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2-10 流程评价
流程评价的思考方向
1．流程反应前期：原材料价格及易得程度
2．流程反应中期：流程操作难易，能耗高低，是否有污染生成
3．流程反应后期：产率、纯度高低。
流程评价的具体内容
1．减损增产：
（1）减损：某操作使流程中损失(浪费)减少。如用冰水或乙醇洗涤产物，减少产物的损失。
（2）增产：或者某操作使产品总量增加。如提纯粗盐后，NaCl 质量反而高于本来的质量。
2．高能污染：
（1）高能：反应中能耗过高，常见有电解，高温等操作会使得能耗变高（加热不属于高能耗）。
（2）污染：流程中有污染物生成。如NOX、Cl2等。
3．原子经济：
（1）原子：指提高原子利用率，反应物是否尽可能多的转化为生成物。
（2）经济：指工业生产中要符合经济效益，原材料成本尽可能降低。
4．试剂循环：反应中的副产物能够再次投入使用，达到试剂的循环。
1．优点与缺点
【例1】已知ClO2浓度过高时容易爆炸，制备ClO2的工艺有：
盐酸法：
双氧水法：
双氧水法相比盐酸法的优点有：反应需要的酸度条件较低，对设备腐蚀影响较小；
_________________。
【例2】
常用作催化剂、杀虫剂等。一种辉铜矿(难溶于水，主要含
，还含少量
)以为
原料制取
晶体的流程如下图所示：
②反应Ⅱ还可以将稀硝酸换成
。与使用稀硝酸和
相比，使用稀盐酸和
的混合液的优点是
_________________________________________________。
【例3】以白云石(主要成分为MgCO3 ·CaCO3)为原料制取氢氧化镁的工艺流程如下：
（3）传统工艺制备氢氧化镁是将白云石在高温下分解产生氧化镁和氧化钙再提取，而本工艺采取轻
烧，其优点在于___________________、_____________________。
【例4】某工厂废料中含有一定量的单质银。该工厂设计回收单质银的工艺流程如下：
已知：i.NaClO 在酸性条件下易分解，且NaClO 氧化Ag 的效果远强于NaClO3；ii.3NaClO
2NaCl+NaClO3。
“浸出”时，所加NaClO 可用代替___________(填选项字母)，但此法的缺点是
_____________________________。
A．HNO3 B．NaCl C．Na2S
【例5】从含镉原料制得纯净镉的电解液，经电解沉积生产金属镉的过程，为镉生产方法之一，相对于
锌粉置换出海绵镉并加以精炼制取镉的过程，电解法的缺点是____________________________。
2．目的
【例6】苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸，其反应原理简示如下：
+KMnO4→
+ MnO2
+HCl→
+KCl
（2）停止加热，继续搅拌，冷却片刻后，从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液，并将反应
混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液，于冰水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化
至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤，用少量冷水洗涤，放在沸水浴上干燥。称量，粗产品为
1.0 g。
加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是
__________________________________________________________。
【例7】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
和少量
)，并设计了以下流程通过制备
碳酸锂来提取锂。
时相关物质的参数如下：
的溶解度：
化合物
回答下列问题：
（1）“沉淀1”为___________。
（2）向“滤液1”中加入适量固体
的目的是___________。
（3）为提高
的析出量和纯度，“操作A”依次为___________、___________、洗涤。
3．作用
【例8】LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿(MnCO3，含有少量Si、Fe、
Ni、Al 等元素)制备LiMn2O4的流程如下：
（1）硫酸溶矿主要反应的化学方程式为___________。为提高溶矿速率，可采取的措施___________(举
1 例)。
（2）加入少量MnO2的作用是___________。不宜使用H2O2替代MnO2，原因是___________。
【例9】回答下列问题：
“氧化”中添加适量的MnO2的作用是________________________。
4．原因、理由
