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(共140张PPT)
专题四
微专题8　化学工艺流程
化学实验及计算　化学工艺流程
命题规律
考向1　化学工艺流程(选择题)
1．(2025·山东卷)钢渣中富含CaO、SiO2、FeO和Fe2O3等氧化物，实验室利用酸碱协同法分离钢渣中的Ca、Si和Fe元素，流程如图所示：
已知：Fe2(C2O4)3能溶于水；Ksp(CaC2O4)＝2.3×10－9，Ksp(FeC2O4)＝3.2×10－7。下列说法错误的是 (　　)
A．试剂X可选用铁粉
B．试剂Y可选用盐酸
C．“分离”后Fe元素主要存在于滤液Ⅱ中
D．“酸浸”后滤液Ⅰ的pH过小会导致滤渣Ⅱ质量减少
A
2．(2025·福建卷)以磷化工品的副产物石灰渣(主要含亚磷酸钙和少量氢氧化钙)为原料，制备阻燃剂亚磷酸铝[Al2(HPO3)3]的工艺流程如图。下列说法错误的是 (　　)
A．“沉淀1”可用于实验室制备CO2
B．“调pH”时应将溶液调至酸性
C．“沉铝”时存在反应：2AlCl3＋3Na2HPO3═══Al2(HPO3)3↓＋6NaCl
D．电解“滤液1”可制得Na和Cl2
D
【解析】向石灰渣加入Na2CO3“碱溶”，得到CaCO3(即沉淀1)和Na2HPO3溶液，CaCO3可用于实验室和稀盐酸反应制备CO2，A正确；“调pH”时加入H3PO3可除去可能剩余的Na2CO3，若未将溶液调至酸性，后续加入的AlCl3会转化为Al(OH)3等杂质，降低产品纯度与产率，B正确；“调pH”后的溶液溶质主要为Na2HPO3，“沉铝”时加入AlCl3发生复分解反应生成Al2(HPO3)3，C正确；“滤液1”为NaCl溶液，电解饱和NaCl溶液可制得NaOH、H2和Cl2，无法得到金属钠，D错误。
C
【解析】机械粉碎的目的是增大接触面积，增大化学反应速率，A错误；“酸溶”的过程中，Al、Zn和Fe可以与盐酸反应生成Al3＋、Fe2＋和Zn2＋，B错误；电解精炼时，粗铜在阳极发生氧化反应，逐步溶解，D错误。
B
【解析】“盐浸”过程中消耗氨气，浸液pH下降，需补充NH3，A正确；由“盐浸”过程有少量Fe2＋和Fe3＋浸出可知，“滤渣”的主要成分为Fe3O4和Fe2O3，只含少量的Fe(OH)3，B错误。
考向2　工艺流程综合题型
5．(2025·安徽卷)某含锶(Sr)废渣主要含有SrSO4、SiO2、CaCO3、SrCO3和MgCO3等，一种工业上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。
5s2
Ca2＋、Mg2＋
SrSO4(s)＋Ba2＋(aq) BaSO4(s)＋Sr2＋(aq)
10－8.97
(4) 其他条件相同时，盐浸2 h，浸出温度对锶浸出率的影响如图1所示。随温度升高锶浸出率增大的原因是___________________________________________。
(5) “浸出渣2”中主要含有SrSO4、______________(填化学式)。
升高温度，化学反应速率增大，锶浸出率增大
BaSO4、SiO2
(6) 将窝穴体a(结构如图2所示)与K＋形成的超分子加入“浸出液”中，能提取其中的Sr2＋，原因是_____________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________。
(7) 由SrCl2·6H2O制备无水SrCl2的最优方法是____(填字母)。
a．加热脱水 b．在HCl气流中加热
c．常温加压 d．加热加压
a
窝穴体a的空腔与Sr2＋更匹配，可通过分子间相互作用形成超分子，且Sr2＋具有更多的空轨道，能够与更多的N、O形成弱配位键，形成超分子后，结构更稳定
6．(2025·福建卷)从炼油厂焙烧炭渣(主要含炭、MoO3和V2O5，以及少量NiO和CaO)中提取钼的工艺流程如图所示：
已知：VOSO4和(MoO)2(SO4)3均易溶于水；草酸(H2C2O4)在水中溶解度见下表。
温度/℃ 20 40 60 80
溶解度/(g/100 g) 9.5 21.5 44.3 84.5
2.0
3d1
冷却结晶
草酸晶体
(3)“沉钼”中，HMT(结构如图2所示)在溶液中转变为(HMT—H)＋，一个(HMT—H)＋有____个可形成氢键的位点；
沉淀为[MoO(OH)3]4(HMT—H)2SO4。
(4) “碱浸转化”中，[MoO(OH)3]4(HMT—H)2SO4在碱作用下分解出MoO(OH)3，后者转化为CaMoO4的化学方程式为_____________________________ ________________；“滤液2”中可循环利用的物质为______。
(5) 下列关于该工艺流程的说法错误的是_____(填字母)。
a.“气体1”为CO
b.“滤渣1”主要含炭、NiO和CaC2O4
c.“滤液1”含H2C2O4
d.CaMoO4粗产品含CaSO4
4MoO(OH)3＋O2＋4CaO═══
4CaMoO4＋6H2O
4
HMT
ab
【解析】炭渣加入草酸浸取，钼和钒分别转化为MoO3＋和VO2＋进入溶液，同时草酸转化为CO2(即气体1)，炭不反应，Ni和Ca分别转化为草酸盐沉淀，三者成为滤渣1，过滤，滤液加入浓硫酸使得钼、钒转化为硫酸盐和草酸，在较低温度时，草酸溶解度降低，结晶得到滤渣2，过滤得到含有VOSO4和(MoO)2(SO4)3的滤液，“沉钼”过程中加入HMT得到沉淀为[MoO(OH)3]4(HMT—H)2SO4，根据元素守恒，还应生成硫酸，过滤后的“滤液1”中含硫酸和未反应的VOSO4，过滤后向得到沉淀加入CaO、H2O和空气得到CaMoO4。(1)①由图可知，最适宜的草酸浓度为2.0 mol/L，钼元素浸出率接近100%，钙和镍元素的浸出率为0。(3)结合HMT结构，HMT中一个氮原子可以与氢离子形成配位键得到(HMT—H)＋，可形成N—H…Y，分子中共有4个含孤电子对的N原子，可形成N…H—X，
故可以存在4个可形成氢键的位点。(4)[MoO(OH)3]4(HMT—H)2SO4在碱作用下，(HMT—H)＋会转化生成HMT，则“滤液2”中可循环利用的物质为HMT。(5)由分析可知，“气体1”为CO2，“滤渣1”主要含炭、NiC2O4和CaC2O4，a、b错误；“酸转化”中通过冷却结晶所得滤液为草酸饱和溶液，则“滤液1”含草酸，c正确；CaSO4微溶于水，则碱浸转化得到粗产品会含有CaSO4，d正确。
