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化工流程题的综合分析
1.题型特点
近几年高考中工艺流程题主要是以物质的制备、物质的分离提纯为情景材料，用框图的形式呈现实际
工业生产中添加物质、操作的过程，设问形式包括：物质的判断、方程式的书写、实验操作、反应条
件的控制及理论解释、产品组成的定性及定量分析等，能很好的考查学生综合运用元素化合物知识、
化学反应原理、实验技能解决实际问题的能力。
2.工艺流程题的一般呈现形式
1.(2024·安徽，15)精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等多种元素。研究人员设计了一种从铜阳极
泥中分离回收金和银的流程，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HAuCl 的化学方程式为 。
4
(4)“浸取3”步骤中，“浸渣2”中的 (填化学式)转化为[Ag(S O ) ]3-。
2 3 2
(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N H 与产物Au的物质的量之比为 。
2 4
(7)Na S O 可被I 氧化为Na S O 。从物质结构的角度分析S
O2-
的结构为(a)而不是(b)的原因：
2 2 3 2 2 4 6 4 6
。答案 (1)四 ⅠB (2)Cu2+ (3)2Au+8HCl+3H O ===2HAuCl +6H O (4)AgCl (5)[Ag(S O ) ]3-+e-
2 2 4 2 2 3 2
===Ag↓+2S
O2-
Na S O (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
2 3 2 2 3
中心不重合，极性较大，较不稳定，且存在过氧键，过氧键的氧化性大于I ，故Na S O 不能被I 氧化成
2 2 2 3 2
(b)结构
解析 (2)精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等，铜阳极泥加入硫酸、H O ，Cu被H O 氧化为
2 2 2 2
Cu2+进入浸出液1中，故浸出液1中含有的金属离子主要是Cu2+，Ag、Au不反应，浸渣1中含有Ag和
Au。(3)浸渣1中含有Ag和Au，向浸渣1中加入盐酸、H O ，Au与盐酸、H O 反应生成HAuCl 和H O，
2 2 2 2 4 2
化学方程式为2Au+8HCl+3H O ===2HAuCl +6H O。(4)浸渣1中含有Ag和Au，向浸渣1中加入盐酸、
2 2 4 2
H O ，Ag转化为AgCl，浸渣2中含有AgCl，AgCl与Na S O 反应转化为[Ag(S O ) ]3-。(5)“电沉积”步骤
2 2 2 2 3 2 3 2
中，阴极发生还原反应，[Ag(S O ) ]3-得电子被还原为Ag，电极反应式为[Ag(S O ) ]3-+e-===Ag↓+2S
O2-
；
2 3 2 2 3 2 2 3
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的物质为Na S O 。(6)还原步
2 2 3
骤中， HAuCl 被还原为Au，Au化合价由+3价变为0价，一个HAuCl 得3个电子，N H 被氧化为N ，N
4 4 2 4 2
的化合价由-2价变为0价，一个N H 失4个电子，根据得失电子守恒可知，被氧化的N H 与产物Au的物
2 4 2 4
质的量之比为3∶4。
2.(2024·河北，16)V O 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
2 5
从石煤中提取V O 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
2 5
下。
已知：ⅰ.石煤是一种含V O 的矿物，杂质为大量Al O 和少量CaO等；苛化泥的主要成分为CaCO 、
2 3 2 3 3
NaOH、Na CO 等。
2 3
ⅱ.高温下，苛化泥的主要成分可与Al O 反应生成偏铝酸盐；室温下，偏钒酸钙[Ca(VO ) ]和偏铝酸钙
2 3 3 2
均难溶于水。回答下列问题：
(1)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 ；
CO 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
2
(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NH Cl溶液的浓度
4
HCO- O- HCO-
答案 (1)+5 CO 2 (2)NaAlO 2 (3) 3+OH-+Ca(VO 3 ) 2 CaCO 3 +H 2 O+2V 3 提高溶液中 3
浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，使V O- 进入滤液①中 离子交换 (4)NaCl (5)bd
3
解析 石煤和苛化泥通入空气进行焙烧，反应生成NaVO 、Ca(VO ) 、NaAlO 、Ca(AlO ) 、CaO和CO 等，
3 3 2 2 2 2 2
水浸可分离焙烧后的可溶性物质(如NaVO )和不溶性物质[Ca(VO ) 、Ca(AlO ) 等]，过滤后滤液进行离子交
3 3 2 2 2
换、洗脱，用于富集和提纯V O- ，加入氯化铵溶液沉钒，生成NH VO ，经一系列处理后得到V O ；滤渣
3 4 3 2 5
①在pH≈8，65~70 ℃的条件下加入3%NH HCO 溶液进行盐浸，滤渣①中含有钒元素，通过盐浸，使滤渣
4 3
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V O- 的富集。(1)钒是23号元素，其
3
价层电子排布式为3d34s2 ；焙烧过程中，V O 被氧气氧化生成V O- ，偏钒酸盐中钒的化合价为 +5价；
2 3 3
CaCO 在800 ℃以上开始分解，生成的气体①为CO 。(2)由已知信息可知，高温下，苛化泥的主要成分与
3 2
Al O 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
2 3
是NaAlO 。(3)在弱碱性环境下，Ca(VO ) 与HCO- 和OH-反应生成CaCO 、V O- 和H O，离子方程式为
2 3 2 3 3 3 2
HCO- O-
3+OH-+Ca(VO
3
)
2
CaCO
3
+H
2
O+2V 3；CO
2
加压导入盐浸工序可提高浸出率，因为CO
2
可提
高溶液中HCO- 浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，使V O- 进入滤液①中；滤液①中含有V O- 、N H+ 等，
3 3 3 4
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。
(4)由离子交换工序中树脂的组成可知，洗脱液中应含有Cl-，因水浸所得溶液中含有Na+，为避免引入其他
杂质离子，且NaCl廉价易得，故洗脱液的主要成分应为NaCl。(5)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；NH Cl呈弱酸性，如果将溶液调至碱性，OH-与N H+ 反应，不利于生成
4 4
NH VO ，b符合题意；搅拌能使反应物更好的接触，提高反应速率，使反应更加充分，有利于沉钒，c不
4 3
符合题意；降低NH Cl溶液的浓度，不利于生成NH VO ，d符合题意。
4 4 33.(2024·黑吉辽，16)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
2
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，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H SO 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。
SO2-
答案 (1)CuSO (2)4FeS +15O +2H O 4Fe3++8 4 +4H+ (3)Fe(OH) (4)BC (5)作络合剂，将Au转
4 2 2 2 3
化为[Au(CN) ]-从而浸出 (6)作还原剂，将[Au(CN) ]-还原为Au
2 2
(7)Na [Zn(CN) ]+2H SO ===ZnSO +4HCN+Na SO NaCN
2 4 2 4 4 2 4
解析 矿粉中加入足量空气和H SO ，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+、SO2-
、As(Ⅴ)，加碱调节pH，Fe3+转化为Fe(OH) 胶体，可起到絮凝作用，
4 3
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，得到
2
含[Au(CN) ]-的浸出液，加入Zn进行“沉金”得到Au和含[Zn(CN) ]2-的滤液②。(1)“胆水”冶炼铜，“胆
2 4
水”的主要成分为CuSO 。(2)“细菌氧化”的过程中，FeS 在酸性环境下被O 氧化为Fe3+，离子方程式为
4 2 2
SO2-
4FeS +15O +2H O 4Fe3++8 4 +4H+。(4)细菌的活性与温度息息相关，因此细菌氧化也需要控温，A
2 2 2
不符合题意；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
2素转化为硫酸盐，可减少有害气体的产生，B符合题意；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；由流程可知，细菌氧
