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易错化工流程综合题题组
易错题型一 回收、提纯型化工流程综合题
易错题型二 利用矿物制备物质型化工流程综合题
易错题型一 回收、提纯型化工流程综合题
1．（2024·山东日照三模）从某锌焙砂[主要成分为ZnO、CuO、
、
、
]中回收金属
的流程如下：
已知：
①萃取剂对
、
、
有很好的萃取效果，不能萃取“溶解液”中的其它金属离子。
②常温下，浸出液中金属离子形成氢氧化物沉淀的pH 如下表：
金属离子
开始沉淀pH
1.7
5.6
3.0
4.5
完全沉淀pH
2.9
8.0
4.9
6.5
回答下列问题：
（1）“酸浸”时，充入高压氧的目的是 ；“浸渣”的成分为 （填化学式）；
发生的化学方程式为 。
（2）“滤液Ⅰ”经除铜、浓缩、电积，除得到金属外，其它产物可在 （填操作单元）中循环使
用。
（3）加入物质x 的目的是 。
（4）“氨溶”过程中，若用1L 氨水溶解0.1mol 的
固体，则氨水的浓度至少为
。
（已知：室温下，
；
）。
【答案】（1）增加
的浓度，加快反应速率
（2）酸浸、溶解转化
（3）将
转化为
，防止干扰
的萃取
（4）10.4
1
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【分析】向锌焙砂[主要成分为ZnO、CuO、
、
、
]中加入稀硫酸浸出，“酸浸”后
的溶液中，含有金属元素的离子有Zn2+、Cu2+、Ga3+、Fe2+、Fe3+，其中
不会被稀硫酸溶解，过滤除
去；滤液中加入氧化锌，生成氢氧化铁、氢氧化镓、部分氢氧化铜，滤液有部分Zn2+、Cu2+；向沉淀中加
入氨水，氢氧化铜溶解，再通入硫酸和还原剂，沉淀溶解得到Ga3+、Fe2+溶液，加入萃取剂，得到Ga3+溶
液，加入氢氧化钠，得到沉淀，再进行加工，得到单质镓，本题据此作答。
【解析】（1）“酸浸”时，充入高压氧可以增加
的浓度，加快反应速率，
不和硫酸反应，所以
“浸渣”的成分为
，因为硫酸具有酸性，所以发生的化学方程式为
，答案：增加
的浓度，加快反应速率、
、
；
（2）“滤液Ⅰ”主要含有硫酸根、铜离子、锌离子，经除铜、浓缩、电积，除得到金属外，其它产物可
在酸浸、溶解转化使用，答案：酸浸、溶解转化；
（3）根据分析可以知道，加入物质x 的目的是将
转化为
，防止干扰
的萃取，答案：将
转化为
，防止干扰
的萃取；
（4）设0.1mol 氢氧化铜溶解于1L 氨水，根据化学计量数等于物质的量之比，得到0.1mol 氢氧化铜和氨水
反应需要0.4mol/L，同时氢氧根为0.2mol/L,
，又可知，
，设平衡时氨水的浓度为x mol/L
，代入
，可得x=10，故所需氨水
浓度为0.4+10=10.4mol/L，答案：10.4。
2．（2024 届·河北承德·三模）废旧手机的废线路板中富含Cu、Sn、Ni、Pb 等金属和少量Ag、Au，具有
较高的回收价值，其中部分金属的回收工艺流程如下：
已知：①常温下，
微溶于水，可与
结合生成
配离子：
。
25℃
②
时，
，
。
回答下列问题：
(1)“拆解破碎”的目的是 。
2
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(2)“75℃酸浸”中，金属Sn 与盐酸反应的离子方程式为 ，选用浓度较大的4 mol·L
盐酸可提高铅
元素的浸出率，理由是 (从平衡移动角度分析)。
(3)“滤渣1”的主要成分是 (填化学式)，“氧化酸浸”中，生成Cu²⁺反应的离子方程式为 。
(4)
的排放标准为
mg·L
。“沉锡”残余液排放前应调节溶液的pH 范围为 。
(5)“络合酸浸”中，Co2+作催化剂，催化Au 浸出，化学方程式为
，其反应过程按如下步骤进行：
①
先与甘氨酸根(简写为
)形成配合物
(
)。
②在氧气作用下，Co(Ⅱ)被氧化成Co(Ⅲ)：
。
Au
③
溶解。
④加入硫代硫酸钠溶液，发生反应：
。
步骤③Au 溶解的离子方程式为 。
(6)锡有白锡和灰锡两种单质。白锡晶体中锡原子的堆积方式如图所示，该六棱柱底边边长为a pm，高为c
pm，阿伏加德罗常数的值为
，白锡晶体的密度为
(列出计算式)。
【答案】(1)增大酸浸时固体与盐酸的接触面积，加快反应速率
(2)
常温下，
微溶于水，增大
，使
平衡
正向移动，增大铅的浸出率
(3) Cu、Ag、Au
(4)
(或
)
(5)
(6)
(或其他正确答案)
【分析】由题干流程图可知，废线路板经拆解破碎后加入4.0mol/L 的HCl 溶液在75℃下酸浸，其中Pb、
Sn、Ni 分别转化为PbCl2、SnCl2和NiCl2，过滤得到滤液1 主要含有PbCl2、SnCl2和NiCl2、HCl，滤渣1 主
要含有Cu、Ag、Au，向滤渣1 中加入H2O2、稀硫酸进行氧化酸浸，即将Cu 转化为CuSO4，过滤得到含有
H2SO4、CuSO4的滤液，含有Ag、Au 的滤渣2，向滤渣2 中加入CoSO4溶液、甘氨酸溶液和O2，将Ag、
3
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Au 转化为Ag+、Au+，然后用Na2S2O3对Ag+进行络合酸浸，并加萃取剂进行Au+萃取，然后反萃取得到含
Au+的水层，最后经过一系列操作转化为Au，对滤液1 进行降温沉铅，得到PbCl2，过滤得到PbCl2沉淀，
向滤液中加入NaOH 溶液进行沉锡，得到Sn(OH)2，最后制得Sn，据此分析解题。
【详解】（1）对废线路板进行可以增大酸浸时固体与盐酸的接触面积，加快反应速率，故答案为：增大
酸浸时固体与盐酸的接触面积，加快反应速率；
（2）“75℃酸浸”中，金属Sn 与盐酸反应的化学方程式为：Sn+2HCl=SnCl2+H2↑，则其离子方程式为
Sn+2H+=Sn2++H2↑，由题干信息可知，常温下，
微溶于水，选用浓度较大的4 mol·L
盐酸，增大
，使
平衡正向移动，可提高铅元素的浸出率，故答案为：Sn+2H+=Sn2+
+H2↑；常温下，
微溶于水，增大
，使
平衡正向移动，增大铅的浸出
率；
（3）由分析可知，“滤渣1”的主要成分是Cu、Ag、Au，向滤渣1 中加入H2O2、稀硫酸进行氧化酸浸，
即将Cu 转化为CuSO4，“氧化酸浸”中，生成Cu²⁺反应的离子方程式为Cu+2H++H2O2=Cu2++2H2O，故答
案为：Cu、Ag、Au；Cu+2H++H2O2=Cu2++2H2O；
（4）
的排放标准为
mg·L
，c(Ni2+)≤
=2.0×10-5mol/L，“沉锡”残余液排放前应调节溶
液的c(OH-)≥
=10-5mol/L，则pH 范围为pH≥9，故答案为：
(或
)；
（5）根据题干信息可知，“络合酸浸”中，
作催化剂，催化Au 浸出，化学方程式为
， ①
先与甘氨酸根(简写为
)形成配合物
(
)，即Co2++xgly-=
，②在氧气作用下，Co(Ⅱ)被氧化成Co(Ⅲ)：
，④加入硫代硫酸钠溶液，发生反应：
，则用
[总反应式-4
-
-4
]
①②
④可得③Au 溶解的离子方程式，
则步骤③Au 溶解的离子方程式为
，故答案为：
；
（6）由题干晶胞示意图可知，一个晶胞中含有锡原子的数目为：
=6，故一个晶胞的质量
为：
，该六棱柱的底面积为：
×10-20cm2，高为c×10-10cm，故异一个晶胞的体积为：
c×10-30cm3，故白锡晶体的密度为：
g/cm3，故答案为：
。
3．（2024 届·湖北·三模）废旧铅蓄电池具有较高的回收利用价值。由废铅膏(含
、
、
和
4
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以及少量的铁和铝的氧化物)制备
的流程如下：
已知：
；
②
，
请回答下列问题：
(1)“浸取”时为增大浸取速率，可以采取的措施有 (请写一点)。
(2)“浸取”时
发生的主要反应的化学方程式为 。
(3)“浸取”时将
换成
溶液效果会更好，
除作还原剂外，还有的作用为 。
(4)“脱硫”的目的是 。
(5)“脱硫”时
转化反应的离子方程式为 ；用沉淀溶解平衡原理解释选择
的原
因 。
(6)“焙烧”时会有中间产物
生成，固体残留率
与温度的关系如图所示，
则358℃时对应固体的成分为 (填化学式)。
【答案】(1)粉碎废铅膏或者适当提高温度或者适当增加硫酸浓度等
(2)
(3)作氧化剂，促进金属Pb 在硫酸中转化为硫酸铅
(4)降低能源消耗
(5)
该反应的
，反应正向进行的程度很大，可以进行到底
(6)7PbCO3·15PbO
5
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【分析】废铅膏与硫酸、
浸取时，铅元素全部转化为硫酸铅，铁和铝的氧化物转化为相应离子进入
滤液，硫酸铅与碳酸铵反应转化为碳酸铅，焙烧得到氧化铅。
【详解】（1）“浸取”时为增大浸取速率，可以采取的措施有粉碎废铅膏或者适当提高温度或者适当增
加硫酸浓度等；
（2）“浸取”时
主要与
发生氧化还原反应，根据得失电子守恒以及原子守恒，化学方程式为
；
（3）“浸取”时将
换成
溶液效果会更好，
除作还原剂外，还可以作氧化剂，促进金属
Pb 在硫酸中转化为硫酸铅；
（4）
在
时分解，
在
时分解，则 “脱硫”的目的是降低能源消耗；
（5）“脱硫”时
转化为
，反应的离子方程式为
；
选择
的原因是：该反应的
，反应正向进行的程度很
大，可以进行到底；
（6）根据铅元素守恒，(x+y)PbCO3
xPbCO3·yPbO，固体残留率88.76%，可得
，解
得
，则358℃时对应固体的成分为7PbCO3·15PbO。
4．（2024 届·广东茂名·三模）砷的化合物可用于半导体领域。一种从酸性高浓度含砷废水[砷主要以亚砷
酸（
）形式存在，废水中还含有一定量的硫酸]中回收砷的工艺流程如下：
已知；
Ⅰ.
