文档内容
培优训练4：工艺流程题专项训练
1.(2018·江苏化学，16)以高硫铝土矿(主要成分为Al O 、Fe O 、SiO ，少量FeS 和
2 3 2 3 2 2
金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得Fe O 的部分工艺流程如下：
3 4
(1)焙烧过程均会产生 SO ，用 NaOH 溶液吸收过量 SO 的离子方程式为
2 2
____________________________________________________________________。
(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。
已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃
硫去除率＝×100%
①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于________。
②700 ℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，
其主要原因是_________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO ，铝元素存在的形式由________(填化学
2
式)转化为________(填化学式)。
(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe O 。Fe O 与FeS 混合后在缺氧条件下焙烧
2 3 2 3 2
生成Fe O 和SO ，理论上完全反应消耗的n(FeS )∶n(Fe O )＝________。
3 4 2 2 2 3
解析 (1)二氧化硫是酸性氧化物，少量二氧化硫与 NaOH 溶液反应生成正盐
Na SO ，过量二氧化硫与NaOH溶液反应生成NaHSO 。(2)①根据高硫铝土矿的
2 3 3
成分中含FeS 和金属硫酸盐，而已知多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃，
2
如果不添加CaO在低于500 ℃焙烧，则去除的硫元素主要来源于FeS ，具体的反
2
应原理为4FeS ＋11O =====2Fe O ＋8SO 。②添加的CaO吸收SO 生成CaSO ，
2 2 2 3 2 2 3CaSO 易被空气中的氧气氧化为 CaSO 。根据题目所给“多数金属硫酸盐的分解
3 4
温度都高于600 ℃”，可知700 ℃时CaSO 可能未分解或未完全分解而留在矿粉
4
中，从而导致添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低。(3)
高硫铝土矿中的氧化铝溶于 NaOH生成NaAlO ：Al O ＋2NaOH===2NaAlO ＋
2 2 3 2
H O；向NaAlO 溶液中通入过量的二氧化碳，生成氢氧化铝：CO (过量)＋2H O＋
2 2 2 2
NaAlO ===Al(OH) ↓＋NaHCO 。(4)根据得失电子守恒可知 FeS 与Fe O 的物质
2 3 3 2 2 3
的量之比为1∶16。
答案 (1)OH－＋SO ===HSO
2
(2)①FeS ②硫元素转化为CaSO 而留在矿粉中
2 4
(3)NaAlO Al(OH)
2 3
(4)1∶16
2.(2019·苏州市高三期初调研，16)以白云石(化学式表示为MgCO ·CaCO )为原料
3 3
制备氢氧化镁的工艺流程如下：
已知：①白云石加热过程中，固体失重百分比与温度的关系如图所示：
②K [Mg(OH) ]＝5. 61×10－12。
sp 2
(1) 根 据 流 程 图 判 断 白 云 石 “ 轻 烧 ” 后 固 体 产 物 的 主 要 成 分 是
_____________________________________________________________________
(填化学式)。结合图判断“轻烧” 温度应不超过________。
(2)“加热反应”的化学方程式为_____________________________________。
(3)沉淀过程控制溶液的pH为9.5，此时溶液中c(Mg2＋)＝________。
(4)该工艺中可以循环使用的物质是___________________________________(填化
