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化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识
步步设问，是无机框图的创新。它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融
合，考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分
析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是高考化学命题的常考
题型。
1．（2024·全国·高考真题）钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。
一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe 的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺
如下：
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(
)时的pH：
开始沉淀的pH
1.5
6.9
—
7.4
6.2
沉淀完全的pH
2.8
8.4
1.1
9.4
8.2
回答下列问题：
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是 ；“滤渣1”中金属元素主要为 。
第25 讲 化学工艺流程题-----原料的预处理
01 考情分析 02 真题精研 03 规律·方法·技巧 04 经典变式练
05 核心知识精炼 06 基础测评 07 能力提升
考情分析
真题精研
1
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(2)“过滤1”后的溶液中加入
的作用是 。取少量反应后的溶液，加入化学试剂 检验
，若出现蓝色沉淀，需补加
。
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为 、 。
(4)“除钴液”中主要的盐有 (写化学式)，残留的
浓度为
。
【答案】(1) 增大固液接触面积，加快酸浸速率，提高浸取效率 Pb
(2) 将溶液中的
氧化为
，以便在后续调pH 时除去Fe 元素
溶液
(3)
(4)
、
【分析】由题中信息可知，用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe 的单质或氧化物的废渣，得到含有
、
、
、
、
等离子的溶液，Pb 的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的
，则“滤渣1”
为“酸浸”时生成的
；向滤液中加入
将
氧化为
，然后加入ZnO 调节pH=4 使
完全
转化为
，则“滤渣Ⅱ”的主要成分为
，滤液中的金属离子主要是
、
和
；
最后“氧化沉钴”，加入强氧化剂
，将溶液中
氧化为
，在
时
形成
沉
淀，而
则被还原为
，
还会与溶液中的
发生归中反应生成
，得到
和
的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO4、K2SO4，据此解答。
【解析】（1）在原料预处理过程中，粉碎固体原料能增大固体与液体的接触面积，从而加快酸浸的反应
速率，提高浸取效率；由分析可知，“滤渣1”的主要成分为PbSO4，则“滤渣1”中金属元素主要为Pb；
2
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（2）酸浸液中含有
、
、
、
、
等离子。由题表中数据可知，当
完全沉淀时，
未开始沉淀，而当
完全沉淀时，
已有一部分沉淀，因此为了除去溶液中的Fe 元素且
不
沉淀，应先将
氧化为
，然后调节溶液的pH 使
完全水解转化为
沉淀，因此，
的
作用是将
氧化为
，以便在后续调pH 时除去Fe 元素。常用
溶液检验
，若生成蓝
色沉淀，则说明溶液中仍存在
，需补加
；
（3）由分析可知，该过程发生两个氧化还原反应，根据分析中两个反应的反应物、产物与反应环境(
)，结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出两个离子方程式：
、
；
（4）最终得到的“除钴液”中含有的金属离子主要是最初“酸浸”时与加入ZnO 调pH 时引入的
、
加入
“氧化沉钴”时引入的
，而阴离子是在酸浸时引入的
，因此其中主要的盐有
和
。当溶液
时
，
恰好完全沉淀，此时溶液中
，则
，则
。“除钴液”的
，即
，则
，此时溶液中
。
3
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解答化工工艺流程题的三种方法
（1）首尾分析法：对比流程中第一种物质与产品，从对比中找出原料与产品之间的关系，理清流程中原
料转化为产品的基本原理以及分离除杂的方式，结合题问逐一作答。
（2）截段分析法：对于较复杂的采用截段，再进行整合。