；
Ⅱ.
；
Ⅲ.砷酸（
）在酸性条件下有强氧化性，能被
等还原；
Ⅳ.
，
。
回答下列问题；
(1)“沉砷”时，亚砷酸转化为
的化学方程式为 。
(2)“沉砷”时产生的废气可用 溶液吸收处理（填化学式）。
6
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(3)“NaOH 溶液浸取”后，所得“滤渣”的主要成分是 （填化学式）；此时溶液中存在平衡：
，该反应的平衡常数K＝ （保留2 位小数）。
(4)向滤液Ⅱ中通入氧气进行“氧化脱硫”，反应的离子方程式为 。
(5)“沉砷”过程中FeS 不可用过量的
替换，原因是 （从平衡移动
的角度解释）。
(6)该流程最后一步用
“还原”砷酸，发生反应的化学方程式为 。
(7)某含砷化合物晶体的晶胞如图所示，As 原子位于紧邻Ni 原子构成的正三棱柱的体心。晶胞参数为a
pm、a pm、c pm，则该晶体的密度为
（列出计算式，阿伏加德罗常数的值为
）。
【答案】(1)
(2)
（或NaOH 等）
(3) FeS 0.13
(4)
(5)由于
，加入过量的
，溶液中
增大，平衡正向移动，不利于
沉砷
(6)
(7)
【分析】含砷废水加入硫化亚铁生成As2S3沉淀，As2S3沉淀和过量的硫化亚铁加入氢氧化钠，
As2S3+6NaOH=Na3AsO3+Na3AsS3+3H2O，浸取得到硫化亚铁滤渣和含Na3AsO3、Na3AsS3的滤液Ⅱ；滤液Ⅱ
氧化脱硫生成硫单质和Na3AsO4，酸化后生成H3AsO4，砷酸(H3AsO4)在酸性条件下有强氧化性，能SO2被
还原生成As2O3。
【详解】（1）“沉砷”时，亚砷酸和FeS 发生氧化还原反应转化为
，根据得失电子守恒和原子守恒
配平化学方程式为：
。
（2）“沉砷”时产生的废气为 H2S 气体，可用CuSO4溶液(或NaOH 溶液等)吸收处理。
（3）“NaOH 溶液浸取"后，所得“滤渣”的主要成分是FeS。溶液中存在平衡：
7
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，平衡常数
。
（4）滤液Ⅱ氧化脱硫过程中，
和O2发生氧化还原反应生成硫单质和Na3AsO4，根据得失电子守恒和
电荷守恒配平离子方程式为：
。
（5）“沉砷”过程中FeS 不可用过量的
替换，原因是：由于
，加
入过量的
，溶液中
增大，平衡正向移动，不利于沉砷。
（6）该流程最后一步用
“还原”砷酸生成
，
转化为
，根据得失电子守恒和原子守恒
配平化学方程式为：
。
（7）该晶胞中，位于顶点和棱上的 Ni 原子数为(4×
+4×
)+(2×
+2×
)=2，位于晶胞内部的As 原子数
为2。根据晶胞中“As 原子位于紧邻 Ni 原子构成的正三棱柱的体心"以及“晶胞参数为apm、apm、cpm”
可知，该晶胞的底面面积=sin60°a2pm2=
a2pm2。该晶体的密度为
。
5．（2024·山东济南三模）垃圾是放错位置的资源。从某废旧钾离子电池（主要含石墨、
、铝
箔、醚类有机物等）回收部分有价金属的流程如图。
已知：
中
为+3 价；
水相
有机相
（有机相
（水相。
回答下列问题：
（1）为符合“双碳”战略，将“焙烧”后的气体
通入“滤液Ⅰ”至过量，除
外，还可获得的副
产品有 （填化学式）。
（2）“酸溶”时主要反应的离子方程式为 。“酸溶”时不能用
替代双氧水，原因是 。
（3）“萃取”过程萃取剂与溶液的体积比
对溶液中金属元素的萃取率影响如图2 所示。则
最佳取值为 ；“反萃取”时应选择的试剂为 （填化学式）。
8
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（4）
中
测定。方法一：称取一定质量晶体加水溶解后，加入足量
溶液并加
热，产生气体全部被一定量的
吸收，反应结束后，加入指示剂 （填“甲基橙”、“酚酸”或
“石蕊”），再用
标准溶液滴定剩余
。方法二：称取一定质量晶体，加水溶解并加入过量的
溶液，沉淀经过滤、水洗、醇洗、烘干、称重。若烘干不彻底，导致
测量结果 （填“偏
高”、“偏低”或“不影响”）；方法三：采用热重分析法测定时，当样品加热到150℃时，失掉1.5 个结
晶水，失重
，则
。
【答案】（1）
（2）
会被
还原为
，无法
被完全除去，影响含镍产品纯度
（3）0.25
（4）甲基橙 偏低 12
【分析】废旧钾离子电池焙烧后，石墨以及醚类有机物转化为二氧化碳和水，铝箔转化为氧化铝，碱浸时
滤液为四羟基合铝酸钠与过量的氢氧化钾溶液，过量二氧化碳与四羟基合铝酸钠、氢氧化钾溶液生成
和
，
与稀硫酸、过氧化氢发生
，萃取后，
进入水相，调pH 得到
，加热得到NiOOH，有机相反萃取，向水相中加入硫酸铵固体，经过一系列操作，得到
。
【解析】（1）根据分析知，副产品是
；
（2）根据流程知，双氧水与镍元素发生氧化还原反应，由得失电子守恒以及电荷、原子守恒知，“酸
溶”时主要反应的离子方程式为
；“酸溶”
时不能用
替代双氧水，原因是
会被
还原为
，无法被完全除去，影响含镍产品纯度；
（3）萃取时，需要铁元素的萃取率高，镍元素萃取率低，所以
最佳取值为0.25；为了不引入新的
杂质，“反萃取”时应选择的试剂为
；
9
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（4）因为硫酸铵溶液显酸性，所以用甲基橙为指示剂；若烘干不彻底，则硫酸钡的质量偏大，则
中硫酸根的含量偏大，导致
测量结果偏低；失掉1.5 个结晶水，失重
，则
，x=12。
6．（2024·山东聊城二模）一种利用湿法炼锌净化渣回收钴并制备碱式碳酸锌的工艺如下图所示，已知净
化渣含有较多的
的硫酸盐及氢氧化物(“Ⅱ”指相应元素的化合
价为
价)。
已知：
。
（1）浸出渣主要成分为 。
（2）大多数金属硫化物都难溶于水，选择
除铜的原因是 ，若加入
后溶液中
，则溶液的
约为 。
（3）研究加入
后温度和时间对金属脱除率的影响，所得曲线如下图所示。
金属脱除是指溶液中的二价金属离子被氧化后形成氢氧化物沉淀而除去。由图可知“氧化沉钴”适宜的条
件是 ，
滤渣中还含有 。
（4）在适宜的条件下，加入
并调节溶液
至
，反应生成
的离子方程式为
。以
湿法炼锌净化渣(
的质量分数为
)为原料提取出
，在提取过程中钴的损失率为
(填含
的表达式)。
【答案】（1）硫酸铅
（2）生成的硫化铜的溶解度最小，先于其它的金属离子沉淀 1.3
（3）80℃、2h Fe(OH)3
10
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（4）
【分析】净化渣中含有较多的Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)的硫酸盐及氢氧化物，加入硫
酸常压浸出，得到硫酸铅沉淀成为浸出渣，浸出液加入硫化钠，将铜离子转化为沉淀除去，加入
将二价钴氧化后转化为
沉淀除去，同时使得铁转化为氢氧化铁沉淀而除去铁，滤液中加入锌粉，
可以将镍置换出来得到金属镍和硫酸锌溶液，硫酸锌和碳酸钠反应生成ZnCO3·xZn (OH)2。
【解析】（1）由分析可知，浸出渣主要成分为硫酸铅；
（2）硫化铜的溶解度最小，最容易生成硫化铜沉淀，先于其它的金属离子转化为沉淀而被除去，故选择
除铜；加入
后溶液中
，
，
，
，则溶液的
约为1.3；
（3）从图分析，钴的脱除率在80℃是最高，脱出时间2 小时时接近100%，故适宜的温度和时间是80℃、
2h；从图分析，沉钴时铁的脱除率也很高，所以氢氧化钴中还有氢氧化铁；
（4）在适宜的条件下，加入
并调节溶液pH 至5.0～5.2，
具有强氧化性可将Co2+氧化为+3
价，生成Co(OH)3沉淀，根据溶液显弱酸性等相关信息，结合电子守恒可知，反应的离子方程式：
；
湿法炼锌净化渣(
的质量分数为
)为原料提取出
，根据Co 元素守恒，在提取过程中钴的损失率为
