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难点1　基于流程分析的物质确定与转化原理
【真题示例】
例1　(1)3d54s1
(2)4Fe(CrO2)2+7O2+16KOH2Fe2O3+8K2CrO4+8H2O
(3)Al(OH)3　MgO
(4)增大CO2的溶解度,保证酸化反应充分进行
(5)KHCO3
[解析] 铬铁矿主要成分是Fe(CrO2)2、Mg(CrO2)2、Al2O3、SiO2,与过量KOH在空气中煅烧,生成K2CrO4、Fe2O3、MgO、KAlO2、K2SiO3;加入KHCO3-K2CO3(aq)/CO2浸取,生成Al(OH)3、H2SiO3沉淀,Fe2O3、MgO不反应,故滤渣Ⅰ为Al(OH)3、H2SiO3、Fe2O3、MgO,滤液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤分离出K2CrO4固体,滤液Ⅰ中还含有K2CrO4;加水将K2CrO4溶解,并通入过量CO2酸化,将K2CrO4转化为K2Cr2O7,同时有副产物KHCO3生成,将K2Cr2O7与KHCO3分离,滤液Ⅱ的主要溶质为KHCO3;Fe(CO)5作还原剂,将滤液Ⅰ中剩余的K2CrO4还原为Cr(OH)3,自身转化为Fe(OH)3,同时生成CO和KOH,其中Fe(OH)3和Cr(OH)3进入滤渣Ⅱ,KOH进一步处理得K2CO3,K2CO3可循环使用,据此分析。(1)Cr为24号元素,基态铬原子的价层电子排布式:3d54s1。(2)煅烧工序中Fe(CrO2)2与过量KOH、空气中氧气反应生成K2CrO4、Fe2O3、H2O,根据得失电子守恒和原子守恒,即可写出该反应的化学方程式:4Fe(CrO2)2+7O2+16KOH2Fe2O3+8K2CrO4+8H2O。(3)根据分析可知,滤渣Ⅰ的主要成分:Fe2O3、H2SiO3、Al(OH)3、MgO。(4)加水将K2CrO4溶解,并通入过量CO2酸化,将K2CrO4转化为K2Cr2O7,加压可以增大CO2的溶解度,使液体中CO2浓度增大,保证酸化反应充分进行。(5)根据分析可知,滤液Ⅱ的主要溶质为KHCO3。
例2　(1)Ca2+、Mg2+
(2)SrSO4(s)+Ba2+(aq)BaSO4(s)+Sr2+(aq)　10-8.97
(3)BaSO4、SiO2
(4)a
[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,“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,离子方程式为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+)=1×10-3 mol,c(Ba2+)=10-2 mol·L-1,则c(S)==10-7.97 mol·L-1,列三段式:
,
理论上溶液中c(Sr2+)·c(S)=10-1 mol·L-1×
10-7.97 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,由SrCl2·6H2O制备无水SrCl2,加压不利于脱水,排除c、d,故选a。
【对点演练】
1.(1)S
(2)Zn+[Cu(NH3)4]2+[Zn(NH3)4]2++Cu
(3)Fe
(4)pH升高,OH-浓度增大,平衡A2-+H2OHA-+OH-逆向移动,A2-浓度增大,平衡PbSO4(s)+A2-
PbA+S正向移动,PbA产率增大　Pb(OH)2
(5)Pb(OOC—CHOH—CHOH—COO)Pb+4CO↑+2H2O↑
[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中有PbSO4和Fe(OH)3,滤液加Zn置换出Cu,除铜后的滤液加(NH4)2S沉锌,得到ZnS,滤渣1用H2A和Na2A溶液浸铅后过滤,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,过二硫酸根离子作氧化剂转变为S。(2)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++Cu。(3)根据分析,滤渣1中有Fe(OH)3和PbSO4,用H2A和Na2A溶液浸铅后过滤,滤渣2含Fe元素的沉淀。(4)“浸铅”步骤发生反应PbSO4(s)+A2-PbA+S,Na2A溶液中存在平衡A2-+H2OHA-+OH-,pH升高,OH-浓度增大,平衡A2-+H2OHA-+OH-逆向移动,A2-浓度增大,平衡PbSO4(s)+A2-PbA+S正向移动,PbA产率增大;pH过高时,OH-浓度过大,会生成Pb(OH)2沉淀,造成PbA产率降低。(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CO和H2O,反应的化学方程式为Pb(OOC—CHOH—CHOH—COO)Pb+4CO↑+2H2O↑。
2.(1)搅拌　适当升温等
(2)6Mn(OH)2+O22Mn3O4+6H2O　10-2.15
(3)O2
(4)pH过大,沉淀为Mg(OH)2,不能分解产生CO2,不能得到疏松的轻质MgO
(5)MgHPO4+H3PO4Mg2++2H2P
(6)(NH4)2SO4
[解析] 废盐溶液加入氨水,通入氧气进行“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进行“沉镁Ⅰ”,得到MgCO3、Mg(OH)2,煅烧得到MgO,溶液再加入H3PO4进行“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(NH4)2SO4、MnO2和Mn3O4经“焙烧”,再经过多步处理得到MnSO4·H2O。
(1)加快废盐的溶解可以采取搅拌、适当升温、粉碎等措施。
(2)Mn(OH)2被O2氧化得到Mn3O4,化学方程式为6Mn(OH)2+O22Mn3O4+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+2H2O2NH4HSO4+H2O2,H2O2分解2H2O22H2O+O2↑,总反应为2(NH4)2S2O8+2H2O4NH4HSO4+O2↑,最终产物是NH4HSO4和O2。
(4)[xMgCO3·yMg(OH)2·zH2O]煅烧有CO2生成,可以得到疏松的轻质氧化镁,pH过大,沉淀为Mg(OH)2,不能分解产生CO2,不能得到疏松的轻质MgO。
(5)由图可知,pH=8时,阴离子为HP,阳离子为Mg2+,产生的沉淀为MgHPO4,调节到pH=4,磷元素存在形式以H2P为主,磷酸不是强酸,不能拆,离子方程式为MgHPO4+H3PO4Mg2++2H2P。
(6)溶液中存在铵根离子和硫酸根离子,结晶后X为(NH4)2SO4。
难点2　工艺流程中的条件控制及原因分析
【真题示例】
例1　(1)BC
(2)形成配合物,促进金的氧化
(3)还原剂(或置换Au)
[解析] 矿粉中通入足量空气并加入H2SO4,在pH=2时进行“细菌氧化”,金属硫化物中的S元素转化为硫酸盐,过滤,滤液①中主要含有Fe3+、S和含砷微粒,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微粒的沉降,过滤可得到净化液;滤渣主要为Au,Au与空气中的O2和NaCN溶液反应,得到含[Au(CN)2]-的浸出液,加入Zn进行“沉金”得到Au和含[Zn(CN)4]2-的滤液②。
(1)细菌的活性与温度息息相关,因此细菌氧化也需要控温,A不符合题意;“焙烧氧化”时,金属硫化物中的S元素通常转化为SO2,而“细菌氧化”时,金属硫化物中的S元素转化为硫酸盐,可减少有害气体的产生,B符合题意;“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,设备无需耐高温,C符合题意;由流程可知,“细菌氧化”也会产生废液废渣,D不符合题意。
(2)“浸金”中,Au作还原剂,O2作氧化剂,NaCN作络合剂,将Au转化为[Au(CN)2]-,促进氧化反应正向进行。
(3)“沉金”中Zn作还原剂,将[Au(CN)2]-还原为Au。
例2　(1)Cu2Se+4H2O2+4H+2Cu2++H2SeO3+5H2O
(2)①使Ag+充分转化为AgCl,又不能转化为[AgCl2]-
②0.50
(3)Na2SO3、NaCl　温度过高Na2SO3溶解度降低,易结晶析出,堵塞管道
[解析] 铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)加入H2O2、H2SO4、NaCl进行“氧化酸浸”,由题中信息可知,“滤液1”中含有Cu2+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,将AgCl转化为[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-,过滤除去PbSO4,“滤液3”含有[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-;“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,可循环到“银转化”工序。
(1)“滤液1”中含有Cu2+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+2Cu2++H2SeO3+5H2O。
(2)①在“氧化酸浸”工序中,加入适量NaCl的原因是使Ag+充分转化为AgCl,并防止生成[AgCl2]-;
②由信息②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]-,由信息①可知,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溶解,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0.50 mol·L-1。
(3)由分析可知“滤液4”中溶质主要成分为Na2SO3、NaCl;根据信息④,由不同温度下Na2SO3的溶解度可知,高于40 ℃后,升高温度,Na2SO3的溶解度下降,易结晶析出,堵塞管道,“银转化”和“银还原”的效率降低,难以实现连续生产。
【对点演练】
1.(1)搅拌(或粉碎多金属精矿、提高“酸浸”温度等)
(2)4Fe2+　4　2　8
(3)5
[解析] 矿粉“酸浸”时通入SO2,浸取液中含有Fe2+、Cu2+、Ni2+、Al3+等,调节pH=3.0,通入空气“高压加热”得到Fe2O3,Fe2O3可以通过还原得到Fe单质,也可以通过电解得到Fe单质,滤液1在常温下“沉铝”,所得滤液2“选择萃取”得到含硫酸根离子的溶液、Cu配合物和Ni配合物,最终得到产品NixCuyNz。(1)“酸浸”中,提高浸取速率的措施有:搅拌、粉碎多金属精矿、提高“酸浸”温度等。(2)由于在“酸浸”时通入SO2,故浸取液中不含有Fe3+,“高压加热”时,Fe2+在酸性条件下被氧化为Fe2O3,离子方程式为4Fe2++O2+4H2O2Fe2O3↓+8H+。(3)“沉铝”时,保证Cu2+和Ni2+不沉淀,Cu(OH)2的溶度积更小,c(Cu2+)=0.022 mol·L-1,根据Ksp=c(Cu2+)×c2(OH-)=0.022×c2(OH-)=2.2×10-20,得出c(OH-)=10-9 mol·L-1,pH=5。
2.(1)增大矿石的接触面积,提高反应速率
(2)(NH4)2SO42NH3↑+SO3↑+H2O↑
(3)①随焙烧温度升高,生成CuSO4的速率加快
②CuSO4发生分解生成难溶于水的CuO
(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+
(5)若粗铜未经酸浸,会残留较多Fe,在电解时,阳极会发生反应Fe-2e-Fe2+,溶液中的Fe2+易被空气中O2氧化为Fe3+,Fe3+在阴极发生反应Fe3++e-Fe2+
[解析] 黄铜矿经粉碎、加(NH4)2SO4并通空气焙烧,利用(NH4)2SO4分解产生的SO3使矿石中的铜元素转化为CuSO4,铁元素得到含铁化合物,SiO2不反应,主要含NH3的高温混合气利用H2SO4吸收,得到的溶液A为(NH4)2SO4溶液,可循环利用;固体B经水浸后,得到CuSO4溶液,滤渣D中为含铁化合物和SiO2,滤液C中加过量Fe置换出Cu,滤液E为FeSO4溶液,电解粗铜得纯铜。(2)由题意可知(NH4)2SO4的分解反应为非氧化还原反应,化学方程式为(NH4)2SO42NH3↑+SO3↑+H2O↑。(3)①由图可知,温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,氨吸收率增大,说明(NH4)2SO4分解产生SO3的速率加快,则更有利于CuFeS2与SO3作用产生CuSO4,即生成CuSO4的速率加快,CuSO4易溶于水,则铜浸出率显著增大。②由图和表格信息可知,温度高于425 ℃,CuFeS2可能与O2转化为CuO、CuSO4和Fe2(SO4)3,CuSO4也可能分解生成CuO,可能发生反应:4CuFeS2+17O22CuO+2CuSO4+2Fe2(SO4)3,CuSO4CuO+SO3,CuO难溶于水,则铜浸出率随焙烧温度升高而降低。(4)加入Fe置换铜,反应的离子方程式为Fe+Cu2+Cu+Fe2+。(5)粗铜中含有Fe杂质,加酸可以除去Fe,但粗铜若未经酸浸处理,其中杂质Fe会在阳极放电生成Fe2+,Fe2+易被空气中O2氧化为Fe3+,Fe3+会在阴极放电生成Fe2+,则消耗相同电量时,会降低得到纯铜的量。
难点3　工艺流程中产品的分离提纯和检验
【真题示例】
例1　(1)1.6×10-4　不能
(2)Fe(OH)3
(3)用NaOH调溶液的pH为8.2到12.0之间,使锌沉淀完全并过滤
[解析] (1)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 0.10 mol·L-1,说明大部分Co2+也转化为硫化物沉淀,据此判断不能实现Zn2+和Co2+的完全分离。
(2)“沉锰”步骤中,S2同时将Fe2+氧化为Fe3+,“沉淀”步骤中用NaOH调pH=4,Fe3+可以完全沉淀为Fe(OH)3,因此,分离出的滤渣是Fe(OH)3。
(3)根据题中给出的信息,“沉钴”后的滤液的pH=5.0~5.5,溶液中的Zn元素以Zn2+形式存在,由图可知,当pH≥8.2时,c(Zn2+)≤10-5 mol·L-1,完全沉淀;当pH≥12时氢氧化锌会溶解转化为Zn(OH,因此,从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是向滤液中滴加NaOH溶液,控制溶液的pH为8.2到12.0之间,使锌沉淀完全并过滤。
例2　(1)铁或Fe　[FeCl4]-
(2)高　NaCl
(3)3.2　4.0×10-7
[解析] (1)由已知,浸取液中,Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m-3)-(m=0~4)微粒形式存在,Fe2+与Cl-不会形成带负电荷的配离子,其他离子与Cl-的配位可忽略,为了避免铁元素以[FeCl4]-的微粒形式通过LAEM,故要加入铝片还原[FeCl4]-,从而有利于Ga的分离。
(2)“LAEM提取”中,原料液的Cl-浓度越高,更有利于生成[GaCl4]-反应的平衡正向移动,更有利于Ga的提取。在不提高原料液酸度的前提下,同时不引入新杂质,可向Ⅰ室中加入NaCl,提高Cl-浓度,进一步提高Ga的提取率。
(3)由pKa(HF)=3.2可得Ka(HF)==10-3.2,为了使溶液中c(F-)>c(HF),则c(H+)=×10-3.2 mol·L-1<10-3.2 mol·L-1,故pH至少应大于3.2,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,根据Na3[AlF6](冰晶石)的Ksp为4.0×10-10,[AlF6]3-浓度为=
mol·L-1=4.0×10-7 mol·L-1。
【对点演练】
1.(1)快速冷却
(2)先出现白色沉淀,后沉淀消失
(3)BeA2(HA)2+6NaOHNa2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O　反萃取分液
(4)Be4O(CH3COO)6
[解析] 本题是化工流程的综合考查,首先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+,有机相中含BeA2(HA)2,向有机相中加入过量氢氧化钠,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,最后将水相2加热,过滤分离出Be(OH)2,通过系列操作得到金属铍。
(1)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,其冷却过程的特点为快速冷却。
(2)“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+,向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液,先发生反应3OH-+Al3+Al(OH)3↓,再发生反应OH-+Al(OH)3[Al(OH)4]-,现象为先出现白色沉淀,后沉淀消失。
(3)反萃取时过量NaOH与有机相中的BeA2(HA)2反应生成Na2[Be(OH)4],化学方程式为BeA2(HA)2+6NaOHNa2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O;水相2中含Na2[Be(OH)4]和NaOH,加热过滤出Be(OH)2,滤液2的主要成分为NaOH,可进入反萃取分液步骤再利用。
(4)由题意可知,该配合物中有4个Be位于四面体的4个顶点上,四面体中心只有1个O,由四面体结构可知,Be与Be之间总共有6个CH3COO-,则其化学式为Be4O(CH3COO)6。
2.(1)Mn2O3+6HCl(浓)2MnCl2+Cl2↑+3H2O