（3）“瞻前顾后”分析法：在流程中除了考虑将原料转化为产品，还要考虑副产品的循环使用，这类题
常要瞻前又要顾后。
1．（2024·甘肃张掖·三模）以水钴矿(
，含
、
、
)和辉铜矿(
，含
、
)为原料制取胆矾和单质钴。
已知：
①常温下，
，
，
；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的
见下表：
金属离子
开始沉淀时
的
2.7
7.5
7.6
4.7
完全沉淀时
的
3.7
9.0
9.1
6.2
③萃取
的反应原理；
；
④
、
、
、
均能与强酸反应产生
。
回答下列问题：
规律·方法·技巧
经典变式练
4
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(1)“酸浸”过程硫元素价态变为
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(
元素都以
形式存在)加“氧化铜”调
不小于 。
(4)常温下，若“滤液2”中
(忽略溶液中极少量的
)，除去
“滤液2”中的
，
至少需加入
固体的质量为
(忽略溶液体积的变化，计算结果精确到小数点后两位)。
(5)“反萃取”步骤中加入的“试剂
”为 。
(6)采用惰性电极电解
溶液、在无离子交换膜的条件下，不能用
溶液代替
溶液的理由是
。
【答案】(1)
(2)
、
(3)3.7
(4)
(5)稀硫酸
(6)电解
溶液使溶液呈酸性，将生成的
再次溶解
【分析】水钴矿(
，含
、
、
)和辉铜矿(
，含
、
)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
将
氧化，自身被还
原为
；加入氧化铜调节
，以将
形成沉淀过滤除去；加入
，可将
和
形成沉淀，过
滤除去；加入萃取剂对
进行萃取，以将
和
分离，分离后加入反萃取剂硫酸进行反萃取后得
含
溶液，经操作得胆矾；萃取后水相中加入碳酸钠将
沉淀形成
，加盐酸溶解后对溶液
进行电解得
。
【解析】（1）“酸浸”过程
元素化合价
价降为
价，硫元素价有
价变为
价，
元素化合价
5
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由
价升高为
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
完全沉淀，应调
不小于3.7；
（4）“滤液2”中
，使
转化为
，需要
，
中存在溶解平
衡，为保持
，代入
，求得
，需要再加入
，共
，质量为
；
（5）根据萃取
的反应原理；
及产物需得胆矾可判断，“反萃取”步骤中
加入的“试剂
”为稀硫酸；
（6）用
溶液代替
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
在酸性环境下被溶解。
一、化工流程答题基本思路
核心知识精炼
6
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二、一个完整的无机化工生产流程一般具有下列过程：
三、原料预处理：
酸浸：溶解、去氧化膜等，使得可溶性的离子进入溶液中，不溶物过滤去除。
碱浸：去油污（酯）、溶解铝、二氧化硅、氧化铝等，使得可溶性的离子进入溶液中，不容物过滤去除。
水浸：与水反应或溶解，使原料变成离子进入溶液中。
研磨（雾化、粉碎）：增大反应接触面积，以加快化学反应速率或使反应更充分。
灼烧（焙烧、煅烧）：使物质高温分解或者氧化去除杂质、改变物质结构，使物质能溶解。如从海带中提
取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。如煅烧高岭土。
加入其他物质：如有机物醇、四氯化碳、无机盐等----反应、溶解。
四、原料预处理过程中常考知识点：
1．增大原料浸出率（离子在溶液中的含量多少）的措施：搅拌、适当升高温度、延长浸出时间、增大浸
出液的浓度、固体粉碎增大接触面积
2．提高固体的焙烧效率方法：增加氧气的量、固体充分粉碎、逆流焙烧、适当升温等。
3．加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向（一般是有利于生成物生成的方向）移动
1．（2024·四川成都·模拟预测）某铜硫矿中富含黄铁矿和磁黄铁矿等硫铁矿物，占原矿矿物总量的38%，
实验室以此为原料模拟工业制备纯铜并利用黄铁精矿进行含铬废水处理，工艺流程如下：
已知：①粉碎解离度(不同成分矿石分离程度)与粉碎程度有关，颗粒越细，解离度越高，最高可达93%，
但颗粒越细对设备要求越高。
②铜蓝矿的主要成分为CuS，黄铁矿的主要成分为
。
③可能用到的数据如下：
开始沉淀pH
1.9
4.2
目标产物
产品的提纯和分离
核心化学反应
对原料的预处理
原料
基础测评
7
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沉淀完全pH
3.2
6.7
(1)黄铁矿中硫元素的化合价为 。
(2)在酸浸时为了加快酸浸速率，除使用精磨外，还可采取的措施有 (写出两种即可)；酸浸一般
选用硫酸溶液在纯氧环境中进行，酸浸的离子方程式为 。
(3)生石灰碱浸时调节pH 的范围为 。
(4)滤渣X 的主要成分是 (填化学式)。