。
7．（2024·安徽安庆·二模）粗氢氧化钴Co(OH)3是以铜钴矿为原料湿法提取而得到的粗制钴盐中间品，含
有MnOOH 以及Al2O3、Fe3O4、Mg 等杂质，粗氢氧化钴湿法制取精制硫酸钴流程如下：
（1）浸出时添加还原剂SO2对原料中的锰和 (填元素名称)进行有效浸出。保持温度，
流速等条
件不变，Co 浸出率与时间关系如图所示，则
浓度最适宜为 mol/L。
11
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（2）“除杂”时混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸
。
被
氧化为
，该反应的离子方程式为 (已知：
的电离第一步完全，第二步微弱)。生石灰调
节
(保留一位小数)时，检验反应后的滤液中恰好不存在
(已知：
的
，
离子浓度
时沉淀完全)。
（3）在萃取剂一定量的情况下，提高萃取率的措施有 (答出一点即可)，萃取后水相溶液中存在的
金属离子有 。
（4）硫酸钴的溶解度曲线如图所示，从溶液中获得CoSO4•7H2O 的方法是 。
【答案】（1）钴、铁 3.0
（2）H2O+Mn2++
=MnO2+
+3H+ 3.5
（3）分多次加入萃取剂 Mn2+
（4）蒸发浓缩、降温结晶，过滤洗涤，低温干燥
【分析】由题干工艺流程图可知，将粗氢氧化钴用水磨成浆后加入H2SO4和SO2进行浸出，将Co 转化为
Co2+，Fe 转化为Fe2+、Al 转化为Al3+、Mg 转化为Mg2+，Mn 转化为Mn2+，过滤除去其他不溶性杂质，向滤
液中加入生石灰，热空气和SO2，将Fe2+转化为Fe(OH)3、Al3+转化为Al(OH)3，过滤出Fe(OH)3和
Al(OH)3，向滤液中加入萃取剂P204 以萃取Co2+，分液出水层含有Mn2+和有机相含有Co2+，对有机相进行
反萃取得到水层含有CoSO4，据此分析解题。
【解析】（1）由分析可知，浸出时加入H2SO4和SO2进行浸出，将Co 转化为Co2+，Fe 转化为Fe2+、Al 转
化为Al3+、Mg 转化为Mg2+，Mn 转化为Mn2+，故添加还原剂SO2对原料中的锰和钴、铁进行有效浸出，保
12
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持温度，SO2流速等条件不变，根据Co 浸出率与时间关系图所示信息可知， H2SO4浓度为3.0mol/L 时浸
出速率最快，故硫酸浓度最适宜为3.0mol/L，故答案为：钴、铁；3.0；
（2）“除杂”时混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)，H2SO5中含有一个
过氧键，故
被H2SO5氧化为
，H2SO5转化为H2SO4，该反应的离子方程式为：H2O+Mn2++
=MnO2+
+3H+，检验反应后的滤液中恰好不存在
，即Fe3+离子浓度
时，此时c(OH-)=
=
=10-10.5，则c(H+)=
=
=10-3.5mol/L，即生石灰调节pH=3.5，故答案为：
H2O+Mn2++
=MnO2+
+3H+；3.5；
（3）在萃取剂一定量的情况下，分多次加入萃取剂能够提高萃取率，由分析可知，萃取后水相溶液中存
在的金属离子有Mn2+，故答案为：分多次加入萃取剂；Mn2+；
（4）由题干硫酸钴的溶解度曲线图示信息可知，CoSO4•7H2O 的溶解度随温度升高而明显增大，故从溶液
中获得CoSO4•7H2O 的方法是蒸发浓缩、降温结晶，过滤洗涤，低温干燥，故答案为：蒸发浓缩、降温结
晶，过滤洗涤，低温干燥。
8．（2024·山东威海二模）铑(Rh)是一种稀有贵金属，工业上从废铑材料(主要含Rh，还含有Cu、Fe 等)中
提炼铑的主要途径有如下两种：
已知：①Rh 金属活动顺序位于H 之后。
Rh(Ⅲ)
②
易与
形成配离子
，且该配离子在水溶液中存在以下平衡：
。
③已知25℃时相关物质的Ksp 见下表。
氢氧化物
(已知开始沉淀的金属离子浓度为0.1 mol·L
；金属离子浓度
mol L
⋅
时，可认为该离子沉淀完
全。)
回答下列问题：
（1）途径一：
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①“氯化溶解”过程中，金属Rh 转化为
，该反应的化学方程式为 。
②“定向脱铜”时，铜的沉淀率随pH 变化如图所示，实际工业生产中控制pH 为2，pH 不宜大于2 的原因
是 。
③“阳离子交换”过程中，被阳离子交换树脂吸附的金属阳离子有 。
（2）途径二：
①“控温焚烧”的目的是 且防止Rh 单质被氧化。
②“加热至熔融”的目的是将焚烧后的物质全部转化成可溶性的硫酸盐。已知Rh 单质与
反应的产
物之一为
，则参加反应的Rh 和
的物质的量之比为 。
③步骤“调pH
”
①中应调节的pH 范围为 (保留两位有效数字)。
④用氨水沉淀铑元素的离子方程式为 。
【答案】（1）2Rh+3Cl2+6HCl=2H3RhCl6 pH>2，[RhC16]3-水解平衡正向移动，导致Rh 沉淀率增加而
损失 Na+ 、Fe3+
（2）防止温度过低，Cu、Fe 氧化不完全 2:3 2.8~4.2 Rh3++3NH3·H2O=Rh(OH)3↓+3
【分析】途径一：废铑材料(主要含Rh，还含有Cu、Fe 等)粉碎后通入氯气并加入盐酸，“氯化溶解”得
到H3RhCl6、CuCl2、FeCl3，加入草酸和铜离子结合生成草酸铜，同时加入NaOH 调节溶液pH，阳离子交
换树脂吸附Na+、Fe3+为滤液除杂，[RhCl6]3-发生水解反应生成Rh(OH)3沉淀，最后得到铑粉；途径二：废
铑材料(主要含Rh，还含有Cu、Fe 等)焚烧将Cu 转化为CuO，将Fe 转化为Fe2O3，加热熔融，加入
KHSO4，生成Rh2(SO4)3、CuSO4、Fe2(SO4)3，加入水和氨水调pH 使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，再加入氨
水调节pH，生成Rh(OH)3沉淀和Cu(NH3)4SO4溶液，过滤，Rh(OH)3和途径一相同处理得铑粉；
【解析】（1）①高铜铑精矿通入氯气和HCl，“氯化溶解”得到H3RhCl6，反应的方程式为
2Rh+3Cl2+6HCl=2H3RhCl6；
②由图像可知，pH=2 时，铜的沉淀率已达98%，若pH<2，铜的沉淀率会较低；pH>2，[RhC16]3-水解平衡
正向移动，导致Rh 沉淀率增加而损失；
③定向脱铜后溶液得到草酸钠、FeCl3，“阳离子交换”过程中，溶液中被阳离子交换树脂吸附的金属阳离
子主要有Na+ 、Fe3+；
（2）①“控温焚烧”即焚烧温度不能过高不能过低，若温度过高，Rh 单质被氧化，Rh 的氧化物性质稳
定，难溶解，后续不方便处理，控温同时防止温度过低，Cu、Fe 氧化不完全；
Rh
②
单质与KHSO4反应生成Rh3+，还原产物为SO2，硫元素得2 个电子，Rh 失3 个电子，根据氧化还原
反应得失电子守恒，参加反应的Rh 和KHSO4的物质的量之比为2:3；
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Fe
③
3+沉淀完全时，由Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10−38.6，c(OH-)=
=10-11.2mol/L，即
pH=2.8，同时为了使Cu2+不发生沉淀，由Ksp[Cu(OH)2]=1.0×10−19.6，c(OH-)=
=10-9.8mol/L，即pH=4.2，故调节的pH 范围为2.8~4.2；
④用氨水调pH，NH3·H2O 电离产生的OH−与Rh3+反应生成Rh(OH)3沉淀，其离子方程式为Rh3+
+3NH3·H2O=Rh(OH)3↓+3
。