(2)Al(OH)3和Fe(OH)3
(3)pH太小,NaF与H+反应,Ca2+、Mg2+沉淀率降低;pH过高,Mn2+会沉淀
(4)Mn2++2HCMnCO3↓+CO2↑+H2O　温度低于30 ℃,反应较慢,温度高于35 ℃,碳酸氢铵易分解,降低原料利用率
(5)7.5%　过滤、洗涤和干燥
[解析] 由题给流程可知,向锰尘中加入浓盐酸共热酸浸,Mn2O3与浓盐酸共热反应生成MnCl2、氯气和水,铝、镁、钙、铁的氧化物与浓盐酸反应转化为可溶的金属氯化物,反应生成的氯气用NaOH溶液进行吸收,防止污染环境;向酸浸得到的溶液中加入氨水调节溶液pH在5~6的范围内,由表中数据知,可将溶液中的Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,过滤得到含有Fe(OH)3、Al(OH)3的滤渣和滤液;向滤液中加入NaF溶液,将溶液中的Mg2+和Ca2+转化为氟化钙和氟化镁沉淀,过滤得到含有氟化钙、氟化镁的滤渣和滤液;向滤液中加入碳酸氢铵溶液,溶液中锰离子与碳酸氢根离子反应生成碳酸锰沉淀、二氧化碳和水,过滤、洗涤、干燥得到高纯碳酸锰。
(1)由分析可知,酸浸工序中产生氯气的反应为Mn2O3与浓盐酸共热反应生成MnCl2、氯气和水,反应的化学方程式为Mn2O3+6HCl(浓)2MnCl2+Cl2↑+3H2O。(2)由分析可知,滤渣①主要成分为Fe(OH)3、Al(OH)3。(3)除杂②工序中加入NaF溶液前,要重新调节溶液pH是因为若溶液pH太小,NaF会与H+反应生成弱酸HF,会使溶液中钙离子、镁离子沉淀率降低;若溶液中pH过高,锰离子会与氢氧根离子反应生成氢氧化锰沉淀,会使碳酸锰的产率降低。(4)由分析可知,生成碳酸锰的反应为溶液中锰离子与碳酸氢根离子反应生成碳酸锰沉淀、二氧化碳和水,反应的离子方程式为Mn2++2HCMnCO3↓+CO2↑+H2O;反应时若温度低于30 ℃,反应较慢,若温度高于35 ℃,碳酸氢铵受热易分解,降低原料利用率,所以需要将温度控制在30~35 ℃。(5)由图可知,碳酸氢铵溶液的浓度为7.5%时,碳酸锰的产率最大,纯度较高,所以实验时碳酸氢铵溶液应选择的浓度为7.5%;由分析可知,得到纯净碳酸锰的操作为过滤、洗涤、干燥。
难点4　工艺流程中的计算
【真题示例】
例1　(1)H2O+Mn2++HSMnO2↓+S+3H+
Fe(OH)3
(2)9.0%　SO2有还原性,过多时将会降低H2SO5的浓度,降低Mn(Ⅱ)氧化速率
(3)4Co(OH)2+O24CoO(OH)+2H2O
(4)11.1
[解析] 在“氧化”中,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),用石灰乳调节pH=4,Mn2+被H2SO5氧化为MnO2,发生反应H2O+Mn2++HSMnO2↓+S+3H+,Fe2+被氧化为Fe3+,Fe3+水解同时生成氢氧化铁,“沉钴镍”过程中,Co2+变为Co(OH)2,在空气中可被氧化成CoO(OH),“沉镁”过程加入NaOH得到含Mg(OH)2的沉渣。
(1)H2SO5的电离第一步完全,第二步微弱,则在离子方程式中以HS表示,用石灰乳调节pH=4,Mn2+被H2SO5氧化为MnO2,该反应的离子方程式为H2O+Mn2++HSMnO2↓+S+3H+;pH=4,c(H+)=10-4 mol·L-1,则c(OH-)=10-10 mol·L-1,由Ksp数值可知,开始沉淀时c(Fe3+)=10-7.4 mol·L-1<10-5 mol·L-1,c(Co2+)=105.3 mol·L-1,c(Ni2+)=105.3 mol·L-1,c(Mg2+)=109.2 mol·L-1,可推断只生成氢氧化铁沉淀,故滤渣还有氢氧化铁。
(2)根据图示可知SO2体积分数为9.0%时,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;由于SO2有还原性,继续增大SO2体积分数时,过多SO2将会降低H2SO5的浓度,从而降低Mn(Ⅱ)氧化速率。
(3)“沉钴镍”中得到的Co(OH)2在空气中可被氧化成CoO(OH),该反应的化学方程式为4Co(OH)2+O24CoO(OH)+2H2O。
(4)Ksp[Mg(OH)2]=10-10.8, 当镁离子完全沉淀时,c(Mg2+)=10-5 mol·L-1,c(OH-)=10-2.9 mol·L-1,根据KW=10-14,c(H+)=10-11.1 mol·L-1,所以溶液的pH=11.1。
例2　(1)Zn　(2)氨水
(3)3Mn2+(aq)+2Mn(aq)+(5n+2)H2O5MnO2·nH2O(s)+4H+(aq)(或不含结晶水形式)　0.75
(4)K2SO4　钾肥(或其他合理用途)
(5)3.1×104
[解析] 锰锌铁氧体经过氨浸后,分离得到的溶液B经煮沸得到氢氧化锌,则氨浸的作用是将锌元素转移到溶液B中,将分离得到的固体A溶于硫酸,得到含锰、铁元素的溶液;沉锰过程中,KMnO4与Mn2+发生归中反应生成MnO2·nH2O;由于加入铁粉还原,则溶液C主要含Fe3+,铁粉将Fe3+还原为Fe2+,加入K2C2O4沉铁,将Fe2+转化为FeC2O4·2H2O。
(1)由分析可知,氨浸的作用是将Zn元素有效转移到水溶液中。(2)溶液B含有配合物,煮沸溶液B后生成氢氧化锌沉淀,产生混合气体,经冷凝后的溶液可循环用于氨浸,则生成的混合气体中含有氨气和水蒸气,冷凝后的溶液为氨水。
(3)根据沉锰前后物质可知,沉锰反应的离子方程式为3Mn2+(aq)+2Mn(aq)+(5n+2)H2O5MnO2·nH2O(s)+4H+(aq);由离子方程式可知,消耗了2.0 mol KMnO4,则锰锌铁氧体中n(Mn2+)=3.0 mol,由产出81 g ZnO(纯度为99.9%)可知,n(Zn2+)=n(ZnO)=≈1.0 mol,由锰锌铁氧体化学式可知,n(Mn)∶n(Zn)=x∶(1-x)=3∶1,解得x=0.75。(4)由分析可知,用硫酸溶解固体A后,溶液中存在大量硫酸根离子,选择K2C2O4可以从滤液中回收有价值的硫酸钾,该钾盐在种植业中可用作钾肥。(5)平衡常数K===≈3.1×104。
【对点演练】
1.(1)
(2)2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2
[解析] 磷精矿加入硝酸酸浸,二氧化硅不反应,过滤得到滤渣1,稀土元素、铁、钙元素进入滤液,加入萃取剂萃取出稀土元素,然后加入试剂X并通入氨气,调节pH分离出含有稀土的固相,再加入硝酸溶解,加入硫酸除去钙元素,得到的滤渣2为硫酸钙,滤液加入草酸沉淀分离出草酸钪晶体,据此回答。
(1)2Sc3++3H2C2O4Sc2(C2O4)3↓+6H+反应的平衡常数为K====。(2)1 mol草酸钪晶体Sc2(C2O4)3·6H2O的质量为462 g,550 ℃时,质量减少462 g×(19.5%+3.9%)≈108 g,根据质量守恒,1 mol草酸钪晶体Sc2(C2O4)3·6H2O含6 mol H2O,6 mol H2O的质量为108 g,可知550 ℃时剩余固体为Sc2(C2O4)3,850 ℃时固体质量剩余462 g×(1-19.5%-3.9%-46.8%)≈138 g,Sc2O3的摩尔质量为138 g·mol-1,根据钪原子守恒,可知850 ℃时剩余固体为Sc2O3,550~850 ℃反应的化学方程式为+3O22Sc2O3+12CO2。
2.(1)2MoS2+6Na2CO3+9O22Na2MoO4+4Na2SO4+6CO2
(2)Fe2O3、NiO
(3)1.2　当Na2CO3用量比从1.0增加到1.2时,Mo的浸出率明显增加,当Na2CO3用量比从1.2增加到1.3时,Mo的浸出率增加不大,但C的残留浓度显著增大
(4)0.70　不存在
[解析] 镍钼矿(主要成分是MoS2、NiS、FeS2)通入空气、加入碳酸钠焙烧产生CO2,MoS2转化为Na2MoO4,NiS转化为NiO,FeS2转化为Fe2O3,S元素以硫酸盐形式存在,水浸后除去的滤渣1的主要成分为Fe2O3、NiO,加入硫酸镁净化,冷却结晶分离出硫酸钠,加入D318-Ⅲ树脂进行离子交换,再加入氨水解析得到解析液,解析液经处理后得到钼酸铵。
(1)“焙烧”后钼元素以Na2MoO4的形式存在,即MoS2在高温下与Na2CO3、空气作用生成Na2MoO4,且该过程有CO2生成,根据元素守恒和得失电子守恒可知,反应的化学方程式为2MoS2+6Na2CO3+9O22Na2MoO4+4Na2SO4+6CO2。
(2)由分析可知,“焙烧”后FeS2被氧化为Fe2O3,Ni以+2价氧化物NiO的形式存在,二者均不溶于碱性碳酸钠溶液,成为滤渣1。
(3)由图可知,当Na2CO3实验用量与理论用量的比值从1.0增加到1.2时,Mo的浸出率明显增加,当Na2CO3实验用量与理论用量的比值从1.2增加到1.3时,Mo的浸出率增加不大,但C的残留浓度显著增大,故最佳用量比选择1.2。
(4)c(C)=3.00 g·L-1,转换单位为c(C)==0.05 mol·L-1,完全沉淀此部分C需要c(Mg2+)=0.05 mol·L-1,当C沉淀完全后溶液中c(Mg2+)==mol·L-1=0.65 mol·L-1,c总(Mg2+)=(0.05+0.65) mol·L-1=0.70 mol·L-1,故每升溶液中需加入0.70 mol MgSO4;若“净化”完成后溶液的pH=8,则此时溶液中c(H+)=10-8 mol·L-1,c(OH-)= mol·L-1=10-6 mol·L-1,此时c(Mg2+)·c2(OH-)=0.65×(10-6)2=6.5×10-13思维模型构建——无机工艺流程
【思维模型构建】
(1)3d84s2
(2)SiO2　SO2+Co2O3+H2SO42CoSO4+H2O
(3)4Fe2++O2+4H2O2Fe2O3+8H+　防止形成Fe(OH)3胶体吸附其他金属阳离子,造成产率下降
(4)0.01或1×10-2
(5)Co2+　Ni2+　sp2
[解析] 深海多金属结核[主要含MnO2、FeO(OH)、SiO2,有少量的Co2O3、Al2O3、NiO、CuO]中加入SO2、H2SO4进行酸浸还原,得到的滤渣含有SiO2,滤液中含有Mn2+、Fe2+、Co2+、Al3+、Ni2+、Cu2+,通入空气,调节pH=3.2,200 ℃、高压下沉铁得到Fe2O3,向滤液中继续加入NaOH调节pH=5.2,沉铝主要得到Al(OH)3,滤液中加入萃取剂第一次萃取Cu2+,分液得到含Cu2+的萃取液1,进而得到CuSO4溶液,萃余液1中加入混合萃取剂进行第二次萃取,从萃取液2中得到电池级镍钴锰混合溶液,电解萃余液2得到金属锰,据此解答。
(1)Ni是28号元素,位于第四周期第Ⅷ族,基态Ni原子的价电子是指3d和4s轨道上的电子,所以基态Ni原子的价层电子排布式为3d84s2。
(2)由分析可知,“酸浸还原”时,“滤渣”的主要成分是SiO2;SO2将Co2O3中的Co由+3价还原为+2价,同时在硫酸的作用下得到CoSO4,化学方程式为SO2+Co2O3+H2SO42CoSO4+H2O。
(3)“沉铁”时,Fe2+转化为Fe2O3,铁元素化合价上升,则O2作氧化剂,离子反应为4Fe2++O2+4H2O2Fe2O3+8H+;已知金属氢氧化物胶体具有吸附性,可吸附金属阳离子,则加热至200 ℃的主要原因是防止形成Fe(OH)3胶体吸附其他金属阳离子,造成产率下降。
(4)由表可知,Ksp[Cu(OH)2]=1.0×10-5×()2=10-19.6,“沉铝”时,pH=5.2,c(OH-)=10-8.8 mol·L-1,未产生Cu(OH)2沉淀,则c(Cu2+)<= mol·L-1=1×10-2 mol·L-1。
(5)由流程可知,第二次萃取时,主要萃取Co2+、Ni2+,因此Co2+、Ni2+与混合萃取剂形成的配合物更稳定;这些配合物中六元杂环是平面结构,N原子提供单电子用于环内形成大π键,剩余1个孤电子对与M2+形成配位键,N的价层电子对数为3,是sp2杂化。
【核心素养提升】
1.(1)9MnO2+2FeS+20H+2S+2Fe3+ +9Mn2++10H2O
(2)10-8.6
(3)<
(4)水分大量蒸发,溶剂减少后使杂质结晶的析出量增加
(5)阴极发生反应:SeO2+4H++4e-Se+2H2O,生成的Se能吸附Mn2+,有利于Mn2+在阴极发生还原并沉积
(6)正四面体　12
[解析] 向电解锰渣中加入MnO2和稀硫酸,由于MnO2具有氧化性,MnS和FeS中的S元素被氧化为硫酸根离子,CaO与稀硫酸反应生成微溶物CaSO4,Fe2O3、MgO生成可溶于水的硫酸盐,调节pH沉淀铁,滤液通过萃取和反萃取实现Ca2+、Mn2+的分离,结晶除去杂质并得到MnSO4晶体,电解酸性MnSO4溶液制备Mn。
(1)氧化酸浸时,FeS转化为Fe2(SO4)3,发生反应的离子方程式为20H++9MnO2+2FeS9Mn2++2Fe3++10H2O+2S。
(2)当金属离子浓度低于10-5 mol·L-1时,该离子沉淀完全,据此可以求出氢氧化铁的溶度积常数:Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=c(Fe3+)·[]3=10-5×()3=10-38.6,溶液调节pH=4时,c(Fe3+)== mol·L-1=10-8.6 mol·L-1。
(3)根据萃取原理:M2++2HAMA2+2H+,可知平衡常数:K(CaA2)=>K(MnA2)=,根据二者平衡常数大小,K值越大,越有利于反应进行,若金属离子浓度相同,钙离子在较低pH下即可形成MA2,而锰离子需较高pH才能达到类似程度,应先萃取Ca2+,所以上述过程中前后调节pH大小为a(4)通过浓缩溶液(蒸发结晶等操作)使目标溶质达到过饱和而析出晶体,由于溶液中的水分逐渐减少,溶剂减少,杂质也会析出晶体。
(5)电解酸性MnSO4溶液制备Mn时在阴极加入适量的SeO2,阳极的电极反应为Mn2+-2e-+2H2OMnO2↓+4H+,阴极的电极反应为Mn2++2e-Mn、SeO2+4H++4e-Se+2H2O,生成的单质Se能吸附Mn2+,有利于Mn2+在阴极发生还原并沉积。
(6)晶胞中1号、2号、3号、4号Mn原子的位置类似于甲烷中氢原子位置,所以构成一个正四面体空隙;该晶胞中,以3号锰原子为中心原子进行参考,同层、上层、下层各有4个锰原子距离其最近,一个Mn原子周围距离其最近且相等的Mn原子总数为12。
2.(1)粉碎、搅拌、适当升高温度、适当增加氢氧化钠的浓度、延长碱浸的时间等(或其他合理答案,任写2点即可)
(2)GaAs+4OH-+4H2O2[Ga(OH)4]-+As+4H2O
(3)温度低于70 ℃,反应速率较慢,温度高于70 ℃,H2O2分解
(4)H2SiO3
(5)95.0
(6)(,,)　
[解析] 砷化镓废料在NaOH和H2O2的混合溶液中碱浸,GaAs转化为Na[Ga(OH)4]、Na3AsO4,SiO2转化为Na2SiO3,ZnO、Fe2O3不反应形成滤渣1,滤液中加入硫酸,硅酸钠转化为硅酸沉淀进入滤渣2,Na[Ga(OH)4]转化为Ga3+过入滤液1,滤液1加NaOH溶液调pH=3.7,得到Ga(OH)3沉淀,再加入NaOH得到Na[Ga(OH)4]溶液,电解得到单质Ga,滤液2蒸发浓缩、降温结晶得到Na3AsO4·12H2O,据此作答。
(1)碱浸操作中加快反应速率、提高浸取率可采取的措施有粉碎、搅拌、适当升高温度、适当增加氢氧化钠的浓度、延长碱浸的时间等。
(2)“碱浸”时,GaAs中Ga以Na[Ga(OH)4]的形式进入溶液中,根据得失电子守恒、元素守恒、电荷守恒,该反应的离子方程式为GaAs+4OH-+4H2O2[Ga(OH)4]-+As+4H2O。
(3)因为温度低于70 ℃,反应速率较慢,温度高于70 ℃,H2O2分解,所以“碱浸”温度控制在70 ℃左右,温度不能过高或过低。
(4)根据分析可知,“滤渣2”的成分为H2SiO3。
(5)砷化镓的质量为100 kg×14.5%=14.5 kg,理论上得到镓的质量为14.5 kg×=7 kg,实际上得到镓的质量为7.0 kg×95%=6.65 kg,则镓的回收率为×100%=95.0%。
(6)如果把一个晶胞平均分为8个小立方体,则b原子位于右下方后面小立方体的体心,则b原子的分数坐标为(,,);由图可知,晶胞中含8×+6×=4个白球、4个黑球,则晶胞质量为 g,晶胞体积为(a×10-10)3 cm3,则晶体密度为 g·cm-3。
3.(1)5d56s2
(2)增大接触面积,提高反应速率,使焙烧充分,提高原料的利用率
(3)SiO2
(4)①料液和D296体积比为12∶1,混合溶液的pH为1.5　②pH>1.5,Fe3+水解(或与OH-反应)生成Fe(OH)3胶体吸附Re并聚沉
(5)加盐酸,可增大溶液中的c(Cl- ),使QCl(有机相)+Re(aq)QReO4(有机相)+Cl-(aq)平衡逆向移动,有利于反萃取,且盐酸易挥发,易除去
(6)>
(7)4NH4 ReO4+3O22N2+8H2O+2Re2O7
[解析] 含铼废料主要含Re、ReS2、Fe、Ni和SiO2,含铼废料在富氧空气中焙烧,硫化物生成二氧化硫,铼被氧化为Re2O7,铁生成氧化物,往烧渣中加入稀硫酸进行酸浸,浸渣是SiO2,浸液含强酸HReO4,调节pH,再加入D296进行离子交换,分液出水相;往有机相中加入试剂X进行反萃取,分液出有机相;将水相中的溶质进行结晶,分离出晶体进行煅烧,得到Re2O7,通入H2进行热还原,得到Re,据此分析。
(1)铼是第六周期元素,与锰元素(3d54s2)族序数相同,则基态Re原子的价层电子排布为5d56s2。(2)“焙烧”常采用高压、通空气逆流操作(空气从焙烧炉下部通入,铼废渣粉末从中上部加入),其目的是增大废料与空气的接触面积,提高反应速率,使焙烧充分,提高原料的利用率。(3)SiO2难溶于水,“浸渣”的主要成分为SiO2。(4)①由图甲和图乙可知,料液和D296体积比为12∶1、混合液pH为1.5时铼交换率和Re提取率最大,Re交换量较高,所以“离子交换”选择的适宜条件为料液和D296体积比为12∶1,混合液pH为1.5;②由图乙知,其他条件相同,混合液的pH>1.5时,Re的提取率降低的主要原因是pH>1.5,Fe3+水解(或与OH-反应)生成Fe(OH)3胶体吸附Re并聚沉。(5)“反萃取”时,选用的试剂X为盐酸,增大溶液中的c(Cl-),使QCl(有机相)+Re(aq)QReO4(有机相)+Cl-(aq)平衡逆向移动,有利于反萃取,且盐酸易挥发,易除去。(6)Kb(NH3·H2O)===10-4.7,==100.3>1,故c(N)>c(NH3·H2O)。(7)“热解”步骤NH4ReO4和氧气反应生成氮气和Re2O7,化学方程式为4NH4 ReO4+3O22N2+8H2O+2Re2O7。思维进阶突破(一)　无机工艺流程
