文档内容
专题十一 化学工艺流程
考 点 高考年 考频解密 考点分布
2022 年河北卷〔15〕；2022 年山东卷
离子反应与氧化还原反应
〔17〕；2022年湖北卷〔18〕；2022年湖
化学工艺 〔7次〕，常见无机物的制
南卷〔17〕；2022年广东卷〔18〕；2022
2022 年 备与探究〔3次〕，制备与
流程 年辽宁卷〔16〕；2022年北京卷〔18〕；
水解有关的物质、溶度积的
2022 年全国甲卷〔8〕,2022 年全国乙卷
应用〔8次〕
〔8〕等
一、工业流程题的结构
二、流程图中主要环节的分析
1．核心反应——陌生方程式的书写
关注箭头的指向：箭头指入→反应物，箭头指出→生成物。
(1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，①判断产物，②根据化合价升降相等配平。
(2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。
2．原料的预处理
(1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸等。
水浸 与水接触反应或溶解
浸出 固体加水(酸)溶解得到离子
酸浸 在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化)(2)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。
(3)审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。
3．常用的控制反应条件的方法
(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。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＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO 、Cu(OH) 、Cu (OH) CO 等物质来调节溶液的
3 2 2 2 3
pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
(2)控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。
(3)趁热过滤。防止某物质降温时会析出。
(4)冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
4．常用的提纯方法
(1)水溶法：除去可溶性杂质。
(2)酸溶法：除去碱性杂质。
(3)碱溶法：除去酸性杂质。
(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。
(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。
(6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。
5．常用的分离方法
(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。
(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl 或苯萃取溴水中的溴。
4
(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取NaCl。
(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO、FeCl 、CuCl 、
3 3 2
CuSO ·5H O、FeSO ·7H O等。
4 2 4 2
(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。
(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。
三、化学工艺流程题的分析方法
主线分析“原料→中间转化物质→目标产物”
(1)反应与物质的转化：分析每一步操作的目的及所发生的化学反应，跟踪物质转化的形式。尤其要注意原
料中的杂质在流程中是如何被除去的。滤渣、滤液成分的确定：反应过程中哪些物质(离子)发生了变化？
产生了哪些新离子？这些离子间是否能发生化学反应？所加试剂是否过量？
(2)循环物质的确定(3)副产品的判断
探究一 离子反应与氧化还原反应的综合应用
草酸钴可用于指示剂和催化剂。其中草酸钴的制备可用水钴矿(主要成分为 ，含少量
等)制取 工艺流程如图所示：
已知：①浸出液含有的阳离子主要有 等；
②酸性条件下， 不会氧化 ， 转化为 ；
③部分阳离子的氢氧化物形式沉淀时溶液的 见下表。
沉淀物
开始沉
2.7 7.6 4.0 7.6 7.7
淀
完全沉
3.7 9.6 5.2 9.2 9.8
淀(1)回答下列问题：浸出过程中加入 的主要目的_______， 发生反应的离子方程式为
_______。
(2)向浸出液中加入 发生反应的离子方程式为_______。
(3)向滤液Ⅰ中加入 溶液得到的沉淀的主要成分是_______(写化学式)。
(4)萃取剂对金属离子的萃取率与 的关系如图1所示，萃取剂的作用是除锰离子，其使用的适宜 范围
是_______(填字母代号)。
A．2.0～2.5 B．3.0～3.5 C．4.0～4.5
(5)①实验室里灼烧 晶体，所需要的硅酸盐质仪器除了酒精灯和玻璃棒外，还有_______ (填
仪器名称)
② 热分解质量变化过程如图2所示。其中 以前是隔绝空气加热，
以后是在空气中加热。A、B、C均为纯净物，C点所示产物的化学式是_______。【答案】(1) 将Fe3+和Co3+还原
(2)
(3)CaF、MgF
2 2
(4)B
(5) (瓷)坩埚和泥三角 Co O
2 3
【详解】（1）① 具有还原性，能还原氧化性离子铁离子和钴离子，所以浸出过程中加入 的
主要目的是将Fe3+和Co3+还原；
故答案为：将Fe3+和Co3+还原；
②发生反应的离子方程式为 ；
故答案为： ；
（2）NaClO 加入浸出液中，是为了将Fe2+氧化为Fe3+，其反应离子方程式为
3
；
故答案为： ；
（3）向滤液Ⅰ中加入 溶液是为了除镁钙，则得到的沉淀的主要成分是CaF 、MgF ；
2 2
故答案为：CaF 、MgF ；
2 2
（4）由图可知，调节pH在3.0～3.5之间，可使Mn2+萃取较完全，并尽可能减少Co2+损失，故选B；
故答案为：B；
（5）①实验室里灼烧 晶体，所需要的硅酸盐质仪器除了酒精灯和玻璃棒外，还有瓷坩埚和泥三角；
故答案为：瓷坩埚和泥三角；
②18.30g 的物质的量为 ， 以后是在空气中加热，则C点对应的产物
为钴的氧化物，质量为8.30g，而0.1mol钴的质量为5.90g，则该氧化物中氧元素质量为
8.30g-5.90g=2.40g，Co原子与O原子的物质的量之比为 ，故C点所示产物的化学式