9．（2024·山东滨州二模）从阳极泥(主要成分有Cu、Ag、Au、
、
和
等)中回收Se 和金
属的部分工艺流程如图。
已知：
①该工艺中萃取原理为：
(其中
表示萃取剂，
表示金属离子)。
②
在碱性条件下很稳定，常温下可与
络合：
。
回答下列问题：
（1）“焙烧”前需对阳极泥进行粉碎处理，目的是 。
（2）“焙烧”产生的
与
的混合烟气用水吸收可制得单质
，该反应的化学方程式为 。
（3）“滤液Ⅰ”中的阳离子主要有
、
，可使用萃取剂(RH)萃取分离。
和
的萃取率与水
相初始
、萃取剂浓度的关系如图。
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则萃取
最佳的条件为 和 ；“反萃取剂”最好选用 (填化学式)。
（4）已知“溶浸”时发生反应：
。该反应的平衡常数
K= [已知
]。研究发现，硫代硫酸盐还可通过电化学催化实现
的溶浸，其催
化机理如图。
该方法总反应的离子方程式为 ，该过程的催化剂有 (填化学式)。
【答案】（1）增大接触面积，加快反应速率，提高原料利用率
（2）
（3）水相初始pH 为6 萃取剂浓度为1%
（4）
、
【分析】阳极泥(主要成分有Cu、Ag、Au、Ag2Se、Cu2S 和NiSO4等)经过焙烧，产生SO2、SeO2，并得到
CuO、Ag、Au、NiSO4的混合物；将固体混合物用硫酸酸浸，过滤，滤液I 中含有Cu2+、Ni2+，通过萃取和
反萃取，将Cu2+和Ni2+分离开并获得相关产物；滤渣(含有Ag、AuO)经过“浸金”、“沉银”并过滤得到
AgCl，再用Na2S2O3溶液“溶浸”AgCl 后，在pH=13~14 的环境中，用HCHO 还原得到Ag。
【解析】（1）“焙烧”前需对阳极泥进行粉碎处理，增大阳极泥与空气的接触面积，以提高原料利用
率。
（2）“焙烧”产生的SO2与SeO2的混合烟气用水吸收可制得单质Se，SeO2作氧化剂，则SO2作还原剂，
被氧化为H2SO4，该反应的化学方程式为2SO2 +SeO2+2H2O=Se↓+2H2SO4；
（3）据图可知，萃取Cu2+最佳的pH 为6，最佳萃取剂浓度为1%，此时，Cu2+的萃取率较高，且和Ni2+的
萃取率相差较大；“滤液I”中主要含有Cu2+、Ni2+的硫酸盐，故“反萃取剂”最好选用H2SO4。
（4）
的平衡常数K=
=
；由图可知总反应为
生成
，反应方程式为：
；浸金过程中的催
化剂反应前后不变，则催化剂是NH3、[Cu(NH3)4]2+。
10．（2024·江西赣州·二模）某研究小组模拟用硫酸化焙烧—水浸工艺从高砷铜冶炼烟尘中浸出铜、锌的
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流程如下。
已知：①高砷铜冶炼烟尘的主要化学成分为锌、铜、铅的砷酸盐
及氧化物，焙烧时，金属砷
酸盐转化为硫酸盐与
。各元素质量分数如下：
Cu
Zn
As
Pb
In
Ag
5.60%
15.60%
28.68%
22.34%
0.073%
0.01%
25℃
②
时，硫酸铅的溶度积常数
；
③浸出率的计算：浸出率
。
回答下列问题：
（1）基态Zn 原子的价层电子排布式为 。
（2）“焙烧”时，无烟煤除了为焙烧提供热量外，还表现 的作用。请补全
参与
反应的化学方程式：
。
（3）“水浸”时，所得浸渣的主要成分为 (写化学式)，往浸取液中加入的金属单质是
(写化学式)。
（4）高砷铜冶炼烟尘经过焙烧、水浸等工序后，测得浸取液中
为
，请从理论上分
析铅是否沉淀完全？ (列式计算并得出结论)。
（5）铜浸出率的测定：从上述流程中得到的1L 浸取液中取50mL 与过量的酸性KI 完全反应后，过滤，往
滤液中滴加淀粉溶液为指示剂，用
标准溶液滴定，滴定终点时消耗
标准溶
液21.00mL。
(已知：
，
)
①滴定终点的现象为 。
②忽略流程中的损失，可得铜的浸出率为 。
【答案】（1）
（2）还原剂
（3）
Zn
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（4）
，其浓度小于
，可认为
已沉淀
完全
（5）当滴入最后半滴
标准溶液，锥形瓶内溶液颜色由蓝色变为无色，且在半分钟内不复原
96%
【分析】高砷铜冶炼烟尘的主要化学成分为锌、铜、铅的砷酸盐
及氧化物，加入无烟煤/浓硫
酸进行焙烧，焙烧时，金属砷酸盐转化为硫酸盐与As2O3 (g)，金属氧化物转化为硫酸盐，无烟煤除了为焙
烧提供热量外，还作还原剂，生成CO2，加水进行水浸，滤液中存在Cu2+、Zn2+、PbSO4不溶于水，成为滤
渣，往滤液中加入金属单质得到铜渣和ZnSO4溶液，即金属单质为Zn，将Cu2+还原为Cu，自身被氧化为
Zn2+。
【解析】（1）Zn 为第30 号元素，基态Zn 原子的价层电子排布式为：
；
（2）无烟煤除了为焙烧提供热量外，还作还原剂，生成CO2，
与C 和H2SO4发生反应，生成
硫酸铜，氧化砷，CO2和SO2，参与反应的化学方程式：
；
（3）由分析得，滤渣的主要成分为PbSO4；往滤液中加入金属单质得到铜渣和ZnSO4溶液，即金属单质为
Zn；
（4）
，其浓度小于
，可认为
已沉淀
完全；
（5）①淀粉遇碘变蓝，因此滴定终点的现象为：当滴入最后半滴
标准溶液，锥形瓶内溶液颜色由
蓝色变为无色，且在半分钟内不复原；
②根据离子方程式
，
)可得：
，
，浸取液中Cu 元素的质量为：
，浸取率为：
。
易错题型二 利用矿物制备物质型化工流程综合题
11．（2024·河南新乡·二模）以辉铋矿（主要成分为
，含
、
、
杂质）为原料制备铝酸
铋的一种工艺流程如图所示：
已知常温下，部分难溶物的溶度积常数如表：
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难溶
物
（不溶于氨水）
（1）铋与氮同主族，则铋元素位于元素周期表 （填“s”“p”“d”或“ds”）区。
（2）已知“滤渣1”中含有S 单质，写出“浸取”时生成S 的主要反应的离子方程式： 。
（3）“还原”时发生主要反应的离子方程式为 ，“碱溶”步骤中加入
的目
的是 。
（4）常温下，“沉淀”前，若“滤液”中Cu 浓度为0.005
，
浓度为0.01
，则“沉
淀”时调pH 的最大值应小于 。[已知：当某离子浓度小于或等于
时，认为该离子
已完全沉淀，
；
不溶于氨水]
（5）中国科学院福建物质结构研究所某团队将
掺杂
（晶胞结构为a）获得空位有序型双钙钛
矿纳米晶体（晶胞结构为b），过程如图所示。若a 和b 的晶胞参数均为x nm，晶胞a 中的
的配
位数为 ，晶胞b 中两个最近的
的距离为 nm，晶体b 的密度为
（写计算式即可）
。
【答案】（1）p
（2）
（3）
将
转化为可溶性的
，
不与氨水反应，
从而过滤除去
（4）7.3
（5）8
【分析】辉铋矿中加入氯化铁和盐酸的混合溶液浸取时，金属硫化物转化为硫和可溶性金属氯化物，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，得到滤液中加入铋，将溶液中的铁离子还原
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为亚铁离子，过滤得到滤液；调节滤液的pH，将铋离子、铜离子转化为氢氧化铋、氢氧化铜沉淀，过滤得
到含有亚铁离子的滤液和滤渣；向滤渣中加入氨水，将氢氧化铜转化为四氨合铜离子，过滤得到含有四氨
合铜离子的滤液和氢氧化铋沉淀；氢氧化铋溶于稀硝酸得到硝酸铋溶液，硝酸铋溶液与偏铝酸钠溶液反应
制得铝酸铋。
【解析】（1）铋元素与氮元素同主族，则铋元素位于元素ⅤA 族，为p 区元素；
（2）辉铋矿主要成分为
，铁离子具有氧化性，将负二价硫氧化为为硫单质，铁离子被还原为亚铁离
子，结合电子守恒可知，反应为：
；
（3）由分析可知，“还原”时，加入铋的目的是将溶液中的铁离子还原为亚铁离子，铋被氧化为铋离