【例10】采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。
“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是
_______________________________________。
【例11】硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究
采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
步骤③中选用足量的H2O2，理由是___________________________________________________。
【例12】高铁酸钾(K2FeO4)是一种高效氧化剂，可用于氨氮处理。K2FeO4在干燥空气中和强碱性溶液中
能稳定存在。氧化剂的氧化性受溶液中的H＋浓度影响较大。用K2FeO4氧化含氨氮废水，其他条件
相同时，废水pH 对氧化氨氮去除率及氧化时间的影响如图所示。当pH 小于9 时，随着pH 的增
大，氨氮去除率增大，氧化时间明显增长的原因是_______
【例13】由工业级碳酸锂(含有少量碳酸镁等杂质)制备高纯碳酸锂。实验过程如下：
已知在不同温度下蒸发分解碳酸锂的产率与溶解度关系如图：
以下，随温度升高，碳酸锂产率升高的原因可能是_______。
1．磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。废旧电池正极片(磷酸亚铁锂、炭黑和铝箔
等)可再生利用，其工艺流程如图：
“氧化”若用HNO3代替H2O2，不足之处是____________________________________。
2．硒是一种重要的半导体材料，用富硒铜阳极泥(主要成分为Se、Cu2Se、Ag2Se 和银、金等)为原料制
备硒的工艺流程如下：
回收硒还可采用另一工艺：即向阳极泥加入浓硫酸，用水吸收生成的SeO2和SO2，试分析此工艺存在的
不足之处___________________(答一点即可)。
3．探究FeC2O4·xH2O 的分解产物：CO2、CO(如图)
从绿色化学角度考虑，实验存在不足之处，指出并提出解决方案：
__________________________________________________________________________________________
。
4．以下是一种工业制备过氧化钙的方法。回答下列问题：
(一)碳酸钙的制备
(二)过氧化钙的制备
制备过氧化钙的另一种方法是：将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。
该工艺方法的优点是____________________________________。
5．目前，处理锌矿进行综合利用，多采用传统的“高氧酸浸法”，但该法也存在一些缺点。最近，有
文献报道：用高铁闪锌矿(含有ZnS、FeS、CuS、CdS 及少量SiO2等)为原料，采用“高氧催化氧化
氨浸法”可以联合制取Cu2O(红色)、CdS(黄色)、锌钡白(白色)三种颜料，其流程如图：
无论采用“高氧酸浸法”还是“高氧催化氧化氨浸法”，其前期处理，都要经过用浸取剂浸取这一步，
不同的是“高氧酸浸法”需先高温焙烧，然后再用硫酸浸出。两种方法比较，“高氧酸浸法”存在
的缺点是(任答两条)__________。
6．“电解”工艺制锌时Zn2＋利用率较低，废液中有大量的Zn2＋残留。某化工厂拟采用改变酸锌比净化
废液的方式来提高原料的利用率，降低成本。下图是工业生产中不同酸锌比时净化液利用率对电解
时直流电耗能影响关系图。根据下图分析，该工厂净化废液时的最佳酸锌比为_______(填写序号)
A．5∶1
B．6∶1
C．7∶1
D．10∶1
7．Fe3＋的萃取率与溶液的pH 和接触时间之间的关系如图，据此分析，萃取的最佳条件为_______
8．钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为
，含少量V、Si 和Al 的
氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：
已知“降温收尘”后，粗
中含有的几种物质的沸点：
物质
沸点/
136
127
57
180
回答下列问题：
（1）已知
，
的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略
、
随温度的变化。若
，则该反应可以自发进行。根据下图判断：
时，下列反应不能自发进行的是_______。
A．
B．
C．
D．
（2）
与C、
，在
的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表：
物质
分压
①该温度下，
与C、
反应的总化学方程式为_______；
②随着温度升高，尾气中
的含量升高，原因是_______。
