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2-7 物质成分的确定
1．判断加入的试剂及分析试剂作用的基本思路
（1）看反应目的：分析加入试剂后化学反应实现的目的
（2）看试剂性质：分析加入试剂本身的性质(物质类别、所含元素的化合价、周期表中的位置等)
（3）看生成物：分析反应前后的物质组成的变化
（4）看可能信息：综合利用流程信息和题中设问提供的信息
2．工艺流程中的物质确定
（1）循环物质的确定
（2）副产品的确定
（3）滤渣成分的确定
①过量的反应物
②原料中不参与反应的物质
③由原料转化的生成物
④由杂质转化的沉淀物
1．加入物质作用
【例1】高锰酸钾生产过程中产生的废锰渣(主要成分为MnO2、KOH、MgO 和Fe2O3)可用于制备MnSO4
晶体，工艺流程如图：
“反应Ⅱ”中硫铁矿(FeS2)的作用为_____。
【答案】将MnO2还原为Mn2+
【解析】FeS2具有强还原性，而MnO2具有氧化性，同时为了尽可能的将MnO2转化为MnSO4需要将其
充分溶解进入滤液。答案为MnO2还原为Mn2+。
【例2】
是一种重要的化工产品，以黄铁矿烧渣(主要含
、
、
等物质)为原料制备
的过程如下。
Fe 粉的作用是___________。
【答案】还原Fe3+为Fe2+
【解析】黄铁矿烧渣主要含
、
、
等物质，加入硫酸浸取，转化为Fe2+，Fe3+和Ca2+，加
入FeS2除去Ca2+，然后加入Fe 还原Fe3+得到FeSO4，最后在NaOH 和O2条件下生成
，据此分
析解题。
【解析】（1）据分析可知，接入Fe 粉还原Fe3+为Fe2+，故答案为还原Fe3+为Fe2+。
【例3】
是有机合成的重要催化剂，可用于颜料、防腐等工业。工业上由废铜料(主要成分为金属
铜，还含
、
及其化合物、
杂质)生产
的工艺流程如下：
已知：①常温下，部分阳离子开始沉淀和完全沉淀(离子浓度小于
)时的
如下表：
物质
开始沉淀时的
1.6
3.2
5.2
完全沉淀时的
3.1
4.7
6.7
②高温煅烧时铜生成
，
溶于
的浓溶液可生成
，
的溶液用水稀释后可生成
沉淀。
“酸浸、过滤”中加入
的作用为___________。
【答案】将Fe2+和Cu+被氧化为Fe3+和Cu2+
【解析】过氧化氢具有氧化性，由分析知，“酸浸、过滤”中加入
的作用为将Fe2+和Cu+被氧化为
Fe3+和Cu2+。
2．滤渣判断
【例4】高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含
Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si 等元素)制备，工艺如图所示，回答下列问题：
相关金属离子[c(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH 范围如图：
金属离子
Mn2+
Fe2+
Fe3+
Al3+
Mg2+
Zn2+
Ni2+
开始沉淀的pH
8.1
6.3
1.5
3.4
8.9
6.2
6.9
沉淀完全的pH
10.1
8.3
2.8
4.7
10.9
8.2
8.9
（1）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是_____。
（2）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是_____。
【答案】（1）将Fe2+氧化为Fe3+
（2）NiS 和ZnS
【解析】由题给流程可知，向二氧化锰粉与硫化锰矿中加入稀硫酸时，二氧化锰与硫化锰和硫酸反应生
成硫酸锰、硫和水，其余的金属元素均转化为可溶硫酸盐，二氧化硅与稀硫酸不反应，过滤得到含
有硫、二氧化硅的滤渣和含有可溶硫酸盐的滤液；向滤液中加入二氧化锰将亚铁离子氧化为铁离子
后，加入氨水调节溶液pH，将铁离子、铝离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，过滤得到含有氢
氧化铁、氢氧化铝的滤渣和滤液；向滤液中加入硫化钠溶液将锌离子、镍离子转化为硫化锌、硫化
镍沉淀，过滤得到含有硫化锌、硫化镍的滤渣和滤液；向滤液中加入氟化锰将溶液中的镁离子转化
为氟化镁沉淀，过滤得到含有氟化镁的滤渣和滤液；向滤液中加入碳酸氢铵溶液将锰离子转化为碳
酸锰沉淀，过滤得到碳酸锰，碳酸锰溶于盐酸得到硫酸锰。
【解析】（1）由分析可知，氧化中添加适量二氧化锰的目的是将亚铁离子氧化为铁离子，故答案为：
将Fe2+氧化为Fe3+；
（2）由分析可知，滤渣3 的主要成分为硫化锌、硫化镍，故答案为：NiS 和ZnS。
