第9 讲 无机化工流程题的破解
类型一 原料的预处理
1.化工流程图的结构与分析
(1)结构特点
(2)分析技巧
①箭头:进入的是投料(反应物),出去的是含产品中元素的物质(流程方向)、副产物或杂质(支线方向)。
②三线:出线和进线均表示物料流向或操作流程,可逆线表示物质循环。
2.原料的预处理
1.下图废铁屑为原料制备聚合硫酸铁(PFS)的一种工艺流程如下图
粉碎过筛的目的是
,
酸浸时最合适的酸是 。
答案 选取细小颗粒,增大反应物接触面积,提高酸浸反应速率 H2SO4
2.钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5 价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及
SiO2、Fe3O4。采用由黏土钒矿制备NH4VO3的工艺流程如下图
回答下列问题:
(1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是
。
(2)“酸浸氧化”中,VO+和VO2+被氧化成VO2
+,同时还有 离子被氧化。
答案 (1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全) (2)Fe2+
类型二 反应条件的控制
1.控制溶液的pH
(1)控制反应的发生,增强物质的氧化性或还原性,或改变水解程度。
(2)控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。
①如若要除去Al3+、Mn2+溶液中含有的Fe2+,先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调溶液的pH。
②调节pH 所需的物质一般应满足两点:能与H+反应,使溶液pH 增大;不引入新杂质。例如:若要除去
Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。
2.控制反应的温度
(1)控制化学反应速率。
(2)控制平衡移动方向。
(3)控制固体的溶解与结晶,如趁热过滤能防止某物质降温时析出。
(4)促进溶液中气体的逸出或实现蒸馏。
(5)防止或实现某物质水解或分解。
(6)使催化剂达到最大活性。
(7)防止副反应的发生。
3.调节反应物的浓度
(1)根据需要选择适宜浓度,控制一定的反应速率,使平衡移动有利于目标产物的生成,减小对后续操
作产生的影响。
(2)反应物过量,能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率,但对后续操作也会产生影响。
4.控制反应体系的压强
(1)改变化学反应速率。
(2)影响平衡移动的方向。
5.使用催化剂
加快反应速率,提高生产效率。
1.由硫酸浸出的Mn2+浸出液(含Mn2+、Fe2+、Al3+、Fe3+、H+等)经纯化得Mn2+纯化液。已知:MnO2
的氧化性与溶液pH 有关。金属离子沉淀的pH 如下表:
Fe3+
Al3+
Mn2+
Fe2+
开始沉淀时
1.5
3.4
5.8
6.3
完全沉淀时
2.8
4.7
7.8
8.3
纯化时先加入MnO2,后加入NH3·H2O,调溶液pH≈5,说明试剂加入顺序及调节pH 的原因:
。
答案 先加MnO2,可利用溶液的酸性将Fe2+全部氧化为Fe3+,再加NH3·H2O 调溶液pH≈5,将Fe3+和
Al3+沉淀除去
2.辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺
流程如图所示:
(1)“ 回收S” 过程中温度控制在50~60 ℃之间, 不宜过高或过低的原因是
。
(2)“保温除铁”过程中,加入CuO 的目的是 ;
“ 蒸发浓缩、冷却结晶” 过程中, 要用HNO3 溶液调节溶液的pH, 其理由是
。
答案 (1)温度高苯容易挥发,温度低溶解速率小
(2)调节溶液的pH,使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀 抑制Cu2+的水解
解析 (1)苯是有机溶剂,易挥发,所以温度高苯容易挥发,而温度低溶解速率小,因此回收S 过程中温