是Co O；
2 3
故答案为：Co O。
2 3
【变式练习】
1．（2022·山东潍坊·高三期中）常温下 是一种无色气体、溶于浓硫酸、易水解，常用作火箭高能燃
料。工业用液氨法制取 的流程如下：
已知：①硼酐 是一种难溶物；
②石灰石中含有微量氧化铁、二氧化硅、硫单质等
回答下列问题：
(1)氨化釜中主要产物为 ，则滤渣Ⅰ的成分是_______，操作Ⅱ的名称_______。
(2)反应釜Ⅰ中产生两种气体，发生反应的离子方程式为_______。
(3)经过必要的处理可循环利用的物质是_______。
(4)反应釜Ⅱ中发生反应的化学方程式_______。
(5)利用离子色谱法可以检测三氟化硼中硫元素的含量，将 样品通过检测液，进行色谱分析，得到如图
所示结果。出现曲线1的原因可能是_______。(6)利用电解氟硅酸钠 的方法可以制取高纯度 ，装置如图所示。甲室中加入的电解质为
_______，a膜选用_______(“阴离子”“阳离子”“质子”)交换膜。
【答案】(1) SiO 蒸馏
2
(2)CaCO+2 +2F-=CaF +CO ↑+2NH↑+H O
3 2 2 3 2
(3)氨气
(4)3CaF+B O+3H SO (浓)=3CaSO +2BF +3H O
2 2 3 2 4 4 3 2
(5)浓硫酸与S反应生成了SO ，SO 溶于水生成了亚硫酸根离子
2 2
(6) NaSiF 溶液 阳离子
2 6
【详解】（1）根据分析可知，滤渣Ⅰ成分为SiO，操作Ⅱ为蒸馏。
2
（2）反应釜I中NH F和CaCO 反应生成氨气、二氧化碳和氟化钙，离子方程式为CaCO +2 +2F-
4 3 3
=CaF +CO ↑+2NH↑+H O。
2 2 3 2
（3）反应釜Ⅰ中生成了氨气，经必要处理后可生成液氨重复利用。
（4）根据分析可知，反应釜Ⅱ中反应的化学方程式为3CaF +B O+3H SO (浓)=3CaSO +2BF +3H O。
2 2 3 2 4 4 3 2
（5）浓硫酸与S反应生成了SO ，SO 溶于水生成了亚硫酸根离子。
2 2（6）阳极上水失电子生成氧气和氢离子，氢离子与NaSiF 反应生成HSiF，则甲室加入的电解质为
2 6 2 6
NaSiF 溶液，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，为防止丙室产生的氢氧根离子进入甲室与HSiF 反
2 6 2 6
应，同时为得到高纯度的HSiF，甲室的Na+需能通过a膜向丙室移动，则a膜选用阳离子交换膜。
2 6
2．（2022·辽宁沈阳·高三期中）碳酸锰 在工业上常用作脱硫的催化剂、瓷釉、涂料和清漆的颜
料。工业上利用软锰矿(主要成分是 ，还含有 等杂质)制取碳酸锰的流程如图所
示。
已知：还原焙烧的主反应为 。可能用到的数据如表所示：
氢氧化物
开始沉淀
1.5 6.5 4.2 8.3
沉淀完全
3.7 9.7 7.4 9.8
根据要求回答下列问题：
(1)在实验室进行步骤A操作时，需要用到的主要仪器的名称：_______。
(2)步骤B中为提高浸取的速率采取的方法有_______(写两种方法)。
(3)步骤D发生反应的离子方程式为_______。
(4)步骤E中调节 的范围为_______。
(5)步骤G发生反应的化学方程式为_______。
(6)已知 溶液能将 氧化为 。证明步骤G中 已完全反应的方法为___。
【答案】(1)铁坩埚
(2)搅拌、适当升高反应混合物的温度(合理即可)(3)
(4)
(5)
(6)取少量上层清液于试管中，向其中滴入 溶液，溶液不变为紫红色，可证明 已经沉淀完全
【详解】（1）焙烧时碳酸钙会和瓷坩埚中的二氧化硅反应，所以应选用铁坩埚。
（2）步骤B中为提高浸取的速率采取的方法可以是搅拌、适当升高反应混合物的温度等。
（3）步骤D中加入 可以将 氧化为 ，根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒，结合物质的拆分
原则，可得该反应的离子方程式为： 。
（4） 沉淀完全时的 和 开始沉淀时的 ，所以为完全除去 ，又不减小 的含
量的 范围为 。
（5）在步骤G中 与 反应生成 沉淀、 和 ，反应的化学方程
式为： 。
（6）若步骤G中 已完全反应，则取少量上层清液于试管中，向其中滴入 溶液，溶液不变为
紫红色，可证明 已经沉淀完全。
3．某工厂从废含镍有机催化剂中回收镍的工艺流程如图所示(已知废催化剂中含有 及一定量的
和有机物，镍及其化合物的化学性质与铁的类似，但 的性质较稳定)。回答下列问题：
已知：部分阳离子以氢氧化物的形式完全沉淀时的 如下表所示。
沉淀物
5.2 3.2 9.7 9.2
(1) 为28号元素，写出 原子基态电子排布式_______，用乙醇洗涤废催化剂的目的是_______，从废液
中回收乙醇的方法是_______。
(2)为提高酸浸速率，可采取的措施有_______(答一条即可)
(3)硫酸酸浸后所得滤液A中含有的金属离子是_______，向其中加入 反应的离子方程式为_______。
(4)滤液C进行如下所示处理可以制得 。滤液 溶液
①操作X是_______，过滤，洗涤，干燥。
② 在强碱溶液中用 氧化，可制得碱性镍镉电池电极材料 ，该反应的离子方程式是
_______。
【答案】(1) 1s22s22p63s23p63d84s2 溶解、除去催化剂表面的有机物 蒸馏
(2)将废催化剂粉碎或适当地提高硫酸的浓度或升高浸泡时的温度；
(3) 、 、
(4) 冷却结晶
【详解】（1）① 为28号元素,基态电子排布式为：1s22s22p63s23p63d84s2
②用乙醇可以溶解废催化剂表面的有机物，达到除去目的，答案为：溶解、除去催化剂表面的有机物
③可以利用乙醇与废液中有机物的沸点不同采用蒸馏的方法，答案为：蒸馏
（2）将废催化剂粉碎，增大反应物的接触面积，或适当地提高硫酸的浓度，或升高浸泡时的温度等措施
均可以提高酸浸速率，故答案为：将废催化剂粉碎或适当地提高硫酸的浓度或升高浸泡时的温度；
（3）①由分析可知，硫酸酸浸后所得滤液A中含有硫酸镍、硫酸铝、硫酸铁，则溶液中含有的金属阳离
子为 、 、 ；
②向滤液A中加入过氧化氢溶液的目的是保温条件下将亚铁离子氧化为铁离子，便于调节溶液pH时，将
铁离子转化为沉淀除去，反应的离子方程式为
（4）①①硫酸镍的溶解度随温度的升高变化较大，故酸化后的硫酸镍溶液经冷却结晶得到七水硫酸镍晶
体，故答案为：冷却结晶；
②由题意可知，生成碱式氧化镍的反应为碱性条件下，硫酸镍溶液与次氯酸钠溶液发生氧化还原反应生成碱式氧化镍沉淀、硫酸钠、氯化钠和水，反应的离子方程式为
，故答案为： 。
探究二 常见无机物的制备、分离与提纯
用含钴废料(主要成分为 ，含有少量 杂质)制备 的流程如图所
示。
已知：①有关金属离子形成氢氧化物沉淀的 范围如下：
②在 为4~6时， 水解生成含 胶粒的胶体。
金属离子
开始沉淀的 7.5 2.2 6.4 6.7
完全沉淀的 9.5 3.0 8.4 8.7
请回答下列问题：
(1)“酸浸”步骤中可以有效提高废料利用率的方法有_______________(写出一种方法即可)。
