文档内容
化工生产中物质转化条件的控制
反应条件的控制
条件控制 目的
固体原料
减小颗粒直径，增大反应物接触面积，增大浸取时的反应速率，提高浸取率
粉碎或研磨
煅烧或 ①除去硫、碳单质；②有机物转化、除去有机物；③高温下原料与空气中的氧气反应；
灼烧 ④除去热不稳定的杂质等
酸浸 ①溶解转变成可溶物进入溶液中，以达到与难溶物分离的目的；②去氧化物(膜)
碱溶 ①除去金属表面的油污；②溶解铝、氧化铝等
①加快反应速率或溶解速率；②促进平衡向吸热反应方向移动；③除杂，除去热不稳定
加热 的杂质，如NaHCO 、Ca(HCO ) 、KMnO 、NH Cl等物质；④使沸点相对较低或易升华
3 3 2 4 4
的原料气化；⑤煮沸时促进溶液中的气体(如氧气)挥发逸出等
①酸浸时提高酸的浓度可提高矿石中某金属元素的浸取率；②增大便宜、易得的反应物
反应物用
的浓度，可以提高其他物质的利用率，使反应充分进行；③增大物质浓度可以加快反应
量或浓度
速率，使平衡发生移动等
①控制反应速率(升温加快反应速率)、适宜的温度使催化剂的活性最大，防止副反应的
控温(常用
发生；②控制化学反应进行的方向，使化学平衡移动；③升温：使溶液中的气体逸出，
水浴、冰浴
使易挥发物质挥发，使易分解的物质分解；煮沸：使气体逸出；促进水解，聚沉后利于
或油浴)
过滤分离；④控制固体的溶解与结晶
加入氧化剂 ①转化为目标产物的价态；②除去杂质离子[如把Fe2+氧化成Fe3+，而后调溶液的pH，使
(或还原剂) 其转化为Fe(OH) 沉淀除去]
3
加入 ①生成硫化物沉淀(如加入硫化钠、硫化铵、硫化亚铁等)；②加入可溶性碳酸盐，生成
沉淀剂 碳酸盐沉淀；③加入氟化钠，除去Ca2+、Mg2+
①使某种或几种金属离子转化为氢氧化物沉淀，而目标离子不生成沉淀，以达到分离的
目的(常利用题给金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH信息，选择pH范围，使杂质离子以
pH控制 氢氧化物形式沉淀出来)；②“酸作用”还可以除去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水
解等；③“碱作用”还可以除去油污、除去铝片表面的氧化铝、溶解铝等；④金属离子
的萃取率与溶液的pH密切相关；⑤调节溶液pH常用试剂：a.调节溶液呈酸性：稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、金属氧化物、酸性气体(二氧化硫)等。b.调节溶液呈
碱性：氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸氢铵等
应用示例
1.一种从铜阳极泥(主要含有铜、银、金、少量的镍)中分离提取多种金属元素的工艺流程如下：
“分铜”时，如果反应温度过高，会有明显的放出气体现象，原因是 。
2.已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：
物质 开始沉淀pH 沉淀完全pH
Fe(OH) 2.7 3.7
3
Fe(OH) 7.6 9.6
2
Mn(OH) 8.3 9.8
2
若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+，应该怎样做？
3.以软锰矿(主要成分为MnO ，含少量铁的氧化物)制备高纯MnCO 。流程如图：
2 3
(1)酸溶还原时，MnO 发生反应的离子方程式为 。
2
(2)在常温下，已知：K [Mn(OH) ]=2×10-13、K [Fe(OH) ]=1×10-39。工业上，当某离子浓度小于1×10-6
sp 2 sp 3
mol·L-1时，认为该离子已除净。氧化后所得溶液中c(Mn2+)=0.2 mol·L-1，为使溶液中Fe3+除净，调节pH
的范围应为 。
(1)调节pH所需的物质一般应满足两点：
①能与H+反应，使溶液pH增大；②不引入新杂质。例如：若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入
CuO、Cu(OH) 、Cu (OH) CO 等物质来调节溶液的pH。
2 2 2 3
(2)调节pH的试剂选取：①选取流程中出现的物质；②未学习过的物质且题目又无信息提示的一般不做考
虑；③已学的常见酸、碱(如HNO 、HCl、H SO 、NH ·H O、NaOH等)。
3 2 4 3 2
4.硒和碲在工业上有重要用途。在铜、镍、铅等电解工艺的阳极泥中硒、碲主要以硒化物、碲化物及
单质状态存在。一种从阳极泥中提取Se和Te的工艺流程如下：已知：碲酸钠(Na H TeO )难溶，碲酸(H TeO )可溶。
