考点1 化工流程中原料预处理及反应条件的控制
核心梳理
1.原料预处理的方法及目的
处理方法 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除去受热不稳定的杂质等
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，除去受热不稳定的杂质，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
2.反应条件的控制及目的
条件控制 目的
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
典题精研
考向原料预处理及反应条件的控制与选择
例1 Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中，铈(Ce)主要以CePO4形式存在，还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2·nH2O的工艺流程如下：
(1)为提高“水浸”效率，可采取的措施有________________________(至少写两条)；
(2)加入絮凝剂的目的是________________________________________________；
练1钯催化剂(主要成分为Pd、α Al2O3，还含少量铁、铜等元素)在使用过程中，Pd易被氧化为难溶于酸的PdO而失活。一种从废钯催化剂中回收海绵钯的工艺流程如图。
(1)“还原ⅰ”加入甲酸的目的是还原________(填化学式)。
(2)“酸浸”过程：
①从绿色化学要求出发，酸浸液应选择________(填标号)。
A．王水(浓硝酸和浓盐酸按体积比1∶3混合)
B．盐酸和Cl2
C．盐酸和H2O2
②温度、固液比对浸取率的影响如图，则“酸浸”的最佳条件为____________________。
[例1] 解析：(1)为提高“水浸”效率，可采取搅拌、适当升高温度、研碎等措施。(2)Fe(OH)3和Al(OH)3是胶状沉淀，不能完全被过滤掉，故加入絮凝剂强化沉降Fe(OH)3和Al(OH)3。
答案：(1)搅拌、适当升高温度(合理即可)
(2)强化沉降和Al(OH)3
[练1] 解析：(1)钯催化剂在使用过程中，Pd易被氧化为难溶于酸的PdO而失活，“还原ⅰ”加入甲酸的目的是还原PdO。(2)①王水有很强的氧化性和挥发性，且王水不稳定，容易分解得到氯气，氯气有毒，所以从绿色化学要求出发，酸浸液应选择盐酸和H2O2，故选C。②从图中可以看出，当温度在75℃～80℃时，浸取率最大，能达到98%～99%，固液比为4∶1时，浸取率也最大，能达到98%，故“酸浸”的最佳条件为温度控制在75℃～80℃，固液比为4∶1。
答案：(1)PdO (2)①C ②温度控制在75℃～80℃，固液比为4∶1考点2 化工流程中物质的分离与提纯
核心梳理
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操作紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥、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、提纯的方法及操作
(1)从溶液中获取晶体的方法及实验操作
①溶解度受温度影响较小的(如NaCl)采取蒸发结晶的方法，实验过程为：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。
②溶解度受温度影响较大、带有结晶水的盐或可水解的盐，采取冷却结晶的方法，实验过程为：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)固体物质的洗涤
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可溶性粒子，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可溶性粒子，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××试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净
(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)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。
(5)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。
典题精研
考向化工流程中物质的分离与提纯
例2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＝1.0×10－5mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
回答下列问题：
(1)“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__________________________________________________________。
(2)“水浸渣”在160℃“酸溶”，最适合的酸是________。“酸溶渣”的成分是________、________。
(3)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得________，循环利用。
方法规律
循环物质的确定
练2工业上常采用堆浸—反萃取—电积法从锌矿(主要成分为ZnS，含有FeS2、CuS、NiS、SiO2等杂质)中获得锌，其流程如图所示。
已知：①“堆浸”时金属硫化物均转化为硫酸盐；②pH较高时，氢氧化氧铁为胶状沉淀；③在我国，富矿少、贫矿多，品位低于5%的矿山属于贫矿。回答下列问题：
(1)“萃取”时需要进行多次萃取且合并萃取液，其目的是____________________________，操作③的名称为________，此流程中可循环利用的物质有锌、萃取剂和________。
(2)反萃液的主要成分为ZnSO4，可通过一系列反应制备对可见光敏感的半导体催化剂。其中在无氧条件下灼烧ZnFe2(C2O4)3·6H2O获得产品ZnFe2O4时发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________，
灼烧时需要借助马弗炉(Mufflefurnace，一种通用的加热设备，通常叫电炉等)和下列哪些仪器________(填字母)共同完成。
[例2] 解析：(1)结合相关金属离子开始沉淀以及沉淀完全时的pH可知，加氨水调节pH至11.6的过程中，Fe3＋、Al3＋、Mg2＋依次沉淀。(2)由于常见的盐酸和硝酸均具有挥发性，且水浸渣需在160℃酸溶，因此最适宜的酸为硫酸。由于SiO2不溶于硫酸，焙烧过程中得到的CaSO4难溶于水，故酸溶渣的成分为SiO2、CaSO4。(3)结合图示流程可知，母液①中含有氨水、硫酸铵，母液②中含有硫酸，二者混合后再吸收尾气NH3，经处理得到(NH4)2SO4。
答案：(1)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋ (2)硫酸 SiO2 CaSO4 (3)(NH4)2SO4
[练2] 解析：(1)“萃取”时需要进行多次萃取且合并萃取液，其目的是充分萃取，提高Zn2＋的萃取率、以提高Zn2＋的利用率，由题干信息可知，操作③分离两种互不相溶的液体，则该分离操作的名称为分液，电解反萃液是电解硫酸锌溶液，得到Zn和H2SO4，此流程中可循环利用的物质有锌、萃取剂和H2SO4。(2)反萃液的主要成分为ZnSO4，可通过一系列反应制备对可见光敏感的半导体催化剂ZnFe2O4。其中在无氧条件下灼烧ZnFe2(C2O4)3·6H2O获得产品ZnFe2O4时发生反应的化学方程式为：ZnFe2(C2O4)3·6H2OZnFe2O4＋4CO↑＋2CO2↑＋6H2O，灼烧固体应该在坩埚中进行。