(2)“酸浸”时 与 发生反应的离子方程式为______________________________。
(3)“除铁”中，溶液 对除铁率和钴回收率影响如图所示。该步骤应控制 范围是3.0~4.0图中钴回收率
骤降的可能原因是______________________________。(4)“除镍”步骤的实验操作名称是______________________________。
(5)“沉钴”时温度不能太低也不能太高，原因是______________________________。
(6)“沉钴”步骤的化学反应方程式是_____________________________________________。
【答案】(1)粉碎、搅拌等
(2)
(3) 水解生成含 胶粒的胶体；胶体吸附大量的 导致回收率下降
(4)萃取分液
(5)碳酸氢铵不稳定，温度太高会分解，温度过低会导致反应速率很慢
(6)
【详解】（1）“酸浸”步骤中可以有效提高废料利用率的方法有粉碎、搅拌等；
（2）“酸浸”时 与 发生反应生成二价钴和氧气、水，离子方程式为
；
（3）已知，在 为4~6时， 水解生成含 胶粒的胶体；胶体吸附大量的
导致回收率下降；
（4）“除镍”步骤中为分离水层和有机层的操作，实验操作名称是萃取分液；
（5）“沉钴”时温度不能太低也不能太高，原因是碳酸氢铵不稳定，温度太高会分解，温度过低会导致
反应速率很慢，降低效率；
（6）“沉钴”步骤中碳酸氢铵和 反应生成硫酸铵和二氧化碳、水、 ，化学反应方程式是 。
【变式练习】
1．（2022·宁夏·平罗中学高三期中）金属钛是一种性能优越的结构材料和功能材料，被誉为“太空金
属”。以云南富民钛铁精矿(主要成分为TiO、FeO、Fe O，含SiO、Al O 等杂质)为原料，制备海绵状金
2 2 3 2 2 3
属钛的流程设计如图：
已知：TiCl 及所含杂质氯化物的性质
4
化合物 SiCl TiCl AlCl FeCl
4 4 3 3
沸点/℃ 58 136 181(升华) 316
熔点/℃ -69 -25 193 304
在TiCl 中的溶解性 互溶 —— 微溶
4
回答下列问题：
(1)“氯化”过程需在沸腾炉中进行，且需维持在1050℃，若TiO 氯化时生成的CO与CO 的物质的量之比
2 2
为1：1，则该反应的化学方程式为_______；氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗TiCl 混合液，则滤渣中
4
含有_______(填化学式)。
(2)“精制"过程中，粗TiC 经两步蒸馏得纯TiCl 。第一步蒸馏分离出的杂质是_______(填化学式)；再将温
4 4
度控制在一定的范围内蒸馏分离出纯TiCl ，所控制温度范围是_______。
4
(3)“氧化”过程的产物中可循环利用的是_______(填化学式)。
【答案】(1) FeCl 、AlCl
3 3
(2) SiCl 高于136℃而低于181℃
4
(3)Cl
2
【详解】（1）维持在1050℃，若TiO 氯化时生成的CO与CO 的物质的量之比为1：1，反应同时生成四
2 2
氯化碳，该反应的化学方程式为 ；根据图表中物质的沸点可
知，氯化产物中氯化铁、氯化铝也会被气化导出，则冷却至室温，经过滤得到粗TiCl 混合液，则滤渣中含
4有FeCl 、AlCl ；
3 3
（2）根据图表中物质的沸点可知，“精制"过程中，粗TiC 经两步蒸馏得纯TiCl ，SiCl 沸点较低，故第
4 4 4
一步蒸馏分离出的杂质是SiCl ；再将温度控制在一定的范围内蒸馏分离出纯TiCl ，所控制温度范围是高
4 4
于136℃而低于181℃；
（3）“氧化”过程四氯化钛和氧气反应生成二氧化钛和氯气，氯气在氯化过程中可循环利用。
2．（2022·福建·泉州七中高三期中）某化工厂从含NiO的废料(杂质为Fe O、CaO、CuO中回收、制备具
2 3
有良好的电化学活性和高堆积密度的羟基氧化镍(NiOOH)的工艺流程如下图：
(1)如图是酸浸时镍的浸出率与温度的关系，则酸浸时合适的浸出温度是_______℃，若酸浸时将温度控制
在80℃左右，则料渣1中会含有一定量的 ，其可能的原因_______。
(2)合适温度下，料渣1的主要成分是_______。
(3)生成S的化学方程式为_______。
(4)试剂X是一种绿色氧化剂，其化学式为_______，X参与反应时氧化剂与还原剂物质的量之比为
_______，试剂Y用于调节溶液的pH，则pH的调控范围是_______(与沉淀相关的数据如表所示)。
离子开始沉淀的pH 1.5 6.5 7.2
沉淀完全的pH 3.2 9.7 9.2
(5)写出氧化过程中反应的离子方程式：_______
(6)工业上也可用电解碱性 悬浊液的方法制备NiOOH，加入一定量的KCl有助于提高生产效率，
原因_______。
【答案】(1) 70℃ Ni2+能水解，生成Ni(OH) ，升温能促进水解
2
(2)硫酸钙（CaSO）
4
(3)
(4) HO 1:2 3.2≤pH<7.2
2 2
(5)ClO-+2Ni2++4OH-=2NiOOH•H O↓+Cl-
2
(6)电解碱性 悬浊液制备NiOOH，阳极反应为： ，若加入一定量的
KCl，氯离子在阳极上失电子变为氯气，氯气在碱性条件下生成 ， 将 氧化为NiOOH。
【详解】（1）由图可知当温度在70℃左右时镍的浸出率较高，故酸浸时适宜的温度为70℃；Ni2+能水
解，生成Ni(OH) ，升温能促进水解，所以80℃左右滤渣1中会含有一定量的Ni(OH) ；
2 2
（2）根据上述分析可知，滤渣1的主要成分为硫酸钙（CaSO）；
4
（3）酸浸后溶液中的金属离子有三价铁离子，铜离子，镍离子，钙离子等，其中Fe (SO ) 可以把硫化氢
2 4 3
中-2价硫氧化为单质硫，方程式为： ；
（4）常见的绿色氧化剂X的作用是将二价铁氧化为三价铁，则它是HO，根据得失电子守恒，可知反应
2 2
中 ；常见的绿色氧化剂X的作用是将二价铁氧化为三价铁，则它是HO，根据得失
2 2
电子守恒，可知反应中 ；调pH需使Fe3+完全沉淀，但不能使Ni2+沉淀，由表格可
知，3.2≤pH<7.2；
（5）该反应中Ni2+被氧化为2NiOOH•H O，ClO-被还原为Cl-，相应的离子方程式为ClO-+2Ni2++4OH-
2
=2NiOOH•H O↓+Cl-；
2（6）电解碱性 悬浊液制备NiOOH，阳极反应为： ，若加入一定量
的KCl，氯离子在阳极上失电子变为氯气，氯气在碱性条件下生成 ， 将 氧化为NiOOH，
有助于提高生产效率。
3．（2022·福建·上杭一中高三期中）硫酸锰是一种重要的化工中间体，是锰行业研究的热点。工业以软锰
矿(主要成分是 ，含有 、 等少量杂质)为主要原料制备 。其工业流程如下：
(1)为了提高浸锰的浸取率可采取的措施是_______(任写一条)，滤渣Ⅱ为_______。
(2)浸锰过程中 与 反应的离子方程式为 ，该反应是经历以下
两步反应实现的：
Ⅰ.
