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微專題7　化學(xué)工藝流程
綱舉目張
　化學(xué)工藝流程(選擇題)
1. (2021·江蘇卷)通過如圖實驗可從I2的CCl4溶液中回收I2。下列說法正確的是(D)
A. NaOH溶液與I2反應(yīng)的離子方程式：I2＋2OH－===I－＋I(xiàn)O＋H2O
B. 通過過濾可將水溶液與CCl4分離
C. 向加酸后的上層清液中滴加AgNO3溶液生成AgI沉淀，1個AgI晶胞(見圖)中含14個I－
D. 回收的粗碘可通過升華進(jìn)行純化
【解析】 NaOH溶液與I2反應(yīng)生成碘離子、碘酸根離子和水，正確的離子方程式為3I2＋6OH－===5I－＋I(xiàn)O＋3H2O，A錯誤；水與四氯化碳的混合液會分層，應(yīng)該通過分液分離，通過過濾操作無法將水溶液與CCl4分離，B錯誤；由圖可知，8個頂點和6個面心上各含有1個I－，利用均攤法可知，1個AgI晶胞中含有I－的數(shù)目為8×＋6×＝4，C錯誤；由于碘單質(zhì)受熱易升華，則回收的粗碘可通過升華進(jìn)行純化，D正確。
　浸取率、萃取(反萃取)與化學(xué)計算
2. (2023·江蘇卷)廢催化劑的回收?；厥誚2O5-WO3/TiO2廢催化劑并制備NH4VO3的過程可表示如下：
酸浸時，加料完成后，以一定速率攪拌反應(yīng)。提高釩元素浸出率的方法還有升高反應(yīng)溫度、延長酸浸時間等。
3. (2024·江蘇卷節(jié)選)回收磁性合金釹鐵硼(Nd2Fe14B)可制備半導(dǎo)體材料鐵酸鉍和光學(xué)材料氧化釹。
(1)釹鐵硼在空氣中焙燒轉(zhuǎn)化為Nd2O3、Fe2O3等(忽略硼的化合物)，用0.4 mol/L鹽酸酸浸后過濾得到NdCl3溶液和含鐵濾渣。Nd、Fe浸出率隨浸取時間變化如圖所示。
① 含鐵濾渣的主要成分為Fe2O3(填化學(xué)式)。
② 浸出初期Fe浸出率先上升后下降的原因是浸出初期，c(H＋)較大，鐵的浸出率較大，約5 min后，溶液酸性減弱，F(xiàn)e3＋水解生成Fe(OH)3進(jìn)入濾渣。
(2)含鐵濾渣用硫酸溶解，經(jīng)萃取、反萃取提純后，用于制備鐵酸鉍。
① 用含有機(jī)胺(R3N)的有機(jī)溶劑作為萃取劑提純一定濃度的Fe2(SO4)3溶液，原理為(R3NH)2SO4＋Fe3＋＋SO＋H2OH＋＋(R3NH)2Fe(OH)(SO4)2(有機(jī)層)。已知：(R3NH)2SO4＋H＋＋HSO??2(R3NH·HSO4)，其他條件不變，水層初始pH在0.2～0.8范圍內(nèi)，隨水層pH增大，有機(jī)層中Fe元素含量迅速增多的原因是隨水層pH增大，H＋的濃度減小，反應(yīng)(R3NH)2SO4＋Fe3＋＋SO＋H2OH＋＋(R3NH)2Fe(OH)(SO4)2的平衡正向移動，(R3NH)2SO4＋H＋＋HSO??2(R3NH·HSO4)的平衡逆向移動，(R3NH)2SO4濃度增大，進(jìn)一步促進(jìn)萃取平衡向萃取方向移動，導(dǎo)致(R3NH)2Fe(OH)(SO4)2的濃度增大，有機(jī)層中Fe元素含量迅速增多。
②反萃取后，F(xiàn)e2(SO4)3經(jīng)轉(zhuǎn)化可得到鐵酸鉍。
4. (2021·江蘇卷)以鋅灰(含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2)和Fe2(SO4)3為原料制備的ZnFe2O4脫硫劑，可用于脫除煤氣中的H2S。脫硫劑的制備、硫化、再生過程如圖：
(1)“除雜”包括加足量鋅粉、過濾加H2O2氧化等步驟。除Pb2＋和Cu2＋外，與鋅粉反應(yīng)的離子還有Fe3＋、H＋(填化學(xué)式)。
(2)“調(diào)配比”前，需測定ZnSO4溶液的濃度。準(zhǔn)確量取2.50 mL除去Fe3＋的ZnSO4溶液于100 mL容量瓶中，加水稀釋至刻度；準(zhǔn)確量取20.00 mL稀釋后的溶液于錐形瓶中，滴加氨水調(diào)節(jié)溶液pH＝10，用0.015 0 mol/L EDTA(Na2H2Y)溶液滴定至終點(滴定反應(yīng)為Zn2＋＋Y4－===ZnY2－)，平行滴定3次，平均消耗EDTA溶液25.00 mL。計算ZnSO4溶液的物質(zhì)的量濃度(寫出計算過程)。
答案：根據(jù)Zn2＋＋Y4－===ZnY2－可知，20.00 mL稀釋后的溶液中含ZnSO4的物質(zhì)的量為25.00×10－3 L×0.015 0 mol/L＝3.75×10－4 mol；ZnSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為 mol/L＝0.750 mol/L
(3)400 ℃時，將一定比例 H2、CO、CO2和H2S 的混合氣體以一定流速通過裝有ZnFe2O4脫硫劑的硫化反應(yīng)器。
①硫化過程中ZnFe2O4與H2、H2S反應(yīng)生成ZnS和FeS，其化學(xué)方程式為ZnFe2O4＋3H2S＋H2ZnS＋2FeS＋4H2O。
②硫化一段時間后，出口處檢測到COS。研究表明ZnS參與了H2S與CO2生成COS的反應(yīng)，反應(yīng)前后 ZnS的質(zhì)量不變，該反應(yīng)過程可描述為ZnS＋CO2===ZnO＋COS、ZnO＋H2S===ZnS＋H2O。
(4)將硫化后的固體在N2∶O2＝95∶5(體積比)的混合氣體中加熱再生，固體質(zhì)量隨溫度變化的曲線如圖所示。在280～400 ℃范圍內(nèi)，固體質(zhì)量增加的主要原因是ZnS和FeS部分被氧化為硫酸鹽。
【解析】 (1)鋅灰中含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2，加入稀硫酸浸取，SiO2和硫酸不反應(yīng)，所得溶液中含有Zn2＋、Pb2＋、Cu2＋、Fe3＋、H＋，加入足量鋅粉，除Pb2＋和Cu2＋外，與鋅粉反應(yīng)的離子還有Fe3＋、H＋。(3)①硫化過程中，ZnFe2O4與H2、H2S反應(yīng)生成ZnS和FeS，鐵元素化合價由＋3降低為＋2，氫氣中H元素化合價由0升高為＋1，根據(jù)得失電子守恒，寫出化學(xué)方程式。②硫化一段時間后，出口處檢測到COS，表明ZnS參與了H2S與CO2生成COS的反應(yīng)，反應(yīng)前后ZnS的質(zhì)量不變，ZnS為催化劑，該反應(yīng)過程可描述為ZnS＋CO2===ZnO＋COS、ZnO＋H2S===ZnS＋H2O。(4)在280～400 ℃范圍內(nèi)，ZnS和FeS與O2反應(yīng)，部分被氧化為硫酸鹽，固體質(zhì)量增加。
5. (2018·江蘇卷)以高硫鋁土礦(主要成分為Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金屬硫酸鹽)為原料，生產(chǎn)氧化鋁并獲得Fe3O4的部分工藝流程如下：
(1)焙燒過程均會產(chǎn)生SO2，寫出用NaOH溶液吸收過量SO2的離子方程式：SO2＋OH－===HSO。
(2)添加1% CaO和不添加CaO的礦粉焙燒，硫去除率隨溫度變化曲線如圖所示。
已知：多數(shù)金屬硫酸鹽的分解溫度都高于600 ℃。硫去除率＝×100%。　
①不添加CaO的礦粉在低于500 ℃焙燒時，去除的硫元素主要來源于FeS2。
②700 ℃焙燒時，添加1% CaO的礦粉硫去除率比不添加CaO的礦粉硫去除率低，其主要原因是硫元素與CaO反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CaSO4而留在礦粉中。
(3)向“過濾”得到的濾液中通入過量CO2，鋁元素存在的形式由Na[Al(OH)4](填化學(xué)式，下同)轉(zhuǎn)化為Al(OH)3。
(4)“過濾”得到的濾渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3與FeS2混合后在缺氧條件下焙燒生成Fe3O4和SO2，理論上完全反應(yīng)消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝1∶16。
【解析】 (1)過量的SO2與NaOH反應(yīng)生成NaHSO3，對應(yīng)的離子方程式為SO2＋OH－===HSO。(2)①已知多數(shù)金屬硫酸鹽的分解溫度都高于600 ℃，則在低于500 ℃焙燒時，去除的硫元素主要來自FeS2。②若礦粉中添加CaO,2CaO＋2SO2＋O22CaSO4，硫酸鈣分解溫度高，不易分解，留在礦粉中，使得硫去除率降低。(3)堿浸時，礦粉中的Al2O3與NaOH反應(yīng)生成可溶性的Na[Al(OH)4]進(jìn)入濾液中，向濾液中通入過量CO2，則發(fā)生反應(yīng)Na[Al(OH)4]＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3，故鋁元素存在的形式由Na[Al(OH)4]轉(zhuǎn)化為Al(OH)3。(4)根據(jù)反應(yīng)：＋ ―→Fe3O4＋2SO2，根據(jù)得失電子守恒，列式：x＋2x[4－(－1)]＝2y，解得x∶y＝1∶16，即n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝1∶16。
　化學(xué)工藝流程題的命題特點
1. 流程圖的結(jié)構(gòu)特點
(1)跟蹤物質(zhì)，判斷濾渣、濾液中物質(zhì)，書寫物質(zhì)的化學(xué)式(或電子式)。
(2)分析每個步驟中可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，書寫化學(xué)(或離子)方程式。
2. 原料處理
(1)粉碎 ：將礦石粉碎的目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率。
(2)焙燒的目的：
①高溫下，硫化物與空氣中的O2反應(yīng)(如FeS2與O2反應(yīng)生成Fe2O3和SO2)；
②除去硫、碳單質(zhì)；
③除去有機(jī)物等。
(3)酸浸與堿浸：
①酸浸的主要目的是將礦石(或原料)中金屬、金屬氧化物等轉(zhuǎn)化為可溶性的金屬離子；
②堿浸的主要目的一般是除去原料中的油脂、溶解兩性氧化物(如氧化鋁)等；氨水還能與金屬離子形成配離子進(jìn)入溶液。
(4)提高浸取率的主要方法：
①將礦石粉碎；
②適當(dāng)加熱；
③充分?jǐn)嚢瑁?br/>④適當(dāng)提高浸取液的濃度；
⑤適當(dāng)延長浸取時間等。
[注意事項]
①分析“浸出率”圖表，解釋“浸出率”發(fā)生高低變化的原因：“浸出率”升高，一般是反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)速率加快；但當(dāng)“浸出率”達(dá)到最大值后，溫度升高，“浸出率”反而下降，一般是因為反應(yīng)試劑的分解或揮發(fā)。
②試題?？疾樵诠I(yè)生產(chǎn)中控制浸取的最佳條件，即選擇達(dá)到最高“浸出率”的時間、溫度等。
③雖然提高浸取液的濃度(如提高稀硫酸的濃度)，往往有利于提高浸取率，但是酸又不能提高的太多，因后續(xù)除雜流程中還會需要加入堿性物質(zhì)來提高溶液的pH。