【例5】从分金渣(主要成分为AgCl、Ag2S、PbSO4、BaSO4)中获取高纯银的流程如图所示：
（1）“分银渣”的主要成分为PbSO4、BaSO4、_____(填化学式)。
（2）该流程中可循环使用的物质为______。
【答案】（1）S
（2）盐酸
【解析】由题给流程可知，向分金渣中加入氯化铁溶液进行预处理时，氯化铁溶液与硫化银反应生成氯
化亚铁、单质硫和氯化银，过滤得到滤液和含有硫酸铅、硫酸钡、硫、氯化银的滤渣；向滤渣中加
入亚硫酸钠溶液，将氯化银转化为[Ag(SO3)2]3—离子，过滤得到含有[Ag(SO3)2]3—离子的滤液和含有
硫酸铅、硫酸钡、硫的分银渣；向滤液中加入盐酸，将[Ag(SO3)2]3—离子转化为氯化银沉淀，过滤
得到沉银液和氯化银；向氯化银中加入甲醛，氯化银与甲醛反应生成甲酸、单质银和盐酸，过滤得
到银和含有甲酸、盐酸的滤液，滤液中的盐酸可循环使用。
【解析】（1）由分析可知，分银渣的主要成分为硫酸铅、硫酸钡和硫，故答案为：S；
（2）由分析可知，向氯化银中加入甲醛，氯化银与甲醛反应生成甲酸、单质银和盐酸，过滤得到银和
含有甲酸、盐酸的滤液，滤液中的盐酸可循环使用，故答案为：盐酸。
3．循环物质
【例6】工业利用硼矿石(2MgO·B2O3)制备单质B 并联产轻质MgO 的流程如图：
硼酸(H3BO3)的溶解度
温度/℃
0
10
20
30
40
80
溶解度/g
2.77
3.65
4.87
6.77
8.90
23.54
操作1 是_____，整个流程中可循环利用的物质是_____。
【答案】 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 CO2
【解析】硼酸的溶解度随温度升高而升高，根据流程，操作1 是从溶液中获得H3BO3固体，采取的操作
是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；根据流程，轻质碳酸镁受热分解轻质MgO 和CO2 ，故循环使用的
物质是CO2。
【例7】如图所示，工艺流程如图：
“蒸氨沉锌”工序中，“蒸氨”是将氨及其盐从固液混合物中蒸出，蒸出物冷凝吸收后得到的碳化氨水
可返回______工序循环使用。
【答案】浸取
【解析】依题意，碳化氨水即为NH4HCO3及氨水的混合液，可用于浸取工序。
故答案为：浸取。
【例8】以某冶金工业产生的废渣(含Cr2O3、SiO2及少量的Al2O3)为原料，根据下列流程可制备
K2Cr2O7。
上述流程中可循环使用的物质是______。
【答案】CO2和Na2CO3
【解析】由题给流程可知，废渣、碳酸钠在氧气中煅烧时，氧化铬、二氧化硅和氧化铝分别转化为铬酸
钠、硅酸钠和偏铝酸钠，煅烧渣经冷却、水浸、洗涤、过滤得到含有铬酸钠、硅酸钠、偏铝酸钠的
滤液；向滤液中通入煅烧生成的二氧化碳调节溶液pH，将溶液中硅酸钠、偏铝酸钠转化为硅酸、
氢氧化铝沉淀，过滤得到含有硅酸、氢氧化铝的滤渣和含有铬酸钠、碳酸钠的滤液；滤液经分离提
纯得到铬酸钠溶液和碳酸钠溶液，铬酸钠溶液经转化、提纯制得重铬酸钾，则流程中可循环使用的
物质是二氧化碳和碳酸钠，故答案为：CO2和Na2CO3。
1．碘(紫黑色固体，微溶于水)及其化合物广泛用于医药、染料等方面。
的一种制备方法如下图所示：
加入
粉进行转化反应的离子方程式为_______，生成的沉淀与硝酸反应，生成_______后可循环使
用。
【答案】
AgNO3
【解析】含碘离子的海水加入硝酸银后生成AgI 悬浊液，向悬浊液中加入铁粉，反应生成碘化亚铁和银
单质，过滤后，向滤液中通入氯气氧化碘离子得到单质碘。
【解析】由分析可知，向悬浊液中加入铁粉，反应生成碘化亚铁和银单质，反应的离子方程式为：
；反应生成的沉淀为银，能与硝酸反应生成硝酸银参与循环中。
2．铁黄是一种重要的化工产品。由生产钛白粉废渣制备铁黄的过程如下。
资料：
i.钛白粉废渣成分：主要为FeSO4·H2O，含少量TiOSO4和不溶物
ii.TiOSO4+(x+1)H2O⇌TiO2·xH2O↓+H2SO4
iii.0.1 mol/L Fe2+生成Fe(OH)2，开始沉淀时pH=6.3，完全沉淀时pH=8.3；0.1 mol/L Fe3+生成FeOOH，开
始沉淀时pH=1.5，完全沉淀时pH=2.8
（1）纯化
加入过量铁粉的目的是_______。
【答案】与硫酸反应，使得TiOSO4+2H2O⇌TiO2·H2O↓+ H2SO4平衡正向移动，沉钛；
【解析】加入过量铁粉的目的是：与硫酸反应，使得TiOSO4+2H2O⇌TiO2·H2O↓+H2SO4平衡正向移动，
沉钛；
3．2019 年诺贝尔化学奖颁给了为锂电池发展作出突出贡献的三位科学家。某废旧锂电池正极主要由
