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新高考化学二轮复习学案第1部分 专题突破 大题突破3 无机化工流程题题型研究（含解析）
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这是一份新高考化学二轮复习学案第1部分 专题突破 大题突破3 无机化工流程题题型研究（含解析），共35页。
[复习目标] 1.掌握化工流程中条件的控制。2.掌握化工流程中物质的分离和提纯。3.掌握化工流程中方程式的书写。4.掌握化工流程中的有关计算。
1．(2022·全国乙卷，26)废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等，为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。
一些难溶电解质的溶度积常数如下表：
难溶电解质
PbSO4
PbCO3
BaSO4
BaCO3
Ksp
2.5×
10－8
7.4×
10－14
1.1×
10－10
2.6×
10－9
一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：
金属氢
氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Al(OH)3
Pb(OH)2
开始沉
淀的pH
2.3
6.8
3.5
7.2
完全沉
淀的pH
3.2
8.3
4.6
9.1
回答下列问题：
(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为________________________，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因：_____________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，还要加入H2O2。
(ⅰ)能被H2O2氧化的离子是________________________________________________；
(ⅱ)H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb(Ac)2，其化学方程式为________________
________________________________________________________________________；
(ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，H2O2的作用是____________________________
________________________________________________________________________。
(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是__________。
(5)“沉铅”的滤液中，金属离子有__________。
答案 (1)PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq) 反应PbSO4(s)＋CO(aq)PbCO3(s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝≈3.4×105>105，PbSO4可以比较彻底的转化为PbCO3
(2)反应BaSO4(s)＋CO(aq)BaCO3(s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝≈0.04≪105，反应正向进行的程度有限
(3)(ⅰ)Fe2＋ (ⅱ)Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O (ⅲ)作还原剂
(4)Fe(OH)3、Al(OH)3 (5)Ba2＋、Na＋
解析 (3)(ⅰ)过氧化氢有氧化性，亚铁离子有还原性，会被过氧化氢氧化为铁离子。(ⅱ)过氧化氢促进金属Pb在醋酸溶液中转化为Pb(Ac)2，过氧化氢与Pb、HAc发生氧化还原反应生成Pb(Ac)2和H2O。(ⅲ)过氧化氢也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，铅元素化合价由＋4价降低到＋2价，PbO2是氧化剂，则过氧化氢是还原剂。(4)酸浸后溶液的pH约为4.9，依据金属氢氧化物沉淀时的pH可知，滤渣的主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁。(5)加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO4完全转化，铁离子、铝离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，铅转化为氢氧化铅，最终转化为氧化铅，因此沉铅的滤液中，金属离子有Ba2＋和加入碳酸钠、氢氧化钠时引入的Na＋。
2．(2022·湖南，17)钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：
已知“降温收尘”后，粗TiCl4中含有的几种物质的沸点：
物质
TiCl4
VOCl3
SiCl4
AlCl3
沸点/℃
136
127
57
180
回答下列问题：
(1)已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是__________。
A．C(s)＋O2(g)===CO2(g)
B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)
C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)
D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)
(2)TiO2与C、Cl2，在600 ℃的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表：
物质
TiCl4
CO
CO2
Cl2
分压/
MPa
4.59×
10－2
1.84×
10－2
3.70×
10－2
5.98×
10－9
①该温度下，TiO2与C、Cl2反应的总化学方程式为_____________________________
________________________________________________________________________。
②随着温度升高，尾气中CO的含量升高，原因是_______________________________
________________________________________________________________________。
(3)“除钒”过程中的化学方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________；
“除硅、铝”过程中，分离TiCl4中含Si、Al杂质的方法是_____________________。
(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序______(填“能”或“不能”)交换，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入Mg冶炼Ti的方法相似的是______。
A．高炉炼铁
B．电解熔融氯化钠制钠
C．铝热反应制锰
D．氧化汞分解制汞
答案 (1)C (2)①5TiO2＋6C＋10Cl25TiCl4＋2CO＋4CO2 ②随着温度升高，CO2与C发生反应：C＋CO22CO (3)①3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3 ②蒸馏 (4)不能 若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质 (5)AC
解析 (1)由图可知，600 ℃时C(s)＋O2(g)===CO2(g)的ΔG<0，反应能自发进行，故A不符合题意；600 ℃时2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔG<0，反应能自发进行，故B不符合题意；600 ℃时TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)的ΔG>0，反应不能自发进行，故C符合题意；根据盖斯定律，TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)可由A＋C得到，且由图中数据可知600 ℃时其ΔG<0，反应能自发进行，故D不符合题意。(2)①根据表中数据可知，该温度下C主要生成CO和CO2，根据同温同体积下气体的压强之比等于物质的量之比可知TiCl4、CO和CO2的物质的量之比约是5∶2∶4，所以TiO2与C、Cl2反应的总化学方程式为5TiO2＋6C＋10Cl25TiCl4＋2CO＋4CO2。②随着温度升高，CO2与C发生反应：C＋CO22CO，导致CO含量升高。(3)“降温收尘”后钒元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根据得失电子守恒和元素守恒配平化学方程式为3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3；AlCl3、SiCl4与TiCl4沸点差异较大，“除硅、铝”过程中可采用蒸馏的方法分离AlCl3、SiCl4。(5)本工艺中加入Mg冶炼Ti的方法为热还原法。高炉炼铁的原理是用还原剂将铁矿石中铁的氧化物还原成金属铁，属于热还原法，故A符合题意；电解熔融氯化钠制取金属钠的原理是电解法，故B不符合题意；铝热反应制锰是利用Al作还原剂，将锰从其化合物中还原出来，为热还原法，故C符合题意；Hg为不活泼金属，可以直接用加热分解氧化汞的方法制备汞，故D不符合题意。
化工流程题主要考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决化工生产中实际问题的能力，具有考查知识面广、综合性强、思维容量大的特点。工艺流程题设问的地方有：反应速率与平衡理论的运用，氧化还原反应的判断、化学方程式的书写，利用控制pH分离除杂，利用溶解度分离，常用的分离方法、实验操作，流程中的物质转化和循环，绿色化学评价，电化学，计算产量、产率、产品纯度等。这类题型不但综合考查考生在中学阶段所学的元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等知识，而且更重要的是能突出考查考生的综合分析判断能力、逻辑推理能力，且这类试题陌生度高，文字量大，包含信息多，思维能力要求高，近年来已成为高考化学主观题中的必考题型。
考点一 化工流程中反应条件的控制
1．三氧化二镍(Ni2O3)是重要的电子元件材料和蓄电池材料，工业上利用含镍废料(主要成分为镍、铝、氧化铁、碳等)提取Ni2O3，工业流程如图：
“预处理”操作可以选择用________(填字母)来除去废旧镍电池表面的矿物油污。
A．纯碱溶液浸泡
B．NaOH溶液浸泡
C．酒精清洗
答案 C
2．一种从铜阳极泥(主要含有铜、银、金、少量的镍)中分离提取多种金属元素的工艺流程如下：
“分铜”时，如果反应温度过高，会有明显的放出气体现象，原因是________________________________________________________________________。
答案 温度过高，H2O2分解放出氧气
3．已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：
物质
开始沉淀
沉淀完全
Fe(OH)3
2.7
3.7
Fe(OH)2
7.6
9.6
Mn(OH)2
8.3
9.8
若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，应该怎样做？
答案 先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH至3.7～8.3。
注意：(1)调节pH所需的物质一般应满足两点：
①能与H＋反应，使溶液pH增大；②不引入新杂质。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。
(2)调节溶液的pH：酸作用还可以除去氧化物(膜)；碱作用还可以除去油污、除去铝片氧化物、溶解铝和二氧化硅。
(3)调节pH的试剂选取：①选取流程中出现的物质；②未学习过的物质且题目又无信息提示的一般不做考虑；③已学的常见酸碱(NaOH、Na2CO3、HCl、H2SO4、NH3·H2O、HNO3)。
4．以粉煤灰(主要成分为Al2O3、SiO2，还含少量Fe2O3等)为原料，制取氧化铝的部分工艺流程如图：
上述流程中，可以循环利用的物质是_________________________________________。
答案 HCl(或盐酸)
解析 粉煤灰加浓盐酸酸浸，Al2O3和Fe2O3溶解、SiO2不溶，过滤得滤渣，主要成分是SiO2，向滤液中加入NH4HCO3，溶液中的Fe3＋与HCO发生相互促进的水解反应使铁元素沉淀，向滤液中通入HCl气体，使Al3＋形成AlCl3·6H2O晶体析出，煅烧AlCl3·6H2O，由于HCl大量挥发，促进了Al3＋水解，煅烧最终生成了Al2O3。题述流程中，可以循环利用的物质是HCl或盐酸。
5．硒和碲在工业上有重要用途。在铜、镍、铅等电解工艺的阳极泥中硒、碲主要以硒化物、碲化物及单质状态存在。一种从阳极泥中提取Se和Te的工艺流程如下：
已知：碲酸钠(Na2H4TeO6)难溶，碲酸(H6TeO6)可溶。
工艺路线中可以循环利用的物质有________________、________________。
答案 H2SO4 NaOH
解析 根据流程中既为生成物又为反应原料的物质可作为循环利用的物质，则工艺路线中可以循环利用的物质有H2SO4和NaOH。
1．反应条件的控制
条件控制
目的
固体原料
粉碎或研磨
减小颗粒直径，增大反应物接触面积，增大浸取时的反应速率，提高浸取率
煅烧或
灼烧
①除去硫、碳单质；②有机物转化、除去有机物；③高温下原料与空气中氧气反应；④除去热不稳定的杂质等
酸浸
①溶解转变成可溶物进入溶液中，以达到与难溶物分离的目的；②去氧化物(膜)
碱溶
①除去金属表面的油污；②溶解铝、氧化铝等
加热
①加快反应速率或溶解速率；②促进平衡向吸热反应方向移动；③除杂，除去热不稳定的杂质，如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl等物质；④使沸点相对较低或易升华的原料气化；⑤煮沸时促进溶液中的气体(如氧气)挥发逸出等
反应物用
量或浓度
①酸浸时提高酸的浓度可提高矿石中某金属元素的浸取率；②增大便宜、易得的反应物的浓度，可以提高其他物质的利用率，使反应充分进行；③增大物质浓度可以加快反应速率，使平衡发生移动等
降温
①防止某物质在高温时溶解(或分解)；②使化学平衡向着题目要求的方向(放热反应方向)移动；③使某个沸点较高的产物液化，使其与其他物质分离等；④降低某些晶体的溶解度，减少损失等
控温
①结晶获得所需物质；②防止某种物质(如H2O2、草酸、浓硝酸、铵盐等)温度过高时会分解或挥发；③使某物质达到沸点挥发出来；④使催化剂的活性达到最好；⑤防止副反应的发生等
加入氧化剂
(或还原剂)
①转化为目标产物的价态；②除去杂质离子[如把Fe2＋氧化成Fe3＋，而后调溶液的pH，使其转化为Fe(OH)3沉淀除去]
加入
沉淀剂
①生成硫化物沉淀(如加入硫化钠、硫化铵、硫化亚铁等)；②加入可溶性碳酸盐，生成碳酸盐沉淀；③加入氟化钠，除去Ca2＋、Mg2＋
pH控制
①生成金属氢氧化物，以达到除去金属离子的目的；②抑制盐类水解；③促进盐类水解生成沉淀，有利于过滤分离
2.可循环物质的判断
(1)流程图中回头箭头的物质。
(2)生产流程中后面新生成或新分离的物质(不要忽视结晶后的母液)，可能是前面某一步反应的相关物质。
①从流程需要加入的物质去找
先观察流程中需要加入的物质，再研究后面的流程中有没有生成此物质。
②从能构成可逆反应的物质去找
可逆反应的反应物不能完全转化，应该回收再利用。
③从过滤后的母液中寻找
析出晶体经过过滤后的溶液称为母液，母液是该晶体溶质的饱和溶液，应该循环再利用。
1．(2022·辽宁，16)某工厂采用辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)与软锰矿(主要成分为MnO2)联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4，工艺流程如下：
已知：①焙烧时过量的MnO2分解为Mn2O3，FeS2转变为Fe2O3；
②金属活动性：Fe>(H)>Bi>Cu；
③相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下：
开始沉淀pH
完全沉淀pH
Fe2＋
6.5
8.3
Fe3＋
1.6
2.8
Mn2＋
8.1
10.1
回答下列问题：
(1)为提高焙烧效率，可采取的措施为________________________________________。
a．进一步粉碎矿石
b．鼓入适当过量的空气
c．降低焙烧温度
(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，反应的化学方程式为______________________
________________________________________________________________________。
(3)“酸浸”中过量浓盐酸的作用为：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②________________________________________________________________________。
(4)滤渣的主要成分为________________(填化学式)。
(5)生成气体A的离子方程式为_______________________________________________。
(6)加入金属Bi的目的是_____________________________________________________。
答案 (1)ab (2)2Bi2S3＋9O22Bi2O3＋6SO2
(3)抑制金属离子水解 (4)SiO2 (5)Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O (6)将Fe3＋转化为Fe2＋
