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专题08 工艺流程综合题
1．（2025·河北石家庄·一模）稀有金属钒和钛在钢铁、化工、航空航天等领域应用广泛。一种利用钒钛磁
铁矿精矿(主要成分为
、
、
和
)综合提取钒、钛，并同步制备黄铵铁矾的工艺流程如
下图所示：
已知：①“加压焙烧”过程中存在反应
，生成的
会对钒钛磁铁矿精矿
“二次氯化”；
②“酸浸”所得溶液中钒、钛以
、
形式存在。
回答下列问题：
(1)基态钛原子的价电子排布式为 ；已知
，中Fe 为＋2 价，则V 的化合价为
。
(2)“加压焙烧”中
经“二次氯化”转化为
和
的化学方程式为 。
(3)“酸浸”时，产生的“浸出渣”的主要成分为 (填化学式)。
(4)已知
，“沉钛”时，为使
沉淀完全
，需要调节溶液
的pH 不低于 ；该过程中，加入适量铁粉的目的为 。
(5)“氧化”时，
的使用量远大于理论计算量，可能的原因为 。
(6)“萃取”时，
先转化为
，再与萃取剂
结合，其过程可表示为：
，据此分析“反萃取”过程中加入
溶液的作用为
。
(7)“沉铁”时，生成黄铵铁矾的离子方程式为 。
【答案】(1)
＋3
(2)
(3)
(4) 2.0 调节溶液pH 使
沉淀完全
(5)产生的
催化
的分解
(6)消耗
，使萃取反应的平衡逆向移动，将
与萃取剂分离
(7)
【分析】钒钛磁铁矿精矿(主要成分为
、
、
和
)“加压焙烧”过程中存在反应
，生成的
会对钒钛磁铁矿精矿“二次氯化”，
经“二次氯化”转
化为
、
，加入盐酸进行酸浸，
转化为
，
转化为
，滤渣含
，加适量
铁粉沉钛，调节溶液pH 使
完全生成
沉淀，加入
将+2 价亚铁离子氧化成+3 价铁离子，
加入有机萃取剂R3N，
先转化为
，再与萃取剂
结合进入有机相，
，加酸化的
洗涤分液，有机相加入
进行反萃
取，经一系列操作得V2O5；水相加入
生成黄铵铁矾，据此分析；
【详解】（1）钛为22 号元素，其价电子排布式为：3d24s2，已知
中Fe 为＋2 价，根据化合价代数
和为零，则V 的化合价为＋3 价；
（2）“加压焙烧”中
经“二次氯化”转化为
和
，V 由+3 价升高到+5 价，
由0 价降
至-1 价，根据化合价升降守恒进行配平，化学方程式为
；
（3）根据分析可知，“酸浸”时，产生的“浸出渣”的主要成分为
；
（4）
，
，pH 不低于2.0；加入适量铁粉的目的：调节溶液
pH 使
沉淀完全；
（5）“氧化”时，将+2 价亚铁离子氧化成+3 价铁离子，
的使用量远大于理论计算量，可能的原因
为产生的
催化
的分解；
（6）
与
反应，消耗
，使
降低，使萃取反应的平衡逆向移动，将
与萃取剂分
离；
（7）“沉铁”时，加入
，生成黄铵铁矾的离子方程式为：
；
2．（2025·四川巴中·一模）我国每年约产100 万吨钒磁铁矿尾渣(主要成分
、
及少量
等物质)，其中
、
、
具有很高的回收利用价值。
已知：该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的
如下表所示：
金属离
子
开始沉淀
完全沉淀
2.3
4.1
8.8
10.4
回答下列问题：
(1)
中
的化合价为 ，基态
的价电子排布式 。
(2)“碱浸”时
中转化为
的离子方程式 。
(3)钒的浸出率与
的浓度及液固比关系如下图所示，则所选择的最佳浸出条件为 、
。
(4)“滤渣2”是 “调
”范围为 。
(5)“煅烧”过程中，固体残留率(剩余固体质量/原始固体质量)随温度变化曲线如图所示，
分解过
程中
点、
点分别失去物质为 、 。
【答案】(1)
(2)
(3)
浓度
液固比
(4)
、
(
也可) 4.1∼8.8
(5)
【分析】磁铁矿尾渣(主要成分
、
及少量
等物质)，加碱，通入空气氧化，碱浸，
转化为可溶性的钒酸钠和
沉淀，
及
不溶于碱溶液，过滤，将滤液加热浓缩，
加入硫酸铵生成钒酸铵沉淀，煅烧得到
；滤渣1 中主要成分为
、
、
，加入硫酸酸浸，
得到滤渣2 为
、
(
也可)，
、
溶于硫酸，滤液调pH，除去Fe3+，生成氢氧
化铁沉淀，得到硫酸锰溶液；
【详解】（1）
中Na 为+1 价，Si 为+4 价，O 为-2 价，则
的化合价为+3 价；
的原子序数是
25，基态
的价电子排布式为
；
（2）“碱浸”时
被氧气氧化为
，离子方程式为
；
（3）从钒的浸出率和节省原料考虑，最佳浸出条件为
浓度
、液固比
，再增加氢氧化钠
浓度、液固比，钒的浸出率增加不大；
（4）根据分析，“滤渣2”是
、
(
也可)；“调
”使Fe3+沉淀完全，而Mn2+不沉淀，
根据表格中数据可知范围为4.1 8.8
∼
；
（5）
的摩尔质量为117g/mol，假设有1mol
，质量为117g，M 点时固体残留率为
85.47%，减少117g×(1-85.47%)=17g，根据原子守恒，可知
点失去物质为
；
点固体残留率为
77.78%，质量又减少117g×(1-77.78%)-17g=9g，钒原子守恒，剩余固体为0.05mol
，质量为
117g×77.78%=91g，可知
点失去0.5mol
。
3．（2025·广东深圳·一模）一种从石煤灰渣（主要含
及
等）中提取钒的工艺流程
如下：
已知：萃取剂（HR）与阳离子的结合能力：
；萃取
的原理为
；“中间盐”中的金属阳离子均为+3 价；含
的硫酸盐难溶于水；
。
(1)“酸浸”时，钒主要以
的形式进入溶液。
①为提高浸取率，可采取的措施是 （任写一条）。
②
发生反应的化学方程式为 。
(2)“还原结晶”所得“溶液3”的主要阳离子及其浓度如下表：
阳离子
浓度
10.79
0.0041
0.11
0.029
据此分析“溶液3”可在 工序循环利用。
(3)“中间盐”的一种含钒物质为
；“溶解”后，所得溶液中钒主要以
的形式存在。该含
钒物质“溶解”时发生反应的离子方程式为 。
(4)“还原”步骤的主要目的是 。
(5)“萃取”前，需调节溶液
。
①已知萃取前溶液中
，理论上，为避免产生
沉淀，应调节溶液pH 小于
（保留一位小数）。
②实际上，溶液pH 也不能过低，其原因是 。
(6)一种V—Ti 固溶体储氢材料经充分储氢后所得晶体的立方晶胞结构如图。
①该晶体中金属原子与非金属原子的个数比为 。
②储氢材料的性能常用“体积储氢密度”（
储氢材料可释放出的
体积）来衡量。一定条件下，50%
的氢可从上述晶体中释放出来，且吸放氢引起储氢材料体积的变化可忽略。设
为阿伏加德罗常数的值，
的摩尔体积为
，则该储氢材料的“体积储氢密度”为
（列出算式）。
【答案】(1) “适当升温”“搅拌”“将灰渣进一步粉碎”“适当增加酸的浓度”等，答案合理即可
(2)酸浸
(3)
(4)将
转化为
，避免
影响
的萃取
(5) 3.3
过低，即
浓度过大，会导致萃取反应
的平衡逆向移
动，不利于
进入有机相
(6) 1：2
或
等答案合理即可
【分析】酸浸时，
溶于稀硫酸，得到
，而SiO2不溶于稀硫酸而除去，
溶液1 中加入
固体，得到
，而溶液2 中加入添加剂，得到中间盐，“中间
盐”中一种含钒物质为
在热水、空气、酸性条件下溶解，“溶解”后，所得溶液中钒主要以
的形式存在，加入铁粉会将三价铁离子还原为二价铁离子，氨水调节溶液pH 后，经萃取、反萃取得
到钒溶液，最终得到钒材料，回答下列问题。
【详解】（1）①为提高浸取率，可采取的措施有：适当增加酸的浓度、适当提高反应温度、搅拌、将灰
渣进一步粉碎等；
②根据题干信息，“酸浸”时，钒主要以
的形式进入溶液，
与硫酸反应生成VO₂⁺的化学方程式
为：
；
（2）根据表中阳离子浓度，溶液3 中主要阳离子为H⁺、VO₂⁺、Al³⁺和Fe³⁺，由于H⁺浓度最高，溶液3 可以