Ⅱ.……
写出Ⅱ的离子方程式：_______。
(3)过滤Ⅰ所得滤液中主要存在的金属阳离子为_______(填离子符号)。
(4)氧化过程中被 氧化的主要微粒为_______。
(5)加入 溶液后，生成 沉淀，同时还有气体生成，写出反应的离子方程式：_______。
(6)已知 的溶解度曲线如图1所示，从酸溶后析出 晶体的“系列操作”是蒸发结晶、
_______、洗涤、低温干燥。(7)通过煅烧 可制得软磁铁氧体材料(MnO )，在不同温度下煅烧 时剩余质量变化
x
的曲线如图2所示。根据图2中数据可得MnO 中x的值为_______。
x
【答案】(1) 搅拌或适当升高温度 Fe(OH)
3
(2)
(3)Mn2+、Fe2+
(4) 、Fe2+
(5)
(6)温度高于40℃趁热过滤
(7)
【详解】（1）为了提高浸锰的浸取率可采取的措施是：搅拌或适当升高温度；为除去滤液中的铁离子，
调节pH，沉淀铁离子，将铁离子转化为氢氧化铁沉淀，最后过滤，则滤渣II为Fe(OH) ；
3
（2）根据浸锰过程中 与 反应的离子方程式为 ，以及第一步反应 ，用总式减去第一步反应方程可得到反应Ⅱ的离子方程式：
；
（3）软锰矿形成矿浆，通入足量的 ，MnO 、 与 反应生成Mn2+、Fe2+，SiO 不反应，过滤，
2 2
故滤液含有阳离子为：Mn2+、Fe2+；
（4）氧化过程中 和MnO 反应的化学方程式为 + MnO =MnSO ，S元素化合价升高，还有Fe2+被
2 2 4
MnO 氧化为Fe3+，则被 氧化的主要微粒为 、Fe2+；
2
（5）加入 溶液后，发生彻底的双水解反应生成 沉淀和二氧化碳，反应的离子方程式：
；
（6）由图知低于40℃结晶析出 ，高于40℃结晶析出 ，则由硫酸锰溶液制备
的实验方案为：蒸发结晶，温度高于40℃趁热过滤，洗涤、低温干燥；
（7）MnSO •H O在高温下易分解，25.35g MnSO •H O物质的量为： ，根据锰元
4 2 4 2
素守恒，MnSO •H O分解时，先转变为MnSO 和HO，剩余的质量为：0.15mol×151g/mol=22.65g，所以图
4 2 4 2
2曲线中A段质量减少：25.35g-22.65g=2.7g为水，所以该曲线中A段所表示物质的化学式为MnSO ，根据
4
图像数据可知：B固体质量为11.45g，为MnO ，根据锰元素守恒，MnO 的质量为：0.15mol×(55+16x)g/
x x
mol=11.45g，解得：x= 。
探究三 水溶液中的离子反应和平衡问题
高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的
工艺流程如下，可能用到的数据见下表。开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2
沉淀完全pH 3.2 6.7 8.2
(1)“浸取”操作中通入高压 的目的：_______。
(2)“浸取”过程有黄色沉淀生成，CuS在“浸取”中发生反应的化学方程式为：_______。
(3)“中和调pH”的pH范围：_______。
(4)固体X的成分：_______。
(5)“还原”步骤中发生的离子方程式：_______。
(6)“过滤”操作后经若干步骤可得到金属M，M为_______(填化学式)。
【答案】(1)使CuS被 溶解，把Fe元素氧化成 ，促进金属离子浸出
(2)
(3)
(4) 、S
(5)
(6)Zn
【详解】（1）CuS难溶于硫酸，在溶液中存在沉淀溶解平衡CuS(s) Cu2+(aq)+S2-(aq)，增大O 的浓度，
2
可以反应消耗S2-，使之转化为S，从而使沉淀溶解平衡正向移动，从而可促进金属离子的浸取，故答案为
使CuS被 溶解，把Fe元素氧化成 ，促进金属离子浸出；
（2）浸取时CuS溶解的离子方程式为 ；
（3）根据流程图可知：用NH 调节溶液pH时，要使Fe3+转化为沉淀，而Cu2+、Zn2+仍以离子形式存在于
3溶液中，结合离子沉淀的pH范围，可知中和时应该调节溶液pH范围为3.2～4.2；
（4）经过上述分析可知固体X主要成分是S、Fe(OH) ；
3
（5）滤液中含有Cu2+、Zn2+；然后向滤液中通入高压H，根据元素活动性：Zn＞H＞Cu，Cu2+被还原为
2
Cu单质，故“还原”步骤中发生的离子方程式 ；
（6）由上述分析知Zn2+仍然以离子形式存在于溶液中，再经一系列处理可得到Zn单质。
【变式练习】
1．（2022·福建福州·高三期中）Ce (CO) 可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中，铈(Ce)主
2 3 3
要以CePO 形式存在，还含有SiO、Al O、Fe O、CaF 等物质。以独居石为原料制备Ce (CO)·nH O的
4 2 2 3 2 3 2 2 3 3 2
工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子，该核素的符号为_______；
(2)为提高“水浸”效率，可采取的措施有_______(至少写两条)；
(3)滤渣Ⅲ的主要成分是_______(填化学式)；
(4)加入絮凝剂的目的是_______；
(5)“沉铈”过程中，生成Ce (CO)·nH O的离子方程式为_______。
2 3 3 2
(6)滤渣Ⅱ的主要成分为FePO ，在高温条件下，LiCO、葡萄糖(C H O)和FePO 可制备电极材料
4 2 3 6 12 6 4
LiFePO ，同时生成CO和HO，该反应的化学方程式为_______ 。
4 2
【答案】(1) Ce或138Ce
(2)搅拌、适当升高温度(合理即可)
(3)Al(OH)
3
(4)促进Al(OH) 胶体聚沉，便于分离
3
(5)2Ce3＋+6HCO +(n-3)HO=Ce (CO)·nH O↓＋3CO↑
2 2 3 3 2 2(6)6FePO ＋3LiCO＋C H O 6LiFePO ＋9CO↑＋6HO↑
4 2 3 6 12 6 4 2
【详解】（1）铈的某种核素含有58个质子和80个中子，该核素的符号为 Ce或138Ce。
（2）为提高“水浸”效率，可采取的措施有搅拌、适当升高温度等。
（3）由分析知，滤渣Ⅲ的主要成分是Al(OH) 。
3
（4）由分析知，加入絮凝剂的目的是促进Al(OH) 胶体聚沉，便于分离。
3
（5）HCO 在水溶液中即有电离平衡，又有水解平衡，Ce3+结合HCO 电离平衡产生的CO 及水分子形
成难溶的Ce (CO)·nH O，使HCO 电离平衡正向移动，H+增多，又促使HCO 的水解平衡正向移动，产
2 3 3 2
生大量HCO，HCO 过饱和分解成HO和CO，故“沉铈”过程中，生成Ce (CO)·nH O的离子方程式
2 3 2 3 2 2 2 3 3 2
为2Ce3＋+6HCO +(n-3)HO=Ce (CO)·nH O↓＋3CO↑。
2 2 3 3 2 2
（6）滤渣Ⅱ的主要成分为FePO ，在高温条件下，LiCO、葡萄糖(C H O)和FePO 可制备电极材料
4 2 3 6 12 6 4
LiFePO ，同时生成CO和HO，Fe元素由反应物中+3价变为生成物中的+2价，做氧化剂降价，C H O 做
4 2 6 12 6
还原剂被氧化成CO，根据得失电子守恒，元素守恒配平该反应的化学方程式为6FePO ＋3LiCO＋
4 2 3
C H O 6LiFePO ＋9CO↑＋6HO↑。
6 12 6 4 2
2．（2022·江苏镇江·高三期中）硫酸工业所得废钒催化剂主要含 和 。一
种利用废钒催化剂制取 的流程如图所示：
已知：①“酸浸”后的溶液中含钒元素的离子是 。