解析 (1)联合焙烧时，进一步粉碎矿石，可以增大矿石与空气的接触面积，能够提高焙烧效率，选项a符合题意；鼓入适当过量的空气有利于矿石充分反应，选项b符合题意；降低焙烧温度，反应速率减慢，不利于提高焙烧效率，选项c不符合题意。(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，根据原子守恒可知还应生成SO2，结合得失电子守恒，反应的化学方程式为2Bi2S3＋9O22Bi2O3＋6SO2。(3)加入浓盐酸后，溶液中含有的离子主要为Bi3＋、Fe3＋、Mn2＋、H＋、Cl－，而酸浸后取滤液进行转化，故要防止金属离子水解生成沉淀，进入滤渣，造成制得的BiOCl产率偏低。(4)滤渣主要为不溶于浓盐酸的SiO2。(5)因Mn2O3有氧化性，会与浓盐酸发生氧化还原反应：Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O。(6)由已知信息③知，调pH＝2.6时，Fe3＋会水解生成Fe(OH)3沉淀，但Fe2＋还没开始沉淀，故要将Fe3＋转化为Fe2＋，在调pH后获得含FeCl2的滤液，为了不引入新的杂质，加入Bi作还原剂。
2．[2021·全国乙卷，26(2)(3)(4)(5)(6)]磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。
该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表
金属离子
Fe3＋
Al3＋
Mg2＋
Ca2＋
开始沉淀的pH
2.2
3.5
9.5
12.4
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH
3.2
4.7
11.1
13.8
回答下列问题：
(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是__________________________。
(3)“母液①”中Mg2＋浓度为________ mol·L－1。
(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最适合的酸是____________，“酸溶渣”的成分是________________________________________________________________________。
(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得____________，循环利用。
答案 (2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋ (3)1.0×10－6 (4)硫酸 SiO2、CaSO4 (5)TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋ (6)(NH4)2SO4
解析 (2)由题给金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH可知，将pH约为2.0的滤液加入氨水调节溶液pH为11.6时，铁离子首先沉淀，然后是铝离子、镁离子，钙离子没有沉淀。
(3)由镁离子完全沉淀时，溶液pH为11.1可知，氢氧化镁的溶度积为1×10－5×(1×10－2.9)2＝1×10－10.8，当溶液pH为11.6时，溶液中镁离子的浓度为 mol·L－1＝1×10－6 mol·
L－1。
(4)增大溶液中硫酸根离子的浓度，有利于使微溶的硫酸钙转化为沉淀，为了使微溶的硫酸钙完全沉淀，减少TiOSO4溶液中含有的硫酸钙的量，应加入浓硫酸加热到160 ℃酸溶；二氧化硅和硫酸钙与硫酸不反应，则酸溶渣的主要成分为二氧化硅和硫酸钙。
(5)酸溶后将TiOSO4溶液适当稀释并加热，能使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸，反应的离子方程式为TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋。
(6)尾气为氨气，母液①为硫酸铵、母液②为硫酸，将母液①和母液②混合后吸收氨气得到硫酸铵溶液，可以循环使用。
1．研究从太阳能电池的碲化镉吸收层(主要含CdTe、CdS)中回收碲具有重要的意义。某回收工艺的流程如下：
回答下列问题：
(1)反应釜中，溶液的pH、温度(T)与生成沉淀的关系如图，图中区域分别表示铁的化合物稳定存在的区域。则制备FeOOH适宜的pH和温度分别为________(填字母)。
a．2,80 ℃ b．4,90 ℃
c．5,160 ℃ d．6,25 ℃
(2)制备磁性纳米铁棒时，加入NaBH4前先通入N2的作用是______________________
________________________________________________________________________。
(3)常温下，若在含Cd2＋、Te4＋滤液中加入NaOH溶液调节pH为7，溶液中c(Cd2＋)的最大值为________________________________________________________________________
(已知：Ksp[Cd(OH)2]＝5.3×10－15)。
(4)从TeO溶液得到“吸附Te”，利用了纳米铁棒的性质有________、________。
答案 (1)b (2)排出设备中的空气，防止磁性纳米铁棒和NaBH4被氧化 (3)0.53 mol·L－1 (4)吸附性 还原性
解析 (2)磁性纳米铁棒和NaBH4都容易被氧化，所以在加入NaBH4之前需通入N2排出反应容器中的空气。(3)常温下，溶液的pH＝7，则c(OH－)＝1.0×10－7mol·L－1，根据Ksp[Cd(OH)2]＝5.3×10－15，可计算Cd2＋的浓度：c(Cd2＋)＝＝ mol·L－1＝0.53 mol·L－1。(4)含TeO的溶液和磁性纳米铁棒作用，Te的化合价降低，被纳米铁棒还原，磁性纳米铁棒还能吸附Te，故在得到Te的过程中，磁性纳米铁棒呈现了还原性和吸附性。
2．(1)随着钴酸锂电池的普及使用，从废旧的钴酸锂电池中提取锂、钴等金属材料意义重大。下图是废旧钴酸锂电池材料(主要成分为LiCoO2，含少量铁、铝、铜等元素的化合物)回收工艺流程：
①“拆解”前需进行“放电”处理的目的是____________________________________
________________________________________________________________________。
用食盐水浸泡是放电的常用方法，浸泡放电过程中产生的气体主要有________。
②滤液1中加入Na2SO3的主要目的是_________________________________________
________________________________________________________________________；
加入NaClO3的主要目的是_________________________________________________。
③“沉钴”过程中，(NH4)2C2O4的加入量(图甲)、沉淀反应的温度(图乙)与钴的沉淀率关系如图所示：
根据图分析：沉钴时应控制n(C2O)∶n(Co2＋)为______，温度控制在______℃左右。
(2)碱式硫酸铝[(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3]溶液可用于烟气脱硫。实验室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制备碱式硫酸铝溶液，实验流程如下：
已知“调pH”的反应为(2－x)Al2(SO4)3＋3xCaCO3＋3xH2O===2[(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3]＋3xCaSO4＋3xCO2↑。
①“酸浸”时适当增大H2SO4溶液浓度的目的是______________________，能达到相同目的的方法还有_________________________________________________________(任写一种)。
②“酸浸”时应控制H2SO4溶液的用量，H2SO4溶液用量不能过量太多的原因是________________________________________________________________________。
(3)亚氯酸钠(NaClO2)具有强氧化性，受热易分解，可作漂白剂、食品消毒剂等。以氯酸钠等为原料制备亚氯酸钠的工艺流程如下：
①提高“反应1”反应速率的措施有______________________________________________
______________________________________________________________(答出一条即可)。
母液中溶质的主要成分是____________________________________________(填化学式)。
②采取“减压蒸发”而不用“常压蒸发”，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③“反应2”中使用H2O2而不用其他物质的原因是____________________________。
答案 (1)①防止在电池拆解过程中发生短路引起火灾及操作人员触电 H2、Cl2
②将Co3＋还原为Co2＋ 将Fe2＋氧化为Fe3＋
③1.15 46
(2)①加快酸浸时的反应速率(或提高铝元素的浸出率) 加热(或搅拌)
②会增加后续CaCO3的消耗量
(3)①适当升高反应温度(或其他合理答案) Na2SO4 ②常压蒸发温度过高，亚氯酸钠易分解
③多余的H2O2可分解为氧气和水，不引入其他杂质
解析 (1)①用食盐水浸泡放电过程实际是电解食盐水的过程，电解时，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，水电离出的氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气。②Co3＋具有氧化性，向滤液1中加入具有还原性的Na2SO3，能将Co3＋还原为Co2＋；亚铁离子具有还原性，加入具有氧化性的NaClO3，能 将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于调节pH时，将Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀。③由图甲可知，n(C2O)∶n(Co2＋)为1.15时，钴的沉淀率最大，效果最好；由图乙可知，沉淀反应温度为46 ℃左右时，钴的沉淀率最大，效果最好。(3)①对于气体和液体的反应，为提高反应速率，可适当升高反应温度，增大吸收液浓度，增大SO2与吸收液的接触面积等；NaClO3在反应器中与二氧化硫反应生成ClO2和Na2SO4，所以母液中溶质的主要成分是Na2SO4。②减压蒸发在较低温度下进行，防止常压蒸发温度过高，造成亚氯酸钠分解。③用H2O2作还原剂，产物为水和氧气，且多余的H2O2可分解为氧气和水，不引入其他杂质。
考点二 化工流程中物质的分离与提纯
1．过滤(分离固、液混合物)
从工厂采集废液(含FeSO4和少量ZnSO4、MgSO4)，进行四氧化三铁的制备实验。制备流程如图所示：
操作a、b的名称分别为_______________________________________________________。
答案 过滤、过滤
2．萃取法分离
(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________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(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。
(3)已知萃取剂A、B中pH对钴离子、锰离子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”)。
答案 (1)pH在5左右时，钴、锂的分离效率高
(2)继续向萃取分液后的有机相中加稀H2SO4调pH＝0.5以下(或1以下)，然后分液 (3)B
3．反萃取分离
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－，其离子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
该操作将I2还原为I－的目的是________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 SO＋I2＋H2O===2I－＋2H＋＋SO 使四氯化碳中的碘进入水层
4．结晶的方法
(1)KIO3的溶解度曲线如图所示。由KIO3溶液得到KIO3晶体的方法为________________________________________________________________________。
答案 蒸发浓缩、降温结晶
解析 由溶解度曲线可知KIO3在常温下的溶解度较小，故由KIO3溶液得到KIO3晶体的方法为蒸发浓缩、降温结晶。
(2)硫酸锰在不同温度下结晶可分别得到MnSO4·7H2O、MnSO4·5H2O和MnSO4·H2O。硫酸锰在不同温度下的溶解度和该温度范围内析出晶体的组成如下图所示。
从过滤所得的滤液中获得较高纯度MnSO4·H2O的操作是：控制温度在80～90 ℃之间蒸发结晶、____________，使固体MnSO4·H2O与溶液分离，__________________、真空干燥。
答案 趁热过滤 用80～90 ℃的蒸馏水洗涤2～3次
解析 据溶解度曲线图，要从过滤所得MnSO4溶液中获得较高纯度的MnSO4·H2O晶体，应在80～90 ℃之间进行蒸发结晶、趁热过滤，再用80～90 ℃的蒸馏水洗涤MnSO4·H2O晶体2～3次，最后真空干燥。
(3)已知CoCl2的溶解度曲线如图所示。向碱式碳酸钴沉淀中加入足量稀盐酸边加热边搅拌至完全溶解后，需趁热过滤的原因是_____________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 防止因温度降低，CoCl2晶体析出
解析 由CoCl2的溶解度曲线可以知道，随温度的升高，CoCl2的溶解度增大，所以趁热过滤，防止温度降低，CoCl2晶体析出。
1．化工生产过程中分离、提纯、除杂
化工生产过程中分离、提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，或蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。
2．常考分离、提纯的操作
(1)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法：蒸发浓缩(至少有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗等)、干燥。
(2)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：蒸发浓缩、趁热过滤(如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来)、洗涤、干燥。
(3)减压蒸发的原因：减压蒸发降低了蒸发温度，可以防止某物质分解(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)或失去结晶水(如题目要求制备结晶水合物产品)。
(4)洗涤
洗涤试剂
适用范围
目的
蒸
馏
水
冷水
产物不溶于水
除去固体表面吸附着的××杂质，可适当降低固体因为溶解而造成的损失
热水
有特殊的物质其溶解度随着温度升高而下降
除去固体表面吸附着的××杂质，可适当降低固体因为温度变化溶解而造成的损失
有机溶剂
(酒精、丙
酮等)
固体易溶于水、难溶于有机溶剂
减少固体溶解；利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分，产品易干燥
饱和溶液
对纯度要求不高的产品
减少固体溶解
酸、碱溶液
产物不溶于酸、碱
除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱的杂质；减少固体溶解
洗涤沉淀的方法：向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次
检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净
(5)萃取与反萃取
①萃取：利用物质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同，将物质从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。如用CCl4萃取溴水中的Br2。
②反萃取：用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程，为萃取的逆过程。
(6)其他
①蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。
②减压蒸馏的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止受热分解、氧化等。
3．根据溶解度曲线判断结晶的方法
(1)溶解度受温度影响较小的(如NaCl)采取蒸发结晶的方法。
(2)溶解度受温度影响较大的采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
(3)带有结晶水的盐，一般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
[2017·全国卷Ⅲ，27(4)]重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：
有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到________(填字母)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a．80 ℃ b．60 ℃
c．40 ℃ d．10 ℃
步骤⑤的反应类型是________________。
答案 d 复分解反应
1．(1)碘化亚铜(CuI)是阳极射线管覆盖物，不溶于水和乙醇。下图是工业上由冰铜制取无水碘化亚铜的流程。
①步骤a中Cu2S被转化为Cu，同时有大气污染物A生成，相关反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
熔渣B主要成分为黑色磁性物质，其化学式为
________________________________________________________________________。
②步骤b中H2O2的作用是_________________________________________________；
步骤c中加入过量NaI涉及的主要反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
③步骤d用乙醇洗涤的优点是______________________________________________；
