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大单元六 水溶液中的离子平衡
微专题5 化工生产中物质的分离与提纯
【真题再现●明考向】
1．(2025·山东卷节选)采用两段焙烧—水浸法从铁锰氧化矿(主要含Fe2O3、
MnO2及Co、Cu、Ca、Si 等元素的氧化物)分离提取Cu，Co，Mn 等元素，工
艺流程如下：
已知：该工艺条件下，(NH4)2SO4低温分解生成NH4HSO4，高温则完全分解为气
体；Fe2(SO4)3在650 ℃完全分解，其他金属硫酸盐分解温度均高于700 ℃。
回答下列问题：
(1)“低温焙烧”时金属氧化物均转化为硫酸盐。MnO2与NH4HSO4反应转化为
MnSO4时有N2生成，该反应的化学方程式为____________________。“高温焙
烧” 温度为650 ℃，“ 水浸” 所得滤渣主要成分除SiO2 外还含有
____________________(填化学式)。
(2)在(NH4)2SO4投料量不变的情况下，与两段焙烧工艺相比，直接“高温焙烧”，
“水浸时金属元素的浸出率____________________(填“增大”“减小”或“不
变”)。
(3)HR 萃取Cu2+反应为2HR(有机相)＋Cu2+(水相)⥫⥬CuR2(有机相)＋2H＋(水相)。
“反萃取”时加入的试剂为____________________(填化学式)。
【答案】(1)3MnO2 ＋3NH4HSO4=====3MnSO4 ＋N2↑＋6H2O↑＋NH3↑
Fe2O3、CaSO4 (2)减小 (3)H2SO4
【解析】(1)根据得失电子守恒和原子守恒，配平化学方程式为3MnO2＋
3NH4HSO4=====3MnSO4＋N2↑＋6H2O↑＋NH3↑。“高温焙烧”时温度为650
℃，根据已知信息可知，Fe2(SO4)3 可完全分解生成Fe2O3 和SO3，“水浸”时
Fe2O3 不溶于水，CaSO4 微溶于水，故所得滤渣主要成分除SiO2 外还含有
Fe2O3、CaSO4。(2)(NH4)2SO4在高温时完全分解为气体NH3、SO2、N2，S 元素
逸出，故直接“高温焙烧”，金属氧化物转化为硫酸盐的量减少，则“水浸”
时金属元素的浸出率减小。(3)“反萃取”时应使萃取反应逆向进行，故应增大
c(H＋)，结合得到CuSO4溶液知，加入的试剂为H2SO4。
2．(2024·上海卷节选)粗盐中含有SO、K＋、Ca2+、Mg2+等杂质离子，实验室按
下面的流程进行精制：
已知：KCl 和NaCl 的溶解度如图所示：
(1) 步骤①中BaCl2 要稍过量，请描述检验BaCl2 是否过量的方法：
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
。
(2)(不定项)若加BaCl2后不先过滤就加氢氧化钠和碳酸钠，会导致________。
A．SO 不能完全去除
B．消耗更多NaOH
C．Ba2+不能完全去除
D．消耗更多Na2CO3
(3)过滤操作中需要的玻璃仪器除烧杯和玻璃棒外，还需要________。
A．分液漏斗
B．漏斗
C．容量瓶
D．蒸发皿
(4)步骤④中用稀盐酸调节pH 至3～4，除去的离子有________________。
(5)“一系列操作”是指________。
A．蒸发至晶膜形成后，趁热过滤
B．蒸发至晶膜形成后，冷却结晶
C．蒸发至大量晶体析出后，趁热过滤
D．蒸发至大量晶体析出后，冷却结晶
【答案】(1)静置后取适量上层清液于试管中，加入几滴稀硫酸，若产生白色沉
淀，则BaCl2过量 (2)AD (3)B (4)OH－、CO (5)C
【解析】(1)根据溶液中所含离子种类知，可通过检验Ba2+来检验BaCl2，所选
用试剂可为稀硫酸，若加入稀硫酸后有白色沉淀生成，则BaCl2过量。(2)由题
图知，加入BaCl2 溶液后会生成BaSO4 沉淀，若不过滤直接加入NaOH 和
Na2CO3，则BaSO4会部分转化成BaCO3沉淀，SO 重新进入溶液，消耗更多的
CO，A、D 符合题意。(3)过滤需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗，B 正确。
(4)由流程图可知，滴加稀盐酸前滤液中主要含有K＋、Na＋、Cl－、OH－、CO，
OH－、CO 均可与加入的稀盐酸反应，分别生成H2O 与CO2而被除去。(5)由流
程图及上述分析可知，“一系列操作”的目的是分离KCl 与NaCl，结合题给溶
解度曲线可知，NaCl 的溶解度随温度变化较小，KCl 的溶解度随温度变化较大，
故可加热至有大量晶体析出后趁热过滤，以得到精盐，C 正确。
【核心梳理●明方向】
1．分离、提纯的操作方法
(1)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法：蒸发浓缩(至少有
晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗等)、干燥。
(2)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：蒸
发浓缩、趁热过滤(如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来)、洗涤、干
燥。
(3)减压蒸发的原因：减压蒸发降低了蒸发温度，可以防止某物质分解(如
