第21讲 无机化工流程的解题策略(能力课)
1．了解无机化工流程试题的模式和思维模型。 2．掌握化工流程中原料预处理方法、物质的分离提纯方法和各步转化的反应原理及条件控制。
建立思维模型
1．明确试题模式
图1箭头表示反应物加入同时生成物出来；
图2箭头表示反应物分步加入和生成物出来；
图3箭头表示循环反应。
2．建立思维模型——“三步审读”
(1)审题干——明确原料成分和目的要求
(2)审流程——明确各步转化原理和目的
①看箭头：进入的是原料(即反应物)；出去的是生成物(包括主产物和副产物)。
②看三线：主线主产品、分支副产品、回头为循环。
③找信息：明确反应条件和分离提纯方法。
④关注所加物质的可能作用：参与反应、提供反应氛围、满足定量要求。
(3)审问题——明确答什么
①防止答非所问：要看清题目要求，按要求答题。
②规范表述：回答问题要准确全面，注意语言表达的规范性，特别是化学用语表示要准确、规范。
3．常见考查角度
化工流程题的考点主要从以下6点设置
基本操作 除杂、分离、检验、洗涤、干燥等实验操作的步骤描述；加入某些试剂或某个操作步骤的目的描述
物质的分离与提纯 通过调节pH使溶液中的金属离子沉淀达到分离除杂的目的，据此选择需要加入的化学试剂；加入某种物质使难溶物转化为更难溶的物质后，通过过滤除去等
化学反应 速率与化学平衡理论的运用 例如，研磨使反应物颗粒变小，增大反应物间的接触面积，从而增大反应速率，提高原料利用率；升高温度能增大反应速率，使吸热反应平衡正向移动等
化学方程式或离子 方程式的书写 根据流程图及设问中的信息找出反应物和生成物，书写指定的化学方程式或离子方程式
保护环境 与绿色化学思想 流程中物质的转化和循环、资源的回收和利用、“三废”的来源、对环境的影响及处理措施等
化学计算 结合原料纯度、转化率、损失率、产物产率等计算产品质量；结合溶液配制、滴定操作测定样品中某元素含量或产品纯度；结合溶度积常数，计算溶液中某离子浓度或完全沉淀时的pH等
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________(填字母)。
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_______________________________________________
____________________________________________________________________。
流程分析三方法
首尾分析法 线型工艺流程(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，找出原料与产品之间的关系，弄清原料转化为产品的基本原理和生产过程中除杂、分离、提纯产品工艺，然后再结合题设问题，逐一推敲解答
三相分析法 “一相”是分析转化中的气体反应与生成，“二相”是分析转化中固体或沉淀变化，“三相”是分析转化中溶液中的溶质
交叉分析法 有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用中间产品与部分其他原材料反应生产所需的主流产品，这就需将提供的工艺流程图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析
提升解题能力
以分离、提纯为主体的化工流程1．原料的预处理
(1)溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸等。
水浸 与水接触发生反应或溶解
浸出 固体加水(酸)溶解得到离子
酸(碱)浸 在酸(碱)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
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，并使一些杂质在高温下氧化、分解。
增大矿石物质的浸出率的措施有搅拌、加热、升温，增大浸出液的浓度，粉碎矿石增大固液接触面积，延长浸出时间。
2．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抽滤等方法
萃取 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，包括液-液萃取和固-液萃取，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴
分液 利用分液漏斗将两种互不混溶的液体分离开的操作，如分离油和水
蒸发结晶 提取溶解度随温度变化不大或受热稳定的溶质，如NaCl
蒸发浓 缩、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混合气体中的氨
3．分离、提纯的深化
(1)特定洗涤目的
冰水洗涤 的目的 洗去晶体表面的杂质粒子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗
乙醇洗涤 的目的 降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较干燥的产物
减压过 滤(抽滤) 加快过滤速率，使沉淀更干燥
晶体的干燥：要得到干燥的晶体，常见的干燥方法有自然晾干、滤纸吸干、在干燥器中干燥、烘干(适用于热稳定性较好的物质)。
(2)调节溶液pH分离、提纯
①控制溶液的酸、碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。
物质 开始沉淀时pH 沉淀完全时pH
Fe(OH)3 1.6 2.8
Fe(OH)2 6.5 8.3
Mn(OH)2 8.1 10.1
若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+、Fe3+，可先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+，再调节溶液的pH为2.8≤pH<8.1。
②调节pH所需的物质应能与H＋反应，使溶液pH增大，且不引入新杂质。例如：要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入CuO、、、等物质来调节溶液的pH。
(2023·新课标全国卷，T27)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________(填序号)。
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____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
1．(2025·深圳模拟)V2O5广泛用于冶金、化工等行业，以钒矿石为原料制备V2O5的部分工艺流程如下：
已知：ⅰ.“焙烧”后，固体中主要含有、、Mn(VO3)2、Ca(VO3)2；
ⅱ.“酸浸”后钒以形式存在，“还原”后钒以VO2+形式存在；
ⅲ.有机溶剂P204能充分萃取四价钒(VO2+)，也能萃取Fe3+而不萃取Fe2+；
ⅳ.多钒酸铵微溶于冷水，易溶于热水；
ⅴ.该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
金属离子 Fe3+ Fe2+ Ca2+ Mn2+
开始沉淀pH 1.6 6.5 11.9 8.1
完全沉淀pH 2.8 8.3 13.9 10.1
回答下列问题：
(1)“破碎”的目的是__________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)“还原”时参与反应的离子方程式为____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)“氧化”时，每消耗21.3 g NaClO3(还原产物为NaCl)，可得到________ mol。
(4)洗涤多钒酸铵时要用冰水洗涤，目的是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(5)流程中可循环使用的物质有_________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(6)“萃取”分离后，所得“水相”中含有丰富的金属资源，可按照如下步骤进行回收：
ⅰ.加入适量NaF溶液“沉钙”；ⅱ.……；ⅲ.从所得滤液中回收MnSO4·5H2O
①步骤ⅱ所需试剂有________(填字母)。
A．H2O2溶液 B．MnO
C．Fe粉 D．石灰乳
②步骤ⅲ的实验操作为________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
以物质制备为主体的化工流程
1．物质制备过程的控制条件
(1)控制体系的环境氛围
①需要在酸性气流中干燥FeCl3、AlCl3、MgCl2等，抑制水解并带走因分解产生的水蒸气。
②营造还原性氛围，防止还原性物质被氧化。如加入铁粉防止Fe2+被氧化。
③加入氧化剂进行氧化。如加入绿色氧化剂H2O2将Fe2+氧化为Fe3+，绿色氧化剂H2O2的优点：不引入新杂质，产物对环境无污染。
(2)控制反应温度
①加热：加速溶解、加快反应速率或促进平衡向某个方向移动(如促进水解生成沉淀)。
②降温：防止某物质在某温度时会溶解或分解，或促进平衡向某个方向移动。
③控制温度在一定范围内，综合多方面因素考虑，如使反应速率不至于太慢、抑制或促进平衡移动、防止反应物分解、防止副反应发生、使催化剂的催化活性最高等。