检验沉淀是否洗涤干净的方法是______________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)下图是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲线，则由Na2SO4溶液得到Na2SO4固体的操作是________→________→用乙醇洗涤→干燥。用乙醇洗涤而不用水洗的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)①Cu2S＋O22Cu＋SO2 Fe3O4
②作氧化剂，将Cu2O和Cu氧化为Cu2＋ 2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2 ③洗去残余水分且可快速晾干 蘸取最后一次洗涤液进行焰色试验，如果火焰无黄色则已洗净(或其他合理答案) (2)蒸发结晶 趁热过滤 防止Na2SO4固体转化为Na2SO4·10H2O，并防止Na2SO4因溶于水而损耗
解析 (1)①步骤a中Cu2S与空气中氧气在1 200 ℃条件下反应生成Cu和二氧化硫，反应的化学方程式为Cu2S＋O22Cu＋SO2；由熔渣B的主要成分为黑色磁性物质可知，FeS与空气中氧气在1 200 ℃条件下反应生成四氧化三铁和二氧化硫。②步骤b的反应为在硫酸作用下，H2O2作氧化剂，将氧化亚铜、铜氧化生成硫酸铜；步骤c的反应为硫酸铜溶液与过量的NaI溶液反应得到CuI沉淀。③步骤d用乙醇洗涤可以洗去固体表面的水，同时由于乙醇易挥发达到快速晾干的目的；洗涤液中含有钠离子、硫酸根离子，可以用焰色试验或酸化的氯化钡溶液检验沉淀是否洗涤干净。(2)由图像溶解度曲线变化可知，Na2SO4的溶解度在温度较高时，随温度升高而降低，而Na2SO4·10H2O的溶解度随温度升高而增大，欲得到Na2SO4固体，应采取加热蒸发溶剂使Na2SO4结晶析出，并趁热过滤；因Na2SO4难溶于乙醇，所以用乙醇洗涤既防止Na2SO4和水作用生成Na2SO4·10H2O，又能防止Na2SO4因溶于水而损耗。
2．(1)碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。工业碳酸钠(纯度约98%)中含有Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、Cl－和SO等杂质，提纯工艺路线如下：
已知：碳酸钠的溶解度(S)随温度变化的曲线如图所示。
回答下列问题：
①滤渣的主要成分为____________________________________________________。
②“趁热过滤”的原因是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)以废旧锌锰电池中的黑锰粉[MnO2、MnO(OH)、NH4Cl、少量ZnCl2及炭黑、氧化铁等]为原料制备MnCl2，实现锰的再利用。其简略工艺流程如下：
溶液a的主要成分为NH4Cl，另外还含有少量ZnCl2等。
①根据下图所示的溶解度曲线，将溶液a__________________________(填操作)，可得NH4Cl粗品。
②提纯NH4Cl粗品，有关性质数据如下：
化合物
ZnCl2
NH4Cl
熔点
365 ℃
337.8 ℃分解
沸点
732 ℃
－
根据上表，设计方案提纯NH4Cl：__________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)①Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3 ②使析出的晶体为Na2CO3·H2O，防止因温度过低而析出Na2CO3·10H2O晶体，令后续的加热脱水耗时长 (2)①蒸发结晶、趁热过滤 ②加热NH4Cl粗品至340 ℃左右，发生反应NH4ClNH3↑＋HCl↑，收集产物并冷却，再发生反应NH3＋HCl===NH4Cl，得到纯净的NH4Cl
解析 (1)从题目中可知，该实验目的是从工业碳酸钠中提纯碳酸钠，工业碳酸钠中含有的杂质有Mg2＋、Fe3＋、Ca2＋、Cl－和SO等，所以该流程的目的就是把这些杂质除去并得到纯净的碳酸钠固体。流程图中加水是使可溶物质溶于水，少量的Ca2＋与CO生成沉淀CaCO3。加入过量的NaOH溶液，很显然是将Mg2＋、Fe3＋转化成Mg(OH)2、Fe(OH)3沉淀，再通过过滤的方法除去。通过题图可得出Na2CO3·H2O随温度升高溶解度变化不大，可以通过蒸发浓缩、结晶、趁热过滤除去Cl－、SO和一些沉淀不完全的离子。由于Na2CO3·10H2O的溶解度随温度的升高变化非常大，如果降温，一定会析出而影响主要产物，所以要趁热过滤。(2)①由图可知NH4Cl的溶解度随温度变化不大，故将溶液a蒸发结晶、趁热过滤，可得NH4Cl粗品。
考点三 化工流程中化学方程式的书写及有关计算
1．工业上以黄铜矿(主要含 CuFeS2，还含FeS等)为原料可以制备Cu，流程如下：
(1)写出“浸取”时 CuFeS2和FeCl3溶液反应的离子方程式：_____________________
________________________________________________________________________。
(2)“稀释”时反应的化学方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)3Fe3＋＋CuFeS2＋Cl－===CuCl＋2S＋4Fe2＋ (2)2Na[CuCl2]===Cu↓＋CuCl2＋2NaCl
解析 根据该工艺流程图中信息可知，“浸取”时是将黄铜矿与FeCl3溶液充分反应，化学方程式为3FeCl3＋CuFeS2===CuCl＋2S＋4FeCl2,2FeCl3＋FeS===3FeCl2＋S，过滤得到CuCl和S的混合物，洗涤，向洗涤后的固体中加入NaCl溶液，“溶解”时发生的反应为NaCl＋CuCl===Na[CuCl2]，过滤出S，得到滤液，向滤液中加水稀释得到Cu和CuCl2、NaCl等，“稀释”时反应为2Na[CuCl2]===Cu↓＋CuCl2＋2NaCl。
2．工业上使用催化剂时常需要载体，纳米氧化锌可作为一些催化剂的载体。工业上由软锰矿(主要成分为MnO2)与锌精矿(主要成分为ZnS)酸性共融法制备MnO2及纳米ZnO的工艺流程如图。回答下列问题：
(1)写出酸浸时ZnS与MnO2发生的主要反应的化学方程式：____________________
________________________________________________________________________(无单质硫生成)。
(2)Na2S2O8是一种强氧化剂，能与Mn2＋反应生成SO和紫色MnO。用Na2S2O8检验水相中的Mn2＋时发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)ZnS＋4MnO2＋4H2SO4===ZnSO4＋4MnSO4＋4H2O
(2)2Mn2＋＋5S2O＋8H2O===2MnO＋10SO＋16H＋
解析 (1)根据工艺流程分析，酸浸时，ZnS、MnO2分别转化为ZnSO4、MnSO4，即S由－2价升高为＋6价，Mn由＋4价降低为＋2价，根据得失电子守恒、原子守恒，配平化学方程式为ZnS＋4MnO2＋4H2SO4===ZnSO4＋4MnSO4＋4H2O。(2)S2O与Mn2＋反应生成SO和MnO，根据得失电子守恒，S2O、Mn2＋的化学计量数之比为5∶2，再根据电荷守恒和原子守恒，配平的离子方程式为2Mn2＋＋5S2O＋8H2O===2MnO＋10SO＋16H＋。
3．将等体积的4×10－3 mol·L－1的AgNO3溶液和4×10－3mol·L－1 K2CrO4溶液混合，有无Ag2CrO4沉淀产生？[已知：Ksp (Ag2CrO4)＝1.12×10－12]
答案 有
解析 等体积混合后，浓度为原来的一半。c(Ag＋)＝2×10－3mol·L－1，c(CrO)＝2×10－3mol·
L－1，Q＝c2(Ag＋)·c(CrO)＝(2×10－3 )2×2×10－3＝8×10－9＞Ksp，所以有沉淀析出。
(一)化工流程中化学方程式的书写
1．书写思路
首先根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式，再根据反应前后元素化合价有无变化判断反应类型：
(1)元素化合价无变化则为非氧化还原反应，遵循质量守恒定律；
(2)元素化合价有变化则为氧化还原反应，既遵循质量守恒定律，又遵循得失电子守恒规律。
2．流程中陌生的氧化还原反应的书写流程
(1)首先根据题给材料中的信息确定氧化剂(或还原剂)与还原产物(或氧化产物)，结合已学知识根据加入的还原剂(或氧化剂)判断氧化产物(或还原产物)。
(2)根据得失电子守恒配平氧化还原反应。
(3)根据电荷守恒和反应物的酸碱性，在方程式左边或右边补充H＋、OH－或H2O等。
(4)根据质量守恒配平反应方程式。
(二)化工流程中的有关计算
1．Ksp计算
(1)判断能否沉淀。
(2)判断能否沉淀完全。
(3)计算某一离子的浓度。
(4)沉淀生成和沉淀完全时pH的计算。
2．产率、纯度的计算
(1)计算公式
纯度＝×100%
产物的产率＝×100%
(2)计算的关键在于运用守恒或关系式法结合实验原理找到计算的关系，确定数量关系。
1．(2022·广东，18)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)的熔点为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；有关金属离子沉淀的相关pH见下表。
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－1。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－1(保留两位有效数字)。
(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________________________________________________________________________。
答案 (1)Fe2＋ (2)4.7≤pH<6.2 Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓ (3)4.0×10－4
(4)①加热搅拌可加快反应速率 ②冷却结晶 (5)MgSO4 (6)①15 ②O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析 由流程可知，该类矿(含铁、铝等元素)加入酸化MgSO4溶液浸取，得到的浸取液中含有RE3＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、SO等离子，经氧化调pH使Fe3＋、Al3＋形成沉淀，经过滤除去，滤液1中含有RE3＋、Mg2＋、SO等离子，加入月桂酸钠，使RE3＋形成(C11H23COO)3RE沉淀，滤液2主要含有MgSO4溶液，可循环利用，滤饼加盐酸，经加热搅拌溶解后，再冷却结晶，析出月桂酸，再固液分离得到RECl3溶液。(1)由分析可知，“氧化调pH”的目的是除去含铁、铝等元素的离子，需要将Fe2＋氧化为Fe3＋，以便后续除杂，所以化合价有变化的金属离子是Fe2＋。(2)由表中数据可知，Al3＋沉淀完全时的pH为4.7，而RE3＋开始沉淀时的pH为6.2，所以为保证Fe3＋、Al3＋沉淀完全，且RE3＋不沉淀，要用NaOH溶液调pH至4.7≤pH<6.2的范围内，该过程中Al3＋发生反应的离子方程式为Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓。(3)滤液2中Mg2＋浓度为2.7 g·L－1，即0.112 5 mol·L－1，根据Ksp[(C11H23COO)2Mg]＝c(Mg2＋)·c2(C11H23COO－)，若要加入月桂酸钠后只生成(C11H23COO)3RE，而不产生(C11H23COO)2Mg，则c(C11H23COO－)<＝mol·L－1＝4.0×10－4 mol·L－1。(4)②“操作X”的结果是分离出月桂酸，由信息可知，月桂酸(C11H23COOH)的熔点为44 ℃，故“操作X”的过程为先冷却结晶，再固液分离。(6)①YCl3中Y为＋3价，PtCl4中Pt为＋4价，而Pt3Y中金属均为0价，所以还原YCl3和PtCl4熔融盐制备Pt3Y时，生成1 mol Pt3Y转移15 mol电子。②碱性溶液中，氢氧燃料电池正极发生还原反应，发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
2．[2021·河北，15(1)(2)(3)(6)(7)]绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺，该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料，不产生废弃物，实现了Cr—Fe—Al—Mg的深度利用和Na＋内循环。工艺流程如图：
回答下列问题：
(1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是________(填元素符号)。
(2)工序①的名称为________。
(3)滤渣Ⅰ的主要成分是________(填化学式)。
(6)热解工序产生的混合气体最适宜返回工序____________(填“①”“②”“③”或“④”)参与内循环。
(7)工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的pH为__________(通常认为溶液中离子浓度小于10－5 mol·L－1为沉淀完全；Al(OH)3＋OH－Al(OH) K＝100.63；Kw＝10－14，Ksp[Al(OH)3]＝10－33)。
答案 (1)Fe、Cr (2)溶解浸出 (3)MgO、Fe2O3
(6)② (7)8.37
解析 (2)工序①为将氧化后的固体加水溶解浸出可溶性物质。
(6)热解工序产生的混合气体为二氧化碳和水蒸气，将混合气体通入滤渣Ⅰ中可以将氧化镁转化为碳酸氢镁溶液，则混合气体最适宜返回的工序为工序②。
(7)工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的反应为Al(OH)＋H＋Al(OH)3↓＋H2O，反应的平衡常数为K1＝＝＝＝1013.37，当c[Al(OH)]为10－5 mol·L－1时，溶液中氢离子浓度为＝ mol·L－1＝10－8.37 mol·L－1，则溶液的pH为8.37。
考向一 化工流程中化学方程式的书写
1．(1)利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。某工厂对制革工业污泥中Cr(Ⅲ)的处理工艺流程如下：
已知：硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Al3＋、Ca2＋和Mg2＋。
①H2O2的作用是将滤液Ⅰ中的Cr3＋转化为Cr2O，写出此反应的离子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②写出上述流程中用SO2进行还原时发生反应的离子方程式：____________________
________________________________________________________________________。
(2)ZrO2常用作陶瓷材料，可由锆英砂(主要成分为ZrSiO4，也可表示为ZrO2·SiO2，还含少量FeCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质)通过如下方法制取：
已知：ZrSiO4能与烧碱反应生成可溶于水的Na2ZrO3，Na2ZrO3与酸反应生成ZrO2＋。
①“熔融”过程中，ZrSiO4发生反应的化学方程式为____________________________
________________________________________________________________________。
②滤渣Ⅲ的成分是Zr(CO3)2·nZr(OH)4。“调pH＝8.0”时，所发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
滤渣Ⅲ制备ZrO2的方法是_________________________________________________。
答案 (1)①2Cr3＋＋3H2O2＋H2O===Cr2O＋8H＋ ②2CrO＋3SO2＋12H2O===2Cr(OH)(H2O)5SO4↓＋SO＋2OH－
(2)①ZrSiO4＋4NaOHNa2SiO3＋Na2ZrO3＋2H2O ②(n＋1)ZrO2＋＋2nCO＋(3n－1)H2O===Zr(CO3)2·nZr(OH)4↓＋(2n－2)HCO 高温焙烧
解析 (1)①H2O2将Cr3＋氧化成Cr2O，H2O2被还原，结合原子守恒、电荷守恒、得失电子守恒以及溶液呈酸性，H2O2将滤液Ⅰ中的Cr3＋转化为Cr2O的离子方程式为2Cr3＋＋3H2O2＋H2O===Cr2O＋8H＋。②SO2将CrO还原为Cr(OH)(H2O)5SO4，SO2被氧化为SO，S元素化合价由＋4价升高到＋6价，Cr元素化合价由＋6价降低到＋3价，根据得失电子守恒、原子守恒、电荷守恒及溶液呈碱性，写出离子方程式为2CrO＋3SO2＋12H2O===2Cr(OH)(H2O)5SO4↓＋SO＋2OH－。(2)①ZrSiO4与烧碱反应生成Na2ZrO3，Zr元素的化合价均为＋4，发生非氧化还原反应，另外生成Na2SiO3和H2O。②“调pH＝8.0”时，反应生成Zr(CO3)2·nZr(OH)4，Zr元素的化合价不变，根据原子守恒配平所发生反应的离子方程式；滤渣Ⅲ经高温焙烧分解即可得到ZrO2。
考向二 化工流程中的有关计算
2．Zn、Fe及其化合物在生产、生活中应用比较广泛。工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量FeO和CuO等杂质)制取金属锌的工艺流程如下：
(1)若净化后的溶液中Cu2＋浓度为1×10－12mol·L－1，则净化后溶液中Zn2＋浓度为______________[已知：室温下Ksp(ZnS)＝1.6×10－24，Ksp(CuS)＝6.4×10－36]
(2)ZnFe2O4是一种性能优良的软磁材料，工业上常利用ZnFe2(C2O4)3·6H2O隔绝空气加热分解制备，该晶体的热分解化学方程式为__________________________________________
________________________________________________________________________。
测热分解后产品中ZnFe2O4的质量分数方法如下：取a g产品用硫酸溶解后加入足量KI溶液充分反应，调溶液至弱酸性，再加入淀粉指示剂，用c mol·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定，用去此标准溶液V mL时，刚好达到滴定终点，则此产品中ZnFe2O4的质量分数为________________________________________________________________________(用a、c、V表示)。(已知：I2＋2S2O===2I－＋S4O)
