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第42讲 化学工艺流程题
【备考目标】 1.了解化学工艺流程的常考题型。2.掌握化学工艺流程题目的一般流程。
化学工艺流程是将化工生产过程中主要生产阶段以流程框图形式呈现出来，该类试题通常以化工生产流程图的形式，以陌生元素或陌生化合物知识为载体，综合考查元素化合物知识、氧化还原反应(或复分解反应、电离、水解)方程式的书写、通过化工原理的分析判断流程中残渣或废液的成分、反应条件的控制与选择、物质分离提纯的方法、产率的计算、Ksp的应用、绿色化学思想的体现等。题目综合性强，难度大，将化学与社会、生产、生活联系起来，旨在考查考生阅读提取信息、迁移应用知识的能力，及科学态度与社会责任的核心素养。
考点1 常见的化工流程题
1．物质制备类化工流程题
(1)核心反应——陌生方程式的书写
关注箭头的指向：箭头指入→反应物，箭头指出→生成物。
①氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，进行产物判断及配平。
②非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。
(2)原料的预处理
①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。
水浸 与水接触反应或溶解
酸浸 在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程
浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
②灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。
(3)常用的控制反应条件的方法
①调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。
例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
②控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。
③趁热过滤。防止某物质降温时会析出。
④冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
2．以分离提纯为目的的化学工艺流程
(1)物质分离提纯的原则
①不增：不引入新的杂质。
②不减：不减少被提纯的物质。
③易分离：被提纯物与杂质易于分离。
④易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。
(2)常用的提纯方法
水溶法 除去可溶性杂质
酸溶法 除去碱性杂质
碱溶法 除去酸性杂质
氧化剂或还原剂法 除去还原性或氧化性杂质
加热灼烧法 除去受热易分解或易挥发的杂质
调节溶液的pH法 如除去溶液中的Fe3＋等
(3)常用的分离方法
过滤 分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法
萃取和分液 利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴
蒸发结晶 提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl
冷却结晶 提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等
蒸馏或分馏 分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油
冷却法 利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气
考点2 无机化工流程综合题的解题思路与方法
1．主线法分析
(1)流程图一般分三大部分：原料预处理、转化与分离阶段、获取最终产物阶段。
(2)流程中要分析“进” 、“出” 物质和仍然留在溶液中的离子等(否则可能漏掉副产品或干扰离子)。
(3)一般默认进入的物质过量，确保每一步目标元素利用率或转化率最高，产品产率最高，损失最小。当然在某些特殊情况下要控制用量。
2．四线法分析
试剂：为达到最终目的加入的物质，起到氧化还原、非氧化还原的作用；
除杂：复分解沉淀、置换沉淀、氧化还原沉淀；加热产生气体等；
操作：蒸发、结晶、过滤(趁热过滤)、洗涤、干燥等；
转化：元素守恒—焙烧、溶浸、沉淀、煅烧、电解、结晶等。
题组练习
例1.(2023·辽宁名校联盟联合考试)以锌焙砂(主要成分为ZnO，含少量Cu2＋、Mn2＋等离子)为原料，制备2Zn(OH)2·ZnCO3的工艺流程如下：
以下说法错误的是( )
A．“浸取”过程为加快反应速率应适当加热，但温度不宜过高
B．“除杂”步骤也可选择Na2S或K2S为沉淀剂，沉淀杂质离子
C．“沉锌”过程发生反应后释放的气体A为CO2
D．“过滤3”所得滤液可循环使用，其主要成分的化学式是(NH4)2SO4
【流程分析】
解析：选B。 “浸取”过程温度不宜过高，过氧化氢溶液不稳定易分解，温度过高会使过氧化氢大量分解，A项正确；用Na2S或K2S会给溶液带来杂质元素(钠元素或钾元素)，难以除去，故不能用Na2S或K2S，B项错误； “沉锌”过程中发生的反应是3ZnSO4＋6NH4HCO3===2Zn(OH)2·ZnCO3↓＋3(NH4)2SO4＋5CO2↑＋H2O，则气体A为CO2，C项正确；滤液中包含“沉锌”步骤生成的(NH4)2SO4，可以循环到“浸取”步骤使用，D项正确。
例2.(2023·湖南株洲联考)草酸钴用途广泛，可用于指示剂和催化剂的制备。一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]制取CoC2O4的工艺流程如图：
已知：①浸出液含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表：
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2
完全沉淀的pH 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8
(1)浸出过程中加入Na2SO3的目的是___________________________________________。
(2)将氯气通入热的氢氧化钠溶液可以来制取NaClO3，请写出该反应的离子方程式____________________________________；实验需要制取10.65 g NaClO3，需要的氯气由电解食盐水生成，若不考虑反应过程中的损失，则同时生成的氢气的体积为________(标准状况下)。
(3)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图所示。滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是________________________________________；使用萃取剂最适宜的pH是________(填字母)。
A．接近2.0 B．接近3.0 C．接近5.0
(4)“除钙、镁”是将溶液中Ca2＋与Mg2＋转化为MgF2、CaF2沉淀。已知某温度下，Ksp(MgF2)＝7.35×10－11，Ksp(CaF2)＝1.05×10－10。当加入过量NaF后，所得滤液中＝________。
【流程分析】
解析：(1)向水钴矿[主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]中加入盐酸和亚硫酸钠，浸出液含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋等，根据元素化合价的变化可知，浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Co3＋、Fe3＋还原。(2)氯气与热的氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、氯酸钠和水，反应的离子方程式为：3Cl2＋6OH－ClO＋5Cl－＋3H2O，10.65 g NaClO3的物质的量为＝0.1 mol，需要氯气0.3 mol，电解饱和食盐水的方程式为：2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH，生成0.3 mol Cl2的同时，生成0.3 mol H2，标准状况下的体积为0.3 mol×22.4 L/mol＝6.72 L。(3)根据流程图可知，此时溶液中存在Mn2＋、Co2＋，加入萃取剂的目的是除去Mn2＋，由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知，调节溶液pH在3.0～3.5之间，可使Mn2＋完全沉淀，并防止Co2＋转化为Co(OH)2沉淀，则滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是除去溶液中的Mn2＋，使用萃取剂适宜的pH是B。(4)＝＝＝＝0.7。
答案：(1)将Co3＋、Fe3＋还原 (2)3Cl2＋6OH－ClO＋5Cl－＋3H2O 6.72 L(3)除去Mn2＋ B (4)0.7
高考真题
1．(2024·辽吉黑卷，13，3分)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn，流程如下“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是( )
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子 Zn2+ Cu2+ Cl-
浓度(g·Lˉ1) 145 0.03 1
A．“浸铜”时应加入足量H2O2，确保铜屑溶解完全
B．“浸铜”反应：2Cu+4H++H2O2=2Cu2++ H2↑+2H2O
C．“脱氯”反应：Cu+Cu2++2Cl-=2CuCl↓
D．脱氯液净化后电解，可在阳极得到Zn
答案：C
解析：铜屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2+，反应的离子方程式为：Cu+2H++H2O2=Cu2++2H2O，再加入锌浸出液进行“脱氯”，“脱氯”步骤中仅Cu元素的化合价发生改变，得到CuCl固体，可知“脱氯”步骤发生反应的化学方程式为：Cu+Cu2++2Cl-=2CuCl↓，过滤得到脱氯液，脱氯液净化后电解，Zn2+可在阴极得到电子生成Zn。A项，“浸铜”时，铜屑不能溶解完全，Cu在“脱氯”步骤还需要充当还原剂，A错误；B项，“浸铜”时，铜屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2+，反应的离子方程式为：Cu+2H++H2O2=Cu2++2H2O，B错误；C项，“脱氯”步骤中仅Cu元素的化合价发生改变，得到CuCl固体，即Cu的化合价升高，Cu2+的化合价降低，发生归中反应，化学方程式为：Cu+Cu2++2Cl-=2CuCl↓，C正确；D项，脱氯液净化后电解，Zn2+应在阴极得到电子变为Zn，D错误；故选C。
