专题12工艺流程综合题-三年（2022-2024）高考化学真题分类汇编（全国通用）（教师卷）_近10年高考真题汇编（必刷）_十年（2014-2024）高考化学真题分项汇编（全国通用）

专题 12 工艺流程综合题 考点 三年考情（2022-2024） 命题趋势 化学工艺流程题是将化工生产中的生产流 ◆物质分离和提纯类工艺流程题：2024广 程用框图形式表示出来，并根据生产流程 中有关的化学知识步步设问。化工流程题 东卷、2024湖南卷、2024河北卷、2024新 以现代工业生产为基础，与化学反应原 课标卷、2024全国甲卷、2024黑吉辽卷、 理、产品提纯、环境保护等相融合，具有 2024安徽卷、2023新课标卷、2023湖北 考查知识面广、综合性强、思维容量大的 卷、2023辽宁卷、2023广东卷、2023浙江 特点。这类题型不但综合考查考生在中学 卷、2022湖南卷、2022湖北卷、2022重庆 阶段所学的元素及其化合物知识以及物质 卷、2022全国乙卷 考点1 工艺流 结构、元素周期律、氧化还原反应、化学 ◆物质制备类工艺流程题：2024北京卷、 程综合题 用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、 2024甘肃卷、2024浙江卷6月、2024江苏 实验操作等知识，而且更重要的是能突出 卷、2024山东卷、2024湖北卷、2024浙江 考查考生的综合分析判断能力、逻辑推理 卷1月、2023全国甲卷、2023全国乙卷、 能力，且这类试题陌生度高，文字量大， 2023湖南卷、2023山东卷、2023北京卷、 包含信息多，思维能力要求高。近年高考 2023浙江卷、2022全国甲卷、2022福建 有关考查要点和设问方式没有大的变化， 卷、2022辽宁卷、2022广东卷、2022北京 注意的是有关化学方程式的书写的考查， 卷、河北卷 有加强的趋势，一般有2~3个小问会涉及 方程式的书写。 考法01 物质分离提纯类工艺流程题 1. (2024·广东卷)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）2Al O(熔融) 4Al+3O ↑ 2 3 2 （2）Ga3++4Cl-=[GaCl ]- 4 （3） ①. 铁 ②. [FeCl ]3- 6 （4） ①. 高 ②. NaCl （5） ①. 3.2 ②. 4.0×10-7 （6） ①. 2:1:1 ②. 8a3 【解析】 【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，[GaCl ]-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 4 调pH并结晶得到NaAlF 晶体用于电解铝； 6 【小问1详解】 “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2Al O(熔融) 4Al+3O ↑； 2 3 2 【小问2详解】 “浸取”中，由Ga3+形成[GaCl ]-的离子方程式为Ga3++4Cl-=[GaCl ]-； 4 4 【小问3详解】 由已知，浸取液中，Ga(III)和Fe(III)以[MCl ](m-3)(m=0~4)微粒形式存在，为了避免铁元素以[FeCl ]3-的微粒 m 6 形式通过LAEM，故要加入铝片还原Fe3+，从而有利于Ga的分离； 【小问4详解】 “LAEM提取”中，原料液的Cl-浓度越高，更有利于生成[GaCl ]-的反应正向移动，更有利于Ga的提取， 4 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； 【小问5详解】 由pK(HF)=3.2，K(HF)= =10-3.2，为了使溶液中c(F-)>c(HF)，c(H+)= ×10-3.2<10- a a 3.2mol/L，故pH至少应大于3.2，有利于[AlF ]3-配离子及Na[AlF ]晶体的生成，若“结晶”后溶液中 6 3 6 c(Na+)=0.10mol⋅L-1，根据Na 3 [AlF 6 ](冰晶石)的K sp 为4.0×10-10，[AlF 6 ]3-浓度为 =4.0×10-7mol⋅L-1；【小问6详解】 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。 2. (2024·湖南卷)铜阳极泥(含有Au、 、 、 等)是一种含贵金属的可再生资源，回收 贵金属的化工流程如下： 已知：①当某离子的浓度低于 时，可忽略该离子的存在； ② ； ③ 易从溶液中结晶析出； ④不同温度下 的溶解度如下： 温度 0 20 40 60 80 ℃ 溶解 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0 度/g 回答下列问题： （1）Cu属于_______区元素，其基态原子的价电子排布式为_______； （2）“滤液1”中含有 和 ，“氧化酸浸”时 反应的离子方程式为_______； （3）“氧化酸浸”和“除金”工序抣需加入一定量的 ： ①在“氧化酸浸”工序中，加入适量 的原因是_______。 ②在“除金”工序溶液中， 浓度不能超过_______ 。 （4）在“银转化”体系中， 和 浓度之和为 ，两种离子分布分数 随 浓度的变化关系如图所示，若 浓度为 ，则 的浓度为_______ 。（5）滤液4中溶质主要成分为_______(填化学式)；在连续生产的模式下，“银转化”和“银还原”工序 需在 ℃左右进行，若反应温度过高，将难以实现连续生产，原因是_______。 【答案】（1） ①. ds ②. 3d104s1 （2） （3） ①. 使银元素转化为AgCl沉淀 ②. 0.5 （4）0.05 （5） ①. ②. 高于40℃后， 的溶解度下降，“银转化”和“银还 原”的效率降低，难以实现连续生产 【解析】 【分析】铜阳极泥（含有Au、Ag Se、Cu Se、PbSO 等）加入HO 、HSO 、NaCl氧化酸浸，由题中信息 2 2 4 2 2 2 4 可知，滤液1中含有Cu2+和HSeO ，滤渣1中含有Au、AgCl、PbSO ；滤渣1中加入NaClO、HSO 、 2 3 4 2 4 NaCl，将Au转化为Na[AuCl ]除去，滤液2中含有Na[AuCl ]，滤渣2中含有AgCl、PbSO ；在滤渣2中加 4 4 4 入NaSO ，将AgCl转化为Ag SO ，过滤除去PbSO ，滤液3含有Ag SO ；滤液2中加入NaSO ，将Ag 2 3 2 3 4 2 3 2 2 4 元素还原为Ag单质，NaSO 转化为NaSO ，滤液4中溶质主要为NaSO ，可继续进行银转化过程。 2 2 4 2 3 2 3 【小问1详解】 Cu的原子序数为29，位于第四周期第ⅠB族，位于ds区，其基态原子的价电子排布式为3d104s1； 【小问2详解】 滤液 1 中含有 Cu2+和 HSeO ，氧化酸浸时 Cu Se 与 HO 、HSO 发生氧化还原反应，生成 、 2 3 2 2 2 2 4 和 ，反应的离子方程式为： ； 【小问3详解】 ①在“氧化酸浸”工序中，加入适量 的原因是使银元素转化为AgCl沉淀； ②由题目可知 ，在“除金”工序溶液中，若 加入过多，AgCl则 会转化为 ，当某离子的浓度低于1.0×10−5mol⋅L−1时，可忽略该离子的存在，为了不让AgCl发生 转化，则另 ，由 ，可得 ， 即 浓度不能超过 ； 【小问4详解】在“银转化”体系中， 和 浓度之和为 ，溶液中存在平衡关系： ，当 时，此时 ，则该平衡关系的平衡常数 ，当 时， ，解得此时 ； 【小问5详解】 由分析可知滤液4中溶质主要成分为NaSO ；由不同温度下 的溶解度可知，高于40℃后， 2 3 的溶解度下降，“银转化”和“银还原”的效率降低，难以实现连续生产。 3. (2024·河北卷) 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 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 的矿物，杂质为大量 和少量 等；苛化泥的主要成分为 等。 ⅱ高温下，苛化泥的主要成分可与 反应生成偏铝酸盐；室温下，偏钒酸钙 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_______； 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 溶液的浓度 【答案】（1） ①. ②. ③. （2） （3） ①. ②. 提高溶液中 浓度， 促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放 ③. 离子交换 （4） （5）bd 【解析】 【分析】石煤和苛化泥通入空气进行焙烧，反应生成 、 、 、 、 和 等，水浸可分离焙烧后的可溶性物质(如 )和不溶性物质[ 、 等]，过滤后滤液进行离子交换、洗脱，用于富集和提纯 ，加入氯化铵溶液沉钒，生成 ，经 一系列处理后得到VO；滤渣①在 ， 的条件下加入3%NH HCO 溶液进行盐浸，滤渣① 2 3 4 3 中含有钒元素，通过盐浸，使滤渣①中的钒元素进入滤液①中，再将滤液①回流到离子交换工序，进行 的富集。 【小问1详解】 钒是23号元素，其价层电子排布式为 ；焙烧过程中，氧气被还原， 被氧化生成 ，偏钒 酸盐中钒的化合价为 价； 在 以上开始分解，生成的气体①为 。 【小问2详解】 由已知信息可知，高温下，苛化泥的主要成分与 反应生成偏铝酸钠和偏铝酸钙，偏铝酸钠溶于水， 偏铝酸钙难溶于水，所以滤液中杂质的主要成分是 。 【小问3详解】 在弱碱性环境下， 与 和 反应生成 、 和 ，离子方程式为： ； CO 加压导入盐浸工序可提高浸出率，因为C 2 可提高溶液中 浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放 ；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。【小问4详解】 由离子交换工序中树脂的组成可知，洗脱液中应含有 ，考虑到水浸所得溶液中含有 ，为避免引人 其他杂质离子，且 廉价易得，故洗脱液的主要成分应为 。 【小问5详解】 a．延长沉钒时间，能使反应更加完全，有利于沉钒，a不符合题意； b． 呈弱酸性，如果将溶液调至碱性， 与 反应，不利于生成 ，b符合题意； c．搅拌能使反应物更好 接的触，提高反应速率，使反应更加充分，有利于沉钒，c不符合题意； d．降低 溶液的浓度，不利于生成 ，d符合题意； 故选bd。 4. (2024·新课标卷)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( )时的pH： . 开始沉淀的pH 15 6.9 — 7.4 6.2 沉淀完全的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 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 。 （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_______(写化学式)，残留的 浓度为_______ 。 【答案】（1） ①. 增大固液接触面积，加快酸浸速率，提高浸取效率 ②. Pb （2） ①. 将溶液中的 氧化为 ，以便在后续调pH时除去Fe元素 ②. 溶液 ③. （ 3 ） ① . ② . （4） ①. 、 ②.【解析】 【分析】由题中信息可知，用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有 、 、 、 、 等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的 ，则“滤渣 1”为“酸浸”时生成的 ；向滤液中加入 将 氧化为 ，然后加入ZnO调节pH=4使 完全转化为 ，则“滤渣Ⅱ”的主要成分为 ，滤液中的金属离子主要是 、 和 ；最后“氧化沉钴”，加入强氧化剂 ，将溶液中 氧化为 ，在 时 形成 沉淀，而 则被还原为 ， 还会与溶液中的 发生归中反应 生成 ，得到 和 的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO、KSO ，据此解答。 4 2 4 【小问1详解】 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；由分析可知，“滤渣1”的主要成分为PbSO ，则“滤渣1”中金属元素主要为Pb； 4 【小问2详解】 酸浸液中含有 、 、 、 、 等离子。由题表中数据可知，当 完全沉淀时， 未开始沉淀，而当 完全沉淀时， 已有一部分沉淀，因此为了除去溶液中的Fe元素且 不沉淀，应先将 氧化为 ，然后调节溶液的pH使 完全水解转化为 沉淀，因此， 的作用是将 氧化为 ，以便在后续调pH时除去Fe元素。常用 溶液检验 ， 若生成蓝色沉淀，则说明溶液中仍存在 ，需补加 ； 【小问3详解】 由分析可知，该过程发生两个氧化还原反应，根据分析中两个反应的反应物、产物与反应环境( )， 结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出两个离子方程式： 、 ； 【小问4详解】 最终得到的“除钴液”中含有的金属离子主要是最初“酸浸”时与加入ZnO调pH时引入的 、加入 “氧化沉钴”时引入的 ，而阴离子是在酸浸时引入的 ，因此其中主要的盐有 和 。当溶液 时 ， 恰好完全沉淀，此时溶液中 ，则 ，则 。“除钴液”的 ，即 ，则 ，此时溶液中。 5. (2024·全国甲卷)钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的 +2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。 注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于10-5mol·L-1，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。 已知：①Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(ZnS)=2.5×10-22,Ksp(CoS)=4.0×10-21。 ②以氢氧化物形式沉淀时，lg[c(M)/(mol·L-1)]和溶液pH的关系如图所示。 回答下列问题： （1）“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是_____。 （2）“酸浸”步骤中，CoO发生反应的化学方程式是_____。 （3）假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.10mol·L-1，向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完 全，此时溶液中c(Co2+)=_____mol·L-1，据此判断能否实现Zn2+和Co2+的完全分离_____(填“能”或 “不能”)。 （4）“沉锰”步骤中，生成1.0molMnO ，产生H+的物质的量为_____。 2 （5）“沉淀”步骤中，用NaOH调pH=4，分离出的滤渣是_____。 （6）“沉钴”步骤中，控制溶液pH=5.0~5.5，加入适量的NaClO氧化Co2+，其反应的离子方程式为_____。 （7）根据题中给出的信息，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是_____。 【答案】(1)增大固体与酸反应的接触面积，提高钴元素的浸出效率 (2) (3) 不能 (4) (5) (6) (7)向滤液中滴加 溶液，边加边搅拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥【分析】炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的 价氧化物及锌和铜的单质，经稀硫酸酸浸时，铜不溶 解，Zn及其他 价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外，其他均转化为相应的+2价阳离子进入溶液；然 后通入硫化氢沉铜生成CuS沉淀；过滤后，滤液中加入NaSO 将锰离子氧化为二氧化锰除去，同时亚铁 2 2 8 离子也被氧化为铁离子；再次过滤后，用氢氧化钠调节pH=4，铁离子完全转化为氢氧化铁沉淀除去；第 三次过滤后的滤液中加入次氯酸钠沉钴，得到Co(OH) 。 3 【解析】（1）“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是增大固体与酸反应的接触面积，提高钴元素的浸出 效率。 （2）“酸浸”步骤中，Cu不溶解，Zn单质及其他 价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外，其他均转 化为相应的+2价阳离子进入溶液，即 为转化为CoSO ，反应的化学方程式为 4 。 （3）假设“沉铜”后得到的滤液中 和 均为 ，向其中加入 至 沉淀完 全，此时溶液中 ，则 ， 小于 ，说明大部分 也转化为硫化 物沉淀，据此判断不能实现Zn2+和Co2+的完全分离。 （4）“沉锰”步骤中，NaSO 将Mn2+氧化为二氧化锰除去，发生的反应为 2 2 8 ，因此，生成 ，产生 的物质的量为 。 （5）“沉锰”步骤中， 同时将 氧化为 ，“沉淀”步骤中用 调pH=4， 可以完全 沉淀为 ，因此，分离出的滤渣是 。 （6）“沉钴”步骤中，控制溶液pH=5.0~5.5，加入适量的NaClO氧化 ，为了保证 被完全氧化， NaClO要适当过量，其反应的离子方程式为 。 （7）根据题中给出的信息，“沉钴”后的滤液的pH=5.0~5.5，溶液中有 元素以 形式存在，当pH ＞12后氢氧化锌会溶解转化为 ，因此，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是：向滤液 中滴加 溶液，边加边搅拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥。 6. (2024·黑吉辽卷)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 颗粒被 、 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， 发生反应的离子方程式为_______。 （3）“沉铁砷”时需加碱调节 ，生成_______(填化学式)胶体起絮凝作用，促进了含 微粒的沉降。 （4）“培烧氧化”也可提高“浸金”效率，相比“培烧氧化”，“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）“真金不拍火炼”，表明 难被 氧化，“浸金”中 的作用为_______。 （6）“沉金”中 的作用为_______。 （7）滤液②经 酸化， 转化为 和 的化学方程式为_______。用碱中和 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） （3） （4）BC （5）做络合剂，将Au转化为 从而浸出 （6）作还原剂，将 还原为Au （7） ①. ②. NaCN 【分析】矿粉中加入足量空气和HSO ，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， 2 4 过滤，滤液中主要含有Fe3+、 、As（Ⅵ），加碱调节pH值，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O 和NaCN溶液反应， 2 得到含 的浸出液，加入Zn进行“沉金”得到Au和含 的滤液②。 【小问1详解】 “胆水”冶炼铜，“胆水”的主要成分为CuSO ； 4 【小问2详解】 “细菌氧化”的过程中，FeS 在酸性环境下被O 氧化为Fe3+和 ，离子方程式为： 2 2 ； 【小问3详解】 “沉铁砷”时，加碱调节pH值，Fe3+转化为 胶体，可起到絮凝作用，促进含As微粒的沉降；【小问4详解】 A．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； B．焙烧氧化时，金属硫化物中的S元素通常转化为SO ，而细菌氧化时，金属硫化物中的S元素转化为硫 2 酸盐，可减少有害气体的产生，B符合题意； C．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； D．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； 【小问5详解】 “浸金”中，Au作还原剂，O 作氧化剂，NaCN做络合剂，将Au转化为 从而浸出； 2 【小问6详解】 “沉金”中Zn作还原剂，将 还原为Au； 【小问7详解】 滤液②含有 ，经过HSO 的酸化， 转化为ZnSO 和HCN，反应得化学方程式 2 4 4 为： ；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。 7. (2024·安徽卷)精炼铜产生的铜阳极泥富含 等多种元素。研究人员设计了一种从铜阳极 泥中分离提收金和银的流程，如下图所示。 回答下列问题： （1）Cu位于元素周期表第_______周期第_______族。 （2）“浸出液1”中含有的金属离子主要是_______。 （3）“浸取2”步骤中，单质金转化为 的化学方程式为_______。 （4）“浸取3”步骤中，“浸渣2”中的_______(填化学式)转化为 。 （5）“电沉积”步骤中阴极的电极反应式为_______。“电沉积”步骤完成后，阴极区溶液中可循环利用 的物质为_______(填化学式)。 （6）“还原”步骤中，被氧化的 与产物 的物质的量之比为_______。（7） 可被 氧化为 。从物质结构的角度分析 的结构为(a)而不是(b)的原因： _______。 【答案】（1） ①. 四 ②. ⅠB （2）Cu2+ （3） （4）AgCl （5） ①. ②. （6）3：4 （7）(a)结构中电子云分布较均衡，结构较为稳定，(b)结构中正负电荷中心不重合，极性较 大，较不稳定，且存在过氧根，过氧根的氧化性大于I，故NaSO 不能被I 氧化成(b)结构 2 2 2 3 2 【解析】 【分析】精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等元素，铜阳极泥加入硫酸、HO 浸取，Cu被转化为 2 2 Cu2+进入浸取液1中，Ag、Au不反应，浸渣1中含有Ag和Au；浸渣1中加入盐酸、HO 浸取，Au转化 2 2 为HAuCl 进入浸取液2，Ag转化为AgCl，浸渣2中含有AgCl；浸取液2中加入NH 将HAuCl 还原为 4 2 4 4 Au，同时NH 被氧化为N ；浸渣2中加入 ，将AgCl转化为 ，得到浸出液3，利 2 4 2 用电沉积法将 还原为Ag。 【小问1详解】 Cu的原子序数为29，位于第四周期第ⅠB族； 【小问2详解】 由分析可知，铜阳极泥加入硫酸、HO 浸取，Cu被转化为Cu2+进入浸取液1中，故浸取液1中含有的金属 2 2 离子主要是Cu2+； 【小问3详解】 浸取2步骤中，Au与盐酸、HO 反应氧化还原反应，生成HAuCl 和HO，根据得失电子守恒及质量守恒， 2 2 4 2 可得反应得化学方程式为： ； 【小问4详解】 根据分析可知，浸渣2中含有AgCl，与 反应转化 为； 【小问5详解】 电沉积步骤中，阴极发生还原反应， 得电子被还原为 Ag，电极反应式为： ；阴极反应生成 ，同时阴极区溶液中含有Na+，故电沉积步骤完 成后，阴极区溶液中可循环利用得物质为 ； 【小问6详解】还原步骤中， HAuCl 被还原为Au，Au化合价由+3价变为0价，一个HAuCl 转移3个电子，NH 被氧化 4 4 2 4 为N ，N的化合价由-2价变为0价，一个NH 转移4个电子，根据得失电子守恒，被氧化的NH 与产物 2 2 4 2 4 Au的物质的量之比为3：4； 【小问7详解】 (a)结构中电子云分布较均衡，结构较为稳定，(b)结构中正负电荷中心不重合，极性较大，较不稳定，且存 在过氧根，过氧根的氧化性大于I，故NaSO 不能被I 氧化成(b)结构。 2 2 2 3 2 8．（2023·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以达 3 4 4 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VO3+在碱 2 5 2 5 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 【答案】(1)Na CrO 2 4 (2)Fe O 2 3 (3)Al(OH) 3 (4) 磷酸根会与H+反应使其浓度降低导致MgNH PO 无法完全沉淀，同时可能产生硅酸胶状沉淀不宜处理 4 4 会导镁离子生成氢氧化镁沉淀，不能形成MgSiO 沉淀，导致产品中混有杂质，同时溶液中铵根离子浓度 3 降低导致MgNH PO 无法完全沉淀 4 4 (5)C (6)2Cr O +3S O +10H+=4Cr3++6SO +5H O 2 2 2 【分析】由题给流程可知，铬钒渣在氢氧化钠和空气中煅烧，将钒、铬、铝、硅、磷等元素转化为相应的 最高价含氧酸盐，煅烧渣加入水浸取、过滤得到含有二氧化硅、氧化铁的滤渣和滤液；向滤液中加入稀硫 酸调节溶液pH将Al元素转化为氢氧化铝沉淀，过滤得到强氧化铝滤渣和滤液；向滤液中加入硫酸镁溶液、 硫酸铵溶液将硅元素、磷元素转化为MgSiO 和MgNH PO 沉淀，过滤得到含有MgSiO 、MgNH PO 的滤 3 4 4 3 4 4渣和滤液；向滤液中加入稀硫酸调节溶液pH将钒元素转化为五氧化二钒，过滤得到五氧化二钒和滤液； 向滤液中焦亚硫酸钠溶液将铬元素转化为三价铬离子，调节溶液pH将铬元素转化为氢氧化铬沉淀，过滤 得到氢氧化铬。 【解析】（1）由分析可知，煅烧过程中，铬元素转化为铬酸钠，故答案为：NaCrO； 2 4 （2）由分析可知，水浸渣中主要有二氧化硅、氧化铁，故答案为：Fe O； 2 3 （3）由分析可知，沉淀步骤调pH到弱碱性的目的是将Al元素转化为氢氧化铝沉淀，故答案为： Al(OH) ； 3 （4）由分析可知，加入硫酸镁溶液、硫酸铵溶液的目的是将硅元素、磷元素转化为MgSiO 和MgNH PO 3 4 4 沉淀，若溶液pH<9时，磷酸根会与H+反应使其浓度降低导致MgNH PO 无法完全沉淀，同时可能产生硅 4 4 酸胶状沉淀不宜处理；若溶液pH>9时，会导镁离子生成氢氧化镁沉淀，不能形成MgSiO 沉淀，导致产品 3 中混有杂质，同时溶液中铵根离子浓度降低导致MgNH PO 无法完全沉淀，故答案为：磷酸根会与H+反应 4 4 使其浓度降低导致MgNH PO ，同时可能产生硅酸胶状沉淀不宜处理；会导镁离子生成氢氧化镁沉淀，不 4 4 能形成MgSiO 沉淀，导致产品中混有杂质，同时溶液中铵根离子浓度降低导致MgNH PO 无法完全沉淀； 3 4 4 （5）由题给信息可知，五氧化二钒水能与酸溶液反应生成盐和水，也能与碱溶液发生生成盐和水的两性 氧化物，故选C； （6）由题意可知，还原步骤中加入焦亚硫酸钠溶液的目的是将铬元素转化为铬离子，反应的离子方程式 为2Cr O +3S O +10H+=4Cr3++6SO +5H O，故答案为：2Cr O +3S O +10H+=4Cr3++6SO +5H O。 2 2 2 2 2 2 9．（2023·湖北卷） 是生产多晶硅的副产物。利用 对废弃的锂电池正极材料 进行氯化处 理以回收Li、Co等金属，工艺路线如下： 回答下列问题： (1)Co位于元素周期表第_______周期，第_______族。 (2)烧渣是LiCl、 和 的混合物，“500℃焙烧”后剩余的 应先除去，否则水浸时会产生大量 烟雾，用化学方程式表示其原因_______。 (3)鉴别洗净的“滤饼3”和固体 常用方法的名称是_______。 (4)已知 ，若“沉钴过滤”的pH控制为10.0，则溶液中 浓度为_______ 。“850℃煅烧”时的化学方程式为_______。 (5)导致 比 易水解的因素有_______(填标号)。 a．Si-Cl键极性更大 b．Si的原子半径更大c．Si-Cl键键能更大 d．Si有更多的价层轨道 【答案】(1) 4 Ⅷ (2) (3)焰色反应 (4) (5)abd 【分析】由流程和题中信息可知， 粗品与 在500℃焙烧时生成氧气和烧渣，烧渣是LiCl、 和 的混合物；烧渣经水浸、过滤后得滤液1和滤饼1，滤饼1的主要成分是 和 ；滤 液1用氢氧化钠溶液沉钴，过滤后得滤饼2（主要成分为 ）和滤液2（主要溶质为LiCl）；滤饼2 置于空气中在850℃煅烧得到 ；滤液2经碳酸钠溶液沉锂，得到滤液3和滤饼3，滤饼3为 。 【解析】（1）Co是27号元素，其原子有4个电子层，其价电子排布为 ，元素周期表第8、9、10 三个纵行合称第Ⅷ族，因此，其位于元素周期表第4周期、第Ⅷ族。 （2）“500℃焙烧”后剩余的 应先除去，否则水浸时会产生大量烟雾，由此可知，四氯化硅与可水 反应且能生成氯化氢和硅酸，故其原因是： 遇水剧烈水解，生成硅酸和氯化氢，该反应的化学方程 式为 。 （3）洗净的“滤饼3”的主要成分为 ，常用焰色反应鉴别 和 ， 的焰色反应为 紫红色，而 的焰色反应为黄色。故鉴别“滤饼3”和固体 常用方法的名称是焰色反应。 （4）已知 ，若“沉钴过滤”的pH控制为10.0，则溶液中 ， 浓度为 。“850℃煅烧”时， 与 反应生成 和 ，该反应的化学方程式为 。 （5）a．Si-Cl键极性更大，则 Si-Cl键更易断裂，因此， 比 易水解，a有关； b．Si的原子半径更大，因此， 中的共用电子对更加偏向于 ，从而导致Si-Cl键极性更大，且Si原 子更易受到水电离的 的进攻，因此， 比 易水解，b有关； c．通常键能越大化学键越稳定且不易断裂，因此，Si-Cl键键能更大不能说明Si-Cl更易断裂，故不能说明 比 易水解，c无关； d．