H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)或失去结晶水(如题目要求制备结晶水合物产品)。
(4)萃取与反萃取
①萃取：利用物质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同，将物质从一种溶剂
转移到另一种溶剂的过程。如用CCl4萃取溴水中的Br2。
②反萃取：用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程，为萃取的逆
过程。
(5)其他
①蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，
应在HCl 的气流中加热，以防止其水解。
②减压蒸馏的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止受热分解、氧化等。
2．沉淀的洗涤
(1)洗涤试剂、适用范围及目的
洗涤试剂
适用范围
目的
蒸馏
水
冷水
产物不溶于冷水
除去固体表面吸附的××杂质，可适
当降低固体因溶解而造成的损失
热水
物质的溶解度随着温
度升高而减小
除去固体表面吸附的××杂质，可适
当降低固体因温度变化溶解而造成的
损失
有机溶剂(酒精、
丙酮等)
固体易溶于水，难溶
于有机溶剂
减少固体溶解；利用有机溶剂的挥发
性除去固体表面的水分，产品易干燥
饱和溶液
对纯度要求不高的产
品
减少固体溶解
酸、碱溶液
产物不溶于酸或碱
除去固体表面吸附的可溶于酸或碱的
杂质；减少固体溶解
(2)检验离子是否已经沉淀完全的方法：将反应混合液静置，向上层清液中继续
滴加沉淀剂××，若不再产生沉淀，则××离子已经沉淀完全，若产生沉淀，
则××离子未完全沉淀。
(3)洗涤沉淀的方法：向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重
复以上操作 2～3 次。
(4)检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴
入××试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀已洗涤干净，否则沉淀未洗涤干
净。
【考点突破●提能力】
1．(1)(2025·兰州一模节选)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制
备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：
有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结
晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到________(填字母)得到的K2Cr2O7固体产品
最多。
a．80 ℃ b．60 ℃
c．40 ℃ d．10 ℃
步骤⑤的反应类型是________。
(2)(2025·南通一模节选)某研究小组用磷酸和碳酸钠制备NaH2PO4·2H2O，按如
下流程开展实验。
已知：常温下NaH2PO4·2H2O 为无色晶体，易溶于水，不溶于乙醇，熔点为60
℃，加热至100 ℃时失去全部结晶水。
一系列操作包括：操作A、洗涤和干燥。操作A 的名称为________；洗涤时，
下列洗涤剂最合适的是________(填字母)。
A．冷水
B．热水
C．乙醇
D．乙醇—水混合溶液
【答案】(1)d 复分解反应 (2)过滤 C
【解析】(2)操作A 涉及分离固体和液体，名称为过滤；NaH2PO4·2H2O 易溶于
水，不溶于乙醇，用乙醇作为洗涤剂可最大限度地减少固体的溶解损失。
2．(2025·辽宁省鞍山市二模节选)从含钴余液(含Co2+、Ca2+、Mg2+、Ni2+等杂质)
中提取氧化钴的流程如下：
回答下列问题：
(1)已知P507 萃取剂(HA)2 和Co2+发生如下反应：Co2+＋n(HA)2⥫⥬CoA2·(n－1)
(HA)2＋2H ＋。萃取时适当增加溶液的pH，能增大Co2+的萃取率，原因是
______________________________________________
______________________________________________。
(2)“反萃取”时加入的试剂a 应为________(填标号)。
A．NaHCO3
B．HCl
C．NaOH
D．CH3COOH
(3)“沉钴”的离子方程式为____________________________________________
______________________________________________。
(4)系列操作中如何检验CoC2O4是否洗涤干净______________________________
_____________________________________________________________________
_。
【答案】(1)酸性减弱，平衡正向移动，增大Co2+的萃取率 (2)B (3)Co2+＋
C2O===CoC2O4↓ (4)取最后一次洗涤液于试管中，向其中先加入硝酸酸化，再
加入硝酸银溶液观察是否出现白色沉淀