度控制在50~60 ℃之间,不宜过高或过低。(2)氧化铜是碱性氧化物,能与酸反应调节溶液的pH,所以
氧化铜的作用是调节溶液的pH,使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀而析出。
类型三 分离与提纯
1.物质转化过程中分离、提纯的常用方法
过滤
分离难溶物和可溶物,根据特殊需要采用趁热过滤、抽滤等方法
萃取和分液
利用物质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同来分离、提纯物质
蒸发结晶
提取溶解度随温度升高变化不大的物质,如NaCl
冷却结晶
提取溶解度随温度升高明显增大的物质、易水解的物质或结晶水
合物,如KNO3、FeCl3、CuSO4·5H2O
蒸馏和分馏
分离沸点不同且互溶的液体混合物
冷却法
利用某些气体易液化的特点来分离气体,如合成氨工业中采用冷却
法分离氨气和氮气、氢气
反萃取
被萃取物萃入有机相后,一般需要使其重新返回水相,此时把负载有
机相与反萃剂(一般为无机酸或碱的水溶液)接触,使被萃取物转入
水相,这一过程相当于萃取的逆过程,故称为反萃取
2.获得产品阶段的常用操作
洗涤
冷水、热水、饱和溶液或有机溶剂洗涤,减少产品溶解损失
在气体氛
围中蒸发
如从溶液中析出FeCl3、AlCl3等溶质时,应在HCl 气流中加热,以防水
解
蒸发浓缩、
冷却结晶
如除去KNO3中的少量NaCl,获得KNO3晶体
蒸发结晶、
如除去NaCl 中的少量KNO3,获得NaCl 晶体
趁热过滤
1.以碳酸氢铵和氯化钠为原料制备碳酸钠,并测定产品中少量碳酸氢钠的含量,过程如下:
已知:(ⅰ)当温度超过35 ℃时,NH4HCO3开始分解。
(ⅱ)相关盐在不同温度下的溶解度表(g/100 g H2O)
温度/ ℃
0
10
20
30
40
50
60
NaCl
35.7
35.8
36.0
36.3
36.6
37.0
37.3
NH4HCO3
11.9
15.8
21.0
27.0
NaHCO3
6.9
8.2
9.6
11.1
12.7
14.5
16.4
NH4Cl
29.4
33.3
37.2
41.4
45.8
50.4
55.2
晶体
A
的化学式为 , 晶体
A
能够析出的原因是
。
答案 NaHCO3 30~35 ℃,NaHCO3的溶解度小于NaCl、NH4HCO3和NH4Cl 的溶解度
2.(2022·湖北卷)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Na+、Li+、Cl-和少
量Mg2+、Ca2+),并设计了以下流程通过制备碳酸锂来提取锂。
25 ℃时相关物质的参数如下:
LiOH 的溶解度:12.4 g/100 g H2O
化合物
Ksp
Mg(OH)2
5.6×10-12
Ca(OH)2
5.5×10-6
CaCO3
2.8×10-9
Li2CO3
2.5×10-2
回答下列问题:
(1)“沉淀1”为 。
(2)向“滤液1”中加入适量固体Li2CO3的目的是
。
(3)为提高Li2CO3的析出量和纯度,“操作A”依次为 、 、洗涤。
答案 (1)Mg(OH)2 (2)将Ca2+转化成CaCO3沉淀除去,同时不引入新杂质 (3)蒸发浓缩 趁热过滤
解析 (1)浓缩卤水中含有Mg2+,当加入石灰乳后,转化为Mg(OH)2沉淀,所以沉淀1 为Mg(OH)2;(2)滤
液1 中含有Na+、Li+、Cl-和Ca2+,结合已知条件:LiOH 的溶解度和化合物的溶度积常数,可推测,加入
Li2CO3的目的是将Ca2+转化成CaCO3沉淀除去,同时不引入新杂质;(3)由Li2CO3的溶解度曲线可知,
温度升高,Li2CO3的溶解度降低,即在温度高时,溶解度小,有利于析出,所以为提高Li2CO3的析出量和
纯度,需要在较高温度下析出并过滤得到沉淀,即依次蒸发浓缩,趁热过滤,洗涤。
类型四 物质转化与跟踪
1.循环物质的确定
2.滤渣的确定
3.副产品的确定
1.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:
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=1.0×10-5 mol·L-1)的pH
3.2
4.7
11.1
13.8