④若题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要根据它们的溶解度随温度升高而改变的情况，寻找合适的结晶分离方法。
2．从对反应速率和平衡转化率的影响综合控制条件
(1)使催化剂的活性达到最高：如工业合成氨或SO2的催化氧化反应，选择的温度是500 ℃左右，原因之一就是这样可使催化剂的活性达到最高。
(2)对于一些工艺来说，降温或减压都可以减少能源成本，降低对设备的要求。
(2024·河北卷，T16)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
2．(2024·甘肃卷，T16)某兴趣小组设计了利用MnO2和H2SO3生成MnS2O6，再与Na2CO3反应制备Na2S2O6·2H2O的方案：
(1)采用如图所示装置制备SO2，仪器a的名称为________________；步骤Ⅰ中采用冰水浴是为了_______________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)步骤Ⅱ应分数次加入MnO2，原因是___________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)步骤Ⅲ中滴加饱和Ba(OH)2溶液的目的是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)步骤Ⅳ中生成MnCO3沉淀，判断Mn2+已沉淀完全的操作是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(5)将步骤Ⅴ中正确操作或现象的字母填入相应括号中。
A．蒸发皿中出现少量晶体
B．使用漏斗趁热过滤
C．利用蒸发皿余热使溶液蒸干
D．用玻璃棒不断搅拌
E．等待蒸发皿冷却
1．(2024·贵州卷，T13)贵州重晶石矿(主要成分为BaSO4)储量占全国以上。某研究小组对重晶石矿进行“富矿精开”研究，开发了制备高纯纳米钛酸钡(BaTiO3)工艺。部分流程如下：
下列说法正确的是( )
A．“气体”主要成分是H2S，“溶液1”的主要溶质是Na2S
B．“系列操作”可为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
C．“合成反应”中生成BaTiO3的反应是氧化还原反应
D．“洗涤”时可用稀硫酸去除残留的碱，以提高纯度
(1)写出“酸化”过程的离子方程式：____________________________________
____________________________________________________________________。
(2)Ti(OC4H9)4若水解时，生成的有机物可能是________________________。
(3)用稀硫酸洗涤粗品中的碱，可能发生的副反应的离子方程式为____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
2．(2024·新课标全国卷，T8)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(c≤1.0×10-5 mol·L-1)时的pH：
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀时pH 1.5 6.9 － 7.4 6.2
沉淀完全时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______________(填化学式)，残留的Co3+浓度为________mol·L-1。
3．(2024·黑吉辽卷，T16)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、FeAsS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)“焙烧氧化”也可提高“浸金”效率，相比“焙烧氧化”，“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)“真金不怕火炼”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经硫酸酸化，[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。
第21讲 无机化工流程的解题策略(能力课)
环节一
典例导航 (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+
环节二
类型1
典例导航 解析：(1)根据题给信息和已知条件可知，铬钒渣中铬元素以低价态含氧酸盐形式存在，在碱性、富氧条件下煅烧铬钒渣有Na2CrO4生成。(2)“煅烧”工序中生成Na2CrO4、Na2SiO3、Na[Al(OH)4]、NaVO3和Fe2O3等，用水浸取“煅烧”的产物后，铁元素以Fe2O3的形式存在于水浸渣中。(3)“沉淀”步骤中，加入稀硫酸调pH至弱碱性时，Na[Al(OH)4]转化为Al(OH)3沉淀，发生反应H+＋[Al(OH)4]-===Al(OH)3↓＋H2O，故“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是Al(OH)3。(4)pH<9时，P结合H+生成HP，沉淀溶解平衡MgNH4PO4(s) Mg2+(aq)＋N(aq)＋P(aq)正向移动，不利于生成MgNH4PO4沉淀，P的去除率降低；pH>9时，碱性较强，Mg2+会形成Mg(OH)2沉淀，N会形成NH3·H2O，MgSiO3和MgNH4PO4的溶解度增大，Si、P的去除率降低。(5)pH<1时，发生反应V2O5＋2H+===2V＋H2O等，碱性条件下，发生反应V2O5＋2OH-===2V＋H2O等，说明V2O5既可以与酸反应，也可以与碱反应，故V2O5为两性氧化物，C符合题意。(6)根据题中已知信息可知，最高价铬元素在酸性介质中以Cr2存在，故在酸性条件下加入焦亚硫酸钠溶液后发生的反应为2Cr2＋3S2＋10H+===4Cr3+＋6S＋5H2O。
答案：(1)Na2CrO4 (2)Fe2O3 (3)Al(OH)3 (4)P结合H+生成HP，P的去除率降低 体系中N、Mg2+浓度降低，MgSiO3和MgNH4PO4趋于溶解，Si、P的去除率降低 (5)C (6)2Cr2＋3S2＋10H+===4Cr3+＋6S＋5H2O
[对点训练]
1．解析：“焙烧”后，固体中主要含有Fe(VO3)2、Fe(VO3)3、Mn(VO3)2、Ca(VO3)2，加入稀硫酸“酸浸”后生成(VO2)2SO4、FeSO4、Fe2(SO4)3、MnSO4、CaSO4，过滤后向滤液中加入铁粉还原生成VOSO4、FeSO4，CaSO4、MnSO4不参与反应，加入有机溶剂P204能充分萃取四价钒(VO2+)，分液后除去CaSO4、FeSO4、MnSO4，将有机溶剂反萃取后分离出VO2+，再加入NaClO3将VO2+氧化为V，再加入氨水生成(NH4)2V6O16沉淀，过滤后经煅烧生成V2O5，由此分析解答。
(1)“破碎”的目的是增大固体接触面积，提高焙烧速率。
(2)“还原”时，Fe粉将(VO2)2SO4转化为VOSO4，Fe元素化合价由0升高至＋2，V元素化合价由＋5降低至＋4，根据得失电子守恒和元素守恒可知反应的离子方程式为4H+＋Fe＋2V===2VO2+＋Fe2+＋2H2O。
(3)“氧化”时，NaClO3将VO2+氧化为V，Cl元素化合价由＋5降低至－1，V元素化合价由＋4升高至＋5，根据得失电子守恒和元素守恒可知反应的离子方程式为Cl＋6VO2+＋3H2O===6V＋Cl-＋6H+，每消耗21.3 g NaClO3，即 0.2 mol NaClO3，可得到n(V)＝0.2 mol×6＝1.2 mol。
(4)由于多钒酸铵微溶于冷水，易溶于热水，为降低多钒酸铵的溶解度，减少损失，可用冰水洗涤。
(5)有机溶剂经过“萃取”和“反萃取”可以循环使用，“煅烧”过程中生成NH3，可用于“沉钒”过程中。
(6)①“萃取”分离后，所得“水相”中的金属离子有Mn2+、Fe2+和少量的Ca2+，欲得到MnSO4溶液，需除去杂质Ca2+、Fe2+，第一道工序已除去Ca2+，则后续工序应除去Fe2+，结合各金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH可知，需将Fe2+氧化为Fe3+，然后调溶液的pH，使Fe3+转化成Fe(OH)3沉淀，为不引入杂质离子，可用H2O2溶液作氧化剂，MnO调pH。
②步骤ⅲ的目的是从MnSO4溶液中获得MnSO4·5H2O晶体，因此该实验操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤、干燥)。
答案：(1)增大固体接触面积，提高焙烧速率
(2)4H+＋Fe＋2V===2VO2+＋Fe2+＋2H2O
(3)1.2 (4)降低多钒酸铵的溶解度，减少损失
(5)NH3 (或氨水)、有机溶剂P204
(6)①AB ②蒸发浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤、干燥)
类型2
典例导航 解析：(1)钒是23号元素，其基态原子的价层电子排布式为3d34s2；焙烧过程中，氧气被还原，V2O3被氧化生成V，偏钒酸盐中钒的化合价为＋5；CaCO3在800 ℃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NaOH与Al2O3反应生成的偏铝酸钠溶于水，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HC和OH-反应生成CaCO3、V和H2O。滤液①中含有V、N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+，为避免引入其他杂质离子，且NaCl廉价易得，故洗脱液的主要成分应为NaCl。