3. 除雜方法
(1)形成氫氧化物沉淀
①在酸性條件下，常將Fe2＋氧化為Fe3＋，便于在后續(xù)步驟中轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去。氧化劑為H2O2時，反應(yīng)的離子方程式為2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，溫度不能太高的原因：防止H2O2揮發(fā)和分解；氧化劑為MnO2時，反應(yīng)的離子方程式為MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O。
②通過計算使Al3＋、Fe3＋等形成Al(OH)3、Fe(OH)3 沉淀完全時的c(OH－)，控制溶液pH在一定范圍(在酸性條件下)，將金屬雜質(zhì)離子 Al3＋、Fe3＋除去。
例　用某工廠廢液(含F(xiàn)eSO4和少量ZnSO4、MgSO4)制備Fe3O4的工藝流程如圖所示：
①操作a、b的名稱為過濾。
②除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋。已知Fe(OH)3、Fe(OH)2、Mn(OH)2開始沉淀和沉淀完全時的pH如表所示：
物質(zhì) 開始沉淀 沉淀完全
Fe(OH)3 2.7 3.7
Fe(OH)2 7.6 9.6
Mn(OH)2 8.3 9.8
若Fe2＋沉淀完全，則大部分Mn2＋與Fe2＋共同沉淀，無法有效分離；若先將Fe2＋氧化為Fe3＋，可使Fe3＋沉淀完全而Mn2＋不沉淀。故先用氧化劑將Fe2＋氧化為Fe3＋，再調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為3.7～8.3，使Fe3＋沉淀完全而Mn2＋不沉淀。
(2)調(diào)節(jié)溶液pH常用試劑
①酸性物質(zhì)：稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、酸性氣體(二氧化硫)等；
堿性物質(zhì)：氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉、碳酸氫銨、金屬氧化物等；
②緩沖溶液：如醋酸與醋酸鈉(酸性)、氨水與氯化銨(堿性)。
(3)形成氟化物、硫化物、碳酸鹽沉淀
①加入NaF 或NH4F可使Ca2＋ 、Mg2＋形成CaF2、 MgF2沉淀而除去；此時要注意溶液的酸性不能太強，否則會降低F－的濃度；
②加入Na2S可使Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋、Hg2＋形成CuS、ZnS、FeS、HgS沉淀。也可以用一些Ksp較大的硫化物(如FeS、MnS等)通過沉淀轉(zhuǎn)化使某些金屬離子轉(zhuǎn)化為更難溶的硫化物；
③加入Na2CO3或NH4HCO3可使Mg2＋和Fe2＋形成MgCO3、FeCO3沉淀而除去。
常見的轉(zhuǎn)化為碳酸鹽沉淀類型如下：
類型 離子方程式
用Na2CO3沉淀Zn2＋ Zn2＋＋ CO===ZnCO3↓
用NH4HCO3沉淀Co2＋ Co2＋＋2HCO===CoCO3↓＋H2O＋CO2↑
用NH4HCO3-氨水沉淀Mn2＋　 Mn2＋＋HCO＋ NH3·H2O===MnCO3↓＋ NH＋H2O
用NH3(先)＋CO2(后)沉淀Ca2＋　 Ca2＋＋CO2＋2NH3＋H2O===CaCO3↓＋2NH
注意：①M2＋＋2HCO===MCO3↓＋H2O＋CO2↑(M2＋＝Ca2＋、Fe2＋、Mn2＋、Co2＋、Ni2＋)。②Cu2＋、Zn2＋等與HCO生成堿式碳酸鹽沉淀，如6HCO＋3Zn2＋===ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓＋5CO2↑
(4)用單質(zhì)進(jìn)行置換，如可用Zn置換Cu2＋。
(5)萃取與反萃取
①如果萃取劑與雜質(zhì)離子反應(yīng)，那么萃取后有機(jī)相就應(yīng)棄去。因為萃取劑一般是有機(jī)酸，萃取時加堿利于萃取平衡正向移動。
②如果萃取劑與目標(biāo)產(chǎn)物的離子反應(yīng)，那么萃取后有機(jī)相就要加酸進(jìn)行反萃取。
③萃取劑的選擇：
例1　已知萃取劑A、B中，pH對Co2＋、Mn2＋萃取率的影響如圖所示：
為了除去Mn2＋，應(yīng)選擇萃取劑B(填“A”或“B”)。
例2　萃取劑對Al3＋、Co2＋萃取率與pH的關(guān)系如圖所示：
萃取分離Co2＋、Al3＋的實驗操作： 向萃取分液后的有機(jī)相中加稀硫酸調(diào)pH＝3～4，分液可得CoSO4溶液，繼續(xù)向萃取分液后的有機(jī)相中加稀硫酸調(diào)pH至0.5以下(或1以下)，然后分液，可得 Al2(SO4)3溶液。
④提高萃取效率的方法：可以采取“萃取劑總量一定，多次少量”的方法加入萃取劑。
[及時鞏固]
(1)萃取分離溶液中鈷、鋰的萃取率與平衡時溶液pH的關(guān)系如圖所示：
pH一般選擇5左右，理由是pH在5左右時，鈷、鋰的分離效率最高。
(2)實驗室從含碘廢液(除H2O外，含有CCl4、I2、I－等)中回收碘，其實驗流程如圖所示：
　
向含碘廢液中加入稍過量的 Na2SO3 溶液，將廢液中的I2還原為I－，該操作的目的是使碘從四氯化碳層進(jìn)入水層。
(3)釩及其化合物在工業(yè)上有許多用途。從廢釩(主要成分為V2O3、V2O5、Fe2O3、FeO、SiO2)中提取五氧化二釩的一種工藝流程如圖：
已知：①VOSO4能溶于水，VO2＋與Fe不能反應(yīng)；②有機(jī)溶劑H2R對VO2＋及Fe3＋萃取率高，但不能萃取Fe2＋。溶劑“萃取與反萃取”可表示為VO2＋＋H2RVOR＋2H＋。為了提高VO2＋的產(chǎn)率，反萃取劑可選用C(填字母)。
A. NaCl　 B. NaOH　
C. H2SO4
(4)制取鈷的氧化物的部分流程如圖：
已知：萃取時發(fā)生的反應(yīng)為Co2＋＋n(HA)2??CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。
萃取、反萃?。杭尤肽秤袡C(jī)酸萃取劑(HA)2，向萃取所得有機(jī)相中加入H2SO4，反萃取得到水相。該工藝中設(shè)計萃取、反萃取的目的是分離提純并富集Co2＋。
4. 目標(biāo)產(chǎn)物的生成與提純
(1)核心反應(yīng)：提純后，加入有關(guān)試劑，控制反應(yīng)條件，生成目標(biāo)產(chǎn)物。
(2)物質(zhì)的分離：一般涉及過濾、蒸發(fā)、萃取、分液、蒸餾等方法。
①從溶液中得到晶體的過程：蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過濾→(洗滌、干燥)。
②需要加熱得到的晶體(或物質(zhì))：蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾。
③需要冷卻得到的晶體(或物質(zhì))：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶。
例1　制備MnSO4·H2O晶體。已知溶解度曲線(如圖1)，MnSO4·H2O晶體在曲線拐點右側(cè)。操作方法：滴加稀硫酸酸化，蒸發(fā)濃縮，溫度高于40 ℃，趁熱過濾，用酒精洗滌，低溫干燥。
圖1
例2　制備FeSO4·7H2O晶體。已知溶解度曲線(如圖2)，F(xiàn)eSO4·7H2O晶體在曲線拐點左側(cè)。操作方法：加熱濃縮，得到60 ℃飽和溶液，冷卻至0 ℃結(jié)晶，過濾，用少量冰水洗滌，低溫干燥。
圖2
例3　由圖3確定方法。制備KNO3：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶(過濾、洗滌、干燥)；制備KCl：蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾(洗滌、干燥)。由圖4確定方法。制備無水Na2SO3：溫度高于34 ℃，蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾(洗滌、干燥)。
圖3 圖4
(3)產(chǎn)品純度或產(chǎn)率計算。
　物質(zhì)的跟蹤與答題(學(xué)用P126)
1. 物質(zhì)的跟蹤
原料到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化：比對原料與產(chǎn)品，確定要除去什么元素，要引進(jìn)什么元素。
(1)沉淀成分的判斷
考查角度 舉例 濾渣的成分(填化學(xué)式)
原料中不參與反應(yīng)的物質(zhì) 蛇紋石是一種富鎂硅酸鹽礦物的總稱，工業(yè)上由蛇紋石(主要成分MgO、FeO和Fe2O3、Al2O3、SiO2)制取堿式碳酸鎂產(chǎn)品的流程如下： 濾渣a為SiO2
原料中不參與反應(yīng)的物質(zhì)及過量的反應(yīng)物 以電石渣[主要成分為Ca(OH)2和CaCO3]為原料制備KClO3的流程如圖： 濾渣為CaCO3、Ca(OH)2
原料中不參與反應(yīng)的物質(zhì)及生成物 某粉煤灰經(jīng)預(yù)處理后含Cu2O、SiO2、Al2O3、FeO，一種綜合利用工藝設(shè)計的流程如下：已知：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O 濾渣Ⅰ為SiO2、Cu
雜質(zhì)轉(zhuǎn)化的物質(zhì) 工業(yè)上利用廢鐵屑(含少量氧化鋁、氧化鐵等)生產(chǎn)堿式硫酸鐵[Fe(OH)SO4，堿式硫酸鐵易溶于水]的工藝流程如圖： 濾渣為Al(OH)3
(2)對所加試劑的要求
試劑 目的 追問
硫酸 酸溶 酸液不能加過多，否則會造成后續(xù)調(diào)pH時消耗過多試劑
鹽酸 酸溶 鹽酸不能加過多，否則后續(xù)可能會與KMnO4等氧化劑反應(yīng)并生成有毒氣體Cl2
堿液 堿溶(溶解Al、Al2O3等物質(zhì)) 堿液不能加過多，否則會造成后續(xù)調(diào)pH時消耗過多試劑
SO2 作還原劑(還原MnO2、Fe3＋等) 溫度不宜過高，溫度越高，SO2的溶解度越小
Na 2SO3 作還原劑(還原MnO2、Fe3＋等) 實際用量高于理論量的原因是部分Na 2SO3被空氣中的O2氧化
NH4F、NaF 除去Ca2＋、Mg2＋ pH太小，Ca2＋、Mg2＋去除率降低的原因：pH太小，溶液中的F－與H＋結(jié)合生成HF，使溶液中的F－濃度減小
Na2S、FeS 除重金屬離子(如Cu2＋、Hg2＋) pH太小，Cu2＋、Hg2＋去除率降低的原因：pH太小，溶液中的S2－與H＋結(jié)合生成HS－、H2S，使溶液中的S2－濃度減小
(3)條件的控制的目的
控制溶液的pH ①使某種或幾種金屬離子轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，而目標(biāo)離子不生成沉淀，以達(dá)到分離的目的(常利用題給金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH信息，選擇pH范圍，使雜質(zhì)離子以氫氧化物形式沉淀出來)；②“酸作用”可除去氧化物(膜)、抑制某些金屬離子的水解等；③“堿作用”可除去油污、除去鋁片表面的氧化膜、溶解鋁等；④金屬離子的萃取率與溶液的pH 密切相關(guān)