化也会产生废液废渣，D不符合题意。(5)“浸金”中，Au作还原剂，O 作氧化剂，NaCN作络合剂，将
2
Au转化为[Au(CN) ]-从而浸出。(7)滤液②含有[Zn(CN) ]2-，经过H SO 酸化，[Zn(CN) ]2-转化为ZnSO 和
2 4 2 4 4 4
HCN，反应的化学方程式为Na [Zn(CN) ]+2H SO ===ZnSO +4HCN+Na SO ；用碱中和HCN得到的产物，
2 4 2 4 4 2 4
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。
题型突破练(A) [分值：50 分]
1.(10分)(2024·山东，18)以铅精矿(含PbS、Ag S等)为主要原料提取金属Pb和Ag的工艺流程如下：
2
(1)“热浸”时，难溶的PbS和Ag S转化为[PbCl ]2-和[AgCl ]-及单质硫。溶解等物质的量的PbS和Ag S时，
2 4 2 2
消耗Fe3+物质的量之比为 ；溶液中盐酸浓度不宜过大，除防止“热浸”时HCl挥发外，另一目
的是防止产生 (填化学式)。
(2)将“过滤Ⅱ”得到的PbCl 沉淀反复用饱和食盐水热溶，电解所得溶液可制备金属Pb。“电解Ⅰ”阳极
2
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.Al B.Zn
C.Pb D.Ag
“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 H S (2)热浸 (3)将过量的Fe3+还原为Fe2+ (4)C Pb+2[AgCl ]-===2Ag+[PbCl ]2- (5)阳极
2 2 4
解析 本题以铅精矿(含PbS、Ag S等)为主要原料提取金属Pb和Ag， “热浸”时，难溶的PbS和Ag S转
2 2
化为[PbCl ]2-和[AgCl ]-及单质硫，Fe3+被还原为Fe2+，“过滤Ⅰ”除掉含硫滤渣，滤液中[PbCl ]2-在稀释冷
4 2 4
却的过程中转化为PbCl 沉淀，然后用饱和食盐水热溶，增大氯离子浓度，使PbCl 又转化为[PbCl ]2-，电
2 2 4解得到Pb；“过滤Ⅱ”后的滤液成分主要为[AgCl ]-、FeCl 、FeCl ，故加入铅精矿主要将FeCl 还原为
2 2 3 3
FeCl ，试剂X将[AgCl ]-置换为Ag，得到富银铅泥，试剂X的金属性应比Ag强，为不引入新的杂质，可
2 2
知X为铅，尾液为FeCl 。(1)“热浸”时，Fe3+将PbS和Ag S中-2价的硫氧化为单质硫，Fe3+被还原为
2 2
Fe2+，在这个过程中Pb和Ag的化合价保持不变，所以溶解等物质的量的PbS和Ag S时，S2-的物质的量相
2
等，消耗Fe3+的物质的量相等；溶液中盐酸浓度过大，会与S2-结合生成H S 气体。(2)“过滤Ⅱ”得到的
2
PbCl 沉淀反复用饱和食盐水热溶，会溶解为[PbCl ]2-，电解[PbCl ]2-溶液制备金属Pb，Pb在阴极产生，阳
2 4 4
极Cl-放电产生Cl ， 可将尾液中的FeCl 氧化为FeCl ，在“热浸”中循环使用。(3)“过滤Ⅱ”所得的滤液
2 2 3
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将过量的
Fe3+还原为Fe2+。(5)“电解Ⅱ”中将富银铅泥做阳极板，银变成阳极泥而沉降下来，铅失电子转化为
Pb2+，阴极Pb2+得电子析出Pb。
2.(10分)电子级氢氟酸是微电子行业的关键性基础材料之一，由萤石粉(主要成分为CaF ，含有少量SiO 和
2 2
微量As O 等)制备的工艺如下：
2 3
(1)“酸浸”时生成HF的化学方程式为 ，工业生产时往往会适当加热，
目的是 。
(2)“精馏1”设备使用的材料可选用 (填字母)。
A.玻璃 B.陶瓷
C.石英 D.金
(3)已知H SiF 是一种配位酸，酸性与硝酸相近，可与KMnO 溶液反应制备极易溶于水的强酸HMnO ，反
2 6 4 4
应的离子方程式为 。
(4)“氧化”时将AsF 氧化为AsF 。AsF 的沸点高于AsF ，原因是 。
3 5 5 3
(5)液态HF是酸性溶剂，能发生自偶电离：HF H++F-，由于H+和F-都溶剂化，常表示为3HF H F+
2
+HF-
。在HF溶剂中AsF 、BF 呈酸性，HClO 、HNO 、H O呈碱性，比如AsF 、HClO 的电离方程式分
2 5 3 3 3 2 5 3
别为AsF +2HF
AsF-
+H F+、HOClO +2HF (HO)
ClO++HF-
。在HF作用下：
5 6 2 2 2 2
①写出BF 与HNO 反应的离子方程式： 。
3 3
②已知：H O与AsF 反应生成HAsF 。结合H+的能力：H O
(填“>”“<”或“=”)AsF-
。
2 5 6 2 6
答案 (1)CaF +H SO (浓)===CaSO +2HF↑ 加快反应速率，提高CaF 的转化率 (2)D
2 2 4 4 2