Si有更多的价层轨道，因此更易与水电离的 形成化学键，从而导致 比 易水解，d有关； 综上所述，导致 比 易水解的因素有abd。 10．（2023·辽宁卷）某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液含（ 和 )。实现镍、钴、镁元素的回收。已知： 物 质 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 ， 中过氧 键的数目为_______。 (3)“氧化”中，用石灰乳调节 ， 被 氧化为 ，该反应的离子方程式为_______( 的电离第一步完全，第二步微弱)；滤渣的成分为 、_______(填化学式)。 (4)“氧化”中保持空气通入速率不变， (Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。 体积分数为_______时， (Ⅱ)氧化速率最大；继续增大 体积分数时， (Ⅱ)氧化速率减小的原因是_______。 (5)“沉钴镍”中得到的 (Ⅱ)在空气中可被氧化成 ，该反应的化学方程式为_______。 (6)“沉镁”中为使 沉淀完全 ，需控制 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) Fe(OH) 3 (4) 9.0% SO 有还原性，过多将会降低 的浓度，降低 (Ⅱ)氧化速率 2 (5) (6)11.1【分析】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 ，用石灰 乳调节 ， 被 氧化为 ，发生反应 ，Fe3+水解同 时生成氢氧化铁，“沉钻镍”过程中，Co2+变为Co(OH) ，在空气中可被氧化成 。 2 【解析】（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） 的结构简式为 ，所以 中过氧键的数目为N A （3）用石灰乳调节 ， 被 氧化为 ，该反应的离子方程式为： ；氢氧化铁的Ksp=10-37.4，当铁离子完全沉淀时，溶液中c(Fe3+)=10- 5mol/L， ，c(OH-)=10-10.8mol/L，根据Kw=10-14，pH=3.2，此时溶 液的pH=4，则铁离子完全水解，生成氢氧化铁沉淀，故滤渣还有氢氧化铁； （4）根据图示可知 体积分数为0.9%时， (Ⅱ)氧化速率最大；继续增大 体积分数时，由于SO 有 2 还原性，过多将会降低 的浓度，降低 (Ⅱ)氧化速率 （5）“沉钻镍”中得到的Co(OH) ，在空气中可被氧化成 ，该反应的化学方程式为： 2 ； （6）氢氧化镁的Ksp=10-10.8， 当镁离子完全沉淀时，c(Mg2+)=10-5mol/L，根据Ksp可计算c(OH-)=10- 2.9mol/L，根据Kw=10-14，c(H+)=10-11.1mol/L，所以溶液的pH=11.1。 11．（2023·广东卷） 均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含 )中，利用氨浸工艺可提取 ，并获得高附加值化工产品。工艺流程如下： 已知：氨性溶液由 、 和 配制。常温下， 与 形成可溶 于水的配离子： ； 易被空气氧化为 ；部分氢氧化物的 如下表。 氢氧化物 回答下列问题： (1)活性 可与水反应，化学方程式为 。(2)常温下， 的氨性溶液中， (填“>”“<”或“=”)。 (3)“氨浸”时，由 转化为 的离子方程式为 。 (4) 会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出 现了 的明锐衍射峰。 ① 属于 (填“晶体”或“非晶体”)。 ② 提高了 的浸取速率，其原因是 。 (5)①“析晶”过程中通入的酸性气体A为 。 ②由 可制备 晶体，其立方晶胞如图。 与O最小间距大于 与O最小间距，x、y为整数， 则 在晶胞中的位置为 ；晶体中一个 周围与其最近的O的个数为 。 (6)①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则所得 溶液中 与 的比值，理论上最高为 。 ②“热解”对于从矿石提取 工艺的意义，在于可重复利用 和 (填化学式)。 【答案】(1) (2)＞ (3) 或 (4) 晶体 减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积 (5) 体心 12 (6) 0.4或 = 【分析】硝酸浸取液(含 )中加入活性氧化镁调节溶液pH值，过滤，得到滤液主要 是硝酸镁，结晶纯化得到硝酸镁晶体，再热解得到氧化镁和硝酸。滤泥加入氨性溶液氨浸，过滤，向滤液 中进行镍钴分离，，经过一系列得到氯化铬和饱和氯化镍溶液，向饱和氯化镍溶液中加入氯化氢气体得到 氯化镍晶体。 【解析】（1）活性 可与水反应，化学方程式为 ；故答案为： 。（2）常温下， 的氨性溶液中， ， ， ，则 ＞ ；故答案为：＞。 （3）“氨浸”时， 与亚硫酸根发生氧化还原反应，再与氨水反应生成 ，则由 转化为 的离子方程式为 或 ；故答案为： 或 。 （4） 会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中， 出现了 的明锐衍射峰。 ①X射线衍射图谱中，出现了 的明锐衍射峰，则 属于晶体；故答案为： 晶体。 ②根据题意 会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物，则 能提高 了 的浸取速率，其原因是减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面 积；故答案为：减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积。 （5）①“析晶”过程中为了防止 水解，因此通入的酸性气体A为 ；故答案为： 。 ②由 可制备 晶体，其立方晶胞如图。x、y为整数，根据图中信息Co、Al都只有一个原子， 而氧(白色)原子有3个， 与O最小间距大于 与O最小间距，则Al在顶点，因此 在晶胞中的位置 为体心；晶体中一个 周围与其最近的O原子，以顶点Al分析，面心的氧原子一个横截面有4个，三个 横截面共12个，因此晶体中一个 周围与其最近的O的个数为12；故答案为：体心；12。 （6）①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则晶体A为 ，根 据 ， ，还剩余5个水分子，因此所得 溶液中 与 的比值理论上最高为 ；故答案为：0.4或 。 ②“热解”对于从矿石提取 工艺的意义，根据前面分析 ， ，在于可重复利用 和 ；故答案为： 。 12．（2023·浙江卷）工业上煅烧含硫矿物产生的 可以按如下流程脱除或利用。已知： 请回答： (1)富氧煅烧燃煤产生的低浓度的 可以在炉内添加 通过途径Ⅰ脱除，写出反应方程式 。 (2)煅烧含硫量高的矿物得到高浓度的 ，通过途径Ⅱ最终转化为化合物A。 ①下列说法正确的是 。 A．燃煤中的有机硫主要呈正价 B．化合物A具有酸性 C．化合物A是一种无机酸酯 D．工业上途径Ⅱ产生的 也可用浓 吸收 ②一定压强下，化合物A的沸点低于硫酸的原因是 。 (3)设计实验验证化合物A中含有S元素 ；写出实验过程中涉及的反应方程式 。 【答案】(1) (2) BCD 硫酸分子能形成更多的分子间氢键 (3) 取化合物A加入足量氢氧化钠，反应完全后加入盐酸酸化，无明显现象，再加入氯化钡生成白色 沉淀，说明A中含有S元素 +2NaOH=CHOH+Na SO +H O、 3 2 4 2 NaSO +BaCl =BaSO ↓+2NaCl 2 4 2 4 【分析】含硫矿物燃烧生成二氧化硫，二氧化硫和氧气、碳酸钙生成硫酸钙和二氧化碳，二氧化硫被氧气 氧化为三氧化硫，三氧化硫和等物质量的甲醇发生已知反应生成A： ； 【解析】（1）氧气具有氧化性，能被四价硫氧化为六价硫，二氧化硫、空气中氧气、碳酸钙高温生成硫 酸钙和二氧化碳，反应为 ； （2）①A．硫的电负性大于碳、氢等，故燃煤中的有机硫主要呈负价，A错误； B．根据分析可知，化合物A分子中与硫直接相连的基团中有-OH，故能电离出氢离子，具有酸性，B正确；C．化合物A含有 基团，类似酯基-COO-结构，为硫酸和醇生成的酯，是一种无机酸酯，C正 确； D．工业上途径Ⅱ产生的 也可用浓 吸收用于生产发烟硫酸，D正确； 故选BCD； ②一定压强下，化合物A分子只有1个-OH能形成氢键，而硫酸分子中有2个-OH形成氢键，故导致A的 沸点低于硫酸； （3）由分析可知，A为 ，A碱性水解可以生成硫酸钠、甲醇，硫酸根离子能和氯化 钡生成不溶于酸的硫酸钡沉淀，故实验设计为：取化合物A加入足量氢氧化钠，反应完全后加入盐酸酸化， 无明显现象，再加入氯化钡生成白色沉淀，说明A中含有S元素；涉及反应为： +2NaOH=CHOH+Na SO +H O、NaSO +BaCl =BaSO ↓+2NaCl。 3 2 4 2 2 4 2 4 13．（2022·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TiO ，含少 2 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TiCl 中含有的几种物质的沸点： 4 物质 TiCl VOCl SiCl AlCl 4 3 4 3 沸点/℃ 136 127 57 180 回答下列问题： (1)已知ΔG=ΔH-TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0， 则该反应可以自发进行。根据下图判断：600℃时，下列反应不能自发进行的是_______。A．C(s)O (g)CO (g) 2 2 B．2C(s)O (g)2CO(g) 2 C．TiO (s)2Cl (g)TiCl (g)O (g) 2 2 4 2 D．TiO (s)C(s)2Cl (g)TiCl (g)CO (g) 2 2 4 2 (2)TiO 与C、Cl ，在600℃的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表： 2 2 物质 TiCl CO CO Cl 4 2 2 分压MPa 4.59102 1.84102 3.70102 5.98109 ①该温度下，TiO 与C、Cl 反应的总化学方程式为_______； 2 2 ②随着温度升高，尾气中CO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TiCl 4 中含Si、Al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Mg冶炼Ti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 【答案】(1)C 600℃ 高温 (2) 5TiO+6C+10Cl 5TiCl +2CO+4CO 随着温度升高，CO 与C发生反应C+CO 2CO 2 2 4 2 2 2 (3) 3VOCl +Al=3VOCl +AlCl 蒸馏 3 2 3 (4)不能 若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质； (5)AC 【解析】钛渣中加入C、Cl 进行沸腾氯化，转化为相应的氯化物，降温收尘后得到粗TiCl ，加入单质Al 2 4 除钒，再除硅、铝得到纯TiCl ，加入Mg还原得到Ti。 4 (1)记①C(s)+O (g)=CO (g)，②2C(s)+O (g)=2CO(g)，③TiO (s)+2Cl (g)=TiCl (g)+O (g)，④ 2 2 2 2 2 4 2 TiO (s)+C(s)+2Cl (g)=TiCl (g)+CO (g)； 2 2 4 2A．由图可知，600℃时C(s)+O (g)=CO (g)的G<0，反应自发进行，故A不符合题意； 2 2 B．由图可知，600℃时2C(s)+O (g)=2CO(g)的G<0，反应自发进行，故B不符合题意； 2 C．由图可知，600℃时TiO (s)+2Cl (g)=TiCl (g)+O (g)的G>0，反应不能自发进行，故C符合题意； 2 2 4 2 D．根据盖斯定律，TiO (s)+C(s)+2Cl (g)=TiCl (g)+CO (g)可由①+③得到，则600℃时其G<0，反应自 2 2 4 2 发进行，故D不符合题意； 故选C； (2)①根据表中数据可知，该温度下C主要生成CO和CO，根据相同条件下气体的压强之比是物质的量之 2 比可知TiCl 、CO和CO 的物质的量之比约是5：2：4，所以TiO 与C、Cl 反应的总化学方程式为 4 2 2 2 600℃ 600℃ 5TiO+6C+10Cl 5TiCl +2CO+4CO ，故答案为：5TiO+6C+10Cl 5TiCl +2CO+4CO ； 2 2 4 2 2 2 4 2 高温 ②随着温度升高，CO 与C发生反应C+CO 2CO，导致CO含量升高，故答案为：随着温度升高， 2 2 高温 CO 与C发生反应C+CO 2CO； 2 2 (3)“降温收尘”后钒元素主要以VOCl 形式存在，加入Al得到VOCl 渣，根据得失电子守恒和元素守恒配 3 2 平方程式为3VOCl +Al=3VOCl +AlCl ；AlCl 、SiCl 与TiCl 沸点差异较大，“除硅、铝"过程中可采用蒸 3 2 3 3 4 4 馏的方法分离AlCl 、SiCl ，故答案为：3VOCl +Al=3VOCl +AlCl ；蒸馏； 3 4 3 2 3 (4)若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质，因此“除钒”和“除硅、 铝”的顺序不能交换，故答案为：不能；若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入 Al杂质； (5)本工艺中加入Mg冶炼Ti的方法为热还原法； A．高炉炼铁的原理是用还原剂将铁矿石中铁的氧化物还原成金属铁，属于热还原法，故A符合题意； B．电解熔融氯化钠制取金属钠的原理是电解法，故B不符合题意； C．铝热反应制锰是利用Al作还原剂，将锰从其化合物中还原出来，为热还原法，故C符合题意； D．Hg为不活泼金属，可以直接用加热分解氧化汞的方法制备汞，故D不符合题意； 故答案选AC，故答案为：AC。 14．（2022·湖北卷）全球对锂资源的需求不断增长，“盐湖提锂”越来越受到重视。某兴趣小组取盐湖水 进行浓缩和初步除杂后，得到浓缩卤水(含有Na+、Li+、Cl-和少量Mg2+、Ca2+)，并设计了以下流程通过制 备碳酸锂来提取锂。25℃时相关物质的参数如下： LiOH的溶解度：12.4g/100gH O 2 化合物 K sp MgOH 5.61012 2 CaOH 5.5106 2 CaCO 2.8109 3 Li CO 2.5102 2 3 回答下列问题： (1)“沉淀1”为___________。 (2)向“滤液1”中加入适量固体Li CO 的目的是___________。 