难点1　基于流程分析的物质确定与转化原理
例1　[2025·河北卷节选] 铬盐产品广泛应用于化工、医药、印染等领域。通过闭环生产工艺将铬铁矿转化为重铬酸钾同时回收利用钾资源,可实现绿色化学的目标。过程如下:
已知:铬铁矿主要成分是Fe(CrO2)2、Mg(CrO2)2、Al2O3、SiO2。
回答下列问题:
(1)基态铬原子的价层电子排布式:　　　　。
(2)煅烧工序中Fe(CrO2)2反应生成K2CrO4的化学方程式:　　　　　　　　。
(3)浸取工序中滤渣Ⅰ的主要成分:Fe2O3、H2SiO3、　　　、　　　(填化学式)。
(4)酸化工序中需加压的原因: 　。
(5)滤液 Ⅱ 的主要成分:　　　　(填化学式)。
【思维过程】
　　　　　 　　　　　 　　　　　
例2　[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-1 BaCl2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
【思维过程】
1.基于流程分析的物质确定
流程中相关物质的确定 可参考思考的角度
滤渣、滤液的成分 样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂的反应情况: ①反应过程中哪些物质(离子)消失了 ②所加试剂是否过量或离子间发生化学反应又产生了哪些新离子 要考虑这些离子间是否会发生反应
副产品 ①根据制备目的分析,不是主产品 ②从流程图上看,是支线产品,对生产、生活有用,无毒无害,不污染环境等
循环物质 ①从流程图上看,一般箭头回头对应的物质 ②前面工序反应中的反应物,后面工序反应中的生成物
2.化工流程转化中方程式的书写
(1)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,书写时可关注流程中箭头的指向:
箭头指入——反应物;
箭头指出——生成物;
箭头回指——循环物。
(2)确定反应类型
根据反应前后元素化合价有无变化判断反应类型:
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。
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。
(3)书写步骤——陌生的氧化还原反应
1.[2025·黑吉辽内蒙古卷节选] 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)“除铜”步骤中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　。
(3)滤渣2中的金属元素为　　(填元素符号)。
(4)“浸铅”步骤,PbSO4和Na2A反应生成PbA。PbA产率随体系pH升高先增大的原因为 　, pH过高可能生成　　　　(填化学式)。
(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 　　　　　　　　　　　。
2.[2025·陕晋青宁卷节选] 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[Mg(OH)2]=10-11.25,Ksp[Mn(OH)2]=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)
(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)。
(4)“沉镁Ⅰ”中,当pH为8.0~10.2时,生成碱式碳酸镁[xMgCO3·Mg(OH)2·H2O],煅烧得到疏松的轻质MgO。pH过大时,不能得到轻质MgO的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)“沉镁Ⅱ”中,加H3PO4至pH=8.0时,Mg2+沉淀完全;若加至pH=4.0时沉淀完全溶解,据图分析,写出沉淀溶解的离子方程式:　　　　　　　　　　。
(6)“结晶”中,产物X的化学式为　 。
难点2　工艺流程中的条件控制及原因分析
例1　[2024·黑吉辽卷节选] 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)“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　　　(填标号)。
A.无需控温 B.可减少有害气体产生
C.设备无需耐高温 D.不产生废液废渣
(2)“真金不怕火炼”表明Au难被O2氧化,“浸金”中NaCN的作用为
　　　　　　　　　　。
(3)“沉金”中Zn的作用为　　　　　　　　。
例2　[2024·湖南卷节选] 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1.0×10-5 mol·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)“滤液1”中含有Cu2+和H2SeO3,“氧化酸浸”时Cu2Se反应的离子方程式为 　。
(2)“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。
(3)在“银转化”体系中,Ag元素以[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-形式存在。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　 　。
反应条件的控制
条件控制 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的氧气反应;④除去热稳定性差的杂质等
酸浸 ①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,除去热稳定性差的杂质,如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl等物质;④使沸点相对较低的原料汽化或易升华的原料升华;⑤煮沸时促进溶液中的气体(如氧气)挥发逸出等
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,但要适当;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
控温(常用 水浴、冰浴 或油浴) ①控制反应速率(升温加快反应速率)、适宜的温度使催化剂的活性最大,防止副反应的发生;②控制化学反应进行的方向,使化学平衡移动;③升温:使溶液中的气体逸出,使易挥发物质挥发,使易分解的物质分解;煮沸:使气体逸出;促进水解,聚沉后利于过滤分离;④控制固体的溶解与结晶
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]
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使某种或几种金属离子转化为氢氧化物沉淀,而目标离子不生成沉淀,以达到分离的目的(常利用题给金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH信息,选择pH范围,使杂质离子以氢氧化物形式沉淀出来);②“酸作用”还可以除去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解等;③“碱作用”还可以除去油污、除去铝片表面的氧化铝、溶解铝等;④金属离子的萃取率与溶液的pH密切相关;⑤调节溶液pH常用试剂:a.调节溶液呈酸性可用稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、酸性气体(二氧化硫)等;b.调节溶液呈碱性可用氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸氢铵等
1.[2025·广东卷节选] 我国是金属材料生产大国,绿色生产是必由之路。一种从多金属精矿中提取Fe、Cu、Ni等并探究新型绿色冶铁方法的工艺如下。
已知:多金属精矿中主要含有Fe、Al、Cu、Ni、O等元素。
氢氧化物 Fe(OH)3 Al(OH)3 Cu(OH)2 Ni(OH)2
Ksp(298K) 2.8× 10-39 1.3× 10-33 2.2× 10-20 5.5× 10-16
(1)“酸浸”中,提高浸取速率的措施有　　　　　　　　　　　　(写一条)。
(2)“高压加热”时,生成Fe2O3的离子方程式为　　　　+O2+　　　　H2O 　　　　Fe2O3↓+　　　　H+
(3)“沉铝”时,pH最高可调至　　　　(溶液体积变化可忽略)。已知:“滤液1”中c(Cu2+)=0.022 mol·L-1,c(Ni2+)=0.042 mol·L-1。
2.[2024·北京卷] 利用黄铜矿(主要成分为CuFeS2,含有SiO2等杂质)生产纯铜,流程示意图如下。
(1)矿石在焙烧前需粉碎,其作用是 　。
(2)(NH4)2SO4的作用是利用其分解产生的SO3使矿石中的铜元素转化为CuSO4。(NH4)2SO4发生热分解的化学方程式是 　。
(3)矿石和过量(NH4)2SO4按一定比例混合,取相同质量,在不同温度下焙烧相同时间,测得:ⅰ.“吸收”过程氨吸收率和“浸铜”过程铜浸出率变化如图;ⅱ.400 ℃和500 ℃时,固体B中所含铜、铁的主要物质如表。
温度/℃ B中所含铜、铁的主要物质
400 Fe2O3、CuSO4、CuFeS2
500 Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO
①温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,铜浸出率显著增大的原因是 　。
②温度高于425 ℃,根据焙烧时可能发生的反应,解释铜浸出率随焙烧温度升高而降低的原因是　 。
(4)用离子方程式表示置换过程中加入Fe的目的:　 。
(5)粗铜经酸浸处理,再进行电解精炼;电解时用酸化的CuSO4溶液作电解液,并维持一定的c(H+)和c(Cu2+)。粗铜若未经酸浸处理,消耗相同电量时,会降低得到纯铜的量,原因是 　。
难点3　工艺流程中产品的分离提纯和检验
例1　[2024·全国甲卷节选] 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)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”)。
(2)“沉淀”步骤中,用NaOH调pH=4,分离出的滤渣是　　　　　　。
(3)“沉钴”步骤中,控制溶液pH=5.0~5.5,加入适量的NaClO氧化Co2+,从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是 　。
例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。
工艺中,LAEM是一种新型阴离子交换膜,允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用LAEM提取金属离子Mn+的原理如图。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)微粒形式存在,Fe2+最多可与2个Cl-配位,其他金属离子与Cl-的配位可忽略。
(1)“还原”的目的:避免　　　　元素以　　　(填化学式)微粒的形式通过LAEM,从而有利于Ga的分离。
(2)“LAEM提取”中,原料液的Cl-浓度越　 , 越有利于Ga的提取;研究表明,原料液酸度过高,会降低Ga的提取率。因此,在不提高原料液酸度的前提下,可向Ⅰ室中加入　　　　(填化学式),以进一步提高Ga的提取率。
(3)“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。
1.常考分离、提纯的操作
(1)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法: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)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或溶解度随温度升高而减小的晶体的方法: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。
(3)减压蒸发的原因:减压蒸发降低了蒸发温度,可以防止某些物质分解(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)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溶解而造成的损失
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,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:向过滤器中加入洗涤试剂至浸没沉淀,待洗涤试剂自然流下后,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,向其中滴入某试剂,若未出现特征反应现象,则沉淀洗涤干净
(5)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。
(6)其他
①蒸发时的气体氛围抑制水解:如从溶液中析出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。
2.根据溶解度曲线判断结晶的方法
(1)溶解度受温度影响较小的(如NaCl)采取蒸发结晶的方法。
(2)溶解度受温度影响较大的采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
(3)带有结晶水的盐,一般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
1.[2024·湖北卷节选] 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++4HABeA2(HA)2+2H+
回答下列问题:
(1)为了从“热熔、冷却”步骤得到玻璃态,冷却过程的特点是　 。
(2)“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　 。
(3)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。
(4)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　　　　。
2.[2025·辽宁沈阳模拟] 高纯MnCO3在半导体和电池制造等方面都有广泛的用途。一种以锰尘(主要成分为Mn2O3,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯MnCO3的清洁生产新工艺流程如图所示:
已知:室温下相关物质的Ksp、Ka如表所示。
Al(OH)3 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3
10-32.9 10-11.3 10-5.3 10-16.3 10-38.6
Mn(OH)2 MgF2 CaF2 HF
10-12.7 10-10.3 2.25×10-11 3×10-4
请回答下列问题:
(1)写出酸浸工序中产生气体①的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　。
(2)滤渣①主要成分为　 。
(3)除杂②工序中加入NaF溶液前,要重新调节溶液pH,既不能过大,也不能过小的原因是 　。
(4)沉淀工序中,在30~35 ℃下,将碳酸氢铵溶液滴加到净化液中,控制反应液的最终pH在6.5~7.0,得到MnCO3沉淀。发生反应的离子方程式为　　　　　　,将温度控制在30~35 ℃的原因为　 　。
(5)“沉锰”中NH4HCO3溶液浓度对纯度、产率的影响如图所示,应选择的浓度为　　　　,得到纯净碳酸锰的“系列操作”包括　　　　　　　　　　　。
难点4　工艺流程中的计算
例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。
已知:
物质 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2
Ksp 10-37.4 10-14.7 10-14.7 10-10.8
回答下列问题:
(1)“氧化”中,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),用石灰乳调节pH=4,Mn2+被H2SO5氧化为MnO2,该反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(H2SO5的电离第一步完全,第二步微弱);滤渣的成分为MnO2、　　　　　　(填化学式)。
(2)“氧化”中保持空气通入速率不变,Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为　　时,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;继续增大SO2体积分数时,Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是　 　。