答案 (1)0.25 mol·L－1 (2)ZnFe2(C2O4)3·6H2OZnFe2O4＋4CO↑＋2CO2↑＋6H2O %
解析 (1)若净化后的溶液中Cu2＋浓度为1×10－12mol·L－1，c(S2－)＝＝mol·L－1＝6.4×10－24mol·L－1，则净化后溶液中c(Zn2＋)＝＝ mol·L－1＝0.25 mol·L－1。(2)由题可知关系式：ZnFe2O4～I2～2S2O，w(ZnFe2O4)＝×100%＝%。
专题强化练
1．(2022·河北五校联盟高三下学期3月模拟)随着新能源汽车的不断推广，近几年动力电池迎来退役潮爆发。大量淘汰的LiFePO4电池(LFP)若得不到正确的处理，必然会带来严重的环境污染及能源浪费。有一种从废旧磷酸铁锂正极片(含LiFePO4、铝箔等)中回收金属和电池再生技术工艺流程如下(已知：Li2CO3在水中的溶解度随温度升高而降低)。
(1)在“碱浸”时，为加快浸出速率，可采取的措施为__________________(任写一条即可)。
(2)“氧化浸出”时生成了难溶的FePO4，该反应的离子方程式为__________________
________________________________________________________________________，
为了保证“氧化浸出”的效率，严格控制了反应的温度，减少H2O2分解的同时保证反应速率，但是实际生产中用H2O2氧化的效率还是较低，可能的原因是______________________
________________________________________________________________________。
(3)已知不同浓度的硫酸对Li、Fe元素的“氧化浸出”效率如下图所示。c(H2SO4)的范围应控制在______________(填字母)。
A．0.1～0.2 B．0.3～0.4
C．0.6～0.7 D．0.9～1.0
(4)“一系列操作”具体包括__________________、________________、洗涤、干燥。
(5)“纯化”后的滤渣b在高温条件下与Li2CO3、H2C2O4混合煅烧可得LiFePO4，实现再生利用，其化学方程式为________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)比亚迪“汉”汽车搭载了全新的磷酸铁锂“刀片电池”。其放电时的总反应为LixC6＋Li1－x
FePO46C＋LiFePO4，则充电时的阳极反应式为____________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)适当地提高浸出温度；使用电动搅拌器；适当提高氢氧化钠的浓度；将废旧LFP正极材料粉碎(任写一条即可)
(2)2LiFePO4＋H2O2＋2H＋===2Li＋＋2FePO4＋2H2O 生成的Fe3＋催化H2O2的分解
(3)B (4)蒸发浓缩 趁热过滤
(5)2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O42LiFePO4＋H2O↑＋3CO2↑
(6)LiFePO4－xe－===xLi＋＋Li1－xFePO4
解析 由流程可知，碱浸时发生2Al＋2NaOH＋2H2O===3H2↑＋2NaAlO2，过滤分离出含偏铝酸钠的溶液，滤渣a为LiFePO4，加酸、过氧化氢发生2LiFePO4＋2H＋＋H2O2===2FePO4＋2Li＋＋2H2O，过滤分离出滤渣b为FePO4，滤液b含Li＋，加入碳酸钠发生复分解反应生成Li2CO3，经一系列操作得到Li2CO3。(1)反应物浓度、温度、反应物接触面积等都会影响反应速率；在“碱浸”时，为加快浸出速率，可采取的措施为适当地提高浸出温度；使用电动搅拌器；适当提高氢氧化钠的浓度；将废旧LFP正极材料粉碎。(2)“氧化浸出”的目的是氧化正极材料中的Fe2＋，锂离子进入溶液，三价铁以磷酸铁的形式进入滤渣b中与锂元素分离。(3)“氧化浸出”加入硫酸目的是分离Fe元素成为滤渣，得到含Li的滤液，则Li的浸出率较高，Fe的浸出率较低，由图知c(H2SO4)的范围应控制在0.3 mol·L－1～0.4 mol·L－1。(4)已知：Li2CO3在水中的溶解度随温度升高而降低，“一系列操作”具体包括蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥。
2．(2022·广东茂名市五校联盟高三下学期第三次联考)钼酸铵[(NH4)2MoO4]是生产高纯度钼制品、钼催化剂、钼颜料等的基本原料。一种以钼精矿(主要含MoS2，还含有少量SiO2、As、Sn、P、Cu、Pb、CaO)为原料制备钼酸铵的工艺流程如图所示：
已知：钼盐溶液中含钼物种之间的平衡关系为
MoO(Mo12O41)10－(Mo3O10)2－(Mo4O13)2－H2MoO4·xH2O
回答下列问题：
(1)(NH4)2MoO4中Mo元素的化合价为____价。
(2)“氧化焙烧”时MoS2转化为MoO3，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为______；气体A对环境的主要危害是________。
(3)“除铜”时选择在60～80 ℃的条件下进行的原因为___________________________
________________________________________________________________________。
(4)“沉淀”过程中加入H2SO4调节溶液pH＝2.1，则所得沉淀的化学式为________，加入氨水后生成(NH4)2MoO4的化学方程式为__________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)(NH4)6Mo7O24·4H2O的热重曲线如图所示：
已知A点失重的原因是生成H2O，则1 mol (NH4)6Mo7O24·4H2O在A点失去H2O的物质的量为__________，B点所得的物质为__________(填化学式)。
答案 (1)＋6 (2)7∶2 酸雨 (3)加快反应速率，同时提高钼的浸出率 (4)(NH4)2Mo4O13·2H2O (NH4)2Mo4O13·2H2O＋6NH3·H2O===4(NH4)2MoO4＋5H2O (5)5 mol MoO3
解析 (2)“氧化焙烧”时MoS2转化为MoO3，S转化为SO2，根据氧化还原反应中电子守恒、原子守恒，可得该化学方程式为2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2，其中MoS2为还原剂，O2为氧化剂，则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为7∶2；煅烧产生的气体中含SO2会造成酸雨。(3)“除铜”时选择温度在60～80 ℃的条件下进行，这是由于反应温度高可以加快反应速率，但当温度超过80 ℃时，水分大量蒸发，导致Na2MoO4析出，使钼的浸出率降低。(4)根据钼盐溶液中含钼物种之间的平衡关系可知：当溶液pH＝2.1时，1.2＜pH＝2.1＜3.5，形成的沉淀为(NH4)2Mo4O13·2H2O；(NH4)2Mo4O13·2H2O沉淀用氨水溶解，会转化为(NH4)2MoO4，该反应的化学方程式为(NH4)2Mo4O13·2H2O＋6NH3·H2O===4(NH4)2MoO4＋5H2O。(5)1 mol (NH4)6Mo7O24·4H2O 的质量是1 236 g，假设该物质加热失去水的物质的量是x mol，则＝1－0.927 2＝0.072 8，解得x≈5；B点时1 mol固体减轻的质量m＝1 236 g×(1－0.815 6)≈228 g，铵盐受热分解产生6 mol NH3，则产生H2O的物质的量为n(H2O)＝＝7 mol，H元素完全变为气体逸出，固体中O元素的物质的量n(O)＝(24＋4) mol－7 mol＝21 mol，则n(Mo)∶n(O)＝7∶21＝1∶3，则该物质的化学式是MoO3。
3．(2022·河南开封高三第二次模拟)镍矾(NiSO4·7H2O)常用于电镀、镍电池、催化剂以及制取其他镍盐等。以镍废渣(主要成分为Ni，含少量Fe、Al、Fe3O4、Al2O3和不溶性杂质等)为原料合成镍矾的流程如下：
该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：
金属离子
开始沉淀的pH
完全沉淀的pH
Fe3＋
1.9
3.2
Al3＋
3.0
4.7
Fe2＋
7.0
9.0
Ni2＋
7.1
9.2
回答下列问题：
(1)“碱浸”的目的是____________________________________________________；为提高“酸浸”浸出率，可采取的措施有_________________________________________________
___________________________________________________________________(任写两条)。
(2)“转化”过程中加入H2O2的目的是______________________(用离子方程式表示)；Fe2＋的转化率随温度的变化如图，温度高于40 ℃，Fe2＋转化率急速降低的原因可能是__________
________________________________________________________________________。
(3)“除铁”过程需要调节pH至a，a的取值范围是____________________；从化学平衡移动角度解释加入氧化镍除去铁元素的原理：______________________________________
________________________________________________________________________。
(4)准确称取ω g镍矾产品配成250 mL溶液，取20.00 mL所配溶液于锥形瓶中，用c mol·L－1 EDTA-2Na(Na2H2Y)标准溶液滴定至终点(发生反应Ni2＋＋H2Y2－===NiY2－＋2H＋，不考虑杂质反应)，三次实验消耗标准溶液的体积分别为20.02 mL、19.98 mL、19.40 mL，则镍矾的纯度为____________________________(只列计算式)。
答案 (1)除去Al和Al2O3 将废渣粉碎或升高温度或增大酸浓度等
(2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O 温度过高，双氧水分解速率加快
(3)3.2≤a＜7.1 Fe3＋存在水解反应：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，加入氧化镍消耗H＋，平衡正向移动，使Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀
(4)×100%
解析 由流程可知，用NaOH溶液溶解镍废渣，除去Al和Al2O3，过滤后的滤渣再用稀硫酸溶解，过滤除去不溶于酸的不溶性杂质固体，滤液中含有Fe2＋、Ni2＋和Fe3＋，加入双氧水将溶液中的Fe2＋完全氧化为Fe3＋，再加入NiO调节溶液pH，使Fe3＋完全沉淀为Fe(OH)3，过滤后得NiSO4溶液，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤后得到NiSO4·7H2O。(2)“转化”过程中加入H2O2的目的是把Fe2＋氧化为Fe3＋，经实验测定该过程温度高于40 ℃，转化率急速降低的原因可能是温度过高，双氧水分解速率加快。(3)调节溶液pH的目的是除去Fe3＋，使Fe3＋完全沉淀，不使Ni2＋沉淀，即a的范围为3.2≤a＜7.1。(4)舍去误差明显偏大的数据19.40 mL，消耗EDTA-2Na标准溶液平均体积为 mL＝20.00 mL，由滴定反应Ni2＋＋H2Y2－===NiY2－＋2H＋，n(Ni2＋)＝n(H2Y2－)＝c×0.02 mol，NiSO4·7H2O的质量m＝c×0.02 mol×
×281 g·mol－1＝70.25c g，产品的纯度为×100%。
4．(2022·四川德阳高三下学期第二次监测)Pd/Al2O3是常见的催化剂。一种废Pd/Al2O3纳米催化剂的主要成分及含量为Al2O3(92.8%)，SiO2(5.0%)，Pd(0.3%)，Pt和炭(共约1.0%)。采用如图工艺从废催化剂中提取金属Pd并制备明矾。
回答下列问题：
(1)为提高“碱浸”效率，可采取的措施有____________________________________
_____________________________________________________________(任写两条)。
(2)试剂a的化学式为_____________________________________________________。
(3)“一系列操作”是指________、过滤、洗涤。
(4)“酸浸”时，Pt和Pd分别转化为PtCl和PdCl，写出Pd转化为PdCl的离子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)“酸浸”时，若用O3替代H2O2，则氧化效率(单位质量的物质得到的电子数)将__________(填“提高”“降低”或“不变”)。
(6)“络合”过程后得到Pd(NH3)和Pt(NH3)，“沉淀”时，搅拌滴加盐酸调节pH将[Pd(NH3)4]Cl2转化为[Pd(NH3)2]Cl2沉淀，结合平衡移动原理解释实现转化的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(7)采用工艺：“”也能得到金属Pd，试从绿色化学角度分析该工艺的不足：________________。
答案 (1)将废Pd/Al2O3纳米催化剂进行粉碎、适当提高反应温度、适当增大KOH的浓度以及进行充分的搅拌等(任写2条)
(2)H2SO4
(3)蒸发浓缩、冷却结晶
(4)Pd＋2H＋＋4Cl－＋H2O2===PdCl＋2H2O
(5)降低
(6)加入盐酸，NH3与HCl反应生成NH4Cl，使得平衡[Pd(NH3)4]Cl2[Pb(NH3)2]Cl2＋2NH3中NH3的浓度减小，平衡正向移动，最终转化为[Pb(NH3)2]Cl2沉淀
(7)使用的NaCN有毒，将污染环境
解析 该工艺流程是利用废Pd/Al2O3纳米催化剂来提取金属Pd和制备明矾，在“碱浸”步骤中主要反应为Al2O3＋2KOH===2KAlO2＋H2O、2KOH＋SiO2===K2SiO3＋H2O，过滤得滤渣1，主要成分为Pd、Pt和炭，滤液主要成分为KAlO2和K2SiO3，向滤液中加入过量的稀硫酸，发生的反应为2KAlO2＋4H2SO4===K2SO4＋Al2(SO4)3＋4H2O，K2SiO3＋H2SO4===K2SO4＋H2SiO3↓，过滤得到滤渣，主要成分为H2SiO3，滤液中主要含有K2SO4和Al2(SO4)3，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤即可制得明矾，滤渣1中加入稀盐酸和H2O2，“酸浸”中将Pd和Pt转化为络合物，反应为Pd＋4HCl＋H2O2===H2[PdCl4]＋2H2O，Pt＋4HCl＋H2O2===H2[PtCl4]＋2H2O，过滤除去杂质炭，滤液中加入NH3·H2O进行络合，再加入稀盐酸进行沉淀，最后用肼(N2H4)进行还原即可制得Pd，据此分析解题。(5)已知氧化效率是指单位质量的物质得到的电子数，H2O2作氧化剂时其还原产物为H2O，则1 mol H2O2得到2 mol电子，其氧化效率为，而O3作氧化剂时产物为O2和－2价的O，即1 mol O3得到2 mol电子，故O3的氧化效率为，由此可知，“酸浸”时，若用O3替代H2O2，则氧化效率将降低。
5．(2022·山东潍坊高三一模)铼(Re)是熔点和沸点较高的金属单质之一，用于制造高效能喷射引擎和火箭引擎。从辉钼矿氧化焙烧后的烟道灰(主要成分有Re2O7、ReS2、ReO3、PbO、MoO3、CuO、Fe3O4)中提取铼粉的流程如图所示。
已知：
Ⅰ.Re2O7易溶于水，高铼酸钾(KReO4)在水中的溶解度随温度变化较大；
Ⅱ.RCl为阴离子交换树脂，对铼具有良好的选择性，在酸性体系中能够有效的吸附铼。
回答下列问题：
(1)“氧化浸出”过程，ReS2、ReO3被氧化为ReO，ReO3被氧化的离子方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
浸出过程中，在浸出时间相同的条件下改变液固比，实验结果如图所示，则实际生产中应选择的液固比是________________(填字母)。
a．2∶1 b．3∶1 c．4∶1 d．5∶1
(2)“水解中和”过程，加NH4HCO3调溶液pH至6左右，过滤后得到滤渣1中除钼的化合物还有________________________________________________________________________
___________________________________________________________________(填化学式)。
(3)“硫化沉淀”过程，先加入硫化铵，与溶液中的MoO反应生成MoS，再加入H2SO4调pH使MoS转化为更难溶的MoS3，则生成沉淀的离子方程式是__________________。
(4)“解吸”后的离子交换树脂用____________________________________(填化学式)溶液再生处理后可循环使用。
(5)“提纯”所用的方法是______________(填操作名称)，“氢还原”过程是在管式电炉中，800 ℃时通入氢气，反应的化学方程式是_________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)2ReO3＋H2O2===2ReO＋2H＋ a (2)Fe(OH)3、Cu(OH)2 (3)MoS＋2H＋===MoS3↓＋H2S↑ (4)HCl (5)重结晶 2KReO4＋7H22Re＋6H2O＋2KOH
解析 烟道灰加入硫酸、双氧水氧化浸出，过滤后加入碳酸氢铵水解中和，根据后续流程可知，中和后不需要滤渣1，所以滤渣1中含有Mo元素，此时调节溶液pH至6，同时会生成Fe(OH)3、Cu(OH)2沉淀，滤液中加入硫化铵、硫酸，得到CuS和MoS3沉淀，过滤后向滤液中加入RCl吸附铼，之后加入HClO4解吸得到HReO4溶液，浓缩后加入钾盐，得到KReO4沉淀，提纯后还原得到Re。(1)根据题意ReO3被H2O2氧化为ReO，根据得失电子守恒、元素守恒可得离子方程式为2ReO3＋H2O2===2ReO＋2H＋；根据整个流程的目的可知，浸出时，需要铼有较高的浸出率，据图可知，当液固比为2∶1时，铼有较高的浸出率，继续增大液固比，溶液变稀，会增加后续流程中的成本，所以选a。(4)RCl为阴离子交换树脂，所以离子交换时Cl－与ReO进行交换，所得溶液中有RReO4，所以加入HCl溶液再生处理后可循环使用。(5)高铼酸钾在水中的溶解度随温度变化较大，所以可以用重结晶的方法进行提纯；根据题意可知800 ℃时KReO4会被氢气还原为Re，根据得失电子守恒、元素守恒可得化学方程式为2KReO4＋7H22Re＋6H2O＋2KOH。