2 3 (3)为提高Li CO 的析出量和纯度，“操作A”依次为___________、___________、洗涤。 2 3 (4)有同学建议用“侯氏制碱法”的原理制备Li CO 。查阅资料后，发现文献对常温下的Li CO 有不同的描 2 3 2 3 述：①是白色固体；②尚未从溶液中分离出来。为探究LiHCO 的性质，将饱和LiCl溶液与饱和NaHCO 3 3 溶液等体积混合，起初无明显变化，随后溶液变浑浊并伴有气泡冒出，最终生成白色沉淀。上述现象说明， 在该实验条件下LiHCO ___________(填“稳定”或“不稳定”)，有关反应的离子方程式为___________。 3 (5)他们结合(4)的探究结果，拟将原流程中向“滤液2”加入Na CO 改为通入CO 。这一改动能否达到相同 2 3 2的效果，作出你的判断并给出理由___________。 【答案】(1)Mg(OH) 2 (2)将Ca2+转化成CaCO 沉淀除去，同时不引入新杂质 3 (3)蒸发浓缩 趁热过滤 (4) 不稳定 Li+ + HCO = LiHCO ，2LiHCO = LiCO↓ + CO ↑+ H O 3 3 3 2 3 2 2 (5)能达到相同效果，因为改为通入过量的CO ，则LiOH转化为LiHCO ，结合(4)的探究结果，LiHCO 也 2 3 3 会很快分解产生LiCO，所以这一改动能达到相同的效果 2 3 【解析】浓缩卤水(含有Na+、Li+、Cl-和少量Mg2+、Ca2+)中加入石灰乳[Ca(OH) ]后得到含有 2 Na+、Li+、Cl-和Ca2+的滤液1，沉淀1为Mg(OH) ，向滤液1中加入LiCO 后，得到滤液2，含有的离子 2 2 3 为Na+、Li+、Cl-和OH-，沉淀2为CaCO ，向滤液2中加入NaCO，得到LiCO 沉淀，再通过蒸发浓缩， 3 2 3 2 3 趁热过滤，洗涤、干燥后得到产品LiCO。 2 3 (1)浓缩卤水中含有Mg2+，当加入石灰乳后，转化为Mg(OH) 沉淀，所以沉淀1为Mg(OH) ； 2 2 (2)滤液1中含有Na+、Li+、Cl-和Ca2+，结合已知条件：LiOH的溶解度和化合物的溶度积常数，可推测， 加入LiCO 的目的是将Ca2+转化成CaCO 沉淀除去，同时不引入新杂质； 2 3 3 (3)由LiCO 的溶解度曲线可知，温度升高，LiCO 的溶解度降低，即在温度高时，溶解度小，有利于析出， 2 3 2 3 所以为提高Li CO 的析出量和纯度，需要在较高温度下析出并过滤得到沉淀，即依次蒸发浓缩，趁热过滤， 2 3 洗涤。故答案为：蒸发浓缩，趁热过滤； (4)饱和LiCl和饱和NaHCO 等体积混合后，产生了LiHCO 和NaCl，随后LiHCO 分解产生了CO 和 3 3 3 2 LiCO。故答案为：不稳定，Li+ + HCO = LiHCO ，2LiHCO = LiCO↓ + CO ↑+ H O； 2 3 3 3 3 2 3 2 2 (5)“滤液2”中含有LiOH，加入Na CO ，目的是将LiOH转化为LiCO。若改为通入过量的CO ，则LiOH 2 3 2 3 2 转化为LiHCO ，结合(4)的探究结果，LiHCO 也会很快分解产生LiCO，所以这一改动能达到相同的效果。 3 3 2 3 故答案为：能达到相同效果，因为改为通入过量的CO ，则LiOH转化为LiHCO ，结合(4)的探究结果， 2 3 LiHCO 也会很快分解产生LiCO，所以这一改动能达到相同的效果。 3 2 3 15．（2022·重庆卷）电子印制工业产生的某退锡废液含硝酸、锡化合物及少量Fe3+和Cu2+等，对其处理 的流程如图。 Sn与Si同族，25℃时相关的溶度积见表。 化学式 Sn(OH)(或SnO ·2H O) Fe(OH) Cu(OH) 4 2 2 3 2 溶度积 1.0×10-56 4×10-38 2.5×10-20 (1)Na SnO 的回收 2 3①产品NaSnO 中Sn的化合价是______。 2 3 ②退锡工艺是利用稀HNO 与Sn反应生成Sn2+，且无气体生成，则生成的硝酸盐是_____，废液中的Sn2+易 3 转化成SnO ·xH O。 2 2 ③沉淀1的主要成分是SnO ，焙烧时，与NaOH反应的化学方程式为______。 2 (2)滤液1的处理 ①滤液1中Fe3+和Cu2+的浓度相近，加入NaOH溶液，先得到的沉淀是______。 ②25℃时，为了使Cu2+沉淀完全，需调节溶液H+浓度不大于______mol•L-1。 (3)产品中锡含量的测定 称取产品1.500g，用大量盐酸溶解，在CO 保护下，先用Al片将Sn4+还原为Sn2+，再用0.1000mol•L-1KIO 2 3 标准溶液滴定，以淀粉作指示剂滴定过程中IO 被还原为I—，终点时消耗KIO 溶液20.00mL。 3 ①终点时的现象为______，产生I 的离子反应方程式为_____。 2 ②产品中Sn的质量分数为_____%。 【答案】(1) +4价 Sn(NO )、NH NO SnO +2NaOH NaSnO +H O 3 2 4 3 2 2 3 2 (2) Fe(OH) 2×10-7 3 (3) 滴入最后一滴KIO 标准溶液，溶液由无色变为蓝色，且半分钟内不褪色 IO +5I- 3 +6H+=3I +3H O 47.6% 2 2 【分析】由题给流程可知，向退锡废液中加入氢氧化钠溶液调节溶液pH为1.5，将锡的化合物转化为二氧 化锡，过滤得到含有铁离子、铜离子的滤液1和沉淀1；向沉淀1中加入氢氧化钠焙烧将二氧化锡转化为 锡酸钠后，水浸、过滤得到锡酸钠溶液，溶液经蒸发结晶得到锡酸钠。 【解析】（1）①由化合价代数和为0可知，锡酸钠中锡元素的化合价为+4价，故答案为：+4价； ②由分析可知，退锡工艺中发生的反应为锡与稀硝酸反应生成硝酸亚锡、硝酸铵和水，则则生成的硝酸盐 是硝酸亚锡和硝酸铵，故答案为：Sn(NO )、NH NO ； 3 2 4 3 ③由沉淀1的主要成分是二氧化锡可知，焙烧时发生的反应为二氧化锡和氢氧化钠高温条件下反应生成锡 酸钠和水，反应的化学方程式为SnO +2NaOH NaSnO +H O，故答案为：SnO +2NaOH 2 2 3 2 2 NaSnO +H O； 2 3 2 （2）①由溶度积可知，向滤液1中加入氢氧化钠溶液，溶解度小的氢氧化铁先沉淀，故答案为： Fe(OH) ； 3 ②由溶度积可知，25℃时，铜离子沉淀完全时，溶液中的氢氧根离子浓度为 =5×10-8mol/L， 则溶液中的氢离子浓度不大于2×10-7mol/L，故答案为：2×10-7； （3）①由题意可知，碘酸钾先与二价锡离子反应生成碘离子，当二价锡反应完，碘离子与碘酸根反应生 成碘单质，碘遇淀粉溶液变蓝色时，溶液由无色变为蓝色，则终点时的现象为滴入最后一滴碘酸钾标准溶 液，溶液由无色变为蓝色，且半分钟内不褪色，反应生成碘的离子方程式为IO +3Sn2++6H+=I-+3Sn4+ +3H O，IO +5I-+6H+=3I +3 H O，故答案为：滴入最后一滴KIO 标准溶液，溶液由无色变为蓝色，且半分 2 2 2 3钟内不褪色；IO +5I-+6H+=3I +3 H O； 2 2 ②由得失电子数目守恒可知，滴定消耗20.00mL0.1000mol•L-1碘酸钾溶液，则1.500g产品中锡元素的质量 分数为 ×100%=47.6%，故答案为：47.6%。 16．（2022·全国乙卷）废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有 、 、 和Pb。还有少量Ba、Fe、Al 的盐或氧化物等。为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。 一些难溶电解质的溶度积常数如下表： 难溶电解 质 一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的 如下表： 金属氢氧化物 开始沉淀的pH 2.3 6.8 3.5 7.2 完全沉淀的pH 3.2 8.3 4.6 9.1 回答下列问题： (1)在“脱硫”中 转化反应的离子方程式为 ，用沉淀溶解平衡原理解释选择 的原因 。 (2)在“脱硫”中，加入 不能使铅膏中 完全转化，原因是 。 (3)在“酸浸”中，除加入醋酸( )，还要加入 。 (ⅰ)能被 氧化的离子是 ； (ⅱ) 促进了金属Pb在醋酸中转化为 ，其化学方程式为 ； (ⅲ) 也能使 转化为 ， 的作用是 。 (4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是 。 (5)“沉铅”的滤液中，金属离子有 。 【答案】(1) PbSO (s)+CO (aq)= PbCO (s)+SO (aq) 反应PbSO (s)+CO (aq)= PbCO (s)+SO (aq) 4 3 4 3 的平衡常数K= =3.4 105>105，PbSO 可以比较彻底的转化为PbCO 4 3(2)反应BaSO(s)+CO (aq)= BaCO (s)+SO (aq)的平衡常数K= =0.04<<105，反应正向进行的程度有 4 3 限 (3) Fe2+ Pb+H O+2HAc=Pb(Ac) +2H O 作还原剂 2 2 2 2 (4)Fe(OH) 、Al(OH) 3 3 (5)Ba2+、Na+ 【分析】铅膏中主要含有PbSO 、PbO 、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等，向铅膏中加 4 2 入碳酸钠溶液进行脱硫，硫酸铅转化为碳酸铅，过滤，向所得固体中加入醋酸、过氧化氢进行酸浸，过氧 化氢可将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子，酸浸后溶液的pH约为4.9，依据金属氢氧化物沉淀时的pH可 知，滤渣主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁，过滤后，向滤液中加入氢氧化钠溶液进行沉铅，得到氢氧化铅 沉淀，滤液中的金属阳离子主要为钠离子和钡离子，氢氧化铅再进行处理得到PbO。 【解析】（1）“脱硫”中，碳酸钠溶液与硫酸铅反应生成碳酸铅和硫酸钠，反应的离子方程式为： PbSO (s)+CO (aq)= PbCO (s)+SO (aq)，由一些难溶电解质的溶度积常数的数据可知，K (PbCO )=7.4 10- 4 3 sp 3 14，K (PbSO )=2.5 10-8，反应PbSO (s)+CO (aq)= PbCO (s)+SO (aq)的平衡常数K= = sp 4 4 3 = = ≈3.4 105>105，说明可以转化的比较彻底，且转化后生成的碳酸 铅可由酸浸进入溶液中，减少铅的损失。 （2）反应BaSO(s)+CO (aq)= BaCO (s)+SO (aq)的平衡常数K= = = = 4 3 ≈0.04<<105，说明该反应正向进行的程度有限，因此加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO 完全转化。 4 （3）（i）过氧化氢有氧化性，亚铁离子有还原性，会被过氧化氢氧化为铁离子。 （ii）过氧化氢促进金属Pb在醋酸溶液中转化为Pb(Ac) ，过氧化氢与Pb、HAc发生氧还原反应生成 2 Pb(Ac) 和HO，依据得失电子守恒和原子守恒可知，反应的化学方程式为： 2 2 Pb+HO+2HAc=Pb(Ac) +2H O。 2 2 2 2 （iii）过氧化氢也能使PbO 转化为Pb(Ac) ，铅元素化合价由+4价降低到了+2价，PbO 是氧化剂，则过氧 2 2 2 化氢是还原剂。 （4）酸浸后溶液的pH约为4.9，依据金属氢氧化物沉淀时的pH可知，滤渣主要成分为氢氧化铝、氢氧化 铁。 （5）依据分析可知，加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO 完全转化，铁离子、铝离子转化为了氢氧化铁、 4 氢氧化铝沉淀，铅转化为了氢氧化铅、最终变为了氧化铅，因此沉铅的滤液中，金属离子有Ba2+和加入碳 酸钠、氢氧化钠时引入的Na+。 考法02 物质制备类工艺流程 17．（2024·北京卷）利用黄铜矿（主要成分为 ，含有 等杂质）生产纯铜，流程示意图如下。（1）矿石在焙烧前需粉碎，其作用是___________________________。 （2） 的作用是利用其分解产生的 使矿石中的铜元素转化为 。 发生 热分解的化学方程式是___________________________。 （3）矿石和过量 按一定比例混合，取相同质量，在不同温度下焙烧相同时间，测得：“吸 收”过程氨吸收率和“浸铜”过程铜浸出率变化如图；i． 和 时，固体B中所含铜、铁的主 要物质如表。 温度/ B中所含铜、铁的主要物质 400 500 ①温度低于 ，随焙烧温度升高，铜浸出率显著增大的原因是___________________________。 ②温度高于 ，根据焙烧时可能发生的反应，解释铜浸出率随焙烧温度升高而降低的原因是 ___________________________。 （4）用离子方程式表示置换过程中加入 的目的___________________________。 （5）粗铜经酸浸处理，再进行电解精炼；电解时用酸化的 溶液做电解液，并维持一定的 和 。粗铜若未经酸浸处理，消耗相同电量时，会降低得到纯铜的量，原因是 _______________________________________________________________________。 【答案】（1）增大接触面积，加快反应速率，使反应更充分（2） （3）①温度低于 ，随焙烧温度升高， 分解产生的 增多，可溶物 含量增加， 故铜浸出率显著增加 ②温度高于 ，随焙烧温度升高发生反应： ， 和 转化成难溶于水的 ，铜浸出率降低 （4） （5）粗铜若未经酸浸处理，其中杂质 会参与放电，则消耗相同电量时，会降低得到纯铜的量 【解析】 （2） 分解为非氧化还原反应，故化学方程式为 。（4）加入 置换铜，反应的离子方程式为。 （5）粗铜中含有 杂质，加酸可以除 ，但粗铜若未经酸浸处理，其中杂质 会参与放电，则消耗相 同电量时，会降低得到纯铜的量。 18. (2024·甘肃卷)我国科研人员以高炉渣(主要成分为 ， ， 和 等)为原料，对炼钢 烟气( 和水蒸气)进行回收利用，有效减少了环境污染，主要流程如图所示： 已知： （1）高炉渣与 经焙烧产生的“气体”是_______。 （2）“滤渣”的主要成分是 和_______。 （3）“水浸2”时主要反应的化学方程式为_______，该反应能进行的原因是_______。 （4）铝产品 可用于_______。 （5）某含钙化合物的晶胞结构如图甲所示，沿x轴方向的投影为图乙，晶胞底面显示为图丙，晶胞参数 。图丙中 与N的距离为_______ ；化合物的化学式是_______，其摩尔质量为 ，阿伏加德罗常数的值是 ，则晶体的密度为_______ (列出计算表达式)。 