(3)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成CoO(OH),该反应的化学方程式为 　。
(4)“沉镁”中为使Mg2+沉淀完全(25 ℃),需控制pH不低于　　　(精确至0.1)。
例2　[2024·海南卷] 锰锌铁氧体
(MnxZn1-xFe2O4)元件是电子线路中的基础组成部分。某实验室利用废弃电子产品中的锰锌铁氧体制备MnO2、ZnO和FeC2O4·2H2O,可用于电池、催化剂等行业。其工艺流程如下:
回答问题:
(1)氨浸的作用是将　　　　元素(填元素符号)有效转移到水溶液中。
(2)煮沸含有配合物的溶液B,产生混合气体,经冷凝后所得溶液可循环用于氨浸,该溶液是　　　　。
(3)沉锰反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。某次实验时,将原料中的Mn以MnO2·nH2O形式定量沉淀完全,消耗了2.0 mol KMnO4,并产出81 g ZnO(纯度为99.9%),则该原料MnxZn1-xFe2O4化学式中x=　　　　。
(4)沉铁时,选择K2C2O4是为了便于从滤液中回收有价值的钾盐　　　　　(填化学式)。该钾盐在种植业中的一种用途是　　　　　　　　　　　　。
(5)通过加入CaSO4固体,除去滤液中危害环境的C2。已知Ksp(CaSO4)=7.1×10-5,Ksp(CaC2O4)=2.3×10-9。反应CaSO4(s)+C2(aq)CaC2O4(s)+S(aq)的平衡常数为　　　　　。
1.涉及溶度积常数的简单计算
(1)利用溶度积计算溶液中某种离子开始沉淀的浓度。
(2)利用溶度积计算溶液中某种离子沉淀完全时,其他离子的浓度或溶液的pH(当溶液中某种离子浓度小于10-5 mol·L-1时,可以看作沉淀完全)。
2.溶度积常数与平衡常数的关系
建立Ksp与K的关系,一般是在K的表达式的分子、分母中同乘以某个离子的浓度,将分子、分母转化为不同物质的Ksp。如向氯化银中滴加碘化钾溶液后发生反应的方程式及平衡常数与两种沉淀的溶度积的关系:AgCl+I-AgI+Cl-, K=。
3.难溶碱的Ksp与pH之间的关系
M(OH)n(s)Mn+(aq)+nOH-(aq),Ksp=c(Mn+)·cn(OH-),c(OH-)=,进而计算溶液的pH。c(Mn+)=<1.0×1 mol·时,沉淀完全。
1.[2025·黑龙江大庆模拟] 钪(Sc)是一种功能强大但产量稀少的稀土金属,广泛用于尖端科技领域。从某种磷精矿[主要成分为Ca5(PO4)3F,含少量ScPO4 、FeO、Fe2O3、SiO2]分离稀土元素钪(Sc)的工业流程如图所示:
(1)已知Ka1(H2C2O4)=a,Ka2(H2C2O4)=b,Ksp[Sc2(C2O4)3]=c。“沉钪”时,发生反应2Sc3++3H2C2O4Sc2(C2O4)3↓+6H+,此反应的平衡常数K=　　　　。(用含a、b、c的代数式表示)。
(2)草酸钪晶体Sc2(C2O4)3·6H2O(M[Sc2(C2O4)3·6H2O]=462 g·mol-1)在空气中加热,随温度的变化情况如图所示。550~850 ℃反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。
2.[2025·湖南衡阳县一模] 钼具有耐腐耐磨的特性,目前广泛应用于化工、医疗和国防领域。一种使用先进的碱性氧化焙烧法,从镍钼矿(主要成分是MoS2、NiS、FeS2)中回收钼的流程如图所示。
已知:①“焙烧”后钼元素以Na2MoO4的形式存在,Ni的化合价不变且以氧化物的形式存在,“焙烧”过程中未见有含S气态物质的生成。
②Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,Ksp(MgCO3)=6.5×10-6。
③一般离子浓度小于10-5 mol·L-1时视为该离子沉淀完全。
回答下列问题:
(1)写出“焙烧”过程中MoS2发生反应的化学方程式:　　　　　　　　　。
(2)“滤渣1”的主要成分为　　　(填化学式)。
(3)Na2CO3实验用量与理论用量的比值为1.0、1.1、1.2、1.3时,Mo的浸出率和C残留浓度的关系如图所示,则Na2CO3的最佳用量比为　　　　,结合图中信息说明理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)常温下,“水浸”过程完成后溶液中c(C)=3.00 g·L-1,试计算“净化”过程中每升溶液中需加入　　　　　(保留两位有效数字)mol MgSO4,若“净化”完成后溶液的pH=8,则此时溶液中　　　　　(填“不存在”或“存在”)Mg(OH)2沉淀。
思维模型构建——无机工艺流程
1.[2025·江苏南京模拟] 电解锰渣(主要成分是MnS,还含有FeS及Fe、Ca、Mg的氧化物等)制取高纯MnSO4并电解制备Mn的流程如下:
(1)氧化酸浸。酸浸后浸出液中主要离子为Mn2+、H+、S、Fe3+、Ca2+、Mg2+。写出FeS酸浸时发生反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　。
(2)沉铁。常温下,Fe3+开始生成氢氧化物沉淀的pH=1.7,完全沉淀时pH=2.8(某离子浓度≤1×10-5 mol·L-1时,认为该离子沉淀完全)。酸浸后的溶液调节pH=4时,溶液中残留的 c(Fe3+)=　　　　 mol·L-1。
(3)萃取与反萃取。向沉铁后的溶液中加入某有机萃取剂HA,在不同pH下进行萃取可以实现Ca2+、Mn2+的分离。萃取原理为M2++2HAMA2+2H+(M2+表示Ca2+或Mn2+),过程如图所示。
已知:某温度下M2++2HAMA2+2H+的平衡常数用K表示,且K(CaA2)>K(MnA2)。上述过程中前后调节pH大小为a　　　　　(填“>”或“<”)b。
(4)结晶:反萃取后的溶液中仍存在Mg2+及少量Ca2+等杂质离子,将该溶液蒸发结晶、趁热过滤可除去部分杂质。杂质去除率随MnSO4结晶率[×100%]的变化如图所示。
分析杂质去除率随MnSO4结晶率的增大反而下降的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)电解:已知Se对Mn2+有特殊的吸附能力。电解酸性MnSO4溶液制备Mn时在阴极加入适量的SeO2有利于Mn在电极上析出,结合方程式说明原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(6)锰和镓形成的金属互化物的立方晶胞如图所示。晶胞中1号、2号、3号、4号Mn原子构成一个　　　　　空隙;一个Mn原子周围距离其最近且相等的Mn原子数为　　　个。
2.[2025·安徽池州一模] 镓作为一种战略金属,广泛应用于现代军事、无线通信、生物、太阳能电池、半导体等诸多新兴领域,在航空航天中也具有重要地位。一种由砷化镓废料(主要含GaAs、ZnO、Fe2O3、SiO2等难溶物)制备镓的工艺流程如图所示。
已知:①Ga在周期表中位于Al的正下方,性质与Al相似;
②常温下,相关元素可溶性组分物质的量浓度与pH的关系如图所示。
回答下列问题:
(1)碱浸操作中加快反应速率、提高浸取率可采取的措施有　　　　　　　　(任写2点)。
(2)“碱浸”时,GaAs中Ga以Na[Ga(OH)4]的形式进入溶液中,该反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)“碱浸”温度控制在70 ℃左右,温度不能过高或过低的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)“滤渣2”的成分为　　　　(填化学式)。
(5)若用100 kg含14.5%砷化镓的废料回收镓,得到纯度为95%的镓7.0 kg,则镓的回收率为　　　　%(保留3位有效数字,回收率指实际回收物质的质量与理论回收物质质量之比)。
(6)某种砷化镓晶胞结构如图所示,已知晶胞参数为a pm,设阿伏伽德罗常数的值为NA,a原子的分数坐标为(0,0,0),则b原子的分数坐标为　　　　,晶体密度为
　　　　　　　　g·cm-3(列出计算式即可)。
3.[2025·重庆主城五区模拟] 央视报道《王者归“铼”》:金属铼(Re)熔点高、耐磨、耐腐蚀,可用来制造航空发动机核心部件。以含铼废渣(主要含Re、ReS2、Fe、Ni和SiO2)为原料制备金属铼的工艺流程如图所示。
已知: Ⅰ.本实验条件下,Fe3+开始形成胶体的pH为1.5。
Ⅱ.“酸浸”浸液中含有HReO4、NiSO4、;HReO4属于强酸;离子交换中存在平衡:QCl(有机相)+Re(aq)QReO4(有机相)+Cl-(aq)。
(1)铼是第六周期元素,与锰元素族序数相同,则基态Re原子的价层电子排布为　　　　。
(2)“焙烧”常采用高压、通空气逆流操作(空气从焙烧炉下部通入,铼废渣粉末从中上部加入),其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)“浸渣”的主要成分为　　　　(填化学式)。
(4)其他条件相同时,“离子交换”过程中料液和D296体积比与Re交换率、Re交换量的关系如图甲所示,混合液的pH与Re提取率的关系如图乙所示。
甲
　　　　　　　　　　 乙
①由图甲和图乙推断,“离子交换”选择的适宜条件为　 。
②图乙中,其他条件相同,混合液的pH>1.5时,Re的提取率降低的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)“反萃取”时,选用的试剂X为盐酸的理由为　　　　　　　　　　　　。
(6)常温下,如果“一系列操作”过程中有含铼溶液的pH=9.0,该溶液中c(N)　　　　c(NH3·H2O)(填“>”“<”或“=”)。[已知:常温下lg Kb(NH3·H2O)=-4.7]
(7)“热解”步骤反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。 (共226张PPT)
思维进阶突破(一)
无机工艺流程
01
难点1 基于流程分析的物质确定与转化原理
02
难点2 工艺流程中的条件控制及原因分析
03
难点3 工艺流程中产品的分离提纯和检验
04
难点4 工艺流程中的计算
05
思维模型构建——无机工艺流程
真题示例
题中悟法
对点演练
真题示例
题中悟法
对点演练
真题示例
题中悟法
对点演练
真题示例
题中悟法
对点演练
思维模型构建
核心素养提升
难点1
基于流程分析的物质确定与转化原理
例1 [2025·河北卷节选] 铬盐产品广泛应用于化工、医药、印染等领
域。通过闭环生产工艺将铬铁矿转化为重铬酸钾同时回收利用钾资
源，可实现绿色化学的目标。过程如下：
已知：铬铁矿主要成分是 、
、、 。
[解析] 铬铁矿主要成分是、、、 ，与
过量在空气中煅烧，生成、、、 、
；加入浸取，生成、
沉淀，、不反应，故滤渣Ⅰ为、、 、
，滤液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤分离出 固体，滤
液Ⅰ中还含有；加水将溶解，并通入过量 酸化，将
转化为，同时有副产物生成，将 与
分离，滤液Ⅱ的主要溶质为； 作还原剂，将滤
液Ⅰ中剩余的还原为，自身转化为 ，同时生
成和，其中和进入滤渣Ⅱ， 进一步处理
得， 可循环使用，据此分析。
回答下列问题：
(1)基态铬原子的价层电子排布式：________。
[解析] 为24号元素，基态铬原子的价层电子排布式： 。
(2)煅烧工序中反应生成 的化学方程式：
_ ________________________________________________________。
[解析] 煅烧工序中与过量 、
空气中氧气反应生成、、
，根据得失电子守恒和原子守恒，
即可写出该反应的化学方程式：
。
(3)浸取工序中滤渣Ⅰ的主要成分：、 、_________、
_____(填化学式)。
(4)酸化工序中需加压的原因：_________________________________
______。
增大的溶解度，保证酸化反应充
分进行
[解析] 加水将溶解，并通入过量酸化，将 转化为
，加压可以增大的溶解度，使液体中 浓度增大，保
证酸化反应充分进行。
(5)滤液 Ⅱ 的主要成分：________(填化学式)。
【思维过程】
例2 [2025·安徽卷节选] 某含锶废渣主要含有、 、
、和 等，一种提取该废渣中锶的流程如图所示。
已知时， ,
回答下列问题：
[解析] 含锶废渣主要含有、、、和
等，加入稀盐酸酸浸，碳酸盐溶解进入滤液，浸出渣1中含有
、，加入 溶液，发生沉淀转化，
，得到 溶液，经过
系列操作得到 晶体。
(1)“浸出液”中主要的金属离子有 、____________(填离子符号)。
、
[解析] 由分析可知，碳酸盐均能溶于盐酸，“浸出液”中主要的金属
离子有、、 。
(2)“盐浸”中 转化反应的离子方程式为______________________
______________________；时，向 粉末中加入
溶液，充分反应后，理论上溶液中
________ (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，离子方程式为
；该反应的平衡常数
，平衡常
数很大，近似认为 完全转化，溶液中剩余
， ，则
，列三段式：
，
理论上溶液中
。
(3)“浸出渣2”中主要含有 、_____________(填化学式)。
、
[解析] “盐浸”时发生沉淀的转化，生成了， 不参与反应，
故“浸出渣2”中主要含有、、 。
(4)由制备无水 的最优方法是__(填标号)。
.加热脱水 .在 气流中加热
.常温加压 .加热加压
[解析] 为强碱，则也是强碱，不水解，排除 ，
由平衡移动原理可知，由制备无水 ，加压不利于脱
水，排除、，故选 。
【思维过程】
1.基于流程分析的物质确定
流程中相关 物质的确定 可参考思考的角度
滤渣、滤液 的成分 样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂
的反应情况:
①反应过程中哪些物质(离子)消失了
②所加试剂是否过量或离子间发生化学反应又产生了
哪些新离子 要考虑这些离子间是否会发生反应
流程中相关 物质的确定 可参考思考的角度
副产品 ①根据制备目的分析,不是主产品
②从流程图上看,是支线产品,对生产、生活有用,无毒
无害,不污染环境等
循环物质 ①从流程图上看,一般箭头回头对应的物质
②前面工序反应中的反应物,后面工序反应中的生成物
续表
2.化工流程转化中方程式的书写
(1)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，书
写时可关注流程中箭头的指向：
箭头指入——反应物；
箭头指出——生成物；
箭头回指——循环物。
(2)确定反应类型
根据反应前后元素化合价有无变化判断反应类型：
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。
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。
(3)书写步骤——陌生的氧化还原反应
1.[2025·黑吉辽内蒙古卷节选] 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:
[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中有PbSO4和Fe(OH)3,滤液加Zn置换出Cu,除铜后的滤液加(NH4)2S沉锌,
得到ZnS,滤渣1用H2A和Na2A溶液
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(S2)转变为　　　　(填离子符号)。
S
[解析] “氧化浸出”时,过二硫酸根离子作氧化剂转变为S。
(2)“除铜”步骤中发生反应的离子方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)滤渣2中的金属元素为　　(填元素符号)。
Zn+[Cu(NH3)4]2+=[Zn(NH3)4]2++Cu
Fe
[解析] (2)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。
(3)根据分析,滤渣1中有Fe(OH)3和PbSO4,
用H2A和Na2A溶液浸铅后过滤,滤渣2含Fe元素的沉淀。
(4)“浸铅”步骤,PbSO4和Na2A反应生成PbA。PbA产率随体系pH升高先增大的原因为 　, pH过高可能生成　　　　(填化学式)。
pH升高,OH-浓度增大,平衡A2-+H2O HA-+OH-逆向移动,A2-浓度增大,平衡PbSO4(s)+A2- PbA+S正向移动,PbA产率增大
Pb(OH)2
[解析] “浸铅”步骤发生反应PbSO4(s)+A2- PbA+S,Na2A溶液中存在平衡A2-+H2O HA-+OH-,pH升高,OH-浓度增大,平衡A2-+H2O HA-+OH-逆向移动,A2-浓度增大,平衡PbSO4(s)+A2- PbA+S正向移动,PbA产率增大;pH过高时,OH-浓度过大,会生成Pb(OH)2沉淀,造成PbA产率降低。
(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
　　　　　　　　　　　。
Pb(OOC—CHOH—CHOH—COO) Pb+4CO↑+2H2O↑
[解析] 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CO和H2O,反应
的化学方程式为
Pb(OOC—CHOH—CHOH—COO)
Pb+4CO↑+2H2O↑。
2.[2025·陕青宁晋卷节选] 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[Mg(OH)2]=10-11.25, Ksp[Mn(OH)2]=10-12.72;②S2结构式为 。
回答下列问题:
[解析]废盐溶液加入氨水,通入氧气进行“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进行“沉镁Ⅰ”,得到MgCO3、Mg(OH)2,煅烧得到MgO,溶液再加入H3PO4进行“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(NH4)2SO4、MnO2和Mn3O4经“焙烧”,再经过多步
