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2023——2024 年解密高考化学大一轮复习精讲案
微专题十一 无机化工流程
(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判断产物，并根据化合价升降相等配平。
(2)非氧化还原反应：结合物质性质和实际反应判断产物。
2．原料的预处理
(1)溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸等。
水浸
与水接触发生反应或溶解
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
(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
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(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、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的
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。防止某些物质降温时析出。
(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CCl4或苯萃取溴水中的溴。
(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KNO3、FeCl3、CuCl2、
CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O 等。
(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。
1.以硫酸厂矿渣(含F e2O3，α −A l2O3，SiO2等)为原料制备铁黄( FeOOH )的一种工艺流程如图所示：
资料：i．α −A l2O3化学性质极不活泼，不溶于水也不溶于酸或碱。
ii．K sp(CaC O3)=2.8×10
−9；K sp(FeC O3)=2×10
−11。
回答下列问题：
(1)为了提高“酸浸”的效率可以采用的措施有_______。
(2)“还原”过程中的离子方程式为_______。
(3)“滤渣”中主要成分为(填化学式)_______。
2
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(4)①“沉铁”过程中有C O2气体产生，反应的离子方程式为 _______。
②“沉铁”过程中往往有副产物Fe(OH )2生成，分析原因是 _______。
③若用CaC O3“沉铁”，则无副产物Fe(OH )2产生，当反应完成时，溶液中c(C a
2+)
c(F e
2+)
= _______
(5)写出氧化过程生成铁黄的化学方程式为_______。
(6)工业上为了充分利用铁资源，硫酸厂矿渣也可以用来炼铁，在1225℃、n(C)
n(O) =1.2时，焙烧时间与金
属产率的关系如下图：
请分析焙烧时间超过15min时，金属产率下降的原因可能是_______。
【答案】
(1)粉粹##搅拌##适当升高温度##适当增大酸的浓度
(2) Fe+2 F e
3+=3 F e
2+
(3) α −A l2O3 、 SiO2 和铁粉
(4)
.
① F e
2++2 HC O3
−= FeC O3↓+C O2↑+ H 2O
.
②加入 N H 4 HC O3 ， HC O3
− 促进 F e
2+ 水解，
产生 Fe(OH )2
.
③140
(5) 4 FeC O3+O2+2 H 2O = 4 FeOOH + 4C O2
(6)还原剂消耗完，空气进入将铁氧化，使产率降低
【解析】
含有含 F e2O3 ， α −A l2O3 ， SiO2 的矿渣，先加稀硫酸溶解， F e2O3 溶解形成 F e
3+ ， α −A l2O3 ，
SiO2 不溶解，通过过滤可以除去，加入铁粉将 F e
3+ 还原为 F e
2+ ，再用 N H 4 HC O3 将 F e
2+ 形
成 FeC O3 沉淀，通入空气将 FeC O3 氧化得到黄铁 FeOOH 。
【小问1详解】
为了提高“酸浸”的效率可以采用的措施有：粉粹、搅拌、适当升高温度、适当增大酸的浓度等；
【小问2详解】
3
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F e2O3 和稀硫酸反应，生成 F e
3+ ，加入足量的铁粉还原，发生反应的方程式为： Fe+2 F e
3+=3 F e
2+ ；
【小问3详解】
已知信息， α −A l2O3 化学性质极不活泼，不溶于水也不溶于酸或碱， SiO2 不溶于硫酸，加入的还原铁
粉过量，所以滤渣的主要成分有： α −A l2O3 、 SiO2 和铁粉；
【小问4详解】
加入 N H 4 HC O3 将 F e
2+ 沉淀，同时产生 C O2 气体，反应的离子方程式为：
F e
2++2 HC O3
−= FeC O3↓+C O2↑+ H 2O ；加入 N H 4 HC O3 ， HC O3
