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(二)化工工艺流程
1．锂辉石矿(主要含有LiAlSi O ，还含有少量Fe2＋、Mg2＋)是主要锂源，现利用锂辉石矿制
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取LiBr，用于高级电池的电解质、医用镇静剂等。工艺流程如下：
(1)锂辉石中主要成分LiAlSi O 改写为氧化物形式为__________________。
2 6
(2)工业选择石灰石进行“中和”而不选择纯碱主要考虑的是__________；在“除镁除铁(调
节pH≈11)”步骤中得到的滤渣中含铁成分是__________；写出“除铝”所发生反应的离子
方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)碳酸锂在水中的溶解度较小，其－lg K 与温度t关系如下表：
sp
t/℃ 0 10 20 30 40 50 60 70 80
－lg K 1.44 1.53 1.63 1.71 1.80 1.90 2.00 2.21 2.43
sp
由此可知碳酸锂在水中的溶解热效应 ΔH______(填“>”或“＜”)0；加入纯碱试剂进行
“沉锂”后，依次进行保温静置、________(填序号)。
①洗涤 ②趁热过滤 ③离心分离
(4)在“合成”中，碳酸锂粉末分次少量加入冰水中溶解，再加入尿素搅拌得到“料液”，
料液中徐徐加入溴，控制pH＝5.0，反应生成LiBr和两种无色无味气体，写出化学方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)Li O·Al O·4SiO (2)石灰石价廉易得 Fe(OH) AlO＋H＋＋HO===Al(OH) ↓
2 2 3 2 3 2 3
(3)< ③②① (4)3Li CO＋CO(NH)＋3Br ===6LiBr＋4CO↑＋N↑＋2HO
2 3 2 2 2 2 2 2
解析 (2)工业选择石灰石进行“中和”而不选择纯碱是因为石灰石价廉易得，生产成本低；
“除镁除铁”发生的反应为加入氢氧化钠溶液将溶液中铁离子、镁离子转化为氢氧化铁、氢
氧化镁沉淀，铝离子转化为偏铝酸根离子；除铝发生的反应为加入适量稀硫酸，将溶液中的
偏铝酸根离子转化为氢氧化铝沉淀，反应的离子方程式为AlO＋H＋＋HO===Al(OH) ↓。
2 3
(3)由表格数据可知，碳酸锂的溶解度随着温度的升高而减小，说明碳酸锂在水中的溶解为
放热过程，热效应ΔH<0；加入纯碱试剂进行沉锂后，为减少碳酸锂沉淀的损失，得到碳酸锂沉淀的操作为进行保温静置、离心分离、趁热过滤、洗涤。(4)由题意可知合成中发生的
反应为碳酸锂粉末在低温条件下与尿素和溴反应生成溴化锂、二氧化碳和氮气，反应的化学
方程式为3LiCO＋CO(NH)＋3Br ===6LiBr＋4CO↑＋N↑＋2HO。
2 3 2 2 2 2 2 2
2．五氧化二钒(V O)广泛用于冶金、化工等行业，用作合金添加剂、生产硫酸或石油精炼
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用的催化剂等。从废钒催化剂(含有KSO 、VO 、VO 、SiO 、Fe O 、NiO等)中回收钒，
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既能避免对环境的污染，又能节约宝贵的资源，回收工艺流程如下：
已知：①“酸浸”时VO 和VO 与稀硫酸反应分别生成VO和VO2＋。
2 5 2 4
②溶液中VO与VO可相互转化：VO＋HOVO＋2H＋，且NH VO 为沉淀。
2 4 3
(1)“酸浸”前，需对废钒催化剂进行粉碎预处理，其目的是______________________
________________________________________________________________________。
(2)“还原转化”中加入FeSO 的目的是将VO转化为VO2＋，写出反应的离子方程式：
4
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)加入HO 的目的是将过量的Fe2＋转化为Fe3＋。“氧化1”后，溶液中含有的金属阳离子
2 2
主要有Fe3＋、Ni2＋、VO2＋，调节pH使离子沉淀，若溶液中c(Ni2＋)＝0.2 mol·L－1，则调节溶
液的pH最小值为________可使Fe3＋沉淀完全(离子浓度≤1.0×10－5 mol·L－1时沉淀完全)，
此时__________(填“有”或“无”)Ni(OH) 沉淀生成{假设溶液体积不变，lg 6≈0.8，
2
K [Fe(OH) ]＝2.16×10－39，K [Ni(OH) ]＝2×10－15}。
sp 3 sp 2