回答下列问题:
(1)“水浸”后“滤液”的pH 约为2.0,在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH 至11.6,依次析出的金
属离子是 。
(2)“ 水浸渣” 在160 ℃“ 酸溶” , 最适合的酸是 。“ 酸溶渣” 的成分是
、 。
(3)将“母液①”和“母液②”混合,吸收尾气,经处理得 ,循环利用。
答案 (1)Fe3+、Al3+、Mg2+
(2)硫酸 SiO2 CaSO4
(3)(NH4)2SO4
2.锰常用于制造合金锰钢。某化工厂以软锰矿(主要成分是MnO2,含有SiO2、Fe2O3、CaO 等少量杂
质)为主要原料制取金属锰的工艺流程如图1 所示。
(1)“浸锰”步骤中往往有副产物MnS2O6 生成,温度对“浸锰”反应的影响如图2 所示。为减少
MnS2O6的生成,“浸锰”的适宜温度是 ,“滤渣 Ⅰ”的成分是 (填化学式)。该步骤
中可以再加入MnSO4 以促进“ 滤渣 Ⅰ” 析出, 结合平衡移动原理分析其原因:
。
(2)“滤液 Ⅰ”中需要先加入MnO2充分反应后再调pH,写出加入MnO2时发生反应的离子方程式:
。
答案 (1)90 ℃ SiO2、CaSO4 c(SO4
2−)增大,使平衡Ca2+(aq)+SO4
2−(aq)
CaSO4(s)正向移动,促进
CaSO4析出 (2)MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O
1.(2024·新课标卷)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(c≤1.0×10-5 mol·L-1)时的pH:
Fe3+
Fe2+
Co3+
Co2+
Zn2+
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 。
(2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2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MnO2。
(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Co3+浓度为 mol·L-1。
答案 (1)提高“酸浸”速率 Pb (2)将Fe2+氧化为Fe3+ 铁氰化钾溶液 Fe2+ (3)MnO4
−+3Co2+
+7H2O===MnO2↓+3Co(OH)3↓+5H+ 3Mn2++2H2O+2MnO4
−===5MnO2↓+4H+ (4)ZnSO4 和K2SO4
1.0×10-16.7
解析 (1)将废渣进行粉碎处理,可增大废渣与硫酸的接触面积,提高“酸浸”速率。Pb 与冷的硫酸
不反应,且Pb 的氧化物与硫酸反应生成的硫酸铅的溶解度较小,故“滤渣1”中金属元素主要为Pb。
(2)加入MnO2的作用是将滤液中的Fe2+氧化为Fe3+,便于后续加入ZnO 调pH=4 时,Fe3+完全转化为
Fe(OH)3沉淀。为了检验滤液中Fe2+是否完全被氧化为Fe3+,可取少量反应后的溶液,加入铁氰化钾溶
液,若出现蓝色沉淀,说明溶液中还存在Fe2+,需补加MnO2。(3)“氧化沉钴”过程中发生反应MnO4
−
+3Co2++7H2O===MnO2↓+3Co(OH)3↓+5H+,前面加MnO2生成的Mn2+也可与MnO4
−反应,离子方程式为
3Mn2++2MnO4
−+2H2O===5MnO2↓+4H+。(4)原废渣中Zn 及添加的ZnO 中的Zn 一直在溶液中,添加
的KMnO4会生成K2SO4,故“除钴液”中主要的盐有ZnSO4和K2SO4。根据表中Co3+沉淀完全时的
pH=1.1 可知,Ksp[Co(OH)3]=1.0×10-5×(1.0×10-12.9)3=1.0×10-43.7,溶液pH=5 时,c(OH-)=1.0×10-9 mol·L-1,则
残留的Co3+浓度为
K sp[Co(OH )3]
c
3(O H
−)
=1.0×10-16.7 mol·L-1。
2.(2024·黑吉辽卷)中国是世界上最早利用细菌冶金的国家。已知金属硫化物在“细菌氧化”时转
化为硫酸盐,某工厂用细菌冶金技术处理载金硫化矿粉(其中细小的Au 颗粒被FeS2、FeAsS 包裹),
