题型12 无机化工流程综合（题型专练）（广东专用）2026年高考化学二轮复习讲练测

题型12 无机化工流程综合目录 第一部分 题型解码 高屋建瓴，掌握全局 第二部分 考向破译 微观解剖，精细教学 典例引领 方法透视 变式演练 考向01 原料预处理 考向02 反应条件的控制 考向03 陌生方程式的书写【重】 考向04 物质的分离提纯 考向05 电离常数、溶度积常数的有关计算【难】 第三部分 综合巩固 整合应用，模拟实战 广东高考化学无机化学工艺流程题已连续5年占据固定题位即第18题。考点聚焦三方面：反应原理：侧重氧化还原反应判断、方程式书写（如2024年锆的“沸腾氮化”），以及速率与平衡调控（颗粒大小、温度优化）；物质转化与除杂：通过pH控制沉淀金属离子、资源回收利用；实验操作：涵盖分离、检验、洗涤等基础操作。能力要求强调信息整合（流程图分析）、知识迁移（元素化合物应用）及逻辑推理（步骤目的、转化关系推导）。 考向01 原料预处理 【例1-1】（2025·广东深圳·模拟预测）铟烟灰渣[含等]为主要原料制备In和活性ZnO的工艺流程如下： 已知：①常温下，一些金属离子开始沉淀与完全沉淀时的 Zn2+ Fe2+ Fe3+ In3+ 开始沉淀 6.5 6.3 1.5 3.5 完全沉淀 8.5 8.3 2.8 4.8 ②在酸性溶液中H2A2可萃取三价金属离子：。 回答下列问题： （1）“浸渣1”的主要成分是 (填化学式)。 （2）“还原除砷时，可将溶液中的H3AsO4转化，发生反应的化学方程式是 。 （3）加入铁粉“还原”的目的是 。 （4）“反萃取”中，可通过 提高萃取率。 （5）“滤液2”可在 (填操作单元)再利用。 （6）“调pH”中可选用的试剂X为 。使用H2O2的目的有 ，H2O2的使用量远大于理论计算量，可能的原因是 ；pH应控制的范围是 。 （7）“灼烧”时，发生反应的化学方程式是 。 【例1-2】（2025·广东深圳·一模）电动汽车电池正极废料含铝箔和Li、Ni、Co、Mn等的氧化物。一种回收路线如下： 已知：I．萃取时反应：(水相)(有机相)(有机相)(水相)，(为萃取反应的平衡常数，代表或)。 Ⅱ．该工艺下，；饱和的浓度约为。 （1）Mn属于 区元素。 （2）“碱浸”时，Al箔发生反应的离子方程式为 。 （3）“酸浸”时，被还原为，需添加 ，其中转移的电子数目为 。 （4）“沉锰”时，发生反应的离子方程式为 。 （5）“镍钴分离”时，通过添加硫酸调控，可将、依次从有机溶剂中分离出来，请从平衡移动的角度解释原因 。 （6）该工艺中能循环利用的物质有 (填化学式)。 一、预处理目的 除杂提纯：去除原料中无用或有害杂质，提高后续反应效率。 转化形态：将目标物质转化为易处理形式（如离子态），便于化学分离或反应。 二、常用预处理方法 （1）物理粉碎.。 研磨/雾化：增加物料表面积（固体磨粉、液体雾化），加速反应进程。 （2）高温处理。 焙烧：矿石在特定气体（空气、CO等）中加热（低于熔点），发生氧化、还原等反应。 煅烧：固体高温分解（如脱结晶水、CO₂）；产物为固体+气体（例：CaCO₃煅烧生成CaO+CO₂）。 灼烧：高温脱水或去除有机物（实验室常用，如海带提碘前灼烧除有机物）。 （3）浸取分离。 可溶离子（如金属盐），初步分离。 酸浸：用酸溶解金属（如Fe³⁺、Al³⁺）；注意硫酸可能导致Pb²⁺、Ca²⁺沉淀（PbSO₄等）。 碱浸：NaOH溶解两性氧化物（Al₂O₃→AlO₂⁻）、NH₃配位溶解（Ag⁺→[Ag(NH₃)₂]⁺）。 盐浸/醇浸：铵盐溶解特定物质（如FeCl₃溶矿）；有机溶剂提取脂溶性成分。 【变式1-1】（2025·广东湛江·一模）钴是一种重要的战略物质，钴合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。工业上以钴矿(主要成分是，含有、、、等杂质)为原料制取金属钴的工艺流程如图所示。 ①25℃时，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的见下表： 金属离子 开始沉淀的 6.9 1.5 3.6 7.1 7.9 沉淀完全的 8.3 2.8 4.7 9.2 9.8 ②的，当溶液中可溶性组分浓度小于时，可认为已除尽。 回答下列问题： （1）浸取钴矿石前需要“粉碎”处理，其目的是 。 （2）“浸取”时含物质发生反应的离子方程式为 。 （3）“除杂”过程中调的范围是 。 （4）若“沉钙”后溶液中，是否沉淀完全？理由是 (写出必要的计算过程)。 （5）该工艺中设计萃取、反萃取的目的是 。 【变式1-2】以黄铁矿(主要成分是，含少量)和软锰矿(主要成分是，含少量)为原料制备的工艺流程如下： 已知：时，。 （1）研磨黄铁矿、软锰矿的目的是 。 （2）酸浸过程得到的滤液中含有的金属阳离子有和 ，滤渣1的成分为和 写出酸浸过程中主要反应的离子方程式 。 （3）调时，若溶液中，为得到尽可能多且纯净的产品，应控制的范围是 。 （4）沉锰过程需控制温度为的原因是 。 （5）写出沉锰过程中生成的离子方程式 。 （6）下图为的溶解度曲线，操作A是加入足量稀硫酸充分反应后， 洗涤干燥。 考向02 反应条件的控制 【例2-1】（2025·广东广州·二模）广泛应用于新能源汽车和储能领域。从低浓度锂溶液(含、、、)获得制备的原料和，工艺流程如下： 已知：①常温下，部分物质的如下表。 物质 ②在本工艺相应条件下，EDTA能与反应生成可溶于水的稳定配合物。 ③常温下，，，。 （1）“沉锂1”中生成磷酸锂的离子方程式为 。若“沉锂1”后滤液中，则溶液浓度为 。 （2）“萃取除铝”时，调节溶液，与萃取剂HR(弱酸)反应转化为而被萃取至有机层。降低溶液pH，铝的去除率明显降低，原因是 。 （3）“沉淀”时控制溶液，此时 ，该条件下转化为的离子方程式为 。 （4）“除杂”中加入NaOH调节溶液。滤渣2的主要成分是、和 。 （5）“沉锂2”先加入适量EDTA，再加入固体，充分反应后过滤。加入EDTA的目的是防止产品中混入 (填化学式)杂质。 【例2-2】工业上利用黑钨矿(其主要成分是FeWO4、MnWO4，还含有少量SiO2和Al2O3)制备钨的工艺流程如下图所示： 已知：①上述流程中，钨的化合价只在最后一步发生改变；②常温下钨酸难溶于水。回答下列问题： （1）已知元素钨与铬同族，钨在元素周期表中的位置是第六周期第 族，其位于元素周期表 区。 （2）提高黑钨矿“焙烧”效率的措施有 (任写一条)，FeWO4在“焙烧”过程中发生反应的化学方程式为 。 （3）“滤渣”的主要成分是 (填化学式)。 （4）钨酸钙(CaWO4)和氢氧化钙都是微溶电解质。某温度下Ca(OH)2和CaWO4的饱和溶液中，pc(Ca2+)与pc(阴离子)的关系如图所示，已知：pc(离子)=-lgc(离子)。该温度下将Na2WO4溶液加入石灰乳中得到大量钨酸钙，发生反应的离子方程式为 ，该反应的平衡常数K= 。 一、反应条件的控制方法 通过控制一定的反应条件来达到提高物质转化率或除去杂质的目的。 1．控制溶液的pH （1）增强物质的氧化性、还原性(H+能增强Mn、N的氧化性),调节离子的水解程度。 （2）通过控制溶液的pH可以除去某些金属离子。 如要除去溶液中含有的Fe3+、Al3+,可调节溶液的pH使之转变为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀。 2．控制温度(常用水浴、冰水浴等) （1）控制反应速率(升温增大反应速率)、使催化剂达到最大活性、防止副反应的发生。 （2）使化学平衡移动,控制化学反应进行的方向。 （3）升温:使溶液中的气体逸出,使易挥发物质挥发,使易分解的物质分解。 （4）煮沸:使气体逸出;促进水解,聚沉后利于过滤分离。 （5）控制固体的溶解与结晶。 趁热过滤:减少因降温而析出的溶质的量。 蒸发浓缩:蒸发除去部分溶剂,提高溶液的浓度。 蒸发结晶:蒸发溶剂,使溶液由不饱和变为饱和,继续蒸发,过剩的溶质就会以晶体析出。 3．使用保护气 （1）隔绝空气(主要是O2、H2O)。 （2）抑制弱离子的水解(如HCl氛围)。 二、陌生图像中反应条件的选择 [例1] 浸出过程中时间和液固比对锰浸出率的影响分别如图甲、图乙所示。 则适宜的浸出时间和液固比分别为60 min、3。 [例2] “酸浸”实验中,镁的浸出率结果如图所示。由图可知,当镁的浸出率为80%时,所采用的实验条件为100 ℃、3 h左右。 [例3] 酸浸时,若使钛的浸出率(η%)达到90%,则根据如图判断工业上应采取的适宜条件是酸浓度和液固比的取值分别约为40%、6。 【变式2-1】某化工厂利用废旧锂离子电池正极材料(含有LiCoO2以及少量Ca、Mg、Fe、Al等)制备Co2O3和Li2CO3.工艺流程如下： 已知：①常温下，部分金属离子(Mn+)形成氢氧化物沉淀的pH范围如下： Mn+ Fe2+ Al3+ Mg2+ Ca2+ Co2+ 开始沉淀 6.3 3.8 9.6 10.6 6.6 完全沉淀c(Mn+)≤10-6 8.3 5.4 12.0 12.6 9.1 ②Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12 回答下列问题： （1）基态Co原子的价层电子中，未成对电子与成对电子数目的比值为 。 （2）“酸浸”时发生反应：。 ①补充上述离子方程式中的缺项 ； ②若用盐酸代替草酸进行“酸浸”，可能带来的影响是 。 （3）①滤液2中c(Mg2+) mol·L-1； ②向滤液2中加入NH4F固体的目的除了沉淀Mg2+外，还有 。 （4）滤液3中含金属元素的离子主要是[Co(NH3)6]2+，通入空气发生催化氧化反应过程中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为 。 （5）已知沉锂过程中有气体生成，写出“沉锂”过程中的离子方程式 。 【变式2-2】氮化钛常作仿金饰品，乳酸亚铁常作补铁制剂。以钛铁矿（主要含，还含少量、）为原料制备氮化钛和乳酸亚铁的工艺如图，回答下列问题： 部分物质的熔点、沸点数据如表所示： 物质 Mg Ti 熔点 648.8 714 1667 沸点 136.4 1090 1412 3287 （1）Ti位于元素周期表第 周期 族。 （2）其他条件不变，“酸浸”时铁、钛浸出率与硫酸质量分数的关系如图所示。 “酸浸”时宜选择的硫酸质量分数为 %。 （3）“熔炼”时，温度在，反应还能得到一种具有还原性和可燃性的气体。“熔炼”的化学方程式为 。 （4）“还原”时得到钛和另一产物M，采用蒸馏法分离出钛，控制蒸馏的最低温度为 ，工业上用惰性材料作为电极来电解熔融的M，阳极的电极反应式为 。 （5）利用溶液和过量溶液制备的离子方程式为 ；用酸性溶液滴定法测定乳酸亚铁产品的纯度，所有操作均正确，但经多次实验结果发现，测得值高于实际值，其原因是 。已知滴定反应为（未配平）。 考向03 陌生方程式的书写 【例3-1】（2025·广东汕头·二模）钒酸银（）是一种极有前景的可见光响应光催化剂，一种用废钒（主要成分、、、、）制取钒酸银的工艺流程如下： 已知：①有机酸性萃取剂HA的萃取原理为： （表示，表示有机萃取剂）； ②酸性溶液中，对、萃取能力强，而对、的萃取能力较弱。 （1）基态钒原子的价层电子排布式为 。“滤渣”的成分是 （写化学式）。 （2）“滤液①”中钒以+4价、+5价的形式存在，简述加入铁粉的原因： 。 （3）“有机层”加入硫酸反萃取后，加入，写出与反应生成和的离子方程式： 。 （4）已知溶液中与可相互转化且为沉淀。室温下，维持“沉钒”时溶液中的总浓度为，。已知，，则“沉钒”后溶液中 。 （5）写出煅烧的化学方程式 ，煅烧生成的气体返回到 工序重新利用。 【例3-2】（2025·广东深圳·一模）一种从石煤灰渣（主要含及等）中提取钒的工艺流程如下： 已知：萃取剂（HR）与阳离子的结合能力：；萃取的原理为；“中间盐”中的金属阳离子均为+3价；含的硫酸盐难溶于水；。 （1）“酸浸”时，钒主要以的形式进入溶液。 ①为提高浸取率，可采取的措施是 （任写一条）。 ②发生反应的化学方程式为 。 （2）“还原结晶”所得“溶液3”的主要阳离子及其浓度如下表： 阳离子 浓度 10.79 0.0041 0.11 0.029 据此分析“溶液3”可在 工序循环利用。 （3）“中间盐”的一种含钒物质为；“溶解”后，所得溶液中钒主要以的形式存在。该含钒物质“溶解”时发生反应的离子方程式为 。 （4）“还原”步骤的主要目的是 。 （5）“萃取”前，需调节溶液。 ①已知萃取前溶液中，理论上，为避免产生沉淀，应调节溶液pH小于 （保留一位小数）。 ②实际上，溶液pH也不能过低，其原因是 。 1．工艺流程中方程式的整体书写思路 首先根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式,再根据反应前后元素化合价有无变化判断反应类型(非氧化还原反应适用元素守恒;氧化还原反应适用元素、得失电子守恒)。 2．工艺流程中氧化还原反应方程式的书写思路 （1）首先确定氧化剂(或还原剂)与还原产物(或氧化产物),再判断出还原剂(或氧化剂)与氧化产物(或还原产物)。 （2）根据得失电子守恒配平氧化还原反应。 （3）根据电荷守恒、反应物和介质环境的酸碱性,在方程式左边或右边补充H+、OH-或H2O等。 （4）根据元素守恒配平反应方程式。 3．流程中电极反应式的书写思路 （1）列变价——写出电极上发生变价的主要反应物和主要产物。 （2）标电子——由化合价写出得失电子数。 （3）调电荷——由电荷守恒依据介质环境将反应式两边的电荷调平,酸性溶液用H+,碱性溶液用OH-,若是熔融电解质,则依据具体题目信息,一般熔融氧化物用O2-,熔融碳酸盐用C。 （4）后补水——由元素守恒配平电极反应,一般看氢原子,哪边少氢原子就在哪边以水的形式补上相应数目的氢原子,也被称为“氢不够,水来凑”。 （5）检查氧——最后用“O”守恒检查是否正确。 【变式3-1】一种从镍钴废渣（主要成分为、、以及少量钙、镁等的化合物）中提取Ni、Co的工艺流程如下： 已知： ①黄钠铁矾化学式为，其沉淀的pH范围为1.5~2.0。 ②草酸的，。 （1）“酸浸”时镍元素发生反应的离子方程式 。 （2）“除铁”中加入的作用 ；该步骤中不能用代替的原因为 。 （3）“镍钴萃取分离”中，不同萃取剂的分离性能对比如下表所示，则萃取剂的最佳选择为 （填萃取剂名称），原因是 。 萃取剂 萃取余液中金属质量浓度/（g/L） Co的萃取率% 分相时间 Co Ni 7401 3.10 13.5 48.0 2min 7402 2.85 13.7 52.5 5min P507 0.03 13.8 99.5 1min （4）“热解还原”中产生的，则该化学方程式为 。 【变式3-2】含铬电镀废水的主要成分如表，常用“Pb2+沉淀法”和“药剂还原沉淀法”进行处理。 离子 Cr(VI) Cr3+ Cu2+ Fe2+ Zn2+ 含量mg/L 28.38 12.92 0.34 0.069 0.014 I． “Pb2+沉淀法”工艺流程如图。 金属离子沉淀完全时()及沉淀开始溶解时的pH如表。 金属离子 Cu2+ Fe2+ Fe3+ Zn2+ Cr3+ pH 沉淀完全 6.7 8.3 2.8 8.2 5.6 沉淀开始溶解 — 13.5 14.0 10.5 12.0 （1）铬元素的价电子排布式： 。已知金属铬为体心立方晶体，密度为7.2g/cm3，求两个Cr原子的最小核间距 nm。(只写表达式，不计算) （2）“氧化”过程中Cr(OH)3转化为的离子方程式为 。 （3）“沉降”过程中应调节pH范围是 ~10.5。 （4）已知25℃是；；。“沉铬”过程中： ①生成铬黄的离子方程式为 。 ②从平衡角度分析pH对沉铬率的影响 。 II． “药剂还原沉淀法”工艺流程如图。 （5）“还原”过程中，被Cr(VI)氧化为 。 （6）“沉淀”过程中，当溶液pH为8.6时， 。 考向04 物质的分离提纯 【例4-1】废旧锂离子电池的正极材料主要成分是，还含有少量金属Al、Fe以及其他不溶性物质，采用如下工艺流程回收其中的钴制备Co单质：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 开始沉淀时()的pH 7.8 3.7 2.2 7.5 沉淀完全时()的pH 9.3 4.7 3.2 9.0    回答下列问题： （1）“滤液1”中主要存在的阴离子有 。 （2）“酸浸”中发生反应的化学方程式为 。“酸浸”时需要控制温度在80～85℃，温度不宜过高的原因是 。 （3）如果“酸浸”后的溶液中浓度为1.0，则“调”应控制的pH范围是 。 （4）“滤液2”中可回收利用的物质主要是 (填化学式)。 （5）“酸溶”中发生反应的离子方程式为 。 【例4-2】铟()是制造低熔点合金、轴承合金、半导体、电光源等的重要原料，从铅、锌的冶炼过程中产生的高铟烟灰(主要含有、、、、)中提取铟的流程如下：    已知：①“萃取”时，发生的反应为(有机液)(有机液)、(有机液)(有机液)； ②“反萃取”时，发生的反应为(有机液)(有机液)； ③滤液中铟以的形式存在，与相似，易水解。 回答下列问题： （1）的电离方程式为 。 （2）“氧化酸浸”时 (填“能”或“不能”)用浓盐酸代替稀硫酸，理由是 (用离子方程式表示，若前面回答“能”，则此空不用填)。 （3）“氧化酸浸”过程中硫元素最终均以硫酸根离子的形式存在于浸出液中，写出发生反应的化学方程式： 。 （4）下列关于“萃取”和“反萃取”的说法错误的是_____(填字母)。 A．这两个操作均利用了溶质在水中和有机液中的溶解性不同 B．若在实验室里完成这两个操作，均需用到分液漏斗、烧杯和玻璃棒 C．“萃取”时，可向“净化”后的液体中加入适量的溶液，以提高萃取率 D．“反萃取”时，适当增大盐酸的浓度可提高铟的反萃取率 （5）“置换”后所得浊液，需要经过过滤、洗涤、干燥等操作得到粗铟，在洗涤操作中，检验粗钢已洗涤干净的方法为 。 1．过滤 固液分离的一种方法,主要有常压过滤、减压过滤、热过滤。 （1）常压过滤:准确判断经过过滤后产生的滤液、滤渣的主要成分,准确判断是留下滤液还是滤渣。 （2）减压过滤(抽滤):相比普通过滤,抽滤加快了过滤的速度。抽滤的优点是快速过滤,有时还可以过滤掉气体,并能达到快速干燥产品的作用。 （3）趁热过滤:。可使用热过滤仪器将固液混合物的温度保持在一定范围内进行过滤,所以又称为热过滤。 2．蒸发结晶 （1）适用范围:提取溶解度随温度变化不大的溶质,如:NaCl。 （2）蒸发结晶的标志:当有大量晶体出现时,停止加热,利用余热蒸干。 3．冷却结晶 （1）适用范围:提取溶解度随温度变化较大的物质(如KNO3)、易水解的物质(如FeCl3)或结晶水合物(如CuSO4·5H2O)。 （2）冷却结晶的标志:当有少量晶体(晶膜)出现时。 4．沉淀洗涤时洗涤剂的选择 洗涤试剂 适用范围 目的 蒸 馏 水 冷水 溶解度随温度升高而升高,且变化较大 除去固体表面吸附的××杂质,减少固体因为洗涤液温度高造成溶解损失 热水 溶解度随温度升高而降低 除去固体表面吸附的××杂质,减少固体因为洗涤液温度低造成溶解损失 有机溶剂(酒精、丙酮等) 固体易溶于水、难溶于有机溶剂 减少固体溶解损失;利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分,增大干燥速率 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 除去固体表面吸附的可溶于酸、碱的杂质;减少固体溶解 洗涤沉淀的方法:向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复以上操作2～3次 检验沉淀是否洗涤干净的方法:取少量最后一次的洗涤液于试管中,向其中滴入某试剂,若未出现特征反应现象,则沉淀洗涤干净 5．重结晶 将结晶得到的晶体溶于溶剂制得饱和溶液,又重新从溶液结晶的过程。 6．萃取与反萃取 萃取：利用溶质在互不相溶的两种溶剂里的溶解度不同,用一种溶剂(萃取剂)把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液里提取出来的过程,萃取后需要分液。如:用CCl4萃取溴水中的Br2；反萃取：在溶剂萃取分离过程中,当完成萃取操作后,为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施,将目标产物从有机相转入水相的萃取操作称为反萃取,为萃取的逆过程。 7．蒸馏 蒸馏是利用液体混合物中各组分的沸点不同,给液体混合物加热,使其中的某一组分变成蒸气再冷凝成液体,跟其他组分分离的过程。 8．冷却法 利用气体易液化的特点分离气体,如合成氨工业采用冷却法分离氨与氮气、氢气。 【变式4-1】以含钛高炉渣(主要成分为，还含有少量CaO、Fe2O3、)为原料生产的工艺流程如下：    已知： ①浸出液的pH小于0.5 ②相关金属离子时，形成氢氧化物沉淀的pH范围如下： 金属离子 开始沉淀的pH 0.5 6.3 1.5 沉淀完全的pH 2.5 8.3 2.8 请回答以下问题： （1）“浸渣”的主要成分为 (填化学式)。 （2）为了提高“酸浸”的浸取率，可采取的措施为 (任写一条)。 （3）加入时所发生氧化还原反应的离子方程式为 。 （4）过滤得到需要经过洗涤、减压烘干。实验室里洗涤沉淀的一般方法是 。 （5）隔绝空气条件下，在800℃灼烧得到。 ①在实验室里灼烧晶体时，应把晶体放在 (陶瓷仪器)中灼烧。 ②灼烧时的化学方程式为 。 【变式4-2】铬元素是一种重金属元素，工业上处理含铬废水并将其资源化的工艺有多种，其中两种工艺如下图所示：    已知：①含铬废水中铬元素主要有和两种价态，价铬在酸性环境中氧化性更强。 ②。 回答下列问题： （1）“还原”时，先加入酸化，再加入固体，其发生反应的离子方程式为 ，若不加酸化，可能造成的后果是 。 （2）“中和”过程中，有大量气泡生成，写出中和时产生的离子方程式： 。 （3）“过滤洗涤”时，证明沉淀已洗涤干净的操作为： 。 （4）“冶炼”时，该反应的能量主要转化形式为 。 （5）“氧化”时，发生反应的化学方程式为： 。 （6）已知，利用氧化法除铬时，欲使废液中铬元素的含量不高于，则此滤液中的范围为 。 （7）与还原法相比，氧化法的优点为 。 考向05 电离常数、溶度积常数的有关计算 【例5-1】一种以转炉钒渣(主要成分为V2O3、FeO、SiO2及少量MgO、CaO、Al2O3)为原料实现低成本回收钒资源的生产工艺如下：    表一：相关金属离子[c0(Mn+) = 0.01 mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下： 金属离子 Fe2+ Fe3+ Al3+ Mg2+ 开始沉淀的pH 7.5 2.2 3.7 9.4 沉淀完全的pH 9.0 3.2 4.7 10.9 表二：部分含钒物质在水溶液中主要存在形式如下： pH <1 1 ~ 4 6 ~ 8.5 >13 主要形式 VO V2O5 VO VO 备注 多钒酸盐在水中溶解度较小 已知：①“焙烧”的主要反应之一为：CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)； ②在焙烧过程中产生Ca2V2O7；其中，Ca2V2O7在水中的溶解度小，易溶于稀硫酸和碱溶液。 （1）Ca2V2O7中V的化合价为 ，写出在焙烧过程中产生Ca2V2O7的化学方程式 。 （2）“稀H2SO4调pH”后钒元素主要以VO存在，生成VO的离子方程式为 。 （3）“滤渣2”的主要成分是 。利用上述表格数据，计算Fe(OH)3的Ksp= 。 （4）“调pH值至6~8.5”时控制温度不超过40℃，原因是 。 （5）已知“沉钒”得到NH4VO3，该环节通常需要加入过量 (NH4)2SO4，其原因是 。 【例5-2】氮化镓(GaN)具有优异的光电性能。一种利用炼锌矿渣[主要含铁酸镓、铁酸锌、]制备GaN的工艺流程如下： 已知： ①Ga与Al同主族，化学性质相似。 ②常温下，，，。 ③、在该工艺条件下的反萃取率(进入水相中金属离子的百分数)与盐酸浓度的关系见下表。 盐酸浓度/ 反萃取率/% 2 86.9 9.4 4 69.1 52.1 6 17.5 71.3 回答下列问题： （1）“酸浸”时发生反应的离子方程式为 。“酸溶”所得滤渣的主要成分是 (填化学式)。 （2）“酸浸”所得浸出液中、浓度分别为0.21、65。常温下，为尽可能多地提取并确保不混入，“调pH”时需用CaO调pH至 (假设调pH时溶液体积不变)。 （3）“脱铁”和“反萃取”时，所用盐酸的浓度a＝ ，b＝ (选填上表中盐酸的浓度)。 （4）“沉镓”时，若加入NaOH的量过多，会导致的沉淀率降低，原因是 (用离子方程式表示)。 （5）利用CVD(化学气相沉积)技术，将热分解得到的与在高温下反应可制得GaN，同时生成另一种产物，该反应化学方程式为 。 1．水溶液中平衡常数之间的关系 （1）平衡常数都只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,升高温度,Ka、Kb、Kw、Kh均增大。 （2）Ka、Kh、Kw三者的关系式为Kh=;Kb、Kh、Kw三者的关系式为Kh=。 （3）二元酸的Ka1、Ka2与相应酸根离子的Kh1、Kh2的关系式为Ka1·Kh2=Kw,Ka2·Kh1=Kw。 （4）反应CdS(s)+2H+(aq)Cd2+(aq)+H2S(aq)的平衡常数为K,则K=。 2．溶度积(Ksp)的常见计算类型 （1）已知溶度积求溶液中的某种离子的浓度,如Ksp=a的饱和AgCl溶液中 c(Ag+)= mol/L。 （2）已知溶度积、溶液中某离子的浓度,求溶液中另一种离子的浓度,如某温度下AgCl的Ksp=a,在0.1 mol/L的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体,达到平衡后c(Ag+)=10a mol/L。 （3）计算沉淀转化的平衡常数,如Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq),平衡常数K===。 【变式5-1】电镀废水中含有、、等离子，工业上利用分级沉淀法处理电镀废水回收利用铜和镍金属化合物，其工艺流程如下： 已知：①、、、 ②各离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示 开始沉淀 6.18 8.15 4.73 完全沉淀 7.13 9.67 5.95 回答下列问题： （1）基态铬原子的核外电子排布式为 。 （2）还原过程常加入适量的稀硫酸，写出“还原”时与发生的离子反应方程式 。还原得到的金属阳离子对应的硫酸盐可用作自行车钢圈的电镀液，电镀时自行车钢圈和惰性电极作为两电极，则“钢圈”连接电源的 极，阳极的电极反应式为 。 （3）“还原”后，第一次“调节pH”的范围为 ，滤渣1的主要成分是 。 （4）“沉铜”需将浓度降为，已知溶液浓度超过会逸出，通过计算分析“沉铜”时是否会产生逸出 (写出计算过程)。 【变式5-2】（2021·广东·高考真题）对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝()、钼()、镍()等元素的氧化物，一种回收利用工艺的部分流程如下： 已知：25℃时，的，；；；该工艺中，时，溶液中元素以的形态存在。 （1）“焙烧”中，有生成，其中元素的化合价为 。 （2）“沉铝”中，生成的沉淀为 。 （3）“沉钼”中，为7.0。 ①生成的离子方程式为 。 ②若条件控制不当，也会沉淀。为避免中混入沉淀，溶液中 (列出算式)时，应停止加入溶液。 （4）①滤液Ⅲ中，主要存在的钠盐有和，为 。 ②往滤液Ⅲ中添加适量固体后，通入足量 (填化学式)气体，再通入足量，可析出。 （5）高纯(砷化铝)可用于芯片制造。芯片制造中的一种刻蚀过程如图所示，图中所示致密保护膜为一种氧化物，可阻止刻蚀液与下层(砷化镓)反应。 ①该氧化物为 。 ②已知：和同族，和同族。在与上层的反应中，元素的化合价变为+5价，则该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为 。 1．（2025·广东·高考真题）我国是金属材料生产大国，绿色生产是必由之路。一种从多金属精矿中提取Fe、Cu、Ni等并探究新型绿色冶铁方法的工艺如下。 已知：多金属精矿中主要含有Fe、Al、Cu、Ni、O等元素。 氢氧化物 （1）“酸浸”中，提高浸取速率的措施有 (写一条)。 （2）“高压加热”时，生成的离子方程式为： 。 （3）“沉铝”时，pH最高可调至 (溶液体积变化可忽略)。已知：“滤液1”中，。 （4）“选择萃取”中，镍形成如图的配合物。镍易进入有机相的原因有_______。 A．镍与N、O形成配位键 B．配位时被还原 C．配合物与水能形成分子间氢键 D．烷基链具有疏水性 （5）晶体的立方晶胞中原子所处位置如图。已知：同种位置原子相同，相邻原子间的最近距离之比，则 ；晶体中与Cu原子最近且等距离的原子的数目为 。 （6）①“700℃加热”步骤中，混合气体中仅加少量，但借助工业合成氨的逆反应，可使Fe不断生成。该步骤发生反应的化学方程式为 和 。 ②“电解”时，颗粒分散于溶液中，以Fe片、石墨棒为电极，在答题卡虚线框中，画出电解池示意图并做相应标注 。 ③与传统高炉炼铁工艺相比，上述两种新型冶铁方法所体现“绿色化学”思想的共同点是 (写一条)。 2．（2024·广东·高考真题）镓()在半导体、记忆合金等高精尖材料领域有重要应用。一种从电解铝的副产品炭渣(含和少量的等元素)中提取镓及循环利用铝的工艺如下。 工艺中，是一种新型阴离子交换膜，允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用提取金属离子的原理如图。已知： ①。 ②(冰晶石)的为。 ③浸取液中，和以微粒形式存在，最多可与2个配位，其他金属离子与的配位可忽略。 （1）“电解”中，反应的化学方程式为 。 （2）“浸取”中，由形成的离子方程式为 。 （3）“还原”的目的：避免 元素以 (填化学式)微粒的形式通过，从而有利于的分离。 （4）“提取”中，原料液的浓度越 ，越有利于的提取；研究表明，原料液酸度过高，会降低的提取率。因此，在不提高原料液酸度的前提下，可向I室中加入 (填化学式)，以进一步提高的提取率。 （5）“调”中，至少应大于 ，使溶液中，有利于配离子及晶体的生成。若“结晶”后溶液中，则浓度为 。 （6）一种含、、元素的记忆合金的晶体结构可描述为与交替填充在构成的立方体体心，形成如图所示的结构单元。该合金的晶胞中，粒子个数最简比 ，其立方晶胞的体积为 。 3．（2022·广东·高考真题）稀土()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：月桂酸熔点为；月桂酸和均难溶于水。该工艺条件下，稀土离子保持价不变；的，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 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，用溶液调pH至 的范围内，该过程中发生反应的离子方程式为 。 （3）“过滤2”后，滤饼中检测不到元素，滤液2中浓度为。为尽可能多地提取，可提高月桂酸钠的加入量，但应确保“过滤2”前的溶液中低于 (保留两位有效数字)。 （4）①“加热搅拌”有利于加快溶出、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。 ①还原和熔融盐制备时，生成1mol转移 电子。 ②用作氢氧燃料电池电极材料时，能在碱性溶液中高效催化的还原，发生的电极反应为 。 4．（2025·北京·高考真题）利用工业废气中的制备焦亚硫酸钠()的一种流程示意图如下。 已知： 物质 、 （1）制 已知：                            由制的热化学方程式为 。 （2）制 I．在多级串联反应釜中，悬浊液与持续通入的进行如下反应： 第一步： 第二步： Ⅱ．当反应釜中溶液达到3.8~4.1时，形成的悬浊液转化为固体。 ①Ⅱ中生成的化学方程式是 。 ②配碱槽中，母液和过量配制反应液，发生反应的化学方程式是 。 ③多次循环后，母液中逐渐增多的杂质离子是 ，需除去。 ④尾气吸收器中，吸收的气体有 。 （3）理论研究、与的反应。一定温度时，在浓度均为的和的混合溶液中，随的增加，和平衡转化率的变化如图。 ①，与优先反应的离子是 。 ②，平衡转化率上升而平衡转化率下降，结合方程式解释原因： 。 5．（2025·河北·高考真题）铬盐产品广泛应用于化工、医药、印染等领域。通过闭环生产工艺将铬铁矿转化为重铬酸钾同时回收利用钾资源，可实现绿色化学的目标。过程如下： 已知：铬铁矿主要成分是。 回答下列问题： （1）基态铬原子的价层电子排布式： 。 （2）煅烧工序中反应生成的化学方程式： 。 （3）浸取工序中滤渣Ⅰ的主要成分：、 、 (填化学式)。 （4）酸化工序中需加压的原因： 。 （5）滤液Ⅱ的主要成分： (填化学式)。 （6）补全还原、分离工序中发生反应的化学方程式 。 （7）滤渣Ⅱ可返回 工序。(填工序名称) 6．（2024·广西·高考真题）广西盛产甘蔗，富藏锰矿。由软锰矿(，含和CuO等杂质)制备光电材料的流程如下。回答下列问题： 已知： 物质 （1）“甘蔗渣水解液”中含有还原性糖和，其主要作用是 。为提高“浸取”速率，可采取的措施是 (任举一例)。 （2）“滤渣1”的主要成分是 (填化学式)。 （3）常温下，用调节溶液pH至时，可完全沉淀的离子有 (填化学式)。 （4）“X”可选用_______。 A． B． C．Zn D． （5）若用替代沉锰，得到沉淀。写出生成的离子方程式 。 （6）立方晶胞如图，晶胞参数为，该晶体中与一个紧邻的有 个。已知为阿伏加德罗常数的值，晶体密度为 (用含的代数式表示)。 7．（2024·贵州·高考真题）煤气化渣属于大宗固废，主要成分为及少量MgO等。一种利用“酸浸—碱沉—充钠”工艺，制备钠基正极材料和回收的流程如下： 已知： ①25℃时，； ②。 回答下列问题： （1）“滤渣”的主要成分为 (填化学式)。 （2）25℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0，此时溶液中 。 （3）“除杂”时需加入的试剂X是 。 （4）“水热合成”中，作为磷源，“滤液2”的作用是 ，水热合成的离子方程式为 。 （5）“煅烧”得到的物质也能合成钠基正极材料，其工艺如下： ①该工艺经碳热还原得到，“焙烧”生成的化学方程式为 。 ②的晶胞结构示意图如甲所示。每个晶胞中含有的单元数有 个。 ③若“焙烧”温度为时，生成纯相，则 ，其可能的结构示意图为 (选填“乙”或“丙”)。 8．（2024·山东·高考真题）以铅精矿(含，等)为主要原料提取金属和的工艺流程如下： 回答下列问题： （1）“热浸”时，难溶的和转化为和及单质硫。溶解等物质的量的和时，消耗物质的量之比为 ；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”得到的沉淀反复用饱和食盐水热溶，电解所得溶液可制备金属，“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”中加入铅精矿的目的是 。 （4）“置换”中可选用的试剂X为 (填标号)。 A．         B．        C．        D． “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”)。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 7 / 20 学科网(北京)股份有限公司 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 题型12 无机化工流程综合目录 第一部分 题型解码 高屋建瓴，掌握全局 第二部分 考向破译 微观解剖，精细教学 典例引领 方法透视 变式演练 考向01 原料预处理 考向02 反应条件的控制 考向03 陌生方程式的书写【重】 考向04 物质的分离提纯 考向05 电离常数、溶度积常数的有关计算【难】 第三部分 综合巩固 整合应用，模拟实战 广东高考化学无机化学工艺流程题已连续5年占据固定题位即第18题。考点聚焦三方面：反应原理：侧重氧化还原反应判断、方程式书写（如2024年锆的“沸腾氮化”），以及速率与平衡调控（颗粒大小、温度优化）；物质转化与除杂：通过pH控制沉淀金属离子、资源回收利用；实验操作：涵盖分离、检验、洗涤等基础操作。能力要求强调信息整合（流程图分析）、知识迁移（元素化合物应用）及逻辑推理（步骤目的、转化关系推导）。 考向01 原料预处理 【例1-1】（2025·广东深圳·模拟预测）铟烟灰渣[含等]为主要原料制备In和活性ZnO的工艺流程如下： 已知：①常温下，一些金属离子开始沉淀与完全沉淀时的 Zn2+ Fe2+ Fe3+ In3+ 开始沉淀 6.5 6.3 1.5 3.5 完全沉淀 8.5 8.3 2.8 4.8 ②在酸性溶液中H2A2可萃取三价金属离子：。 回答下列问题： （1）“浸渣1”的主要成分是 (填化学式)。 （2）“还原除砷时，可将溶液中的H3AsO4转化，发生反应的化学方程式是 。 （3）加入铁粉“还原”的目的是 。 （4）“反萃取”中，可通过 提高萃取率。 （5）“滤液2”可在 (填操作单元)再利用。 （6）“调pH”中可选用的试剂X为 。使用H2O2的目的有 ，H2O2的使用量远大于理论计算量，可能的原因是 ；pH应控制的范围是 。 （7）“灼烧”时，发生反应的化学方程式是 。 【答案】（1）PbSO4、SiO2 （2）2H3AsO4+2SO2=As2O3+2H2SO4+H2O （3）将Fe3+转化为Fe2+，防止Fe3+进入有机相 （4）适当提高酸的浓度、多次萃取 （5）沉锌 （6）ZnO、ZnCO3 氧化Fe2+为Fe3+，便于生成沉淀除去，同时不引入新杂质且无污染 产生的Fe3+催化H2O2分解 2.8≤pH＜6.5 （7）ZnCO3·2Zn(OH)23ZnO+CO2↑+2H2O 【分析】热溶解时得到In3+、Zn2+、Fe3+、H3AsO4、SiO2、PbSO4、SO2等，水浸得到浸渣1为SiO2、PbSO4，还原除砷时，H3AsO4与SO2生成As2O3，加入铁粉还原Fe3+，在酸性溶液中H2A2可萃取三价金属离子，再加入稀硫酸反萃取，得到In3+，加入锌粉置换得到粗In，电解精炼得到纯In；萃取后的水相中含有Zn2+、Fe2+等，加入H2O2氧化Fe2+，加入ZnO或者ZnCO3调pH得到氢氧化铁沉淀，加入碳酸氢铵溶液沉锌，再经灼烧得到活性氧化锌。 【解析】（1）根据分析知，“浸渣1”的主要成分是SiO2、PbSO4； （2）H3AsO4转化发生反应的化学方程式是2H3AsO4+2SO2=As2O3+2H2SO4+H2O； （3）根据分析知，加入铁粉“还原”的目的是将Fe3+转化为Fe2+，防止Fe3+进入有机相； （4）“反萃取”中，可通过适当提高酸的浓度、多次萃取提高萃取率； （5）“滤液2”主要成分是硫酸锌，最好进入沉锌再利用； （6）锌与铁可以还原Fe3+，为了不引入新杂质，加入ZnO或者ZnCO3调pH得到氢氧化铁沉淀；加入H2O2的目的是将Fe2+氧化为Fe3+，便于后续通过调节pH使其沉淀除去；H2O2的使用量远大于理论计算量，可能的原因是产生的Fe3+催化H2O2分解；控制pH使Fe3+沉淀，而Zn2+不沉淀，则pH应控制的范围是2.8≤pH＜6.5； （7）“灼烧”时，发生反应的化学方程式是ZnCO3·2Zn(OH)23ZnO+CO2↑+2H2O。 【例1-2】（2025·广东深圳·一模）电动汽车电池正极废料含铝箔和Li、Ni、Co、Mn等的氧化物。一种回收路线如下： 已知：I．萃取时反应：(水相)(有机相)(有机相)(水相)，(为萃取反应的平衡常数，代表或)。 Ⅱ．该工艺下，；饱和的浓度约为。 （1）Mn属于 区元素。 （2）“碱浸”时，Al箔发生反应的离子方程式为 。 （3）“酸浸”时，被还原为，需添加 ，其中转移的电子数目为 。 （4）“沉锰”时，发生反应的离子方程式为 。 （5）“镍钴分离”时，通过添加硫酸调控，可将、依次从有机溶剂中分离出来，请从平衡移动的角度解释原因 。 （6）该工艺中能循环利用的物质有 (填化学式)。 【答案】（1）d （2） （3）1 2NA （4） （5）由M2+(水相)(有机相)(有机相)(水相)，加硫酸，使H+的浓度增大，平衡逆向移动，使Ni2+、Co2+依次从有机溶剂RH中分离出来 （6）RH、H2SO4、NaOH 【分析】电动汽车电池正极废料含铝箔和Li、Ni、Co、Mn等的氧化物，加入NaOH进行碱浸，此时Al转化为Na[Al(OH)4]，其它物质仍留在固体中；将固体加入Na2SO3、H2SO4进行酸浸，此时Co3O4被还原为Co2+；加入Na2S2O8，将Mn2+氧化并转化为MnO2沉淀；过滤后，滤液中加入有机萃取剂RH进行萃取，Ni2+、Co2+转化为NiR2、CoR2进入有机层，再加入H2SO4进行镍钴分离，得到Ni2SO4、CoSO4。萃取后的水相中加入Na2CO3沉锂，得到Li2CO3沉淀，滤液是Na2SO4，将Na2SO4溶液电解，得到NaOH和H2SO4。 【解析】（1）Mn为25号元素，电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，位于第四周期第VIIB族，属于d区元素。 （2）“碱浸”时，箔和溶液反应生成和，依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒，可得出发生反应的离子方程式为：。 （3）“酸浸”时，被Na2SO3还原为，依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒，可得出发生反应的离子反应方程式为：；根据离子方程式，可建立如下关系式：Co3O4——Na2SO3——2e-，则1 mol Co3O4参加反应，需要添加1 mol Na2SO3，转移的电子数目为2 NA。 （4）“沉锰”时，Mn2+转化为MnO2，Mn元素的化合价由+2价变为+4价，被还原为，依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒，可得出发生反应的离子方程式为。 （5）添加硫酸后，可将Ni2+、Co2+依次从有机溶剂RH中分离出来，则平衡向生成Ni2+、Co2+的方向移动，所以从平衡移动的角度解释，原因为：由M2+(水相)(有机相)(有机相)(水相)，加硫酸，使H+的浓度增大，平衡逆向移动，使Ni2+、Co2+依次从有机溶剂RH中分离出来。 （6）根据分析和流程图可知，反应起初消耗RH、H2SO4、NaOH，后来又陆续生成RH、H2SO4、NaOH，所以能循环利用的物质有RH、H2SO4、NaOH。 一、预处理目的 除杂提纯：去除原料中无用或有害杂质，提高后续反应效率。 转化形态：将目标物质转化为易处理形式（如离子态），便于化学分离或反应。 二、常用预处理方法 （1）物理粉碎.。 研磨/雾化：增加物料表面积（固体磨粉、液体雾化），加速反应进程。 （2）高温处理。 焙烧：矿石在特定气体（空气、CO等）中加热（低于熔点），发生氧化、还原等反应。 煅烧：固体高温分解（如脱结晶水、CO₂）；产物为固体+气体（例：CaCO₃煅烧生成CaO+CO₂）。 灼烧：高温脱水或去除有机物（实验室常用，如海带提碘前灼烧除有机物）。 （3）浸取分离。 可溶离子（如金属盐），初步分离。 酸浸：用酸溶解金属（如Fe³⁺、Al³⁺）；注意硫酸可能导致Pb²⁺、Ca²⁺沉淀（PbSO₄等）。 碱浸：NaOH溶解两性氧化物（Al₂O₃→AlO₂⁻）、NH₃配位溶解（Ag⁺→[Ag(NH₃)₂]⁺）。 盐浸/醇浸：铵盐溶解特定物质（如FeCl₃溶矿）；有机溶剂提取脂溶性成分。 【变式1-1】（2025·广东湛江·一模）钴是一种重要的战略物质，钴合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。工业上以钴矿(主要成分是，含有、、、等杂质)为原料制取金属钴的工艺流程如图所示。 ①25℃时，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的见下表： 金属离子 开始沉淀的 6.9 1.5 3.6 7.1 7.9 沉淀完全的 8.3 2.8 4.7 9.2 9.8 ②的，当溶液中可溶性组分浓度小于时，可认为已除尽。 回答下列问题： （1）浸取钴矿石前需要“粉碎”处理，其目的是 。 （2）“浸取”时含物质发生反应的离子方程式为 。 （3）“除杂”过程中调的范围是 。 （4）若“沉钙”后溶液中，是否沉淀完全？理由是 (写出必要的计算过程)。 （5）该工艺中设计萃取、反萃取的目的是 。 【答案】（1）增大与硫酸、的接触面积，提高反应速率、使反应充分进行 （2） （3） （4）由解得，故没有沉淀完全 （5）富集，除去 【分析】钴矿(主要成分是，含有、、、等杂质)用硫酸、SO2浸取，得到含有、Fe3+、Mn2+、Ca2+，Al3+，通入压缩空气并且调节pH将和转化为Fe(OH)3和Al(OH)3除去，过滤后加入NaF溶液将Ca2+转化为CaF2沉淀除去，该工艺中前面的工序中杂质没有除去，则需设计萃取除去，再通过反萃取富集，电解硫酸钴得到金属钴，以此解答。 【解析】（1）工艺中矿石需要粉碎处理，目的是增大与硫酸、的接触面积，提高反应速率、使反应充分进行。 （2）“浸取”时与发生氧化还原反应生成Co2+和，根据得失电子守恒和电荷守恒配平离子方程式为：。 （3）除杂过程中，通入压缩空气将氧化为，再将和除去，调范围是。 （4）根据解得，则没有沉淀完全。 （5）该工艺中前面的工序中杂质没有除去，则需设计萃取除去，再通过反萃取富集。 【变式1-2】以黄铁矿(主要成分是，含少量)和软锰矿(主要成分是，含少量)为原料制备的工艺流程如下： 已知：时，。 （1）研磨黄铁矿、软锰矿的目的是 。 （2）酸浸过程得到的滤液中含有的金属阳离子有和 ，滤渣1的成分为和 写出酸浸过程中主要反应的离子方程式 。 （3）调时，若溶液中，为得到尽可能多且纯净的产品，应控制的范围是 。 （4）沉锰过程需控制温度为的原因是 。 （5）写出沉锰过程中生成的离子方程式 。 （6）下图为的溶解度曲线，操作A是加入足量稀硫酸充分反应后， 洗涤干燥。 【答案】（1）增大与酸的接触面积，加快反应速率 （2）Mn2+ SiO2 （3）4.70~8.14 （4）防止温度过高使一水合氨分解，温度过低反应速率过慢 （5） （6）蒸发结晶、保持温度高于40℃以上趁热过滤 【分析】黄铁矿(主要成分是FeS2，含少量SiO2)和软锰矿(主要成分是MnO2，含少量Fe2O3、Al2O3)先进行粉碎，增大酸溶时的接触面积，再加入稀硫酸酸浸，其中SiO2不溶于酸，金属氧化物溶于酸生成硫酸铝和硫酸铁，MnO2、FeS2与硫酸发生反应生成单质S和硫酸锰、硫酸铁，由表中数据计算出Mn(OH)2的Ksp可知，过滤除杂后加氢氧化钠调节溶液pH值以除去溶液中的Fe3+和Al3+，所得滤液中加入氨水、碳酸氢铵发生反应，将锰转化为碳酸锰沉淀，碳酸锰沉淀中加入稀硫酸，将其转化为硫酸锰溶液，经过操作A即蒸发结晶、保持温度高于40℃以上趁热过滤，过滤洗涤干燥后得到MnSO4·H2O，据此分析解题。 