答案：(1)充分萃取，提高Zn2＋的萃取率、以提高Zn2＋的利用率 分液 H2SO4
(2)ZnFe2(C2O4)3·6H2OZnFe2O4＋4CO↑＋2CO2↑＋6H2O e考点3 化工流程中方程式的书写与计算
核心梳理
1.化工流程中化学方程式的书写思路
获取信息 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
确定类型 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
类型2 元素化合价有变化则为氧化还原反应，除遵循质量守恒外，还要遵循得失电子守恒规律
规范作答 最后根据题目要求写出化学方程式或离子方程式(需要遵循电荷守恒规律)即可
2.化工流程中的有关计算
(1)有关Ksp的计算
常考形式有：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计算方法：守恒法或关系式法。
典题精研
考向化工流程中方程式的书写与计算
例3用软锰矿(主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下：
已知：MnO2是一种两性氧化物；25℃时相关物质的Ksp见下表。
物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 Mn(OH)2
Ksp 1×10－16.3 1×10－38.6 1×10－32.3 1×10－12.7
回答下列问题：
(1)软锰矿预先粉碎的目的是________________________________________________________________________，
MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)净化时需先加入的试剂X为________(填化学式)，再使用氨水调溶液的pH，则pH的理论最小值为________(当溶液中某离子浓度c≤1.0×10－5mol·L－1时，可认为该离子沉淀完全)。
(3)碳化过程中发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
练3某废钒渣(主要成分为V2O3，含有少量Al2O3、CaO)为原料生产V2O5的工艺流程如图：
已知：钒酸(H3VO4)是强酸，NH4VO3难溶于水；＋5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如表。
pH 4～6 6～8 8～10 10～12
主要离子 V2
(1)已知Ca(VO3)2难溶于水，可溶于盐酸。若“酸浸”时溶液的pH＝4，则Ca(VO3)2溶于盐酸的离子方程式为______________________________________________。
(2)Ksp(CaCO3)＝m，Ksp[Ca3(VO4)2]＝n；则反应Ca3(VO4)2(s)＋3 2 (aq)＋3CaCO3(s)的平衡常数为____________。(用含m、n的代数式表示)
(3)NH4VO3灼烧脱氨可得V2O5。在硫酸酸化条件下，V2O5可与草酸(H2C2O4)溶液反应得到含VO2＋的溶液，反应的离子方程式为____________________________________。
(4)测定产品中V2O5的纯度：取ag产品用硫酸溶解得(VO2)2SO4溶液，加入b1mLc1mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2溶液(＋2H＋＋Fe2＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O)，再用c2mol·L－1KMnO4溶液滴定过量的(NH4)2Fe(SO4)2至终点，消耗KMnO4溶液的体积为b2mL。已知被还原为Mn2＋，假设杂质不参与反应。则产品中V2O5的质量分数是________(V2O5的摩尔质量为Mg·mol－1)。
[例3] 解析：(1)对软锰矿进行粉碎，其表面积增大，在后续加入硫化钡溶液时，固体与溶液接触面积大，充分反应，能提高反应速率。分析该制备工艺流程图可知，“反应”操作中硫化钡中的硫元素转化为硫单质，硫化钡中的钡元素转化为氢氧化钡，故软锰矿中的二氧化锰在“反应”操作中被硫化钡中的S2－还原，Mn元素由＋4价转化为＋2价，故MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式是MnO2＋BaS＋H2O===Ba(OH)2＋MnO＋S。(2)由软锰矿中的杂质成分有Fe3O4可知，其经过与S2－的“反应”操作后主要以Fe2＋形式存在，结合表中四种氢氧化物的溶度积数据，为减少Mn(OH)2的损失，需将Fe2＋转化为Fe3＋，然后再调节溶液pH，使杂质Fe3＋转化为Fe(OH)3，故“净化”操作中需加入氧化剂，结合后续操作中的物质转化可知，“净化”操作中加入的试剂X为过氧化氢(H2O2)溶液。对比表中的溶度积数据可知，相较于Fe(OH)3，Al(OH)3的溶度积较大，若要除去Al(OH)3、Fe(OH)3两种杂质，以前者的溶度积进行计算，推知调节溶液的pH大小，由已知信息可知，沉淀完全的最大金属离子浓度为1.0×10－5mol·L－1，此时c3(OH－)＝Ksp[Al(OH)3]/c(Al3＋)＝＝1×10－27.3mol3·L－3，则c(OH－)＝1×10－9.1mol·L－1，c(H＋)＝mol·L－1＝，此时pH＝4.9。(3)由工艺流程图中的“碳化”操作可知，该操作中加入的物质是碳酸氢铵、氨水，而“压滤”操作后的滤液中含Mn2＋，由目标产物可知，该反应的生成物中有碳酸锰，故“碳化”过程中发生反应的离子方程式是+NH3·H2O===MnCO3↓＋＋H2O。
答案：(1)增大接触面积，充分反应，提高反应速率
MnO2＋BaS＋H2O===Ba(OH)2＋MnO＋S
(2)H2O2 4.9
(3)＋NH3·H2O===MnCO3↓＋＋H2O
[练3] 解析：由题给流程可知，废钒渣中加入CaO在空气中焙烧时，V2O3与CaO、空气中的氧气反应转化为Ca(VO3)2，Al2O3与CaO反应转化为Ca(AlO2)2；向焙烧后的固体中加入盐酸，将Ca(VO3)2转化为H3VO4，Ca(AlO2)2转化为沉淀，过滤得到含有Al(OH)3的滤渣1和含有H3VO4的滤液；向滤液中加入石灰乳，将H3VO4转化为Ca3(VO4)2沉淀，过滤得到滤液1和Ca3(VO4)2；向中加入碳酸铵溶液，将Ca3(VO4)2转化为(NH3)3VO4，过滤得到含有CaCO3的滤渣2和含有(NH3)3VO4的滤液；向滤液中加入氯化铵固体，将(NH3)3VO4转化为NH4VO3沉淀，过滤得到滤液2和NH4VO3；NH4VO3灼烧脱氨制得V2O5。(1)酸浸前将块状固体粉碎，可以增大反应物的接触面积，加快酸浸速率，使酸浸更加充分；由表格信息可知，溶液pH为4时，钒元素在溶液中以形式存在，则Ca(VO3)2与盐酸反应生成CaCl2、VO2Cl和H2O，反应的离子方程式为＋2H2O。(2)由方程式可知，反应的平衡常数K＝＝＝＝。(3)由题意可知，在硫酸酸化条件下，V2O5与H2C2O4溶液反应生成VO2＋、CO2和H2O，反应的离子方程式为V2O5＋H2C2O4＋4H＋===2VO2＋＋2CO2↑＋3H2O。(4)测定产品中五氧化二钒的纯度时，五氧化二钒和高锰酸钾为反应的氧化剂，硫酸亚铁铵为还原剂，由得失电子数目守恒可得：n(Fe2＋)＝2n(V2O5)+)，由题给数据可得五氧化二钒的物质的量为＝mol，则样品中五氧化二钒的纯度为×100%＝%。
答案：＋2H2O (2) (3)V2O5＋H2C2O4＋4H＋===2VO2＋＋2CO2↑＋3H2O (4)%专题精练（11） 化学工艺流程
1.[2023·全国甲卷]BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状BaTiO3。
回答下列问题：
（1）“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是 。