处理得到MnSO4·H2O。
(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。
搅拌
适当升温等
6Mn(OH)2+O2=2Mn3O4+6H2O
10-2.15
[解析] (1)加快废盐的溶解可以采取搅拌、适当升温、粉碎等措施。(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,最终产物是NH4HSO4和　　　　(填化学式)。
(4)“沉镁Ⅰ”中,当pH为8.0~10.2时,生成碱式碳酸镁[xMgCO3·yMg(OH)2·zH2O],煅烧得到疏松的轻质MgO。pH过大时,不能得到轻质MgO的原因是
　 　　　　　。
O2
pH过大,沉淀为Mg(OH)2,不能分解产生CO2,不能得到疏松的轻质MgO
[解析] (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。
(4)[xMgCO3·yMg(OH)2·zH2O]煅烧有CO2生成,可以得到疏松的轻质氧化镁,pH过大,沉淀为Mg(OH)2,不能分解产生CO2,不能得到疏松的轻质MgO。
(5)“沉镁Ⅱ”中,加H3PO4至pH=8.0时,Mg2+沉淀完全;若加至pH=4.0时沉淀完全溶解,据图分析,写出沉淀溶解的离子方程式:
　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(6)“结晶”中,产物X的化学式为　　　　　　。
MgHPO4+H3PO4=Mg2++2H2P
(NH4)2SO4
[解析] (5)由图可知,pH=8时,阴离子为HP,阳离子为Mg2+,产生的沉淀为MgHPO4,调节到pH=4,磷元素存在形式以H2P为主,磷酸不是强酸,不能拆,离子方程式为MgHPO4+H3PO4=Mg2++2H2P。
(6)溶液中存在铵根离子和硫酸根离子,结晶后X为(NH4)2SO4。
难点2
工艺流程中的条件控制及原因分析
例1 [2024·黑吉辽卷节选] 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 (其中细小的颗粒被、 包裹)，
以提高金的浸出率并冶炼金，工艺流程如下：
[解析] 矿粉中通入足量空气并加入 ，在 时进行“细菌氧
化”，金属硫化物中的元素转化为硫酸盐，过滤，滤液①中主要含有
、 和含砷微粒，加碱调节，转化为 胶体，可
起到絮凝作用，促进含微粒的沉降，过滤可得到净化液；滤渣主要
为， 与空气中的和溶液反应，得到含 的浸出
液，加入进行 “沉金”得到和含 的滤液②。
(1)“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_____(填标号)。
A.无需控温 B.可减少有害气体产生
C.设备无需耐高温 D.不产生废液废渣
√
√
回答下列问题：
[解析] 细菌的活性与温度息
息相关，因此细菌氧化也需
要控温，A不符合题意；
“焙烧氧化”时，金属硫化物中的元素通常转化为 ，而“细菌氧化”
时，金属硫化物中的 元素转化为硫酸盐，可减少有害气体的产生，
B符合题意；
“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，设备无需耐高温，C符合题意；
由流程可知，“细菌氧化”也会产生废液废渣，D不符合题意。
(2)“真金不怕火炼”表明难被氧化，“浸金”中 的作用为
__________________________。
形成配合物，促进金的氧化
[解析] “浸金”中，作还原剂，作氧化剂， 作络合剂，将
转化为 ，促进氧化反应正向进行。
(3)“沉金”中 的作用为_________________。
还原剂(或置换)
[解析] “沉金”中作还原剂，将还原为 。
例2 [2024·湖南卷节选] 铜阳极泥(含有、、、
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 时，可忽略该离子
的存在；
；
易从溶液中结晶析出；
④不同温度下 的溶解度如下：
温度/ 0 20 40 60 80
溶解度/ 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
回答下列问题：
[解析] 铜阳极泥(含有 、、、 等)加入、、 进
行“氧化酸浸”，由题中信息可知，“滤液1”中含有和， “滤渣1”中含有
、、 ；“滤渣1”中加入、、，将转化为
除去，“滤液2” 中含有，“滤渣2”中含有、 ；在“滤渣2”中加入
，将转化为 和，过滤除去，“滤液3”
含有 和；“滤液3”中加入，将元素还原为
单质，转化为，“滤液4”
中溶质主要为 ，可循环到“银转化”
工序。
(1)“滤液1”中含有和，“氧化酸浸”时 反应的离子方
程式为______________________________________________。
[解析] “滤液1”中含有和，“氧化酸浸”时与 、
发生氧化还原反应，生成、和 ，反应的离子
方程式为 。
(2)“氧化酸浸”和“除金”工序均需加入一定量的
①在“氧化酸浸”工序中，加入适量 的原因是_________________
__________________________。
使充分转化为
，又不能转化为
[解析] 在“氧化酸浸”工序中，加入适量的原因是使 充分转
化为，并防止生成 ；
②在“除金”工序溶液中，浓度不能超过_____ 。
0.50
[解析] 由信息②可知 ，在“除金”工
序溶液中，若加入过多，则会转化为 ，由信息①可知，
当某离子的浓度低于 时，可忽略该离子的存在，
为了不让溶解，则令 ，由
，可得，即浓度
不能超过 。
(3)在“银转化”体系中，元素以和 形式存
在。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 左右进行，若反应
温度过高，将难以实现连续生产，原因是_______________________
___________________________。
、
温度过高溶解度
降低，易结晶析出，堵塞管道
[解析] 由分析可知“滤液4”中溶质主要成分为、 ；根据
信息④，由不同温度下的溶解度可知，高于 后，升高温
度， 的溶解度下降，易结晶析出，堵塞管道，“银转化”和“银
还原”的效率降低，难以实现连续生产。
反应条件的控制
条件控制 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的氧气反应；④除去热稳定性差
的杂质等
酸浸 ①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)
条件控制 目的
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，除去热稳定性差的杂质，如
、、、 等物质；④使
沸点相对较低的原料汽化或易升华的原料升华；⑤煮
沸时促进溶液中的气体(如氧气)挥发逸出等
续表
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，但要适当;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
续表
条件控制 目的
控温 (常用水浴、 冰浴或油浴) ①控制反应速率(升温加快反应速率)、适宜的温度使
催化剂的活性最大，防止副反应的发生；②控制化学
反应进行的方向，使化学平衡移动；③升温：使溶液
中的气体逸出，使易挥发物质挥发，使易分解的物质
分解；煮沸：使气体逸出；促进水解，聚沉后利于过
滤分离；④控制固体的溶解与结晶
续表
条件控制 目的
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
氧化成，而后调溶液的 ，使其转化为
沉淀除去］
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、
续表
条件控制 目的
控制 ①使某种或几种金属离子转化为氢氧化物沉淀，而目
标离子不生成沉淀，以达到分离的目的(常利用题给金
属离子开始沉淀和完全沉淀的信息，选择 范
围，使杂质离子以氢氧化物形式沉淀出来)；②“酸作
用”还可以除去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解
等；
续表
条件控制 目的
控制 ③“碱作用”还可以除去油污、除去铝片表面的氧化
铝、溶解铝等；④金属离子的萃取率与溶液的 密切
相关；⑤调节溶液常用试剂： .调节溶液呈酸性可
用稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、酸性气体
(二氧化硫)等； .调节溶液呈碱性可用氢氧化钠、氨
水、碳酸钠、碳酸氢铵等
续表
1.[2025·广东卷节选] 我国是金属材料生产大国，绿色生产是必由之
路。一种从多金属精矿中提取、、 等并探究新型绿色冶铁方
法的工艺如下。
已知：多金属精矿中主要含有、、、、 等元素。
[解析] 矿粉“酸浸”时通入，浸取液中含有、、 、
等，调节，通入空气“高压加热”得到， 可
以通过还原得到单质，也可以通过电解得到 单质，滤液1在常温
下“沉铝”，所得滤液2“选择萃取”得到含硫酸根离子的溶液、 配合
物和配合物，最终得到产品 。
氢氧化物
(1)“酸浸”中，提高浸取速率的措施有
________________________________
_________(写一条)。
搅拌(或粉碎多金属精矿、提高“酸浸”
温度等)
(2)“高压加热”时，生成的离子方程式为
_______ _________
4
2
8
[解析] 由于在“酸浸”时通入，故浸取液中不含有 ，“高压加
热”时，在酸性条件下被氧化为 ，
离子方程式为
。
(3)“沉铝”时， 最高可调至___(溶液体积变化可忽略)。已知：“滤
液1”中， 。
5
[解析] “沉铝”时，保证和不沉淀， 的溶度积更
小， ，根据
，得出
， 。
2.[2024·北京卷] 利用黄铜矿(主要成分为，含有 等杂质)
生产纯铜，流程示意图如下。
(1)矿石在焙烧前需粉碎，其作用是_____________________________
______。
增大矿石的接触面积，提高反
应速率
[解析] 黄铜矿经粉碎、加并通空气焙烧，利用
分解产生的使矿石中的铜元素转化为 ，铁元素得到含铁化
合物，不反应，主要含的高温混合气利用 吸收，得到
的溶液A为 溶液，可循环利用；固体B经水浸后，得到
溶液，滤渣D中为含铁化合物和，滤液C中加过量 置换
出，滤液为 溶液，电解粗铜得纯铜。
(2)的作用是利用其分解产生的 使矿石中的铜元素转化
为。 发生热分解的化学方程式是
_ ___________________________________。
(3)矿石和过量 按一定比例混合，
取相同质量，在不同温度下焙烧相同时间，
测得：ⅰ.“吸收”过程氨吸收率和“浸铜”过程
铜浸出率变化如图；和 时，
固体B中所含铜、铁的主要物质如表。
温度/ B中所含铜、铁的主要物质
400 、、
500 、、
①温度低于 ，随焙烧温度升高，铜浸出率
显著增大的原因是_________________________
_________________。
随焙烧温度升高，生成
的速率加快
[解析] 由图可知，温度低于 ，随焙烧温度
升高，氨吸收率增大，说明分解产生 的速率加快，则
更有利于与作用产生，即生成 的速率加快，
易溶于水，则铜浸出率显著增大。
②温度高于 ，根据焙烧时可能发生的反
应，解释铜浸出率随焙烧温度升高而降低的原
因是___________________________________。
发生分解生成难溶于水的
[解析] 由图和表格信息可知，温度高于
，可能与转化为、和， 也
可能分解生成 ，可能发生反应：
，， 难溶于水，则
铜浸出率随焙烧温度升高而降低。
(4)用离子方程式表示置换过程中加入 的目的：
_______________________。
[解析] 加入置换铜，反应的离子方程式为 。
(5)粗铜经酸浸处理，再进行电解精炼；电解时用酸化的 溶液
作电解液，并维持一定的和 。粗铜若未经酸浸处理，
消耗相同电量时，会降低得到纯铜的量，原因是 ________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
_____________________ 。
若粗铜未经酸浸，
会残留较多，在电解时，阳极会发生反应 ，溶液
中的易被空气中氧化为， 在阴极发生反应
[解析] 粗铜中含有杂质，加酸可以除去 ，但粗铜若未经酸浸处
理，其中杂质会在阳极放电生成，易被空气中 氧化为
，会在阴极放电生成 ，则消耗相同电量时，会降低得
到纯铜的量。
难点3
工艺流程中产品的分离提纯和检验
例1 [2024·全国甲卷节选] 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 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
，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。
已知：, ,
。 ；
②以氢氧化物形式沉淀时，和溶液 的关系如
图所示。
回答下列问题：
(1)假设“沉铜”后得到的滤液中和均为 ，
向其中加入至沉淀完全，此时溶液中 __________
_____，据此判断能否实现和 的完全分离？______
(填“能”或“不能”)。
不能
[解析] 假设“沉铜”后得到的滤液中和 均为
，向其中加入至 沉淀完全，此时溶液中
，则
，
说明大部分也转化为硫化物沉淀，据此判断不能实现 和
的完全分离。
(2)“沉淀”步骤中，用调 ，分离出的滤渣是_________。
[解析] “沉锰”步骤中，同时将氧化为 ，“沉淀”步骤中
用调，可以完全沉淀为 ，因此，分离出的
滤渣是 。
(3)“沉钴”步骤中，控制溶液，加入适量的 氧化
，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是_______________
_______________________________________。
用调溶液
的为8.2到12.0之间，使锌沉淀完全并过滤
[解析] 根据题中给出的信息，“沉钴”后的滤液的 ，溶
液中的元素以形式存在，由图可知，当 时，
，完全沉淀；当 时氢氧化锌会溶解
转化为 ，因此，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法
是向滤液中滴加溶液，控制溶液的 为8.2到12.0之间，使锌沉
淀完全并过滤。
例2 [2024·广东卷节选] 镓 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、、、 和少量
的、、、 等元素)中提取镓及循环利用铝的工艺如下。
工艺中， 是一种新型阴离子交换膜，允许带
负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用
提取金属离子 的原理如图。已知：
。
(冰晶石)的为 。
③浸取液中，和以 微粒形式
存在，最多可与2个配位，其他金属离子与 的配位可忽略。
(1)“还原”的目的：避免________元素以_________(填化学式)微粒的
形式通过，从而有利于 的分离。
铁或
[解析] 由已知，浸取液中，和 以
微粒形式存在， 与不会形成带负电荷的配离子，其他离子与
的配位可忽略，为了避免铁元素以 的微粒形式通过，
故要加入铝片还原 ，
从而有利于 的分离。
(2)“提取”中，原料液的 浓度越____，越有利于 的提取；
研究表明，原料液酸度过高，会降低 的提取率。因此，在不提高
原料液酸度的前提下，可向Ⅰ室中加入______(填化学式)，以进一步
提高 的提取率。
高
[解析] “提取”中，原料液的 浓度越高，更有利于生成
反应的平衡正向移动，更有利于 的提取。在不提高原料
液酸度的前提下，同时不引入新杂质，可向Ⅰ室中加入 ，提高
浓度，进一步提高 的提取率。
(3)“调”中， 至少应大于____，使溶液中，有利于
配离子及 晶体的生成。若“结晶”后溶液中
，则 浓度为___________ 。
3.2
[解析] 由 可得 ，为了使溶液中 ，则，故
至少应大于，有利于配离子及 晶体的生成。若“结晶”后溶液中 ，根据(冰晶石)的为 ，
浓度为。 ..。 。
1.常考分离、提纯的操作
(1)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法：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)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或溶解度随温度升高而减小
的晶体的方法：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。
(3)减压蒸发的原因：减压蒸发降低了蒸发温度，可以防止某些物质分解(如
、浓硝酸、 )或失去结晶水(如题目要求制备结晶水合物产品)。
(4)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
续表
洗涤试剂 适用范围 目的
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：向过滤器中加入洗涤试剂至浸没沉淀，待洗涤试 剂自然流下后，重复以上操作 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，向其中滴入某试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净
续表
(5)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。如用萃取溴水中的 。
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。