7．(2025·山东卷)采用两段焙烧 水浸法从铁锰氧化矿(主要含Fe2O3、MnO2及Co、Cu、Ca、Si等元素的氧化物)分离提取Cu、Co和Mn等元素，工艺流程如图所示：
已知：该工艺条件下，(NH4)2SO4低温分解生成NH4HSO4，高温则完全分解为气体；Fe2(SO4)3在650 ℃完全分解，其他金属硫酸盐分解温度均高于700 ℃。
(1) “低温焙烧”时金属氧化物均转化为硫酸盐。MnO2与NH4HSO4反应转化为MnSO4时有N2生成，该反应的化学方程式为_______________________________
__________________________。“高温焙烧”温度为650 ℃，“水浸”所得滤渣主要成分除SiO2外还含有_______________(填化学式)。
(2) 在(NH4)2SO4投料量不变的情况下，与两段焙烧工艺相比，直接“高温焙烧”，“水浸”时金属元素的浸出率_______(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3) HR萃取Cu2＋反应的化学方程式为2HR(有机相)＋Cu2＋(水相) CuR2(有机相)＋2H＋(水相)。“反萃取”时加入的试剂为________(填化学式)。
Fe2O3、CaSO4
减小
H2SO4
(4) CoS“溶解”时发生反应的离子方程式为_____________________________ ____________。
(5) “沉锰”所得滤液并入“吸收”液中，经处理后所得产品导入___________(填操作单元名称)循环利用。
CoS＋H2O2＋2H＋═══Co2＋＋S＋2H2O
低温焙烧
【解析】采用两段焙烧 水浸法从铁锰氧化矿中分离提取Cu、Co和Mn等元素，加入(NH4)2SO4低温焙烧，金属氧化物均转化为硫酸盐，并产生N2和NH3等气体，其中NH3用稀硫酸吸收，得到(NH4)2SO4溶液；得到的硫酸盐经650 ℃高温焙烧，Fe2(SO4)3完全分解生成Fe2O3和SO3，“水浸”后，过滤分离出滤渣，滤渣主要成分为SiO2、Fe2O3和CaSO4；后续“萃取分离”，将铜元素萃取到有机相中，再加入硫酸“反萃取”，最终得到CuSO4溶液；水相主要含有钴元素和锰元素，加入Na2S调节pH生成CoS，CoS与硫酸、H2O2溶液反应得到CoSO4溶液，再向滤液中滴加NH4HCO3“沉锰”生成MnCO3。
(2)根据已知条件，(NH4)2SO4低温分解成NH4HSO4，高温则完全分解成气体，若直接高温焙烧，反应物会快速分解，导致金属元素的浸出率减小。(3)根据萃取原理可知，加入有机相可以将Cu2＋萃取到有机相中，“反萃取”时需要使平衡逆向移动生成Cu2＋，为了不引入新的杂质，应加入的试剂为稀硫酸。(5)“沉锰”过程中，加入NH4HCO3生成MnCO3、CO2和(NH4)2SO4等，过滤后滤液中的(NH4)2SO4可以导入“低温焙烧”循环使用。
8．(2024·安徽卷)精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等多种元素。研究人员设计了一种从铜阳极泥中分离提收金和银的流程，如图所示。
(1) Cu位于元素周期表第_____周期第______族。
(2) “浸出液1”中含有的金属离子主要是________。
四
ⅠB
Cu2＋
(3) “浸取2”步骤中，单质金转化为HAuCl4的化学方程式为_______________ __________________________。
(4) “浸取3”步骤中，“浸渣2”中的_______(填化学式)转化为[Ag(S2O3)2]3－。
(5) “电沉积”步骤中阴极的电极反应式为______________________________ ________。
“电沉积”步骤完成后，阴极区溶液中可循环利用的物质为__________(填化学式)。
(6) “还原”步骤中，被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为_______。
Au＋8HCl＋3H2O2═══2HAuCl4＋6H2O
AgCl
Na2S2O3
3∶4
(a)结构中电子云分布较均衡，结构较为稳定，(b)结构中正负电荷中心不重合，极性较大，较不稳定，且存在氧化性强于I2的过氧键，故Na2S4O6结构不能是(b)
9．(2024·山东卷)以铅精矿(含PbS，Ag2S等)为主要原料提取金属Pb和Ag的工艺流程如下：
1∶1
H2S
热浸
将过量的Fe3＋还原为Fe2＋
(4) “置换”中可选用的试剂X为____(填字母)。
A．Al　　　　B．Zn　　　　C．Pb　　　　D．Ag
“置换”反应的离子方程式为_______________________________________。
(5) “电解Ⅱ”中将富银铅泥制成电极板，用作_______(填“阴极”或“阳极”)。
C
Pb＋2[AgCl2]－═══2Ag＋[PbCl4]2－
阳极
【解析】(1)PbS和Ag2S溶解时，Pb、Ag化合价均不变，仅S元素从－2价升至0价，等物质的量的PbS和Ag2S失电子物质的量相等，故消耗Fe3＋物质的量相等。溶液中若盐酸浓度过大，会由于H＋浓度大生成有毒的H2S气体。(2)“电解Ⅰ”阳极产物为Cl2，用尾液吸收，Cl2会与尾液中Fe2＋反应生成Fe3＋，可在“热浸”步骤中使用。(5)“置换”后得到的富银铅泥是置换出的Ag和过量的Pb的混合物，将其制成电极板用作阳极，由于二者放电顺序不同，最终在阳极泥中得到Ag，在阴极得到Pb。
10．(2024·广东卷)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。
Ga3＋＋4Cl－═══[GaCl4]－
铁
[FeCl4]－
高
NaCl
3.2
4.0×10－7
11．(2023·福建卷)白合金是铜钴矿冶炼过程的中间产物，一种从白合金(主要含Fe3O4、CoO、CuS、Cu2S及少量SiO2)中分离回收金属的流程如下：
温度区间/℃ <227 227~566 566~600 600~630
晶体总质量 变小 不变 变小 不变
①升温至227 ℃过程中，晶体总质量变小的原因是_____________；566~600 ℃发生分解的物质是____________(填化学式)。
②为有效分离铁、钴元素，“焙烧1”的温度应控制为______℃。
