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专练 22 化学工艺流程题
授课提示：对应学生用书43页
1．[2023·辽宁卷]某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液含（Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、
Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋）。实现镍、钴、镁元素的回收。
已知：
物质 Fe（OH） Co（OH） Ni（OH） Mg（OH）
3 2 2 2
K 10－37.4 10－14.7 10－14.7 10－10.8
sp
回答下列问题：
（1）用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为 （答出一条即可）。
（2）“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸
（HSO ），1 mol H SO 中过氧键的数目为 。
2 5 2 5
（3）“氧化”中，用石灰乳调节pH＝4，Mn2＋被HSO 氧化为MnO ，该反应的离子
2 5 2
方程式为 （HSO 的电离第一步完全，第二步微弱）；滤渣的成分为 MnO 、
2 5 2
（填化学式）。
（4）“氧化”中保持空气通入速率不变，Mn（Ⅱ）氧化率与时间的关系如下。SO
2
体积分数为 时，Mn（Ⅱ）氧化速率最大；继续增大SO 体积分数时，Mn（Ⅱ）
2
氧化速率减小的原因是 。
（5）“沉钴镍”中得到的Co（Ⅱ）在空气中可被氧化成CoO（OH），该反应的化学
方程式为 。
（6）“沉镁”中为使Mg2＋沉淀完全（25 ℃），需控制pH不低于 （精确至
0.1）。
答案：（1）适当增大硫酸浓度或适当升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面积
（2）N
A
（3）HO＋Mn2＋＋HSO===MnO＋SO＋3H＋ Fe（OH）
2 2 3
（4）9.0% SO 有还原性，过多将会降低HSO 的浓度，降低Mn（Ⅱ）氧化速率
2 2 5
（5）4Co（OH）＋O===4CoO（OH）＋2HO
2 2 2
（6）11.1
解析：在“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸
（HSO ），用石灰乳调节pH＝4，Mn2＋被HSO 氧化为MnO ，发生反应HO＋Mn2＋＋
2 5 2 5 2 2
HSO===MnO ＋SO＋3H＋，Fe3＋水解同时生成氢氧化铁，“沉钴镍”过程中，Co2＋变为Co
2
（OH），在空气中可被氧化成CoO（OH）。
2（1）用硫酸浸取镍钴矿时，为提高浸取速率可适当增大硫酸浓度、升高温度或将镍钴
矿粉碎增大接触面积。
（2）（HSO ）的结构简式为 ，所以1 mol H SO 中过氧键的数目为
2 5 2 5
N 。
A
（3）用石灰乳调节pH＝4，Mn2＋被HSO 氧化为MnO ，该反应的离子方程式为：
2 5 2
HO＋Mn2＋＋HSO===MnO ＋SO＋3H＋；氢氧化铁的K ＝10－37.4，当铁离子完全沉淀时，
2 2 sp
溶液中c（Fe3＋）＝10－5 mol·L－1，K ＝c3（OH－）×c（Fe3＋）＝c3（OH－）×10－5＝10－
sp
37.4，c（OH－）＝10－10.8 mol·L－1，根据K ＝10－14，pH＝3.2，此时溶液的pH＝4，则铁离
w
子完全水解，生成氢氧化铁沉淀，故滤渣还有氢氧化铁；
（4）根据图示可知SO 的体积分数为0.9%时，Mn（Ⅱ）氧化速率最大；继续增大
2
SO 体积分数时，由于SO 有还原性，过多将会降低HSO 的浓度，降低Mn（Ⅱ）氧化速
2 2 2 5
率；
（5）“沉钴镍”中得到的Co（OH） ，在空气中可被氧化成CoO（OH），该反应的
2
化学方程式为：4Co（OH）＋O===4CoO（OH）＋2HO；
2 2 2
（6）氢氧化镁的K ＝10－10.8, 当镁离子完全沉淀时，c（Mg2＋）＝10－5 mol·L－1，根据
sp
K 可计算c（OH－）＝10－2.9 mol·L－1，根据K ＝10－14，c（H＋）＝10－11.1 mol·L－1，所以
sp w
溶液的pH＝11.1。
2．[2024·吉林卷]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
FeS、FeAsS包裹），以提高金的浸出率并冶炼金，工艺流程如下：
2
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，FeS 发生反应的离子方程式为
2
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（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O 氧化，“浸金”中NaCN的作用为
2