9．某兴趣小组用铬铁矿[Fe(CrO2)2] 制备K2Cr2O7晶体，流程如下：
已知：4Fe(CrO2)2＋10Na2CO3＋7O2
8Na2CrO4＋4NaFeO2＋10CO2
2H＋＋2CrO
Cr2O
＋H2O
相关物质的溶解度随温度变化如下图。
请回答：
（1）步骤I，将铬铁矿粉碎有利于加快高温氧化的速率，其理由是___。
（2）下列说法正确的是___________。
A．步骤II，低温可提高浸取率
B．步骤II，过滤可除去NaFeO2水解产生的Fe(OH)3
C．步骤III，酸化的目的主要是使Na2CrO4转变为Na2Cr2O7
D．步骤IV，所得滤渣的主要成分是Na2SO4和Na2CO3
（3）步骤V，重结晶前，为了得到杂质较少的K2Cr2O7粗产品，从下列选项中选出合理的操作(操作不
能重复使用)并排序：溶解KCl→___ (______)→(______)→(_____)→(_____)→重结晶。
a．50℃蒸发溶剂；b．100 ℃蒸发溶剂；c．抽滤；d．冷却至室温；e．蒸发至溶液出现晶膜，停止加
热；f．蒸发至溶液中出现大量晶体，停止加热。
10．某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液（含
和
)。实现镍、
钴、镁元素的回收。
已知：
物质
回答下列问题：
（1）“氧化”中保持空气通入速率不变，
(Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。
体积分数为_______
时，
(Ⅱ)氧化速率最大；继续增大
体积分数时，
(Ⅱ)氧化速率减小的原因是_______。
11．废弃的锂离子电池中含有大量Co、Ni、Mn、Cu、Al 等金属元素，需回收处理。柠檬酸因具有酸性
和较好的络合性，可用于浸出金属离子并得到柠檬酸浸出液，下列是某小组研究从柠檬酸浸出液中
去除铜的方法。
方法一：调pH 去除铜
方法二：还原法去除铜
资料2：抗坏血酸(C6H8O6)具有较强的还原性，氧化后为脱氢抗坏血酸(C6H6O6)；受热易分解。
向柠檬酸浸出液中加入抗坏血酸能有效的将Cu2+还原成金属Cu。某实验小组研究了相同条件下，pH、
反应时间和温度分别对Cu 沉淀率的影响。
依据图1 和图2，判断沉淀铜选择最佳pH 为_______，理由是_______。
12．硫化钴铜矿主要成分有CoS、CuS、CuFeS2、FeS2，还含有少量Mg、Ca 等元素。一种热活化硫酸
浸出工艺实现了钴和铜的高效回收利用，并较好解决了焙烧过程中二氧化硫的溢出问题。工艺流程
如图所示：
回答下列问题：
“酸浸"过程中Co 和Cu 的浸出率受焙烧温度和时间的影响如下图所示。由图可知，“焙烧"过程中的最
佳实验条件为_______。
13．钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废酸
(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如图：
回答下列问题：
（1）洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合
而成。混合的实验操作是___________。
（2）钪锰矿石中含铁元素，其中Fe2+易被氧化为Fe3+的原因是___________。(从原子结构角度解释)
14．电池级碳酸锂是制造LiCoO2等锂离子电池必不可少的原材料。享誉“亚洲锂都”的宜春拥有亚洲
储量最大的锂云母矿，以锂云母浸出液(含Li+、Fe3+、Mg2+、SO
等)为原料制取电池级Li2CO3的工
艺流程如图：
已知：①HR 为有机萃取剂，难溶于水，可萃取Fe3+，萃取时发生的反应可表示为：Fe3++3HR
FeR3+3H+；
②常温时，1mol·L-1LiOH 溶液的pH=14。
回答下列问题：
（1）“有机层”的主要成分为___________(填化学式，下同)；“滤渣1”中含有的物质为
___________；使用HR 萃取剂时，需加入一定量的NaOH 进行处理，其目的是___________。
（2）某种HR 的结构简式为
，该分子中可能与Fe3+形成配位键的原子有
___________。
（3）加适量草酸的目的___________。
15．氟碳铈矿(主要成分为CeFCO3)是提取稀土化合物、冶炼铈的重要矿物原料，以氟碳铈矿为原料提取
铈的工艺流程如图所示。回答下列问题：
（1）HT 是一种难溶于水的有机溶剂，则操作I 的名称为___________
（2）有机物HT 能将Ce3＋从水溶液中提取出来，该过程可表示：Ce3＋(水层)＋3HT(有机层)⇌CeT3(有机
层)＋3H＋(水层)。向CeT3(有机层)中加入稀硫酸能获得较纯的含Ce3＋水溶液，从平衡角度解释其原
因：___________
16．
常用作催熟剂、除草剂等，制备少量
的方法如下：
已知：①卤块的主要成分为
，含有
等杂质。
②几种化合物的溶解度(S)随温度(T)的变化曲线如图。