②钒元素的存在形态较多，部分四价钒和五价钒物种的分布分数 与 的关系如图所示。(1)写出“酸浸”时 发生反应的离子方程式_________________。
(2)“调 ”时，控制溶液的 ，其目的是_______________。
(3)写出“氧化”时发生反应的离子方程式_________________。
(4)“沉钒”时控制溶液 约为7，生成偏钒酸铵 固体．沉钒率随温度变化如图，温度高于
，沉钒率下降的原因是_______________。
(5)在“煅烧” 的过程中，固体的残留率 随温度变化的曲线如图所示，则A
点剩余固体的成分为__________________(填化学式)。(6)在空气中“煅烧” 分解制备 ，分解一段时间后，得到一种无色有刺激性气味的气体，随后
固体中检测到了 杂质，不断搅拌，充分反应后，最终无该杂质．请分析生成 的原因
_____________。
【答案】(1)
(2)使得 完全溶解和 沉淀完全
(3)
(4)温度高于 水解程度增大，浓度减小，导致沉钒率下降。(或 受热分解)
(5)
(6) 加热后分解生成 和 将五价钒还原为
【详解】（1）“酸浸”后的溶液中所含钒元素的离子是 ，其中钒元素的化合价是+4价， 而 中
的钒元素化合价是+5价，则 被还原，加入的NaSO 被氧化为NaSO ，根据化合价变化，结合电荷守
2 3 2 4
恒和质量守恒，则“酸浸”时 发生反应的离子方程式为 。
（2）通过四价钒和五价钒的物种分布分数 与 的关系图可知，溶液的 时，钒元素主要以形式存在，故控制溶液的 ，目的是使 溶解转化为 形式，且同时除去酸
浸后溶液中含有的Fe2+杂质。
（3）加入NaOH溶液后， 以 形式存在，加入NaClO氧化后， 被氧化成 ，
ClO-被还原为Cl-，结合化合价变化，电荷守恒，质量守恒，故“氧化”时发生反应的离子方程式为
。
（4）温度高于 时， 水解程度增大，导致溶液中的 浓度减小，且温度过高时， 受热
会分解，故温度高于 ，沉钒率下降。
（5）固体的残留率随温度变化的曲线图所示，在“煅烧” 的过程中，质量一定温度范围内不再变
化，有两个阶段，即A点和B点两个阶段，最后一个阶段即B点的产物肯定是 ，而A点发生的变化
一般是铵盐受热分解生成氨气和对应的酸， 的分子量是117， 的分子量是100，
=85.47 ，故A点剩余的固体是 。
（6） 中钒的化合价为+4价， 中钒化合价为+5价，煅烧过程中有杂质 生成，说明 部分
被还原，煅烧同时得到一种无色有刺激性气味的气体，该气体是氨气，氨气具有还原性，故原因是
加热后分解生成 和 又将五价钒还原为 。
3．氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料，有广泛应用。以铁硼矿(主要成分有MgB O·H O、Fe O，次
2 2 5 2 3 4
要成分有Fe O、FeO、 CaO、Al O、 SiO) 为原料制备氮化硼的流程如图所示：
2 3 2 3 2已知：相关金属离子[c( Mn+)= 0.1mol ·l-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子 Fe3+ Fe2+ Al3+
开始沉淀的pH 1.5 6.3 3.2
沉淀完全的pH 2.8 8.3 5.0
回答下列问题：
(1)用稀硫酸酸浸时，若其他条件不变，工业中采取下列措施能提高硼元素浸出率的有_______(填序号)。
A．适当升高酸浸温度 B．适当加快搅拌速度 C．适当缩短酸浸时间
(2)滤渣1的主要成分为_______。
(3)加氨水过程中常常要加热，加热的目的是_______。
(4)从硫酸镁溶液中提取MgSO ·7H O的操作包括_______、过滤、 洗涤、干燥。
4 2
(5)写出B O 与氨气在高温下反应制备BN的化学方程式：_______
2 3
(6)H BO (硼酸)还可以利用电解NaB(OH) 溶液的方法制备，工作原理如图所示，c为_______(填“阴离子
3 3 4
交换膜”或“阳离子交换膜”)， 产品室中发生反应的离子方程式为_______。
【答案】(1)AB
(2)二氧化硅和硫酸钙
(3)防止生成胶体，利于沉淀的生成
(4)蒸发浓缩、降温结晶
(5)B O+2NH 2BN+3HO
2 3 3 2
(6) 阳离子交换膜 H++ [B( OH) ]—= H BO +H O
4 3 3 2
【详解】（1）适当升高酸浸温度、适当加快搅拌速度可以加快反应速率，能提高硼元素浸出率，而适当
缩短酸浸时间会降低浸出效果，故选AB；
（2）由分析可知，滤渣1的主要成分为二氧化硅和硫酸钙，故答案为：二氧化硅和硫酸钙；
（3）由分析可知，加入氨水调节溶液pH的目的是将溶液中铁离子、铝离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，铁离子、铝离子在溶液中水解生成氢氧化铁和氢氧化铝胶体影响沉淀的生成，所以为防止沉淀时生成
胶体，不利于沉淀的生成，常常采用加热的方法，故答案为：防止生成胶体，利于沉淀的生成；
（4）硫酸镁溶液经蒸发浓缩、降温结晶、过滤、 洗涤、干燥得到七水硫酸镁晶体，故答案为：蒸发浓
缩、降温结晶；
（5）由题意可知，制备氮化镁的反应为氨气和氧化硼在高温下反应生成氮化硼和水，反应的化学方程式
为B O+2NH 2BN+3HO，故答案为：B O+2NH 2BN+3HO；
2 3 3 2 2 3 3 2
（6）由图可知，M室的石墨电极为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，
氢离子通过阳离子交换膜a膜进入产品室，N室的石墨电极为电解池的阴极，水在阴极得到电子发生还原
反应生成氢气和氢氧根离子，原料室中，钠离子通过阳离子交换膜c膜进入N室，四羟基合硼离子通过阴
离子交换膜b膜进入产品室与氢离子反应生成硼酸，反应的离子方程式为H++ [B( OH) ]—= H BO +H O，
4 3 3 2
故答案为：阳离子交换膜；H++ [B( OH) ]—= H BO +H O。
4 3 3 2
1．完成下列问题
(1)采用“联合脱硫脱氮技术”处理烟气(含CO、SO 、NO)可获得含CaCO 、CaSO、Ca(NO ) 的副产品，
2 2 3 4 2 2
工业流程如图1所示：
图1
①反应釜Ⅰ采用“气-液逆流”接触吸收法(如图(2))，其优点是_______。②反应釜Ⅱ中CaSO 转化为CaSO 反应的化学方程式为_______。
3 4
(2)烟气(主要污染物SO 、NOx)对人类生活环境造成很大的污染。工业上采取氧化、还原等方法将之除
2
去，以达到净化目的。
①烟气经O 预处理后用碱液吸收，可减少其中SO 、NOx的含量。已知NO可被O 氧化为 NO 、NO ，
3 2 3 2
用NaOH溶液吸收若只生成一种盐，该盐的化学式为_______。
②尿素[CO(NH)]在高温条件下与NO反应转化成三种无毒气体，该反应的化学方程为_______。
2 2
(3)电解法除去工业废水中的硝酸铵的装置示意图如题图(3)所示，阴极电极反应式为_______。
【答案】(1) 使气体和石灰乳充分接触，提高气体的吸收效率
2NO +CaSO +Ca(OH) =CaSO +Ca(NO)+H O
2 3 2 4 2 2 2
(2) NaNO 2CO(NH)+6NO 5N+2CO +4H O
3 2 2 2 2 2
(3)2NH +2e-=2NH↑+H ↑
3 2
【详解】（1）①反应釜Ⅰ采用“气-液逆流”接触吸收法，其优点是使气体和石灰乳充分接触，加快反应
速率，提高气体的吸收效率；②反应釜Ⅱ中CaSO 转化为CaSO 反应为二氧化氮、亚硫酸钙、氢氧化钙反应生成硫酸钙、硝酸钙和水，
3 4
化学方程式为2NO +CaSO +Ca(OH) =CaSO +Ca(NO)+H O；