− 促进 F e
2+ 水解，产
生 Fe(OH )2 ；当用 CaC O3 沉铁时，溶液中 c(C a
2+)
c( F e
2+)
= c(C a
2+)c(C O3
2−)
c( F e
2+)c(C O3
2−)
= K sp(CaC O3)
K sp( FeC O3) =
2.8×10
−9
2×10
−11 =140 ；
【小问5详解】
氧化过程中，氧气将 FeC O3 氧化生成黄铁，反应为化学方程式为
4 FeC O3+O2+2 H 2O = 4 FeOOH + 4C O2
【小问6详解】
如果超过一定时间，还原剂消耗较多，空气可以将铁氧化，使产率降低。
2.金属钛及其合金在医疗中有重要用途，钛镍形状记忆合金在空间站建设中有不可替代的作用。钛铁矿又
称钛磁铁矿(钛铁矿主要成分的晶胞结构如图甲所示)，是提炼钛的主要矿石，工业上提炼金属钛的流程如
乙所示。
回答下列问题：
(1)钛铁矿主要成分的化学式为__________。
4
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(2)钛铁矿的主要成分和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，写出反应的化学方程式：
__________；结合题给条件简述用金红石(主要成分为
)、焦炭、氯气、金属镁为原料制备金属钛的
生产过程：__________。
(3)钛铁矿矿石粒度对钛元素的提取率的影响如图丙所示，原因是__________。
(4)上述生产流程中加入铁屑，所得溶液I中含有F e
2+、TiO
2+和少量M g
2+等阳离子，常温下，其对应氢
氧化物的K sp如表所示。
氢氧化物
Fe(OH )2
TiO(OH )2
Mg(OH )2
K sp
8.0×10
−16
1.0×10
−29
1.8×10
−11
①常温下，若所得溶液I中
的物质的量浓度为
，当溶液的pH =________ 时，
开始沉淀。若将含有
和M g
2+的溶液加水稀释，立即析出大量白色沉淀，该反应
的离子方程式为 _______。
②溶液I经过冷却结晶、过滤，得到副产品甲的化学式是_________。
【答案】(1) FeTiO3
(2) FeTiO3+2 H 2SO4(浓)
❑̲̲
FeSO4+TiOSO4+2 H 2O ；在隔绝空气条件下，金红石、焦炭混合加热
并通入氯气得到 TiC l4 ，再将 TiC l4 在隔绝空气条件下与镁共热制得钛
(3)矿石粒度越小，反应物间接触面积越大，提取率越高
(4)
9
①； TiO
2++2 H 2O
❑̲̲
TiO(OH )2↓+2 H
+
② FeSO4⋅7 H 2O
5
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【解析】(1)由均摊法可知，晶胞中Ti原子的个数为 8× 1
8 =1 ，O原子的个数为 6× 1
2 =3 ，Fe原子的个数
为1，则钛铁矿主要成分的化学式为 FeTiO3 。
(2)由题给条件可知，无气体生成，生成物 TiOSO4 中各元素化合价不变，即没有发生氧化还原反应，Fe
元素转化为 FeSO4 ，结合质量守恒可写出 FeTiO3 和浓硫酸反应的化学方程式；制备金属钛的过程为在
隔绝空气条件下，金红石、焦炭混合加热并通入氯气，发生反应： TiO2+C +2C l2
高温̲̲
TiC l4+C O2
或 TiO2+2C +2C l2
高温̲̲
TiC l4+2CO ，得到 TiC l4 ，将得到的 TiC l4 在隔绝空气条件下与镁共热制得
金属钛： TiC l4+2 Mg
高温̲̲
Ti+2 MgC l2 。
(4)①常温下，若所得溶液I中 M g
2+ 的物质的量浓度为 0.18mol⋅L
−1 ，当从溶液中析出 Mg(OH )2 沉
淀
时
，
溶
液
中
c(O H
−)=√
1.8×10
−11
0.18
mol⋅L
−1=1.0×10
−5mol⋅L
−1 ，
则 c(H
+)=
10
−14
1.0×10
−5 mol⋅L
−1=1.0×10
−9mol⋅L
−1 ，故溶液的pH =9；若将含有 F e
2+、TiO
2+
和 M g
2+ 的溶液加水稀释，三种氢氧化物的类型相同且 TiO(OH )2 的溶度积常数最小，会立即析出大
量 TiO(OH )2 白色沉淀，该反应的离子方程式为 TiO
2++2 H 2O
❑̲̲
TiO(OH )2↓+2 H
+ 。②溶液I的溶质
主要为 FeSO4、TiOSO4 ，由图乙可知 TiOSO4 进入溶液Ⅱ中，故溶液I经过冷却结晶、过滤，得到副产
品甲的化学式是 FeSO4⋅7 H 2O 。
3.磷酸亚铁锂电池是新能源汽车的动力电池之一。用含锂废渣(主要金属元素有 Li、Ni、Ca、Mg)制得
Li₂CO₃，纯化后用其制备电池的正极材料 LiFePO，工艺流程
如下：
6
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足量碳、FePO₄
巳知：①EDTA 能与某些二价金属离子形成稳定的水溶性配合物。
②滤液1、滤液2中部分离子的浓度(g· L−′ )见下表。
Li+
¿²+
Ca²+
Mg²+
滤液1
22.72
20.68
0.36
60.18
滤液2
21.94
7.7×10=1