2．(2024·北京卷，7，3分)硫酸是重要化工原料，工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A．I的化学方程式：3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2
B．Ⅱ中的反应条件都是为了提高SO2平衡转化率
C．将黄铁和换成硫黄可以减少废渣的产生
D．生产过程中产生的尾气可用碱液吸收
答案：B
解析：黄铁矿和空气中的O2在加热条件下发生反应，生成SO2和Fe3O4，SO2和空气中的O2在400~500℃、常压、催化剂的作用下发生反应得到SO3，用98.3%的浓硫酸吸收SO3，得到H2SO4。A项，反应I是黄铁矿和空气中的O2在加热条件下发生反应，生成SO2和Fe3O4，化学方程式：3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2，故A正确；B项，反应Ⅱ条件要兼顾平衡转化率和反应速率，还要考虑生产成本，如Ⅱ中“常压、催化剂”不是为了提高SO2平衡转化率，故B错误；C项，将黄铁矿换成硫黄，则不再产生Fe3O4，即可以减少废渣产生，故C正确；D项，硫酸工业产生的尾气为SO2、SO3，可以用碱液吸收，故D正确；故选B。
3．(2024·湖南卷，11，3分)中和法生产Na2HPO4·12H2O的工艺流程如下：
已知：①H3PO4的电离常数：Ka1=6.9×10-3，Ka2=6.2×10-8，Ka3=4.8×10-13
②Na2HPO4·12H2O易风化。
下列说法错误的是( )
A．“中和”工序若在铁质容器中进行，应先加入Na2CO3溶液
B．“调pH”工序中X为NaOH或H3PO4
C．“结晶”工序中溶液显酸性
D．“干燥”工序需在低温下进行
答案：C
解析：H3PO4和Na2CO3先发生反应，通过加入X调节pH，使产物完全转化为Na2HPO4，通过结晶、过滤、干燥，最终得到Na2HPO4·12H2O成品。A项，铁是较活泼金属，可与H3PO4反应生成氢气，故“中和”工序若在铁质容器中进行，应先加入Na2CO3溶液，A项正确；B项，若“中和”工序加入Na2CO3过量，则需要加入酸性物质来调节pH，为了不引入新杂质，可加入H3PO4；若“中和”工序加入H3PO4过量，则需要加入碱性物质来调节pH，为了不引入新杂质，可加入NaOH，所以“调pH”工序中X为NaOH或H3PO4，B项正确；C项，“结晶”工序中的溶液为饱和Na2HPO4溶液，由已知可知H3PO4的Ka2=6.2×10-8，Ka3=4.8×10-13，则HPO42-的水解常数，由于，则Na2HPO4的水解程度大于电离程度，溶液显碱性，C项错误；D项，由于Na2HPO4·12H2O易风化失去结晶水，故“干燥”工序需要在低温下进行，D项正确；故选C。
4．(2024·湖南卷，16，3分)铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一种含贵金属的可再生资源，回收贵金属的化工流程如下：
已知：①当某离子的浓度低于1.0×10 5 mol·L－1时，可忽略该离子的存在；
②AgCl(s)＋Cl-(aq)[AgCl2]- (aq) K=2.0×10 5 ；
③Na2SO3易从溶液中结晶析出；
④不同温度下Na2SO3的溶解度如下：
温度℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
回答下列问题：
(1)Cu属于 区元素，其基态原子的价电子排布式为 ；
(2)“滤液1”中含有Cu2+和H2SeO3，“氧化酸浸”时Cu2Se反应的离子方程式为 ；
(3)“氧化酸浸”和“除金”工序抣需加入一定量的NaCl：
①在“氧化酸浸”工序中，加入适量NaCl的原因是 。
②在“除金”工序溶液中，浓度不能超过 。
(4)在“银转化”体系中，c[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-浓度之和为0.075mol·L－1，两种离子分布分数随SO32-浓度的变化关系如图所示，若SO32-浓度为1.0mol·L－1，则[Ag(SO3)3]5-的浓度为 mol·L－1。
(5)滤液4中溶质主要成分为 (填化学式)；在连续生产的模式下，“银转化”和“银还原”工序需在℃左右进行，若反应温度过高，将难以实现连续生产，原因是 。
答案：(1) ds 3d104s1
(2) Cu2Se+4H2O2+4H+=2Cu2++H2SeO3+5H2O
(3) 使银元素转化为AgCl沉淀 0.5
(4)0.05
(5) Na2SO3 高于40℃后，Na2SO3的溶解度下降，“银转化”和“银还原”的效率降低，难以实现连续生产
解析：铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)加入H2O2、H2SO4、NaCl氧化酸浸，由题中信息可知，滤液1中含有Cu2+和H2SeO3，滤渣1中含有Au、AgCl、PbSO4；滤渣1中加入NaClO、H2SO4、NaCl，将Au转化为Na[AuCl4]除去，滤液2中含有Na[AuCl4]，滤渣2中含有AgCl、PbSO4；在滤渣2中加入Na2SO3，将AgCl转化为Ag2SO3，过滤除去PbSO4，滤液3含有Ag2SO3；滤液2中加入Na2S2O4，将Ag元素还原为Ag单质，Na2S2O4转化为Na2SO3，滤液4中溶质主要为Na2SO3，可继续进行银转化过程。解析：(1)Cu的原子序数为29，位于第四周期第ⅠB族，位于ds区，其基态原子的价电子排布式为3d104s1；(2)滤液1中含有Cu2+和H2SeO3，氧化酸浸时Cu2Se与H2O2、H2SO4发生氧化还原反应，生成CuSO4、H2SeO3和H2O，反应的离子方程式为：Cu2Se+4H2O2+4H+=2Cu2++H2SeO3+5H2O；(3)①在“氧化酸浸”工序中，加入适量NaCl的原因是使银元素转化为AgCl沉淀；②由题目可知AgCl(s)＋Cl-(aq)[AgCl2]- (aq)，在“除金”工序溶液中，若Cl-加入过多，AgCl则会转化为[AgCl2]-，当某离子的浓度低于1.0×10 5 mol·L－1时，可忽略该离子的存在，为了不让AgCl发生转化，则另，由，可得c(Cl-)=0.5mol·L－1，即Cl-浓度不能超过0.5mol·L－1；(4)在“银转化”体系中，[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-浓度之和为0.075mol·L－1，溶液中存在平衡关系：[Ag(SO3)2]3-＋SO32-(aq)[Ag(SO3)3]5-，当c(SO32-)=0.5mol·L－1时，此时c[Ag(SO3)2]3-=[Ag(SO3)3]5-=0.0375mol·L－1，则该平衡关系的平衡常数，当c(SO32-)=1.0mol·L－1时，，解得此时c[Ag(SO3)3]5-=0.05mol·L－1；(5)由分析可知滤液4中溶质主要成分为Na2SO3；由不同温度下Na2SO3的溶解度可知，高于40℃后，Na2SO3的溶解度下降，“银转化”和“银还原”的效率降低，难以实现连续生产。
5．(2024·甘肃卷，15)我国科研人员以高炉渣(主要成分为CaO，MgO，Al2O3和SiO2等)为原料，对炼钢烟气(CO2和水蒸气)进行回收利用，有效减少了环境污染，主要流程如图所示：
已知：Ksp(CaSO4)= 4.9×10－5，Ksp(CaCO3)= 3.4×10－9
(1)高炉渣与(NH4)2SO4经焙烧产生的“气体”是 。
(2)“滤渣”的主要成分是CaSO4和 。
(3)“水浸2”时主要反应的化学方程式为 ，该反应能进行的原因是 。
(4)铝产品NH4Al(SO4)2·12H2O可用于 。
(5)某含钙化合物的晶胞结构如图甲所示，沿x轴方向的投影为图乙，晶胞底面显示为图丙，晶胞参数。图丙中与N的距离为 ；化合物的化学式是 ，其摩尔质量为Mg·molˉ1，阿伏加德罗常数的值是NA，则晶体的密度为 g· cm-3 (列出计算表达式)。
答案：(1)NH3 (2)SiO2
(3)CaSO4+(NH4)2CO3= CaCO3+(NH4)2SO4 Ksp(CaSO4)＞Ksp(CaCO3)，微溶的硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙(4)净水(5) Ca3N3B
解析：高炉渣(主要成分为CaO，MgO，Al2O3和SiO2等)加入(NH4)2SO4在400℃下焙烧，生成硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝，同时产生气体，该气体与烟气(CO2和水蒸气)反应，生成(NH4)2CO3，所以该气体为NH3；焙烧产物经过水浸1，然后过滤，滤渣为CaSO4以及未反应的SiO2，滤液溶质主要为硫酸镁、硫酸铝及硫酸铵；滤液浓缩结晶，析出NH4Al(SO4)2·12H2O，剩余富镁溶液；滤渣加入(NH4)2CO3溶液，滤渣中的CaSO4会转化为更难溶的碳酸钙。(1)高炉渣与(NH4)2SO4经焙烧产生的“气体”是NH3；(2)由分析可知，“滤渣”的主要成分是CaSO4和未反应的SiO2；(3)“水浸2”时主要反应为硫酸钙与碳酸铵生成更难溶的碳酸钙，反应方程式为CaSO4+(NH4)2CO3= CaCO3+(NH4)2SO4，该反应之所以能发生，是由于Ksp(CaSO4)= 4.9×10－5，Ksp(CaCO3)= 3.4×10－9，Ksp(CaSO4)＞Ksp(CaCO3)，微溶的硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙；(4)铝产品NH4Al(SO4)2·12H2O溶于水后，会产生Al3+，Al3+水解生成Al(OH)3胶体，可用于净水；(5)图丙中，Ca位于正方形顶点，N位于正方形中心，故Ca与N的距离为pm；由均摊法可知，晶胞中Ca的个数为，N的个数为，B的个数为，则化合物的化学式是Ca3N3B；其摩尔质量为Mg·molˉ1，阿伏加德罗常数的值是NA，晶胞体积为则晶体的密度为。
6．(2024·山东卷，18，12分)以铅精矿(含PbS，Ag2S等)为主要原料提取金属Pb和Ag的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“热浸”时，难溶的PbS和Ag2S转化为[PbCl4]2-和[AgCl2]-及单质硫。溶解等物质的量的PbS和Ag2S时，消耗Fe3+物质的量之比为_______；溶液中盐酸浓度不宜过大，除防止“热浸”时挥发外，另一目的是防止产生______ _(填化学式)。