例　以軟錳礦(主要成分為MnO2，含少量鐵的氧化物)制備高純MnCO3。流程如圖：①酸溶還原時，MnO2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O。②常溫下，已知：Ksp[Mn(OH)2]＝2×10－13、Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39。工業(yè)上，當(dāng)某離子濃度小于1×10－6 mol/L時，認(rèn)為該離子已除凈。氧化后所得溶液中c(Mn2＋)＝0.2 mol/L，為使溶液中Fe3＋除凈，調(diào)節(jié)pH的范圍應(yīng)為3～8【解析】 ①酸溶還原時，MnO2將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原為二價錳離子。②Fe3＋除凈時，c(OH－)＝＝ mol/L＝1×10－11 mol/L，pH＝3；錳離子開始沉淀時，c(OH－)＝＝ mol/L＝1×10－6 mol/L，pH＝8，故應(yīng)調(diào)節(jié)pH的范圍是3～8。
控制溶液的pH 調(diào)節(jié)溶液pH常用試劑：①稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、酸性氣體(二氧化硫)等；②氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉、碳酸氫銨、金屬氧化物等
控制溫度(常用水浴、冰水浴或油浴) ①控制反應(yīng)速率(升溫加快反應(yīng)速率)、適宜的溫度使催化劑的活性最大、防止副反應(yīng)的發(fā)生；②控制化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向，使化學(xué)平衡發(fā)生移動；③升溫：使溶液中的氣體逸出，使易揮發(fā)的物質(zhì)揮發(fā)，使易分解的物質(zhì)分解；煮沸：使氣體逸出；促進(jìn)水解，聚沉后便于過濾分離；④控制溫度，結(jié)晶與過濾
2. 循環(huán)物質(zhì)的確定
考查角度 舉例 可循環(huán)物質(zhì)
可逆反應(yīng)的反應(yīng)物 N2、H2
前面步驟的反應(yīng)物，后面步驟的生成物 以菱錳礦(主要成分為MnCO3，還含有FeCO3、CaCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgCO3等雜質(zhì))為原料制備二氧化錳的工藝流程如圖：已知：草酸鈣、草酸鎂不溶于水 硫酸
箭頭回頭 聯(lián)堿法(侯氏制堿法)和氨堿法的生產(chǎn)流程簡要表示如圖： 母液、CO2
　有關(guān)圖像曲線的分析與答題
1. 影響化學(xué)反應(yīng)速率
·OH是一種重要的活性基團(tuán)，·OH容易發(fā)生淬滅?！H可用于脫除苯酚生成CO2。其他條件不變時，不同溫度下苯酚的濃度隨時間的變化如圖所示。
0～20 min內(nèi)，50 ℃的化學(xué)反應(yīng)速率與40 ℃的基本相同，原因是0～20 min，與40 ℃相比，50 ℃時溫度較高化學(xué)反應(yīng)速率加快，·OH更易發(fā)生淬滅，導(dǎo)致c(·OH)下降。
[歸納總結(jié)] 出現(xiàn)矛盾結(jié)論可能的原因：
改變條件 正常情況 反常情況 可能的原因
升高溫度 速率增大 速率減小 催化劑失活
速率不變 反應(yīng)物中有易分解的物質(zhì)
減小濃度 速率減小 速率增大 反應(yīng)為放熱反應(yīng)
加入反應(yīng)物 速率增大 速率不變 化學(xué)反應(yīng)速率很慢
2. 影響浸取率
(1)溫度、水解程度影響浸取率
用稀硫酸浸取氧化鐵，當(dāng)溫度超過100 ℃時，鐵浸取率反而減小，原因是溫度超過100 ℃時，F(xiàn)e3＋水解反應(yīng)速率明顯加快，導(dǎo)致Fe3＋濃度降低。
圖1 圖2
(2)溫度、物質(zhì)的穩(wěn)定性影響浸取率
(NH4)2S溶液浸取濾渣時的反應(yīng)為(n－1)S＋S2－===S，單質(zhì)硫浸取率隨溫度變化曲線如圖2所示。
溫度高于30 ℃，單質(zhì)硫浸取率下降的可能原因是硫化銨受熱分解，導(dǎo)致S2－濃度減小，硫單質(zhì)浸取率下降。
(3)溫度、氣體的溶解度影響浸取率
其他條件相同時，用SO2還原浸出Cu(AsO2)2 1 h，不同溫度下砷的浸出率如圖。
隨著溫度升高，砷的浸出率先增大后減小的原因是升溫能加快反應(yīng)速率，同時溫度升高SO2的溶解度減小，反應(yīng)速率減小，T＜60 ℃，升溫對反應(yīng)速率影響大，T＞60 ℃，SO2的溶解度減小對反應(yīng)速率影響大。
(4)錳浸出率與浸出過程中時間和液固比的關(guān)系分別如圖甲、圖乙所示。
　
則適宜的浸出時間和液固比分別為60 min、3。
3. 影響產(chǎn)率
克勞斯法：2H2S(g)＋O2(g)??S2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－314 kJ/mol。
(1)用克勞斯法處理H2S時，研究人員對反應(yīng)條件對S2產(chǎn)率的影響進(jìn)行了如下研究。其他條件相同時，相同時間內(nèi)，S2產(chǎn)率隨溫度的變化如圖1所示。由圖1可見隨著溫度升高，S2產(chǎn)率先增大后減小，原因是反應(yīng)未達(dá)到平衡時，升高溫度，S2的生成速率增大，單位時間S2的生成量增大，轉(zhuǎn)化率增大，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，升高溫度，平衡逆向移動，S2的轉(zhuǎn)化率減小。
圖1 圖2
(2)其他條件相同時，相同時間內(nèi)，S2產(chǎn)率隨值的變化如圖2所示。值過高不利于提高S2產(chǎn)率，可能的原因是O2濃度過高，H2S和O2會反應(yīng)生成SO2，導(dǎo)致S2產(chǎn)率減小。
　控制溶液的酸堿性、物質(zhì)的除雜、物質(zhì)的跟蹤與相關(guān)計算
例1　(2024·蘇州)雷尼鎳(Raney-Ni)為一種鎳鋁合金，是不飽和化合物(烯烴、炔烴等)氫化反應(yīng)的高效催化劑。以銅鎳渣(主要含 Cu、Fe 和 Ni 等金屬)生產(chǎn)雷尼鎳的流程如下：
已知：鎳不溶于水，在稀酸中可緩慢溶解釋放出氫氣而產(chǎn)生Ni2＋，耐強堿。
(1)“濾渣”的成分是Cu(填化學(xué)式)；“酸浸”時為了提高銅鎳渣浸出的速率， 可以在“酸浸”前采取的措施為將銅鎳渣研成粉末等。
(2)在“除鐵”步驟中先加入H2O2，其作用是將溶液中Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋；而后加入NiO調(diào)節(jié)溶液pH至除鐵完全。若用NaOH替代NiO是(填“是”或“否”)會對鎳的電解產(chǎn)生影響。
(3)①“熔融合金”在“堿浸”步驟中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al＋6H2O＋2NaOH===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑。
②“雷尼鎳”是一種具有b(填字母)結(jié)構(gòu)的鎳鋁合金。
a. 致密性　　　 B. 多孔
③新制雷尼鎳可直接與烯烴發(fā)生氫化反應(yīng)，其原因是鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，形成多孔結(jié)構(gòu)，吸附反應(yīng)生成的氫氣。
(4)硫酸鎳銨[(NH4)xNiy(SO4)z·nH2O]常用于電鍍領(lǐng)域。為測定其組成，進(jìn)行如下實驗：
①稱取7.900 g樣品，配成500 mL溶液A。
②取50.00 mL溶液A，加足量NaOH濃溶液并加熱，生成NH3 89.60 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。
③另取50.00 mL 溶液A，用0.05 mol/L BaCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定其中的SO，進(jìn)行三次平行實驗，平均消耗80.00 mL BaCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液。通過計算確定硫酸鎳銨的化學(xué)式為(NH4)2Ni(SO4)2·6H2O(Ni—59)。
【解析】 (1)銅不與鹽酸反應(yīng)，因此“濾渣”的成分是Cu；“酸浸”時為了提高銅鎳渣浸出的速率，可以在“酸浸”前將銅鎳渣研成粉末。(2)在“除鐵”步驟中先加入H2O2，其作用是將溶液中Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋，便于生成Fe(OH)3沉淀，而后加入NiO調(diào)節(jié)溶液pH至除鐵完全；若用NaOH替代NiO，則Ni2＋與OH－反應(yīng)生成Ni(OH)2沉淀，電解時Ni2＋的量減少。(3)②“雷尼鎳”是高效催化劑，單位質(zhì)量接觸面積要大，因此“雷尼鎳”一種具有多孔結(jié)構(gòu)的鎳鋁合金。③新制雷尼鎳可直接與烯烴發(fā)生氫化反應(yīng)，其原因是鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，形成多孔結(jié)構(gòu)，吸附反應(yīng)生成的氫氣。(4)7.900 g樣品中含有n(NH)＝×＝0.04 mol，n(SO)＝0.05 mol/L×80.00×10－3 L×10＝0.04 mol，根據(jù)電荷守恒得到化學(xué)式為(NH4)2Ni(SO4)2·nH2O，根據(jù)×2＝0.04 mol，解得n＝6，則硫酸鎳銨的化學(xué)式為(NH4)2Ni(SO4)2·6H2O。
例2　(2024·蘇州名校聯(lián)考)某油脂廠廢棄的油脂氫化鎳催化劑主要成分為金屬Ni、Al、Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質(zhì)?；厥掌渲械逆囍苽淞蛩徭嚲w(NiSO4·6H2O)的工藝流程如下。
　
已知：Ksp[Ni(OH)2]＝10－15.6、
Ksp[Al(OH)3]＝10－32.9、
Ksp[Fe(OH)2]＝10－15、
Ksp[Fe(OH)3]＝10－37.4。
(1)在鎳催化下油脂氫化過程中發(fā)生的反應(yīng)類型為加成反應(yīng)；油脂氫化的優(yōu)點是油脂穩(wěn)定性提高，便于貯存。
(2)“濾液①”中主要溶質(zhì)的化學(xué)式為NaOH和Na[Al(OH)4]。
(3)加入H2O2溶液“轉(zhuǎn)化”后，溶液中大量減少的陽離子是Fe2＋、H＋。
(4)若“轉(zhuǎn)化”后溶液中c(Ni2＋)＝0.1 mol/L，則“調(diào)pH”應(yīng)控制的pH范圍是3.2～6.7。