粉碎白合金、搅拌、适当升温、适当增大H2SO4浓度等
CoO＋2H＋═══Co2＋＋H2O
失去结晶水
Fe2(SO4)3
600
(3) 25℃时，Ksp(CuS)＝6.3×10－36，H2S的Ka1＝1.1×10－7，Ka2＝1.3×10－13。反
应CuS(s)＋2H＋(aq)═══Cu2＋(aq)＋H2S(aq)的平衡常数K＝__________________(列出计算式即可)。经计算可判断CuS难溶于稀硫酸。
3d9
2
2∶1
bc
SiO2
1．以天青石 (主要成分：SrSO4)和炭粉焙烧后的水浸液为原料制备 SrCO3的流程如图所示。
已知：ⅰ.水浸液中含有Sr2＋、Ba2＋、OH－，其中，c(Sr2＋)约为0.6 mol/L。
ⅱ.Ksp(SrSO4)＝3.4×10－7，Ksp(BaSO4)＝1.0×10－10。ⅲ．Sr、Ba分别位于第5、6周期ⅡA族。下列说法错误的是 (　　)
A．“焙烧”烟气中可能含有CO和 SO2
B．“沉钡”后的滤液呈酸性
C．“沉钡”过程若 c(Ba2＋)降到 1.0×10－4mol/L， 滤渣中混有SrSO4
D．硫酸锶的熔点高于硫酸钡
B
2．废旧铅蓄电池的铅膏主要含有PbSO4、PbO2和Pb。从铅膏中回收PbO流程如下[已知：Pb(OH)2性质类似Al(OH)3]：

下列说法错误的是 (　　)
A．“脱硫”是把PbSO4转化为Na2SO4将硫除去
B．“酸浸”发生的反应有PbCO3＋2HAc═══Pb(Ac)2＋CO2↑＋H2O
C．“酸浸”中H2O2会分解，应适当过量
D．“沉铅”时为保证铅的完全沉淀，应该加入过量氢氧化钠
D
3．(2025·河南卷)一种从预处理得到的贵金属合金粉[主要成分为Fe、Rh(铑)和Pt，含有少量SiO2]中尽可能回收铑的工艺流程如图所示：
回答下列问题：
(1) “酸溶1”的目的是_____________________________________________。
(2) 已知“酸溶2”中Rh转化为H3[RhCl6]，则生成该物质的化学方程式为______________________________________________；“滤渣”的主要成分是_______(填化学式)。
(3) “沉铑”中得到的沉淀经“灼烧”后分解成铑单质，但夹杂少量Rh2O3和RhCl3，则“高温还原”中发生反应的化学方程式为__________________________
_________________________________。
溶解Fe，使其进入溶液，从而通过过滤实现分离
Rh＋6HCl＋HNO3═══H3[RhCl6]＋NO↑＋2H2O
SiO2
(4) “活化还原”中，SnCl2必须过量，其与Rh(Ⅲ)反应可生成[Rh(SnCl3)5]4－，提升了Rh的还原速率，该配离子中Rh元素的化合价为______；反应中同时生成[SnCl6]2－，若Rh(Ⅲ)以[SnCl6]3－计，则理论上SnCl2和Rh(Ⅲ)反应的物质的量之比为_______。
(5) “酸溶3”的目的是_________________________________。
＋1
6∶1
除去滤渣中未反应的Zn及生成的Sn
【解析】(2)向“酸溶1”的滤渣中加入王水氧化溶解Rh，Rh元素转化为H3[RhCl6]，Pt元素转化为相关可溶物，SiO2不溶，过滤后进行分离，则“滤渣”的主要成分是SiO2。(4)在[Rh(SnCl3)5]4－配离子中，配体[SnCl3]－带1个负电荷，则Rh元素的化合价为＋1。若Rh(Ⅲ)以[SnCl6]3－计，则在反应中Rh(Ⅲ)被还原为Rh(Ⅰ)，SnCl2作还原剂，其部分被氧化为[SnCl6]2－，部分需要结合一个Cl－形成[SnCl6]－作为新的配体，故理论上，每生成1个[Rh(SnCl3)5]4－配离子，需要SnCl2和Rh(Ⅲ)反应的物质的量之比为(1＋5)∶1＝6∶1。(5)“二次还原”过程中，为确保[Rh(SnCl3)5]4－完全反应，加入的锌粉需过量，则过滤后的剩余锌粉和生成物Rh、Sn存在于滤渣中，故再向滤渣中加入浓盐酸的目的是除去滤渣中未反应的锌粉及生成的Sn。
4．一种利用钛白粉副产品[主要成分为FeSO4·7H2O，含有少量Fe2(SO4)3、TiOSO4、MgSO4、MnSO4等]和农药盐渣(主要成分为Na3PO4、Na2SO3等)制备电池级磷酸铁的工艺流程如图所示：
一定条件下，一些金属氟化物的溶度积(Ksp)如下表。
氟化物 FeF2 MgF2 MnF2
溶度积 2.3×10－6 5.1×10－11 5.2×10－3
回答下列问题：
(1) “除钛”中产生的少量气体是___(填化学式)；铁粉的作用之一是提高体系的pH，使得TiO2＋水解以TiO2·xH2O沉淀形式除去，其另一个作用是__________。
(2) “除杂1”中除去的离子是________(填化学式)。
H2
还原Fe3＋
Mg2＋
(3) “氧化1”中若H2O2溶液滴加速率过快，会导致H2O2用量增大，原因是___________________________________________________________________。本步骤不能使用稀盐酸代替硫酸，原因是_____________________________________ ____________。
(4) 滤渣3的主要成分是MnO2·xH2O，生成该物质的离子方程式为__________ ___________________________________________。
(5) “氧化2”的目的是减少______气体的排放(填化学式)。
(6) “沉铁”中如果体系酸性过强，会导致FePO4·2H2O产量降低，原因是________________________________________________________________________________________________________。
氧化生成的Fe3＋可以催化H2O2的分解，分解速率增大，导致H2O2用量增大
防止盐酸与后续加入的KMnO4反应生成污染性的Cl2
SO2
核心突破
能力1　化学工艺流程题的命题特点与规律
1．流程图的结构特点

(1) 跟踪物质，判断滤渣、滤液中物质，书写物质的化学式(或电子式)。
(2) 分析每个步骤中可能发生的化学反应，书写化学或离子方程式。
2．原料处理
(1) 粉碎的目的：增大反应的面积，加快反应速率。
(2) 焙烧的目的