（2）“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为
_______________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）“酸化”步骤应选用的酸是 （填标号）。
a．稀硫酸b．浓硫酸
c．盐酸d．磷酸
（4）如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？ ，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（5）“沉淀”步骤中生成BaTiO（C2O4）2的化学方程式为
________________________________________________________________________。
（6）“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的nCO2∶nCO＝ 。
2.[2023·辽宁卷]某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液（含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋），实现镍、钴、镁元素的回收。
已知：
物质 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
回答下列问题：
（1）用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为 （答出一条即可）。
（2）“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸（H2SO5），1molH2SO5中过氧键的数目为 。
（3）“氧化”中，用石灰乳调节pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为 （H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱）；滤渣的成分为MnO2、 （填化学式）。
（4）“氧化”中保持空气通入速率不变，Mn（Ⅱ）氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为 时，Mn（Ⅱ）氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，Mn（Ⅱ）氧化速率减小的原因是 。
（5）“沉钴镍”中得到的Co（Ⅱ）在空气中可被氧化成CoO（OH），该反应的化学方程式为 。
（6）“沉镁”中为使Mg2＋沉淀完全（25℃），需控制pH不低于 （精确至0.1）。
3.软锰矿—硫铁矿制取电池级二氧化锰的工艺流程如下图：
回答下列问题：
（1）“浸取”过程主要反应
3MnO2＋2FeS2＋6H2SO4===3MnSO4＋Fe2（SO4）3＋4S＋6H2O，
则氧化剂与还原剂物质的量之比为 。
（2）“氧化ⅰ”过程软锰矿的作用是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）“除铁”后溶液中残留的c（Fe3＋）＝ mol·L－1。（25℃时，Fe（OH）3的Ksp为1.0×10－39）
（4）“沉锰”过程Mn2＋转化为MnCO3的离子方程式为
________________________________________________________________________。
（5）“焙烧”过程MnCO3转化为MnO2的化学方程式为
________________________________________________________________________。
（6）“氧化ⅱ”过程中，将Mn（Ⅱ）转化为Mn（Ⅳ）的最适宜氧化剂是 （填标号）。
a.H2O2 b．Cl2 c．KClO3
（7）将制备获得的电池级二氧化锰用于构建水系锌锰电池，其工作原理为：xZn＋Zn0.5－xMnO2·nH2OZn0.5MnO2·nH2O，放电时正极的电极反应式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
4.[2023·浙江6月]工业上煅烧含硫矿物产生的SO2可以按如下流程脱除或利用。
已知：
请回答：
（1）富氧煅烧燃煤产生的低浓度的SO2可以在炉内添加CaCO3通过途径Ⅰ脱除，写出反应方程式
________________________________________________________________________。
（2）煅烧含硫量高的矿物得到高浓度的SO2，通过途径Ⅱ最终转化为化合物A。
①下列说法正确的是 。
A.燃煤中的有机硫主要呈正价
B.化合物A具有酸性
C.化合物A是一种无机酸酯
D.工业上途径Ⅱ产生的SO3也可用浓H2SO4吸收
②一定压强下，化合物A的沸点低于硫酸的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）设计实验验证化合物A中含有S元素
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
写出实验过程中涉及的反应方程式
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
5.[2023·湖北卷]SiCl4是生产多晶硅的副产物。利用SiCl4对废弃的锂电池正极材料LiCoO2进行氯化处理以回收Li、Co等金属，工艺路线如下：
回答下列问题：
（1）Co位于元素周期表第 周期，第 族。
（2）烧渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物，“500℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去，否则水浸时会产生大量烟雾，用化学方程式表示其原因 。
（3）鉴别洗净的“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是 。
（4）已知Ksp[Co（OH）2]＝5.9×10－15，若“沉钴过滤”的pH控制为10.0，则溶液中Co2＋浓度为 mol·L－1。“850℃煅烧”时的化学方程式为 。
（5）导致SiCl4比CCl4易水解的因素有 （填标号）。
a.Si—Cl键极性更大
b.Si的原子半径更大
c.Si—Cl键键能更大
d.Si有更多的价层轨道
专题精练（11）
1．解析：由流程和题中信息可知，BaSO4与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；烧渣经水浸取后过滤，滤渣中碳粉和CaS，滤液中有BaCl2和BaS；滤液经酸化后浓缩结晶得到BaCl2晶体；BaCl2晶体溶于水后，加入TiCl4和（NH4）2C2O4将钡离子充分沉淀得到BaTiO（C2O4）2；BaTiO（C2O4）2经热分解得到BaTiO3。
（1）“焙烧”步骤中，BaSO4与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、BaS和CaS，BaSO4被还原为BaS，因此，碳粉的主要作用是作还原剂，将BaSO4还原。
（3）“酸化”步骤是为了将BaS转化为易溶的钡盐，为了不引入杂质，应选用的酸是盐酸，选c。
（4）如果焙烧后的产物直接用酸浸取是不可行的，其原因是CaS也会与盐酸反应生成可溶于水的CaCl2和有毒的H2S气体，导致BaCl2溶液中混有杂质，最终所得产品的纯度降低。
（5）“沉淀”步骤中生成BaTiO（C2O4）2的化学方程式为BaCl2＋TiCl4＋H2O＋2（NH4）2C2O4===BaTiO（C2O4）2↓＋4NH4Cl＋2HCl。
（6）“热分解”生成粉状钛酸钡，该反应的化学方程式为，BaTiO（C2O4）2BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，产生的n∶nCO＝1∶1。
答案：（1）作还原剂，将BaSO4还原