(5)TG-DTA是指對同一個焙燒試樣同時進(jìn)行熱重(TG)和差熱(DTA)分析的同步熱分析技術(shù)。由NiSO4·6H2O的TG-DTA曲線可以同時得到焙燒試樣的質(zhì)量及焙燒過程熱效應(yīng)隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。當(dāng)DTA曲線中出現(xiàn)明顯的吸收峰時，說明該溫度區(qū)間發(fā)生吸熱反應(yīng)。
①通過計算確定500 ℃下焙燒產(chǎn)物的成分為NiSO4(計算過程見解析)(寫出計算過程，Ni—59)。
②900 ℃下，DTA曲線出現(xiàn)一個吸收峰的可能原因是生成的NiO晶體類型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，變化過程中吸收熱量。
【解析】 (1)在鎳催化下，油脂氫化過程是碳碳雙鍵和氫氣發(fā)生加成反應(yīng)，油脂氫化后使得油脂穩(wěn)定性提高，便于貯存。 (3)溶液Y為稀硫酸，加入H2O2溶液，將Fe2＋氧化為 Fe3＋，所以溶液中大量減少的陽離子是Fe2＋、H＋。(4)若“轉(zhuǎn)化”后溶液中c(Ni2＋)＝0.1 mol/L，應(yīng)控制的pH范圍為使得Fe3＋完全沉淀而Ni2＋不沉淀，已知Ksp[Fe(OH)3]＝10－37.4，所以Fe3＋完全沉淀時，c(OH－)＝＝ mol/L＝10－10.8 mol/L，則pH＝3.2，又Ksp[Ni(OH)2]＝10－15.6，Ni2＋開 始 沉 淀 時，c(OH－)＝＝ mol/L＝10－7.3 mol/L，則pH＝6.7，所以“調(diào)pH”應(yīng)控制的pH范圍是3.2～6.7 。(5)①由圖可知，500 ℃下，NiSO4·6H2O的質(zhì)量變化率為100%－58.9%＝41.1%，NiSO4·6H2O的相對分子質(zhì)量為263，所以500 ℃下失去的分子量為263×41.1%＝108，即相當(dāng)于失去6個H2O，所以此時焙燒產(chǎn)物的成分為NiSO4。②900 ℃時，剩余的分子量為263×28.5%＝75，則剩余固體為NiO,900 ℃之后，TG曲線不變，DTA曲線出現(xiàn)一個吸收峰，可能原因是生成的NiO晶體類型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，變化過程中吸收熱量。
　萃取與反萃取
例3　(2023·蘇錫常鎮(zhèn)一模)鈷的氧化物常用于制取催化劑和顏料等。以含鈷廢料(含Co2O3和少量Fe、Al、Mn、Ca、Mg等的氧化物及活性炭)為原料制取鈷的氧化物的流程如下。
已知：萃取時發(fā)生的反應(yīng)為Co2＋＋n(HA)2??CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。
(1)除Fe、Al：先加入NaClO3溶液，再加入Na2CO3溶液調(diào)節(jié)pH。寫出NaClO3氧化Fe2＋的離子方程式：6Fe2＋＋ClO＋6H＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O。
(2)除Ca、Mg：當(dāng)某離子濃度小于或等于1.0×10－6 mol/L時，認(rèn)為該離子已除盡。
① 為使Ca2＋、Mg2＋除盡，必須保持溶液中c(F－)≥0.01mol/L。
② 若調(diào)節(jié)溶液的pH偏低，將會導(dǎo)致Ca2＋、Mg2＋沉淀不完全，其原因是pH偏低，較多的F－與H＋形成弱酸HF，導(dǎo)致溶液中F－濃度減小，使Ca2＋、Mg2＋不能完全轉(zhuǎn)化為沉淀
[Ksp(CaF2)＝1.0×10－10，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11，Ka(HF)＝3.5×10－4]。
(3)萃取、反萃?。杭尤肽秤袡C(jī)酸萃取劑(HA)2，實驗測得Co2＋萃取率隨pH的變化如圖所示。向萃取所得有機(jī)相中加入H2SO4，反萃取得到水相。
① 該工藝中設(shè)計萃取、反萃取的目的是分離提純并富集Co2＋的濃度。
② Co2＋萃取率隨pH升高先增大后減小的可能原因是當(dāng)pH<6.5時，隨著pH升高，溶液中c(H＋)減小，萃取平衡正向移動，更多的Co2＋與萃取劑反應(yīng)，當(dāng)pH>6.5時，隨著pH升高，溶液中c(OH－)增大，Co2＋與OH－形成Co(OH)2沉淀。
【解析】 (2)① Ksp(CaF2)＝1.0×10－10，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11，則氟化鈣溶解度更大，使鈣離子除盡，則需要保證氟離子濃度至少為＝ mol/L＝0.01 mol/L。② 若調(diào)節(jié)溶液的pH偏低，則c(H＋)過大，F(xiàn)－與H＋形成弱酸HF，而導(dǎo)致溶液中F－濃度減小，使Ca2＋、Mg2＋不能完全轉(zhuǎn)化為沉淀。(3)① 該工藝中設(shè)計萃取、反萃取的目的是將Co2＋從濾液中提取到有機(jī)層中，然后分液后再反萃取到水層中，實現(xiàn)Co2＋的提取和富集。② 隨著pH升高，c(H＋)減小，Co2＋＋n(HA)2??CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋平衡正向移動，導(dǎo)致Co2＋萃取率升高；若pH過高，則Co2＋轉(zhuǎn)化為Co(OH)2沉淀，導(dǎo)致Co2＋萃取率下降。
　化學(xué)工藝流程與曲線分析
例4　(2024·淮安市5校)鎳酸鋰(LiNiO2)是一種具有潛力的鋰離子材料。以鎳催化劑廢渣(主要成分是 Ni，含少量 Zn、Fe、CaO、SiO2等雜質(zhì))為原料制備鎳酸鋰的流程如下。
　
(1)“除鐵”步驟中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe2＋＋ClO－＋5H2O===2Fe(OH)3↓＋Cl－＋4H＋。
(2)“除鈣”操作不能在玻璃儀器中進(jìn)行，其原因是在酸性溶液中加入氟化銨，氟離子和氫離子會生成氫氟酸，氫氟酸會和玻璃中的二氧化硅反應(yīng)，腐蝕玻璃。
(3)已知濾渣3的主要成分是 CaF2，則“萃取”操作中加入的有機(jī)萃取劑的作用是除去溶液中的Zn2＋。
(4)有人認(rèn)為“除鈣”中可以用HF 代替NH4F，則“除鈣”時發(fā)生反應(yīng)：Ca2＋(aq)＋2HF(aq)===CaF2(s)＋2H＋(aq)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝1.0×103，則Ksp(CaF2)＝1.6×10－10(已知： 室溫下，HF 的電離平衡常數(shù) Ka＝4.0×10－4)。
(5)“酸浸”中，鎳浸出率與液固比(稀硫酸濃度一定時溶液體積與鎳渣質(zhì)量比)的關(guān)系如圖1所示， 最佳液固比為3。 當(dāng)液固比一定時， 鎳浸出率與溫度的關(guān)系如圖2所示，40 ℃之前，隨著溫度升高，鎳浸出率逐漸增大的主要原因是溫度升高，反應(yīng)速率加快，鎳浸出率增加。
圖1 圖2
(6)“沉鎳”時得到碳酸鎳(NiCO3)沉淀，在空氣中碳酸鎳和碳酸鋰共同“煅燒”可制得鎳酸鋰，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：4NiCO3＋2Li2CO3＋O24LiNiO2＋6CO2。
【解析】 (2)“除鈣”操作不能在玻璃儀器中進(jìn)行，其原因是在酸性溶液中加入氟化銨，氟離子和氫離子結(jié)合生成的氫氟酸和玻璃中的二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，腐蝕玻璃。(3)“萃取”操作中加入有機(jī)萃取劑的作用是除去溶液中的Zn2＋。(4)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝＝＝＝1.0×103，解得Ksp(CaF2)＝1.6×10－10。(5)由圖可知，液固比為3時，鎳浸出率已經(jīng)達(dá)到最高值，且再增加液固比，鎳浸出率不再提高，故最佳液固比為3；當(dāng)液固比一定時，40 ℃之前，隨著溫度升高，鎳浸出率逐漸增大的主要原因是溫度升高，反應(yīng)速率加快，鎳浸出率增加。
例5　(2023·蘇錫常鎮(zhèn)二調(diào))以硫酸燒渣(主要成分為Fe2O3和少量Fe3O4、Al2O3、SiO2等)為原料制備氧化鐵紅的工藝流程如下：
已知：Fe3＋＋3H2C2O4===Fe(C2O4)＋6H＋；Fe2＋＋H2C2O4===FeC2O4↓＋2H＋。
(1)“酸浸”時，使用草酸作為助劑可提高鐵浸取率，草酸加入量對鐵浸取率的影響如圖1所示。
①加入草酸能提高鐵浸取率的原因是Fe3＋和H2C2O4生成Fe(C2O4)，促進(jìn)草酸電離，溶液中H＋濃度增大；Fe3＋濃度降低，促進(jìn)燒渣中鐵氧化物與硫酸的反應(yīng)。
②草酸加入量大于20%時，鐵浸取率隨草酸加入量增加而減小的原因是Fe2＋與C2O反應(yīng)生成FeC2O4沉淀。
圖1 圖2
(2)“沉鐵”時，反應(yīng)溫度對鐵回收率的影響如圖2所示。
①FeSO4轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3的離子方程式為2Fe2＋＋H2O2＋4NH3·H2O===2Fe(OH)3↓＋4NH。
②反應(yīng)溫度超過35 ℃時，鐵回收率下降的原因是溫度升高，H2O2受熱被Fe3＋催化分解，使Fe2＋氧化不充分；氨水受熱揮發(fā)，氨水濃度減小，不利于Fe(OH)3的生成。
③“沉鐵”后過濾所得“母液”中含有的主要成分為硫酸銨和草酸銨[或(NH4)2C2O4]。
(3)“純化”時，加入NaOH溶液的目的是除去Fe(OH)3中含有的Al(OH)3雜質(zhì)。
【解析】 (1)①加入草酸后，F(xiàn)e3＋與H2C2O4發(fā)生反應(yīng)：Fe3＋＋3H2C2O4===Fe(C2O4)＋6H＋，溶液中c(H＋)增大，提高了浸取速率；另外，F(xiàn)e3＋濃度降低，可促進(jìn)燒渣中鐵氧化物與硫酸的反應(yīng)正向進(jìn)行。②當(dāng)草酸的量大于20%時，溶液中c(C2O)增大，F(xiàn)e2＋轉(zhuǎn)化成FeC2O4沉淀，導(dǎo)致鐵的浸取率降低。(2)②根據(jù)反應(yīng)2Fe2＋＋H2O2＋4NH3·H2O===2Fe(OH)3↓＋4NH可知，當(dāng)鐵的回收率降低時，可能與H2O2和NH3·H2O都有關(guān)，溫度升高時，H2O2受熱被Fe3＋催化分解，導(dǎo)致c(H2O2)減小，F(xiàn)e2＋氧化不充分，溫度過高時，氨水受熱揮發(fā)，導(dǎo)致c(NH3·H2O)減小，不利于Fe(OH)3的生成。③根據(jù)反應(yīng)的流程圖可知，溶液中的陰離子為SO和C2O，故母液中的主要溶質(zhì)為(NH4)2SO4和(NH4)2C2O4。(3)“酸浸”后所得殘渣中含有SiO2，“沉鐵”步驟后所得濾渣中含有Fe(OH)3和Al(OH)3，故加入NaOH的作用是除去Al(OH)3雜質(zhì)。