【答案】（1）NH （2）SiO 3 2 （3） ①. ②. ，微溶 的硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙（4）净水 （5） ①. ②. Ca NB ③. 3 3 【解析】 【分析】高炉渣(主要成分为 ， ， 和 等)加入 在400℃下焙烧，生成硫 酸钙、硫酸镁、硫酸铝，同时产生气体，该气体与烟气( 和水蒸气)反应，生成 ，所以该 气体为NH ；焙烧产物经过水浸1，然后过滤，滤渣为 以及未反应的SiO ，滤液溶质主要为硫酸镁、 3 2 硫酸铝及硫酸铵；滤液浓缩结晶，析出 ，剩余富镁溶液；滤渣加入 溶 液，滤渣中的 会转化为更难溶的碳酸钙。 【小问1详解】 由分析可知，高炉渣与 经焙烧产生的“气体”是NH ； 3 【小问2详解】 由分析可知，“滤渣”的主要成分是 和未反应的SiO； 2 【小问3详解】 “水浸2”时主要反应为硫酸钙与碳酸铵生成更难溶的碳酸钙，反应方程式为 ，该反应之所以能发生，是由于 ， ， ，微溶的硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙； 【小问4详解】 铝产品 溶于水后，会产生 ， 水解生成 胶体，可用于净水； 【小问5详解】 图丙中，Ca位于正方形顶点，N位于正方形中心，故 与N的距离为 pm；由均摊法可知，晶胞中 Ca的个数为 ，N的个数为 ，B的个数为 ，则化合物的化学式是 Ca NB；其摩尔质量为 ，阿伏加德罗常数的值是 ，晶胞体积为 则晶体的密度 3 3 为 。 19. (2024·浙江卷6月)矿物资源的综合利用有多种方法，如铅锌矿(主要成分为 )的利用有火法 和电解法等。已知：① ； ②电解前后 总量不变；③ 易溶于水。 请回答： （1）根据富氧煅烧(在空气流中煅烧)和通电电解(如图)的结果， 中硫元素体现的性质是_______(选填 “氧化性”、“还原性”、“酸性”、“热稳定性”之一)。产物B中有少量 ，该物质可溶于浓盐 酸， 元素转化为 ，写出该反应的化学方程式_______；从该反应液中提取 的步骤如下： 加热条件下，加入_______(填一种反应试剂)，充分反应，趁热过滤，冷却结晶，得到产品。 （2）下列说法正确的是_______。 A. 电解池中发生的总反应是 (条件省略) B. 产物B主要是铅氧化物与锌氧化物 C. 化合物C在水溶液中最多可中和 D. 的氧化性弱于 （3）D的结构为 ( 或 )，设计实验先除去样品D中的硫元素，再用除去硫元素后的溶液 探究X为何种元素。 ①实验方案：取D的溶液，加入足量 溶液，加热充分反应，然后_______； ②写出D(用 表示)的溶液与足量 溶液反应的离子方程式_______。 【答案】（1） ①. 还原性 ②. Pb O+14HCl(浓)= +4H O+Cl ↑ ③. PbO或Pb(OH) 3 4 2 2 2 或PbCO （2）AB 3 （3） ①. 加入足量Ba(NO ) 溶液充分反应，静置后取上层清液，再加入硝酸酸化的AgNO 溶液，若产 3 2 3 生白色沉淀，则有Cl-，反之则有F- ②. +3OH-= +X-+2H O 2 【解析】 【分析】铅锌矿(主要成分为 )富氧煅烧得到SO 和Pb、Zn元素的氧化物，SO 与等物质的量的 2 2 ClF反应得到化合物C，结构简式为 ，化合物C( )水解生成液态化合物D( ，X=F或Cl)和气态化合物E(HCl或HF)。【小问1详解】 根据富氧煅烧和通电电解的结果， 中硫元素化合价升高，体现的性质是还原性。产物B中有少量 ，该物质可溶于浓盐酸， 元素转化为 ，该反应的化学方程式：Pb O+14HCl(浓)= 3 4 +4H O+Cl ↑ ； 根 据 可 得 反 应 ： 2 2 ，要从该反应液中提取 ，则所加试剂应能消耗H+使平衡逆向移动， 且不引入杂质，则步骤为：加热条件下，加入PbO或Pb(OH) 或PbCO ，充分反应，趁热过滤，冷却结晶； 2 3 【小问2详解】 A． 根据图示和已知②可知，电解池中阳极上Fe2+生成Fe3+，Fe3+氧化PbS生成S、Pb2+和Fe2+，阴极上 PbCl 生成Pb，发生的总反应是： (条件省略)，A正确； 2 B． 据分析，铅锌矿(主要成分为 )富氧煅烧得到SO 和Pb、Zn元素的氧化物，则产物B主要是 2 铅氧化物与锌氧化物，B正确； C． 据分析，化合物C是 ，卤素原子被-OH取代后生成HSO 和HCl、HF，则 化合物C 2 4 在水溶液中最多可中和 ，C错误； D． 的氧化性由+1价的Cl表现，Cl 的氧化性由0价的Cl表现，则ClF的氧化锌强于 ，D错误； 2 故选AB。 【小问3详解】 ①D的结构为 (X=F或Cl)，加入足量NaOH溶液，加热充分反应，生成NaSO 和NaX，则实验 2 4 方案为：取D的溶液，加入足量NaOH溶液，加热充分反应，然后加入足量Ba(NO ) 溶液充分反应，静置 3 2 后取上层清液，再加入硝酸酸化的AgNO 溶液，若产生白色沉淀，则有Cl-，反之则有F-； 3 ②D(用HSO X表示)的溶液与足量 NaOH 溶液反应生成 NaSO 和NaX，发生反应的离子方程式是： 3 2 4 HSO X+3OH-= +X-+2H O。 3 2 20. (2024·江苏卷)回收磁性合金钕铁硼( )可制备半导体材料铁酸铋和光学材料氧化钕。 （1）钕铁硼在空气中焙烧转化为 、 等(忽略硼的化合物)，用 盐酸酸浸后过滤得 到 溶液和含铁滤渣。Nd、Fe浸出率( )随浸取时间变化如图 所示。①含铁滤渣的主要成分为_______(填化学式)。 ②浸出初期Fe浸出率先上升后下降的原因是_______。 （2）含铁滤渣用硫酸溶解，经萃取、反萃取提纯后，用于制备铁酸铋。 ①用含有机胺( ) 的有机溶剂作为萃取剂提纯一定浓度的 溶液，原理为： (有机层) 已知： 其他条件不变，水层初始pH在0.2~0.8范围内，随水层pH增大，有机层中Fe元素含量迅速增多的原因是 _______。 ②反萃取后， 经转化可得到铁酸铋。铁酸铋晶胞如图所示(图中有4个Fe原子位于晶胞体对角 线上，O原子未画出)，其中原子数目比 _______。 （3）净化后的 溶液通过沉钕、焙烧得到 。 ①向 溶液中加入 溶液， 可转化为 沉淀。该反应的离子方程式为 _______。 ②将 (摩尔质量为 )在氮气氛围中焙烧，剩余固体质量随温度变化曲线 如图所示。 时，所得固体产物可表示为 ，通过以上实验数据确定该产物中 的比值_______(写出计算过程)。【答案】（1）①. ②. 浸出初期，c(H+)较大，铁的浸出率较大，约5min后，溶液酸性减弱， 水解生成 进入滤渣 （ 2 ） ① . 随 水 层 pH 增 大 ， 的 浓 度 减 小 ， 的化学平衡向正反应方向移动， 的化学平衡逆向移动，该平衡逆向移动引起 浓度的增大，进一步促进萃取平衡向萃取方向移动，导致 的浓 度增大，因此，有机层中Fe元素含量迅速增多 ②. 2:1 （3） ①. ②. 2:1 【解析】 【小问1详解】 ①钕铁硼在空气中焙烧后得到的 、 均可溶于盐酸，得到含有 和 的溶液。由图中 信息可知，Nd的浸出率逐渐增大，而Fe的浸出率先增大后逐渐减小，说明随着Nd的浸出率增大，稀盐酸 中的 的浓度逐渐减小， 逐渐增大导致 水解生成 沉淀，因此，含铁滤渣的主要成分为 。 ②由①中分析可知，浸出初期Fe浸出率先上升后下降的原因是：浸出初期，Fe O 溶解，Fe的浸出率增大， 2 3 约5min随着Nd的浸出率增大，稀盐酸中的 的浓度逐渐减小， 逐渐增大导致 水解生成 进入滤渣，Fe的浸出率又减小。 【小问2详解】 ①减小生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动，因此，其他条件不变，水层初始pH在0.2~0.8范围内， 随水层pH增大， 的浓度减小， 的化学平衡向正反应方向移动， 又 的浓度减小使平衡 逆向移动，引起 浓度的增大，进一步促进平衡 向萃取方向移动，导致的浓度增大，因此，有机层中Fe元素含量迅速增多。 ②由铁酸铋晶胞结构示意图可知，晶胞中体内有4个Fe原子，面上有8个Fe原子，根据均摊法可知，Fe 原子的数目为 ； 原子全部在晶胞的面上，共有 ，因此，其中原子数目比 2:1。 【小问3详解】 ①向 溶液中加入 溶液， 和 相互促进对方水解生成 沉淀和 CO，该反应的离子方程式为 。 2 ② 的物质的量为 ，其在氮气氛围中焙烧后，金属元素的 质量和化合价均保持不变，因此， = ； 时剩余固体的质量为7.60 ， 固体减少的质量为 ，由于碱式盐在受热分解时易变为正盐，氢氧化物分解得到氧化物和 ，碳 酸盐分解得到氧化物和 ，因此，可以推测固体变为 时失去的质量是生成 和 的质量；根据H元素守恒可知，固体分解时生成 的质量为 ，则生成 的质量为 - = ，则生 成 的物质的量为 ，由C元素守恒可知，分解后剩余的 的物质 的量为4×10-5mol- = ，因此可以确定该产物中 的比值为 。 21. (2024·山东卷)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. 1:1 ②. HS 2 （2）热浸 （3）将过量的Fe3+还原为Fe2+ （4） ①. C ②. （5）阳极 【解析】 【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PbCl 沉淀，然后用饱和食盐水热溶，增大氯离子浓度，使PbCl 又 2 2 转化为 ，电解得到Pb；过滤II后的滤液成分主要为 、FeCl 、FeCl ，故加入铅精矿主 2 3 要将FeCl 还原为FeCl ，试剂X将 置换为Ag，得到富银铅泥，试剂X为铅，尾液为FeCl 。 3 2 2 【小问1详解】 “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HS 气体。 2 【小问2详解】 “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Cl， 尾液成分为FeCl ，FeCl 吸收Cl 后转化为FeCl ，可以在热 2 2 2 2 3 浸中循环使用。 【小问3详解】 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 目的是是将将过量的Fe3+还原为Fe2+。 【小问4详解】 “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： 。 【小问5详解】 “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，阳极放电视，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。 22. (2024·湖北卷)铍用于宇航器件的构筑。一种从其铝硅酸盐 中提取铍的路径为： 已知： 回答下列问题： （1）基态 的轨道表示式为_______。 （2）为了从“热熔、冷却”步骤得到玻璃态，冷却过程的特点是_______。 （3）“萃取分液”的目的是分离 和 ，向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液，观察到 的现象是_______。 （4）写出反萃取生成 的化学方程式_______。“滤液2”可以进入_______步骤再利用。 （5）电解熔融氯化铍制备金属铍时，加入氯化钠的主要作用是_______。 （6） 与醋酸反应得到某含4个 的配合物，4个 位于以1个O原子为中心的四面体的4个 顶点，且每个 的配位环境相同， 与 间通过 相连，其化学式为_______。 【答案】（1） （2）快速冷却 （3）无明显现象 （4） ①. ②. 反萃取 （5）增强熔融氯化铍的导电性 （6） 。 【分析】本题是化工流程的综合考察，首先铝硅酸盐先加热熔融，然后快速冷却到其玻璃态，再加入稀硫 酸酸浸过滤，滤渣的成分为HSiO ，“滤液1”中有Be2+和Al3+，加入含HA的煤油将Be2+萃取到有机相中， 2 3 水相1中含有Al3+，有机相为 ，加入过量氢氧化钠反萃取Be2+使其转化为 进入 水相2中，分离出含NaA的煤油，最后对水相2加热过滤，分离出Be(OH) ，通过系列操作得到金属铍， 2 据此回答。 【小问1详解】 基态Be2+的电子排布式为1s2，其轨道表达式为 。【小问2详解】 熔融态物质冷却凝固时，缓慢冷却会形成晶体，快速冷却会形成非晶态，即玻璃态，所以从“热熔、冷 却”中得到玻璃态，其冷却过程的特点为：快速冷却。 【小问3详解】 “滤液1”中有Be2+和Al3+，加入含HA的煤油将Be2+萃取到有机相中，则水相1中含有Al3+，则向过量烧碱 的溶液中逐滴加入少量水相1的溶液，可观察到的现象为：无明显现象。 【小问4详解】 反萃取生成 的化学方程式为 ，滤液 2的主要成分为NaOH，可进入反萃取步骤再利用。 【小问5详解】 氯化铍的共价性较强，电解熔融氯化铍制备金属铍时，加入氯化钠的主要作用为增强熔融氯化铍的导电性。 【小问6详解】 由题意可知，该配合物中有四个铍位于四面体的四个顶点上，四面体中心只有一个O，Be与Be之间总共 有六个CHCOO-，则其化学式为： 。 3 23. (2024·浙江卷1月)固态化合物Y的组成为 ，以Y为原料实现如下转化。 已知： 与溶液A中金属离子均不能形成配合物。 请回答： （1）依据步骤Ⅲ， 、 和 中溶解度最大的是_______。写出溶液C中的所有阴离子 _______。步骤Ⅱ中，加入 的作用是_______。 （2）下列说法正确的是_______。 A. 气体D是形成酸雨的主要成分 B. 固体E可能含有 C. 可溶于 溶液 D. 碱性： （3）酸性条件下，固体 (微溶于水，其还原产物为无色 的)可氧化 为 ，根据该反 应原理，设计实验验证Y中含有 元素_______；写出 转化为 的离子方程式_______。 【答案】（1） ①. MgCO ②. 、 、OH-、Cl- ③. 调节溶液pH值，防止钙离子、 3 镁离子、锰离子转化为氢氧化物的沉淀 （2）BC （3） ①. 取一定量Y于试管中，加入适量硝酸溶解，再加入适量NaBiO，观察到溶液变为紫红色，则 3证明Y中含有锰元素 ②. 【分析】Y中加入盐酸将碳酸根转化为二氧化碳，溶液A中主要有镁离子、锰离子、钙离子、亚铁离子， 氯离子，若酸过量，还有H+，加入氨气和氯化铵将亚铁离子转化为氢氧化亚铁，溶液B中主要含有镁离子、 锰离子、钙离子、铵根离子，氯离子，Ⅲ中又通入CO 将钙离子与锰离子转化为沉淀，据此回答。 2 【小问1详解】 ①MnCO 、CaCO 和 MgCO 是同种类型的沉淀，溶解度大的最后沉淀出来，由于通入二氧化碳，生成的 3 3 3 沉淀是CaCO 和 MgCO ，所以 MgCO 溶解度最大； 3 3 3 ②溶液中加入盐酸引入阴离子氯离子，Ⅲ中又通入CO 引入碳酸根离子，溶液中还有碳酸氢根和氢氧根； 2 【小问2详解】 A．气体是CO 不是形成酸雨的主要成分，故A错误； 2 B．固体E可能含有NaCO，当二氧化碳过量时反应方程式为： ，当二氧化 2 3 碳少量时 ，所以可能含有NaCO，故B正确； 2 3 C．Mn(OH) 可溶于NH Cl溶液，由于NH Cl溶液呈酸性，NH Cl水解产生的H+与Mn(OH) 反应，故C正 2 4 4 4 2 确； D．碱性是Ca(OH) ＞Fe(OH) ，氢氧化钙是强碱，氢氧化亚铁是弱碱，故D错误； 2 2 故选BC。 【小问3详解】 ①酸性条件下，固体NaBiO 可氧化Mn2+为 ，取一定量Y于试管中，加入适量硝酸溶解，再加入适 3 量NaBiO，观察到溶液变为紫红色，则证明Y中含有锰元素； 3 ②根据题目信息可知 。 