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专题96 工艺流程——金属元素载体
1．【2023年全国甲卷】 是一种压电材料。以 为原料，采用下列路线可制备粉状 。
回答下列问题：
（1）“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是 。
（2）“焙烧”后固体产物有 、易溶于水的 和微溶于水的 。“浸取”时主要反应的离子方程
式为 。
（3）“酸化”步骤应选用的酸是 (填标号)。
a．稀硫酸 b．浓硫酸 c．盐酸 d．磷酸
（4）如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？ ，其原因是 。
（5）“沉淀”步骤中生成 的化学方程式为 。
（6）“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的 。
2．【2023年全国乙卷】LiMn O 作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿（MnCO ，含有
2 4 3
少量Si、Fe、Ni、Al等元素）制备LiMn O 的流程如下：
2 4
已知：K [Fe(OH) ]=2.8×10-39，K [Al(OH) ]=1.3×10-33，K [Ni(OH) ]=5.5×10-16。
sp 3 sp 3 sp 2
回答下列问题：
（1）硫酸溶矿主要反应的化学方程式为 。为提高溶矿速率，可采取的措施 (举1例)。
（2）加入少量MnO 的作用是 。不宜使用HO 替代MnO ，原因是 。
2 2 2 2
（3）溶矿反应完成后，反应器中溶液pH=4，此时c(Fe3+)= mol·L-1；用石灰乳调节至pH≈7，除去的
金属离子是 。
（4）加入少量BaS溶液除去Ni2+，生成的沉淀有 。
（5）在电解槽中，发生电解反应的离子方程式为 。随着电解反应进行，为保持电解液成分稳定，
应不断 。电解废液可在反应器中循环利用。（6）煅烧窑中，生成LiMn O 反应的化学方程式是 。
2 4
3．【2023年全国新课标卷】铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂
质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示：
已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr O 存在，在碱性介质中以CrO 存在。
2
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SiO 和 。
2
（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MgSiO 和MgNH PO 的形式沉淀，该步需要控制溶液的pH≈9
3 4 4
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VO 沉淀，VO 在pH<1时，溶解为VO 或
2 5 2 5
VO3+在碱性条件下，溶解为VO 或VO ，上述性质说明VO 具有 (填标号)。
2 5
A．酸性 B．碱性 C．两性
（6）“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na SO)溶液，反应的离子方程式为 。
2 2 5
4．【2023年1月浙江卷】某研究小组制备纳米 ，再与金属有机框架 )材料复合制备荧光材料
，流程如下：
已知：①含
锌组分间的转化关系：
② 是 的一种晶型， 以下稳定。
请回答：
（1）步骤Ⅰ，初始滴入 溶液时，体系中主要含锌组分的化学式是 。
（2）下列有关说法不正确的是___________。
A．步骤Ⅰ，搅拌的作用是避免反应物浓度局部过高，使反应充分
B．步骤Ⅰ，若将过量 溶液滴入 溶液制备 ，可提高 的利用率
C．步骤Ⅱ，为了更好地除去杂质，可用 的热水洗涤
D．步骤Ⅲ，控温煅烧的目的是为了控制 的颗粒大小
（3）步骤Ⅲ，盛放样品的容器名称是 。（4）用 和过量 反应，得到的沉淀可直接控温煅烧得纳米 ，沉淀无需洗涤
的原因是 。
（5）为测定纳米 产品的纯度，可用已知浓度的 标准溶液滴定 。从下列选项中选择合理的
仪器和操作，补全如下步骤[“___________”上填写一件最关键仪器，“(___________)”内填写一种操作，
均用字母表示]。
用___________(称量 样品 )→用烧杯(___________)→用___________(___________)→用移液管
(___________)→用滴定管(盛装 标准溶液，滴定 )
仪器：a、烧杯；b、托盘天平；c、容量瓶；d、分析天平；e、试剂瓶
操作：f、配制一定体积的Zn2+溶液；g、酸溶样品；h、量取一定体积的 溶液；i、装瓶贴标签
（6）制备的 荧光材料可测 浓度。已知 的荧光强度比值与 在一定浓度范
围内的关系如图。
某研究小组取 人血浆铜蓝蛋白(相对分子质量 )，经预处理，将其中 元素全部转化为
并定容至 。取样测得荧光强度比值为10.2，则1个血浆铜蓝蛋白分子中含 个铜原
子。
5．（2021·北京真题）铁黄是一种重要的化工产品。由生产钛白粉废渣制备铁黄的过程如下。
资料：
i.钛白粉废渣成分：主要为FeSO ·H O，含少量TiOSO 和不溶物
4 2 4
ii.TiOSO
4
+(x+1)H
2
O⇌TiO
2
·xH
2
O↓+H
2
SO
4
iii.0.1 mol/L Fe2+生成Fe(OH) ，开始沉淀时pH=6.3，完全沉淀时pH=8.3；
2
0.1 mol/L Fe3+生成FeOOH，开始沉淀时pH=1.5，完全沉淀时pH=2.8（1）纯化
①加入过量铁粉的目的是_______。
②充分反应后，分离混合物的方法是_______。
（2）制备晶种
为制备高品质铁黄产品，需先制备少量铁黄晶种。过程及现象是：向一定浓度FeSO 溶液中加入氨水，产
4
生白色沉淀，并很快变成灰绿色。滴加氨水至pH为6.0时开始通空气并记录pH变化(如图)。