(5)向滤液B 中通入高压
，可成功制得单质铜，
的作用是 。
(6)利用黄铁精矿为原料，可进一步制得有广泛用途的铁氧体。其中浸取黄铁精矿过程中相关物质的转化关
系如图所示，反应I 的离子方程式为 ，检验浸取后的溶液中存在
的方法是 。
【答案】(1)-1(或负一价)
(2) 适当升高温度，适当增大酸的浓度
(3)3.2≤pH<4.2
(4)
和
(5)作还原剂
(6)
取少许溶液于试管中，先加KSCN 溶液，不变色，
再加氯水，溶液变红，说明含
(或取少许溶液于试管，加入铁氰化钾溶液，有蓝色沉淀生成)
8
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【分析】硫铜矿原石经过粉碎解离得到主要成分为CuS 的铜蓝矿和主要成分为
的黄铜矿，但是解离达
不到完全，即铜蓝矿含有杂质
，经过纯氧条件下的精磨酸浸，Cu 生成Cu2+，S 变为单质和硫酸根，杂
质二价铁被氧化为三价铁，碱浸时铁离子生成氢氧化铁沉淀，钙离子结合硫酸根生成硫酸钙，二者形成滤
渣X，滤液B 中的Cu2+与H2反应得到单质铜。
【解析】（1）铁元素的化合价为+2，因此硫元素的化合价为-1(或负一价)；
（2）精磨可增加反应物的接触面积，适当升高温度或适当增加酸的浓度都可以在酸浸时加快反应速率，
从而加快浸出速率；酸浸时，S 元素被
氧化成单质S，离子方程式为
；
（3）生石灰碱浸调pH 是为了除去杂质
，pH 需要大于或等于3.2，但不能将
转化为沉淀，因此
pH 应小于4.2，即3.2≤pH<4.2；
（4）滤液A 中含有
和
，加入CaO 后，除了生成
沉淀，还会有
生成，即滤渣X 的
主要成分是
和
；
（5）
将
还原为Cu，因此H₂ 作还原剂；
（6）反应I 的离子方程式为；
；取少许溶液于试管中，先加
KSCN 溶液，不变色，再加氯水，溶液变红，说明含
或取少许溶液于试管，加入铁氰化钾溶液，有蓝
色沉淀生成。
2．（2024·湖北武汉·模拟预测）V 有“工业味精”之称。工业上提取钒的工艺有多种，一种从钒页岩(一种
主要含Si、Fe、Al、V 元素的矿石)中提取V 的工艺流程如下：
已知：①“酸浸”时有
生成。②“萃取”时离子萃取率的大小顺序为
。回
答下列问题：
9
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(1)“焙烧”时可添加适量“盐对”NaCl-Na2SO4与钒页岩形成混合物，这样做的目的是 。
(2)“滤渣Ⅰ”除掉的主要杂质元素是 (填元素符号)。
(3)H2C2O4作用是将
转化为
，转化的目的是 ，发生的离子反应方程式为 。
(4)“沉钒”时，生成
沉淀，“步骤X”的目的是 ，写出“煅烧”时的化学反应方程式
。
(5)以“沉钒率”(
沉淀中V 的质量和钒页岩中钒的质量之比)表示钒的回收率如图所示，温度高于
80℃时沉钒率下降的原因是 。
【答案】(1)生成易溶的钠盐，提高钒的浸取率
(2)Si
(3) VO2+的浸取率大于
，转化为VO2+可以提高钒的浸取率 2
+H2C2O4+2H+=2VO2+
+2CO2↑+2H2O
(4) 将VO2+氧化为
2NH4VO3
2NH3↑+V2O5+H2O
(5)温度高于80℃时，
的水解程度增大，
浓度减小导致沉钒率下降
【分析】将钒页岩(一种主要含Si、Fe、Al、V 元素的矿石)中添加NaCl-Na2SO4进行焙烧，可将V 转化为
易溶的钠盐，Fe、Al 等转化为金属氧化物；加入酸进行酸浸，滤渣1 为硅的化合物；调节溶液的pH 至
5.1，所得滤渣为Fe(OH)3、Al(OH)3，滤液中含有
；加入H2C2O4进行还原，将
还原为VO2+；加入
10
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萃取率进行萃取，去掉水相，再进行反萃取，分离出含有VO2+的水溶液；加入氧化剂将VO2+氧化为
；
加入NH4Cl 溶液进行沉钒，过滤得到NH4VO3，煅烧NH4VO3，制得V2O5。
【解析】（1）“焙烧”时可添加适量“盐对”NaCl-Na2SO4与钒页岩形成混合物，这样做能将钒转化为可
溶性盐，目的是：生成易溶的钠盐，提高钒的浸取率。
（2）加入酸后，钒对应的盐，铁、铝的氧化物等都易溶于酸，只有硅的化合物不溶，所以“滤渣Ⅰ”除
掉的主要杂质元素是Si。
（3）题干信息显示，VO2+的浸取率大于
，则H2C2O4作用是将
转化为
，所以转化的目的是：
VO2+的浸取率大于
，转化为VO2+可以提高钒的浸取率；发生的离子反应方程式为2
+H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H2O。
（4）“沉钒”时，生成
沉淀，则“步骤X”操作后，VO2+转化为
，所以目的是将VO2+氧化为
，“煅烧”时的化学反应方程式为2NH4VO3
2NH3↑+V2O5+H2O。
（5）从图中可以看出，温度高于80℃时，沉钒率下降，可能是
浓度减小造成的，原因是：温度高于
80℃时，
的水解程度增大，
浓度减小导致沉钒率下降。
3．（2024·陕西榆林·模拟预测）钴是国民经济建设和国防建设不可缺少的重要原料之一，我国钴资源缺乏，
二次回收利用非常重要。从锂离子二次电池正极废料——铝钴膜(含