学式)。(5)传统工艺将白云石分解为氧化镁和氧化钙后提取，从环境保护的角度分析，该
工艺采用轻烧白云石的方法，其优点是____________________________________。
解析 流程分析白云石主要成分为 MgCO ·CaCO 轻烧，从过滤中可以得到
3 3
CaCO 来进行判断，分解的只是碳酸镁，研磨加入水和硫酸铵加热，硫酸铵和氧化
3
镁反应生成氨气、硫酸镁和水，过滤加入氨水生成氢氧化镁沉淀，过滤得到氢氧化
镁固体；则
(1)从过滤中可以得到CaCO 来进行判断分解的只是碳酸镁，分解生成氧化镁，因
3
此白云石“轻烧”后固体产物的主要成份CaCO 、MgO；从表中可以看出，温度低
3
于540 ℃时，物质不分解，高于840℃时，碳酸钙和碳酸镁都分解，因此该温度不超
过700 ℃；(2)加热的过程是放出氨气的过程，该过程中因为氧化镁跟水反应很少，
因此涉及到的反应应该为：(NH ) SO ＋MgO=====MgSO ＋2NH ↑＋H O；(3)依
4 2 4 4 3 2
据溶度积常数计算得到，沉淀过程溶液的pH＝9.5，c(OH－)＝10－4.5 mol/L，c(Mg2＋)
＝K [Mg(OH) ]/c2(OH－)＝5.61×10－12/(10－4.5)2＝5.61×10－3mol/L；(4)该工艺中可
sp 2
以循环使用的物质是参加反应过程，反应后又生成的物质，流程图分析判断
(NH ) SO 、NH 或NH ·H O可以循环使用；(5)分析流程可知，传统工艺将白云石
4 2 4 3 3 2
分解为氧化镁和氧化钙后提取，该工艺采用轻烧白云石的方法可以减少能源消耗、
便于CaCO 分离，同时也减少CO 排放。
3 2
答案 (1)CaCO 、MgO 700 ℃ (2) (NH ) SO ＋MgO===MgSO ＋2NH ＋H O
3 4 2 4 4 3 2
(3)5.61×10－3mol/L
(4) (NH ) SO 、NH 或NH ·H O (5)减少能源消耗、减少CO 的排放、便于CaCO
4 2 4 3 3 2 2 3
分离
3.[(2018·厦门外国语学校5月适应性考试(最后压轴模拟)，27)]
从废旧锂离子二次电池(主要成分为LiCoO ，还含有少量石墨和镀镍金属钢壳、铝
2
箔以及钙等杂质)中回收钴和锂的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“ 碱 浸 ” 的 目 的 是____________________________________________________。
(2)“ 酸 浸 ” 过 程 中 LiCoO 发 生 反 应 的 离 子 方 程 式 为 ：
2
______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
，
浸渣中含有的主要成分是________。
(3)“ 萃 取 净 化 ” 除 去 的 杂 质 离 子 有 Ni2 ＋ 外 ， 还 有
_____________________________________________________________________。
(4)“萃取分离”中钴、锂萃取率与平衡pH关系如图所示， pH一般选择5左右，
理由是__________________________________________________________。
(5)“沉锂”中Li CO 溶解度随温度变化曲线如下图所示：
2 3
① 根 据 平 衡 原 理 分 析 Li CO 在 水 中 溶 解 度 随 温 度 变 化 的 原 因
2 3
____________________________________________________________________。
②为获得高纯Li CO ，提纯操作依次为趁热过滤、________、干燥。
2 3
③若“沉锂”中c(Li＋)＝1.0 mol·L－1，加入等体积等浓度Na CO 溶液，此时实验
2 3
所得沉锂率为________。(已知Li CO 的K 为9.0×10－4)
2 3 sp
解析 (1)“碱浸”的目的是用氢氧化钠溶液将其中的Al溶解。
(2)LiCoO 中Co为＋3价，最后生成的CoSO 中Co为＋2价，所以酸浸这一步中，
2 4
加入H O 的目的是为了将＋3价Co还原为＋2价Co，所以反应的离子方程式为：
2 2
