資源簡介

化工流程中物質的轉化與跟蹤分析
1．流程圖結構特點
2．流程圖中物質的轉化與跟蹤
(1)循環物質的確定
①從流程圖上看：箭頭回頭。
②從物質的轉化上看：在流程中加入的物質，后續步驟中又會產生(在濾渣或濾液中尋找)。
(2)副產品的判斷
①從流程圖上看：支線產品。
②從制備的目的上判斷：不是主產品。
(3)濾渣、濾液中成分的確定
要考慮樣品中原料和雜質的成分在每一步驟中與每一種試劑反應的情況：
a．反應過程中哪些物質(離子)消失了？
b．所加試劑是否過量或離子間發生化學反應，又產生了哪些新離子？要考慮這些離子間是否會發生反應。
濾渣成分的確定：
①過量的反應物；
②原料中不參與反應的物質；
③由原料轉化的生成物；
④由雜質轉化的沉淀物。
1．[2022·全國甲卷，26(1)(3)(4)(5)(6)]硫酸鋅(ZnSO4)是制備各種含鋅材料的原料，在防腐、電鍍、醫學上有諸多應用。硫酸鋅可由菱鋅礦制備。菱鋅礦的主要成分為ZnCO3，雜質為SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制備流程如下：
本題中所涉及離子的氫氧化物溶度積常數如下表：
離子 Fe3＋ Zn2＋ Cu2＋ Fe2＋ Mg2＋
Ksp 4.0×10－38 6.7×10－17 2.2×10－20 8.0×10－16 1.8×10－11
回答下列問題：
(1)菱鋅礦焙燒生成氧化鋅的化學方程式為________________________________________。
(3)加入物質X調溶液pH＝5，最適宜使用的X是__________(填標號)。
A．NH3·H2O B．Ca(OH)2
C．NaOH
濾渣①的主要成分是______________、____________________、____________________。
(4)向80～90 ℃的濾液①中分批加入適量KMnO4溶液充分反應后過濾，濾渣②中有MnO2，該步反應的離子方程式為______________________________________________________。
(5)濾液②中加入鋅粉的目的是__________________________________________________。
(6)濾渣④與濃H2SO4反應可以釋放HF并循環利用，同時得到的副產物是____________、
__________。
答案　(1)ZnCO3ZnO＋CO2↑
(3)B　Fe(OH)3　CaSO4　SiO2
(4)3Fe2＋＋MnO＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋
(5)置換Cu2＋為Cu從而除去　(6)CaSO4　MgSO4
解析　由題干信息，菱鋅礦的主要成分為ZnCO3，雜質為SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物，結合流程圖分析，菱鋅礦焙燒，主要發生反應：ZnCO3ZnO＋CO2↑，再加入H2SO4酸浸，得到含Zn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋的溶液，加入物質X調節pH＝5，結合表格數據，過濾得到濾渣①為Fe(OH)3、CaSO4、SiO2，濾液①中主要含有Zn2＋、Cu2＋、Mg2＋、Ca2＋、Fe2＋，再向濾液①中加入KMnO4溶液氧化Fe2＋，過濾得到濾渣②為Fe(OH)3和MnO2，濾液②中加入鋅粉，發生反應Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，過濾后得到濾渣③為Cu，再向濾液③中加入HF脫鈣鎂，過濾得到濾渣④為CaF2、MgF2，濾液④為ZnSO4溶液，經一系列處理得到ZnSO4·7H2O，據此分析解答。(1)焙燒時，生成ZnO的反應為ZnCO3ZnO＋CO2↑。(3)NH3·H2O易分解產生NH3污染空氣，且經濟成本較高，故A不適宜；Ca(OH)2不會引入新的雜質，且成本較低，故B適宜；NaOH會引入雜質Na＋，且成本較高，C不適宜；當沉淀完全時(離子濃度小于10－5mol·L－1)，結合表格Ksp計算各離子完全沉淀時的pH，pH＜5的只有Fe3＋，故濾渣①中有Fe(OH)3，又因為CaSO4是微溶物，SiO2不溶于硫酸，故濾渣①的主要成分是Fe(OH)3、CaSO4、SiO2。(4)向80～90 ℃的濾液①中加入KMnO4溶液，可氧化Fe2＋，得到Fe(OH)3和MnO2的濾渣②，反應的離子方程式為3Fe2＋＋MnO＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋。(5)濾液②中加入鋅粉，發生反應Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，故加入鋅粉的目的為置換Cu2＋為Cu從而除去。(6)濾渣④為CaF2、MgF2，與濃硫酸反應可得到HF，同時得到的副產物為CaSO4、MgSO4。
2．(2023·河南新鄉統考二模)從銅陽極泥分銅渣堿浸液中回收碲的工藝流程如圖所示。