【解析】（1）由分析可知，混合研磨成细粉的目的是增大与酸的接触面积，加快反应速率。 （2）“酸浸”过程得到的滤液中含有Fe3+和Mn2+，是由于MnO2和FeS2反应转化而来的，故该过程中主要反应的离子方程式是，滤渣1中含有S和不溶于酸的SiO2。 （3）当Mn2+浓度为0.1mol/L时，溶液中c(OH-)===10-5.86mol/L，此时溶液的pH=8.14，由分析可知，调节pH的目的是除去溶液中的Fe3+和Al3+，铁离子完全沉淀时，c(OH-)===mol/L，铝离子完全沉淀时，c(OH-)===mol/L，故pH范围的最小值约为4.70，应控制的pH范围是4.70~8.14。 （4）沉锰时加入氨水，防止温度过高使一水合氨分解，温度过低反应速率过慢。 （5）由分析可知，“沉猛”时，参与反应的离子方程式是。 （6）由题干溶解度图象可知，当温度低于40℃时溶液将析出MnSO4·5H2O，故由分析从“操作A”所得溶液中得到MnSO4·H2O晶体需进行的操作是蒸发结晶、保持温度高于40℃以上趁热过滤，洗涤、干燥. 考向02 反应条件的控制 【例2-1】（2025·广东广州·二模）广泛应用于新能源汽车和储能领域。从低浓度锂溶液(含、、、)获得制备的原料和，工艺流程如下： 已知：①常温下，部分物质的如下表。 物质 ②在本工艺相应条件下，EDTA能与反应生成可溶于水的稳定配合物。 ③常温下，，，。 （1）“沉锂1”中生成磷酸锂的离子方程式为 。若“沉锂1”后滤液中，则溶液浓度为 。 （2）“萃取除铝”时，调节溶液，与萃取剂HR(弱酸)反应转化为而被萃取至有机层。降低溶液pH，铝的去除率明显降低，原因是 。 （3）“沉淀”时控制溶液，此时 ，该条件下转化为的离子方程式为 。 （4）“除杂”中加入NaOH调节溶液。滤渣2的主要成分是、和 。 （5）“沉锂2”先加入适量EDTA，再加入固体，充分反应后过滤。加入EDTA的目的是防止产品中混入 (填化学式)杂质。 【答案】（1） （2）酸性增强，平衡正向移动，导致浓度降低，难以与铝离子配位 （3） （4） （5） 【分析】低浓度锂溶液(含、、、)加入Na3PO4溶液沉锂，生成含有、、、的滤渣，用稀硫酸溶解，得到含有Li+、Al3+、Mg2+、Ca2+的溶液，加入萃取剂萃取除铝，得到的水相中含有Li+、Mg2+、Ca2+，加入绿矾和H2O2反应生成固体，过滤后加入NaOH溶液生成滤渣2为、和Mg(OH)2，过滤后加入EDTA，EDTA能与Ca2+反应生成可溶于水的稳定配合物，与Na2CO3转化为Li2CO3固体，以此解答。 【解析】（1）“沉锂1”中和反应生成磷酸锂的离子方程式为：；若“沉锂1”后滤液中，则溶液浓度为。 （2）“萃取除铝”时，调节溶液，与萃取剂HR(弱酸)反应转化为而被萃取至有机层，降低溶液pH，铝的去除率明显降低，原因是酸性增强，平衡正向移动，导致浓度降低，难以与铝离子配位。 （3）沉淀”时控制溶液，c(H+)=0.1mol/L，此时，该条件下和H2O2、反应生成，根据得失电子守恒和电荷守恒配平离子方程式为：。 （4）“除杂”中加入NaOH调节溶液，c(OH-)=，由可知，此时溶液中c(Mg2+)=，Mg2+完全沉淀，则滤渣2的主要成分是、和Mg(OH)2。 （5）在本工艺相应条件下，EDTA能与反应生成可溶于水的稳定配合物，“沉锂2”先加入适量EDTA，再加入固体，充分反应后过滤。加入EDTA的目的是防止产品中混入杂质。 【例2-2】工业上利用黑钨矿(其主要成分是FeWO4、MnWO4，还含有少量SiO2和Al2O3)制备钨的工艺流程如下图所示： 已知：①上述流程中，钨的化合价只在最后一步发生改变；②常温下钨酸难溶于水。回答下列问题： （1）已知元素钨与铬同族，钨在元素周期表中的位置是第六周期第 族，其位于元素周期表 区。 （2）提高黑钨矿“焙烧”效率的措施有 (任写一条)，FeWO4在“焙烧”过程中发生反应的化学方程式为 。 （3）“滤渣”的主要成分是 (填化学式)。 （4）钨酸钙(CaWO4)和氢氧化钙都是微溶电解质。某温度下Ca(OH)2和CaWO4的饱和溶液中，pc(Ca2+)与pc(阴离子)的关系如图所示，已知：pc(离子)=-lgc(离子)。该温度下将Na2WO4溶液加入石灰乳中得到大量钨酸钙，发生反应的离子方程式为 ，该反应的平衡常数K= 。 【答案】（1）ⅥB d （2）将黑钨矿粉碎、搅拌、空气逆通等 4FeWO4+O2+4Na2CO34Na2WO4+2Fe2O3+4CO2 （3）H2SiO3和Al(OH)3 （4）+Ca(OH)2CaWO4+2OH- (或10000) 【分析】焙烧中纯碱和SiO2反应生成Na2SiO3，与Al2O3反应生成Na2AlO2，由水浸后的产物可知FeWO4和纯碱反应生成Na2WO4和Fe2O3，加入盐酸调pH，Na2AlO2、Na2SiO3分别反应生成Al(OH)3、H2SiO3，加入盐酸与Na2WO4反应生成H2WO4，分解可得WO3，还原得到金属W。 【解析】（1）已知元素周期表中钨与铬同族，钨位于元素周期表的第六周期第ⅥB族；其位于元素周期表d区； （2）从反应速率的影响因素考虑，提高黑钨矿“焙烧”效率的措施有将黑钨矿粉碎、搅拌、空气逆通等；结合分析可知，FeWO4在“焙烧”过程中发生反应的化学方程式为：4FeWO4+O2+4Na2CO34Na2WO4+2Fe2O3+4CO2； （3）结合分析可知，“滤渣”的主要成分是：H2SiO3和Al(OH)3； （4）与石灰乳反应生成，反应的离子方程式为。由图可知，当时，，，该反应的平衡常数，故答案为：； 一、反应条件的控制方法 通过控制一定的反应条件来达到提高物质转化率或除去杂质的目的。 1．控制溶液的pH （1）增强物质的氧化性、还原性(H+能增强Mn、N的氧化性),调节离子的水解程度。 （2）通过控制溶液的pH可以除去某些金属离子。 如要除去溶液中含有的Fe3+、Al3+,可调节溶液的pH使之转变为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀。 2．控制温度(常用水浴、冰水浴等) （1）控制反应速率(升温增大反应速率)、使催化剂达到最大活性、防止副反应的发生。 （2）使化学平衡移动,控制化学反应进行的方向。 （3）升温:使溶液中的气体逸出,使易挥发物质挥发,使易分解的物质分解。 （4）煮沸:使气体逸出;促进水解,聚沉后利于过滤分离。 （5）控制固体的溶解与结晶。 趁热过滤:减少因降温而析出的溶质的量。 蒸发浓缩:蒸发除去部分溶剂,提高溶液的浓度。 蒸发结晶:蒸发溶剂,使溶液由不饱和变为饱和,继续蒸发,过剩的溶质就会以晶体析出。 3．使用保护气 （1）隔绝空气(主要是O2、H2O)。 （2）抑制弱离子的水解(如HCl氛围)。 二、陌生图像中反应条件的选择 [例1] 浸出过程中时间和液固比对锰浸出率的影响分别如图甲、图乙所示。 则适宜的浸出时间和液固比分别为60 min、3。 [例2] “酸浸”实验中,镁的浸出率结果如图所示。由图可知,当镁的浸出率为80%时,所采用的实验条件为100 ℃、3 h左右。 [例3] 酸浸时,若使钛的浸出率(η%)达到90%,则根据如图判断工业上应采取的适宜条件是酸浓度和液固比的取值分别约为40%、6。 【变式2-1】某化工厂利用废旧锂离子电池正极材料(含有LiCoO2以及少量Ca、Mg、Fe、Al等)制备Co2O3和Li2CO3.工艺流程如下： 已知：①常温下，部分金属离子(Mn+)形成氢氧化物沉淀的pH范围如下： Mn+ Fe2+ Al3+ Mg2+ Ca2+ Co2+ 开始沉淀 6.3 3.8 9.6 10.6 6.6 完全沉淀c(Mn+)≤10-6 8.3 5.4 12.0 12.6 9.1 ②Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12 回答下列问题： （1）基态Co原子的价层电子中，未成对电子与成对电子数目的比值为 。 （2）“酸浸”时发生反应：。 ①补充上述离子方程式中的缺项 ； ②若用盐酸代替草酸进行“酸浸”，可能带来的影响是 。 （3）①滤液2中c(Mg2+) mol·L-1； ②向滤液2中加入NH4F固体的目的除了沉淀Mg2+外，还有 。 （4）滤液3中含金属元素的离子主要是[Co(NH3)6]2+，通入空气发生催化氧化反应过程中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为 。 （5）已知沉锂过程中有气体生成，写出“沉锂”过程中的离子方程式 。 【答案】（1）1：2 （2）2CO2 Cl-被氧化为氯气，污染空气 （3）5.6×10-4 除去滤液1中的Ca2+ （4）1：4 （5） 【分析】废旧锂离子电池的正极材料(含有LiCoO2以及少量Ca、Mg、Fe、Al等)，加硫酸溶解Ca、Mg、Fe、Al，加草酸把LiCoO2还原为Co2+，过滤除去不溶物为滤渣1，滤液1加NaOH溶液，题中已知滤渣2中含有Mg(OH)2，分析可知还含有Co(OH)2，在滤渣2中加入碳酸铵和NH3·H2O将有Co(OH)2转化为[Co(NH3)6]2+，过滤后除去Mg(OH)2，滤液3中为[Co(NH3)6]2+且溶液为碱性，经过空气催化氧化得到Co(OH)3，最后得到Co2O3；滤液1中主要含有Li+、Ca2+、，经过NH4F固体的处理将Ca2+除去，后续沉锂再将Li+以Li2CO3形式沉淀出来，据此作答。 【解析】（1）Co是第27号元素，价层电子为3d74s2，含有3个未成对电子，含有6个成对电子，未成对电子与成对电子数目的比值为3：6=1：2。 （2）①酸浸时，+3价的钴被还原为=2价，草酸被氧化为CO2，根据化合价升降守恒、原子守恒、电荷守恒，可得反应的离子方程式：LiCoO2+6H++H2C2O4=2Co2++2Li++2CO2↑+4H2O，故答案为：2CO2； ②旧生产工艺用盐酸进行“酸浸”，但易造成环境污染，原因是Cl-被氧化为氯气，污染空气。 （3）①由分析可知，滤渣2中含有Mg(OH)2，则常温下滤液2相当于Mg(OH)2的饱和溶液，则有c(Mg2+)c2(OH-)=Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12，又pH=10，c(OH-)==mol/L=1×10-4mol/L，则c(Mg2+)==5.6×10-4mol/L； ②向滤液2中加入NH4F固体的目的除了沉淀Mg2+外，还可以除去滤液1中的Ca2+。 （4）滤液3中含金属元素的离子主要是，该反应中Co化合价从+2价升高到+3价，O化合价从0价降到-2价，滤液3为碱性，发生催化氧化反应的离子方程式为：，O2是氧化剂，是还原剂，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1：4。 （5）已知沉锂过程中有气体生成，中Li+和饱和NaHCO3溶液反应生成Li2CO3和CO2离子方程式为：。 【变式2-2】氮化钛常作仿金饰品，乳酸亚铁常作补铁制剂。以钛铁矿（主要含，还含少量、）为原料制备氮化钛和乳酸亚铁的工艺如图，回答下列问题： 部分物质的熔点、沸点数据如表所示： 物质 Mg Ti 熔点 648.8 714 1667 沸点 136.4 1090 1412 3287 （1）Ti位于元素周期表第 周期 族。 （2）其他条件不变，“酸浸”时铁、钛浸出率与硫酸质量分数的关系如图所示。 “酸浸”时宜选择的硫酸质量分数为 %。 （3）“熔炼”时，温度在，反应还能得到一种具有还原性和可燃性的气体。“熔炼”的化学方程式为 。 （4）“还原”时得到钛和另一产物M，采用蒸馏法分离出钛，控制蒸馏的最低温度为 ，工业上用惰性材料作为电极来电解熔融的M，阳极的电极反应式为 。 （5）利用溶液和过量溶液制备的离子方程式为 ；用酸性溶液滴定法测定乳酸亚铁产品的纯度，所有操作均正确，但经多次实验结果发现，测得值高于实际值，其原因是 。已知滴定反应为（未配平）。 【答案】（1）四 ⅣB （2）85 （3）TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO （4）1412℃ 2Cl——2e—=Cl2↑ （5）Fe2++2HCO=FeCO3↓+CO2↑+H2O 乳酸根离子具有还原性，能消耗KMnO4 【分析】由题给流程可知，向钛铁矿粉末中加入过量的硫酸溶液，将钛酸亚铁转化为亚铁离子和TiO2+离子，氧化铝转化为硫酸铝，二氧化硅与硫酸溶液不反应，过滤得到滤液；向滤液中通入水蒸气，将滤液中的TiO2+离转化为TiO2·nH2O，过滤TiO2·nH2O和滤液；TiO2·nH2O煅烧分解生成二氧化钛，二氧化钛与碳、氯气高温条件下熔炼反应生成四氯化钛，四氯化钛高温条件下与镁反应生成钛，钛高温条件下与氮气反应生成氮化钛；调节滤液pH，将溶液中的铝离子转化为氢氧化铝沉淀，过滤得到硫酸亚铁溶液；向溶液中加入碳酸氢铵溶液，过滤得到碳酸亚铁，碳酸亚铁溶于乳酸得到乳酸亚铁溶液，乳酸亚铁溶液经分离提纯得到乳酸亚铁产品。 【解析】（1）钛元素的原子序数为22，位于元素周期表第三周期ⅣB族； （2）由图可知，硫酸质量分数为85%时，铁浸出率最小、钛浸出率最大，则“酸浸”时宜选择的硫酸质量分数为85%； （3）由分析可知，“熔炼”时发生的反应为二氧化钛与碳、氯气高温条件下熔炼反应生成四氯化钛和一氧化碳，反应的化学方程式为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO； （4）由分析可知，“还原”时发生的反应为四氯化钛高温条件下与镁反应生成钛和氯化镁（M），由表格数据可知，四种物质中钛的沸点最高，钛的沸点高于氯化镁、四氯化钛和镁，所以采用蒸馏法分离出钛时，控制蒸馏的最低温度为1412℃；工业上用惰性材料作为电极来电解熔融的氯化镁时，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑； （5）硫酸亚铁溶液与过量碳酸氢铵溶液反应生成硫酸铵、碳酸亚铁沉淀、二氧化碳和水，反应的离子方程式为Fe2++2HCO=FeCO3↓+CO2↑+H2O；乳酸亚铁中的乳酸根离子具有还原性，能消耗KMnO4，所以测得值高于实际值； 考向03 陌生方程式的书写 【例3-1】（2025·广东汕头·二模）钒酸银（）是一种极有前景的可见光响应光催化剂，一种用废钒（主要成分、、、、）制取钒酸银的工艺流程如下： 已知：①有机酸性萃取剂HA的萃取原理为： （表示，表示有机萃取剂）； ②酸性溶液中，对、萃取能力强，而对、的萃取能力较弱。 （1）基态钒原子的价层电子排布式为 。“滤渣”的成分是 （写化学式）。 （2）“滤液①”中钒以+4价、+5价的形式存在，简述加入铁粉的原因： 。 （3）“有机层”加入硫酸反萃取后，加入，写出与反应生成和的离子方程式： 。 （4）已知溶液中与可相互转化且为沉淀。室温下，维持“沉钒”时溶液中的总浓度为，。已知，，则“沉钒”后溶液中 。 （5）写出煅烧的化学方程式 ，煅烧生成的气体返回到 工序重新利用。 【答案】（1）3d34s2 SiO2 （2）将+5价钒转化为+4价钒的同时使Fe3+还原为Fe2+，实现钒、铁元素的分离。 （3）+6+3H2O=6++6H+ （4） （5） 沉钒 【分析】废钒（主要成分、、、、）加入稀硫酸、通入氧气发生反应，生成硫酸铁，“滤液①”中钒以+4价、+5价的形式存在，而SiO2不反应，过滤存在于滤渣中，萃取前加入铁粉将铁离子还原为亚铁离子，利用有机溶剂HA萃取，分液后加入反萃取剂得到VO2+，再加入KClO3，将VO2+氧化为，再加入氨水得到沉淀NH4VO3，过滤后煅烧得到五氧化二钒，以此来解答。 