2 4 6 6 6
工艺路线中可以循环利用的物质有 、 。
1.(2024·新课标卷，27)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(c≤1.0×10-5 mol·L-1)时的pH：
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 1.5 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MnO 的作用是 。取少量反应后的溶液，加入
2
化学试剂 检验 ，若出现蓝色沉淀，需补加MnO 。
2
(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Co3+浓度为 mol·L-1。
2.[2024·全国甲卷，26(1)(2)(4)(5)(6)]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10-5 mol·L-1，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。已知：①K (CuS)=6.3×10-36，K (ZnS)=2.5×10-22，K (CoS)=4.0×10-21。
sp sp sp
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 。
(4)“沉锰”步骤中，生成1.0 mol MnO ，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
。
3.[2023·全国乙卷，27(3)]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
2 4 3
有少量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
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.[2022·全国乙卷，26(1)(2)]废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO 、PbO 、PbO和Pb，还有少量Ba、
4 2
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 PbSO PbCO BaSO BaCO
4 3 4 3
K 2.5× 7.4× 1.1× 2.6×
sp10-8 10-14 10-10 10-9
一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：
金属氢
Fe(OH) Fe(OH) Al(OH) Pb(OH)
3 2 3 2
氧化物
开始沉
2.3 6.8 3.5 7.2
淀的pH
完全沉
3.2 8.3 4.6 9.1
淀的pH
回答下列问题：
(1)在“脱硫”中PbSO 转化反应的离子方程式为 ，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na CO 的原
4 2 3
因： 。
(2)在“脱硫”中，加入Na CO 不能使铅膏中BaSO 完全转化，原因是 。
2 3 4答案精析
盘点核心知识
应用示例
1.温度过高，H O 分解放出氧气
2 2
2.先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+，再调溶液的3.7≤pH<8.3。
3.(1)MnO +2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H O
2 2
(2)3≤pH<8
√K [Fe(OH) ] √1×10-39
解析 (2)当Fe3+除净时，c(OH-)= 3 sp 3 =3 mol·L-1=1×10-11 mol·L-1，则pH=3；当锰离
c(Fe3+
)
1×10-6
√K [Mn(OH) ] √2×10-13
子开始沉淀时，c(OH-)= sp 2 = mol·L-1=10-6 mol·L-1，pH=8。
c(Mn2+ ) 0.2
4.H SO NaOH
2 4
精练高考真题
1.(1)增大固液接触面积，加快酸浸速率，提高浸取效率 Pb (2)将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，以便在后续
调pH时除去Fe元素 K [Fe(CN) ]溶液 Fe2+
(3)3Co2++MnO-
+7H O===3Co(OH) ↓+MnO ↓+5H+