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（6）“沉金”中Zn的作用为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（7）滤液②经HSO 酸化，[Zn（CN）]2－转化为ZnSO 和HCN的化学方程式为
2 4 4 4
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
用碱中和HCN可生成 （填溶质化学式）溶液，从而实现循环利用。答案：（1）CuSO
4
（2）4FeS＋15O＋2HO===4Fe3＋＋8SO＋4H＋
2 2 2
（3）Fe（OH）
3
（4）BC
（5）与Au＋结合形成[Au（CN）]－，提高Au的还原性
2
（6）将浸出液中的[Au（CN）]－还原为Au
2
（7）Na[Zn（CN）]＋2HSO ===Na SO ＋ZnSO＋4HCN NaCN
2 4 2 4 2 4 4
解析：（1）利用“胆水”冶炼铜为湿法炼铜，利用了铁和硫酸铜溶液的置换反应：Fe
＋CuSO ===FeSO ＋Cu，故“胆水”的主要溶质为CuSO 。（2）金属硫化物在“细菌氧
4 4 4
化”时转化为硫酸盐，则“细菌氧化”中空气中的氧气将FeS 氧化为Fe3＋和SO，1 mol
2
FeS 失15 mol电子，1 mol氧气得4 mol电子，根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒，
2
配平离子方程式为4FeS ＋15O ＋2HO===4Fe3＋＋8SO＋4H＋。（3）“沉铁砷”时加碱调
2 2 2
节pH，Fe3＋转化为Fe（OH） 胶体起絮凝作用，促进了含As微粒的沉降。（4）高温时细
3
菌可能会失活，故“细菌氧化”也要控制温度，A错误；“焙烧氧化”时有SO 产生，
2
“细菌氧化”无SO 产生，故B正确；“焙烧氧化”时温度高，设备需耐高温，而“细菌
2
氧化”设备无需耐高温，C正确；由题图知，“细菌氧化”也有废液废渣产生，故D错误。
（5）“浸金”中发生反应：4Au＋O＋8CN－＋2HO===4[Au（CN）]－＋4OH－，NaCN作
2 2 2
络合剂与 Au＋结合形成[Au（CN） ]－，使 Au 的还原性增强，促进其与 O 反应。
2 2
（6）“沉金”时发生反应：2[Au（CN） ]－＋Zn===2Au＋[Zn（CN） ]2－，Zn的作用是作
2 4
还原剂，将浸出液中的[Au（CN） ]－还原为Au。（7）滤液②中[Zn（CN） ]2－转化为
2 4
ZnSO 和HCN，发生非氧化还原反应，根据原子守恒配平化学方程式为Na[Zn（CN） ]＋
4 2 4
2HSO ===Na SO ＋ZnSO ＋4HCN。根据流程中所加物质知，用碱中和HCN生成NaCN，
2 4 2 4 4
从而循环到“浸金”环节被利用。
3．MnSO ·H O是一种重要的饲料添加剂，一种以软锰矿（主要成分是 MnO ，还有
4 2 2
CaO、Al O、Fe O、SiO 等杂质）为原料制备MnSO ·H O的工艺流程如图1所示。
2 3 2 3 2 4 2
已知：①25℃时，K （CaF ）＝1.5×10－10、K （MnF ）＝4.5×10－3。
sp 2 sp 2
②该工艺条件下，有关金属离子沉淀的pH范围如表所示。
金属离子 Fe3＋ Fe2＋ Al3＋ Mn2＋
开始沉淀的pH 1.9 7.0 3.4 8.1
4.7（>9.8
沉淀完全的pH 3.2 9.0 10.1
时开始溶解）
回答下列问题：
（1）“酸浸”得到的滤渣Ⅰ需要进行二次酸浸，然后将浸出液合并。二次酸浸的目的
为 。
（2）“酸浸”时，MnO 被Fe2＋还原，该反应的离子方程式是 。
2
（3）“氧化”时，加热温度不宜过高的原因是 。
（4）“除铁铝”时，应调节溶液pH的范围是 。
（5）“除钙”时，加入MnF 发生反应的离子方程式是
2
在25℃时该反应的平衡常数K＝ 。
（6）硫酸锰在不同温度下的溶解度S和一定温度内析出晶体的组成如图2所示。“一
系列操作”包括将所得滤液控制温度在80～90℃之间蒸发结晶、 、 、真
空干燥，最后得到MnSO ·H O。
4 2（7）用BaCl 标准溶液测定样品中MnSO ·H O的质量分数时，发现样品纯度大于
2 4 2
100% （ 测 定 过 程 中 产 生 的 误 差 可 以 忽 略 ） ， 可 能 的 原 因 是
（写出一种）。
答案：（1）提高Mn元素的浸出率（或Mn元素的利用率）
（2）MnO ＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2HO
2 2
（3）防止温度过高HO 分解
2 2
（4）4.7≤pH<8.1
（5）MnF
2
＋Ca2＋ ⇌CaF
2
＋Mn2＋ 3×107
（6）趁热过滤 用80～90℃的蒸馏水洗涤2～3次
（7）部分晶体失去结晶水（或混有硫酸盐杂质）（合理即可）
解析：
（1）第一次酸浸可能无法完全提取目标物质，故需将滤渣Ⅰ进行二次酸浸，以提高
Mn元素的浸出率或Mn元素的利用率。