(4)“氧化2”过程中发生反应的离子方程式为__________________________________
________________________________________________________________________。
(5)“沉钒”时，通入氨气的作用是___________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)若该废钒催化剂中VO 的含量为10%(原料中所有的钒已换算成VO)。取100 g待处理
2 5 2 5
样品，按照上述流程进行实验。当加入 150 mL 0.1 mol·L－1 KClO 溶液时，溶液中的钒元素
3
恰好完全反应，则该工艺中钒的回收率是________%。(假设与KClO 反应后的操作步骤中
3
钒元素无损失)
答案 (1)增大接触面积，加快反应速率 (2)VO＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋HO (3)2.8
2
无 (4)3H O＋ClO＋6VO2＋===6VO＋Cl－＋6H＋ (5)使VO＋HOVO＋2H＋平衡正向移
2 2
动，将VO转化为VO，同时增大NH的浓度 (6)81.9
解析 向废钒催化剂中加入稀硫酸进行“酸浸”，VO 和VO 与稀硫酸反应分别生成VO
2 5 2 4和VO2＋，Fe O 转化为Fe (SO ) ，NiO转化为NiSO ，过滤后的滤渣1主要成分为SiO ，加
2 3 2 4 3 4 2
入FeSO 将VO转化为VO2＋，加入HO 将过量的Fe2＋全部转化为Fe3＋，便于后续“调
4 2 2
pH”步骤中除去，过滤得滤渣2，主要成分为Fe(OH) ，滤液2中加入萃取剂，“萃取”出
3
含钒微粒，再进行“反萃取”后得到含钒的溶液，加入HSO 和KClO 的目的是将低价态的
2 4 3
钒氧化为＋5价的钒，经过加入NH Cl和NH 后析出NH VO 沉淀，最后“煅烧”得VO ，
4 3 4 3 2 5
据此分析解题。(3)当c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1时，根据K 的公式可知，溶液中的c(OH
sp
－)＝＝ mol·L－1＝6×10－12 mol·L－1，计算可得pH＝2.8，Q[Ni(OH) ]＝c(Ni2＋)·c2(OH－)＝
2
0.2×(6.0×10－12)2＝7.2×10－24，因为Q[Ni(OH) ]” “<”或 “＝”)K FeO
2 4 2 4
(3)将NaFeO 粗品[含有Fe(OH) 、NaCl等杂质]转化为KFeO 的实验方案为
2 4 3 2 4
a．在不断搅拌下，将NaFeO 粗品溶于冷的3 mol·L－1 KOH溶液中，快速过滤除去Fe(OH)
2 4 3
等难溶的物质。
b．将滤液置于__________中，向滤液中加入________________，过滤。
c．对产品进行洗涤时使用乙醇，其目的是________________________________________
_____________________________________________________________________(答两点)。
(4)高铁酸盐具有强氧化性，溶液pH越小氧化性越强，可用于除去废水中的氨、重金属等。
KFeO 的浓度与pH关系如图1所示；用KFeO 除去某氨氮(NH -N)废水，氨氮去除率与pH
2 4 2 4 3
关系如图2所示；用KFeO 处理Zn2＋浓度为0.12 mg·L－1的含锌废水{K [Zn(OH) ]＝1.2×10－
2 4 sp 2
17}，锌残留量与pH关系如图3所示[已知： KFeO 与HO反应生成Fe(OH) 的过程中，可
2 4 2 3
以捕集某些难溶金属的氢氧化物形成共沉淀]。①图2中，pH越大氨氮的去除率越大，其原因可能是__________。
②图3中，pH＝10时锌的去除率比pH＝5时大得多，其原因是___________________
________________________________________________________________________。(从锌
元素的存在的形态角度说明)。
答案 (1)3ClO－＋2Fe3＋＋10OH－===2FeO＋3Cl－＋5HO (2)> (3)b.冰水 饱和KOH溶液
2
c．除去杂质，减少KFeO 的溶解；提高产率，能快速干燥 (4)①高铁酸盐在酸性较强的
2 4
条件下不稳定，容易分解，与氨氮作用时间短，难以除去 ②pH＝5时，锌元素以Zn2＋形
式存在，pH＝10时，锌元素几乎都以Zn(OH) 形式存在，Zn(OH) 被高铁酸钾水解生成的
2 2
Fe(OH) 捕集
3
解析 硝酸铁和过量次氯酸钠在过量NaOH溶液中反应生成高铁酸钠、氯化钠、硝酸钠，
过滤，向滤渣高铁酸钠中加入饱和KOH溶液生成溶解度更小的高铁酸钾，再过滤得到高铁
