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高三二轮专题复习高效讲义
化 学
高三二轮专题复习高效讲义
化 学
1
第一部分
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高考题型 分层突破
2
突破选择题3 微型化工流程题
知识区间二 元素及其化合物
课下巩固检测练(八)
微型化工流程题
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分析:微型化工流程题以实际化工生产过程为背景,融合元素化合物知识,涵盖化学反应原理,包括氧化还原反应、离子反应、化学反应速率与平衡、电解质溶液等理论知识,着重考查学生的信息获取与加工能力,要求学生从复杂的工艺流程图表、文字描述中提取有效信息,排除干扰信息,进而分析解决问题。题目常涉及化学实验基本操作,如过滤、蒸发、结晶、蒸馏、萃取等,要求学生明确各操作的目的、适用范围和注意事项。
1.微型化工流程题的考查方向
(1)核心元素转化过程中条件控制、定性及定量关系判断。
(2)过渡金属元素价态变化特点、形成氢氧化物沉淀的条件、形成配合物的性质等。
(3)物质分离提纯中涉及仪器使用、操作注意事项等。
(4)绿色化学思想的考查,主要是废物的再利用、循环物质的判断等。
2.试题结构与思维方法
化工流程选择题的结构
流程图三部分
原料预处理、核心化学反应、产品的分离与提纯
呈现模式
识图方法
箭头进入的是反应物(投料),箭头出去的是生成物(产物、副产物)
箭头进入表示反应物分步加入,箭头出去表示生成物出来
返回的箭头一般是可以“循环利用”的物质
3.工艺流程题的“四线分析法”
(1)试剂线:分清各步加入试剂的作用,一般是为了除去杂质或进行目标元素及其化合物的转化等。
(2)操作线:分离杂质和产品需要进行的分离、提纯等操作。
(3)杂质线:分清各步去除杂质的种类,杂质的去除顺序、方法及条件等。
(4)产品线:工艺流程主线,关注目标元素及其化合物在各步发生的反应或进行分离、提纯的操作方法,实质是目标元素及其化合物的转化。
2.(2025·黑吉辽蒙高考)某工厂利用生物质(稻草)从高锰钴矿(含MnO2、Co3O4和少量Fe2O3)中提取金属元素,流程如图。已知“沉钴”温度下Ksp(CoS)=10-20.4,下列说法错误的是( )
A.硫酸用作催化剂和浸取剂
B.使用生物质的优点是其来源广泛且可再生
C.“浸出”时,3种金属元素均被还原
D.“沉钴”后上层清液中c(Co2+)·c(S2-)=10-20.4
解析:选C。“浸出”过程中硫酸可作催化剂催化稻草中的纤维素水解生成葡萄糖,还可作浸取剂与金属氧化物反应得到含金属离子的溶液,A正确;该流程中所用生物质为稻草,而稻草来源广泛且可再生,B正确;结合“浸出”后的操作及产物可知,“浸出”时MnO2被葡萄糖还原为Mn2+,Co3O4被还原为Co2+,Fe2O3转化为Fe3+,Fe的化合价不变,故Fe未被还原,C错误;“沉钴”后的上层清液为CoS的饱和溶液,存在c(Co2+)·c(S2-)=Ksp(CoS)=10-20.4,D正确。
3.(2025·山东高考)钢渣中富含CaO、SiO2、FeO、Fe2O3等氧化物,实验室利用酸碱协同法分离钢渣中的Ca、Si、Fe元素,流程如下。已知:Fe2(C2O4)3能溶于水;Ksp(CaC2O4)=2.3×10-9,Ksp(FeC2O4)=3.2×10-7。下列说法错误的是( )
A.试剂X可选用Fe粉
B.试剂Y可选用盐酸
C.“分离”后Fe元素主要存在于滤液Ⅱ中
D.“酸浸”后滤液Ⅰ的pH过小会导致滤渣Ⅱ质量减少
解析:选A。钢渣用盐酸酸浸后,CaO、FeO、Fe2O3分别转化成Ca2+、Fe2+、Fe3+进入滤液Ⅰ中,则滤渣Ⅰ为SiO2,根据已知信息,CaC2O4的Ksp与FeC2O4的接近,而Fe2(C2O4)3能溶于水,则要想有效分离Ca、Fe元素,滤渣Ⅱ只能是CaC2O4,为了防止生成FeC2O4,需要将滤液Ⅰ中的Fe2+完全转化成Fe3+以保证Fe元素留在滤液Ⅱ中,因此试剂X需氧化Fe2+,滤渣Ⅰ
用NaOH溶液碱浸得到Na2SiO3溶液,向其中加入试剂Y经一系列操作得到SiO2。CaC2O4存在沉淀溶解平衡:CaC2O4(s)⥫⥬Ca2+(aq)+C2O eq \o\al(2-,4)(aq),若酸浸后滤液Ⅰ的pH过小,抑制H2C2O4的电离使C2O eq \o\al(2-,4)浓度较低,平衡正向移动,导致CaC2O4的质量减少,D正确。