①产生白色沉淀的离子方程式是_______。
②产生白色沉淀后的pH低于资料iii中的6.3。原因是：沉淀生成后c(Fe2+)_______0.1mol/L(填“＞”“=”
或“＜”)。
③0-t 时段，pH几乎不变；t-t 时段，pH明显降低。结合方程式解释原因：_______。
1 1 2
④pH≈4时制得铁黄晶种。若继续通入空气，t 后pH几乎不变，此时溶液中c(Fe2+)仍降低，但c(Fe3+)
3
增加，且(Fe2+)降低量大于c(Fe3+)增加量。结合总方程式说明原因：_______。
（3）产品纯度测定
铁黄纯度可以通过产品的耗酸量确定。
wg铁黄 溶液b 溶液c 滴定
资料：Fe3++3 =Fe(C O) ，Fe(C O) 不与稀碱液反应
2 4 2 4
NaC O 过量，会使测定结果_______(填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。
2 2 4
6．【2021年江苏卷】以锌灰(含ZnO及少量PbO、CuO、Fe O、SiO)和Fe (SO ) 为原料制备的ZnFe O 脱
2 3 2 2 4 3 2 4
硫剂，可用于脱除煤气中的HS。脱硫剂的制备、硫化、再生过程可表示为
2（1）“除杂”包括加足量锌粉、过滤加HO 氧化等步骤。除Pb2+和Cu2+外，与锌粉反应的离子还有
2 2
___(填化学式)。
（2）“调配比”前，需测定ZnSO 溶液的浓度。准确量取2.50mL除去Fe3+的ZnSO 溶液于100mL容量瓶
4 4
中，加水稀释至刻度；准确量取20.00mL稀释后的溶液于锥形瓶中，滴加氨水调节溶液pH=10，用
0.0150mol·L-1EDTA(Na HY)溶液滴定至终点(滴定反应为Zn2++Y4-=ZnY2-)，平行滴定3次，平均消耗
2 2
EDTA溶液25.00mL。计算ZnSO 溶液的物质的量浓度___(写出计算过程)。
4
（3）400℃时，将一定比例H、CO、CO 和HS的混合气体以一定流速通过装有ZnFe O 脱硫剂的硫化反
2 2 2 2 4
应器。
①硫化过程中ZnFe O 与H、HS反应生成ZnS和FeS，其化学方程式为___。
2 4 2 2
②硫化一段时间后，出口处检测到COS。研究表明ZnS参与了HS与CO 生成COS的反应，反应前
2 2
后ZnS的质量不变，该反应过程可描述为___。
（4）将硫化后的固体在N：O=95：5(体积比)的混合气体中加热再生，固体质量随温度变化的曲线如图
2 2
所示。在280~400℃范围内，固体质量增加的主要原因是___。
7．【2022年河北卷】以焙烧黄铁矿 (杂质为石英等)产生的红渣为原料制备铵铁蓝 颜
料。工艺流程如下：
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 中 的化合价为_______，氧化工序发生反应的离子方程
式为_______。
（6）若用还原工序得到的滤液制备 和 ，所加试剂为_______和_______(填化学式，
不引入杂质)。
8．【2022年湖南卷】钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为 ，含少
量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：
已知“降温收尘”后，粗 中含有的几种物质的沸点：
物质
沸点/
136 127 57 180
回答下列问题：
（1）已知 ， 的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略 、 随温度的变化。若
，则该反应可以自发进行。根据下图判断： 时，下列反应不能自发进行的是_______。
A． B．
C． D．
（2） 与C． ，在 的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表：物质
分压
①该温度下， 与C． 反应的总化学方程式为_______；
②随着温度升高，尾气中 的含量升高，原因是_______。
（3）“除钒”过程中的化学方程式为_______；“除硅、铝”过程中，分离 中含 、 杂质的方法
是_______。
（4）“除钒”和“除硅、铝”的顺序_______(填“能”或“不能”)交换，理由是_______。
（5）下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入 冶炼 的方法相似的是_______。
A．高炉炼铁 B．电解熔融氯化钠制钠
C．铝热反应制锰D．氧化汞分解制汞
9．【2022年北京卷】铵浸法由白云石[主要成分为 ，含 ， 杂质]制备高纯度碳酸钙
和氧化镁。其流程如下：
已知：
物质
（1）煅烧白云石的化学方程式为___________。
（2）根据下表数据分析：
浸出率/ 浸出率/ 理论值/ 实测值/
98.4 1.1 99.7 -
98.8 1.5 99.2 99.5
98.9 1.8 98.8 99.5
99.1 6.0 95.6 97.6已知：i．对浸出率给出定义
ii．对 给出定义
①“沉钙”反应的化学方程式为___________。
② 浸出率远高于 浸出率的原因为___________。
③不宜选用的“ ”数值为___________。
④ 实测值大于理论值的原因为___________。
⑤蒸馏时，随馏出液体积增大， 浸出率可出 增加至 ，结合化学反应原理解释 浸出率
提高的原因为___________。
（3）滤渣C为___________。
（4）可循环利用的物质为___________。
10．【2022年辽宁卷】某工厂采用辉铋矿(主要成分为 ，含有 、 杂质)与软锰矿(主要成分为
)联合焙烧法制备 和 ，工艺流程如下：
已知：①焙烧时过量的 分解为 ， 转变为 ；
②金属活动性： ；
③相关金属离子形成氢氧化物的 范围如下：
开始沉淀 完全沉淀
6.5 8.3
1.6 2.8
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___________。