以提高金的浸出率并冶炼金,工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)北宋时期我国就有多处矿场利用细菌氧化形成的天然“胆水”冶炼铜,“胆水”的主要溶质为
(填化学式)。
(2)“细菌氧化”中,FeS2发生反应的离子方程式为
。
(3)“沉铁砷”时需加碱调节pH,生成 (填化学式)胶体起絮凝作用,促进了含As 微粒
的沉降。
(4)“焙烧氧化”也可提高“浸金”效率,相比“焙烧氧化”,“细菌氧化”的优势为 (填标号)。
A.无需控温
B.可减少有害气体产生
C.设备无需耐高温
D.不产生废液废渣
(5)“ 真金不怕火炼” 表明Au 难被O2 氧化,“ 浸金” 中NaCN 的作用为
。
(6)“沉金”中Zn 的作用为 。
(7) 滤液②经H2SO4 酸化,[Zn(CN)4]2- 转化为ZnSO4 和HCN 的化学方程式为
。
用碱中和HCN 可生成 (填溶质化学式)溶液,从而实现循环利用。
答案 (1)CuSO4 (2)4FeS2+15O2+2H2O===4Fe3++8SO4
2−+4H+ (3)Fe(OH)3 (4)BC
(5)与Au+结合形成[Au(CN)2]-,提高Au 的还原性 (6)将浸出液中的[Au(CN)2]-还原为Au
(7)Na2[Zn(CN)4]+2H2SO4===Na2SO4+ZnSO4+4HCN NaCN
解析 (1) 利用“ 胆水” 冶炼铜为湿法炼铜, 利用了铁和硫酸铜溶液的置换反应:
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu,故“胆水”的主要溶质为CuSO4。(2)金属硫化物在“细菌氧化”时转化为
硫酸盐,则“细菌氧化”中空气中的氧气将FeS2氧化为Fe3+和SO4
2−,1 mol FeS2失15 mol 电子,1 mol
氧气得4 mol 电子, 根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒, 配平离子方程式为
4FeS2+15O2+2H2O===4Fe3++8SO4
2−+4H+。(3)“沉铁砷”时加碱调节pH,Fe3+转化为Fe(OH)3胶体起絮
凝作用,促进了含As 微粒的沉降。(4)高温时细菌可能会失活,故“细菌氧化”也要控制温度,A 错误;
“焙烧氧化”时有SO2产生,“细菌氧化”无SO2产生,故B 正确;“焙烧氧化”时温度高,设备需耐高温,
而“细菌氧化”设备无需耐高温,C 正确;由题图知,“细菌氧化”也有废液废渣产生,故D 错误。
(5)“浸金”中Au 失电子与NaCN(作络合剂)结合形成[Au(CN)2]-,使Au 的还原性增强,促进其与O2反
应。(6)“沉金”时发生反应:2[Au(CN)2]-+Zn===2Au+[Zn(CN)4]2-,Zn 的作用是作还原剂,将浸出液中的
[Au(CN)2]-还原为Au。(7)滤液②中[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN,发生非氧化还原反应,根据原子
守恒配平化学方程式为Na2[Zn(CN)4]+2H2SO4===Na2SO4+ZnSO4+4HCN。根据流程中所加物质知,
用碱中和HCN 生成NaCN,从而循环到“浸金”环节被利用。
1.TiO2·xH2O 沉淀与双氧水、氨水反应40 min 所得实验结果如下表所示:
温度/ ℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O 转化率%
92
95
97
93
88
分析40 ℃时TiO2·xH2O 转化率最高的原因
。
答案 低于40 ℃,TiO2·xH2O 转化反应速率随温度升高而增加;超过40 ℃,双氧水分解与氨气逸出导
致TiO2·xH2O 转化反应速率下降
2.向含NH4Cl 的滤液中加入NaCl 粉末,存在NaCl(s)+NH4Cl(aq)――→NaCl(aq)+NH4Cl(s)过程。为使
NH4Cl 沉淀充分析出并分离,根据NaCl 和NH4Cl 溶解度曲线,需采用的操作 、 、
洗涤、干燥。
答案 冷却结晶 过滤
解析 由曲线NH4Cl 的溶解度随升温而增大,NaCl 的溶解度随升温变化不明显,使NH4Cl 沉淀充分
