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专题十一 化学工艺流程分析
1.掌握化工流程中条件的控制。
2.掌握化工流程中物质的分离和提纯。
3.掌握化工流程中方程式的书写。
化工流程题主要考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决化工生产中实际问题的能力，具有考查知识
面广、综合性强、思维容量大的特点。工艺流程题设问的地方有：反应速率与平衡理论的运用，氧化还原
反应的判断、化学方程式的书写，利用控制pH 分离除杂，利用溶解度分离，常用的分离方法、实验操
作，流程中的物质转化和循环，绿色化学评价，电化学，计算产量、产率、产品纯度等。这类题型不但综
合考查考生在中学阶段所学的元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用
语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等知识，而且更重要的是能突出考查考生的综合分析判断
能力、逻辑推理能力，且这类试题陌生度高，文字量大，包含信息多，思维能力要求高，近年来已成为高
考化学主观题中的必考题型。
一、化工流程中原料预处理及反应条件的控制
1.原料预处理的方法及目的
处理方法
目的
固体原料粉碎
或研磨
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
煅烧或灼烧
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氧气
反应；④除去受热不稳定的杂质等
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
加热
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
受热不稳定的杂质，如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl 等物质；④使
沸点相对较低或易升华的原料气化；⑤煮沸时促进溶液中的气体(如氧气)挥发
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逸出等
2.反应条件的控制及目的
条件控制
目的
反应物用
量或浓度
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速率，使平衡发生移动等
降温
①防止某物质在高温时溶解(或分解)；②使化学平衡向着题目要求的方向
(放热反应方向)移动；③使某个沸点较高的产物液化，使其与其他物质分
离等；④降低某些晶体的溶解度，减少损失等
控温
①结晶获得所需物质；②防止某种物质(如H2O2、草酸、浓硝酸、铵盐等)
温度过高时会分解或挥发；③使某物质达到沸点挥发出来；④使催化剂的
活性达到最好；⑤防止副反应的发生等
加入氧化剂
(或还原剂)
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，使其转化为Fe(OH)3沉淀除去]
加入沉淀剂
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，生成碳酸盐沉淀；③加入氟化钠，除去Ca2＋、Mg2＋
pH 控制
①生成金属氢氧化物，以达到除去金属离子的目的；②抑制盐类水解；③
促进盐类水解生成沉淀，有利于过滤分离
3．可循环物质的判断
(1)流程图中回头箭头的物质。
(2)生产流程中后面新生成或新分离的物质(不要忽视结晶后的母液)，可能是前面某一步反应的相关物质。
①从流程需要加入的物质去找
先观察流程中需要加入的物质，再研究后面的流程中有没有生成此物质。
②从能构成可逆反应的物质去找
可逆反应的反应物不能完全转化，应该回收再利用。
③从过滤后的母液中寻找
析出晶体经过过滤后的溶液称为母液，母液是该晶体溶质的饱和溶液，应该循环再利用。
二、化工流程中物质的分离与提纯
1.化工生产过程中分离、提纯、除杂
化工生产过程中分离、提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的操作紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结
晶、过滤、洗涤、干燥、蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。
2．常考分离、提纯的方法及操作
(1)从溶液中获取晶体的方法及实验操作
①溶解度受温度影响较小的(如NaCl)采取蒸发结晶的方法，实验过程为：蒸发浓缩、趁热过滤(如果温度下
降，杂质也会以晶体的形式析出来)、洗涤、干燥。
②溶解度受温度影响较大、带有结晶水的盐或可水解的盐，采取冷却结晶的方法，实验过程为：蒸发浓缩
2
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(至少有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗等)、干燥。
(2)固体物质的洗涤
洗涤试剂
适用范围
目的
蒸
馏
水
冷水
产物不溶于水
除去固体表面吸附着的可溶性粒子，可
适当降低固体因为溶解而造成的损失
热水
有特殊的物质其溶解度随着温度
升高而下降
除去固体表面吸附着的可溶性粒子，可
适当降低固体因为温度变化溶解而造成
的损失
有机溶剂(酒
精、丙酮等)
固体易溶于水、难溶于有机溶剂
减少固体溶解；利用有机溶剂的挥发性
除去固体表面的水分，产品易干燥
饱和溶液
对纯度要求不高的产品
减少固体溶解
酸、碱溶液
产物不溶于酸、碱
除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱的
杂质；减少固体溶解
洗涤沉淀的方法：向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2～3 次
检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入××试剂，
若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净
(3)减压蒸发的原因：减压蒸发降低了蒸发温度，可以防止某物质分解(如H 2O2、浓硝酸、NH4HCO3)或失
去结晶水(如题目要求制备结晶水合物产品)。
(4)萃取与反萃取
①萃取：利用物质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同，将物质从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。
如用CCl4萃取溴水中的Br2。
②反萃取：用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程，为萃取的逆过程。
(5)其他
①蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl 的气流中加
热，以防其水解。
②减压蒸馏的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止受热分解、氧化等。
3．根据溶解度曲线判断结晶的方法
(1)溶解度受温度影响较小的(如NaCl)采取蒸发结晶的方法。
(2)溶解度受温度影响较大的采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
(3)带有结晶水的盐，一般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
三、化工流程中方程式的书写与计算
(一)化工流程中化学方程式的书写