在酸浸工序循环利用，以充分利用其中的酸；
（3）由题干信息：含
的硫酸盐难溶于水，“中间盐”的一种含钒物质为
发生溶解工序，
已知“溶解”后，所得溶液中钒主要以
的形式存在，“溶解”时发生反应的离子方程式为：
；
（4）根据由题干信息，酸浸后溶液中存在
且萃取剂（HR）与阳离子的结合能力：
，还原步骤的主要目的是将Fe³⁺还原为Fe²⁺，以便在后续的萃取步骤中，萃取剂
HR 优先与VO²⁺结合，提高钒的提取效率，所以还原步骤的目的是：将
转化为
，避免
影响
的萃取；
（5）①已知Al(OH)₃ 的溶度积
，溶液中Al³⁺浓度为0.4mol/L，根据溶度积公式：
解得：
,
，pH=
，为避免产生
沉淀，pH 应小于
3.3；
pH
②
过低，即
浓度过大，会导致萃取反应
的平衡逆向移动，不利于V 进
入有机相，降低了钒元素的萃取率；
（6）①根据晶胞结构图，金属原子（V 和Ti）位于顶点和面心，利用均摊法可知，晶胞中金属原子共有
个，非金属原子（H）位于体内，晶胞中氢原子共有8 个，该晶体中金属原子与非金属原子的个
数比为
；
②该晶胞的体积为
，该晶胞中含有8 个氢原子，50%的氢可从上述晶体中释
放出来，一个晶胞可以释放出来氢分子个数为
，一个晶胞释放出来氢气的物质的量为
mol，一个晶胞释放出来的氢气在标况下的体积为
，根据定义可知，
则该储氢材料的“体积储氢密度”为
或者
。
4．（2025·河南·一模）电解铜的阳极泥中含
、
、
、
、
、
等物质，以该阳极泥为原
料，分离和回收Au、Pt、Pd、Cu 等金属或其化合物的工艺流程如图所示：
已知：
易溶于水，
、
难溶于水；
。回
答下列问题：
(1)PtTe 中Pt 为+2 价，且“氧化焙烧”时，阳极泥中的化合态Pt、Pd 均转化为单质，则“氧化焙烧”中，
PtTe 发生反应的化学方程式为 。
(2)“酸浸”的目的是 。
(3)“氯浸”工艺中，金属
、
、
被氧化为配离子：
、
、
，
的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
(4)“分金”加入过量草酸的作用，除析出金属Au 外，还有 。
(5)“沉钯”之前，测得溶液中
，加入等体积的
溶液充分反应，测得反应后
混合液中
，则初始加入
溶液的浓度约为
(忽略溶液混
合时的体积变化)。
(6)利用“滤液c”可制备Pt，工艺流程如图所示。“沉铂”总反应的离子方程式为 。
(7)含硒化合物应用广泛，如硒化锌可用于制造红外线光学仪器。硒化锌为立方晶胞，其结构如图1 所示，
晶胞的俯视图如图2 所示。b 处
的坐标为
，则d 处
的坐标为 ；用
表示阿伏加德罗
常数的值，该硒化锌晶体的密度为
(用含
、
的代数式表示)。
【答案】(1)
(2)使
转化为
，使
与其他物质分离
(3)
(4)将
还原为
，便于后续使含
物种与含
物种分离
(5)0.8
(6)
(7)
【分析】阳极泥加入纯碱（碳酸钠）、空气焙烧，然后加入水，浸取过滤得到含Na2TeO3、Na2SeO3滤液
a，分离出滤渣，滤渣加入稀硫酸酸浸溶解氧化铜得到含硫酸铜的滤液b，分离出含Au、Pt、Pd 的滤渣，
加入浓盐酸和氯气氯浸，金属
、
、
被氧化为配离子：
、
、
，加入草酸
将
还原为金单质、
还原为
，过滤分离出金单质，滤液加入氯化铵得到含
滤液c 和
沉淀。
【详解】（1）PtTe 中Pt 为+2 价，且“氧化焙烧”时，阳极泥中的化合态Pt 转化为单质，反应中Pt 化合
价由+2 变为0，空气中氧气参与反应，氧化合价由0 变为-2，Te 化合价由-2 变为+4 得到
，结合电
子守恒、质量守恒，PtTe 发生反应的化学方程式为
；
（2）稀硫酸能和金属氧化物氧化铜反应，而不和
、
、
反应，故目的为：使
转化为
，
使
与其他物质分离；
（3）
，Pd 化合价由0 变为+4，为还原剂，氯气中氯化合价由0 变为-1，为氧化剂，结合电
子守恒存在
，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2:1；
（4）草酸具有还原性，由分析结合流程，“分金”加入过量草酸的作用，除析出金属Au 外，还有将
还原为
，便于后续使含
物种与含
物种分离；
（5）反应后混合液中
，则此时
，结合反应
，则初始加入
溶液的浓度约为
；
（6）“沉铂”总反应为
和氯酸根离子发生氧化还原反应生成
，反应中Pt 化合价由+2
变为+4、氯酸根离子中氯化合价由+5 变为-1，结合电子守恒、质量守恒，反应为
；
（7）
由图，d 处
位于图中红圈处
，其在xyz 轴的投影坐标分别为
、
、
，坐标为
；据“均摊法”，晶胞中含
个Se、4 个Zn，则晶体密度为
。
5．（2025·山西·一模）金属镓在电子工业、生物医学等多个领域有广泛应用。利用锌粉置换渣(主要成分
为Ga2S3、Ga2O3和少量的ZnS、FeO、Fe2O3、SiO2等)制备镓的工艺流程如图所示：
已知：I．溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(
)时的pH：
物质
Fe3+
Fe2+
Zn2+
Ga3+
开始沉淀的pH
1.9
6.9
6.2
3.2
沉淀完全时的pH
3.2
8.4
8.0
—
Ⅱ． P204、YW100 协同萃取体系对金属离子的优先萃取顺序为：Fe3+>Ga3+>Fe2+>Zn2+
回答下列问题：
(1)元素Ga 在元素周期表中的位置是 。
(2)“富氧浸出”中溶液出现淡黄色浑浊，写出Ga2S3发生反应的离子方程式为 。
(3)滤渣的主要成分是 (写化学式)。
(4)用H2A2代表P204，RH 代表YW100，“协同萃取”过程中发生反应：
，“协同萃取”的作用是 ，“反萃取”加入稀硫酸的目的
是 (用化学方程式表示)。
(5)“碱溶造液”中产生了
离子，该离子中含有的化学键类型有 (填序号)。
a．极性共价键 b．非极性共价键 c．配位键 d．氢键 e．离子键
(6)“电解”生成镓的过程中阴极的电极反应式为 。
【答案】(1)第四周期IIIA 族
(2)2Ga2S3+3O2+12H+=4Ga3++6S+6H2O
(3)Fe(OH)3
(4) Zn2+进入无机相，使Ga3+和Zn2+分离，除去Zn2+ 2Ga(HA2)R2+3H2SO4=Ga2(SO4)3+4RH+2H2A2
(5)ac
(6)
【分析】向锌粉置换渣(主要成分为Ga2S3、Ga2O3和少量的ZnS、FeO、Fe2O3、SiO2等)中加入
、通
入高压O2“富氧浸出”后溶液中主要含有Ga3+、Zn2+和Fe3+，在反应过程中O2将Fe2+氧化为Fe3+，将S2-氧化
为S，SiO2不参与反应，则浸渣的主要成分为S、SiO2，向滤液中加入NaOH，将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，
则滤渣的主要成分是Fe(OH)3，再加入P204、YW100“协同萃取”，将Ga3+转化为Ga(HA2)R2被萃取至有机
相中，而Zn2+进入无机相，使Ga3+和Zn2+分离，“反萃取”时加入
，将以Ga(HA2)R2形式存在的Ga
元素转化为Ga3+，再加入NaOH“中和沉镓”，将Ga3+转化为Ga(OH)3沉淀，过滤得到Ga(OH)3沉淀，再向
其加入NaOH 进行“碱溶造液”，将Ga(OH)3转化为[Ga(OH)4]-，最后经电解得到镓，据此解题。
【详解】（1）已知Ga 是31 号元素，其核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s24p1，则元素Ga 在元素周
期表中的位置是第四周期IIIA 族；
（2）由分析可知，“富氧浸出”中溶液出现淡黄色浑浊，即产生S 沉淀，故Ga2S3发生反应的离子方程式
