資源簡介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺
第42講 化學(xué)工藝流程題
【備考目標(biāo)】　1.了解化學(xué)工藝流程的常考題型。2.掌握化學(xué)工藝流程題目的一般流程。
化學(xué)工藝流程是將化工生產(chǎn)過程中主要生產(chǎn)階段以流程框圖形式呈現(xiàn)出來，該類試題通常以化工生產(chǎn)流程圖的形式，以陌生元素或陌生化合物知識為載體，綜合考查元素化合物知識、氧化還原反應(yīng)(或復(fù)分解反應(yīng)、電離、水解)方程式的書寫、通過化工原理的分析判斷流程中殘渣或廢液的成分、反應(yīng)條件的控制與選擇、物質(zhì)分離提純的方法、產(chǎn)率的計算、Ksp的應(yīng)用、綠色化學(xué)思想的體現(xiàn)等。題目綜合性強(qiáng)，難度大，將化學(xué)與社會、生產(chǎn)、生活聯(lián)系起來，旨在考查考生閱讀提取信息、遷移應(yīng)用知識的能力，及科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的核心素養(yǎng)。
考點1 常見的化工流程題
1．物質(zhì)制備類化工流程題
(1)核心反應(yīng)——陌生方程式的書寫
關(guān)注箭頭的指向：箭頭指入→反應(yīng)物，箭頭指出→生成物。
①氧化還原反應(yīng)：熟練應(yīng)用氧化還原規(guī)律，進(jìn)行產(chǎn)物判斷及配平。
②非氧化還原反應(yīng)：結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)實際判斷產(chǎn)物。
(2)原料的預(yù)處理
①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等。
水浸 與水接觸反應(yīng)或溶解
酸浸 在酸溶液中反應(yīng)，使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過過濾除去的溶解過程
浸出率 固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少
②灼燒、焙燒、煅燒：改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)高溫下氧化、分解。
(3)常用的控制反應(yīng)條件的方法
①調(diào)節(jié)溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點：能與H＋反應(yīng)，使溶液pH增大；不引入新雜質(zhì)。
例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
②控制溫度。根據(jù)需要升溫或降溫，改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動。
③趁熱過濾。防止某物質(zhì)降溫時會析出。
④冰水洗滌。洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。
2．以分離提純?yōu)槟康牡幕瘜W(xué)工藝流程
(1)物質(zhì)分離提純的原則
①不增：不引入新的雜質(zhì)。
②不減：不減少被提純的物質(zhì)。
③易分離：被提純物與雜質(zhì)易于分離。
④易復(fù)原：被提純的物質(zhì)易恢復(fù)原來的組成、狀態(tài)。
(2)常用的提純方法
水溶法 除去可溶性雜質(zhì)
酸溶法 除去堿性雜質(zhì)
堿溶法 除去酸性雜質(zhì)
氧化劑或還原劑法 除去還原性或氧化性雜質(zhì)
加熱灼燒法 除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì)
調(diào)節(jié)溶液的pH法 如除去溶液中的Fe3＋等
(3)常用的分離方法
過濾 分離難溶物和易溶物，根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法
萃取和分液 利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì)，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴
蒸發(fā)結(jié)晶 提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì)，如NaCl
冷卻結(jié)晶 提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等
蒸餾或分餾 分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和甘油
冷卻法 利用氣體液化的特點分離氣體，如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣
考點2 無機(jī)化工流程綜合題的解題思路與方法
1．主線法分析
(1)流程圖一般分三大部分：原料預(yù)處理、轉(zhuǎn)化與分離階段、獲取最終產(chǎn)物階段。
(2)流程中要分析“進(jìn)” 、“出” 物質(zhì)和仍然留在溶液中的離子等(否則可能漏掉副產(chǎn)品或干擾離子)。
(3)一般默認(rèn)進(jìn)入的物質(zhì)過量，確保每一步目標(biāo)元素利用率或轉(zhuǎn)化率最高，產(chǎn)品產(chǎn)率最高，損失最小。當(dāng)然在某些特殊情況下要控制用量。
2．四線法分析
試劑：為達(dá)到最終目的加入的物質(zhì)，起到氧化還原、非氧化還原的作用；
除雜：復(fù)分解沉淀、置換沉淀、氧化還原沉淀；加熱產(chǎn)生氣體等；
操作：蒸發(fā)、結(jié)晶、過濾(趁熱過濾)、洗滌、干燥等；
轉(zhuǎn)化：元素守恒—焙燒、溶浸、沉淀、煅燒、電解、結(jié)晶等。
題組練習(xí)
例1.(2023·遼寧名校聯(lián)盟聯(lián)合考試)以鋅焙砂(主要成分為ZnO，含少量Cu2＋、Mn2＋等離子)為原料，制備2Zn(OH)2·ZnCO3的工藝流程如下：
以下說法錯誤的是(　　)
A．“浸取”過程為加快反應(yīng)速率應(yīng)適當(dāng)加熱，但溫度不宜過高
B．“除雜”步驟也可選擇Na2S或K2S為沉淀劑，沉淀雜質(zhì)離子
C．“沉鋅”過程發(fā)生反應(yīng)后釋放的氣體A為CO2
D．“過濾3”所得濾液可循環(huán)使用，其主要成分的化學(xué)式是(NH4)2SO4
【流程分析】
解析：選B。 “浸取”過程溫度不宜過高，過氧化氫溶液不穩(wěn)定易分解，溫度過高會使過氧化氫大量分解，A項正確；用Na2S或K2S會給溶液帶來雜質(zhì)元素(鈉元素或鉀元素)，難以除去，故不能用Na2S或K2S，B項錯誤； “沉鋅”過程中發(fā)生的反應(yīng)是3ZnSO4＋6NH4HCO3===2Zn(OH)2·ZnCO3↓＋3(NH4)2SO4＋5CO2↑＋H2O，則氣體A為CO2，C項正確；濾液中包含“沉鋅”步驟生成的(NH4)2SO4，可以循環(huán)到“浸取”步驟使用，D項正確。
例2.(2023·湖南株洲聯(lián)考)草酸鈷用途廣泛，可用于指示劑和催化劑的制備。一種利用水鈷礦[主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]制取CoC2O4的工藝流程如圖：
已知：①浸出液含有的陽離子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋等；
②部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見表：
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2
完全沉淀的pH 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8
(1)浸出過程中加入Na2SO3的目的是___________________________________________。
(2)將氯氣通入熱的氫氧化鈉溶液可以來制取NaClO3，請寫出該反應(yīng)的離子方程式____________________________________；實驗需要制取10.65 g NaClO3，需要的氯氣由電解食鹽水生成，若不考慮反應(yīng)過程中的損失，則同時生成的氫氣的體積為________(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。
(3)萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系如圖所示。濾液Ⅱ中加入萃取劑的作用是________________________________________；使用萃取劑最適宜的pH是________(填字母)。
A．接近2.0　　B．接近3.0　　C．接近5.0
(4)“除鈣、鎂”是將溶液中Ca2＋與Mg2＋轉(zhuǎn)化為MgF2、CaF2沉淀。已知某溫度下，Ksp(MgF2)＝7.35×10－11，Ksp(CaF2)＝1.05×10－10。當(dāng)加入過量NaF后，所得濾液中＝________。
【流程分析】
解析：(1)向水鈷礦[主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]中加入鹽酸和亞硫酸鈉，浸出液含有的陽離子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋等，根據(jù)元素化合價的變化可知，浸出過程中加入Na2SO3的目的是將Co3＋、Fe3＋還原。(2)氯氣與熱的氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氯化鈉、氯酸鈉和水，反應(yīng)的離子方程式為：3Cl2＋6OH－ClO＋5Cl－＋3H2O，10.65 g NaClO3的物質(zhì)的量為＝0.1 mol，需要氯氣0.3 mol，電解飽和食鹽水的方程式為：2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH，生成0.3 mol Cl2的同時，生成0.3 mol H2，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.3 mol×22.4 L/mol＝6.72 L。(3)根據(jù)流程圖可知，此時溶液中存在Mn2＋、Co2＋，加入萃取劑的目的是除去Mn2＋，由萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系可知，調(diào)節(jié)溶液pH在3.0～3.5之間，可使Mn2＋完全沉淀，并防止Co2＋轉(zhuǎn)化為Co(OH)2沉淀，則濾液Ⅱ中加入萃取劑的作用是除去溶液中的Mn2＋，使用萃取劑適宜的pH是B。(4)＝＝＝＝0.7。
答案：(1)將Co3＋、Fe3＋還原　(2)3Cl2＋6OH－ClO＋5Cl－＋3H2O　6.72 L(3)除去Mn2＋　B　(4)0.7
高考真題
1．(2024·遼吉黑卷，13，3分)某工廠利用銅屑脫除鋅浸出液中的Cl-并制備Zn，流程如下“脫氯”步驟僅Cu元素化合價發(fā)生改變。下列說法正確的是( )
鋅浸出液中相關(guān)成分(其他成分無干擾)
離子 Zn2+ Cu2+ Cl-
濃度(g·Lˉ1) 145 0.03 1
A．“浸銅”時應(yīng)加入足量H2O2，確保銅屑溶解完全
B．“浸銅”反應(yīng)：2Cu+4H++H2O2=2Cu2++ H2↑+2H2O
C．“脫氯”反應(yīng)：Cu+Cu2++2Cl-=2CuCl↓
D．脫氯液凈化后電解，可在陽極得到Zn
答案：C
解析：銅屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2+，反應(yīng)的離子方程式為：Cu+2H++H2O2=Cu2++2H2O，再加入鋅浸出液進(jìn)行“脫氯”，“脫氯”步驟中僅Cu元素的化合價發(fā)生改變，得到CuCl固體，可知“脫氯”步驟發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu+Cu2++2Cl-=2CuCl↓，過濾得到脫氯液，脫氯液凈化后電解，Zn2+可在陰極得到電子生成Zn。A項，“浸銅”時，銅屑不能溶解完全，Cu在“脫氯”步驟還需要充當(dāng)還原劑，A錯誤；B項，“浸銅”時，銅屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2+，反應(yīng)的離子方程式為：Cu+2H++H2O2=Cu2++2H2O，B錯誤；C項，“脫氯”步驟中僅Cu元素的化合價發(fā)生改變，得到CuCl固體，即Cu的化合價升高，Cu2+的化合價降低，發(fā)生歸中反應(yīng)，化學(xué)方程式為：Cu+Cu2++2Cl-=2CuCl↓，C正確；D項，脫氯液凈化后電解，Zn2+應(yīng)在陰極得到電子變?yōu)閆n，D錯誤；故選C。
