“热还原”是将TiO2·xH2O脱水后加入B2O3和C在电弧炉中加热还原得到产品TiB2,则反应的化学方程式为TiO2+B2O3+5CTiB2+5CO↑;在生产过程中,B2O3的实际用量超过了理论化学计量所要求的用量,则可能的原因为B2O3高温下蒸气压大、易挥发,只有部分参加了反应;随B2O3的过量比率的增加,杂质中的TiC也参与了反应:TiC+B2O3+2CTiB2+3CO↑,从而降低了杂质的含量。
答案:(1)SiO2　(2)分离出钛元素
(3)适当升高温度(如使用沸水)、降低c(H+)等(其他合理答案也可)
(4)TiO2+B2O3+5CTiB2+5CO↑　B2O3高温下蒸气压大、易挥发,只有部分参加了反应　TiC+B2O3+2CTiB2+3CO↑
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