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） 在空气中单独焙烧生成 ，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 和 ；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 的目的是___________。
11．【2017新课标3卷】重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为
FeO·Cr O，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：
2 3
回答下列问题：
（1）步骤①的主要反应为：FeO·Cr O+Na CO+NaNO Na CrO+ Fe O+CO + NaNO
2 3 2 3 3 2 4 2 3 2 2
上述反应配平后FeO·Cr O 与NaNO 的系数比为_______。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是_____。
2 3 3
（2）滤渣1中含量最多的金属元素是_______，滤渣2的主要成分是__________及含硅杂质。
（3）步骤④调滤液2的pH使之变____________（填“大”或“小”），原因是_____________（用
离子方程式表示）。
（4）有关物质的溶解度如图所示。向“滤液 3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到
KCr O 固体。冷却到___________（填标号）得到的KCr O 固体产品最多。
2 2 7 2 2 7
a．80℃ b．60℃
c．40℃ d．10℃
步骤⑤的反应类型是___________________。
（5）某工厂用 m kg 铬铁矿粉（含 Cr O 40%）制备 KCr O ，最终得到产品 m kg，产率为
1 2 3 2 2 7 2
_____________。
12．（2020年新课标Ⅰ）钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5价的化合物存在，
还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO、Fe O。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH VO 。
2 3 4 4 3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+ Al3+ Mn2+
开始沉淀pH 1.9 7.0 3.0 8.1
完全沉淀pH 3.2 9.0 4.7 10.1
回答下列问题：
（1）“酸浸氧化”需要加热，其原因是___________。
（2）“酸浸氧化”中，VO+和VO2+被氧化成 ，同时还有___________离子被氧化。写出VO+转化为
反应的离子方程式___________。
（3）“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为 ，随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、
___________，以及部分的___________。
（4）“沉淀转溶”中， 转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是___________。
（5）“调pH”中有沉淀生产，生成沉淀反应的化学方程式是___________。
（6）“沉钒”中析出NH VO 晶体时，需要加入过量NH Cl，其原因是___________。
4 3 4
13．【2018新课标2卷】我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO 和
2
少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：
相关金属离子[c(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
0
金属离子 Fe3+ Fe2+ Zn2+ Cd2+
开始沉淀的pH 1.5 6.3 6.2 7.4
沉淀完全的pH 2.8 8.3 8.2 9.4
回答下列问题：
（1）焙烧过程中主要反应的化学方程式为_______________________。
（2）滤渣1的主要成分除SiO 外还有___________；氧化除杂工序中ZnO的作用是____________，若
2
不通入氧气，其后果是________________。（3）溶液中的Cd2+可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_________________。
（4）电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为______________；沉积锌后的电解液可返
回_______工序继续使用。
14.【2018江苏卷】以高硫铝土矿（主要成分为Al O 、Fe O 、SiO ，少量FeS 和金属硫酸盐）为原料，生
2 3 2 3 2 2
产氧化铝并获得Fe O 的部分工艺流程如下：
3 4
（1）焙烧过程均会产生SO ，用NaOH溶液吸收过量SO 的离子方程式为______________________。
2 2
（2）添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如题16图所示。
已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃
焙烧后矿粉中硫元素总质量
硫去除率=（1— ）×100%
焙烧前矿粉中硫元素总质量
①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于__________________。
②700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是