（2）S2－＋Ca2＋===CaS↓
（3）c
（4）不可行 CaS也会与盐酸反应生成可溶于水的CaCl2和有毒的H2S气体，导致BaCl2溶液中混有杂质，最终所得产品的纯度降低
（5）BaCl2＋TiCl4＋H2O＋2（NH4）2C2O4===BaTiO（C2O4）2↓＋4NH4Cl＋2HCl
（6）1∶1
2．解析：在“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸（H2SO5），用石灰乳调节pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化为MnO2，发生反应H2O＋Mn2＋＋HSO===MnO2↓＋SO＋3H＋，Fe3＋水解同时生成氢氧化铁，“沉钴镍”过程中，Co2＋变为Co（OH）2，在空气中可被氧化成CoO（OH）。
（1）用硫酸浸取镍钴矿时，为提高浸取速率可适当增大硫酸浓度、升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面积。
（2）（H2SO5）的结构简式为，所以1molH2SO5中过氧键的数目为NA。
（3）用石灰乳调节pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为：H2O＋Mn2＋＋HSO===MnO2＋SO＋3H＋；Ca2＋与SO结合生成CaSO4沉淀；氢氧化铁的Ksp＝10－37.4，当铁离子完全沉淀时，溶液中c（Fe3＋）＝10－5mol·L－1，Ksp＝c3（OH－）×c（Fe3＋）＝c3（OH－）×10－5＝10－37.4，c（OH－）＝10－10.8mol·L－1，根据Kw＝10－14，pH＝3.2，此时溶液的pH＝4，则铁离子完全水解，生成氢氧化铁沉淀，故滤渣还有氢氧化铁和硫酸钙；
（4）根据图示可知SO2的体积分数为9.0%时，Mn（Ⅱ）氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，由于SO2有还原性，能还原H2SO5，其体积分数过大时与H2SO5反应，降低Mn（Ⅱ）氧化速率；
（5）“沉钴镍”中得到的Co（OH）2，在空气中可被氧化成CoO（OH），该反应的化学方程式为：4Co（OH）2＋O2===4CoO（OH）＋2H2O；
（6）氢氧化镁的Ksp＝10－10.8, 当镁离子完全沉淀时，c（Mg2＋）≤10－5mol·L－1，根据Ksp可计算c（OH－）≥10－2.9mol·L－1，根据Kw＝10－14，c（H＋）≤10－11.1mol·L－1，所以溶液的pH≥11.1。
答案：（1）适当增大硫酸浓度或适当升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面积
（2）NA
（3）H2O＋Mn2＋＋HSO===MnO2↓＋SO＋3H＋ Fe（OH）3、CaSO4
（4）9.0% SO2有还原性，也能还原H2SO5
（5）4Co（OH）2＋O2===4CoO（OH）＋2H2O
（6）11.1
3．解析：（1）反应3MnO2＋2FeS2＋6H2SO4===3MnSO4＋Fe2（SO4）3＋4S＋6H2O中Mn元素化合价降低被还原，MnO2作氧化剂，Fe元素和S元素化合价升高被氧化，FeS2作还原剂，则氧化剂与还原剂物质的量之比为3∶2；（2）“浸取”过程中软锰矿和硫铁矿在酸性条件下发生反应除了生成硫酸锰和硫沉淀，可能生成硫酸亚铁，所以“氧化ⅰ”过程软锰矿的作用是将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子，以便后续过程除铁；（3）由流程图可知，“除铁”后溶液pH＝5.5，c（H＋）＝10－5.5mol·L－1，c（OH－）＝＝10－8.5mol·L－1，根据Fe（OH）3的Ksp＝c（Fe3＋）·c3（OH－）＝1.0×10－39，c（Fe3＋）＝mol·L－1＝1×10－13.5mol·L－1；（4）“沉锰”过程中硫酸锰和碳酸氢铵、氨水反应生成碳酸锰、硫酸铵和水，反应的化学方程式为：MnSO4＋NH4HCO3＋NH3·H2O===MnCO3↓＋（NH4）2SO4＋H2O；（5）由流程图可知，“焙烧”过程中MnCO3和空气中的氧气在高温条件下反应生成MnO2和CO2，反应的化学方程式为2MnCO3＋O22MnO2＋2CO2；（6）Mn（Ⅳ）的氧化性比H2O2和Cl2都强（例如，MnO2能将过氧化氢氧化生成氧气，实验室用MnO2和浓盐酸加热反应制取氯气），用H2O2或Cl2不能将Mn（Ⅱ）氧化为Mn（Ⅳ），而KClO3在酸性条件下能将Mn（Ⅱ）氧化为Mn（Ⅳ），故选用最适宜氧化剂是KClO3；（7）放电时正极发生得电子的还原反应，因此电极反应式为Zn0.5－xMnO2·nH2O＋xZn2＋＋2xe－===Zn0.5MnO2·nH2O。
答案：（1）3∶2 （2）将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子 （3）1.0×10－13.5 （4）Mn2＋＋HCO＋NH3·H2O===MnCO3↓＋NH＋H2O （5）2MnCO3＋O22MnO2＋2CO2 （6）c （7）Zn0.5－xMnO2·nH2O＋xZn2＋＋2xe－===Zn0.5MnO2·nH2O
4．解析：含硫矿物燃烧生成二氧化硫，二氧化硫和氧气、碳酸钙生成硫酸钙和二氧化碳，二氧化硫被氧气氧化为三氧化硫，三氧化硫和等物质的量的甲醇发生已知反应生成A：。
（1）氧气具有氧化性，能把四价硫氧化为六价硫，二氧化硫、空气中氧气、碳酸钙高温生成硫酸钙和二氧化碳，反应为2SO2＋O2＋2CaCO32CaSO4＋2CO2；（2）①硫的电负性大于碳、氢等，故燃煤中的有机硫主要呈负价，A错误；根据分析可知，化合物A分子中与硫直接相连的基团中有—OH，故能电离出氢离子，具有酸性，B正确；化合物A含有基团，类似酯基—COO—结构，为硫酸和醇生成的酯，是一种无机酸酯，C正确；工业上途径Ⅱ产生的SO3也可用浓H2SO4吸收用于生产发烟硫酸，D正确；故选BCD；②一定压强下，化合物A分子只有1个—OH能形成氢键，而硫酸分子中有2个—OH形成氢键，故导致A的沸点低于硫酸；（3）由分析可知，A为，A碱性水解可以生成硫酸钠、甲醇，硫酸根离子能和氯化钡生成不溶于酸的硫酸钡沉淀，故实验设计为：取化合物A加入足量氢氧化钠，反应完全后加入盐酸酸化，无明显现象，再加入氯化钡生成白色沉淀，说明A中含有S元素；涉及反应为：＋2NaOH===CH3OH＋Na2SO4＋H2O、Na2SO4＋BaCl2===BaSO4↓＋2NaCl。
答案：（1）2SO2＋O2＋2CaCO32CaSO4＋2CO2
（2）①BCD ②硫酸分子能形成更多的分子间氢键
（3）取化合物A加入足量氢氧化钠，反应完全后加入盐酸酸化，无明显现象，再加入氯化钡生成白色沉淀，说明A中含有S元素
＋2NaOH===CH3OH＋Na2SO4＋H2O、Na2SO4＋BaCl2===BaSO4↓＋2NaCl
5．解析：由流程和题中信息可知，LiCoO2粗品与SiCl4在500℃焙烧时生成氧气和烧渣，烧渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物；烧渣经水浸、过滤后得滤液1和滤饼1，滤饼1的主要成分是SiO2和H2SiO3；滤液1用氢氧化钠溶液沉钴，过滤后得滤饼2（主要成分为Co（OH）2）和滤液2（主要溶质为LiOH）；滤饼2置于空气中在850℃煅烧得到Co3O4；滤液2经碳酸钠溶液沉锂，得到滤液3和滤饼3，滤饼3为Li2CO3。
（1）Co是27号元素，其原子有4个电子层，其价电子排布为3d74s2，元素周期表第8、9、10三个纵行合称第Ⅷ族，因此，其位于元素周期表第四周期、第Ⅷ族。
（2）“500℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去，否则水浸时会产生大量烟雾，由此可知，四氯化硅可与水反应且能生成氯化氢和硅酸，故其原因是：SiCl4遇水剧烈水解，生成硅酸和氯化氢，该反应的化学方程式为SiCl4＋3H2O===H2SiO3＋4HCl。