1. (2024·新課標(biāo)卷)鈷及其化合物在制造合金、磁性材料、催化劑及陶瓷釉等方面有著廣泛應(yīng)用。一種從濕法煉鋅產(chǎn)生的廢渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的單質(zhì)或氧化物)中富集回收得到含錳高鈷成品的工藝流程如下：
已知溶液中相關(guān)離子開始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10－5 mol/L)時的pH：
金屬離子 Fe3＋ Fe2＋ Co3＋ Co2＋ Zn2＋
開始沉淀的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
(1)“酸浸”前廢渣需粉碎處理，目的是增大固液接觸面積，加快酸浸速率，提高浸取效率；“濾渣1”中金屬元素主要為Pb。
(2)“過濾1”后的溶液中加入MnO2的作用是將溶液中的Fe2＋氧化為Fe3＋，以便在后續(xù)調(diào)pH時除去Fe元素。取少量反應(yīng)后的溶液，加入化學(xué)試劑K3[Fe(CN)6]溶液檢驗Fe2＋，若出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，需補加MnO2。
(3)“氧化沉鈷”中氧化還原反應(yīng)的離子方程式為3Co2＋＋MnO＋7H2O===3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋、3Mn2＋＋2MnO＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋。
(4)“除鈷液”中主要的鹽有ZnSO4、K2SO4(寫化學(xué)式)，殘留的Co3＋濃度為10－16.7mol/L。
【解析】 (1)在原料預(yù)處理過程中，粉碎固體原料能增大固體與液體的接觸面積，從而加快酸浸的反應(yīng)速率，提高浸取效率；由分析可知，“濾渣1”的主要成分為PbSO4，則“濾渣1”中金屬元素主要為Pb。(2)酸浸液中含有Co2＋、Zn2＋、Fe2＋、Fe3＋、SO等離子，由題表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)Fe3＋完全沉淀時，Co2＋未開始沉淀，而當(dāng)Fe2＋完全沉淀時，Co2＋已有一部分沉淀，因此為了除去溶液中的Fe元素且Co2＋不沉淀，應(yīng)先將Fe2＋氧化為Fe3＋，然后調(diào)節(jié)溶液的pH使Fe3＋完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，故MnO2的作用是將Fe2＋氧化為Fe3＋，以便在后續(xù)調(diào)pH時除去Fe元素；常用K3[Fe(CN)6]溶液檢驗Fe2＋，若生成藍(lán)色沉淀，則說明溶液中仍存在Fe2＋，需補加MnO2。(3)“氧化沉鈷”，加入強氧化劑KMnO4，將溶液中Co2＋氧化為Co3＋，在pH＝5時Co3＋形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4則被還原為MnO2，KMnO4還會與溶液中的Mn2＋發(fā)生歸中反應(yīng)生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物。(4)最終得到的“除鈷液”中含有的金屬離子主要是最初“酸浸”時與加入ZnO調(diào)pH時引入的Zn2＋、加入KMnO4“氧化沉鈷”時引入的K＋，而陰離子是在酸浸時引入的SO，因此其中主要的鹽有ZnSO4和K2SO4；由表可知，當(dāng)溶液pH＝1.1時，Co3＋恰好完全沉淀，此時溶液中c(Co3＋)＝1.0×10－5 mol/L，c(OH－)＝＝10－12.9 mol/L，則Ksp[Co(OH)3]＝1.0×10－5×(10－12.9)3＝10－43.7，“除鈷液”的pH＝5，即c(H＋)＝10－5 mol/L，則c(OH－)＝＝10－9 mol/L，此時溶液中c(Co3＋)＝＝ mol/L＝10－16.7 mol/L。
2. (2024·全國甲卷)鈷在新能源、新材料領(lǐng)域具有重要用途。某煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鈷、錳的＋2價氧化物及鋅和銅的單質(zhì)。從該廢渣中提取鈷的一種流程如下。
注：加沉淀劑使一種金屬離子濃度小于等于10－5 mol/L，其他金屬離子不沉淀，即認(rèn)為完全分離。
已知：①Ksp(CuS)＝6.3×10－36，Ksp(ZnS)＝2.5×10－22，Ksp(CoS)＝4.0×10－21。
②以氫氧化物形式沉淀時，lg c(M)和溶液pH的關(guān)系如圖所示。
(1)“酸浸”前，需將廢渣磨碎，其目的是增大固體與酸反應(yīng)的接觸面積，提高鈷元素的浸出率。
(2)“酸浸”步驟中，CoO發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是CoO＋H2SO4===CoSO4＋H2O。
(3)假設(shè)“沉銅”后得到的濾液中c(Zn2＋)和c(Co2＋)均為0.10 mol/L，向其中加入Na2S至Zn2＋沉淀完全，此時溶液中c(Co2＋)＝1.6×10－4mol/L，據(jù)此判斷能否實現(xiàn)Zn2＋和Co2＋的完全分離：不能(填“能”或“不能”)。
(4)“沉錳”步驟中，生成1.0 mol MnO2，產(chǎn)生H＋的物質(zhì)的量為4.0 mol。
(5)“沉淀”步驟中，用NaOH調(diào)pH＝4，分離出的濾渣是Fe(OH)3。
(6)“沉鈷”步驟中，控制溶液pH＝5.0～5.5，加入適量的NaClO氧化Co2＋，其反應(yīng)的離子方程式為2Co2＋＋5ClO－＋5H2O===2Co(OH)3↓＋Cl－＋4HClO。
(7)根據(jù)題中給出的信息，從“沉鈷”后的濾液中回收氫氧化鋅的方法是向濾液中滴加NaOH溶液，邊加邊攪拌，控制溶液的pH為8～12，靜置后過濾、洗滌、干燥。
【解析】 煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鈷、錳的＋2價氧化物及鋅和銅的單質(zhì)，經(jīng)稀硫酸酸浸時，銅不溶于稀硫酸進(jìn)入浸渣，鋅、鐵、鈷、錳的＋2價氧化物及鋅的單質(zhì)均轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的＋2價陽離子進(jìn)入溶液，鉛元素轉(zhuǎn)化為硫酸鉛沉淀進(jìn)入浸渣，酸浸液中通入硫化氫“沉銅”生成CuS沉淀；過濾后，濾液中加入Na2S2O8將錳離子氧化為二氧化錳而除去，同時亞鐵離子被氧化為鐵離子，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的pH＝4，鐵離子完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去，最后加入次氯酸鈉進(jìn)行“沉鈷”，得到Co(OH)3。(3)c(Zn2＋)和c(Co2＋)均為0.10 mol/L的濾液中，加入Na2S至Zn2＋沉淀完全，此時溶液中c(S2－)＝ mol/L＝2.5×10－17 mol/L，則c(Co2＋)＝ mol/L＝1.6×10－4 mol/L，c(Co2＋)小于0.10 mol/L，說明大部分Co2＋也轉(zhuǎn)化為硫化物沉淀，據(jù)此判斷不能實現(xiàn)Zn2＋和Co2＋的完全分離。(4)“沉錳”步驟中，Na2S2O8將Mn2＋氧化為二氧化錳除去，發(fā)生的反應(yīng)為S2O＋Mn2＋＋2H2O===MnO2↓＋4H＋＋2SO，因此，生成1.0 mol MnO2，產(chǎn)生H＋的物質(zhì)的量為4.0 mol。(5)“沉錳”步驟中，S2O同時將Fe2＋氧化為Fe3＋，“沉淀”步驟中用NaOH調(diào)pH＝4，F(xiàn)e3＋可以完全沉淀為Fe(OH)3，因此，分離出的濾渣是Fe(OH)3。(6)“沉鈷”步驟中，控制溶液pH＝5.0～5.5，加入適量的NaClO氧化Co2＋，為了保證Co2＋被完全氧化，NaClO要適當(dāng)過量，其反應(yīng)的離子方程式為2Co2＋＋5ClO－＋5H2O===2Co(OH)3↓＋Cl－＋4HClO。(7)當(dāng)pH＝8時，c(Zn2＋)＝10－5 mol/L，Zn2＋沉淀完全，當(dāng)pH＞12后氫氧化鋅會溶解轉(zhuǎn)化為[Zn(OH)4]2－，因此，從“沉鈷”后的濾液中回收氫氧化鋅時，控制pH范圍是8～12。
1. (2024·連云港)鎳的單質(zhì)及氧化物常用作催化劑。以含鎳廢渣(主要含Ni，還含少量NiO、Fe2O3和Al2O3)為原料可通過如下過程制取高純度NiO。
已知：①常溫時Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，Ksp[Al(OH)3]＝1×10－33，Ksp[Ni(OH)2]＝2×10－15，溶液中離子的濃度小于1×10－6 mol/L可認(rèn)為已除盡。②NiC2O4·2H2O難溶于水。
(1)“浸取”時，當(dāng)加料完成后，提高鎳元素浸出速率的方法有適當(dāng)升高溫度、增大稀硫酸濃度或攪拌。
(2)“浸取”后，測得溶液中Fe3＋、Al3＋和Ni2＋的物質(zhì)的量濃度分別為0.2 mol/L、0.1 mol/L和0.2 mol/L，則“除鋁鐵”時應(yīng)控制溶液的pH范圍為5≤pH<7 (設(shè)加入氨水時溶液體積不發(fā)生變化)。
(3)“沉鎳”后所得NiC2O4·2H2O中可能吸附含有少量(NH4)2SO4，若“沉鎳”時使用Na2C2O4溶液，則所得NiC2O4·2H2O中可能吸附含有少量Na2SO4，實際生產(chǎn)流程中用(NH4)2C2O4而不用Na2C2O4的原因是Na2C2O4溶液堿性強，會生成Ni(OH)2沉淀。
(4)雷尼鎳是一種多孔的單質(zhì)鎳，可用作催化劑，工業(yè)上可由鎳鋁合金制得。選擇合適的試劑，補充完整制取雷尼鎳的方法：取粉碎后的鎳鋁合金，加入20%的NaOH溶液堿浸，過濾、洗滌，真空干燥得到雷尼鎳(實驗中可選用的試劑：10%的稀硫酸、20%的NaOH溶液)。
(5)為測定某NiC2O4·2H2O產(chǎn)品的純度，現(xiàn)進(jìn)行如下實驗：準(zhǔn)確取2.400 g樣品，用足量硫酸溶解后，加水稀釋到250 mL，取25.00 mL所配溶液于錐形瓶中，加入12.00 mL0.0500 mol/L標(biāo)準(zhǔn)KMnO4溶液，振蕩使其充分反應(yīng)；向反應(yīng)后的溶液滴加0.03000 mol/L的(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液與過量的KMnO4反應(yīng)，恰好完全反應(yīng)時消耗(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液體積為20.00 mL，計算NiC2O4·2H2O產(chǎn)品的純度(寫出計算過程，雜質(zhì)不參與反應(yīng)，Ni—59)。實驗過程中反應(yīng)如下：
H＋＋C2O＋MnO―→Mn2＋＋CO2＋H2O(未配平)；H＋＋Fe2＋＋MnO―→Mn2＋＋Fe3＋＋H2O(未配平)。
答案：91.5%(計算過程見解析)