已知：①堿浸液中碲以TeO的形式存在；
②TeO2與氧化鋁的性質具有一定的相似性。
(1)TeO中Te的化合價為________價，“還原”中發生反應的離子方程式(該工藝條件下，Pb2＋不沉淀)為________________________________________________________________。
(2)加適量Na2S除銅、鉛，濾渣的成分為____________。
(3)加酸調pH時發生反應的化學方程式為____________，加入硫酸的量不宜過多，其原因是_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
答案　(1)＋6　TeO＋SO===TeO＋SO
(2)PbS、CuS
(3)Na2TeO3＋ H2SO4===TeO2↓＋Na2SO4＋H2O　過量的硫酸會和TeO2反應，導致產品產率降低
解析　銅陽極泥分銅渣堿浸液中加入亞硫酸鈉，TeO與SO反應得到TeO和SO，溶液含TeO、Cu2＋、Pb2＋，加適量硫化鈉沉淀Cu2＋、Pb2＋，過濾得濾渣為PbS、CuS，濾液加適量硫酸調pH，TeO與H2SO4反應生成TeO2沉淀。
3．利用軟錳礦(主要成分為MnO2，含鐵的化合物等雜質)和閃鋅礦(主要成分為ZnS)制得硫酸錳的流程如下：
(1)MnO2、ZnS與硫酸反應轉變為兩種硫酸鹽的化學方程式：_________________________
_____________________________________________________________________________。
(2)在強酸性條件下加入MnO2氧化Fe2＋的離子方程式：_____________________________
_____________________________________________________________________________。
答案　(1)4MnO2＋ZnS＋4H2SO4===4MnSO4＋ZnSO4＋4H2O
(2)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
4．輕質碳酸鈣(CaCO3)是一種重要的化工產品，廣泛應用于油漆、塑料、橡膠和造紙等工業。一種以低品位石灰石(含CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3)為原料生產高純度輕質碳酸鈣的循環工藝流程如圖：
回答下列問題：
(1)氣體A為____________，濾渣的主要成分是____________________________________。
(2)“沉鈣”過程中發生反應的化學方程式為______________________________________。
(3)“系列操作”包含：________________________________________________________。
(4)氧化鎂可以在尾液處理中循環使用，______和__________可循環使用于低品位石灰石制備輕質碳酸鈣的過程中。
答案　(1)CO2　Fe(OH)3、Al(OH)3、Mn(OH)2　(2)CaCl2＋(NH4)2CO3===CaCO3↓＋2NH4Cl
(3)加熱蒸發、煅燒　(4)HCl　NH3
解析　(1)低品位石灰石(含CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3)用鹽酸溶浸，CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3分別與鹽酸發生復分解反應，離子方程式分別為CaCO3＋2H＋===H2O＋CO2↑＋Ca2＋，MnCO3＋2H＋===H2O＋CO2↑＋Mn2＋，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，所以氣體A為CO2，向粗制的氯化鈣溶液中通入氨氣，除去Fe3＋、Al3＋、Mn2＋，過濾得到濾渣的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3、Mn(OH)2。(2)氣體A為CO2，用水吸收氨氣和二氧化碳生成碳酸銨，“沉鈣”過程中氯化鈣與碳酸銨發生復分解反應：CaCl2＋(NH4)2CO3===CaCO3↓＋2NH4Cl，得到碳酸鈣沉淀和氯化銨。(3)鎂的氯化物在溶液中水解生成氫氧化鎂和HCl，加熱時HCl揮發促進水解，氣體C為氯化氫，最終生成氫氧化鎂，煅燒得MgO，“系列操作”包含加熱蒸發、煅燒。(4)氣體C為氯化氫，溶于水為鹽酸，可用于溶解低品位石灰石，氯化銨中加入氧化鎂并加熱，反應生成氯化鎂、氨氣和水，則氣體B為NH3，所以HCl、NH3可循環使用于低品位石灰石制備輕質碳酸鈣的過程中。
5．鎘(Cd)可用于制作某些光電子組件。一種以鎘廢渣(含CdO及少量ZnO、CuO、MnO、FeO雜質)為原料制備鎘的工藝流程如圖所示：
(1)溶解時，CdO參與反應的離子方程式為__________________________________________。