(3)2K++SiF2-
===K SiF ↓ (4)AsF 、AsF 均为分子晶体(分子间均不存在氢键)，AsF 相对分子质量大，范德
6 2 6 5 3 5
华力大，沸点高
(5)①BF +HNO +HF===(HO)
NO++BF-
3 3 2 4②<
解析 “酸浸”发生反应：CaF +H SO (浓)===CaSO +2HF↑，二氧化硅与HF发生反应：
2 2 4 4
SiO +4HF==SiF ↑+2H O，As O 与HF发生反应：As O +6HF===2AsF +3H O；“硫酸吸附”：加入硫酸，
2 4 2 2 3 2 3 3 2
部分HF、SiF 以气体形式释放出去，然后加入水吸收为H SiF ，部分HF、AsF 、多余硫酸进入精馏
4 2 6 3
1；“精馏1”：因为硫酸熔、沸点较高，因此精馏1中得到HF、AsF ；“氧化”：根据问题(4)，过氧化
3
氢将AsF 氧化成熔、沸点较高的AsF ；“精馏2”：蒸馏得到HF。
3 5
(2)HF能与二氧化硅发生反应，玻璃、陶瓷、石英均含有二氧化硅，HF不与金反应，因此“精馏1”设备
以金为材料。
(3)KMnO →HMnO 中Mn的价态没有发生变化，H SiF 酸性与硝酸相似，即H SiF 为强酸，HMnO 为溶于
4 4 2 6 2 6 4
水的强酸，该反应为复分解反应，生成K SiF
沉淀，即离子方程式为2K++SiF2-
===K SiF ↓。
2 6 6 2 6
(5)①HNO 在HF中呈碱性，其电离方程式为HNO +2HF (HO)
NO++HF-
，BF 在HF中呈酸性，其电离
3 3 2 2 3
方程式为BF +2HF
BF-
+H F+，因此两者混合，发生类似的中和反应，其离子方程式为
3 4 2
BF +HNO +HF===(HO) NO++ BF- 。②H O与AsF 反应生成HAsF ，从而推出H O结合H+能力小于AsF-
3 3 2 4 2 5 6 2 6
。
3.(10分)(2023·石家庄质量检测)钼酸铋作为新型半导体光催化材料，因其具有优异的离子导电性、介电性、
气体传感性和催化性而广泛应用于生产生活中。以氧化铋渣(主要成分是Bi O 、Sb O ，还含有Fe O 、
2 3 2 3 2 3
ZnO、Ag O和SiO 等杂质)为原料制备钼酸铋(Bi MoO ，其中Mo为+6价)的工艺流程如图：
2 2 2 6
(1)基态 Bi的价层电子排布为 。
83
(2)“浸渣”的主要成分为 (填化学式)。
(3)“除锑”过程中发生反应的化学方程式为 ；
该过程需要加热的原因为 。
(4)已知：硫代乙酰胺( )在酸性溶液中会水解为乙酰胺( )和硫化氢；H S的
2
K =1.0×10-7，K =1.0×10-13；K (Bi S )=2.0×10-99。
a1 a2 sp 2 3
①硫化氢会进一步发生反应：2Bi3+(aq)+3H S(aq)===Bi S (s)+6H+(aq)，计算该反应的平衡常数K=
2 2 3
。
②硫代乙酰胺比乙酰胺的沸点低，其原因为 。
(5)“酸溶”时会有NO逸出，此过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
(6)已知钼酸铋在空气中放置会变质，生成Bi O CO 和MoO ，该过程中的化学方程式为 。
2 2 3 3(7)Bi O 的立方晶胞结构如图所示，以A点为原点建立原子分数坐标，已知A点坐标为(0，0，0)，B点坐
2 3
3 3 1
标为( ， ， )，则C点坐标为 。
4 4 4
答案 (1)6s26p3 (2)AgCl、SiO (3)2SbCl +3H O Sb O ↓+6HCl 盐酸易挥发，加热有利于HCl挥发，
2 3 2 2 3
水解平衡正向移动 (4)①5.0×1038
1
②乙酰胺分子间氢键的键能及数目均大于硫代乙酰胺 (5)2∶1 (6)Bi MoO +CO ===Bi O CO +MoO (7)(
2 6 2 2 2 3 3 4
3 3
， ， )
4 4
解析 氧化铋渣(主要成分是Bi O 、Sb O ，还含有Fe O 、ZnO、Ag O和SiO 等杂质)加入盐酸和氯化钠溶
2 3 2 3 2 3 2 2
液，二氧化硅不与盐酸反应，氧化银和盐酸反应生成氯化银，其他物质和盐酸生成相应氯化物，过滤，向
滤液中加水加热得到Sb O ，过滤，向滤液中加入 沉铋，过滤，向Bi S 中加入硝酸得到单质硫、
2 3 2 3
NO和硝酸铋，向硝酸铋溶液中加入(NH ) Mo O ·4H O得到Bi MoO 。
4 6 7 24 2 2 6
(4)①硫化氢会进一步发生反应：2Bi3+(aq)+3H S(aq)===Bi S (s)+6H+(aq)，则该反应的平衡常数K=
2 2 3
c6 (H+ ) c6 (H+ )·c3 (S2- ) K3 (H S)·K3 (H S)
= ，K= a1 2 a2 2 =
c2 (Bi3+ )·c3 (H S) c2 (Bi3+ )·c3 (S2- )·c3 (H S) K (Bi S )