0.08
7.8×10−3
③某些物质的溶解度(S)见下表。
T /℃
20
40
60
80
100
S( Li₂CO ,)/ g
1.33
1.17
1.01
0.85
0.72
S( Li₂SO ₄)/ g
34.7
33.6
32.7
31.7
30.9
回答下列问题：
(1)为加快“浸出”速率，本工艺中采取的措施有 ________ ．
(2)滤渣2的主要成分有_______ 和 Ca(OH )₂ (填化学式)。
(3)“沉锂”中，先加入 EDTA，其作用是 ________ ;再加入饱和 Na₂CO， 溶液，控制温度
在95℃充分反应后，分离出粗 Li，CO，的操作是 ________ ．
(4)生成纯 Li₂CO，的离子方程式为 _______ ．
(5)纯Li₂CO，和足量碳、FePO，高温下反应，生成LiFePO，和一种可燃性气体，该反应
的化学方程式为 _________
【答案】
(1)研磨、70℃
(2)Mg(OH )₂、¿(OH )₂
(3)与¿²+、Ca²+、Mg²+形成稳定的水溶性配合物，防止其生成碳酸盐沉淀 趁热过滤
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【解析】略
4.胆矾(CuSO4·5 H 2O)是一种重要的含铜化合物，某课外研究小组用粗铜(含少量Fe)通过不同的化学反
应制取胆矾的过程如图：
物质
完全沉淀时的pH
Fe(OH )3
3.2
Fe(OH )2
9.6
Cu(OH )2
6.4
当溶液中被沉淀离子的物质的量浓度小于1×10
−5mol / L时，认为该离子沉淀完全。
试回答下列问题：
(1)下列物质中，最适合作为试剂X的是________(填序号)。
A.KMnO4 B. K 2C r2O7 C . H 2O2 D . NaClO
(2)由粗铜通过两种途径制取胆矾，与途径Ⅱ相比，途径Ⅰ有明显的两个优点，分别是______________、
____________________。
(3)试剂Y 可以是______________________(任填一种物质的化学式)。
(4)若溶液C中C u
2+、F e
3+的浓度分别为1mol/ L、0.1mol/ L，则向溶液C中加入少量试剂Y 的过程中
应控制溶液C的pH范围约为________。
(5)氢化亚铜(CuH )是一种红色固体，40～50℃时，滤液E和H 3 PO2溶液混合反应可得氢化亚铜沉淀
同时得到硫酸和磷酸，该反应的离子方程式为___________________________________，该反应每转移
1.5 N A个电子，生成CuH的物质的量为________mol。
(6)纳米氧化亚铜(C u2O)是一种用途广泛的光电材料，电化学法可用铜棒和石墨作电极，电解滤液E获得
纳米氧化亚铜，电解过程中无气体产生，则铜棒作________ 极，生成C u2O的电极反应式为
______________________，电解过程中滤液E的浓度____________(填“增大”“不变”或“减小”)。
(7)得
到
CuSO4·5 H 2O晶
体
，
乙
醇
代
替
蒸
馏
水
洗
涤
晶
体
的
目
的
是
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____________________________________________________。
【答案】
(1)C
(2)产生等量胆矾途径Ⅰ消耗硫酸少 途径Ⅰ不会产生污染大气的气体
(3)CuO、Cu(OH )2、CuC O3、C u2(OH )2C O3(任填一种均可)
(4)3.2～3.9
(5)4C u
2++3 H 3 PO2+6 H 2O = 4CuH ↓+8 H
++3 H 3 PO4； 0.5
(6)阳极； 2C u
2+ + 2e
−+ H 2O =C u2O+2 H
+ ； 减小
(7)硫酸铜在乙醇中溶解度较小且乙醇易挥发
【解析】
(1)溶液B中一定含有C u
2+、F e
3+，可能含有F e
2+，加入试剂X的目的是将F e
❑2+氧化为F e
3+，试剂X应
符合不引入杂质的要求，故选择H 2O2，故答案为：C。
(2)由粗铜通过途径Ⅱ制取胆矾，使用浓硫酸会产生污染性气体二氧化硫，同时由于产生二氧化硫，硫酸的
利用率也降低，消耗硫酸更多，故答案为：产生等量胆矾途径Ⅰ消耗硫酸少 途径Ⅰ不会产生污染大气的气
体；
(3)加入试剂Y 的目的是调节溶液的pH使F e
3+沉淀，Y 同样要求不引入杂质(即含铜元素的碱性化合物)，
故可选择CuO、Cu(OH )2、CuC O3、C u2(OH )2C O3等，故答案为：CuO、Cu(OH )2、CuC O3、
C u2(OH )2C O3(任填一种均可)；
(4)加入试剂Y 应使F e
3+完全沉淀，故pH应大于3.2，同时保证C u
2+尚未开始沉淀，通过完全沉淀的pH
为6.4，Cu(OH )2的Ksp =1×10
−5×(10
−7.6)
2，
，再结合C u
2+的初始浓度计算出C u
2+开始沉淀的pH，c(O H
−)=√
1×10
−5×(10
−7.6)
2
1
，
pOH =−lg√
1×10
−5×(10
−7.6)
2
1
=10.1，则pH =14−10.1=3.9，故答案为：3.2～3.9；