24．（2023·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 _______。 【答案】(1)做还原剂，将 还原 (2) (3)c (4)不可行 产物中的硫化物与酸反应生成的有毒气体 会污染空气，而且 与盐酸反应生成可溶 于水的 ，导致 溶液中混有 杂质无法除去、最终所得产品的纯度降低 (5) (6) 【分析】由流程和题中信息可知， 与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到 、 、易 溶于水的 和微溶于水的 ；烧渣经水浸取后过滤，滤渣中碳粉和 ，滤液中有 和 ；滤 液经酸化后浓缩结晶得到 晶体； 晶体溶于水后，加入 和 将钡离子充分沉淀 得到 ； 经热分解得到 。 【解析】（1）“焙烧”步骤中， 与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到 、 、 和 ， 被还原为 ，因此，碳粉的主要作用是做还原剂，将 还原。 （2）“焙烧”后固体产物有 、易溶于水的 和微溶于水的 。易溶于水的 与过量的 可以发生复分解反应生成硫化钙沉淀，因此，“浸取”时主要反应的离子方程式为 。 （3）“酸化”步骤是为了将 转化为易溶液于的钡盐，由于硫酸钡和磷酸钡均不溶于水，而 可溶 于水，因此，应选用的酸是盐酸，选c。 （4）如果焙烧后的产物直接用酸浸取是不可行的，其原因是：产物中的硫化物与酸反应生成的有毒气体 会污染空气，而且 与盐酸反应生成可溶于水的 ，导致 溶液中混有 杂质无法除去、 最终所得产品的纯度降低。 （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，该反应的化学方程式为， ， 因此，产生的 = 。 25．（2023·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 ，含有少 2 4 3 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)缎烧窑中，生成LiMn O 反应的化学方程式是_______。 2 4 【答案】(1) MnCO +H SO =MnSO +H O+CO↑ 粉碎菱锰矿 3 2 4 4 2 2 (2)将Fe2+氧化为Fe3+ Fe3+可以催化HO 分解 2 2 (3) 2.8×10-9 Al3+ (4)BaSO 、NiS 4 (5) Mn2++2H O H↑+MnO↓+2H+ 加入Mn(OH) 2 2 2 2 (6)2Li CO+8MnO 4LiMn O+2CO ↑+O ↑ 2 3 2 2 4 2 2 【分析】根据题给的流程，将菱锰矿置于反应器中，加入硫酸和MnO ，可将固体溶解为离子，将杂质中 2 的Fe、Ni、Al等元素物质也转化为其离子形式，同时，加入的MnO 可以将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+；随 2 后将溶液pH调至制约等于7，此时，根据已知条件给出的三种氢氧化物的溶度积可以将溶液中的Al3+沉淀 出来；随后加入BaS，可以将溶液中的Ni2+沉淀，得到相应的滤渣；后溶液中含有大量的Mn2+，将此溶液 置于电解槽中电解，得到MnO ，将MnO 与碳酸锂共同煅烧得到最终产物LiMn O。 2 2 2 4 【解析】（1）菱锰矿中主要含有MnCO ，加入硫酸后可以与其反应，硫酸溶矿主要反应的化学方程式为： 3 MnCO +H SO =MnSO +H O+CO↑；为提高溶矿速率，可以将菱锰矿粉碎；故答案为： 3 2 4 4 2 2 MnCO +H SO =MnSO +H O+CO↑、粉碎菱锰矿。 3 2 4 4 2 2 （2）根据分析，加入MnO 的作用是将酸溶后溶液中含有的Fe2+氧化为Fe3+，但不宜使用HO 氧化Fe2+， 2 2 2 因为氧化后生成的Fe3+可以催化HO 分解，不能使溶液中的Fe2+全部氧化为Fe3+；故答案为：将Fe2+氧化 2 2 为Fe3+、Fe3+可以催化HO 分解。 2 2 （3）溶矿完成以后，反应器中溶液pH=4，此时溶液中c(OH-)=1.0×10-10mol·L-1，此时体系中含有的 c(Fe3+)= =2.8×10-9mol·L-1，这时，溶液中的c(Fe3+)小于1.0×10-5，认为Fe3+已经沉淀完全；用石 灰乳调节至pH≈7，这时溶液中c(OH-)=1.0×10-7mol·L-1，溶液中c(Al3+)=1.3×10-12mol·L-1，c(Ni2+)=5.5×10- 4mol·L-1，c(Al3+)小于1.0×10-5，Al3+沉淀完全，这一阶段除去的金属离子是Al3+；故答案为：2.8×10-9、 Al3+。 （4）加入少量BaS溶液除去Ni2+，此时溶液中发生的离子方程式为BaS+Ni2++SO =BaSO ↓+NiS↓，生成 4 的沉淀有BaSO、NiS。 4（5）在电解槽中，Mn2+发生反应生成MnO ，反应的离子方程式为Mn2++2H O H↑+MnO↓+2H+；电解 2 2 2 2 时电解液中Mn2+大量减少，H+大量增加，需要加入Mn(OH) 以保持电解液成分的稳定；故答案为：Mn2+ 2 +2H O H↑+MnO↓+2H+、加入Mn(OH) 。 2 2 2 2 （6）煅烧窑中MnO 与LiCO 发生反应生成LiMn O，反应的化学方程式为2LiCO+8MnO 2 2 3 2 4 2 3 2 4LiMn O+2CO ↑+O ↑；故答案为：2LiCO+8MnO 4LiMn O+2CO ↑+O ↑。 2 4 2 2 2 3 2 2 4 2 2 26．（2023·湖南卷）超纯 是制备第三代半导体的支撑源材料之一，近年来，我国科技工作者开 发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术，在研制超纯 方面取得了显著成果，工业上 以粗镓为原料，制备超纯 的工艺流程如下： 已知：①金属 的化学性质和 相似， 的熔点为 ； ② (乙醚)和 (三正辛胺)在上述流程中可作为配体； ③相关物质的沸点： 物质 沸点/ 55.7 34.6 42.4 365.8 回答下列问题： (1)晶体 的晶体类型是_______； (2)“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在 的原因是_______，阴极的电极反应式为 _______；(3)“合成 ”工序中的产物还包括 和 ，写出该反应的化学方程式：_______； (4)“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是_______； (5)下列说法错误的是_______； A．流程中 得到了循环利用 B．流程中，“合成 ”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行 C．“工序X”的作用是解配 ，并蒸出 D．用核磁共振氢谱不能区分 和 (6)直接分解 不能制备超纯 ，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯 的理由是_______； (7)比较分子中的 键角大小： _______ (填“>”“<”或“=”)，其原因是 _______。 【答案】(1)分子晶体 (2)保证Ga为液体，便于纯Ga流出 Ga3++3eˉ=Ga (3)8CH I+2EtO+Ga Mg=2 +3 +2 ； 3 2 2 5 (4)CH 4 (5)D (6)NR 沸点较高，易与Ga(CH ) 分离，EtO的沸点低于Ga(CH )，一起气化，难以得到超纯Ga(CH ) 3 3 3 2 3 3 3 3 (7) > Ga(CH ) 中Ga为sp2杂化，所以为平面结构，而Ga(CH )(Et O)中Ga为sp3杂化，所以为四面体 3 3 3 3 2 结构，故夹角较小 【分析】以粗镓为原料，制备超纯 ，粗Ga经过电解精炼得到纯Ga，Ga和Mg反应生产 GaMg，GaMg 和CHI、EtO反应生成 、MgI 和CHMgI，然后经过蒸发溶剂、蒸馏， 2 5 2 5 3 2 2 3 除去残渣MgI 、CHMgI，加入NR 进行配体交换、进一步蒸出得到超纯 ，EtO重复利用，据此 2 3 3 2 解答。 【解析】（1）晶体 的沸点较低，晶体类型是分子晶体；（2）电解池温度控制在 可以保证Ga为液体，便于纯Ga流出；粗Ga在阳极失去电子，阴极得到 Ga，电极反应式为Ga3++3eˉ=Ga； （3）“合成 ”工序中的产物还包括 和 ，该反应的化学方程式 8CHI+2EtO+Ga Mg=2 +3 +2 ； 3 2 2 5 （4）“残渣”含 ，经纯水处理，能产生可燃性气体CH； 4 （5）A.根据分析，流程中 得到了循环利用，A正确； B. 容易和水反应，容易被氧化，则流程中，“合成 ”至“工序X”需在无水无氧 的条件下进行，B正确； C. “配体交换”得到 ，“工序X”先解构 后蒸出 ，C正确； D.二者甲基的环境不同，核磁共振氢谱化学位移不同，用核磁共振氢谱能区分 和 ，D错误； 故选D； （6）直接分解 时由于EtO的沸点较低，与Ga(CH ) 一起蒸出，不能制备超纯 ， 2 3 3 而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯 的理由是，根据题给相关物质沸点可知，NR 沸点远高 3 于Ga(CH )，与Ga(CH ) 易分离； 3 3 3 3 （7）分子中的 键角 > ，其原因是Ga(CH ) 中Ga为sp2杂化，所以为 3 3 平面结构，而Ga(CH )(Et O)中Ga为sp3杂化，所以为四面体结构，故夹角较小。 3 3 2 27．（2023·山东卷）盐湖卤水(主要含 、 和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种 以高镁卤水为原料经两段除镁制备 的工艺流程如下： 已知：常温下， 。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。 回答下列问题： (1)含硼固体中的 在水中存在平衡： (常温下， )； 与 溶液反应可制备硼砂 。常温下，在 硼砂溶液中，水解生成等物质的量浓度的 和 ，该水解反应的离子方程式为_____，该溶 液 _____。 (2)滤渣Ⅰ的主要成分是_____(填化学式)；精制Ⅰ后溶液中 的浓度为 ，则常温下精制Ⅱ过程中 浓度应控制在_____ 以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收 外，还将增加_____的 用量(填化学式)。 (3)精制Ⅱ的目的是_____；进行操作 时应选择的试剂是_____，若不进行该操作而直接浓缩，将导致 _____。 【答案】(1) (2) 纯碱 (3)加入纯碱将精制Ⅰ所得滤液中的 转化为 （或除去精制Ⅰ所得滤液中的 ），提高 纯度 盐酸 浓缩液中因 浓度过大使得 过早沉淀，即浓缩结晶得到的 中会混有 ，最终所得 的产率减小 【分析】由流程可知，卤水中加入盐酸脱镁后过滤，所得滤液经浓缩结晶后得到晶体，该晶体中含有 Na+、Li+、Cl-、 等，焙烧后生成HCl气体；烧渣水浸后过滤，滤液中加生石灰后产生沉淀，在此条件 下溶解度最小的是 ，则滤渣Ⅰ的主要成分为 ；由于 微溶于水，精制Ⅰ所得滤液中再加 纯碱又生成沉淀，则滤渣Ⅱ为 ;精制Ⅱ所得滤液经操作X后，所得溶液经浓缩结晶、过滤得到氯化 钠，浓缩后的滤液中加入饱和碳酸钠溶液沉锂，得到 。 【解析】（1）含硼固体中的 在水中存在平衡： (常温下， )； 与 溶液反应可制备硼砂 。常温下.在 硼砂溶液 中， 水解生成等物质的量浓度的 和 ，该水解反应的离子方程式为 ，由B元素守恒可知， 和 的浓度均为 ， ，则该溶液 。 （2）由分析可知，滤渣I的主要成分是 ；精制I后溶液中 的浓度为2.0 ，由 可知，则常温下精制Ⅱ过程中 浓度应控制在 以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收HCl外，后续在浓缩结晶时将生成更多的氯化钠晶体， 因此，还将增加纯碱（ ）的用量。 （3）精制Ⅰ中，烧渣水浸后的滤液中加生石灰后产生的滤渣Ⅰ的主要成分为 ；由于 微溶于 水，精制Ⅰ所得滤液中还含有一定浓度的 ，还需要除去 ，因此，精制Ⅱ的目的是：加入纯碱将精 制Ⅰ所得滤液中的 转化为 （或除去精制Ⅰ所得滤液中的 ），提高 纯度。操作X是为了除去剩余的碳酸根离子，为了防止引入杂质离子，应选择的试剂是盐酸；加入盐酸的目的是除去剩余 的碳酸根离子，若不进行该操作而直接浓缩，将导致浓缩液中因 浓度过大使得 过早沉淀，即浓缩 结晶得到的 中会混有 ，最终所得 的产率减小。 28．（2023·北京卷）以银锰精矿(主要含 、 、 )和氧化锰矿(主要含 )为原料联合提取银 和锰的一种流程示意图如下。 已知：酸性条件下， 的氧化性强于 。 (1) “浸锰”过程是在 溶液中使矿石中的锰元素浸出，同时去除 ，有利于后续银的浸出：矿石中 的银以 的形式残留于浸锰渣中。 ①“浸锰”过程中，发生反应 ，则可推断： __________(填“>”或 “<”) 。 ②在 溶液中，银锰精矿中的 和氧化锰矿中的 发生反应，则浸锰液中主要的金属阳离子有 __________。 (2) “浸银”时，使用过量 和 的混合液作为浸出剂，将 中的银以 形式浸出。 ①将“浸银”反应的离子方程式补充完整：__________。 ②结合平衡移动原理，解释浸出剂中 的作用：____________________。 (3) “沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂。 ①该步反应的离子方程式有______________________________。 ②一定温度下， 的沉淀率随反应时间的变化如图所示。解释 分钟后 的沉淀率逐渐减小的原因： ______________。 (4)结合“浸锰”过程，从两种矿石中各物质利用的角度，分析联合提取银和锰的优势：________。 【答案】(1) > 、(2) 是为了与 电离出的 结合生成 ， 使平衡正向移动，提高 的浸出率； 是为了抑制 水解，防止生成 沉淀 (3) 、 被氧气氧化为 ， 把 氧化为 (4)可将两种矿石中的锰元素同时提取到浸锰液中，得到 ，同时将银元素和锰元素分离开；生成的 还可以用于浸银，节约氧化剂 【分析】银锰精矿(主要含 、 、 )和氧化锰矿(主要含 )混合加 溶液，使矿石中的 锰元素浸出，同时去除 ，矿石中的银以 的形式残留于浸锰渣中，浸锰液中主要的金属阳离子有 、 ；浸锰渣中 与过量 和 的混合液反应，将 中的银以 形式浸 出，用铁粉把 还原为金属银。 【解析】（1）①“浸锰”过程中，矿石中的银以 的形式残留于浸锰渣中， 发生反应 ，硫化锰溶于强酸而硫化银不溶于强酸，则可推断： > ； ②根据信息，在 溶液中二氧化锰可将 氧化为 ，自身被还原为 ，则浸锰液中主要的金 属阳离子有 、 。 （2）① 中S元素化合价升高，Fe元素化合价降低，根据得失电子守恒、元素守恒，该离子方程式为 ； ② 是为了与 电离出的 结合生成 ，使平衡正向移动，提高 的浸出率； 是为了 抑制 水解，防止生成 沉淀。 （3）①铁粉可将 还原为单质银，过量的铁粉还可以与铁离子发生反应，因此离子方程式为 、 ； ②溶液中生成的 会被空气中的氧气缓慢氧化为 ， 把部分 氧化为 ，因此 后银的沉 淀率逐渐降低。 （4）联合提取银和锰的优势在于“浸锰”过程可将两种矿石中的锰元素同时提取到浸锰液中，将银元素 和锰元素分离开，利用 的氧化性将 中的 氧化为 ，同时生成的 还可以用于浸银，节 约氧化剂，同时得到 。 29．（2023·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。【答案】(1) (2)BC (3)坩埚 (4)杂质中含有 ，在控温煅烧过程中分解或被氧化为气体而除去。 (5) (6)8 【分析】本题为一道无机物制备类的工业流程题，首先向氢氧化钠溶液中滴加硫酸锌溶液并搅拌，此时生 成 ，分离出 后再控温煅烧生成纳米氧化锌，进一步处理后得到最终产品，以此解 题。 【解析】（1）初始滴入 溶液时，氢氧化钠过量，根据信息①可知，体系中主要含锌组分的化学式 是 ； （2）A．步骤Ⅰ，搅拌可以使反应物充分接触，加快反应速率，避免反应物浓度局部过高，A正确； B．根据信息①可知，氢氧化钠过量时，锌的主要存在形式是 ，不能生成 ，B错误； C．由信息②可知， 以下稳定，故在用 的热水洗涤时会导致， 分解为其他 物质，C错误； D．由流程可知，控温煅烧时 会转化为纳米氧化锌，故控温煅烧的目的是为了控制 的颗粒 大小，D正确； 故选BC； （3）给固体药品加热时，应该用坩埚，故步骤Ⅲ，盛放样品的容器名称是坩埚； （4）两者反应时，除了生成固体ZnO外，还会生成二氧化碳，氨气和水蒸气，即杂志都是气体，故沉淀 不需要洗涤的原因是：杂质中含有 ，在控温煅烧过程中分解或被氧化为气体而除去； （5）为了使测定结果尽可能准确，故可以用分析天平称量ZnO的质量，选择d，随后可以用酸来溶解氧化 锌，故选g，溶解后可以用容量瓶配制一定浓度的溶液，故选c(f)，再用移液管量取一定体积的配好的溶液 进行实验，故选h，故答案为： ； （6）人血浆铜蓝蛋白的物质的量n(人血浆铜蓝蛋白)= ，由于实验测得荧光强 度比值为10.2，则铜离子浓度n(Cu2+)= ，则则1个血浆铜蓝蛋白分子中含 8个铜原子。 30．（2022·全国甲卷）硫酸锌(ZnSO )是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。 4 硫酸锌可由菱锌矿制备。菱锌矿的主要成分为ZnCO ，杂质为SiO 以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其 3 2 制备流程如下：本题中所涉及离子的氯氧化物溶度积常数如下表： 离 Fe3+ Zn2+ Cu2+ Fe2+ Mg2+ 子 K sp 4.01038 6.71017 2.21020 8.01016 1.81011 回答下列问题： (1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为_______。 (2)为了提高锌的浸取效果，可采取的措施有_______、_______。 (3)加入物质X调溶液pH=5，最适宜使用的X是_______(填标号)。 A．NH H O B．Ca(OH) C．NaOH 3 2 2 滤渣①的主要成分是_______、_______、_______。 (4)向80~90℃的滤液①中分批加入适量KMnO 溶液充分反应后过滤，滤渣②中有MnO ，该步反应的离 4 2 子方程式为_______。 (5)滤液②中加入锌粉的目的是_______。 (6)滤渣④与浓H SO 反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是_______、_______。 2 4 焙烧 【答案】(1)ZnCO ZnO+CO ↑ 3 2 (2) 将焙烧后的产物碾碎，增大接触面积 增大硫酸的浓度等 (3) B Fe(OH) CaSO SiO 3 4 2 (4)3Fe2++MnO- +7H O=3Fe(OH) ↓+MnO↓+5H+ 4 2 3 2 (5)置换Cu2+为Cu从而除去 (6) CaSO MgSO 4 4 【解析】由题干信息，菱锌矿的主要成分为ZnCO ，杂质为SiO 以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物，结合 3 2 焙烧 流程图分析，菱锌矿焙烧，主要发生反应ZnCO ZnO+CO ↑，再加入HSO 酸浸，得到含Zn2+、Ca2+、 3 2 2 4 Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+的溶液，加入物质X调节pH=5，结合表格数据，过滤得到Fe(OH) 、CaSO、SiO 3 4 2 的滤渣①，滤液①中主要含有Zn2+、Cu2+、Mg2+、Ca2+、Fe2+，再向滤液①中加入KMnO 溶液氧化Fe2+，过 4 滤得到Fe(OH) 和MnO 的滤渣②，滤液②中加入锌粉，发生反应Zn+Cu2+=Zn2+=Cu，过滤后得到滤渣③为 3 2 Cu，再向滤液③中加入HF脱钙镁，过滤得到滤渣④为CaF 、MgF ，滤液④为ZnSO 溶液，经一系列处理 2 2 4 得到ZnSO·7H O，据此分析解答。 4 2焙烧 (1)由分析，焙烧时，生成ZnO的反应为：ZnCO ZnO+CO ↑； 3 2 (2)可采用将焙烧后的产物碾碎，增大接触面积、增大硫酸的浓度等方式提高锌的浸取率； (3)A．NH ·H O易分解产生NH 污染空气，且经济成本较高，故A不适宜；B．Ca(OH) 不会引入新的杂质， 3 2 3 2 且成本较低，故B适宜；C．NaOH会引入杂质Na+，且成本较高，C不适宜；故答案选B； 当沉淀完全时(离子浓度小于10-5mol/L)，结合表格Ksp计算各离子完全沉淀时pH＜5的只有Fe3+，故滤渣 ①中有Fe(OH) ，又CaSO 是微溶物，SiO 不溶于酸，故滤渣①的主要成分是Fe(OH) 、CaSO、SiO； 3 4 2 3 4 2 (4)向80~90℃滤液①中加入KMnO 溶液，可氧化Fe2+，得到Fe(OH) 和MnO 的滤渣②，反应的离子方程 4 3 2 式为3Fe2++MnO- +7H O=3Fe(OH) ↓+MnO↓+5H+； 4 2 3 2 (5)滤液②中加入锌粉，发生反应Zn+Cu2+=Zn2+=Cu，故加入锌粉的目的为置换Cu2+为Cu从而除去； (6)由分析，滤渣④为CaF 、MgF ，与浓硫酸反应可得到HF，同时得到的副产物为CaSO、MgSO 。 2 2 4 4 31．（2022·福建卷）粉煤灰是火电厂的大宗固废。以某电厂的粉煤灰为原料(主要含 和 等)提铝的工艺流程如下： 回答下列问题： (1)“浸出”时适当升温的主要目的是_______， 发生反应的离子方程式为_______。 (2)“浸渣”的主要成分除残余 外，还有_______。实验测得， 粉煤灰( 的质量分数为 )经 浸出、干燥后得到 “浸渣”( 的质量分数为 )， 的浸出率为_______。 (3)“沉铝”时，体系中三种物质的溶解度曲线如下图所示，加入 沉铝的目的是_______，“沉铝”的 最佳方案为_______。 (4)“焙烧”时，主要反应的化学方程式为_______。 (5)“水浸”后得到的“滤液2”可返回_______工序循环使用。【答案】(1)提高浸出率(或提高浸出速率) (2) 和 84% (3)使更多的铝元素转化为晶体析出，同时保证晶体纯度 高温溶解再冷却结晶 (4) 或 (5)沉铝 【分析】粉煤灰为原料(主要含SiO、Al O 和CaO等)加入硫酸，浸渣为二氧化硅、硫酸钙，加入硫酸钾， 2 2 3 产生复盐明矾沉铝，干燥脱水，焙烧产生氧化铝、硫酸钾和二氧化硫或三氧化硫气体，水浸除去硫酸钾， 得到氧化铝。 【解析】（1）温度高速率大，“浸出”时适当升温的主要目的是提高反应速率，提高浸出率；Al O 和 2 3 HSO 发生反应生成Al (SO ) 和HO，离子反应方程式为Al O+6H+=2Al3++3H O； 2 4 2 4 3 2 2 3 2 故答案为：提高浸出率(或提高浸出速率)；Al O+6H+=2Al3++3H O。 2 3 2 （2）“浸渣”的主要成分除残余Al O 外，还有二氧化硅、硫酸钙；5.0g粉煤灰Al O 的质量为 2 3 2 3 5.0g×30%=1.5g，3.0g“浸渣”Al O 的质量为3.0g×8%=0.24g，则Al O 的浸出率为 ； 2 3 2 3 故答案为：SiO 和CaSO；84%。 2 4 （3）根据沉铝体系中，Al (SO )·18H O溶解度最大，KAl(SO )·12H O溶解度最小，更容易析出，加入 2 4 3 2 4 2 2 KSO 沉铝的目的是更多的使Al (SO ) 转化为KAl(SO )·12H O，使更多的铝元素转化为晶体析出，同时保 2 4 2 4 3 4 2 2 证晶体纯度；KAl(SO )·12H O溶解度受温度影响较大，“沉铝”的最佳方案为高温溶解再冷却结晶； 4 2 2 故答案为：使更多的铝元素转化为晶体析出，同时保证晶体纯度；高温溶解再冷却结晶。 （4）“焙烧”时，KAl(SO ) 分解为KSO 、Al O 和SO 或KSO 、Al O、SO 和O，反应方程式为 4 2 2 4 2 3 3 2 4 2 3 2 2 2KAl(SO ) KSO +AlO+3SO↑或4KAl(SO ) 2KSO +2AlO+6SO↑+3O ↑； 4 2 2 4 2 3 3 4 2 2 4 2 3 2 2 故答案为：2KAl(SO ) KSO +AlO+3SO↑或4KAl(SO ) 2KSO +2AlO+6SO↑+3O ↑。 4 2 2 4 2 3 3 4 2 2 4 2 3 2 2 （5）“水浸”后得到的“滤液2”成分为KSO ，可在沉铝工序循环使用； 2 4 故答案为：沉铝。 32．（2022·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 )联合焙烧法制各 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Bi的目的是_______。 (7)将100kg辉铋矿进行联合焙烧，转化时消耗1.1kg金属Bi，假设其余各步损失不计，干燥后称量 产品质量为32kg，滴定测得产品中Bi的质量分数为78.5%。辉铋矿中Bi元素的质量分数为_______。 【答案】(1)ab (2) (3)抑制金属离子水解 (4)SiO 2 (5) (6)将Fe3+转化为Fe2+ (7)24.02% 【分析】已知①焙烧时过量的 分解为 ， 转变为 ， 在空气中单独焙烧生成 和二氧化硫，经过酸浸，滤渣为二氧化硅， 与浓盐酸生成A氯气，滤液中含有Bi3+、Fe3+，加入Bi将 Fe3+转化为Fe2+，调节pH得到 ，据此分析解题。 【解析】（1）为提高焙烧效率，可采取的措施为：进一步粉碎矿石增大与氧气的接触面积；鼓入适当过 量的空气 使燃烧更加充分，故选ab； （2） 在空气中单独焙烧生成 和二氧化硫，反应的化学方程式为 ； （3）“酸浸”中由于铁离子、Bi3＋易水解，因此溶浸时加入过量浓盐酸的目的是防止FeCl 及BiCl 水解生 3 3 成不溶性沉淀，提高原料的浸出率；过量浓盐酸的作用为：①充分浸出 和 ；②抑制金属离子水解；（4）由于SiO 不溶于酸和水中，故滤渣的主要成分为SiO； 2 2 （5）A为氯气，生成气体A的离子方程式为 ； （6）金属活动性： ，Fe3+在pH为1.6时则产生沉淀，为了铁元素不以沉淀形式出现故加入 金属Bi将Fe3+转化为Fe2+，形成氯化亚铁溶液； （7）辉铋矿中Bi元素的质量分数为 。 33．（2022·山东卷）工业上以氟磷灰石[Ca FPO  ，含SiO 等杂质]为原料生产磷酸和石膏，工艺流程如 5 4 3 2 下： 回答下列问题： (1)酸解时有HF产生。氢氟酸与SiO 2 反应生成二元强酸H 2 SiF 6 ，离子方程式为_______。 (2)部分盐的溶度积常数见下表。精制Ⅰ中，按物质的量之比nNa CO :n  SiF2- =1:1加入Na CO 脱氟， 2 3 6 2 3 充分反应后，c  Na+ =_______molL-1；再分批加入一定量的BaCO ，首先转化为沉淀的离子是_______。 3 BaSiF Na SiF CaSO BaSO 6 2 6 4 4 K 1.0106 4.0106 9.0104 1.01010 sp (3)SO2- 浓度(以SO %计)在一定范围时，石膏存在形式与温度、H PO 浓度(以PO %计)的关系如图甲所 4 3 3 4 2 5 示。酸解后，在所得100℃、PO %为45的混合体系中，石膏存在形式为_______(填化学式)；洗涤时使用 2 5 一定浓度的硫酸溶液而不使用水，原因是_______，回收利用洗涤液X的操作单元是_______；一定温度下， 石膏存在形式与溶液中PO %和SO %的关系如图乙所示，下列条件能实现酸解所得石膏结晶转化的是 2 5 3 _______(填标号)。 A．65℃、PO %=15、SO %=15 B．80℃、PO %=10、SO %=20 2 5 3 2 5 3C．65℃、PO %=10、SO %=30 D．80℃、PO %=10、SO %=10 2 5 3 2 5 3 【答案】(1)6HF+SiO =2H++SiF2 +2H O 2 6 2 (2) 2.0102 SO2 4 (3) CaSO•0.5HO 减少CaSO 的溶解损失，提高产品石膏的产率 酸解 D 4 2 4 【解析】氟磷灰石用硫酸溶解后过滤，得到粗磷酸和滤渣，滤渣经洗涤后结晶转化为石膏；粗磷酸以精制 I脱氟、除硫酸根离子和SiF2 ，过滤，滤液经精制II等一系列操作得到磷酸。 6 (1)氢氟酸与SiO 反应生成二元强酸HSiF，该反应的离子方程式为6HF+SiO =2H++SiF2 +2H O。 2 2 6 2 6 2 (2)精制1中，按物质的量之比n(Na CO):n(SiF2 )= 1:1加入NaCO 脱氟，该反应的化学方程式为HSiF+ 2 3 6 2 3 2 6 NaCO= Na SiF↓+CO ↑+ H O，充分反应后得到沉淀NaSiF，溶液中有饱和的NaSiF，且c(Na+)=2c( 2 3 2 6 2 2 2 6 2 6 4.0106 )，根据NaSiF 的溶度积可知Ksp= c2(Na+)• c( )=4c3( )，c( ) =3 1.0102 SiF2 2 6 SiF2 SiF2 SiF2 4 6 6 6 6 mol•L-1，因此c(Na+)=2c(SiF2 )=2.0102mol•L-1；同时，粗磷酸中还有硫酸钙的饱和溶液，c(Ca2+)=c(SO2 6 4 )= 9.0104 3.0102mol•L-1；分批加入一定量的BaCO ，当BaSiF 沉淀开始生成时，c(Ba2+)= 3 6 1.0106 1.01010 1.0103 mol•L-1，当BaSO 沉淀开始生成时，c(Ba2+)= 3.3109 mol•L-1，因此，首 1.0103 4 3.0102 先转化为沉淀的离子是SO2，然后才是SiF2。 