【解析】（1）钒是23号元素，核外含有23个电子，基态钒原子的价层电子排布式为3d34s2，由分析可知，“滤渣”的成分是SiO2。 （2）酸性溶液中，对、萃取能力强，而对、的萃取能力较弱，“滤液①”中钒以+4价、+5价的形式存在，铁粉的原因是：将+5价钒转化为+4价钒的同时使Fe3+还原为Fe2+，实现钒、铁元素的分离。 （3）由分析可知，“有机层”加入硫酸反萃取后，加入，与反应生成和，根据得失电子守恒和电荷守恒配平离子方程式为：+6+3H2O=6++6H+。 （4）室温下，维持“沉钒”时溶液中的总浓度为，，溶液中c(OH-)= =10-8mol/L，由可知，由Kb、c()+c()=，则c()=mol/L，则。 （5）煅烧分解产生V2O5、NH3和H2O，化学方程式为：，煅烧生成的NH3返回到沉钒工序重新利用。 【例3-2】（2025·广东深圳·一模）一种从石煤灰渣（主要含及等）中提取钒的工艺流程如下： 已知：萃取剂（HR）与阳离子的结合能力：；萃取的原理为；“中间盐”中的金属阳离子均为+3价；含的硫酸盐难溶于水；。 （1）“酸浸”时，钒主要以的形式进入溶液。 ①为提高浸取率，可采取的措施是 （任写一条）。 ②发生反应的化学方程式为 。 （2）“还原结晶”所得“溶液3”的主要阳离子及其浓度如下表： 阳离子 浓度 10.79 0.0041 0.11 0.029 据此分析“溶液3”可在 工序循环利用。 （3）“中间盐”的一种含钒物质为；“溶解”后，所得溶液中钒主要以的形式存在。该含钒物质“溶解”时发生反应的离子方程式为 。 （4）“还原”步骤的主要目的是 。 （5）“萃取”前，需调节溶液。 ①已知萃取前溶液中，理论上，为避免产生沉淀，应调节溶液pH小于 （保留一位小数）。 ②实际上，溶液pH也不能过低，其原因是 。 【答案】（1）“适当升温”“搅拌”“将灰渣进一步粉碎”“适当增加酸的浓度”等，答案合理即可 （2）酸浸 （3） （4）将转化为，避免影响的萃取 （5）3.3 过低，即浓度过大，会导致萃取反应的平衡逆向移动，不利于进入有机相 【分析】酸浸时，溶于稀硫酸，得到，而SiO2不溶于稀硫酸而除去，溶液1中加入固体，得到，而溶液2中加入添加剂，得到中间盐，“中间盐”中一种含钒物质为在热水、空气、酸性条件下溶解，“溶解”后，所得溶液中钒主要以的形式存在，加入铁粉会将三价铁离子还原为二价铁离子，氨水调节溶液pH后，经萃取、反萃取得到钒溶液，最终得到钒材料，回答下列问题。 【解析】（1）①为提高浸取率，可采取的措施有：适当增加酸的浓度、适当提高反应温度、搅拌、将灰渣进一步粉碎等； ②根据题干信息，“酸浸”时，钒主要以的形式进入溶液，与硫酸反应生成VO₂⁺的化学方程式为：； （2）根据表中阳离子浓度，溶液3中主要阳离子为H⁺、VO₂⁺、Al³⁺和Fe³⁺，由于H⁺浓度最高，溶液3可以在酸浸工序循环利用，以充分利用其中的酸； （3）由题干信息：含的硫酸盐难溶于水，“中间盐”的一种含钒物质为发生溶解工序，已知“溶解”后，所得溶液中钒主要以的形式存在，“溶解”时发生反应的离子方程式为：； （4）根据由题干信息，酸浸后溶液中存在且萃取剂（HR）与阳离子的结合能力：，还原步骤的主要目的是将Fe³⁺还原为Fe²⁺，以便在后续的萃取步骤中，萃取剂HR优先与VO²⁺结合，提高钒的提取效率，所以还原步骤的目的是：将转化为，避免影响的萃取； （5）①已知Al(OH)₃的溶度积 ，溶液中Al³⁺浓度为0.4mol/L，根据溶度积公式： 解得：,，pH=，为避免产生沉淀，pH应小于3.3； ②pH过低，即浓度过大，会导致萃取反应的平衡逆向移动，不利于V进入有机相，降低了钒元素的萃取率； 1．工艺流程中方程式的整体书写思路 首先根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式,再根据反应前后元素化合价有无变化判断反应类型(非氧化还原反应适用元素守恒;氧化还原反应适用元素、得失电子守恒)。 2．工艺流程中氧化还原反应方程式的书写思路 （1）首先确定氧化剂(或还原剂)与还原产物(或氧化产物),再判断出还原剂(或氧化剂)与氧化产物(或还原产物)。 （2）根据得失电子守恒配平氧化还原反应。 （3）根据电荷守恒、反应物和介质环境的酸碱性,在方程式左边或右边补充H+、OH-或H2O等。 （4）根据元素守恒配平反应方程式。 3．流程中电极反应式的书写思路 （1）列变价——写出电极上发生变价的主要反应物和主要产物。 （2）标电子——由化合价写出得失电子数。 （3）调电荷——由电荷守恒依据介质环境将反应式两边的电荷调平,酸性溶液用H+,碱性溶液用OH-,若是熔融电解质,则依据具体题目信息,一般熔融氧化物用O2-,熔融碳酸盐用C。 （4）后补水——由元素守恒配平电极反应,一般看氢原子,哪边少氢原子就在哪边以水的形式补上相应数目的氢原子,也被称为“氢不够,水来凑”。 （5）检查氧——最后用“O”守恒检查是否正确。 【变式3-1】一种从镍钴废渣（主要成分为、、以及少量钙、镁等的化合物）中提取Ni、Co的工艺流程如下： 已知： ①黄钠铁矾化学式为，其沉淀的pH范围为1.5~2.0。 ②草酸的，。 （1）“酸浸”时镍元素发生反应的离子方程式 。 （2）“除铁”中加入的作用 ；该步骤中不能用代替的原因为 。 （3）“镍钴萃取分离”中，不同萃取剂的分离性能对比如下表所示，则萃取剂的最佳选择为 （填萃取剂名称），原因是 。 萃取剂 萃取余液中金属质量浓度/（g/L） Co的萃取率% 分相时间 Co Ni 7401 3.10 13.5 48.0 2min 7402 2.85 13.7 52.5 5min P507 0.03 13.8 99.5 1min （4）“热解还原”中产生的，则该化学方程式为 。 【答案】（1） （2）将亚铁离子氧化为铁离子，便于除去 可消耗溶液中，以调节溶液pH，而不能消耗 （3）P507 可在更短的时间，将Co最大程度的从溶液中萃取出，实现与Ni的分离 （4） 【分析】镍钴废渣（主要成分为、、以及少量钙、镁等的化合物）加入稀硫酸和亚硫酸钠进行酸浸，将Co、Fe和Ni元素还原为+2价，加入氯酸钠将Fe2+氧化，同时加入碳酸钠调节pH，形成，过滤将铁元素除去；加入NaF将Ca和Mg元素形成沉淀滤除；加入萃取剂分离镍和钴，经过系列处理，分别进行Ni和Co的提取。 【解析】（1）“酸浸”时镍元素被还原，根据得失电子守恒及电荷守恒，反应的离子方程式：； （2）“除铁”中加入的作用是将亚铁离子氧化为铁离子，便于除去；“除铁”过程中加入的目的是消耗溶液中，以调节溶液pH，而不能消耗； （3）选择萃取剂P507，可在更短的时间，将Co最大程度的从溶液中萃取出，实现与Ni的分离； （4）“热解还原”中产生的，根据质量守恒，化学方程式：； 【变式3-2】含铬电镀废水的主要成分如表，常用“Pb2+沉淀法”和“药剂还原沉淀法”进行处理。 离子 Cr(VI) Cr3+ Cu2+ Fe2+ Zn2+ 含量mg/L 28.38 12.92 0.34 0.069 0.014 I． “Pb2+沉淀法”工艺流程如图。 金属离子沉淀完全时()及沉淀开始溶解时的pH如表。 金属离子 Cu2+ Fe2+ Fe3+ Zn2+ Cr3+ pH 沉淀完全 6.7 8.3 2.8 8.2 5.6 沉淀开始溶解 — 13.5 14.0 10.5 12.0 （1）铬元素的价电子排布式： 。已知金属铬为体心立方晶体，密度为7.2g/cm3，求两个Cr原子的最小核间距 nm。(只写表达式，不计算) （2）“氧化”过程中Cr(OH)3转化为的离子方程式为 。 （3）“沉降”过程中应调节pH范围是 ~10.5。 （4）已知25℃是；；。“沉铬”过程中： ①生成铬黄的离子方程式为 。 ②从平衡角度分析pH对沉铬率的影响 。 II． “药剂还原沉淀法”工艺流程如图。 （5）“还原”过程中，被Cr(VI)氧化为 。 （6）“沉淀”过程中，当溶液pH为8.6时， 。 【答案】（1）3d54s1 （2）2Cr(OH)3+3H2O2+4OH-═2CrO+8H2O （3）8.2 （4）PbSO4+CrO═PbCrO4+SO 增大pH，Cr2O+H2O2CrO+2H+平衡正向移动，CrO浓度增大，沉铬率增大 （5）SO （6） 【分析】“Pb2+沉淀法”工艺，向经预处理的含铬废水中加入H2O2、NaOH把Cr(OH)3氧化为、把Fe2+氧化为Fe3+，再加氢氧化钠调节pH生成氢氧化物沉淀除去Fe3+、Cu2+、Zn2+，过滤，滤液中加硫酸铅发生沉淀转化生成PbCrO4沉淀；“药剂还原沉淀法”工艺，向含铬废水中加入硫酸调节pH为2~3，再加亚硫酸钠把Cr(VI)还原为Cr3+，加氢氧化钠调节pH生成氢氧化物沉淀。 【解析】（1）Cr是24号元素，价电子排布式：3d54s1，金属铬为体心立方晶体，晶胞中含有1+8=2个Cr，密度为7.2g/cm3，则晶胞的边长为nm，两个Cr原子的最小核间距为晶胞体对角线的为nm。 （2）“氧化”过程中Cr(OH)3被H2O2氧化为CrO，根据得失电子守恒，反应的离子方程式为2Cr(OH)3+3H2O2+4OH-═2CrO+8H2O。 （3）根据金属离子沉淀完全时及沉淀开始溶解时的pH表，为保证重金属离子完全沉淀，“沉降”过程中应调节pH范围是8.2～10.5。 （4）①硫酸铅和CrO发生沉淀转化生成PbCrO4沉淀，反应的离子方程式为PbSO4+CrO═PbCrO4+SO。 ②增大pH，Cr2O+H2O2CrO+2H+平衡正向移动，CrO浓度增大，沉铬率增大。 （5）根据氧化还原反应原理，“还原”过程中，SO被Cr(Ⅵ)氧化，硫元素化合价由+4升高为+6，氧化产物是SO。 （6）Cr3+完全沉淀的pH是5.6，，则“沉淀”过程中，当溶液pH为8.6时，c(Cr3+)=mol•L-1。 考向04 物质的分离提纯 【例4-1】废旧锂离子电池的正极材料主要成分是，还含有少量金属Al、Fe以及其他不溶性物质，采用如下工艺流程回收其中的钴制备Co单质：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 开始沉淀时()的pH 7.8 3.7 2.2 7.5 沉淀完全时()的pH 9.3 4.7 3.2 9.0    回答下列问题： （1）“滤液1”中主要存在的阴离子有 。 （2）“酸浸”中发生反应的化学方程式为 。“酸浸”时需要控制温度在80～85℃，温度不宜过高的原因是 。 （3）如果“酸浸”后的溶液中浓度为1.0，则“调”应控制的pH范围是 。 （4）“滤液2”中可回收利用的物质主要是 (填化学式)。 （5）“酸溶”中发生反应的离子方程式为 。 【答案】（1）() （2） 受热易分解 （3）3.2～6.8 （4）、 （5） 【分析】由流程可知，向废旧锂离子电池的正极材料中加入NaOH溶液进行碱浸，发生反应2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，将Al溶解，得到的滤液1含有NaAlO2和过量的NaOH，滤渣为LiCoO2、Fe及其它不溶性杂质；加稀H2SO4、双氧水酸浸后得到含有Li+、Co2+、Fe3+的滤液，滤渣1为其它不溶性杂质，向滤液中加入氨水调节溶液的pH值，使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去，则滤渣2为Fe(OH)3，滤液中含有Li+、Co2+、NH4+，向滤液中再加入氨水调节溶液的pH值，Co2+转化为Co(OH)2沉淀，滤液2中含有Li+、NH4+，Co(OH)2加入盐酸酸溶，发生酸碱中和反应生成盐和水，然后电解CoCl2得到Co,结合题目分析解答。 【解析】（1）Al和NaOH溶液反应生成可溶性的钠盐NaAlO2，为了将Al尽可能完全除去，所以加入的NaOH溶液过量，则“滤液1”中主要含有NaAlO2、NaOH，则主要存在的阴离子有、OH-，故答案为：、OH-； （2）通过以上分析知，“酸浸”中LiCoO2和稀硫酸、双氧水发生反应生成硫酸锂、硫酸钴、氧气和水，该反应中双氧水作还原剂、LiCoO2作氧化剂，该反应的化学方程式为2LiCoO2+3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O，双氧水不稳定，受热易分解，所以“酸浸”时需要控制温度在80～85℃，温度不宜过高，故答案为：2LiCoO2+3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O；双氧水受热易分解； （3）如果“酸浸”后的溶液中Co2+浓度为1.0mol•L-1，“调pH1”使Fe3+完全转化为沉淀但不Co2+不转化为沉淀，Co2+生成沉淀时c(OH-)==10-7.2mol/L，溶液中c(H+)= =10-6.8mol/L，溶液的pH=6.8，Fe3+完全转化为沉淀时溶液的pH=3.2，根据表中数据知，应控制的pH范围是3.2≤pH＜6.8，故答案为：3.2～6.8； （4）通过以上分析知，“滤液2”含有Li2SO4、(NH4)2SO4，则“滤液2”中可回收利用的物质主要是Li2SO4、(NH4)2SO4，故答案为：Li2SO4、(NH4)2SO4； （5）Co(OH)2加入盐酸酸溶，发生酸碱中和反应生成盐和水，则“酸溶”中发生反应的离子方程式为Co(OH)2+2H+=Co2++2H2O，故答案为：Co(OH)2+2H+=Co2++2H2O； 【例4-2】铟()是制造低熔点合金、轴承合金、半导体、电光源等的重要原料，从铅、锌的冶炼过程中产生的高铟烟灰(主要含有、、、、)中提取铟的流程如下：    已知：①“萃取”时，发生的反应为(有机液)(有机液)、(有机液)(有机液)； ②“反萃取”时，发生的反应为(有机液)(有机液)； ③滤液中铟以的形式存在，与相似，易水解。 回答下列问题： （1）的电离方程式为 。 （2）“氧化酸浸”时 (填“能”或“不能”)用浓盐酸代替稀硫酸，理由是 (用离子方程式表示，若前面回答“能”，则此空不用填)。 （3）“氧化酸浸”过程中硫元素最终均以硫酸根离子的形式存在于浸出液中，写出发生反应的化学方程式： 。 （4）下列关于“萃取”和“反萃取”的说法错误的是_____(填字母)。 A．这两个操作均利用了溶质在水中和有机液中的溶解性不同 B．若在实验室里完成这两个操作，均需用到分液漏斗、烧杯和玻璃棒 C．“萃取”时，可向“净化”后的液体中加入适量的溶液，以提高萃取率 D．“反萃取”时，适当增大盐酸的浓度可提高铟的反萃取率 （5）“置换”后所得浊液，需要经过过滤、洗涤、干燥等操作得到粗铟，在洗涤操作中，检验粗钢已洗涤干净的方法为 。 【答案】（1） （2）不能 （3） （4）B （5）取最后一次洗涤液，加入用硝酸酸化的硝酸银溶液，若没有沉淀产生，则说明固体已洗涤干净 【分析】高铟烟灰加入人氧化锰和硫酸进行“氧化酸浸”后，转变为沉淀，转变为，转变为，、和发生氧化还原反应，滤液中含有、、、，“滤渣”为过量的二氧化锰和硫酸铅，滤液进行“净化”后加入有机萃取剂除去、，在有机相中加入盐酸，“反萃取”除去，在溶液中加入粉发生置换反应得到粗铟，“电解精炼”可得到铟。 【解析】（1）电离出2个氢离子和一个硫酸根离子，电离方程式为； （2）如用浓盐酸代替稀硫酸，浓盐酸与会发生氧化还原反应，其离子方程式为。 （3）、和发生氧化还原反应，中价的S变为价，中价的变为价，其化学方程式为。 （4）根据已知信息可知，“萃取”和“反萃取”这两个操作均利用化学反应生成了分别易溶于水和有机液的物质，溶质在水中和有机液中的溶解性不同，从而达到分离提纯的目的，A项正确；若在实验室中完成这两个操作，由于均得到水层和有机层，液体分层，均需用到漏斗和烧杯，B项错误；“萃取”时，向“净化”后的液体中加入适量的，其与反应，使化学平衡(有机液)(有机液)向右移动，C项正确；“反萃取”时，适当增大盐酸的浓度可使化学平衡(有机液)(有机液)向右移动，提高铟的反萃取率，D项正确。 （5）检验粗铟是否洗涤干净，主要检验洗涤液中是否还含有，则方法为取最后一次洗涤液，加入用硝酸酸化的硝酸银溶液，若没有沉淀产生，则不含，说明固体已洗涤干净。 1．过滤 固液分离的一种方法,主要有常压过滤、减压过滤、热过滤。 （1）常压过滤:准确判断经过过滤后产生的滤液、滤渣的主要成分,准确判断是留下滤液还是滤渣。 （2）减压过滤(抽滤):相比普通过滤,抽滤加快了过滤的速度。抽滤的优点是快速过滤,有时还可以过滤掉气体,并能达到快速干燥产品的作用。 （3）趁热过滤:。可使用热过滤仪器将固液混合物的温度保持在一定范围内进行过滤,所以又称为热过滤。 2．蒸发结晶 （1）适用范围:提取溶解度随温度变化不大的溶质,如:NaCl。 （2）蒸发结晶的标志:当有大量晶体出现时,停止加热,利用余热蒸干。 3．冷却结晶 （1）适用范围:提取溶解度随温度变化较大的物质(如KNO3)、易水解的物质(如FeCl3)或结晶水合物(如CuSO4·5H2O)。 （2）冷却结晶的标志:当有少量晶体(晶膜)出现时。 4．沉淀洗涤时洗涤剂的选择 洗涤试剂 适用范围 目的 蒸 馏 水 冷水 溶解度随温度升高而升高,且变化较大 除去固体表面吸附的××杂质,减少固体因为洗涤液温度高造成溶解损失 热水 溶解度随温度升高而降低 除去固体表面吸附的××杂质,减少固体因为洗涤液温度低造成溶解损失 有机溶剂(酒精、丙酮等) 固体易溶于水、难溶于有机溶剂 减少固体溶解损失;利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分,增大干燥速率 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 除去固体表面吸附的可溶于酸、碱的杂质;减少固体溶解 洗涤沉淀的方法:向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复以上操作2～3次 检验沉淀是否洗涤干净的方法:取少量最后一次的洗涤液于试管中,向其中滴入某试剂,若未出现特征反应现象,则沉淀洗涤干净 5．重结晶 将结晶得到的晶体溶于溶剂制得饱和溶液,又重新从溶液结晶的过程。 6．萃取与反萃取 萃取：利用溶质在互不相溶的两种溶剂里的溶解度不同,用一种溶剂(萃取剂)把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液里提取出来的过程,萃取后需要分液。如:用CCl4萃取溴水中的Br2；反萃取：在溶剂萃取分离过程中,当完成萃取操作后,为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施,将目标产物从有机相转入水相的萃取操作称为反萃取,为萃取的逆过程。 7．蒸馏 蒸馏是利用液体混合物中各组分的沸点不同,给液体混合物加热,使其中的某一组分变成蒸气再冷凝成液体,跟其他组分分离的过程。 8．冷却法 利用气体易液化的特点分离气体,如合成氨工业采用冷却法分离氨与氮气、氢气。 【变式4-1】以含钛高炉渣(主要成分为，还含有少量CaO、Fe2O3、)为原料生产的工艺流程如下：    已知： ①浸出液的pH小于0.5 ②相关金属离子时，形成氢氧化物沉淀的pH范围如下： 金属离子 开始沉淀的pH 0.5 6.3 1.5 沉淀完全的pH 2.5 8.3 2.8 请回答以下问题： （1）“浸渣”的主要成分为 (填化学式)。 （2）为了提高“酸浸”的浸取率，可采取的措施为 (任写一条)。 （3）加入时所发生氧化还原反应的离子方程式为 。 （4）过滤得到需要经过洗涤、减压烘干。实验室里洗涤沉淀的一般方法是 。 （5）隔绝空气条件下，在800℃灼烧得到。 ①在实验室里灼烧晶体时，应把晶体放在 (陶瓷仪器)中灼烧。 ②灼烧时的化学方程式为 。 【答案】（1）SiO2、CaSO4 （2）炉渣粉碎；适当增大硫酸浓度；适当升温；搅拌 （3）＋2Fe3＋+H2O=+2Fe2＋+2H＋ （4）用玻璃棒引流，加蒸馏水至浸没沉淀，让水自然流下，重复操作2～3次，至洗净为止 （5）坩埚 BaTiO(C2O4)2·4H2OBaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O 【分析】含钛高炉渣(主要成分为，还含有少量、、)加稀硫酸酸浸，SiO2不反应，反应生成CaSO4，、溶解，则过滤后浸渣主要成分为SiO2和CaSO4，浸出液中含TiO2+、Fe3+、H+等离子；往浸出液中加Na2SO3溶液将Fe3+还原为Fe2+，调节pH使完全转化为沉淀，过滤后所得沉淀加H2C2O4酸溶，加BaCl2溶液生成产品，过滤、洗涤干燥后再高温分解得到。 【解析】（1）“酸浸”过程中，SiO2和稀硫酸不反应，CaO和稀硫酸反应生成微溶物CaSO4，因此“浸渣”的主要成分为SiO2和CaSO4。 （2）将炉渣粉碎，增大反应的接触面积，适当增大硫酸浓度，适当升温，搅拌等，均能加快反应速率，提高“酸浸”的浸取率。 （3）往浸出液中加Na2SO3溶液将Fe3+还原为Fe2+，离子反应方程式为＋2Fe3＋+H2O=+2Fe2＋+2H＋。 （4）洗涤沉淀的方法是：用玻璃棒引流，加蒸馏水至浸没沉淀，让水自然流下，重复操作2～3次，至洗净为止。 （5）①灼烧固体需要坩埚，则应把晶体放在坩埚中灼烧； ②隔绝空气条件下，BaTiO(C2O4)2·4H2O受热分解得到BaTiO3，同时得到水蒸气，由元素守恒和得失电子守恒可知，该反应还有CO和CO2生成，反应的化学方程式为BaTiO(C2O4)2·4H2OBaTiO3+2CO↑+2CO2↑+4H2O。 【变式4-2】铬元素是一种重金属元素，工业上处理含铬废水并将其资源化的工艺有多种，其中两种工艺如下图所示：    已知：①含铬废水中铬元素主要有和两种价态，价铬在酸性环境中氧化性更强。 ②。 回答下列问题： （1）“还原”时，先加入酸化，再加入固体，其发生反应的离子方程式为 ，若不加酸化，可能造成的后果是 。 （2）“中和”过程中，有大量气泡生成，写出中和时产生的离子方程式： 。 （3）“过滤洗涤”时，证明沉淀已洗涤干净的操作为： 。 （4）“冶炼”时，该反应的能量主要转化形式为 。 （5）“氧化”时，发生反应的化学方程式为： 。 （6）已知，利用氧化法除铬时，欲使废液中铬元素的含量不高于，则此滤液中的范围为 。 （7）与还原法相比，氧化法的优点为 。 【答案】（1）+3+10H+=4Cr3++5H2O+6 +6价铬不能完全被还原 （2）2Cr3++3+3H2O=2Cr（OH）3↓+3CO2↑ （3）取最后一次洗涤液，向其中加入足量稀盐酸，再加入BaCl2溶液，没有白色沉淀生成 （4）化学能转化为热能 （5）2Cr(OH)3+3NaClO+4NaOH=2Na2CrO4+3NaCl+5H2O （6）≥4.8×10-5mol⋅L-1 （7）能耗低 【分析】含铬废水先加入H2SO4酸化，再加入Na2S2O5固体，现发生转化2+2H+⇌ +H2O，随后发生反应+3+10H+=4Cr3++5H2O+6，加入碳酸钠调节，中和pH，发生反应Cr3+++3H2O=2Cr(OH)3↓+3CO2↑，过滤获得Cr(OH)3，经煅烧，得到氧化铬，加铝发生置换反应，获得单质铬；下方流程：含铬废水加入氢氧化钠调节pH，发生反应Cr3++3OH-=Cr(OH)3↓，“氧化”时，发生反应的化学方程式为2Cr(OH)3+3NaClO+4NaOH=2Na2CrO4+3NaCl+5H2O，加硝酸钡，利用沉淀溶解平衡，获得BaCrO4沉淀，据此分析回答问题。 【解析】（1）已知+6价铬在溶液中存在如下平衡：2+2H+⇌ +H2O，因此加入稀硫酸的目的是将转化为，此时加入Na2S2O5固体，发生反应的离子方程式为+3+10H+=4Cr3++5H2O+6，根据题意可知，+6价铬在酸性环境中氧化性更强，若不加H2SO4酸化，可能造成的后果是+6价铬不能完全被还原，故答案为：+3+10H+=4Cr3++5H2O+6；+6价铬不能完全被还原； （2）“中和”时，加入Na2CO3有大量气泡生成，由此可判断该气体为CO2，同时有沉淀生成，因此该反应的离子方程式为2Cr3++3+3H2O=2Cr(OH)3↓+3CO2↑，故答案为：2Cr3++3+3H2O=2Cr(OH)3↓+3CO2↑； （3）“过滤洗涤”时，洗涤Cr(OH)3沉淀上的SO42-等杂质离子，证明沉淀已洗涤干净的操作为取最后一次洗涤液，向其中加入足量稀盐酸，再加入BaCl2溶液，没有白色沉淀生成，故答案为：取最后一次洗涤液，向其中加入足量稀盐酸，再加入BaCl2溶液，没有白色沉淀生成； （4）“冶炼”时，发生反应为铝还原Cr2O3，铝热反应放出大量热，因此能量主要转化形式为化学能转化为热能，故答案为：化学能转化为热能； （5）加NaOH调节pH后，溶液中Cr3++3OH-=Cr(OH)3↓，“氧化”时，发生反应的化学方程式为2Cr(OH)3+3NaClO+4NaOH=2Na2CrO4+3NaCl+5H2O； （6）若废液中c()==5×10-6mol/L，根据c(Ba2+)=mol/L=4.8×10-5mol⋅L-1，因此溶液中c(Ba2+)≥4.8×10-5mol⋅L-1，故答案为：≥4.8×10-5mol⋅L-1； （7）与还原法相比，氧化法的优点为能耗低，故答案为：能耗低。 考向05 电离常数、溶度积常数的有关计算 【例5-1】一种以转炉钒渣(主要成分为V2O3、FeO、SiO2及少量MgO、CaO、Al2O3)为原料实现低成本回收钒资源的生产工艺如下：    表一：相关金属离子[c0(Mn+) = 0.01 mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下： 金属离子 Fe2+ Fe3+ Al3+ Mg2+ 开始沉淀的pH 7.5 2.2 3.7 9.4 沉淀完全的pH 9.0 3.2 4.7 10.9 表二：部分含钒物质在水溶液中主要存在形式如下： pH <1 1 ~ 4 6 ~ 8.5 >13 主要形式 VO V2O5 VO VO 备注 多钒酸盐在水中溶解度较小 已知：①“焙烧”的主要反应之一为：CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)； ②在焙烧过程中产生Ca2V2O7；其中，Ca2V2O7在水中的溶解度小，易溶于稀硫酸和碱溶液。 （1）Ca2V2O7中V的化合价为 ，写出在焙烧过程中产生Ca2V2O7的化学方程式 。 （2）“稀H2SO4调pH”后钒元素主要以VO存在，生成VO的离子方程式为 。 （3）“滤渣2”的主要成分是 。利用上述表格数据，计算Fe(OH)3的Ksp= 。 （4）“调pH值至6~8.5”时控制温度不超过40℃，原因是 。 （5）已知“沉钒”得到NH4VO3，该环节通常需要加入过量 (NH4)2SO4，其原因是 。 【答案】（1）+5 2CaO + V2O3 + O2 = Ca2V2O7 （2）Ca2V2O7 + 6H+ + 2SO = 2VO + 2CaSO4+ 3H2O （3）Fe(OH)3 10-37.4 （4）高于40℃，氨气逸出导致Fe3+沉淀反应速率下降 （5）利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全 【分析】钒渣(主要成分为V2O3、FeO、SiO2及少量MgO、CaO、Al2O3)，在空气中焙烧，CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)，产生Ca2V2O7、Fe2O3；加稀硫酸调pH＜1，SiO2此过程中不反应，过滤得滤渣1为硫酸钙、SiO2，据信息知，所得滤液中含有外，还有Mg2+、Al3+、Fe3+、，滤液中加入氨水调节pH=6~8.5，沉淀为V2O5，根据表2信息， Fe3+、Al3+完全转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，过滤，滤渣2中含Fe(OH)3、Al(OH)3，滤渣2中加入NaOH使Al(OH)3转化为NaAlO2，则滤渣3的主要成分为Fe(OH)3；滤液含，加硫酸铵 “沉钒”得到NH4VO3，煅烧纯净的NH4VO3得到V2O5； 【解析】（1）Ca2V2O7中V的化合价为+5，在焙烧过程V2O3 被O2 氧化产生Ca2V2O7，化学方程式为2CaO + V2O3 + O2 = Ca2V2O7。 （2）已知Ca2V2O7在水中的溶解度小，易溶于稀硫酸， “稀H2SO4调pH”后钒元素主要以VO存在，则生成VO的离子方程式为Ca2V2O7 + 6H+ + 2SO = 2VO + 2CaSO4+ 3H2O。 （3）据分析“滤渣2”的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3。利用上述表格数据，0.01 mol·L−1Fe3+形成氢氧化物沉淀时的pH=2.2，则常温下。 （4）已知氨水易挥发，则用氨水“调pH值至6~8.5”时控制温度不超过40℃，原因是：高于40℃，氨气逸出导致Fe3+沉淀反应速率下降。 （5）已知“沉钒”得到NH4VO3 NH4VO3存在沉淀溶解平衡：NH4VO3(s) (aq)＋VO (aq)，“沉钒”中加入过量(NH4)2SO4，则增大c()，有利于NH4VO3结晶析出，故答案为：利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全。 【例5-2】氮化镓(GaN)具有优异的光电性能。一种利用炼锌矿渣[主要含铁酸镓、铁酸锌、]制备GaN的工艺流程如下： 已知： ①Ga与Al同主族，化学性质相似。 ②常温下，，，。 ③、在该工艺条件下的反萃取率(进入水相中金属离子的百分数)与盐酸浓度的关系见下表。 盐酸浓度/ 反萃取率/% 2 86.9 9.4 4 69.1 52.1 6 17.5 71.3 回答下列问题： （1）“酸浸”时发生反应的离子方程式为 。“酸溶”所得滤渣的主要成分是 (填化学式)。 （2）“酸浸”所得浸出液中、浓度分别为0.21、65。常温下，为尽可能多地提取并确保不混入，“调pH”时需用CaO调pH至 (假设调pH时溶液体积不变)。 （3）“脱铁”和“反萃取”时，所用盐酸的浓度a＝ ，b＝ (选填上表中盐酸的浓度)。 （4）“沉镓”时，若加入NaOH的量过多，会导致的沉淀率降低，原因是 (用离子方程式表示)。 （5）利用CVD(化学气相沉积)技术，将热分解得到的与在高温下反应可制得GaN，同时生成另一种产物，该反应化学方程式为 。 【答案】（1）Ga2(Fe2O4)3+24H+=2Ga3++6Fe3++12H2O CaSO4 （2）略小于5.7 （3）6mol/L 2mol/L （4）Ga(OH)3+OH-=+2H2O （5）Ga2O3+2NH32GaN+3H2O 【分析】矿渣中主要含铁酸镓、铁酸锌、SiO2，矿渣中加入稀硫酸，SiO2不溶于稀硫酸，浸出渣为SiO2，加入CaO调节pH，从已知②可知，Zn(OH)2Ksp相对Ga(OH)3和Fe(OH)3较大，因此控制pH可使Ga3+、Fe3+完全沉淀而Zn2+不沉淀，滤液中为硫酸锌，再加入稀硫酸酸溶，溶液中含有Ga3+和Fe3+，加入萃取剂萃取，然后加入amol/L盐酸进行脱铁，再加入bmol/L的盐酸进行反萃取，根据表中数据可知，脱铁时盐酸浓度较高，促使Fe3+更多地进入水相被除去，盐酸浓度为6mol/L，反萃取中要保证Ga3+更可能多地进入水相，则此时盐酸浓度为2mol/L，随后加入NaOH沉镓生成Ga(OH)3，Ga(OH)3经过热分解生成Ga2O3，最后经过CVD得到GaN。 