4.(2024·湖南高考)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
解析:选C。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;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;“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HPO eq \o\al(2-,4)的水解常数Kh= eq \f(Kw,Ka2)= eq \f(1.0×10-14,6.2×10-8)≈1.6×10-7,由于Kh>Ka3,则Na2HPO4的水解程度大于电离程度,溶液显碱性,C项错误;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。
1.(2025·江西九江模拟)工业上由黄铁矿(主要成分为FeS2,含As、Se等杂质)生产发烟硫酸的主要工艺流程如图所示:
下列说法错误的是( )
A.“煅烧”时可将黄铁矿粉从炉顶加入、富氧空气从炉底通入
B.“干燥”可防止部分金属设备被水蒸气腐蚀
C.“吸收”中所得尾气的主要成分是未被吸收的SO3
D.若n=1,则H2SO4·nSO3的结构式可能为
解析:选C。“煅烧”时将黄铁矿粉从炉顶加入、富氧空气从炉底通入,可增大其与氧气的接触面积,使反应更充分,提高原料的利用率,A正确;二氧化硫为酸性气体,“干燥”可防止部分金属设备被水蒸气腐蚀,B正确;二氧化硫和氧气反应为可逆反应,“吸收”中所得尾气的主要成分是氧气、二氧化硫等,C错误。
2.(2025·湖南岳阳一模)实验室模拟利用含钴废料(主要成分为Co3O4,还含有少量的铝箔等杂质)制备碳酸钴的工艺流程如图:
已知:CoCO3,Co(OH)2难溶于水。
下列有关描述错误的是( )
A.“碱浸”发生的反应为:2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
B.“操作①”用到的主要玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒
C.“酸溶”反应中H2O2可以换成O2
D.“沉钴”时若Na2CO3浓度太大,可能导致产品不纯
解析:选C。 H2O2被氧化,作还原剂,不能选用O2,C错误;“沉钴”时若Na2CO3浓度太大,溶液碱性较强会产生Co(OH)2杂质,导致产品不纯,D正确。
3.(2025·福建泉州模拟)碱式碳酸锌[Zn3(OH)4CO3]广泛应用于橡胶、塑料等行业。以含锌废液(主要成分为ZnSO4,含少量的Fe2+和Mn2+)为原料制备碱式碳酸锌的流程如下:
下列说法错误的是( )
A.“除锰”时,Mn2+被氧化的离子方程式为Mn2++S2O eq \o\al(2-,8)+2H2O===MnO2↓+2SO eq \o\al(2-,4)+4H+
B.“试剂X”可以是ZnO或Zn(OH)2或ZnCO3
C.“沉锌”时,消耗的Zn2+和HCO eq \o\al(-,3)的物质的量之比为3∶2
D.“滤液”中的溶质主要是(NH4)2SO4
解析:选C。3Zn2++6HCO eq \o\al(-,3)===Zn3(OH)4CO3↓+H2O+5CO2↑,则消耗锌离子和碳酸氢根离子的物质的量之比为3∶6=1∶2,C错误; “滤液”中的溶质主要是硫酸铵,D正确。
4.(双选)(2025·安徽铜陵模拟)软磁材料Mn3O4可由阳极渣和黄铁矿(主要成分为FeS2)制得。阳极渣的主要成分为MnO2且含有少量Pb、Fe、Cu等元素的化合物。制备流程如下。
25 ℃时,Ksp(MnF2)=5.0×10-3、Ksp(CaF2)=3.5×10-11。下列说法错误的是( )
A.X可为稀硫酸
B.滤渣2成分是Cu(OH)2和CaSO4
C.“酸浸”时FeS2中的铁元素转化为Fe3+,该反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为2∶3
D.利用MnCO3替代CaO可优化该流程