(2)調pH，加入石灰乳是為了除銅，寫出除銅的離子方程式：_________________________。
(3)“氧化”是為了除鐵、除錳，KMnO4的還原產物是MnO2，該步驟中除鐵、除錳的離子方程式為________________________________________________________________________。
(4)置換生成海綿鎘的離子方程式為________________________________________________。
(5)“熔煉”時，將海綿鎘(含Cd和Zn)與NaOH溶液混合反應，反應的化學方程式是______________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
答案　(1)CdO＋2H＋===Cd2＋＋H2O
(2)Cu2＋＋Ca(OH)2＋SO===Cu(OH)2＋CaSO4
(3)3Fe2＋＋MnO＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋、3Mn2＋＋2MnO＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋
(4)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋
(5)Zn＋2NaOHNa2ZnO2＋H2↑
解析　工藝流程分析：
6．(2024·西安統考二模)HDS催化劑廣泛用于石油煉制和化學工業生產中，通常利用加堿焙燒－水浸取法從HDS廢催化劑(主要成分為MoS、NiS、V2O5、Al2O3)中提取貴重金屬釩和鉬，其工藝流程如圖所示：
已知：Ⅰ.MoO3、V2O5、Al2O3均可與純堿反應生成對應的鈉鹽，而NiO不行。
Ⅱ.高溫下，NH4VO3易分解產生N2和一種含氮元素的氣體。
請回答下列問題：
(1)請寫出“氣體”中屬于最高價氧化物的電子式：________________________________。
(2)請寫出“焙燒”過程中MoS及Al2O3分別與純堿反應的化學方程式：_____________，
____________________________________________________________________________。
(3)“浸渣”的成分為______________(填化學式，下同)；“濾液2”中的成分除了Na2MoO4外，還含有____________________。
(4)“沉釩”時提釩率隨初始釩濃度及氯化銨加入量的關系如圖所示，則選擇的初始釩濃度和NH4Cl加入量分別為________、________。
(5)“沉釩”時生成NH4VO3沉淀，請寫出“煅燒”中發生反應的化學方程式：_________。
答案　(1)
(2)2MoS＋2Na2CO3＋5O22Na2MoO4＋2CO2＋2SO2　Al2O3＋Na2CO32NaAlO2＋CO2↑
(3)NiO　NaVO3、NaHCO3
(4)20 g·L－1　10 g·L－1
(5)6NH4VO33V2O3＋2N2↑＋2NH3↑＋9H2O
解析　(3)硫化物焙燒時生成氧化物和二氧化硫，由于NiO不能與碳酸鈉反應，故“水浸”時以“浸渣”的形式沉淀出來，而MoO3、V2O5、Al2O3與純堿反應生成Na2MoO4、NaVO3和NaAlO2，“沉鋁”通入過量CO2生成Al(OH)3和NaHCO3，故“浸渣”的成分為NiO；“濾液2”中的成分除了Na2MoO4外，還含有NaVO3、NaHCO3。(4)由圖可知選擇的初始釩濃度和NH4Cl的加入量分別為20 g·L－1和10 g·L－1時，提釩率達到90%以上，且再增大量時，提釩率變化不大，故選擇的初始釩濃度和NH4Cl加入量分別為20 g·L－1和10 g·L－1。(5)由信息和流程可知，NH4VO3沉淀煅燒時分解產生V2O3和兩種氣體，根據氧化還原反應原理可知，其中一種氣體為氮氣，另外一種只能是氨氣。
7．(2024·北京東城區期末聯考)碳酸鋰是制備其他鋰化合物的關鍵原料。一種以磷酸鋰渣(主要成分Li3PO4)為原料制備碳酸鋰的工藝流程如圖：
已知：部分物質的溶解性表(20 ℃)
陽離子 陰離子
PO HPO H2PO
Li＋ 難溶 可溶 易溶
Ca2＋ 難溶 難溶 可溶
(1)寫出浸取時Li3PO4與鹽酸反應的化學方程式：__________________________________。
(2)加入鹽酸的量不宜過多的原因是_______________________________________________。
(3)鈣渣的主要成分是____________。
(4)磷鋰分離時，需要不斷加入適量NaOH溶液以維持溶液的pH基本不變。結合離子方程式解釋其原因是_________________________________________________________________
____________________________________________________________________________。
(5)沉鋰時，反應的離子方程式是________________________________________________