(2)将“过滤Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反复用饱和食盐水热溶，电解所得溶液可制备金属Pb “电解I”阳极产物用尾液吸收后在工艺中循环使用，利用该吸收液的操作单元为__ _____。
(3)“还原”中加入铅精矿目的是____ ___。
(4)“置换”中可选用的试剂X为_______(填标号)。
A．Al B．Zn C．Pb D．Ag
“置换”反应的离子方程式为_______。
(5)“电解II”中将富银铅泥制成电极板，用作_______(填“阴极”或“阳极”)。
答案：(1)①1：1 ②H2S
(2)热浸 (3)将过量的Fe3+还原为Fe2+
(4)①C ②Pb+2[AgCl2]- =2Ag+[PbCl4]2-
(5)阳极解析：本题以铅精矿(含PbS，Ag2S等)为主要原料提取金属Pb和Ag， “热浸”时，难溶的PbS和Ag2S转化为[PbCl4]2-和[AgCl2]-及单质硫，Fe3+被还原为Fe2+，过滤I除掉单质硫滤渣，滤液中[PbCl4]2-在稀释降温的过程中转化为PbCl2沉淀，然后用饱和食盐水热溶，增大氯离子浓度，使PbCl2又转化为[PbCl4]2-，电解得到Pb；过滤II后的滤液成分主要为[AgCl2]-、FeCl2、FeCl3，故加入铅精矿主要将FeCl3还原为FeCl2，试剂X将[AgCl2]-置换为Ag，得到富银铅泥，试剂X为铅，尾液为FeCl2。(1)“热浸”时，Fe3+将PbS和Ag2S中-2价的硫氧化为单质硫，Fe3+被还原为Fe2+，在这个过程中Pb和Ag的化合价保持不变，所以等物质的量的PbS和Ag2S时，S2-物质的量相等，所以消耗Fe3+的物质的量相等，比值为1：1；溶液中盐酸浓度过大，这里主要考虑氢离子浓度会过大，会生成H2S 气体。(2)“过滤Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反复用饱和食盐水热溶，会溶解为[PbCl4]2-，电解[PbCl4]2-溶液制备金属Pb，Pb在阴极产生，阳极Cl-放电产生Cl2， 尾液成分为FeCl2，FeCl2吸收Cl2后转化为FeCl3，可以在热浸中循环使用。(3)过滤Ⅱ所得的滤液中有过量的未反应的Fe3+，根据还原之后可以得到含硫滤渣，“还原”中加入铅精矿的目的是是将将过量的Fe3+还原为Fe2+。(4)“置换”中加入试剂X可以可以得到富银铅泥，为了防止引入其他杂质，则试剂X应为Pb，发生的反应为：Pb+2[AgCl2]- =2Ag+[PbCl4]2-。(5)“电解II”中将富银铅泥制成电极板，电解Ⅱ得到金属银和金属铅，将银和铅分离出来，所以不可能作为阴极，应作为阳极板，阳极放电视，银变成阳极泥而沉降下来，铅失电子为Pb2+，阴极得电子得到Pb，所以电极板应作阳极。
7．(2024·河北卷，16，14分) V2O5是制造钒铁合金、金属钒的原料，也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取V2O5的工艺，具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如下。
已知：i石煤是一种含V2O3的矿物，杂质为大量Al2O3和少量CaO等；苛化泥的主要成分为CaCO3、NaOH、Na2CO3等。
ⅱ高温下，苛化泥的主要成分可与Al2O3反应生成偏铝酸盐；室温下，偏钒酸钙[Ca(VO3)2]和偏铝酸钙均难溶于水。回答下列问题：
(1)钒原子的价层电子排布式为___ ____；焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为_______，产生的气体①为_____ __(填化学式)。
(2)水浸工序得到滤渣①和滤液，滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙，滤液中杂质的主要成分为______(填化学式)。
(3)在弱碱性环境下，偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙发生反应的离子方程式为____ ___；CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率的原因为____ ___；浸取后低浓度的滤液①进入_____ __(填工序名称)，可实现钒元素的充分利用。
(4)洗脱工序中洗脱液的主要成分为_____ __(填化学式)。
(5)下列不利于沉钒过程的两种操作为___ ____(填序号)。
a．延长沉钒时间 b．将溶液调至碱性 c．搅拌 d．降低NH4Cl溶液的浓度
答案：(1)①3d34s2 ②+5 ③CO2 (2) NaAlO2
(3)①Ca(VO3)2+HCO3-+OH-CaCO3+2VO3-+H2O
②提高溶液中HCO3-浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放VO3- ③离子交换
(4) NaCl (5)bd
解析：石煤和苛化泥通入空气进行焙烧，反应生成NaVO3、Ca(VO3)2、NaAlO2、Ca(AlO2)2、CaO和CO2等，水浸可分离焙烧后的可溶性物质(如NaVO3)和不溶性物质[Ca(VO3)2、Ca(AlO2)2等]，过滤后滤液进行离子交换、洗脱，用于富集和提纯VO3-，加入氯化铵溶液沉钒，生成NH4VO3，经一系列处理后得到V2O3；滤渣①在，66~70℃的条件下加入3%NH4HCO3溶液进行盐浸，滤渣①中含有钒元素，通过盐浸，使滤渣①中的钒元素进入滤液①中，再将滤液①回流到离子交换工序，进行VO3-的富集。(1)钒是23号元素，其价层电子排布式为3d34s2 ；焙烧过程中，氧气被还原，V2O3被氧化生成VO3-，偏钒酸盐中钒的化合价为+5价；CaCO3在以上开始分解，生成的气体①为CO2。(2)由已知信息可知，高温下，苛化泥的主要成分与Al2O3 反应生成偏铝酸钠和偏铝酸钙，偏铝酸钠溶于水，偏铝酸钙难溶于水，所以滤液中杂质的主要成分是NaAlO2。(3)在弱碱性环境下，Ca(VO3)2与HCO3-和OH-反应生成CaCO3、VO3-和H2O，离子方程式为：Ca(VO3)2+HCO3-+OH-CaCO3+2VO3-+H2O； CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率，因为C可提高溶液中HCO3-浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放VO3-；滤液①中含有VO3-、NH4+等，且浓度较低，若要利用其中的钒元素，需要通过离子交换进行分离、富集，故滤液①应进入离子交换工序。(4)由离子交换工序中树脂的组成可知，洗脱液中应含有Cl-，考虑到水浸所得溶液中含有Na+，为避免引人其他杂质离子，且NaCl廉价易得，故洗脱液的主要成分应为NaCl。(5)a项，延长沉钒时间，能使反应更加完全，有利于沉钒，a不符合题意；b项，NH4Cl呈弱酸性，如果将溶液调至碱性，OH-与NH4+反应，不利于生成NH4VO3，b符合题意；c项，搅拌能使反应物更好的接触，提高反应速率，使反应更加充分，有利于沉钒，c不符合题意；d项，降低NH4Cl溶液的浓度，不利于生成NH4VO3，d符合题意；故选bd。
8．(2024·湖北卷，16，13分)铍用于宇航器件的构筑。一种从其铝硅酸盐[Be3A l 2(SiO3)6]中提取铍的路径为：
已知：Be2++4HABeA2(HA)2+2H+
回答下列问题：
(1)基态Be2+的轨道表示式为 。
(2)为了从“热熔、冷却”步骤得到玻璃态，冷却过程的特点是 。
(3)“萃取分液”的目的是分离Be2+和Al 3+，向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液，观察到的现象是 。
(4)写出反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化学方程式 。“滤液2”可以进入 步骤再利用。
(5)电解熔融氯化铍制备金属铍时，加入氯化钠的主要作用是 。
(6) Be(OH)2与醋酸反应得到某含4个的配合物，4个位于以1个O原子为中心的四面体的4个顶点，且每个的配位环境相同，与间通过CH3COO-相连，其化学式为 。
答案：(1) (2)快速冷却 (3)无明显现象
(4) BeA2(HA)2+6NaOH =Na2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O 反萃取
(5)增强熔融氯化铍的导电性
(6) Be4O(CH3COO)6
解析：本题是化工流程的综合考察，首先铝硅酸盐先加热熔融，然后快速冷却到其玻璃态，再加入稀硫酸酸浸过滤，滤渣的成分为H2SiO3，“滤液1”中有Be2+和Al3+，加入含HA的煤油将Be2+萃取到有机相中，水相1中含有Al3+，有机相为BeA2(HA)2，加入过量氢氧化钠反萃取Be2+使其转化为Na2[Be(OH)4]进入水相2中，分离出含NaA的煤油，最后对水相2加热过滤，分离出Be(OH)2，通过系列操作得到金属铍。(1)基态Be2+的电子排布式为1s2，其轨道表达式为。(2)熔融态物质冷却凝固时，缓慢冷却会形成晶体，快速冷却会形成非晶态，即玻璃态，所以从“热熔、冷却”中得到玻璃态，其冷却过程的特点为：快速冷却。(3)“滤液1”中有Be2+和Al3+，加入含HA的煤油将Be2+萃取到有机相中，则水相1中含有Al3+，则向过量烧碱的溶液中逐滴加入少量水相1的溶液，可观察到的现象为：无明显现象。(4)反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化学方程式为BeA2(HA)2+6NaOH =Na2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O，滤液2的主要成分为NaOH，可进入反萃取步骤再利用。(5)氯化铍的共价性较强，电解熔融氯化铍制备金属铍时，加入氯化钠的主要作用为增强熔融氯化铍的导电性。(6)由题意可知，该配合物中有四个铍位于四面体的四个顶点上，四面体中心只有一个O，Be与Be之间总共有六个CH3COO-，则其化学式为：Be4O(CH3COO)6。
9．(2024·北京卷，18)利用黄铜矿(主要成分为CuFeS2，含有SiO2等杂质)生产纯铜，流程示意图如下。
(1)矿石在焙烧前需粉碎，其作用是 。
(2) (NH4)2SO4的作用是利用其分解产生的SO3使矿石中的铜元素转化为CuSO4。(NH4)2SO4发生热分解的化学方程式是 。
(3)矿石和过量(NH4)2SO4按一定比例混合，取相同质量，在不同温度下焙烧相同时间，测得：“吸收”过程氨吸收率和“浸铜”过程铜浸出率变化如图；和时，固体B中所含铜、铁的主要物质如表。
温度/℃ B中所含铜、铁的主要物质
400 Fe2O3、CuSO4、CuFeS2