LiFePO4、铝箔、炭黑等组成，Fe、Li、P 具有极高的回收价值，具体流程如图：
过程Ⅱ中HCl/H2O2的作用是_____。
【答案】溶解LiFePO4，将Fe2+氧化为Fe3+
【解析】加入盐酸，可溶解LiFePO4，过氧化氢具有强氧化性，将Fe2+氧化为Fe3+ （2Fe2+
+H2O2+2H+=2Fe3++2H2O），便于分离除去。
4．硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含
Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如图：
在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀，母液经加热后可返回_____工序循环使用。
【答案】溶浸
【解析】沉镁过程是硫酸镁和碳酸铵反应，沉镁后母液中含有铵根离子和硫酸根离子，加热时对应的碳
酸铵、二氧化碳等挥发，溶液中溶质为硫酸铵，因此返回“溶浸”环节中继续使用；故答案为：溶
浸。
5．铟(In)是一种稀有贵金属，广泛应用于航空航天、太阳能电池等高科技领域。从铜烟灰酸浸渣(主要
含PbO，
、
、
)中提取铟和铅的工艺流程如下：
已知：①焙烧后金属元素均以硫酸盐的形式存在；②
性质与
类似。
（1）整个工艺流程中，可循环利用的溶液是___________。
【答案】萃余液
【解析】铜烟灰酸浸渣(主要含PbO，
、
、
)加入硫酸溶液硫酸化、焙烧得到的
焙砂加水水浸，浸渣加入10%NaOH 溶液并加热，反应后冷却、过滤，得到PbO 粗品，处理得到
PbO，同时得到滤液；浸液加入硫代硫酸钠还原铁，萃取剂萃取除铁得到含有亚铁离子、
的水
溶液；加入硫酸溶液反萃取得到萃余液，系列处理得到粗铟。
【解析】（1）萃余液中含有硫酸，可以循环利用。
6．对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含
、
、
。一种回收利
用废催化剂的工艺流程如下图。
回答下列问题：
（1）已知
中
元素的化合价为0 价。
是一种可以循环利用的物质，
是___________(填化学式)。
【答案】
【解析】废催化剂主要含Al2O3、Mo2O3、Co2O3，由流程可知，加入NaOH 固体焙烧，Al2O3和NaOH 发
生Al2O3+2NaOH
2NaAlO2+H2O；“焙烧”时，Mo2O3转化为Na2MoO4，发生的反应为
MoO3+2NaOH
Na2MoO4+H2O，然后水浸过滤得到含Co2O3的滤渣，Co2O3与CO 在90℃时发生反
应生成Co2(CO)8，然后将Co2(CO)8分解得到Co 和CO，CO 可以循环利用；滤液中含有
NaAl(OH)4、Na2MoO4，然后向滤液中通入CO2，发生反应CO2+NaAl(OH)4=Al(OH)3↓+NaHCO3，过
滤分离出Al(OH)3，滤液中含有Na2MoO4，加入HCl 沉钼，发生Na2MoO4+2HCl=H2MoO4↓+2NaCl,
陈化后过滤得到H2MoO4和滤液X，H2MoO4分解得到MoO3，据此分析解答。
【解析】已知
中
元素的化合价为0 价，发生反应
，该
反应中，氧化剂
和还原剂
的物质的量之比为1：3；
是一种可以循环利用的物质，
是
。
7．工业上以铬铁矿(FeCr2O4，含Al、Si 氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7•2H2O)的工艺流
程如图。回答下列问题：
蒸发结晶时，过度蒸发将导致___；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____。
【答案】 过度蒸发可导致重铬酸钠提前析出 H2SO4
【解析】再向滤液中加入H2SO4，将Na2CrO4转化为Na2Cr2O7，将溶液蒸发结晶将Na2SO4除去，过度蒸
发，析出副产品的同时会使重铬酸钠提前析出导致产品损失。所得溶液冷却结晶得到
Na2Cr2O7•2H2O 晶体，母液中还含有大量H2SO4可以循环使用。
8．某工厂采用辉铋矿(主要成分为
，含有
、
杂质)与软锰矿(主要成分为
)联合焙烧
法制各
和
，工艺流程如下：
已知：①焙烧时过量的
分解为
，
转变为
；
②金属活动性：
；
③相关金属离子形成氢氧化物的
范围如下：
开始沉淀
完全沉淀
6.5
8.3
1.6
2.8
8.1
10.1
“酸浸”中过量浓盐酸的作用为：①充分浸出
和
；②_______。
【答案】抑制金属离子水解
【解析】已知①焙烧时过量的
分解为
，
转变为
，
在空气中单独焙烧生成