【解析】 (2)由溶度積常數(shù)可知，溶液中鋁離子完全沉淀時，鐵離子已經(jīng)完全沉淀，則由氫氧化鋁的溶度積可知，溶液中c(OH－)≥ mol/L＝1×10－9 mol/L，則溶液pH≥5；溶液中c(Ni2＋)＝0.2 mol/L，由氫氧化鎳溶度積可知，溶液中c(OH－)＝ mol/L＝1×10－7 mol/L，則溶液pH<7，所以除鋁鐵時應(yīng)控制溶液的pH范圍為5≤pH<7。(3)草酸鈉溶液的堿性強于草酸銨溶液，若實際生產(chǎn)流程中用草酸鈉溶液，溶液中的鎳離子可能轉(zhuǎn)化為氫氧化鎳沉淀，導(dǎo)致產(chǎn)率降低。(5)由得失電子守恒可得關(guān)系式：5C2O～2MnO，250 mL溶液中n(NiC2O4·2H2O)＝＝0.012 mol，則產(chǎn)品的純度為×100%＝91.5% 。
2. (2024·南京、鹽城一模)碲廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)。以碲銅廢料(主要含Cu2Te)為原料回收碲單質(zhì)的一種工藝流程如下：
已知：Ka1(H2C2O4)＝5.0×10－2，Ka2(H2C2O4)＝1.5×10－4，Ka1(H2TeO3)＝1.0×10－3，Ksp(CuC2O4)＝2.0×10－8。
(1)“氧化酸浸”得到CuSO4和H2TeO3，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu2Te＋4H2O2＋2H2SO4===H2TeO3＋2CuSO4＋5H2O。
(2)“沉銅”時Na2C2O4過多會導(dǎo)致Cu2＋與C2O生成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配離子[Cu(C2O4)2]2－，該配離子的結(jié)構(gòu)式為(不考慮立體異構(gòu))。
(3)CuC2O4可溶于H2C2O4，反應(yīng)CuC2O4＋H2C2O4??[Cu(C2O4)2]2－＋2H＋的平衡常數(shù)為2.7×10－3{已知：反應(yīng)Cu2＋＋2C2O??[Cu(C2O4)2]2－的平衡常數(shù)K＝1.8×1010}。
(4)“還原”在50 ℃條件下進(jìn)行，H2TeO3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為H2TeO3＋2SOTe↓＋2SO＋H2O。
(5)“還原”時，Na2SO3的實際投入量大于理論量，其可能的原因為提高H2TeO3的還原率；Na2SO3會與“沉銅”后所得濾液中的酸反應(yīng)生成SO2，SO2從溶液中逸出。
(6)將一定質(zhì)量的CuC2O4置于Ar氣中熱解，測得剩余固體的質(zhì)量與原始固體的質(zhì)量的比值隨溫度變化的曲線如圖所示。
350～400 ℃下剩余固體的化學(xué)式為Cu。
【解析】 (2) 在環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配離子[Cu(C2O4)2]2－中，C2O的碳氧單鍵中的O給出孤電子對，Cu2＋接受電子對，以4個配位鍵形成[Cu(C2O4)2]2－，則該配離子的結(jié)構(gòu)式為。(3) 用R2－表示[Cu(C2O4)2]2－，則反應(yīng)CuC2O4＋H2C2O4??[Cu(C2O4)2]2－＋2H＋的平衡常數(shù)為K′＝，由給定的H2C2O4的兩級電離平衡常數(shù)可知，Ka1·Ka2＝＝，即＝，且反應(yīng)Cu2＋＋2C2O===[Cu(C2O)]2－的平衡常數(shù)K＝ ，所以K′＝Ka1·Ka2·K·Ksp(CuC2O4)＝5.0×10－2×1.5×10－4×1.8×1010×2.0×10－8＝2.7×10－3。(6) 由圖可知，350～400 ℃時剩余固體的質(zhì)量占有原始固體的質(zhì)量百分含量為42.11%，CuC2O4的摩爾質(zhì)量為152 g/mol，則剩余固體的摩爾質(zhì)量為152 g/mol×42.11%≈64 g/mol，則剩余固體的化學(xué)式為Cu。(共105張PPT)
第一篇
高考專題
專題四　化學(xué)實驗與化學(xué)計算　化學(xué)工藝流程
微專題7　化學(xué)工藝流程
高考溯源
1. (2021·江蘇卷)通過如圖實驗可從I2的CCl4溶液中回收I2。下列說法正確的是( 　　)
1
化學(xué)工藝流程(選擇題)
B. 通過過濾可將水溶液與CCl4分離
C. 向加酸后的上層清液中滴加AgNO3溶液生成AgI沉淀，1個AgI晶胞(見圖)中含14個I－
D. 回收的粗碘可通過升華進(jìn)行純化
D
2. (2023·江蘇卷)廢催化劑的回收?；厥誚2O5-WO3/TiO2廢催化劑并制備NH4VO3的過程可表示如下：
2
浸取率、萃取(反萃取)與化學(xué)計算
酸浸時，加料完成后，以一定速率攪拌反應(yīng)。提高釩元素浸出率的方法還有__________________________________________。
升高反應(yīng)溫度、延長酸浸時間等
3. (2024·江蘇卷節(jié)選)回收磁性合金釹鐵硼(Nd2Fe14B)可制備半導(dǎo)體材料鐵酸鉍和光學(xué)材料氧化釹。
① 含鐵濾渣的主要成分為_______________(填化學(xué)式)。
② 浸出初期Fe浸出率先上升后下降的原因是_____________________________ _______________________________________________________________。
Fe2O3
浸出初期，c(H＋)較大，鐵的浸
出率較大，約5 min后，溶液酸性減弱，F(xiàn)e3＋水解生成Fe(OH)3進(jìn)入濾渣
(2)含鐵濾渣用硫酸溶解，經(jīng)萃取、反萃取提純后，用于制備鐵酸鉍。
②反萃取后，F(xiàn)e2(SO4)3經(jīng)轉(zhuǎn)化可得到鐵酸鉍。
隨水層pH增大，
4. (2021·江蘇卷)以鋅灰(含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2)和Fe2(SO4)3為原料制備的ZnFe2O4脫硫劑，可用于脫除煤氣中的H2S。脫硫劑的制備、硫化、再生過程如圖：
(1)“除雜”包括加足量鋅粉、過濾加H2O2氧化等步驟。除Pb2＋和Cu2＋外，與鋅粉反應(yīng)的離子還有_____________(填化學(xué)式)。
Fe3＋、H＋
(2)“調(diào)配比”前，需測定ZnSO4溶液的濃度。準(zhǔn)確量取2.50 mL除去Fe3＋的ZnSO4溶液于100 mL容量瓶中，加水稀釋至刻度；準(zhǔn)確量取20.00 mL稀釋后的溶液于錐形瓶中，滴加氨水調(diào)節(jié)溶液pH＝10，用0.015 0 mol/L EDTA(Na2H2Y)溶液滴定至終點(滴定反應(yīng)為Zn2＋＋Y4－===ZnY2－)，平行滴定3次，平均消耗EDTA溶液 25.00 mL。計算ZnSO4溶液的物質(zhì)的量濃度(寫出計算過程)。
(3)400 ℃時，將一定比例 H2、CO、CO2和H2S 的混合氣體以一定流速通過裝有ZnFe2O4脫硫劑的硫化反應(yīng)器。
①硫化過程中ZnFe2O4與H2、H2S反應(yīng)生成ZnS和FeS，其化學(xué)方程式為_________________________________________。
②硫化一段時間后，出口處檢測到COS。研究表明ZnS參與了H2S與CO2生成COS的反應(yīng)，反應(yīng)前后 ZnS的質(zhì)量不變，該反應(yīng)過程可描述為___________________ _____________________________。
ZnS＋CO2===ZnO＋
COS、ZnO＋H2S===ZnS＋H2O
(4)將硫化后的固體在N2∶O2＝95∶5(體積比)的混合氣體中加熱再生，固體質(zhì)量隨溫度變化的曲線如圖所示。在280～400 ℃范圍內(nèi)，固體質(zhì)量增加的主要原因是______________________________。
ZnS和FeS部分被氧化為硫酸鹽
【解析】 (1)鋅灰中含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2，加入稀硫酸浸取，SiO2和硫酸不反應(yīng)，所得溶液中含有Zn2＋、Pb2＋、Cu2＋、Fe3＋、H＋，加入足量鋅粉，除Pb2＋和Cu2＋外，與鋅粉反應(yīng)的離子還有Fe3＋、H＋。(3)①硫化過程中，ZnFe2O4與H2、H2S反應(yīng)生成ZnS和FeS，鐵元素化合價由＋3降低為＋2，氫氣中H元素化合價由0升高為＋1，根據(jù)得失電子守恒，寫出化學(xué)方程式。②硫化一段時間后，出口處檢測到COS，表明ZnS參與了H2S與CO2生成COS的反應(yīng)，反應(yīng)前后ZnS的質(zhì)量不變，ZnS為催化劑，該反應(yīng)過程可描述為ZnS＋CO2===ZnO＋COS、ZnO＋H2S===ZnS＋H2O。(4)在280～400 ℃范圍內(nèi)，ZnS和FeS與O2反應(yīng)，部分被氧化為硫酸鹽，固體質(zhì)量增加。
5. (2018·江蘇卷)以高硫鋁土礦(主要成分為Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金屬硫酸鹽)為原料，生產(chǎn)氧化鋁并獲得Fe3O4的部分工藝流程如下：
(1)焙燒過程均會產(chǎn)生SO2，寫出用NaOH溶液吸收過量SO2的離子方程式：______________________。
(2)添加1% CaO和不添加CaO的礦粉焙燒，硫去除率隨溫度變化曲線如圖所示。
①不添加CaO的礦粉在低于500 ℃焙燒時，去除的硫元素主要來源于______。
②700 ℃焙燒時，添加1% CaO的礦粉硫去除率比不添加CaO的礦粉硫去除率低，其主要原因是__________________________________________。
FeS2
硫元素與CaO反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CaSO4而留在礦粉中
(3)向“過濾”得到的濾液中通入過量CO2，鋁元素存在的形式由_____________ (填化學(xué)式，下同)轉(zhuǎn)化為__________。
(4)“過濾”得到的濾渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3與FeS2混合后在缺氧條件下焙燒生成Fe3O4和SO2，理論上完全反應(yīng)消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝___________。
Na[Al(OH)4]
Al(OH)3
1∶16
核心突破
1. 流程圖的結(jié)構(gòu)特點
— 能力提升 —
1
化學(xué)工藝流程題的命題特點
(1)跟蹤物質(zhì)，判斷濾渣、濾液中物質(zhì)，書寫物質(zhì)的化學(xué)式(或電子式)。
(2)分析每個步驟中可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，書寫化學(xué)(或離子)方程式。
2. 原料處理
