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大单元整合　提能力验考情八
物质的跟踪
1. 原料到产品的转化：比对原料与产品，确定要除去什么元素，要引进什么元素。
2. 沉淀成分的判断
考查角度 举例 滤渣的成分(填化学式)
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、SiO2)制取碱式碳酸镁产品的流程如下： 滤渣a为SiO2
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
原料中不参与反应的物质及生成物 某粉煤灰经预处理后含Cu2O、SiO2、Al2O3、FeO，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
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Fe和Al(OH)3
对所加试剂的要求
试剂 目的 追问
硫酸 酸溶 酸液不能加过多，否则会造成后续调pH时消耗过多试剂
盐酸 酸溶 盐酸不能加过多，否则后续可能会与KMnO4等氧化剂反应并生成有毒气体Cl2
碱液 碱溶(溶解Al、Al2O3等物质) 碱液不能加过多，否则会造成后续调pH时消耗过多试剂
SO2 作还原剂(还原MnO2、Fe3＋等) 温度不宜过高，温度越高，SO2的溶解度越小
Na2SO3 作还原剂(还原MnO2、Fe3＋等) 实际用量高于理论量的原因是Na2SO3被空气中的O2氧化
NH4F、NaF 除去Ca2＋、Mg2＋ pH太小，Ca2＋、Mg2＋去除率降低的原因：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
Na2S、FeS 除重金属离子(如Cu2＋、Hg2＋) pH太小，Cu2＋、Hg2＋去除率降低的原因：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
条件的控制目的
控制溶液的pH 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”可除去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解等；③ “碱作用”可除去油污、除去铝片表面的氧化膜、溶解铝等；④ 金属离子的萃取率与溶液的pH 密切相关
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：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3～8【解析】 Fe3＋除净时，c(OH－)＝eq \r(3,)＝eq \r(3,)mol/L＝1×10－11 mol/L，pH＝3；锰离子开始沉淀时，c(OH－)＝eq \r()＝eq \r() mol/L＝1×10－6 mol/L，pH＝8，故应调节pH的范围是3～8
调节溶液pH常用试剂：① 稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、酸性气体(二氧化硫)等；② 氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸氢铵、金属氧化物等
控制温度(常用水浴、冰水浴或油浴) 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，使化学平衡发生移动；③ 升温：使溶液中的气体逸出，使易挥发的物质挥发，使易分解的物质分解；煮沸：使气体逸出；促进水解，聚沉后便于过滤分离；④ 控制温度，结晶与过滤
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
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)为原料制备二氧化锰的工艺流程如图：已知：草酸钙、草酸镁不溶于水 硫酸
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
化学工艺流程(选择题)
1. (2025·甘肃卷)处理某酸浸液(主要含Li＋、Fe2＋、Cu2＋、Al3＋)的部分流程如下：
下列说法正确的是(D)
A. “沉铜”过程中发生反应的离子方程式：2Fe＋3Cu2＋===3Cu＋2Fe3＋
B. “碱浸”过程中NaOH固体加入量越多，Al(OH)3沉淀越完全
C. “氧化”过程中铁元素化合价降低
D. “沉锂”过程利用了Li2CO3的溶解度比Na2CO3小的性质
【解析】 “沉铜”过程中离子方程式为Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋，A错误；Al(OH)3是两性氢氧化物，NaOH过量，Al(OH)3会溶解，B错误；“氧化”过程中将Fe2＋氧化为Fe3＋，铁元素化合价升高，C错误；加入Na2CO3得到Li2CO3沉淀， Li2CO3的溶解度比Na2CO3小，D正确。
2. (2025·湖南卷)工业废料的综合处理有利于减少环境污染并实现资源循环利用。从某工业废料中回收镉、锰的部分工艺流程如下：
已知：①富集液中两种金属离子浓度相当。②常温下，金属化合物的Ksp：
金属化合物 CdS CdCO3 MnS MnCO3