2 2 sp 2 3
(1.0×10-7
)
3×(1.0×10-13
)
3
=5.0×1038。(5)“酸溶”时会有NO逸出，即Bi S 和硝酸反应得到单质硫、NO
2.0×10-99 2 3
和硝酸铋，Bi S 中硫元素化合价从-2价升高到0价，硝酸中氮元素化合价从+5价降低到+2价，因此此过
2 3
程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1。(7)Bi O 的立方晶胞结构如图所示，以A点为原点建立原子分
2 3
3 3 1
数坐标，已知A点坐标为(0，0，0)，B点坐标为( ， ， )，则C点位于体对角线的四分之一处，其坐
4 4 4
1 3 3
标为( ， ， )。
4 4 4
4.(10分)电解锰渣中含有很多重金属[主要含有MnSO 、PbSO 、CaSO 、Fe (SO ) 、MnO 、SiO ]会造成环
4 4 4 2 4 3 2 2
境污染。电解锰渣的资源化利用既能解决污染问题又能取得较好的经济效益。下面是某课题组研究的工艺
流程：(1)“还原酸浸”时氧化产物是S， MnO 被还原的离子方程式为 。
2
(2)操作X的名称是 。
(3)“沉铅”时若用同浓度的(NH ) CO 溶液代替NH HCO 溶液，会生成Pb (OH) CO ，原因是
4 2 3 4 3 2 2 3
。
(4)调pH所加的试剂Y，可选择 (填字母)。
a.CaO b.MnCO c.CaCO d.Al O
3 3 2 3
e.氨水
(5)写出“除钙”时发生反应的离子方程式： ；
若“除钙”后溶液中c(Mn2+)=0.53 mol·L-1，则应控制溶液中c(F- )的范围为 (当溶液中金属离
子浓度小于10-5 mol·L-1，可以认为该离子沉淀完全。已知：MnF 的K =5.3×10-3；CaF 的K =1.5×10-10，
2 sp 2 sp
√15≈3.87)。
答案 (1)MnO
+PbS+4H++SO2-
===Mn2++PbSO +S+2H O (2)过滤
(3)CO2-
更易水解生成OH-，从而易生
2 4 4 2 3
成Pb (OH) CO (4)abc (5)MnF (s)+Ca2+(aq) Mn2+(aq)+CaF (s) 3.87×10-3 mol·L-1<c(F-)<0.1 mol·L-1
2 2 3 2 2
解析 (4)加入试剂Y调节pH时，不能引入新的杂质，该工艺流程制备的是硫酸锰，并且在随后的流程中
除去了钙离子，在该步骤中除去了铁，故可以选择的试剂为abc。(5)根据流程可知，加入MnF 和溶液中钙
2
离子反应生成CaF ，离子方程式为MnF (s)+Ca2+(aq) Mn2+(aq)+CaF (s)，当该离子沉淀完全时，此时
2 2 2
√K (CaF ) √1.5×10-10
c(F- )= sp 2 = mol·L-1≈3.87×10-3 mol·L-1，当c(Mn2+)=0.53 mol·L-1时，c(F- )=
c(Ca2+
)
10-5
√K (MnF ) √5.3×10-3
sp 2 = mol·L-1=0.1 mol·L-1，故其范围为3.87×10-3 mol·L-1<c(F-)<0.1 mol·L-1。
c(Mn2+ ) 0.53
5.(10分)硼化钛(结构式为B==Ti==B)常用于制备导电陶瓷材料和PTC材料。工业上以高钛渣(主要成分为
TiO 、SiO 、Al O 和CaO，另有少量MgO、Fe O )为原料制取TiB 的流程如下：
2 2 2 3 2 3 2已知：①电弧炉是由石墨电极和石墨坩埚组成的高温加热装置；
②B O 高温下蒸气压大、易挥发；
2 3
③TiO 可溶于热的浓硫酸形成TiO2+。
2
(1)“水解”需在沸水中进行，离子方程式为 ， 该工艺中，经处理可循环利用的物质为
(填化学式)。
(2)“热还原”中发生反应的化学方程式为 ，B O 的实际用量超过
2 3
了理论化学计量所要求的用量，原因是 。仅增大配料中B O 的用量，
2 3
产品中的杂质含量变化如图所示。杂质TiC含量随w%增大而降低的原因是 (用化学方程
式解释)。
(3)原料中的B O 可由硼酸脱水制得。以NaB(OH) 为原料，用电渗析法制备硼酸(H BO )的工作原理如图所
2 3 4 3 3
示，产品室中发生反应的离子方程式为 。
若反应前后NaOH溶液的质量变化为m kg，则制得H BO 的质量为 kg。
3 3
答案 (1)TiO2++(x+1)H O TiO ·xH O↓+2H+ H SO (2)TiO +B O +5C TiB +5CO↑ B O 高温下蒸
2 2 2 2 4 2 2 3 2 2 3
气压大、易挥发，只有部分参加了反应 TiC+B O +2C TiB +3CO↑ (3)H++[B(OH) ]-===H BO +H O
2 3 2 4 3 3 2
31m
11
解析 (3)有稀硫酸的一极为阳极，1膜为阳离子交换膜，氢离子通过1膜进入产品室，2膜为阴离子交换