____________________________________________________________________________。
答案　(1)Li3PO4＋2HCl===LiH2PO4＋2LiCl
(2)盡量減少后續磷鋰分離時NaOH的用量
(3)CaHPO4
(4)溶液中存在反應：Ca2＋＋H2PO===CaHPO4↓＋H＋，反應后溶液酸性增強，需要不斷加入NaOH溶液以維持溶液的pH基本不變，避免溶液酸性增強影響磷的沉淀
(5)2Li＋＋CO===Li2CO3↓
解析　(1)磷酸鋰渣加入鹽酸浸取時生成Li＋、H2PO、Cl－，因此Li3PO4與鹽酸反應的化學方程式為Li3PO4＋2HCl===LiH2PO4＋2LiCl。(2)在磷鋰分離時還需要加入NaOH調節pH，因此浸取時加入鹽酸的量不宜過多，減少后續磷鋰分離時NaOH的用量。(3)根據溶解性表可知，磷鋰分離時加入CaCl2溶液和NaOH溶液，生成可溶性的LiCl和難溶性的CaHPO4，鈣渣的主要成分是CaHPO4。(5)沉鋰時，Li＋與CO結合生成Li2CO3沉淀，反應的離子方程式是2Li＋＋CO===Li2CO3↓。化工流程中物質的轉化與跟蹤分析
1．流程圖結構特點
2．流程圖中物質的轉化與跟蹤
(1)循環物質的確定
①從流程圖上看：箭頭回頭。
②從物質的轉化上看：在流程中加入的物質，后續步驟中又會產生(在濾渣或濾液中尋找)。
(2)副產品的判斷
①從流程圖上看：支線產品。
②從制備的目的上判斷：不是主產品。
(3)濾渣、濾液中成分的確定
要考慮樣品中原料和雜質的成分在每一步驟中與每一種試劑反應的情況：
a．反應過程中哪些物質(離子)消失了？
b．所加試劑是否過量或離子間發生化學反應，又產生了哪些新離子？要考慮這些離子間是否會發生反應。
濾渣成分的確定：
①過量的反應物；
②原料中不參與反應的物質；
③由原料轉化的生成物；
④由雜質轉化的沉淀物。
1．[2022·全國甲卷，26(1)(3)(4)(5)(6)]硫酸鋅(ZnSO4)是制備各種含鋅材料的原料，在防腐、電鍍、醫學上有諸多應用。硫酸鋅可由菱鋅礦制備。菱鋅礦的主要成分為ZnCO3，雜質為SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制備流程如下：
本題中所涉及離子的氫氧化物溶度積常數如下表：
離子 Fe3＋ Zn2＋ Cu2＋ Fe2＋ Mg2＋
Ksp 4.0×10－38 6.7×10－17 2.2×10－20 8.0×10－16 1.8×10－11
回答下列問題：
(1)菱鋅礦焙燒生成氧化鋅的化學方程式為________________________________________。
(3)加入物質X調溶液pH＝5，最適宜使用的X是__________(填標號)。
A．NH3·H2O B．Ca(OH)2
C．NaOH
濾渣①的主要成分是______________、____________________、____________________。
(4)向80～90 ℃的濾液①中分批加入適量KMnO4溶液充分反應后過濾，濾渣②中有MnO2，該步反應的離子方程式為______________________________________________________。
(5)濾液②中加入鋅粉的目的是__________________________________________________。
(6)濾渣④與濃H2SO4反應可以釋放HF并循環利用，同時得到的副產物是____________、
__________。
2．(2023·河南新鄉統考二模)從銅陽極泥分銅渣堿浸液中回收碲的工藝流程如圖所示。
已知：①堿浸液中碲以TeO的形式存在；
②TeO2與氧化鋁的性質具有一定的相似性。
(1)TeO中Te的化合價為________價，“還原”中發生反應的離子方程式(該工藝條件下，Pb2＋不沉淀)為________________________________________________________________。
(2)加適量Na2S除銅、鉛，濾渣的成分為____________。
(3)加酸調pH時發生反應的化學方程式為____________，加入硫酸的量不宜過多，其原因是_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
3．利用軟錳礦(主要成分為MnO2，含鐵的化合物等雜質)和閃鋅礦(主要成分為ZnS)制得硫酸錳的流程如下：
(1)MnO2、ZnS與硫酸反應轉變為兩種硫酸鹽的化學方程式：_________________________
_____________________________________________________________________________。
(2)在強酸性條件下加入MnO2氧化Fe2＋的離子方程式：_____________________________