乙炔黑导电剂涂层的铝箔)中回
收Li、Co 的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)碱浸时，绝大部分铝被浸出，滤液中含铝元素的离子符号为 。
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(2)酸溶时，
转化为
、
，该反应的离子方程式为 ；若用盐酸代替
和
溶液，酸溶也可得到
和
溶液，但缺点是 。
(3)碱浸后少量残余的铝在酸溶时进入溶液，需调
至5.0 以上将铝离子沉淀除去。若
，调
的范围是 。(已知
(4)鉴别
和固体
常用方法的名称是 。
(5)将
和
按物质的量之比
混合，在空气中煅烧可制得
，该反应的化学方程式为
。
(6)
热分解质量变化过程如图所示(其中
前隔绝空气，
后在空气
中)。
点残留固体为
，则
；
后固体残留物质量增加的主要原因是
。
【答案】(1)
或
(2)
产生氯气，污染环境
(3)
(4)焰色试验
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(5)
(6) 14.70
被空气中的氧气氧化为
【分析】铝钴膜(含
乙炔黑导电剂涂层的铝箔)中加入氢氧化钠溶液进行碱浸，过滤后得含钴和锂元
素的滤渣和含
的滤液，含钴和锂元素的滤渣加硫酸和过氧化氢酸溶，LiCoO2转化为CoSO4、
Li2SO4，过滤除去不溶性杂质，往滤液中加氢氧化钠溶液调pH，使铝离子转化为氢氧化铝沉淀，加入草酸
铵溶液沉钴得到
，滤液中加碳酸钠溶液沉锂得到碳酸锂。
【解析】（1）碱浸时，绝大部分铝被浸出，铝和氢氧化钠溶液反应生成NaAlO2或
，所以滤
液中含铝元素的离子符号为
或
；
（2）酸溶时，
转化为
、
，钴元素化合价降低，则过氧化氢被氧化生成氧气，该反应
的离子方程式为
；若用盐酸代替
和
溶液，
酸溶也可得到
和
溶液，但Cl-被
氧化生成氯气，氯气有毒，即缺点为：产生氯气，污染
环境；
（3）碱浸后少量残余的铝在酸溶时进入溶液，需调
至5.0 以上将铝离子沉淀除去，但又不能沉淀
Co2+，若
，则据
，
，c(H+)=10-7mol/L，所以调
的范围是
；
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（4）
和
具有相同的阴离子，不同的阳离子，鉴别碱金属元素可用焰色试验，所以鉴别
和固体
常用方法的名称是焰色试验；
（5）将
和
按物质的量之比
混合，在空气中煅烧可制得
，反应中钴元素化合价升
高，氧气中氧元素化合价降低，根据元素种类可知产物中有二氧化碳，所以该反应的化学方程式为
；
（6）初始
的质量为18.30g，
的物质的量为0.1mol，
点残
留固体为
，则n(
)=0.1mol，
0.1mol×(183-36）g/mol=14.70g；B 点的固体质量为8.03g，
其中钴元素的质量为0.1mol×59g/mol=5.9g，则氧元素的质量为8.03g-5.9g=2.13g，所以固体中氧原子与钴
原子物质的量之比
，即B 点固体的化学式为Co3O4，
后固体在空气中加热，
Co3O4与氧气反应生成Co2O3，2Co3O4-3Co2O3，所以残留物质量增加。
4．（2024·湖北·模拟预测）从“钛磁铁矿”冶炼金属铁后的“含钛高炉渣”中提取金属钛的工艺流程如下：
已知：①“含钛高炉渣”的组成如下：
组分
其他
质量分数%
34
6~16
17~19
14~16
8.0~9.0
3.0~4.2
0.8
②“水浸”溶液的
。
请回答下列问题：
(1)“熔融”时，为了使反应物充分受热融化反应，可以采取的措施有 。
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(2)某实验小组模拟“熔融”过程的反应，将固体
与
按物质的量1：2 混合反应生成
反应过程的热重曲线如图所示。
①“熔融”过程生成
的方程式为 。
②“水浸”后滤渣主要有 。
(3)整合剂EDTA(乙二胺四乙酸三钠，
)能够与金属阳离子按1：1 反应形成非常稳定的整合物(
)。已知
，
①“水解”步骤加入EDTA 的目的是 。
②常温下，某溶液中
和Fe3+浓度均为：
的溶液中，用氨水调pH 至4 时溶液中的
。
(4)一种
晶体结构如图(黑球表示
，白球表示
)，其熔点为1850℃。
①
的配位数为 。
②“电解”时，以覆盖氮化硼的石墨电极为阳极，电解
的共熔物得到金属钛，
的作用是 。
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【答案】(1)将含钛高炉渣粉碎
(2)
SiO2、CaSO4
(3) 防止加氨水时金属离子形成氢氧化物沉淀混在
中，提高了
纯度 1:10
(4) 3 助熔剂
【分析】含钛高炉渣，主要成分有
、SiO2、Al2O3、CaO 、MgO 以及少量的Fe2O3，加入(NH4)2SO4
焙烧， SiO2几乎不发生反应，
转化为
，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐，
尾气为NH3； “水浸” 时溶液的
，则滤渣中含有SiO2和微溶物CaSO4，滤液中含有
、