(6)其他
①蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出、 等溶
质时，应在 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。
2.根据溶解度曲线判断结晶的方法
(1)溶解度受温度影响较小的(如 )采取蒸发结晶的方法。
(2)溶解度受温度影响较大的采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
(3)带有结晶水的盐，一般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
1.[2024·湖北卷节选] 铍用于宇航器件的构筑。一种从其铝硅酸盐
中提取铍的路径为：
已知：
回答下列问题：
[解析] 本题是化工流程的综
合考查，首先铝硅酸盐先加
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，滤液1中有和，加入含 的
煤油将萃取到有机相中，水相1中含有 ，有机相中含
，向有机相中加入过量氢氧化钠，反萃取 使其转化
为进入水相2中，分离出含 的煤油，最后将水相2
加热，过滤分离出 ，通过系列操作得到金属铍。
(1)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
[解析] 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，其冷
却过程的特点为快速冷却。
(2)“萃取分液”的目的是分离和 ，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________________________
_____。
先出现白色沉淀，后沉淀
消失
[解析] “滤液1”中有和，加入含的煤油将 萃取到有
机相中，则水相1中含有 ，向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水
相1”的溶液，先发生反应 ，再发生反应
，现象为先出现白色沉淀，后沉淀
消失。
(3)写出反萃取生成 的化学方程式：_________________
____________________________________。
“滤液2”可以进入____________步骤再利用。
反萃取分液
[解析] 反萃取时过量与有机相中的 反应生成
，化学方程式为
；水相2中含
和，加热过滤出 ，滤液2的主要成分为
，可进入反萃取分液步骤再利用。
(4)与醋酸反应得到某含4个的配合物，4个位于以1个
原子为中心的四面体的4个顶点，且每个的配位环境相同， 与
间通过 相连，其化学式为________________。
[解析] 由题意可知，该配合物中有4个 位于四面体的4个顶点上，
四面体中心只有1个，由四面体结构可知，与 之间总共有6个
，则其化学式为 。
2.[2025·辽宁沈阳模拟] 高纯MnCO3在半导体和电池制造等方面都有广泛的用途。一种以锰尘(主要成分为Mn2O3,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯MnCO3的清洁生产新工艺流程如图所示:
已知:室温下相关物质的Ksp、Ka如表所示。
Al(OH)3 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3
10-32.9 10-11.3 10-5.3 10-16.3 10-38.6
Mn(OH)2 MgF2 CaF2 HF
10-12.7 10-10.3 2.25×10-11 3×10-4
[解析] 由题给流程可知,向锰尘中加入浓盐酸共热酸浸,Mn2O3与浓盐酸共热反应生成MnCl2、氯气和水,铝、镁、钙、铁的氧化物与浓盐酸反应转化为可溶的金属氯化物,反应生成的氯气用NaOH溶液进行吸收,防止污染环境;向酸浸得到的溶液中加入氨水调节溶液pH在5~6的范围内,由表中数据知,可将溶液中的Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,
Al(OH)3 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3
10-32.9 10-11.3 10-5.3 10-16.3 10-38.6
Mn(OH)2 MgF2 CaF2 HF
10-12.7 10-10.3 2.25×10-11 3×10-4
过滤得到含有Fe(OH)3、Al(OH)3的滤渣和滤液;向滤液中加入NaF溶液,将溶液中的Mg2+和Ca2+转化为氟化钙和氟化镁沉淀,过滤得到含有氟化钙、氟化镁的滤渣和滤液;向滤液中加入碳酸氢铵溶液,溶液中锰离子与碳酸氢根离子反应生成碳酸锰沉淀、二氧化碳和水,过滤、洗涤、干燥得到高纯碳酸锰。
Al(OH)3 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3
10-32.9 10-11.3 10-5.3 10-16.3 10-38.6
Mn(OH)2 MgF2 CaF2 HF
10-12.7 10-10.3 2.25×10-11 3×10-4
(1)写出酸浸工序中产生气体①的化学方程式:
　 　　　　　　　　　　　　。
(2)滤渣①主要成分为　 。
(3)除杂②工序中加入NaF溶液前,要重新调节溶液pH,既不能过大,也不能过小的原因是
　 。
Mn2O3+6HCl(浓) 2MnCl2+Cl2↑+3H2O
Al(OH)3和Fe(OH)3
pH太小,NaF与H+反应,Ca2+、Mg2+沉淀率降低;pH过高,Mn2+会沉淀
[解析] (1)由分析可知,酸浸工序中产生氯气的反应为Mn2O3与浓盐酸共热反应生成MnCl2、氯气和水,反应的化学方程式为Mn2O3+6HCl(浓) 2MnCl2+Cl2↑+3H2O。
(2)由分析可知,滤渣①主要成分为Fe(OH)3、Al(OH)3。
(3)除杂②工序中加入NaF溶液前,要重新调节溶液pH是因为若溶液pH太小,NaF会与H+反应生成弱酸HF,会使溶液中钙离子、镁离子沉淀率降低;若溶液中pH过高,锰离子会与氢氧根离子反应生成氢氧化锰沉淀,会使碳酸锰的产率降低。
(4)沉淀工序中,在30~35 ℃下,将碳酸氢铵溶液滴加到净化液中,控制反应液的最终pH在6.5~7.0,得到MnCO3沉淀。发生反应的离子方程式为
　　　　 　　,将温度控制在30~35 ℃的原因为　 　。
Mn2++2HCMnCO3↓+CO2↑+H2O　
温度低于30 ℃,反应较慢,温度高于35 ℃,碳酸氢铵易分解,降低原料利用率
[解析] 由分析可知,生成碳酸锰的反应为溶液中锰离子与碳酸氢根离子反应生成碳酸锰沉淀、二氧化碳和水,反应的离子方程式为Mn2++2HCMnCO3↓+CO2↑+H2O;反应时若温度低于30 ℃,反应较慢,若温度高于35 ℃,碳酸氢铵受热易分解,降低原料利用率,所以需要将温度控制在30~35 ℃。
(5)“沉锰”中NH4HCO3溶液浓度对纯度、产率的影响如图所示,
应选择的浓度为　　　　,得到纯净碳酸锰的“系列操作”包括
　　　　　　　　　　　。
7.5%　
过滤、洗涤和干燥
[解析] 由图可知,碳酸氢铵溶液的浓度为7.5%时,碳酸锰的产率最大,纯度较高,所以实验时碳酸氢铵溶液应选择的浓度为7.5%;由分析可知,得到纯净碳酸锰的操作为过滤、洗涤、干燥。
难点4
工艺流程中的计算
例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、、、、和 )，实现镍、钴、镁元素
的回收。
已知：
物质
回答下列问题：
[解析] 在“氧化”中，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，用石灰乳调节，被 氧
化为 ，发生反应，
被氧化为，水解同时生成氢氧化铁，“沉钴镍”过程中，
变为，在空气中可被氧化成，“沉镁”过程加入
得到含 的沉渣。
(1)“氧化”中，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， 用石灰乳调节，被氧
化为 ，该反应的离子方程式为
____________________________________________(的电离
第一步完全，第二步微弱)；滤渣的成分为 、_______ (填化学式)。
[解析] 的电离第一步完全，第二步微弱，则在离子方程式中以
表示，用石灰乳调节， 被氧化为 ，该反
应的离子方程式为；
, ，则，由
数值可知，开始沉淀时 ，
， ，
，可推断只生成氢氧化铁沉淀，故滤渣还
有氢氧化铁。
(2)“氧化”中保持空气通入速率不变， 氧化率与时间的关系如
下。体积分数为______时，氧化速率最大；继续增大
体积分数时， 氧化速率减小的原因是_____________________
________________________________________。
有还原性，过多时
将会降低的浓度，降低氧化速率
[解析] 根据图示可知体积分数为时， 氧化速率最大；
由于有还原性，继续增大体积分数时，过多 将会降低
的浓度，从而降低 氧化速率。
(3)“沉钴镍”中得到的在空气中可被氧化成 ，该反应
的化学方程式为__________________________________。
[解析] “沉钴镍”中得到的在空气中可被氧化成 ，
该反应的化学方程式为 。
(4)“沉镁”中为使沉淀完全，需控制 不低于_____
(精确至 )。
11.1
[解析] ，当镁离子完全沉淀时，
， ，根据
，，所以溶液的 。
例2 [2024·海南卷] 锰锌铁氧体
元件是电子线路
中的基础组成部分。某实验室利用
废弃电子产品中的锰锌铁氧体制备
、和 ，可
用于电池、催化剂等行业。其工艺
流程如下：
[解析] 锰锌铁氧体经过氨浸后，分离得到的溶液B经煮沸得到氢氧化
锌，则氨浸的作用是将锌元素转移到溶液B中，将分离得到的固体A
溶于硫酸，得到含锰、铁元素的溶液；沉锰过程中，与
发生归中反应生成；由于加入铁粉还原，则溶液C主要
含 ，铁粉将还原为，加入沉铁，将转化为
。
回答问题：
(1)氨浸的作用是将____元素
(填元素符号)有效转移到水溶液中。
[解析] 由分析可知，氨浸的作用
是将 元素有效转移到水溶液中。
(2)煮沸含有配合物的溶液B，产生混合气体，经冷凝后所得溶液可
循环用于氨浸，该溶液是______。
氨水
[解析] 溶液B含有配合物，煮沸溶液
B后生成氢氧化锌沉淀，产生混合气
体，经冷凝后的溶液可循环用于氨浸，
则生成的混合气体中含有氨气和水蒸
气，冷凝后的溶液为氨水。
(3)沉锰反应的离子方程式为
____________________________________
____________________________________
____________。
某次实验时，将原料中的以
形式定量沉淀完全，
消耗了，并产出(纯度为 )，则该原
料化学式中 _____。
0.75
(或不含结晶水形式)
[解析] 根据沉锰前后物质可知，沉锰反应的离子方程式为
；由离子方程式可知，消耗了，则锰锌铁氧体中
，由产出(纯度为 )可知，
，由锰锌铁氧体化学式可
知，，解得 。
(4)沉铁时，选择 是为了便于从滤液中回收有价值的钾盐
_______(填化学式)。该钾盐在种植业中的一种用途是_____________
________________。
钾肥
(或其他合理用途)
[解析] 由分析可知，用硫酸溶解固体A后，溶液中存在大量硫酸根
离子，选择 可以从滤液中回收有价值的硫酸钾，该钾盐在种
植业中可用作钾肥。
(5)通过加入 固体，除去滤液中危害环境的。
已知 ，。
反应
的平衡常数为__________。
[解析] 平衡常数 。
1.涉及溶度积常数的简单计算
(1)利用溶度积计算溶液中某种离子开始沉淀的浓度。
(2)利用溶度积计算溶液中某种离子沉淀完全时，其他离子的浓度或
溶液的(当溶液中某种离子浓度小于时，可以看作沉
淀完全)。
2.溶度积常数与平衡常数的关系
建立与的关系，一般是在的表达式的分子、分母中同乘以某
个离子的浓度，将分子、分母转化为不同物质的。如向氯化银中
滴加碘化钾溶液后发生反应的方程式及平衡常数与两种沉淀的溶度
积的关系：，。
3.难溶碱的与之间的关系
，，
，进而计算溶液的。
时，沉淀完全。
1.[2025·黑龙江大庆模拟] 钪(Sc)是一种功能强大但产量稀少的稀土金属,广泛用于尖端科技领域。从某种磷精矿[主要成分为Ca5(PO4)3F,含少量ScPO4 、FeO、Fe2O3、SiO2]分离稀土元素钪(Sc)的工业流程如图所示:
[解析] 磷精矿加入硝酸酸浸,二氧化硅不反应,过滤得到滤渣1,稀土元素、铁、钙元素进入滤液,加入萃取剂萃取出稀土元素,然后加入试剂X并通入氨气,调节pH分离出含有稀土的固相,再加入硝酸溶解,加入硫酸除去钙元素,得到的滤渣2为硫酸钙,滤液加入草酸沉淀分离出草酸钪晶体,据此回答。
(1)已知Ka1(H2C2O4)=a,Ka2(H2C2O4)=b,Ksp[Sc2(C2O4)3]=c。“沉钪”时,发生反应2Sc3++3H2C2O4 Sc2(C2O4)3↓+6H+,此反应的平衡常数K=　　　　。(用含a、b、c的代数式表示)。
[解析] 2Sc3++3H2C2O4 Sc2(C2O4)3↓+6H+反应的平衡常数为K====。
(2)草酸钪晶体Sc2(C2O4)3·6H2O(M[Sc2(C2O4)3·6H2O]=462 g·mol-1)在空气中加热,随温度的变化情况如图所示。550~850 ℃反应的化学方程式为　　　　 　　　　　　　　　。
2Sc2(C2O4)3+3O2 2Sc2O3+12CO2
[解析] 1 mol草酸钪晶体Sc2(C2O4)3·6H2O的质量为462 g,550 ℃时,质量减少462 g×(19.5%+3.9%)≈108 g,根据质量守恒,1 mol草酸钪晶体Sc2(C2O4)3·6H2O含6 mol H2O,6 mol H2O的质量为108 g,可知550 ℃时剩余固体为Sc2(C2O4)3,850 ℃时固体质量剩余462 g×(1-19.5%-3.9%-46.8%)≈138 g,Sc2O3的摩尔质量为138 g·mol-1,
根据钪原子守恒,可知850 ℃时剩余固体为
Sc2O3,550~850 ℃反应的化学方程式为
2Sc2(C2O4)3+3O2 2Sc2O3+12CO2
2.[2025·湖南衡阳县一模] 钼具有耐腐耐磨的特性，目前广泛应用于
化工、医疗和国防领域。一种使用先进的碱性氧化焙烧法，从镍钼
矿(主要成分是、、 )中回收钼的流程如图所示。
已知：①“焙烧”后钼元素以
的形式存在， 的化合价不变且以氧
化物的形式存在，“焙烧”过程中未见
有含 气态物质的生成。
,
。
③一般离子浓度小于 时视为该离子沉淀完全。
回答下列问题：
[解析] 镍钼矿(主要成分是、、 )通入空气、加入碳酸钠
焙烧产生，转化为,转化为, 转化为
， 元素以硫酸盐形式存在,水浸后除去的滤渣1的主要成分为
、 ，加入硫酸镁净化,冷却结晶分离出硫酸钠，加入
树脂进行离子交换，再加入氨水解析得到解析液，解析液
经处理后得到钼酸铵。
(1)写出“焙烧”过程中 发生反应的化学方程式：
_ ____________________________________________________。
[解析] “焙烧”后钼元素以的形式存在，即 在高温下与
、空气作用生成，且该过程有 生成，根据元素
守恒和得失电子守恒可知，反应的化学方程式为
。
(2)“滤渣1”的主要成分为____________(填化学式)。
、
[解析] 由分析可知，“焙烧”后被氧化为，以 价氧化
物 的形式存在，二者均不溶于碱性碳酸钠溶液，成为滤渣1。
(3)实验用量与理论用量的比值为1.0、1.1、1.2、1.3时，
的浸出率和残留浓度的关系如图所示，则 的最佳用量比
为____，结合图中信息说明理由： ____________________________
___________________________________________________________
_________________________________________________ 。
1.2
当 用量比从1.0增加到
1.2时，的浸出率明显增加，当 用量比从1.2增加到1.3时，
的浸出率增加不大，但 的残留浓度显著增大
[解析] 由图可知，当 实验用量与理论
用量的比值从1.0增加到1.2时， 的浸出率明
显增加，当 实验用量与理论用量的比
值从1.2增加到1.3时， 的浸出率增加不大，
但 的残留浓度显著增大，故最佳用量比
选择1.2。
(4)常温下，“水浸”过程完成后溶液中 ，试计算
“净化”过程中每升溶液中需加入_____(保留两位有效数字)
，若“净化”完成后溶液的 ，则此时溶液中_______
(填“不存在”或“存在”) 沉淀。
0.70
不存在
[解析] ，转换单位为
，完全沉淀此部分 需要，
当 沉淀完全后溶液中
， ，故每
升溶液中需加入；若“净化”完成后溶液的 ，则此时
溶液中 , ，
此时 ，
故不存在 沉淀。
思维模型构建——无机工艺流程
防止形成胶体吸附其他金属阳离子，造成产率下降
0.01
[解析] 深海多金属结核［主要含、、 ，有少量的
、、、中加入、 进行酸浸还原，得到
的滤渣含有，滤液中含有、、、、 、
，通入空气，调节，、高压下沉铁得到 ，
向滤液中继续加入调节，沉铝主要得到 ，滤
液中加入萃取剂第一次萃取，分液得到含 的萃取液1，进而
得到 溶液，萃余液1中加入混合萃取剂进行第二次萃取，从萃
取液2中得到电池级镍钴锰混合溶液，电解萃余液2得到金属锰，据
此解答。
(1)是28号元素，位于第四周期第族，基态 原子的价电子是指
和轨道上的电子，所以基态原子的价层电子排布式为 。
(2)由分析可知，“酸浸还原”时，“滤渣”的主要成分是； 将
中的由价还原为价，同时在硫酸的作用下得到 ，
化学方程式为 。
(3)“沉铁”时，转化为，铁元素化合价上升，则 作氧化
剂，离子反应为 ；已知金属
氢氧化物胶体具有吸附性，可吸附金属阳离子，则加热至 的
主要原因是防止形成 胶体吸附其他金属阳离子，造成产率下降。
(4)由表可知， ，“沉
铝”时，,,未产生 沉淀，
则 。