3 6 4 2 3 2
3Mn2++2MnO- +2H O===5MnO ↓+4H+
4 2 2
(4)ZnSO 、K SO 10-16.7
4 2 4
解析 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Co2+、
Zn2+、Fe2+、Fe3+、SO2-
等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO ，则“滤渣1”为
4 4
PbSO ；向滤液中加入MnO 将Fe2+氧化为Fe3+，MnO 被还原为Mn2+，加入ZnO调节pH=4，Fe3+完全转化
4 2 2
为Fe(OH) ，“滤渣2”的主要成分为Fe(OH) ，滤液中的金属离子主要是Co2+、Zn2+和Mn2+；最后“氧化
3 3
沉钴”，加入强氧化剂KMnO ，将溶液中Co2+氧化为Co3+，在pH=5时Co3+形成Co(OH) 沉淀，而KMnO
4 3 4
则被还原为MnO ，KMnO 还会与溶液中的Mn2+发生归中反应生成MnO ，得到Co(OH) 和MnO 的混合物，
2 4 2 3 2
“除钴液”主要含有ZnSO 、K SO ，据此解答。
4 2 4
(3)由分析可知，该过程发生两个氧化还原反应，离子方程式为3Co2++MnO-
4
+7H O===3Co(OH) ↓+MnO
↓+5H+、3Mn2++2MnO-
+2H O===5MnO ↓+4H+。(4)整个过程中，Zn2+未除，
2 3 2 4 2 2
加入KMnO
“氧化沉钴”时引入了K+，而阴离子是在酸浸时引入的SO2-
，因此除钴液中主要的盐有
4 4
ZnSO 和K SO 。当溶液pH=1.1时，c(H+)=10 -1.1 mol·L-1，Co3+恰好完全沉淀，此时溶液中c(Co3+)=1.0×10-5
4 2 4
K
mol·L-1，则c(OH-)= w =10-12.9 mol·L-1，则K [Co(OH) ]=1.0×10-5×(10-12.9 ) 3=10-43.7。“除钴液”的
c(H+
)
sp 3K [Co(OH) ] 10-43.7
sp 3
pH=5，即c(H+)=10-5 mol·L-1，则c(OH-)=10-9mol·L-1，此时溶液中c(Co3+)= =
c3 (OH-
)
(10-9
)
3
mol·L-1=10-16.7 mol·L-1。
2.(1)增大固体与酸的接触面积，加快“酸浸”速率
(2)CoO+H SO ===CoSO +H O (4)4.0 mol
2 4 4 2
(5)Fe(OH) (6)2Co2++5ClO-+5H O===2Co(OH) ↓+Cl-+4HClO
3 2 3
解析 (4)“沉锰”步骤中，Na S O 将Mn2+氧化为二氧化锰除去，发生的反应为S
O2-
+Mn2+
2 2 8 2 8
+2H O===MnO ↓+4H++2SO2- ，若生成1.0 mol MnO 则产生4.0 mol H+。(5)“沉锰”步骤中，S O2- 将
2 2 4 2 2 8
Fe2+氧化为Fe3+，“沉淀”步骤中用NaOH调pH=4，Fe3+可以完全形成Fe(OH) 沉淀而分离。
3
3.2.8×10-9 Al3+
K [Fe(OH) ]
sp 3
解析 溶液pH=4，此时溶液中c(OH-)=1.0×10-10mol·L-1，c(Fe3+)= =2.8×10-9mol·L-1，溶液中
c3 (OH-
)
的c(Fe3+)小于1.0×10-5 mol·L-1，认为Fe3+已经沉淀完全；同理，pH≈7，c(OH-)=1.0×10-7mol·L-1，
c(Al3+)=1.3×10-12mol·L-1，c(Ni2+)=5.5×10-2mol·L-1，Al3+沉淀完全。
4.(1)PbSO (s)+CO2- (aq) PbCO (s)+SO2- (aq) 反应PbSO (s)+CO2- (aq) PbCO (s)+SO2- (aq)的平衡常数
4 3 3 4 4 3 3 4
c(SO2- ) c(Pb2+ )·c(SO2- ) K (PbSO )
K= 4 = 4 = sp 4 ≈3.4×105>105，PbSO 可以比较彻底的转化为PbCO
c(CO2- ) c(Pb2+ )·c(CO2- ) K (PbCO ) 4 3
3 3 sp 3
c(SO2-
)
c(Ba2+ )·c(SO2-
)
(2)反应BaSO (s)+CO2- (aq) BaCO (s)+SO2- (aq)的平衡常数K= 4 = 4 =
4 3 3 4 c(CO2-
)
c(Ba2+ )·c(CO2-
)
3 3
K (BaSO )
sp 4 ≈0.04 105，反应正向进行的程度有限
K (BaCO )
sp 3
≪