2．(2024·北京卷，7，3分)硫酸是重要化工原料，工業(yè)生產(chǎn)制取硫酸的原理示意圖如下。
下列說法不正確的是( )
A．I的化學(xué)方程式：3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2
B．Ⅱ中的反應(yīng)條件都是為了提高SO2平衡轉(zhuǎn)化率
C．將黃鐵和換成硫黃可以減少廢渣的產(chǎn)生
D．生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾氣可用堿液吸收
答案：B
解析：黃鐵礦和空氣中的O2在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)，生成SO2和Fe3O4，SO2和空氣中的O2在400~500℃、常壓、催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)得到SO3，用98.3%的濃硫酸吸收SO3，得到H2SO4。A項，反應(yīng)I是黃鐵礦和空氣中的O2在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)，生成SO2和Fe3O4，化學(xué)方程式：3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2，故A正確；B項，反應(yīng)Ⅱ條件要兼顧平衡轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率，還要考慮生產(chǎn)成本，如Ⅱ中“常壓、催化劑”不是為了提高SO2平衡轉(zhuǎn)化率，故B錯誤；C項，將黃鐵礦換成硫黃，則不再產(chǎn)生Fe3O4，即可以減少廢渣產(chǎn)生，故C正確；D項，硫酸工業(yè)產(chǎn)生的尾氣為SO2、SO3，可以用堿液吸收，故D正確；故選B。
3．(2024·湖南卷，11，3分)中和法生產(chǎn)Na2HPO4·12H2O的工藝流程如下：
已知：①H3PO4的電離常數(shù)：Ka1=6.9×10-3，Ka2=6.2×10-8，Ka3=4.8×10-13
②Na2HPO4·12H2O易風(fēng)化。
下列說法錯誤的是( )
A．“中和”工序若在鐵質(zhì)容器中進(jìn)行，應(yīng)先加入Na2CO3溶液
B．“調(diào)pH”工序中X為NaOH或H3PO4
C．“結(jié)晶”工序中溶液顯酸性
D．“干燥”工序需在低溫下進(jìn)行
答案：C
解析：H3PO4和Na2CO3先發(fā)生反應(yīng)，通過加入X調(diào)節(jié)pH，使產(chǎn)物完全轉(zhuǎn)化為Na2HPO4，通過結(jié)晶、過濾、干燥，最終得到Na2HPO4·12H2O成品。A項，鐵是較活潑金屬，可與H3PO4反應(yīng)生成氫氣，故“中和”工序若在鐵質(zhì)容器中進(jìn)行，應(yīng)先加入Na2CO3溶液，A項正確；B項，若“中和”工序加入Na2CO3過量，則需要加入酸性物質(zhì)來調(diào)節(jié)pH，為了不引入新雜質(zhì)，可加入H3PO4；若“中和”工序加入H3PO4過量，則需要加入堿性物質(zhì)來調(diào)節(jié)pH，為了不引入新雜質(zhì)，可加入NaOH，所以“調(diào)pH”工序中X為NaOH或H3PO4，B項正確；C項，“結(jié)晶”工序中的溶液為飽和Na2HPO4溶液，由已知可知H3PO4的Ka2=6.2×10-8，Ka3=4.8×10-13，則HPO42-的水解常數(shù)，由于，則Na2HPO4的水解程度大于電離程度，溶液顯堿性，C項錯誤；D項，由于Na2HPO4·12H2O易風(fēng)化失去結(jié)晶水，故“干燥”工序需要在低溫下進(jìn)行，D項正確；故選C。
4．(2024·湖南卷，16，3分)銅陽極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一種含貴金屬的可再生資源，回收貴金屬的化工流程如下：
已知：①當(dāng)某離子的濃度低于1.0×10 5 mol·L－1時，可忽略該離子的存在；
②AgCl(s)＋Cl-(aq)[AgCl2]- (aq) K=2.0×10 5 ；
③Na2SO3易從溶液中結(jié)晶析出；
④不同溫度下Na2SO3的溶解度如下：
溫度℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
回答下列問題：
(1)Cu屬于 區(qū)元素，其基態(tài)原子的價電子排布式為 ；
(2)“濾液1”中含有Cu2+和H2SeO3，“氧化酸浸”時Cu2Se反應(yīng)的離子方程式為 ；
(3)“氧化酸浸”和“除金”工序抣需加入一定量的NaCl：
①在“氧化酸浸”工序中，加入適量NaCl的原因是 。
②在“除金”工序溶液中，濃度不能超過 。
(4)在“銀轉(zhuǎn)化”體系中，c[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-濃度之和為0.075mol·L－1，兩種離子分布分?jǐn)?shù)隨SO32-濃度的變化關(guān)系如圖所示，若SO32-濃度為1.0mol·L－1，則[Ag(SO3)3]5-的濃度為 mol·L－1。
(5)濾液4中溶質(zhì)主要成分為 (填化學(xué)式)；在連續(xù)生產(chǎn)的模式下，“銀轉(zhuǎn)化”和“銀還原”工序需在℃左右進(jìn)行，若反應(yīng)溫度過高，將難以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，原因是 。
答案：(1) ds 3d104s1
(2) Cu2Se+4H2O2+4H+=2Cu2++H2SeO3+5H2O
(3) 使銀元素轉(zhuǎn)化為AgCl沉淀 0.5
(4)0.05
(5) Na2SO3 高于40℃后，Na2SO3的溶解度下降，“銀轉(zhuǎn)化”和“銀還原”的效率降低，難以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)
解析：銅陽極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)加入H2O2、H2SO4、NaCl氧化酸浸，由題中信息可知，濾液1中含有Cu2+和H2SeO3，濾渣1中含有Au、AgCl、PbSO4；濾渣1中加入NaClO、H2SO4、NaCl，將Au轉(zhuǎn)化為Na[AuCl4]除去，濾液2中含有Na[AuCl4]，濾渣2中含有AgCl、PbSO4；在濾渣2中加入Na2SO3，將AgCl轉(zhuǎn)化為Ag2SO3，過濾除去PbSO4，濾液3含有Ag2SO3；濾液2中加入Na2S2O4，將Ag元素還原為Ag單質(zhì)，Na2S2O4轉(zhuǎn)化為Na2SO3，濾液4中溶質(zhì)主要為Na2SO3，可繼續(xù)進(jìn)行銀轉(zhuǎn)化過程。解析：(1)Cu的原子序數(shù)為29，位于第四周期第ⅠB族，位于ds區(qū)，其基態(tài)原子的價電子排布式為3d104s1；(2)濾液1中含有Cu2+和H2SeO3，氧化酸浸時Cu2Se與H2O2、H2SO4發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成CuSO4、H2SeO3和H2O，反應(yīng)的離子方程式為：Cu2Se+4H2O2+4H+=2Cu2++H2SeO3+5H2O；(3)①在“氧化酸浸”工序中，加入適量NaCl的原因是使銀元素轉(zhuǎn)化為AgCl沉淀；②由題目可知AgCl(s)＋Cl-(aq)[AgCl2]- (aq)，在“除金”工序溶液中，若Cl-加入過多，AgCl則會轉(zhuǎn)化為[AgCl2]-，當(dāng)某離子的濃度低于1.0×10 5 mol·L－1時，可忽略該離子的存在，為了不讓AgCl發(fā)生轉(zhuǎn)化，則另，由，可得c(Cl-)=0.5mol·L－1，即Cl-濃度不能超過0.5mol·L－1；(4)在“銀轉(zhuǎn)化”體系中，[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-濃度之和為0.075mol·L－1，溶液中存在平衡關(guān)系：[Ag(SO3)2]3-＋SO32-(aq)[Ag(SO3)3]5-，當(dāng)c(SO32-)=0.5mol·L－1時，此時c[Ag(SO3)2]3-=[Ag(SO3)3]5-=0.0375mol·L－1，則該平衡關(guān)系的平衡常數(shù)，當(dāng)c(SO32-)=1.0mol·L－1時，，解得此時c[Ag(SO3)3]5-=0.05mol·L－1；(5)由分析可知濾液4中溶質(zhì)主要成分為Na2SO3；由不同溫度下Na2SO3的溶解度可知，高于40℃后，Na2SO3的溶解度下降，“銀轉(zhuǎn)化”和“銀還原”的效率降低，難以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
5．(2024·甘肅卷，15)我國科研人員以高爐渣(主要成分為CaO，MgO，Al2O3和SiO2等)為原料，對煉鋼煙氣(CO2和水蒸氣)進(jìn)行回收利用，有效減少了環(huán)境污染，主要流程如圖所示：
已知：Ksp(CaSO4)= 4.9×10－5，Ksp(CaCO3)= 3.4×10－9
(1)高爐渣與(NH4)2SO4經(jīng)焙燒產(chǎn)生的“氣體”是 。
(2)“濾渣”的主要成分是CaSO4和 。
(3)“水浸2”時主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ，該反應(yīng)能進(jìn)行的原因是 。
(4)鋁產(chǎn)品NH4Al(SO4)2·12H2O可用于 。
(5)某含鈣化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示，沿x軸方向的投影為圖乙，晶胞底面顯示為圖丙，晶胞參數(shù)。圖丙中與N的距離為 ；化合物的化學(xué)式是 ，其摩爾質(zhì)量為Mg·molˉ1，阿伏加德羅常數(shù)的值是NA，則晶體的密度為 g· cm-3 (列出計算表達(dá)式)。
答案：(1)NH3 (2)SiO2
(3)CaSO4+(NH4)2CO3= CaCO3+(NH4)2SO4 Ksp(CaSO4)＞Ksp(CaCO3)，微溶的硫酸鈣轉(zhuǎn)化為更難溶的碳酸鈣(4)凈水(5) Ca3N3B
解析：高爐渣(主要成分為CaO，MgO，Al2O3和SiO2等)加入(NH4)2SO4在400℃下焙燒，生成硫酸鈣、硫酸鎂、硫酸鋁，同時產(chǎn)生氣體，該氣體與煙氣(CO2和水蒸氣)反應(yīng)，生成(NH4)2CO3，所以該氣體為NH3；焙燒產(chǎn)物經(jīng)過水浸1，然后過濾，濾渣為CaSO4以及未反應(yīng)的SiO2，濾液溶質(zhì)主要為硫酸鎂、硫酸鋁及硫酸銨；濾液濃縮結(jié)晶，析出NH4Al(SO4)2·12H2O，剩余富鎂溶液；濾渣加入(NH4)2CO3溶液，濾渣中的CaSO4會轉(zhuǎn)化為更難溶的碳酸鈣。(1)高爐渣與(NH4)2SO4經(jīng)焙燒產(chǎn)生的“氣體”是NH3；(2)由分析可知，“濾渣”的主要成分是CaSO4和未反應(yīng)的SiO2；(3)“水浸2”時主要反應(yīng)為硫酸鈣與碳酸銨生成更難溶的碳酸鈣，反應(yīng)方程式為CaSO4+(NH4)2CO3= CaCO3+(NH4)2SO4，該反應(yīng)之所以能發(fā)生，是由于Ksp(CaSO4)= 4.9×10－5，Ksp(CaCO3)= 3.4×10－9，Ksp(CaSO4)＞Ksp(CaCO3)，微溶的硫酸鈣轉(zhuǎn)化為更難溶的碳酸鈣；(4)鋁產(chǎn)品NH4Al(SO4)2·12H2O溶于水后，會產(chǎn)生Al3+，Al3+水解生成Al(OH)3膠體，可用于凈水；(5)圖丙中，Ca位于正方形頂點，N位于正方形中心，故Ca與N的距離為pm；由均攤法可知，晶胞中Ca的個數(shù)為，N的個數(shù)為，B的個數(shù)為，則化合物的化學(xué)式是Ca3N3B；其摩爾質(zhì)量為Mg·molˉ1，阿伏加德羅常數(shù)的值是NA，晶胞體積為則晶體的密度為。
6．(2024·山東卷，18，12分)以鉛精礦(含PbS，Ag2S等)為主要原料提取金屬Pb和Ag的工藝流程如下：
回答下列問題：
(1)“熱浸”時，難溶的PbS和Ag2S轉(zhuǎn)化為[PbCl4]2-和[AgCl2]-及單質(zhì)硫。溶解等物質(zhì)的量的PbS和Ag2S時，消耗Fe3+物質(zhì)的量之比為_______；溶液中鹽酸濃度不宜過大，除防止“熱浸”時揮發(fā)外，另一目的是防止產(chǎn)生______ _(填化學(xué)式)。