[复习目标] 1.掌握化工流程中条件的控制。2.掌握化工流程中物质的分离和提纯。3.掌握化工流程中方程式的书写。4.掌握化工流程中的有关计算。
1．(2022·全国乙卷，26)废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等，为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。
一些难溶电解质的溶度积常数如下表：
难溶电解质
PbSO4
PbCO3
BaSO4
BaCO3
Ksp
2.5×
10－8
7.4×
10－14
1.1×
10－10
2.6×
10－9
一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：
金属氢
氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Al(OH)3
Pb(OH)2
开始沉
淀的pH
2.3
6.8
3.5
7.2
完全沉
淀的pH
3.2
8.3
4.6
9.1
回答下列问题：
(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为________________________，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因：_____________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，还要加入H2O2。
(ⅰ)能被H2O2氧化的离子是________________________________________________；
(ⅱ)H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb(Ac)2，其化学方程式为________________
________________________________________________________________________；
(ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，H2O2的作用是____________________________
________________________________________________________________________。
(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是__________。
(5)“沉铅”的滤液中，金属离子有__________。
答案 (1)PbSO4(s)＋CO(aq)===PbCO3(s)＋SO(aq) 反应PbSO4(s)＋CO(aq)PbCO3(s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝≈3.4×105>105，PbSO4可以比较彻底的转化为PbCO3
(2)反应BaSO4(s)＋CO(aq)BaCO3(s)＋SO(aq)的平衡常数K＝＝＝≈0.04≪105，反应正向进行的程度有限
(3)(ⅰ)Fe2＋ (ⅱ)Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O (ⅲ)作还原剂
(4)Fe(OH)3、Al(OH)3 (5)Ba2＋、Na＋
解析 (3)(ⅰ)过氧化氢有氧化性，亚铁离子有还原性，会被过氧化氢氧化为铁离子。(ⅱ)过氧化氢促进金属Pb在醋酸溶液中转化为Pb(Ac)2，过氧化氢与Pb、HAc发生氧化还原反应生成Pb(Ac)2和H2O。(ⅲ)过氧化氢也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，铅元素化合价由＋4价降低到＋2价，PbO2是氧化剂，则过氧化氢是还原剂。(4)酸浸后溶液的pH约为4.9，依据金属氢氧化物沉淀时的pH可知，滤渣的主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁。(5)加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO4完全转化，铁离子、铝离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，铅转化为氢氧化铅，最终转化为氧化铅，因此沉铅的滤液中，金属离子有Ba2＋和加入碳酸钠、氢氧化钠时引入的Na＋。
2．(2022·湖南，17)钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：
已知“降温收尘”后，粗TiCl4中含有的几种物质的沸点：
物质
TiCl4
VOCl3
SiCl4
AlCl3
沸点/℃
136
127
57
180
回答下列问题：
(1)已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是__________。
A．C(s)＋O2(g)===CO2(g)
B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)
C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)
D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)
(2)TiO2与C、Cl2，在600 ℃的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表：
物质
TiCl4
CO
CO2
Cl2
分压/
MPa
4.59×
10－2
1.84×
10－2
3.70×
10－2
5.98×
10－9
①该温度下，TiO2与C、Cl2反应的总化学方程式为_____________________________
________________________________________________________________________。
②随着温度升高，尾气中CO的含量升高，原因是_______________________________
________________________________________________________________________。
(3)“除钒”过程中的化学方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________；
“除硅、铝”过程中，分离TiCl4中含Si、Al杂质的方法是_____________________。
(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序______(填“能”或“不能”)交换，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入Mg冶炼Ti的方法相似的是______。
A．高炉炼铁
B．电解熔融氯化钠制钠
C．铝热反应制锰
D．氧化汞分解制汞
答案 (1)C (2)①5TiO2＋6C＋10Cl25TiCl4＋2CO＋4CO2 ②随着温度升高，CO2与C发生反应：C＋CO22CO (3)①3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3 ②蒸馏 (4)不能 若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质 (5)AC
解析 (1)由图可知，600 ℃时C(s)＋O2(g)===CO2(g)的ΔG<0，反应能自发进行，故A不符合题意；600 ℃时2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔG<0，反应能自发进行，故B不符合题意；600 ℃时TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)的ΔG>0，反应不能自发进行，故C符合题意；根据盖斯定律，TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)可由A＋C得到，且由图中数据可知600 ℃时其ΔG<0，反应能自发进行，故D不符合题意。(2)①根据表中数据可知，该温度下C主要生成CO和CO2，根据同温同体积下气体的压强之比等于物质的量之比可知TiCl4、CO和CO2的物质的量之比约是5∶2∶4，所以TiO2与C、Cl2反应的总化学方程式为5TiO2＋6C＋10Cl25TiCl4＋2CO＋4CO2。②随着温度升高，CO2与C发生反应：C＋CO22CO，导致CO含量升高。(3)“降温收尘”后钒元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根据得失电子守恒和元素守恒配平化学方程式为3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3；AlCl3、SiCl4与TiCl4沸点差异较大，“除硅、铝”过程中可采用蒸馏的方法分离AlCl3、SiCl4。(5)本工艺中加入Mg冶炼Ti的方法为热还原法。高炉炼铁的原理是用还原剂将铁矿石中铁的氧化物还原成金属铁，属于热还原法，故A符合题意；电解熔融氯化钠制取金属钠的原理是电解法，故B不符合题意；铝热反应制锰是利用Al作还原剂，将锰从其化合物中还原出来，为热还原法，故C符合题意；Hg为不活泼金属，可以直接用加热分解氧化汞的方法制备汞，故D不符合题意。
化工流程题主要考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决化工生产中实际问题的能力，具有考查知识面广、综合性强、思维容量大的特点。工艺流程题设问的地方有：反应速率与平衡理论的运用，氧化还原反应的判断、化学方程式的书写，利用控制pH分离除杂，利用溶解度分离，常用的分离方法、实验操作，流程中的物质转化和循环，绿色化学评价，电化学，计算产量、产率、产品纯度等。这类题型不但综合考查考生在中学阶段所学的元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等知识，而且更重要的是能突出考查考生的综合分析判断能力、逻辑推理能力，且这类试题陌生度高，文字量大，包含信息多，思维能力要求高，近年来已成为高考化学主观题中的必考题型。
考点一 化工流程中反应条件的控制
1．三氧化二镍(Ni2O3)是重要的电子元件材料和蓄电池材料，工业上利用含镍废料(主要成分为镍、铝、氧化铁、碳等)提取Ni2O3，工业流程如图：
“预处理”操作可以选择用________(填字母)来除去废旧镍电池表面的矿物油污。
A．纯碱溶液浸泡
B．NaOH溶液浸泡
C．酒精清洗
答案 C
2．一种从铜阳极泥(主要含有铜、银、金、少量的镍)中分离提取多种金属元素的工艺流程如下：
“分铜”时，如果反应温度过高，会有明显的放出气体现象，原因是________________________________________________________________________。
答案 温度过高，H2O2分解放出氧气
3．已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：
物质
开始沉淀
沉淀完全
Fe(OH)3
2.7
3.7
Fe(OH)2
7.6
9.6
Mn(OH)2
8.3
9.8
若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，应该怎样做？
答案 先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH至3.7～8.3。
注意：(1)调节pH所需的物质一般应满足两点：
①能与H＋反应，使溶液pH增大；②不引入新杂质。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。
(2)调节溶液的pH：酸作用还可以除去氧化物(膜)；碱作用还可以除去油污、除去铝片氧化物、溶解铝和二氧化硅。
(3)调节pH的试剂选取：①选取流程中出现的物质；②未学习过的物质且题目又无信息提示的一般不做考虑；③已学的常见酸碱(NaOH、Na2CO3、HCl、H2SO4、NH3·H2O、HNO3)。
4．以粉煤灰(主要成分为Al2O3、SiO2，还含少量Fe2O3等)为原料，制取氧化铝的部分工艺流程如图：
上述流程中，可以循环利用的物质是_________________________________________。
答案 HCl(或盐酸)
解析 粉煤灰加浓盐酸酸浸，Al2O3和Fe2O3溶解、SiO2不溶，过滤得滤渣，主要成分是SiO2，向滤液中加入NH4HCO3，溶液中的Fe3＋与HCO发生相互促进的水解反应使铁元素沉淀，向滤液中通入HCl气体，使Al3＋形成AlCl3·6H2O晶体析出，煅烧AlCl3·6H2O，由于HCl大量挥发，促进了Al3＋水解，煅烧最终生成了Al2O3。题述流程中，可以循环利用的物质是HCl或盐酸。
5．硒和碲在工业上有重要用途。在铜、镍、铅等电解工艺的阳极泥中硒、碲主要以硒化物、碲化物及单质状态存在。一种从阳极泥中提取Se和Te的工艺流程如下：
已知：碲酸钠(Na2H4TeO6)难溶，碲酸(H6TeO6)可溶。
工艺路线中可以循环利用的物质有________________、________________。
答案 H2SO4 NaOH
解析 根据流程中既为生成物又为反应原料的物质可作为循环利用的物质，则工艺路线中可以循环利用的物质有H2SO4和NaOH。
1．反应条件的控制
条件控制
目的
固体原料
粉碎或研磨
减小颗粒直径，增大反应物接触面积，增大浸取时的反应速率，提高浸取率
煅烧或
灼烧
①除去硫、碳单质；②有机物转化、除去有机物；③高温下原料与空气中氧气反应；④除去热不稳定的杂质等
酸浸
①溶解转变成可溶物进入溶液中，以达到与难溶物分离的目的；②去氧化物(膜)
碱溶
①除去金属表面的油污；②溶解铝、氧化铝等
加热
①加快反应速率或溶解速率；②促进平衡向吸热反应方向移动；③除杂，除去热不稳定的杂质，如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl等物质；④使沸点相对较低或易升华的原料气化；⑤煮沸时促进溶液中的气体(如氧气)挥发逸出等
反应物用
量或浓度
①酸浸时提高酸的浓度可提高矿石中某金属元素的浸取率；②增大便宜、易得的反应物的浓度，可以提高其他物质的利用率，使反应充分进行；③增大物质浓度可以加快反应速率，使平衡发生移动等
降温
①防止某物质在高温时溶解(或分解)；②使化学平衡向着题目要求的方向(放热反应方向)移动；③使某个沸点较高的产物液化，使其与其他物质分离等；④降低某些晶体的溶解度，减少损失等
控温
①结晶获得所需物质；②防止某种物质(如H2O2、草酸、浓硝酸、铵盐等)温度过高时会分解或挥发；③使某物质达到沸点挥发出来；④使催化剂的活性达到最好；⑤防止副反应的发生等
加入氧化剂
(或还原剂)
①转化为目标产物的价态；②除去杂质离子[如把Fe2＋氧化成Fe3＋，而后调溶液的pH，使其转化为Fe(OH)3沉淀除去]
加入
沉淀剂
①生成硫化物沉淀(如加入硫化钠、硫化铵、硫化亚铁等)；②加入可溶性碳酸盐，生成碳酸盐沉淀；③加入氟化钠，除去Ca2＋、Mg2＋
pH控制
①生成金属氢氧化物，以达到除去金属离子的目的；②抑制盐类水解；③促进盐类水解生成沉淀，有利于过滤分离
2.可循环物质的判断
(1)流程图中回头箭头的物质。
(2)生产流程中后面新生成或新分离的物质(不要忽视结晶后的母液)，可能是前面某一步反应的相关物质。
①从流程需要加入的物质去找
先观察流程中需要加入的物质，再研究后面的流程中有没有生成此物质。
②从能构成可逆反应的物质去找
可逆反应的反应物不能完全转化，应该回收再利用。
③从过滤后的母液中寻找
析出晶体经过过滤后的溶液称为母液，母液是该晶体溶质的饱和溶液，应该循环再利用。
1．(2022·辽宁，16)某工厂采用辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)与软锰矿(主要成分为MnO2)联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4，工艺流程如下：
已知：①焙烧时过量的MnO2分解为Mn2O3，FeS2转变为Fe2O3；
②金属活动性：Fe>(H)>Bi>Cu；
③相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下：
开始沉淀pH
完全沉淀pH
Fe2＋
6.5
8.3
Fe3＋
1.6
2.8
Mn2＋
8.1
10.1
回答下列问题：
(1)为提高焙烧效率，可采取的措施为________________________________________。
a．进一步粉碎矿石
b．鼓入适当过量的空气
c．降低焙烧温度
(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，反应的化学方程式为______________________
________________________________________________________________________。
(3)“酸浸”中过量浓盐酸的作用为：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②________________________________________________________________________。
(4)滤渣的主要成分为________________(填化学式)。
(5)生成气体A的离子方程式为_______________________________________________。
(6)加入金属Bi的目的是_____________________________________________________。
答案 (1)ab (2)2Bi2S3＋9O22Bi2O3＋6SO2
(3)抑制金属离子水解 (4)SiO2 (5)Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O (6)将Fe3＋转化为Fe2＋
解析 (1)联合焙烧时，进一步粉碎矿石，可以增大矿石与空气的接触面积，能够提高焙烧效率，选项a符合题意；鼓入适当过量的空气有利于矿石充分反应，选项b符合题意；降低焙烧温度，反应速率减慢，不利于提高焙烧效率，选项c不符合题意。(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，根据原子守恒可知还应生成SO2，结合得失电子守恒，反应的化学方程式为2Bi2S3＋9O22Bi2O3＋6SO2。(3)加入浓盐酸后，溶液中含有的离子主要为Bi3＋、Fe3＋、Mn2＋、H＋、Cl－，而酸浸后取滤液进行转化，故要防止金属离子水解生成沉淀，进入滤渣，造成制得的BiOCl产率偏低。(4)滤渣主要为不溶于浓盐酸的SiO2。(5)因Mn2O3有氧化性，会与浓盐酸发生氧化还原反应：Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O。(6)由已知信息③知，调pH＝2.6时，Fe3＋会水解生成Fe(OH)3沉淀，但Fe2＋还没开始沉淀，故要将Fe3＋转化为Fe2＋，在调pH后获得含FeCl2的滤液，为了不引入新的杂质，加入Bi作还原剂。