和二氧化硫，经过酸浸，滤渣为二氧化硅，
与浓盐酸生成A 氯气，滤液中含有Bi3+、
Fe3+，加入Bi 将Fe3+转化为Fe2+，调节pH 得到
，据此分析解题。
【解析】“酸浸”中由于铁离子、Bi3＋易水解，因此溶浸时加入过量浓盐酸的目的是防止FeCl3及BiCl3
水解生成不溶性沉淀，提高原料的浸出率；过量浓盐酸的作用为：①充分浸出
和
；②抑
制金属离子水解。
9．氧化钡广泛用于玻璃、陶瓷工业，是制取过氧化钡和钡盐的原料。一种利用钡泥[含BaCO3、
BaSO3、Ba(FeO2)2等]制取氧化钡的绿色工艺流程如图：
回答下列问题：
（1）酸溶时，Ba(FeO2)2与稀硝酸反应的化学方程式为_____。
（2）产生滤渣1 反应的离子方程式是_____。
（3）操作Ⅰ调pH=4～5 的目的是_____。
（4）过滤3 所得母液应返回_____工序循环使用。
【答案】（1）Ba(FeO2)2+8HNO3=Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O
（2）3BaSO3+2H++2NO =3BaSO4↓+2NO↑+H2O
（3）将铁离子转化为氢氧化铁沉淀而除去
（4）操作Ⅱ
【解析】钡泥加入稀硝酸时，碳酸钡生成硝酸钡和二氧化碳和水，亚硫酸钡生成硫酸钡、NO 和水，
Ba(FeO2)2生成硝酸钡、硝酸铁和水，则气体1 为二氧化碳，滤渣1 为硫酸钡；加入碳酸钡调节
pH，可使铁离子生成氢氧化铁沉淀，则滤渣2 为氢氧化铁；加入氢氧化钡中和溶液中过量的硝酸，
生成硝酸钡溶液，则母液为硝酸钡；加热硝酸钡晶体可生成氧化钡、二氧化氮和氧气。
【解析】（1）酸溶时，Ba(FeO2)2与稀硝酸反应的化学方程式为
Ba(FeO2)2+8HNO3=Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O。
（2）产生滤渣1 反应的离子方程式是3BaSO3+2H++2NO =3BaSO4↓+2NO↑+H2O。
（3）操作Ⅰ调pH=4～5 的目的是将铁离子转化为氢氧化铁沉淀而除去。
（4）母液中含有硝酸钡，过滤3 所得母液应返回操作Ⅱ工序循环使用，提高钡离子的利用率。
10．如图所示，工艺流程如图：
（1）“除铁”时需将溶液的pH 调至3 左右，加入的化合物X 是_____(填化学式)。
（2）酸浸时H2O2的作用是______。
【答案】（1）NaOH
（2）将Co2O3还原为Co2+
【解析】加入的物质应该与硫酸反应（调节pH），且含钠元素（生成黄钠铁矾），故为NaOH；H2O2
既具有氧化性又有还原性，它的用途可结合前后物质价态的变化进行判断。
【解析】（1）依题意，除铁即将铁元素转化为黄钠铁矾，且需升高溶液的pH，故加入NaOH。
故答案为：NaOH。
（2）根据流程图，由活性粉体到前驱体，化合物中有Co 由+3 变为+2，而中间加入的物质发生的都是
非氧化还原反应，只能由H2O2充当还原剂，故而双氧水的作用是将Co2O3还原为Co2+
。虽然铜同时
也被氧化，但这不是主要目的。故答案为：将Co2O3还原为Co2+。
11．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：
已知：①酸浸后溶液中的金属离子有
、
、
和
②25℃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）加Cu“还原”的目是___________。
【答案】将
还原为
，防止
在调pH 时变成
而除去
【解析】氧气具有氧化性，已知，酸浸后溶液中的金属离子有Cu2+、Fe2+、Al3+和Fe3+，CuFeS2“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CuFeS2与氧气反应生成SO2、CuO、
Fe3O4，反应为CuFeS2+19O2
6CuO+2Fe3O4+12SO2，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CuFe2O4-δ；
【解析】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。
12．胆矾(
)是一种重要化工原料，某研究小组以生锈的铜屑为原料[主要成分是Cu，含有
少量的油污、CuO、
、
]制备胆矾。流程如下。
回答问题：
（1）步骤①的目的是_______。
（2）步骤②中，若仅用浓
溶解固体B，将生成_______(填化学式)污染环境。
（3）步骤②中，在
存在下Cu 溶于稀
，反应的化学方程式为_______。
【答案】（1）除油污
（2）
（3）