(2)將“過濾Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反復(fù)用飽和食鹽水熱溶，電解所得溶液可制備金屬Pb “電解I”陽極產(chǎn)物用尾液吸收后在工藝中循環(huán)使用，利用該吸收液的操作單元為__ _____。
(3)“還原”中加入鉛精礦目的是____ ___。
(4)“置換”中可選用的試劑X為_______(填標(biāo)號)。
A．Al B．Zn C．Pb D．Ag
“置換”反應(yīng)的離子方程式為_______。
(5)“電解II”中將富銀鉛泥制成電極板，用作_______(填“陰極”或“陽極”)。
答案：(1)①1：1 ②H2S
(2)熱浸 (3)將過量的Fe3+還原為Fe2+
(4)①C ②Pb+2[AgCl2]- =2Ag+[PbCl4]2-
(5)陽極解析：本題以鉛精礦(含PbS，Ag2S等)為主要原料提取金屬Pb和Ag， “熱浸”時，難溶的PbS和Ag2S轉(zhuǎn)化為[PbCl4]2-和[AgCl2]-及單質(zhì)硫，F(xiàn)e3+被還原為Fe2+，過濾I除掉單質(zhì)硫濾渣，濾液中[PbCl4]2-在稀釋降溫的過程中轉(zhuǎn)化為PbCl2沉淀，然后用飽和食鹽水熱溶，增大氯離子濃度，使PbCl2又轉(zhuǎn)化為[PbCl4]2-，電解得到Pb；過濾II后的濾液成分主要為[AgCl2]-、FeCl2、FeCl3，故加入鉛精礦主要將FeCl3還原為FeCl2，試劑X將[AgCl2]-置換為Ag，得到富銀鉛泥，試劑X為鉛，尾液為FeCl2。(1)“熱浸”時，F(xiàn)e3+將PbS和Ag2S中-2價的硫氧化為單質(zhì)硫，F(xiàn)e3+被還原為Fe2+，在這個過程中Pb和Ag的化合價保持不變，所以等物質(zhì)的量的PbS和Ag2S時，S2-物質(zhì)的量相等，所以消耗Fe3+的物質(zhì)的量相等，比值為1：1；溶液中鹽酸濃度過大，這里主要考慮氫離子濃度會過大，會生成H2S 氣體。(2)“過濾Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反復(fù)用飽和食鹽水熱溶，會溶解為[PbCl4]2-，電解[PbCl4]2-溶液制備金屬Pb，Pb在陰極產(chǎn)生，陽極Cl-放電產(chǎn)生Cl2， 尾液成分為FeCl2，F(xiàn)eCl2吸收Cl2后轉(zhuǎn)化為FeCl3，可以在熱浸中循環(huán)使用。(3)過濾Ⅱ所得的濾液中有過量的未反應(yīng)的Fe3+，根據(jù)還原之后可以得到含硫濾渣，“還原”中加入鉛精礦的目的是是將將過量的Fe3+還原為Fe2+。(4)“置換”中加入試劑X可以可以得到富銀鉛泥，為了防止引入其他雜質(zhì)，則試劑X應(yīng)為Pb，發(fā)生的反應(yīng)為：Pb+2[AgCl2]- =2Ag+[PbCl4]2-。(5)“電解II”中將富銀鉛泥制成電極板，電解Ⅱ得到金屬銀和金屬鉛，將銀和鉛分離出來，所以不可能作為陰極，應(yīng)作為陽極板，陽極放電視，銀變成陽極泥而沉降下來，鉛失電子為Pb2+，陰極得電子得到Pb，所以電極板應(yīng)作陽極。
7．(2024·河北卷，16，14分) V2O5是制造釩鐵合金、金屬釩的原料，也是重要的催化劑。以苛化泥為焙燒添加劑從石煤中提取V2O5的工藝，具有釩回收率高、副產(chǎn)物可回收和不產(chǎn)生氣體污染物等優(yōu)點。工藝流程如下。
已知：i石煤是一種含V2O3的礦物，雜質(zhì)為大量Al2O3和少量CaO等；苛化泥的主要成分為CaCO3、NaOH、Na2CO3等。
ⅱ高溫下，苛化泥的主要成分可與Al2O3反應(yīng)生成偏鋁酸鹽；室溫下，偏釩酸鈣[Ca(VO3)2]和偏鋁酸鈣均難溶于水。回答下列問題：
(1)釩原子的價層電子排布式為___ ____；焙燒生成的偏釩酸鹽中釩的化合價為_______，產(chǎn)生的氣體①為_____ __(填化學(xué)式)。
(2)水浸工序得到濾渣①和濾液，濾渣①中含釩成分為偏釩酸鈣，濾液中雜質(zhì)的主要成分為______(填化學(xué)式)。
(3)在弱堿性環(huán)境下，偏釩酸鈣經(jīng)鹽浸生成碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____ ___；CO2加壓導(dǎo)入鹽浸工序可提高浸出率的原因為____ ___；浸取后低濃度的濾液①進(jìn)入_____ __(填工序名稱)，可實現(xiàn)釩元素的充分利用。
(4)洗脫工序中洗脫液的主要成分為_____ __(填化學(xué)式)。
(5)下列不利于沉釩過程的兩種操作為___ ____(填序號)。
a．延長沉釩時間 b．將溶液調(diào)至堿性 c．?dāng)嚢? d．降低NH4Cl溶液的濃度
答案：(1)①3d34s2 ②+5 ③CO2 (2) NaAlO2
(3)①Ca(VO3)2+HCO3-+OH-CaCO3+2VO3-+H2O
②提高溶液中HCO3-濃度，促使偏釩酸鈣轉(zhuǎn)化為碳酸鈣，釋放VO3- ③離子交換
(4) NaCl (5)bd
解析：石煤和苛化泥通入空氣進(jìn)行焙燒，反應(yīng)生成NaVO3、Ca(VO3)2、NaAlO2、Ca(AlO2)2、CaO和CO2等，水浸可分離焙燒后的可溶性物質(zhì)(如NaVO3)和不溶性物質(zhì)[Ca(VO3)2、Ca(AlO2)2等]，過濾后濾液進(jìn)行離子交換、洗脫，用于富集和提純VO3-，加入氯化銨溶液沉釩，生成NH4VO3，經(jīng)一系列處理后得到V2O3；濾渣①在，66~70℃的條件下加入3%NH4HCO3溶液進(jìn)行鹽浸，濾渣①中含有釩元素，通過鹽浸，使濾渣①中的釩元素進(jìn)入濾液①中，再將濾液①回流到離子交換工序，進(jìn)行VO3-的富集。(1)釩是23號元素，其價層電子排布式為3d34s2 ；焙燒過程中，氧氣被還原，V2O3被氧化生成VO3-，偏釩酸鹽中釩的化合價為+5價；CaCO3在以上開始分解，生成的氣體①為CO2。(2)由已知信息可知，高溫下，苛化泥的主要成分與Al2O3 反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和偏鋁酸鈣，偏鋁酸鈉溶于水，偏鋁酸鈣難溶于水，所以濾液中雜質(zhì)的主要成分是NaAlO2。(3)在弱堿性環(huán)境下，Ca(VO3)2與HCO3-和OH-反應(yīng)生成CaCO3、VO3-和H2O，離子方程式為：Ca(VO3)2+HCO3-+OH-CaCO3+2VO3-+H2O； CO2加壓導(dǎo)入鹽浸工序可提高浸出率，因為C可提高溶液中HCO3-濃度，促使偏釩酸鈣轉(zhuǎn)化為碳酸鈣，釋放VO3-；濾液①中含有VO3-、NH4+等，且濃度較低，若要利用其中的釩元素，需要通過離子交換進(jìn)行分離、富集，故濾液①應(yīng)進(jìn)入離子交換工序。(4)由離子交換工序中樹脂的組成可知，洗脫液中應(yīng)含有Cl-，考慮到水浸所得溶液中含有Na+，為避免引人其他雜質(zhì)離子，且NaCl廉價易得，故洗脫液的主要成分應(yīng)為NaCl。(5)a項，延長沉釩時間，能使反應(yīng)更加完全，有利于沉釩，a不符合題意；b項，NH4Cl呈弱酸性，如果將溶液調(diào)至堿性，OH-與NH4+反應(yīng)，不利于生成NH4VO3，b符合題意；c項，攪拌能使反應(yīng)物更好的接觸，提高反應(yīng)速率，使反應(yīng)更加充分，有利于沉釩，c不符合題意；d項，降低NH4Cl溶液的濃度，不利于生成NH4VO3，d符合題意；故選bd。
8．(2024·湖北卷，16，13分)鈹用于宇航器件的構(gòu)筑。一種從其鋁硅酸鹽[Be3A l 2(SiO3)6]中提取鈹?shù)穆窂綖椋?br/>已知：Be2++4HABeA2(HA)2+2H+
回答下列問題：
(1)基態(tài)Be2+的軌道表示式為 。
(2)為了從“熱熔、冷卻”步驟得到玻璃態(tài)，冷卻過程的特點是 。
(3)“萃取分液”的目的是分離Be2+和Al 3+，向過量燒堿溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液，觀察到的現(xiàn)象是 。
(4)寫出反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化學(xué)方程式 。“濾液2”可以進(jìn)入 步驟再利用。
(5)電解熔融氯化鈹制備金屬鈹時，加入氯化鈉的主要作用是 。
(6) Be(OH)2與醋酸反應(yīng)得到某含4個的配合物，4個位于以1個O原子為中心的四面體的4個頂點，且每個的配位環(huán)境相同，與間通過CH3COO-相連，其化學(xué)式為 。
答案：(1) (2)快速冷卻 (3)無明顯現(xiàn)象
(4) BeA2(HA)2+6NaOH =Na2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O 反萃取
(5)增強(qiáng)熔融氯化鈹?shù)膶?dǎo)電性
(6) Be4O(CH3COO)6
解析：本題是化工流程的綜合考察，首先鋁硅酸鹽先加熱熔融，然后快速冷卻到其玻璃態(tài)，再加入稀硫酸酸浸過濾，濾渣的成分為H2SiO3，“濾液1”中有Be2+和Al3+，加入含HA的煤油將Be2+萃取到有機(jī)相中，水相1中含有Al3+，有機(jī)相為BeA2(HA)2，加入過量氫氧化鈉反萃取Be2+使其轉(zhuǎn)化為Na2[Be(OH)4]進(jìn)入水相2中，分離出含NaA的煤油，最后對水相2加熱過濾，分離出Be(OH)2，通過系列操作得到金屬鈹。(1)基態(tài)Be2+的電子排布式為1s2，其軌道表達(dá)式為。(2)熔融態(tài)物質(zhì)冷卻凝固時，緩慢冷卻會形成晶體，快速冷卻會形成非晶態(tài)，即玻璃態(tài)，所以從“熱熔、冷卻”中得到玻璃態(tài)，其冷卻過程的特點為：快速冷卻。(3)“濾液1”中有Be2+和Al3+，加入含HA的煤油將Be2+萃取到有機(jī)相中，則水相1中含有Al3+，則向過量燒堿的溶液中逐滴加入少量水相1的溶液，可觀察到的現(xiàn)象為：無明顯現(xiàn)象。(4)反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化學(xué)方程式為BeA2(HA)2+6NaOH =Na2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O，濾液2的主要成分為NaOH，可進(jìn)入反萃取步驟再利用。(5)氯化鈹?shù)墓矁r性較強(qiáng)，電解熔融氯化鈹制備金屬鈹時，加入氯化鈉的主要作用為增強(qiáng)熔融氯化鈹?shù)膶?dǎo)電性。(6)由題意可知，該配合物中有四個鈹位于四面體的四個頂點上，四面體中心只有一個O，Be與Be之間總共有六個CH3COO-，則其化學(xué)式為：Be4O(CH3COO)6。
9．(2024·北京卷，18)利用黃銅礦(主要成分為CuFeS2，含有SiO2等雜質(zhì))生產(chǎn)純銅，流程示意圖如下。
(1)礦石在焙燒前需粉碎，其作用是 。
(2) (NH4)2SO4的作用是利用其分解產(chǎn)生的SO3使礦石中的銅元素轉(zhuǎn)化為CuSO4。(NH4)2SO4發(fā)生熱分解的化學(xué)方程式是 。
(3)礦石和過量(NH4)2SO4按一定比例混合，取相同質(zhì)量，在不同溫度下焙燒相同時間，測得：“吸收”過程氨吸收率和“浸銅”過程銅浸出率變化如圖；和時，固體B中所含銅、鐵的主要物質(zhì)如表。
溫度/℃ B中所含銅、鐵的主要物質(zhì)
400 Fe2O3、CuSO4、CuFeS2
500 Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO
①溫度低于425℃，隨焙燒溫度升高，銅浸出率顯著增大的原因是 。
②溫度高于425℃，根據(jù)焙燒時可能發(fā)生的反應(yīng)，解釋銅浸出率隨焙燒溫度升高而降低的原因是 。
(4)用離子方程式表示置換過程中加入的目的 。
(5)粗銅經(jīng)酸浸處理，再進(jìn)行電解精煉；電解時用酸化的CuSO4溶液做電解液，并維持一定的c(H＋)和c(Cu2+)。粗銅若未經(jīng)酸浸處理，消耗相同電量時，會降低得到純銅的量，原因是 。
答案：(1)增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)更充分
(2) (NH4)2SO42NH3↑+SO3↑+H2O
(3) 溫度低于425℃，隨焙燒溫度升高，(NH4)2SO4分解產(chǎn)生的SO3增多，可溶物CuSO4含量增加，故銅浸出率顯著增加 溫度高于425℃，隨焙燒溫度升高發(fā)生反應(yīng)：4CuFeS2+17O2+2CuSO4CuO+2Fe2(SO4)3+4SO3，CuFeS2和CuSO4轉(zhuǎn)化成難溶于水的CuO，銅浸出率降低
(4) Fe+Cu2+=Fe2++Cu
(5)粗銅若未經(jīng)酸浸處理，其中雜質(zhì)Fe會參與放電，則消耗相同電量時，會降低得到純銅的量