2．[2021·全国乙卷，26(2)(3)(4)(5)(6)]磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。
该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表
金属离子
Fe3＋
Al3＋
Mg2＋
Ca2＋
开始沉淀的pH
2.2
3.5
9.5
12.4
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH
3.2
4.7
11.1
13.8
回答下列问题：
(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是__________________________。
(3)“母液①”中Mg2＋浓度为________ mol·L－1。
(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最适合的酸是____________，“酸溶渣”的成分是________________________________________________________________________。
(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得____________，循环利用。
答案 (2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋ (3)1.0×10－6 (4)硫酸 SiO2、CaSO4 (5)TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋ (6)(NH4)2SO4
解析 (2)由题给金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH可知，将pH约为2.0的滤液加入氨水调节溶液pH为11.6时，铁离子首先沉淀，然后是铝离子、镁离子，钙离子没有沉淀。
(3)由镁离子完全沉淀时，溶液pH为11.1可知，氢氧化镁的溶度积为1×10－5×(1×10－2.9)2＝1×10－10.8，当溶液pH为11.6时，溶液中镁离子的浓度为 mol·L－1＝1×10－6 mol·
L－1。
(4)增大溶液中硫酸根离子的浓度，有利于使微溶的硫酸钙转化为沉淀，为了使微溶的硫酸钙完全沉淀，减少TiOSO4溶液中含有的硫酸钙的量，应加入浓硫酸加热到160 ℃酸溶；二氧化硅和硫酸钙与硫酸不反应，则酸溶渣的主要成分为二氧化硅和硫酸钙。
(5)酸溶后将TiOSO4溶液适当稀释并加热，能使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸，反应的离子方程式为TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋。
(6)尾气为氨气，母液①为硫酸铵、母液②为硫酸，将母液①和母液②混合后吸收氨气得到硫酸铵溶液，可以循环使用。
1．研究从太阳能电池的碲化镉吸收层(主要含CdTe、CdS)中回收碲具有重要的意义。某回收工艺的流程如下：
回答下列问题：
(1)反应釜中，溶液的pH、温度(T)与生成沉淀的关系如图，图中区域分别表示铁的化合物稳定存在的区域。则制备FeOOH适宜的pH和温度分别为________(填字母)。
a．2,80 ℃ b．4,90 ℃
c．5,160 ℃ d．6,25 ℃
(2)制备磁性纳米铁棒时，加入NaBH4前先通入N2的作用是______________________
________________________________________________________________________。
(3)常温下，若在含Cd2＋、Te4＋滤液中加入NaOH溶液调节pH为7，溶液中c(Cd2＋)的最大值为________________________________________________________________________
(已知：Ksp[Cd(OH)2]＝5.3×10－15)。
(4)从TeO溶液得到“吸附Te”，利用了纳米铁棒的性质有________、________。
答案 (1)b (2)排出设备中的空气，防止磁性纳米铁棒和NaBH4被氧化 (3)0.53 mol·L－1 (4)吸附性 还原性
解析 (2)磁性纳米铁棒和NaBH4都容易被氧化，所以在加入NaBH4之前需通入N2排出反应容器中的空气。(3)常温下，溶液的pH＝7，则c(OH－)＝1.0×10－7mol·L－1，根据Ksp[Cd(OH)2]＝5.3×10－15，可计算Cd2＋的浓度：c(Cd2＋)＝＝ mol·L－1＝0.53 mol·L－1。(4)含TeO的溶液和磁性纳米铁棒作用，Te的化合价降低，被纳米铁棒还原，磁性纳米铁棒还能吸附Te，故在得到Te的过程中，磁性纳米铁棒呈现了还原性和吸附性。
2．(1)随着钴酸锂电池的普及使用，从废旧的钴酸锂电池中提取锂、钴等金属材料意义重大。下图是废旧钴酸锂电池材料(主要成分为LiCoO2，含少量铁、铝、铜等元素的化合物)回收工艺流程：
①“拆解”前需进行“放电”处理的目的是____________________________________
________________________________________________________________________。
用食盐水浸泡是放电的常用方法，浸泡放电过程中产生的气体主要有________。
②滤液1中加入Na2SO3的主要目的是_________________________________________
________________________________________________________________________；
加入NaClO3的主要目的是_________________________________________________。
③“沉钴”过程中，(NH4)2C2O4的加入量(图甲)、沉淀反应的温度(图乙)与钴的沉淀率关系如图所示：
根据图分析：沉钴时应控制n(C2O)∶n(Co2＋)为______，温度控制在______℃左右。
(2)碱式硫酸铝[(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3]溶液可用于烟气脱硫。实验室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制备碱式硫酸铝溶液，实验流程如下：
已知“调pH”的反应为(2－x)Al2(SO4)3＋3xCaCO3＋3xH2O===2[(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3]＋3xCaSO4＋3xCO2↑。
①“酸浸”时适当增大H2SO4溶液浓度的目的是______________________，能达到相同目的的方法还有_________________________________________________________(任写一种)。
②“酸浸”时应控制H2SO4溶液的用量，H2SO4溶液用量不能过量太多的原因是________________________________________________________________________。
(3)亚氯酸钠(NaClO2)具有强氧化性，受热易分解，可作漂白剂、食品消毒剂等。以氯酸钠等为原料制备亚氯酸钠的工艺流程如下：
①提高“反应1”反应速率的措施有______________________________________________
______________________________________________________________(答出一条即可)。
母液中溶质的主要成分是____________________________________________(填化学式)。
②采取“减压蒸发”而不用“常压蒸发”，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③“反应2”中使用H2O2而不用其他物质的原因是____________________________。
答案 (1)①防止在电池拆解过程中发生短路引起火灾及操作人员触电 H2、Cl2
②将Co3＋还原为Co2＋ 将Fe2＋氧化为Fe3＋
③1.15 46
(2)①加快酸浸时的反应速率(或提高铝元素的浸出率) 加热(或搅拌)
②会增加后续CaCO3的消耗量
(3)①适当升高反应温度(或其他合理答案) Na2SO4 ②常压蒸发温度过高，亚氯酸钠易分解
③多余的H2O2可分解为氧气和水，不引入其他杂质
解析 (1)①用食盐水浸泡放电过程实际是电解食盐水的过程，电解时，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，水电离出的氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气。②Co3＋具有氧化性，向滤液1中加入具有还原性的Na2SO3，能将Co3＋还原为Co2＋；亚铁离子具有还原性，加入具有氧化性的NaClO3，能 将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于调节pH时，将Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀。③由图甲可知，n(C2O)∶n(Co2＋)为1.15时，钴的沉淀率最大，效果最好；由图乙可知，沉淀反应温度为46 ℃左右时，钴的沉淀率最大，效果最好。(3)①对于气体和液体的反应，为提高反应速率，可适当升高反应温度，增大吸收液浓度，增大SO2与吸收液的接触面积等；NaClO3在反应器中与二氧化硫反应生成ClO2和Na2SO4，所以母液中溶质的主要成分是Na2SO4。②减压蒸发在较低温度下进行，防止常压蒸发温度过高，造成亚氯酸钠分解。③用H2O2作还原剂，产物为水和氧气，且多余的H2O2可分解为氧气和水，不引入其他杂质。
考点二 化工流程中物质的分离与提纯
1．过滤(分离固、液混合物)
从工厂采集废液(含FeSO4和少量ZnSO4、MgSO4)，进行四氧化三铁的制备实验。制备流程如图所示：
操作a、b的名称分别为_______________________________________________________。
答案 过滤、过滤
2．萃取法分离
(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________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(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。
(3)已知萃取剂A、B中pH对钴离子、锰离子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”)。
答案 (1)pH在5左右时，钴、锂的分离效率高
(2)继续向萃取分液后的有机相中加稀H2SO4调pH＝0.5以下(或1以下)，然后分液 (3)B
3．反萃取分离
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－，其离子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
该操作将I2还原为I－的目的是________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 SO＋I2＋H2O===2I－＋2H＋＋SO 使四氯化碳中的碘进入水层
4．结晶的方法
(1)KIO3的溶解度曲线如图所示。由KIO3溶液得到KIO3晶体的方法为________________________________________________________________________。
答案 蒸发浓缩、降温结晶
解析 由溶解度曲线可知KIO3在常温下的溶解度较小，故由KIO3溶液得到KIO3晶体的方法为蒸发浓缩、降温结晶。
(2)硫酸锰在不同温度下结晶可分别得到MnSO4·7H2O、MnSO4·5H2O和MnSO4·H2O。硫酸锰在不同温度下的溶解度和该温度范围内析出晶体的组成如下图所示。
从过滤所得的滤液中获得较高纯度MnSO4·H2O的操作是：控制温度在80～90 ℃之间蒸发结晶、____________，使固体MnSO4·H2O与溶液分离，__________________、真空干燥。
答案 趁热过滤 用80～90 ℃的蒸馏水洗涤2～3次
解析 据溶解度曲线图，要从过滤所得MnSO4溶液中获得较高纯度的MnSO4·H2O晶体，应在80～90 ℃之间进行蒸发结晶、趁热过滤，再用80～90 ℃的蒸馏水洗涤MnSO4·H2O晶体2～3次，最后真空干燥。
(3)已知CoCl2的溶解度曲线如图所示。向碱式碳酸钴沉淀中加入足量稀盐酸边加热边搅拌至完全溶解后，需趁热过滤的原因是_____________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 防止因温度降低，CoCl2晶体析出
解析 由CoCl2的溶解度曲线可以知道，随温度的升高，CoCl2的溶解度增大，所以趁热过滤，防止温度降低，CoCl2晶体析出。
1．化工生产过程中分离、提纯、除杂
化工生产过程中分离、提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，或蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。
2．常考分离、提纯的操作
(1)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法：蒸发浓缩(至少有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗等)、干燥。
(2)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：蒸发浓缩、趁热过滤(如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来)、洗涤、干燥。
(3)减压蒸发的原因：减压蒸发降低了蒸发温度，可以防止某物质分解(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)或失去结晶水(如题目要求制备结晶水合物产品)。
(4)洗涤
洗涤试剂
适用范围
目的
蒸
馏
水
冷水
产物不溶于水
除去固体表面吸附着的××杂质，可适当降低固体因为溶解而造成的损失
热水
有特殊的物质其溶解度随着温度升高而下降
除去固体表面吸附着的××杂质，可适当降低固体因为温度变化溶解而造成的损失
有机溶剂
(酒精、丙
酮等)
固体易溶于水、难溶于有机溶剂
减少固体溶解；利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分，产品易干燥
饱和溶液
对纯度要求不高的产品
减少固体溶解
酸、碱溶液
产物不溶于酸、碱
除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱的杂质；减少固体溶解
洗涤沉淀的方法：向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次
检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净
(5)萃取与反萃取
①萃取：利用物质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同，将物质从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。如用CCl4萃取溴水中的Br2。
②反萃取：用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程，为萃取的逆过程。
(6)其他
①蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。
②减压蒸馏的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止受热分解、氧化等。
3．根据溶解度曲线判断结晶的方法
(1)溶解度受温度影响较小的(如NaCl)采取蒸发结晶的方法。
(2)溶解度受温度影响较大的采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
(3)带有结晶水的盐，一般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
[2017·全国卷Ⅲ，27(4)]重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：
有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到________(填字母)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a．80 ℃ b．60 ℃
c．40 ℃ d．10 ℃
步骤⑤的反应类型是________________。
答案 d 复分解反应
1．(1)碘化亚铜(CuI)是阳极射线管覆盖物，不溶于水和乙醇。下图是工业上由冰铜制取无水碘化亚铜的流程。
①步骤a中Cu2S被转化为Cu，同时有大气污染物A生成，相关反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
熔渣B主要成分为黑色磁性物质，其化学式为
________________________________________________________________________。
②步骤b中H2O2的作用是_________________________________________________；
步骤c中加入过量NaI涉及的主要反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
③步骤d用乙醇洗涤的优点是______________________________________________；
检验沉淀是否洗涤干净的方法是______________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)下图是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲线，则由Na2SO4溶液得到Na2SO4固体的操作是________→________→用乙醇洗涤→干燥。用乙醇洗涤而不用水洗的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)①Cu2S＋O22Cu＋SO2 Fe3O4
