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大单元六 水溶液中的离子平衡
微专题4 化工生产中物质转化条件的控制
【真题再现●明考向】
1．(2024·新课标卷节选)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。
2．(2024·北京卷节选)利用黄铜矿(主要成分为CuFeS2，含有SiO2等杂质)生产纯
铜，流程示意图如下。
(1)
矿
石
在
焙
烧
前
需
粉
碎
，
其
作
用
是
_______________________________________
______________________________________________。
(2)(NH4)2SO4的作用是利用其分解产生的SO3使矿石中的铜元素转化为CuSO4。
(NH4)2SO4发生热分解的化学方程式是___________________________________
______________________________________________。
(3)矿石和过量(NH4)2SO4按一定比例混合，取相同质量，在不同温度下焙烧相同
时间，测得：“吸收”过程氨吸收率和“浸铜”过程铜浸出率变化如图；400
℃和500 ℃时，固体B 中所含铜、铁的主要物质如表。
温度/℃
B 中所含铜、铁的主要物质
400
Fe2O3、CuSO4、CuFeS2
500
Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO
①温度低于425 ℃，随焙烧温度升高，铜浸出率显著增大的原因是
_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
②温度高于425 ℃，根据焙烧时可能发生的反应，解释铜浸出率随焙烧温度升
高而降低的原因是____________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
。
【核心梳理●明方向】
1．反应条件的控制
条件控制
目的
固体原料粉
碎或研磨
减小颗粒直径，增大反应物的接触面积，增大浸取时的反应速
率，提高浸取率
煅烧或灼烧
①除去硫、碳单质；②使有机物转化或除去有机物；③高温下原
料与空气中氧气反应；④除去热稳定性差的杂质等
酸浸
①溶解，使其转变成可溶物进入溶液中，以达到与难溶物分离的
目的；②去除氧化物(膜)
碱溶
①除去金属表面的油污；②溶解铝、氧化铝等
加热
①加快反应速率或溶解速率；②促进平衡向吸热反应方向移动；
③除杂，除去热稳定性差的杂质，如NaHCO3、Ca(HCO3)2、
KMnO4、NH4Cl 等物质；④使沸点相对较低或易升华的原料变成
气体；⑤煮沸时促进溶液中的气体(如氧气)挥发逸出等
反应物用量
或浓度
①酸浸时提高酸的浓度可提高矿石中某些金属元素的浸取率；②
增大便宜、易得的反应物的浓度，提高其他物质的利用率，使反
应充分进行；③增大反应物浓度可以加快反应速率，使平衡发生
移动等
控温(常用水
浴、冰浴或
油浴)
①控制反应速率(升温加快反应速率)、适宜的温度使催化剂的活
性最大，防止副反应的发生；②控制化学反应进行的方向，使化
学平衡移动；③升温：使溶液中的气体逸出，使易挥发的物质挥
发，使易分解的物质分解；煮沸：使气体逸出；促进水解，聚沉
后利于过滤分离；④控制固体的溶解与结晶
加入氧化剂
(或还原剂)
①转化为目标产物的价态；②除去杂质离子[如把Fe2+氧化成
Fe3+，而后调溶液的pH，使其转化为Fe(OH)3沉淀除去]
加入沉淀剂
①生成硫化物沉淀(如加入硫化钠、硫化铵、硫化亚铁等)；②加
入可溶性碳酸盐，生成碳酸盐沉淀；③加入氟化钠，除去Ca2+、
Mg2+
pH 控制
①常用试剂：a.调节溶液呈酸性的有稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸(注
意氧化性)等；b.调节溶液呈碱性的有氢氧化钠、氨水、碳酸钠、
碳酸氢铵等。②使某种或几种金属离子转化为氢氧化物沉淀，而
目标离子不生成沉淀，以达到分离的目的。③创造氧化还原反应
所需要的酸性或碱性环境。④提高或降低某金属离子的萃取率
2.可循环物质的判断
(1)流程图中回头箭头的物质。
(2)生产流程中后面新生成或新分离的物质(不要忽视结晶后的母液)，可能是前
面某一步反应的相关物质。
①从流程需要加入的物质去找
先观察流程中需要加入的物质，再研究后面的流程中有没有生成此物质。
②从能构成可逆反应的物质去找
可逆反应的反应物不能完全转化，应该回收再利用。
③从过滤后的母液中寻找
析出晶体经过过滤后的溶液称为母液，母液是该晶体溶质的饱和溶液，应该循
环再利用。
④萃取剂
【考点突破●提能力】
1．(1)一种从铜阳极泥(主要含有铜、银、金、少量的镍)中分离提取多种金属元
素的工艺流程如下：
“ 分铜” 时，如果反应温度过高，会有明显的放出气体现象，原因是
______________________________________________。
(2)已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH 如下表所示：
物质
开始沉淀pH
沉淀完全pH
Fe(OH)3
2.7
3.7
Fe(OH)2
7.6
9.6
Mn(OH)2
8.3
9.8
若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+，应该怎样做？
_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)硒和碲在工业上有重要用途。在铜、镍、铅等电解工艺的阳极泥中硒、碲主