膜，原料室中的[B(OH) ]-通过2膜进入产品室，产品室中发生反应的离子方程式为H++[B(OH) ]-
4 4
===H BO +H O。右侧的石墨电极为阴极，电极反应为2H O+2e-===H ↑+2OH-，原料室中的钠离子通过阳
3 3 2 2 2
膜进入右侧阴极室，由电荷守恒可知，当阴极上通过1 mol电子时，NaOH溶液的质量变化为23 g-1 g=22
g，此时制得H BO 的物质的量为1 mol，质量为62 g，若反应前后NaOH溶液的质量变化为m kg，则制得
3 3
62 31m
H BO 的质量 ×m kg= kg。
3 3 22 11题型突破练(B) [分值：50 分]
1.(10分)(2024·河南高三适应性测试)硝酸镉晶体[Cd(NO ) ·4H O]常用作玻璃和陶瓷的着色剂。以镉黄
3 2 2
废料(主要含CdS，含少量的FeO、Al O 、SiO )为原料制备硝酸镉晶体的流程如下：
2 3 2
已知：常温下，有关金属离子形成氢氧化物沉淀的相关pH见下表。
Fe(OH) Al(OH) Cd(OH)
3 3 2
开始沉淀的pH 2.3 4.0 8.2
沉淀完全的pH 4.2 5.2 9.7
(1)Cd位于第五周期，与Zn同族，基态镉原子的价层电子排布式为 。
(2)“酸溶”时，反应温度不宜过高，原因是 。
(3)“滤渣1”的主要成分是 。
(4)“除杂”步骤中，加入CdCO 的目的是调pH，范围为 ；该过程中Fe3+发生反应
3
的离子方程式为 。
(5)“系列操作”步骤中，将滤液送入蒸发器浓缩至 ，然后送至结晶器进行冷却结晶，可得到硝酸
镉晶体。
(6)硝酸镉晶体需在低温的条件下烘干。其在111.2 ℃时失去结晶水，217.3 ℃时分解产生CdO和红棕色的
混合气体，该混合气体可以使带火星的木条复燃。硝酸镉在217.3 ℃时分解的化学方程式为
。
答案 (1)4d105s2 (2)温度过高，浓硝酸会挥发和分解 (3)SiO (4)5.2≤pH<8.2 2Fe3+
2
(NO )
+3CdCO +3H O===2Fe(OH) +3CO ↑+3Cd2+ (5)出现晶膜(或有少量晶体析出) (6)2Cd 3 2
3 2 3 2
4NO ↑+O ↑+2CdO
2 2
解析 镉黄废料(主要含CdS，含少量的FeO、Al O 、SiO )，“酸浸”时加入浓硝酸，浓硝酸具有强氧化
2 3 2
性，加热条件下-2价硫元素被氧化为SO2-
进入溶液，+2价Fe被氧化成Fe3+，二氧化硅不溶于硝酸，“滤
4
渣1”主要成分是SiO
，滤液中所含离子有Cd2+、Fe3+、Al3+、H+、NO- 和SO2-
；“除杂”时加入CdCO 调
2 3 4 3
节pH，根据表中数据，使Fe3+、Al3+以氢氧化物沉淀的形式除去，过滤所得滤液经过系列操作采用冷却结
晶法获得硝酸镉晶体。(4)“除杂”步骤中，CdCO 消耗氢离子生成二氧化碳和Cd2+，氢离子浓度减小促进
3
铁离子水解使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀，则Fe3+发生反应的离子方程式为2Fe3+
+3CdCO +3H O===2Fe(OH) ↓+3CO ↑+3Cd2+。(6)硝酸镉晶体在111.2 ℃时失去结晶水，217.3 ℃时分解产生
3 2 3 2CdO和红棕色的混合气体，红棕色的气体为二氧化氮，则该反应为氧化还原反应，该混合气体可以使带火
星的木条复燃，混合气体中含有氧气，则硝酸镉在217.3 ℃时分解产生CdO、二氧化氮和氧气，化学方程
(NO )
式为2Cd 3 2 4NO ↑+O ↑+2CdO。
2 2
2.(10分)(2024·甘肃酒泉模拟)甘肃矿产资源丰富，金属冶炼在国民经济发展中有着重要的作用。锰酸锂离
子蓄电池是第二代锂离子动力电池，工业上用某软锰矿(主要成分为MnO ，还含有少量铁、铝及硅的氧化
2
物)为原料制备锰酸锂(LiMn O )，流程如图所示：
2 4
(1)“酸浸”时，为了提高各物质的浸出速率，除了适当升高温度外，还可以采取的措施是
(写一条即可)。
(2)“还原”步骤得到的溶液中阳离子主要是Mn2+，生成Mn2+的离子方程式为 ；
滤渣1的主要成分为 。
(3)已知某离子浓度[用c(M)表示]形成沉淀与溶液pH的关系如图所示：
则“精制”过程中，加MnO调节pH的范围是 。
(4)“沉锰”得到的是Mn(OH) 和Mn (OH) SO 滤饼，所得滤液回收可用于 。
2 2 2 4
(5)“锂化”是将MnO 和Li CO 按4∶1的物质的量比配料，球磨3~5 h，然后升温至600~750 ℃，保温24
2 2 3
h，自然冷却至室温得产品，写出反应的化学方程式： 。
答案 (1)适当增大硫酸的浓度；搅拌；将矿石粉碎(任选1种，其他合理答案均可) (2)MnO +2Fe2+
2
+4H+===Mn2++2Fe3++2H O SiO (3)5.2≤pH<8.8 (4)作氮肥等 (5)8MnO +2Li CO
2 2 2 2 3
4LiMn O +2CO ↑+O ↑
2 4 2 2