（3）洗净的“滤饼3”的主要成分为Li2CO3，常用焰色反应鉴别Li2CO3和Na2CO3，Li2CO3的焰色反应为紫红色，而Na2CO3的焰色反应为黄色。故鉴别“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是焰色反应。
（4）已知Ksp[Co（OH）2]＝5.9×10－15，若“沉钴过滤”的pH控制为10.0，则溶液中c（OH－）＝1.0×10－4mol·L－1，Co2＋浓度为＝mol·L－1＝5.9×10－7mol·L－1。“850℃煅烧”时，Co（OH）2与O2反应生成Co3O4和H2O，该反应的化学方程式为6Co（OH）2＋O22Co3O4＋6H2O。
（5）Si—Cl键极性更大，则Si—Cl键更易断裂，因此，SiCl4比CCl4易水解，a有关；
Si的原子半径更大，因此，SiCl4中的共用电子对更加偏向于Cl，从而导致Si—Cl键极性更大，且Si原子更易受到水电离的OH－的进攻，因此，SiCl4比CCl4易水解，b有关；
通常键能越大化学键越稳定且不易断裂，因此，Si—Cl键键能更大不能说明Si—Cl更易断裂，故不能说明SiCl4比CCl4易水解，c无关；
Si有更多的价层轨道，因此更易与水电离的OH－形成化学键，从而导致SiCl4比CCl4易水解，d有关；
综上所述，导致SiCl4比CCl4易水解的因素有abd。
答案：（1）四 Ⅷ
（2）SiCl4＋3H2O===H2SiO3＋4HCl
（3）焰色反应
（4）5.9×10－7
6Co（OH）2＋O22Co3O4＋6H2O
（5）abd模考精练·抓落实
1．LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿(MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制备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。
回答下列问题：
(1)硫酸溶矿主要反应的化学方程式为____________________________。为提高溶矿速率，可采取的措施________(举1例)。
(2)加入少量MnO2的作用是________。不宜使用H2O2替代MnO2，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)溶矿反应完成后，反应器中溶液pH＝4，此时c(Fe3＋)＝________mol·L－1；用石灰乳调节至pH≈7，除去的金属离子是________。
(4)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，生成的沉淀有________。
(5)在电解槽中，发生电解反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
随着电解反应进行，为保持电解液成分稳定，应不断________。电解废液可在反应器中循环利用。
(6)煅烧窑中，生成LiMn2O4反应的化学方程式是__________________________________。
2．以银锰精矿(主要含Ag2S、MnS、FeS2)和氧化锰矿(主要含MnO2)为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如下。
已知：酸性条件下，MnO2的氧化性强于Fe3＋。
(1)“浸锰”过程是在H2SO4溶液中使矿石中的锰元素浸出，同时去除FeS2，有利于后续银的浸出；矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中。
①“浸锰”过程中，发生反应MnS＋2H＋===Mn2＋＋H2S↑，则可推断：Ksp(MnS)______(填“>”或“<”)Ksp(Ag2S)。
②在H2SO4溶液中，银锰精矿中的FeS2和氧化锰矿中的MnO2发生反应，则浸锰液中主要的金属阳离子有__________。
(2)“浸银”时，使用过量FeCl3、HCl和CaCl2的混合液作为浸出剂，将Ag2S中的银以[AgCl2]－形式浸出。
①将“浸银”反应的离子方程式补充完整：
Fe3＋＋Ag2S＋________ ________＋2[AgCl2]－＋S
②结合平衡移动原理，解释浸出剂中Cl－、H＋的作用：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)“沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂。
①该步反应的离子方程式有______________________________________________。
②一定温度下，Ag的沉淀率随反应时间的变化如图所示。解释t分钟后Ag的沉淀率逐渐减小的原因：________________________。
(4)结合“浸锰”过程，从两种矿石中各物质利用的角度，分析联合提取银和锰的优势：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．铈可用作优良的环保材料，现以氟碳铈矿(CeFCO3，含Fe2O3、FeO等杂质)为原料制备铈，其工艺流程如图所示：
已知：
①滤渣Ⅰ主要成分是难溶于水的Ce(BF4)3；Ksp[Fe(OH)3]＝8×10－38；②Ksp[Ce(OH)3]＝1×10－22；③lg2＝0.3。
回答下列问题：
(1)粉碎“焙烧”时，氧化数据如表所示：
空气氧化法 氧化温度/℃ 氧化率/% 氧化时间/h
暴露空气中 450～500 80 14
对流空气氧化炉中 450～500 98 6
在对流空气氧化炉中可大大缩短氧化时间的原因是________________________________________________________________________。
(2)用盐酸和H3BO3提取Ce元素时，体现盐酸的性质有________，“滤渣Ⅰ”用饱和KCl溶液溶解时发生复分解反应，则“滤渣Ⅱ”主要成分为________(化学式)。
(3)“滤液Ⅰ”中c(Ce3＋)＝0.1mol·L－1，用氨水调pH的范围是________，“滤液Ⅱ”中加入NH4HCO3反应的离子方程式为____________________________，若Ce2(CO3)3经充分焙烧质量减少5.8t，则获得CeO2的质量为________t。
(4)用过量铝粉还原CeO2即可得Ce，反应的化学方程式为__________________________，铝粉必须过量的原因是________________________________________________________
________________________________________________________________________。
4．钌(Ru)为稀有元素，广泛应用于电子、航空航天、化工等领域。某含钌的废渣主要成分为Ru、Pb、SiO2、Bi2O3，一种从中回收Ru制RuCl3的工艺流程如下：
(1)“氧化碱浸”时，两种氧化剂在不同温度下对钌浸出率和渣率分别如图1、图2所示，则适宜选择的氧化剂为________；最佳反应温度为________。
(2)滤液1中溶质主要成分为、NaBiO2、NaHPbO2和________；NaHPbO2中Pb的化合价为________；Bi2O3转化为NaBiO2的化学方程式为________________________________________________________________________。
(3)“还原”过程生成Ru(OH)4和乙醛，且pH明显增大，则该过程的离子反应方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)“吸收”过程产生的气体X经Y溶液吸收后，经进一步处理可以循环利用，则X和Y的化学式分别为________、________。
(5)RuCl3在有机合成中有重要应用，其参与某有机物合成的路线如下图3所示(HAc代表乙酸，Ph代表苯基)，则下列说法正确的是________。
A．RuCl3为催化剂
B．H2O2作还原剂
C．HAc为中间产物
D．主要生成物为