1．书写思路
首先根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式，再根据反应前后元素化合价有无变化判断
反应类型：
(1)元素化合价无变化则为非氧化还原反应，遵循质量守恒定律；
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(2)元素化合价有变化则为氧化还原反应，既遵循质量守恒定律，又遵循得失电子守恒规律。
2．流程中陌生的氧化还原反应的书写流程
(1)首先根据题给材料中的信息确定氧化剂(或还原剂)与还原产物(或氧化产物)，结合已学知识根据加入的
还原剂(或氧化剂)判断氧化产物(或还原产物)。
(2)根据得失电子守恒配平氧化还原反应。
(3)根据电荷守恒和反应物的酸碱性，在方程式左边或右边补充H＋、OH－或H2O 等。
(4)根据质量守恒配平反应方程式。
(二)化工流程中的有关计算
1．Ksp计算
(1)判断能否沉淀。
(2)判断能否沉淀完全。
(3)计算某一离子的浓度。
(4)沉淀生成和沉淀完全时pH 的计算。
2．产率、纯度的计算
(1)计算公式
纯度＝×100%
产物的产率＝×100%
(2)计算的关键在于运用守恒或关系式法结合实验原理找到计算的关系，确定数量关系。
1.[2023·新课标卷]铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、
铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示：
已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2O7
2−存在，在碱性介质中以CrO4
2−存在。
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回答下列问题：
(1)煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为________(填化学式)。
(2)水浸渣中主要有SiO2和________。
(3)“沉淀”步骤调pH 到弱碱性，主要除去的杂质是________________________________。
(4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的pH≈9 以达
到最好的除杂效果，若pH<9 时，会导致__________________________________________________；
pH>9 时，会导致__________________________。
(5)“分离钒”步骤中，将溶液pH 调到1.8 左右得到V2O5沉淀，V2O5在pH<1 时，溶解为VO2
+或VO3＋；在碱
性条件下，溶解为VO3
−或VO4
3−，上述性质说明V2O5具有________(填标号)。
A．酸性 B．碱性 C．两性
(6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为
_______________________________。
【解析】由题给流程可知，铬钒渣在氢氧化钠和空气中煅烧，将钒、铬、铁、铝、硅、磷等元素转化为相
应的最高价含氧酸盐。煅烧渣加入水浸取、过滤得到含有二氧化硅、氧化铁的滤渣和滤液；向滤液中加入
稀硫酸调节溶液pH 将AlO2
−转化为Al(OH)3沉淀，过滤得到Al(OH)3滤渣和滤液；向滤液中加入硫酸镁溶
液、硫酸铵溶液将硅元素、磷元素转化为MgSiO3和MgNH4PO4沉淀，过滤得到含有MgSiO3、MgNH4PO4
的滤渣和滤液；向滤液中加入稀硫酸调节溶液pH 将钒元素转化为五氧化二钒，过滤得到五氧化二钒和滤
液；向滤液中加入焦亚硫酸钠溶液将铬元素转化为三价铬离子，调节溶液pH 将铬元素转化为氢氧化铬沉
淀，过滤得到氢氧化铬。
(4)由分析可知，加入硫酸镁溶液、硫酸铵溶液的目的是将硅元素、磷元素转化为MgSiO3和MgNH4PO4沉
淀，若溶液pH<9 时，会导致磷元素不能形成MgNH4PO4沉淀，若溶液pH>9 时，会导致镁离子生成氢氧化
镁沉淀，不能形成MgSiO3沉淀，导致产品中混有杂质；(5)由题给信息可知，五氧化二钒是能与酸溶液反
应生成盐和水，也能与碱溶液反应生成盐和水的两性氧化物，故选C；(6)由题意可知，还原步骤中加入焦
亚硫酸钠溶液的目的是将铬元素转化为铬离子，反应的离子方程式为2C r2O7
2−+3 S2O5
2− +10H＋===4Cr3＋
＋6SO4
2−＋5H2O。
【答案】(1)Na2CrO4
5
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(2)Fe2O3
(3)Al(OH)3
(4)不利于形成MgNH4PO4沉淀 不能形成MgSiO3沉淀
(5)C
(6)2C r2O7
2−+3 S2O5
2− +10H＋===4Cr3＋＋6SO4
2−＋5H2O
2．[2023·湖南卷]超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一。近年来，我国科技工作者开发了
超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术，在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果。工业上以粗
镓为原料，制备超纯Ga(CH 3)3的工艺流程如下：
已知：①金属Ga 的化学性质和Al 相似，Ga 的熔点为29.8 ℃；
Et
②
2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体；
③相关物质的沸点：
物质
Ga(CH3)3
Et2O
CH3I
NR3
沸点/℃
55.7
34.6
42.4
365.8
回答下列问题：
(1)晶体Ga(CH3)3的晶体类型是________；
(2)“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40～45 ℃的原因是___________________________，
阴极的电极反应式为________________________________________________________；
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(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI，写出该反应的化学方程式
________________________________________________________________________；
(4)“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是________；
(5)下列说法错误的是________；
A．流程中Et2O 得到了循环利用
B．流程中，“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行
C．“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3)，并蒸出Ga(CH3)3
D．用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的
理由是______________________________________________________________________________；
(7)比较分子中的C—Ga—C 键角大小：Ga(CH3)3________ Ga(CH3)3(Et2O)(填“＞”“＜”或“＝”)，其原