(5)沉钒过程生成NH4VO3。NH4Cl呈弱酸性，如果将溶液调至碱性，OH-与N反应，不利于生成NH4VO3，b符合题意；降低NH4Cl溶液的浓度，不利于生成NH4VO3，d符合题意。
答案：(1)3d34s2 ＋5 CO2 (2)NaAlO2 (3)HC＋OH-＋Ca(VO3)2CaCO3＋H2O＋2V 提高溶液中HC的浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放V 离子交换 (4)NaCl (5)bd
[对点训练]
2．解析：步骤Ⅱ中MnO2与H2SO3在低于10 ℃时反应生成MnS2O6，反应的化学方程式为MnO2＋2H2SO3===MnS2O6＋2H2O，步骤Ⅲ中滴加饱和Ba(OH)2溶液除去过量的SO2(或H2SO3)，步骤Ⅳ中滴入饱和Na2CO3溶液发生反应MnS2O6＋Na2CO3===MnCO3↓＋Na2S2O6，经过滤得到Na2S2O6溶液，步骤Ⅴ中Na2S2O6溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到Na2S2O6·2H2O。
(1)根据仪器a的特点知，仪器a为恒压滴液漏斗；步骤Ⅰ中采用冰水浴是为了增大SO2的溶解度，增大H2SO3的浓度，同时为步骤Ⅱ提供低温。
(2)由于MnO2具有氧化性、SO2(或H2SO3)具有还原性，步骤Ⅱ应分数次加入MnO2，原因是防止过多的MnO2与H2SO3反应生成MnSO4，同时防止反应太快、放热太多、不利于控制温度低于10 ℃。
(3)步骤Ⅲ中滴加饱和Ba(OH)2溶液的目的是除去过量的SO2(或H2SO3)，防止后续反应中SO2与Na2CO3溶液反应。
(4)步骤Ⅳ中生成MnCO3沉淀，判断Mn2+已沉淀完全的操作是静置，向上层清液中继续滴加几滴饱和Na2CO3溶液，若不再产生沉淀，说明Mn2+已沉淀完全。
(5)步骤Ⅴ的正确操作或现象为将滤液倒入蒸发皿中→用酒精灯加热→用玻璃棒不断搅拌→蒸发皿中出现少量晶体→停止加热→等待蒸发皿冷却→过滤、洗涤、干燥得到Na2S2O6·2H2O。
答案：(1)恒压滴液漏斗 增大SO2的溶解度，增大H2SO3的浓度，同时为步骤Ⅱ提供低温 (2)防止过多的MnO2与H2SO3反应生成MnSO4，同时防止反应太快、放热太多、不利于控制温度低于10 ℃ (3)除去过量的SO2(或H2SO3)
(4)静置，向上层清液中继续滴加几滴饱和Na2CO3溶液，若不再产生沉淀，说明Mn2+已沉淀完全 (5)D A E
[高考真题 衍生变式]
1．B [重晶石矿(主要成分为BaSO4)通过一系列反应，转化为BaS溶液；加盐酸酸化，生成BaCl2和H2S气体；在BaCl2溶液中加入过量的NaOH溶液，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到Ba(OH)2·8H2O；过滤得到的溶液1的溶质主要含NaCl及过量的NaOH；Ba(OH)2·8H2O加水溶解后，加入Ti(OC4H9)4，进行合成反应，得到BaTiO3粗品，最后洗涤得到最终产品。由分析可知，“气体”主要成分为H2S，“溶液1”的溶质主要含NaCl及过量的NaOH，A项错误；由分析可知，“系列操作”得到的是Ba(OH)2·8H2O晶体，故“系列操作”可以是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，B项正确；“合成反应”是Ba(OH)2·8H2O和Ti(OC4H9)4反应生成BaTiO3，该反应中元素化合价均未发生变化，不是氧化还原反应，C项错误；“洗涤”时，若使用稀硫酸，BaTiO3会部分转化为难溶的BaSO4，故不能使用稀硫酸，D项错误。]
真题变式 (1)S2-＋2H+===H2S↑ (2)C4H9OH
(3)BaTiO3＋S BaSO4＋Ti
2．解析：(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。
(2)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+再调节pH使Fe3+完全沉淀，则MnO2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+。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，结合得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒可写出两个离子方程式：3Co2+＋Mn＋7H2O===3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H+、3Mn2+＋2Mn＋2H2O===5MnO2↓＋4H+。
(4)“除钴液”中含有的金属阳离子主要是Zn2+和K+，而阴离子主要是“酸浸”步骤引入的S，因此其中主要的盐有ZnSO4和K2SO4。当Co3+恰好完全沉淀时，溶液中c(Co3+)＝1.0×10-5 mol·L-1，此时溶液pH＝1.1，即c(H+)＝10-1.1 mol·L-1，则c(OH-)＝＝10-12.9 mol·L-1，则Ksp[Co(OH)3]＝1.0×10-5×(10-12.9)3＝10-43.7。“除钴液”的pH＝5，即c(H+)＝10-5 mol·L-1，则c(OH-)＝＝10-9 mol·L-1，此时溶液中c(Co3+)＝ mol·L-1＝10-16.7 mol·L-1。
答案：(1)增大固液接触面积，加快酸浸速率，提高浸取效率 Pb (2)将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，以便在调pH时除去Fe元素 K3[Fe(CN)6] Fe2+ (3)3Co2+＋Mn＋7H2O===3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H+ 3Mn2+＋2Mn＋2H2O===5MnO2↓＋4H+ (4)ZnSO4、K2SO4 10-16.7
3．解析：矿粉中加入足量空气和硫酸，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①调节pH，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S，离子方程式为4FeS2＋15O2＋2H2O4Fe3+＋8S＋4H+。(3)“沉铁砷”时，调节pH，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)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；“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；“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；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作络合剂，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中含有[Zn(CN)4]2-，经过硫酸的酸化，[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN，反应的化学方程式为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。
答案：(1)CuSO4 (2)4FeS2＋15O2＋2H2O4Fe3+＋8S＋4H+ (3)Fe(OH)3 (4)BC (5)作络合剂，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
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第一篇 环节突破
第二部分 元素及其化合物
第四章 非金属及其化合物
第21讲 无机化工流程的解题策略(能力课)
1．了解无机化工流程试题的模式和思维模型。
2．掌握化工流程中原料预处理方法、物质的分离提纯方法和各步转化的反应原理及条件控制。
环节一 建立思维模型
1．明确试题模式
图1箭头表示反应物加入同时生成物出来；
图2箭头表示反应物分步加入和生成物出来；
图3箭头表示循环反应。
2．建立思维模型——“三步审读”
(1)审题干——明确原料成分和目的要求
(2)审流程——明确各步转化原理和目的
①看箭头：进入的是原料(即反应物)；出去的是生成物(包括主产物和副产物)。
②看三线：主线主产品、分支副产品、回头为循环。
③找信息：明确反应条件和分离提纯方法。
④关注所加物质的可能作用：参与反应、提供反应氛围、满足定量要求。
(3)审问题——明确答什么
①防止答非所问：要看清题目要求，按要求答题。
②规范表述：回答问题要准确全面，注意语言表达的规范性，特别是化学用语表示要准确、规范。
3．常见考查角度
化工流程题的考点主要从以下6点设置
基本操作 除杂、分离、检验、洗涤、干燥等实验操作的步骤描述；加入某些试剂或某个操作步骤的目的描述
物质的分离与提纯 通过调节pH使溶液中的金属离子沉淀达到分离除杂的目的，据此选择需要加入的化学试剂；加入某种物质使难溶物转化为更难溶的物质后，通过过滤除去等