【解析】原料经碳酸钠溶液浸洗后过滤，可以除去原料表面的油污；滤渣固体B 中加入过量的稀硫酸、
双氧水，其中的CuO、CuCO3、Cu(OH)2均转化为CuSO4，Cu、H2O2、稀硫酸反应生成CuSO4和
H2O，溶液C 为CuSO4溶液和稀硫酸的混合液，经加热浓缩、冷却结晶、过滤后得到胆矾，滤液D
主要含稀硫酸，据此解答。
【解析】（1）原料表面含有少量的油污，Na2CO3溶液呈碱性，可以除去原料表面的油污，因此，步骤
①的目的是：除去原料表面的油污；
（2）在加热的条件下，铜可以与浓硫酸发生反应生成CuSO4、SO2和H2O，二氧化硫是一种大气污染
物，步骤②中，若仅用浓H2SO4溶解固体B，将生成SO2污染环境；
（3）步骤②中，在H2O2存在下Cu 溶于稀H2SO4，生成CuSO4和H2O，该反应的化学方程式为：Cu+
H2O2+ H2SO4=CuSO4+2H2O。
13．钛被誉为“现代金属”和“战略金属”，工业上以钛铁矿[主要成分为偏钛酸亚铁(FeTiO3)，难溶于
水，以及Fe、Si、Al 的氧化物等杂质]制备TiO2和Fe3O4，工艺流程如图所示：
已知：①25℃时，Ksp[Fe(OH)2]=5.0×10-17，Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39，Ksp[Al(OH)3]=1×10-32；
②当溶液中离子浓度小于1×10-5mol/L 时，认为沉淀完全；
③“水解”时反应为TiO2++2H2O
H2TiO3+2H+(H2TiO3难溶于水)。
回答下列问题：
“还原”时使用过量铁粉的目的是_________、___________。
【答案】 与硫酸反应，有利于
水解 将
还原为
【解析】钛铁矿(主要成分为FeTiO3，含Fe、Si、Al 的氧化物等杂质)制备TiO2和Fe3O4，钛铁矿加入硫
酸酸浸，得到滤渣Ⅰ为二氧化硅等；滤液加入过量铁粉将Fe3+还原为Fe2+，与硫酸反应，有利于
TiO2+水解，除去滤渣Ⅱ为过量的铁粉，所得滤液加入热水水解，滤液再加氨水调节pH 除去滤渣Ⅲ
为氢氧化铝，继续加入氨水并通入空气进行沉铁，得到Fe3O4；
【解析】“水解”时反应为TiO2++2H2O
H2TiO3+2H+ ，“还原”时使用过量铁粉的目的是与硫酸反
应，有利于
水解，另外还可以将
还原为
。
14．二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土化合物。以氟碳铈矿(主要含CeCO3F)为原料制备CeO2的一种工
艺流程如图：
已知：i.Ce4+能与F-结合成[CeFx](4-x)+，也能与SO
结合成[CeSO4]2+；
ii.在硫酸体系中Ce4+能被萃取剂[(HA)2]萃取，而Ce3+不能
iii.常温下，Ce2(CO3)3饱和溶液浓度为1.0×10-6mol/L，请回答下列问题：
（1）“萃取”时存在反应：Ce4++n(HA)2
Ce(H2n-4A2n)+4H+，萃取后水层中还存在的含铈元素的微粒主
要是______，经处理后可循环使用
（2）“反萃取”中加H2O2的主要反应离子方程式为_____，在“反萃取”后所得水层中加入1.0mol/L
的NH4HCO3溶液，产生Ce2(CO3)3沉淀，当Ce3+沉淀完全时[c(Ce3+)=1×10-5mol/L]，溶液中c(CO
)
约为______。
【答案】（1）[CeSO4]2+、Ce4+
（2） 2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+ 1×10-6mol/L
【解析】氟碳铈矿氧化焙烧将三价铈转化为四价铈，焙烧后加入稀硫酸酸浸，将铈转化为[CeSO4]2+，过
滤滤液萃取分离出有机层，有机层加入过氧化氢、硫酸反萃取得到含有Ce3+的水层，处理后得到
CeO2；
【解析】（1）Ce4+能与F-结合成[CeFx](4-x)+，也能与SO
结合成[CeSO4]2+；且萃取过程为可逆反应，故
萃取后水层中还存在的含铈元素的微粒主要是[CeSO4]2+、Ce4+，经处理后可循环使用
（2）反萃取加入稀硫酸和过氧化氢得到三价铈，故过氧化氢起到还原剂作用生成三价铈的同时得到氧
气，加H2O2的主要反应离子方程式为2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+；
Ce2(CO3)3饱和溶液浓度为1.0×10-6mol/L，
，则其
，当Ce3+沉淀完全时[c(Ce3+)=1×10-5mol/
L]，溶液中
。
15．轻质碳酸钙(CaCO3)是一种重要的化工产品，广泛应用于油漆、塑料、橡胶和造纸等工业。一种以