①高温下，硫化物与空气中的O2反应(如FeS2与O2反应生成Fe2O3和SO2)。
②除去硫、碳单质。
③除去有机物等。
(3) 酸浸与碱浸
①酸浸的主要目的是将矿石(或原料)中金属、金属氧化物等转化为可溶性的金属离子。
②碱浸的主要目的一般是除去原料中的油脂、溶解两性氧化物(如氧化铝)等；氨水还能与金属离子形成配离子进入溶液。
(4) 提高浸取率的主要方法：将矿石粉碎；适当加热；充分搅拌；适当提高浸取液的浓度；适当延长浸取时间等。
[说明]①在分析“浸出率”图表，解释“浸出率”高低变化的原因时(“浸出率”升高，一般是反应温度______，反应速率______；但当“浸出率”达到最大值后，温度升高，“浸出率”反而下降，一般是因为反应试剂的____________)，试题常考查在工业生产中控制浸取的最佳条件，即选择达到最高“浸出率”的时间、温度等。
②虽然提高浸取液的浓度(如提高稀硫酸的浓度)，往往有利于提高浸取率，但是酸又不能加入太多，因为后续除杂流程中还要加入碱性物质来提高溶液的pH。
升高
增大
分解或挥发
3．除杂方法
(1) 形成氢氧化物沉淀
①在酸性条件下，常将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于在后续步骤中转化为Fe(OH)3沉淀而除去。
当氧化剂为H2O2时，发生反应的离子方程式为___________________________ _____________(注意：温度不能太高，防止___________)；当用二氧化锰作氧化剂，发生反应的离子方程式为____________________________________________。
②通过计算使Al3＋、Fe3＋等形成____________________沉淀。计算完全沉淀时的c(OH－)，控制溶液pH在一定范围(在酸性条件下)，将金属杂质离子Al3＋、Fe3＋除去。
2Fe2＋＋H2O2＋2H＋═══
2Fe3＋＋2H2O
H2O2分解
MnO2＋2Fe2＋＋4H＋═══Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
Fe(OH)3 、Al(OH)3
例：除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋。已知Fe(OH)3、Fe(OH)2、Mn(OH)2开始沉淀和沉淀完全时的pH如表所示：
物质 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH
Fe(OH)3 2.7 3.7
Fe(OH)2 7.6 9.6
Mn(OH)2 8.3 9.8
若Fe2＋沉淀完全，则大部分Mn2＋与Fe2＋共同沉淀，无法有效分离；若先将Fe2＋氧化为Fe3＋，可使Fe3＋沉淀完全而Mn2＋不沉淀。故先把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液pH范围为_______________，使Fe3＋沉淀完全而Mn2＋不沉淀。
3.7≤pH＜8.3
(2) 调节溶液pH常用试剂
①酸性物质：稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、酸性气体(二氧化硫)等；
碱性物质：氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸氢铵、金属氧化物等。
②缓冲溶液：醋酸与醋酸钠(酸性)、氨水与氯化铵(碱性)。
(3) 形成氟化物、硫化物、碳酸盐沉淀。
①加入NaF 或NH4F可以让Ca2＋ 、Mg2＋形成__________________而除去(注意：溶液的酸性不能太强，否则会________________)。
②加入Na2S可以使Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋、Hg2＋，分别形成_____________________沉淀。也可以用一些Ksp较大的硫化物(如FeS、MnS等)通过沉淀转化使某些金属离子转化为更难溶的硫化物。
③加入Na2CO3或NH4HCO3可以让Mg2＋和Fe2＋，形成___________________而除去。
CaF2、 MgF2沉淀
降低F－的浓度
CuS、ZnS、FeS、HgS
MgCO3、FeCO3沉淀
常见的转化为碳酸盐沉淀的类型如下：
类型 离子方程式
用Na2CO3沉淀Zn2＋
用NH4HCO3沉淀Co2＋
用NH4HCO3 氨水沉淀Mn2＋
用NH3(先)＋CO2(后)沉淀Ca2＋
(4) 用单质进行置换，如可用Zn置换Cu2＋。
(5) 萃取与反萃取
①如果萃取剂与杂质离子反应，那么萃取后有机相就应弃去。因为萃取剂是有机酸，所以萃取时加_____有利于萃取平衡正向移动。
②如果萃取剂与目标产物的离子反应，那么萃取后有机相就要加_____进行反萃取。
③萃取剂的选择
碱
酸
例1：已知萃取剂A、B中pH对Co2＋、Mn2＋萃取率的影响如图所示。

为了除去Mn2＋，应选择萃取剂____ (填“A”或“B”)。
B
例2：萃取剂对Al3＋、Co2＋萃取率与pH的关系如图所示。

萃取分离钴、铝的实验操作： 向萃取分液后的有机相中加稀硫酸调pH＝3~4，分液可得CoSO4溶液，___________________________________________________ ___________________，可得Al2(SO4)3溶液。
④提高萃取效率的方法：可以采取“萃取剂总量一定，多次少量”的方法加入萃取剂。
继续向萃取分液后的有机相中加稀硫酸调pH至0.5以下(或1以下)，然后分液
[及时巩固]
(1) 萃取分离溶液中钴、锂的萃取率与平衡时溶液pH的关系如图所示。

pH一般选择5左右，理由是____________________________________。
pH在5左右时，钴、锂的分离效率最高
(2) 实验室从含碘废液(除H2O外，含有CCl4、I2、I－等)中回收碘，其实验过程如图所示：

向含碘废液中加入稍过量的 Na2SO3 溶液，将废液中的I2还原为I－，该操作的目的是___________________________。
使碘从四氯化碳层进入水层
4．目标产物的生成与提纯
(1) 核心反应：提纯后，加入有关试剂，控制反应条件，生成目标产物。