化工流程题的考点主要从以下6点设置
化学反应速率与化学平衡理论的运用 例如，研磨使反应物颗粒变小，增大反应物间的接触面积，从而增大反应速率，提高原料利用率；升高温度能增大反应速率，使吸热反应平衡正向移动等
化学方程式或离子方程式的书写 根据流程图及设问中的信息找出反应物和生成物，书写指定的化学方程式或离子方程式
化工流程题的考点主要从以下6点设置
保护环境与绿色化学思想 流程中物质的转化和循环、资源的回收和利用、
“三废”的来源、对环境的影响及处理措施等
化学计算 结合原料纯度、转化率、损失率、产物产率等计算产品质量；结合溶液配制、滴定操作测定样品中某元素含量或产品纯度；结合溶度积常数，计算溶液中某离子浓度或完全沉淀时的pH等
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________(填字母)。
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
_________________________________________________________。
ab
2Bi2S3＋9O22Bi2O3＋6SO2
(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__________________________________。
抑制金属离子水解
SiO2
Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2+＋
Cl2↑＋3H2O
将Fe3+转化为Fe2+
流程分析三方法
首尾分析法 线型工艺流程(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，找出原料与产品之间的关系，弄清原料转化为产品的基本原理和生产过程中除杂、分离、提纯产品工艺，然后再结合题设问题，逐一推敲解答
三相分析法 “一相”是分析转化中的气体反应与生成，“二相”是分析转化中固体或沉淀变化，“三相”是分析转化中溶液中的溶质
交叉分析法 有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用中间产品与部分其他原材料反应生产所需的主流产品，这就需将提供的工艺流程图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析
环节二 提升解题能力
1．原料的预处理
(1)溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸等。
以分离、提纯为主体的化工流程
水浸 与水接触发生反应或溶解
浸出 固体加水(酸)溶解得到离子
酸(碱)浸 在酸(碱)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
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，并使一些杂质在高温下氧化、分解。
增大矿石物质的浸出率的措施有搅拌、加热、升温，增大浸出液的浓度，粉碎矿石增大固液接触面积，延长浸出时间。
2．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抽滤等方法
萃取 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，包括液-液萃取和固-液萃取，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴
分液 利用分液漏斗将两种互不混溶的液体分离开的操作，如分离油和水
蒸发结晶 提取溶解度随温度变化不大或受热稳定的溶质，如NaCl
蒸发浓缩、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混合气体中的氨
3．分离、提纯的深化
(1)特定洗涤目的
冰水洗涤的目的 洗去晶体表面的杂质粒子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗
乙醇洗涤的目的 降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较干燥的产物
减压过滤 (抽滤) 加快过滤速率，使沉淀更干燥
晶体的干燥：要得到干燥的晶体，常见的干燥方法有自然晾干、滤纸吸干、在干燥器中干燥、烘干(适用于热稳定性较好的物质)。
(2)调节溶液pH分离、提纯
①控制溶液的酸、碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。
物质 开始沉淀时pH 沉淀完全时pH
Fe(OH)3 1.6 2.8
Fe(OH)2 6.5 8.3
Mn(OH)2 8.1 10.1
若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+、Fe3+，可先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+，再调节溶液的pH为2.8≤pH<8.1。
②调节pH所需的物质应能与H＋反应，使溶液pH增大，且不引入新杂质。例如：要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入CuO、、、等物质来调节溶液的pH。
(2023·新课标全国卷，T27)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________。
Na2CrO4
Fe2O3
Al(OH)3
(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___________________________________________
_________________________________________________________。
结合H＋生成，P的去除率降低
体系中、Mg2+浓度降低，MgSiO3和MgNH4PO4趋于溶解，Si、P的去除率降低
(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________(填序号)。
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____________________________________________________。
C
＋10H＋===＋5H2O
[解析] (1)根据题给信息和已知条件可知，铬钒渣中铬元素以低价态含氧酸盐形式存在，在碱性、富氧条件下煅烧铬钒渣有Na2CrO4生成。
(2)“煅烧”工序中生成Na2CrO4、Na2SiO3、Na[Al(OH)4]、NaVO3和Fe2O3等，用水浸取“煅烧”的产物后，铁元素以Fe2O3的形式存在于水浸渣中。
(3)“沉淀”步骤中，加入稀硫酸调pH至弱碱性时，Na[Al(OH)4]转化为Al(OH)3沉淀，发生反应H＋＋[Al(OH)4]－===Al(OH)3↓＋H2O，故“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是。
(4)pH<9时结合H＋生成，沉淀溶解平衡MgNH4PO4(s)
(aq)正向移动，不利于生成MgNH4PO4沉淀，P的去除率降低；pH>9时，碱性较强，Mg2+会形成沉淀会形成NH3·H2O，MgSiO3和MgNH4PO4的溶解度增大，Si、P的去除率降低。
(5)pH<1时，发生反应V2O5＋2H＋===＋H2O等，碱性条件下，发生反应V2O5＋2OH－===＋H2O等，说明V2O5既可以与酸反应，也可以与碱反应，故V2O5为两性氧化物，C符合题意。
(6)根据题中已知信息可知，最高价铬元素在酸性介质中以存在，故在酸性条件下加入焦亚硫酸钠溶液后发生的反应为＋10H＋===＋5H2O。
1．(2025·深圳模拟)V2O5广泛用于冶金、化工等行业，以钒矿石为原料制备V2O5的部分工艺流程如下：
已知：ⅰ．“焙烧”后，固体中主要含有、、Mn(VO3)2、Ca(VO3)2；
ⅱ．“酸浸”后钒以形式存在，“还原”后钒以VO2+形式存在；
ⅲ．有机溶剂P204能充分萃取四价钒(VO2+)，也能萃取Fe3+而不萃取Fe2+；
ⅳ．多钒酸铵微溶于冷水，易溶于热水；
ⅴ．该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
回答下列问题：
(1)“破碎”的目的是______________________________________。
(2)“还原”时参与反应的离子方程式为
________________________________________________________。
金属离子 Fe3+ Fe2+ Ca2+ Mn2+
开始沉淀pH 1.6 6.5 11.9 8.1
完全沉淀pH 2.8 8.3 13.9 10.1
增大固体接触面积，提高焙烧速率
===2VO2+＋Fe2+＋2H2O
(3)“氧化”时，每消耗21.3 g NaClO3(还原产物为NaCl)，可得到________ mol。
(4)洗涤多钒酸铵时要用冰水洗涤，目的是______________________
_________________________________________________________。
(5)流程中可循环使用的物质有_____________________________。