2 3 2 4 2 2 2
（2）①已知NO可被O 氧化为 NO 、NO ，用NaOH溶液吸收若只生成一种盐，根据质量守恒可知，该
3 2
盐的化学式为NaNO 。
3
②尿素[CO(NH)]在高温条件下与NO反应转化成三种无毒气体，根据质量守恒定律可知，反应生成氮
2 2
气、二氧化碳、水蒸气，该反应的化学方程为2CO(NH)+6NO 5N+2CO +4H O；
2 2 2 2 2
（3）左侧电极硝酸发生氧化反应生成氧气，为阳极，则右侧为阴极区，阴极铵根离子发生还原反应生成
氨气和氢气，电极反应式为2NH +2e-=2NH↑+H ↑。
3 2
2．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+)，并设计以下流程通过制备碳酸锂来提取
锂。
已知：25℃时相关物质的参数如表，LiOH的溶解度为12.4g/100gH O
2化合
Mg(OH) Ca(OH) CaCO LiCO
物 2 2 3 2 3
K 5.6×10-12 5.5×10-6 2.8×10-9 2.5×10-2
sp
回答下列问题：
(1)“沉淀1”为____。
(2)向“滤液1”中加入适量固体LiCO 的目的是____。
2 3
(3)为提高LiCO 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LiCO。查阅资料后，发现文献对常温下的LiCO 有不同的描
2 3 2 3
述：①是白色固体；②尚末从溶液中分离出来。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”或“不能说明稳定性”)，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NaCO 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，同时不引入新杂质
3
(3) 蒸发浓缩 趁热过滤
(4) 不稳定 2Li++2HCO =Li CO↓+CO ↑+H O
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
【详解】（1）浓缩卤水中含有 ，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 和 ，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 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
2 3 2 3
析出，所以为提高 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，洗涤；
（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 2LiCO。故答案为：不稳定，2Li++2HCO =Li CO↓+CO ↑+H O ；
2 3 2 3 2 2
（5）“滤液2”中含有LiOH，加入 ，目的是将LiOH转化为LiCO。若改为通入过量的 ，则
2 3
LiOH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
3 3 2 3
的效果。
3．高纯二氧化硅可用来制造光纤。某蛇纹石的成分见下表：
组分 SiO MgO NaO KO Fe O
2 2 2 2 3
质量分数/% 59.20 38.80 0.25 0.50 0.8
通过下图流程可由蛇纹石制备较纯净的二氧化硅。
(1)蛇纹石中涉及的可溶性金属氧化物有_______(写化学式)。
(2)步骤①中涉及SiO 反应的离子方程式为_______。
2
(3)滤渣A的成分有_______(填化学式)。
(4)步骤②中洗涤沉淀的方法是_______。
(5)步骤③反应的化学方程式为_______；实验室进行步骤③需要用到的主要仪器有带铁圈的铁架台、泥三
角、酒精灯和_______。
【答案】(1)Na O、KO
2 2
(2)SiO+2OH-= +H O
2 2
(3)MgO和Fe O
2 3
(4)向漏斗中注入蒸馏水至浸没沉淀，让水自然流下，重复操作2~3次
(5) HSiO SiO+H O 坩埚
2 3 2 2
【分析】（1）因为NaOH、KOH都是可溶于水的强碱，所以蛇纹石中涉及的可溶性金属氧化物有NaO、
2
KO。
2（2）步骤①中，SiO 与NaOH反应，生成硅酸钠和水，离子方程式为SiO+2OH-= +H O。
2 2 2
（3）由分析知，滤渣A的成分有MgO和Fe O。
2 3
（4）步骤②中洗涤沉淀时，需要让蒸馏水浸没沉淀，同时要让洗涤用水自然流出，方法是：向漏斗中注
入蒸馏水至浸没沉淀，让水自然流下，重复操作2~3次。
（5）步骤③中发生的是硅酸的分解反应，化学方程式为HSiO SiO+H O；实验室进行步骤③时，进
2 3 2 2
行的操作是煅烧，需要用到的主要仪器有坩埚、泥三角、酒精灯和三脚架或带铁圈的铁架台。
4．某废催化剂(主要含有WO、VO、VO、VO、少量杂质Fe O、SiO 等)是能源行业产生的难处理多
3 2 5 2 4 2 3 2 3 2
金属危险废物，其回收利用已成为当前研究的热点和重点。一种处理流程如下：
已知草酸晶体(H C O·2H O)的溶解度随温度的变化如图所示。草酸酸浸时控制温度为90℃，理由是
2 2 4 2
___________，实验室中宜选用的加热方式为___________(“水浴加热”或“油浴加热”)。
【答案】 90℃时草酸晶体的溶解度最大，H+浓度大，可以增大反应速率和浸取率 油浴
加热
【详解】由图可知，90℃时草酸晶体的溶解度最大，溶液中氢离子浓度大，可以增大反应速率和浸取率，
所以草酸酸浸时控制温度为90℃；为使加入的草酸完全溶解，实验室中宜选用的加热方式为油浴加热；
故答案为90℃时草酸晶体的溶解度最大，H+浓度大，可以增大反应速率和浸取率；油浴加热。
5．提纯锌白粉(主要成分为ZnO，还含有FeO、MnO、CuO等杂质)流程如下图所示：回答下列问题：
(1)“浸出”时，MnO参与反应的离子方程式为_______。
(2)已知浸出液中c(Fe2+)=5.04mg·L-1，c(Mn2+)=1.65mg·L-1。若要除尽1m3浸出液中的Fe2+和Mn2+(所有含锰元
素的物质均转化为MnO )，则“氧化"时至少需要加入_______g高锰酸钾。
2
(3)“沉锌”反应在50℃条件下进行，生成ZnO的“前驱体"ZnCO·2Zn(OH) ·H O，试写出该反应的化学方
3 2 2
程式：_______。
(4)某实验小组选用下图所示的部分装置验证锌白粉与碳粉反应生成的可能气态产物。
已知：PdCl +CO+H O=Pd(黑色)↓+CO +2HCl
2 2 2
①上述装置的合理连接顺序为_______(填仪器接口的小写字母)。
②实验前先通入一段时间的氮气，其目的是_______。
【答案】(1)MnO+2H+=Mn2++H O
2
(2)7.9
(3)
(4) adcfgbc； 排除装置中的氧气，避免与碳反应产生气体产生干扰；
【分析】（1）MnO+2H+=Mn2++H O
2
（2）1m3浸出液中c(Fe2+)=5.04mg·L-1，c(Mn2+)=1.65mg·L-1，得m(Fe2+)=5.04g,m(Mn2+)=1.65g；则
n(Fe2+)=0.09mol，n(Mn2+)=0.03mol，根据二价铁、二价锰和高锰酸根离子的关系式进行计算：； ；故高锰酸酸钾需要0.05mol，质量为：0.05×158=7.9g，故答
案为7.9；