解析：黃銅礦(主要成分為CuFeS2，含有SiO2等雜質(zhì))粉碎后加入硫酸銨通入空氣焙燒，黃銅礦在硫酸銨生成的SO3作用下，轉(zhuǎn)化成CuSO4，得到的混合氣體中主要含NH3，用硫酸吸收，得到硫酸銨，是溶液A的主要溶質(zhì)，可以循環(huán)利用，固體B為SiO2、CuSO4及含鐵的化合物，加水分離，主要形成含硫酸銅的濾液和含SiO2的濾渣，分別為濾液C和濾渣D，向硫酸銅溶液中加入過量的鐵，置換得到粗銅和FeSO4，粗銅再精煉可以得到純銅。(1)黃銅礦的礦石在焙燒前需粉碎，是為了增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)更充分；(2)銨鹽不穩(wěn)定，易分解，(NH4)2SO4分解為非氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)物中有NH3和SO3，故化學(xué)方程式為(NH4)2SO42NH3↑+SO3↑+H2O；(3)①由圖，溫度低于425℃，隨焙燒溫度升高，銅浸出率顯著增大，是因為溫度低于425℃，隨焙燒溫度升高，(NH4)2SO4分解產(chǎn)生的SO3增多，可溶物CuSO4含量增加，故銅浸出率顯著增加；②溫度高于425℃，隨焙燒溫度升高，CuFeS2和CuSO4轉(zhuǎn)化成難溶于水的CuO，發(fā)生反應(yīng)4CuFeS2+17O2+2CuSO4CuO+2Fe2(SO4)3+4SO3，銅浸出率降低；(4)加入Fe置換硫酸銅溶液中的銅，反應(yīng)的離子方程式為Fe+Cu2+=Fe2++Cu；(5)粗銅中含有Fe雜質(zhì)，加酸可以除Fe，但粗銅若未經(jīng)酸浸處理，其中雜質(zhì)Fe會參與放電，則消耗相同電量時，會降低得到純銅的量。
10．(2024·遼吉黑卷，16，14分)中國是世界上最早利用細(xì)菌冶金的國家。已知金屬硫化物在“細(xì)菌氧化”時轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，某工廠用細(xì)菌冶金技術(shù)處理載金硫化礦粉(其中細(xì)小的Au顆粒被FeS2、包裹)，以提高金的浸出率并冶煉金，工藝流程如下：
回答下列問題：
(1)北宋時期我國就有多處礦場利用細(xì)菌氧化形成的天然“膽水”冶煉銅，“膽水”的主要溶質(zhì)為_______(填化學(xué)式)。
(2)“細(xì)菌氧化”中，F(xiàn)eS2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________。
(3)“沉鐵砷”時需加堿調(diào)節(jié)pH，生成_______(填化學(xué)式)膠體起絮凝作用，促進(jìn)了含As微粒的沉降。
(4)“培燒氧化”也可提高“浸金”效率，相比“培燒氧化”，“細(xì)菌氧化”的優(yōu)勢為_______(填標(biāo)號)。
A．無需控溫 B．可減少有害氣體產(chǎn)生 C．設(shè)備無需耐高溫 D．不產(chǎn)生廢液廢渣
(5)“真金不拍火煉”，表明Au難被O2氧化，“浸金”中NaCN的作用為_______________________。
(6)“沉金”中Zn的作用為_________________________________。
(7)濾液②經(jīng)H2SO4酸化，[Zn(CN)4]2-轉(zhuǎn)化為ZnSO4和HCN的化學(xué)方程式為_____________________。用堿中和HCN可生成_______(填溶質(zhì)化學(xué)式)溶液，從而實現(xiàn)循環(huán)利用。
答案：(1)CuSO4(2)4FeS2+15O2+2H2O4Fe3++8SO42-+4H+(3) Fe(OH)3 (4)BC
(5)做絡(luò)合劑，將Au轉(zhuǎn)化為[Au(CN)2]-從而浸出(6)作還原劑，將[Au(CN)2]-還原為Au
(7) Na2[Zn(CN)4] +2H2SO4=ZnSO4+4HCN+ Na2SO4 NaCN
解析：礦粉中加入足量空氣和H2SO4，在pH=2時進(jìn)行細(xì)菌氧化，金屬硫化物中的S元素轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，過濾，濾液中主要含有Fe3+、SO42-、As(Ⅵ)，加堿調(diào)節(jié)pH值，F(xiàn)e3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3膠體，可起到絮凝作用，促進(jìn)含As微粒的沉降，過濾可得到凈化液；濾渣主要為Au，Au與空氣中的O2和NaCN溶液反應(yīng)，得到含[Au(CN)2]-的浸出液，加入Zn進(jìn)行“沉金”得到Au和含[Zn(CN)4]2-的濾液②。(1)“膽水”冶煉銅，“膽水”的主要成分為CuSO4；(2)“細(xì)菌氧化”的過程中，F(xiàn)eS2在酸性環(huán)境下被O2氧化為Fe3+和SO42-，離子方程式為：4FeS2+15O2+2H2O4Fe3++8SO42-+4H+；(3)“沉鐵砷”時，加堿調(diào)節(jié)pH值，F(xiàn)e3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3膠體，可起到絮凝作用，促進(jìn)含As微粒的沉降；(4)A項，細(xì)菌的活性與溫度息息相關(guān)，因此細(xì)菌氧化也需要控溫，A不符合題意；B項，焙燒氧化時，金屬硫化物中的S元素通常轉(zhuǎn)化為SO2，而細(xì)菌氧化時，金屬硫化物中的S元素轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，可減少有害氣體的產(chǎn)生，B符合題意；C項，焙燒氧化需要較高的溫度，因此所使用的設(shè)備需要耐高溫，而細(xì)菌氧化不需要較高的溫度就可進(jìn)行，設(shè)備無需耐高溫，C符合題意；D項，由流程可知，細(xì)菌氧化也會產(chǎn)生廢液廢渣，D不符合題意；故選BC；(5)“浸金”中，Au作還原劑，O2作氧化劑，NaCN做絡(luò)合劑，將Au轉(zhuǎn)化為[Au(CN)2]-從而浸出；(6)“沉金”中Zn作還原劑，將[Au(CN)2]-還原為Au；(7)濾液②含有[Zn(CN)4]2-，經(jīng)過H2SO4的酸化，[Zn(CN)4]2-轉(zhuǎn)化為ZnSO4和HCN，反應(yīng)得化學(xué)方程式為：Na2[Zn(CN)4] +2H2SO4=ZnSO4+4HCN+ Na2SO4；用堿中和HCN得到的產(chǎn)物，可實現(xiàn)循環(huán)利用，即用NaOH中和HCN生成NaCN，NaCN可用于“浸金”步驟，從而循環(huán)利用。
11．(2024·全國新課標(biāo)卷，8，14分)鈷及其化合物在制造合金、磁性材料、催化劑及陶瓷釉等方面有著廣泛應(yīng)用。一種從濕法煉鋅產(chǎn)生的廢渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的單質(zhì)或氧化物)中富集回收得到含錳高鈷成品的工藝如下：
已知溶液中相關(guān)離子開始沉淀和沉淀完全()時的pH：
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
開始沉淀的pH 15 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列問題：
(1)“酸浸”前廢渣需粉碎處理，目的是_____ __；“濾渣1”中金屬元素主要為____ ___。
(2)“過濾1”后的溶液中加入MnO2的作用是__ _____。取少量反應(yīng)后的溶液，加入化學(xué)試劑____ ___檢驗______ _，若出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，需補(bǔ)加MnO2。
(3)“氧化沉鈷”中氧化還原反應(yīng)的離子方程式為_____ __、____ ___。
(4)“除鈷液”中主要的鹽有____ ___(寫化學(xué)式)，殘留的Co3+濃度為_______ mol·L-1。
答案：(1)①增大固液接觸面積，加快酸浸速率，提高浸取效率 ②Pb
(2)①將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+，以便在后續(xù)調(diào)pH時除去Fe元素
②K3[Fe(CN)6]溶液 ③ Fe2+
(3)①3Co2++MnO4- +7H2O= 3Co(OH)3↓ +MnO2↓ +5H+
②2MnO4- +3Mn2++2H2O=5MnO2↓ +4H+
(4)①ZnSO4、K2SO4 ②10-16.7
解析：由題中信息可知，用硫酸處理含有Co、Zn、Pb、Fe的單質(zhì)或氧化物的廢渣，得到含有Co2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、ZnSO4、K2SO42-等離子的溶液，Pb的單質(zhì)或氧化物與硫酸反應(yīng)生成難溶的PbSO4，則“濾渣1”為“酸浸”時生成的PbSO4；向濾液中加入MnO2將Fe2+氧化為Fe3+，然后加入ZnO調(diào)節(jié)pH=4使Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3，則“濾渣Ⅱ”的主要成分為Fe(OH)3，濾液中的金屬離子主要是Co2+、Zn2+和Mn2+；最后“氧化沉鈷”，加入強(qiáng)氧化劑KMnO4，將溶液中Co2+氧化為Co3+，在pH=5時Co3+形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4則被還原為MnO2，KMnO4還會與溶液中的Mn2+發(fā)生歸中反應(yīng)生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除鈷液”主要含有ZnSO4、K2SO4。(1)在原料預(yù)處理過程中，粉碎固體原料能增大固體與液體的接觸面積，從而加快酸浸的反應(yīng)速率，提高浸取效率；由分析可知，“濾渣1”的主要成分為PbSO4，則“濾渣1”中金屬元素主要為Pb；(2)酸浸液中含有Co2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、SO42-等離子。由題表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)Fe3+完全沉淀時，Co2+未開始沉淀，而當(dāng)Fe2+完全沉淀時，Co2+已有一部分沉淀，因此為了除去溶液中的Fe元素且Co2+不沉淀，應(yīng)先將Fe2+氧化為Fe3+，然后調(diào)節(jié)溶液的pH使Fe3+完全水解轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，因此，MnO2的作用是將Fe2+氧化為Fe3+，以便在后續(xù)調(diào)pH時除去Fe元素。常用K3[Fe(CN)6]溶液檢驗Fe2+，若生成藍(lán)色沉淀，則說明溶液中仍存在Fe2+，需補(bǔ)加MnO2；(3)該過程發(fā)生兩個氧化還原反應(yīng)，根據(jù)分析中兩個反應(yīng)的反應(yīng)物、產(chǎn)物與反應(yīng)環(huán)境(pH=5)，結(jié)合得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒可寫出兩個離子方程式：3Co2++MnO4- +7H2O= 3Co(OH)3↓ +MnO2↓ +5H+、2MnO4- +3Mn2++2H2O=5MnO2↓ +4H+ ；(4)最終得到的“除鈷液”中含有的金屬離子主要是最初“酸浸”時與加入ZnO調(diào)pH時引入的Zn2+、加入KMnO4 “氧化沉鈷”時引入的K+，而陰離子是在酸浸時引入的SO42-，因此其中主要的鹽有ZnSO4和K2SO4。當(dāng)溶液pH=1.1時c(H＋)=10-1.1mol·L-1，Co3+恰好完全沉淀，此時溶液中c(Co3+)=1.0×10-5mol·L-1，則，則。“除鈷液”的pH=5，即c(H＋)=10-5mol·L-1，則，此時溶液中。
12．(2024·全國甲卷，8，14分)鈷在新能源、新材料領(lǐng)域具有重要用途。某煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鈷、錳的價氧化物及鋅和銅的單質(zhì)。從該廢渣中提取鈷的一種流程如下。
注：加沉淀劑使一種金屬離子濃度小于等于，其他金屬離子不沉淀，即認(rèn)為完全分離。
已知：①。
②以氫氧化物形式沉淀時，和溶液的關(guān)系如圖所示。
回答下列問題：
(1)“酸浸”前，需將廢渣磨碎，其目的是 。
(2)“酸浸”步驟中，CoO發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。
(3)假設(shè)“沉銅”后得到的濾液中c(Zn2+)和c(Co2+)均為0.1mol·L-1，向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全，此時溶液中c(Co2+)=_______mol·L-1，據(jù)此判斷能否實現(xiàn)Zn2+和Co2+的完全分離 (填“能”或“不能”)。