因是______________________________________________________________________________________。
【解析】(1)晶体Ga(CH3)3的沸点较低，为分子晶体。(2)镓的熔点为29.8 ℃，电解精炼温度需高于镓的熔
点，因此电解池温度控制在40～45 ℃。Ga 和Al 的性质相似，电解精炼过程中粗镓在阳极失电子产生的
Ga3＋在NaOH 溶液中形成GaO2
−，GaO2
−迁移到阴极，得电子被还原为Ga，故阴极反应为GaO2
−＋2H2O
＋3e－===Ga＋4OH－。(3)根据原子守恒，结合流程图中物质转化配平，得反应的化学方程式为Ga2Mg5＋
8CH3I＋2Et2O===2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI。(4)由(3)可知，残渣中含CH3MgI，结合元素守恒可
知，其和水反应生成的可燃性气体为CH4。(5)由已知②、③，结合流程图可知，溶剂蒸发、配体交换时
Et2O 得以循环利用，A 项正确；高纯Ga 能与H2O、O2反应，CH3I、Ga(CH 3)3能与水反应，有机物能与
O2反应，故B 项正确；配体交换时NR3和Ga(CH3)3(Et2O)反应得到Ga(CH 3)3(NR3)和Et2O，则工序X 为解
配Ga(CH3)3(NR3)，并利用Ga(CH 3)3和NR3的沸点相差较大蒸出Ga(CH 3)3，C 项正确；Ga(CH 3)3和CH3I
中均只有1 种氢原子，核磁共振氢谱均只有一组吸收峰，但吸收强度不同，可以鉴别，D 项错误。
(7)Ga(CH3)3中Ga 为sp2杂化，Ga(CH 3)3(Et2O)中Ga 为sp3杂化，因此C—Ga—C 键角大小：
Ga(CH3)3>Ga(CH3)3(Et2O)。
【答案】(1)分子晶体
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(2)电解精炼温度需在镓的熔点以上
GaO2
−＋2H2O＋3e－===Ga＋4OH－
(3)Ga2Mg5＋8CH3I＋2Et2O===2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI
(4)CH4
(5)D
(6)Ga(CH3)3和Et2O 的沸点接近，而Ga(CH 3)3和NR3的沸点相差较大，解配后可以分离出Ga(CH3)3
(7)> Ga(CH3)3中Ga 为sp2杂化，Ga(CH3)3(Et2O)中Ga 为sp3杂化
3．[2022·湖北卷]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＋)，并设计了以下流程通过制
备碳酸锂来提取锂。
25 ℃时相关物质的参数如下：LiOH 的溶解度：12.4 g/100 gH2O
化合物
Mg(OH)2
Ca(OH)2
CaCO3
Li2CO3
Ksp
5.6×10－12
5.5×10－6
2.8×10－9
2.5×10－2
回答下列问题：
(1)“沉淀1”为________。
(2)向“滤液1”中加入适量固体Li2CO3的目的是
__________________________________________________。
(3)为提高Li2CO3的析出量和纯度，“操作A”依次为________、________、洗涤。
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(4)有同学建议用“侯氏制碱法”的原理制备Li2CO3。查阅资料后，发现文献对常温下的Li2CO3有不同的描
述：①是白色固体；②尚未从溶液中分离出来。为探究LiHCO3的性质，将饱和LiCl 溶液与饱和NaHCO3
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LiHCO3________(填“稳定”或“不稳定”)，有关反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
(5)他们结合(4)的探究结果，拟将原流程中向“滤液2”加入Na2CO3改为通入CO2。这一改动能否达到相同
的效果，作出你的判断并给出理由___________________________________________________________。
【解析】(1)浓缩卤水中含有Mg2＋，当加入石灰乳后，转化为Mg(OH)2沉淀，所以沉淀1 为Mg(OH)2；(2)
滤液1 中含有Na＋、Li＋、Cl－和Ca2＋，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Li2CO3的目的是将Ca2＋转化成CaCO3沉淀除去，同时不引入新杂质；(3)由Li2CO3的溶解度曲线可
知，温度升高，Li2CO3的溶解度降低，即在温度高时，溶解度小，有利于析出，所以为提高Li2CO3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NaHCO3等体积混合后，产生了LiHCO3和NaCl，随后LiHCO3不稳定，分解产生了CO2和Li2CO3，涉
及方程式有：Li
+ + HCO3
− === LiHCO3，2LiHCO3=== Li2CO3↓ ＋ CO2↑＋ H2O；(5)“滤液2”中含有
LiOH，加入Na2CO3，目的是将LiOH 转化为Li2CO3。若改为通入过量的CO2，则LiOH 转化为LiHCO3，
结合(4)的探究结果，LiHCO3也会很快分解产生Li2CO3，所以这一改动能达到相同的效果。
【答案】(1)Mg(OH)2 (2)将Ca2＋转化成CaCO3沉淀除去，同时不引入新杂质
(3) 蒸发浓缩 趁热过滤
(4)不稳定 Li
++ HCO3
−===LiHCO3，2LiHCO3===Li2CO3↓ ＋ CO2↑＋ H2O
(5)能达到相同效果，因为改为通入过量的CO2，则LiOH 转化为LiHCO3，结合(4)的探究结果，LiHCO3也
会很快分解产生Li2CO3，所以这一改动能达到相同的效果
4．[2022·广东卷]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：
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已知：月桂酸(C11H23COOH)熔点为44℃；月桂酸和(C11H23COO)3RE 均难溶于水。该工艺条件下，稀土离子
保持＋3 价不变；(C11H23COO)2Mg 的Ksp＝1.8×10－8，Al(OH)3开始溶解时的pH 为8.8；有关金属离子沉淀
的相关pH 见下表。
离子
SMg2＋
Fe3＋
Al3＋
RE3＋
开始沉淀时的pH
8.8
1.5
3.6
6.2～7.4
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________。
(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2.7 g·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(C11H23COO－)低于______mol· L
−1(保留两位有效数
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Pt3Y。
①还原YCl3和PtCl4熔融盐制备Pt3Y 时，生成1 mol Pt3Y 转移________mol 电子。
Pt
②
3Y/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O2的还原，发生的电极反应为