子，故“还原”时发生主要反应的离子方程式为
；得到沉淀中含有氢氧化铋、氢氧
化铜，“碱溶”步骤中加入
可以将
转化为可溶性的
，
不与氨水
反应，从而过滤除去
，分离出
沉淀；
（4）由分析可知，“沉淀”时调pH 使得铋离子、铜离子转化为氢氧化铋、氢氧化铜沉淀，而亚铁离子不
能转化为沉淀，由溶度积可知，当亚铁离子开始沉淀时，溶液中的氢氧根离子浓度为
，pOH=6.7，pH 为7.3，则“沉淀”时调pH 的最大值应小于7.3；
（5）由图可知，晶胞a 中以面心
为例，其上下层各有4 个Cs+，则
的配位数为8；由图
可知，晶胞b 中两个最近的
的距离为面对角线的一般，为
nm；据“均摊法”，晶胞b 中含
个
、
个
、8 个Cs+，则晶体密度为
。
12．（2024·山东菏泽二模）工业上以锌矿（主要成分为
，还有Fe、Mg、Ca 等的化合物和
）
为原料制备硫酸锌晶体的工艺流程如下。其中沉铁时，通过调控溶液的pH 使铁元素形成易过滤的FeOOH
铁渣。
已知：室温下，
；溶液中
较小时，才能顺利析出FeOOH。
回答下列问题：
（1）溶浸过程中，提高浸出率的措施有 （任写一条即可）；滤渣l 的成份是 （填化学式）。
（2）还原时，加入ZnS 精矿的目的是转化溶液中
，反应的离子方程式为 ；沉铁时，适宜调节
溶液pH 的物质X 为 （填化学式）。若不进行还原而直接沉铁，将导致 。
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（3）硫酸锌晶体的溶解度与温度的关系如图所示。补全从滤液得到产品级
的操作，
、过滤、洗涤，干燥。
（4）工艺中产生的废液中含
，排放前需处理。向废液中加入由
和
组成的缓冲溶
液调节pH，通入
发生反应
，处理后的废液中部分微粒浓度见下表。则处理后
的废液中
［已知：常温下，
，
，
，
］。
微粒
浓度/（
）
0.2
0.1
0.2
【答案】（1）加热（或搅拌、适当增大硫酸的浓度、粉碎矿石）
、
（2）
［或
、
］
浓度较大，FeOOH 不能
顺利析出
（3）将滤液蒸发浓缩，冷却至39℃以下结晶
（4）
【分析】加入硫酸溶浸，硫酸分别与
、Fe、Mg、Ca 等的化合物生成Zn2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+、
CaSO4，二氧化硅不与硫酸反应，滤渣1 为
、CaSO4，加入HF 与Mg2+、Ca2+离子生成滤渣2 为MgF2、
CaF2，加入ZnS 精矿的目的是还原
为Fe2+，硫元素化合价升高生成硫单质，滤渣3 为S，加入过氧化
氢氧化Fe2+为Fe3+，加入X 为ZnO 等能与氢离子反应的物质，且不引入杂质阳离子，调节溶液的pH 使
沉淀为滤渣4 是Fe(OH)3，滤液成分为ZnSO4，经过一系列操作得到硫酸锌晶体；
【解析】（1）升高温度、增大反应物浓度等都可以提高反应速率，溶浸过程中，提高浸出率的措施有加
热（或搅拌、适当增大硫酸的浓度、粉碎矿石），加入硫酸溶浸，Ca 等的化合物反应生成微溶物CaSO4，
二氧化硅不与硫酸反应，滤渣1 为
、CaSO4；
（2）还原时，加入ZnS 精矿的目的是转化溶液中
为Fe2+，硫元素化合价升高生成硫单质，反应的离子
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方程式为ZnS+2
=2 Fe2++Zn2++S；加入X 能与氢离子反应的物质，且不引入杂质阳离子，调节溶液的
pH 使
沉淀，物质X 为
［或
、
］，若不进行还原而直接沉铁，将导致
浓度较
大，FeOOH 不能顺利析出；
（3）由图可知，温度低于39℃时才会析出
晶体，则从硫酸锌滤液得到产品级
的操作：将滤液蒸发浓缩，冷却至39℃以下结晶、过滤、洗涤，干燥；
（4）反应Zn2++H2S=ZnS↓+2H+的平衡常数
，根据
，则
。
13．（2024·黑龙江哈尔滨·三模）锑属于氮族元素，广泛用于制造合金、瓷器、颜料、印刷油墨、防爆材
料等。现用锑精矿(主要含有
等杂质)来制备锑和焦锑酸钠
。其工
艺流程如图所示：
已知：常温下，
，
。
回答下列问题：
（1）
位于元素周期表的 区，其基态原子的简化电子排布式为 。
（2）滤渣的主要成分有 。
（3）“碱浸”时，
发生反应的化学方程式为 。
（4）“电解”过程中，阳极上发生的两个电极反应式为 、 。
（5）滤渣
的主要成分有 。
（6）产品
需洗涤、干燥，检验固体是否洗涤干净的试剂为 (填化学式)。
(7)常温条件下，向碱浸液中加入
溶液，生成
和
沉淀时，溶液的
为10，则溶液中剩
余
。
【答案】（1）p
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（2）
（3）
（4）
（5）S
（6）
溶液和
溶液
(7)
【分析】锑精矿主要含Sb2O3、Sb2S3、Fe2O3、CuO，根据流程图，加入氢氧化钠溶液、Na2S 溶液充分碱
浸，过滤得Fe2O3、CuO 固体，同时得到Na3SbS3、Na2S、NaOH 的混合液，则滤渣Ⅰ的主要成分为Fe2O3、
CuO，线路一直接电解混合液得到锑单质；线路二加入氧化剂将Sb 元素氧化得到粗Na3SbO4沉淀，加入的
氧化剂同时将S2-氧化为硫单质，所以粗Na3SbO4沉淀中混有S 单质，加盐酸酸浸，滤渣II 主要成分为S，
滤液加NaOH 溶液中和酸，最终得到
。
【解析】（1）
的基态原子的简化电子排布式为
，位于元素周期表的p 区；
（2）根据分析，滤渣Ⅰ的主要成分有Fe2O3、CuO；
（3）“碱浸”时，
转化为Na3SbS3，发生反应的化学方程式为：
；
（4）“电解”含Na3SbS3、Na2S、NaOH 的溶液，阳极是阴离子OH-和S2-放电，发生的两个电极反应式
为：
、
；
（5）根据分析，滤渣II 的主要成分有S；
（6）产品
需洗涤、干燥，检验固体是否洗涤干净，即检验是否含有Cl-，所加入的试剂为
溶液和
溶液；
（7）根据
，
，常温条件下，向碱浸液中加入
溶液，
生成
和
沉淀时，溶液的
为10，
，则溶液中剩余
。
14．（2024 届广东省揭阳二模）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[
]、铁酸锌(
)，还含少量Fe 及一些难溶于酸的物质}获得金属盐，并
进一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。
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已知：①
在酸性条件下不稳定，易转化为
。
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
时
可视为沉淀完全。
氢氧化物
③
，
。
回答下列问题：
（1）写出两条加快“浸出”速率的措施： 。
（2）
中铁元素的化合价为 ，
与稀硫酸反应的化学方程式为 。
（3）“调pH”时需调节溶液pH 的最小值为 。
（4）“滤液1”中主要含有的金属阳离子为 ，检验“滤液1”中是否含有
的试剂为 (填名
称)。
（5）“转化2”加入铁粉时主要发生反应的离子方程式为 。
（6）“电解”反萃取液(溶质为
)制粗镓后的电解废液经处理后可循环使用，电解废液的主要溶质
为 (填化学式)。
(7)闪锌矿型的GaN 晶胞结构如图所示，设
为阿伏加德罗常数的值，晶胞参数为a nm，以晶胞参数为单
位长度建立原子坐标系，1 号原子的坐标为
。
2
①号原子的坐标为 。
②闪锌矿型的GaN 晶体密度为
。
【答案】（1）适当加热、搅拌或增大稀硫酸浓度等
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（2）+3 ZnFe2O4+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O