(5)生成氢化亚铜的反应是氧化还原反应，根据提示可得到离子方程式：
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4C u
2++3 H 3 PO2+6 H 2O = 4CuH ↓+8 H
++3 H 3 PO4，生成1molCuH转移3 N A 个电子，故转移
1.5 N A个
电
子
，
生
成
CuH的
物
质
的
量
为
0.5mol，
故
答
案
为
：
4C u
2++3 H 3 PO2+6 H 2O = 4CuH ↓+8 H
++3 H 3 PO4； 0.5；
(6)电解过程中无气体产生，则铜棒作阳极，生成C u2O的电极反应式为2C u
2++2e
− +
H 2O =C u2O+2 H
+ ，根据得失电子守恒，阳极生成1molC u
2+ ，阴极需消耗2molC u
2+ ，故滤液E的浓
度减小，故答案为：阳极； 2C u
2+ + 2e
−+ H 2O =C u2O+2 H
+ ； 减小；
(7)乙醇代替蒸馏水洗涤晶体的目的是硫酸铜在乙醇中溶解度较小且乙醇易挥发
，故答案为：硫酸铜在乙醇中溶解度较小且乙醇易挥发。
5.明矾在日常生活中用途非常广泛。用废铝灰(含Al、A l2O3、Fe、F e2O3、FeO等)为原料制取明矾的工
艺流程如下图。回答下列问题：
已知：F e
3+开始沉淀到沉淀完全时溶液的pH为1.9～3.7。
(1)明矾净水的原理是_______________________________________(用离子方程式表示)。
(2)“酸溶”时，A l2O3溶解的化学方程式为_______________________________________。
(3)“氧化”时，发生反应的离子方程式为_______________________________________。
(4)“步骤①”的目的是________________________；“滤渣2”经碱洗、水洗、干燥和煅烧，得到的产品
的名称是____________(填俗称)。
(5)“步骤②”包含的操作有_________、_________、过滤及干燥。
【答案】
(1) A l
3++3 H 2O⇌Al(OH )3(胶体)+3 H
+
(2) A l2O3+3 H 2SO4= A l2(SO4)3+3 H 2O
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(3)2 F e
2++ H 2O2+2 H
+=2 F e
3++2 H 2O
(4)调节溶液pH，使F e
3+沉淀完全；铁红
(5)蒸发浓缩；冷却结晶
【解析】
(1)明矾是强酸弱碱盐，弱碱阳离子A l
3+水解产生氢氧化铝胶体，能够吸附水中悬浮的物质形成沉淀，从
而达到达到净水的目的．其反应原理用方程式表示为：A l
3++3 H 2O⇌Al(OH )3(胶体)+3 H
+，故答案
为：A l
3++3 H 2O⇌Al(OH )3(胶体)+3 H
+；
(2)氧化铝是两性氧化物，酸溶时和硫酸发生反应生成硫酸铝溶液，“酸溶”时，A l2O3发生反应的化学
方
程
式
为
：
A l2O3+3 H 2SO4= A l2(SO4)3+3 H 2O；
故
答
案
为
：
A l2O3+3 H 2SO4= A l2(SO4)3+3 H 2O；
(3)“ 氧化” 时发生反应是酸溶液中过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，反应的离子方程式：
2 F e
2++ H 2O2+2 H
+=2 F e
3++2 H 2O，故答案为：2 F e
2++ H 2O2+2 H
+=2 F e
3++2 H 2O；
(4)“步骤①”后可将氢氧化铁过滤出去，“步骤①”目的是要除去溶液中的铁离子而不能使铝离子沉淀，
滤渣2”为氢氧化铁，经碱洗、水洗、干燥和煅烧，得到氧化铁，俗称铁红，故答案为：调节溶液pH，使
F e
3+沉淀完全；铁红；
(5)从溶液中得到晶体，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶和过滤及干燥得到明矾晶体，故答案为：蒸发浓缩；
冷却结晶。
6.氧化锌是一种无毒的无机化合物，可用于生产婴儿爽身粉。锌焙砂主要含ZnO、ZnF e2O4，还含有少量
A l2O3、FeO、F e2O3、CuO、SiO2等氧化物。下图是工业上利用锌焙砂制取氧化锌的流程图。
已知：几种常见金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH值如下表：
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氢氧化物
Fe(OH )2
Fe(OH )3
Al(OH )3 Cu(OH )2
Zn(OH )2
开始沉淀pH
7.0
2.7
3.7
4.2
6.4
完全沉淀pH
9.2
3.2
5.2
6.7
8.0
回答下列问题：
(1)ZnF e2O4中铁的化合价是_____________，H 2O2的电子式为_____________。
(2)“酸浸”时ZnF e2O4会生成两种盐，该反应的化学方程式为___________________。
(3)“除杂(1)”是为了除去浸出液中的F e
3+、F e
2+、A l
3+，加入H 2O2溶液的目的是(用离子方程式表