_____________________________________________________________________________。
4．輕質碳酸鈣(CaCO3)是一種重要的化工產品，廣泛應用于油漆、塑料、橡膠和造紙等工業。一種以低品位石灰石(含CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3)為原料生產高純度輕質碳酸鈣的循環工藝流程如圖：
回答下列問題：
(1)氣體A為____________，濾渣的主要成分是____________________________________。
(2)“沉鈣”過程中發生反應的化學方程式為______________________________________。
(3)“系列操作”包含：________________________________________________________。
(4)氧化鎂可以在尾液處理中循環使用，______和__________可循環使用于低品位石灰石制備輕質碳酸鈣的過程中。
5．鎘(Cd)可用于制作某些光電子組件。一種以鎘廢渣(含CdO及少量ZnO、CuO、MnO、FeO雜質)為原料制備鎘的工藝流程如圖所示：
(1)溶解時，CdO參與反應的離子方程式為__________________________________________。
(2)調pH，加入石灰乳是為了除銅，寫出除銅的離子方程式：_________________________。
(3)“氧化”是為了除鐵、除錳，KMnO4的還原產物是MnO2，該步驟中除鐵、除錳的離子方程式為________________________________________________________________________。
(4)置換生成海綿鎘的離子方程式為________________________________________________。
(5)“熔煉”時，將海綿鎘(含Cd和Zn)與NaOH溶液混合反應，反應的化學方程式是______________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
6．(2024·西安統考二模)HDS催化劑廣泛用于石油煉制和化學工業生產中，通常利用加堿焙燒－水浸取法從HDS廢催化劑(主要成分為MoS、NiS、V2O5、Al2O3)中提取貴重金屬釩和鉬，其工藝流程如圖所示：
已知：Ⅰ.MoO3、V2O5、Al2O3均可與純堿反應生成對應的鈉鹽，而NiO不行。
Ⅱ.高溫下，NH4VO3易分解產生N2和一種含氮元素的氣體。
請回答下列問題：
(1)請寫出“氣體”中屬于最高價氧化物的電子式：________________________________。
(2)請寫出“焙燒”過程中MoS及Al2O3分別與純堿反應的化學方程式：_____________，
____________________________________________________________________________。
(3)“浸渣”的成分為______________(填化學式，下同)；“濾液2”中的成分除了Na2MoO4外，還含有____________________。
(4)“沉釩”時提釩率隨初始釩濃度及氯化銨加入量的關系如圖所示，則選擇的初始釩濃度和NH4Cl加入量分別為________、________。
(5)“沉釩”時生成NH4VO3沉淀，請寫出“煅燒”中發生反應的化學方程式：_________。
7．(2024·北京東城區期末聯考)碳酸鋰是制備其他鋰化合物的關鍵原料。一種以磷酸鋰渣(主要成分Li3PO4)為原料制備碳酸鋰的工藝流程如圖：
已知：部分物質的溶解性表(20 ℃)
陽離子 陰離子
PO HPO H2PO
Li＋ 難溶 可溶 易溶
Ca2＋ 難溶 難溶 可溶
(1)寫出浸取時Li3PO4與鹽酸反應的化學方程式：__________________________________。
(2)加入鹽酸的量不宜過多的原因是_______________________________________________。
(3)鈣渣的主要成分是____________。
(4)磷鋰分離時，需要不斷加入適量NaOH溶液以維持溶液的pH基本不變。結合離子方程式解釋其原因是_________________________________________________________________
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(5)沉鋰時，反應的離子方程式是________________________________________________
____________________________________________________________________________。

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