(1)粉碎 ：將礦石粉碎的目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率。
(2)焙燒的目的：
①高溫下，硫化物與空氣中的O2反應(yīng)(如FeS2與O2反應(yīng)生成Fe2O3和SO2)；
②除去硫、碳單質(zhì)；
③除去有機(jī)物等。
(3)酸浸與堿浸：
①酸浸的主要目的是將礦石(或原料)中金屬、金屬氧化物等轉(zhuǎn)化為可溶性的金屬離子；
②堿浸的主要目的一般是除去原料中的油脂、溶解兩性氧化物(如氧化鋁)等；氨水還能與金屬離子形成配離子進(jìn)入溶液。
(4)提高浸取率的主要方法：
①將礦石粉碎；
②適當(dāng)加熱；
③充分?jǐn)嚢瑁?br/>④適當(dāng)提高浸取液的濃度；
⑤適當(dāng)延長浸取時間等。
[注意事項]
①分析“浸出率”圖表，解釋“浸出率”發(fā)生高低變化的原因：“浸出率”升高，一般是反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)速率加快；但當(dāng)“浸出率”達(dá)到最大值后，溫度升高，“浸出率”反而下降，一般是因為反應(yīng)試劑的分解或揮發(fā)。
②試題常考查在工業(yè)生產(chǎn)中控制浸取的最佳條件，即選擇達(dá)到最高“浸出率”的時間、溫度等。
③雖然提高浸取液的濃度(如提高稀硫酸的濃度)，往往有利于提高浸取率，但是酸又不能提高的太多，因后續(xù)除雜流程中還會需要加入堿性物質(zhì)來提高溶液的pH。
3. 除雜方法
(1)形成氫氧化物沉淀
①在酸性條件下，常將Fe2＋氧化為Fe3＋，便于在后續(xù)步驟中轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去。氧化劑為H2O2時，反應(yīng)的離子方程式為____________________________ ______，溫度不能太高的原因：______________________；氧化劑為MnO2時，反應(yīng)的離子方程式為___________________________________________。
②通過計算使Al3＋、Fe3＋等形成__________________沉淀完全時的c(OH－)，控制溶液pH在一定范圍(在酸性條件下)，將金屬雜質(zhì)離子 Al3＋、Fe3＋除去。
2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋
2H2O
防止H2O2揮發(fā)和分解
MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
Al(OH)3、Fe(OH)3
例　用某工廠廢液(含F(xiàn)eSO4和少量ZnSO4、MgSO4)制備Fe3O4的工藝流程如圖所示：
①操作a、b的名稱為______。
過濾
②除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋。已知Fe(OH)3、Fe(OH)2、Mn(OH)2開始沉淀和沉淀完全時的pH如表所示：
物質(zhì) 開始沉淀 沉淀完全
Fe(OH)3 2.7 3.7
Fe(OH)2 7.6 9.6
Mn(OH)2 8.3 9.8
若Fe2＋沉淀完全，則大部分Mn2＋與Fe2＋共同沉淀，無法有效分離；若先將Fe2＋氧化為Fe3＋，可使Fe3＋沉淀完全而Mn2＋不沉淀。故先用氧化劑將Fe2＋氧化為Fe3＋，再調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為__________，使Fe3＋沉淀完全而Mn2＋不沉淀。
3.7～8.3
(2)調(diào)節(jié)溶液pH常用試劑
①酸性物質(zhì)：稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、酸性氣體(二氧化硫)等；
堿性物質(zhì)：氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉、碳酸氫銨、金屬氧化物等；
②緩沖溶液：如醋酸與醋酸鈉(酸性)、氨水與氯化銨(堿性)。
(3)形成氟化物、硫化物、碳酸鹽沉淀
①加入NaF 或NH4F可使Ca2＋ 、Mg2＋形成______________沉淀而除去；此時要注意溶液的酸性不能太強，否則會_____________________；
②加入Na2S可使Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋、Hg2＋形成_______________________沉淀。也可以用一些Ksp較大的硫化物(如FeS、MnS等)通過沉淀轉(zhuǎn)化使某些金屬離子轉(zhuǎn)化為更難溶的硫化物；
③加入Na2CO3或NH4HCO3可使Mg2＋和Fe2＋形成________________沉淀而除去。
CaF2、 MgF2
降低F－的濃度
CuS、ZnS、FeS、HgS
MgCO3、FeCO3
常見的轉(zhuǎn)化為碳酸鹽沉淀類型如下：
(4)用單質(zhì)進(jìn)行置換，如可用Zn置換Cu2＋。
(5)萃取與反萃取
①如果萃取劑與雜質(zhì)離子反應(yīng)，那么萃取后有機(jī)相就應(yīng)棄去。因為萃取劑一般是有機(jī)酸，萃取時加堿利于萃取平衡正向移動。
②如果萃取劑與目標(biāo)產(chǎn)物的離子反應(yīng)，那么萃取后有機(jī)相就要加酸進(jìn)行反萃取。
③萃取劑的選擇：
例1　已知萃取劑A、B中，pH對Co2＋、Mn2＋萃取率的影響如圖所示：
為了除去Mn2＋，應(yīng)選擇萃取劑___(填“A”或“B”)。
B
例2　萃取劑對Al3＋、Co2＋萃取率與pH的關(guān)系如圖所示：
萃取分離Co2＋、Al3＋的實驗操作： 向萃取分液后的有機(jī)相中加稀硫酸調(diào)pH＝3～4，分液可得CoSO4溶液，_______________________________________________ ______________________，可得 Al2(SO4)3溶液。
繼續(xù)向萃取分液后的有機(jī)相中加稀硫酸調(diào)pH至0.5以下
(或1以下)，然后分液
④提高萃取效率的方法：可以采取“萃取劑總量一定，多次少量”的方法加入萃取劑。
[及時鞏固]
(1)萃取分離溶液中鈷、鋰的萃取率與平衡時溶液pH的關(guān)系如圖所示：
pH一般選擇5左右，理由是_____________________________________。
pH在5左右時，鈷、鋰的分離效率最高
(2)實驗室從含碘廢液(除H2O外，含有CCl4、I2、I－等)中回收碘，其實驗流程如圖所示：
向含碘廢液中加入稍過量的 Na2SO3 溶液，將廢液中的I2還原為I－，該操作的目的是____________________________________。
使碘從四氯化碳層進(jìn)入水層
(3)釩及其化合物在工業(yè)上有許多用途。從廢釩(主要成分為V2O3、V2O5、Fe2O3、FeO、SiO2)中提取五氧化二釩的一種工藝流程如圖：
A. NaCl　 B. NaOH　
C. H2SO4
C
(4)制取鈷的氧化物的部分流程如圖：
萃取、反萃?。杭尤肽秤袡C(jī)酸萃取劑(HA)2，向萃取所得有機(jī)相中加入H2SO4，反萃取得到水相。該工藝中設(shè)計萃取、反萃取的目的是_____________________。
分離提純并富集Co2＋
4. 目標(biāo)產(chǎn)物的生成與提純
(1)核心反應(yīng)：提純后，加入有關(guān)試劑，控制反應(yīng)條件，生成目標(biāo)產(chǎn)物。
(2)物質(zhì)的分離：一般涉及過濾、蒸發(fā)、萃取、分液、蒸餾等方法。
①從溶液中得到晶體的過程：蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過濾→(洗滌、干燥)。
②需要加熱得到的晶體(或物質(zhì))：蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾。
③需要冷卻得到的晶體(或物質(zhì))：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶。
例1　制備MnSO4·H2O晶體。已知溶解度曲線(如圖1)，MnSO4·H2O晶體在曲線拐點右側(cè)。操作方法：滴加稀硫酸酸化，蒸發(fā)濃縮，溫度______40 ℃，______過濾，用酒精洗滌，低溫干燥。
圖1
高于
趁熱
例2　制備FeSO4·7H2O晶體。已知溶解度曲線(如圖2)，F(xiàn)eSO4·7H2O晶體在曲線拐點左側(cè)。操作方法：加熱______，得到______ ℃飽和溶液，冷卻至___ ℃結(jié)晶，過濾，用少量冰水洗滌，低溫干燥。
圖2
濃縮
60
0
例3　由圖3確定方法。制備KNO3：____________、____________(過濾、洗滌、干燥)；制備KCl：____________、____________(洗滌、干燥)。由圖4確定方法。制備無水Na2SO3：溫度______34 ℃，____________、____________(洗滌、干燥)。
圖3
圖4
(3)產(chǎn)品純度或產(chǎn)率計算。
蒸發(fā)濃縮
冷卻結(jié)晶
蒸發(fā)結(jié)晶
趁熱過濾
高于
蒸發(fā)結(jié)晶
趁熱過濾
1. 物質(zhì)的跟蹤
原料到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化：比對原料與產(chǎn)品，確定要除去什么元素，要引進(jìn)什么元素。
(1)沉淀成分的判斷
2
物質(zhì)的跟蹤與答題
考查角度 舉例 濾渣的成分(填化學(xué)式)
原料中不 參與反應(yīng) 的物質(zhì) 蛇紋石是一種富鎂硅酸鹽礦物的總稱，工業(yè)上由蛇紋石(主要成分MgO、FeO和Fe2O3、Al2O3、SiO2)制取堿式碳酸鎂產(chǎn)品的流程如下： 濾渣a為____________
SiO2
考查角度 舉例 濾渣的成分(填化學(xué)式)
原料中不 參與反應(yīng) 的物質(zhì)及 過量的反 應(yīng)物 以電石渣[主要成分為Ca(OH)2和CaCO3]為原料制備KClO3的流程如圖： 濾渣為
____________________
CaCO3、Ca(OH)2
考查角度 舉例 濾渣的成分(填化學(xué)式)
原料中不 參與反應(yīng) 的物質(zhì)及 生成物 某粉煤灰經(jīng)預(yù)處理后含Cu2O、SiO2、Al2O3、FeO，一種綜合利用工藝設(shè)計的流程如下： 已知：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O 濾渣Ⅰ為__________________
雜質(zhì)轉(zhuǎn)化 的物質(zhì) 工業(yè)上利用廢鐵屑(含少量氧化鋁、氧化鐵等)生產(chǎn)堿式硫酸鐵[Fe(OH)SO4， 堿式硫酸鐵易溶于水]的工藝流程如圖： 濾渣為___________________
SiO2、Cu
Al(OH)3
(2)對所加試劑的要求
試劑 目的 追問
硫酸 酸溶 酸液不能加過多，否則______________________ _______________________