Al2(SO4)3、MgSO4、Fe2(SO4)3，滤液中加入EDTA，把金属阳离子按1：1 反应形成非常稳定的整合物后，
加入氨水得到
沉淀，过滤后得到
分解为TiO2，通过电解TiO2得到金属钛。
【解析】（1）“熔融”时，增大接触面积，可使反应物充分受热加快反应速率，则融化反应时可以采取
的措施有：将含钛高炉渣粉碎。
（2）①某实验小组模拟“熔融”过程的反应，将固体
与
按物质的量1：2 混合反应，设
与
的物质的量依次为1mol、2 mol，则固体混合物为400g，结合分析与元素质量守恒，
得到CaSO4、
的物质的量依次为1mol、1 mol，它们的质量共296g，
，根据
反应过程的热重曲线可知，此时逸出的气体为氨气和水蒸气。则 “熔融”过程生成
的方
程式为
。
②据分析，“水浸”后滤渣主要有SiO2、CaSO4。
（3）①“水解”步骤加入EDTA 的目的是:加入EDTA，把金属阳离子按1：1 反应形成非常稳定的整合物，
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可防止加氨水时金属离子形成氢氧化物沉淀混在
中，提高了
纯度。
②常温下，
溶液中，调pH 至4 时，
，有
产生；常温下，
Fe3+溶液中，调pH 至4 时，
，有
沉
淀产生，则常温下，某溶液中
和Fe3+浓度均为：
的溶液中，用氨水调pH 至4 时溶液中的
。
（4）①由图知，
的配位数为3。
②电解熔融的
时，阳极氧离子失去电子得到氧气，阴极发生还原反应得到金属钛，由于
晶体的
熔点为1850℃，“电解”熔融的
会消耗大量的能量，则以覆盖氮化硼的石墨电极为阳极电解
的共熔物得到金属钛时，
的作用是助熔剂，使
在较低的温度下熔
化，跟电解熔融氧化铝时冰晶石的作用相同。
5．（2024·山东泰安·模拟预测）BiOCl 是一种新型的高档环保珠光材料。以辉铋矿和软锰矿为原料制取氯
氧化铋和超细氧化铋的工艺流程如下：
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已知：i. Bi3＋易与Cl-形成
；pH>3，
易发生水解为BiOCl。ii.几种离子沉淀与pH 的关系如下。
离子
Mn2+
Fe2+
Fe3+
开始沉淀pH
8.1
6.3
1.9
沉淀完全pH
10.1
8.3
3.3
(1)“联合焙烧”时，Bi2S3和MnO2在空气中反应生成 Bi2O3和MnSO4，该反应的化学方程式为 。
(2)“酸浸”时需及时补充浓盐酸调节浸取液的 pH，一般控制浸取液pH 小于1.4，其目的是 。
(3)“转化”时加入金属Bi 的作用是 ，得到BiOCl 的离子方程式为 。
(4)铋能被有机萃取剂(简称 TBP)萃取，其萃取原理可表示为
。“萃取”时需向溶液中加入NaCl 固体调节Cl-浓度，
萃取率随c(Cl-)变化关系如图所示，c(Cl-)最佳为1.3 mol·L-1。c(Cl-)＞1.3mol·L−1 时，铋离子萃取率下降的可
能原因是 。
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(5)“沉淀反萃取”时生成草酸铋[Bi2(C2O4)3·7H2O] 晶体。为得到含 Cl- 较少的草酸铋晶体，“萃取”后有机
相与草酸溶液的混合方式为 。
【答案】(1)2Bi2S3+6MnO2+9O2
2Bi2O3+6MnSO4
(2)增大 Cl-、H+浓度，使铋充分浸出；同时抑制金属离子 Bi3＋(或
)、Fe3＋水解
(3) 加入Bi 发生反应：Bi+3Fe3+=Bi3++3Fe2+，将Fe3+转化为Fe2+，避免形成Fe(OH)3沉淀，保证BiOCl
的纯度
(4)c(Cl-)＞1.3mol·L−1 时，铋离子萃取平衡（
）逆向移动，萃取率下降
(5)边搅拌边将有机相溶液滴加到草酸溶液中
【分析】辉铋矿和软锰矿联合焙烧时，Bi2S3和MnO2在空气中反应生成 Bi2O3和MnSO4，水浸后过滤，滤
渣中加浓盐酸酸浸后过滤，将滤液分成两份，其中一份中加金属铋转化，铋和铁离子发生氧化还原反应，
生成亚铁离子和Bi3+：Bi+3Fe3+=Bi3++3Fe2+，然后调溶液pH=4.6，使Bi3+水解生成BiOCl；另一份加萃取剂
TBP，使Fe3+和Bi3+分离，分液，有机相再加草酸溶液反萃取出Bi3+，最终得到超细氧化铋。
【解析】（1）“联合焙烧”时，Bi2S3和MnO2在空气中反应生成 Bi2O3和MnSO4，Mn 元素化合价由+4 价
降低到+2 价，O2中氧元素化合价降低，硫元素化合价由-2 价升高到+6 价，该反应的化学方程式为
2Bi2S3+6MnO2+9O2
2Bi2O3+6MnSO4；
（2）Bi3＋易与Cl-形成
，pH>3 时，
易发生水解生成BiOCl：
+H2O
BiOCl+5Cl-
+2H+，“酸浸”时及时补充浓盐酸调节浸取液的pH，可以增大H+和Cl-浓度，使平衡逆向移动，
浓
度增大后又抑制Bi3＋与Cl-形成
，使Bi3＋充分浸出，同时增大H+浓度还能抑制Bi3＋(或
)、Fe3+水
解，即控制浸取液pH 小于1.4，其目的是：增大 Cl-、H+浓度，使铋充分浸出，同时抑制金属离子 Bi3＋(或
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)、Fe3＋水解；