为：2Ga2S3+3O2+12H+=4Ga3++6S+6H2O；
（3）由分析可知，滤渣的主要成分是Fe(OH)3；
（4）根据已知信息，Ga3+比Zn2+优先被萃取至P204、YW100 协同的有机相中，即“协同萃取”过程，镓
元素以Ga(HA2)R2形式被萃取至有机相中，Zn2+进入无机相，从而分离Ga3+和Zn2+，则“协同萃取”的作
用是：Zn2+进入无机相，使Ga3+和Zn2+分离，除去Zn2+，“反萃取”时加入稀硫酸，溶液c(H+)增大，萃取
反应逆向移动，将以Ga(HA2)R2形式存在的Ga 元素转化为Ga3+，则“反萃取”加入稀硫酸的目的是(用化
学方程式表示)：2Ga(HA2)R2+3H2SO4=Ga2(SO4)3+4RH+2H2A2；
（5）“碱溶造液”中产生了
离子，该离子中含有O-H 极性共价键和Ga 与O 之间的配位键，
不存在非极性键和离子键，氢键不属于化学键，故选ac；
（6）“碱溶造液”中产生了
，“电解”生成镓的过程中阴极上
被还原生成Ga，其
电极反应式为：
。
6．（2025·江西·一模）溴在自然界中较为稀有，主要以盐水、海水和一些矿石形式存在，溴化合物常用于
制造燃料的抗爆剂、感光剂、净水剂和染料等。某实验小组以海水为原料提取溴单质(沸点为58.8℃)的工
艺如图所示。
请回答下列问题：
(1)溴位于元素周期表 区。
(2)“氧化Ⅰ”中试剂1 可选择“
和稀硫酸”，其反应的离子方程式为 。
(3)“吹出”中，根据溴单质 (填性质)，常用热空气吹出溴，达到富集溴的目的。“氧化Ⅱ”中，不
同
条件下，所得溶液中
含量与配氯率
的关系如图所示。最佳条件是 。
(4)预测“化合”中产物可能是
，也可能是
。下列试剂中可检验产物中是否有
的是_______。
(填字母)
A．酸性
溶液
B．
溶液
C．
溶液D．
溶
液
(5)“氧化Ⅱ”得到的粗溴中含少量
，试剂3 可能是 (填化学式)溶液，然后采用蒸馏操作分离溴单
质。
(6)工业上，常用溴酸钾作氧化剂。即酸化溴离子溶液，加入
溶液，当二者恰好完全反应时氧化产物、
还原产物的物质的量之比为 。
(7)
常用作催化剂，其立方晶胞结构如图所示，
与
的最近距离为
。
【答案】(1)p
(2)
(3) 沸点低(或易挥发)
，配氯比为1.2 或
，
(4)C
(5)
(或
)
(6)
(7)
【分析】以海水为原料提取溴单质，先向海水中加入试剂1，进行氧化，使Br-转化为Br2，用空气吹出，
吹出后的Br2与铁粉发生化合反应，由于Br2氧化性较强，生成FeBr3，FeBr3溶液通入氯气，置换出Br2即
为粗溴，粗溴加入试剂3 进一步提纯，得到纯溴；
【详解】（1）溴元素处于元素周期表第四周期第VIIA 族，基态溴原子价层电子排布式为
，位于元
素周期表
区；
（2）二氧化锰在酸性条件下氧化
生成溴单质，二氧化锰被还原成
价锰离子，故离子方程式为
MnO2+2Br−+4H+=Mn2++Br2+2H2O；
（3）常温下，溴单质呈液态，沸点较低，易挥发，故采用热空气吹出溶液中溴单质。观察图像可知，配
氯率为1.2，
条件下
含量较高；
（4）如果用酸性高锰酸钾溶液，高锰酸钾能氧化溴离子影响结果判断，用KSCN 只能说明有无Fe3+而无法
证明Fe2+的存在，AgNO3与Fe2+不反应，故选择铁氰化钾溶液检验亚铁离子，看是否有蓝色沉淀生成，C
项符合题意；
（5）粗溴中含少量
，为了不引入新杂质，用溴化物除去粗溴中的氯气，采用蒸馏操作分离出溴单质，
故试剂3 可能是
(或
)；
（6）用溴酸钾作氧化剂，当二者恰好完全反应时发生反应
(还原产物)
(氧
化产物)
，其中氧化产物、还原产物的物质的量之比为
；
（7）由
的晶胞可知，
与
的最近距离为晶胞体对角线的
，即
。
7．（2025·安徽·一模）稀土金属已成为发展尖端科学技术不可缺少的材料，我国稀土资源丰富，其中铈
(Ce)是稀土中丰度最高的元素，其在电子材料、催化剂等方面的应用非常广泛。以氟碳铈矿石(含
)
为原料制备
的工艺流程可表示为：
(1)“氧化焙烧”时，为提高反应速率和原料利用率，将空气从焙烧炉 通入(填“顶部”或“底
部”)。
(2)在硫酸介质中Ce(Ⅳ)可被磷酸二异辛酯(
)萃取，Ce(Ⅲ)不能被萃取。
①磷酸二异辛酯在煤油中通过氢键形成对称的环状二聚体，较大的烃基会使与之连接的氧原子难以形成氢
键，该环状二聚体结构式可表示为 。
②被萃取物在有机层和水层中的物质的量浓度之比称为分配比(D)，本题实验条件下
。向
20mL 含
Ce(Ⅳ)的酸浸液中加入10mL 萃取剂，充分振荡、静置后，水层中
。
③“反萃取”过程中
的作用是 。
(3)加入硫脲
还原酸浸液中的
离子，生成二硫甲脒
和
，硫脲
和
反应的离子方程式为 。
(4)氧化铈(
)是一种重要的光催化材料，光催化过程中立方晶胞的组成变化如图所示，
和
之
间可进行可逆的电荷转移。假设
晶胞棱长为apm。
晶胞中
与最近
的核间距为
pm(用含a 参数表示)，每个
晶胞中
个数为 (用含x 参数表示)。
【答案】(1)底部
(2)
0.01 将Ce(Ⅳ)还原为Ce(Ⅲ)，使其进入水层
(3)
2
(4)
【分析】氟碳铈矿CeFCO3焙烧时和氧气反应生成CeO2、CeF4和气体X 是CO2，化学方程式为：
，然后加入稀硫酸形成含Ce4+、
的溶液，加入有机萃取剂萃取
分液，取有机相用过氧化氢将Ce4+还原为
后反萃取得
，最终得
；
【详解】（1）“焙烧”采用逆流操作可增大反应物的接触面积，有利于提高反应速率，使焙烧更加充分，
提高原料的利用率，故粉碎后的矿渣从顶部加入，将空气从焙烧炉底部通入；
（2）
①磷酸二异辛酯在煤油中通过氢键形成对称的环状二聚体，较大的烃基会使与之连接的氧原子难以形成氢
键，该环状二聚体结构式可表示为;
；
②被萃取物在有机层和水层中的物质的量浓度之比称为分配比(D)，
。向20ml 含
的酸浸液中加入10ml 萃取剂，充分振荡、静置后，水层中有
，解得
；
③反萃取时加
，可将+4 价铈还原为+3 价，使其进入水层；
（3）
加入硫脲(
)，将+4 价的Ce 还原为+3 价，硫脲和
反应的离子方程式为：
2
；
（4）Ce4+占据顶点和面心位置，为面心立方堆积，O2-填充在四面体空隙处，CeO2晶胞中Ce4+与最近O2-的
核间距为晶胞对角线长度的
，即
；假设CeO2-x中Ce4+和Ce3+的个数分别为m 和n，则m+n=1，由化
合价代数和为0 可得4m+3n=4-2x，解得m=1-2x，由晶胞结构可知，位于顶点和面心的Ce4+或Ce3+的个数
为8×
+6×
=4，所以每个晶胞中Ce4+的个数为4-8x。
8．（2025·甘肃兰州·一模）海洋锰结核是一种富含多种金属元素的矿物资源，从中提取的金属在钢铁、电
子、航天领域有着广泛的用途。其主要成分为锰、镍、铜、钴、铁等金属的氧化物。从锰结核中回收金属
的工艺流程如下：
已知：①“还原熔炼”后得到富锰渣和粗合金。
②“加压酸浸”后
、
、
元素均以二价盐的形式存在。
③常温下，相关金属离子（
）生成氢氧化物沉淀的pH 如下表：
金属离子
开始沉淀的pH
1.3
6.5
4.2
7
6.8
完全沉淀（
）的pH
3
9
6.7
9.2
9.2
(1)“加压酸浸”过程中加压的目的是 。
(2)滤渣的主要成分是 ，“调pH”操作中pH 的控制范围为 ，该过程中
发生反应的离
子方程式为 。
(3)“电解沉积镍”的过程中使用石墨电极，阳极的电极反应式为 。
(4)萃取剂Ⅰ为
，“萃取铜”后铜元素的存在形式为
，其中铜元素的配位数为 。萃取后通过
操作将其分离出来。请解释萃取剂Ⅰ能萃取分离铜元素的原因 。
【答案】(1)提高反应速率，增大浸取率
(2)
3~4.2
(3)
(4) 2 分液 萃取剂Ⅰ难溶于水，且能与