2 LiCoO ＋ H O ＋ 6H＋===2Li＋＋2Co2＋ ＋ O ↑ ＋ 4 H O。浸渣中主要是不与
2 2 2 2 2酸反应的石墨以及生成的硫酸钙沉淀。
(3)整个提取的过程中需要除去的杂质是Ca、Fe、Al、Ni；在前面的步骤中已经除去
了Al和Ca，所以萃取净化应该要除去Ni2＋和Fe3＋。
(4)由图示在pH为5左右的时候，Co和Li的萃取率差异最大，此时分离的效果最
好。
(5)①图中显示随着温度升高，碳酸锂的溶解度逐渐减小，所以推测该物质溶于水
的过程是放热的。
②提取的过程为趁热过滤，洗涤，干燥，所以答案为：洗涤。
③c(Li＋)＝1.0 mol·L－1，加入等体积等浓度Na CO 溶液，则碳酸钠的浓度也是
2 3
1.0 mol·L－1，加入的瞬间溶液体积转化为原来的2倍，浓度都是原来的一半，即
c(Li＋)＝c(CO)＝0.5 mol·L－1，沉淀出碳酸锂，所以碳酸根过量1倍，剩余c(CO)＝
0.25 mol·L－1，代入K 的计算式得到c(Li＋)＝＝＝0.06(mol/L)。因为两溶液混合的
sp
瞬间c(Li＋)＝0.5mol/L，所以沉锂率为(0.5－0.06)÷0.5＝88%。
答案 (1)除去铝 (2)2LiCoO ＋H O ＋6H＋===2Li＋＋2Co2＋＋O ↑ ＋ 4H O
2 2 2 2 2
石墨、硫酸钙 (3)Fe3＋
(4)分离效率最高
(5)①Li CO 溶解过程为放热反应 ②洗涤 ③88.0%
2 3
4.(2018·福州市高三下学期 5月模拟考试理综，28)辉铜矿石主要含有硫化亚铜
(Cu S)及少量脉石(SiO )。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如下所示
2 2
(1) 写 出 “ 浸 取 ” 过 程 中 Cu S 溶 解 时 发 生 反 应 的 离 子 方 程 式 ：
2
_____________________________________________________________________。
(2)“矿渣”中除了S以外，还有____________________________________(填化
学式)；
“回收 S”过程中温度控制在 50～60 ℃之间，不宜过高或过低的原因是
____________________________________________________________________。
(3)“保温除铁”过程中，加入CuO的目的是______________________________；
“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，要用 HNO 溶液调节溶液的 pH，其理由是
3____________________________________________________________________。
(4)气体NO 与氧气混合后通入水中能生成流程中可循环利用的一种物质，该反应
x
的化学方程式为_____________________________________________________
__________________________________________________________________；
向“滤液M”中加入(或通入) ________(填下列选项代号)，可得到另一种流程中
可循坏利用的物质。
a.铁 b.氯气 c.高锰酸钾
解析 考查化学工艺流程，(1)Cu S中Cu显＋1价，S显－2价，都具有还原性，
2
FeCl 中 Fe3＋具有强氧化性，根据流程，浸取发生的离子反应是 Cu S＋4Fe3＋
3 2
===2Cu2＋＋4Fe2＋＋S；(2)根据辉铜矿的成分，含有少量的脉石，SiO 不与FeCl 发
2 3
生反应，因此矿渣中还含有SiO ；苯的沸点较低，温度过高，苯易挥发，温度过低，
2
反应速率慢或溶解度小；(3)置换过程过滤后，得到固体物质是Cu和Fe，Cu和Fe
与硝酸反应生成Cu(NO ) 和Fe(NO ) ，Fe3＋水解：Fe3＋＋3H O Fe(OH) ＋
3 2 3 3 2 3
3H＋，加入CuO的目的是调节pH，促使Fe3＋水解，生成氢氧化铁沉淀；Cu(NO ) 溶
3 2
液中Cu2＋发生水解，Cu2＋＋2H O===Cu(OH) ＋2H＋，加入硝酸，抑制Cu2＋水解；
2 2
(4)氮的氧化物与氧气、H O反应生成HNO ，硝酸是循环利用的一种物质，该反应