（3）金属Bi 具有还原性，“转化”时加入金属Bi 发生反应：Bi+3Fe3+=Bi3++3Fe2+，将Fe3+转化为Fe2+，避
免形成Fe(OH)3沉淀，保证BiOCl 的纯度；得到BiOCl 的离子方程式为
；
（4）c(Cl-)＞1.3mol·L−1 时，铋离子萃取平衡
逆向移动，
所以铋离子萃取率下降；
（5）为得到含 Cl- 较少的草酸铋晶体，“萃取”后有机相与草酸溶液的混合方式为：边搅拌边将有机相溶
液滴加到草酸溶液中。
1．（2024·全国·高考真题）钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、
锰的
价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。
注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于
，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。
已知：①
。
②以氢氧化物形式沉淀时，
和溶液
的关系如图所示。
回答下列问题：
(1)“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是 。
能力提升
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(2)“酸浸”步骤中，
发生反应的化学方程式是 。
(3)假设“沉铜”后得到的滤液中
和
均为
，向其中加入
至
沉淀完全，
此时溶液中
，据此判断能否实现
和
的完全分离 (填“能”或“不
能”)。
(4)“沉锰”步骤中，生成
，产生
的物质的量为 。
(5)“沉淀”步骤中，用
调
，分离出的滤渣是 。
(6)“沉钴”步骤中，控制溶液
，加入适量的
氧化
，其反应的离子方程式为 。
(7)根据题中给出的信息，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是 。
【答案】(1)增大固体与酸反应的接触面积，提高钴元素的浸出效率
(2)
(3)
不能
(4)
(5)
(6)
(7)向滤液中滴加
溶液，边加边搅拌，控制溶液的pH 接近12 但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥
【分析】炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的
价氧化物及锌和铜的单质，经稀硫酸酸浸时，铜不溶
解，Zn 及其他
价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外，其他均转化为相应的+2 价阳离子进入溶液；然
后通入硫化氢沉铜生成CuS 沉淀；过滤后，滤液中加入Na2S2O8将锰离子氧化为二氧化锰除去，同时亚铁
离子也被氧化为铁离子；再次过滤后，用氢氧化钠调节pH=4，铁离子完全转化为氢氧化铁沉淀除去；第
三次过滤后的滤液中加入次氯酸钠沉钴，得到Co(OH)3。
【解析】（1）“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是增大固体与酸反应的接触面积，提高钴元素的浸出
效率。
（2）“酸浸”步骤中，Cu 不溶解，Zn 单质及其他
价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外，其他均转
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化为相应的+2 价阳离子进入溶液，即
为转化为CoSO4，反应的化学方程式为
。
（3）假设“沉铜”后得到的滤液中
和
均为
，向其中加入
至
沉淀完
全，此时溶液中
，则
，
小于
，说明大部分
也转化为硫化
物沉淀，据此判断不能实现Zn2+和Co2+的完全分离。
（4）“沉锰”步骤中，Na2S2O8将Mn2+氧化为二氧化锰除去，发生的反应为
，因此，生成
，产生
的物质的量为
。
（5）“沉锰”步骤中，
同时将
氧化为
，“沉淀”步骤中用
调pH=4，
可以完全
沉淀为
，因此，分离出的滤渣是
。
（6）“沉钴”步骤中，控制溶液pH=5.0~5.5，加入适量的NaClO 氧化
，为了保证
被完全氧化，
NaClO 要适当过量，其反应的离子方程式为
。
（7）根据题中给出的信息，“沉钴”后的滤液的pH=5.0~5.5，溶液中有
元素以
形式存在，当pH
＞12 后氢氧化锌会溶解转化为
，因此，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是：向滤液
中滴加
溶液，边加边搅拌，控制溶液的pH 接近12 但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥。
2．（2024·辽宁沈阳·模拟预测）二氧化铈(
)是一种用途广泛的稀土化合物。以氟碳铈矿(主要含
)为原料制备
的一种工艺流程如图所示：
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已知：①