要以硒化物、碲化物及单质状态存在。一种从阳极泥中提取Se 和Te 的工艺流
程如下：
已知：碲酸钠(Na2H4TeO6)难溶，碲酸(H6TeO6)可溶。
工艺路线中可以循环利用的物质有________、________。
2．(2025·广西北海一模节选)硫酸铈铵[(NH4)2Ce(SO4)3]微溶于水，不溶于乙醇，
溶于无机酸，可用作分析试剂、氧化剂。某工厂用碳酸铈[Ce2(CO3)3]矿石制备
硫酸铈铵的工艺流程如图：
已知：①Ksp[Ce(OH)4]＝2×10-48。
②硫酸铈铵的熔点为130 ℃，沸点为330 ℃。
回答下列问题：
(1)
步
骤
一
中
，
先
将
Ce2(CO3)3
矿
石
粉
碎
，
目
的
是
______________________________
______________________________________________。
(2) 步骤二中，反应温度需要控制在0 ～30 ℃，原因是
________________________。
反应完全后，要将混合物升温至
90 ℃，目的是
______________________________。
(3)步骤二中，Ce2(SO4)3 与H2O2、NH3·H2O 反应生成Ce(OH)4 的化学方程式为
__________________________________________________________________。
(4)步骤三反应完全后的溶液经________、________、过滤，得到晶体。最后用
________洗涤2～3 次后，得到高纯硫酸铈铵晶体。
【限时训练】（限时：60 分钟）
1.(2024·河北模拟预测)Na2Cr2O7·2H2O 是一种重要的化工原料，可用于制革、印
染等工业。以铬铁矿(主要成分为FeO·Cr2O3，还含有MgO、Al2O3、SiO2等)为
原料制备Na2Cr2O7·2H2O 的工艺流程如图。
焙烧时将矿料磨碎且气体与矿料逆流而行，其目的是 。
2.(2024·杭州模拟预测)氧化钇(Y2O3)是一种重要的非线性光学材料。某团队设计
了如下路线，利用含钇矿石(其主要成分为CaF2、YF3及少量SiO2、MgF2)制备
氧化钇：
已知：SiF4水解生成硅酸和氟硅酸(H2SiF6)。
回答下列问题：
(1)在焙烧时，能提高转化效率的措施有 (写出两条)。
(2)将含钇矿石与浓硫酸在回转炉中焙烧，尾气中主要有 和SiF4。
3.(2024·安徽阜阳模拟预测)水合氧化铁(FeOOH)可用作净水剂和无机颜料等，利
用硫铁矿烧渣(主要含Fe2O3、Fe3O4及杂质SiO2等)制备FeOOH 工艺流程如图所
示：
回答下列问题：
(1)“还原焙烧”时，焦炭发生的总反应可表示为3C+2O2===2CO+CO2，焦炭的
主要作用为 和 ；“酸浸”时，稀硫酸需过量
10%并适当延长浸取时间，其目的是 。
(2)“煅烧”时反应的化学方程式为 。
4.(2024·贵州遵义一模)选择性催化还原反应(SCR)被广泛用于燃煤电厂尾气的脱
硝。为了回收废SCR 催化剂(含V2O5、WO3、TiO2等)中的金属资源，某研究团
队开发了如下工艺：
已知：
①WO3是酸性氧化物；TiO2是两性氧化物，不易在稀酸溶液中溶解。
②H2C2O4晶体100 ℃开始升华，189.5 ℃分解，H2C2O4溶液具有一定的挥发性。
回答下列问题：
(1) 为了提高“ 酸浸1” 速率，对废SCR 催化剂“ 预处理” 的方法是
(写一点即可)。
(2)“酸浸1”中浸取温度对钒、钨和钛浸出率的影响如图所示，90 ℃以后钒的
浸出率下降的可能原因是 。
(3)经检测，含钒滤液中主要存在VO2+，则“酸浸1”中发生反应的离子方程式
为 。
5.工业上用粗铜电解精炼所产生的阳极泥[主要含硒化亚铜(Cu2Se)和碲化亚铜
(Cu2Te)]为原料，进行综合回收利用的某种工艺流程如图：
已知：①TeO2是两性氧化物，微溶于水；②25 ℃时，Ksp(FeS)=6.0×10-18。
(1)“烧结”时的固体产物主要为Na2SeO3、Na2TeO3和Cu2O，该过程中Cu2Te 反
应的化学方程式为 。
(2)利用浸取渣制取硫酸铜溶液时，试剂X 最好选用 (填字母)。
a.SO2
b.Cl2
c.H2O2
d.Fe2(SO4)3
用稀硫酸调节pH 的范围为4.5~5.0，pH 过大或过小都将导致碲的回收率偏低，
原因是 。
6.某工厂的固体废渣中主要含Cu 和CuO，还含有少量Cu2O 和SiO2等。利用该
固体废渣制取Cu(NO3)2的部分工艺流程如图所示：
(1)Cu 与稀硝酸反应的化学方程式为 。
(2)酸溶时，反应温度不宜超过70 ℃，其主要原因是 ，
若保持反应温度为70 ℃，欲加快反应速率可采取的措施为 。
(3)过滤后所得废渣的主要成分的化学式为 。
(4)由Cu(NO3)2溶液制Cu(NO3)2晶体的操作方法是蒸发浓缩、 、过滤、
冰水洗涤、低温烘干。
7.以软锰矿粉末(主要成分MnO2，还含有Al2O3、Fe2O3 等杂质)为原料制
MnSO4·H2O 的工艺流程如下：
已知：pH>3.3 后溶液中不存在Fe3+，pH>5.0 后溶液中不存在Al3+，pH>8 后
Mn2+开始沉淀。
(1)保持其他条件不变，在不同温度下对含软锰矿粉进行酸浸，锰浸出率随时间
变化如图。酸浸的最佳温度与时间分别为 ℃、 min。
(2)“酸浸”时，会将Fe2+氧化为Fe3+，所发生的反应离子方程式为 。
(3)“酸浸”时要加入硫酸，硫酸浓度不能过大或者过小。当硫酸浓度过小时，
酸浸会有红褐色残渣出现，原因是 。
(4)MnSO4 在水中的溶解度与温度关系如图。由MnCO3 获得较纯净的
MnSO4·H2O 晶体的方法是将MnCO3溶于 ，控制温度为
以上结晶，得到MnSO4·H2O 晶体，洗涤、烘干。