500 Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO
①温度低于425℃，随焙烧温度升高，铜浸出率显著增大的原因是 。
②温度高于425℃，根据焙烧时可能发生的反应，解释铜浸出率随焙烧温度升高而降低的原因是 。
(4)用离子方程式表示置换过程中加入的目的 。
(5)粗铜经酸浸处理，再进行电解精炼；电解时用酸化的CuSO4溶液做电解液，并维持一定的c(H＋)和c(Cu2+)。粗铜若未经酸浸处理，消耗相同电量时，会降低得到纯铜的量，原因是 。
答案：(1)增大接触面积，加快反应速率，使反应更充分
(2) (NH4)2SO42NH3↑+SO3↑+H2O
(3) 温度低于425℃，随焙烧温度升高，(NH4)2SO4分解产生的SO3增多，可溶物CuSO4含量增加，故铜浸出率显著增加 温度高于425℃，随焙烧温度升高发生反应：4CuFeS2+17O2+2CuSO4CuO+2Fe2(SO4)3+4SO3，CuFeS2和CuSO4转化成难溶于水的CuO，铜浸出率降低
(4) Fe+Cu2+=Fe2++Cu
(5)粗铜若未经酸浸处理，其中杂质Fe会参与放电，则消耗相同电量时，会降低得到纯铜的量
解析：黄铜矿(主要成分为CuFeS2，含有SiO2等杂质)粉碎后加入硫酸铵通入空气焙烧，黄铜矿在硫酸铵生成的SO3作用下，转化成CuSO4，得到的混合气体中主要含NH3，用硫酸吸收，得到硫酸铵，是溶液A的主要溶质，可以循环利用，固体B为SiO2、CuSO4及含铁的化合物，加水分离，主要形成含硫酸铜的滤液和含SiO2的滤渣，分别为滤液C和滤渣D，向硫酸铜溶液中加入过量的铁，置换得到粗铜和FeSO4，粗铜再精炼可以得到纯铜。(1)黄铜矿的矿石在焙烧前需粉碎，是为了增大反应物的接触面积，加快反应速率，使反应更充分；(2)铵盐不稳定，易分解，(NH4)2SO4分解为非氧化还原反应，产物中有NH3和SO3，故化学方程式为(NH4)2SO42NH3↑+SO3↑+H2O；(3)①由图，温度低于425℃，随焙烧温度升高，铜浸出率显著增大，是因为温度低于425℃，随焙烧温度升高，(NH4)2SO4分解产生的SO3增多，可溶物CuSO4含量增加，故铜浸出率显著增加；②温度高于425℃，随焙烧温度升高，CuFeS2和CuSO4转化成难溶于水的CuO，发生反应4CuFeS2+17O2+2CuSO4CuO+2Fe2(SO4)3+4SO3，铜浸出率降低；(4)加入Fe置换硫酸铜溶液中的铜，反应的离子方程式为Fe+Cu2+=Fe2++Cu；(5)粗铜中含有Fe杂质，加酸可以除Fe，但粗铜若未经酸浸处理，其中杂质Fe会参与放电，则消耗相同电量时，会降低得到纯铜的量。
10．(2024·辽吉黑卷，16，14分)中国是世界上最早利用细菌冶金的国家。已知金属硫化物在“细菌氧化”时转化为硫酸盐，某工厂用细菌冶金技术处理载金硫化矿粉(其中细小的Au颗粒被FeS2、包裹)，以提高金的浸出率并冶炼金，工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)北宋时期我国就有多处矿场利用细菌氧化形成的天然“胆水”冶炼铜，“胆水”的主要溶质为_______(填化学式)。
(2)“细菌氧化”中，FeS2发生反应的离子方程式为_______________________________________。
(3)“沉铁砷”时需加碱调节pH，生成_______(填化学式)胶体起絮凝作用，促进了含As微粒的沉降。
(4)“培烧氧化”也可提高“浸金”效率，相比“培烧氧化”，“细菌氧化”的优势为_______(填标号)。
A．无需控温 B．可减少有害气体产生 C．设备无需耐高温 D．不产生废液废渣
(5)“真金不拍火炼”，表明Au难被O2氧化，“浸金”中NaCN的作用为_______________________。
(6)“沉金”中Zn的作用为_________________________________。
(7)滤液②经H2SO4酸化，[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN的化学方程式为_____________________。用碱中和HCN可生成_______(填溶质化学式)溶液，从而实现循环利用。
答案：(1)CuSO4(2)4FeS2+15O2+2H2O4Fe3++8SO42-+4H+(3) Fe(OH)3 (4)BC
(5)做络合剂，将Au转化为[Au(CN)2]-从而浸出(6)作还原剂，将[Au(CN)2]-还原为Au
(7) Na2[Zn(CN)4] +2H2SO4=ZnSO4+4HCN+ Na2SO4 NaCN
解析：矿粉中加入足量空气和H2SO4，在pH=2时进行细菌氧化，金属硫化物中的S元素转化为硫酸盐，过滤，滤液中主要含有Fe3+、SO42-、As(Ⅵ)，加碱调节pH值，Fe3+转化为Fe(OH)3胶体，可起到絮凝作用，促进含As微粒的沉降，过滤可得到净化液；滤渣主要为Au，Au与空气中的O2和NaCN溶液反应，得到含[Au(CN)2]-的浸出液，加入Zn进行“沉金”得到Au和含[Zn(CN)4]2-的滤液②。(1)“胆水”冶炼铜，“胆水”的主要成分为CuSO4；(2)“细菌氧化”的过程中，FeS2在酸性环境下被O2氧化为Fe3+和SO42-，离子方程式为：4FeS2+15O2+2H2O4Fe3++8SO42-+4H+；(3)“沉铁砷”时，加碱调节pH值，Fe3+转化为Fe(OH)3胶体，可起到絮凝作用，促进含As微粒的沉降；(4)A项，细菌的活性与温度息息相关，因此细菌氧化也需要控温，A不符合题意；B项，焙烧氧化时，金属硫化物中的S元素通常转化为SO2，而细菌氧化时，金属硫化物中的S元素转化为硫酸盐，可减少有害气体的产生，B符合题意；C项，焙烧氧化需要较高的温度，因此所使用的设备需要耐高温，而细菌氧化不需要较高的温度就可进行，设备无需耐高温，C符合题意；D项，由流程可知，细菌氧化也会产生废液废渣，D不符合题意；故选BC；(5)“浸金”中，Au作还原剂，O2作氧化剂，NaCN做络合剂，将Au转化为[Au(CN)2]-从而浸出；(6)“沉金”中Zn作还原剂，将[Au(CN)2]-还原为Au；(7)滤液②含有[Zn(CN)4]2-，经过H2SO4的酸化，[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN，反应得化学方程式为：Na2[Zn(CN)4] +2H2SO4=ZnSO4+4HCN+ Na2SO4；用碱中和HCN得到的产物，可实现循环利用，即用NaOH中和HCN生成NaCN，NaCN可用于“浸金”步骤，从而循环利用。
11．(2024·全国新课标卷，8，14分)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下：
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全()时的pH：
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 15 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列问题：
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是_____ __；“滤渣1”中金属元素主要为____ ___。
(2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是__ _____。取少量反应后的溶液，加入化学试剂____ ___检验______ _，若出现蓝色沉淀，需补加MnO2。
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为_____ __、____ ___。
(4)“除钴液”中主要的盐有____ ___(写化学式)，残留的Co3+浓度为_______ mol·L-1。
答案：(1)①增大固液接触面积，加快酸浸速率，提高浸取效率 ②Pb
(2)①将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，以便在后续调pH时除去Fe元素
②K3[Fe(CN)6]溶液 ③ Fe2+
(3)①3Co2++MnO4- +7H2O= 3Co(OH)3↓ +MnO2↓ +5H+
②2MnO4- +3Mn2++2H2O=5MnO2↓ +4H+
(4)①ZnSO4、K2SO4 ②10-16.7
解析：由题中信息可知，用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有Co2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、ZnSO4、K2SO42-等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO4，则“滤渣1”为“酸浸”时生成的PbSO4；向滤液中加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，然后加入ZnO调节pH=4使Fe3+完全转化为Fe(OH)3，则“滤渣Ⅱ”的主要成分为Fe(OH)3，滤液中的金属离子主要是Co2+、Zn2+和Mn2+；最后“氧化沉钴”，加入强氧化剂KMnO4，将溶液中Co2+氧化为Co3+，在pH=5时Co3+形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4则被还原为MnO2，KMnO4还会与溶液中的Mn2+发生归中反应生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO4、K2SO4。(1)在原料预处理过程中，粉碎固体原料能增大固体与液体的接触面积，从而加快酸浸的反应速率，提高浸取效率；由分析可知，“滤渣1”的主要成分为PbSO4，则“滤渣1”中金属元素主要为Pb；(2)酸浸液中含有Co2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、SO42-等离子。由题表中数据可知，当Fe3+完全沉淀时，Co2+未开始沉淀，而当Fe2+完全沉淀时，Co2+已有一部分沉淀，因此为了除去溶液中的Fe元素且Co2+不沉淀，应先将Fe2+氧化为Fe3+，然后调节溶液的pH使Fe3+完全水解转化为Fe(OH)3沉淀，因此，MnO2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+，以便在后续调pH时除去Fe元素。常用K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2+，若生成蓝色沉淀，则说明溶液中仍存在Fe2+，需补加MnO2；(3)该过程发生两个氧化还原反应，根据分析中两个反应的反应物、产物与反应环境(pH=5)，结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出两个离子方程式：3Co2++MnO4- +7H2O= 3Co(OH)3↓ +MnO2↓ +5H+、2MnO4- +3Mn2++2H2O=5MnO2↓ +4H+ ；(4)最终得到的“除钴液”中含有的金属离子主要是最初“酸浸”时与加入ZnO调pH时引入的Zn2+、加入KMnO4 “氧化沉钴”时引入的K+，而阴离子是在酸浸时引入的SO42-，因此其中主要的盐有ZnSO4和K2SO4。当溶液pH=1.1时c(H＋)=10-1.1mol·L-1，Co3+恰好完全沉淀，此时溶液中c(Co3+)=1.0×10-5mol·L-1，则，则。“除钴液”的pH=5，即c(H＋)=10-5mol·L-1，则，此时溶液中。