【解析】（1）Ga2(Fe2O4)3与稀硫酸反应生成Ga3+、Fe3+和H2O，反应的离子方程式为Ga2(Fe2O4)3+24H+=2Ga3++6Fe3++12H2O。酸溶前调节pH时加入了CaO，加入稀硫酸钙离子和硫酸根离子反应生成硫酸钙，硫酸钙微溶于水，故酸溶滤渣中为CaSO4。 （2）酸浸所得浸出液中Ga3+、Zn2+浓度分别为0.21g/L和65g/L即0.003mol/L和1mol/L，根据Ksp[Zn(OH)2]=10-16.6，Zn2+开始沉淀时c(OH-)=10-8.3mol/L，Zn2+开始沉淀的pH为5.7，根据Ksp[Ga(OH)3]=10-35.1，Ga3+开始沉淀时c(OH-)=1.49×10-11，则Ga3+开始沉淀的pH为3.17，则调节pH略小于5.7即可。 （3）根据分析可知脱铁时盐酸浓度较高，促使Fe3+更多地进入水相被除去，盐酸浓度为6mol/L，反萃取中要保证Ga3+更可能多地进入水相，则此时盐酸浓度为2mol/L。 （4）Ga与Al同主族，化学性质相似，沉镓时加入NaOH过多，则生成的Ga(OH)3重新溶解生成，离子方程式为Ga(OH)3+OH-=+2H2O。 （5）Ga2O3与NH3高温下反应生成GaN和另一种物质，根据原子守恒，可得另一种物质为H2O，化学方程式为Ga2O3+2NH32GaN+3H2O。 1．水溶液中平衡常数之间的关系 （1）平衡常数都只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,升高温度,Ka、Kb、Kw、Kh均增大。 （2）Ka、Kh、Kw三者的关系式为Kh=;Kb、Kh、Kw三者的关系式为Kh=。 （3）二元酸的Ka1、Ka2与相应酸根离子的Kh1、Kh2的关系式为Ka1·Kh2=Kw,Ka2·Kh1=Kw。 （4）反应CdS(s)+2H+(aq)Cd2+(aq)+H2S(aq)的平衡常数为K,则K=。 2．溶度积(Ksp)的常见计算类型 （1）已知溶度积求溶液中的某种离子的浓度,如Ksp=a的饱和AgCl溶液中 c(Ag+)= mol/L。 （2）已知溶度积、溶液中某离子的浓度,求溶液中另一种离子的浓度,如某温度下AgCl的Ksp=a,在0.1 mol/L的NaCl溶液中加入过量的AgCl固体,达到平衡后c(Ag+)=10a mol/L。 （3）计算沉淀转化的平衡常数,如Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq),平衡常数K===。 【变式5-1】电镀废水中含有、、等离子，工业上利用分级沉淀法处理电镀废水回收利用铜和镍金属化合物，其工艺流程如下： 已知：①、、、 ②各离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示 开始沉淀 6.18 8.15 4.73 完全沉淀 7.13 9.67 5.95 回答下列问题： （1）基态铬原子的核外电子排布式为 。 （2）还原过程常加入适量的稀硫酸，写出“还原”时与发生的离子反应方程式 。还原得到的金属阳离子对应的硫酸盐可用作自行车钢圈的电镀液，电镀时自行车钢圈和惰性电极作为两电极，则“钢圈”连接电源的 极，阳极的电极反应式为 。 （3）“还原”后，第一次“调节pH”的范围为 ，滤渣1的主要成分是 。 （4）“沉铜”需将浓度降为，已知溶液浓度超过会逸出，通过计算分析“沉铜”时是否会产生逸出 (写出计算过程)。 【答案】（1）1s22s22p63s23p63d54s1（或[Ar]3d54s1） （2） 负 （3）（或） （4）“沉铜”需将浓度降为，此时，，则<，无逸出。 【分析】电镀废水中含有、、等离子，加H2C2O4将还原为，调节pH，将全部转化为过滤除去，因此滤渣I为；滤液I中加H2SO4、Na2S，调节pH至4.0沉铜，将转化为CuS；调节pH至7.0加Na2S沉镍，将转化为NiS；最后回用废水。 【解析】（1）基态铬原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1。 （2）“还原”时，、和H+反应生成Cr3+、CO2和H2O，反应的离子方程式为；硫酸铬可用作自行车钢圈的电镀液，电镀时，溶液中Cr3+得电子生成单质Cr，则“钢圈”作电镀池的阴极，与外接电源的负极相连；惰性电极作阳极，电极反应式为。 （3）“还原”后，第一次“调节pH”需将反应生成的沉淀完全，而和不能沉淀，则pH的范围为或；调节pH将全部转化为沉淀除去，则滤渣1的主要成分是。 （4）“沉铜”需将浓度降为，此时，，则<，无逸出。 【变式5-2】（2021·广东·高考真题）对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝()、钼()、镍()等元素的氧化物，一种回收利用工艺的部分流程如下： 已知：25℃时，的，；；；该工艺中，时，溶液中元素以的形态存在。 （1）“焙烧”中，有生成，其中元素的化合价为 。 （2）“沉铝”中，生成的沉淀为 。 （3）“沉钼”中，为7.0。 ①生成的离子方程式为 。 ②若条件控制不当，也会沉淀。为避免中混入沉淀，溶液中 (列出算式)时，应停止加入溶液。 （4）①滤液Ⅲ中，主要存在的钠盐有和，为 。 ②往滤液Ⅲ中添加适量固体后，通入足量 (填化学式)气体，再通入足量，可析出。 （5）高纯(砷化铝)可用于芯片制造。芯片制造中的一种刻蚀过程如图所示，图中所示致密保护膜为一种氧化物，可阻止刻蚀液与下层(砷化镓)反应。 ①该氧化物为 。 ②已知：和同族，和同族。在与上层的反应中，元素的化合价变为+5价，则该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为 。 【答案】 +6 +=↓ 【分析】由题中信息可知，废催化剂与氢氧化钠一起焙烧后，铝和钼都发生了反应分别转化为偏铝酸钠和钼酸钠，经水浸、过滤，分离出含镍的固体滤渣，滤液I中加入过量的二氧化碳，偏铝酸钠转化为氢氧化铝沉淀，过滤得到的沉淀X为氢氧化铝，滤液II中加入适量的氯化钡溶液沉钼后，过滤得到钼酸钡。 【解析】（1）“焙烧”中，有生成，其中Na和O的化合价为+1和-2，根据化合价的代数和为0可知，元素的化合价为+6。 （2）“沉铝”中，偏铝酸钠转化为氢氧化铝，因此，生成的沉淀为。 （3）①滤液II中含有钼酸钠，加入氯化钡溶液后生成沉淀，该反应的离子方程式为+=↓。 ②若开始生成沉淀，则体系中恰好建立如下平衡：，该反应的化学平衡常数为。为避免中混入沉淀，必须满足，由于“沉钼”中为7.0，，所以溶液中时，开始生成沉淀，因此，时，应停止加入溶液。 （4）①滤液I中加入过量的二氧化碳，偏铝酸钠转化为氢氧化铝沉淀，同时生成碳酸氢钠，过滤得到的滤液II中含有碳酸氢钠和钼酸钠。滤液II中加入适量的氯化钡溶液沉钼后，因此，过滤得到的滤液Ⅲ中，主要存在的钠盐有和，故为。 ②根据侯氏制碱法的原理可知，往滤液Ⅲ中添加适量固体后，通入足量，再通入足量，可析出。 （5）①由题中信息可知，致密的保护膜为一种氧化物，是由与反应生成的，联想到金属铝表面容易形成致密的氧化膜可知，该氧化物为。 ②由和同族、和同族可知，中显+3价（其最高价）、显-3价。在与上层的反应中，元素的化合价变为+5价，其化合价升高了8，元素被氧化，则该反应的氧化剂为，还原剂为。中的O元素为-1价，其作为氧化剂时，O元素要被还原到-2价，每个参加反应会使化合价降低2，根据氧化还原反应中元素化合价升高的总数值等于化合价降低的总数值可知，该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为。 1．（2025·广东·高考真题）我国是金属材料生产大国，绿色生产是必由之路。一种从多金属精矿中提取Fe、Cu、Ni等并探究新型绿色冶铁方法的工艺如下。 已知：多金属精矿中主要含有Fe、Al、Cu、Ni、O等元素。 氢氧化物 （1）“酸浸”中，提高浸取速率的措施有 (写一条)。 （2）“高压加热”时，生成的离子方程式为： 。 （3）“沉铝”时，pH最高可调至 (溶液体积变化可忽略)。已知：“滤液1”中，。 （4）“选择萃取”中，镍形成如图的配合物。镍易进入有机相的原因有_______。 A．镍与N、O形成配位键 B．配位时被还原 C．配合物与水能形成分子间氢键 D．烷基链具有疏水性 （5）晶体的立方晶胞中原子所处位置如图。已知：同种位置原子相同，相邻原子间的最近距离之比，则 ；晶体中与Cu原子最近且等距离的原子的数目为 。 （6）①“700℃加热”步骤中，混合气体中仅加少量，但借助工业合成氨的逆反应，可使Fe不断生成。该步骤发生反应的化学方程式为 和 。 ②“电解”时，颗粒分散于溶液中，以Fe片、石墨棒为电极，在答题卡虚线框中，画出电解池示意图并做相应标注 。 ③与传统高炉炼铁工艺相比，上述两种新型冶铁方法所体现“绿色化学”思想的共同点是 (写一条)。 【答案】（1）搅拌、粉碎多金属精矿、提高酸浸温度等 （2）4Fe2++O2+4H2O2Fe2O3↓+8H+ （3）5 （4）AD （5）3：1：1 12 （6）2NH3N2+3H2 Fe2O3+3H22Fe+3H2O 没有污染物产生 【分析】矿粉酸浸通入SO2酸浸，浸取液中含有Fe2+、Cu2+、Ni2+、Al3+等，调节pH=3.0，通入空气加热得到Fe2O3，Fe2O3可以通过还原得到Fe单质，也可以用电解得到Fe单质，滤液1在常温下沉铝，滤液2选择萃取得到含硫酸根的溶液和分别含Cu配合物和Ni配合物，最终得到产品NixCuyNz。 【解析】（1）“酸浸”中，提高浸取速率的措施有：搅拌、粉碎多金属精矿、提高酸浸温度等； （2）由于通入“酸浸”，故浸取液中不含有，“高压加热”时，Fe2+在酸性条件下被氧化为，离子方程式为：4Fe2++O2+4H2O2Fe2O3↓+8H+； （3）“沉铝”时，保证Cu2+和Ni2+不沉淀，Cu(OH)2的溶度积更小，，根据Ksp=c(Cu2+)×c2(OH-)=0.022×c2(OH-)=2.2×10-20，得出c(OH-)=10-9mol/L，pH=5； （4）“选择萃取”中，镍形成如图的配合物。镍易进入有机相的原因有： A、镍与N、O形成配位键，可以使镍进入有机相，A正确； B、配体中提供孤对电子的O原子带一个单位负电，可以视作是得到一个电子的阴离子，其余配体不带电，整个配合物不显电性，形成配合物后，中心离子还是Ni2+，Ni2+化合价不变，B错误； C、配合物与水形成氢键，不能解释镍进入有机相，C错误； D、烷基具有疏水性，可以使其进入有机相，D正确； 答案选AD； （5）根据同种位置原子相同，相邻原子间的最近距离之比，设晶胞边长为a，由几何关系可知，面心的原子与顶点的原子距离为，面心的原子与体心的原子距离为，则可以确定，晶胞中面心原子为Ni，有6×个，顶点原子为Cu，有8×个，体心的原子为N，有1个，则x：y：z=3：1：1； 根据分析，Cu原子处于顶角，距离最近且等距离的原子为面心上Ni原子，数目为； （6）①氨气分解为N2和H2，H2还原Fe2O3得到Fe单质和水，化学方程式为：2NH3N2+3H2、Fe2O3+3H22Fe+3H2O； ②电解Fe2O3颗粒得到Fe单质，在阴极发生还原反应，则Fe片为阴极，石墨做阳极，电解液为NaOH溶液和颗粒，装置图如下： ； ③与传统高炉炼铁工艺相比，上述两种新型冶铁方法所体现“绿色化学”思想的共同点是没有污染性的CO气体产生。 2．（2024·广东·高考真题）镓()在半导体、记忆合金等高精尖材料领域有重要应用。一种从电解铝的副产品炭渣(含和少量的等元素)中提取镓及循环利用铝的工艺如下。 工艺中，是一种新型阴离子交换膜，允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用提取金属离子的原理如图。已知： ①。 ②(冰晶石)的为。 ③浸取液中，和以微粒形式存在，最多可与2个配位，其他金属离子与的配位可忽略。 （1）“电解”中，反应的化学方程式为 。 （2）“浸取”中，由形成的离子方程式为 。 （3）“还原”的目的：避免 元素以 (填化学式)微粒的形式通过，从而有利于的分离。 （4）“提取”中，原料液的浓度越 ，越有利于的提取；研究表明，原料液酸度过高，会降低的提取率。因此，在不提高原料液酸度的前提下，可向I室中加入 (填化学式)，以进一步提高的提取率。 （5）“调”中，至少应大于 ，使溶液中，有利于配离子及晶体的生成。若“结晶”后溶液中，则浓度为 。 （6）一种含、、元素的记忆合金的晶体结构可描述为与交替填充在构成的立方体体心，形成如图所示的结构单元。该合金的晶胞中，粒子个数最简比 ，其立方晶胞的体积为 。 【答案】（1）2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑ （2）Ga3++4Cl-=[GaCl4]- （3）铁 [FeCl4]- （4）高 NaCl （5）3.2 4.0×10-7 （6）2:1:1 8a3 【分析】电解铝的副产品炭渣(含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素)进行焙烧，金属转化为氧化物，焙烧后的固体加入盐酸浸取，浸取液加入铝片将Fe3+进行还原，得到原料液，原料液利用LAEM提取，[GaCl4]-通过交换膜进入II室并转化为Ga3+，II室溶液进一步处理得到镓，I室溶液加入含F-的废液调pH并结晶得到NaAlF6晶体用于电解铝； 【解析】（1）“电解”是电解熔融的氧化铝冶炼铝单质，反应的化学方程式为2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑； （2）“浸取”中，由Ga3+形成[GaCl4]-的离子方程式为Ga3++4Cl-=[GaCl4]-； （3）由已知，浸取液中，Ga(III)和Fe(III)以[MClm](m-3)-(m=0~4)微粒形式存在，LAEM是一种新型阴离子交换膜，允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区，为了避免铁元素以[FeCl4]-的微粒形式通过LAEM，故要加入铝片还原Fe3+，从而有利于Ga的分离； （4）“LAEM提取”中，原料液的Cl-浓度越高，更有利于生成[GaCl4]-的反应正向移动，更有利于Ga的提取，在不提高原料液酸度的前提下，同时不引入新杂质，可向I室中加入NaCl，提高Cl-浓度，进一步提高Ga的提取率； （5）由pKa(HF)=3.2，Ka(HF)==10-3.2，为了使溶液中c(F-)>c(HF)，c(H+)=×10-3.2<10-3.2mol/L，故pH至少应大于3.2，有利于[AlF6]3-配离子及Na3[AlF6]晶体的生成，若“结晶”后溶液中c(Na+)=0.10mol⋅L-1，根据Na3[AlF6](冰晶石)的Ksp为4.0×10-10，[AlF6]3-浓度为=4.0×10-7mol⋅L-1； （6）合金的晶体结构可描述为Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心，形成如图所示的结构单元，取Ga为晶胞顶点，晶胞面心也是Ga，Ni处于晶胞棱心和体心，Ga和Ni形成类似氯化钠晶胞的结构，晶胞中Ga和Ni形成的8个小正方体体心为Co，故晶胞中Ga、Ni个数为4，Co个数为8，粒子个数最简比Co:Ga:Ni=2:1:1，晶胞棱长为两个最近的Ga之间（或最近的Ni之间）的距离，为2a nm，故晶胞的体积为8a3nm。 3．（2022·广东·高考真题）稀土()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：月桂酸熔点为；月桂酸和均难溶于水。