示)______________________________，为了加快反应速率，可适当加热。加入的H 2O2溶液比预计的要多
了许多，原因是：________________________；需要调节的pH的范围是_____________，所加的试剂X是
_________(填化学式)。
(4)“沉淀”时，需要控制温度在40℃，目的是：____________________________。
(5)“滤液”中溶质的主要成分是_______________________(写化学式)。
【答案】
(1)+3；
(2)ZnF e2O4+ 4 H 2SO4→ZnSO4+ F e2(SO4)3+ 4 H 2O
(3)2 F e
2++ H 2O2+2 H
+→2 F e
3++2 H 2O；温度过高和反应生成的F e
3+的催化作用均加快H 2O2的分解；
5.2≤pH <6.4；ZnO[或ZnC O3、Zn(OH )2等]
(4)防止N H 4 HC O3分解，N H 3· H 2O挥发
(5)( N H 4)2SO4
【解析】
(1)ZnF e2O4中氧−2价、锌+2价，故铁+3。H 2O2为共价化合物，电子式为
，
故答案为：+3；
(2)“ 酸浸” 时ZnF e2O4会生成两种盐应该为硫酸锌和硫酸铁，其方程式为
ZnF e2O4+ 4 H 2SO4→ZnSO4+ F e2(SO4)3+ 4 H 2O，
故答案为：ZnF e2O4+ 4 H 2SO4→ZnSO4+ F e2(SO4)3+ 4 H 2O
(3)根据流程图，加入H 2O2溶液的目的是氧化亚铁离子，其离子方程式为
2 F e
2++ H 2O2+2 H
+→2 F e
3++2 H 2O；加入的H 2O2溶液比预计的要多了许多，原因是温度过高和反应
生成的F e
3+的催化作用均加快H 2O2的分解；调节pH的目的是让铁离子、铝离子沉淀而不能让锌离子沉
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淀，由表格中的数据可知，5.2≤pH <6.4；试剂X是消耗氢离子而不引入新杂质的物质，可以是ZnO或
ZnC O3、Zn(OH )2等，
故答案为：2 F e
2++ H 2O2+2 H
+→2 F e
3++2 H 2O；温度过高和反应生成的F e
3+的催化作用均加快
H 2O2的分解；5.2≤pH <6.4；ZnO[或ZnC O3、Zn(OH )2等]
(4)“沉淀”时，需要控制温度在40℃，目的是防止N H 4 HC O3分解，N H 3· H 2O挥发，
故答案为：防止N H 4 HC O3分解，N H 3· H 2O挥发
(5)根据流程“滤液”中溶质的主要成分是( N H 4)2SO4，
故答案为：( N H 4)2SO4。
7.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、磷等氧化
物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如图所示：
已知：i)最高价铬酸根在酸性介质中以C r2O❑7
2−存在，在碱性介质中以CrO❑4
2−存在；
ii) pH <7时，硅元素以H 2SiO3形式存在；
iii) pH在4−12之间，铝元素以Al(OH )3形式存在。
回答下列问题：
(1)Cr元素的价电子轨道表示式________。
(2)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)。
(3)水浸渣中主要物质为_____(填化学式)。
(4)“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质为______(填化学式)。
(5)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgN H 4 PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的pH以
达到最好的除杂效果，下列说法中，正确的是_____。
a.若pH过小，磷酸根会与H
+反应使其浓度降低导致MgN H 4 PO4无法完全沉淀
b.若pH过小，会抑制硅酸根离子水解，导致硅酸镁无法完全沉淀
c .若pH过大，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
d .若pH过大，溶液中铵根离子浓度增大，降低导致MgN H 4 PO4无法完全沉淀
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(6)“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V 2O5沉淀，V 2O5在pH <1时，溶解为VO❑2
+或V O
3+
在碱性条件下，溶解为VO❑3
−或VO❑4
3−，上述性质说明V 2O5具有_____(填标号)。
A.酸性 B.碱性 C .两性
(7)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠( N a2S2O5)溶液，反应的离子方程式为_______。
【答案】(1)
(2)N a2Cr O4
(3)SiO2、F e2O3
