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专题六 水溶液中的离子平衡 主观题突破 2.化工生产中物质转化条件的控制（含解析）-2024年江苏高考化学大二轮复习讲义
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这是一份专题六 水溶液中的离子平衡 主观题突破 2.化工生产中物质转化条件的控制（含解析）-2024年江苏高考化学大二轮复习讲义，共13页。试卷主要包含了反应条件的控制，以软锰矿制备高纯MnCO3，硒和碲在工业上有重要用途等内容，欢迎下载使用。
1．反应条件的控制
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。
对点训练
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
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__________________
____________________________________________________________________________。
3．已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：
若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，应该怎样做？
4．以软锰矿(主要成分为MnO2，含少量铁的氧化物)制备高纯MnCO3。流程如图：
(1)酸溶还原时，MnO2发生反应的离子方程式为________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在常温下，已知：Ksp[Mn(OH)2]＝2×10－13、Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39。工业上，当某离子浓度小于1×10－6 ml·L－1时，认为该离子已除净。氧化后所得溶液中c(Mn2＋)＝0.2 ml·L－1，为使溶液中Fe3＋除净，调节pH的范围应为__________。
(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(如HNO3、HCl、H2SO4、NH3·H2O、NaOH等)。
5．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_____________________________________________。
6．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________________、________________。
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：
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_____________________________________________________。
(7)将100 kg辉铋矿进行联合焙烧，转化时消耗1.1 kg金属Bi，假设其余各步损失不计，干燥后称量BiOCl产品质量为32 kg，滴定测得产品中Bi的质量分数为78.5%。辉铋矿中Bi元素的质量分数为__________。
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
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______ ml·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。
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TeOeq \\al(2－,3)溶液得到“吸附Te”，利用了纳米铁棒的性质有________、________。
2．锗是现代高科技产业重要的基础材料。用含氧化锌烟尘(杂质主要有PbO、GeO2、SiO2、FeO、Ag2O等)为主要原料制备氧化锌和高纯度单质锗的一种工艺流程如图所示。
已知：①单宁酸是一种只含C、H、O元素的有机化合物；
②pKsp＝－lg Ksp，常温下pKsp[PbOH2]＝19.8，pKsp[ZnOH2]＝16.2，pKsp[FeOH2]＝16.4，pKsp[FeOH3]＝38.6；
③当溶液中某离子的物质的量浓度不大于1.0×10－5 ml·L－1时，该离子沉淀完全。
(1)“酸浸”后所得的滤渣主要成分除SiO2外，还含有_____________________(填化学式)。
(2)如图所示，“酸浸”过程中浓硫酸用量超过理论量会导致锗的浸出率降低，其可能的原因为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)“调pH”所用试剂X为_________(填化学式)，若“酸浸”后溶液中c(Zn2＋)＝0.1 ml·L－1，则应调控pH的范围为__________。
(4)若“沉锌”的产物为Zn2(OH)2CO3，则反应的离子方程式为____________________
________________________________________________________________________。
主观题突破2 化工生产中物质转化条件的控制
核心精讲
对点训练 1.C
2．温度过高，H2O2分解放出氧气
3．先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH至3.7～8.3。
4．(1)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
(2)3≤pH＜8
解析 (1)酸溶还原时，MnO2将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原为二价锰离子。
(2)当Fe3＋除净时，c(OH－)＝eq \r(3,\f(Ksp[FeOH3],cFe3＋))＝eq \r(3,\f(1×10－39,1×10－6)) ml·L－1＝1×10－11 ml·L－1，则pH＝3；当锰离子开始沉淀时，c(OH－)＝eq \r(\f(Ksp[MnOH2],cMn2＋))＝eq \r(\f(2×10－13,0.2)) ml·L－1＝10－6 ml·
L－1，pH＝8。