Ksp 8.0×10－27 1.0×10－12 2.5×10－13 2.3×10－11
下列说法错误的是(D)
A. 粉碎工业废料有利于提高金属元素的浸出率
B. 试剂X可以是Na2S溶液
C. “沉镉”和“沉锰”的顺序不能对换
D. “沉锰”时，发生反应的离子方程式为Mn2＋＋HCO===MnCO3↓＋H＋
【解析】 粉碎工业废料有利于提高浸出率，A正确；富集液中含有等浓度Mn2＋、Cd2＋，CdCO3、MnCO3的Ksp接近，不易分离，且CdS溶度积更小，试剂X选择含S2－的试剂，得到CdS沉淀，再加入NaHCO3溶液沉锰，发生反应：Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O，B正确、D错误；若先加入NaHCO3溶液进行“沉锰”，由题中信息及Ksp数据可知，Cd2＋也会沉淀，后续流程中无法分离Cd和Mn，所以“沉镉”和“沉锰”的顺序不能对换，C正确。
3. (2025·黑吉辽蒙卷)某工厂利用生物质(稻草)从高锰钴矿(含MnO2、Co3O4和少量Fe2O3)中提取金属元素，流程如图所示，已知“沉钴”温度下Ksp(CoS)＝10－20.4。下列说法错误的是(C)
A. H2SO4用作催化剂和浸取剂
B. 使用生物质的优点是其来源广泛且可再生
C. “浸出”时，3种金属元素均被还原
D. “沉钴”后上层清液中c(Co2＋)·c(S2－)＝10－20.4
【解析】 矿石(含MnO2、Co3O4、Fe2O3)经过H2SO4和稻草浸出过滤得到滤液，滤液含有Fe3＋、Mn2＋、Co2＋，加入Na2CO3“沉铁”得到FeOOH，过滤，滤液再加入Na2S“沉钴”得到CoS，过滤，最后得到硫酸锰溶液。硫酸既能溶解金属氧化物，又能催化稻草酸性水解生成葡萄糖，葡萄糖作还原剂，硫酸作催化剂和浸取剂，A正确；稻草可再生且来源广泛，B正确； 根据图示可知，“浸出”时，Fe元素的化合价不变，C错误；“沉钴”后的上层清液为CoS的饱和溶液，满足Q＝Ksp＝c(Co2＋)·c(S2－)＝10－20.4，D正确。
4. (2025·山东卷)钢渣中富含CaO、SiO2、FeO、Fe2O3等氧化物，实验室利用酸碱协同法分离钢渣中的Ca、Si、Fe元素，流程如下：
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)
A. 试剂X可选用Fe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
【解析】 钢渣通过盐酸“酸浸”，滤液Ⅰ中含有Fe2＋、Fe3＋、Ca2＋等，滤渣Ⅰ为SiO2，滤渣Ⅰ中加入NaOH溶液“碱浸”，得到含有Na2SiO3的浸取液，加入试剂Y生成硅酸沉淀，最后得到SiO2；滤液Ⅰ中加入试剂X和H2C2O4“分离”，由于Fe2(C2O4)3能溶于水，试剂X需将Fe2＋氧化为Fe3＋，再加入H2C2O4，生成CaC2O4沉淀(滤渣Ⅱ)，滤液Ⅱ主要为Fe2(C2O4)3。试剂X应是氧化剂，不可选用Fe粉，A错误；试剂Y与Na2SiO3反应转化为H2SiO3沉淀，试剂Y可以是盐酸，B正确；滤液Ⅱ主要为Fe2(C2O4)3，C正确；“酸浸”后滤液Ⅰ中pH过小，C2O浓度小，CaC2O4(s)??Ca2＋(aq)＋C2O(aq)平衡右移，CaC2O4质量减少，D正确。
工艺流程综合题型
5. (2025·江苏卷)ZnS可用于制备光学材料和回收砷。
(1) 制备ZnS。由闪锌矿[含ZnS、FeS及少量硫化镉(CdS)等]制备ZnS的过程如下：
已知：Ksp(ZnS)＝1.6×10－24，Ksp(CdS)＝8.0×10－27，Ka1(H2S)＝1.0×10－7，Ka2(H2S)＝1.2×10－13。当离子浓度小于1.0×10－5 mol/L时，认为离子沉淀完全。
① “酸浸”时通入O2可提高Zn2＋浸出率的原因是氧化S2－生成S，促进“酸浸”反应正向进行。
② 通入H2S除镉。通过计算判断，当溶液pH＝0、c(H2S)＝0.01 mol/L时Cd2＋是否沉淀完全(写出计算过程)
不能完全沉淀。pH＝0、c(H2S)＝0.01 mol/L时，
c(S2－)＝＝1.2×10－22 mol/L，
c(Cd2＋)＝＝ mol/L≈6.67×10－5 mol/L>1.0×10－5 mol/L，故Cd2＋没有沉淀完全
③ “沉锌”前调节溶液的pH至4～5，加入的氧化物为ZnO(填化学式)。
(2) 回收砷。用ZnS去除酸性废液中的三价砷[As(Ⅲ)]，并回收生成的As2S3沉淀。
已知：溶液中As(Ⅲ)主要以弱酸H3AsO3形式存在，As2S3＋6H2O??2H3AsO3＋3H2S。
60 ℃时，按n(S)∶n(As)＝7∶1向酸性废液中加入ZnS，砷回收率随反应时间的变化如图所示。
① 写出ZnS与H3AsO3反应生成As2S3的离子方程式：2H3AsO3＋3ZnS＋6H＋As2S3＋3Zn2＋＋6H2O。
② 反应4 h后，砷回收率下降的原因有ZnS被As2S3覆盖；酸性减弱，As2S3转化为H3AsO3；As2S3的消耗速率大于生成速率。
【解析】 (1) ①ZnS在水溶液中存在溶解平衡：ZnS??Zn2＋＋S2－，通入O2，将S2－氧化生成S，促进ZnS的溶解，提高Zn2＋浸出率。③“除镉”时溶液酸性增强，加入ZnO，消耗H＋，不引入杂质离子。(2) ②随着反应的进行，溶液的酸性减弱，反应As2S3＋6H2O??2H3AsO3＋3H2S正向移动，As2S3转化为H3AsO3；4 h之后，既有As2S3的生成，又有As2S3的消耗，由图知，砷回收率下降，说明As2S3的消耗速率大于生成速率。