1.2
降低多钒酸铵的溶解度，
减少损失
NH3 (或氨水)、有机溶剂P204
(6)“萃取”分离后，所得“水相”中含有丰富的金属资源，可按照如下步骤进行回收：
ⅰ．加入适量NaF溶液“沉钙”；ⅱ．……；ⅲ．从所得滤液中回收MnSO4·5H2O
①步骤ⅱ所需试剂有________(填字母)。
A．H2O2溶液 B．MnO
C．Fe粉 D．石灰乳
AB
②步骤ⅲ的实验操作为_____________________________________。
蒸发浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤、干燥)
[解析] “焙烧”后，固体中主要含有Fe(VO3)2、、、Ca(VO3)2，加入稀硫酸“酸浸”后生成(VO2)2SO4、FeSO4、Fe2(SO4)3、MnSO4、CaSO4，过滤后向滤液中加入铁粉还原生成、FeSO4，CaSO4、MnSO4不参与反应，加入有机溶剂P204能充分萃取四价钒(VO2+)，分液后除去CaSO4、FeSO4、MnSO4，将有机溶剂反萃取后分离出VO2+，再加入NaClO3将VO2+氧化为，再加入氨水生成(NH4)2V6O16沉淀，过滤后经煅烧生成V2O5，由此分析解答。
(1)“破碎”的目的是增大固体接触面积，提高焙烧速率。
(2)“还原”时，Fe粉将(VO2)2SO4转化为VOSO4，Fe元素化合价由0升高至＋2，V元素化合价由＋5降低至＋4，根据得失电子守恒和元素守恒可知反应的离子方程式为===2VO2+＋Fe2+＋2H2O。
(3)“氧化”时，NaClO3将VO2+氧化为，Cl元素化合价由＋5降低至－1，V元素化合价由＋4升高至＋5，根据得失电子守恒和元素守恒可知反应的离子方程式为＋6VO2+＋3H2O===＋Cl－＋6H＋，每消耗21.3 g NaClO3，即 0.2 mol NaClO3，可得到＝0.2 mol×6＝1.2 mol。
(4)由于多钒酸铵微溶于冷水，易溶于热水，为降低多钒酸铵的溶解度，减少损失，可用冰水洗涤。
(5)有机溶剂经过“萃取”和“反萃取”可以循环使用，“煅烧”过程中生成NH3，可用于“沉钒”过程中。
(6)①“萃取”分离后，所得“水相”中的金属离子有Mn2+、Fe2+和少量的Ca2+，欲得到MnSO4溶液，需除去杂质Ca2+、Fe2+，第一道工序已除去Ca2+，则后续工序应除去Fe2+，结合各金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH可知，需将Fe2+氧化为Fe3+，然后调溶液的pH，使Fe3+转化成Fe(OH)3沉淀，为不引入杂质离子，可用H2O2溶液作氧化剂，MnO调pH。
②步骤ⅲ的目的是从MnSO4溶液中获得MnSO4·5H2O晶体，因此该实验操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤、干燥)。
1．物质制备过程的控制条件
(1)控制体系的环境氛围
①需要在酸性气流中干燥FeCl3、AlCl3、MgCl2等，抑制水解并带走因分解产生的水蒸气。
②营造还原性氛围，防止还原性物质被氧化。如加入铁粉防止Fe2+被氧化。
③加入氧化剂进行氧化。如加入绿色氧化剂H2O2将Fe2+氧化为Fe3+，绿色氧化剂H2O2的优点：不引入新杂质，产物对环境无污染。
以物质制备为主体的化工流程
(2)控制反应温度
①加热：加速溶解、加快反应速率或促进平衡向某个方向移动(如促进水解生成沉淀)。
②降温：防止某物质在某温度时会溶解或分解，或促进平衡向某个方向移动。
③控制温度在一定范围内，综合多方面因素考虑，如使反应速率不至于太慢、抑制或促进平衡移动、防止反应物分解、防止副反应发生、使催化剂的催化活性最高等。
④若题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要根据它们的溶解度随温度升高而改变的情况，寻找合适的结晶分离方法。
2．从对反应速率和平衡转化率的影响综合控制条件
(1)使催化剂的活性达到最高：如工业合成氨或SO2的催化氧化反应，选择的温度是500 ℃左右，原因之一就是这样可使催化剂的活性达到最高。
(2)对于一些工艺来说，降温或减压都可以减少能源成本，降低对设备的要求。
(2024·河北卷，T16)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)。
3d34s2
＋5
CO2
(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。
NaAlO2
＋OH－＋Ca(VO3)2
提高溶液中的
浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放
离子交换
(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
NaCl
bd
[解析] (1)钒是23号元素，其基态原子的价层电子排布式为3d34s2；焙烧过程中，氧气被还原，V2O3被氧化生成，偏钒酸盐中钒的化合价为＋5价；CaCO3在800 ℃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NaOH与Al2O3反应生成的偏铝酸钠溶于水，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与和OH－反应生成CaCO3、和H2O。滤液①中含有、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＋，为避免引入其他杂质离子，且NaCl廉价易得，故洗脱液的主要成分应为NaCl。
(5)沉钒过程生成NH4VO3。NH4Cl呈弱酸性，如果将溶液调至碱性，OH－与反应，不利于生成NH4VO3，b符合题意；降低NH4Cl溶液的浓度，不利于生成NH4VO3，d符合题意。
2．(2024·甘肃卷，T16)某兴趣小组设计了利用MnO2和H2SO3生成MnS2O6，再与Na2CO3反应制备Na2S2O6·2H2O的方案：
(1)采用如图所示装置制备SO2，仪器a的名称为________________；步骤Ⅰ中采用冰水浴是为了__________________________________
_________________________________________________________。
恒压滴液漏斗
增大SO2的溶解度，增大H2SO3的浓度，同时为步骤Ⅱ提供低温
(2)步骤Ⅱ应分数次加入MnO2，原因是________________________
__________________________________________________________
_________________________________________________________。
(3)步骤Ⅲ中滴加饱和Ba(OH)2溶液的目的是___________________
_________________________________________________________。
防止过多的MnO2与H2SO3反应生成MnSO4，同时防止反应太快、放热太多、不利于控制温度低于10 ℃
除去过量的SO2
(或H2SO3)
(4)步骤Ⅳ中生成MnCO3沉淀，判断Mn2+已沉淀完全的操作是__________________________________________________________
_______________________________________。
静置，向上层清液中继续滴加几滴饱和Na2CO3溶液，若不再产生沉淀，说明Mn2+已沉淀完全
(5)将步骤Ⅴ中正确操作或现象的字母填入相应括号中。
A．蒸发皿中出现少量晶体
B．使用漏斗趁热过滤
C．利用蒸发皿余热使溶液蒸干
D．用玻璃棒不断搅拌
E．等待蒸发皿冷却
D
A
E
[解析] 步骤Ⅱ中MnO2与H2SO3在低于10 ℃时反应生成MnS2O6，反应的化学方程式为MnO2＋2H2SO3===MnS2O6＋2H2O，步骤Ⅲ中滴加饱和溶液除去过量的SO2(或H2SO3)，步骤Ⅳ中滴入饱和Na2CO3溶液发生反应MnS2O6＋Na2CO3===MnCO3↓＋Na2S2O6，经过滤得到Na2S2O6溶液，步骤Ⅴ中Na2S2O6溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到Na2S2O6·2H2O。
(1)根据仪器a的特点知，仪器a为恒压滴液漏斗；步骤Ⅰ中采用冰水浴是为了增大SO2的溶解度，增大H2SO3的浓度，同时为步骤Ⅱ提供低温。
(2)由于MnO2具有氧化性、SO2(或H2SO3)具有还原性，步骤Ⅱ应分数次加入MnO2，原因是防止过多的MnO2与H2SO3反应生成MnSO4，同时防止反应太快、放热太多、不利于控制温度低于10 ℃。
(3)步骤Ⅲ中滴加饱和Ba(OH)2溶液的目的是除去过量的SO2(或H2SO3)，防止后续反应中SO2与Na2CO3溶液反应。
(4)步骤Ⅳ中生成MnCO3沉淀，判断Mn2+已沉淀完全的操作是静置，向上层清液中继续滴加几滴饱和Na2CO3溶液，若不再产生沉淀，说明Mn2+已沉淀完全。
(5)步骤Ⅴ的正确操作或现象为将滤液倒入蒸发皿中→用酒精灯加热→用玻璃棒不断搅拌→蒸发皿中出现少量晶体→停止加热→等待蒸发皿冷却→过滤、洗涤、干燥得到Na2S2O6·2H2O。
高考真题 衍生变式
1．(2024·贵州卷，T13)贵州重晶石矿(主要成分为BaSO4)储量占全国以上。某研究小组对重晶石矿进行“富矿精开”研究，开发了制备高纯纳米钛酸钡(BaTiO3)工艺。部分流程如下：