（1）加入
的目的是除_______(填离子符号)，如何判断该离子已除尽：_______。
（2）加入
饱和溶液会发生反应：
，请利用该反应，结
合溶解度图，制取
的实验步骤依次为①取样，加入
饱和溶液充分反应；
②蒸发浓缩；③_______；④冷却结晶；⑤过滤、洗涤，获得
晶体。
17．
是一种重要的化工产品。以菱锰矿(主要成分为
，还含有
等)为原
料制备
的工艺流程如下：
资料：金属离子沉淀时的
金属离子
开始沉淀时的
1.5
6.3
7.4
7.6
完全沉淀时的
2.8
8.3
9.4
10.2
（1）沉淀池2 中，不能用
代替含硫沉淀剂，原因是_______。
（2）如图为
和
的溶解度曲线。从“含
的溶液”中提取“
晶体”的操作
为_______，洗涤，干燥。
18．2019 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
、铝箔、炭黑等组成，
、
、P 具有极高的回收价值，具体流程如下：
浸出液X 的主要成分为
等。过程③控制碳酸钠溶液浓度20%、温度
、反应时间
条件下，探究
对磷酸铁沉淀的影响，如图所示。
（1）综合考虑铁和磷沉淀率，最佳
为_______。
（2）结合平衡移动原理，解释过程③中
增大，铁和磷沉淀率增大的原因：_______。
（3）当
后，随
增加，磷沉淀率出现了减小的趋势，解释其原因：_______。
19．氧化镓(Ga2O3)可用作有机及无机合成的催化剂及制备高纯镓的原料。以砷化镓废料(主要成分为
、
、
)为原料生产
的工艺流程如图所示：
已知：镓(Ga)、铝(Al)是同主族相邻元素，Ga 元素在溶液中存在的形式有
、
、
。
回答下列问题：
（1）硝酸用量一定时，在相同的浸取时间内，氧化剂不同时，镓浸取率随时间的变化如图所示。用空
气作氧化剂的浸取率明显低于过氧化氢，其原因是___________。
（2）“浸取”时，温度保持在60℃，其原因是___________。
（3）写出“沉镓”时反应的离子方程式：___________。不同
时，镓的沉淀率如下表所示。
时，镓的沉淀率显著降低的原因是___________。
4
5
6
7
8
9
沉淀
率
%
23.
79.
98.
95.
46.
19.
20．磷酸亚铁锂(
)为近来新开发的锂离子电池电极材料，主要用于动力锂离子电池，
废料中(含Al、石墨)，其中磷、铁、锂的综合回收工艺流程图如下：
已知：①常温下，
②LiOH、
的溶解度与温度的关系如下表：
温度/℃
0
20
40
60
80
100
溶解度/g
LiOH
11.9
12.4
13.2
14.6
16.6
19.1
1.54
1.33
1.17
1.01
0.85
0.72
（1）过程I“碱浸”的目的是___________。
（2）若浸出液中存在大量
离子，则反应的离子方程式为___________。
（3）①过程III 得到“沉淀Y”的离子方程式为___________。
②一定条件下，探究了pH 对磷酸铁沉淀的影响，结果如下图所示。由图可知，过程III 应选取的最佳沉
淀时的pH 为___________。随pH 的增加，磷的沉淀率开始下降，而铁沉淀率未下降，分析原因为
___________。
（4）①为充分沉淀，“沉锂”时所用的X 和适宜的温度是___________。
A．NaOH20-40℃ B．NaOH80-100℃
C．
20-40℃ D．
60-80℃
②常温下，测得滤液1 中
，某同学取该100ml 滤液进行“沉锂”反应。加入50mlX
溶液却未见沉淀，若不考虑液体混合时的体积变化，则该同学加入的X 溶液最大浓度为
___________
。
21．工业上以铬铁矿[主要成分为
，杂质主要为硅和铝的氧化物]制备重铬酸钾的工艺流程如
下图所示：
已知：焙烧时
转化为
和
，硅和铝的氧化物分别转化为
和
。
（1）铬酸铅(
)是一种黄色颜料，难溶于水，可由沸腾的铬酸盐溶液与铅盐溶液反应制得。
已知：①
开始沉淀时
为7.2，完全沉淀时
为8.7。
②六价铬在溶液中物种分布分数与
关系如图所示。
请设计由
溶液制备铬酸铅(
)的实验方案：___________，得
。[实验中须使用的试
剂有：
溶液，
溶液]。
22．盐湖卤水(主要含Na+、Mg2+、Li+、Cl-、
和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原
料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如下：
已知：常温下，Ksp(Li2CO3)=2.2×10-3。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。
回答下列问题：
（1）含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3+H2O
[B(OH)4]- +H+ (常温下，Ka=1.0×10-9.34)；