(4) Al(OH )3
(5)ac
(6)C
(7)3 S2 O5
2− +2C r2 O7
2− +10 H
+= 4C r
3++6 SO4
2− +5 H 2O
【解析】
(1)Cr元素位于第4周期第VB族，价电子排布式为3d
54 s
1，价电子的轨道表示式为
；
(2)由分析可知，煅烧过程中，铬元素转化为N a2Cr O4；
(3)由分析可知，水浸渣中主要有SiO2、F e2O3；
(4)由分析可知，沉淀步骤调pH到弱碱性的目的是将Al元素转化为Al(OH )3沉淀；
(5) PO4
3− 、 SiO3
2− 水解呈碱性，“除硅磷”步骤中控制溶液的pH ≈9以达到最好的除杂效果。若pH过
小时溶液的碱性减弱， PO4
3− 会与H
+反应，使c(
PO4
3− )降低，不能完全MgN H 4 PO4沉淀，同时 SiO3
2− 会与H
+反应生成硅酸胶状沉淀，不利于硅、磷转
化为MgSiO3和MgN H 4 PO4沉淀；pH过大时溶液的碱性增强，沉淀剂中的M g
2+、 N H 4
+ 分别转化为
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Mg(OH )2沉淀、N H 3⋅H 2O，溶液中c( N H 4
+ )降低，导致不能完全生成MgN H 4 PO4沉淀；故答案为
ac；
(6)“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V 2O5沉淀。V 2O5在pH <1时，溶解为 V O2
+ 或V O
3+
在碱性条件下，溶解为 V O3
− 或 V O4
3− ，说明V 2O5具有两性，故答案为：C；
(7)酸性条件下N a2Cr O4转化为N a2C r2O7，C r2 O7
2− 具有强氧化性，与N a2S2O5反应生成C r
3+，离
子方程式为3 S2 O5
2− +2C r2 O7
2− +10 H
+= 4C r
3++6 SO4
2− +5 H 2O。
8.“如果有谁想利用我们出口稀土所制造的产品，反用于遏制打压中国的发展，赣南原中央苏区人民、中国
人民，都会不高兴的。”钇是一种稀土元素，常见化合价为+3价，我国蕴藏着丰富的含钇矿石
(Y 2 FeB e2Si2O10)，工业上通过如下生产流程可获得氧化钇。
已知：①该流程中有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH见下表：
离子
开始沉淀时的pH
完全沉淀时的pH
F e
3+
2.1
3.1
Y
3+
6.0
8.2
②在元素周期表中，铍元素和铝元素处于第二周期和第三周期的对角线位置，化学性质相似。
(1)若改用氧化物的形式表示Y 2 FeB e2Si2O10组成，则化学式为_____________________
(2)欲从N a2SiO3和N a2BeO2混合溶液中制得Be(OH )2沉淀。最好选用盐酸和_______两种试剂，再通
过必要的操作即可实现。
A . NaOH溶液 B.氨水 C .C O2 D . HN O3溶液
(3)为使F e
3+沉淀完全，用氨水调节pH =a时，a应控制在______________________范围内；继续加氨水
调节pH =b发生反应的离子方程式为____________________________；检验F e
3+是否沉淀完全的操作方法
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是：_____________________________________________________________
(4)煅烧草酸钇时发生分解反应，其固体产物为氧化钇，气体产物能使澄清石灰水变浑浊。写出草酸钇
[Y 2(C2O4)3·n H 2O]煅烧的化学方程式 _____________________________
【答案】
(1)Y 2O3·2BeO·FeO·2SiO2
(2)B；
(3)3.1～6.0；Y
3++3 N H 3· H 2O =Y (OH )3↓+3 N H 4
+；取滤液，滴加几滴KSCN溶液，观察溶液是否
变成血红色，若溶液不呈血红色，则F e
3+沉淀完全；
(4)Y 2(C2O4)3·n H 2O
Y 2O3+3CO↑+3C O2↑+n H 2O
【解析】
(1)钇矿石(Y 2 FeB e2Si2O10)的组成用氧化物的形式可表示为：Y 2O3·2BeO·FeO·2SiO2，故答案为：
Y 2O3·2BeO·FeO·2SiO2；
(2)周期表中，铍、铝元素处于第二周期和第三周期的对角线位置，化学性质相似，欲从N a2SiO3和
N a2BeO2的混合溶液中制得Be(OH )2沉淀，先加过量的盐酸，硅酸钠反应生成硅酸沉淀，N a2BeO2反
应生成氯化铍溶液，再加入过量氨水沉淀铍离子，故答案为：B；
(3)用氨水调节pH =a，使铁离子沉淀完全，但钇离子不沉淀，故3.1≤a<6.0；继续加氨水调节pH =b发
生反应的离子方程式为：Y
3++3 N H 3⋅H 2O =Y (OH )3↓+3 N H 4
+；检验铁离子是否沉淀完全，需要检验
滤液中是否含有铁离子：取滤液，滴加几滴KSCN溶液，观察溶液是否变成血红色，若溶液不呈血红色，
则F e
3+沉淀完全，故答案为：3.1～6.0； Y