(2) 物质分离：过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏、升华等方法。
[注意]有关溶解度曲线与结晶、过滤
①从溶液中得到晶体的过程：蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤、干燥。
②需要加热得到的晶体(或物质)：蒸发结晶、趁热过滤。
需要冷却得到的晶体(或物质)：蒸发浓缩、冷却结晶。
例1：制备MnSO4·H2O晶体。已知溶解度曲线如图1所示，MnSO4·H2O晶体在曲线拐点右侧。
操作方法：滴加稀硫酸酸化，温度_______(填“高于”或“低于”)40 ℃，_______结晶、_______过滤，酒精洗涤，低温干燥。
高于
蒸发
趁热
例2：制备FeSO4·7H2O晶体：已知溶解度曲线如图2所示，FeSO4·7H2O晶体在曲线拐点左侧。
操作方法：加热_______，得到_____ ℃的饱和溶液，冷却至____ ℃结晶，过滤，少量冰水洗涤，低温干燥。
浓缩
60
0
例3：由图3和图4，确定以下物质的制备方法。
①制备KNO3：___________、___________(过滤、洗涤、干燥)。
②制备KCl：___________、___________(洗涤、干燥)。
③制备无水Na2SO3：在_______(填“高于”或“低于”)34 ℃条件下，___________，___________(洗涤、干燥)。
(3) 产品纯度或产率计算。
蒸发浓缩
冷却结晶
蒸发结晶
趁热过滤
高于
蒸发结晶
趁热过滤
能力2　物质的跟踪与答题
1．物质的跟踪
原料到产品的转化：比对原料与产品，确定要除去什么元素，引进什么元素。
(1) 沉淀成分的判断
物质的跟踪 举例 滤渣成分
原料中不参与反应的物质 蛇纹石是一种富镁硅酸盐矿物的总称，工业上由蛇纹石(主要成分为MgO、FeO和Fe2O3、Al2O3、SiO2)制取碱式碳酸镁产品的流程如下：
滤渣a为_______
SiO2
物质的跟踪 举例 滤渣成分
原料中不参与反应的物质及过量的反应物 以电石渣[主要成分为Ca(OH)2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如图：
滤渣为______ ___________
CaCO3、Ca(OH)2
物质的跟踪 举例 滤渣成分
原料中不参与反应的物质及后续反应的生成物 某粉煤灰经预处理后含Cu2O、SiO2、Al2O3、FeO化合物，一种综合利用工艺设计的流程如下：
已知：Cu2O＋2H＋═══Cu＋Cu2＋＋H2O 滤渣Ⅰ为___________
SiO2、Cu
物质的跟踪 举例 滤渣成分
杂质转化的物质 工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4，碱式硫酸铁易溶于水]的工艺流程如图：
滤渣为_________
Al(OH)3
(2) 对所加试剂的要求
试剂 目的 追问
硫酸 酸溶 酸不能加过多，否则__________________________ _____
盐酸 酸溶 盐酸不能加过多，否则后续会被KMnO4等氧化剂反应，生成有毒气体Cl2
碱液 碱溶(溶解Al、Al2O3等物质) 碱液不能加过多，否则_______________________ ________
SO2 还原剂(还原MnO2、Fe3＋等) 温度不宜过高，温度越高，SO2_____________
会造成后续调pH时消耗过多试剂
会造成后续调pH时消耗过多试剂
溶解度越小
试剂 目的 追问
Na2SO3 还原剂(还原MnO2、Fe3＋等) 实际用量高于理论量的原因：部分___________ _______________
Zn 置换溶液中的Cu2＋ 锌粉过量目的是将溶液中的Cu2＋除净
NH4F、
NaF 除去Ca2＋、Mg2＋ pH太小Ca2＋、Mg2＋去除率降低原因：_______ ______________________________________________________
Na2S、
FeS 除重金属离子(如Cu2＋) pH太小Cu2＋去除率降低原因：______________ _________________________________________________________
Na2SO3被空气中的O2氧化
pH太小，溶液中的F－与H＋结合生成HF，使溶液中的F－浓度减小
pH太小，溶液中的S2－与H＋结合生成HS－、H2S，使溶液中的S2－浓度减小
(3) 条件控制的目的
①控制溶液的pH
a．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沉淀出来)。
b．“酸作用”还可除去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解等。
c．“碱作用”还可除去油污、除去铝片表面的氧化膜、溶解铝等。
d．金属离子的萃取率与溶液的pH 密切相关。
②控制温度(常用水浴、冰浴或油浴)
a．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。
b．控制化学反应进行的方向，使化学平衡移动。
c．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。
d．控制温度结晶与过滤。
例：以软锰矿(主要成分为MnO2，含少量铁的氧化物)制备高纯MnCO3。流程如图：

①“酸溶还原”时，MnO2发生反应的离子方程式为_________________________ ________________________。
②在常温下，已知：Ksp[Mn(OH)2]＝2×10－13、Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39。工业上，当某离子浓度小于1×10－6 mol/L时，认为该离子已除净。氧化后所得溶液中c(Mn2＋)＝0.2 mol/L，为使溶液中Fe3＋除净，调节pH的范围应为___________。
MnO2＋2Fe2＋＋4H＋═══ Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
3≤pH＜8
2．循环物质的确定
考查角度 举例 可循环物质
可逆反应的反应物
_________
N2、H2
考查角度 举例 可循环物质