形成配位键
【分析】锰结核和焦炭“还原熔炼”后得到富锰渣和粗合金，加入S 和水硫化熔炼除氧，加压酸浸，
、
、
元素均以二价盐的形式存在，浸出液加过氧化氢氧化亚铁离子，加氨水调pH 值，得到氢氧化铁
滤渣，加萃取剂1 萃取铜，经反萃取并电解沉积铜，萃取剂1 循环利用；加萃取2 萃取镍，经反萃取并电
解沉积镍，萃取剂2 循环利用；最后回收钴，据此分析；
【详解】（1）“加压酸浸”过程中加压的目的是增加气体浓度，提高反应速率，增大浸取率；
（2）据分析可知，滤渣的主要成分是
，“调pH”使铁离子沉淀完全，铜离子、钴离子、镍离子不
沉淀，操作中pH 的控制范围为3~4.2，过氧化氢氧化亚铁离子，加氨水调pH 值，得到氢氧化铁滤渣，离
子方程式为
；
（3）使用石墨电极，阳极失电子，电极反应式为
；
（4）
，其中铜与N 形成配位键，铜元素的配位数为2；萃取后
通过分液操作将其分离出来；萃取剂Ⅰ难溶于水，且能与
形成配位键，形成的络合物在有机相和水相
中的溶解度差异，使得铜离子能够被有效地从水相转移到有机相中；
9．（2025·江西萍乡·一模）硫化锌（ZnS）是一种重要的化工原料，难溶于水，可由炼锌的废渣锌灰（含
ZnO 及少量Fe、Cu、Pb 等金属的氧化物）制取，某学习小组在实验室模拟制备ZnS 的流程如下：
回答下列问题：
(1)为提高锌灰的浸取效率，不宜采用的方法是______（填字母）。
A．搅拌
B．加压
C．升高温度
D．多次浸取
(2)“浸渣”的主要成分为 （填化学式）。
(3)写出“除铁”时步骤①中发生反应的离子方程式： 。
(4)“除铁”时若加入的
不足，则除铁后的溶液中会含有Fe 元素。请设计实验方案加以证明：
。
(5)“沉锌”过程为向除铜后的滤液中加入
和
组成的缓冲溶液调节pH，然后通入
发生反应：
。“沉锌”后溶液中部分微粒浓度见下表：
微粒
浓度/mol·L-1
0.10
0.05
0.10
“沉锌”后溶液的
，
mol·L-1[已知常温下：
，
，
，
]。
(6)ZnS 是一种优良的锂离子电池负极材料。在充电过程中，负极材料晶胞的组成变化如图所示。
①图示的
晶胞中
。
ZnS
②
晶体的摩尔体积
为 m3·mol-1。
【答案】(1)B
(2)
(3)
(4)取样，向其中滴入KSCN 溶液无现象，再滴加
溶液，若溶液变红{或向其中滴加
溶
液，若产生蓝色沉淀，则溶液中含有Fe 元素
(5) 5
(6) 6：1
【分析】锌灰（含ZnO 及少量Fe、Cu、Pb 等金属的氧化物）加入稀硫酸酸浸，金属氧化物和硫酸反应而
溶解转化为金属离子，其中PbSO4难溶，是浸渣的主要成分，溶液中有Zn2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+，加入高锰
酸钾氧化将Fe2+转化为Fe3+，pH=4 时，Fe3+以Fe(OH)3沉淀析出，KMnO4还原产物为MnO2，溶液中还有
Zn2+和Cu2+，加入Zn 粉置换出Cu，再使Zn2+转化为ZnS 沉淀；
【详解】（1）搅拌、升高温度都可以加快浸取速率，从而提高浸取效率，多次浸取也可以使浸取更彻底，
提高浸取效率，浸取是溶液中的反应，加压无影响，无法提高浸取效率，故不宜采用的方法是加压；
故选B；
（2）由分析可知，“浸渣”的主要成分为难溶的硫酸盐PbSO4；
（3）“除铁”时高锰酸钾将Fe2+氧化为Fe3+，还原产物为MnO2，离子方程式为3Fe2++
+4H+=3Fe3+
+MnO2↓+2H2O；
（4）“除铁”时若加入的KMnO4不足，由于Fe2+以氢氧化物沉淀需要更大的pH，故除铁后的溶液中会含
有Fe2+，故只需检验Fe2+的存在，方案为：取样，向其中滴入KSCN 溶液无现象，再滴加H2O2溶液，若溶
液变红{或向其中滴加
溶液，若产生蓝色沉淀，则溶液中含有Fe 元素；
（5）根据醋酸的电离CH3COOH
CH
⇌
3COO-+H+，Ka(CH3COOH)=
=2.0×10-5，解得c(H+)=1×10-5mol/L，故pH=5；
由H2S 的两级电离方程式可知，Ka1(H2S)·Ka2(H2S)=
=10-21，其中c(H2S)=0.10mol/L，
c(H+)=1×10-5mol/L，解得c(S2-)=1×10-12mol/L，再由Ksp(ZnS)=c(Zn2+)c(S2-)=2.5×10−22，故解得
c(Zn2+)=2.5×10−10mol/L；
（6）①根据均摊法，图示的LixZnyS 晶胞中Li+和Zn2+共有7 个，S2-有4 个，根据化合价代数和为0，Li+有
6 个，Zn2+有1 个，x:y=6:1；
ZnS
②
晶胞中有4 个Zn2+和4 个S2-，则1mol 晶胞共有4mol ZnS，体积为a3×10−36NA m3，故每1 mol ZnS 晶
体的体积即ZnS 晶体的摩尔体积Vm
为
m3·mol-1。
10．（2025·江苏·一模）实验室利用重晶石废料(主要成分为
、
等)制备
。
Ⅰ．制备粗
。制备流程如下：
(1)转化。常温下，向重晶石废料中加入饱和碳酸钠(浓度为
)溶液浸泡充分浸泡。
①已知：
，
。浸泡后溶液中
浓度最高为 。
②常温下
的溶解度大约是
的5 倍，浸泡重晶石废料用饱和
而不用
溶
液的原因是 。
(2)溶解。向过滤1 所得的滤渣中加入
溶液，加热后溶解。
溶液溶解
的离子方程式为
。
Ⅱ．测定粗
样品中铁元素的含量。
(3)操作过程如下：
取5.0000g 的粗
样品，用20%
充分溶解，再加入足量硫代硫酸钠溶液充分反应，然后加蒸馏
水配制成100mL 溶液。准确量取20.00mL 配制的溶液于锥形瓶中，调节溶液
，用
(
)溶液滴定至终点(滴定反应为
)，平行滴定3 次，平均消耗
EDTA 溶液20.00mL。
①计算粗
样品中铁元素的质量分数 (写出计算过程)。
②若稀释后滤液用酸性
滴定，测得的数值明显高于上述方法测定的数值，原因是 。
Ⅲ．制备。
(4)粗
中含有杂质
。补充完整由粗
制取高纯度
的实验方案：取一定量粗
固体， ，用蒸馏水充分洗涤沉淀，干燥，得到高纯度
。[已知：
时
沉淀
完全。实验中必须使用的试剂：稀
、
溶液]
【答案】(1) 0.029mol/L 碳酸铵溶液铵根促进碳酸根离子水解，溶液中碳酸根离子浓度低
(2)
(3) 1.68% 溶液中含有硫代硫酸钠溶液会消耗酸性
(4)在搅拌下向其中加入盐酸至固体完全溶解为止，然后滴加
溶液调节
，过滤。向滤液中
滴加
溶液充分反应，静置后向上层清液中继续滴加
溶液无白色沉淀产生，过滤
【分析】重晶石废料(主要成分为
、
等)用饱和碳酸钠溶液处理，
转化为BaCO3，过滤得
到
、BaCO3混合固体，用NH4Cl 溶液溶解BaCO3，过滤得到滤渣为
，滤液中含有Ba2+，滤液中
加入
溶液反应生成粗BaCO3，以此解答；
【详解】（1）①已知：
，
，饱和碳酸钠溶液的浓度为
，根据已知条件列出“三段式”
平衡常数K=
，则
，解得x=0.029，
溶液中
浓度为0.029mol/L；
②常温下
的溶解度大约是
的5 倍，浸泡重晶石废料用饱和
而不用
溶
液的原因是：碳酸铵溶液铵根促进碳酸根离子水解，溶液中碳酸根离子浓度低；
（2）向过滤1 所得的滤渣中加入
溶液，加热后溶解，
溶液呈酸性，溶解
的离子方程
式为：
；
（3）①由
可得关系式：
，则
，重晶石中铁元素质量分数
；
②若稀释后滤液用酸性
滴定，测得的数值明显高于上述方法测定的数值，原因是：溶液中含有硫代
硫酸钠溶液（测定过程中加入足量
溶液使
全部转化为
）会消耗酸性
；
（4）已知：
时
沉淀完全，粗
中含有杂质
。补充完整由粗
制取高纯度
的实验方案：取一定量粗
固体，在搅拌下向其中加入盐酸至固体完全溶解为止，然后滴加
溶液调节
，过滤。向滤液中滴加