（3）5.3
（4）Zn2+ 硫氰化钾
（5）2Fe3++Fe=3Fe2+
（6）NaOH
(7)
【分析】由题给流程可知，向炼锌矿渣加入稀硫酸浸出，将金属元素转化为可溶的金属硫酸盐，过滤得到
浸出渣和浸出液；向浸出液中加入过氧化氢溶液，将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子，调节溶液的pH，将
溶液中的铁离子、镓离子转化为氢氧化铁、氢氧化镓沉淀，过滤得到含有锌离子的滤液和含有氢氧化铁、
氢氧化镓的滤饼；向滤饼中加入盐酸酸化得到氯化铁和氯化镓的混合溶液，向溶液中加入铁，将溶液中的
铁离子转化为亚铁离子，向反应后的溶液中加入有机萃取剂萃取、分液得到含有镓离子的有机相和含有氯
化亚铁的水相；向有机相中加入氢氧化钠溶液反萃取、分液得到偏镓酸钠溶液；电解偏镓酸钠溶液在阴极
得到粗镓，粗镓中的镓与一溴甲烷反应合成Ga(CH3)3，向MOCVD 中通入氨气制得氮化镓。
【解析】（1）适当加热、搅拌、增大稀硫酸浓度等措施能加快“浸出”速率，故答案为：适当加热、搅
拌或增大稀硫酸浓度等；
（2）ZnFe2O4中氧元素、锌元素的化合价为—2 价、+ 2 价，由化合价代数和为0 可知，铁元素的化合价为
+3 价，ZnFe2O4与稀硫酸反应生成硫酸锌、硫酸铁和水，反应的化学方程式为
ZnFe2O4+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O，故答案为：+3 价；ZnFe2O4+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O；
（3）由分析可知，调节溶液的pH 的目的是将溶液中的铁离子、镓离子转化为氢氧化铁、氢氧化镓沉淀，
由溶度积可知，溶液中镓离子完全沉淀时，铁离子已经完全沉淀，溶液中镓离子完全沉淀时，溶液中氢氧
根离子浓度应大于
=2.0×10—9mol/L，则“调pH”时需调节溶液pH 的最小值为14—
9+lg2=5.3，故答案为：5.3；
（4）由分析可知，“滤液1”中主要含有的金属阳离子为锌离子；溶液中铁离子与硫氰酸根离子反应生成
红色的硫氰化铁，则检验“滤液1”中是否含有铁离子的试剂为硫氰化钾溶液，故答案为：Zn2+；硫氰化
钾；
（5）由分析可知，“转化2”加入铁粉的目的是将溶液中的铁离子转化为亚铁离子，反应的离子方程式为
2Fe3++Fe=3Fe2+，故答案为：2Fe3++Fe=3Fe2+；
（6）由分析可知，电解偏镓酸钠溶液在阴极得到粗镓，电解的反应方程式为4NaGeO2+2H2O
4Ge+3O2↑+4NaOH，则由方程式可知，电解废液的主要溶质为氢氧化钠，故答案为：NaOH；
（7）①由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点的1 号原子的坐标为
，则晶胞的边长为1，位于面心的2
号原子的坐标为
，故答案为：
；
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②由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点和面心的大球个数为8×
+6×
=4，位于棱上和体心的小球个数为
12×
+1=4，则晶胞中氮化镓的个数为4，设晶体的密度为dg/cm3，由晶胞的质量公式可得：
=(10—7
a)3d，解得d=
，故答案为：
。
15．（2024 届广东省汕头二模）工业上用红土镍矿（主要成分为NiO，含CoO、FeO、
、
、
MgO、CaO 和
）制备
。工艺流程如图所示，回答下列问题：
（1）加入
在高压下进行酸浸。充分浸取后过滤出的酸浸渣的主要成分为 （填化学式）。
（2）由
溶液获取
的操作是 、 、过滤、洗涤。
（3）沉镁沉钙加入NaF 溶液，生成
和
若沉淀前溶液中
，当沉淀完全
后滤液中
时，除钙率为 （忽略沉淀前后溶液体积变化）。（已知：
、
）
（4）“萃取”可将金属离子进行富集与分离，原理如下：
。工业上用
磺化煤油做萃取剂，萃取时，Co、Ni 的浸出率和Co/Ni 分
离因素随pH 的关系如图所示：
①萃取时，选择pH 为 左右。
②反萃取的试剂为 。
（5）氧化、沉铁沉铝时，需加入NaClO 溶液起氧化作用。写出
与NaClO 在碱性条件下发生反应的
离子方程式： 。
（6）
中阴离子的空间构型为 。
【答案】（1）
、
（2）蒸发浓缩 冷却结晶
（3）99.7%
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（4）3.5 稀硫酸
（5）
（6）正四面体
【分析】红土镍矿(主要成分为NiO，含CoO、FeO、Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO 和SiO2)，向其中加入硫酸
在高压下进行酸浸，NiO 与硫酸反应生成NiSO4，CoO 与硫酸反应生成CoSO4，FeO 与硫酸反应生成
FeSO4，Fe2O3与硫酸反应生成Fe2(SO4)3，Al2O3与硫酸反应生成Al2(SO4)3，MgO 与硫酸反应生成MgSO4，
CaO 与硫酸反应生成CaSO4，SiO2与硫酸不反应；加入氧化剂将亚铁离子氧化为铁离子，调节pH，将铁离
子、铝离子沉淀；加入可溶氟化物，将镁离子转化为氟化镁沉淀，将钙离子转化为氟化钙沉淀；经过萃
取、反萃取得到NiSO4溶液；NiSO4溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥最终得到
NiSO4·7H2O 晶体。
【解析】（1）根据分析，CaO 与硫酸反应生成CaSO4，CaSO4微溶于水，SiO2与硫酸不反应，则经充分浸
取后过滤出的酸浸渣的主要成分为CaSO4、SiO2；
（2）从溶液中获得晶体的操作一般是：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，由
溶液获取
的操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤。
（3）当沉淀完全后滤液中c(Mg2+)=1.5×10-6mol/L 时，c2(F-)=
=
(mol/L)2=5×10-5(mol/
L)2，此时溶液中c(Ca2+)=
=
mol/L=3×10-6mol/L，除钙率为：
=99.7%；
（4）①由图示可知，pH 为3.5 左右时，Co/Ni 分离因素最高，钴和镍的萃取率相差较大，因此，萃取时选
择pH 为3.5 左右；
②由萃取原理
可知，反萃取时可以加入稀硫酸，
增大氢离子浓度，使平衡逆向移动，促使有机相中的MR2重新转化为水相中的M2+；
（5）
与NaClO 在碱性条件下发生反应的离子方程式：
（6）
中阴离子PO
,中心原子P 的σ 键电子对数为4，孤电子对数为0，因此中心原子
的价层电子对数为4，P 原子采用sp3杂化，所以其立体构型为正四面体的空间构型为：正四面体
16．（2024·山东名校考试联盟二模）以水钴矿(Co2O3·H2O，含Fe2O3、MgO、CaO)和辉铜矿(Cu2S，含
SiO2、Fe2O3)为原料制取胆矾和单质钴。
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已知：
①常温下，Ksp(MgF2)=6.25×10-9，Ksp(CaSO4)=7.1×10-7，Ksp(CoCO3)=2.4×10-7；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH 见下表：
金属离子
Fe3+
Fe2+
Co2+
Cu2+
开始沉淀时(c=0.01mol/L)的pH
2.7
7.5
7.6
4.7
完全沉淀时(c=10-5mol/L)的pH
3.7
9.0
9.1
6.2
③萃取Cu2+的反应原理；Cu2++2HR