5．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HCOeq \\al(－,3)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。
6．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。
真题演练
1．(1)ab (2)2Bi2S3＋9O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Bi2O3＋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＋ (7)24.02%
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＋9O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Bi2O3＋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，使BiOCl的产率降低。(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＋，调pH后获得含FeCl2的滤液，为了不引入新的杂质，加入金属Bi作还原剂。(7)辉铋矿中Bi元素的质量分数为eq \f(32 kg×78.5%－1.1 kg,100 kg)×100%＝24.02%。
2．(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋ (3)1.0×10－6 (4)硫酸 SiO2、CaSO4 (5)TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq \(=====,\s\up7(△))TiO2·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eq \f(1×10－10.8,1×10－2.42)ml·L－1＝1×10－6 ml·
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；由分析可知，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)H2Oeq \(=====,\s\up7(△))TiO2·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。
考向预测
1．(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 ml·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－)＝1.0×10－7ml·L－1，根据Ksp[Cd(OH)2]＝5.3×10－15，可计算Cd2＋的浓度：c(Cd2＋)＝eq \f(Ksp[CdOH2],c2OH－)＝eq \f(5.3×10－15,1.0×10－72) ml·L－1＝0.53 ml·L－1。(4)含TeOeq \\al(2－,3)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)Ag2SO4、PbSO4
(2)生成的Ag2SO4、PbSO4沉淀附着在反应物表面，阻碍了反应的进一步进行 (3)ZnO 2.8～6.4
(4)2Zn2＋＋4HCOeq \\al(－,3)===Zn2(OH)2CO3↓＋3CO2↑＋H2O
解析 含氧化锌烟尘加入浓硫酸，生成硫酸铅、硫酸银沉淀，二氧化硅不与浓H2SO4反应，三者成为滤渣；过滤所得滤液中加入氧化锌消耗溶液中氢离子，调节溶液的pH将铁转化为沉淀，过滤所得滤液加入单宁酸沉锗，滤渣灼烧后加入浓盐酸氯化蒸馏，水解、电解得到单质锗；沉锗后所得滤液加入碳酸氢铵沉锌，灼烧得到氧化锌。(3) 由分析可知，“调pH”所用试剂X为ZnO；若“酸浸”后溶液中c(Zn2＋)＝0.1 ml·L－1，则氢氧根离子浓度不大于eq \r(\f(Ksp\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(ZnOH2)),cZn2＋))＝eq \r(\f(10－16.2,0.1)) ml·L－1＝10－7.6 ml·L－1，此时pOH＝7.6，pH＝6.4；要求此时铁离子完全沉淀，则氢氧根离子浓度至少为eq \r(3,\f(Ksp\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(FeOH3)),cFe3＋))＝eq \r(3,\f(10－38.6,10－5)) ml·L－1＝10－11.2 ml·L－1，此时pOH＝11.2，pH＝2.8；故应调控pH的范围为2.8～6.4。(4) 若“沉锌”的产物为Zn2(OH)2CO3，则锌离子和碳酸氢根离子反应生成Zn2(OH)2CO3、水和二氧化碳，离子方程式为2Zn2＋＋4HCOeq \\al(－,3)===Zn2(OH)2CO3↓＋3CO2↑＋H2O。
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
控温(常用
水浴、冰浴
或油浴)
①控制反应速率(升温加快反应速率)、适宜的温度使催化剂的活性最大，防止副反应的发生；②控制化学反应进行的方向，使化学平衡移动；③升温：使溶液中的气体逸出，使易挥发物质挥发，使易分解的物质分解；煮沸：使气体逸出；促进水解，聚沉后利于过滤分离；④控制固体的溶解与结晶
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使某种或几种金属离子转化为氢氧化物沉淀，而目标离子不生成沉淀，以达到分离的目的(常利用题给金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH信息，选择pH范围，使杂质离子以氢氧化物沉淀出来)；②“酸作用”还可以除去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解等；③“碱作用”还可以除去油污、除去铝片表面的氧化铝、溶解铝等；④金属离子的萃取率与溶液的pH密切相关；⑤调节溶液pH常用试剂：a.调节溶液呈酸性：稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、金属氧化物、酸性气体(二氧化硫)等。b.调节溶液呈碱性：氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸氢铵等
物质
开始沉淀pH
沉淀完全pH
Fe(OH)3
2.7
3.7
Fe(OH)2
7.6
9.6
Mn(OH)2
8.3
9.8