12．(2024·全国甲卷，8，14分)钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。
注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。
已知：①。
②以氢氧化物形式沉淀时，和溶液的关系如图所示。
回答下列问题：
(1)“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是 。
(2)“酸浸”步骤中，CoO发生反应的化学方程式是 。
(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.1mol·L-1，向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全，此时溶液中c(Co2+)=_______mol·L-1，据此判断能否实现Zn2+和Co2+的完全分离 (填“能”或“不能”)。
(4)“沉锰”步骤中，生成1.0mol MnO2，产生H+的物质的量为 。
(5)“沉淀”步骤中，用调，分离出的滤渣是 。
(6)“沉钴”步骤中，控制溶液，加入适量的NaClO氧化Co2+，其反应的离子方程式为 。
(7)根据题中给出的信息，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是 。
答案：(1)增大固体与酸反应的接触面积，提高钴元素的浸出效率
(2) CoO+H2SO4=CoSO4+H2O (3) 1.6×10-4 不能 (4) 4.0 mol (5) Fe(OH)3
(6) 2Co2++5ClO-+5H2O=2Co(OH)3↓ +Cl-+4HClO
(7)向滤液中滴加NaOH溶液，边加边搅拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥
解析：炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的+2价氧化物及锌和铜的单质，经稀硫酸酸浸时，铜不溶解，Zn及其他+2价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外，其他均转化为相应的+2价阳离子进入溶液；然后通入硫化氢沉铜生成CuS沉淀；过滤后，滤液中加入Na2S2O8将锰离子氧化为二氧化锰除去，同时亚铁离子也被氧化为铁离子；再次过滤后，用氢氧化钠调节pH=4，铁离子完全转化为氢氧化铁沉淀除去；第三次过滤后的滤液中加入次氯酸钠沉钴，得到Co(OH)3。(1)“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是增大固体与酸反应的接触面积，提高钴元素的浸出效率。(2)“酸浸”步骤中，Cu不溶解，Zn单质及其他+2价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外，其他均转化为相应的+2价阳离子进入溶液，即CoO为转化为CoSO4，反应的化学方程式为CoO+H2SO4=CoSO4+H2O。(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.1mol·L-1，向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全，此时溶液中，则，c(Co2+)小于0.1mol·L-1，说明大部分Co2+也转化为硫化物沉淀，据此判断不能实现Zn2+和Co2+的完全分离。(4)“沉锰”步骤中，Na2S2O8将Mn2+氧化为二氧化锰除去，发生的反应为S2O82-+Mn2++2H2O=MnO2↓ +4H++2SO42-，因此，生成1.0mol MnO2，产生H+的物质的量为4.0 mol。(5)“沉锰”步骤中，S2O82-同时将Fe2+氧化为Fe3+，“沉淀”步骤中用NaOH调pH=4，Fe3+可以完全沉淀为Fe(OH)3，因此，分离出的滤渣是Fe(OH)3。(6)“沉钴”步骤中，控制溶液pH=5.0~5.5，加入适量的NaClO氧化Co2+，为了保证Co2+被完全氧化，NaClO要适当过量，其反应的离子方程式为2Co2++5ClO-+5H2O=2Co(OH)3↓ +Cl-+4HClO。(7)根据题中给出的信息，“沉钴”后的滤液的pH=5.0~5.5，溶液中有Zn元素以Zn2+形式存在，当pH＞12后氢氧化锌会溶解转化为[Zn(OH)4]2-，因此，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是：向滤液中滴加NaOH溶液，边加边搅拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥。
巩固练习
非选择题(共4题，共80分)
1．(27分)(2023·全国卷乙)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，可采取的措施是____________________________________(举1例)。(5分)
(2)加入少量MnO2的作用是_____________________________________________________。
不宜使用H2O2替代MnO2，原因是____________________________________________。(6分)
(3)溶矿反应完成后，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分)
(4)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，生成的沉淀有________________。(3分)
(5)在电解槽中，发生电解反应的离子方程式为______________________________。(3分)
随着电解反应进行，为保持电解液成分稳定，应不断____________________________。(3分)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_____________________________________。(3分)
解析：(1)硫酸溶矿时发生的主要反应是MnCO3溶于硫酸的反应，化学方程式为MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋CO2↑＋H2O。为提高溶矿速率，可以通过增大反应物浓度、增大反应物接触面积、提高反应温度等措施实现。(2)加入少量MnO2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于除铁。若使用H2O2替代MnO2，则Mn2＋和生成的Fe3＋会催化H2O2分解，原料利用率低。(3)溶液pH＝4，即c(OH－)＝10－10 mol·L－1时，由Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)·c3(OH－)＝2.8×10－39，可得c(Fe3＋)＝2.8×10－9 mol·L－1<1.0×10 －5 mol·L －1，此时铁已沉淀完全。同理，pH＝7，c(OH－)＝10－7mol·L－1时，c(Al3＋)＝1.3×10－12 mol·L－1<1.0×10 －5 mol·L －1，Al3＋被除去，c(Ni2＋)＝5.5×10－2mol·L－1>1.0×10 －5 mol·L －1，Ni2＋未被除去，所以pH≈7时除去的金属离子是Al 3＋。(4)酸溶时得到相应金属的硫酸盐，故加入少量BaS溶液除Ni2＋时会生成NiS和BaSO4沉淀。(5)由题图可知，电解槽中反应生成MnO2，则阳极反应为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2↓＋4H＋，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应为Mn2＋＋2H2OMnO2↓＋2H＋＋H2↑，该反应中消耗水和Mn 2＋生成H ＋，为保持电解液成分稳定，应不断补充Mn(OH)2等。(6)根据得失电子守恒和质量守恒可写出煅烧窑中生成LiMn2O4的反应的化学方程式是8MnO2＋2Li2CO34LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑。
答案：(1)MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋CO2↑＋H2O 粉碎矿石(或适当增大硫酸浓度、搅拌、适当升高反应液的温度等) (2)将Fe2＋氧化为Fe3＋ Mn2＋和生成的Fe3＋会催化H2O2分解 (3)2.8×10－9 Al3＋ (4)NiS和BaSO4 (5)Mn2＋＋2H2OMnO2↓＋2H＋＋H2↑ 加入适量Mn(OH)2等 (6)8MnO2＋2Li2CO34LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑
2．(17分)(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Cr2O存在，在碱性介质中以CrO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分)
(2)“水浸渣”中主要有SiO2和________。(2分)
(3)“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是________。(2分)
(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________________________________________________。(6分)
(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VO或VO3＋；在碱性条件下，溶解为VO或VO。上述性质说明V2O5具有________(填字母)。(2分)
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