溶液充分反应，静置后向上层清液中继续滴加
溶液无白色沉淀产生，过滤，用蒸馏水充分洗涤沉淀，干燥，得到高纯度
；
11．（2025·山东青岛·一模）碲(Te)是重要的半导体材料，被誉为“现代工业、国防与尖端技术的维生素”。
工业上以电解精炼铜渣(含
)为主要原料提取
和
的工艺流程如下：
已知：二氧化碲
为两性氧化物，难溶于水，碱性条件下转化为
。回答下列问题。
(1)碲在元素周期表中的位置为 。
“硫酸化焙烧”及“水浸”试验结果如下表所示：
编
号
焙烧温
度/℃
硫酸加入比
例
水浸渣
渣
率/%
Cu 含
量/%
Te 含
量/%
1
500
1.5
62
20.89
50.09
2
500
1.2
60
24.21
51.74
3
450
1.5
50
4.98
62.02
4
450
1.2
52
9.44
59.67
5
400
1.5
59
17.81
52.72
6
400
1.2
55
23.80
56.58
注：硫酸加入比例为硫酸实际加入量与理论加入量的比值
(2)“硫酸化焙烧”过程中焙烧温度与硫酸加入比例最佳条件为 (填编号)。
(3)“碱浸渣”能循环利用的原因为 。“硫酸化焙烧”
反应的化学方程式为 。
(4)“试剂X”可选用 (填标号)，“沉碲”反应的离子方程式为 。
A．
B．
C．氨水
(5)若生产得到“碲粉”2.56t，理论上至少需加入纯度为93.6%的
固体的质量为 t(保留
两位小数)。
【答案】(1)第5 周期ⅥA 族
(2)3
(3) “硫酸化焙烧”不充分
(4) A
(5)4.44
【分析】含有
的铜渣硫酸化焙烧发生反应
、
，水浸后过滤水浸液为硫酸铜溶液，水浸渣主要成分为
，碱浸
使得
转化为
，向含有
的溶液中加入强酸发生反应
，过滤得到
的
与盐酸发生反应
，向
溶液中加入
将
还原为Ti。
【详解】（1）碲原子核外52 个电子，核外电子排布式为
，位于元素周期表第5 周期ⅥA 族，
故答案为：第5 周期ⅥA 族；
（2）“硫酸化焙烧”及“水浸”过程中Cu 含量越低越好，Te 含量越高越好，对比所给6 组数据，第3 组
Cu 含量最低，Te 含量最高，第3 组温度与硫酸加入比例为最佳条件，故答案为：3；
（3）“硫酸化焙烧”若不充分，水浸渣中含有的未反应
，碱浸后的滤渣不反应的
可循环到“硫酸化焙烧”再利用；“硫酸化焙烧”
发生反应
，故答案为：“硫酸化焙烧不充分；
；
（4）“沉碲”过程加入强酸将
转化为
，发生反应为
，故答案为：
A；
；
（5）根据电子守恒列关系式
，
解得
，故答案为：4.44。
12．（2025·江西赣州·一模）一种从电子工业废渣（主要成分为金、银、钯，含有机物及其他金属杂质）
提取贵金属的工艺流程如下。
已知：室温下，
为
，当溶液中离子浓度小于
时，可认为离子沉淀完全。
回答下列问题：
(1)“高温灼烧”时温度控制在
的原因是 。
(2)“分离银”加入NaCl 反应生成 沉淀（填化学式），在
含
的浸出液中至少加入
才能使
沉淀完全（保留小数点后两位数字）。
(3)“还原”步骤的化学方程式为 。
(4)用水合肼
还原
得到金属Pd，其化学方程式为 。
(5)从滤渣1 中可回收金，其回收流程如下：
①“还原”步骤中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
②黄金按质量分数分级（如12K、18K、22K、24K），纯金为24K，一种
合金的晶胞结构如图所
示。
该合金中Au 的配位数为 ，为 K 金。
【答案】(1)温度低于400℃，有机物燃烧不充分；温度高于500℃，会使Pd 转化为PdO，不利于盐酸除杂
(2) AgCl 0.59
(3)
(4)
(5)
12 12
【分析】电子工业废渣高温灼烧除去有机物且将金、银、钯之外的杂质金属转化为氧化物，加入盐酸酸浸
过滤分离出金、银、钯，加入硝酸过滤分离出滤渣1 为金，滤液加入氯化钠得到氯化银沉淀，加入氢氧化
钠、甲醛还原得到银单质，分离银单质后的滤液加入氨水、盐酸得到
，用水合肼
还原
得到金属Pd；
【详解】（1）温度低于400℃，有机物燃烧不充分；温度高于500℃，会使Pd 转化为PdO，不利于盐酸除
杂，故“高温灼烧”时温度控制在
；
（2）氯离子和银离子生成氯化银沉淀，“分离银”加入NaCl 反应生成AgCl 沉淀；在
含
的浸出液中
沉淀完全，需要反应后
，至少加入
=586g=0.59kgNaCl 才能使
沉淀完全；
（3）“还原”步骤的反应为碱性条件下，氯化银和甲醛发生氧化还原反应生成银单质、碳酸钠，结合质
量守恒还生成氯化钠、水，反应中银化合价由+1 变0、碳化合价由0 变为+4，结合电子守恒，化学方程式
为
；
（4）用水合肼
还原
得到金属Pd，水合肼中氮化合价由-2 变为0、Pd 化合价由
+2 变为0，结合电子守恒，其化学方程式为
；
（5）①
为氧化剂，还原为Au，
为还原剂，氧化为
，结合电子守恒，存在
，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:3；
②由图，该合金中离Au 最近且相邻的铜原子数为
，配位数为12；据“均摊法”，晶胞中含
个Au、
个Cu，该金合金的化学式为
，Au 的质量分数为
，为
12K 金。
13．（2025·河北秦皇岛·一模）铈（
）是地球上镧系元素中含量最丰富的稀土金属，可用于制备玻璃添
加剂，汽车尾气净化催化剂等。工业上利用某种含铈矿石（主要成分为
，还含少量
、
等）制取金属铈的一种工艺流程如图。回答下列问题：
已知：①
；
②硫酸体系中，
在
中的溶解度大于其在水中的溶解度，
与之相反。
(1)焙烧时常采用逆流操作，即空气从焙烧炉下部通入，矿石从焙烧炉上部加入，这样操作的目的是 。
(2)滤渣的主要成分是
和 （填化学式），写出一条该物质在医疗上的应用： 。
(3)步骤Ⅲ的操作名称是 。
(4)步骤IV 中发生反应的离子方程式为 ，该步骤通常控制温度为
的原因是 。
(5)步骤IV 后，向水层中加入
溶液来调节溶液的
，
大于 时，
完全生成
沉
淀。已知当溶液中某离子浓度小于
时，可认为该离子沉淀完全。
(6)加热
制备无水
时，
的作用是 。下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入
钙冶炼
的方法相似的是 （填字母）。
A．高炉炼铁 B．电解熔融
制钠
C．利用铝热反应制锰 D．氧化汞分解制汞
【答案】(1)增大接触面积，提高反应速率
(2)
钡餐
(3)分液
(4)
利于加快酸浸速率，防止双氧水分解
(5)9
(6) 抑制
水解 AC
【分析】铈矿石（主要成分为
，还含少量
、
等）焙烧将+3 价铈氧化为+4 价，同时生成
二氧化碳，加入稀硫酸生成硫酸钡，滤渣为硫酸钡和
，加入
萃取
，分离出有机层，加入稀
硫酸进行反萃取，加入H2O2，将
转化为
进入水层，加入NaOH 生成Ce(OH)3沉淀，再转化为
，在HCl 气氛下（抑制
水解）加热生成
，加入钙发生氧化还原反应冶炼出单质铈，
据此分析；
【详解】（1）焙烧时常采用逆流操作，即空气从焙烧炉下部通入，矿石从焙烧炉上部加入，这样操作的
目的是：增大接触面积，提高反应速率；
（2）根据分析可知，滤渣的主要成分是
和
，写出一条该物质在医疗上的应用：BaSO4可做钡
餐；
（3）步骤Ⅲ的操作将有机层与水层分离，名称是分液；
（4）步骤IV 加入H2O2，将
转化为
进入水层，发生反应的离子方程式为
；过氧化氢受热易分解，反应时控制温度为
之间既有利于加快
酸浸速率，又防止温度过高导致双氧水分解；
（5）溶液中的c(Ce3+)等于1×10−5mol L−1
⋅
，可认为Ce3+沉淀完全，由氢氧化铈的溶度积可知，
，
，
大于9 时，