(4)“沉錳”步驟中，生成1.0mol MnO2，產(chǎn)生H+的物質(zhì)的量為 。
(5)“沉淀”步驟中，用調(diào)，分離出的濾渣是 。
(6)“沉鈷”步驟中，控制溶液，加入適量的NaClO氧化Co2+，其反應(yīng)的離子方程式為 。
(7)根據(jù)題中給出的信息，從“沉鈷”后的濾液中回收氫氧化鋅的方法是 。
答案：(1)增大固體與酸反應(yīng)的接觸面積，提高鈷元素的浸出效率
(2) CoO+H2SO4=CoSO4+H2O (3) 1.6×10-4 不能 (4) 4.0 mol (5) Fe(OH)3
(6) 2Co2++5ClO-+5H2O=2Co(OH)3↓ +Cl-+4HClO
(7)向濾液中滴加NaOH溶液，邊加邊攪拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，靜置后過濾、洗滌、干燥
解析：煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鈷、錳的+2價氧化物及鋅和銅的單質(zhì)，經(jīng)稀硫酸酸浸時，銅不溶解，Zn及其他+2價氧化物除鉛元素轉(zhuǎn)化為硫酸鉛沉淀外，其他均轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的+2價陽離子進(jìn)入溶液；然后通入硫化氫沉銅生成CuS沉淀；過濾后，濾液中加入Na2S2O8將錳離子氧化為二氧化錳除去，同時亞鐵離子也被氧化為鐵離子；再次過濾后，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH=4，鐵離子完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去；第三次過濾后的濾液中加入次氯酸鈉沉鈷，得到Co(OH)3。(1)“酸浸”前，需將廢渣磨碎，其目的是增大固體與酸反應(yīng)的接觸面積，提高鈷元素的浸出效率。(2)“酸浸”步驟中，Cu不溶解，Zn單質(zhì)及其他+2價氧化物除鉛元素轉(zhuǎn)化為硫酸鉛沉淀外，其他均轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的+2價陽離子進(jìn)入溶液，即CoO為轉(zhuǎn)化為CoSO4，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CoO+H2SO4=CoSO4+H2O。(3)假設(shè)“沉銅”后得到的濾液中c(Zn2+)和c(Co2+)均為0.1mol·L-1，向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全，此時溶液中，則，c(Co2+)小于0.1mol·L-1，說明大部分Co2+也轉(zhuǎn)化為硫化物沉淀，據(jù)此判斷不能實現(xiàn)Zn2+和Co2+的完全分離。(4)“沉錳”步驟中，Na2S2O8將Mn2+氧化為二氧化錳除去，發(fā)生的反應(yīng)為S2O82-+Mn2++2H2O=MnO2↓ +4H++2SO42-，因此，生成1.0mol MnO2，產(chǎn)生H+的物質(zhì)的量為4.0 mol。(5)“沉錳”步驟中，S2O82-同時將Fe2+氧化為Fe3+，“沉淀”步驟中用NaOH調(diào)pH=4，F(xiàn)e3+可以完全沉淀為Fe(OH)3，因此，分離出的濾渣是Fe(OH)3。(6)“沉鈷”步驟中，控制溶液pH=5.0~5.5，加入適量的NaClO氧化Co2+，為了保證Co2+被完全氧化，NaClO要適當(dāng)過量，其反應(yīng)的離子方程式為2Co2++5ClO-+5H2O=2Co(OH)3↓ +Cl-+4HClO。(7)根據(jù)題中給出的信息，“沉鈷”后的濾液的pH=5.0~5.5，溶液中有Zn元素以Zn2+形式存在，當(dāng)pH＞12后氫氧化鋅會溶解轉(zhuǎn)化為[Zn(OH)4]2-，因此，從“沉鈷”后的濾液中回收氫氧化鋅的方法是：向濾液中滴加NaOH溶液，邊加邊攪拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，靜置后過濾、洗滌、干燥。
鞏固練習(xí)
非選擇題(共4題，共80分)
1．(27分)(2023·全國卷乙)LiMn2O4作為一種新型鋰電池正極材料受到廣泛關(guān)注。由菱錳礦(MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制備LiMn2O4的流程如下：
已知：Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10－39，Ksp[Al(OH)3]＝1.3×10－33，Ksp[Ni(OH)2]＝5.5×10－16。
回答下列問題：
(1)硫酸溶礦主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________。
為提高溶礦速率，可采取的措施是____________________________________(舉1例)。(5分)
(2)加入少量MnO2的作用是_____________________________________________________。
不宜使用H2O2替代MnO2，原因是____________________________________________。(6分)
(3)溶礦反應(yīng)完成后，反應(yīng)器中溶液pH＝4，此時c(Fe3＋)＝________mol·L－1；用石灰乳調(diào)節(jié)至pH≈7，除去的金屬離子是____________。(4分)
(4)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，生成的沉淀有________________。(3分)
(5)在電解槽中，發(fā)生電解反應(yīng)的離子方程式為______________________________。(3分)
隨著電解反應(yīng)進(jìn)行，為保持電解液成分穩(wěn)定，應(yīng)不斷____________________________。(3分)電解廢液可在反應(yīng)器中循環(huán)利用。
(6)煅燒窯中，生成LiMn2O4反應(yīng)的化學(xué)方程式是_____________________________________。(3分)
解析：(1)硫酸溶礦時發(fā)生的主要反應(yīng)是MnCO3溶于硫酸的反應(yīng)，化學(xué)方程式為MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋CO2↑＋H2O。為提高溶礦速率，可以通過增大反應(yīng)物濃度、增大反應(yīng)物接觸面積、提高反應(yīng)溫度等措施實現(xiàn)。(2)加入少量MnO2的作用是將Fe2＋氧化為Fe3＋，便于除鐵。若使用H2O2替代MnO2，則Mn2＋和生成的Fe3＋會催化H2O2分解，原料利用率低。(3)溶液pH＝4，即c(OH－)＝10－10 mol·L－1時，由Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)·c3(OH－)＝2.8×10－39，可得c(Fe3＋)＝2.8×10－9 mol·L－1<1.0×10 －5 mol·L －1，此時鐵已沉淀完全。同理，pH＝7，c(OH－)＝10－7mol·L－1時，c(Al3＋)＝1.3×10－12 mol·L－1<1.0×10 －5 mol·L －1，Al3＋被除去，c(Ni2＋)＝5.5×10－2mol·L－1>1.0×10 －5 mol·L －1，Ni2＋未被除去，所以pH≈7時除去的金屬離子是Al 3＋。(4)酸溶時得到相應(yīng)金屬的硫酸鹽，故加入少量BaS溶液除Ni2＋時會生成NiS和BaSO4沉淀。(5)由題圖可知，電解槽中反應(yīng)生成MnO2，則陽極反應(yīng)為Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2↓＋4H＋，陰極反應(yīng)為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，總反應(yīng)為Mn2＋＋2H2OMnO2↓＋2H＋＋H2↑，該反應(yīng)中消耗水和Mn 2＋生成H ＋，為保持電解液成分穩(wěn)定，應(yīng)不斷補(bǔ)充Mn(OH)2等。(6)根據(jù)得失電子守恒和質(zhì)量守恒可寫出煅燒窯中生成LiMn2O4的反應(yīng)的化學(xué)方程式是8MnO2＋2Li2CO34LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑。
答案：(1)MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋CO2↑＋H2O　粉碎礦石(或適當(dāng)增大硫酸濃度、攪拌、適當(dāng)升高反應(yīng)液的溫度等)　(2)將Fe2＋氧化為Fe3＋　Mn2＋和生成的Fe3＋會催化H2O2分解　(3)2.8×10－9　Al3＋　(4)NiS和BaSO4　(5)Mn2＋＋2H2OMnO2↓＋2H＋＋H2↑　加入適量Mn(OH)2等　(6)8MnO2＋2Li2CO34LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑
2．(17分)(2023·新課標(biāo)卷)鉻和釩具有廣泛用途。鉻釩渣中鉻和釩以低價態(tài)含氧酸鹽形式存在，主要雜質(zhì)為鐵、鋁、硅、磷等的化合物。從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的一種流程如下圖所示。
已知：最高價鉻酸根在酸性介質(zhì)中以Cr2O存在，在堿性介質(zhì)中以CrO存在。
回答下列問題：
(1)煅燒過程中，釩和鉻被氧化為相應(yīng)的最高價含氧酸鹽，其中含鉻化合物主要為________(填化學(xué)式)。(2分)
(2)“水浸渣”中主要有SiO2和________。(2分)
(3)“沉淀”步驟調(diào)pH到弱堿性，主要除去的雜質(zhì)是________。(2分)
(4)“除硅磷”步驟中，使硅、磷分別以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀。該步需要控制溶液的pH≈9以達(dá)到最好的除雜效果。若pH<9時，會導(dǎo)致___________________________________；pH>9時，會導(dǎo)致________________________________________________。(6分)
(5)“分離釩”步驟中，將溶液pH調(diào)到1.8左右得到V2O5沉淀。V2O5在pH<1時，溶解為VO或VO3＋；在堿性條件下，溶解為VO或VO。上述性質(zhì)說明V2O5具有________(填字母)。(2分)
A．酸性　　　B．堿性　　　C．兩性
(6)“還原”步驟中加入焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)溶液，反應(yīng)的離子方程式為
________________________________________________________________________。(3分)
解析：(1)根據(jù)已知條件可知，最高價鉻酸根在堿性介質(zhì)中以CrO存在，故煅燒后含鉻化合物主要為Na2CrO4。(2)煅燒時通入空氣，含鐵化合物轉(zhuǎn)化為Fe2O3，且Fe2O3不溶于水，故“水浸渣”中還含有Fe2O3。(3)“沉淀”步驟加入稀H2SO4調(diào)pH到弱堿性是為了讓[Al(OH)4]－轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀而除去。(4)體系中存在平衡MgNH4PO4(s) Mg2＋(aq)＋NH(aq)＋PO(aq)，當(dāng)pH<9時，PO與H ＋結(jié)合生成HPO，c(PO)降低，平衡正移，不利于生成MgNH4PO4沉淀；而pH>9時，Mg2＋會形成Mg(OH)2沉淀，原料利用率低。(5)根據(jù)題干描述，V2O5既可與酸反應(yīng)生成鹽和水，又可與堿反應(yīng)生成鹽和水，故V2O5具有兩性。(6)分離釩后溶液呈酸性，Cr元素以Cr2O存在，還原過程中Cr2O被S2O還原為Cr3＋，S2O轉(zhuǎn)化為SO，因此反應(yīng)的離子方程式為2Cr2O＋3S2O＋10H＋===4Cr3＋＋6SO＋5H2O，之后調(diào)pH，Cr3＋轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3。
答案：(1)Na2CrO4　(2)Fe2O3　(3)Al(OH)3　(4)溶液中c(PO)降低，不利于生成MgNH4PO4沉淀　Mg2＋形成Mg(OH)2沉淀，原料利用率低　(5)C　(6)3S2O＋2Cr2O＋10H＋===6SO＋4Cr3＋＋5H2O