________________________________________________________________________。
【解析】(1)由题意知，“氧化调pH”中只有铁是变价金属，铝和稀土金属元素均为＋3 价，Fe2＋被氧化为
Fe3＋。(2)“过滤1”所得“滤渣”为Fe(OH)3和Al(OH)3，应调节的pH 范围为4.7≤pH<6.2，pH 小于6.2 是防
止RE3＋开始沉淀。该过程中Al3＋与OH－反应生成Al(OH)3沉淀。(3)“滤液2”中Mg2＋浓度为2.7 g·L－1，其
物质的量浓度为0.112 5 mol·L－1，Ksp[(C11H23COO)2Mg]＝c2(C11H23COO－)·c(Mg2＋)，c2(C11H23COO－)＝
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(1.8×10－8/0.112 5) mol2·L－2＝16×10－8 mol2·L－2，c(C11H23COO－)＝√16×10
−8 mol·L－1＝4.0×10－4mol·L－1，
若c(C11H23COO－)大于4.0×10－4 mol·L－1，则形成的“滤饼”中会混入(C11H23COO)2Mg。(4)
“
①滤饼”的主
要成分为(C11H23COO)3RE，为难溶物，搅拌可以增加其与盐酸的接触面积，加热也可以加快固体的溶解，
进而加快反应速率。②加热搅拌的温度为55 ℃，而月桂酸的熔点为44 ℃，所以“操作X”(过滤)前，先要
冷却结晶，使月桂酸变成固体。(5)“滤液2”中含有MgSO4，可以用作“浸取”时加入的“酸化MgSO4溶
液”。(6)
YCl
①
3中Y 为＋3 价，PtCl4中Pt 为＋4 价，Pt3Y 为合金，Pt 和Y 均可以看成0 价，若生成1 mol
Pt3Y，转移电子的物质的量为(4×3＋3×1) mol＝15 mol。②在氢氧燃料电池的碱性介质中，O2得电子与水反
应生成OH－。
【答案】(1)Fe2＋
(2)4.7≤pH＜6.2 Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
(3)4.0×10－4
(4)①加热搅拌可加快反应速率 ②冷却结晶
(5)MgSO4 (6)
15
①
② O2＋4e－＋2H2O===4OH－
1．（2024·四川绵阳·统考二模）重铬酸钠(
)广泛应用于医药和印染行业，用含铬矿渣(主要成分
是
，还含有少量
和
)制备
的流程如下：
已知：室温下，
；
、
。
回答下列问题：
(1)含铬矿渣“灼烧”过程中，
将转化为 (填化学式)。而
将氧化为
，其化学方
程式中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
(2)“浸取”所得的滤渣中含量最多的金属元素是 。下列措施能显著提高浸取率的方法是 。
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A．搅拌 B．增加水量 C．升高温度 D．增大压强
(3)室温下“中和除铝”：
。控制
，可保证
恰好
沉淀完全(溶液中浓度为
)。此步骤中
也可选用“灼烧”步骤产生的 (填化学式)
代替。
(4)“酸化”步骤主要发生的离子反应方程式为 。
(5)三氧化铬(
)常用于做鞣革织物媒染剂，可用
固体与浓硫酸反应制取，产物中有一种显酸
性的盐，写出该化学反应方程式 。
【答案】(1)
(2)
(3) 8.37
(4)
(5)
【分析】含铬矿渣加入碳酸钠“灼烧”，
将转化为
，
氧化为
，加水溶解除去
不溶的
，滤液加入硫酸调节pH，使铝转化为氢氧化铝除去，再加入硫酸酸化，使
转化为
，蒸发结晶得到
，同时生成副产物硫酸钠，据此解答。
【解析】（1）含铬矿渣“灼烧”过程中，
和碳酸钠反应转化为
，
被氧化为
，
反应中
中Cr 由+3 价升高为+6 价，O2中O 由0 价降低为-2 价，根据得失电子守恒，氧化剂与还原剂
的物质的量之比为
。
（2）
灼烧过程中不反应，且不溶于水，所得滤渣主要是
，故滤渣中含量最多的金属元素是Fe；
该反应在溶液中进行，搅拌、升高温度能显著提高浸取率，故选AC。
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（3）①
，
；
②
，
；
③
，
；
可得②=-
-
①③，则K2=
=
，
，
，所以
，则pH=8.37。“灼烧”步骤生成
，此步骤中
也
可选用“灼烧”步骤产生的
代替。
（4）“酸化”步骤主要发生的离子反应方程式为
。
（5）用
固体与浓硫酸反应制取
，所得显酸性的盐为硫酸氢钠，该化学反应方程式
。
2．（2023·浙江绍兴·绍兴一中校考一模）工业上以NH3为原料按如下流程制取化合物A。
已知：水溶液中，ClO－可与
反应生成Cl－
请回答：
(1)写出NH3催化氧化生成NO 的化学方程式 。
(2)等物质的量的HNO3与ClF 反应除生成A 外，另一种产物为HF。
①电子衍射研究表明，气态HF 中存在环状六聚体(HF)6，而其他卤素的气态氢化物却不存在，气态HF 中
存在环状六聚体(HF)6的原因是 。
②下列说法正确的是 。
A．尾气的主要成分是NO，可用NaOH 溶液直接吸收 B．ClF 中的Cl 呈零价
C．化合物A 具有强氧化性 D．TiCl4与A 反应能生成Ti(NO3)4
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(3)①设计实验验证化合物A 中含有Cl 元素 。
②写出实验过程中涉及的反应方程式 。
【答案】(1)4NH3+5O2======4NO+6H2O
(2) HF 之间通过氢键缔合形成六聚体 CD
(3) 取适量ClNO3于试管中加入适量NaNO2溶液充分反应，再滴加AgNO3溶液，若产生白色沉淀，证明A
中存在Cl 元素 ClNO3+
+H2O＝Cl－+2H++2
，Ag++Cl－＝AgCl↓
【分析】该流程中，NH3催化氧化生成NO，NO 发生氧化反应生成NO2，NO2在吸收塔中和水反应生成
HNO3和NO 尾气，HNO3和ClF 反应生成ClNO3，以此解答。
【解析】（1）NH3催化氧化生成NO 和水，根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式为：
4NH3+5O2======4NO+6H2O。
（2）①气态HF 中存在环状六聚体(HF)6的原因是HF 之间通过氢键缔合形成六聚体；
A
②．尾气的主要成分是NO，NO 不和NaOH 溶液反应，不能用NaOH 溶液直接吸收，故A 错误；
B．ClF 中的Fe 为-1 价，Cl 为+1 价，故B 错误；
C．等物质的量的HNO3与ClF 反应除生成A 外，另一种产物为HF，由原子守恒可知A 为ClNO3，A 中Cl
元素为+1 价，具有强氧化性，故C 正确；
D．TiCl4与ClNO3发生复分解反应生成Ti(NO3)4，故D 正确；
故选CD。
（3）①ClNO3中Cl 元素为+1 价，需要转化为Cl-才能检验，由已知信息可以推知，ClNO3和NaNO2反应
可以生成HCl、NaNO3、HNO3，验证化合物A 中含有Cl 元素的方法为：取适量ClNO3于试管中加入适量
NaNO2溶液充分反应，再滴加AgNO3溶液，若产生白色沉淀，证明A 中存在Cl 元素；
②实验过程中涉及的反应方程式：ClNO3+
+H2O＝Cl－+2H++2
，Ag++Cl－＝AgCl↓。
1．（2024·陕西宝鸡·统考模拟预测）工业上以铬铁矿(主要成分FeO·Cr2O3，含Al2O3、SiO2等杂质)为主要
原料制备红矾钠(Na2Cr2O7·2H2O)的工艺流程如图a。回答下列问题：
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(1)“焙烧”时，将矿料磨碎且气体与矿料逆流而行，其目的是 。