CuR2+2H+；
Mg
④
、Ca、Fe、Co 均能与强酸反应产生H2。
回答下列问题：
（1）“酸浸”过程硫元素价态变为+6 价，写出“酸浸”过程中主要反应的化学方程式： 。
（2）“滤渣1”的主要成分为 。
（3）常温下，“滤液1”中(Fe 元素都以Fe3+形式存在)加“氧化铜”调pH 不小于 。
（4）常温下，若“滤液2”中c(Mg2+)=0.015mol/L(忽略溶液中极少量的Ca2+)，除去2L“滤液2”中的Mg2+，
至少需加入NaF 固体的质量为 g(忽略溶液体积的变化)。
（5）“反萃取”步骤中加入的“试剂a”为 。
（6）采用惰性电极电解CoCl2溶液﹑在无离子交换膜的条件下，不能用CoSO4溶液代替CoCl2溶液的理由
是 。
(7)将制得的胆矾配成溶液，先加入足量氨水，得到深蓝色溶液，再通入SO2至弱酸性，生成白色沉淀。经
仪器分析：白色沉淀含H、N，O、S、Cu 五种元素，且Cu N S=1 4 l
∶∶
∶∶；所含Cu 离子中无单电子；晶体的部
分组成微粒的空间构型分别为三角锥形和正四面体形。则白色沉淀的化学式为 。
【答案】（1）
（2）
（3）3.7
（4）4.60g
（5）稀硫酸
（6）电解CoSO4溶液使溶液呈酸性，将生成的Co 再次溶解
(7)
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【分析】水钴矿(Co2O3·H2O，含Fe2O3、MgO、CaO)和辉铜矿(Cu2S，含SiO2、Fe2O3)中加硫酸进行溶解，
二氧化硅不能被硫酸溶解，同时生成硫酸钙，过滤将二者除去；溶解过程中Co3+将Cu2S 氧化，自身被还原
为Co2+；加入氧化铜调节pH，以将Fe3+形成沉淀过滤除去；加入NaF，可将Mg2+和Ca2+形成沉淀，过滤除
去；加入萃取剂对Cu2+进行萃取，以将Cu2+和Co2+分离，分离后加入反萃取剂硫酸进行反萃取后得含
CuSO4溶液，经操作得胆矾；萃取后水相中加入碳酸钠将Co2+沉淀形成CoCO3，加盐酸溶解后对溶液进行
电解得Co。
【解析】（1）“酸浸”过程Co 元素化合价+3 价降为+2 价，硫元素价有-2 价变为+6 价，Cu 元素化合价由
+1 价升高为+2 价，根据得失电子守恒及质量守恒，化学方程式：
；
（2）根据分析，“滤渣1”的主要成分：
；
（3）为确保Fe3+完全沉淀，应调pH 不小于3.7；
（4）“滤液2”中c(Mg2+)=0.015mol/L，除去后认为溶液中c(Mg2+)≤10-5mol/L，此时溶液中c(F-)=
=
=2.5×10-2mol/L，该反应过程中Mg 浓度变化：
，则消耗
NaF 物质的量：
0.0298mol/L，“滤液2”体积为2L，对应质量：
；
（5）根据萃取Cu2+的反应原理；Cu2++2HR
CuR2+2H+ 及产物需得胆矾可判断，“反萃取”步骤中加入
的“试剂a”为稀硫酸；
（6）用CoSO4溶液代替CoCl2溶液，电解过程中阳极发生电极反应：
，导致溶液
呈酸性，而阴极电极反应：
，生成的Co 在酸性环境下被溶解；
（7）白色沉淀晶体中分别呈三角锥和四面体形两种离子，三角锥形离子为亚硫酸根离子，四面体形离子
为氨分子，白色沉淀的化学式：
。
17．（2024·广西·二模）镍、铬、铜及其化合物在工业上有广泛的应用，从电镀污泥［含有
、
、
、
和
等］中回收制备
和其它金属及其化合物的工艺流程如
图所示。
已知：“萃取”可将金属离子进行富集与分离，原理如下：
(水相)＋2RH(有机相)
(有机相)
(水相)
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回答下列问题：
（1）与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有 （填元素符
号）。原子核外运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用“
”表示，与之相反的用“
”表示，“
”即称为电子的自旋磁量子数。对于基态Ni 原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为
。
（2）已知NiO 与MgO 的晶体结构相同，其中
和
的离子半径分别为66pm 和69pm。则熔点：
NiO MgO（填“＞”“＜”或“＝”），理由是 。
（3）滤渣1 的主要成分为 （填化学式）。
（4）电解之后加入碳酸钠调节pH 的目的是 。
（5）反萃取剂A 为 。
（6）“反萃取”得到的
溶液，在碱性条件下可被NaClO 氧化生成NiOOH 沉淀，该反应的离子方程
式为 。
(7)资料显示，硫酸镍结晶水合物的形态与温度有如表关系：
温度
低于30.8℃
30.8℃~53.8℃
53.8℃~280℃
高于280℃
晶体形态
多种结晶水合物
由
溶液获得
晶体的操作依次是蒸发浓缩、 、过滤、洗涤、干燥。
【答案】（1）K、Cu -1（或＋1）
（2）＜
的半径比
的小，MgO 的离子键比NiO 的强
（3）
（4）使铁离子形成
沉淀，除去铁元素
（5）
（或硫酸）
（6）
(7)冷却至30.8℃以下结晶
【分析】电镀污泥加入稀硫酸酸浸，
、
、
、
生成相应的金属阳离
子，
不反应，则滤渣1 的主要成分为
，电解得到金属铜，加入碳酸钠 调pH 除去铁元素，得到
，再加入磷酸钠除去铬元素，经过萃取与反萃取富集镍元素，经过一系列操作得到
。
【解析】（1）
铬元素的基态原子中最外层电子数是1，同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数是1 的元素还有
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K、Cu；基态Ni 原子的价电子排布图是
，则价电子自旋磁量子数的代数和为-1
（或＋1）；
（2）NiO 与MgO 都是离子晶体，
的半径比
的小，MgO 的离子键比NiO 的强，则熔点：
NiO<MgO；
（3）根据分析知，滤渣1 的主要成分为
；
（4）根据分析知，电解之后加入碳酸钠调节pH 的目的是使铁离子形成
沉淀，除去铁元素；
（5）根据
(水相)＋2RH(有机相)
(有机相)
(水相)，反萃取要增大氢离子浓度，还要不
引入杂质，所以A 为
（或硫酸）；
（6）根据得失电子守恒、原子守恒可得：
；
（7）根据信息知：低于30.8℃时，晶体形态为
，所以由
溶液获得
晶体的
操作依次是蒸发浓缩、冷却至30.8℃以下结晶、过滤、洗涤、干燥。
18．（2024·贵州·模拟预测）四氧化三铁俗称磁性氧化铁，常用于制造录音磁带和电讯器材，也可作颜料
和抛光剂。某工厂以硫铁矿烧渣(主要含有
等元素的氧化物及
)为原料，制备
的工艺
流程如图所示。
已知：常温下，
、
、
。
回答下列问题：
（1）“酸溶”硫铁矿烧渣时，为了加快酸溶速率可采取的措施有 (任写两条)。
（2）料渣1 的主要成分有 (填化学式)。
（3）常温下，已知溶液中
，要使
沉淀完全，则“调
”的范围是
(保留2 位有效数字，一般离子浓度
认为沉淀完全)。
（4）加入
“沉铁”时，发生反应的离子方程式为 。
（5）①“煅烧1”的目的是将
转化为
，若“煅烧2”阶段发生反应时
，则
该反应的化学方程式为 。
②“煅烧2”时温度对
的纯度有很大影响。已知温度对
纯度的影响如图1 所示，则“煅烧2”
时，温度最好控制在
。
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（6）一种铁基超导材料(化学式为
)的晶胞如图2 所示。已知：该晶胞底边边长为
，高为
，l 号原子的高为
。
为阿伏加德罗常数的值。
①该晶胞中，
原子的个数之比为 ；距2 号原子最近的铁有 个。
②该晶体的密度为
，1 号原子的坐标为 。
【答案】（1）将烧渣粉碎、加热、适当增大硫酸的浓度、搅拌等