完全生成
沉淀；
（6）
是强酸弱碱盐，加热
制备无水
时，
的作用是：抑制
水解；本工艺
流程中加入钙冶炼
的方法为热还原法，A．高炉炼铁为热还原法，A 正确；B．电解熔融
制钠是电
解法，B 错误；C．利用铝热反应制锰为热还原法，C 正确；D．氧化汞分解制汞是热分解法，D 错误；
故选AC。
14．（2025·河北唐山·一模）有机净化钴渣的主要成分为螯合物
、
等(M 代表
、
、
)，一种从其中回收钴的工艺流程如下：
已知：①25℃时，
，
。
②“萃取”可将金属离子进行富集与分离，原理为：
。
回答下列问题：
(1)
的基态原子价电子排布式为 。
(2)酸洗的反应机理为
。酸洗时，溶液
对钴锌分离系数
(系数越大，分离越彻底)、钴损失率、锌浸出率的影响如图所示。
结合图像分析，酸洗时所用溶液的
一般控制在 左右；在酸性溶液中，该有机鳌合剂与金属
螯合的能力：
(填“
”或“
”)。
(3)“热解”工序中，钴元素转化为
、
，从环保角度考虑，不在空气中直接热解的主要原因为
。
(4)“氧压酸浸”工序中，
中的硫转化为
价，反应的离子方程式为 ，浸渣的主要成分为
。
(5)调
的目的为除去溶液中的
。25℃时，若浸取液中
，则调
的范围应为
。
(6)“反萃取”工序中，试剂X 为 。
【答案】(1)
(2) 2.5
(3)防止生成
污染空气
(4)
(5)3 7
∼
(6)
【分析】有机净化钴渣的主要成分为螯合物
、
等(M 代表
、
、
)，经过酸
洗后，螯合物
中的
转化为离子分离出来，酸浸液中含有Zn2+，经过热解
元素转化
为
、
，“氧压酸浸”工序中，
中的硫转化为
价，铁元素转化为Fe3+，浸渣为SiO2，调
pH 值除去Fe 元素，用HR 萃取出Co2+离子进行富集，有机层再加硫酸进行反萃取，得到CoSO4。
【详解】（1）Co 为27 号元素，基态原子价电子排布式为：
；
（2）pH=2.5 时。Co 的损失率最低，钴锌分离系数最大，锌的浸出率最高，因此pH 控制在2.5 左右；在酸
性溶液中，Zn2+先从螯合物中浸出，说明有机鳌合剂与金属螯合的能力：
>
；
（3）“热解”工序中，钴元素转化为
、
，在空气中热解会生成SO2污染空气；
（4）“氧压酸浸”工序中，
中的硫被氧气氧化为
价的硫酸根离子，Co 生成Co2+，最后得到
CoSO4，根据电子守恒、原子守恒和电荷守恒，反应的离子方程式为：
；
浸渣的成分为SiO2；
（5）除去溶液中的
，使c(Fe3+)≤10-5mol/L，根据
，c(Fe3+)×c3(OH-)=10-
5×c3(OH-)=1×10-38，得出c(OH-)=10-11mol/L，c(H+)=10-3mol/L，pH=3，
，根据
，c(Co2+)×c2(OH-)=0.16×c2(OH-)=1.6×10-15，c(OH-)=10-7mol/L，c(H+)=10-7mol/L，
pH=7，故pH 在3~7 之间；
（6）根据萃取的原理：
，反萃取让平衡逆向移动，同时最终得到CoSO4，故
选择试剂X 为H2SO4。
15．（2025·山东济宁·一模）某工业废水中砷元素主要以亚砷酸(H3AsO3)形式存在，可用化学沉降法处理
酸性高浓度含砷废水，并提取粗As2O3的工艺流程如图所示。
已知：Ⅰ．“一级沉砷”后滤渣为As2S3和FeS，“焙烧”过程中残留少量As2S3。
Ⅱ．
与过量的
存在反应：
，
。
回答下列问题：
(1)写出亚砷酸转化为As2S3的离子方程式 ，FeSO4的作用为 。
(2)滤渣2 的成分为 。
(3)“二级沉砷”过程中石灰乳的作用是，在一定温度下将砷元素转化为
沉淀，主要反应有：
a．
b．
加入石灰乳调溶液中
，此时溶液中
(已知：
)。
(4)“还原”过程发生反应的化学方程式 。
(5)从综合利用的角度看，可循环利用的物质为 。
(6)As2O3在不同温度和不同浓度硫酸中的溶解度(S)曲线如图所示。为了提高粗As2O3的产率，结晶过程中
应控制的条件为 。
【答案】(1) 2H3AsO3+3S2-+6H+=As2S3
+6H2O 与过量的S2-结合生成FeS 沉淀，防止As2S3与S2-
结合生成
(与过量的S2-结合生成FeS 沉淀，使平衡左移，提高沉砷效果)
(2)S
(3)2.15×10-8mol/L
(4)H3AsO4+SO2+H2O=H3AsO3+H2SO4
(5)SO2和H2SO4
(6)调硫酸浓度约为7mol/L，冷却至25℃
【分析】某工业废水中砷元素主要以亚砷酸(H3AsO3)形式存在，加入Na2S、FeSO4，“一级沉砷”后滤渣
为As2S3和FeS，其中FeSO4可除去过量的S2-生成FeS，滤渣焙烧后产生SO2气体、Fe2O3固体、As2O3固体
和少量As2S3固体，固体用NaOH 溶液处理，As2O3和As2S3转化为
，Fe2O3不和NaOH
溶液反应，过滤后存在于滤渣1 中，向滤液中加入H2O2溶液将
氧化为
和S 单质，
滤液2 是S，滤液酸化后得到
，H3AsO4被SO2还原生成H3AsO3，“二级沉砷”过程中石灰乳的作
用是，在一定温度下将砷元素转化为
沉淀，以此解答。
【详解】（1）“一级沉砷”中H3AsO3和Na2S 发生氧化还原反应生成As2S3沉淀和水，根据得失电子守恒
和电荷守恒配平离子方程式为：2H3AsO3+3S2-+6H+=As2S3
+6H2O，FeSO4的作用为：与过量的S2-结合生成
FeS 沉淀，防止As2S3与S2-结合生成
(与过量的S2-结合生成FeS 沉淀，使平衡左移，提高沉砷效果)。
（2）由分析可知，滤渣2 的成分为S。
（3）加入石灰乳调溶液中
，由方程式a 可知
，由方程式b 可知，此时溶液中
=
mol/L=2.15×10-8mol/L。
（4）“还原”过程中H3AsO4被SO2还原生成H3AsO3，SO2被氧化为H2SO4，根据得失电子守恒和原子守
恒配平化学方程式为：H3AsO4+SO2+H2O=H3AsO3+H2SO4。
（5）从综合利用的角度看，焙烧时产生SO2气体，还原时消耗SO2，“一级沉砷”时消耗H2SO4，还原”
过程中生成H2SO4，则可循环利用的物质为SO2和H2SO4。
（6）为了提高粗As2O3的产率，需要使其溶解度尽可能小，则结晶过程中应控制的条件为调硫酸浓度约为
7mol/L，冷却至25℃。
16．（2025·辽宁·一模）镓是一种战略金属元素，一种由湿法提锌浸出渣(含Ga、Pb、Zn、Fe 等元素的氧
化物)生产镓的流程如下：
(1)“酸浸”步骤中，随着湿法提锌浸出渣含
量的升高，
的浸出率降低的原因是 ，在含Pb 量
不变的条件下，可提高Ga 浸出率的措施是 (任答一点)。
(2)“还原”步骤中，若
物质选择
(难溶于水)，可得到黄色沉淀，该步骤
发生反应的离子方程式为
，可用于证明
反应完全的试剂是 (填化学式)。
(3)部分离子浓度
与
关系如下图所示。
根据流程和图中信息判断“中和沉镓”后所得滤液中的主要过渡金属阳离子为 (填离子符号)。
(4)“电解”时需严格控制电解液pH，若pH 过低可能造成的后果是 。
(5)已知镓的化学性质与铝相似，“碱浸”时为了节约成本，有研究人员提出B 物质使用氨水。已知
时，
，
。试通过计算推
测该条件下
在
中的溶解趋势。写出简要计算过程并得出结论： 。
【答案】(1) 生成的PbSO4难溶，包覆在含镓残渣表面使Ga 的浸出率降低 粉碎、搅拌、增加浸
出时间、反复浸出、适当升高温度、适当提高酸的浓度
(2) ZnS +2Fe3+=2Fe2++S↓+Zn2+或H2S+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+ KSCN 或K4[Fe(CN)6]
(3)Fe2+、Zn2+
(4)阴极氢离子放电产生氢气