(2)“焙烧”的目的是将FeO·Cr2O3转化为Na2CrO4，并将Al、Si 氧化物转化为可溶性钠盐，写出焙烧时
FeO·Cr2O3发生的化学方程式 。
(3)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c 与pH 的关系如图b 所示。当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10-
5mol/L 时，可认为已除尽。
试分析：“中和”时pH 的理论范围为 ；“酸化”的目的是 ；Fe 元素在
(选填流程图a 中操作步骤的名称)过程中除去。
(4)蒸发结晶步骤中的副产品主要是 。冷却结晶所得母液中，除Na2Cr2O7外，可在上述流程中
循环利用的物质还有 。
(5)此方法生产过程中会产生大量含
的酸性废水，可以用如图c 装置处理。向废水中加入适量的NaCl
进行电解，
被电极产物还原为Cr2+，然后生成Cr(OH)3沉淀除去，废水则可以达到排放标准。
①写出阳极的电极方程式 。
②已知Ksp[Cr(OH)3]=1.0×10-32，若电解一段时间后，调节pH 测得溶液中c(Fe3+)=1.0×10-12mol/L，则此时
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c(Cr3+)= mol/L。
【答案】(1)增大接触面积，加快反应速率
(2)
(3) 4.5~9.3 把
完全转化为
浸取
(4) Na2SO4 硫酸
(5) Fe-2e-=Fe2+ 1.0×10-6
【分析】铬铁矿主要成分FeO·Cr2O3，含Al2O3、SiO2等杂质。铬铁矿和纯碱在空气中灼烧生成Na2CrO4、
偏铝酸钠、硅酸钠、氧化铁，“水浸”除去氧化铁，滤液中加硫酸“中和”生成氢氧化铝、硅酸沉淀，过
滤，滤液中加硫酸酸化把
完全转化为
，蒸发结晶析出副产品硫酸钠，冷却结晶析出
Na2Cr2O7·2H2O。
【解析】（1）“焙烧”时，将矿料磨碎且气体与矿料逆流而行，可以增大接触面积，加快反应速率；
（2）焙烧时FeO·Cr2O3、碳酸钠、氧气反应生成Na2CrO4、氧化铁、二氧化碳气体，发生反应的化学方程
式为
。
（3）“中和”的目的是以氢氧化铝沉淀、硅酸沉淀的形式除去
元素， 根据图示，pH 的理论范围
为4.5~9.3；最终产品是Na2Cr2O7·2H2O ，所以“酸化”的目的是把
完全转化为
；Fe2O3难溶
于水，根据流程图，Fe 元素在“浸取”过程中除去。
（4）根据流程图，溶液存在的阳离子是钠离子、H+，阴离子为
、
，所以蒸发结晶步骤中的副
产品主要是Na2SO4。冷却结晶所得母液中，除Na2Cr2O7外，可在上述流程中循环利用的物质还有硫酸。
（5）①铁为阳极，阳极铁失电子生成亚铁离子，阳极的电极方程式为Fe-2e-=Fe2+。
②根据图b，c(Fe3+)=1.0×10-5mol/L 时，pH=3，c(OH-)=1.0×10-11mol/L，Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-38；
Ksp[Cr(OH)3]=1.0×10-32，若电解一段时间后，调节pH 测得溶液中c(Fe3+)=1.0×10-12mol/L，则此时
c3(OH-)=1.0×10-26mol/L，c(Cr3+)=
mol/L。
2．（2023·山东·校联考模拟预测）CrCl3是重要的化工试剂，用高铝铬铁矿(主要含Cr2O3和Al2O3，还含
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Fe2O3、FeO、MgO、SiO2)制取CrCl3的流程如下：
已知：①
②相关金属离子在不同浓度下生成氢氧化物沉淀的
如图：
回答下列问题
(1)滤渣1 主要成分是 ，滤渣2 主要成分是 。
(2)试剂X 可选用 ，简述该流程设计添加X 的好处与不好之处，好处是 ，不好之处
是 。
(3)“操作I”为过滤、洗涤，则证明沉淀洗涤干净的操作方法是 。
(4)蒸发结晶操作应在 条件下进行
(5)硼化铬(CrB)可用作耐磨、抗高温氧化涂层和核反应堆中的中子吸收涂层，硼化铬是在650℃时由金属镁
与硼、氯化铬的混合物制得的，写出该反应的化学方程式： 。
【答案】(1)
(2)
或
将铁一起沉淀，便于以后的利用 增加成本
(3)取适量最后一次洗涤的滤液于试管中，加入BaCl2溶液，若没有白色沉淀生成
(4)氯化氢气流
(5)
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【分析】高铝铬铁矿
与硫酸反应，
不反应，滤渣1 是
，酸溶后溶液中加入氧化剂X，将
氧化，调
后从沉淀图分析，
剩余约
，这显
然与提取
的设计不符，
应当进入溶液，考虑到
容易配位，因此推测
转化为配合物
，
转化成氢氧化物沉淀，故滤渣2 为
、
。调
后铬元素从
溶液中分离出来了，生成
沉淀，
加入盐酸生成
溶液，在氯化氢气氛中蒸发结晶的产
品
。
溶液容易水解，因此蒸发结晶操作应在氯化氢气流进行，据此分析解题。
【解析】（1）由分析可知，滤渣1 主要成分是SiO2，滤渣2 主要成分是Al(OH)3、Fe(OH)3；
（2）由分析可知，试剂X 作氧化剂，将Fe2+氧化为Fe3+，以便后续步骤中能一次性将Al3+和Fe3+沉淀除
去，则试剂X 可选用Cl2和H2O2，由题干图示信息可知，若不将Fe2+氧化为Fe3+，则导致Fe2+和Cr3+无法一
次性分离，故该流程设计添加X 的好处与不好之处，好处是将铁一起沉淀，便于以后的利用，不好之处
是：需要添加H2O2、Cl2等，而增加成本；
（3）由题干工艺流程图可知，“操作I”为过滤、洗涤，证明沉淀洗涤干净的操作方法即检验最后一次洗
涤滤液中是否含有硫酸根或者铵根离子，具体方法为：取适量最后一次洗涤的滤液于试管中，加入BaCl2
溶液，若没有白色沉淀生成，说明沉淀洗涤干净；
（4）由于CrCl3+3H2O
Cr(OH)3+3HCl，HCl 易挥发，故蒸发结晶操作应在氯化氢气流条件下进行，以抑
制CrCl3水解，制得纯净的无水CrCl3，故答案为：氯化氢气流；
（5）硼化铬是在650℃时由金属镁与硼、氯化铬的混合物制得的，根据氧化还原反应配平可得，该反应的
化学方程式为：
。
3．（2024·四川成都·成都七中校考一模）SbCl3用于红外光谱分析以及显像管生产等。工业生产中，以辉
锑矿（主要成分为的Sb2S3，还含有As2S3、PbS、CuO 和SiO2等）为原料制备SbCl3的工艺流程如下：
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已知：①浸出液主要含盐酸和SbCl3，还含SbCl5、CuCl2、AsCl3和PbCl2等杂质；
②常温下，
，
；
③溶液中离子浓度小于或等于
mol/L 时，认为该离子沉淀完全。
回答下列问题：
(1)加快辉锑矿“酸浸”的措施有 。
A．将辉锑矿粉碎
B．用酒精灯加热
C．用玻璃棒搅拌
D．适当增加酸液浓度
(2)滤渣1 中除了S 之外，还有 。
(3)浸出液中加入适量Sb 的目的是 。（用化学方程式表示）
(4)已知浸出液中c(Cu2+)=0.01mol/L、c(Pb2+)=0.10mol/L。在沉淀铜、铅过程中，缓慢滴加极稀的硫化钠溶
液，先产生的沉淀是 （填化学式）；常温下，“除铜、铅”时Cu2+和Pb2+均沉淀完全，此时溶
液中
不低于 mol/L，Na2S 也不宜过多，其原因为 。
(5)在“除砷”过程中，氧化产物为H3PO4，则该反应中氧化剂、还原剂的物质的量之比为 ；
已知在“电解”SbCl3溶液时，无气体生成，被氧化的Sb 元素与被还原的Sb 元素的质量之比为3：2，可
在上述流程中循环利用的物质有 。
【答案】(1)AD
(2)SiO2
(3)SbCl5+2Sb=SbCl3
(4) CuS
产生H2S 等污染性气体和Sb2S3