______________________________________________________。
（3）向“过滤”得到的滤液中通入过量CO ，铝元素存在的形式由_______________（填化学式）转
2
化为_______________（填化学式）。
（4）“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe O 。Fe O 与FeS 混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe O 和
2 3 2 3 2 3 4
SO ，理论上完全反应消耗的n（FeS）∶n（Fe O）=__________________。
2 2 2 3
15．【2017江苏卷】某科研小组采用如下方案回收一种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)。
已知：①NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解，如：3NaClO 2NaCl+NaClO
3
②AgCl可溶于氨水：AgCl+2NH·H O Ag(NH) ++ Cl− +2H O
3 2 3 2 2③常温时NH·H O(水合肼)在碱性条件下能还原Ag(NH)+：
2 4 2 3 2
4Ag(NH) ++N H·H O 4Ag↓+N↑+4NH＋+4NH↑+H O
3 2 2 4 2 2 4 3 2
（1）“氧化”阶段需在80℃条件下进行，适宜的加热方式为__________________。
（2）NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O ，该反应的化学方程式为________________
2
HNO 也 能 氧 化 Ag ， 从 反 应 产 物 的 角 度 分 析 ， 以 HNO 代 替 NaClO 的 缺 点 是
3 3
____________________。
（3）为提高Ag的回收率，需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤，并_______________________。
（4）若省略“过滤Ⅰ”，直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水，则需要增加氨水的用量，除因
过 量 NaClO 与 NH ·H O 反 应 外 ( 该 条 件 下 NaClO 与 NH ·H O 不 反 应 ) ， 还 因 为
3 2 3 3 2
_____________________。
（5）请设计从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag的实验方案：________________________(实验中
须使用的试剂有：2 mol·L−1水合肼溶液，1 mol·L−1HSO )。
2 4
16．【2016新课标3卷】以硅藻土为载体的五氧化二钒（VO ）是接触法生成硫酸的催化剂。从废钒催化
2 5
剂中回收VO 既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：
2 5
物质 VO VO KSO SiO Fe O Al O
2 5 2 4 2 4 2 2 3 2 3
质量分数/% 2.2～2.9 2.8～3.1 22～28 60～65 1～2 ＜1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：
回答下列问题：
（1）“酸浸”时VO 转化为VO +，反应的离子方程式为___________，同时VO 转成VO2+。“废渣
2 5 2 2 4
1”的主要成分是__________________。
（2）“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为VO +，则需要氧化剂KClO 至少为______mol。
2 3
（3）“中和”作用之一是使钒以VO 4−形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_______。
4 12
（4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH+ V O 4− R VO +4OH−（ROH为强碱性
4 12 4 4 12
阴离子交换树脂）。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈_____性（填“酸”、“碱”或“中”）。
（5）“流出液”中阳离子最多的是________。
（6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH VO ）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式____________。
4 3
17．【2016海南卷】KAl(SO )·12H O（明矾）是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。实验室中，采用废
4 2 2
易拉罐（主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质）制备明矾的过程如下图所示。回答下列问题：
（1）为尽量少引入杂质，试剂①应选用___（填标号）。a．HCl溶液 b．HSO 溶液 c．氨水 d．NaOH溶液
2 4
（2）易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为________。
（3）沉淀B的化学式为___；将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是_____。
（4）已知：K =1.0×10-14，Al(OH) AlO-+H++H O K=2.0×10-13。Al(OH) 溶于NaOH溶液反应
w 3 2 2 3
的平衡常数等于_________。