解析:选B。黄铁矿和阳极渣加稀硫酸酸浸,发生氧化还原反应,过滤,滤渣1为S、PbSO4,滤液中加H2O2和CaO,其中CaO调溶液pH,将Fe3+和Cu2+转化为Fe(OH)3和Cu(OH)2沉淀,过滤,滤液中加MnF2沉淀Ca2+,过滤得到含MnSO4的滤液,然后经过一系列处理得Mn3O4。MnO2具有较强氧化性,FeS2具有较强还原性,据流程图可知,后续操作得到MnSO4,所
以X可为稀硫酸,A正确;滤液中加CaO调溶液pH,将Fe3+和Cu2+转化为Fe(OH)3和Cu(OH)2沉淀,由于CaSO4微溶,所以滤渣2的成分是Cu(OH)2、CaSO4和Fe(OH)3,B错误; “酸浸”时FeS2中的铁元素转化为Fe3+,MnO2被还原为MnSO4,反应的离子方程式为3MnO2+2FeS2+12H+===3Mn2++2Fe3++4S↓+6H2O,所以该反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3∶2,C错误;利用MnCO3替代CaO可避免引入杂质Ca2+,D正确。
1.偏钒酸铵(NH4VO3)可作催化剂、媒染剂等,也是制备V2O5的原料,NH4VO3溶于热水,微溶于冷水。利用某种工业钒渣(含V2O5、V2O3、Al2O3)为原料制备NH4VO3的工艺流程如图所示。下列说法正确的是( )
已知:Al3+在pH为3.7时才开始沉淀。
A.“焙烧”过程中有一种元素化合价发生变化
B.“滤渣”中含CaSO4、Al(OH)3
C.VO eq \o\al(+,2)在(NH4)2SO4溶液中反应生成NH4VO3
D.“滤液”中的溶质只有H2SO4,且能循环用于“酸浸”
解析:选C。钒渣(含V2O5、V2O3、Al2O3)中的V2O3在焙烧过程中被氧气氧化,稀硫酸酸浸过后钒元素以VO eq \o\al(+,2)形式存在,Al3+在pH为3.7时才开始沉淀,所以滤渣成分为硫酸钙,沉钒过程中加入硫酸铵,VO eq \o\al(+,2)转化为NH4VO3,则滤液成分为稀硫酸和硫酸铝。“焙烧”过程中钒和氧两种元素化合价都发生变化,A错误。
2.稀土金属钕(Nd)铁硼废料的主要成分为Fe2O3,含有SiO2、Nd2O3、Al2O3、CoO等杂质,一种综合回收利用该废料的工艺流程如图所示。
已知:Ksp(FeS)=6.3×10-18,Ksp(αCoS)=5.0×10-22,Ksp(βCoS)=1.9×10-27。
下列说法错误的是( )
A.“酸浸”时产生的浸渣的主要成分为SiO2
B.“还原”时溶液中的Fe3+转化为Fe2+
C.“沉钴”时应控制条件生成αCoS
D.“氧化沉铁”的反应为4Fe2++O2+8HCO eq \o\al(-,3)===4FeOOH↓+8CO2+2H2O
解析:选C。钕铁硼废料的成分中,只有SiO2不溶于盐酸,因此,“酸浸”时产生的浸渣的主要成分为SiO2,A项正确;“还原”时溶液中的Fe3+转化为Fe2+,以避免“沉钴”时Fe3+与Na2S发生氧化还原反应,B项正确;βCoS与FeS的溶度积相差较大,“沉钴”时应控制条件生成βCoS,使Co2+和Fe2+分离更彻底,C项错误。
3.(2025·山东潍坊模拟)铼(Re)被誉为“金属之王”,用于航空航天发动机制造等领域。过铼酸铵是制取金属铼的重要原料。以含铼废渣(主要含Re2O7、Fe3O4、CuO等)为原料制备过铼酸铵的流程如下:
已知:碱浸液中Re的存在形式是ReO eq \o\al(-,4),过铼酸铵(NH4ReO4)是白色片状晶体,微溶于冷水,溶于热水。
下列说法错误的是( )
A.浸渣的主要成分是Fe3O4、CuO
B.“还原”过程发生的反应是3Zn+2ReO eq \o\al(-,4)+4OH-===3ZnO eq \o\al(2-,2)+2ReO2·H2O
C.“沉铼”过程,温度越高越有利于沉铼
D.“沉铼”过程,可用氨水代替NH4Cl
解析:选C。由于过铼酸铵(NH4ReO4)是白色片状晶体,微溶于冷水,溶于热水,且温度高铵盐会分解,故“沉铼”过程,温度越高越不利于沉铼,C错误;“沉铼” 过程中,NH4Cl提供NH eq \o\al(+,4)与HReO4反应生成NH4ReO4沉淀,氨水可电离出NH eq \o\al(+,4),所以可用氨水代替NH4Cl,D正确。
4.(2024·贵州高考)贵州重晶石矿(主要成分BaSO4)储量占全国 eq \f(1,3)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H2SO4去除残留的碱,以提高纯度