析出,采用冷却结晶析出NH4Cl→过滤→洗涤→干燥。
3.四钼酸铵是钼深加工的重要中间产品,具有广泛的用途。一种以钼精矿(主要含MoS2,还有Cu、Fe
的化合物及SiO2等)为原料制备四钼酸铵的工艺流程如图所示。
回答下列问题:
(1)“焙烧”产生的气体用 吸收后可制取氮肥。
(2)“浸出”时,MoO3转化为MoO4
2−。提高单位时间内钼浸出率的措施有
(任写两种)。
温度对90 min 内钼浸出率的影响如图所示。当浸出温度超过80 ℃后,钼的浸出率反而降低,主要原
因是温度升高使水大量蒸发,导致 。
(3)“沉淀”时,加入NH4NO3的目的是
。
答案 (1)氨水 (2)适当升温、搅拌、增加Na2CO3用量、增大Na2CO3浓度(合理即可) Na2MoO4
晶体析出,混入浸渣 (3)提供NH 4
+,使MoO4
2−充分转化为沉淀析出
4.(2023·江苏卷)废催化剂的回收。回收V2O5-WO3/TiO2废催化剂并制备NH4VO3的过程可表示为
①酸浸时, 加料完成后, 以一定速率搅拌反应。提高钒元素浸出率的方法还有
。
②通过萃取可分离钒和钨,在得到的钒酸中含有H4V4O12。已知H4V4O12具有八元环结构,其结构式
可表示为 。
③向pH=8 的NaVO3溶液中加入过量的NH4Cl 溶液,生成NH4VO3沉淀。已知:Ksp (NH4VO3)=1.7×10-
3,加过量NH4Cl 溶液的目的是 。
答案 ①升高温度、延长浸出时间等
②
③增加铵根离子浓度,使NH4NO3(s)
N
H 4
+
(aq)+N
O3
−
(aq)平衡向析出沉淀的
方向移动,促进NH4VO3充分沉淀
5.(2024·江西卷)稀土是国家的战略资源之一。以下是一种以独居石(主要成分为CePO4,含有
Th3(PO4)4、U3O8和少量镭杂质)为原料制备CeCl3·nH2O 的工艺流程图。
已知:ⅰ.Ksp[Th(OH)4]=4.0×10-45,
Ksp[Ce(OH)3]=1.6×10-20,
Ksp[Ce(OH)4]=2.0×10-48
ⅱ.镭为第ⅡA 族元素
回答下列问题:
(1)关于独居石的热分解,以下说法正确的是 (填标号)。
a.降低压强,分解速率增大
b.降低温度,分解速率降低
c.反应时间越长,分解速率越大
d.提高搅拌速度,分解速率降低
(2)Na2U2O7中铀元素的化合价为 ,热分解阶段U3O8生成Na2U2O7的化学反应方程式为
。
(3)浓缩结晶后,得到的晶体产物化学式为 ,滤液可用于 阶段循
环利用,避免产生大量的高碱度废水。
(4)溶解阶段,将溶液pH 先调到1.5~2.0,反应后再回调至4.5。
①盐酸溶解Ce(OH)4的离子方程式为 。
②当溶液pH=4.5 时,c(Th4+)= mol·L-1,此时完全转化为氢氧化钍沉淀。
(5)以BaSO4为载体形成共沉淀,目的是去除杂质 。
答案 (1)b (2)+6 2U3O8+O2+6NaOH
3Na2U2O7+3H2O
(3)Na3PO4·12H2O 或Na3PO4 热分解 (4)①2Ce(OH)4+8H++2Cl-===2Ce3++8H2O+Cl2↑ ②4.0×10-7
(5)镭(或Ra)
解析 (1)独居石为固体,降低压强,其分解速率不变,a 错误;降低温度,分解速率降低,b 正确;增加反应
时间,对分解速率无影响,c 错误;提高搅拌速度,分解速率增大,d 错误。(2)Na2U2O7中Na 为+1 价,O
为-2 价,根据化合物中正负化合价代数和为0,知U 为+6 价。热分解阶段U3O8生成Na2U2O7,U 元素
化合价升高,被空气中的氧气氧化,1 mol U3O8失去3×(6-16
3 ) mol=2 mol 电子,1 mol 氧气得4 mol 电
子,根据得失电子守恒,U3O8、O2 的化学计量数分别为2、1,结合原子守恒,配平化学方程式为
2U3O8+O2+6NaOH
3Na2U2O7+3H2O 。(3) 热分解时CePO4 、Th3(PO4)4 和NaOH 反应得到
Ce(OH)4、Th(OH)4和Na3PO4,稀释过滤后得到含Na3PO4、NaOH 的滤液,浓缩结晶得到的晶体产物
为Na3PO4·12H2O 或Na3PO4,滤液主要含NaOH,可用于热分解阶段循环利用,避免产生大量的高碱度