低品位石灰石(含CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3)为原料生产高纯度轻质碳酸钙的循环工艺流程如
图：
回答下列问题：
（1）气体A 为_____，滤渣的主要成分是_____。
（2）“沉钙”过程中发生反应的化学方程式为_____。
（3）“系列操作”包含有：_____。
（4）氧化镁可以在尾液处理中循环使用，_____和_____可循环使用于石灰石制备轻质碳酸钙的过程
中。
【答案】（1） CO2 Fe(OH)3、Al(OH)3、Mn(OH)2
（2）CaCl2+(NH4)2CO3==CaCO3↓+2NH4Cl
（3）加热蒸发、煅烧
（4） HCl NH3
【解析】低品位石灰石(含CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3)用盐酸溶解，产生CO2气体，溶液里主要含
有Ca2+、Mn2+、Fe3+、Al3+、H+、Cl－等离子。产生的CO2用水吸收，和NH3反应可得到(NH4)2CO3。
酸溶得到的溶液吸收NH3再过滤，则滤渣主要是Fe(OH)3、Al(OH)3、Mn(OH)2，滤液中主要含
、Ca2+、Cl－等离子。该滤液和(NH4)2CO3反应，可得到轻质碳酸钙和NH4Cl 尾液。MgO 加入NH4Cl
尾液中并加热反应，发生
↑反应，气体B 为NH3。得到的MgCl2
溶液加热蒸发，水解生成氢氧化镁和HCl，气体C 为氯化氢，氢氧化镁煅烧得到MgO。
【解析】（1）低品位石灰石(含CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3)用盐酸溶解，CaCO3、MnCO3、Fe2O3
及Al2O3分别与盐酸发生复分解反应，离子方程式为CaCO3+2H+=H2O+CO2↑+Ca2+，
MnCO3+2H+=H2O+CO2↑+Mn2+，Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，Al2O3+6H+=2Al3++3H2O，所以气体A 为
CO2，向粗制的氯化钙溶液中通入氨气，除去Fe3+、Al3+、Mn2+，过滤得到滤渣的主要成分是
Fe(OH)3、Al(OH)3、Mn(OH)2。
（2）气体A 为CO2，用水吸收氨气和二氧化碳生成碳酸铵，“沉钙”过程中氯化钙与碳酸铵发生复分
解反应：CaCl2+(NH4)2CO3=CaCO3↓+2NH4Cl，得到碳酸钙沉淀和氯化铵。
（3）镁的氯化物在溶液中水解生成氢氧化镁和HCl，加热时HCl 挥发促进水解，气体C 为氯化氢，最
终生成氢氧化镁，焙烧得MgO，“系列操作”包含有加热蒸发、煅烧。
（4）氯化镁加热蒸发，水解生成氢氧化镁和HCl，气体C 为氯化氢，溶于水为盐酸，可用于溶解低品
位石灰石；氯化铵中加入氧化镁并加热，反应生成氯化镁、氨气和水，向粗制的氯化钙溶液中通入
氨气，除去Fe3+、Al3+、Mn2+，所以HCl、NH3可循环使用于石灰石制备轻质碳酸钙的过程中。
16．某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe 及其氧化物，还有少量其他不溶性物
质。采用如图工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)：
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH 如表所示：
金属离子
Ni2+
Al3+
Fe3+
Fe2+
开始沉淀时(c=0.01mol·L-1)的pH
7.2
3.7
2.2
7.5
沉淀完全时(c=1.0×10-5mol·L-1)的pH
8.7
4.7
3.2
9.0
回答下列问题：
（1）“滤液②”中含有的金属离子是_____。
（2）“转化”中可替代H2O2的物质是_____，若工艺流程改为先“调pH”后“转化”，即
“滤液③”中可能含有的杂质离子为_____。
（3）将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是_____。
【答案】（1）Ni2+、Fe2+、Fe3+
（2） O2或空气 Fe3+
（3）提高镍回收率
【解析】镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe 及其氧化物，铝溶于氢氧化钠，加氢氧化钠碱浸除铝，滤渣
加硫酸溶解，Ni、Fe 及其氧化物与硫酸反应生成硫酸镍、硫酸亚铁、硫酸铁，过滤除去不溶物，滤
液中加H2O2把Fe2+氧化为Fe3+，加氢氧化钠调pH 生成Fe(OH)3沉淀除Fe，滤液控制pH 蒸发浓缩、