解析:选B。“气体”主要成分为H2S气体,“溶液1”的溶质主要是NaCl及过量的NaOH,A项错误; “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
反应中元素化合价未发生变化,不是氧化还原反应,C项错误;“洗涤”时,若使用稀H2SO4,BaTiO3会部分转化为难溶的BaSO4,故不能使用稀H2SO4,D项错误。
5.(2025·湖南长沙期末)由氧化锌烟尘(主要含ZnO,还含有CuO、Fe3O4等)制备ZnSO4·7H2O的工艺流程如图。(氧化效率为单位质量的氧化剂得到的电子数)
下列说法正确的是( )
A.滤渣的成分为铜
B.“除铁”时,可用Zn(OH)2代替ZnO
C.“氧化”时,用NaClO代替H2O2,氧化效率更高
D.由“滤液”获得ZnSO4·7H2O的操作是蒸发结晶
解析:选B。滤渣的主要成分为置换生成的铜和过量的锌,A错误;本题的目的是制备ZnSO4·7H2O,则“除铁”时,用Zn(OH)2代替ZnO可以调高pH同时不会引入杂质,B正确;NaClO作氧化剂时还原产物为NaCl,74.5 g(1 mol)NaClO得到2 mol电子,34 g(1 mol)H2O2作氧化剂时得到2 mol电子,故NaClO的氧化效率低于H2O2,C错误;将硫酸锌溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到ZnSO4·7H2O晶体,而不是蒸发结晶,D错误。
6.(2025·湖南长沙模拟)Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中,铈(Ce)主要以CePO4形式存在,还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3·nH2O的工艺流程如下:
下列关于上述流程的叙述错误的是( )
A.焙烧过程中产生的酸性废气可用于刻蚀玻璃
B.滤渣Ⅲ的主要成分是Fe(OH)3和Al(OH)3
C.“沉铈”步骤,也可以用(NH4)2CO3沉淀得到Ce2(CO3)3·nH2O
D.实验室分离出Ce2(CO3)3的方法为过滤,需用到的玻璃仪器:漏斗、烧杯和玻璃棒
解析:选C。选择NH4HCO3的原因是呈现出弱碱性,若改为(NH4)2CO3,碱性太强,生成的沉淀中会混有氢氧化物,C错误;过滤需要用到漏斗、烧杯和玻璃棒这三种玻璃仪器,D正确。
7.(双选)(2025·湖南湘潭模拟)通过如下方案回收光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属含量过低,对实验的影响可忽略)。下列说法错误的是( )
A.用HNO3代替NaClO氧化银会产生污染环境的气体
B.氨气不可循环使用
C.“溶解”发生的反应为AgCl+2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O
D.“还原”发生的反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为4∶5
解析:选BD。“还原”工序中,[Ag(NH3)2]+中Ag元素从+1价降为0价,得到还原产物Ag,N2H4·H2O中N元素由-2价升高为0价,得到氧化产物N2,根据得失电子守恒,氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶4,D错误。
8.(2025·河北雄安新区模拟)从废催化剂中回收贵金属和有色金属,不仅所得金属品质高,而且投资少、效益高。以废锆催化剂(含ZrO2、Y2O3及Fe的氧化物)为原料回收氧化锆和氧化钇的部分工艺如下:
已知:①ZrO2、Y2O3可溶于热的浓硫酸;
②聚乙二醇可与Fe3+形成红褐色配合物,便于“离心萃取”操作进行。
下列说法错误的是( )
A.“焙烧”时,加入硫酸的浓度不宜过小,以将金属氧化物完全转化为硫酸盐进入溶液为宜
B.“离心萃取”前,加入H2O2溶液,目的是将可能存在的Fe2+氧化为Fe3+,便于离心分离
C.“红褐色溶液a”的主要成分为Fe(OH)3胶体,用激光笔照射时会出现丁达尔效应
D.“煅烧分解”时,化学方程式为Y2(C2O4)3 eq \o(=====,\s\up17(煅烧))Y2O3+3CO↑+3CO2↑
解析:选C。根据已知信息①,硫酸浓度不宜太小,太小可能导致ZrO2、Y2O3溶解不充分,影响后续回收,A正确;过氧化氢为氧化剂,将亚铁离子氧化为铁离子,Fe3+与聚乙二醇形成配合物,便于离心分离,B正确;红褐色溶液a为聚乙二醇与Fe3+形成的配合物,C错误。