模考精练·抓落实
1．解析：根据题给的流程，将菱锰矿置于反应器中，加入硫酸和MnO2，可将固体溶解为离子，将杂质中的Fe、Ni、Al等元素物质也转化为其离子形式，同时，加入的MnO2可以将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋；随后将溶液pH调至约等于7，此时，根据已知条件给出的三种氢氧化物的溶度积可知，可以将溶液中的Al3＋沉淀出来；随后加入BaS，可以将溶液中的Ni2＋沉淀，得到相应的滤渣；后溶液中含有大量的Mn2＋，将此溶液置于电解槽中电解，得到MnO2，将MnO2与碳酸锂共同煅烧得到最终产物LiMn2O4。
(1)菱锰矿中主要含有MnCO3，加入硫酸后可以与其反应，硫酸溶矿主要反应的化学方程式为：MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋H2O＋CO2↑；为提高溶矿速率，可以将菱锰矿粉碎。
(2)根据分析，加入MnO2的作用是将酸溶后溶液中含有的Fe2＋氧化为Fe3＋，但不宜使用H2O2氧化Fe2＋，因为Mn2＋和氧化后生成的Fe3＋可以催化H2O2分解，原料利用率低。
(3)溶矿完成以后，反应器中溶液pH＝4，此时溶液中c(OH－)＝1.0×10－10mol·L－1，此时体系中含有的c(Fe3＋)＝＝2.8×10－9mol·L－1，这时，溶液中的c(Fe3＋)小于1.0×10－5，认为Fe3＋已经沉淀完全；用石灰乳调节至pH≈7，这时溶液中c(OH－)＝1.0×10－7mol·L－1，溶液中c(Al3＋)＝1.3×10－12mol·L－1，c(Ni2＋)＝5.5×10－2mol·L－1，c(Al3＋)小于1.0×10－5，Al3＋沉淀完全，这一阶段除去的金属离子是Al3＋。
(4)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，此时溶液中发生反应的离子方程式为===BaSO4↓＋NiS↓，生成的沉淀有BaSO4、NiS。
(5)在电解槽中，Mn2＋发生反应生成MnO2，反应的离子方程式为Mn2＋＋2H2OH2↑＋MnO2↓＋2H＋；电解时电解液中消耗水、生成H2SO4，为保持电解液成分稳定，应不断补充水。
(6)煅烧窑中MnO2与Li2CO3发生反应生成LiMn2O4，反应的化学方程式为2Li2CO3＋8MnO24LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑。
答案：(1)MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋H2O＋CO2↑
粉碎菱锰矿
(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋ Fe3＋可以催化H2O2分解
(3)2.8×10－9 Al3＋
(4)BaSO4、NiS
(5)Mn2＋＋2H2OH2↑＋MnO2↓＋2H＋ 加水
(6)2Li2CO3＋8MnO24LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑
2．解析：(1)①“浸锰”过程中，矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中，MnS发生反应MnS＋2H＋===Mn2＋＋H2S↑，硫化锰溶于强酸而硫化银不溶于强酸，则可推断：Ksp(MnS)>Ksp(Ag2S)；
②根据信息，在H2SO4溶液中二氧化锰可将Fe2＋氧化为Fe3＋，自身被还原为Mn2＋，则浸锰液中主要的金属阳离子有Fe3＋、Mn2＋。
(2)①Ag2S中S元素化合价升高，Fe元素化合价降低，根据得失电子守恒、元素守恒，该离子方程式为2Fe3＋＋Ag2S＋4Cl－ 2Fe2＋＋2[AgCl2]－＋S；
②Cl－与Ag2S电离出的Ag＋结合生成[AgCl2]－，使平衡正向移动，提高Ag2S的浸出率；H＋可抑制Fe3＋水解，防止生成Fe(OH)3沉淀。
(3)①铁粉可将[AgCl2]－还原为单质银，过量的铁粉还可以与铁离子发生反应，因此离子方程式为2[AgCl2]－＋Fe===Fe2＋＋2Ag＋4Cl－、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋；
②溶液中生成的Fe2＋会被空气中的氧气缓慢氧化为Fe3＋，Fe3＋把部分Ag氧化为Ag＋，因此tmin后银的沉淀率逐渐降低。
(4)联合提取银和锰的优势在于“浸锰”过程可将两种矿石中的锰元素同时提取到浸锰液中，将银元素和锰元素分离开，利用MnO2的氧化性将FeS2中的Fe2＋氧化为Fe3＋，同时生成的Fe3＋还可以用于浸银，节约氧化剂，同时得到MnSO4。
答案：(1)> Fe3＋、Mn2＋
(2)2Fe3＋＋Ag2S＋4Cl－ 2Fe2＋＋2[AgCl2]－＋S Cl－与Ag2S电离出的Ag＋结合生成[AgCl2]－，使平衡正向移动，提高Ag2S的浸出率；H＋可抑制Fe3＋水解，防止生成Fe(OH)3沉淀
(3)2[AgCl2]－＋Fe===Fe2＋＋2Ag＋4Cl－、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ Fe2＋被氧气氧化为Fe3＋，Fe3＋把Ag氧化为Ag＋
(4)可将两种矿石中的锰元素同时提取到浸锰液中，得到MnSO4，同时将银元素和锰元素分离开；生成的Fe3＋还可以用于浸银，节约氧化剂
3．解析：(1)在对流空气氧化炉中可大大缩短氧化时间的原因是增大了气体与固体粉末间的接触面积。氟碳铈矿含CeFCO3、Fe2O3、FeO等，在空气中焙烧，Ce3＋在空气中被氧化为Ce4＋，Fe2＋氧化为Fe3＋，用盐酸和H3BO3浸取，Fe3＋进入溶液，过滤分离，滤渣Ⅰ主要成分是难溶于水的，“滤渣Ⅰ”用饱和KCl溶液溶解时发生复分解反应，生成KBF4和CeCl3溶液，滤渣Ⅱ是KBF4。滤液ⅡCe3＋溶液中，再加入碳酸氢铵使Ce3＋沉淀为Ce2(CO3)3，最后灼烧分解生成CeO2，还原得到Ce。(2)用盐酸和H3BO3提取Ce元素时，CeF4、CeO2、Fe2O3与盐酸和H3BO3反应生成了Ce(BF4)3、FeCl3，Ce元素由＋4变为＋3，硼元素化合价不变，所以只能是盐酸体现酸性、还原性；滤渣Ⅰ主要成分是难溶于水的，“滤渣Ⅰ”用饱和KCl溶液溶解时发生复分解反应，生成KBF4和CeCl3溶液，则“滤渣Ⅱ”主要成分为KBF4(化学式)。(3)“滤液Ⅰ”中c(Ce3＋)＝0.1mol·L－1，Ce3＋开始沉淀时，Ksp[Ce(OH)3]＝1×10－22，c(OH－)＝mol·L－1＝10－7mol·L－1，c(H＋)＝10－7mol·L－1，pH＝7，铁离子沉淀完全时，Ksp[Fe(OH)3]＝8×10－38，c(OH－)＝mol·L－1＝2×10－11mol·L－1，c(H＋)＝mol·L－1＝mol·L－1，pH＝－lg＝3.3，用氨水调pH的范围是3.3≤pH<7，“滤液Ⅱ”中加入NH4HCO3反应，生成碳酸铈、二氧化碳和水，离子方程式为===Ce2(CO3)3＋3CO2↑＋3H2O；若Ce2(CO3)3经充分焙烧质量减少5.8t，由差量法：
2Ce2(CO3)3＋O2===6CO2＋4CeO2 Δm
4×172t232t
m5.8t
m＝t＝17.2t则获得CeO2的质量为17.2t。
(4)用过量铝粉还原CeO2即可得Ce，反应的化学方程式为3CeO2＋4Al2Al2O3＋3Ce，铝粉必须过量的原因是使CeO2全部转化为Ce；铝与氧气反应，放出大量的热，营造高温环境。
答案：(1)增大了气体与固体粉末间的接触面积
(2)酸性、还原性 KBF4
(3)3.3≤pH<7 ===Ce2(CO3)3＋3CO2↑＋3H2O 17.2
(4)3CeO2＋4Al2Al2O3＋3Ce 使CeO2全部转化为Ce；铝与氧气反应，放出大量的热，营造高温环境