（2）CaSO4、SiO2
（3）4.7~6.0
（4）
（5）
800
（6）1:2:2 8
【分析】硫铁矿烧渣加入硫酸，铁铝转化为硫酸盐，SiO2不反应，和生成的不溶物CaSO4成为料渣1，过
滤的滤液加入废铁皮与Fe3+反应生成Fe2+，调节pH 除去铝，滤液加入NH4HCO3反应生成
沉淀，通
入O2煅烧生成CO2和Fe2O3，加入FeS2和O2煅烧得到
。
【解析】（1）为了加快酸溶速率，可采用的措施有将烧渣粉碎、加热、适当增大硫酸的浓度、搅拌等；
（2）由分析可知，料渣1 的主要成分有CaSO4、SiO2；
（3）还原后Fe3+转化为Fe2+，调节pH 使
沉淀完全，则
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，pOH=9.3，pH=4.7；而此时Fe2+没有沉
淀，则
，pOH=8.0，pH=6.0；故“调
”
的范围是4.7~6.0；
（4）加入
“沉铁”时，Fe2+和
生成FeCO3沉淀和H2O、CO2，反应的离子方程式为
；
（5）①“煅烧2”阶段发生反应时
，则1 分子
、1 分子
反应生成1 分子
，反应中硫元素化合价由-1 升高为+4，转移5×2=10 个电子，则会有10÷4=2.5 个氧分子的氧化剂参
与反应，故该反应的化学方程式为：
；
②由图可知，“煅烧2”时，温度最好控制在800℃，此时产品的纯度已经很高；
（6）①根据“均摊法”，晶胞中含
个Ca、
个Fe、
个As，该晶胞中，
原子的个数之比为1:2:2；距2 号原子最近的铁上下层各4 个，共有8 个。
②结合①分析，则晶体密度为
；l 号
原子的高为
，1 号原子在xyz 轴上投影坐标分别为
、
、
，则坐标为
。
19．（2024 届·山东聊城·三模）锰是生产各种合金的重要元素。工业上以含锰矿石(主要成分为
，
还含有铁钴、铜等的碳酸盐杂质)为原料生产金属锰的工艺流程如下：
25℃时，部分物质的溶度积常数如下表所示。
物
质
MnS
CoS
回答下列问题：
(1)用硫酸浸取含锰矿石时，提高浸取速率的方法有 (写两种)。
(2)“氧化”步骤发生反应的离子方程式为 。
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(3)滤渣1 的主要成分是 ，实验室中为了加快固液混合物的分离，常采用的操作是 。
(4)当溶液中可溶组分浓度
时，可认为已除尽。“除杂2”步骤需要控制溶液的pH 至少为
(已知
)。
(5)“除杂3”步骤所得溶液中
，则其
的范围是 。
(6)电解废液中还含有少量
，向其中加入饱和
溶液，有沉淀和气体生成，该反应的离子方程
式为 。
【答案】(1)将矿石粉碎、适当提高硫酸浓度，适当提高温度等
(2)MnO2+4H++2Fe2+=2Fe3++Mn2++2H2O
(3) Fe(OH)3、MnO2 抽滤
(4)6.65
(5)10<pS≤15.4
(6)Mn2++2
=MnCO3↓+CO2↑+H2O
【分析】含锰矿石中加入足量硫酸浸取，MnCO3转化为Mn2+，铁、钴、铜的碳酸盐转化为铁离子、亚铁离
子、钴离子和铜离子，加入过量MnO2，MnO2将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原为Mn2+，加入氨水调
节pH=4，此时c(OH-)=10-10mol/L，根据物质的溶度积常数可知，此时生成的沉淀为氢氧化铁，还有过量的
二氧化锰，再加入氨水调节pH，使Cu2+转化为氢氧化铜沉淀，同时Mn2+不能沉淀，此时滤渣2 为氢氧化
铜，再加入硫化铵，生成CoS 沉淀，最后电解得到Mn。
【详解】（1）用硫酸浸取含锰矿石时，可采用将矿石粉碎、适当提高硫酸浓度，适当提高温度等方式提
高浸取速率。
（2）氧化过程中，MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，自身被还原为Mn2+，离子方程式为MnO2+4H++2Fe2+=2Fe3+
+Mn2++2H2O。
（3）根据分析可知，滤渣1 的主要成分为Fe(OH)3、MnO2，实验室为了加快固液混合物的分离，常用的操
作为抽滤。
（4）除杂2 步骤中，要使铜离子转化为氢氧化铜沉淀，锰离子不能发生沉淀，则c(Cu2+)≤10-5mol/L 时，
c(OH-)≥2
×10-8mol/L，c(H+)≤
×10-7mol/L，pH≥6.65，pH 至少为6.65。
（5）除杂3 中锰离子浓度为2.5mol/L，锰离子不能发生沉淀，则c(S2-)<10-10mol/L，同时Co2+要沉淀完全，
则c(Co2+)≤10-5mol/L，c(S2-)≥4×10-16mol/L，则10<pS≤15.4。
（6）电解废液中含有少量Mn2+，加入饱和NH4HCO3，有沉淀和气体生成，沉淀为碳酸锰，气体为二氧化
碳，离子方程式为Mn2++2
=MnCO3↓+CO2↑+H2O。
20．（2024 届·河北保定·三模）钴广泛应用于机械制造、电子电器、航空航天、电池制造等行业，是国家
重要的战略资源。用含钴废料(主要成分为
，含少量
、
、CaO、MgO、
等)制备草酸
钴晶体(
)的工艺流程如图所示，试回答下列问题：
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已知：
①
具有强氧化性。
②
，
。
(1)为提高含钴废料的浸出效率，可采取的措施是 (任写一条)。
(2)
在水溶液中的电离方程式为 ；浸出渣的主要成分为 (填化学式)。
(3)向“浸出液”中加入适量的
时，
发生反应的离子方程式为 。
(4)
“
①除钙镁”后，滤液中
时，
。
②若“调pH”时溶液的pH 偏低，将会导致
、
沉淀不完全，其原因是 。
(5)将
在空气中加热最终可得到钴的氧化物。分解时测得残留固体的质量随温度变化的曲线
如图所示。[已知：
]
经测定，A→B 过程中产生的气体只有
，此过程中发生反应的化学方程式为 。
【答案】(1)将含钴废料粉碎(或其他合理答案)
(2)
、
(3)
(4)
pH 偏低，
浓度过大，
和
结合成HF 分子，降低了
浓度，导致
、
溶解平衡向溶解方向移动
(5)
【分析】
、
与盐酸、亚硫酸钠发生氧化还原反应，得到硫酸根、二价钴离子、亚铁离子，含钴
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废料加入盐酸与亚硫酸钠还得到硫酸钙、铝离子、镁离子，则浸出渣为
、
，浸出液加入氯酸
钠，将亚铁离子氧化为铁离子、加入碳酸钠调pH 得到氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，所得滤液加入氟化钠除
去钙镁离子，加入萃取剂，二价钴离子进入水相，加入草酸铵溶液，得到
。
【详解】（1）为提高含钴废料的浸出效率，可采取的措施是将含钴废料粉碎、适当加热、适当增大盐酸
浓度等(或其他合理答案)；
（2）
是强电解质，在水溶液中的电离方程式
；根据分析知，浸出渣的主要
成分为
、
；
（3）根据流程图可知，加入
的作用是将
氧化为
，该反应的离子方程式为
；
（4）①滤液中
时，
；②pH 偏低，
浓度过大，
和
结合成HF 分子，降低了
浓度，
、
溶解平衡向溶解方向移动，将会导致
、
沉淀不完全；
（5）
在空气中加热首先失去结晶水，
、
的相对分子质量分别为
183、147.结合图像可知，初始为0.1mol
，A 点时为0.1mol
。根据钴元素守恒，B
点时8.03g 固体中钴元素的物质的量为0.1mol，则8.03g 固体中氧元素的物质的量为
，则8.03g 固体中Co、O 的物质的量之比为0.1 0.133≈3 4
∶
∶，故B 点时固体产物
为
，A→B 发生的反应为
。
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