2 3
的化学方程式为 4NO ＋(5－2x)O ＋2H O===4HNO ；置换中发生 Fe＋
x 2 2 3
CuCl ===FeCl ＋Cu、Fe＋2FeCl ===3FeCl ，滤液M中成分是FeCl ，根据流程图，
2 2 3 2 2
FeCl 是循环物质，即需要加入Cl ，把FeCl 氧化成FeCl ，故选项b正确。
3 2 2 3
答案 (1)Cu S＋4Fe3＋===2Cu2＋＋4Fe2＋＋S (2)SiO 温度过高苯易挥发，温度
2 2
过低硫的溶解速率(或溶解度)小 (3)提升溶液的pH，促进Fe3＋水解生成Fe(OH)
3
沉淀 抑制Cu2＋水解 (4)4NO ＋(5－2x)O ＋2H O===4HNO b
x 2 2 3
5.(2019·河南师范大学附属中学高三月考，27)铁的化合物有广泛用途，如碳酸亚
铁(FeCO )可作为补血剂，铁红(Fe O )可作为颜料。利用某硫酸厂产生的烧渣(主要
3 2 3
含Fe O 、FeO，还有一定量的SiO )制备FeCO 的流程如下：
2 3 2 3
(1)“酸溶”时加快反应速率的方法有________(写出一种)。
(2)①“还原”时，FeS 与H SO 不反应，Fe3＋通过两个反应被还原，其中一个反应
2 2 4如下：
FeS ＋14Fe3＋＋8H O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋，则另一个反应的离子方程式为
2 2
____________________________________________________________________。
② 加 入 FeS 还 原 后 ， 检 验 Fe3 ＋ 是 否 反 应 完 全 的 方 法 是
2
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
。
(3)①“ 沉 淀 ” 时 ， 需 要 控 制 温 度 在 35 ℃ 以 下 ， 其 可 能 原 因 是
_____________________________________________________________________。
② 所 得 FeCO 需 充 分 洗 涤 ， 检 验 沉 淀 已 洗 净 的 方 法 是
3
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
。
(4)FeCO 浊液长时间暴露在空气中，会有部分固体表面变为红褐色，同时释放出
3
CO ，则与FeCO 反应的物质为________(填化学式)。
2 3
(5) 写 出 在 空 气 中 煅 烧 FeCO 制 备 高 纯 氧 化 铁 的 化 学 方 程 式 ：
3
____________________________________________________________________。
FeCO 在空气中煅烧生成Fe O 时，也会生成FeO。现煅烧23.2 kg的FeCO ，得到
3 2 3 3
Fe O 和FeO的混合物15.84 kg，则Fe O 的质量为________ kg。
2 3 2 3
解析 烧渣(主要含Fe O 、FeO，还有一定量的SiO )用硫酸浸取，过滤后滤液中含
2 3 2
有硫酸铁、硫酸亚铁、未反应的硫酸，滤渣为二氧化硅，用二硫化亚铁还原Fe3＋后
过滤，得滤液中含有硫酸亚铁，向滤液中加入碳酸铵，过滤得碳酸亚铁，滤液中含
有硫酸铵、碳酸铵。
(5) 在 空 气 中 煅 烧 FeCO 制 备 高 纯 氧 化 铁 的 化 学 方 程 式 为 4FeCO ＋
3 3
O =====2Fe O ＋4CO ，设Fe O 的质量为x，根据化学反应前后铁元素质量不变：
2 2 3 2 2 3
×100%×x＋×100%×(15.84 kg－x)＝×100%×23.2 kg，解得x＝14.4 kg。
答案 (1)加热(或适当增加硫酸的浓度、将烧渣粉碎、搅拌等)
(2)①FeS ＋2Fe3＋ ===3Fe2＋＋2S↓
2
②取少量溶液，滴入几滴KSCN溶液，若溶液变为红色，说明其中含有Fe3＋，未反
应完全(3)①防止碳酸铵分解，减小亚铁离子的水解程度
②取少许最后一次洗涤液于试管中，滴加稀盐酸，无明显现象，再滴加BaCl 溶液，
2
若无白色沉淀生成，则表明沉淀已洗涤干净，反之，则说明没洗涤干净
(4)O 、H O (5)4FeCO ＋O =====2Fe O ＋4CO 14.4