冷却结晶得到硫酸镍晶体。
【解析】（1）Ni、Fe 及其氧化物与硫酸反应生成硫酸镍、硫酸亚铁、硫酸铁，“滤液②”中含有的金
属离子是Ni2+、Fe2+、Fe3+；
（2）“转化”中加H2O2把Fe2+氧化为Fe3+，氧气能把Fe2+氧化为Fe3+，并且不引入杂质，可替代H2O2
的物质是O2；若工艺流程改为先“调pH”后“转化”，加氢氧化钠调pH 的目的是生成Fe(OH)3沉
淀除Fe3+，为防止Ni2+沉淀，围3.2≤pH<7.2，此时溶液中还有Fe2+，H2O2把Fe2+氧化为Fe3+，“滤液
③”中可能含有的杂质离子为Fe3+。
（3）分离出硫酸镍晶体后的母液中含有硫酸镍，母液收集、循环使用，可以提高镍回收率。
17．随着钴酸锂电池的普及使用，从废旧的钴酸锂电池中提取锂、钴等金属材料意义重大。如图是废旧
钴酸锂电池材料(主要成分为LiCoO2，含少量铁、铝、铜等元素的化合物)回收工艺流程：
（1）“拆解”前需进行“放电”处理的目的是______，用食盐水浸泡是放电的常用方法，浸泡放电过
程中产生的气体主要有_____。
（2）滤液1 中加入Na2SO3的主要目的是______；加入NaClO3的主要目的是_____。
【答案】（1） 防止在电池拆解过程中发生短路引起火灾及操作人员触电 H2、Cl2
（2） 将Co3+还原为Co2+ 将Fe2+氧化为Fe3+
【解析】由题给流程图可知，废旧的钴酸锂电池放电拆解后，通过灼烧除去碳和有机物，用硫酸浸泡，
CoO 与硫酸反应转化为Co3+离子，铁和铝元素的化合物溶于硫酸生成硫酸亚铁和硫酸铝，铜元素
的化合物不溶于硫酸进入滤渣中；过滤后，向滤液1 中先加入Na2SO3，将Co3+还原为Co2+，再加入
NaClO3将Fe2+氧化为Fe3+，最后加入氨水调节溶液pH，使Fe3+和Al3+转换为氢氧化铁和氢氧化铝沉
淀；过滤后，向滤液2 中加入草酸铵，使Co2+ 转化为CoC2O4 2H2O 沉淀；过滤后，向滤液3 中加
入饱和碳酸钠溶液，使Li+转化为Li2CO3沉淀。
【解析】（1）电池在拆解过程中容易发生短路引起火灾或导致操作人员触电，则拆解前必须进行放电
处理；用食盐水浸泡放电过程实际是电解食盐水的过程，电解时，氯离子在阳极失去电子发生氧化
反应生成氯气，水电离出的氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气。
故答案为：防止电池在拆解过程中发生短路引起火灾或导致操作人员触电；H2、Cl2。
（2）Co3+具有氧化性，向滤液1 中加入具有还原性的Na2SO3，能将Co3+还原为Co2+；亚铁离子具有还
原性，加入具有氧化性的NaClO3，能将Fe2+氧化为Fe3+，便于调节pH 时，将Fe3+转化为氢氧化铁
沉淀。
故答案为：将Co3+还原为Co2+；将Fe2+氧化为Fe3+。
18．磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO 以及少量的Fe2O3。为节约和
充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。
该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH 见下表，回答下列问题：
金属离子
Fe3+
Al3+
Mg2+
Ca2+
开始沉淀的pH
2.2
3.5
9.5
12.4
沉淀完全(c=1.0×10-5mol·L-1)的pH
3.2
4.7
11.0
13.8
（1）将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得___________，循环利用。
【答案】(NH4)2SO4
【解析】磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO 以及少量的Fe2O3，高钛
炉渣中加入(NH4)2SO4焙烧，工艺条件下，“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、
MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐，尾气为NH3；加入热水进行水浸，浸渣中含有TiO2、SiO2
和微溶物CaSO4，滤液中含有Al2(SO4)3、MgSO4、Fe2(SO4)3，滤液中加入氨水分步沉淀，过滤后得
到氢氧化物沉淀，滤液中含有(NH4)2SO4、NH3•H2O；滤渣中加入酸进行酸溶，过滤后得到酸溶渣
SiO2、CaSO4，滤液加入热水进行水解得到TiO2•xH2O，“水浸渣”在160℃“酸溶”，最适合的酸