能与
结合成
，也能与
结合成
；
②在硫酸体系中
能被萃取剂[
]萃取，而
不能。
回答下列问题：
(1)氧化焙烧中氧化的目的是 。
(2)“萃取”时存在反应：
，如图中D 是分配比，表示Ce(IV)分别在
有机层中与水层中存在形式的物质的量浓度之比
保持其它条件不变，若在起始料液
中加入不同量的
以改变水层中的
，请解释D 随起始料液中
变化的原因：
。
(3)“反萃取”中，在稀硫酸和
的作用下
转化为
，反应的离子方程式为： 。
(4)向水层中加入NaOH 溶液来调节溶液的pH，pH 应大于 时，
完全生成
沉淀。
(已知
[
])
(5)
是汽车尾气净化催化剂的关键成分，它能在还原气氛中供氧，在氧化气氛中耗氧，在尾气消除过
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程中发生着
(0≤x≤0.25)的循环，请写出
消除NO 尾气(气体产物是空气的某一
成分)的化学方程式 。
(6)氧化铈
，常用作玻璃工业添加剂，在其立方晶胞中掺杂
，
占据原来
的位置，可以得
到更稳定的结构，如图所示，
晶胞中
与最近
的核间距为a pm。(已知：
的空缺率=
)
①已知M 点原子的分数坐标为
，则N 点原子的分数坐标为 。
②
晶体的密度为 (只需列出表达式)。
③若掺杂
后得到
的晶体，则此晶体中
的空缺率为 。
【答案】(1)将＋3 价铈氧化为＋4 价
(2)随着
增大，水层中
被
结合成
，导致萃取平衡向左移动，D 迅速减小
(3)
(4)9
(5)
(6)
10%
24
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【分析】氟碳铈矿(主要含CeFCO3)氧化焙烧将将+3 价铈氧化为+4 价，加入盐酸得到Ce4+的溶液，加入萃
取剂，Ce4++n(HA)2
Ce•(H2n-4A2n)+4H+，从而除去溶液中的F-，再加入过氧化氢和硫酸，Ce4+被还原为
Ce3+，反萃取得到Ce3+的溶液，加入NaOH，使Ce3+转化为Ce(OH)3，加入NaClO，Ce(OH)3被氧化为
Ce(OH)4。
【解析】（1）原料CeFCO3中Ce 为+3 价，结合题目信息“在硫酸体系中Ce4+能被萃取剂[(HA)2]萃取，而
Ce3+不能”，所以氧化焙烧的目的是将+3 价铈氧化为+4 价。
（2）D 随起始料液中
变化的原因是：随着
增大，水层中
被
结合成
，
导致萃取平衡向左移动，D 迅速减小。
（3）依据流程中水层含Ce3+可知，Ce4+作氧化剂，H2O2作还原剂，氧化产物一定有氧气，在酸性环境下反
应，从而写出离子方程式
。
（4）Ce3+完全生成Ce(OH)3沉淀时，Ce3+浓度小于10-5mol/L，依据Ksp[Ce(OH)3=1.0×10-20]，
，c(H+)=
，则pH 大于9 时，Ce3+完全生成Ce(OH)3
沉淀。
（5）根据题目信息“CeO2在氧化气氛中耗氧”，“气体产物是空气的某一成分”，可知NO 的产物是
N2，写出方程式：
。
（6）①根据M 点原子的分数坐标为（0，0，0），N 在面心位置，则N 点原子的分数坐标为
；
②根据均摊原则，CeO2晶胞中Ce4+数为
=4，O2-数为8，CeO2晶胞中Ce4+与最近O2-的核间距为
apm，为晶胞体对角线的
，则晶胞边长为
，晶体的密度为
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；
CeO
④
2中阳离子和阴离子的个数比为1:2，若掺杂Y2O3后得到n（CeO2）：n（Y2O3）＝0.6：0.2 的晶体，
阳离子和阴离子的个数比为1:1.8，则此晶体中O2-的空缺率为
=10%。
3．（23-24 高三上·四川攀枝花·阶段练习）磷酸锌[
]常用作氯化橡胶合成高分子材料的阻燃剂。
工业上利用烧渣灰(主要含ZnO，还含少量FeO、Al2O3、CuO 及SiO2)为原料制取磷酸锌的工艺流程如图所
示：
已知：①
在水中几乎不溶，其在水中的溶解度随温度的升高而降低；
②“溶液1”中几种金属离子开始沉淀与沉淀完全的pH 如表所示：
金属离子
开始沉淀的pH
3.0
2.2
5.4
6.5
完全沉淀的pH
5.0
3.6
6.7
8.5
(1)用硫酸浸烧渣灰，为提高酸浸时锌的浸出率，可以采取的措施是 (填一条)。
(2)加入H2O2的作用
(3)经过滤2 得到滤渣的主要成分是
和
，则用NaOH 溶液调节pH 的范围是 。
(4)加入Na2HPO4溶液发生反应的离子方程式为 。
(5)洗涤磷酸锌沉淀时应选用 (填“冷水”或“热水”)，确认磷酸锌洗涤干净的操作是
。
(6)通入H2S 是为了除铜离子，25℃时，当通入H2S 达到饱和时测得溶液的pH=1，
，此
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时溶液中
，则CuS 的溶度积
(已知：25℃时，H2S 的电离平衡
常数
，
)。
【答案】(1)适当延长反应时间
(2)将亚铁离子氧化生成铁离子
(3)5.0≤pH<5.4
(4)
(5) 热水 取最后一次洗涤液，先滴入盐酸，再滴加BaCl2溶液，无白色沉淀生成，则已洗净
(6)6.3×10-36