（3）根据原子守恒及电荷守恒书写方程式为： ；
（4）根据可能产生的气态物质二氧化碳和一氧化碳的检验方法判断，先检验二氧化碳，故先通入澄清石
灰水，后检验一氧化碳，通入PdCl 溶液，因为根据已知PdCl +CO+H O=Pd(黑色)↓+CO +2HCl有二氧化碳
2 2 2 2
产生，故不能先检验CO，而反应锌白粉与碳粉在高温下反应，避免碳粉和水的反应，故在A装置后加一
个干燥装置，故连接顺序为：adcfgbc；故答案为：adcfgbc；
②实验前先通入一段时间的氮气，排除装置中的氧气，避免与碳反应产生气体产生干扰；故答案为：排除
装置中的氧气，避免与碳反应产生气体产生干扰；
6．镍氢电池是一种新型绿色电池，利用废旧镍氢电池的金属电极芯[主要成分为Ni(OH) 、Co(OH) 及少量
2 2
铁、铝的氧化物等]生产硫酸镍、碳酸钴的工艺流程如图。
已知：部分金属阳离子以氢氧化物的形式沉淀时溶液的pH见表：
金属阳离子 Fe2+ Fe3+ Al3+ Ni2+ Co2+
开始沉淀时pH 6.3 1.5 3.4 6.2 7.15
完全沉淀时pH(金属阳离子浓度<10-5mol/L) 9.0 3.2 4.7 9.2 9.15
回答下列问题：
(1)步骤①用稀硫酸浸取金属电极芯前，提高浸取率方法_______(写两种)。
(2)沉淀A的主要成分_______，步骤②调pH的范围为_______。
(3)将“母液1”的pH调至3~4，再加入NaClO，NaClO的作用是_______。
(4)步骤④离子方程式_______，若用盐酸代替HSO 和HO 的混合液也能达到目的，从环保角度分析不采
2 4 2 2
用盐酸的原因：_______。
(5)步骤⑤中“母液3”与NaHCO 溶液反应的离子方程式为_______。
3【答案】(1)适当增加硫酸浓度，将电极芯粉碎
(2) Al(OH) 、Fe(OH) 4.7≤pH<6.2
3 3
(3)将Co2+氧化为Co3+
(4) 4H++H O+2Co(OH) =2Co2++O ↑+6H O 实验过程中会生成氯气，污染环境
2 2 3 2 2
(5)
【分析】（1）根据影响化学反应速率的因素可知，用硫酸浸取金属电极芯时，提高浸取率的方法有适当
增加硫酸浓度，将电极芯粉碎；
（2）金属电极芯中的主要成分是Co、Ni，还含少量Fe、Al等，加入稀硫酸酸浸时，金属单质都转化为金
属离子(Ni2+、Co2+、Fe2+、A13+)，浸出液中加入过氧化氢的作用是氧化亚铁离子为铁离子，由流程图中最
终产物可知，调节pH的作用是除去溶液中的Fe3+、A13+，故沉淀A的主要成分是Al(OH) 、Fe(OH) ；为了
3 3
保证Fe3+、A13+沉淀完全而不沉淀Ni2+、Co2+，由表格数据可知，要调节pH的范围为4.7≤pH<6.2；
（3）由流程图中母液1的后续产物可知，加入NaClO的作用是将Co2+氧化为Co3+，从而使其容易形成沉
淀，与母液分离；反应的离子方程ClO-+2Co2++5H O=2Co(OH) ↓+Cl-+4H+；
2 3
（4）由分析可知，步骤④离子方程式为4H++H O+2Co(OH) =2Co2++O ↑+6H O；若用盐酸代替HSO 和
2 2 3 2 2 2 4
HO 的混合液，实验过程中会生成氯气，污染环境；
2 2
（5）碳酸氢根电离出碳酸根离子和氢离子，“母液3”中的Co2+与碳酸根形成难溶物碳酸钙，促进碳酸氢
根电离，氢离子浓度增大，有一部分碳酸氢根就转变为二氧化碳和水, “母液3”与NaHCO 溶液反应的离子
3
方程式为, 。
1．（2022·四川绵阳·一模）某废镍催化剂的主要成分是 合金，还含有少量 及不溶于酸碱的有
机物。采用如下工艺流程回收其中的镍制备镍的氧化物 ：回答下列问题：
(1)“碱浸”所得“滤液1”的主要溶质为 、_______，“灼烧”的目的是_______。
(2)“溶解”后的溶液中，所含金属离子有 _______、_______。
(3)“分离除杂”中，发生氧化还原反应生成含铁滤渣的离子方程式为_______。
(4)“煅烧” 滤渣前需进行的两步操作是_______。
(5)在空气中煅烧 ，其热重曲线如图所示。 转化为 ，反应的化学方程式为
_______； 生成产物的化学式为_______。
(6)利用 制得 溶液，调节其pH至7.5～12，采用惰性电极进行电解，阳极上可沉淀出用作锌镍
电池正极材料的 。电解时阳极的电极反应式为_______。
【答案】(1) NaAlO 除去有机物
2
(2) Ni2+ Fe3+
(3)
(4)洗涤、干燥
(5)
(6)Ni2+-e-+3OH-=NiOOH+H O
2
【详解】（1）由分析可知，“滤液1”的主要溶质为 、NaAlO ；“灼烧”的目的是除去有机物；
2
（2）由分析可知，“溶解”后的溶液中，所含金属离子除 外，还有Ni2+、Fe3+；
（3）“分离除杂”中，加入NaClO，使Fe2+完全转化为Fe(OH) 沉淀，离子方程式为
3；
（4）过滤后得到的NiCO 中含有杂质，应洗涤、干燥后，再煅烧，故“煅烧” 滤渣前需进行的两
3
步操作是洗涤、干燥；
（5） 转化为 ，反应的化学方程式为 ；设1mol
在 下分解为 ，1mol 的质量为 ，由图可知， 在
下分解固体残留率为67.5%，则分解后 的质量为 ，根据Ni原子守恒
可知，生成 的物质的量为 ， =80.3g，得到 ，故 生成产
物的化学式为 ；
（6）电解 溶液，阳极上产物为 ，则阳极的电极反应式为Ni2+-e-+3OH-=NiOOH+H O。
2
2．（2022·广东佛山·一模）金属钴是一种重要战略资源。利用草酸钴(CoC O)废料协同浸出水钴矿中钴的
2 4
工艺流程如下。
已知：I.水钴矿的主要成分为 ，含MnS及Fe、Al、Ca、Si等元素的氧化物；
II.该流程中一些金属氢氧化物沉淀时的pH如表：
离子
开始沉淀时pH 3.6 1.8 6.5 7.2 8.1
沉淀完全时pH 4.7 3.2 8.3 9.4 12.7
(1)研磨的目的是_______。
(2)滤渣1的主要成分是 、_______(写化学式)。(3)“浸出”时， 转化成了 ，写出该反应的化学方程式_______。
(4)“氧化”时， 只将 氧化成 ，则反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为_______。
(5)“沉淀”时，应将pH调至_______。
(6)已知 能被有机萃取剂(HA)萃取，其原理可表示为： 。反萃取的目的是将
有机层中的 转移到水层。实验室模拟萃取用到的主要玻璃仪器有烧杯、_______，反萃取适宜选择的
试剂是_______(填序号)。
A．70% B．饱和食盐水 C．稀NaOH D．饱和 溶液
【答案】(1)增大接触面积，加快反应速率，提高浸出率
(2)
(3)
(4)1：6
(5)4.7≤pH<7.2
(6) 分液漏斗 A
【详解】（1）研磨的目的是增大接触面积，加快反应速率，提高浸出率；
（2）二氧化硅不溶于硫酸，氧化钙和硫酸反应生成硫酸钙，不溶于水，故滤渣1含有二氧化硅和硫酸钙；
（3）水钴矿和草酸钴和硫酸反应生成硫酸钴，水钴矿中钴元素化合价降低，则草酸钴中的碳化合价升
高，产生二氧化碳和水，方程式为： ；
（4） 只将 氧化成 ，铁元素化合价改变1价，亚铁离子做还原剂，氯酸钠反应生成氯化
钠，氯酸钠做氧化剂，氯元素化合价变化6价，根据电子守恒分析，反应的氧化剂与还原剂的物质的量之
比为1:6；
（5）沉淀时保证铁离子和铝离子完全沉淀，但钴离子不能沉淀，故pH范围是4.7≤pH<7.2；
（6）萃取分液使用的仪器为分液漏斗。根据 平衡分析，增大溶液中的氢离子浓
度，使平衡逆向移动，使钴离子进入水层，故选择A。3．（2022·吉林·抚松县第一中学模拟预测）