（2）MnO 被Fe2＋还原为Mn2＋，该反应的离子方程式为MnO ＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋
2 2
＋2Fe3＋＋2HO。
2
（3）HO 受热易分解，因此“氧化”时，加热温度不宜过高。
2 2
（4）“除铁铝”时，要保证Fe3＋和Al3＋完全沉淀，Mn2＋不能沉淀，故应调节溶液pH
的范围是4.7≤pH<8.1。
（5）“除钙”时，加入MnF 除钙的原理是沉淀的转化，反应的离子方程式为MnF ＋
2 2
Ca2＋ ⇌CaF
2
＋Mn2＋，在25℃时该反应的平衡常数K＝＝＝＝＝3×107。
（6）根据题图2中硫酸锰在不同温度下的溶解度曲线可知，要从硫酸锰溶液中得到
MnSO ·H O，应将所得滤液控制温度在80～90℃之间蒸发结晶、趁热过滤、用80～ 90℃
4 2
的蒸馏水洗涤2～3次、真空干燥。
（7）用BaCl 标准溶液测定样品中MnSO ·H O的质量分数时，可能有部分晶体失去
2 4 2
结晶水或样品中混有硫酸盐杂质，导致相同质量的样品中SO含量比理论上更高，故消耗
的BaCl 标准溶液更多，导致最终样品纯度的测定结果大于100%。
2
4．[2022·河北卷]以焙烧黄铁矿FeS （杂质为石英等）产生的红渣为原料制备铵铁蓝
2
FeFe（CN） 颜料。工艺流程如下：
6回答下列问题：
（1）红渣的主要成分为 （填化学式），滤渣①的主要成分为 （填化学
式）。
（2）黄铁矿研细的目的是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）还原工序中，不生成S单质的反应的化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）工序①的名称为___________________________________，所得母液循环使用。
（5）沉铁工序产生的白色沉淀Fe Fe（CN） 中Fe的化合价为 ，氧化工序发
2 6
生反应的离子方程式为_________________________________________________
________________________________________________________________________。
（6）若用还原工序得到的滤液制备 Fe O·xHO 和（NH ） SO ，所加试剂为
2 3 2 4 2 4
和 （填化学式，不引入杂质）。
答案：（1）Fe O、SiO SiO
2 3 2 2
（2）增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高黄铁矿的利用率
（3）7Fe （SO ）＋FeS＋8HO===15FeSO＋8HSO
2 4 3 2 2 4 2 4
（4）蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤
（5）＋2 6Fe（NH ） Fe（CN） ＋ClO＋=====6Fe（NH ）Fe（CN） ＋Cl－＋3HO
4 2 6 4 6 2
＋6NH ↑
3
（6）O NH ·H O
2 3 2
解析：以熔烧黄铁矿产生的红渣为原料制备铵铁蓝颜料的工艺流程
（1）黄铁矿含 FeS 、石英（主要成分为 SiO ），焙烧时 FeS 发生反应：4FeS ＋
2 2 2 2
11O=====2Fe O ＋8SO ，石英不反应，因此红渣的主要成分为Fe O 、SiO 。“酸浸”时
2 2 3 2 2 3 2
Fe O 和硫酸反应生成Fe （SO ） 和水，SiO 与硫酸不反应，因此滤渣①的主要成分为
2 3 2 4 3 2
SiO 。（3）还原工序中，FeS 与Fe （SO ） 溶液反应，若不生成S单质，则FeS 中硫元
2 2 2 4 3 2
素被氧化为SO，Fe （SO ） 被还原为FeSO ，FeS→2SO失14e－、Fe （SO ） →2FeSO
2 4 3 4 2 2 4 3 4
得2e－，根据得失电子守恒，FeS 、Fe （SO ） 的化学计量数分别为1、7，再根据原子守
2 2 4 3
恒配平化学方程式即可。（4）由流程图知，通过工序①获得了FeSO 晶体，则工序①为蒸
4
发浓缩、冷却结晶、过滤，所得母液为硫酸，可以返回“酸浸”循环利用。（5）根据离子
式NH、CN－及化合物中正负化合价代数和为0，可知该物质中Fe的化合价为＋2。氧化工序中NaClO 在酸性条件下将Fe（NH ） Fe（CN） 氧化为Fe（NH ）Fe（CN） ，NaClO
3 4 2 6 4 6 3
被还原为NaCl，Fe（NH ） Fe（CN） →Fe（NH ）Fe（CN） 失e－，ClO→Cl－得6e－，
4 2 6 4 6
根据得失电子守恒，Fe（NH ） Fe（CN） 、ClO的化学计量数分别为6、1，再根据电荷
4 2 6
守恒和原子守恒配平离子方程式即可。（6）“还原”工序得到的滤液为FeSO 和HSO 的
4 2 4
混合溶液，用其制备Fe O·xHO和（NH ） SO 的过程中铁元素被氧化，为了不引入杂质，
2 3 2 4 2 4
结合元素守恒知，所加试剂为O（或HO）和NH ·H O（或NH ）。
2 2 2 3 2 3