(5) 4:3 SbCl5
【分析】由题给流程可知，向辉锑矿中加入盐酸和五氯化锑溶液酸浸，矿石中的硫化物转化为可溶的氯化
物和硫，氧化铜转化为可溶的氯化铜，二氧化硅与混合溶液不反应，过滤得到含有硫、二氧化硅的滤渣和
含有盐酸、可溶的氯化物的滤液；向滤液中加入锑，将溶液中的五氯化锑还原为三氯化锑后，加入硫化钠
溶液将溶液中的铜离子、铅离子转化为硫化铜、硫化铅沉淀，过滤得到含有硫化铜、硫化铅的滤渣和滤
液；向滤液中加入NaH2PO2溶液，将溶液中的三氯化砷还原为砷，过滤得到砷和滤液；电解三氯化锑溶
液，锑离子在阴极得到电子发生还原反应生成锑，在阳极失去电子五氯化锑，电解得到的五氯化锑溶液可
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以返回酸浸步骤循环使用，锑与氯气反应生成三氯化锑。
【解析】（1）工业生产中矿石粉碎、加热、适当提高盐酸的浓度、搅拌等措施能加快辉锑矿“酸浸”；
故答案AD；
（2）由分析可知，滤渣1 的主要成分为硫、二氧化硅，答案是：SiO2
（3）由分析可知，加入锑的目的是将溶液中的五氯化锑还原为三氯化锑，故答案为：SbCl5+2Sb=SbCl3；
（4）由溶度积可知，在沉淀铜、铅过程中，缓慢滴加极稀的硫化钠溶液，先产生的沉淀是硫化铜沉淀，
溶液中铅离子完全沉淀时，溶液中硫离子浓度为=
mol/L，由题给信息可知，浸出液中
含有过量的盐酸，盐酸能与硫化钠溶液反应生成有毒的硫化氢气体污染空气，溶液酸性降低后，硫化钠溶
液还能与三氯化锑溶液反应生成三硫化二锑沉淀，降低产率，所以除铜、铅时，硫化钠溶液不宜过多，故
答案为：CuS；
；产生H2S 等污染性气体和Sb2S3；
（5）由分析可知，加入NaH2PO2溶液的目的是将溶液中的三氯化砷还原为砷，反应中磷元素转化为磷
酸，由得失电子数目守恒可知，反应中氧化剂、还原剂的物质的量之比为4：3；由分析可知，电解三氯化
锑溶液，锑离子在阴极得到电子发生还原反应生成锑，在阳极失去电子五氯化锑，电解得到的五氯化锑溶
液可以返回酸浸步骤循环使用，锑与氯气反应生成三氯化锑，则故答案为：4：3；SbCl5。
4．（2023·陕西渭南·统考一模）金属镓被称为“电子工业脊梁”，GaN 凭借其出色的功率性能、频率性能
以及散热性能，应用于5.5G 技术中，也如雨后春笋般出现在了充电行业。让高功率、更快速充电由渴望变
为现实。
【方法一】工业上利用粉煤灰(主要成分为
、
、
，还有少量
等杂质)制备氮化镓流程
如下：
已知：①镓性质与铝相似，金属活动性介于锌和铁之间；②常温下，相关元素可溶性组分物质的量浓度c
与pH 的关系如下图所示。当溶液中可溶组分浓度
mol/L 时，可认为已除尽。
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回答下列问题：
(1)“焙烧”的主要目的是 。
(2)“滤渣1”主要成分为 。
(3)“二次酸化”中
与
发生反应的离子方程式为 。
(4)“电解”可得金属Ga，写出阴极电极反应式 。
(5)常温下，反应
的平衡常数K 的值为 。
【方法二】溶胶凝胶法
(6)步骤一：溶胶——凝胶过程包括水解和缩聚两个过程
①水解过程：乙氧基镓
与乙醇中少量的水脱除部分乙氧基(
)，形成Ga-OH 键
i：
ii：
②缩聚过程：在之后较长时间的成胶过程中，通过失水和失醇缩聚形成
无机聚合凝胶
失水缩聚：
失醇缩聚：
(在下划线将失醇缩聚方程补充完整)
(7)步骤二：高温氨化(原理：
)
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该实验操作为：将
无机聚合凝胶置于管式炉中，先通20min 氮气后停止通入，改通入氨气，并加热
至850~950℃充分反应20min，再 (补充实验操作)，得到纯净的GaN 粉末。
【答案】(1)将
转化为
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)改通
冷却至室温
【分析】粉煤灰(主要成分为
、
、
，还有少量
等杂质)与纯碱混合焙烧将
、
、
转化为
、
、
，加入16%碳酸钠溶液浸取过滤后滤渣1 为
，滤液
为
、
、
、
的混合液。将混合液“一次酸化”二氧化碳将
转化为氢氧化铝沉淀，过滤滤渣2 为氢氧化铝，“二次酸化”二氧化碳将
转
化为
沉淀，滤饼为
。将滤饼
与氢氧化钠溶液混合转化为
，进一步
电解在阴极得到Ga，据此分析解答。
【解析】（1）镓性质与铝相似，金属活动性介于锌和铁之间。所以
的性质与
类似，具有两种
氧化物的性质。与碳酸钠高温焙烧发生反应
，“焙烧”目的将
转化为
，故答案为：将
转化为
；
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（2）粉煤灰与纯碱碳酸钠混合焙烧以及加入16%碳酸钠溶液过程中
不与碳酸钠反应，浸取过滤后滤
渣1 为
，故答案为：
；
（3）“二次酸化”二氧化碳将
转化为
沉淀，离子方程式为：
，故答案为：
；
（4）将滤饼
与氢氧化钠溶液混合转化为
，电解过程中
在阴极得到Ga，阴
极电极反应式：
，故答案为：
；
（5）由图乙数据可知
时，溶液的pH 为
，
，该反应的平
衡常数为
，故答案为：
；
（6）观察所给方程式左右两边原子个数和结构，根据原子守恒可知发生反应为：
，故答案为：
；
（7）将
无机聚合凝胶置于管式炉中，先通20min 氮气后停止通入，改通入氨气，并加热至
850~950℃充分反应20min，再改通
冷却至室温，得到纯净的GaN 粉末。故答案为：改通
冷却至室
温。
5．（2023·广东·惠州一中校联考三模）氧缺位体(
)是热化学循环分解水制氢的催化剂。一种以黄
铜矿主要成分是(
，含
、
等杂质)、为原料制备
的流程如下：
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已知：①酸浸后溶液中的金属离子有
、
、
和
25℃
②
时已知几种金属离子沉淀的pH 如表所示：
金属氢氧化物
开始沉淀的pH
1.9
3.4
6.4
7.0
完全沉淀的pH
3.2
4.7
7.6
9.0
请回答下列问题：
(1)Cu 位于元素周期表第四周期，第 族。
(2)
“焙烧”时生成三种氧化物，其化学方程式为 。
(3)加Cu“还原”的目是 。
(4)滤渣2 的主要成分为 。
(5)已知
有两种同分异构体，则“沉铁”过程中生成的
的空间构型是
。
(6)充分“煅烧”
得到的氧缺位体(
)的质量为原质量的98%，则
。
氧缺位体分解水制氢分两步：
第一步 (完成方程式)；
第二步：
(7)四方晶系
晶胞结构如图所示，已知(
晶体的密度是
，则
(设
为
阿伏加德罗常数的值)。
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【答案】(1)IB
(2)
(3)将
还原为
，防止
在调pH 时变成
而除去
(4)
(5)平面正方形或平面四边形或平行四边形
(6)0.3
(7)
【分析】氧气具有氧化性，已知，酸浸后溶液中的金属离子有
、
、
和
，
“焙
烧”时生成三种氧化物，结合质量守恒可知，“焙烧”中黄铜矿的
与氧气反应生成SO2、CuO、
，反应为
，加入硫酸将金属氧化物转化相应硫酸盐溶液，
滤渣1 为不反应的二氧化硅，加入Cu 还原铁离子为Fe2+，加入CuO 调pH 使Al3+完全沉淀，而Cu2+、
Fe3+不沉淀，滤渣2 主要成分是氢氧化铝沉淀，含少量铜、氧化铜；加入过氧化氢将亚铁离子氧化为铁离
子，加入过量氨水反应生成Cu(NH3)4SO4，Fe3+与弱碱氨水反应生成Fe(OH)3沉淀，Cu(NH3)4SO4经系列操
作生成CuO，灼烧时CuO 与氢氧化铁反应生成CuFe2O4，在氮气做保护气下煅烧生成
；