(1)以某锑矿(主要成分为Sb O，含有少量CaO、PbO、As O 等杂质)为原料制备SbF 的工艺流程如图1所
2 3 2 3 5
示。
已知：As O 微溶于水，Sb O 难溶于水，它们均为两性氧化物；SbOCl难溶于水。
2 3 2 3
①“浸出”时少量Sb O 转化为SbOCl，为“滤渣I”的成分，向“滤渣I”中加入氨水，SbOCl可再转化为
2 3
Sb O，该反应的离子方程式为_______。
2 3
②“除砷“时， 转化为HPO ，该反应的离子方程式为_______。
3 4
(2)工业上利用电解精炼锡后的阳极泥(含Cu、Ag、PbSO 及少量的Sn等)回收金属Cu和Ag的流程如图2
4
所示。
①“浸取1”中金属Ag发生反应的离子方程式为_______。
②“浸液2”中溶质的主要成分是 ，则“浸取2”中生成 的离子方程式为
_______。
【答案】(1)
(2)【详解】（1）①加入氨水，SbOCl转化为Sb O，同时生成 等，该反应的离子方程式为
2 3
。
②“除砷“时， 转化为HPO ，As3+转化为As，该反应的离子方程式为
3 4
。答案为：
； ；
（2）①“浸取1”中金属Ag被KClO 氧化为Ag+，再与Cl-结合为AgCl，发生反应的离子方程式为
3
。
② “浸取2”中，AgCl被氨水溶解，生成 ，离子方程式为
。答案为： ；
。
4．（2022·四川雅安·模拟预测）废旧锂电池的正极材料中含有镍、钴、锂、铝等金属元素。一种从废旧锂
电池中回收镶、钴、锂制备相应产品的工艺流程如下：
已知：①浸出液中镍、钴、锂、铝分别以 、 、 、 的形式存在。
②碳酸锂的溶解度(g/L)见表。
温度/℃ 0 20 40 60 80 1001.54 1.33 1.17 1.01 0.85 0.72
(1) 中 的化合价是_______。
(2)某研究团队对“酸浸”条件做了大量研究，得出如下图示，根据下图选择适宜的浸取条件_______。
(3)“还原”操作时主要反应的离子方程式为_______；经检测，浸出液中 ，“除铝”
时，要使 开始沉淀， 值应大于_______。[ ]
(4)实验室“萃取”操作需要在_______(填仪器名称)中进行；“沉钴”的离子方程式为_______。
(5)“一系列操作”为_______、洗涤、干燥；“母液”的用途有_______(写出一种即可)。
【答案】(1)+3
(2)硫酸浓度为2.0mol/L、温度为70℃、时间为120min
(3) 4
(4) 分液漏斗
(5) 蒸发结晶、趁热过滤 作氮肥(合理即可)
【详解】（1） 显示-1价，所以 的化合价是+3；
故答案为+3；
（2）由图可知，“酸浸”时，浸取条件为硫酸浓度为2.0mol/L、温度为70℃、时间为120min时，浸出率
最高；
故答案为硫酸浓度为2.0mol/L、温度为70℃、时间为120min时；
（3）NaSO 具有还原性，将Co3＋还原为Co2＋，反应离子方程式为
2 3
；浸出液中 ，且 ，所以 ，带入计算得 ，此时 值为4；所以
“除铝”时，要使 开始沉淀， 值应大于4；
故答案为 ，4；
（4）实验室“萃取”操作需要分液漏斗在中进行；使用HC O 和Co2+生成CoC O，离子方程式为
2 2 4 2 4
；
故答案为分液漏斗， ；
（5）LiSO 加入(NH )CO，蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥得到LiCO；母液中含有 ，可作氮肥
2 4 4 2 4 2 4
(合理即可)；
故答案为蒸发结晶、趁热过滤；作氮肥(合理即可)。
5．（2022·贵州·模拟预测）碳酸锰(MnCO ) 可用作瓷釉、肥料和饲料添加剂，还应用于医药，电焊条辅料
3
等。某工厂酸性废水中含有Fe2+、Mn2+、SO ，以该废液为原料制备碳酸锰的工艺流程如图所示(部分操作
和条件已略)。
回答下列问题：
(1)调节pH值选用的最佳试剂是_______(填序号)。
A．Fe O B．NaOH C．MnCO D．HSO
2 3 3 2 4
(2)过滤1后滤液中存在的主要离子有_______。
(3)氧化过程加快反应速率的方法有_______(写两种方法)。
(4)碳化过程中发生的离子方程式为_______。
(5)过滤2后要得到高纯度碳酸锰固体还需经过操作_______。
(6)碳酸锰在空气中加热可以生成相应的氧化物，称取115mg碳酸锰加热，固体物质的质量随温度的变化如
图所示。①527.4℃时，剩余固体中n(Mn)：n(O)为_______。
②527.4℃时，MnCO 生成相应固体物质的化学方程式为_______
3
【答案】(1)C
(2)Mn2+、 、H+
(3)增大HO 的浓度、使用合适的催化剂
2 2
(4)Mn2++2 =MnCO+H O+CO↑
3 2 2
(5)洗涤、烘干
(6) 2：3
【分析】（1）A．调节pH如果用Fe O，则可能会混入Fe3+，引入杂质，A错误；
2 3
B．用NaOH调节pH，则会引入Na+，引入了杂质，B错误；
C．用MnCO 调节pH，Fe3+水解生成氢氧化铁和氢离子，氢离子与MnCO 反应使Fe3+水解平衡正向移动，
3 3
生成氢氧化铁沉淀，且产生的Mn2+后续还能碳化重新生成MnCO ，C正确；
3
D．该反应需要增大溶液的pH使Fe3+沉淀，加入硫酸无法增大pH，D错误；
故答案选C。
（2）过滤1除去了氢氧化铁沉淀，因此滤液中主要离子为Mn2+、 ，氢氧化铁完全沉淀时pH约为
3.7，溶液中还有H+。
（3）氧化过程中加快反应速率的方法有增大HO 的浓度，使用合适的催化剂等。
2 2
（4）碳化过程中的离子方程式为Mn2++2 =MnCO+H O+CO↑。
3 2 2
（5）过滤2后要得到高纯度碳酸锰固体，还需要对过滤得到的产物进行洗涤、烘干。（6）115mg碳酸锰的物质的量为0.001mol，加热的过程中锰的物质的量不变，根据锰守恒可知，527.4℃
时，固体中锰的物质的量为0.001mol，则剩余O的质量为79mg-55mg=24mg，则O的物质的量为
0.0015mol，剩余固体中n(Mn)：n(O)=0.001：0.0015=2：3。
根据①中计算可知527.4℃时，剩余固体中n(Mn)：n(O)=0.001：0.0015=2：3，则固体物质的化学式为
MnO，则MnCO 生成MnO 的化学方程式为
2 3 3 2 3
6．（2022·广东·东莞市东华高级中学模拟预测）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℃；月桂酸和(C H COO) RE均难溶于水。该工艺条件下，稀土离子
11 23 11 23 3
保持+3价不变；(C H COO) Mg的 ，Al(OH) 开始溶解时的pH为8.8；有关金属离子沉淀的
11 23 2 3
相关pH见下表。
离子 Mg2+ Fe3+ Al3+ RE3+
6.2～
开始沉淀时的pH 8.8 1.5 3.6
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_______，画出该元素基态原子价电子的轨道表示式
_______。
(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 H COO- )低于_______mol·L-1(保留两位有效数
11 23
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1mol Pt 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