(5)反应
的平衡常数
，一般来说，
时反应
基本完全了，则
时反应较难发生或者说逆向进行得比较完全，
为可逆反应，因为
，所以可得到结论：
正向可溶，或者
在
可溶，但是可逆反应。
【分析】湿法提锌浸出渣(含Ga、Pb、Zn、Fe 等元素的氧化物) 用硫酸酸浸，Pb2+和硫酸根反应生成不溶
性的硫酸铅，其它离子在滤液中，加入A 物质还原，将Fe3+还原为Fe2+，加入石灰中和沉镓，过滤得到
Ga(OH)3沉淀，Fe2+、Zn2+在滤液中，沉淀加B 物质碱浸，使Ga(OH)3沉淀溶解，所得溶液进行电解得到粗
镓；经多步操作得到纯镓；
【详解】（1）酸浸时生成硫酸铅沉淀，则“酸浸”步骤中，随着湿法提锌浸出渣含
量的升高，
的
浸出率降低的原因是：生成的PbSO4难溶，包覆在含镓残渣表面使Ga 的浸出率降低；增大反应物的浓度、
增大接触面积、升温等均能加快反应速率，则在含Pb 量不变的条件下，可提高Ga 浸出率的措施是：粉碎、
搅拌、增加浸出时间、反复浸出、适当升高温度、适当提高酸的浓度。
（2）“还原”步骤中，若
物质选择
(难溶于水)，得到的黄色沉淀为硫单质，则该步骤中
为氧化
剂，由于所得溶液呈酸性，
或其转化生成的H2S 为还原剂，则发生反应的离子方程式为ZnS
+2Fe3+=2Fe2++S↓+Zn2+或H2S+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+，铁离子与硫氰根离子生成血红色溶液、与K4[Fe(CN)6]产
生深蓝色沉淀，故可用于证明
反应完全的试剂是KSCN 或K4[Fe(CN)6]。
（3）通常，金属离子浓度小于10-5mol/L 即图中该离子对应的pM＞5 时可认为沉淀完全，由图可知，镓离
子沉淀完全时锌离子、亚铁离子尚未沉淀，则根据流程和图中信息判断“中和沉镓”后所得滤液中的主要
过渡金属阳离子为Fe2+、Zn2+ (填离子符号)。
（4）电解时，镓离子在阴极得到电子被还原生成镓，“电解”时需严格控制电解液pH，若pH 过低，氢
离子浓度过大，可能造成的后果是：阴极氢离子放电产生氢气。
（5）已知镓的化学性质与铝相似，“碱浸”时为了节约成本，有研究人员提出B 物质使用氨水。已知
时，
，
。试通
过计算推测该条件下
在
中的溶解趋势：则有：反应
的平衡常数
，一般来说，
时反应
基本完全了，则
时反应较难发生或者说逆向进行得比较完全，
为可逆反应，因为
，所以可得到结论：
正向可溶，或者
在
可溶，但是可逆反应。
17．（2025·安徽滁州·一模）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：
已知溶液中相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH 范围如下：
金属离子
Fe3+
Fe2+
Co3+
Co2+
Zn2+
Mn2+
开始沉淀的pH
1.5
6.9
—
7.4
6.2
8.1
沉淀完全的pH
2.8
8.9
1.1
9.4
8.2
10.1
回答下列问题：
(1)为了加快废渣的“酸浸”速率可以采取的措施 、 (任写两条)。
(2)滤渣1 的主要成分是 (写化学式)。Pb 元素位于元素周期表中第ⅣA 族，Pb3O4中Pb 元素的
化合价为+2 价和 价。
(3)加入MnO2这一步反应的离子方程式为 。
(4)“氧化沉钴”过程中，若氧化等物质的量的Co2+和Mn2+，消耗KMnO4的物质的量之比为 。
(5)“除钴液”中残留的Co3+浓度为 。
(6)一种含Co、Ni 和Ga 元素的记忆合金的晶体结构可描述为Ga 与Ni 交替填充在Co 构成的立方体体心，
形成如图所示的结构单元。该合金的晶胞中，粒子个数最简比N(Co):N(Ga):N(Ni)= ，其立方
晶胞的体积为 nm3。
【答案】(1) 粉碎废渣 提高硫酸浓度
(2) PbSO4 +4
(3)MnO2+2Fe2++4H+＝2Fe3++Mn2++2H2O
(4)1:2
(5)10-16.7 mol·L-1
(6) 2:1:1
【分析】由题给信息可知，用硫酸处理湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe 的单质或氧化物)，
得到含有Co2+、Zn2+、Fe2+、SO
等离子的溶液，Pb 的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO4。过滤
后，滤液中加入MnO2，将Fe2+氧化为Fe3+。然后加入ZnO，调节溶液pH，使Fe3+完全转化为Fe(OH)3。再
次过滤后，滤液中的金属离子主要是Co2+、Zn2+和Mn2+；最后“氧化沉钴”加入强氧化剂KMnO4，将溶液
中的Co2+氧化为Co3+，Co3+形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4被还原为MnO2。KMnO4还会与溶液中的Mn2+发
生归中反应生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”中主要含有ZnSO4、K2SO4。据此解
答。
【详解】（1）可以通过粉碎废渣、提高硫酸浓度、加热、搅拌等方式加快反应速率，提高钴元素的浸出
效率。答案为：粉碎废渣；提高硫酸浓度；
（2）由分析可知，滤渣1 为PbSO4；Pb 位于元素周期表中第ⅣA 族，其最高正价为+4 价。根据化合物的
化合价代数和为0，可知Pb3O4中Pb 元素的化合价为+2 价和+4 价。答案为：PbSO4；+4；
（3）加入MnO2，MnO2将Fe2+氧化为Fe3+。离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+＝2Fe3++Mn2++2H2O。答案为：
MnO2+2Fe2++4H+＝2Fe3++Mn2++2H2O；
（4）KMnO4氧化Co2+的离子方程式为：MnO +3Co2++7H2O＝3Co(OH)3↓+MnO2↓+5H+；KMnO4氧化
Mn2+的离子方程式为：2MnO +3Mn2++2H2O＝5MnO2↓+4H+；根据离子方程式可知，若氧化等物质的量的
Co2+和Mn2+，消耗KMnO4的物质的量之比为1:2。答案为：1:2；
（5）根据题给数据，可知Co3+完全沉淀时的pH=1.1，此时c(Co3+)=10-5mol·L-1，c(OH-)=10-12.9 mol·L-1。则
Ksp[Co(OH)3]=c(Co3+)×c3(OH-)=10-43.7 (mol·L-1)4。“除钴液”的pH=5，则“除钴液”中残留的Co3+的浓度=
Ksp[Co(OH)3]÷c3(OH-)=
。答案为：10-16.7 mol·L-1；
（6）
合金的晶体结构可描述为Ga 与Ni 交替填充在Co 构成的立方体体心，形成如图所示的结构单元：
。该结构类似氯化钠晶胞的结构，晶胞中Ga 和Ni 形成的8 个小正方体。体心为Co，
根据均摊法，可知晶胞中Ga、Ni 个数为4，Co 个数为8，粒子个数最简比Co:Ga:Ni=2:1:1，由图可知，晶
胞棱长为2apm，故晶胞的体积为
。答案为：2:1:1；
。
18．（2025·广西来宾·一模）在钐钴永磁材料的成型加工过程中，会产生合金渣（含有Sm、Co、Cu、
Fe）。从该合金渣提取钴（Co）和钐（Sm）的一种工艺流程如下。
已知：
是一种稀土元素，活动性介于Na 与Al 之间。
回答下列问题：
(1)与Co 同周期同族的元素还有Fe 和 （填元素符号）。
(2)工业上可通过 （填“电解”“热还原”或“热分解”）法制备Sm。
(3)“浸渣”的主要成分是 ；“破碎酸浸”过程中Sm 发生反应的化学方程式为 。