3．(17分)(2023·湖北高考)SiCl4是生產(chǎn)多晶硅的副產(chǎn)物。利用SiCl4對廢棄的鋰電池正極材料LiCoO2進(jìn)行氯化處理以回收Li、Co等金屬，工藝路線如下：
回答下列問題：
(1)Co位于元素周期表第______周期，第______族。(4分)
(2)燒渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物，“500 ℃焙燒”后剩余的SiCl4應(yīng)先除去，否則水浸時會產(chǎn)生大量煙霧，用化學(xué)方程式表示其原因：_______________________________________。(3分)
(3)鑒別洗凈的“濾餅3”和固體Na2CO3常用方法的名稱是_______________。(3分)
(4)已知Ksp[Co(OH)2]＝5.9×10－15，若“沉鈷過濾”的pH控制為10.0，則溶液中Co2＋濃度為________mol·L－1。“850 ℃煅燒”時的化學(xué)方程式為______________________________________。(5分)
(5)導(dǎo)致SiCl4比CCl4易水解的因素有________(填字母)。(2分)
a．Si—Cl鍵極性更大 b．Si的原子半徑更大 c．Si—Cl鍵鍵能更大 d．Si有更多的價層軌道
解析：(1)鈷位于元素周期表第四周期，第Ⅷ族。(2) SiCl4易水解：SiCl4＋4H2O H4SiO4＋4HCl或SiCl4＋3H2O H2SiO3 ＋4HCl，產(chǎn)生大量煙霧。(3)“濾餅3”為Li2CO3，Li2CO3和Na2CO3所含陽離子不同，灼燒時產(chǎn)生不同焰色，常用焰色試驗鑒別。(4)Ksp[Co(OH)2]＝5.9×10－15，pH＝10時c(OH－)＝10－4 mol·L－1，則c(Co2＋)·c2(OH－)＝Ksp[Co(OH)2]＝5.9×10－15，c(Co2＋)＝5.9×10－7 mol·L－1。由題干知，850 ℃煅燒時生成Co3O4，化學(xué)方程式為6Co(OH)2＋O22Co3O4＋6H2O。(5)由于Si原子有空軌道，而C原子沒有，且Si原子半徑大于C原子半徑，則Si—Cl鍵鍵長長，鍵能小；同時Si電負(fù)性小于C，Si—Cl鍵極性大；以上因素導(dǎo)致Si—Cl鍵更易斷裂，SiCl4比CCl4更易水解，故選abd。
答案：(1)四　Ⅷ　(2)SiCl4＋3H2O H2SiO3＋4HCl(或SiCl4＋4H2O H4SiO4＋4HCl)
(3)焰色試驗　(4)5.9×10－7　6Co(OH)2＋O22Co3O4＋6H2O　(5)abd
4．(19分)(2023·遼寧高考)某工廠采用如下工藝處理鎳鈷礦硫酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)，實現(xiàn)鎳、鈷、鎂元素的回收。
已知：
物質(zhì) 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
回答下列問題：
(1)用硫酸浸取鎳鈷礦時，提高浸取速率的方法為____________________________(答出一條即可)。(2分)
(2)“氧化”中，混合氣在金屬離子的催化作用下產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的過一硫酸(H2SO5)，1 mol H2SO5中過氧鍵的數(shù)目為________。(2分)
(3)“氧化”中，用石灰乳調(diào)節(jié)pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化為MnO2，該反應(yīng)的離子方程式為
________________________________________________________________________
(H2SO5的電離第一步完全，第二步微弱)；濾渣的成分為MnO2、____________(填化學(xué)式)。(5分)
(4)“氧化”中保持空氣通入速率不變，Mn(Ⅱ)氧化率與時間的關(guān)系如下。SO2體積分?jǐn)?shù)為________時，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；繼續(xù)增大SO2體積分?jǐn)?shù)時，Mn(Ⅱ)氧化速率減小的原因是
________________________________________________________________________。(4分)
(5)“沉鈷鎳”中得到的Co(Ⅱ)在空氣中可被氧化成CoO(OH)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為
________________________________________________________________________。(3分)
(6)“沉鎂”中為使Mg2＋沉淀完全(25 ℃)，需控制pH不低于________(精確至0.1)。(3分)
解析：(1)用硫酸浸取鎳鈷礦時，提高浸取速率的方法可以是將鎳鈷礦粉碎、浸取時攪拌、適當(dāng)提高浸取溫度等。(2)H2SO5可以看成是H2O2中一個氫原子被磺基(—SO3H)取代的產(chǎn)物，即H—O—O—SO3H，故分子中有一個過氧鍵，1 mol H2SO5中過氧鍵的數(shù)目為6.02×1023。(3)根據(jù)題干信息可知，“氧化”中Mn2＋被H2SO5氧化為MnO2，則H2SO5被還原為SO，結(jié)合H2SO5的電離第一步完全可知，反應(yīng)的離子方程式為Mn2＋＋HSO＋H2O===MnO2↓＋SO＋3H＋；“氧化”中Fe2＋會被氧化為Fe3＋，用石灰乳調(diào)節(jié)pH＝4時Fe元素沉淀為Fe(OH)3，Ca2＋與SO結(jié)合生成CaSO4沉淀，故濾渣中還含有Fe(OH)3、CaSO4。(4)由題圖可知，當(dāng)SO2體積分?jǐn)?shù)為9.0%時，Mn(Ⅱ)氧化率達(dá)到100%所用時間最短，氧化速率最大；SO2具有還原性，也能還原H2SO5，其體積分?jǐn)?shù)過大時，與H2SO5反應(yīng)，使Mn(Ⅱ)氧化速率減小。(5)“沉鈷鎳”中得到的Co(Ⅱ)以Co(OH)2形式存在，其可被空氣中O2氧化為CoO(OH)，根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律可寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。(6)Mg2＋沉淀完全，則c(Mg2＋)≤10－5 mol·L－1，c(OH－)≥ ＝ mol·L－1＝10－2.9 mol·L－1，c(H＋)≤10－11.1 mol·L－1，pH≥11.1。
答案：(1)將鎳鈷礦粉碎(或浸取時攪拌，適當(dāng)提高浸取溫度等)
(2)6.02×1023　(3)Mn2＋＋HSO＋H2O===MnO2↓＋SO＋3H＋　Fe(OH)3、CaSO4　(4)9.0%　SO2具有還原性，過多時也能還原H2SO5，使過一硫酸的濃度降低，反應(yīng)速率減小
(5)4Co(OH)2＋O2===4CoO(OH)＋2H2O　(6)11.1
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第42講 化學(xué)工藝流程題
【備考目標(biāo)】　1.了解化學(xué)工藝流程的常考題型。2.掌握化學(xué)工藝流程題目的一般流程。
化學(xué)工藝流程是將化工生產(chǎn)過程中主要生產(chǎn)階段以流程框圖形式呈現(xiàn)出來，該類試題通常以化工生產(chǎn)流程圖的形式，以陌生元素或陌生化合物知識為載體，綜合考查元素化合物知識、氧化還原反應(yīng)(或復(fù)分解反應(yīng)、電離、水解)方程式的書寫、通過化工原理的分析判斷流程中殘渣或廢液的成分、反應(yīng)條件的控制與選擇、物質(zhì)分離提純的方法、產(chǎn)率的計算、Ksp的應(yīng)用、綠色化學(xué)思想的體現(xiàn)等。題目綜合性強(qiáng)，難度大，將化學(xué)與社會、生產(chǎn)、生活聯(lián)系起來，旨在考查考生閱讀提取信息、遷移應(yīng)用知識的能力，及科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的核心素養(yǎng)。
考點1 常見的化工流程題
1．物質(zhì)制備類化工流程題
(1)核心反應(yīng)——陌生方程式的書寫
關(guān)注箭頭的指向：箭頭指入→反應(yīng)物，箭頭指出→生成物。
①氧化還原反應(yīng)：熟練應(yīng)用氧化還原規(guī)律，進(jìn)行產(chǎn)物判斷及配平。
②非氧化還原反應(yīng)：結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)實際判斷產(chǎn)物。
(2)原料的預(yù)處理
①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等。
水浸 與水接觸反應(yīng)或溶解
酸浸 在酸溶液中反應(yīng)，使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過過濾除去的溶解過程
浸出率 固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少
②灼燒、焙燒、煅燒：改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)高溫下氧化、分解。
(3)常用的控制反應(yīng)條件的方法
①調(diào)節(jié)溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點：能與H＋反應(yīng)，使溶液pH增大；不引入新雜質(zhì)。
例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
②控制溫度。根據(jù)需要升溫或降溫，改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動。
③趁熱過濾。防止某物質(zhì)降溫時會析出。
④冰水洗滌。洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。
2．以分離提純?yōu)槟康牡幕瘜W(xué)工藝流程
(1)物質(zhì)分離提純的原則
①不增：不引入新的雜質(zhì)。
②不減：不減少被提純的物質(zhì)。
③易分離：被提純物與雜質(zhì)易于分離。
④易復(fù)原：被提純的物質(zhì)易恢復(fù)原來的組成、狀態(tài)。
(2)常用的提純方法
水溶法 除去可溶性雜質(zhì)
酸溶法 除去堿性雜質(zhì)
堿溶法 除去酸性雜質(zhì)
氧化劑或還原劑法 除去還原性或氧化性雜質(zhì)
加熱灼燒法 除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì)
調(diào)節(jié)溶液的pH法 如除去溶液中的Fe3＋等
(3)常用的分離方法
過濾 分離難溶物和易溶物，根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法
萃取和分液 利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì)，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴
蒸發(fā)結(jié)晶 提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì)，如NaCl
冷卻結(jié)晶 提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等
蒸餾或分餾 分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和甘油
冷卻法 利用氣體液化的特點分離氣體，如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣
考點2 無機(jī)化工流程綜合題的解題思路與方法
1．主線法分析
(1)流程圖一般分三大部分：原料預(yù)處理、轉(zhuǎn)化與分離階段、獲取最終產(chǎn)物階段。
(2)流程中要分析“進(jìn)” 、“出” 物質(zhì)和仍然留在溶液中的離子等(否則可能漏掉副產(chǎn)品或干擾離子)。
(3)一般默認(rèn)進(jìn)入的物質(zhì)過量，確保每一步目標(biāo)元素利用率或轉(zhuǎn)化率最高，產(chǎn)品產(chǎn)率最高，損失最小。當(dāng)然在某些特殊情況下要控制用量。
2．四線法分析
試劑：為達(dá)到最終目的加入的物質(zhì)，起到氧化還原、非氧化還原的作用；