4 6 (3)根据图中的坐标信息，酸解后，在所得100℃、PO%为45的混合体系中，石膏存在形式为 2 5 CaSO•0.5HO；CaSO 在硫酸中的溶解度小于在水中的，因此，洗涤时使用一定浓度的硫酸溶液而不使用 4 2 4 水的原因是：减少CaSO 的溶解损失，提高产品石膏的产率；洗涤液X中含有硫酸，其具有回收利用的价 4 值，由于酸解时使用的也是硫酸，因此，回收利用洗涤液X的操作单元是：酸解。由图甲信息可知，温度 越低，越有利于实现酸解所得石膏结晶的转化，由图乙信息可知，位于65℃线上方的晶体全部以 CaSO•0.5HO形式存在，位于80℃线下方，晶体全部以CaSO•2H O形式存在，在两线之间的以两种晶体 4 2 4 2 的混合物形式存在： A． PO%= l5、SO %= 15，由图乙信息可知，该点坐标位于两个温度线之间，故不能实现晶体的完全转 2 5 3 化，A不符合题意； B． PO%= 10、SO %= 20，由图乙信息可知，该点坐标位于两个温度线（65℃、80℃）之间，故不能实 2 5 3 现晶体的完全转化， B不符合题意； C．PO%= 10、SO %= 30，由图乙信息可知，该点坐标位于，该点坐标位于65℃线上方，晶体全部以 2 5 3 CaSO•0.5HO形式存在，故不能实现晶体转化， C不符合题意； 4 2 D． PO%=10、SO %= 10，由图乙信息可知，该点坐标位于80℃线下方，晶体全部以CaSO•2H O形式 2 5 3 4 2 存在，故能实现晶体的完全转化，D符合题意； 综上所述，能实现酸解所得石膏结晶转化的是D。 34．（2022·广东卷）稀土(RE)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 C H COOH 熔点为44C；月桂酸和 C H COO RE均难溶于水。该工艺条件下，稀土 11 23 11 23 3 离子保持3价不变； C H COO Mg的K 1.8108 ，Al(OH) 开始溶解时的pH为8.8；有关金属离子 11 23 2 sp 3 沉淀的相关pH见下表。 离子 Mg2 Fe3 Al3 RE3 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NaOH溶液调pH至_______的 范围内，该过程中Al3发生反应的离子方程式为_______。 (3)“过滤2”后，滤饼中检测不到Mg元素，滤液2中Mg2浓度为2.7gL1。为尽可能多地提取RE3，可提 高月桂酸钠的加入量，但应确保“过滤2”前的溶液中c  C 11 H 23 COO- 低于_______molL1(保留两位有效数 字)。 (4)①“加热搅拌”有利于加快RE3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Pt Y。 3 ①还原YCl 和PtCl 熔融盐制备Pt Y时，生成1molPt Y转移_______mol电子。 3 4 3 3 ②Pt Y/C用作氢氧燃料电池电极材料时，能在碱性溶液中高效催化O 的还原，发生的电极反应为_______。 3 2 【答案】(1)Fe2+ (2) 4.7pH<6.2 Al3 3OH  AlOH 3  (3)4.010-4 (4) 加热搅拌可加快反应速率 冷却结晶 (5)MgSO 4 (6) 15 O+4e-+2H O=4OH- 2 2 【解析】由流程可知，该类矿(含铁、铝等元素)加入酸化MgSO 溶液浸取，得到浸取液中含有RE3、 4 Mg2、Fe2、Fe3、Al3、SO 4 2 等离子，经氧化调pH使Fe3、Al3形成沉淀，经过滤除去，滤液1中含 有RE3、Mg2、SO 4 2等离子，加入月桂酸钠，使RE3形成 C 11 H 23 COO 3 RE沉淀，滤液2主要含有 MgSO 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 4 RECl 溶液。 3(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，Al3沉淀完全的pH为4.7，而RE3开始沉淀的pH为6.2~7.4，所以为保证Fe3、Al3 沉淀完全，且RE3不沉淀，要用NaOH溶液调pH至4.7pH<6.2的范围内，该过程中Al3发生反应的离子 方程式为Al3 3OH  AlOH 3 ，故答案为：4.7pH<6.2；Al3 3OH  AlOH 3 ； (3)滤液2中Mg2浓度为2.7gL1，即0.1125mol/L，根据K [C H COO Mg]=c(Mg2)c2 C H COO- ， sp 11 23 2 11 23 若要加入月桂酸钠后只生成 C H COO RE，而不产生 C H COO Mg，则 11 23 3 11 23 2 K C H COO Mg c  C H COO-  sp 11 23 2  = 1.8108 =4 10-4 ，故答案为：4 10-4； 11 23 c(Mg2) 0.1125  molL1  (4)①“加热搅拌”有利于加快RE3溶出、提高产率，其原因是加热搅拌可加快反应速率，故答案为：加 热搅拌可加快反应速率； ② “操作X”的结果是分离出月桂酸，由信息可知，月桂酸 C H COOH 熔点为44C，故“操作X”的过 11 23 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MgSO ，故答案为：MgSO ； 4 4 (6)①YCl 中Y为+3价，PtCl 中Pt为+4价，而Pt Y中金属均为0价，所以还原YCl 和PtCl 熔融盐制备 3 4 3 3 4 Pt Y时，生成1molPt Y转移15mol电子，故答案为：15； 3 3 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O+4e-+2H O=4OH，故答案为： 2 2 O+4e-+2H O=4OH-。 2 2 35．（2022·北京卷）铵浸法由白云石[主要成分为CaMgCO  ，含FeO，SiO 杂质]制备高纯度碳酸钙 3 2 2 3 2 和氧化镁。其流程如下： 已知： 物 Ca(OH) Mg(OH) CaCO MgCO 2 2 3 3 质 K 5.5106 1.81012 2.8109 3.5108 sp (1)煅烧白云石的化学方程式为___________。 (2)根据下表数据分析：nNH 4 Cl:n(CaO) CaO浸出率/% MgO 浸出率/% wCaCO 3  理论值/% wCaCO 3  实测值/% 2.1:1 98.4 1.1 99.7 - 2.2:1 98.8 1.5 99.2 99.5 2.3:1 98.9 1.8 98.8 99.5 2.4:1 99.1 6.0 95.6 97.6 已知：i．对浸出率给出定义 ii．对wCaCO  给出定义 3 ①“沉钙”反应的化学方程式为___________。 ②CaO浸出率远高于MgO浸出率的原因为___________。 ③不宜选用的“nNH Cl:n(CaO)”数值为___________。 4 ④wCaCO  实测值大于理论值的原因为___________。 3 ⑤蒸馏时，随馏出液体积增大，MgO浸出率可出68.7%增加至98.9%，结合化学反应原理解释MgO浸出 率提高的原因为___________。 (3)滤渣C为___________。 (4)可循环利用的物质为___________。 高温 【答案】(1)CaMg(CO ) CaO+MgO+2CO ↑ 3 2 2 (2) CaCl +NH·H O+CO=CaCO ↓+NHCl+H O Ca(OH) 的溶度积大于Mg(OH) ，溶液中Ca(OH) 能与 2 3 2 2 3 4 2 2 2 2 NH Cl反应，而Mg(OH) 不能 2.4：1 反应加入的CaO也转化为CaCO Mg(OH) +(NH)SO 4 2 3 2 4 2 4 Δ MgSO +2NH↑+2H O，蒸馏时，NH 逸出促进NH 水解，溶液中H+浓度增大，有利于Mg(OH) 完全转 4 3 2 3 + 2 4 化为MgSO 4 (3)SiO、Fe O 2 2 3 (4)NH Cl、(NH )SO 4 4 2 4 【解析】由题给流程可知，白云石煅烧时，CaMg(CO ) 高温分解生成氧化钙和氧化镁，向煅烧后的固体中 3 2 加入氯化铵溶液和氧化钙，氧化钙和氯化铵溶液反应生成氯化钙和一水合氨，氧化镁与水反应生成氢氧化 镁，过滤得到含有氯化钙、一水合氨的滤液A和含有氢氧化镁、氧化铁、二氧化硅的滤渣B；向滤液A中 通入二氧化碳，二氧化碳与滤液A反应、过滤得到碳酸钙沉淀和氯化铵溶液；向滤渣B中加入硫酸铵溶液 蒸馏，将氢氧化镁转化为硫酸镁，氧化铁、二氧化硅与硫酸铵溶液不反应，过滤得到含有氧化铁、二氧化 硅的滤渣C和含有硫酸镁的滤液D；向滤液D中加入碳酸铵溶液，碳酸铵溶液与滤液D反应、过滤得到碳 酸镁沉淀和硫酸铵溶液，煅烧碳酸镁得到氧化镁，制备分离过程中氯化铵溶液和硫酸铵溶液可以循环利用。 (1)由分析可知，白云石煅烧时，CaMg(CO ) 高温分解生成氧化钙、氧化镁和二氧化碳，反应的化学方程式 3 2高温 高温 为CaMg(CO ) CaO+MgO+2CO ↑，故答案为：CaMg(CO ) CaO+MgO+2CO ↑； 3 2 2 3 2 2 (2)①由分析可知，“沉钙”时发生的反应为二氧化碳与氯化钙和一水合氨混合溶液反应生成碳酸钙沉淀、 氯化铵和水，反应的化学方程式为CaCl +NH·H O+CO=CaCO ↓+NHCl+H O，故答案为： 2 3 2 2 3 4 2 CaCl +NH·H O+CO=CaCO ↓+NHCl+H O； 2 3 2 2 3 4 2 ②由题给溶度积数据可知，氢氧化钙的溶度积大于氢氧化镁，溶液中氢氧化钙的浓度大于氢氧化镁，能与 氯化铵溶液反应生成氯化钙和一水合氨，而氢氧化镁不能反应，所以氧化钙的浸出率远高于氧化镁，故答 案为：Ca(OH) 的溶度积大于Mg(OH) ，溶液中Ca(OH) 能与NH Cl反应，而Mg(OH) 不能； 2 2 2 4 2 ③由题给数据可知，氯化铵和氧化钙的物质的量比为2.4：1时，氧化镁的浸出率最高，而碳酸钙的质量分 数无论是理论值还是实测值都最低，所以不宜选用的物质的量比为2.4：1，故答案为：2.4：1； ④硫酸铵是强酸弱碱盐，铵根离子在溶液中的水解反应为吸热反应，加热蒸馏时，氨气逸出促进铵根离子 水解，溶液中氢离子浓度增大，有利于氢氧化镁完全溶解转化为硫酸铵，所以氧化镁浸出率提高，故答案 Δ 为：Mg(OH) +(NH)SO MgSO +2NH↑+2H O，蒸馏时，NH 逸出促进NH 水解，溶液中H+浓度增大， 2 4 2 4 4 3 2 3 + 4 有利于Mg(OH) 完全转化为MgSO ； 2 4 (3)由分析可知，滤渣C为氧化铁、二氧化硅，故答案为：SiO、Fe O； 2 2 3 (4)由分析可知，制备分离过程中氯化铵溶液和硫酸铵溶液可以循环利用，故答案为：NH Cl、(NH )SO 。 4 4 2 4 36．（2022·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)。【答案】(1) Fe O SiO 2 3 2 (2)增大固液接触面积，加快反应速率，提高黄铁矿的利用率 (3)7Fe (SO )+FeS +8H O=15FeSO +8H SO 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) + +6H+=6Fe(NH)Fe(CN) +3H O+Cl-+ 4 2 6 4 6 2 (6) H O NH ·H O 2 2 3 2 【分析】已知黄铁矿高温煅烧生成Fe O，反应原理为：4FeS+11O 2Fe O+8SO，故产生的红渣主要 2 3 2 2 2 3 2 成分为Fe O 和SiO，将红渣粉碎后加入足量的50%的HSO 溶液加热充酸浸，反应原理为： 2 3 2 2 4 Fe O+3H SO =Fe (SO )+3H O，过滤出滤渣①，主要成分为SiO，向滤液中加入黄铁矿进行还原，将 2 3 2 4 2 4 3 2 2 Fe3+还原为Fe2+，由(3)小问可知不生成S沉淀，则硫元素被氧化为 ，反应原理为：14Fe3+ +FeS +8H O=15Fe2++2 +16H+，然后进行工序①为蒸发浓缩、冷却结晶，得到FeSO 晶体和母液主要含 2 2 4 有FeSO 溶液和HSO ，加水溶解FeSO 晶体，向所得溶液中加入(NH )SO 、K[Fe(CN) ]并用HSO 调节 4 2 4 4 4 2 4 4 6 2 4 溶液的pH为3，进行沉铁过程，反应原理为：Fe2++2 +[Fe(CN)]3-=Fe(NH)Fe(CN) ↓，然后过滤出沉淀， 6 4 2 6 洗涤后加入HSO 和NaClO 进行氧化步骤，反应原理为：6Fe(NH )Fe(CN) + 2 4 3 4 2 6 +6H+=6Fe(NH)Fe(CN) +3H O+Cl-+6 ，过滤、洗涤干燥即制得Fe(NH )Fe(CN) ，据此分析解题。 4 6 2 4 6 【解析】（1）由分析可知，红渣的主要成分为：Fe O，滤渣①的主要成分为：SiO，故答案为：Fe O； 2 3 2 2 3 SiO； 2 （2）黄铁矿研细的主要目的是增大固液接触面积，加快反应速率，提高黄铁矿的利用率，故答案为：增 大固液接触面积，加快反应速率，提高黄铁矿的利用率； （3）由分析可知，还原工序中，不产生S单质沉淀，则硫元素被氧化为 ，反应原理为：14Fe3+ +FeS +8H O=15Fe2++2 +16H+，故化学方程式为：7Fe (SO )+FeS +8H O=15FeSO +8H SO ，故答案为： 2 2 2 4 3 2 2 4 2 4 7Fe (SO )+FeS +8H O=15FeSO +8H SO ； 2 4 3 2 2 4 2 4 （4）由分析可知，工序①的名称为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，所得母液主要含有FeSO 溶液和 4 HSO 可以循环利用，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤； 2 4 （5）沉铁工序中产生的白色沉淀Fe(NH )Fe(CN) 中Fe的化合价为+2价和[Fe(CN) ]4-中的+3价，由分析可 4 2 6 6 知，氧化工序所发生的离子方程式为：6Fe(NH )Fe(CN) + +6H+=6Fe(NH)Fe(CN) +3H O+Cl-+6 ， 4 2 6 4 6 2 故答案为：+2；6Fe(NH )Fe(CN) + +6H+=6Fe(NH)Fe(CN) +3H O+Cl-+6 ； 4 2 6 4 6 2 （6）由分析可知，还原工序所得的滤液中主要含有 FeSO 溶液和HSO ，向滤液中先加入一定量的HO 4 2 4 2 2 溶液将Fe2+完全氧化为Fe3+，在向氧化后的溶液中加入氨水至不再产生沉淀为止，过滤洗涤，对沉淀进行 灼烧，即可制得Fe O·x H O和(NH )SO ，故所需要加入的试剂为HO 和NH ·H O，故答案为：HO ； 2 3 2 4 2 4 2 2 3 2 2 2 NH ·H O。 3 2