________________________________________________________________________。(3分)
解析：(1)根据已知条件可知，最高价铬酸根在碱性介质中以CrO存在，故煅烧后含铬化合物主要为Na2CrO4。(2)煅烧时通入空气，含铁化合物转化为Fe2O3，且Fe2O3不溶于水，故“水浸渣”中还含有Fe2O3。(3)“沉淀”步骤加入稀H2SO4调pH到弱碱性是为了让[Al(OH)4]－转化为Al(OH)3沉淀而除去。(4)体系中存在平衡MgNH4PO4(s) Mg2＋(aq)＋NH(aq)＋PO(aq)，当pH<9时，PO与H ＋结合生成HPO，c(PO)降低，平衡正移，不利于生成MgNH4PO4沉淀；而pH>9时，Mg2＋会形成Mg(OH)2沉淀，原料利用率低。(5)根据题干描述，V2O5既可与酸反应生成盐和水，又可与碱反应生成盐和水，故V2O5具有两性。(6)分离钒后溶液呈酸性，Cr元素以Cr2O存在，还原过程中Cr2O被S2O还原为Cr3＋，S2O转化为SO，因此反应的离子方程式为2Cr2O＋3S2O＋10H＋===4Cr3＋＋6SO＋5H2O，之后调pH，Cr3＋转化为Cr(OH)3。
答案：(1)Na2CrO4 (2)Fe2O3 (3)Al(OH)3 (4)溶液中c(PO)降低，不利于生成MgNH4PO4沉淀 Mg2＋形成Mg(OH)2沉淀，原料利用率低 (5)C (6)3S2O＋2Cr2O＋10H＋===6SO＋4Cr3＋＋5H2O
3．(17分)(2023·湖北高考)SiCl4是生产多晶硅的副产物。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。(4分)
(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分)
(3)鉴别洗净的“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是_______________。(3分)
(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分)
(5)导致SiCl4比CCl4易水解的因素有________(填字母)。(2分)
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
解析：(1)钴位于元素周期表第四周期，第Ⅷ族。(2) SiCl4易水解：SiCl4＋4H2O H4SiO4＋4HCl或SiCl4＋3H2O H2SiO3 ＋4HCl，产生大量烟雾。(3)“滤饼3”为Li2CO3，Li2CO3和Na2CO3所含阳离子不同，灼烧时产生不同焰色，常用焰色试验鉴别。(4)Ksp[Co(OH)2]＝5.9×10－15，pH＝10时c(OH－)＝10－4 mol·L－1，则c(Co2＋)·c2(OH－)＝Ksp[Co(OH)2]＝5.9×10－15，c(Co2＋)＝5.9×10－7 mol·L－1。由题干知，850 ℃煅烧时生成Co3O4，化学方程式为6Co(OH)2＋O22Co3O4＋6H2O。(5)由于Si原子有空轨道，而C原子没有，且Si原子半径大于C原子半径，则Si—Cl键键长长，键能小；同时Si电负性小于C，Si—Cl键极性大；以上因素导致Si—Cl键更易断裂，SiCl4比CCl4更易水解，故选abd。
答案：(1)四 Ⅷ (2)SiCl4＋3H2O H2SiO3＋4HCl(或SiCl4＋4H2O H4SiO4＋4HCl)
(3)焰色试验 (4)5.9×10－7 6Co(OH)2＋O22Co3O4＋6H2O (5)abd
4．(19分)(2023·辽宁高考)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分)
(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)，1 mol H2SO5中过氧键的数目为________。(2分)
(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)。(5分)
(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
________________________________________________________________________。(4分)
(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
________________________________________________________________________。(3分)
(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分)
解析：(1)用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法可以是将镍钴矿粉碎、浸取时搅拌、适当提高浸取温度等。(2)H2SO5可以看成是H2O2中一个氢原子被磺基(—SO3H)取代的产物，即H—O—O—SO3H，故分子中有一个过氧键，1 mol H2SO5中过氧键的数目为6.02×1023。(3)根据题干信息可知，“氧化”中Mn2＋被H2SO5氧化为MnO2，则H2SO5被还原为SO，结合H2SO5的电离第一步完全可知，反应的离子方程式为Mn2＋＋HSO＋H2O===MnO2↓＋SO＋3H＋；“氧化”中Fe2＋会被氧化为Fe3＋，用石灰乳调节pH＝4时Fe元素沉淀为Fe(OH)3，Ca2＋与SO结合生成CaSO4沉淀，故滤渣中还含有Fe(OH)3、CaSO4。(4)由题图可知，当SO2体积分数为9.0%时，Mn(Ⅱ)氧化率达到100%所用时间最短，氧化速率最大；SO2具有还原性，也能还原H2SO5，其体积分数过大时，与H2SO5反应，使Mn(Ⅱ)氧化速率减小。(5)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)以Co(OH)2形式存在，其可被空气中O2氧化为CoO(OH)，根据氧化还原反应规律可写出反应的化学方程式。(6)Mg2＋沉淀完全，则c(Mg2＋)≤10－5 mol·L－1，c(OH－)≥ ＝ mol·L－1＝10－2.9 mol·L－1，c(H＋)≤10－11.1 mol·L－1，pH≥11.1。
答案：(1)将镍钴矿粉碎(或浸取时搅拌，适当提高浸取温度等)
(2)6.02×1023 (3)Mn2＋＋HSO＋H2O===MnO2↓＋SO＋3H＋ Fe(OH)3、CaSO4 (4)9.0% SO2具有还原性，过多时也能还原H2SO5，使过一硫酸的浓度降低，反应速率减小
(5)4Co(OH)2＋O2===4CoO(OH)＋2H2O (6)11.1
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第42讲 化学工艺流程题
【备考目标】 1.了解化学工艺流程的常考题型。2.掌握化学工艺流程题目的一般流程。
化学工艺流程是将化工生产过程中主要生产阶段以流程框图形式呈现出来，该类试题通常以化工生产流程图的形式，以陌生元素或陌生化合物知识为载体，综合考查元素化合物知识、氧化还原反应(或复分解反应、电离、水解)方程式的书写、通过化工原理的分析判断流程中残渣或废液的成分、反应条件的控制与选择、物质分离提纯的方法、产率的计算、Ksp的应用、绿色化学思想的体现等。题目综合性强，难度大，将化学与社会、生产、生活联系起来，旨在考查考生阅读提取信息、迁移应用知识的能力，及科学态度与社会责任的核心素养。
考点1 常见的化工流程题
1．物质制备类化工流程题
(1)核心反应——陌生方程式的书写
关注箭头的指向：箭头指入→反应物，箭头指出→生成物。
①氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，进行产物判断及配平。
②非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。
(2)原料的预处理
①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。
水浸 与水接触反应或溶解
酸浸 在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程
浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
②灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。
(3)常用的控制反应条件的方法
①调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。
例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
②控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。
③趁热过滤。防止某物质降温时会析出。
④冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
2．以分离提纯为目的的化学工艺流程
(1)物质分离提纯的原则
①不增：不引入新的杂质。
②不减：不减少被提纯的物质。
③易分离：被提纯物与杂质易于分离。
④易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。
(2)常用的提纯方法
水溶法 除去可溶性杂质
酸溶法 除去碱性杂质
碱溶法 除去酸性杂质
氧化剂或还原剂法 除去还原性或氧化性杂质
加热灼烧法 除去受热易分解或易挥发的杂质
调节溶液的pH法 如除去溶液中的Fe3＋等
(3)常用的分离方法
过滤 分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法
萃取和分液 利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴
蒸发结晶 提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl
冷却结晶 提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等
蒸馏或分馏 分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油
冷却法 利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气
考点2 无机化工流程综合题的解题思路与方法
1．主线法分析
(1)流程图一般分三大部分：原料预处理、转化与分离阶段、获取最终产物阶段。