除雜：復(fù)分解沉淀、置換沉淀、氧化還原沉淀；加熱產(chǎn)生氣體等；
操作：蒸發(fā)、結(jié)晶、過濾(趁熱過濾)、洗滌、干燥等；
轉(zhuǎn)化：元素守恒—焙燒、溶浸、沉淀、煅燒、電解、結(jié)晶等。
題組練習(xí)
例1.(2023·遼寧名校聯(lián)盟聯(lián)合考試)以鋅焙砂(主要成分為ZnO，含少量Cu2＋、Mn2＋等離子)為原料，制備2Zn(OH)2·ZnCO3的工藝流程如下：
以下說法錯誤的是(　　)
A．“浸取”過程為加快反應(yīng)速率應(yīng)適當(dāng)加熱，但溫度不宜過高
B．“除雜”步驟也可選擇Na2S或K2S為沉淀劑，沉淀雜質(zhì)離子
C．“沉鋅”過程發(fā)生反應(yīng)后釋放的氣體A為CO2
D．“過濾3”所得濾液可循環(huán)使用，其主要成分的化學(xué)式是(NH4)2SO4
【流程分析】
例2.(2023·湖南株洲聯(lián)考)草酸鈷用途廣泛，可用于指示劑和催化劑的制備。一種利用水鈷礦[主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]制取CoC2O4的工藝流程如圖：
已知：①浸出液含有的陽離子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋等；
②部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見表：
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2
完全沉淀的pH 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8
(1)浸出過程中加入Na2SO3的目的是___________________________________________。
(2)將氯氣通入熱的氫氧化鈉溶液可以來制取NaClO3，請寫出該反應(yīng)的離子方程式____________________________________；實驗需要制取10.65 g NaClO3，需要的氯氣由電解食鹽水生成，若不考慮反應(yīng)過程中的損失，則同時生成的氫氣的體積為________(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。
(3)萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系如圖所示。濾液Ⅱ中加入萃取劑的作用是________________________________________；使用萃取劑最適宜的pH是________(填字母)。
A．接近2.0　　B．接近3.0　　C．接近5.0
(4)“除鈣、鎂”是將溶液中Ca2＋與Mg2＋轉(zhuǎn)化為MgF2、CaF2沉淀。已知某溫度下，Ksp(MgF2)＝7.35×10－11，Ksp(CaF2)＝1.05×10－10。當(dāng)加入過量NaF后，所得濾液中＝________。
【流程分析】
高考真題
1．(2024·遼吉黑卷，13，3分)某工廠利用銅屑脫除鋅浸出液中的Cl-并制備Zn，流程如下“脫氯”步驟僅Cu元素化合價發(fā)生改變。下列說法正確的是( )
鋅浸出液中相關(guān)成分(其他成分無干擾)
離子 Zn2+ Cu2+ Cl-
濃度(g·Lˉ1) 145 0.03 1
A．“浸銅”時應(yīng)加入足量H2O2，確保銅屑溶解完全
B．“浸銅”反應(yīng)：2Cu+4H++H2O2=2Cu2++ H2↑+2H2O
C．“脫氯”反應(yīng)：Cu+Cu2++2Cl-=2CuCl↓
D．脫氯液凈化后電解，可在陽極得到Zn
2．(2024·北京卷，7，3分)硫酸是重要化工原料，工業(yè)生產(chǎn)制取硫酸的原理示意圖如下。
下列說法不正確的是( )
A．I的化學(xué)方程式：3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2
B．Ⅱ中的反應(yīng)條件都是為了提高SO2平衡轉(zhuǎn)化率
C．將黃鐵和換成硫黃可以減少廢渣的產(chǎn)生
D．生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾氣可用堿液吸收
3．(2024·湖南卷，11，3分)中和法生產(chǎn)Na2HPO4·12H2O的工藝流程如下：
已知：①H3PO4的電離常數(shù)：Ka1=6.9×10-3，Ka2=6.2×10-8，Ka3=4.8×10-13
②Na2HPO4·12H2O易風(fēng)化。
下列說法錯誤的是( )
A．“中和”工序若在鐵質(zhì)容器中進(jìn)行，應(yīng)先加入Na2CO3溶液
B．“調(diào)pH”工序中X為NaOH或H3PO4
C．“結(jié)晶”工序中溶液顯酸性
D．“干燥”工序需在低溫下進(jìn)行
4．(2024·湖南卷，16，3分)銅陽極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一種含貴金屬的可再生資源，回收貴金屬的化工流程如下：
已知：①當(dāng)某離子的濃度低于1.0×10 5 mol·L－1時，可忽略該離子的存在；
②AgCl(s)＋Cl-(aq)[AgCl2]- (aq) K=2.0×10 5 ；
③Na2SO3易從溶液中結(jié)晶析出；
④不同溫度下Na2SO3的溶解度如下：
溫度℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
回答下列問題：
(1)Cu屬于 區(qū)元素，其基態(tài)原子的價電子排布式為 ；
(2)“濾液1”中含有Cu2+和H2SeO3，“氧化酸浸”時Cu2Se反應(yīng)的離子方程式為 ；
(3)“氧化酸浸”和“除金”工序抣需加入一定量的NaCl：
①在“氧化酸浸”工序中，加入適量NaCl的原因是 。
②在“除金”工序溶液中，濃度不能超過 。
(4)在“銀轉(zhuǎn)化”體系中，c[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-濃度之和為0.075mol·L－1，兩種離子分布分?jǐn)?shù)隨SO32-濃度的變化關(guān)系如圖所示，若SO32-濃度為1.0mol·L－1，則[Ag(SO3)3]5-的濃度為 mol·L－1。
(5)濾液4中溶質(zhì)主要成分為 (填化學(xué)式)；在連續(xù)生產(chǎn)的模式下，“銀轉(zhuǎn)化”和“銀還原”工序需在℃左右進(jìn)行，若反應(yīng)溫度過高，將難以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，原因是 。
5．(2024·甘肅卷，15)我國科研人員以高爐渣(主要成分為CaO，MgO，Al2O3和SiO2等)為原料，對煉鋼煙氣(CO2和水蒸氣)進(jìn)行回收利用，有效減少了環(huán)境污染，主要流程如圖所示：
已知：Ksp(CaSO4)= 4.9×10－5，Ksp(CaCO3)= 3.4×10－9
(1)高爐渣與(NH4)2SO4經(jīng)焙燒產(chǎn)生的“氣體”是 。
(2)“濾渣”的主要成分是CaSO4和 。
(3)“水浸2”時主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ，該反應(yīng)能進(jìn)行的原因是 。
(4)鋁產(chǎn)品NH4Al(SO4)2·12H2O可用于 。
(5)某含鈣化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示，沿x軸方向的投影為圖乙，晶胞底面顯示為圖丙，晶胞參數(shù)。圖丙中與N的距離為 ；化合物的化學(xué)式是 ，其摩爾質(zhì)量為Mg·molˉ1，阿伏加德羅常數(shù)的值是NA，則晶體的密度為 g· cm-3 (列出計算表達(dá)式)。
6．(2024·山東卷，18，12分)以鉛精礦(含PbS，Ag2S等)為主要原料提取金屬Pb和Ag的工藝流程如下：
回答下列問題：
(1)“熱浸”時，難溶的PbS和Ag2S轉(zhuǎn)化為[PbCl4]2-和[AgCl2]-及單質(zhì)硫。溶解等物質(zhì)的量的PbS和Ag2S時，消耗Fe3+物質(zhì)的量之比為_______；溶液中鹽酸濃度不宜過大，除防止“熱浸”時揮發(fā)外，另一目的是防止產(chǎn)生______ _(填化學(xué)式)。
(2)將“過濾Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反復(fù)用飽和食鹽水熱溶，電解所得溶液可制備金屬Pb “電解I”陽極產(chǎn)物用尾液吸收后在工藝中循環(huán)使用，利用該吸收液的操作單元為__ _____。
(3)“還原”中加入鉛精礦目的是____ ___。
(4)“置換”中可選用的試劑X為_______(填標(biāo)號)。
A．Al B．Zn C．Pb D．Ag
“置換”反應(yīng)的離子方程式為_______。
(5)“電解II”中將富銀鉛泥制成電極板，用作_______(填“陰極”或“陽極”)。
7．(2024·河北卷，16，14分) V2O5是制造釩鐵合金、金屬釩的原料，也是重要的催化劑。以苛化泥為焙燒添加劑從石煤中提取V2O5的工藝，具有釩回收率高、副產(chǎn)物可回收和不產(chǎn)生氣體污染物等優(yōu)點。工藝流程如下。
已知：i石煤是一種含V2O3的礦物，雜質(zhì)為大量Al2O3和少量CaO等；苛化泥的主要成分為CaCO3、NaOH、Na2CO3等。
ⅱ高溫下，苛化泥的主要成分可與Al2O3反應(yīng)生成偏鋁酸鹽；室溫下，偏釩酸鈣[Ca(VO3)2]和偏鋁酸鈣均難溶于水。回答下列問題：
(1)釩原子的價層電子排布式為___ ____；焙燒生成的偏釩酸鹽中釩的化合價為_______，產(chǎn)生的氣體①為_____ __(填化學(xué)式)。
(2)水浸工序得到濾渣①和濾液，濾渣①中含釩成分為偏釩酸鈣，濾液中雜質(zhì)的主要成分為______(填化學(xué)式)。
(3)在弱堿性環(huán)境下，偏釩酸鈣經(jīng)鹽浸生成碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____ ___；CO2加壓導(dǎo)入鹽浸工序可提高浸出率的原因為____ ___；浸取后低濃度的濾液①進(jìn)入_____ __(填工序名稱)，可實現(xiàn)釩元素的充分利用。
(4)洗脫工序中洗脫液的主要成分為_____ __(填化學(xué)式)。
(5)下列不利于沉釩過程的兩種操作為___ ____(填序號)。
a．延長沉釩時間 b．將溶液調(diào)至堿性 c．?dāng)嚢? d．降低NH4Cl溶液的濃度
8．(2024·湖北卷，16，13分)鈹用于宇航器件的構(gòu)筑。一種從其鋁硅酸鹽[Be3A l 2(SiO3)6]中提取鈹?shù)穆窂綖椋?br/>已知：Be2++4HABeA2(HA)2+2H+
回答下列問題：
(1)基態(tài)Be2+的軌道表示式為 。
(2)為了從“熱熔、冷卻”步驟得到玻璃態(tài)，冷卻過程的特點是 。
(3)“萃取分液”的目的是分離Be2+和Al 3+，向過量燒堿溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液，觀察到的現(xiàn)象是 。
(4)寫出反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化學(xué)方程式 。“濾液2”可以進(jìn)入 步驟再利用。
(5)電解熔融氯化鈹制備金屬鈹時，加入氯化鈉的主要作用是 。
(6) Be(OH)2與醋酸反應(yīng)得到某含4個的配合物，4個位于以1個O原子為中心的四面體的4個頂點，且每個的配位環(huán)境相同，與間通過CH3COO-相連，其化學(xué)式為 。
9．(2024·北京卷，18)利用黃銅礦(主要成分為CuFeS2，含有SiO2等雜質(zhì))生產(chǎn)純銅，流程示意圖如下。
(1)礦石在焙燒前需粉碎，其作用是 。
(2) (NH4)2SO4的作用是利用其分解產(chǎn)生的SO3使礦石中的銅元素轉(zhuǎn)化為CuSO4。(NH4)2SO4發(fā)生熱分解的化學(xué)方程式是 。
(3)礦石和過量(NH4)2SO4按一定比例混合，取相同質(zhì)量，在不同溫度下焙燒相同時間，測得：“吸收”過程氨吸收率和“浸銅”過程銅浸出率變化如圖；和時，固體B中所含銅、鐵的主要物質(zhì)如表。
溫度/℃ B中所含銅、鐵的主要物質(zhì)
400 Fe2O3、CuSO4、CuFeS2
500 Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO
①溫度低于425℃，隨焙燒溫度升高，銅浸出率顯著增大的原因是 。
②溫度高于425℃，根據(jù)焙燒時可能發(fā)生的反應(yīng)，解釋銅浸出率隨焙燒溫度升高而降低的原因是 。
(4)用離子方程式表示置換過程中加入的目的 。