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
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 ml·L－1)的pH
3.2
4.7
11.1
13.8
1．反应条件的控制
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。
对点训练
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
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__________________
____________________________________________________________________________。
3．已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：
若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，应该怎样做？
4．以软锰矿(主要成分为MnO2，含少量铁的氧化物)制备高纯MnCO3。流程如图：
(1)酸溶还原时，MnO2发生反应的离子方程式为________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在常温下，已知：Ksp[Mn(OH)2]＝2×10－13、Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39。工业上，当某离子浓度小于1×10－6 ml·L－1时，认为该离子已除净。氧化后所得溶液中c(Mn2＋)＝0.2 ml·L－1，为使溶液中Fe3＋除净，调节pH的范围应为__________。
(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(如HNO3、HCl、H2SO4、NH3·H2O、NaOH等)。
5．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_____________________________________________。
6．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________________、________________。
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：
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_____________________________________________________。
(7)将100 kg辉铋矿进行联合焙烧，转化时消耗1.1 kg金属Bi，假设其余各步损失不计，干燥后称量BiOCl产品质量为32 kg，滴定测得产品中Bi的质量分数为78.5%。辉铋矿中Bi元素的质量分数为__________。
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
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______ ml·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。
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TeOeq \\al(2－,3)溶液得到“吸附Te”，利用了纳米铁棒的性质有________、________。
2．锗是现代高科技产业重要的基础材料。用含氧化锌烟尘(杂质主要有PbO、GeO2、SiO2、FeO、Ag2O等)为主要原料制备氧化锌和高纯度单质锗的一种工艺流程如图所示。
已知：①单宁酸是一种只含C、H、O元素的有机化合物；
②pKsp＝－lg Ksp，常温下pKsp[PbOH2]＝19.8，pKsp[ZnOH2]＝16.2，pKsp[FeOH2]＝16.4，pKsp[FeOH3]＝38.6；
③当溶液中某离子的物质的量浓度不大于1.0×10－5 ml·L－1时，该离子沉淀完全。
(1)“酸浸”后所得的滤渣主要成分除SiO2外，还含有_____________________(填化学式)。
(2)如图所示，“酸浸”过程中浓硫酸用量超过理论量会导致锗的浸出率降低，其可能的原因为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)“调pH”所用试剂X为_________(填化学式)，若“酸浸”后溶液中c(Zn2＋)＝0.1 ml·L－1，则应调控pH的范围为__________。
(4)若“沉锌”的产物为Zn2(OH)2CO3，则反应的离子方程式为____________________
________________________________________________________________________。
主观题突破2 化工生产中物质转化条件的控制
核心精讲
对点训练 1.C
2．温度过高，H2O2分解放出氧气
3．先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH至3.7～8.3。
4．(1)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
(2)3≤pH＜8
解析 (1)酸溶还原时，MnO2将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原为二价锰离子。
(2)当Fe3＋除净时，c(OH－)＝eq \r(3,\f(Ksp[FeOH3],cFe3＋))＝eq \r(3,\f(1×10－39,1×10－6)) ml·L－1＝1×10－11 ml·L－1，则pH＝3；当锰离子开始沉淀时，c(OH－)＝eq \r(\f(Ksp[MnOH2],cMn2＋))＝eq \r(\f(2×10－13,0.2)) ml·L－1＝10－6 ml·
L－1，pH＝8。
5．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HCOeq \\al(－,3)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。
6．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。
真题演练