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【解析】（1）Cu 为29 号元素，位于元素周期表第四周期第IB 族；
（2）由分析可知，
“焙烧”时反应化学方程式为
；
（3）还原流程后调pH 使得Al3+完全沉淀，而Cu2+、Fe3+不沉淀；由于铁离子会较铝离子首先沉淀，故加
Cu“还原”的目是将
还原为
，防止
在调pH 时变成
而除去；
（4）由分析可知，滤渣2 的主要成分为
；
（5）已知
有两种同分异构体，则可知其结构不是四面体结构，而是平面四边形结构，故
的空间构型为平面正方形或平面四边形或平行四边形；
（6）铁酸铜(
)制备氧缺位体(
)，质量减少量就是生成氧气的质量，
，
0.3；氧缺位体分解水制氢总反应为
，结合第
二步反应
，可知第一步反应为
；
（7）根据“均摊法”，晶胞中含
个Cu、
个Fe 、8 个S，则晶体密度为
，a=
nm。
6．（2023·河南信阳·信阳高中校考一模）从铜转炉烟灰(主要成分
还有
等元素)中回收锌、铜、铅等元素进行资源综合利用， 具有重要意义。以铜转炉烟灰制备重要化工原料活
性氧化锌的工艺流程如图所示。
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已知： ①单质锌可以将镉离子从溶液中置换得到单质镉
②活性炭净化主要是除去有机杂质。
请回答以下问题：
(1)若浸出液中锌元素以
形式存在，则浸取时
发生反应的离子方程式为 。
(2)在反应温度为
，反应时间为
时，测定各元素的浸出率与氯化铵溶液浓度的关系如图所示，结合
流程图分析，氯化铵适宜的浓度为
。
(3)若浸出液中
，现将
溶液与浸出液等体积混合生成砷
酸铁沉淀。若该温度时
，则反应后溶液中
。
(4)滤渣 II 的主要成分为 ； 除杂3 主要除去的金属有 (填化学式)。
(5)沉锌得到的物质为
，请写出水解转化的化学方程式 。
(6)该流程中可以循环使用的物质的化学式为 。
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(7)将
溶解在
和
的混合溶液中，得到含
的电解液， 电解
溶液生成
的装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式 。
②当有
生成时，通过质子交换膜的
。
【答案】(1)
(2)4
(3)
(4)
Cu 和Cd
(5)
(6)
(7)
0.02mol
【分析】首先用氯化铵和氨水浸取烟灰，将锌元素转化为
配离子，计入氯化铁沉砷，加入氯
化钙可以得到
沉淀（滤渣Ⅱ），加入锌粉可以将其它金属离子全部置换出来得到滤渣Ⅲ，加入活性炭
除去有机杂质，加入盐酸将锌转化为
，最后得到氧化锌。
【解析】（1）若浸出液中锌元素以
形式存在，则浸取时
发生反应的离子方程式为：
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（2）观察题图，当氯化铵的浓度为
时，一方面锌元素的浸出液已经接近100%，再增加氯化铵浓度
没有太大意义，另一方面若浓度再高，铅元素将进入溶液，无法完全除去铅，故氯化铵适宜的浓度为
。
（3）等体积混合后，两种离子的浓度都变为原先的一半，即
，
，而两种离子是1:1 沉淀的，反应后
，则
。
（4）根据分析，滤渣Ⅱ为
，而除杂3 主要可以除去溶液中的Cu 和Cd。
（5）既然煅烧后得到ZnO，则煅烧前必然为
，即水解产物为
，沉锌得到的物质为
，其水解转化出方程式：
。
（6）水解后得到氯化铵，又可以用于第一步的浸取，可以循环利用，其化学式为：
。
（7）电解
溶液生成Pb，则阴极的电极反应式为：
，阳极的电极反应式
为：
；当有
生成时，电路通过的电量为0.02mole-，故通过质子交换膜的
0.02mol。
7．（2023·吉林长春·统考一模）硼化钛
常用于制备导电陶瓷材料和
材料。工业上以高钛渣(主
要成分为
、
、
和
，另有少量
、
)为原料制取
的流程如下：
29
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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；
②
高温下蒸气压大、易挥发；
③
可溶于热的浓硫酸形成
。
回答下列问题：
(1)为提高“酸浸”的浸出率，可采取的措施为 (写一条即可)。
(2)“酸解”后滤渣的主要成分为 (写化学式)。
(3)“水解”需在沸水中进行，离子反应方程式为 ；该工艺中，经处理可循环利用的物质为
(写化学式)。
(4)“热还原”中发生反应的化学方程式为 ，
的实际用量超过了理论化学计量用量，原因是
。
(5)原料中的
可由硼酸脱水制得。以
为原料，用电渗析法制备硼酸
的装置如图所
示。已知装置中阳离子交换膜只允许阳离子通过，关闭
溶液进出口阀门后电解一段时间，
溶
液的质量变化11g，则产品室中制得
的质量为 g。
【答案】(1)粉碎高钛渣(适当加热、搅拌)
(2)
(3)
30
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(4)
高温下蒸气压大、易挥发，只有部分参加了反应
(5)31
【分析】工业上以高钛渣(主要成分为
、
、
和CaO，另有少量MgO、
)为原料制取
，加入稀盐酸，只有
不会溶解，
可溶于热的浓硫酸形成
，
在沸水中形成
，脱水后在电弧炉中与
和C 发生“热还原”反应生成
和CO，据此分析解题。
【解析】（1）粉碎高钛渣，增大反应物的接触面积或者适当加热、搅拌，有理即可；
（2）加入稀盐酸，只有
不会溶解，滤渣为
；
（3）“水解”需在沸水中进行，
在沸水中形成
，离子方程式为
；
可溶于热的浓硫酸形成
，
在沸水中形成
，
可以在浓硫酸中脱水，所以该工艺中，经处理可循环利用的物质为
；
（4）
脱水后在电弧炉中与
和C 发生“热还原”反应生成
和CO，化学方程式为
；
的实际用量超过了理论化学计量所要求的用量，原因是高温下
蒸气压大、易挥发，只有部分参加了反应；
（5）有稀硫酸的一极为阳极，1 膜为阳离子交换膜，氢离子由左边极室通过1 膜进入产品室，2 膜为阴离
子交换膜，原料室中的
通过2 膜进入产品室，产品室中发生反应的离子方程式为
。原料室中的钠离子通过阳极膜进入右侧极室，由电荷守恒可知，当阴极
上通过1mol 电子时，NaOH 溶液的质量变化为23g-1g=22g，此时制得的物质的量为1mol，质量为62g，若
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反应前后NaOH 溶液的质量变化为11g，则制得的
质量为
。
8．（2023·山东菏泽·校考二模）由工业磷化渣[主要成分是FePO4，杂质为Zn2Fe(PO4)2(FeⅡ)]来制备锂电池
原料磷酸铁的工业流程如下。
已知：常温下，
(1)“碱浸”过程中，提升浸出率的方法有 (写出一条即可)。
(2)写出Zn2Fe(PO4)2 “碱浸”过程中反应的化学方程式： ，若以离子浓度为
，视为沉
淀完全，“碱浸”中，若将Zn2+沉淀完全，pH 应为 。
(3)“步骤A”的名称为 。
(4)理论上，电池级要求磷酸铁中铁磷的物质的量比为1.0，实际pH 对产物的影响如图所示，要达此标准，
“搅拌”步骤中控制的pH 为 。
(5)流程中能够循环利用的物质为 。
(6)磷酸铁锂电池是绿色环保型电池，电池的总反应为
。负极反应为
，石墨作为锂离子电池的负极材料，Li⁺嵌入石墨的两层间，导致石墨的层堆积方式发生改变，形成化学式
为LixCy的嵌入化合物，平面结构如图所示，则x y∶为 。
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【答案】(1)粉碎或搅拌等
(2)
8.0
(3)萃取、分液
(4)2.0
(5)FeCl3溶液
(6)
1 6∶