(5)粗銅經(jīng)酸浸處理，再進(jìn)行電解精煉；電解時用酸化的CuSO4溶液做電解液，并維持一定的c(H＋)和c(Cu2+)。粗銅若未經(jīng)酸浸處理，消耗相同電量時，會降低得到純銅的量，原因是 。
10．(2024·遼吉黑卷，16，14分)中國是世界上最早利用細(xì)菌冶金的國家。已知金屬硫化物在“細(xì)菌氧化”時轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，某工廠用細(xì)菌冶金技術(shù)處理載金硫化礦粉(其中細(xì)小的Au顆粒被FeS2、包裹)，以提高金的浸出率并冶煉金，工藝流程如下：
回答下列問題：
(1)北宋時期我國就有多處礦場利用細(xì)菌氧化形成的天然“膽水”冶煉銅，“膽水”的主要溶質(zhì)為_______(填化學(xué)式)。
(2)“細(xì)菌氧化”中，F(xiàn)eS2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________。
(3)“沉鐵砷”時需加堿調(diào)節(jié)pH，生成_______(填化學(xué)式)膠體起絮凝作用，促進(jìn)了含As微粒的沉降。
(4)“培燒氧化”也可提高“浸金”效率，相比“培燒氧化”，“細(xì)菌氧化”的優(yōu)勢為_______(填標(biāo)號)。
A．無需控溫 B．可減少有害氣體產(chǎn)生 C．設(shè)備無需耐高溫 D．不產(chǎn)生廢液廢渣
(5)“真金不拍火煉”，表明Au難被O2氧化，“浸金”中NaCN的作用為_______________________。
(6)“沉金”中Zn的作用為_________________________________。
(7)濾液②經(jīng)H2SO4酸化，[Zn(CN)4]2-轉(zhuǎn)化為ZnSO4和HCN的化學(xué)方程式為_____________________。用堿中和HCN可生成_______(填溶質(zhì)化學(xué)式)溶液，從而實現(xiàn)循環(huán)利用。
11．(2024·全國新課標(biāo)卷，8，14分)鈷及其化合物在制造合金、磁性材料、催化劑及陶瓷釉等方面有著廣泛應(yīng)用。一種從濕法煉鋅產(chǎn)生的廢渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的單質(zhì)或氧化物)中富集回收得到含錳高鈷成品的工藝如下：
已知溶液中相關(guān)離子開始沉淀和沉淀完全()時的pH：
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
開始沉淀的pH 15 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列問題：
(1)“酸浸”前廢渣需粉碎處理，目的是_____ __；“濾渣1”中金屬元素主要為____ ___。
(2)“過濾1”后的溶液中加入MnO2的作用是__ _____。取少量反應(yīng)后的溶液，加入化學(xué)試劑____ ___檢驗______ _，若出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，需補(bǔ)加MnO2。
(3)“氧化沉鈷”中氧化還原反應(yīng)的離子方程式為_____ __、____ ___。
(4)“除鈷液”中主要的鹽有____ ___(寫化學(xué)式)，殘留的Co3+濃度為_______ mol·L-1。
12．(2024·全國甲卷，8，14分)鈷在新能源、新材料領(lǐng)域具有重要用途。某煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鈷、錳的價氧化物及鋅和銅的單質(zhì)。從該廢渣中提取鈷的一種流程如下。
注：加沉淀劑使一種金屬離子濃度小于等于，其他金屬離子不沉淀，即認(rèn)為完全分離。
已知：①。
②以氫氧化物形式沉淀時，和溶液的關(guān)系如圖所示。
回答下列問題：
(1)“酸浸”前，需將廢渣磨碎，其目的是 。
(2)“酸浸”步驟中，CoO發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。
(3)假設(shè)“沉銅”后得到的濾液中c(Zn2+)和c(Co2+)均為0.1mol·L-1，向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全，此時溶液中c(Co2+)=_______mol·L-1，據(jù)此判斷能否實現(xiàn)Zn2+和Co2+的完全分離 (填“能”或“不能”)。
(4)“沉錳”步驟中，生成1.0mol MnO2，產(chǎn)生H+的物質(zhì)的量為 。
(5)“沉淀”步驟中，用調(diào)，分離出的濾渣是 。
(6)“沉鈷”步驟中，控制溶液，加入適量的NaClO氧化Co2+，其反應(yīng)的離子方程式為 。
(7)根據(jù)題中給出的信息，從“沉鈷”后的濾液中回收氫氧化鋅的方法是 。
鞏固練習(xí)
非選擇題(共4題，共80分)
1．(27分)(2023·全國卷乙)LiMn2O4作為一種新型鋰電池正極材料受到廣泛關(guān)注。由菱錳礦(MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制備LiMn2O4的流程如下：
已知：Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10－39，Ksp[Al(OH)3]＝1.3×10－33，Ksp[Ni(OH)2]＝5.5×10－16。
回答下列問題：
(1)硫酸溶礦主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________。
為提高溶礦速率，可采取的措施是____________________________________(舉1例)。(5分)
(2)加入少量MnO2的作用是______________________________________。
不宜使用H2O2替代MnO2，原因是____________________________________________。(6分)
(3)溶礦反應(yīng)完成后，反應(yīng)器中溶液pH＝4，此時c(Fe3＋)＝________mol·L－1；用石灰乳調(diào)節(jié)至pH≈7，除去的金屬離子是____________。(4分)
(4)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，生成的沉淀有________________。(3分)
(5)在電解槽中，發(fā)生電解反應(yīng)的離子方程式為______________________________。(3分)
隨著電解反應(yīng)進(jìn)行，為保持電解液成分穩(wěn)定，應(yīng)不斷____________________________。(3分)電解廢液可在反應(yīng)器中循環(huán)利用。
(6)煅燒窯中，生成LiMn2O4反應(yīng)的化學(xué)方程式是_____________________________________。(3分)
2．(17分)(2023·新課標(biāo)卷)鉻和釩具有廣泛用途。鉻釩渣中鉻和釩以低價態(tài)含氧酸鹽形式存在，主要雜質(zhì)為鐵、鋁、硅、磷等的化合物。從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的一種流程如下圖所示。
已知：最高價鉻酸根在酸性介質(zhì)中以Cr2O存在，在堿性介質(zhì)中以CrO存在。
回答下列問題：
(1)煅燒過程中，釩和鉻被氧化為相應(yīng)的最高價含氧酸鹽，其中含鉻化合物主要為________(填化學(xué)式)。(2分)
(2)“水浸渣”中主要有SiO2和________。(2分)
(3)“沉淀”步驟調(diào)pH到弱堿性，主要除去的雜質(zhì)是________。(2分)
(4)“除硅磷”步驟中，使硅、磷分別以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀。該步需要控制溶液的pH≈9以達(dá)到最好的除雜效果。若pH<9時，會導(dǎo)致___________________________________；pH>9時，會導(dǎo)致________________________________________________。(6分)
(5)“分離釩”步驟中，將溶液pH調(diào)到1.8左右得到V2O5沉淀。V2O5在pH<1時，溶解為VO或VO3＋；在堿性條件下，溶解為VO或VO。上述性質(zhì)說明V2O5具有________(填字母)。(2分)
A．酸性　　　B．堿性　　　C．兩性
(6)“還原”步驟中加入焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)溶液，反應(yīng)的離子方程式為
________________________________________________________________________。(3分)
3．(17分)(2023·湖北高考)SiCl4是生產(chǎn)多晶硅的副產(chǎn)物。利用SiCl4對廢棄的鋰電池正極材料LiCoO2進(jìn)行氯化處理以回收Li、Co等金屬，工藝路線如下：
回答下列問題：
(1)Co位于元素周期表第______周期，第______族。(4分)
(2)燒渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物，“500 ℃焙燒”后剩余的SiCl4應(yīng)先除去，否則水浸時會產(chǎn)生大量煙霧，用化學(xué)方程式表示其原因：_______________________________________。(3分)
(3)鑒別洗凈的“濾餅3”和固體Na2CO3常用方法的名稱是_______________。(3分)
(4)已知Ksp[Co(OH)2]＝5.9×10－15，若“沉鈷過濾”的pH控制為10.0，則溶液中Co2＋濃度為________mol·L－1。“850 ℃煅燒”時的化學(xué)方程式為______________________________________。(5分)
(5)導(dǎo)致SiCl4比CCl4易水解的因素有________(填字母)。(2分)
a．Si—Cl鍵極性更大 b．Si的原子半徑更大 c．Si—Cl鍵鍵能更大 d．Si有更多的價層軌道
4．(19分)(2023·遼寧高考)某工廠采用如下工藝處理鎳鈷礦硫酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)，實現(xiàn)鎳、鈷、鎂元素的回收。
已知：
物質(zhì) 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
回答下列問題：
(1)用硫酸浸取鎳鈷礦時，提高浸取速率的方法為____________________________(答出一條即可)。(2分)
(2)“氧化”中，混合氣在金屬離子的催化作用下產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的過一硫酸(H2SO5)，1 mol H2SO5中過氧鍵的數(shù)目為________。(2分)
(3)“氧化”中，用石灰乳調(diào)節(jié)pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化為MnO2，該反應(yīng)的離子方程式為
________________________________________________________________________
(H2SO5的電離第一步完全，第二步微弱)；濾渣的成分為MnO2、____________(填化學(xué)式)。(5分)
(4)“氧化”中保持空氣通入速率不變，Mn(Ⅱ)氧化率與時間的關(guān)系如下。SO2體積分?jǐn)?shù)為________時，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；繼續(xù)增大SO2體積分?jǐn)?shù)時，Mn(Ⅱ)氧化速率減小的原因是
________________________________________________________________________。(4分)
(5)“沉鈷鎳”中得到的Co(Ⅱ)在空氣中可被氧化成CoO(OH)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為
________________________________________________________________________。(3分)
(6)“沉鎂”中為使Mg2＋沉淀完全(25 ℃)，需控制pH不低于________(精確至0.1)。(3分)
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