②作氧化剂，将Cu2O和Cu氧化为Cu2＋ 2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2 ③洗去残余水分且可快速晾干 蘸取最后一次洗涤液进行焰色试验，如果火焰无黄色则已洗净(或其他合理答案) (2)蒸发结晶 趁热过滤 防止Na2SO4固体转化为Na2SO4·10H2O，并防止Na2SO4因溶于水而损耗
解析 (1)①步骤a中Cu2S与空气中氧气在1 200 ℃条件下反应生成Cu和二氧化硫，反应的化学方程式为Cu2S＋O22Cu＋SO2；由熔渣B的主要成分为黑色磁性物质可知，FeS与空气中氧气在1 200 ℃条件下反应生成四氧化三铁和二氧化硫。②步骤b的反应为在硫酸作用下，H2O2作氧化剂，将氧化亚铜、铜氧化生成硫酸铜；步骤c的反应为硫酸铜溶液与过量的NaI溶液反应得到CuI沉淀。③步骤d用乙醇洗涤可以洗去固体表面的水，同时由于乙醇易挥发达到快速晾干的目的；洗涤液中含有钠离子、硫酸根离子，可以用焰色试验或酸化的氯化钡溶液检验沉淀是否洗涤干净。(2)由图像溶解度曲线变化可知，Na2SO4的溶解度在温度较高时，随温度升高而降低，而Na2SO4·10H2O的溶解度随温度升高而增大，欲得到Na2SO4固体，应采取加热蒸发溶剂使Na2SO4结晶析出，并趁热过滤；因Na2SO4难溶于乙醇，所以用乙醇洗涤既防止Na2SO4和水作用生成Na2SO4·10H2O，又能防止Na2SO4因溶于水而损耗。
2．(1)碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。工业碳酸钠(纯度约98%)中含有Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、Cl－和SO等杂质，提纯工艺路线如下：
已知：碳酸钠的溶解度(S)随温度变化的曲线如图所示。
回答下列问题：
①滤渣的主要成分为____________________________________________________。
②“趁热过滤”的原因是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)以废旧锌锰电池中的黑锰粉[MnO2、MnO(OH)、NH4Cl、少量ZnCl2及炭黑、氧化铁等]为原料制备MnCl2，实现锰的再利用。其简略工艺流程如下：
溶液a的主要成分为NH4Cl，另外还含有少量ZnCl2等。
①根据下图所示的溶解度曲线，将溶液a__________________________(填操作)，可得NH4Cl粗品。
②提纯NH4Cl粗品，有关性质数据如下：
化合物
ZnCl2
NH4Cl
熔点
365 ℃
337.8 ℃分解
沸点
732 ℃
－
根据上表，设计方案提纯NH4Cl：__________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)①Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3 ②使析出的晶体为Na2CO3·H2O，防止因温度过低而析出Na2CO3·10H2O晶体，令后续的加热脱水耗时长 (2)①蒸发结晶、趁热过滤 ②加热NH4Cl粗品至340 ℃左右，发生反应NH4ClNH3↑＋HCl↑，收集产物并冷却，再发生反应NH3＋HCl===NH4Cl，得到纯净的NH4Cl
解析 (1)从题目中可知，该实验目的是从工业碳酸钠中提纯碳酸钠，工业碳酸钠中含有的杂质有Mg2＋、Fe3＋、Ca2＋、Cl－和SO等，所以该流程的目的就是把这些杂质除去并得到纯净的碳酸钠固体。流程图中加水是使可溶物质溶于水，少量的Ca2＋与CO生成沉淀CaCO3。加入过量的NaOH溶液，很显然是将Mg2＋、Fe3＋转化成Mg(OH)2、Fe(OH)3沉淀，再通过过滤的方法除去。通过题图可得出Na2CO3·H2O随温度升高溶解度变化不大，可以通过蒸发浓缩、结晶、趁热过滤除去Cl－、SO和一些沉淀不完全的离子。由于Na2CO3·10H2O的溶解度随温度的升高变化非常大，如果降温，一定会析出而影响主要产物，所以要趁热过滤。(2)①由图可知NH4Cl的溶解度随温度变化不大，故将溶液a蒸发结晶、趁热过滤，可得NH4Cl粗品。
考点三 化工流程中化学方程式的书写及有关计算
1．工业上以黄铜矿(主要含 CuFeS2，还含FeS等)为原料可以制备Cu，流程如下：
(1)写出“浸取”时 CuFeS2和FeCl3溶液反应的离子方程式：_____________________
________________________________________________________________________。
(2)“稀释”时反应的化学方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)3Fe3＋＋CuFeS2＋Cl－===CuCl＋2S＋4Fe2＋ (2)2Na[CuCl2]===Cu↓＋CuCl2＋2NaCl
解析 根据该工艺流程图中信息可知，“浸取”时是将黄铜矿与FeCl3溶液充分反应，化学方程式为3FeCl3＋CuFeS2===CuCl＋2S＋4FeCl2,2FeCl3＋FeS===3FeCl2＋S，过滤得到CuCl和S的混合物，洗涤，向洗涤后的固体中加入NaCl溶液，“溶解”时发生的反应为NaCl＋CuCl===Na[CuCl2]，过滤出S，得到滤液，向滤液中加水稀释得到Cu和CuCl2、NaCl等，“稀释”时反应为2Na[CuCl2]===Cu↓＋CuCl2＋2NaCl。
2．工业上使用催化剂时常需要载体，纳米氧化锌可作为一些催化剂的载体。工业上由软锰矿(主要成分为MnO2)与锌精矿(主要成分为ZnS)酸性共融法制备MnO2及纳米ZnO的工艺流程如图。回答下列问题：
(1)写出酸浸时ZnS与MnO2发生的主要反应的化学方程式：____________________
________________________________________________________________________(无单质硫生成)。
(2)Na2S2O8是一种强氧化剂，能与Mn2＋反应生成SO和紫色MnO。用Na2S2O8检验水相中的Mn2＋时发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)ZnS＋4MnO2＋4H2SO4===ZnSO4＋4MnSO4＋4H2O
(2)2Mn2＋＋5S2O＋8H2O===2MnO＋10SO＋16H＋
解析 (1)根据工艺流程分析，酸浸时，ZnS、MnO2分别转化为ZnSO4、MnSO4，即S由－2价升高为＋6价，Mn由＋4价降低为＋2价，根据得失电子守恒、原子守恒，配平化学方程式为ZnS＋4MnO2＋4H2SO4===ZnSO4＋4MnSO4＋4H2O。(2)S2O与Mn2＋反应生成SO和MnO，根据得失电子守恒，S2O、Mn2＋的化学计量数之比为5∶2，再根据电荷守恒和原子守恒，配平的离子方程式为2Mn2＋＋5S2O＋8H2O===2MnO＋10SO＋16H＋。
3．将等体积的4×10－3 mol·L－1的AgNO3溶液和4×10－3mol·L－1 K2CrO4溶液混合，有无Ag2CrO4沉淀产生？[已知：Ksp (Ag2CrO4)＝1.12×10－12]
答案 有
解析 等体积混合后，浓度为原来的一半。c(Ag＋)＝2×10－3mol·L－1，c(CrO)＝2×10－3mol·
L－1，Q＝c2(Ag＋)·c(CrO)＝(2×10－3 )2×2×10－3＝8×10－9＞Ksp，所以有沉淀析出。
(一)化工流程中化学方程式的书写
1．书写思路
首先根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式，再根据反应前后元素化合价有无变化判断反应类型：
(1)元素化合价无变化则为非氧化还原反应，遵循质量守恒定律；
(2)元素化合价有变化则为氧化还原反应，既遵循质量守恒定律，又遵循得失电子守恒规律。
2．流程中陌生的氧化还原反应的书写流程
(1)首先根据题给材料中的信息确定氧化剂(或还原剂)与还原产物(或氧化产物)，结合已学知识根据加入的还原剂(或氧化剂)判断氧化产物(或还原产物)。
(2)根据得失电子守恒配平氧化还原反应。
(3)根据电荷守恒和反应物的酸碱性，在方程式左边或右边补充H＋、OH－或H2O等。
(4)根据质量守恒配平反应方程式。
(二)化工流程中的有关计算
1．Ksp计算
(1)判断能否沉淀。
(2)判断能否沉淀完全。
(3)计算某一离子的浓度。
(4)沉淀生成和沉淀完全时pH的计算。
2．产率、纯度的计算
(1)计算公式
纯度＝×100%
产物的产率＝×100%
(2)计算的关键在于运用守恒或关系式法结合实验原理找到计算的关系，确定数量关系。
1．(2022·广东，18)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)的熔点为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；有关金属离子沉淀的相关pH见下表。
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－1。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－1(保留两位有效数字)。
(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________________________________________________________________________。
答案 (1)Fe2＋ (2)4.7≤pH<6.2 Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓ (3)4.0×10－4
(4)①加热搅拌可加快反应速率 ②冷却结晶 (5)MgSO4 (6)①15 ②O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析 由流程可知，该类矿(含铁、铝等元素)加入酸化MgSO4溶液浸取，得到的浸取液中含有RE3＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、SO等离子，经氧化调pH使Fe3＋、Al3＋形成沉淀，经过滤除去，滤液1中含有RE3＋、Mg2＋、SO等离子，加入月桂酸钠，使RE3＋形成(C11H23COO)3RE沉淀，滤液2主要含有MgSO4溶液，可循环利用，滤饼加盐酸，经加热搅拌溶解后，再冷却结晶，析出月桂酸，再固液分离得到RECl3溶液。(1)由分析可知，“氧化调pH”的目的是除去含铁、铝等元素的离子，需要将Fe2＋氧化为Fe3＋，以便后续除杂，所以化合价有变化的金属离子是Fe2＋。(2)由表中数据可知，Al3＋沉淀完全时的pH为4.7，而RE3＋开始沉淀时的pH为6.2，所以为保证Fe3＋、Al3＋沉淀完全，且RE3＋不沉淀，要用NaOH溶液调pH至4.7≤pH<6.2的范围内，该过程中Al3＋发生反应的离子方程式为Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓。(3)滤液2中Mg2＋浓度为2.7 g·L－1，即0.112 5 mol·L－1，根据Ksp[(C11H23COO)2Mg]＝c(Mg2＋)·c2(C11H23COO－)，若要加入月桂酸钠后只生成(C11H23COO)3RE，而不产生(C11H23COO)2Mg，则c(C11H23COO－)<＝mol·L－1＝4.0×10－4 mol·L－1。(4)②“操作X”的结果是分离出月桂酸，由信息可知，月桂酸(C11H23COOH)的熔点为44 ℃，故“操作X”的过程为先冷却结晶，再固液分离。(6)①YCl3中Y为＋3价，PtCl4中Pt为＋4价，而Pt3Y中金属均为0价，所以还原YCl3和PtCl4熔融盐制备Pt3Y时，生成1 mol Pt3Y转移15 mol电子。②碱性溶液中，氢氧燃料电池正极发生还原反应，发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
2．[2021·河北，15(1)(2)(3)(6)(7)]绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺，该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料，不产生废弃物，实现了Cr—Fe—Al—Mg的深度利用和Na＋内循环。工艺流程如图：
回答下列问题：
(1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是________(填元素符号)。
(2)工序①的名称为________。
(3)滤渣Ⅰ的主要成分是________(填化学式)。
(6)热解工序产生的混合气体最适宜返回工序____________(填“①”“②”“③”或“④”)参与内循环。
(7)工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的pH为__________(通常认为溶液中离子浓度小于10－5 mol·L－1为沉淀完全；Al(OH)3＋OH－Al(OH) K＝100.63；Kw＝10－14，Ksp[Al(OH)3]＝10－33)。
答案 (1)Fe、Cr (2)溶解浸出 (3)MgO、Fe2O3
(6)② (7)8.37
解析 (2)工序①为将氧化后的固体加水溶解浸出可溶性物质。
(6)热解工序产生的混合气体为二氧化碳和水蒸气，将混合气体通入滤渣Ⅰ中可以将氧化镁转化为碳酸氢镁溶液，则混合气体最适宜返回的工序为工序②。
(7)工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的反应为Al(OH)＋H＋Al(OH)3↓＋H2O，反应的平衡常数为K1＝＝＝＝1013.37，当c[Al(OH)]为10－5 mol·L－1时，溶液中氢离子浓度为＝ mol·L－1＝10－8.37 mol·L－1，则溶液的pH为8.37。
考向一 化工流程中化学方程式的书写
1．(1)利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。某工厂对制革工业污泥中Cr(Ⅲ)的处理工艺流程如下：
已知：硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Al3＋、Ca2＋和Mg2＋。
①H2O2的作用是将滤液Ⅰ中的Cr3＋转化为Cr2O，写出此反应的离子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②写出上述流程中用SO2进行还原时发生反应的离子方程式：____________________
________________________________________________________________________。
(2)ZrO2常用作陶瓷材料，可由锆英砂(主要成分为ZrSiO4，也可表示为ZrO2·SiO2，还含少量FeCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质)通过如下方法制取：
已知：ZrSiO4能与烧碱反应生成可溶于水的Na2ZrO3，Na2ZrO3与酸反应生成ZrO2＋。
①“熔融”过程中，ZrSiO4发生反应的化学方程式为____________________________
________________________________________________________________________。
②滤渣Ⅲ的成分是Zr(CO3)2·nZr(OH)4。“调pH＝8.0”时，所发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
滤渣Ⅲ制备ZrO2的方法是_________________________________________________。
答案 (1)①2Cr3＋＋3H2O2＋H2O===Cr2O＋8H＋ ②2CrO＋3SO2＋12H2O===2Cr(OH)(H2O)5SO4↓＋SO＋2OH－
(2)①ZrSiO4＋4NaOHNa2SiO3＋Na2ZrO3＋2H2O ②(n＋1)ZrO2＋＋2nCO＋(3n－1)H2O===Zr(CO3)2·nZr(OH)4↓＋(2n－2)HCO 高温焙烧
解析 (1)①H2O2将Cr3＋氧化成Cr2O，H2O2被还原，结合原子守恒、电荷守恒、得失电子守恒以及溶液呈酸性，H2O2将滤液Ⅰ中的Cr3＋转化为Cr2O的离子方程式为2Cr3＋＋3H2O2＋H2O===Cr2O＋8H＋。②SO2将CrO还原为Cr(OH)(H2O)5SO4，SO2被氧化为SO，S元素化合价由＋4价升高到＋6价，Cr元素化合价由＋6价降低到＋3价，根据得失电子守恒、原子守恒、电荷守恒及溶液呈碱性，写出离子方程式为2CrO＋3SO2＋12H2O===2Cr(OH)(H2O)5SO4↓＋SO＋2OH－。(2)①ZrSiO4与烧碱反应生成Na2ZrO3，Zr元素的化合价均为＋4，发生非氧化还原反应，另外生成Na2SiO3和H2O。②“调pH＝8.0”时，反应生成Zr(CO3)2·nZr(OH)4，Zr元素的化合价不变，根据原子守恒配平所发生反应的离子方程式；滤渣Ⅲ经高温焙烧分解即可得到ZrO2。
考向二 化工流程中的有关计算
2．Zn、Fe及其化合物在生产、生活中应用比较广泛。工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量FeO和CuO等杂质)制取金属锌的工艺流程如下：
(1)若净化后的溶液中Cu2＋浓度为1×10－12mol·L－1，则净化后溶液中Zn2＋浓度为______________[已知：室温下Ksp(ZnS)＝1.6×10－24，Ksp(CuS)＝6.4×10－36]
(2)ZnFe2O4是一种性能优良的软磁材料，工业上常利用ZnFe2(C2O4)3·6H2O隔绝空气加热分解制备，该晶体的热分解化学方程式为__________________________________________
________________________________________________________________________。
测热分解后产品中ZnFe2O4的质量分数方法如下：取a g产品用硫酸溶解后加入足量KI溶液充分反应，调溶液至弱酸性，再加入淀粉指示剂，用c mol·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定，用去此标准溶液V mL时，刚好达到滴定终点，则此产品中ZnFe2O4的质量分数为________________________________________________________________________(用a、c、V表示)。(已知：I2＋2S2O===2I－＋S4O)
答案 (1)0.25 mol·L－1 (2)ZnFe2(C2O4)3·6H2OZnFe2O4＋4CO↑＋2CO2↑＋6H2O %