1．(1)ab (2)2Bi2S3＋9O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Bi2O3＋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＋ (7)24.02%
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＋9O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Bi2O3＋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，使BiOCl的产率降低。(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＋，调pH后获得含FeCl2的滤液，为了不引入新的杂质，加入金属Bi作还原剂。(7)辉铋矿中Bi元素的质量分数为eq \f(32 kg×78.5%－1.1 kg,100 kg)×100%＝24.02%。
2．(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋ (3)1.0×10－6 (4)硫酸 SiO2、CaSO4 (5)TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq \(=====,\s\up7(△))TiO2·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eq \f(1×10－10.8,1×10－2.42)ml·L－1＝1×10－6 ml·
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；由分析可知，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)H2Oeq \(=====,\s\up7(△))TiO2·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。
考向预测
1．(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 ml·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－)＝1.0×10－7ml·L－1，根据Ksp[Cd(OH)2]＝5.3×10－15，可计算Cd2＋的浓度：c(Cd2＋)＝eq \f(Ksp[CdOH2],c2OH－)＝eq \f(5.3×10－15,1.0×10－72) ml·L－1＝0.53 ml·L－1。(4)含TeOeq \\al(2－,3)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)Ag2SO4、PbSO4
(2)生成的Ag2SO4、PbSO4沉淀附着在反应物表面，阻碍了反应的进一步进行 (3)ZnO 2.8～6.4
(4)2Zn2＋＋4HCOeq \\al(－,3)===Zn2(OH)2CO3↓＋3CO2↑＋H2O
解析 含氧化锌烟尘加入浓硫酸，生成硫酸铅、硫酸银沉淀，二氧化硅不与浓H2SO4反应，三者成为滤渣；过滤所得滤液中加入氧化锌消耗溶液中氢离子，调节溶液的pH将铁转化为沉淀，过滤所得滤液加入单宁酸沉锗，滤渣灼烧后加入浓盐酸氯化蒸馏，水解、电解得到单质锗；沉锗后所得滤液加入碳酸氢铵沉锌，灼烧得到氧化锌。(3) 由分析可知，“调pH”所用试剂X为ZnO；若“酸浸”后溶液中c(Zn2＋)＝0.1 ml·L－1，则氢氧根离子浓度不大于eq \r(\f(Ksp\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(ZnOH2)),cZn2＋))＝eq \r(\f(10－16.2,0.1)) ml·L－1＝10－7.6 ml·L－1，此时pOH＝7.6，pH＝6.4；要求此时铁离子完全沉淀，则氢氧根离子浓度至少为eq \r(3,\f(Ksp\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(FeOH3)),cFe3＋))＝eq \r(3,\f(10－38.6,10－5)) ml·L－1＝10－11.2 ml·L－1，此时pOH＝11.2，pH＝2.8；故应调控pH的范围为2.8～6.4。(4) 若“沉锌”的产物为Zn2(OH)2CO3，则锌离子和碳酸氢根离子反应生成Zn2(OH)2CO3、水和二氧化碳，离子方程式为2Zn2＋＋4HCOeq \\al(－,3)===Zn2(OH)2CO3↓＋3CO2↑＋H2O。
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
控温(常用
水浴、冰浴
或油浴)
①控制反应速率(升温加快反应速率)、适宜的温度使催化剂的活性最大，防止副反应的发生；②控制化学反应进行的方向，使化学平衡移动；③升温：使溶液中的气体逸出，使易挥发物质挥发，使易分解的物质分解；煮沸：使气体逸出；促进水解，聚沉后利于过滤分离；④控制固体的溶解与结晶
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使某种或几种金属离子转化为氢氧化物沉淀，而目标离子不生成沉淀，以达到分离的目的(常利用题给金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH信息，选择pH范围，使杂质离子以氢氧化物沉淀出来)；②“酸作用”还可以除去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解等；③“碱作用”还可以除去油污、除去铝片表面的氧化铝、溶解铝等；④金属离子的萃取率与溶液的pH密切相关；⑤调节溶液pH常用试剂：a.调节溶液呈酸性：稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、金属氧化物、酸性气体(二氧化硫)等。b.调节溶液呈碱性：氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸氢铵等
物质
开始沉淀pH
沉淀完全pH
Fe(OH)3
2.7
3.7
Fe(OH)2
7.6
9.6
Mn(OH)2
8.3
9.8
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
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 ml·L－1)的pH
3.2
4.7
11.1
13.8
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