4．解析：(1)由图可知，相同温度时，次氯酸钠做氧化剂时的钌浸出率高于氯酸钠、渣率低于氯酸钠，则适宜选择的氧化剂为次氯酸钠；220℃时，钌浸出率最大、渣率最小；(2)由题给流程可知，含钌的废料中加入氢氧化钠溶液和次氯酸钠溶液氧化碱浸时，Ru和Pb被氧化为和NaHPbO2，SiO2和Bi2O3与氢氧化钠溶液反应生成Na2SiO3和NaBiO2，反应的化学方程式为Bi2O3＋2NaOH===2NaBiO2＋H2O；过滤得到含有、NaBiO2、NaHPbO2和Na2SiO3的滤液1；Ru(OH)4在蒸馏条件下被氯酸钾氧化为RuO4，RuO4与盐酸反应生成RuCl3、Cl2和H2O，RuCl3溶液经结晶得到RuCl3；(3)由(2)分析可知，溶液中与乙醇反应生成Ru(OH)4沉淀、乙醛和氢氧根离子，反应的离子方程式为＋CH3CH2OH＋2H2O―→Ru(OH)4↓＋CH3CHO＋2OH—；(4)由(2)分析可知，气体X为氯气，氯气与氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，经进一步处理得到的次氯酸钠溶液可以循环利用，则Y为氢氧化钠溶液；(5)由图可知，Ru(Ac)3为反应的催化剂，醋酸、过氧化氢、CH3CH===CHPh为反应物，和水是生成物，反应中过氧化氢中氧元素化合价降低被还原，为反应的氧化剂，故选D。
答案：(1)NaClO 220℃ (2)Na2SiO3 ＋2价 Bi2O3＋2NaOH===2NaBiO2＋H2O ＋CH3CH2OH＋2H2O―→Ru(OH)4↓＋CH3CHO＋2OH—
(4) Cl2 NaOH (5)D专题十一 化学工艺流程
真题研练·析考情
真题研练
1.[2023·新课标卷]铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示：
已知：最高价铬酸根在酸性介质中以存在，在碱性介质中以存在。
回答下列问题：
(1)煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为________(填化学式)。
(2)水浸渣中主要有SiO2和________。
(3)“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是________。
(4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果，若pH<9时，会导致________________________________________________________________________；
pH>9时，会导致________。
(5)“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V2O5沉淀，V2O5在pH<1时，溶解为或VO3＋；在碱性条件下，溶解为或，上述性质说明V2O5具有________(填标号)。
A．酸性 B．碱性 C．两性
(6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2．[2023·湖南卷]超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一。近年来，我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术，在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果。工业上以粗镓为原料，制备超纯的工艺流程如下：
已知：①金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8℃；
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体；
③相关物质的沸点：
物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
回答下列问题：
(1)晶体Ga(CH3)3的晶体类型是________；
(2)“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40～45℃的原因是________________________________________________________________________，
阴极的电极反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI，写出该反应的化学方程式________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
(4)“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是________；
(5)下列说法错误的是________；
A．流程中Et2O得到了循环利用
B．流程中，“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行
C．“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3)，并蒸出Ga(CH3)3
D．用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是_____________________________________________________
________________________________________________________________________；
(7)比较分子中的C—Ga—C键角大小：Ga(CH3)3________Ga(CH3)3(Et2O)(填“＞”“＜”或“＝”)，其原因是_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．[2022·湖北卷]全球对锂资源的需求不断增长，“盐湖提锂”越来越受到重视。某兴趣小组取盐湖水进行浓缩和初步除杂后，得到浓缩卤水(含有Na＋、Li＋、Cl－和少量Mg2＋、Ca2＋)，并设计了以下流程通过制备碳酸锂来提取锂。
25℃时相关物质的参数如下：LiOH的溶解度：12.4g/100gH2O
化合物 Mg(OH)2 Ca(OH)2 CaCO3 Li2CO3
Ksp 5.6×10－12 5.5×10－6 2.8×10－9 2.5×10－2
回答下列问题：
(1)“沉淀1”为________。
(2)向“滤液1”中加入适量固体Li2CO3的目的是
________________________________________________________________________。
(3)为提高Li2CO3的析出量和纯度，“操作A”依次为________、________、洗涤。
(4)有同学建议用“侯氏制碱法”的原理制备Li2CO3。查阅资料后，发现文献对常温下的Li2CO3有不同的描述：①是白色固体；②尚未从溶液中分离出来。为探究LiHCO3的性质，将饱和LiCl溶液与饱和NaHCO3溶液等体积混合，起初无明显变化，随后溶液变浑浊并伴有气泡冒出，最终生成白色沉淀。上述现象说明，在该实验条件下LiHCO3________(填“稳定”或“不稳定”)，有关反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(5)他们结合(4)的探究结果，拟将原流程中向“滤液2”加入Na2CO3改为通入CO2。这一改动能否达到相同的效果，作出你的判断并给出理由________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
4．[2022·广东卷]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)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 SMg2＋ 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2.7g·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________(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1molPt3Y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________________________________________________________________________。