6. (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、Mn等元素，工艺流程如下：
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 ℃。
回答下列问题：
(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3MnO2＋3NH4HSO43MnSO4＋N2↑＋NH3↑＋6H2O。
“高温焙烧”温度为650 ℃，“水浸”所得滤渣主要成分除SiO2外还含有Fe2O3、CaSO4(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减小(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3) HR萃取Cu2＋反应为2HR(有机相)＋Cu2＋(水相)??CuR2(有机相)＋2H＋(水相)。“反萃取”时加入的试剂为H2SO4(填化学式)。
(4) “沉钴”中，pH＝4时Co2＋恰好沉淀完全[c(Co2＋)＝1×10－5 mol/L]，则此时溶液中c(H2S)＝4×10－4 mol/L。已知：Ka1(H2S)＝1×10－7，Ka2(H2S)＝1×10－13，Ksp(CoS)＝4×10－21。CoS “溶解”时发生反应的离子方程式为CoS＋H2O2＋2H＋===Co2＋＋S＋2H2O。
(5) “沉锰”所得滤液并入“吸收”液中，经处理后所得产品导入低温焙烧(填操作单元名称)循环利用。
【解析】 (1) 650 ℃高温焙烧，Fe2(SO4)3分解生成SO3和Fe2O3, “水浸”所得滤渣的主要成分为SiO2、Fe2O3、CaSO4。(2) 如果直接高温焙烧，(NH4)2SO4完全分解生成NH3、SO3和水，NH4HSO4物质的量减少，金属元素的浸出率减小。(3) 反萃取需使平衡左移，为了不引入新杂质，应加入稀硫酸。(4) pH＝4时Co2＋恰好沉淀完全，c(Co2＋)＝1×10－5 mol/L，c(S2－)＝＝mol/L＝4×10－16 mol/L；Ka1(H2S)＝1×10－7，Ka2(H2S)＝1×10－13，Ka1·Ka2＝×＝，pH＝4，c(H2S)＝＝mol/L＝4×10－4 mol/L。(5) “沉锰”过程中，加入NH4HCO3，生成MnCO3、CO2、(NH4)2SO4，滤液中主要成分为(NH4)2SO4；NH3被稀硫酸吸收所得吸收液主要成分为(NH4)2SO4，(NH4)2SO4导入“低温焙烧”工序循环使用。
7. (2025·安徽卷)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) 锶位于元素周期表第五周期ⅡA族。基态锶原子价层电子排布式为5s2。
(2) “浸出液”中主要的金属离子有Sr2＋、Ca2＋、Mg2＋(填离子符号)。
(3) “盐浸”中SrSO4转化反应的离子方程式为SrSO4(s)＋Ba2＋(aq)??BaSO4(s)＋Sr2＋(aq)；
25 ℃时，向0.01 mol SrSO4粉末中加入100 mL 0.11 mol/L BaCl2溶液，充分反应后，理论上溶液中c(Sr2＋)·c(SO)＝10－8.97 (mol/L)2(忽略溶液体积的变化)。
(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温度越高，沉淀转化速率越快，单位时间内浸出的Sr2＋越多。
　　　　　
图1　　　　　　　　　　图2
(5) “浸出渣2”中主要含有SrSO4、BaSO4、SiO2(填化学式)。
(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Sr2＋比K＋具有更多的空轨道，更易与N、O形成配位键，且形成的超分子更稳定。
(7) 由SrCl2·6H2O制备无水SrCl2的最优方法是a(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
【解析】 (3) “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＝＝eq \f(c Sr2＋ ·c SO ,c Ba2＋ ·c SO )＝＝＝103.51，平衡常数很大，近似认为SrSO4完全转化，溶液中c(Sr2＋)＝0.1 mol/L，剩余c(Ba2＋)＝0.01 mol/L，则c(SO)＝＝mol/L＝10－7.97 mol/L，c(Sr2＋)·c(SO)＝0.1 mol/L×10－7.97 mol/L＝10－8.97(mol/L)2。(6) Sr2＋比K＋具有更多的空轨道，更易与N、O形成配位键，且形成的超分子更稳定，因此Sr2＋能代替K＋而达到从提取液中提取Sr2＋的目的。(7) Ca(OH)2为强碱，则Sr(OH)2也是强碱，Sr2＋不水解，因此不需要HCl气流；根据平衡SrCl2·6H2O(s)??SrCl2(s)＋6H2O(g)可知，加压平衡左移，不利于脱水，故选a。

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