前面步骤的反应物，后面步骤的生成物 以菱锰矿(主要成分为MnCO3，还含有FeCO3、CaCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgCO3等杂质)为原料制备MnO2的工艺流程如图：
已知：草酸钙、草酸镁不溶于水 _______
硫酸
考查角度 举例 可循环物质
箭头回头 联碱法(侯氏制碱法)和氨碱法的生产流程简要表示如图：
____________
母液、CO2
能力3　有关图像的曲线分析与答题
1．影响化学反应速率
·OH是一种重要的活性基团，·OH容易发生淬灭。·OH可用于脱除苯酚生成CO2。其他条件不变时，不同温度下苯酚的浓度随时间的变化如图所示。
0~20 min内，50 ℃的化学反应速率与40 ℃ 的基本相同，原因是________________________________________ ________________________________________________。
0~20 min，与40 ℃相比，50 ℃时温度较高，化学反应速率加快，·OH更易发生淬灭，导致c(·OH)下降
[归纳总结] 出现矛盾结论可能的原因
改变条件 正常情况 反常情况 可能的原因
升高温度 速率增大 速率减小 催化剂失活
速率不变 反应物中有易
分解的物质
减小浓度 速率减小 速率增大 反应为放
热反应
2．影响浸取率
(1) 温度、水解程度影响浸取率
用稀硫酸浸取氧化铁，铁浸取率随温度变化曲线如图1所示，当温度超过100 ℃时，铁浸取率反而减小，原因是_____________________________________________ ____________________。
温度超过100 ℃时，Fe3＋水解反应速率明显加快，导致Fe3＋浓度降低
硫化铵受热分解，导致S2－浓度减小，硫单质浸取率下降
(3) 温度、气体的溶解度影响浸取率
其他条件相同时，用SO2还原浸出Cu(AsO2)2 1 h，不同温度下砷的浸出率如图3。随着温度升高，砷的浸出率先增大后减小的原因是________________________ ____________________________________________________________________________________________________________。
升温能加快反应速率，同时温度升高SO2的溶解度减小，反应速率减小，T＜60 ℃，升温对反应速率影响大，T＞60 ℃，SO2浓度减小对反应速率影响大
(4) 锰浸出率与浸出过程中时间和液固比的关系分别如图甲、图乙所示。
适宜的浸出时间和液固比分别为_________、____。
60 min
3
3．影响产率
已知：克劳斯法处理H2S的热化学方程式为2H2S(g)＋O2(g) S2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－314 kJ/mol。
(1) 用克劳斯法处理H2S时，研究人员对反应条件对S2产
率的影响进行了如下研究。其他条件相同时，相同时间内，
S2产率随温度的变化如图1所示。随着温度升高，S2产率先
增大后减小，原因是_________________________________
___________________________________________________
_________________________________________________________。
反应未达到平衡时，升高温度，S2的
生成速率增大，单位时间S2的生成量增大，转化率增大，
当反应达到平衡时，升高温度，平衡逆向移动，S2的转化率减小
O2浓度过高，H2S和O2会反应生成SO2，导致S2产率减小
类型1　化学工艺流程(选择题)
例1　(2022·湖南卷)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如图。下列说法错误的是 (　　)

A．不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料
B．采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C．合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2
D．滤液可回收进入吸收塔循环利用
C
【解析】烟气含有HF，陶瓷中含有SiO2，SiO2会与HF反应，所以不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料，A正确；溶液喷淋法可增大反应物的接触面积，可提高吸收塔内烟气吸收效率，B正确；合成槽中含有生成Na3AlF6、加入的Na[Al(OH)4]、过量Na2CO3，溶液为碱性，碱性溶液不会生成CO2， Na[Al(OH)4]、Na2CO3会与CO2反应，C错误；滤液中含有过量Na2CO3，可回收进入吸收塔循环利用，D正确。
B
【解析】“滤渣1”和“滤渣2”的主要成分均为硅酸，B错误；流程中各步转化过程中均没有元素发生化合价变化，均不涉及氧化还原反应，C正确；氯化锂是离子化合物，氯化铝为共价化合物，所以冶炼金属锂可用电解熔融氯化物的方法，而冶炼金属铝用电解熔融氧化铝的方法，D正确。
类型2　流程图中的条件控制与除杂及物质的跟踪
例3　粗氢氧化钴Co(OH)3是以铜钴矿为原料湿法提取而得到的粗制钴盐中间品，含有MnOOH以及Al2O3、Fe3O4、Mg等杂质，粗氢氧化钴湿法制取精制硫酸钴流程如下：
(1) “浸出”时添加还原剂SO2对原料中的锰和_________(填元素名称)进行有效浸出。保持温度，SO2流速等条件不变，Co浸出率与时间关系如图1所示，则H2SO4浓度最适宜为______mol/L。
(2) “除杂”时混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)。Mn2＋被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为_________________ __________________________ (已知：H2SO5的第一步电离是完全电离，第二步电离是部分电离)。生石灰调节pH＝______(保留一位小数)时，检验反应后的滤液中恰好不存在Fe3＋[已知：Fe(OH)3的Ksp＝10－37.4，离子浓度≤10－6mol/L时沉淀完全]。