(2)流程中要分析“进” 、“出” 物质和仍然留在溶液中的离子等(否则可能漏掉副产品或干扰离子)。
(3)一般默认进入的物质过量，确保每一步目标元素利用率或转化率最高，产品产率最高，损失最小。当然在某些特殊情况下要控制用量。
2．四线法分析
试剂：为达到最终目的加入的物质，起到氧化还原、非氧化还原的作用；
除杂：复分解沉淀、置换沉淀、氧化还原沉淀；加热产生气体等；
操作：蒸发、结晶、过滤(趁热过滤)、洗涤、干燥等；
转化：元素守恒—焙烧、溶浸、沉淀、煅烧、电解、结晶等。
题组练习
例1.(2023·辽宁名校联盟联合考试)以锌焙砂(主要成分为ZnO，含少量Cu2＋、Mn2＋等离子)为原料，制备2Zn(OH)2·ZnCO3的工艺流程如下：
以下说法错误的是( )
A．“浸取”过程为加快反应速率应适当加热，但温度不宜过高
B．“除杂”步骤也可选择Na2S或K2S为沉淀剂，沉淀杂质离子
C．“沉锌”过程发生反应后释放的气体A为CO2
D．“过滤3”所得滤液可循环使用，其主要成分的化学式是(NH4)2SO4
【流程分析】
例2.(2023·湖南株洲联考)草酸钴用途广泛，可用于指示剂和催化剂的制备。一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]制取CoC2O4的工艺流程如图：
已知：①浸出液含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表：
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2
完全沉淀的pH 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8
(1)浸出过程中加入Na2SO3的目的是___________________________________________。
(2)将氯气通入热的氢氧化钠溶液可以来制取NaClO3，请写出该反应的离子方程式____________________________________；实验需要制取10.65 g NaClO3，需要的氯气由电解食盐水生成，若不考虑反应过程中的损失，则同时生成的氢气的体积为________(标准状况下)。
(3)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图所示。滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是________________________________________；使用萃取剂最适宜的pH是________(填字母)。
A．接近2.0 B．接近3.0 C．接近5.0
(4)“除钙、镁”是将溶液中Ca2＋与Mg2＋转化为MgF2、CaF2沉淀。已知某温度下，Ksp(MgF2)＝7.35×10－11，Ksp(CaF2)＝1.05×10－10。当加入过量NaF后，所得滤液中＝________。
【流程分析】
高考真题
1．(2024·辽吉黑卷，13，3分)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn，流程如下“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是( )
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子 Zn2+ Cu2+ Cl-
浓度(g·Lˉ1) 145 0.03 1
A．“浸铜”时应加入足量H2O2，确保铜屑溶解完全
B．“浸铜”反应：2Cu+4H++H2O2=2Cu2++ H2↑+2H2O
C．“脱氯”反应：Cu+Cu2++2Cl-=2CuCl↓
D．脱氯液净化后电解，可在阳极得到Zn
2．(2024·北京卷，7，3分)硫酸是重要化工原料，工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A．I的化学方程式：3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2
B．Ⅱ中的反应条件都是为了提高SO2平衡转化率
C．将黄铁和换成硫黄可以减少废渣的产生
D．生产过程中产生的尾气可用碱液吸收
3．(2024·湖南卷，11，3分)中和法生产Na2HPO4·12H2O的工艺流程如下：
已知：①H3PO4的电离常数：Ka1=6.9×10-3，Ka2=6.2×10-8，Ka3=4.8×10-13
②Na2HPO4·12H2O易风化。
下列说法错误的是( )
A．“中和”工序若在铁质容器中进行，应先加入Na2CO3溶液
B．“调pH”工序中X为NaOH或H3PO4
C．“结晶”工序中溶液显酸性
D．“干燥”工序需在低温下进行
4．(2024·湖南卷，16，3分)铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一种含贵金属的可再生资源，回收贵金属的化工流程如下：
已知：①当某离子的浓度低于1.0×10 5 mol·L－1时，可忽略该离子的存在；
②AgCl(s)＋Cl-(aq)[AgCl2]- (aq) K=2.0×10 5 ；
③Na2SO3易从溶液中结晶析出；
④不同温度下Na2SO3的溶解度如下：
温度℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
回答下列问题：
(1)Cu属于 区元素，其基态原子的价电子排布式为 ；
(2)“滤液1”中含有Cu2+和H2SeO3，“氧化酸浸”时Cu2Se反应的离子方程式为 ；
(3)“氧化酸浸”和“除金”工序抣需加入一定量的NaCl：
①在“氧化酸浸”工序中，加入适量NaCl的原因是 。
②在“除金”工序溶液中，浓度不能超过 。
(4)在“银转化”体系中，c[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-浓度之和为0.075mol·L－1，两种离子分布分数随SO32-浓度的变化关系如图所示，若SO32-浓度为1.0mol·L－1，则[Ag(SO3)3]5-的浓度为 mol·L－1。
(5)滤液4中溶质主要成分为 (填化学式)；在连续生产的模式下，“银转化”和“银还原”工序需在℃左右进行，若反应温度过高，将难以实现连续生产，原因是 。
5．(2024·甘肃卷，15)我国科研人员以高炉渣(主要成分为CaO，MgO，Al2O3和SiO2等)为原料，对炼钢烟气(CO2和水蒸气)进行回收利用，有效减少了环境污染，主要流程如图所示：
已知：Ksp(CaSO4)= 4.9×10－5，Ksp(CaCO3)= 3.4×10－9
(1)高炉渣与(NH4)2SO4经焙烧产生的“气体”是 。
(2)“滤渣”的主要成分是CaSO4和 。
(3)“水浸2”时主要反应的化学方程式为 ，该反应能进行的原因是 。
(4)铝产品NH4Al(SO4)2·12H2O可用于 。
(5)某含钙化合物的晶胞结构如图甲所示，沿x轴方向的投影为图乙，晶胞底面显示为图丙，晶胞参数。图丙中与N的距离为 ；化合物的化学式是 ，其摩尔质量为Mg·molˉ1，阿伏加德罗常数的值是NA，则晶体的密度为 g· cm-3 (列出计算表达式)。
6．(2024·山东卷，18，12分)以铅精矿(含PbS，Ag2S等)为主要原料提取金属Pb和Ag的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“热浸”时，难溶的PbS和Ag2S转化为[PbCl4]2-和[AgCl2]-及单质硫。溶解等物质的量的PbS和Ag2S时，消耗Fe3+物质的量之比为_______；溶液中盐酸浓度不宜过大，除防止“热浸”时挥发外，另一目的是防止产生______ _(填化学式)。
(2)将“过滤Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反复用饱和食盐水热溶，电解所得溶液可制备金属Pb “电解I”阳极产物用尾液吸收后在工艺中循环使用，利用该吸收液的操作单元为__ _____。
(3)“还原”中加入铅精矿目的是____ ___。
(4)“置换”中可选用的试剂X为_______(填标号)。
A．Al B．Zn C．Pb D．Ag
“置换”反应的离子方程式为_______。
(5)“电解II”中将富银铅泥制成电极板，用作_______(填“阴极”或“阳极”)。
7．(2024·河北卷，16，14分) V2O5是制造钒铁合金、金属钒的原料，也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取V2O5的工艺，具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如下。
已知：i石煤是一种含V2O3的矿物，杂质为大量Al2O3和少量CaO等；苛化泥的主要成分为CaCO3、NaOH、Na2CO3等。
ⅱ高温下，苛化泥的主要成分可与Al2O3反应生成偏铝酸盐；室温下，偏钒酸钙[Ca(VO3)2]和偏铝酸钙均难溶于水。回答下列问题：
(1)钒原子的价层电子排布式为___ ____；焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为_______，产生的气体①为_____ __(填化学式)。
(2)水浸工序得到滤渣①和滤液，滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙，滤液中杂质的主要成分为______(填化学式)。
(3)在弱碱性环境下，偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙发生反应的离子方程式为____ ___；CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率的原因为____ ___；浸取后低浓度的滤液①进入_____ __(填工序名称)，可实现钒元素的充分利用。
(4)洗脱工序中洗脱液的主要成分为_____ __(填化学式)。
(5)下列不利于沉钒过程的两种操作为___ ____(填序号)。
a．延长沉钒时间 b．将溶液调至碱性 c．搅拌 d．降低NH4Cl溶液的浓度
8．(2024·湖北卷，16，13分)铍用于宇航器件的构筑。一种从其铝硅酸盐[Be3A l 2(SiO3)6]中提取铍的路径为：
已知：Be2++4HABeA2(HA)2+2H+
回答下列问题：
(1)基态Be2+的轨道表示式为 。
(2)为了从“热熔、冷却”步骤得到玻璃态，冷却过程的特点是 。
(3)“萃取分液”的目的是分离Be2+和Al 3+，向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液，观察到的现象是 。
(4)写出反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化学方程式 。“滤液2”可以进入 步骤再利用。