3++3 N H 3· H 2O =Y (OH )3↓+3 N H 4
+；❑
❑取滤液，滴加几
滴KSCN溶液，观察溶液是否变成血红色，若溶液不呈血红色，则F e
3+沉淀完全；
(4)煅烧草酸钇时发生分解反应，其固体产物为氧化钇，气体产物能使澄清石灰水变浑浊，说明生成二氧
化碳，所以草酸钇煅烧的化学方程式为：
Y 2(C2O4)3·n H 2O
Y 2O3+3CO↑+3C O2↑+n H 2O，
故
答
案
为
：Y 2(C2O4)3·n H 2O
Y 2O3+3CO↑+3C O2↑+n H 2O。
9.钴基合金中含少量镁、镍和铁单质，在化工、航空航天和机械工业应用广泛．现有钴基废合金需要回收
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再利用，设计流程如图：
已知：①有关钴、镍、镁、铁化合物的性质见下表：
化学式
沉淀开始时的pH
沉淀完全时的pH
有关性质
Co(OH )2 7.2
9.4
Co+2 HCl =CoC l2+ H 2↑
C o
2++2 N H 3⋅H 2O =Co(OH )2↓+2 N H 4
+
C o
2++2 H 2O⇌Co(OH )2+2 H
+
¿+2 HCl = NiC l2+ H 2↑
N i
2++6 N H 3⋅H 2O =∋( N H 3)6]
2++6 H 2O
Fe(OH )2 7.1
9.6
Fe(OH )3 2.3
3.7
Mg(OH )2 10.8
12.4
25
②
℃K sp( Mg F2)=7.4×10
−11、K sp( MgC O3)=3.5×10
−3
请回答：
(1)“除镍”步骤必须控制在一定时间内完成，否则沉淀中将有部分Co(OH )2转化为Co(OH )3，此反应的
化学方程式为______
(2)在“盐酸调pH = 4”步骤中，加入盐酸的作用是______．
(3)“净化”步骤中加入H 2O2的作用是______(请用离子方程式表示).废渣的成分______(请用化学式表示)．
(4)已知25℃时，K sp[ Fe(OH )3]= 4.0×10
−38，则该温度下反应F e
3++3 H 2O⇌Fe(OH )3+3 H
+的平
衡常数K =______．
(5)二水合草酸钴晶体(CoC2O4⋅2 H 2O)中C元素的化合价为______，在空气中高温反应的化学方程式为
______．
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【答案】
(1)4Co(OH )2+O2+2 H 2O = 4Co(OH )3；
(2)防止C o
2+水解；
(3)2 F e
2++2 H
++ H 2O2=2 H 2O+2 F e
3+；Mg F2、Fe(OH )3；
(4)2.5×10
−5；
(5)+3；2CoC2O4⋅2 H 2O+O2
2CoO+ 4 H 2O+ 4C O2
【解析】
(1)“除镍”步骤必须控制在一定时间内完成，否则沉淀中将有部分Co(OH )2转化为Co(OH )3，此反应
的
化
学
方
程
式
为
4Co(OH )2+O2+2 H 2O = 4Co(OH )3，
故
答
案
为
：
4Co(OH )2+O2+2 H 2O = 4Co(OH )3；
(2)因C o
2++2 H 2O⇌Co(OH )2+2 H
+，在“盐酸调pH = 4”步骤中，加入盐酸的作用是防止C o
2+水解，
故答案为：防止C o
2+水解；
(3)“净化”步骤中加入H 2O2的作用是2 F e
2++2 H
++ H 2O2=2 H 2O+2 F e
3+，由上述分析可知废渣的成
分为Mg F2、Fe(OH )3，
故答案为：2 F e
2++2 H
++ H 2O2=2 H 2O+2 F e
3+；Mg F2、Fe(OH )3；
(4)25℃时，K sp[ Fe(OH )3]= 4.0×10
−38，则该温度下反应F e
3++3 H 2O⇌Fe(OH )3+3 H
+的平衡常
数K = c
3( H
+)
c( F e
3+)
= c
3( H
+)c
3(O H
−)
c( F e
3+)c
3(O H
−)
= ( Kw)
3
Ksp = (10
−14)
3
4.0×10
−38 =2.5×10
−5，故答案为：2.5×10
−5；
(5)化合物中正负化合价的代数和为0，则CoC2O4⋅2 H 2O中C元素的化合价为0−(−2×4)−(+2)
2
=+3
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价，在空气中高温反应的化学方程式为2CoC2O4⋅2 H 2O+O2
2CoO+ 4 H 2O+ 4C O2，故答案为：
+3；2CoC2O4⋅2 H 2O+O2
2CoO+ 4 H 2O+ 4C O2．
10.二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料，工业上以软锰矿、菱锰矿为原料来制备。某软锰矿主要成分为
MnO2，还含有Si(16.27 %)、Fe(5.86 %)、Al(3.42%)、Zn(2.68 %)和Cu(0.86 %)等元素的化合物，其
处理流程图如下：
化合物
Al(OH )3
Fe(OH )2
Fe(OH )3
K sp近似值
10
−31
10
−16
10
−38