钴、铁
3.0
3.5
(3) 在萃取剂一定量的情况下，提高萃取率的措施有______________________ _____________________(答出一点即可)，“萃取”后水相溶液中存在的金属离子有____________。
(4) 硫酸钴的溶解度曲线如图2所示，
从溶液中获得CoSO4·7H2O的方法是
________________________________。
分多次加入萃取剂或充分振荡(答案合理即可)
Al3＋、Mg2＋
在70~75 ℃时减压蒸发、冷却结晶
例4　工业上以铬铁矿(FeCr2O4，含Mg、Al、Si的氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7·2H2O)及副产品工艺流程如图。回答下列问题：
4FeCr2O4＋7O2＋8Na2CO3 ═══8Na2CrO4＋2Fe2O3＋8CO2
Fe2O3、MgO
Na2SO4
趁热过滤
二氧化碳、硫酸
4.7~9.6
类型3　工艺流程中的曲线及晶体结构计算
例5　活性ZnO在橡胶、光学、化工及电子等行业中有重要应用。某工厂以铅锌烟气(主要成分为ZnO、PbO，兼有少量FeO、CuO)制备活性ZnO的工艺流程如下：
(1) 基态Zn原子的价层电子排布式为_________________________________。
1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2
(2) 为提高“酸浸”速率，可采取的措施________________________________ _____________________________(写出一点即可)。
(3) “酸浸”时当浸出液pH为3.93时，温度与Zn、Pb元素浸出率的影响如图所示。则“酸浸”时采用30℃而不用更高温度的原因是_________________________ _____________________________________________________________________。
适当增加盐酸浓度(或适当提高反应温度或搅拌，答案合理即可)
防止盐酸挥发；随温度升高，Zn2＋浸出率基本不变，Pb2＋浸出率增大，杂质含量增大，增加后续净化成本
(4) “氧化”时，在pH约为5的浸出液中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤，滤渣Ⅰ中有MnO2，该步反应的离子方程式为__________________________ ____________________________。
(5) “还原”时，滤渣Ⅱ的主要成分为Pb、Cu，最适宜使用的试剂X是_____(填化学式)。
(6) 在“沉锌”中生成Zn(OH)2·ZnCO3沉淀的化学方程式为______________ ____________________________________________________________________________________________________________。
Zn
2ZnCl2＋3Na2CO3 ＋2H2O═══Zn(OH)2·ZnCO3↓＋2NaHCO3＋4NaCl或2ZnCl2＋2Na2CO3＋H2O═══Zn(OH)2·ZnCO3↓＋CO2↑＋4NaCl
(7) 用锌与铜制得的高纯铜锌合金滤料被广泛应用于各种水处理设备。一种铜锌合金的立方晶胞结构如图，晶胞参数为a pm。
①与Cu原子等距离且最近的Cu原子有____个。
②该铜锌合金晶体密度为_____________________g/cm3(列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。
8
例6　利用炼锌钴渣[主要含Co(OH)2、FeSO4、NiSO4和Zn、Cu单质]协同制备Co(OH)3和高纯Zn的流程如下。
(1) “酸浸”过程Co(OH)2发生反应的离子方程式为_______________________ ___________。
(2) “沉铁”过程CaCO3的作用有______________________________________ _________________________________________。
Co(OH)2＋2H＋═══Co2＋ ＋2H2O
调节pH将铁离子转化为氢氧化铁沉淀，且碳酸钙、硫酸钙均为固体，减少引入其他杂质
10
105.4
动力学
(4) “沉钴”过程生成Co(OH)3的离子方程式为___________________________ _______________________________________。
(5) “电解”过程阴极生成Zn的电极反应式为____________________________ ______________。金属Zn的晶胞如图，密度为ρ g/cm3，则阿伏加德罗常数NA＝
____________mol－1(列代数式即可，下同)，晶胞空间占有率为_________。
[Zn(OH)4]2－＋2e－═══Zn＋4OH－
能力评价
1．铟(In)是一种广泛应用于高科技领域的稀有金属。一种以锌冶炼废渣(主要含有ZnO、PbO以及Fe、In的氧化物)为原料进行铟的富集与回收的工艺流程如图所示：
已知：①常温下，一些金属离子开始沉淀与完全沉淀时的pH(生成氢氧化物沉淀)如表所示：
金属离子 Zn2＋ Fe2＋ Fe3＋ In3＋ Pb2＋
开始沉淀 5.4 7.1 1.7 3.5 7.2
完全沉淀 6.4 8.9 2.8 4.8 8.7
②“萃取”原理可表示为In3＋(aq)＋3[H2A2](有机相) [InA3·3HA](有机相)＋3H＋(aq)。
回答下列问题：
(1) 滤渣1的主要成分为________(写化学式)，“氧化”步骤发生反应的离子方程式为 _______________________________________。
(2) 常温下“调pH”时，应控制范围为_______________。
(3) 若滤液1的主要成分为ZnCl2，则试剂X应使用_______(写试剂名称)。
(4) 流程中可循环利用的物质为_______________。
(5) “置换”步骤使用锌粉而不用锌片，其原因是________________________ ____________________________________。