B(OH)3与NaOH 溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下，在0.10mol/L 硼砂溶液中，
[B4O5(OH)4]2-水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]-，该水解反应的离子方程式为
___________，该溶液pH=___________。
（2）滤渣Ⅰ的主要成分是___________(填化学式)；精制Ⅰ后溶液中Li+的浓度为2.0 mol·L-1，则常温下
精制Ⅱ过程中CO
浓度应控制在___________ mol·L-1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回
收HCl 外，还将增加___________的用量(填化学式)。
（3）精制Ⅱ的目的是___________；进行操作X 时应选择的试剂是___________，若不进行该操作而直
接浓缩，将导致___________。
23．以焙烧黄铁矿FeS2(杂质为石英等)产生的红渣为原料制备铵铁蓝Fe(NH4)Fe(CN)6颜料。工艺流程如
下：
回答下列问题：
（1）红渣的主要成分为___________(填化学式)，滤渣①的主要成分为___________(填化学式)。
（2）黄铁矿研细的目的是___________。
（3）工序①的名称为___________，所得母液循环使用。
24．电解精炼铜的阳极泥中含有
等杂质，工业生产上从其中提取银和
硒的流程如图所示：
（1）加快“焙烧”速率可采取的一种措施为___________。
（2）流出液Ⅰ中溶质的主要成分是___________，分铜液中主要的金属阳离子是___________。
（3）“分铜”时，反应温度不能过高，原因是___________，加入氯化钠的主要目的是___________。
25．铝酸铋[Bi(AlO2)3]主要用作抗酸药及抗溃疡药，具有中和胃酸和收敛作用。以辉铋矿(主要成分为
Bi2S3，含有：
等杂质)为原料制备铝酸铋的一种工艺流程如图所示：
已知：“沉淀”步骤中，不能出现Fe3+，否则后续Bi(OH)3沉淀中会混有Fe(OH)3杂质。请回答下列问
题：
（1）铋位于第六周期，且与氮同主族，则铋元素在元素周期表中属于___________区，铋的价层电子排
布式为___________。
（2）“浸取”过程中，提高浸出率的措施有___________。(写一条即可)
（3） “还原”时， 加入铋的目的是___________。
（4）已知进入“碱溶”步骤的物质为经过充分洗涤的Cu(OH)2和 Bi(OH)3固体混合物，为检验是否洗
涤干净，可选择的试剂为___________。
A．KSCN 溶液 B．K3[Fe(CN)6]溶液 C．BaCl2溶液
26．金属铼(Re)是重要的新兴金属，应用于国防、石油化工以及电子制造等领域，通过还原高铼酸铵
(NH4ReO4)可制取金属铼。以钼精矿(主要成分为钼的硫化物和少量铼的硫化物)制取高铼酸铵的流程
如下图所示。回答下列问题：
（1）“焙烧”过程加入生石灰的目的___________。
（2）“焙烧”常采用高压空气、逆流操作(空气从焙烧炉下部通入，矿粉从中上部加入)，这样操作的目
的是___________，请再举出一项提高“焙烧”效率的合理措施：___________。
（3）“浸出”中，浸出率与温度的关系如下图所示，浸出率与硫酸浓度的关系如下图所示。工业生产
应选择的适宜条件是___________。
27．《自然》杂志公布最新科学研究成果：碘化镍(NiI2)在二维形式上具有多铁性。某小组以废镍催化
剂(主要成分是Ni，含少量Zn、Fe、CaO、SiO2等杂质)为原料制备碘化镍的流程如下：
请回答下列问题：
（1）滤渣1 的成分是CaSO4、___________(填化学式)。滤渣2 经过洗涤、干燥、___________(填操作名
称)可制铁红。
（2）“除铁"中可通过先加入H2O2溶液再加入NiO 替代NaClO 溶液， H2O2的作用是___________ (用
离子方程式表示)。
（3）“萃取"中，萃取剂的密度小于1 g·cm-3，若在实验室中分离萃取液，操作是___________(填操作名
称)。
（4）“分解”过程中通入N2的作用是___________。
28．8 月1 日起，为了国家信息安全，我国禁止镓和锗的出口，锗是一种重要的半导体材料，工业上用
精硫锗矿(主要成分为GeS2)制取高纯度锗的工艺流程如图所示：
（1）COCl2分子中各原子均达到8 电子稳定结构，其结构式为___________。
（2）800℃升华时通入N2的目的是：___________、___________。
（3）酸浸时Ge、S 元素均被氧化到最高价态，写出该反应的离子方程式：___________，酸浸时温度不
能过高的原因是___________。
（4）GeCl4易水解生成GeCl4·n H2O，证明GeCl4·n H2O 沉淀洗涤干净的方法是___________。