(1)硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为
_______________________________________________。
(2)“氨水、搅拌”，其中“搅拌”不仅能加快反应速率，还能_________；滤渣A的成分是Fe(OH )3、
Al(OH )3，加入氨水需调节pH至少达到_________，恰好能使F e
3+、A l
3+沉淀完全(当c≤10
−5mol· L
−1
时，认为该离子沉淀完全)。
(3)滤渣B的成分是_________。
(4)碱性锌锰电池中，MnO2参与的电极反应式为________________________________。
(5)MnO2也可在MnSO4 — H 2SO4 — H 2O为体系的电解液中电解获得，其阳极反应式为
__________________________。
(6)工业上采用间接氧化还原滴定法测定MnO2纯度，其操作过程如下：准确称量0.9200 g该样品，与足
量酸性KI溶液充分反应后，配制成100mL溶液。取其中10.00mL，恰好与
25.00mL0.0800mol· L
−1 N a2S2O3溶液反应( I 2+2S2O3
2−=2 I
−+ S4O6
2−)。计算可得该样品纯度为
_________。
【答案】
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(1)MnO2+2 FeSO4+2 H 2SO4= MnSO4+ F e2(SO4)3+2 H 2O
(2)充分氧化过量的F e
2+；5.3
(3)CuS、ZnS
(4)MnO2+ H 2O+e
−= MnO(OH )+O H
−
(5)M n
2+−2e
−+2 H 2O = MnO2↓+ 4 H
+
(6)94.6 %
【解析】
软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Si(16.27 %)、Fe(5.86 %)、Al(3.42%)、Zn(2.68 %)和Cu(0.86 %)
等元素的化合物，硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，所以酸浸后的滤液中的金属阳离子主
要是M n
2+、F e
3+、A l
3+、C u
2+、Z n
2+、F e
2+等，调节pH，将F e
3+、A l
3+沉淀，加入硫化锰将C u
2+、
Z n
2+沉淀，滤液为硫酸锰溶液，再通过系列变化得到高纯度的二氧化锰；
(1)根据FeSO4 在酸性条件下将MnO2 还原为MnSO4 ，F e
2+ 被氧化为F e
3+ ，故酸浸时生成硫酸锰、硫
酸铁，根据元素守恒还有水生成，反应方程式为2 FeSO4 + MnO2 +2 H 2SO4= MnSO4 + F e2(SO4)3
+2 H 2O，
故答案为：2 FeSO4 + MnO2 +2 H 2SO4 = MnSO4 + F e2(SO4)3 +2 H 2O；
(2)“氨水、搅拌”，其中“搅拌”不仅能加快反应速率，还能充分氧化过量的F e
2+，滤渣A的成分是
Fe(OH )3、Al(OH )3，观察表中氢氧化物的K sp，知Al(OH )3沉淀完全时，Fe(OH )3一定先沉淀完全，
故以K sp[ Al(OH )3]来计算溶液的pH，10
−31=c( A l
3+)×c
3(O H
−)，得c(O H
−)=
3√10
−26mol / L，
K w=c( H
+)×c(O H
−)=1×10
−14，计算得到pH =−lgc( H
+)≈5.3。
故答案为：充分氧化过量的F e
2+； 5.3；
(3)由题中信息知，加入MnS是为了将C u
2+、Z n
2+沉淀而除去，故滤渣B的成分是CuS、ZnS，
故答案为：CuS、ZnS；
(4)碱性锌锰电池中，MnO2参与的电极反应是正极反应，正极反应式：
MnO2+ H 2O+e
−= MnO(OH )+O H
−，
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故答案为：MnO2+ H 2O+e
−= MnO(OH )+O H
−；
(5)阳极发生氧化反应，锰由+2价变成+ 4价，电极反应式为：M n
2+−2e
−+2 H 2O = MnO2↓+ 4 H
+，
故答案为：M n
2+−2e
−+2 H 2O = MnO2↓+ 4 H
+；
(6)准确称量0.9200 g该样品，与足量酸性KI溶液充分反应后，MnO2+2 I
−+ 4 H
+= M n
2++ I 2+2 H 2O，
配制成100mL溶液。取其中10.00mL，恰好与25.00mL0.0800mol· L
−1 N a2S2O3溶液反应
( I 2+2S2O3
2−=2 I
−+ S4O6
2−)，则得到：
MnO2∼ I 2∼ 2S2O3
2−，
1 2
n 0.02500 L×0.0800mol· L
−1× 100mL
10mL
解得：n=0.010mol，
计算可得该样品中MnO2纯度= 0.010mol×87 g/mol
0.9200 g
×100％=94.6 %，
故答案为：94.6 %。
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