下列说法正确的是( )
A．“气体”主要成分是H2S，“溶液1”的主要溶质是Na2S
B．“系列操作”可为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
C．“合成反应”中生成BaTiO3的反应是氧化还原反应
D．“洗涤”时可用稀硫酸去除残留的碱，以提高纯度
√
B [重晶石矿(主要成分为BaSO4)通过一系列反应，转化为BaS溶液；加盐酸酸化，生成BaCl2和H2S气体；在BaCl2溶液中加入过量的NaOH溶液，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到·8H2O；过滤得到的溶液1的溶质主要含NaCl及过量的NaOH；Ba(OH)2·8H2O加水溶解后，加入Ti(OC4H9)4，进行合成反应，得到BaTiO3粗品，最后洗涤得到最终产品。由分析可知，“气体”主要成分为H2S，“溶液1”的溶质主要含NaCl及过量的NaOH，A项错误；由分析可知，“系列操作”得到的是Ba(OH)2·8H2O晶体，故“系
列操作”可以是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，B项正确；“合成反应”是Ba(OH)2·8H2O和Ti(OC4H9)4反应生成BaTiO3，该反应中元素化合价均未发生变化，不是氧化还原反应，C项错误；“洗涤”时，若使用稀硫酸，BaTiO3会部分转化为难溶的BaSO4，故不能使用稀硫酸，D项错误。]
(1)写出“酸化”过程的离子方程式：________________________。
(2)Ti(OC4H9)4若水解时，生成的有机物可能是______________。
(3)用稀硫酸洗涤粗品中的碱，可能发生的副反应的离子方程式为
_________________________________________________________。
S2-＋2H＋===H2S↑
C4H9OH
2．(2024·新课标全国卷，T8)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(c≤1.0×10-5 mol·L-1)时的pH：
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀时pH 1.5 6.9 － 7.4 6.2
沉淀完全时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。
增大固液接触面积，加快
酸浸速率，提高浸取效率
Pb
将溶液中的Fe2+氧化
为Fe3+，以便在调pH时除去Fe元素
K3[Fe(CN)6]
Fe2+
(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______________(填化学式)，残留的Co3+浓度为________mol·L-1。
＋7H2O===3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋
＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋
ZnSO4、K2SO4
10-16.7
[解析] (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。
(2)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+再调节pH使Fe3+完全沉淀，则MnO2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+。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，结合得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒可写出两个离子方程式：＋7H2O===3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋、＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋。
(4)“除钴液”中含有的金属阳离子主要是Zn2+和K＋，而阴离子主要是“酸浸”步骤引入的，因此其中主要的盐有ZnSO4和K2SO4。当Co3+恰好完全沉淀时，溶液中c(Co3+)＝1.0×10-5 mol·L-1，此时溶液pH＝1.1，即c(H＋)＝10-1.1 mol·L-1，则c(OH－)＝＝10-12.9 mol·L-1，则Ksp[Co(OH)3]＝1.0×10-5×(10-12.9)3＝10-43.7。“除钴液”的pH＝5，即c(H＋)
＝10-5 mol·L-1，则c(OH－)＝＝10-9 mol·L-1，此时溶液中c(Co3+)＝＝ mol·L-1＝10-16.7 mol·L-1。
3．(2024·黑吉辽卷，T16)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、FeAsS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
_________________________________________________________。
CuSO4
4FeS2＋15O2＋2H2O＋4H＋
(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)“焙烧氧化”也可提高“浸金”效率，相比“焙烧氧化”，“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
Fe(OH)3
BC
(5)“真金不怕火炼”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__________________________________。
作络合剂，将Au转化为[Au(CN)2]－从而浸出
作还原剂，将[Au(CN)2]－还原为Au
(7)滤液②经硫酸酸化，[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。
Na2[Zn(CN)4]＋2H2SO4===ZnSO4＋4HCN＋Na2SO4
NaCN
[解析] 矿粉中加入足量空气和硫酸，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①调节pH，Fe3+转化为胶体，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，离子方程式为4FeS2＋15O2＋2H2O＋4H＋。
(3)“沉铁砷”时，调节pH，Fe3+转化为胶体，可起到絮凝作用，促进含As微粒的沉降。
(4)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；“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；“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；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作络合剂，将Au转化为从而浸出。
(6)“沉金”中Zn作还原剂，将[Au(CN)2]－还原为Au。
(7)滤液②中含有[Zn(CN)4]2-，经过硫酸的酸化转化为ZnSO4和HCN，反应的化学方程式为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。
课时数智作业(二十一) 无机化工流程的解题策略
题号
1
3
5
2
4
6
7
(每小题只有一个选项正确，每小题3分，共15分)
1．(2024·铜仁模拟)实验室以工业废渣(主要含CaSO4·2H2O，还含少量SiO2)为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体，其实验流程如图。下列说法正确的是( )
(建议用时：40分钟 总分：40分)
题号
1
3
5
2
4
6
7
A．为提高浸取效率，浸取时需在高温下进行
B．浸取时，需向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水，抑制水解
C．滤渣经洗涤和干燥后得到纯净的轻质CaCO3
D．对滤液进行蒸发浓缩、冷却结晶可得到纯净的(NH4)2SO4晶体
√
题号
1
3
5
2
4
6
7
B [工业废渣(主要含CaSO4·2H2O，还含少量SiO2)中加入(NH4)2CO3溶液，将CaSO4转化为CaCO3和(NH4)2SO4；过滤后，滤渣中除含有CaCO3、SiO2外，可能还含有未反应的CaSO4；滤液中含有(NH4)2SO4及过量的(NH4)2CO3。A．高温时(NH4)2CO3分解，错误；C．滤渣经洗涤和干燥后，所得沉淀中含有CaCO3、SiO2等，错误；D．得到的(NH4)2SO4晶体中可能含有(NH4)2CO3，错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
7
2．(2024·甘肃卷，T11)兴趣小组设计了从AgCl中提取Ag的实验方案，下列说法正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
7
A．还原性：Ag>Cu>Fe
B．按上述方案消耗1 mol Fe可回收1 mol Ag