解析 软锰矿加稀硫酸酸浸，加入硫酸亚铁，在酸性条件下用硫酸亚铁把MnO 还原为硫酸锰，所得滤液
2
中含硫酸锰、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝，二氧化硅不溶于硫酸，滤渣1为二氧化硅；滤液中加双氧水把Fe2+氧化为Fe3+，加MnO调节pH，生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀除铁和铝；过滤，滤液中加氨水生成
Mn(OH) 和Mn (OH) SO 沉淀，Mn(OH) 和Mn (OH) SO 、水、氧气控温、氧化生成二氧化锰，二氧化锰
2 2 2 4 2 2 2 4
和碳酸锂生成LiMn O ，根据质量守恒、电子守恒可知，还生成二氧化碳、氧气。(3)根据离子浓度形成沉
2 4
淀与溶液pH关系图，调节pH过程中将铁离子和铝离子形成沉淀，而锰离子不沉淀，所以调节pH的范围
应在5.2≤pH<8.8。
3.(10分)(2024·南宁模拟)GaN是制造微电子器件、光电子器件的新型半导体材料。综合利用炼锌矿渣｛主
要含铁酸镓[Ga (Fe O ) ]、铁酸锌(ZnFe O )，还含少量Fe及一些难溶于酸的物质｝获得金属盐，并进一
2 2 4 3 2 4
步利用镓盐制备具有优异光电性能的氮化镓(GaN)，部分工艺流程如图。
已知：①Fe
O2-
在酸性条件下不稳定，易转化为Fe3+。
2 4
②常温下，“浸出液”中的金属离子对应的氢氧化物的溶度积常数如下表，离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时
可视为沉淀完全。
氢氧化物 Fe(OH) Fe(OH) Zn(OH) Ga(OH)
2 3 2 3
K 4.9×10-17 2.8×10-39 1.8×10-14 8.0×10-32
sp
③lg 2≈0.3，lg 5≈0.7。
(1)为提高浸出率，可采取的措施为 (填字母)。
a.将矿渣粉碎 b.降低温度 c.把稀硫酸换成浓硫酸 d.延长浸出时间
(2)已知纤锌矿结构的GaN晶胞结构与金刚石结构类似，则该种GaN晶体的类型为 ，基态Ga原子
价层电子的轨道表示式为 。
(3)ZnFe O 与稀硫酸反应的化学方程式为 。
2 4
(4)“调pH”时需调节溶液pH不低于 。
(5)检验“滤液1”中是否含有Fe3+的试剂为 (填名称)。
(6)电解反萃取液(溶质为Na[Ga(OH) ])制粗镓的装置如图所示，阳极的电极反应式为 ，
4
电解废液经处理后可循环使用，其主要溶质为 (填化学式)。答案 (1)ad (2)共价晶体
(3)ZnFe O +4H SO ===ZnSO +Fe (SO ) +4H O (4)5.3 (5)硫氰化钾 (6)2H
O-4e-+4CO2-
===O ↑
2 4 2 4 4 2 4 3 2 2 3 2
+4HCO-
NaOH
3
解析 炼锌矿渣{主要含铁酸镓[Ga (Fe O ) ]、铁酸锌(ZnFe O )，还含少量Fe及一些难溶于酸的物质}用
2 2 4 3 2 4
稀硫酸酸浸后所得滤液中含有Fe2+、Fe3+、Zn2+、Ga3+，加入双氧水氧化Fe2+，调节pH，沉淀Fe3+和Ga3+，
滤液1中含有Zn2+；得到的滤饼加入盐酸酸化得到氯化铁和氯化镓，加入固体铁把Fe3+转化为Fe2+，然后
利用萃取剂萃取Ga3+，加入氢氧化钠溶液使Ga3+转化为Na[Ga(OH) ]，电解Na[Ga(OH) ]溶液生成粗镓，粗
4 4
镓与CH Br反应生成Ga(CH ) ，采用MOCVD技术通入氨气制备GaN。(4)调节pH，沉淀Fe3+和Ga3+，滤
3 3 3
√8.0×10-32
液1中含有Zn2+，由Fe(OH) 和Ga(OH) 的K 可知，则需求Ga3+沉淀完全时的pH，c(OH-)=3
3 3 sp 10-5
mol·L-1=2.0×10-9 mol·L-1，c(H+)=5×10-6，pH=6-lg 5≈5.3，则“调pH”时需调节溶液pH不低于5.3。
4.(10分)(2024·广西高三模拟)工业上，从铜镍矿(主要成分为铜氧化物、镍氧化物，含有Fe O 、FeO、MgO
2 3
等杂质)中提取镍和铜的一种工艺流程如下：
已知：①一些物质的K (25 ℃)如下。
sp
物质 Fe(OH) Fe(OH) Mg(OH) Ni(OH)
2 3 2 2
K 4.9×10-17 2.8×10-39 5.6×10-12 2.1×10-15
sp
②当溶液中某离子浓度c≤10-5 mol·L-1时，可认为该离子沉淀完全。
③lg 2.1≈0.32。(1)基态Cu原子的价层电子的轨道表示式为 。
(2)浸出过程中通入O 的目的是 。
2
(3)萃取时发生反应：Cu2++2HR CuR +2H+(HR、CuR 在有机层，Cu2+、H+在水层)。
2 2
①某种HR的结构简式为 ，该分子中可能与Cu2+形成配位键的原子有
。
②该工艺中设计萃取、反萃取的目的是 。
(4)写出用惰性电极电解CuSO 溶液发生反应的化学方程式： 。