【分析】烧渣灰（主要含ZnO，还含少量FeO、Al2O3、CuO 及SiO2）中加入稀硫酸，烧渣灰中的ZnO，
FeO、Al2O3、CuO 溶解，SiO2不溶，形成滤渣，溶液1 中加入H2O2溶液，将亚铁离子氧化生成铁离子，并
加入氢氧化钠溶液调节pH，除去铁离子和铝离子，生成氢氧化铁和Al(OH)3沉淀，溶液2 中金属阳离子主
要为Cu2+、Zn2+，通入硫化氢，生成CuS 沉淀，溶液3 含ZnSO4，加入Na2HPO4可生成[Zn3(PO4)2]沉淀，经
过滤、洗涤、干燥得到磷酸锌，据此回答。
【解析】（1）可以通过延长反应时间或充分搅拌或适量增加硫酸的浓度等，提高酸浸时锌的浸出率；
（2）溶液1 中加入H2O2溶液，将亚铁离子氧化生成铁离子；
（3）加入氢氧化钠溶液调节pH，除去铁离子和铝离子，生成氢氧化铁和Al(OH)3沉淀，故调pH 的范围为
5.0≤pH<5.4；
（4）加入Na2HPO4可生成[Zn3(PO4)2]沉淀的离子方程式为
；
（5）根据提示信息，磷酸锌[Zn3(PO4)2]在水中几乎不溶，其在水中的溶解度随温度的升高而降低，水洗时，
用热水洗涤磷酸锌沉淀比用冷水洗涤损耗更少，确认磷酸锌洗涤干净的操作是取最后一次洗涤液，先滴入
盐酸，再滴加BaCl2溶液，无白色沉淀生成，则已洗净；
（6）沉铜过程中，当通入H2S 达到饱和时测得溶液的pH=1，H2S
H++HS−，HS−
H++S2−，根据H2S 的
电离平衡常数Ka1=1×10−7，Ka2=1×10−15，可知Ka1×Ka2=
，可得
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c(S2−)=
=
mol/L，CuS 的溶度积Ksp=c(Cu2+)·c(S2−)=1×10−21mol/
L×6.3×10−15mol·L−1=6.3×10−36。
4．（2024·辽宁沈阳·模拟预测）钛酸钡(
)是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一，被誉为“电子陶瓷
工业的支柱”。用高钛渣(主要成分为
，含
、
、
、
等杂质)为原料制备
的工艺流程如图所示：
已知：a．
在溶液中呈绿色；
是强电解质；
b．部分金属离子开始沉淀的pH 如表所示：
金属离子
开始沉淀pH(
)
1.9
7.0
9.1
回答下列问题：
(1)“碱浸”操作过程中除去的杂质为 (填化学式)。
(2)“水洗”过程中
与水发生离子交换反应：
，滤液2 呈绿色，经除杂处理后可在
(填操作单元名称)步骤循环利用：“熔盐反应”过程中
发生反应的离子方程式为 。
(3)“水解”操作加入
的目的是调节溶液
，可适当提高水解速率。已知
，水解反应
的平衡常数K= 。
(4)“转化”过程加入铁粉的目的是 ，滤液3 中含有的金属阳离子有 。
(5)“共沉淀”过程发生反应：
，“灼烧”
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时隔绝空气，发生反应的化学方程式为 。
【答案】(1)
(2) 碱浸
(3)10
(4) 将
转化为
，避免
水解生成
杂质
、
(5)
【分析】由题给流程可知，向高钛渣中加入氢氧化钠溶液碱浸，将氧化铝转化为四羟基合铝酸钠，过滤得
到含有四羟基合铝酸钠的滤液和滤渣；向滤渣中加入氢氧化钠固体，通入氧气发生熔盐反应，将钛元素、
锰元素的氧化物转化为钛酸钠、锰酸钠，向反应后的固体中加入去离子水水洗，将钛酸钠转化为
沉淀，氧化钙转化为氢氧化钙，过滤得到含有氢氧化钠、氢氧化钙、锰酸钠的滤液和
滤渣，其中滤液经除杂处理后得到的氢氧化钠溶液，可在碱浸步骤循环使用；向滤渣中加入稀硫酸酸溶，
将
转化为TiOSO4溶液，氧化铁、氧化镁转化为硫酸铁、硫酸镁，向溶解得到的溶液中
加入铁粉，将溶液中的铁离子转化为亚铁离子，再向反应后的溶液中加入氨水调节溶液pH 为2.5，将溶液
中TiOSO4水解生成TiO(OH)2沉淀，过滤得到含有亚铁离子、镁离子的滤液和含有TiO(OH)2的滤渣；向滤
渣中加入草酸溶液，将TiO(OH)2溶解转化为H2[TiO(C2O4)2]溶液，向溶液中加入氯化钡溶液，将溶液中
H2[TiO(C2O4)2]转化为BaTiO(C2O4)2·4H2O 沉淀，过滤得到滤液和BaTiO(C2O4)2·4H2O；BaTiO(C2O4)2·4H2O 煅
烧分解生成钛酸钡。
【解析】（1）由分析可知，加入氢氧化钠溶液碱浸的目的是将氧化铝转化为四羟基合铝酸钠，则“碱
浸”操作过程中除去的杂质为氧化铝；
（2）由分析可知，滤液2 经除杂处理后得到的氢氧化钠溶液可在碱浸步骤循环使用；“熔盐反应”过程中
二氧化锰发生的反应为二氧化锰与氢氧化钠、氧气共热反应生成锰酸钠和水，反应的离子方程式为
；
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（3）由方程式可知，反应的平衡常数
；
（4）由分析可知，加入铁粉的目的是将溶液中的铁离子转化为亚铁离子，防止水解操作时生成氢氧化铁
沉淀；由分析可知，滤液3 中含有的金属阳离子为亚铁离子、镁离子；
（5）由分析可知，BaTiO(C2O4)2·4H2O 煅烧分解生成钛酸钡、一氧化碳、二氧化碳和水，反应的化学方程
式为
。
30