(5)由流程可知，第二次萃取时，主要萃取、，因此 、
与混合萃取剂形成的配合物更稳定；这些配合物中六元杂环是
平面结构，原子提供单电子用于环内形成大 键，剩余1个孤电
子对与形成配位键，的价层电子对数为3，是 杂化。
1.[2025·江苏南京模拟] 电解锰渣(主要成分是，还含有 及
、、的氧化物等)制取高纯并电解制备 的流程如下：
[解析] 向电解锰渣中加入和稀硫酸，由于 具有氧化性，
和中的元素被氧化为硫酸根离子， 与稀硫酸反应生成微
溶物，、生成可溶于水的硫酸盐，调节 沉淀铁，
滤液通过萃取和反萃取实现、 的分离，结晶除去杂质并得
到晶体，电解酸性溶液制备 。
(1)氧化酸浸。酸浸后浸出液中主要离子为、、 、
、、。写出 酸浸时发生反应的离子方程式：
____________________________________________________。
[解析] 氧化酸浸时，转化为 ，发生反应的离子方程式
为 。
(2)沉铁。常温下，开始生成氢氧化物沉淀的 ，完全沉
淀时(某离子浓度 时，认为该离子沉淀
完全)。酸浸后的溶液调节时，溶液中残留的
_______ 。
[解析] 当金属离子浓度低于 时，该离子沉淀完全，据
此可以求出氢氧化铁的溶度积常数：
，溶液调节 时，
。
(3)萃取与反萃取。向沉铁后的溶液中加入某有机萃取剂 ，在不同
下进行萃取可以实现、 的分离。萃取原理为
表示或 ，过程如图所示。
已知：某温度下的平衡常数用 表示，且
。上述过程中前后调节大小为 ___
(填“ ”或“ ”) 。
[解析] 根据萃取原理： ，可知平衡常数：
，根据二者平衡常数大小，
值越大，越有利于反应进行，若金属离子浓度相同，钙离子在较低
下即可形成，而锰离子需较高 才能达到类似程度，应先萃
取，所以上述过程中前后调节大小为 。
(4)结晶：反萃取后的溶液中仍存在 及
少量 等杂质离子，将该溶液蒸发结晶、
趁热过滤可除去部分杂质。杂质去除率随
结晶率 的变化
如图所示。
分析杂质去除率随 结晶率的增大反而下降的原因是_________
_______________________________________。
水分大量
蒸发，溶剂减少后使杂质结晶的析出量增加
[解析] 通过浓缩溶液(蒸发结晶等操作)使目标溶质达到过饱和而析出
晶体，由于溶液中的水分逐渐减少，溶剂减少，杂质也会析出晶体。
(5)电解：已知对有特殊的吸附能力。电解酸性 溶液制
备时在阴极加入适量的有利于 在电极上析出，结合方程
式说明原因：_______________________________________________
____________________________________________________。
阴极发生反应：，
生成的能吸附，有利于在阴极发生还原并沉积
[解析] 电解酸性溶液制备时在阴极加入适量的 ,阳极
的电极反应为 ，阴极的电极反
应为、 ，生成的
单质能吸附，有利于 在阴极发生还原并沉积。
(6)锰和镓形成的金属互化物的立方晶胞如图
所示。晶胞中1号、2号、3号、4号 原子构
成一个__________空隙；一个 原子周围距
离其最近且相等的 原子数为____个。
正四面体
12
[解析] 晶胞中1号、2号、3号、4号 原子的位置类似于甲烷中氢原
子位置，所以构成一个正四面体空隙；该晶胞中，以3号锰原子为中
心原子进行参考，同层、上层、下层各有4个锰原子距离其最近，一
个原子周围距离其最近且相等的 原子总数为12。
2.[2025·安徽池州一模] 镓作为一种战略金属，广泛应用于现代军事、
无线通信、生物、太阳能电池、半导体等诸多新兴领域，在航空航
天中也具有重要地位。一种由砷化镓废料(主要含、 、
、 等难溶物)制备镓的工艺流程如图所示。
已知：在周期表中位于的正下方，性质与 相似；
②常温下，相关元素可溶性组分物质的量浓度与 的关系如图所示。
回答下列问题：
[解析] 砷化镓废料在和的混合溶液中碱浸， 转化为
、，转化为，、 不反应
形成滤渣1，滤液中加入硫酸，硅酸钠转化为硅酸沉淀进入滤渣2，
转化为过入滤液1，滤液1加溶液调 ，
得到沉淀，再加入
得到 溶液，
电解得到单质，滤液2蒸发浓
缩、降温结晶得到 ，据此作答。
(1)碱浸操作中加快反应速率、提高浸取率可采取的措施有_________
___________________________________________________________
_____________________(任写2点)。
粉碎、
搅拌、适当升高温度、适当增加氢氧化钠的浓度、延长碱浸的时间
等(或其他合理答案)
(2)“碱浸”时，中以 的形式进入溶液中，该反应
的离子方程式是_____________________________________________
______。
[解析] “碱浸”时，中以
的形式进入溶液中，
根据得失电子守恒、元素守恒、
电荷守恒，该反应的离子方程式为
。
(3)“碱浸”温度控制在 左右，温度不能过高或过低的原因是
______________________________________________________。
温度低于，反应速率较慢，温度高于，分解
(4)“滤渣2”的成分为________(填化学式)。
(5)若用含砷化镓的废料回收镓，得到纯度为 的镓
，则镓的回收率为_____ (保留3位有效数字，回收率指实际
回收物质的质量与理论回收物质质量之比)。
95.0
[解析] 砷化镓的质量为 ，理论上得到镓的
质量为 ，实际上得到镓的质量为
，则镓的回收率为 。
(6)某种砷化镓晶胞结构如图所示，已知晶胞参数为 ，设阿伏伽
德罗常数的值为，原子的分数坐标为，则 原子的分数坐
标为________，晶体密度为_ ___________ (列出计算式即可)。
[解析] 如果把一个晶胞平均分为8个小立方体，则 原子位于右下方
后面小立方体的体心，则 原子的分数坐标为 ；由图可知，晶
胞中含 个白球、4个黑球，则晶胞质量为 ，
晶胞体积为 ，则晶体密度为 。
3.[2025·重庆主城五区模拟] 央视报道《王者归“铼”》:金属铼(Re)熔点高、耐磨、耐腐蚀,可用来制造航空发动机核心部件。以含铼废渣(主要含Re、ReS2、Fe、Ni和SiO2)为原
料制备金属铼的工艺流程如图所示。
已知: Ⅰ.本实验条件下,Fe3+开始形成胶
体的pH为1.5。
Ⅱ.“酸浸”浸液中含有HReO4、NiSO4、
;HReO4属于强酸;离子交换
中存在平衡:QCl(有机相)+Re(aq) QReO4(有机相)+Cl-(aq)。
[解析] 含铼废料主要含Re、ReS2、Fe、Ni和SiO2,含铼废料在富氧空气中焙烧,硫化物生成二氧化硫,铼被氧化为Re2O7,铁生成氧化物,往烧渣中加入稀硫酸进行酸浸,浸渣是SiO2,浸液含
强酸HReO4,调节pH,再加入D296进行离子
交换,分液出水相;往有机相中加入试剂X
进行反萃取,分液出有机相;将水相中的溶
质进行结晶,分离出晶体进行煅烧,得到
Re2O7,通入H2进行热还原,得到Re,据此分析。
(1)铼是第六周期元素,与锰元素族序数相同,
则基态Re原子的价层电子排布为　　　　。
(2)“焙烧”常采用高压、通空气逆流操作
(空气从焙烧炉下部通入,铼废渣粉末从中
上部加入),其目的是
　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)“浸渣”的主要成分为　　　　(填化学式)。
5d56s2
增大接触面积,提高反应速率,使焙烧充分,提高原料的利用率
SiO2
[解析] (1)铼是第六周期元素,与锰元素(3d54s2)族序数相同,则基态Re原子的价层电子排布为5d56s2。
(2)“焙烧”常采用高压、通空气逆流操作(空
气从焙烧炉下部通入,铼废渣粉末从中上部
加入),其目的是增大废料与空气的接触面积,
提高反应速率,使焙烧充分,提高原料的利用率。
(3)SiO2难溶于水,“浸渣”的主要成分为SiO2。
(4)其他条件相同时,“离子交换”过程中料液和D296体积比与Re交换率、Re交换量的关系如图甲所示,混合液的pH与Re提取率的关系如图乙所示。
甲 乙
①由图甲和图乙推断,“离子交换”选择的适宜条件为
　 。
②图乙中,其他条件相同,混合液的pH>1.5时,Re的提取率降低的主要原因是
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
料液和D296体积比为12∶1,混合溶液的pH为1.5　
pH>1.5,Fe3+水解(或与OH-反应)生成Fe(OH)3胶体吸附Re并聚沉
[解析] ①由图甲和图乙可知,料液和D296体积比为12∶1、混合液pH为1.5时铼交换率和Re提取率最大,Re交换量较高,所以“离子交换”选择的适宜条件为料液和D296体积比为12∶1,混合液pH为1.5;
②由图乙知,其他条件相同,混合液的pH>1.5时,Re的提取率降低的主要原因是pH>1.5,Fe3+水解(或与OH-反应)生成Fe(OH)3胶体吸附Re并聚沉。
(5)“反萃取”时,选用的试剂X为盐酸的理由为
　 　　　　　　　　　　　 。
(6)常温下,如果“一系列操作”过程中有含铼溶液的pH=9.0,该溶液中c(N)　　　　c(NH3·H2O)(填“>”“<”或“=”)。
[已知:常温下lg Kb(NH3·H2O)=-4.7]
(7)“热解”步骤反应的化学方程式为
　 　　　　　　　　　　　　　　。
加盐酸,可增大溶液中的c(Cl- ),使QCl(有机相)+Re(aq) QReO4(有机相)+Cl-(aq)平衡逆向移动,有利于反萃取,且盐酸易挥发,易除去
>
4NH4 ReO4+3O2 2N2+8H2O+2Re2O7
[解析] (5)“反萃取”时,选用的试剂X为盐酸,增大溶液中的c(Cl-),使QCl(有机相)+Re(aq) QReO4(有机相)+Cl-(aq)平衡逆向移动,有利于反萃取,且盐酸易挥发,易除去。(6)Kb(NH3·H2O)===10-4.7,== 100.3>1,故c(N)>c(NH3·H2O)。
(7)“热解”步骤NH4ReO4和氧气反应生成氮气和Re2O7,化学方程式为4NH4 ReO4+3O2 2N2+8H2O+2Re2O7。
1.[2025·安徽师范大学附中模拟] 钴在新能源、新材料领域具有重要
用途。某废渣含有钴、铅、铜、铁、镁、钙的 价氧化物。从该废
渣中提取钴和制取胆矾的一种流程如图所示。
已知：①常温下， ，
， 。
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的 见下表：
金属离子
开始沉淀时的 2.7 7.5 7.6 4.7
完全沉淀时的 3.7 9.0 9.1 6.2
③萃取的反应原理: 。
注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于 ，其他金
属离子不沉淀，即认为完全分离。
[解析] 废渣中含有钴、铅、铜、铁、镁、钙的 价氧化物，经稀硫
酸酸浸时， 价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外，其他均转化
为相应的 价阳离子进入溶液，同时部分钙离子生成不溶物硫酸钙，
则滤渣1的主要成分为硫酸铅、硫酸钙，过滤后，向滤液1中加入氧
化剂A氧化亚铁离子为铁离子，加入B调节 ，铁离子完全转化为氢
氧化铁沉淀除去，则滤渣2为氢氧化铁，向滤液2中加入 沉淀
、，得到、沉淀，则滤渣3为、 ；再加
入有机萃取剂萃取铜离子，然后加入试剂 (稀硫酸)反萃取，水相
得到硫酸铜溶液，进一步得到胆矾；萃取铜离子后的水相加入
氧化钴离子生成，同时得到 ，据此回答。
(1) 位于元素周期表中第____周期第____族。
四
[解析] 为27号元素，位于元素周期表中第四周期第 族。
(2)“滤渣1”的主要成分为________________。需先向“滤液1”中加A物
质，再加B物质，若加入的A为无机非金属化合物的溶液，则A试剂
为______(填化学式)，加入B试剂的目的是______________________
_________________。
硫酸铅、硫酸钙
调节，使铁离子转为
氢氧化铁沉淀除去
[解析] 根据分析，“滤渣1”的主要成分为硫酸铅、硫酸钙。结合各离
子沉淀的 ，需要保证铁元素沉淀而钴离子不沉淀，由于亚铁离子
和钴离子开始沉淀的 接近，需要把亚铁离子氧化为铁离子，需先
向“滤液1”中加A物质，再加B物质，若加入的A为无机非金属化合物
的溶液，则A试剂为，加入B试剂的目的是调节 ，使铁离子
转为氢氧化铁沉淀除去。
(3)常温下，若“滤液2”中 (忽略溶液中极少
量的)，除去“滤液2”中的，至少需加入 固体的质量
为_____ (忽略溶液体积的变化)。
5.46
[解析] 沉淀镁离子后，溶液中存在
，溶液中
，除去“滤液2”中的 ，至少需加
入 固体的质量为
。
(4)“反萃取”步骤中加入的“试剂 ”的名称为________。
稀硫酸
[解析] 萃取的反应原理为 ，加入反
萃取剂使平衡逆向移动，从而将分离出来，稀硫酸可提供 ，
使平衡逆向移动，并且不会引入杂质离子，所以“反萃取”步骤中加
入的“试剂 ”的名称为稀硫酸。
(5)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为___________________
________________________________。
[解析] “氧化沉钴”中氧化钴离子生成 ，同时得到
，氧化还原反应的离子方程式为
。
2.[2025·湖南名校联盟三模] 镓、锗都是重要的半导体原材料，利用
锌浸出渣(主要成分有、、，还有、、
等杂质)制备镓和锗的工艺流程如图所示。
已知：Ⅰ.单宁酸是一种有机沉淀剂，可与四价锗离子络合形成沉淀。
Ⅱ.当金属离子浓度小于 时，认为该离子沉淀完全。常
温下，浸出液中各离子开始形成氢氧化物沉淀和完全沉淀的 如表：
金属离子
开始沉淀的 1.7 5.5 8.2
完全沉淀的 3.2 8.0 11.2
Ⅲ.镓元素与铝元素的性质相似，但高纯度的镓单质难溶于酸或碱。
回答下列问题：
[解析] 锌浸出渣(主要成分有、、，还有 、
、等杂质)在稀硫酸“酸浸1”下，、、 溶解
后，得到含有锌离子、亚铁离子和铁离子的混合溶液，经过“降铁浓
缩”进一步处理得到；而、、 不溶解，
得到浸渣，浸渣在 浓硫酸作用下，进行“酸浸2”，得到含铋渣
；继续在有机沉淀剂单宁酸的作用下“沉锗”，经“洗涤焙
烧”得到粗，依次经过在、 氯化作用、高纯水作用、
脱水、氢气还原下得到高纯的锗；“沉锗”后的溶液经“中和”得到
沉淀，在过量氢氧化钠溶液作用下电解得到金属镓。
(1)基态氧原子最高能级的电子云轮廓图为______形，、、、
、 五种元素中属于 区元素的是____________(填元素符号)。
哑铃
、、
[解析] 基态氧原子的核外电子排布式为，最高能级为
能级，其电子云轮廓图为哑铃形；基态、、 的价层电子排布
分别为、 、，属于区元素；基态 的价层电
子排布为，属于区元素；基态的价层电子排布为 ，
属于 区元素。
(2)“降铁浓缩”过程分多步进行，其中加入 将二价铁元素转化为
时发生反应的离子方程式为_______________________________
_____，为将完全沉淀，应控制 的范围为_________________
_________________。
(或)
[解析] “降铁浓缩”过程将氧化为 ，反应的离子方程式
为；根据已知Ⅱ， 完全沉
淀、而不沉淀的的范围为(或 )。
(3)从“降铁浓缩”后的滤液中获得 的操作为___________
_________、过滤、洗涤、干燥。
蒸发浓缩、
冷却结晶
[解析] 从“降铁浓缩”后的滤液中获得 的操作为蒸发浓
缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
(4)已知：栲胶是以栲树中含单宁酸丰富的部
分为原料经磨碎、水浸、过滤、脱色、真空
浓缩等过程制得的物质。不同 条件下栲胶、
单宁酸对镓的提取率的影响如图所示。
由图可知，相同 条件下，栲胶对镓的提取率高于单宁酸，试分析
可能的原因：_______________________________________________
____________________________。
栲胶中含有的杂质对单宁酸与镓形成的络合物具有一
定的吸附作用(或其他合理答案)
[解析] 由图可知，相同 条件下，栲胶对镓的提取率高于单宁酸，
可能的原因是栲胶中含有的杂质对单宁酸与镓形成的络合物具有一
定的吸附作用(或其他合理答案)。
(5)已知： 。
中和后，要使 完全沉淀，需控制
溶液的 略大于____(保留两位有效数
字)；“电解”时阴极的电极反应式为
_______________________________。
4.3
[解析] 完全沉淀，则溶液中
浓度小于 ，
；溶于过量 溶液得
到，因此“电解”时在阴极得电子生成 ，电
极反应式为 。
，
，
(6)已知：用处理得到，用高纯水水解 得到高纯
的。“还原”过程中参与反应的体积为 (标准状况下)，
则理论上步骤①中消耗的物质的量为___ 。
6
[解析] 流程中粗 经步骤①②③是为了除杂提纯，有关系式
，已知“还原”过程中参与反应的 体
积为(标准状况下)，即，则理论上步骤①中消耗 的
物质的量为 。
3.[2025·辽宁辽阳二模] 工业上利用
软锰矿进行烟气脱硫并制备
和 的工艺流程如图所示。
软锰矿的主要成分是 ，还含有
少量、、、 、
、、 等物质。
已知：常温下， ，
。各金属离
子开始沉淀和完全沉淀时的 如表
所示。
金属离子
开始沉淀时的 8.8 7.5 2.2 4.1 9.6 6.5 6.4
完全沉淀时的 10.8 9.5 3.5 5.4 11.6 8.5 8.4
回答下列问题：
[解析] 工业上利用软锰矿进行烟气脱硫
并制备和，将含 的烟
气通入硫酸酸化的软锰矿浆中进行脱硫浸
锰，有氧化性，与还原性的 反应
生成， 不反应，是滤渣1的主
要成分，浸出液加入将少量氧化为 ，则溶液中除了
还有、、、、 等金属离子，加入氨水调
节至5.5左右，使、以、 形式析出而除去，
考虑到、完全沉淀时较大，为了防止调节时使
也沉淀，故加入使、 转
化为硫化物沉淀，即滤渣3为、 ，
再加入碳酸氢铵和氨水使锰元素以碳酸锰
形式沉淀，分离后，向溶液中通入氨，使
镁离子以氢氧化镁形式沉淀，碳酸锰加入
硫酸转化为 。