4
(5)黄钠铁矾[NaFe (OH) (SO ) ]比Fe(OH) 更易形成沉淀，则生成黄钠铁矾的离子方程式是
3 6 4 2 3
。
(6)第二次使用MgO调节溶液pH，使Ni2+沉淀完全，应将pH调节至 (保留2位小数)。
答案 (1) (2)将Fe2+氧化为Fe3+ (3)①O、N ②实现Cu2+的提取和富集
O2-
(4)2CuSO +2H O 2Cu+2H SO +O ↑ (5)Na++3Fe3++2S 4 +6H O===NaFe (OH) (SO ) ↓+6H+ (6)9.16
4 2 2 4 2 2 3 6 4 2
解析 由题给流程可知，铜镍矿研磨后，在氧气和稀硫酸作用下浸出，将铜镍矿中的金属氧化物转化为可
溶性硫酸盐，其中通入氧气的目的是将Fe2+氧化为Fe3+，过滤得到浸出液；向浸出液中加入萃取剂HR萃
取、分液得到有机层和水层；向有机层中加入稀硫酸反萃取、分液得到含有铜离子的水溶液，电解硫酸铜
溶液得到金属铜；向水层中加入硫酸钠和氧化镁，将溶液中的铁离子转化为黄钠铁矾沉淀，过滤得到黄钠
铁矾和滤液；向滤液中加入氧化镁调节溶液pH，使溶液中的镍离子转化为氢氧化镍沉淀，过滤得到氢氧
化镍，氢氧化镍经多步处理制得金属镍。(6)由溶度积可知，溶液中镍离子完全沉淀时，溶液中氢氧根离子
√2.1×10-15
浓度为 mol·L-1=√2.1×10-5 mol·L-1，则溶液的pH为14-5+lg √2.1≈9.16。
10-5
5.(10分)(2024·贵阳高三模拟)金属镓有“电子工业脊梁”的美誉，与铝的化学性质类似，广泛应用于电子、
航空航天、光学等领域。从刚玉渣(含钛、镓的低硅铁合金，还含有少量氧化铝)回收镓的流程如图所示：
室温时，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 Ga3+ Al3+ Fe3+ Fe2+开始沉淀时(c=
4.5 3.7 2.2 7.5
0.01 mol·L-1)的pH
完全沉淀时(c=1.0×
5.5 4.7 3.2 9.0
10-5 mol·L-1)的pH
(1)基态镓原子的价层电子排布式为 。
(2)从溶液中得到FeSO ·7H O的具体操作为 、 、过滤、洗涤、干燥。
4 2
(3)“中和沉淀”过程中分离出的滤渣①有Fe(OH) 和 (填化学式)，若滤液②中阳离子浓
3
度均为0.1 mol·L-1，“中和沉淀”过程中pH应调节的范围为 。
(4)“碱浸”时镓元素发生反应的离子方程式为 。
(5)“碳酸化”过程中为防止镓损耗，不能通入过量CO 的原因为
2
(用离子方程式表示)。
(6)以纯镓为原料可制得GaN，GaN晶体的一种立方晶胞如图所示，Ga的配位数为 ，
已知晶胞中Ga和N的最近距离为a nm，阿伏加德罗常数的值为N ，则GaN的晶体密度为
A
g·cm-3(列出计算式)。
答案 (1)4s24p1 (2)蒸发浓缩 冷却结晶 (3)Al(OH) 、Ga(OH) 5.5≤pH<7 (4)Ga(OH) +OH-
3 3 3
4×84
===[Ga(OH) ]- (5)[Ga(OH) ] - +CO ===Ga(OH) ↓+HCO- (6)4 (4√3 ) 3 ×1021
4 4 2 3 3 N × a
A 3
解析 刚玉渣加入硫酸酸化，滤渣中含有Ti和Si单质，滤液中含有Ga3+、Al3+、Fe2+、Fe3+，通过蒸发浓缩、
冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到FeSO ·7H O晶体，滤液中含有Ga3+、Al3+、Fe3+，加入NaOH“中和沉
4 2
淀”得到含Fe(OH) 、Al(OH) 、Ga(OH) 的滤渣①，再加入NaOH溶液碱浸，Al(OH) 、Ga(OH) 溶解，分
3 3 3 3 3
别生成Na[Al(OH) ]和Na[Ga(OH) ]，除去Fe(OH) ，向滤液中通入适量的CO ，Na[Al(OH) ]生成Al(OH) ，
4 4 3 2 4 3
Na[Ga(OH) ]不发生反应，电解含有Na[Ga(OH) ]的溶液得到Ga单质。(3)若滤液②中阳离子浓度均为0.1
4 4
mol·L-1，“中和沉淀”过程中Ga3+要完全沉淀，而Fe2+不沉淀，由表格数据可知，pH=9.0时Fe2+完全沉淀，
此时pOH=5，K [Fe(OH) ]=c(Fe2+)·c2(OH-)=10-5×10-5×2=10-15，滤液②中阳离子浓度均为0.1 mol·L-1，则需控
sp 2
√10-15
制c(OH-)= mol·L-1=10-7 mol·L-1，pH=7，故pH应调节的范围为5.5≤pH<7。(6)由图可知，Ga的配位
0.11 4√3
数为4；已知晶胞中Ga和N的最近距离为a nm，其距离为体对角线长的 ，则晶胞参数为 a nm，根
4 3
4×84
1 1
3
据“均摊法”，晶胞中含8× +6× =4个Ga、4个N，则晶体密度为 (4√3 ) ×1021 g·cm-3。
8 2 N × a
A 3