该工艺条件下，稀土离子保持价不变；的，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 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，用溶液调pH至 的范围内，该过程中发生反应的离子方程式为 。 （3）“过滤2”后，滤饼中检测不到元素，滤液2中浓度为。为尽可能多地提取，可提高月桂酸钠的加入量，但应确保“过滤2”前的溶液中低于 (保留两位有效数字)。 （4）①“加热搅拌”有利于加快溶出、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。 ①还原和熔融盐制备时，生成1mol转移 电子。 ②用作氢氧燃料电池电极材料时，能在碱性溶液中高效催化的还原，发生的电极反应为 。 【答案】（1）Fe2+ （2）4.7pH<6.2 （3）4.010-4 （4）加热可以提高反应物粒子运动速度，搅拌增加溶剂与溶质的接触面积，使溶出更彻底，提高溶出速度，提高产率 冷却结晶 （5）MgSO4 （6）15 O2+4e-+2H2O=4OH- 【分析】由流程可知，该类矿(含铁、铝等元素)加入酸化MgSO4溶液浸取，得到浸取液中含有、、、、、等离子，经氧化调pH使、形成沉淀，经过滤除去，滤液1中含有、、等离子，加入月桂酸钠，使形成沉淀，滤液2主要含有MgSO4溶液，可循环利用，滤饼加盐酸，经加热搅拌溶解后，再冷却结晶，析出月桂酸，再固液分离得到RECl3溶液。 【解析】（1）由分析可知，“氧化调pH”目的是除去含铁、铝等元素的离子，需要将Fe2+氧化为Fe3+，以便后续除杂，所以化合价有变化的金属离子是Fe2+，故答案为：Fe2+； （2）由表中数据可知，沉淀完全的pH为4.7，而开始沉淀的pH为6.2~7.4，所以为保证、沉淀完全，且不沉淀，要用溶液调pH至4.7pH<6.2的范围内，该过程中发生反应的离子方程式为，故答案为：4.7pH<6.2；； （3）滤液2中浓度为，即0.1125mol/L，根据，若要加入月桂酸钠后只生成，而不产生，则==4.010-4，故答案为：4.010-4； （4）①“加热搅拌”有利于加快溶出、提高产率，其原因是加热可以提高反应物粒子运动速度，搅拌增加溶剂与溶质的接触面积，使溶出更彻底，提高溶出速度，提高产率，故答案为：加热可以提高反应物粒子运动速度，搅拌增加溶剂与溶质的接触面积，使溶出更彻底，提高溶出速度，提高产率； ② “操作X”的结果是分离出月桂酸，由信息可知，月桂酸熔点为，故“操作X”的过程为：先冷却结晶，再固液分离，故答案为：冷却结晶； （5）由分析可知，该工艺中，可再生循环利用的物质有MgSO4，故答案为：MgSO4； （6）①中Y为+3价，中Pt为+4价，而中金属均为0价，所以还原和熔融盐制备时，生成1mol转移15电子，故答案为：15； ②碱性溶液中，氢氧燃料电池正极发生还原反应，发生的电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH，故答案为：O2+4e-+2H2O=4OH-。 4．（2025·北京·高考真题）利用工业废气中的制备焦亚硫酸钠()的一种流程示意图如下。 已知： 物质 、 （1）制 已知：                            由制的热化学方程式为 。 （2）制 I．在多级串联反应釜中，悬浊液与持续通入的进行如下反应： 第一步： 第二步： Ⅱ．当反应釜中溶液达到3.8~4.1时，形成的悬浊液转化为固体。 ①Ⅱ中生成的化学方程式是 。 ②配碱槽中，母液和过量配制反应液，发生反应的化学方程式是 。 ③多次循环后，母液中逐渐增多的杂质离子是 ，需除去。 ④尾气吸收器中，吸收的气体有 。 （3）理论研究、与的反应。一定温度时，在浓度均为的和的混合溶液中，随的增加，和平衡转化率的变化如图。 ①，与优先反应的离子是 。 ②，平衡转化率上升而平衡转化率下降，结合方程式解释原因： 。 【答案】（1） （2） 、SO2 （3） 溶液中发生的反应：ⅰ.+SO2+H2OH2CO3+，H2CO3H2O+CO2；ⅱ.+SO2+H2O2。amol后，随着n(SO2)增加，因H2CO3分解，促进ⅰ中SO2与碳酸氢根的反应不断正向进行，溶液中c()不断增加，促使反应ⅱ逆向进行，所以平衡转化率上升而平衡转化率下降 【分析】硫化氢通入燃烧炉中燃烧，生成了二氧化硫，还有少量氮气，氧气等，二氧化硫与碳酸钠在反应釜中反应，产生的废气用氢氧化钠吸收，出料液离心分离得到产品，母液中含有亚硫酸氢钠，返回配碱槽中循环使用。 【解析】（1）已知： 反应Ⅰ：         反应Ⅱ：                  将Ⅰ×2+Ⅱ×2得：，所以由制的热化学方程式为； （2）① 当反应釜中溶液达到3.8~4.1时，形成的悬浊液转化为固体，根据元素守恒，还有水生成，化学方程式：； ②根据多级串联反应釜中的化学方程式可知，除了生成的焦亚硫酸钠外，母液中有亚硫酸氢钠剩余，又因为＞，亚硫酸氢钠与过量发生反应的化学方程式为：； ③在燃烧炉中反应冷却后的气体中混有氧气，氧气能氧化亚硫酸钠或亚硫酸氢钠，生成硫酸钠，所以多次循环后，母液中逐渐增多的杂质离子是，需除去； ④碳酸氢钠与二氧化硫发生的化学方程式为，生成了二氧化碳，二氧化碳用氢氧化钠吸收，转化成碳酸钠，可到多级串联反应釜中循环使用，所以尾气吸收器中吸收的气体有，在多级串联反应釜中持续通入的，则尾气吸收器中吸收的气体还有； 故答案为：；；；、SO2； （3）① 由图可知，①，时，碳酸氢根平衡转化率较低，而亚硫酸根的平衡转化率较高，所以与优先反应； ②溶液中发生的反应：ⅰ.+SO2+H2OH2CO3+，H2CO3H2O+CO2；ⅱ.+SO2+H2O2。amol后，随着n(SO2)增加，因H2CO3分解，促进ⅰ中SO2与碳酸氢根的反应不断正向进行，溶液中c()不断增加，促使反应ⅱ逆向进行，所以平衡转化率上升而平衡转化率下降。 故答案为：；溶液中发生的反应：ⅰ.+SO2+H2OH2CO3+，H2CO3H2O+CO2；ⅱ.+SO2+H2O2。amol后，随着n(SO2)增加，因H2CO3分解，促进ⅰ中SO2与碳酸氢根的反应不断正向进行，溶液中c()不断增加，促使反应ⅱ逆向进行。 5．（2025·河北·高考真题）铬盐产品广泛应用于化工、医药、印染等领域。通过闭环生产工艺将铬铁矿转化为重铬酸钾同时回收利用钾资源，可实现绿色化学的目标。过程如下： 已知：铬铁矿主要成分是。 回答下列问题： （1）基态铬原子的价层电子排布式： 。 （2）煅烧工序中反应生成的化学方程式： 。 （3）浸取工序中滤渣Ⅰ的主要成分：、 、 (填化学式)。 （4）酸化工序中需加压的原因： 。 （5）滤液Ⅱ的主要成分： (填化学式)。 （6）补全还原、分离工序中发生反应的化学方程式 。 （7）滤渣Ⅱ可返回 工序。(填工序名称) 【答案】（1） （2） （3） MgO （4）增大CO2的溶解度，保证酸化反应充分进行 （5） （6） （7）煅烧 【分析】铬铁矿主要成分是，与过量KOH在空气中煅烧，生成、Fe2O3、MgO，；通入/CO2浸取，生成，、MgO不反应，故滤渣Ⅰ为：，、MgO，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤分离出固体，滤液Ⅰ中含有；将中加水溶解，并通入过量CO2酸化，将转化为，同时副产物生成，将与分离，滤液Ⅱ的主要溶质为；做还原剂，将滤液Ⅰ中剩余的还原为，自身转化为进入滤渣Ⅱ，KOH进一步处理得，循环使用，据此分析； 【解析】（1）Cr为24号元素，基态铬原子的价层电子排布式：； （2）煅烧工序中与过量KOH、空气中氧气反应生成、Fe2O3、，根据得失电子守恒，原子守恒，化学方程式：； （3）根据分析可知，滤渣Ⅰ的主要成分：、MgO； （4）向中加水溶解，并通入过量CO2酸化，将转化为，加大压强，可以增大CO2的溶解度，使液体中CO2浓度增大，保证酸化反应充分进行； （5）根据分析可知，滤液Ⅱ的主要溶质为； （6）做还原剂，将滤液Ⅰ中剩余的还原为，自身转化为，铁元素由0价升高到+3价，Cr由+6价降低到+3价，根据得失电子守恒，原子守恒，化学方程式：； （7）滤渣Ⅱ含有和可返回煅烧工序。 6．（2024·广西·高考真题）广西盛产甘蔗，富藏锰矿。由软锰矿(，含和CuO等杂质)制备光电材料的流程如下。回答下列问题： 已知： 物质 （1）“甘蔗渣水解液”中含有还原性糖和，其主要作用是 。为提高“浸取”速率，可采取的措施是 (任举一例)。 （2）“滤渣1”的主要成分是 (填化学式)。 （3）常温下，用调节溶液pH至时，可完全沉淀的离子有 (填化学式)。 （4）“X”可选用_______。 A． B． C．Zn D． （5）若用替代沉锰，得到沉淀。写出生成的离子方程式 。 （6）立方晶胞如图，晶胞参数为，该晶体中与一个紧邻的有 个。已知为阿伏加德罗常数的值，晶体密度为 (用含的代数式表示)。 【答案】（1）把二氧化锰还原为硫酸锰 把软锰矿粉碎、搅拌、加热等 （2）SiO2 （3）Al3+ （4）D （5） （6）4 【分析】软锰矿含有和少量、CuO。“甘蔗渣水解液”中含有还原性糖和。用甘蔗渣水解液“浸取”软锰矿，二氧化锰被还原为硫酸锰，氧化铁被还原为硫酸亚铁，氧化铝、氧化铜溶于硫酸生成硫酸铝、硫酸铜，二氧化硅不溶于硫酸，滤渣是二氧化硅，滤液中加碳酸钙调节pH生成氢氧化铝沉淀除铝，过滤，滤液加硫化物反应生成FeS、CuS沉淀除铁铜，滤液中加碳酸氢钠反应生成碳酸锰沉淀，最终将碳酸锰转化为。 【解析】（1）二氧化锰具有氧化性，“甘蔗渣水解液”中含有还原性糖和，其主要作用是把二氧化锰还原为硫酸锰。根据影响反应速率的因素，为提高“浸取”速率，可采取的措施是把软锰矿粉碎、搅拌、加热等。 （2）二氧化硅不溶于硫酸，“滤渣1”的主要成分是SiO2。 （3）根据溶度积常数，Fe2+完全沉淀时，c(OH-)= ，pH约为8.4；Al3+完全沉淀时，c(OH-)=，pH约为4.7；Cu2+完全沉淀是c(OH-)=，pH约为6.7；常温下，用调节溶液pH至时，可完全沉淀的离子有Al3+。 （4）加X的目的是生成硫化物沉淀除铁和铜，Fe2+和H2S不反应，所以不能选用H2S；铜离子、亚铁离子都能和硫离子反应生成硫化铜沉淀，所以“X”可选用，选D。 （5）若用替代沉锰，得到沉淀，反应的离子方程式为 。 （6）1个晶胞中含有1个K+，根据化学式可知，1个晶胞中含有1个Mn、3个F-，可知晶胞顶点上的原子为Mn、棱上的F-，该晶体中与一个紧邻的有4个；已知为阿伏加德罗常数的值，晶体密度为 。 7．（2024·贵州·高考真题）煤气化渣属于大宗固废，主要成分为及少量MgO等。一种利用“酸浸—碱沉—充钠”工艺，制备钠基正极材料和回收的流程如下： 已知： ①25℃时，； ②。 回答下列问题： （1）“滤渣”的主要成分为 (填化学式)。 （2）25℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0，此时溶液中 。 （3）“除杂”时需加入的试剂X是 。 （4）“水热合成”中，作为磷源，“滤液2”的作用是 ，水热合成的离子方程式为 。 （5）“煅烧”得到的物质也能合成钠基正极材料，其工艺如下： ①该工艺经碳热还原得到，“焙烧”生成的化学方程式为 。 ②的晶胞结构示意图如甲所示。每个晶胞中含有的单元数有 个。 ③若“焙烧”温度为时，生成纯相，则 ，其可能的结构示意图为 (选填“乙”或“丙”)。 【答案】（1）SiO2 （2）2.8×10-6 （3）NaOH溶液 （4）提供Na+和反应所需要的碱性环境 （5） 3 0.25 乙 【分析】煤气化渣(主要成分为及少量MgO等)中加浓硫酸酸浸，SiO2不反应、也不溶解成为滤渣，及少量MgO转化为硫酸铁、硫酸铝和硫酸镁，往其中加氢氧化钠溶液进行碱浸，将铁离子转化为氢氧化铁沉淀；过滤，滤液1中含硫酸铝和硫酸镁，加过量的氢氧化钠溶液使镁离子转化为氢氧化镁沉淀除去，过滤，滤液主要含和NaOH，往其中加氢氧化铝晶种，过滤得Al2O3‧3H2O和NaOH溶液，焙烧Al2O3‧3H2O得Al2O3；在煅烧氢氧化铁所获得的产物中加稀硫酸酸浸、足量的铁还原，然后加NH4H2PO4、稳定剂和滤液2水热合成得NaFePO4。 【解析】（1）煤气化渣(主要成分为及少量MgO等)中加浓硫酸酸浸，SiO2不反应、也不溶解成为滤渣，即“滤渣”的主要成分为SiO2； （2）25℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0，即c(H+)=10-3mol/L，则c(OH-)=10-11mol/L，此时溶液中； （3）“除杂”时需要沉淀镁离子、得，所以加入的试剂X是NaOH溶液； （4）“水热合成”中，作为磷源，“滤液2”为NaOH溶液，其既可以提供合成所需要的Na+，又可以提供反应所需要的碱性环境，水热合成的离子方程式为； （5）①该工艺经碳热还原得到，“焙烧”时、Na2CO3和O2反应生成，其化学方程式为； ②由的晶胞图如甲可知，每个晶胞中含有Fe：4×+2=3，Na：8×+2=3，O：8×+4=6，即每个晶胞中的单元数有3个； ③若“焙烧”温度为时，，生成纯相，则，解得0.25；丙图中Na：1+6×=1.75，，乙图中Na：2+2×=2.25，，则其可能的结构示意图为乙。 8．（2024·山东·高考真题）以铅精矿(含，等)为主要原料提取金属和的工艺流程如下： 回答下列问题： （1）“热浸”时，难溶的和转化为和及单质硫。溶解等物质的量的和时，消耗物质的量之比为 ；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”得到的沉淀反复用饱和食盐水热溶，电解所得溶液可制备金属，“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”中加入铅精矿的目的是 。 （4）“置换”中可选用的试剂X为 (填标号)。 A．         B．        C．        D． “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）1:1 H2S （2）热浸 （3）将过量的Fe3+还原为Fe2+ （4）C （5）阳极 【分析】本题以铅精矿(含，等)为主要原料提取金属和， “热浸”时，难溶的和转化为和及单质硫，被还原为Fe2+，过滤I除掉单质硫滤渣，滤液中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，电解得到Pb；过滤II后的滤液成分主要为、FeCl2、FeCl3，故加入铅精矿主要将FeCl3还原为FeCl2，试剂X将置换为Ag，得到富银铅泥，试剂X为铅，尾液为FeCl2。 【解析】（1）“热浸”时，将和中-2价的硫氧化为单质硫，被还原为Fe2+，在这个过程中Pb和Ag的化合价保持不变，所以等物质的量的和时，S2-物质的量相等，所以消耗的物质的量相等，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”得到的沉淀反复用饱和食盐水热溶，会溶解为，电解溶液制备金属，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：。 （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，阳极放电时，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。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 7 / 20 学科网(北京)股份有限公司 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $