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专题四
微专题7　化学工艺流程
化学工艺流程　化学实验及计算
命题规律
考向1　化学工艺流程
1．(2025·广东卷)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，对应氢氧化物的Ksp如下表所示。
氢氧化物 Fe(OH)3 Al(OH)3 Cu(OH)2 Ni(OH)2
Ksp(298 K) 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)。
搅拌、提高酸浸温度等
(2) “高压加热”时，生成Fe2O3的离子方程式为_________________________ ______________。
(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，c(Ni2＋)＝0.042 mol/L]。
2Fe2O3↓＋8H＋
5
2NH3 === N2＋3H2
没有污染物产生
催化剂
加热、加压
【解析】 (2) 通入SO2“酸浸”，故浸取液中不含Fe3＋，“高压加热”时，Fe2＋在酸性条件下被空气中的O2氧化为Fe2O3。(3) “沉铝”时，保证Cu2＋和Ni2＋不沉淀，Cu(OH)2的溶度积更小，根据Ksp＝c(Cu2＋)·c2(OH－)＝0.022×c2(OH－)＝2.2×10－20，得出c(OH－)＝10－9 mol/L，pH＝5。(4) ②与传统高炉炼铁工艺相比，上述两种新型冶铁方法所体现“绿色化学”思想的共同点是没有污染性的CO气体产生。
2．(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。
Ga3＋＋4Cl－===
[GaCl4]－
铁
[FeCl4]－
高
NaCl
3.2
4.0×10－7
【解析】(3) 由信息知浸取液中，Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m－3)－(m＝0~4)微粒形式存在，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，为了避免铁元素的配离子通过LAEM，故要先加入铝片还原 Fe3＋，从而有利于Ga的分离。(4) “LAEM提取”中，原料液的Cl－浓度越高，更有利于生成[GaCl4]－的反应正向移动，更有利于Ga的提取，在不提高原料液酸度的前提下，同时又不引入新杂质，可向Ⅰ室中加入NaCl，以提高Cl－浓度，进一步提高Ga的提取率。
3．(2023·广东卷)Ni、Co均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Al3＋、Mg2＋)中，利用氨浸工艺可提取Ni、Co，并获得高附加值化工产品。工艺流程如下：
已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常温下，Ni2＋、Co2＋、Co3＋与NH3形成可溶于水的配离子；lgKb(NH3·H2O)＝－4.7；Co(OH)2易被空
氢氧化物 Co(OH)2 Co(OH)3 Ni(OH)2 Al(OH)3 Mg(OH)2
Ksp 5.9×10－15 1.6×10－44 5.5×10－16 1.3×10－33 5.6×10－12
回答下列问题：
(1) 活性MgO可与水反应，化学方程式为_________________________。
MgO＋H2O===Mg(OH)2
气氧化为Co(OH)3；
部分氢氧化物的Ksp如右表。
＞
(4) (NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰。
①NH4Al(OH)2CO3属于________(填“晶体”或“非晶体”)。
②(NH4)2CO3提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是________________________ ______________________________________________。
(5) ①“析晶”过程中通入的酸性气体A为_______。
晶体
减少胶状物质对镍、钴氢
氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积
HCl
②由CoCl2可制备AlxCoOy晶体，其立方晶胞如图。Al与O最小间距大于Co与O最小间距，x、y为整数，则Co在晶胞中的位置为________；晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为______。
体心
12
(6) ①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则所得HNO3溶液中n(HNO3)与n(H2O)的比值，理论上最高为_____________。
②“热解”对于从矿石提取Ni、Co工艺的意义，在于可重复利用HNO3和_______(填化学式)。
0.4或2∶5
MgO
4．(2022·广东卷)稀土(RE)包括镧、钇等元素，是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理，一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下：
已知：月桂酸(C11H23COOH)熔点为44 ℃；月桂酸和(C11H23COO)3RE均难溶于水。该工艺条件下，稀土离子保持＋3价不变；(C11H23COO)2Mg的Ksp＝1.8×10－8，Al(OH)3开始溶解时的pH为8.8；有关金属离子沉淀相关pH如表。
金属离子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
开始沉淀时的pH 8.8 1.5 3.6 6.2~7.4
沉淀完全时的pH — 3.2 4.7 —
(1) “氧化调pH”中，化合价有变化的金属离子是_________。
(2) “过滤1”前，用NaOH溶液调pH至________________的范围内，该过程中Al3＋发生反应的离子方程式为__________________________。
(3) “过滤2”后，滤饼中检测不到Mg元素，滤液2中Mg2＋浓度为2.7 g/L。为尽可能多地提取RE3＋，可提高月桂酸钠的加入量，但应确保“过滤2”前的溶液中 c(C11H23COO－)低于______________mol/L(保留两位有效数字)。
Fe2＋
4.7≤pH＜6.2
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
4.0×10－4
(4) ①“加热搅拌”有利于加快RE3＋溶出、提高产率，其原因是____________ ________________________________________________________________。
②“操作X”的过程为先____________，再固液分离。
(5) 该工艺中，可再生循环利用的物质有_________(写化学式)。
(6) 稀土元素钇(Y)可用于制备高活性的合金类催化剂Pt3Y。
①还原YCl3和PtCl4熔融盐制备Pt3Y时，生成1 mol Pt3Y转移______ mol电子。
②Pt3Y/C用作氢氧燃料电池电极材料时，能在碱性溶液中高效催化O2的还原，发生的电极反应为__________________________。
加热可加快
反应速率，搅拌增加溶剂与溶质的接触面积，使溶出更彻底，提高产率
冷却结晶
MgSO4
15
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(4) ②月桂酸(C11H23COOH)熔点为44 ℃，月桂酸和(C11H23COO)3RE均难溶于水，所以“操作X”的过程为先冷却结晶，再固液分离，从而得到RECl3溶液和月桂酸。(5) 滤液2中含有硫酸镁，浸取时需要加入硫酸镁，则该工艺中，可再生循环利用的物质有MgSO4。(6) ①YCl3中Y元素化合价为＋3，PtCl4中Pt元素化合价为＋4，Pt3Y中Y、Pt元素化合价均为0，还原YCl3和PtCl4熔融盐制备Pt3Y时，生成1 mol Pt3Y转移电子的物质的量为1 mol×[(＋4－0)×3＋(＋3－0)×1]＝15 mol。②碱性氢氧燃料电池中，正极上O2得电子生成OH－。
5．(2021·广东卷)对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝(Al)、钼(Mo)、镍(Ni)等元素的氧化物，一种回收利用工艺的部分流程如图所示：
＋6
(2) “沉铝”中，生成的沉淀X为____________。
(3) ①滤液Ⅲ中，主要存在的钠盐有NaCl和Y，Y为__________。
②向滤液Ⅲ中添加适量NaCl固体后，通入足量_______(填化学式)气体，再通入足量CO2，可析出Y。
NaHCO3
NH3
Al(OH)3
(4) 高纯AlAs(砷化铝)可用于芯片制造。芯片制
造中的一种刻蚀过程如图所示，图中所示致密保护
膜为一种氧化物，可阻止H2O2刻蚀液与下层GaAs(砷
化镓)反应。
①该氧化物为_________。
②已知：Ga和Al同族，As和N同族。在H2O2与上层GaAs的反应中，As元素的化合价变为＋5，则该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为________。
Al2O3
4∶1
【解析】 根据流程图可知，废催化剂与氢氧化钠一起焙烧，Al转化为Na[Al(OH)4]，Mo转化为Na2MoO4，经水浸、过滤可得到含镍固体和Na[Al(OH)4]、Na2MoO4溶液，溶液中通入过量的CO2可得到Al(OH)3沉淀；Na2MoO4溶液中加入BaCl2溶液生成BaMoO4沉淀。(4) ②H2O2中O显－1价，还原产物为H2O，GaAs中As显－3价，反应后As元素的化合价变为＋5，根据得失电子守恒可列式：4H2O2~GaAs，则氧化剂(H2O2)与还原剂(GaAs)的物质的量之比为4∶1。
1．(2025·广州二模)LiFePO4广泛应用于新能源汽车和储能领域。从低浓度锂溶液(含Li＋、Al3＋、Mg2＋、Ca2＋)获得制备LiFePO4的原料FePO4和Li2CO3，工艺流程如下：
已知：①常温下，部分物质的Ksp如下表所示：
物质 Li3PO4 FePO4 AlPO4 Mg3(PO4)2 Ca(OH)2 Mg(OH)2
Ksp 2.3×10－11 9.9×10－16 9.8×10－21 1.0×10－24 5.5×10－6 5.6×10－12
1.0×10－3
酸性增强，
H＋＋R－ HR平衡正向移动，导致溶液中R－浓度降低，不利于生成AlR3除铝
6.9×10－2
2Fe2＋＋H2O2＋2H3PO4===2FePO4↓
＋2H2O＋4H＋
(4) “除杂”中加入NaOH调节溶液pH＝12。“滤渣2”的主要成分是Fe(OH)3、Ca(OH)2和___________。
(5) “沉锂2”先加入适量EDTA，再加入Na2CO3固体，充分反应后过滤。加入EDTA的目的是防止Li2CO3产品中混入_________(填化学式)杂质。
Mg(OH)2
CaCO3
2．(2025·深圳一调)一种从石煤灰渣(主要含V2O5、SiO2、Al2O3及Fe2O3等)中提取钒的工艺流程如右：
已知：萃取剂(HR)与阳离子的结合能力：Fe3＋ VO2＋ Al3＋＞Fe2＋；萃取VO2＋的原理为2HR＋VO2＋ VOR2＋2H＋；“中间盐”中的金属阳离子均为＋3价；含V3＋的硫酸盐难溶于水；Ksp[Al(OH)3]＝4×10－33。
适当升温、搅拌、将灰渣进一步粉碎、适
当增加酸的浓度等(答案合理即可)
V2O5＋H2SO4===(VO2)2SO4＋H2O
(2) “还原结晶”所得“溶液3”的主要阳离子及其浓度如下表：
据此分析“溶液3”可在________工序循环利用。
阳离子 H＋ Al3＋ Fe3＋
浓度/(mol/L) 10.79 0.004 1 0.11 0.029
酸浸
(3) “中间盐”的一种含钒物质为NH4V(SO4)2；“溶解”后，所得溶液中钒主要以VO2＋的形式存在。该含钒物质“溶解”时发生反应的离子方程式为______________________________________________________。
(4) “还原”步骤的主要目的是________________________________________ ____。
将Fe3＋转化为Fe2＋，避免Fe3＋影响VO2＋的萃
取
(5) “萃取”前，需调节溶液pH。
①已知萃取前溶液中c(Al3＋)＝0.4 mol/L，理论上，为避免产生Al(OH)3沉淀，应调节溶液pH小于_______(保留一位小数)。
②实际上，溶液pH也不能过低，其原因是_______________________________ ______________________________________________________________________。
3.3
pH过低，即c(H＋)浓度过大，会导
致萃取反应2HR＋VO2＋ VOR2＋2H＋的平衡逆向移动，不利于V进入有机相
(6) 一种V Ti固溶体储氢材料经充分储氢后所得晶体的立方晶胞结构如图。
①该晶体中金属原子与非金属原子的个数比为________。
②储氢材料的性能常用“体积储氢密度”(1 m3储氢材料可释放出的H2体积)来衡量。一定条件下，50%的氢可从上述晶体中释放出来，且吸放氢引起储氢材料体积的变化可忽略。设NA为阿伏加德罗常数的值，H2的摩尔体积为22.4 L/mol，则
该储氢材料的“体积储氢密度”为_________________________________________ L/m3(列出算式)。
1∶2
核心突破
能力1　化学工艺流程题的命题特点
1．工艺流程常见考查特点
(1)原料处理、除杂类型与方法、核心反应、物质的分离与提纯过程的考查。
(2)分析每个步骤的目的和可能发生的化学反应，书写化学(或离子)方程式。
(3)跟踪物质，判断滤渣、滤液中物质。
2．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：一般涉及过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等方法。
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。
③需要冷却得到的晶体(或物质)：蒸发浓缩、冷却结晶。
(3) 产品纯度或产率计算。
3．其他：如产物晶体的结构分析。
能力2　化学工艺流程的解题要点
1．原料处理
(1) 粉碎的目的：增大反应的接触面积，加快反应速率(或溶解速率)。
(2) 焙烧的目的
①高温下除去硫，硫化物与空气中的O2反应生成SO2或S。如FeS2与O2反应生成Fe2O3和SO2。
②高温下，除去有机物、碳单质等。
2．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。
(3) 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。
[注意]
①在分析“浸出率”图表，解释“浸出率”高低变化的原因：“浸出率”升高，一般是反应温度升高，反应速率增大；但当“浸出率”达到最大值后，温度升高，“浸出率”反而下降，可能原因是温度升高，反应试剂挥发或分解(如H2O2)。
②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。
③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，但是酸的浓度又不能太高，因为后续除杂流程中可能还需提高溶液的pH，若酸的浓度太高，就会消耗更多的碱性物质。
3．沉淀除杂
除杂离子 除杂类型及方法 说明
Al3＋、Fe3＋ 用碱性物质(如NaHCO3等)来调高溶液的pH，使Al3＋、Fe3＋等金属杂质离子以___________、___________的形式完全沉淀出来而除去
Ca2＋、Mg2＋ 加入NaF或NH4F可使Ca2＋、Mg2＋形成________、________沉淀而除去。此时要注意溶液的酸性不能太强，否则会_________________ 溶液中的Mg2＋也可通过控制溶液的pH (大于10.2)，形成Mg(OH)2沉淀除去
Fe(OH)3↓＋3CO2↑
Al(OH)3↓＋3CO2↑
Al(OH)3
Fe(OH)3
CaF2
MgF2
降低F－的浓度
除杂离子 除杂类型及方法 说明
Zn2＋、Co2＋、
Mn2＋、Ca2＋ 将金属离子转化为碳酸盐沉淀除去。
①除Zn2＋可加入Na2CO3溶液，生成ZnCO3沉淀；
②除Co2＋可加入NH4HCO3溶液，生成CoCO3沉淀；
③除Mn2＋可加入NH4HCO3 氨水，生成MnCO3沉淀
Cu2＋、Zn2＋、
Fe2＋、Hg2＋ 加入Na2S可使Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋、Hg2＋形成______________________沉淀 ①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；
②Cu2＋也可用Zn除去
CuS、ZnS、FeS、HgS
除杂离子 除杂类型及方法 说明
注意事项 (1)调节溶液的pH常用的试剂：