解析 (1)若净化后的溶液中Cu2＋浓度为1×10－12mol·L－1，c(S2－)＝＝mol·L－1＝6.4×10－24mol·L－1，则净化后溶液中c(Zn2＋)＝＝ mol·L－1＝0.25 mol·L－1。(2)由题可知关系式：ZnFe2O4～I2～2S2O，w(ZnFe2O4)＝×100%＝%。
专题强化练
1．(2022·河北五校联盟高三下学期3月模拟)随着新能源汽车的不断推广，近几年动力电池迎来退役潮爆发。大量淘汰的LiFePO4电池(LFP)若得不到正确的处理，必然会带来严重的环境污染及能源浪费。有一种从废旧磷酸铁锂正极片(含LiFePO4、铝箔等)中回收金属和电池再生技术工艺流程如下(已知：Li2CO3在水中的溶解度随温度升高而降低)。
(1)在“碱浸”时，为加快浸出速率，可采取的措施为__________________(任写一条即可)。
(2)“氧化浸出”时生成了难溶的FePO4，该反应的离子方程式为__________________
________________________________________________________________________，
为了保证“氧化浸出”的效率，严格控制了反应的温度，减少H2O2分解的同时保证反应速率，但是实际生产中用H2O2氧化的效率还是较低，可能的原因是______________________
________________________________________________________________________。
(3)已知不同浓度的硫酸对Li、Fe元素的“氧化浸出”效率如下图所示。c(H2SO4)的范围应控制在______________(填字母)。
A．0.1～0.2 B．0.3～0.4
C．0.6～0.7 D．0.9～1.0
(4)“一系列操作”具体包括__________________、________________、洗涤、干燥。
(5)“纯化”后的滤渣b在高温条件下与Li2CO3、H2C2O4混合煅烧可得LiFePO4，实现再生利用，其化学方程式为________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)比亚迪“汉”汽车搭载了全新的磷酸铁锂“刀片电池”。其放电时的总反应为LixC6＋Li1－x
FePO46C＋LiFePO4，则充电时的阳极反应式为____________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)适当地提高浸出温度；使用电动搅拌器；适当提高氢氧化钠的浓度；将废旧LFP正极材料粉碎(任写一条即可)
(2)2LiFePO4＋H2O2＋2H＋===2Li＋＋2FePO4＋2H2O 生成的Fe3＋催化H2O2的分解
(3)B (4)蒸发浓缩 趁热过滤
(5)2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O42LiFePO4＋H2O↑＋3CO2↑
(6)LiFePO4－xe－===xLi＋＋Li1－xFePO4
解析 由流程可知，碱浸时发生2Al＋2NaOH＋2H2O===3H2↑＋2NaAlO2，过滤分离出含偏铝酸钠的溶液，滤渣a为LiFePO4，加酸、过氧化氢发生2LiFePO4＋2H＋＋H2O2===2FePO4＋2Li＋＋2H2O，过滤分离出滤渣b为FePO4，滤液b含Li＋，加入碳酸钠发生复分解反应生成Li2CO3，经一系列操作得到Li2CO3。(1)反应物浓度、温度、反应物接触面积等都会影响反应速率；在“碱浸”时，为加快浸出速率，可采取的措施为适当地提高浸出温度；使用电动搅拌器；适当提高氢氧化钠的浓度；将废旧LFP正极材料粉碎。(2)“氧化浸出”的目的是氧化正极材料中的Fe2＋，锂离子进入溶液，三价铁以磷酸铁的形式进入滤渣b中与锂元素分离。(3)“氧化浸出”加入硫酸目的是分离Fe元素成为滤渣，得到含Li的滤液，则Li的浸出率较高，Fe的浸出率较低，由图知c(H2SO4)的范围应控制在0.3 mol·L－1～0.4 mol·L－1。(4)已知：Li2CO3在水中的溶解度随温度升高而降低，“一系列操作”具体包括蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥。
2．(2022·广东茂名市五校联盟高三下学期第三次联考)钼酸铵[(NH4)2MoO4]是生产高纯度钼制品、钼催化剂、钼颜料等的基本原料。一种以钼精矿(主要含MoS2，还含有少量SiO2、As、Sn、P、Cu、Pb、CaO)为原料制备钼酸铵的工艺流程如图所示：
已知：钼盐溶液中含钼物种之间的平衡关系为
MoO(Mo12O41)10－(Mo3O10)2－(Mo4O13)2－H2MoO4·xH2O
回答下列问题：
(1)(NH4)2MoO4中Mo元素的化合价为____价。
(2)“氧化焙烧”时MoS2转化为MoO3，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为______；气体A对环境的主要危害是________。
(3)“除铜”时选择在60～80 ℃的条件下进行的原因为___________________________
________________________________________________________________________。
(4)“沉淀”过程中加入H2SO4调节溶液pH＝2.1，则所得沉淀的化学式为________，加入氨水后生成(NH4)2MoO4的化学方程式为__________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)(NH4)6Mo7O24·4H2O的热重曲线如图所示：
已知A点失重的原因是生成H2O，则1 mol (NH4)6Mo7O24·4H2O在A点失去H2O的物质的量为__________，B点所得的物质为__________(填化学式)。
答案 (1)＋6 (2)7∶2 酸雨 (3)加快反应速率，同时提高钼的浸出率 (4)(NH4)2Mo4O13·2H2O (NH4)2Mo4O13·2H2O＋6NH3·H2O===4(NH4)2MoO4＋5H2O (5)5 mol MoO3
解析 (2)“氧化焙烧”时MoS2转化为MoO3，S转化为SO2，根据氧化还原反应中电子守恒、原子守恒，可得该化学方程式为2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2，其中MoS2为还原剂，O2为氧化剂，则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为7∶2；煅烧产生的气体中含SO2会造成酸雨。(3)“除铜”时选择温度在60～80 ℃的条件下进行，这是由于反应温度高可以加快反应速率，但当温度超过80 ℃时，水分大量蒸发，导致Na2MoO4析出，使钼的浸出率降低。(4)根据钼盐溶液中含钼物种之间的平衡关系可知：当溶液pH＝2.1时，1.2＜pH＝2.1＜3.5，形成的沉淀为(NH4)2Mo4O13·2H2O；(NH4)2Mo4O13·2H2O沉淀用氨水溶解，会转化为(NH4)2MoO4，该反应的化学方程式为(NH4)2Mo4O13·2H2O＋6NH3·H2O===4(NH4)2MoO4＋5H2O。(5)1 mol (NH4)6Mo7O24·4H2O 的质量是1 236 g，假设该物质加热失去水的物质的量是x mol，则＝1－0.927 2＝0.072 8，解得x≈5；B点时1 mol固体减轻的质量m＝1 236 g×(1－0.815 6)≈228 g，铵盐受热分解产生6 mol NH3，则产生H2O的物质的量为n(H2O)＝＝7 mol，H元素完全变为气体逸出，固体中O元素的物质的量n(O)＝(24＋4) mol－7 mol＝21 mol，则n(Mo)∶n(O)＝7∶21＝1∶3，则该物质的化学式是MoO3。
3．(2022·河南开封高三第二次模拟)镍矾(NiSO4·7H2O)常用于电镀、镍电池、催化剂以及制取其他镍盐等。以镍废渣(主要成分为Ni，含少量Fe、Al、Fe3O4、Al2O3和不溶性杂质等)为原料合成镍矾的流程如下：
该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：
金属离子
开始沉淀的pH
完全沉淀的pH
Fe3＋
1.9
3.2
Al3＋
3.0
4.7
Fe2＋
7.0
9.0
Ni2＋
7.1
9.2
回答下列问题：
(1)“碱浸”的目的是____________________________________________________；为提高“酸浸”浸出率，可采取的措施有_________________________________________________
___________________________________________________________________(任写两条)。
(2)“转化”过程中加入H2O2的目的是______________________(用离子方程式表示)；Fe2＋的转化率随温度的变化如图，温度高于40 ℃，Fe2＋转化率急速降低的原因可能是__________
________________________________________________________________________。
(3)“除铁”过程需要调节pH至a，a的取值范围是____________________；从化学平衡移动角度解释加入氧化镍除去铁元素的原理：______________________________________
________________________________________________________________________。
(4)准确称取ω g镍矾产品配成250 mL溶液，取20.00 mL所配溶液于锥形瓶中，用c mol·L－1 EDTA-2Na(Na2H2Y)标准溶液滴定至终点(发生反应Ni2＋＋H2Y2－===NiY2－＋2H＋，不考虑杂质反应)，三次实验消耗标准溶液的体积分别为20.02 mL、19.98 mL、19.40 mL，则镍矾的纯度为____________________________(只列计算式)。
答案 (1)除去Al和Al2O3 将废渣粉碎或升高温度或增大酸浓度等
(2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O 温度过高，双氧水分解速率加快
(3)3.2≤a＜7.1 Fe3＋存在水解反应：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，加入氧化镍消耗H＋，平衡正向移动，使Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀
(4)×100%
解析 由流程可知，用NaOH溶液溶解镍废渣，除去Al和Al2O3，过滤后的滤渣再用稀硫酸溶解，过滤除去不溶于酸的不溶性杂质固体，滤液中含有Fe2＋、Ni2＋和Fe3＋，加入双氧水将溶液中的Fe2＋完全氧化为Fe3＋，再加入NiO调节溶液pH，使Fe3＋完全沉淀为Fe(OH)3，过滤后得NiSO4溶液，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤后得到NiSO4·7H2O。(2)“转化”过程中加入H2O2的目的是把Fe2＋氧化为Fe3＋，经实验测定该过程温度高于40 ℃，转化率急速降低的原因可能是温度过高，双氧水分解速率加快。(3)调节溶液pH的目的是除去Fe3＋，使Fe3＋完全沉淀，不使Ni2＋沉淀，即a的范围为3.2≤a＜7.1。(4)舍去误差明显偏大的数据19.40 mL，消耗EDTA-2Na标准溶液平均体积为 mL＝20.00 mL，由滴定反应Ni2＋＋H2Y2－===NiY2－＋2H＋，n(Ni2＋)＝n(H2Y2－)＝c×0.02 mol，NiSO4·7H2O的质量m＝c×0.02 mol×
×281 g·mol－1＝70.25c g，产品的纯度为×100%。
4．(2022·四川德阳高三下学期第二次监测)Pd/Al2O3是常见的催化剂。一种废Pd/Al2O3纳米催化剂的主要成分及含量为Al2O3(92.8%)，SiO2(5.0%)，Pd(0.3%)，Pt和炭(共约1.0%)。采用如图工艺从废催化剂中提取金属Pd并制备明矾。
回答下列问题：
(1)为提高“碱浸”效率，可采取的措施有____________________________________
_____________________________________________________________(任写两条)。
(2)试剂a的化学式为_____________________________________________________。
(3)“一系列操作”是指________、过滤、洗涤。
(4)“酸浸”时，Pt和Pd分别转化为PtCl和PdCl，写出Pd转化为PdCl的离子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)“酸浸”时，若用O3替代H2O2，则氧化效率(单位质量的物质得到的电子数)将__________(填“提高”“降低”或“不变”)。
(6)“络合”过程后得到Pd(NH3)和Pt(NH3)，“沉淀”时，搅拌滴加盐酸调节pH将[Pd(NH3)4]Cl2转化为[Pd(NH3)2]Cl2沉淀，结合平衡移动原理解释实现转化的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(7)采用工艺：“”也能得到金属Pd，试从绿色化学角度分析该工艺的不足：________________。
答案 (1)将废Pd/Al2O3纳米催化剂进行粉碎、适当提高反应温度、适当增大KOH的浓度以及进行充分的搅拌等(任写2条)
(2)H2SO4
(3)蒸发浓缩、冷却结晶
(4)Pd＋2H＋＋4Cl－＋H2O2===PdCl＋2H2O
(5)降低
(6)加入盐酸，NH3与HCl反应生成NH4Cl，使得平衡[Pd(NH3)4]Cl2[Pb(NH3)2]Cl2＋2NH3中NH3的浓度减小，平衡正向移动，最终转化为[Pb(NH3)2]Cl2沉淀
(7)使用的NaCN有毒，将污染环境
解析 该工艺流程是利用废Pd/Al2O3纳米催化剂来提取金属Pd和制备明矾，在“碱浸”步骤中主要反应为Al2O3＋2KOH===2KAlO2＋H2O、2KOH＋SiO2===K2SiO3＋H2O，过滤得滤渣1，主要成分为Pd、Pt和炭，滤液主要成分为KAlO2和K2SiO3，向滤液中加入过量的稀硫酸，发生的反应为2KAlO2＋4H2SO4===K2SO4＋Al2(SO4)3＋4H2O，K2SiO3＋H2SO4===K2SO4＋H2SiO3↓，过滤得到滤渣，主要成分为H2SiO3，滤液中主要含有K2SO4和Al2(SO4)3，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤即可制得明矾，滤渣1中加入稀盐酸和H2O2，“酸浸”中将Pd和Pt转化为络合物，反应为Pd＋4HCl＋H2O2===H2[PdCl4]＋2H2O，Pt＋4HCl＋H2O2===H2[PtCl4]＋2H2O，过滤除去杂质炭，滤液中加入NH3·H2O进行络合，再加入稀盐酸进行沉淀，最后用肼(N2H4)进行还原即可制得Pd，据此分析解题。(5)已知氧化效率是指单位质量的物质得到的电子数，H2O2作氧化剂时其还原产物为H2O，则1 mol H2O2得到2 mol电子，其氧化效率为，而O3作氧化剂时产物为O2和－2价的O，即1 mol O3得到2 mol电子，故O3的氧化效率为，由此可知，“酸浸”时，若用O3替代H2O2，则氧化效率将降低。
5．(2022·山东潍坊高三一模)铼(Re)是熔点和沸点较高的金属单质之一，用于制造高效能喷射引擎和火箭引擎。从辉钼矿氧化焙烧后的烟道灰(主要成分有Re2O7、ReS2、ReO3、PbO、MoO3、CuO、Fe3O4)中提取铼粉的流程如图所示。
已知：
Ⅰ.Re2O7易溶于水，高铼酸钾(KReO4)在水中的溶解度随温度变化较大；
Ⅱ.RCl为阴离子交换树脂，对铼具有良好的选择性，在酸性体系中能够有效的吸附铼。
回答下列问题：
(1)“氧化浸出”过程，ReS2、ReO3被氧化为ReO，ReO3被氧化的离子方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
浸出过程中，在浸出时间相同的条件下改变液固比，实验结果如图所示，则实际生产中应选择的液固比是________________(填字母)。
a．2∶1 b．3∶1 c．4∶1 d．5∶1
(2)“水解中和”过程，加NH4HCO3调溶液pH至6左右，过滤后得到滤渣1中除钼的化合物还有________________________________________________________________________
___________________________________________________________________(填化学式)。
(3)“硫化沉淀”过程，先加入硫化铵，与溶液中的MoO反应生成MoS，再加入H2SO4调pH使MoS转化为更难溶的MoS3，则生成沉淀的离子方程式是__________________。
(4)“解吸”后的离子交换树脂用____________________________________(填化学式)溶液再生处理后可循环使用。
(5)“提纯”所用的方法是______________(填操作名称)，“氢还原”过程是在管式电炉中，800 ℃时通入氢气，反应的化学方程式是_________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)2ReO3＋H2O2===2ReO＋2H＋ a (2)Fe(OH)3、Cu(OH)2 (3)MoS＋2H＋===MoS3↓＋H2S↑ (4)HCl (5)重结晶 2KReO4＋7H22Re＋6H2O＋2KOH
解析 烟道灰加入硫酸、双氧水氧化浸出，过滤后加入碳酸氢铵水解中和，根据后续流程可知，中和后不需要滤渣1，所以滤渣1中含有Mo元素，此时调节溶液pH至6，同时会生成Fe(OH)3、Cu(OH)2沉淀，滤液中加入硫化铵、硫酸，得到CuS和MoS3沉淀，过滤后向滤液中加入RCl吸附铼，之后加入HClO4解吸得到HReO4溶液，浓缩后加入钾盐，得到KReO4沉淀，提纯后还原得到Re。(1)根据题意ReO3被H2O2氧化为ReO，根据得失电子守恒、元素守恒可得离子方程式为2ReO3＋H2O2===2ReO＋2H＋；根据整个流程的目的可知，浸出时，需要铼有较高的浸出率，据图可知，当液固比为2∶1时，铼有较高的浸出率，继续增大液固比，溶液变稀，会增加后续流程中的成本，所以选a。(4)RCl为阴离子交换树脂，所以离子交换时Cl－与ReO进行交换，所得溶液中有RReO4，所以加入HCl溶液再生处理后可循环使用。(5)高铼酸钾在水中的溶解度随温度变化较大，所以可以用重结晶的方法进行提纯；根据题意可知800 ℃时KReO4会被氢气还原为Re，根据得失电子守恒、元素守恒可得化学方程式为2KReO4＋7H22Re＋6H2O＋2KOH。
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