【分析】本题工艺流程为由工业磷化渣[主要成分是FePO4，杂质为Zn2Fe(PO4)2(FeⅡ)]来制备锂电池原料磷
酸铁，先往磷化渣中加氢氧化钠溶液和氧气发生“碱浸”，锌离子和二价铁离子转化为氢氧化锌、氢氧化
铁沉淀，过滤后滤液Ⅰ中含少量锌离子和大量的磷酸根，以及过量的氢氧化钠，再加入磷酸调节溶液
pH，除去氢氧化钠，再加双硫腙去萃取溶液中的锌离子，分液后往余液中加入过量氯化铁溶液和氢氧化钠
溶液搅拌并过滤获得磷酸铁沉淀，则滤液Ⅱ中还剩氯化钠、氯化铁等。
【解析】（1）“碱浸”过程中，粉碎、搅拌，或者增大接触面积可提高浸出率；
（2）Zn2Fe(PO4)2 “碱浸”过程中生成氢氧化铁和氢氧化锌，则反应方程式为
；若以离子浓度为
，视
为沉淀完全，“碱浸”中，若将Zn2+沉淀完全，则
，溶液中
，则溶液pH 为8.0；
（3）加入二硫腙后，混合物分为有机相和余液，所以二硫腙是萃取剂，步骤A 为萃取、分液；
（4）根据图可得，在pH=2.0 时，铁磷的物质的量比为0.95，接近标准1.0；
（5）滤液Ⅱ中含有未反应完的氯化铁溶液，可以循环使用；
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（6）根据电池总反应式，负极发生氧化反应，则负极反应式为
；根据均摊原则，
每个碳环实际占用2 个碳原子，实际上每个Li⁺占用6 碳原子，所以x y∶为1 6∶。
9．（2023·河北唐山·统考模拟预测）一种用方铅矿(PbS，含少量FeS)和软锰矿(MnO2，含少量铁、锌的氧
化物)联合制备PbSO4和Mn3O4的工艺流程如下：
已知：(1)PbCl2难溶于冷水，易溶于热水；
(2)25℃时，部分难溶物的Ksp
物质
FeS
ZnS
MnS
PbS
PbCl2
PbSO4
Ksp
6.0×10-18
1.2×10-23
2×10-13
8×10-28
1.6×10-5
1.6×10-8
回答下列问题：
(1)“浸取”中，加入饱和NaCl 溶液的作用是 。
(2)滤液X 中的金属阳离子主要有Mn2+、Zn2+、Pb2+、Fe2+。加入Na2S 调pH 时，杂质离子的沉淀顺序是
。
(3)“转化”环节中，当溶液中
时，c(Cl-)= mol/L。流程中，可循环利用
的物质是 (填化学式)。
(4)pH=8.5 时，反应温度对Mn3O4的纯度和产率影响如图所示：
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①写出生成Mn3O4的离子方程式 。
②温度高于50℃，Mn3O4产率下降的主要原因是 。
(5)已知中心离子或原子上含有未成对电子的物质均有顺磁性。研究表明，Mn3O4的结构可表示为如图所
示，则Mn3O4的简单氧化物形式可写作 ，Mn3O4 (填“有”或“无”)顺磁性。
【答案】(1)增大Cl-浓度，促进
正向移动，生成 PbCl4
2-，减少矿物表面
PbCl2的堆积，提高浸出率
(2)Pb2+、Zn2+、Fe2+
(3)3 HCl
(4)
升高温度，氨水挥发、分解，导致
Mn(OH)2的产量减少
(5) 2MnO•MnO2 有
【分析】方铅矿主要成分为PbS，含有杂质FeS，软锰矿主要成分为MnO2，还有少量含少量铁、锌的氧化
物等，加入盐酸、氯化钠溶液，盐酸、氯化钠、PbS、MnO2反应生成S 和PbCl4
2-，FeS 被MnO2氧化为S
和Fe3+；铁、锌的氧化物和盐酸反应生成硫酸铁、硫酸亚铁和硫酸锌；过滤出沉淀S，调节溶液的 pH 至
3.0-4.5，使酸浸液中 Fe3＋完全生成氢氧化铁沉淀；冷却使PbCl4
2-转化为PbC12并沉淀，过滤出PbC12固
体，PbC12固体和硫酸溶液反应转化为PbSO4固体；滤液X 中的金属阳离子主要有Mn2+、Zn2+、Pb2+、
Fe2+，加入硫化钠溶液调pH 时，根据溶度积可得，Pb2+、Zn2+、Fe2+依次沉淀，过滤除去滤渣，滤液中有氯
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化锰，加入氨水并通通入氧气，得到产品 Mn3O4。
【解析】（1）根据分析及题目信息，PbCl2难溶于冷水，易溶于热水，且存在平衡
，则“浸取”中，加入饱和NaCl 溶液的作用是：增大Cl-浓度，促
进
正向移动，生成 PbCl4
2-，减少矿物表面PbCl2的堆积，提高浸出
率。
（2）根据分析及题目中25℃时，部分难溶物的Ksp，加入硫化钠溶液调pH 时， Pb2+、Zn2+、Fe2+依次沉
淀，生成对应硫化物。
（3）“转化”环节中，发生反应PbC12（s）+
（aq）
PbSO4（s）+2Cl-（aq），当溶液中
时，
，则c(Cl-)=
=3
。“转化”环节
中，生成了HCl，根据流程及分析，HCl 可循环利用。
（4）①氯化锰、氨水、氧气反应生成Mn3O4、氯化铵、水，反应方程式为
，离子方程式为
。
②根据pH=8.5 时，反应温度对Mn3O4的纯度和产率影响图像可得，温度高于50℃，Mn3O4产率下降，其
主要原因是升高温度，氨水挥发、分解，导致Mn(OH)2的产量减少。
（5）根据Mn3O4的结构图可得，Mn3O4的简单氧化物形式可写作2MnO•MnO2；中心离子或原子上含有未
成对电子的物质均有顺磁性，锰原子的价层电子排布为3d54s2，含有未成对电子，故Mn3O4有顺磁性。
10．（2023·河北·校联考一模）氧化铜主要用作玻璃、陶瓷、搪瓷的绿色、红色或蓝色颜料，油类的脱硫
剂和有机合成的催化剂等。由黄铜矿(
)直接制备氧化铜，原料易得，操作方便，成本低廉，得到的
氧化铜纯度高。工艺流程如下图所示：
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已知：黄铜矿焙烧产物有硫酸铜、氧化铜、硫酸亚铁和氧化铁、二氧化硫气体。硫酸钙微溶于水，且升温
溶解度减小。(
、
、
、
、
。)
请回答下列问题：
(1)为了增加黄铜矿焙烧效率，可以采用措施 、 。
(2)沉淀Ⅰ的成分是 。
(3)滤液Ⅰ中通入气体Q 是 ，作用是 (写离子方程式)。
(4)滤液Ⅱ加入碳酸钙反应的离子方程式是 。
(5)操作Ⅰ采用的条件 。
(6)本流程设计存在的问题是 ，为了提高氧化铜产率解决方法是 。
【答案】(1) 粉碎矿石 长时间加热
(2)氧化铜、氧化铁
(3) 空气
(4)
(5)蒸发结晶、趁热过滤
(6)没有将沉淀Ⅰ的
和
分离、没有尾气处理 将水洗改成加稀硫酸溶解，不用过滤
【分析】黄铜矿焙烧得到X，黄铜矿焙烧产物有硫酸铜、氧化铜、硫酸亚铁和氧化铁、二氧化硫气体，故
X 为固体混合物，水洗后得到沉淀Ⅰ为氧化铜、氧化铁等，滤液Ⅰ主要含有硫酸铜、硫酸亚铁，通入Q 气
体为空气，氧化亚铁离子，得到滤液Ⅱ主要含有硫酸铜、硫酸铁，加入碳酸钙调节pH,得到沉淀Ⅱ主要成
分为氢氧化铁，滤液Ⅲ主要含有硫酸铜、硫酸钙，操作Ⅰ为蒸发结晶、趁热过滤，得到沉淀Ⅲ主要为硫酸
钙，滤液Ⅳ主要为硫酸铜，加入氨水生成硫酸四氨合铜，蒸氨焙烧得到氧化铜；
【解析】（1）为了加快黄铜矿焙烧效率可以粉碎矿石、长时间加热；
（2）黄铜矿焙烧产物有硫酸铜、氧化铜、硫酸亚铁和氧化铁，水洗后的不溶物是氧化铁和氧化铜，所以
沉淀Ⅰ的成分是氧化铜和氧化铁；
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（3）水洗后沉淀Ⅰ是
、
，滤液Ⅰ是
和
，通入空气，空气中的
将
氮化成
，离子方程式为
；
（4）滤液Ⅱ加入的
跟
反应促进
的水解，形成
沉淀，离子方程式是
；
（5）滤液Ⅱ中有
和
。根据
溶解度特点：微溶且升温溶解度变小，故操作Ⅰ采用蒸发
结晶、趁热过滤；
（6）黄铜矿焙烧生成的二氧化硫气体有毒，需要有尾气处理装置；没有将沉淀Ⅰ的
、
分离，造
成原料的利用率降低。将水洗改成加稀硫酸溶解，不用过滤，再通入空气将
氧化即可。
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