(5)电解熔融氯化铍制备金属铍时，加入氯化钠的主要作用是 。
(6) Be(OH)2与醋酸反应得到某含4个的配合物，4个位于以1个O原子为中心的四面体的4个顶点，且每个的配位环境相同，与间通过CH3COO-相连，其化学式为 。
9．(2024·北京卷，18)利用黄铜矿(主要成分为CuFeS2，含有SiO2等杂质)生产纯铜，流程示意图如下。
(1)矿石在焙烧前需粉碎，其作用是 。
(2) (NH4)2SO4的作用是利用其分解产生的SO3使矿石中的铜元素转化为CuSO4。(NH4)2SO4发生热分解的化学方程式是 。
(3)矿石和过量(NH4)2SO4按一定比例混合，取相同质量，在不同温度下焙烧相同时间，测得：“吸收”过程氨吸收率和“浸铜”过程铜浸出率变化如图；和时，固体B中所含铜、铁的主要物质如表。
温度/℃ B中所含铜、铁的主要物质
400 Fe2O3、CuSO4、CuFeS2
500 Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO
①温度低于425℃，随焙烧温度升高，铜浸出率显著增大的原因是 。
②温度高于425℃，根据焙烧时可能发生的反应，解释铜浸出率随焙烧温度升高而降低的原因是 。
(4)用离子方程式表示置换过程中加入的目的 。
(5)粗铜经酸浸处理，再进行电解精炼；电解时用酸化的CuSO4溶液做电解液，并维持一定的c(H＋)和c(Cu2+)。粗铜若未经酸浸处理，消耗相同电量时，会降低得到纯铜的量，原因是 。
10．(2024·辽吉黑卷，16，14分)中国是世界上最早利用细菌冶金的国家。已知金属硫化物在“细菌氧化”时转化为硫酸盐，某工厂用细菌冶金技术处理载金硫化矿粉(其中细小的Au颗粒被FeS2、包裹)，以提高金的浸出率并冶炼金，工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)北宋时期我国就有多处矿场利用细菌氧化形成的天然“胆水”冶炼铜，“胆水”的主要溶质为_______(填化学式)。
(2)“细菌氧化”中，FeS2发生反应的离子方程式为_______________________________________。
(3)“沉铁砷”时需加碱调节pH，生成_______(填化学式)胶体起絮凝作用，促进了含As微粒的沉降。
(4)“培烧氧化”也可提高“浸金”效率，相比“培烧氧化”，“细菌氧化”的优势为_______(填标号)。
A．无需控温 B．可减少有害气体产生 C．设备无需耐高温 D．不产生废液废渣
(5)“真金不拍火炼”，表明Au难被O2氧化，“浸金”中NaCN的作用为_______________________。
(6)“沉金”中Zn的作用为_________________________________。
(7)滤液②经H2SO4酸化，[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN的化学方程式为_____________________。用碱中和HCN可生成_______(填溶质化学式)溶液，从而实现循环利用。
11．(2024·全国新课标卷，8，14分)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下：
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全()时的pH：
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 15 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列问题：
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是_____ __；“滤渣1”中金属元素主要为____ ___。
(2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是__ _____。取少量反应后的溶液，加入化学试剂____ ___检验______ _，若出现蓝色沉淀，需补加MnO2。
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为_____ __、____ ___。
(4)“除钴液”中主要的盐有____ ___(写化学式)，残留的Co3+浓度为_______ mol·L-1。
12．(2024·全国甲卷，8，14分)钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。
注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。
已知：①。
②以氢氧化物形式沉淀时，和溶液的关系如图所示。
回答下列问题：
(1)“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是 。
(2)“酸浸”步骤中，CoO发生反应的化学方程式是 。
(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.1mol·L-1，向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全，此时溶液中c(Co2+)=_______mol·L-1，据此判断能否实现Zn2+和Co2+的完全分离 (填“能”或“不能”)。
(4)“沉锰”步骤中，生成1.0mol MnO2，产生H+的物质的量为 。
(5)“沉淀”步骤中，用调，分离出的滤渣是 。
(6)“沉钴”步骤中，控制溶液，加入适量的NaClO氧化Co2+，其反应的离子方程式为 。
(7)根据题中给出的信息，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是 。
巩固练习
非选择题(共4题，共80分)
1．(27分)(2023·全国卷乙)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，可采取的措施是____________________________________(举1例)。(5分)
(2)加入少量MnO2的作用是______________________________________。
不宜使用H2O2替代MnO2，原因是____________________________________________。(6分)
(3)溶矿反应完成后，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分)
(4)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，生成的沉淀有________________。(3分)
(5)在电解槽中，发生电解反应的离子方程式为______________________________。(3分)
随着电解反应进行，为保持电解液成分稳定，应不断____________________________。(3分)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_____________________________________。(3分)
2．(17分)(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Cr2O存在，在碱性介质中以CrO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分)
(2)“水浸渣”中主要有SiO2和________。(2分)
(3)“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是________。(2分)
(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________________________________________________。(6分)
(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VO或VO3＋；在碱性条件下，溶解为VO或VO。上述性质说明V2O5具有________(填字母)。(2分)
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
________________________________________________________________________。(3分)
3．(17分)(2023·湖北高考)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。(4分)
(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分)
(3)鉴别洗净的“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是_______________。(3分)
(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分)
(5)导致SiCl4比CCl4易水解的因素有________(填字母)。(2分)
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
4．(19分)(2023·辽宁高考)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分)
(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)，1 mol H2SO5中过氧键的数目为________。(2分)
(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)。(5分)
(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
________________________________________________________________________。(4分)
(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
________________________________________________________________________。(3分)
(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分)
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