C．反应①的离子方程式是[Cu(NH3)4]2+＋4H＋===
D．溶液①中的金属离子是Fe2+
√
题号
1
3
5
2
4
6
7
C [金属活动性越强，金属的还原性越强，由题中的实验方案可知还原性由强到弱的顺序为Fe>Cu>Ag，A不正确；由得失电子守恒可知，按上述方案消耗1 mol Fe可回收2 mol Ag，B不正确；向氯化铜和氯化铵的混合液中加入铁，铁置换出铜后生成Fe2+，然后Fe2+被通入的氧气氧化为Fe3+，因此，溶液①中的金属离子是Fe3+，D不正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
7
3．(2024·黑吉辽卷)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( )
题号
1
3
5
2
4
6
7
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
√
离子 Zn2+ Cu2+ Cl－
浓度/(g·L-1) 145 0.03 1
A．“浸铜”时应加入足量H2O2溶液，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
题号
1
3
5
2
4
6
7
C [铜屑中加入硫酸和H2O2溶液得到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”步骤发生反应的离子方程式为Cu2+＋Cu＋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。由分析得，“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，故A错误；“浸铜”时，铜屑中加入硫酸和H2O2溶液得到Cu2+，反应的离子方程式为Cu＋2H＋＋H2O2===Cu2+＋2H2O，故B错误；“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，离子方程式为Cu2+＋Cu＋2Cl－===2CuCl，故C正确；脱氯液净化后电解，Zn2+应在阴极得到电子变为Zn，故D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
7
4．(2025·潍坊模拟)锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6)可用低温重构—直接浸出技术制备碳酸锂，同时得到氧化铝，工艺流程如图。下列说法错误的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
7
A．“水热反应”为2LiAlSi2O6＋8NaOHLi2SiO3↓＋3Na2SiO3＋2Na[Al(OH)4]
B．“滤渣1”和“滤渣2”的主要成分相同
C．冶炼金属锂和金属铝均可用电解其熔融氯化物的方法
D．流程中不涉及氧化还原反应
√
C [AlCl3为分子化合物，冶炼金属铝采用电解熔融氧化铝的方法，故C错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
7
5．(2024·厦门二模)碳酸亚铁作为饲料中铁的补充剂，其干燥品在空气中稳定，湿品在空气中被氧化为氢氧化铁成，呈茶色。用含少量FeS的废铁屑制取FeCO3的流程如图所示：
题号
1
3
5
2
4
6
7
已知：常温下存在自偶电离：，K＝1.3×10-4；的Ka2＝5.6×10-11；③Fe(OH)2开始沉淀的pH＝6.5。
下列说法正确的是( )
A．“浸出”时为了提高反应速率，可以把稀硫酸换成浓硫酸
B．“沉铁”过程中发生反应的离子方程式是===FeCO3↓
C．“沉铁”过程中也可使用饱和碳酸钠溶液
D．“沉铁”得到的碳酸亚铁过滤后要用无水乙醇洗涤、隔绝空气干燥
√
题号
1
3
5
2
4
6
7
D [常温下铁在浓硫酸中钝化，“浸出”时不能把稀硫酸换成浓硫酸，A错误；根据已知信息可判断“沉铁”过程中发生反应的离子方程式是===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O，B错误；根据已知信息可知饱和碳酸钠溶液的碱性比较强，“沉铁”过程中如果使用饱和碳酸钠溶液会产生氢氧化亚铁沉淀，C错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
7
6．(14分)(2024·安庆二模)粗氢氧化钴[Co(OH)3]是以铜钴矿为原料湿法提取而得到的粗制钴盐中间品，含有MnOOH以及Al2O3、Fe3O4、Mg等杂质，粗氢氧化钴湿法制取精制硫酸钴的流程如下：
题号
1
3
5
2
4
6
7
(1)“浸出”时添加还原剂SO2对原料中的锰和__________(填元素名称)进行有效浸出。保持温度、SO2流速等条件不变，Co浸出率与时间关系如图甲所示，则H2SO4浓度最适宜为_______mol·L-1。(4分)
钴、铁
3.0
题号
1
3
5
2
4
6
7
(2)“除杂”时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)。Mn2+被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为______________________________________________________
(已知：H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱)。室温下，生石灰调节pH＝________(保留一位小数)时，检验反应后的滤液中恰好不存在Fe3+[已知：的Ksp＝10-37.4，离子浓度≤10-6 mol·L-1时沉淀完全]。(4分)
＋3H＋
3.5
题号
1
3
5
2
4
6
7
(3)在萃取剂一定量的情况下，提高萃取率的措施有______________
_______________(答出一点即可)，萃取后水相溶液中存在的金属离子有________________。(3分)
分多次加入
萃取剂
Al3+、Mg2+
题号
1
3
5
2
4
6
7
(4)硫酸钴的溶解度曲线如图乙所示，从溶液中获得CoSO4·7H2O的方法是_______________________________________。(3分)
在70～75 ℃时减压蒸发，冷却结晶
题号
1
3
5
2
4
6
7
[解析]
题号
1
3
5
2
4
6
7
(1)SO2具有还原性，可将Co(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅲ)还原成＋2价离子进行有效浸出；图甲中当硫酸浓度为3.0 mol·L-1时可在最短时间内使钴浸出率达到最大。
(2)过一硫酸与Mn2+反应生成MnO2和，根据得失电子守恒和元素守恒可得反应的离子方程式为＋Mn2+＋H2O===＋3H＋；由题中信息可知，当c(Fe3+)≤10-6 mol·L-1时，沉淀完全，故恰好完全沉淀时c(OH－)＝ mol·L-1≈10-10.5 mol·L-1，则pH＝3.5。(3)在萃取剂一定量的情况下，可将萃取剂分多次进行萃取以提高萃取率。
题号
1
3
5
2
4
6
7
7．(11分)(2024·重庆二模)硼氢化钠(NaBH4)是有机化学中常用的还原剂之一，其易溶于(CH3)2CHNH2，可与水反应生成氢气。工业上用硼镁石(主要成分为Mg2B2O5，含少量杂质Fe3O4)制取NaBH4的流程如下。
题号
1
3
5
2
4
6
7
(1)基态B原子的价层电子排布图为__________________________，
NaBH4的电子式为_____________________。(2分)
(2)“碱溶”后所得滤渣的成分是__________________。(2分)
(3)“操作2”包括两步，分别为______、__________，在实验室进行“操作2”所用到最主要的玻璃仪器是______________。(3分)
Fe3O4和Mg(OH)2
萃取
分液
分液漏斗
题号
1
3
5
2
4
6
7
(4)NaBH4与水反应的化学方程式为__________________________
_______________。(2分)
(5)“高温合成”过程参加反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。(2分)
NaBH4＋2H2O===NaBO2＋
4H2↑
1∶2
题号
1
3
5
2
4
6
7
[解析] 硼镁石(主要成分为Mg2B2O5，含少量杂质Fe3O4)，加入浓NaOH溶液得到含NaBO2的溶液和滤渣，滤渣成分为不溶于碱的Fe3O4和，将含NaBO2的溶液浓缩结晶得到Na2B4O7·10H2O晶体，将晶体脱水，得到的Na2B4O7固体在高温下与Na、H2、SiO2合成NaBH4和Na2SiO3，因NaBH4常温下能与水反 应，易溶于(CH3)2CHNH2，所以加入(CH3)2CHNH2溶解NaBH4分离出不溶于(CH3)2CHNH2的Na2SiO3，再经蒸馏得到目标产品NaBH4。
谢 谢 ！课时数智作业(二十一) 无机化工流程的解题策略
(建议用时：40分钟 总分：40分)
(每小题只有一个选项正确，每小题3分，共15分)
1．(2024·铜仁模拟)实验室以工业废渣(主要含CaSO4·2H2O，还含少量SiO2)为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体，其实验流程如图。下列说法正确的是( )
A．为提高浸取效率，浸取时需在高温下进行