酸钾。(2)生成的NaFeO 需要转化为钾盐，根据题中信息，说明溶解度：NaFeO>K FeO。
2 4 2 4 2 4
(3)高铁酸钾低温下较稳定，可将滤液置于冰水中，由于高铁酸钾微溶于 KOH浓溶液，故用
饱和KOH溶液溶解高铁酸钠；洗涤时不能用水洗，选用乙醇洗，是因为乙醇洗可以减少钾
盐的溶解，提高钾盐的产率，而且乙醇易挥发，可以更快地挥发并带走水分，能快速干燥。
(4)①图2中，pH越大氨氮的去除率越大，其原因可能是高铁酸钾在低温碱性条件下比较稳
定，高铁酸盐在酸性较强的条件下不稳定，容易分解，与氨氮作用时间短，难以除去。②由
题意知，含锌废水中锌离子的浓度为≈1.85×10－6 mol·L－1，当溶液pH为5时，溶液中没有
氢氧化锌沉淀生成，当溶液pH为10时，溶液中有氢氧化锌沉淀生成，由题给信息可知，
KFeO 与HO反应生成Fe(OH) 的过程中，可以捕集某些难溶金属的氢氧化物形成共沉淀，
2 4 2 3
故pH＝10时锌的去除率比pH＝5时大得多。4．铂钌催化剂是甲醇燃料电池的阳极催化剂。一种以钌矿石[主要含Ru(CO) ，还含少量的
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FeO、MgO、RuO、CaO、SiO]为原料制备钌(Ru)的流程如图。回答下列问题：
4 2
(1)Na Fe (SO )(OH) 中Fe的化合价为____________。
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(2)“酸浸”时，NaSO 的作用是_____________________________________________。
2 3
“滤渣”的主要成分有SiO 和____________(填化学式)。“酸浸”中钌的浸出率与浸出温度、
2
pH的关系如图所示，“酸浸”的最佳条件是___________________________________。
(3)“除铁”的离子方程式为________________________________________________
________________________________________________________________________
(提示：1 mol NaClO 参与反应，转移6 mol电子)。
3
(4)从“滤液2”中可提取一种化肥，其电子式为____________。
(5)“灼烧”时Ar的作用是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)某工厂用10 t钌矿石[含8.84 t Ru(CO ) 、165 kg RuO ]，最终制得3 636 kg Ru，则Ru的
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产率为____________(结果保留三位有效数字)。
答案 (1)＋3价 (2)溶解RuO CaSO 温度为65 ℃、pH为1.0 (3)6Na＋＋12Fe2＋＋
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2ClO＋18SO＋6HO===3NaFe (SO )(OH) ↓＋2Cl－＋6OH－ (4) (5)作
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保护气，防止钌与空气中的氧气反应 (6)87.8%
解析 由题给流程可知，钌矿石中加稀硫酸和亚硫酸钠“酸浸”时，钌元素转化为硫酸钌，
氧化亚铁、氧化镁转化为硫酸亚铁、硫酸镁，氧化钙与稀硫酸反应生成硫酸钙，二氧化硅与
硫酸不反应，过滤得到含有二氧化硅、硫酸钙的滤渣和含有硫酸钌的滤液；向滤液中加入氯
酸钠溶液、碳酸钠溶液将铁元素转化为NaFe (SO )(OH) 沉淀，过滤，向滤液中加入氟化钠
2 4 4 6 2溶液将镁元素转化为氟化镁沉淀，过滤，向滤液中加入浓碳酸钠溶液将钌元素转化为碳酸钌
沉淀，碳酸钌溶于盐酸得到氯化钌，向氯化钌溶液中加入草酸铵溶液将氯化钌转化为草酸钌
沉淀，在氩气氛围中灼烧草酸钌制得钌。(3)由分析可知，加入氯酸钠溶液、碳酸钠溶液的
目的是将铁元素转化为NaFe (SO )(OH) 沉淀，反应的离子方程式为6Na＋＋12Fe2＋＋2ClO
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＋18SO＋6HO===3NaFe (SO )(OH) ↓＋2Cl－＋6OH－。(5)灼烧时氩气的作用是作保护气，
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否则反应得到的钌会被空气中的氧气氧化。(6)若10 t钌矿石最终制得3 636 kg钌，由钌原子
个数守恒可知，钌的产率为×100%≈87.8%。