PbSO4
2Fe2＋＋H2O2＋2H＋═══2Fe3＋＋2H2O
2.8≤pH＜3.5
盐酸
H2A2或萃取剂
粉状物粒度更小，比表面积更大，更有利于置换生成海绵状的铟
(6) 铟可与砷(As)形成一种光纤通信晶体材料，其晶胞结构如图所示：
①该晶体中，铟原子的配位数为____。
②已知晶胞参数为a nm，阿伏加德罗常数的值为NA。则晶体密度为_________ g/cm3(列计算式，As—75，In—115)。
4
2．一种以硼镁矿(含B2O3、MgO、SiO2及少量铁、铝氧化物等)为原料生产高纯硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如图：
已知：①硼酸微溶于冷水，但在热水中溶解度较大。
②常温下，硼酸溶液呈弱酸性：B(OH)3＋H2O [B(OH)4]－＋H＋　Ka＝5.8×10－10。
(1) 基态Mg2＋核外电子有____种空间运动状态。
(2) “溶浸”时选择100 ℃微沸条件下进行，原因是_______________________ _________________________。
(3) “吸收”时发生反应的化学方程式为______________________________。
(4) “母液”加热后可返回_______工序循环利用。
5
加快反应速率，促进氨气逸出，防止H3BO3析出
CO2＋2NH3＋H2O═══(NH4)2CO3
溶浸
(6) 粗硼酸可以通过与甲醇酯化再水解提纯，写出硼酸与甲醇完全酯化的化学方程式：
___________________________________________。
H2SO4
2~3
＞
B(OH)3＋3CH3OH ======= B(OCH3)3＋3H2O
浓硫酸
(7) 沉镁过程中还会生成镁的另外一种化合物X，其立方晶胞结构如图2a，沿z轴方向的投影为图2b。
①X的化学式为_______________________。
②X最简式的式量为M，晶体边长为a pm，其晶胞密度为___________g/cm3(列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。
(NH4)2Mg(CO3)2·4H2O
3．某种软锰矿中含有Mn、Fe、Si的氧化物，一种综合利用的工艺流程如下：
已知：①25 ℃下，NH3·H2O的Kb＝1.8×10－5，Mn(OH)2的Ksp＝1.96×10－13。
②(NH4)2SO4溶解度随温度变化较大。
③当某离子浓度等于1×10－5 mol/L时，认为该离子恰好完全沉淀。
650 ℃
SiO2
MnSO4＋2NH3·H2O═══ (NH4)2SO4＋Mn(OH)2↓
＜
1∶6
(4) “水热法”时，温度控制在160 ℃，反应的离子方程式为_______________ ________________________________；“一系 列操作”为_____________________，过滤，洗涤，干燥。
(5) 该工艺中可循环利用的物质有_____________(写化学式)。
(6) 一种含Al、Cu、Mn元素的形状记忆合金的结构单元如图2所示，该合金的最简立方晶胞中，Cu的个数为____，晶体中一个Mn周围与其最近的Al的个数为____。
蒸发浓缩，冷却结晶
SO3或H2SO4
8
6
“氧化”时，氢氧化锰被氧气氧化为Mn3O4，可得关系式：6Mn(OH)2~2Mn3O4~O2，则氧化剂(O2)与还原剂[Mn(OH)2]的物质的量之比为1∶6。(5) “焙烧”生成的SO3可循环到“混料”过程使用，该工艺中可循环利用的物质有SO3或H2SO4。(6) 根据图示，1个晶胞由8个图示的结构单元组成，所以晶胞中Cu的个数为8，晶体中一个Mn周围与其最近的Al的个数为6。
4．硫酸镍在电镀、镍电池、催化剂以及制取其他镍盐等领域有着十分重要的应用。从某镀镍厂排放的粗硫酸镍废弃物(含Cu2＋、Fe3＋、Mg2＋、Zn2＋、Ca2＋等杂质)中对资源进行回收利用，提取硫酸镍晶体(NiSO4·6H2O)的工艺流程如图所示。
已知：常温下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：
金属离子 Ni2＋ Fe3＋ Fe2＋
开始沉淀时(c＝0.01 mol/L)的pH 7.2 2.2 7.5
沉淀完全时(c＝1.0×10－5 mol/L)的pH 8.7 3.2 9.0
(1) 提高“溶解”速率的措施是______________________________________(任写两点)。
(2) “硫化除铜”过程中含铁微粒发生反应的离子方程式：________________ _____________________。
(3) “滤渣2”的主要成分是_____________(填化学式)。
适当升高温度、适当增大酸的浓度、搅拌
2Fe3＋＋H2S═══ S↓＋2H＋＋2Fe2＋
CaF2、MgF2
(4) “萃取除锌”时，室温下溶液pH对几种离子的萃取率的影响如图1所示，则萃取锌时，应控制pH范围为3~4，请解释原因：_________________________ __________________________________。
若pH过小，Zn2＋的萃取率低；若pH过大，易生成Ni(OH)2沉淀
(5) 称取2.000 g硫酸镍晶体(NiSO4·6H2O)样品溶于蒸馏水，定容至250 mL，移取25.00 mL溶液于锥形瓶中，用0.020 0 mol/L的EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定至终点。重复实验，3次平均消耗EDTA标准溶液20.00 mL。已知滴定反应：Ni2＋＋H2Y2－═══NiY2－＋2H＋，计算样品纯度为__________(Ni—59，保留四位有效数字)。
(6) 镍的氧化物常用作催化剂，NiO的晶胞结构如图2所示，O2－的配位数是____；若晶胞中2个O2－的最近距离为a nm，晶体密度ρ＝
______________g/cm3(列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。
52.60%
6

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