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、相应金属的氧化物等；
②缓冲溶液：如醋酸 醋酸钠(酸性)、氨水 氯化铵(碱性)。
(2)有关Fe2＋的氧化：
由于Fe(OH)2开始沉淀时溶液呈碱性，所以常在酸性溶液中将其氧化为Fe3＋，再调节溶液的pH使其生成Fe(OH)3沉淀而除去。在酸性条件下，常用MnO2、H2O2等作为氧化剂
除杂离子 除杂类型及方法 说明
注意事项 ①若氧化剂为MnO2，反应的离子方程式为____________________________ _______________；若氧化剂为H2O2，反应的离子方程式为______________ ______________________。
②MnO2、H2O2作为氧化剂，究竟选择哪种氧化剂更好呢？
选择MnO2更好。因为______________________________________________
MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋
2Fe2＋＋H2O2
＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
＋2Fe3＋＋2H2O
反应Fe2＋与H2O2反应生成的Fe3＋会催化H2O2分解
4．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。
(2) 如果萃取剂与目标产物中的离子反应，那么萃取后有机相中就要加酸进行反萃取。
(3) 萃取剂的选择(举例说明)
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。
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
(4) 提高萃取效率的方法：
①萃取剂一般是有机酸，金属离子与萃取剂反应时，加入______(填“酸”或“碱”)有利于萃取平衡正向移动。
②可以采取“萃取剂总量一定，多次少量”的方法加入萃取剂。
③萃取时适当增大搅拌速率，可以增大有机相和水相的接触面积，提高萃取率。但搅拌速率过快，容易造成有机相的乳化，进入有机层的离子减少，会导致的萃取率降低。
碱
④萃取率与平衡时溶液pH的关系：
例：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
5．解题建模——有关溶液pH的控制
在化学工艺流程中，可以通过金属氢氧化物Ksp的计算，来确定所控制溶液的pH范围。
例1：一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺流程如下：
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10－5 mol/L)时的pH如下表：
[解题要点]
(1) “酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是________________________________ ____________________。
“滤渣1”中的主要成分为
_________。
金属离子 Fe3＋ Fe2＋ Co3＋ Co2＋ Zn2＋
开始沉淀的pH 1.5 6.9 － 7.4 6.2
沉淀完全的pH 3.1 8.4 1.1 9.4 8.2
增大固液接触面积，从而加快酸浸
速率，提高浸取效率
PbSO4
将Fe2＋氧化
为Fe3＋
MnO2
(3) “氧化沉钴”，加入强氧化剂KMnO4，将溶液中Co2＋氧化为Co3＋，在pH＝5时Co3＋形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4则被还原为MnO2，KMnO4还会与溶液中的Mn2＋发生归中反应生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物。“氧化沉钴”步骤中的离子方程式为_________________________________________________、_______________________________________。
(4) “除钴液”中主要的盐有________________(写化学式)。
(5) 溶液中残留的Co3＋浓度为_______________。
ZnSO4、K2SO4
10－16.7 mol/L
例2：某油脂厂废弃的油脂氢化镍催化剂主要成分为金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·6H2O)的工艺流程如下：
已知：Ksp[Ni(OH)2]＝10－15.6、Ksp[Al(OH)3]＝10－32.9、Ksp[Fe(OH)2]＝10－15、Ksp[Fe(OH)3]＝10－37.4。
[解题要点]
(1) X溶液为NaOH溶液，碱浸的目的是溶解Al、除油脂，所以“滤液①”中主要溶质的化学式为_______________________。
(2) 溶液Y为稀硫酸，加入H2O2溶液，将Fe2＋氧化为 Fe3＋，“转化”后溶液中大量减少的阳离子是______________。
NaOH和Na[Al(OH)4]
Fe2＋、H＋
(3) “转化”后，若溶液中c(Ni2＋)＝0.1 mol/L，应如何控制溶液的pH范围，使得Fe3＋完全沉淀而Ni2＋不沉淀(已知当某种金属离子浓度c≤10－5 mol/L时，可视为该金属离子沉淀完全)？
例3：以含钴废料(含Co2O3和少量Fe、Al、Mn、Ca、Mg等的氧化物及活性炭)为原料制取钴的氧化物的流程如下。
已知：萃取时发生的反应为Co2＋＋n(HA)2 CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。
[解题要点]