应该具有难挥发、高沸点的特点，所以最适合的酸是硫酸，则母液②中含有过量的硫酸。
【解析】由分析可知，将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得(NH4)2SO4，循环利用。
19．粗铜精炼的副产品铜阳极泥中含有Au、Ag、Ag2Se、Cu2Se 等物质，其含量远高于常规开采的矿
石，是提取稀贵金属和硒的重要原料，其中一种分离提取的工艺流程如下：
已知：①常温下，
的溶度积常数
②常温下，
的平衡常数
（1）
的作用为___________；将滤液2 返回“分银”工序循环使用，发现循环多次后银的浸出率
降低，可能的原因是___________。
【答案】 还原剂 循环多次后，溶液中Cl-不断积累、浓度增大，
被氧化、浓度减小，均
不利于反应
正向进行，银的浸取率降低
【解析】铜阳极泥中含有Au、Ag、Ag2Se、Cu2Se 等物质，加入浓硫酸蒸硒产生的炉气用水处理得到
硒；溶出液加入和氯化钠固体进行分铜，得到硫酸铜；再加入盐酸和氯酸钠分金得到H[AuCl4]，加
入亚硫酸钠进行分银得到泥渣和滤液1 主要含有Ag+，加入甲醛反应得到粗银和滤液2。
【解析】
的作用为还原剂；将银离子还原为银单质；将滤液2 返回“分银”工序循环使用，发现
循环多次后银的浸出率降低，可能的原因是循环多次后，溶液中Cl-不断积累、浓度增大，
被
氧化、浓度减小，均不利于反应
正向进行，银的浸取
率降低；
20．废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有
、
、
和Pb。还有少量Ba、Fe、Al 的盐或氧化物
等。为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。
一些难溶电解质的溶度积常数如下表：
难溶电解质
一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的
如下表：
金属氢氧化物
开始沉淀的pH
2.3
6.8
3.5
7.2
完全沉淀的pH
3.2
8.3
4.6
9.1
回答下列问题：
（1）在“脱硫”中
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________。
（2）在“脱硫”中，加入
不能使铅膏中
完全转化，原因是________。
（3）在“酸浸”中，除加入醋酸(
)，还要加入
。
(ⅰ)能被
氧化的离子是________；
(ⅱ)
促进了金属Pb 在醋酸中转化为
，其化学方程式为________；
(ⅲ)
也能使
转化为
，
的作用是________。
【答案】（1） PbSO4(s)+CO
(aq)= PbCO3(s)+SO
(aq) 反应PbSO4(s)+CO
(aq)= PbCO3(s)
+SO
(aq)的平衡常数K=
=3.4 105>105，PbSO4可以比较彻底的转化为PbCO3
（2）反应BaSO4(s)+CO
(aq)= BaCO3(s)+SO
(aq)的平衡常数K=
=0.04<<105，反应正向进行的
程度有限
（3） Fe2+ Pb+H2O2+2HAc=Pb(Ac)2+2H2O 作还原剂
【解析】（1）“脱硫”中，碳酸钠溶液与硫酸铅反应生成碳酸铅和硫酸钠，反应的离子方程式为：
PbSO4(s)+CO
(aq)= PbCO3(s)+SO
(aq)，由一些难溶电解质的溶度积常数的数据可知，
Ksp(PbCO3)=7.4 10-14，Ksp(PbSO4)=2.5 10-8，反应PbSO4(s)+CO
(aq)= PbCO3(s)+SO
(aq)的平衡常
数K=
=
=
=
≈3.4 105>105，说明可以转化的比较彻
底，且转化后生成的碳酸铅可由酸浸进入溶液中，减少铅的损失。
（2）反应BaSO4(s)+CO
(aq)= BaCO3(s)+SO
(aq)的平衡常数K=
=
=
=
≈0.04<<105，说明该反应正向进行的程度有限，因此加入碳酸钠不能使铅膏
中的BaSO4完全转化。
（3）（i）过氧化氢有氧化性，亚铁离子有还原性，会被过氧化氢氧化为铁离子。
（ii）过氧化氢促进金属Pb 在醋酸溶液中转化为Pb(Ac)2，过氧化氢与Pb、HAc 发生氧还原反应生成
Pb(Ac)2和H2O，依据得失电子守恒和原子守恒可知，反应的化学方程式为：
Pb+H2O2+2HAc=Pb(Ac)2+2H2O。
（iii）过氧化氢也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，铅元素化合价由+4 价降低到了+2 价，PbO2是氧化剂，则
过氧化氢是还原剂。