2 2 3 2 2 3 2
6.(2018·周口市上学期期末抽测调研)某化学兴趣小组对一种废旧合金(含有Cu、
Fe、Si等元素)进行分离、回收再利用，所设计工艺流程如下。
已知：298 K时，K [Fe(OH) ]＝4.0×10－38，
sp 3
K [Cu(OH) ]＝2.2×10－20，K [Mn(OH) ]＝1.9×10－13
sp 2 sp 2
回答下列问题：
(1)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为________，固体B为________(填化学式)。
(2)加入过量 FeCl 溶液过程中与较不活泼的金属反应的离子方程式
3
____________________________________________________________________。
(3)调节pH至2.9～3.2的目的是分离________(填离子符号)
(4)① 向 溶 液 b 中 加 入 酸 性 KMnO 溶 液 发 生 反 应 的 离 子 方 程 式 为
4
____________________________________________________________________。
②若用a mol/L KMnO 溶液处理溶液b，当恰好反应时消耗KMnO 溶液V mL，所
4 4
得红棕色固体C的物质的量为________(用含a、V的代数式表示)
(5)常温下，若溶液c中所含的金属阳离子浓度相等，向溶液c中逐滴加入KOH溶
液，最后生成的沉淀为_________________________________________________
______________________________________________________________________
_(填化学式)。
(6)用惰性电极电解时阳极产生标准状况下的气体 6.72 L，阴极得到的电子数为
0.8N ，则生成氧气的物质的量为________mol。
A
解析 试题分析：由流程可知，合金经氯化铁溶液溶解后把其中的铁和铜溶解，过
滤后除去硅；向滤液中加入过量的铜，把过量的Fe3＋还原，过滤得到铜，再向滤液
中加入酸性高锰酸钾溶液把亚铁离子完全氧化为＋3价铁离子，然后再加碱调节pH使＋3价铁离子转化为氢氧化铁沉淀；滤液经处理后电解，阳极得到氯气和氧
气、阴极得到铜。
(1)操作I、Ⅱ、Ⅲ为过滤，固体B为Cu。
(2) FeCl 溶液与较不活泼的金属铜反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋
3
Cu2＋。
(3)调节pH至2.9～3.2的目的是分离Fe3＋。
(4)①向溶液b中加入酸性KMnO 溶液发生反应的离子方程式为MnO＋5Fe2＋＋
4
8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H O。
2
②若用 a mol/LKMnO 溶液处理溶液b，当恰好反应时消耗KMnO 溶液V mL，由
4 4
反应的离子方程式可知，n(Fe3＋)＝5n(KMnO )＝5×V×10－3L×a mol/L＝5aV×10
4
－3mol，所得红棕色固体C为Fe O ，其物质的量为2.5aV×10－3mol 。
2 3
(5)常温下，溶液c中所含的金属阳离子为Fe3＋、Cu2＋和Mn2＋，若三者浓度相等，向
溶液c中逐滴加入KOH溶液，因为K [Fe(OH) ] K [Cu(OH) ] K [Mn(OH) ]，所
sp 3 sp 2 sp 2
以先生成的沉淀是Fe(OH) (由流程可知，pH＝3.2时，Fe3＋沉淀完全，而Cu2＋和
3 ≪ ≪
Mn2＋尚未开始沉淀)，最后生成的沉淀为Mn(OH) 。
2
(6)用惰性电极电解时阳极产生标准状况下的气体 6.72 L，阴极得到的电子数为
0.8N ，由电子转移守恒得，4n(O )＋ ＝0.8 mol，则生成
A 2
氧气的物质的量为0.1 mol。
答案 (1)过滤 Cu (2)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ (3)Fe3＋ (4)①MnO＋
5Fe2＋ ＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H O ②2.5aV×10－3 mol (5)Mn(OH) (6)0.1
2 2