(1) 晶体为______晶体，为测定其结构通常使用的仪器是_______
______。
共价
射线
衍射仪
(2)“脱硫浸锰”时若保持温度不变，该体系中
和 随反应时间的变化如图所示。
则导致溶液中和 的变化产生明显
差异的原因可能是__________________________
_______________。
能催化与、
反应生成
[解析] 若反应体系中只发生反应
，则与 的浓度变
化应该一致，而图示信息表明， 的浓度变化
比 的浓度变化要快，说明反应体系中还发生
了其他生成的反应，由于温度不变，则 的浓度变化说明
能催化与、反应生成 。
(3)“调 ”至5.5左右，则“滤渣2”的成分为__________________
(填化学式)。
、
[解析] “调 ”至5.5左右，根据表格中各金属离子开始沉淀和完全沉
淀时的 ，结合分析中浸出液中的金属离子可知“滤渣2”的成分为
、 。
(4)已知“滤渣3”的主要成分为和 ，则“除杂”后的溶液中
____。(当溶液中某离子的物质的量浓度小于或等于
时，视作该离子已完全沉淀)
16
[解析] 比大，则说明当完全沉淀时， 已
经沉淀完全，以计算，当 完全沉淀时，
，则
，故 。
(5)“沉锰”时发生反应的离子方程式为___________________________
________________________。
[解析] “沉锰”时加入碳酸氢铵和氨水，
由于碳酸氢根离子电离出的碳酸根离子
与锰离子形成碳酸锰沉淀，氢离子被氨
水中和生成铵根离子，发生反应的离子方程式为
。
(6)锰含量测定：
为测定 产品中锰元素的含量，取 样品于烧杯中，加水溶解，
加入足量的稀硫酸，再滴加过量的 溶液
将锰元素转化为 ，充分反应后加热一段时间，冷却后将烧杯中
的溶液配成溶液。取出 溶液于锥形瓶中，用
标准溶液滴定，到达滴定终点时，消耗
溶液的体积为 。
已知：在水溶液中不稳定，会逐渐分解为 和
。
①滴定终点的现象是_________________________________________
___________________。
加入最后半滴标准溶液时，溶液紫色褪
去且半分钟内不恢复
[解析] 滴定时发生反应
，高锰酸根离子显
紫色，故滴定终点的现象是当加入最后半滴 标准溶液时，溶液
紫色褪去且半分钟内不恢复。
②该产品中锰元素的质量分数为_ _____(用含、 的式子表示)。
[解析] 根据关系式 ，可得该产品中锰元素的
质量分数为
。题型综合练(一)
1.(1)搅拌,使固体和液体充分接触,加快反应速率,提高浸取率
(2)3∶2　添加剂加入量为100%,温度为400 ℃
(3)2HAuCl4+3SO2+6H2O2Au↓+3H2SO4+8HCl　将H2PtCl6还原为H2PtCl4
(4)0.999 mol　(5)氯化浸出　(6)BC
[解析] 铂钯精矿含Se、Te、Au、Pt、Pd,“焙烧”时,Se、Te单质转化为可溶于水的Na2SeO3和Na2TeO4,“水浸”后过滤,滤液中含有Na2SeO3和Na2TeO4,滤渣进行“氯化浸出”时,Au、Pt、Pd转化为HAuCl4、H2PtCl6、H2PdCl6。浸出液中通入过量二氧化硫,将HAuCl4还原为金、将H2PtCl6还原为H2PtCl4;加氯化铵“沉钯”得到(NH4)2PdCl6沉淀,(NH4)2PdCl6“煅烧”得Pd;滤液加次氯酸钠将H2PtCl4氧化为H2PtCl6,再加氯化铵生成(NH4)2PtCl6沉淀;(NH4)2PtCl6进行“铂精炼”得金属铂。
(1)“水浸”时,需要把焙烧渣粉碎后再加入水,同时在溶液底部鼓入N2,鼓入N2的目的是充分搅拌,使固体和液体充分接触,加快反应速率,提高浸取率。(2)“焙烧”时,Se、Te单质转化为可溶于水的Na2SeO3和Na2TeO4,Se元素化合价由0价升高为+4价、Te元素化合价由0价升高为+6价,根据得失电子守恒,消耗等物质的量的NaClO3,转化Se、Te的物质的量之比为3∶2;根据图示,添加剂填入量为100%时,两种元素能同时达到较高浸出率;焙烧温度为400 ℃时,两种元素能同时达到较高浸出率,“焙烧”适宜的条件为添加剂加入量为100%,温度为400 ℃。(3)二氧化硫将HAuCl4还原为金,“还原”得到金的反应的化学方程式为2HAuCl4+3SO2+6H2O2Au↓+3H2SO4+8HCl;(NH4)2PtCl6难溶于水,(NH4)2PtCl4易溶于水,为防止“沉钯”时生成(NH4)2PtCl6沉淀,“沉钯”前需将H2PtCl6还原为H2PtCl4,加入过量SO2的另一目的是将H2PtCl6还原为H2PtCl4。(4)常温下,Ksp[(NH4)2PdCl6]=9.9×10-8,PdC沉淀完全时,c(N)= mol·L-1≈0.099 5 mol·L-1,“沉钯”时,若使2 L c(PdC)=0.2 mol·L-1的溶液中PdC沉淀完全,至少加入NH4Cl固体的物质的量约为0.2 mol·L-1×2 L×2+0.099 5 mol·L-1×2 L=0.999 mol。(5)“煅烧”时(NH4)2PdCl6分解除生成Pd、N2、NH4Cl外,根据元素守恒,还生成氯化氢气体,该气体用少量水吸收后可重复用于“氯化浸出”操作单元。(6)根据化合物中各元素化合价代数和等于0,Pt的化合价为+2价,故A错误;根据图示,Pt与Cl和N形成配位键,配位原子为Cl和N,故B正确;根据图示,Pt与Cl和N形成4个配位键,配位数为4,故C正确;顺铂是平面四边形结构,而不是四面体形,所以Pt不是sp3杂化,故D错误。
2.(1)Cu
(2)粉碎含镉废渣、适当增大硫酸浓度、适当加热、搅拌等(任写两种)
(3)2Fe2++H2O2+2ZnO+2H2O2Fe(OH)3+2Zn2+　过滤
(4)Cd2++2e-Cd　酸浸
(5)
(6)×100%
[解析] 含镉废渣中有Zn、Cd、Cu、Fe、Co等五种单质,加入稀硫酸,只有Cu不溶于稀硫酸,故所得滤渣1的主要成分是Cu,其他元素转化为+2价离子;加入铁粉,置换出单质钴,故滤渣2中含有钴单质;加入H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,加ZnO调pH,需使Fe3+完全生成Fe(OH)3沉淀,而保证Cd2+不沉淀,故滤渣3的主要成分是Fe(OH)3;电解使Cd2+转化为Cd,再与Se粉反应生成CdSe。
(1)Cu的价层电子排布为3d104s1,失去一个电子后变为3d10,达到全满稳定结构,再失去一个电子较难,所以第二电离能较大,第一电离能相对较小,第二电离能与第一电离能之差较大,Zn的价层电子排布为3d104s2,失去一个电子后变为3d104s1,再失去一个电子的难度增加不如Cu明显,故在Zn、Cu两种元素中,第二电离能与第一电离能之差较大的是Cu。
(2)从影响反应速率因素角度寻找提高“酸浸”速率的措施,可以是粉碎含镉废渣、适当增大硫酸浓度、适当加热、搅拌等(任写两种)。
(3)滤渣3的主要成分是氢氧化铁,即双氧水氧化亚铁离子生成铁离子,加入氧化锌促进铁离子水解生成氢氧化铁,离子方程式为2Fe2++H2O2+2ZnO+2H2O2Fe(OH)3+2Zn2+;分离固体和液体的“操作”名称是过滤。
(4)“电解”中,Cd2+在阴极得到电子发生还原反应,阴极的电极反应式为Cd2++2e-Cd;电解硫酸镉溶液会生成硫酸,废液可循环用于“酸浸”工序。
(5)原料中含镉的总质量为100w1 kg,产品中镉的质量为aw2× kg,镉的收率:η=×100%= %。
(6)六棱柱的体积V=a×a××6×b pm3=a2b pm3,晶胞中白球位于顶角、面心、棱上和体内,个数为6×+2×+12×+1=6,黑球位于体内,个数为6,故1个晶胞含6个CdSe,CdSe原子体积为π(c3+d3)×
6 pm3=8π(c3+d3) pm3,晶胞中原子的空间利用率为×100%=×100%。
3.(1)适当增大盐酸浓度(或研磨等)　TiO2　H2SO4
(2)TiO2+B2O3+5CTiB2+5CO↑　B2O3高温下易挥发
(3)Co2+、Ni2+直径与有机净化剂网格孔径大小匹配,可形成配位键,而Zn2+直径不匹配
(4)否　 (5)2H2O+2e-H2↑+2OH-或Sb3+-2e-Sb5+
[解析] 二氧化钛常温下不溶于酸,因此向矿渣中加盐酸后得到的滤渣Ⅰ为TiO2,滤液Ⅰ为SbCl3、ZnCl2、PbCl2、NiCl2和CoCl2。TiO2中加入热的浓硫酸得到TiOSO4溶液,再水解得到TiO2·xH2O沉淀和H2SO4,将TiO2·xH2O经焙烧后用B2O3、C还原得到TiB2。滤液Ⅰ首先通过有机净化剂吸附分离Co2+和Ni2+,形成沉淀,过滤除去,再加入Na2S溶液通过形成ZnS、PbS沉淀的方式除去Zn2+和Pb2+,最后通过电解SbCl3溶液制备Sb,Sb经过氯化得到SbCl5,再经过HF氟化生成SbF5。
(1)反应速率和温度、浓度、接触面积等有关,因此加快酸浸速率可采用升温、适当增大盐酸浓度、研磨等;滤渣Ⅰ的主要成分为TiO2,水解后经过滤得到主要含H2SO4的滤液。(2)热还原中TiO2、B2O3、C反应生成TiB2和CO,化学方程式为TiO2+B2O3+5CTiB2+5CO↑,B2O3高温下易挥发,故B2O3的实际用量超过了理论化学计量所要求的用量。(3)根据题干可知,有机净化剂为具有立体网格结构的聚合物,通过在网格中填充金属离子从而实现净化,Co2+、Ni2+能发生上述转化而Zn2+不能,推测可能的原因为Co2+、Ni2+直径与有机净化剂网格孔径大小匹配,可形成配位键,而Zn2+直径不匹配。(4)ZnS和PbS的Ksp很小,S2-易与Zn2+和Pb2+形成ZnS、PbS沉淀,因此不会形成H2S气体。(5)电解中的阴极主反应为Sb3++3e-Sb,溶液中H2O的还原反应与该反应竞争,电压超过U0 V时,阴极发生副反应2H2O+2e-H2↑+2OH-,或Sb3+在阳极发生氧化反应:Sb3+-2e-Sb5+,都会使Sb的产率下降。
4.(1)A
(2)Cl2+S+H2O2Cl-+S+2H+
(3)0.47
(4)纳滤　与Cl-相比,S具有更大的水合离子半径和更小的扩散系数,受到的空间位阻较大,且膜表面对S的静电排斥力大于对Cl-的静电排斥力
(5)①5　18　②9
[解析] 由题给流程可知,向原盐中加入氢氧化钠溶液、氯化钡溶液、碳酸钠溶液溶浸,将溶液中的镁离子、硫酸根离子、钙离子转化为沉淀,过滤得到滤渣和滤液;向滤液中加入盐酸除去过量的氢氧根离子、碳酸根离子,加入微生物后电解所得溶液,将有机物大分子在阳极转化为二氧化碳,继续电解直至得到氢氧化钠和含有氯气的氯化钠溶液,向溶液中加入亚硫酸钠溶液除去溶液中的氯气,将所得溶液降温结晶、过滤得到十水硫酸钠和精盐。
(1)“溶浸”工序中,加入过量氢氧化钠溶液的目的是除去溶液中的镁离子、加入过量氯化钡溶液的目的是除去溶液中的硫酸根离子,加入过量碳酸钠溶液的目的是除去溶液中的钙离子和过量的钡离子,所以除杂试剂正确的加入顺序为②①③或①②③,故选A。
(2)由分析可知,在“脱氯”工序中加入亚硫酸钠溶液的目的是除去溶液中的氯气,反应的离子方程式为Cl2+S+H2O2Cl-+S+2H+。
(3)由电离常数可知,pH为10的溶液中c(H+)=1×10-10mol·L-1,则===0.47。
(4)由表格数据可知,与氯离子相比,硫酸根离子具有更大的水合离子半径和更小的扩散系数,受到的空间位阻较大,且膜表面对硫酸根离子的静电排斥力大于对氯离子的静电排斥力,所以选择纳滤膜硫酸根离子更容易被截留。
(5)①由晶胞结构可知,晶胞中位于顶角和面心的镧原子个数为12×+2×=3个,位于面上和体内的镍原子个数为18×+6=15,则镧镍储氢合金的化学式为LaNi5,所以x=5;晶胞中镧原子与同层和上下层的镍原子距离最近,则镧原子的配位数为18。②由①可知,晶胞中含有3个LaNi5,由化学式LaNi5H6可知,1 mol该合金可以储存氢气的物质的量为1 mol×3×6×=9 mol。题型综合练(一)　无机工艺流程
1.[2025·黑龙江哈尔滨模拟] 以铂钯精矿(含Se、Te、Au、Pt、Pd等)为原料,提取贵金属Au、Pt、Pd的工艺流程如图所示:
已知:
①“氯化浸出”时,Au、Pt、Pd以HAuCl4、H2PtCl6、H2PdCl6形式存在。
②(NH4)2PtCl6和(NH4)2PdCl6难溶于水,(NH4)2PtCl4易溶于水,Ksp[(NH4)2PdCl6]=9.9×10-8,≈9.95。
③离子浓度≤1×10-5 mol·L-1时,认为该离子已沉淀完全。
(1)“水浸”时,需要把焙烧渣粉碎后再加入水,同时在溶液底部鼓入N2,鼓入N2的目的是　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“焙烧”时,Se、Te单质转化为可溶于水的Na2SeO3和Na2TeO4。消耗等物质的量的NaClO3,转化Se、Te的物质的量之比为　　　;根据以下两图判断“焙烧”适宜的条件为　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　。
(3)“还原”得到金的反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　;加入过量SO2除将HAuCl4彻底还原得到金外,其另一目的是　　　　　　　　。
(4)常温下,“沉钯”时,若使2 L c(PdC)=0.2 mol·L-1的溶液中PdC沉淀完全,需至少加入NH4Cl固体的物质的量约为　　　　(结果保留3位有效数字)。
(5)“煅烧”时除生成N2、NH4Cl外,还生成一种气体,该气体用少量水吸收后可重复用于“　　　　　　　　　”操作单元。
(6)配合物顺铂是临床使用的第一代铂类抗癌药物,其为平面四边形结构(如图所示),
下列关于顺铂的说法正确的是　　　　。
A.Pt的化合价为0价
B.配位原子为Cl和N
C.配位数为4
D.Pt采取的是sp3杂化
2.[2025·湖南娄底一模] 硒化镉(CdSe)是一种重要的半导体材料,广泛应用于光电领域。某实验小组以含镉废渣(主要成分为Zn和Cd,以及少量的Cu、Fe、Co等)为原料制备CdSe的流程如图所示。
几种金属离子沉淀的pH如表所示。
金属离子 Fe3+ Fe2+ Cd2+
开始沉淀的pH 1.9 7.0 7.2
完全沉淀的pH 3.2 9.0 9.5
回答下列问题:
(1)在Cu、Zn两种元素中,第二电离能与第一电离能之差较大的是　　(填元素符号)。
(2)“酸浸”中提高反应速率的措施有　　　　　　　　　　　　　　(填两种)。
(3)写出产生滤渣3的总反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　。“操作”的名称是　　　　。
(4)“电解”中,阴极的电极反应式为　　　　　　　,废液可循环用于　　　　工序。
(5)以100 kg含镉质量分数为w1的镉渣为原料,经上述流程得到a kg纯度为w2的CdSe。则镉的收率为　　　　%(用含a、w1、w2的代数式表示)。(提示:镉的收率=×100%)
(6)CdSe晶胞如图所示。已知:六棱柱底边边长为a pm,高为b pm,Cd2+、Se2-的半径分别为 c pm、 d pm。则该晶胞中原子的空间利用率为　　　　　　　(用含a、b、c、d的代数式表示)。
3.[2025·黑龙江哈尔滨二模] 硼化钛(TiB2)准金属化合物,强度高、硬度大,用于机械制造领域;五氟化锑(SbF5)是一种高能氟化剂,广泛应用于制药业。工业上以一种含钛的矿渣(主要含TiO2、Sb2O3、ZnO、PbO、NiO、CoO)为原料制取硼化钛和五氟化锑的流程如图所示。
已知:TiO2性质较稳定,加热时可溶于浓硫酸中形成TiO2+;高温下B2O3易挥发。
回答下列问题:
(1)为了加快酸浸速率,除适当升温外,还可以采取的一条措施是　　　　　　　　。滤渣 Ⅰ 的主要成分为　　　　(填化学式),水解后经过滤得到主要含　　　　的滤液,可以循环利用。
(2)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　 　　　　　　　　　。
(3)除钴镍中,有机净化剂的基本组分为大分子立体网格结构的聚合物。其净化原理如图所示:
Co2+、Ni2+能发生上述转化而Zn2+不能,推测可能的原因为 　。
(4)除锌铅加入Na2S溶液,　　　　(填“能”或“否”)产生H2S气体。若能,其原因是　　　　　　　　,若否,此空不用填。
(5)电解时,以惰性材料为电极,锑的产率与电压大小关系如图所示,当电压超过U0 V时,锑的产率降低的原因可能是发生副反应,其电极反应式为　　　　　　　　　。
4.[2025·湖南岳阳县一中六模] 氯碱厂制备的原盐中含有的杂质主要为Ca2+、Mg2+、S及大分子有机物和难溶性泥沙等物质。为了给电解槽提供合格的盐水,可采用如图所示工艺流程精制盐水。
已知:H2CO3的电离常数Ka1=4.5×10-7,Ka2=4.7×10-11。
(1)“溶浸”工序中,以下除杂试剂:①过量的NaOH溶液②过量的BaCl2溶液③过量的Na2CO3溶液,正确的加入顺序为　　(填字母)。
A.②①③　　B.③①②　　C.①③②
(2)在“脱氯”工序中加入Na2SO3除去游离的氯的离子方程式为　　　　　　。
(3)用NaOH溶液吸收一定量CO2气体形成0.1 mol·L-1 Na2CO3-NaHCO3缓冲溶液,pH=10时,溶液中=　　　　。
(4)利用膜的选择性,可除去脱氯过程中引入的S,通过“错流”方式截留下S,使NaCl以渗透液的形式输送到后续工序。不同膜对介质的截留率,相关离子系数如表所示。
物质 截留率
反渗透膜/% 纳滤膜/% 超滤膜/%
NaCl 99 15.6 0
Na2SO4 99 99 0
离子 水合离子半径/nm 扩散系数/(×10-9 m2·s-1)
S 0.397 1.065
Cl- 0.332 2.032
最好的选择是　　　　膜,该膜脱硫率高的原因是　 。
(5)一种镧镍储氢合金LaNix晶体的结构单元如图所示,“电解2”产生的H2与其结合后形成LaNixH6(H2进入合金后解离成氢原子并填充在晶胞空隙中,晶胞体积不变)。
①该晶体结构单元LaNix中,x=　　,La的配位数为　　　　。
②1 mol该合金可以储存　　　mol H2。

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