考情分析
题型 考点 预测
以工艺流程图为载体的无机综合题 原料的预处理及实验条件的选择 化学工艺流程题一般是陌生复杂的情境，多以工业流程图的形式呈现，主要考查元素及其化合物性质、化学反应原理及基本实验操作，常会涉及定量计算。需要关注以下几个方面：(1)常见工业生产都会涉及除杂和分离等环节，特别常用的是通过调节溶液的pH达到除杂或分离的目的，注意元素化合物的转化和实验基本操作的结合，常涉及除杂及离子的检验等。(2)对于产品的提取问题(由溶液到固体主要经历蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥、保存等)这也是流程图题中的新变化。
物质成分的判断及循环利用
化学(离子)方程式的书写
分离、提纯的实验操作、成分检验
选用试剂、操作的目的或原因
电化学的简单考查
实验方案的设计及评价
转化率的分析判断
Ksp的计算及应用
物质含量的测定
真题研练·析考情
1．解析：由题给流程可知，铬钒渣在氢氧化钠和空气中煅烧，将钒、铬、铁、铝、硅、磷等元素转化为相应的最高价含氧酸盐。煅烧渣加入水浸取、过滤得到含有二氧化硅、氧化铁的滤渣和滤液；向滤液中加入稀硫酸调节溶液pH将转化为Al(OH)3沉淀，过滤得到Al(OH)3滤渣和滤液；向滤液中加入硫酸镁溶液、硫酸铵溶液将硅元素、磷元素转化为MgSiO3和MgNH4PO4沉淀，过滤得到含有MgSiO3、MgNH4PO4的滤渣和滤液；向滤液中加入稀硫酸调节溶液pH将钒元素转化为五氧化二钒，过滤得到五氧化二钒和滤液；向滤液中加入焦亚硫酸钠溶液将铬元素转化为三价铬离子，调节溶液pH将铬元素转化为氢氧化铬沉淀，过滤得到氢氧化铬。
(4)由分析可知，加入硫酸镁溶液、硫酸铵溶液的目的是将硅元素、磷元素转化为MgSiO3和MgNH4PO4沉淀，若溶液pH<9时，会导致磷元素不能形成MgNH4PO4沉淀，若溶液pH>9时，会导致镁离子生成氢氧化镁沉淀，不能形成MgSiO3沉淀，导致产品中混有杂质；(5)由题给信息可知，五氧化二钒是能与酸溶液反应生成盐和水，也能与碱溶液反应生成盐和水的两性氧化物，故选C；(6)由题意可知，还原步骤中加入焦亚硫酸钠溶液的目的是将铬元素转化为铬离子，反应的离子方程式为 +10H＋===4Cr3＋＋6S＋5H2O。
答案：(1)Na2CrO4
(2)Fe2O3
(3)Al(OH)3
(4)不利于形成MgNH4PO4沉淀 不能形成MgSiO3沉淀
(5)C
(6) +10H＋===4Cr3＋＋6S＋5H2O
2．解析：(1)晶体Ga(CH3)3的沸点较低，为分子晶体。(2)镓的熔点为29.8℃，电解精炼温度需高于镓的熔点，因此电解池温度控制在40～45℃。Ga和Al的性质相似，电解精炼过程中粗镓在阳极失电子产生的Ga3＋在NaOH溶液中形成迁移到阴极，得电子被还原为Ga，故阴极反应为＋2H2O＋3e－===Ga＋4OH－。(3)根据原子守恒，结合流程图中物质转化配平，得反应的化学方程式为Ga2Mg5＋8CH3I＋2Et2O===2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI。(4)由(3)可知，残渣中含CH3MgI，结合元素守恒可知，其和水反应生成的可燃性气体为CH4。(5)由已知②、③，结合流程图可知，溶剂蒸发、配体交换时Et2O得以循环利用，A项正确；高纯Ga能与H2O、O2反应，CH3I、能与水反应，有机物能与O2反应，故B项正确；配体交换时NR3和Ga(CH3)3(Et2O)反应得到(NR3)和Et2O，则工序X为解配Ga(CH3)3(NR3)，并利用和NR3的沸点相差较大蒸出，C项正确；和CH3I中均只有1种氢原子，核磁共振氢谱均只有一组吸收峰，但吸收强度不同，可以鉴别，D项错误。(7)Ga(CH3)3中Ga为sp2杂化(Et2O)中Ga为sp3杂化，因此C—Ga—C键角大小：Ga(CH3)3>Ga(CH3)3(Et2O)。
答案：(1)分子晶体
(2)电解精炼温度需在镓的熔点以上
＋2H2O＋3e－===Ga＋4OH－
(3)Ga2Mg5＋8CH3I＋2Et2O===2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI
(4)CH4
(5)D
(6)Ga(CH3)3和Et2O的沸点接近，而和NR3的沸点相差较大，解配后可以分离出Ga(CH3)3
(7)> Ga(CH3)3中Ga为sp2杂化，Ga(CH3)3(Et2O)中Ga为sp3杂化
3．解析：(1)浓缩卤水中含有Mg2＋，当加入石灰乳后，转化为Mg(OH)2沉淀，所以沉淀1为Mg(OH)2；(2)滤液1中含有Na＋、Li＋、Cl－和Ca2＋，结合已知条件：LiOH的溶解度和化合物的溶度积常数，可推测，加入Li2CO3的目的是将Ca2＋转化成CaCO3沉淀除去，同时不引入新杂质；(3)由Li2CO3的溶解度曲线可知，温度升高，Li2CO3的溶解度降低，即在温度高时，溶解度小，有利于析出，所以为提高Li2CO3的析出量和纯度，需要在较高温度下析出并过滤得到沉淀，即依次蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤；(4)饱和LiCl和饱和NaHCO3等体积混合后，产生了LiHCO3和NaCl，随后LiHCO3不稳定，分解产生了CO2和Li2CO3，涉及方程式有：===LiHCO3，2LiHCO3===Li2CO3↓＋CO2↑＋H2O；(5)“滤液2”中含有LiOH，加入Na2CO3，目的是将LiOH转化为Li2CO3。若改为通入过量的CO2，则LiOH转化为LiHCO3，结合(4)的探究结果，LiHCO3也会很快分解产生Li2CO3，所以这一改动能达到相同的效果。
答案：(1)Mg(OH)2 (2)将Ca2＋转化成CaCO3沉淀除去，同时不引入新杂质
(3) 蒸发浓缩 趁热过滤
(4)不稳定 ===LiHCO3，2LiHCO3===Li2CO3↓＋CO2↑＋H2O
(5)能达到相同效果，因为改为通入过量的CO2，则LiOH转化为LiHCO3，结合(4)的探究结果，LiHCO3也会很快分解产生Li2CO3，所以这一改动能达到相同的效果
4．解析：(1)由题意知，“氧化调pH”中只有铁是变价金属，铝和稀土金属元素均为＋3价，Fe2＋被氧化为Fe3＋。(2)“过滤1”所得“滤渣”为Fe(OH)3和Al(OH)3，应调节的pH范围为4.7≤pH<6.2，pH小于6.2是防止RE3＋开始沉淀。该过程中Al3＋与OH－反应生成Al(OH)3沉淀。(3)“滤液2”中Mg2＋浓度为2.7g·L－1，其物质的量浓度为0.1125mol·L－1，Ksp[(C11H23COO)2Mg]＝c2(C11H23COO－)·c(Mg2＋)，c2(C11H23COO－)＝(1.8×10－8/0.1125) mol2·L－2＝16×10－8mol2·L－2，c(C11H23COO－)＝mol·L－1＝4.0×10－4mol·L－1，若c(C11H23COO－)大于4.0×10－4mol·L－1，则形成的“滤饼”中会混入(C11H23COO)2Mg。(4)①“滤饼”的主要成分为(C11H23COO)3RE，为难溶物，搅拌可以增加其与盐酸的接触面积，加热也可以加快固体的溶解，进而加快反应速率。②加热搅拌的温度为55℃，而月桂酸的熔点为44℃，所以“操作X”(过滤)前，先要冷却结晶，使月桂酸变成固体。(5)“滤液2”中含有MgSO4，可以用作“浸取”时加入的“酸化MgSO4溶液”。(6)①YCl3中Y为＋3价，PtCl4中Pt为＋4价，Pt3Y为合金，Pt和Y均可以看成0价，若生成1molPt3Y，转移电子的物质的量为(4×3＋3×1) mol＝15mol。②在氢氧燃料电池的碱性介质中，O2得电子与水反应生成OH－。
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－