(4)“沉铁”过程中加入氨水的主要目的是调节pH。结合图中实验数据可知，溶液的最佳pH 为 。
的实际用量通常要大于理论用量，原因是 。
(5)“
”隔绝空气“灼烧”得
，反应的化学方程式为 。
(6)Sm、Ni、O 形成的稀土镍基氧化物的晶胞结构中Sm 和O 如图所示，Ni 位于O 形成的正八面体空隙中，
则该稀土镍基氧化物的化学式为 。
【答案】(1)Ni
(2)电解
(3) Cu 2Sm+6HCl=2SmCl3+3H2↑
(4) 4 铁离子会催化双氧水分解，消耗部分双氧水
(5)
(6)
【分析】合金渣破碎后加入盐酸酸浸，Sm、Co、Fe 和酸反应生成相应离子，铜不和稀盐酸反应，因此
“浸渣”的主要成分为Cu，浸出液加草酸沉钐，得
沉淀，滤液加氨水、过氧化氢，生成氢氧
化铁沉淀，滤液加入草酸沉钴，草酸钴加热灼烧生成钴的氧化物。
【详解】（1）Co 位于第四周期Ⅷ族，与Co 同周期同族的元素还有Fe 和Ni；
（2）
是一种稀土元素，活动性介于Na 与Al 之间，可知Sm 非常活泼，工业上可通过电解法制备
Sm；
（3）“浸渣”的主要成分是Cu；根据分析，“破碎酸浸”过程中Sm 发生反应的化学方程式为
2Sm+6HCl=2SmCl3+3H2↑；
（4）图中实验数据，“调节pH”时，pH 为4 时，铁的去除率最高，钴沉淀量不大，溶液的最佳pH 为
4；“氧化”时，双氧水实际用量大于理论用量的原因是：铁离子会催化双氧水分解，消耗部分双氧水；
（5）“
”隔绝空气“灼烧”得
，反应的化学方程式为
；
（6）Ni 位于O 形成的正八面体空隙中，则Ni 位于晶胞的顶点，该晶胞中含有1 个Sm 原子，
=1 个Ni
原子，
=3 个O 原子，则该稀土镍基氧化物的化学式为
。
19．（2025·北京平谷·一模）废旧锂离子电池的正极材料含钴酸锂
，锰酸锂
，镍酸锂
（
）以及铝片、石墨粉等，某小组设计方案回收金属元素，流程如下：
已知：过硫酸根离子的结构为：
不同温度下碳酸锂的溶解度如下表：
温度
（℃）
20
40
60
80
100
溶解度
（g）
1.33
1.17
1.08
0.85
0.72
(1)锂离子电池工作时，能量的主要转化方式为 。
(2)在废旧电池的初步处理及碱浸环节，为加快速率，除了对原料粉碎处理，还可以采用的措施有
（写出其中一种即可），步骤①发生反应的离子方程式为 。
(3)滤液A 中的
、
、
均为
价，则
的主要作用是 。
(4)写出过程③中
发生反应的离子方程式 ；步骤②中不能用盐酸酸化溶液的原因是 。
(5)滤液C 中
。
(6)滤液C 反应后获得碳酸锂固体的步骤主要有： 、 、洗涤、干燥。剩余液体中含有的阴离子
主要有 （写离子符号）。
【答案】(1)化学能转化为电能
(2) 升高温度或适当增大碱液浓度或搅拌
(3)还原剂
(4)
防止在过程③
被氧化生成
产生污染
(5)
(6) 蒸发结晶 趁热过滤
【分析】该工艺流程的原料为废旧锂离子电池(含钴酸锂
，锰酸锂
，镍酸锂（
）以及铝片、石墨粉)，回收金属元素分别得到含铝滤液、
、
、
。废旧电
池初步处理，经碱浸，铝片与碱溶液反应生成
过滤得含铝滤液，钴酸锂，锰酸锂，镍酸锂以及
石墨粉为滤渣成分，经硫酸/
及氨水调
，过滤分离得石墨，根据滤液A 中的
、
、
均为
价，可知
、
、
在酸性环境与
发生氧化还原反应，其中
为还原剂，过
程③使滤液A 中
价的
被
氧化生成
分离出去，滤液B 中含有
、
、
，加
入
生成
沉淀分离出来后，滤液C 中含有
，加入浓
得到
。
【详解】（1）锂离子电池工作时，能量的主要转化方式为化学能转化为电能；
故答案为：化学能转化为电能；
（2）为加快速率，除了对原料粉碎处理，还可以采用的措施有升高温度、适当增大碱液浓度或搅拌；步
骤①发生铝片与碱溶液反应生成
的反应，离子方程式为
；
故答案为：升高温度或适当增大碱液浓度或搅拌；
；
（3）
中
化合价为+3 价、
中
化合价为+6 价、
中
化合价为+3 价，经硫酸/
及氨水调
，得到的滤液A 中的
、
、
均为
价，均被还原，由此可知，
为还原剂；
故答案为：还原剂；
（4）过程③为滤液A 中
价的
被
氧化生成
分离出去，故该离子反应为
；步骤②中若用盐酸酸化溶液，则滤液A 中含有
，在过程③
加入
时，
被氧化生成
产生污染；
故答案为：
；防止在过程③
被氧化生成
产生污染；
（5）根据
，
即
，则
；
故答案为：
；
（6）滤液C 中含有
，与加入的浓
反应得到
，根据
的不同温度下的溶解度可知，
温度较高时，其溶解度小，故滤液C 反应后获得碳酸锂固体的步骤主要有蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干
燥；剩余液体主要成分为
，故阴离子为
；
故答案为：蒸发结晶；趁热过滤；
。
20．（2025·福建龙岩·一模）下图是以氟碳铈矿(主要含
、
等)为原料制备二氧化铈(
)的一
种工艺流程。
回答下列问题：
(1)“氧化焙烧”中铈元素转化为
和
，该反应的还原产物是 。
(2)“酸浸”中。
①生成滤渣A 的化学反应方程式是 。
②“酸浸”时，铈的浸出率与温度、
的关系如图所示：当温度高于
时，
的浸出率下降的可能
原因是 (填字母标号)。
A．温度升高，
挥发 B．生成
的反应为吸热反应 C．温度升高，
水解程度增大 D．温度升
高，稀硫酸分解
(3)若测得水层中
，滤液B 的
，忽略溶液体积变化，“调
”后
的沉淀百
分率是 。(已知
时
)
(4)“氧化”中的化学反应方程式为 。
(5)已知
的立方晶胞结构如图所示，用
表示阿伏加德罗常数值。
①
的配位数为 。
②
填充在
构成的 空隙中。
③该晶胞的密度为
，则晶胞中
、
之间的最近距离为
(用含
的代数式表示)。
【答案】(1)
(2)
AC
(3)92%
(4)
(5) 8 正四面体
【分析】氟碳铈矿(主要含
、
等)在富氧空气中氧化焙烧产生二氧化碳和熔渣，熔渣主要成分
为
和
、
，加入硫酸酸浸得到滤渣A 为硫酸钡，滤液A 主要含有
，系列操作得到的水
层含有
，加入氢氧化钠调pH，得到的滤渣B 为Ce(OH)3，滤液B 主要含有硫酸钠等，滤渣B 加入次
氯酸钠氧化得到Ce(OH)4，煅烧得到二氧化铈(
)；
【详解】（1）“氧化焙烧”中铈元素转化为
和
，同时生成CO2，反应的化学方程式为4
+O2
3
+
+4CO2；
中Ce 的化合价为+3 价，升高为
和
中的+4 价，
O2中氧元素由0 价变为-2 价，碳酸根离子转化为二氧化碳，其中的O 元素化合价不变，则该反应的还原产
物是
；
（2）①加入硫酸酸浸得到滤渣A 为硫酸钡，生成滤渣A 的化学反应方程式是
；
A
②．温度升高，
挥发，
降低，
的浸出率下降，故A 符合；
B．生成
的反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，
的浸出率增大，故B 不符合；
C．温度升高，
水解程度增大，产生沉淀，
的浸出率下降，故C 符合；
D．稀硫酸不易分解，故D 不符合；
答案选AC：
（3）若测得水层中
，滤液B 的
，忽略溶液体积变化，c(OH-)=10-6mol/L，
“调
”后
的沉淀百分率是
=92%；
（4）“氧化”中次氯酸钠氧化Ce(OH)3得到Ce(OH)4，反应的化学反应方程式为
；
（5）分析晶胞结构图，白球个数为
，黑球个数为8 个，故白球为铈离子、黑球为氧离子，
处于面心铈离子周围有4 个氧离子，根据晶胞无隙并置原则，铈离子的配位数为
；
②根据图中位置，每个
连接四个
，
填充在
构成的正四面体空隙中；
③该晶胞的密度为
，则晶胞中
、
之间的最近距离为体对角线的
，为边长的
；设边长
为acm，
，边长a=
pm，则晶胞中
、
之间的最近距离为
pm，故答案为
。