废水。(4)①盐酸溶解Ce(OH)4 得到含Ce3+的溶液,Ce 元素由+4 价降低为+3 价,则氯离子被氧化为
Cl2,根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒,配平离子方程式为2Ce(OH)4+8H++2Cl-===2Ce3+
+8H2O+Cl2↑。②溶液pH=4.5 时,c(OH-)=10-9.5 mol·L-1,Ksp[Th(OH)4]=c(Th4+)·c4(OH-)=4.0×10-45, 则
c(Th4+)=4.0×10
−45
(10
−9.5)
4 mol·L-1=4.0×10-7 mol·L-1。(5)结合流程图知,以BaSO4为载体形成共沉淀,目的是
除去杂质镭。
6.(2024·广东卷)镓(Ga)在半导体、记忆合金等高精尖材料领域有重要应用。一种从电解铝的副产品
炭渣(含C、Na、Al、F 和少量的Ga、Fe、K、Ca 等元素)中提取镓及循环利用铝的工艺如下。
工艺中,LAEM 是一种新型阴离子交换膜,允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用
LAEM 提取金属离子Mn+的原理如图。已知:
①pKa(HF)=3.2。
②Na3[AlF6](冰晶石)的Ksp为4.0×10-10。
③浸取液中,Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m-3)-(m=0~4)微粒形式存在,Fe2+最多可与2 个Cl-配位,其他金属
离子与Cl-的配位可忽略。
(1)“电解”中,反应的化学方程式为
。
(2)“浸取”中,由Ga3+形成[GaCl4]-的离子方程式为 。
(3)“还原”的目的:避免 元素以 (填化学式)微粒的形式通过LAEM,从而
有利于Ga 的分离。
(4)“LAEM 提取”中,原料液的Cl-浓度越 ,越有利于Ga 的提取;研究表明,原料液酸度过
高,会降低Ga 的提取率。因此,在不提高原料液酸度的前提下,可向 Ⅰ 室中加入 (填化
学式),以进一步提高Ga 的提取率。
(5)“调pH”中,pH 至少应大于 ,使溶液中c(F-)>c(HF),有利于[AlF6]3-配离子及Na3[AlF6]晶
体的生成。若“结晶”后溶液中c(Na+)=0.10 mol·L-1,则[AlF6]3-浓度为 mol·L-1。
答案 (1)2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
(2)Ga3++4Cl-===[GaCl4]-
(3)铁 [FeCl4]-
(4)高 NaCl
(5)3.2 4.0×10-7
解析 (1)“电解”是电解熔融的氧化铝冶炼铝单质,反应的化学方程式为2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑;(2)“浸取”中,由Ga3+形成[GaCl4]-的离子方程式为Ga3++4Cl-===[GaCl4]-;(3)由已知,浸取液
中,Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m-3)-(m=0~4)微粒形式存在,为了避免铁元素以[FeCl4]-的微粒形式通过
LAEM,故要加入铝片还原Fe3+,从而有利于Ga 的分离;(4)“LAEM 提取”中,原料液的Cl-浓度越高,更
有利于生成[GaCl4]-的反应正向移动,更有利于Ga 的提取,在不提高原料液酸度的前提下,同时不引入
新杂质,可向 Ⅰ 室中加入NaCl,提高Cl-浓度,进一步提高Ga 的提取率;(5)由pKa(HF)=3.2,Ka(HF)=
c( H
+)·c( F
−)
c( HF )
=10-3.2,为了使溶液中c(F-)>c(HF),c(H+)=c( HF )
c( F
−) ×10-3.2<10-3.2 mol·L-1,故pH 至少应大于
3.2,有利于[AlF6]3-配离子及Na3[AlF6]晶体的生成。若“结晶”后溶液中c(Na+)=0.10 mol·L-1,根据
Na3[AlF6](冰晶石)的Ksp为4.0×10-10,[AlF6]3-浓度为
K sp
c
3( N a
+)
= 4.0×10
−10
0.1
3
mol·L-1=4.0×10-7 mol·L-1。