【解析】(1)萃取时适当增加溶液的pH，能增大Co2+的萃取率，原因是：酸性减
弱，平衡正向移动，增大Co2+的萃取率。(2)“反萃取”时加入的试剂a 不可引
入杂质，但需要将钴离子萃取出来，利用平衡移动的方法，根据Co2+＋
n(HA)2⥫⥬CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋可知，选B。(3)“沉钴”的离子方程式为
Co2+＋C2O===CoC2O4↓。(4)检验CoC2O4是否洗涤干净主要检验的是氯离子，
方法为取最后一次洗涤液于试管中，向其中先加入硝酸酸化，再加入硝酸银溶
液观察是否出现白色沉淀。
【限时训练】（限时：60 分钟）
1.绿原酸具有抗病毒、降血压、延缓衰老等保健作用。利用乙醚、95%乙醇浸泡
杜仲干叶，得到提取液，进一步提取绿原酸的流程如图，下列说法不正确的是(
)
A.从“提取液”获取“有机层”的操作为分液
B.绿原酸溶解度随温度升高而减小
C.减压蒸馏的目的是防止温度过高绿原酸变质
D.绿原酸粗产品可通过重结晶的方法提纯
【答案】B
【解析】用温水溶解浸膏，冷却结晶、过滤，得到绿原酸粗产品，说明绿原酸
溶解度随温度升高而增大，故B 错误。
2.生产软磁铁氧体的主要原料是α⁃FeOOH，以硫铁矿(主要成分是FeS2，含少量
Al2O3、SiO2和Fe3O4)为原料制备α⁃FeOOH 的工艺流程如图，相关数据见下表。
下列说法错误的是 ( )
物质
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Al(OH)3
开始沉淀pH(25 ℃)
1.9
7.6
4.0
沉淀完全pH(25 ℃)
3.2
9.7
5.2
A.“焙烧”的产物之一可用于工业制硫酸
B.“试剂a”可以为FeS，主要目的是除去过量硫酸
C.“试剂b”可以为氨水，调pH 的范围为5.2~7.6
D.“沉淀”时，pH 过高或者过低均不利于生成α⁃FeOOH
【答案】B
【解析】硫铁矿焙烧主要发生反应的化学方程式为4FeS2+11O2
2Fe2O3+8SO2，然后加入稀硫酸进行酸浸，过滤得到滤渣A，主要成分为SiO2；
试剂a 为还原性铁粉，主要目的是将Fe3+转化为Fe2+，以便后续步骤中除去
Al3+，过滤得到滤渣B，主要成分为Fe，加入试剂b 调节溶液pH 为5.2~7.6，将
Al3+完全沉淀而除去，过滤得到滤渣C，主要成分为Al(OH)3，向滤液中加入过
氧化氢和氨水，产生沉淀α⁃FeOOH，过滤得到滤液D，主要成分为(NH4)2SO4。
由分析可知，“焙烧”的产物之一SO2可用于工业制硫酸，A 正确；“沉淀”
时，pH 过高则溶液中的OH-浓度过大，将生成Fe(OH)3沉淀，pH 过低时溶液中
H+浓度过大，不利于生成α⁃FeOOH，D 正确。
3.钪(Sc)可用于制备铝钪合金、燃料电池、钪钠卤灯、示踪剂、激光晶体等产品。
以钛白酸性废水(主要含Ti4+、Fe2+、Sc3+)为原料制备氧化钪(Sc2O3)的工艺流程如
图。下列说法正确的是( )
A.酸洗时加入H2O2的目的是将Ti4+还原为Ti2+
B.“操作Ⅰ”需要的玻璃仪器有分液漏斗
C.“滤渣Ⅰ”的主要成分是Ti(OH)4、Fe(OH)3
D.草酸钪焙烧时发生反应的化学方程式：2Sc2(C2O4)3+3O2
2Sc2O3+12CO2
【答案】D
【解析】钛白酸性废水(主要含Ti4+、Fe2+、Sc3+)萃取分液后，酸洗时加入H2O2
的目的是将Fe2+氧化为Fe3+，用NaOH 溶液反萃取后过滤，“滤渣Ⅰ”的主要
成分是Ti(OH)4、Fe(OH)3、Sc(OH)3，加入10%的盐酸调pH 的目的是将Sc(OH)3
转化为含Sc3+的溶液，再加入草酸溶液得到草酸钪，草酸钪与氧气焙烧生成
Sc2O3。“操作Ⅰ”是过滤，需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗，B 项错误。
4.用含少量FeS 的废铁屑为原料制备FeCO3的流程如图：
下列说法错误的是( )
A.“除油”中适当提高温度有利于去除油污
B.“浸出”中炭黑的作用是加快铁屑溶解
C.“浸出”产生的气体主要是H2S
D.“沉铁”发生反应的离子方程式为Fe2++2HCO3
−===FeCO3↓+CO2↑+H2O
【答案】C
【解析】“除油”中适当提高温度可促进碳酸钠的水解，使溶液碱性增强，有
利于油脂的水解，故A 正确；“浸出”中炭黑、铁屑和稀硫酸构成原电池，铁
屑作负极，可加快铁屑溶解，故B 正确。
5.以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O 的过程如图所示：
硼镁泥的主要成分如下表：
MgO
SiO2
FeO、Fe2O3
30%~40%
20%~25%
5%~15%
CaO
Al2O3
B2O3
2%~3%
1%~2%
1%~2%
回答下列问题：
(1)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是 、 。
(2)判断“除杂”基本完成的检验方法是 。
(3)分离滤渣3 应趁热过滤的原因是 。
【答案】(1)氧化亚铁离子 调节溶液pH，促进铁离子、铝离子转化为沉淀
(2)取少量上层清液于洁净试管中，滴入几滴KSCN 溶液，若无明显现象，则证
明除杂基本完成 (3)除去硫酸钙，防止硫酸镁结晶析出