9.(双选)(2025·山东济宁模拟)工业上利用锰矿(主要成分为MnCO3,含SiO2、CaCO3、MnS、FeS、CuS、NiS等杂质)制备金属锰的工艺流程如图所示。
物质
Fe(OH)3
Cu(OH)2
Ni(OH)2
开始沉淀pH
1.9
4.2
6.5
沉淀完全pH
3.2
6.7
8.5
已知:“脱硫”环节是在催化剂作用下将金属硫化物转化为氢氧化物。下列说法错误的是( )
A.“脱硫”过程中FeS的反应为:2FeS+2H2O+O2 eq \o(=====,\s\up15(催化剂))2S+2Fe(OH)2
B.X为CaSO4,滤渣Y的主要成分为Fe(OH)3
C.“除杂”工序是利用物质溶度积差异除去溶液中的Cu2+和Ni2+
D.“电解”过程中Mn元素发生氧化反应
解析:选AD。“脱硫”过程中FeS被氧气氧化,在碱性条件下生成硫单质与氢氧化铁,4FeS+6H2O+3O2 eq \o(=====,\s\up15(催化剂))4S+4Fe(OH)3。
10.(2025·黑龙江哈尔滨二模)工业上利用废镍催化剂(含65%NiO、15%Fe3O4、10%CaO、6%SiO2及4%MgO)制备电池级NiCO3(要求杂质离子浓度≤10-5mol/L)的流程如下。
已知:①常温下,Ksp[Fe(OH)3]=3.0×10-38,Ksp[Ni(OH)2]=1.08×10-15,Ksp(CaF2)=1.5×10-10,Ksp(MgF2)=6.3×10-9,Ksp(NiCO3)=1.4×10-7,lg3=0.48;
②滤液1中c(Ni2+)=1.2 mol/L,c(Fe3+)=0.3 mol/L;
③滤液2中c(Ca2+)=0.05 mol/L,c(Mg2+)=0.02 mol/L;
④滤液3中,反应分两个步骤:Ni2++HCO eq \o\al(-,3)⥫⥬NiHCO eq \o\al(+,3)(快反应),NiHCO eq \o\al(+,3)+NH3⥫⥬NiCO3↓+NH eq \o\al(+,4)(慢反应)。
下列说法错误的是( )
A.酸浸时SiO2可以与硫酸反应形成胶体,加速固液分离
B.滤液1中需调节pH至3.16≤pH<6.48,才能确保Fe3+沉淀完全且Ni2+不沉淀
C.滤液2中添加NaF,当Ca2+恰好沉淀完全时,Mg2+未沉淀完全
D.慢反应步骤(NiHCO eq \o\al(+,3)+NH3)决定沉淀速率,适当增加NH3浓度可提高NiCO3产率
解析:选A。废镍催化剂先加稀硫酸酸浸,得到硫酸铁、硫酸镍、硫酸亚铁、硫酸钙、硫酸镁的溶液,SiO2不溶,硫酸钙微溶,则滤渣1为SiO2以及硫酸钙,滤液加入H2O2氧化亚铁离子为铁离子,再加入NaOH调节pH,
使铁离子转化为氢氧化铁沉淀,过滤得滤渣2为氢氧化铁,滤液加入NaF沉淀钙离子、镁离子,过滤得到滤渣3为CaF2、MgF2,滤液加入碳酸氢铵和氨水调节pH=8得到碳酸镍,过滤后经洗涤、干燥得到产品。SiO2与硫酸不反应,SiO2进入滤渣1除去,A错误;Ni2+开始沉淀时,c(OH-)= eq \r(\f(1.08×10-15,1.2))mol/L=3×10-8mol/L,结合lg3=0.48,此时pH=6.48,溶液中铁离子完全沉淀时c(OH-)= eq \r(3,\f(3.0×10-38,10-5))mol/L= eq \r(3,3)×10-11mol/L,此时pH=3.16,滤液1中需调节pH至3.16≤pH<6.48,才能确保Fe3+沉淀完全且
Ni2+不沉淀,B正确;滤液2中添加NaF,当Ca2+恰好沉淀完全时c2(F-)= eq \f(1.5×10-10,10-5)=1.5×10-5,此时c(Mg2+)= eq \f(6.3×10-9,1.5×10-5)mol/L=4.2×10-4mol/L>10-5mol/L,未沉淀完全,C正确;慢反应步骤(NiHCO eq \o\al(+,3)+NH3)决定沉淀速率,根据步骤:Ni2++HCO eq \o\al(-,3)⥫⥬NiHCO eq \o\al(+,3)(快反应),NiHCO eq \o\al(+,3)+NH3⥫⥬NiCO3↓+NH eq \o\al(+,4)(慢反应),适当增加NH3浓度,有利于慢反应正向移动,可提高NiCO3产率,D正确。
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