(1) 除Fe、Al：先加入NaClO3溶液，再加入Na2CO3溶液调节pH。写出NaClO3氧化Fe2＋的离子方程式：________________________________________。
(2) 除Ca、Mg：当某离子浓度小于或等于1.0×10－6 mol/L时，认为该离子已除尽。
①已知Ksp(CaF2)＝1.0×10－10，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11，由于则氟化钙溶解度大于氟化镁，为使Ca2＋、Mg2＋除尽，则需要保证氟离子浓度至少为____________。
②已知：Ka(HF)＝3.5×10－4。若调节溶液的pH偏低，将会导致Ca2＋、Mg2＋沉淀不完全，其原因是___________________________________________________ __________________________________________。
0.01 mol/L
pH偏低，较多的F－与H＋形成弱酸HF，导致溶液中F－浓
度减小，使Ca2＋、Mg2＋不能完全转化为沉淀
(3) 萃取、反萃取：加入某有机酸萃取剂(HA)2，实验测得Co2＋萃取率随pH的变化如图所示。
①该工艺中设计萃取、反萃取的目的是_____________________________。
②Co2＋萃取率随pH升高先增大后减小的可能原因是______________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
③将Co2＋从滤液中提取到有机层中，分液后再反萃取到水层中，反萃取时应加入__________(填试剂名称)使Co2＋进入水相。
分离提纯并富集Co2＋的浓度
当pH＜6.5时，随着pH升
高，溶液中c(H＋)减小，萃取平衡正向移动，更多的Co2＋与萃取剂反应；当pH＞
6.5时，随着pH升高，溶液中c(OH－)增大，Co2＋与OH－结合形成Co(OH)2沉淀
稀硫酸
能力3　工艺流程中物质的跟踪
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、Fe2O3、Al2O3和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：
__________________
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：
________
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，否则会与后续会被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______________
Na2SO3 还原剂(还原MnO2、Fe3＋等) 实际用量高于理论量的原因：部分___________ _______________
会造成后续调pH时消耗过
多碱性试剂
会造成后续调pH时消耗
过多酸性试剂
溶解度越小
Na2SO3被空
气中的O2氧化
试剂 目的 追问
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 除重金属离子(如Cu2＋) pH太小Cu2＋去除率降低原因：___________________ ______________________________________________
pH太小，溶
液中的H＋与F－结合生成HF，使溶液中的F－浓度减小
pH太小，溶液中的H＋
与S2－结合生成HS－、H2S，使溶液中的S2－浓度减小
3．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 联合制碱法(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4　有关图像曲线的分析
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_______________________________________________ _____________________________________________。
[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
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
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
图1
快，导致Fe3＋浓度降低
图2
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________________________ __________________________________________________________________________________________________________________。
图3
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__________、_____。
甲
乙
60 min
3
类型1　流程图中的除杂与除杂条件的控制
例1　(2025·广州一模)独居石精矿是一种以稀土(RE)元素的磷酸盐为主的矿物，还含有FePO4、SiO2和极少量含铀(U)的化合物。一种从独居石精矿中提取铀和稀土的工艺如图所示：
＜
＋6
UO(OH)2＋2Fe3＋＋4Cl－===
(3) “氧化”和“调pH”工序的目的是避免__________(填离子符号)与交换树脂反应，从而有利于U的分离。
(4) “沉铀”中，加入NH4HCO3使UO2Cl2转化为(NH4)4[UO2(CO3)3]，再加热促使其分解生成UO3。(NH4)4[UO2(CO3)3]分解的化学方程式为________________________ ________________________。
(5) 常温下，若“沉淀”后溶液中c(Mg2＋)＝0.056 mol/L，为防止RE(OH)3中混入Mg(OH)2，应确保溶液的pH低于_______。
[FeCl4]－
＋4NH3↑＋3CO2↑＋2H2O
9.0
例2　(2025·深圳二调)铂族金属是国家战略性金属，被誉为“现代工业维他命”。从某矿渣[含钯(Pd)、铂(Pt)、FeS、NiS及SiO2等]中提取Pd、Pt、Ni的工艺如下。
已知：Pd、Pt经“氧化浸取”转化为H2[PdCl4]、H2[PtCl6]；“氨合”后，Pd(Ⅱ)主要以[Pd(NH3)4]2＋的形式存在；常温下，H2C2O4的Ka1＝5.6×10－2，Ka2＝1.5×10－4。
(1) Pt、Pd与Fe为同族元素，位于元素周期表的_____区。
(2) “氧化浸取”时，Pd发生反应的化学方程式为_________________________________________。
(3) “滤液Ⅱ”中的溶质可在________工序中循环利用。
d
Pd＋H2O2＋4HCl===
H2[PdCl4]＋2H2O
沉铂
0.084(或8.4×
10－2)
类型2　工艺流程综合除杂、晶体结构
例3　(2025·佛山一模)电动汽车电池正极废料含铝箔和Li、Ni、Co、Mn等的氧化物。一种回收路线如图：
Ⅱ．该工艺下，Ksp(Li2CO3)＝2.5×10－2；饱和Na2CO3的浓度约为1.5 mol/L。
(1) Mn属于_____区元素。
d
(2) “碱浸”时，Al箔发生反应的离子方程式为_________________ ______________________。
2Al＋2OH－＋6H2O
===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
1 mol
＜
(6) 该工艺中能循环利用的物质有___________________(填化学式)。
(7) 通过计算说明“沉锂”时Li＋是否可以沉淀完全：_____________________
____________________________________________________________________________________________________________________。
RH、H2SO4、NaOH
Li＋完全沉淀时，c(Li＋)
于饱和碳酸钠溶液的浓度，所以Li＋不能沉淀完全
(8) 正极材料的结构如图所示，粒子个数比Ni∶Co∶Mn＝___________，该材料化学式为_______________。
1∶1∶1
Li3NiCoMnO6
例4　(2025·茂名二模)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。
(1) 焙烧温度对Mn和Fe的浸出率的影响如图1所示，则“焙烧”时最佳温度为__________。
图1　焙烧温度对Mn和Fe的浸出率的影响
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)。
蒸发浓缩，冷却结晶
SO3或H2SO4
(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_____。
图2
8
6
例5　(2024·深圳实验、湛江一中、珠海一中联考)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：________________________________________ _________________。
图1
(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)。
若pH过小，Zn2＋的萃取率低；若pH过大，易
生成Ni(OH)2沉淀
52.60%
(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)。
6
图2

能力评价
1．(2025·深圳9月联考)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：
②“萃取”原理可表示为In3＋(aq)＋3[H2A2](有机相) [InA3·3HA](有机相)＋3H＋(aq)。
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
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)。
PbSO4
2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
2.8≤pH＜3.5
盐酸
(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，其原因为________________________ ____________________________________。
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．(2025·佛山二模)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
图1
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)。
图2a
图2b
(NH4)2Mg(CO3)2·4H2O

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