B．浸取时，需向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水，抑制水解
C．滤渣经洗涤和干燥后得到纯净的轻质CaCO3
D．对滤液进行蒸发浓缩、冷却结晶可得到纯净的(NH4)2SO4晶体
2．(2024·甘肃卷，T11)兴趣小组设计了从AgCl中提取Ag的实验方案，下列说法正确的是( )
A．还原性：Ag>Cu>Fe
B．按上述方案消耗1 mol Fe可回收1 mol Ag
C．反应①的离子方程式是[Cu(NH3)4]2+＋4H＋===
D．溶液①中的金属离子是Fe2+
3．(2024·黑吉辽卷)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( )
铜屑Ｆ浸铜↓ ↓硫酸 H2O2溶液Ｆ脱 氯↓锌浸出液CuCl固体脱氯液
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子 Zn2+ Cu2+ Cl－
浓度/(g·L-1) 145 0.03 1
A．“浸铜”时应加入足量H2O2溶液，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
4．(2025·潍坊模拟)锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6)可用低温重构—直接浸出技术制备碳酸锂，同时得到氧化铝，工艺流程如图。下列说法错误的是( )
A．“水热反应”为2LiAlSi2O6＋8NaOHLi2SiO3↓＋3Na2SiO3＋2Na[Al(OH)4]
B．“滤渣1”和“滤渣2”的主要成分相同
C．冶炼金属锂和金属铝均可用电解其熔融氯化物的方法
D．流程中不涉及氧化还原反应
5．(2024·厦门二模)碳酸亚铁作为饲料中铁的补充剂，其干燥品在空气中稳定，湿品在空气中被氧化为氢氧化铁成，呈茶色。用含少量FeS的废铁屑制取FeCO3的流程如图所示：
已知：常温下存在自偶电离：，K＝1.3×10-4；的Ka2＝5.6×10-11；③Fe(OH)2开始沉淀的pH＝6.5。
下列说法正确的是( )
A．“浸出”时为了提高反应速率，可以把稀硫酸换成浓硫酸
B．“沉铁”过程中发生反应的离子方程式是===FeCO3↓
C．“沉铁”过程中也可使用饱和碳酸钠溶液
D．“沉铁”得到的碳酸亚铁过滤后要用无水乙醇洗涤、隔绝空气干燥
6．(14分)(2024·安庆二模)粗氢氧化钴[Co(OH)3]是以铜钴矿为原料湿法提取而得到的粗制钴盐中间品，含有MnOOH以及Al2O3、Fe3O4、Mg等杂质，粗氢氧化钴湿法制取精制硫酸钴的流程如下：
(1)“浸出”时添加还原剂SO2对原料中的锰和__________(填元素名称)进行有效浸出。保持温度、SO2流速等条件不变，Co浸出率与时间关系如图甲所示，则H2SO4浓度最适宜为________mol·L-1。(4分)
(2)“除杂”时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)。Mn2+被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
(已知：H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱)。室温下，生石灰调节pH＝________(保留一位小数)时，检验反应后的滤液中恰好不存在Fe3+[已知：的Ksp＝10-37.4，离子浓度≤10-6 mol·L-1时沉淀完全]。(4分)
(3)在萃取剂一定量的情况下，提高萃取率的措施有
____________________________________________________________________
_______________________________________(答出一点即可)，萃取后水相溶液中存在的金属离子有________。(3分)
(4)硫酸钴的溶解度曲线如图乙所示，从溶液中获得CoSO4·7H2O的方法是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。(3分)
7．(11分)(2024·重庆二模)硼氢化钠(NaBH4)是有机化学中常用的还原剂之一，其易溶于(CH3)2CHNH2，可与水反应生成氢气。工业上用硼镁石(主要成分为Mg2B2O5，含少量杂质Fe3O4)制取NaBH4的流程如下。
(1)基态B原子的价层电子排布图为________，NaBH4的电子式为______________。(2分)
(2)“碱溶”后所得滤渣的成分是______________________________。(2分)
(3)“操作2”包括两步，分别为______、________，在实验室进行“操作2”所用到最主要的玻璃仪器是______________。(3分)
(4)NaBH4与水反应的化学方程式为______________________________________
_____________________________________________________________。(2分)
(5)“高温合成”过程参加反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。(2分)
课时数智作业(二十一)
1．B [工业废渣(主要含CaSO4·2H2O，还含少量SiO2)中加入(NH4)2CO3溶液，将CaSO4转化为CaCO3和(NH4)2SO4；过滤后，滤渣中除含有CaCO3、SiO2外，可能还含有未反应的CaSO4；滤液中含有(NH4)2SO4及过量的(NH4)2CO3。A．高温时(NH4)2CO3分解，错误；C．滤渣经洗涤和干燥后，所得沉淀中含有CaCO3、SiO2等，错误；D．得到的(NH4)2SO4晶体中可能含有(NH4)2CO3，错误。]
2．C [金属活动性越强，金属的还原性越强，由题中的实验方案可知还原性由强到弱的顺序为Fe>Cu>Ag，A不正确；由得失电子守恒可知，按上述方案消耗1 mol Fe可回收2 mol Ag，B不正确；向氯化铜和氯化铵的混合液中加入铁，铁置换出铜后生成Fe2+，然后Fe2+被通入的氧气氧化为Fe3+，因此，溶液①中的金属离子是Fe3+，D不正确。]
3．C [铜屑中加入硫酸和H2O2溶液得到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”步骤发生反应的离子方程式为Cu2+＋Cu＋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。由分析得，“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，故A错误；“浸铜”时，铜屑中加入硫酸和H2O2溶液得到Cu2+，反应的离子方程式为Cu＋2H+＋H2O2===Cu2+＋2H2O，故B错误；“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，离子方程式为Cu2+＋Cu＋2Cl-===2CuCl，故C正确；脱氯液净化后电解，Zn2+应在阴极得到电子变为Zn，故D错误。]
4．C [AlCl3为分子化合物，冶炼金属铝采用电解熔融氧化铝的方法，故C错误。]
5．D [常温下铁在浓硫酸中钝化， “浸出”时不能把稀硫酸换成浓硫酸，A错误；根据已知信息可判断“沉铁”过程中发生反应的离子方程式是Fe2+＋2HC===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O，B错误；根据已知信息可知饱和碳酸钠溶液的碱性比较强， “沉铁”过程中如果使用饱和碳酸钠溶液会产生氢氧化亚铁沉淀，C错误。]
6．解析：
(1)SO2具有还原性，可将Co(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅲ)还原成＋2价离子进行有效浸出；图甲中当硫酸浓度为3.0 mol·L-1时可在最短时间内使钴浸出率达到最大。(2)过一硫酸与Mn2+反应生成MnO2和S，根据得失电子守恒和元素守恒可得反应的离子方程式为HS＋Mn2+＋H2O===MnO2↓＋S＋3H+；由题中信息可知，当c(Fe3+)≤10-6 mol·L-1时，沉淀完全，故恰好完全沉淀时c(OH-)＝ mol·L-1≈10-10.5 mol·L-1，则pH＝3.5。(3)在萃取剂一定量的情况下，可将萃取剂分多次进行萃取以提高萃取率。
答案：(1)钴、铁 3.0
(2)H2O＋Mn2+＋HS===MnO2↓＋S＋3H+ 3.5
(3)分多次加入萃取剂 Al3+、Mg2+
(4)在70~75 ℃时减压蒸发，冷却结晶
7．解析：硼镁石(主要成分为Mg2B2O5，含少量杂质Fe3O4)，加入浓NaOH溶液得到含NaBO2的溶液和滤渣，滤渣成分为不溶于碱的Fe3O4和Mg(OH)2，将含NaBO2的溶液浓缩结晶得到Na2B4O7·10H2O晶体，将晶体脱水，得到的Na2B4O7固体在高温下与Na、H2、SiO2合成NaBH4和Na2SiO3，因NaBH4常温下能与水反 应， 易溶于(CH3)2CHNH2，所以加入(CH3)2CHNH2溶解NaBH4分离出不溶于(CH3)2CHNH2的Na2SiO3，再经蒸馏得到目标产品NaBH4。
答案：(1) Na+[H︰︰H]- (2)Fe3O4和Mg(OH)2 (3)萃取 分液 分液漏斗 (4)NaBH4＋2H2O===NaBO2＋4H2↑ (5)1∶2
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