鹽酸 酸溶 鹽酸不能加過多，否則后續(xù)可能會與KMnO4等氧化劑反應(yīng)并生成有毒氣體Cl2
堿液 堿溶(溶解Al、Al2O3等物質(zhì)) 堿液不能加過多，否則______________________ _______________________
SO2 作還原劑(還原MnO2、Fe3＋等) 溫度不宜過高，溫度越高，SO2的____________
會造成后續(xù)調(diào)pH時消耗
過多試劑
會造成后續(xù)調(diào)pH時消耗
過多試劑
溶解度越小
試劑 目的 追問
Na 2SO3 作還原劑(還原MnO2、Fe3＋等) 實際用量高于理論量的原因是______________ ________________________________________
NH4F、NaF 除去Ca2＋、Mg2＋ pH太小，Ca2＋、Mg2＋去除率降低的原因：________________________________________________________________________________
Na2S、FeS 除重金屬離子(如Cu2＋、Hg2＋) pH太小，Cu2＋、Hg2＋去除率降低的原因：________________________________________________________________________________
部分Na 2SO3被
空氣中的O2氧化
pH太小，溶液中的F－與H＋結(jié)合生成HF，使溶液中的F－濃度減小
pH太小，溶液中的S2－與H＋結(jié)合生成HS－、H2S，使溶液中的S2－濃度減小
(3)條件的控制的目的
控制溶液 的pH ①使某種或幾種金屬離子轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，而目標(biāo)離子不生成沉淀，以達(dá)到分離的目的(常利用題給金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH信息，選擇pH范圍，使雜質(zhì)離子以氫氧化物形式沉淀出來)；
②“酸作用”可除去氧化物(膜)、抑制某些金屬離子的水解等；
③“堿作用”可除去油污、除去鋁片表面的氧化膜、溶解鋁等；
④金屬離子的萃取率與溶液的pH 密切相關(guān)
控制溶液 的pH 例　以軟錳礦(主要成分為MnO2，含少量鐵的氧化物)制備高純MnCO3。流程如圖：
①酸溶還原時，MnO2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________________ _______________。
②常溫下，已知：Ksp[Mn(OH)2]＝2×10－13、Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39。工業(yè)上，當(dāng)某離子濃度小于1×10－6 mol/L時，認(rèn)為該離子已除凈。氧化后所得溶液中c(Mn2＋)＝0.2 mol/L，為使溶液中Fe3＋除凈，調(diào)節(jié)pH的范圍應(yīng)為_________
MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋
2Fe3＋＋2H2O
3～8
控制溶液的pH 調(diào)節(jié)溶液pH常用試劑：
①稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、酸性氣體(二氧化硫)等；
②氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉、碳酸氫銨、金屬氧化物等
控制溫度(常用水浴、冰水浴或油浴) ①控制反應(yīng)速率(升溫加快反應(yīng)速率)、適宜的溫度使催化劑的活性最大、防止副反應(yīng)的發(fā)生；
②控制化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向，使化學(xué)平衡發(fā)生移動；
③升溫：使溶液中的氣體逸出，使易揮發(fā)的物質(zhì)揮發(fā)，使易分解的物質(zhì)分解；煮沸：使氣體逸出；促進(jìn)水解，聚沉后便于過濾分離；
④控制溫度，結(jié)晶與過濾
2. 循環(huán)物質(zhì)的確定
考查角度 舉例 可循環(huán)物質(zhì)
可逆反應(yīng)的反應(yīng)物 _______________
前面步驟的反應(yīng)物，后面步驟的生成物 以菱錳礦(主要成分為MnCO3，還含有FeCO3、CaCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgCO3等雜質(zhì))為原料制備二氧化錳的工藝流程如圖： 已知：草酸鈣、草酸鎂不溶于水 ______
N2、H2
硫酸
考查角度 舉例 可循環(huán)物質(zhì)
箭頭回頭 聯(lián)堿法(侯氏制堿法)和氨堿法的生產(chǎn)流程簡要表示如圖： __________________
母液、CO2
1. 影響化學(xué)反應(yīng)速率
·OH是一種重要的活性基團(tuán)，·OH容易發(fā)生淬滅。·OH可用于脫除苯酚生成CO2。其他條件不變時，不同溫度下苯酚的濃度隨時間的變化如圖所示。
3
有關(guān)圖像曲線的分析與答題
0～20 min內(nèi)，50 ℃的化學(xué)反應(yīng)速率與40 ℃的基本相同，原因是__________________________________________ _________________________________________________。
0～20 min，與40 ℃相比，50 ℃時溫度較高化學(xué)反應(yīng)速率加快，·OH更易發(fā)生淬滅，導(dǎo)致c(·OH)下降
[歸納總結(jié)] 出現(xiàn)矛盾結(jié)論可能的原因：
改變條件 正常情況 反常情況 可能的原因
升高溫度 速率增大 速率減小 催化劑失活
速率不變 反應(yīng)物中有易分解的物質(zhì)
減小濃度 速率減小 速率增大 反應(yīng)為放熱反應(yīng)
加入反應(yīng)物 速率增大 速率不變 化學(xué)反應(yīng)速率很慢
2. 影響浸取率
(1)溫度、水解程度影響浸取率
用稀硫酸浸取氧化鐵，當(dāng)溫度超過100 ℃時，鐵浸取率反而減小，原因是______________________________________________________________。
圖1
溫度超過100 ℃時，F(xiàn)e3＋水解反應(yīng)速率明顯加快，導(dǎo)致Fe3＋濃度降低
(2)溫度、物質(zhì)的穩(wěn)定性影響浸取率
溫度高于30 ℃，單質(zhì)硫浸取率下降的可能原因是__________________________ ____________________________________________________。
圖2
硫化銨受熱分解，導(dǎo)致S2－
濃度減小，硫單質(zhì)浸取率下降
(3)溫度、氣體的溶解度影響浸取率
其他條件相同時，用SO2還原浸出Cu(AsO2)2 1 h，不同溫度下砷的浸出率如圖。
隨著溫度升高，砷的浸出率先增大后減小的原因是________________________ __________________________________________________________________________________________________________________。
升溫能加快反應(yīng)速率，同時
溫度升高SO2的溶解度減小，反應(yīng)速率減小，T＜60 ℃，升溫對反應(yīng)速率影響大，T＞60 ℃，SO2的溶解度減小對反應(yīng)速率影響大
(4)錳浸出率與浸出過程中時間和液固比的關(guān)系分別如圖甲、圖乙所示。
則適宜的浸出時間和液固比分別為_________、___。
60 min
3
3. 影響產(chǎn)率
(1)用克勞斯法處理H2S時，研究人員對反應(yīng)條件對S2產(chǎn)率的影響進(jìn)行了如下研究。其他條件相同時，相同時間內(nèi)，S2產(chǎn)率隨溫度的變化如圖1所示。由圖1可見隨著溫度升高，S2產(chǎn)率先增大后減小，原因是___________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________。
圖1
反應(yīng)未達(dá)到平衡時，升高溫度，S2的生
成速率增大，單位時間S2的生成量增大，轉(zhuǎn)化率增大，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，升高溫度，平衡逆向移動，S2的轉(zhuǎn)化率減小
圖2
O2濃度過高，H2S和O2會反應(yīng)生成SO2，
導(dǎo)致S2產(chǎn)率減小
例1　(2024·蘇州)雷尼鎳(Raney-Ni)為一種鎳鋁合金，是不飽和化合物(烯烴、炔烴等)氫化反應(yīng)的高效催化劑。以銅鎳渣(主要含 Cu、Fe 和 Ni 等金屬)生產(chǎn)雷尼鎳的流程如下：
— 舉題固法 —
1
控制溶液的酸堿性、物質(zhì)的除雜、物質(zhì)的跟蹤與相關(guān)計算
已知：鎳不溶于水，在稀酸中可緩慢溶解釋放出氫氣而產(chǎn)生Ni2＋，耐強堿。
(1)“濾渣”的成分是______(填化學(xué)式)；“酸浸”時為了提高銅鎳渣浸出的速率， 可以在“酸浸”前采取的措施為___________________________。
(2)在“除鐵”步驟中先加入H2O2，其作用是_________________________；而后加入NiO調(diào)節(jié)溶液pH至除鐵完全。若用NaOH替代NiO___(填“是”或“否”)會對鎳的電解產(chǎn)生影響。
Cu
將銅鎳渣研成粉末等
將溶液中Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋
是
(3)①“熔融合金”在“堿浸”步驟中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________ _____________________________。
②“雷尼鎳”是一種具有___(填字母)結(jié)構(gòu)的鎳鋁合金。
a. 致密性　　　 b. 多孔
③新制雷尼鎳可直接與烯烴發(fā)生氫化反應(yīng)，其原因是______________________ ___________________________________________________________。
2Al＋6H2O＋
2NaOH===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
b
鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，
形成多孔結(jié)構(gòu)，吸附反應(yīng)生成的氫氣
(4)硫酸鎳銨[(NH4)xNiy(SO4)z·nH2O]常用于電鍍領(lǐng)域。為測定其組成，進(jìn)行如下實驗：
①稱取7.900 g樣品，配成500 mL溶液A。
②取50.00 mL溶液A，加足量NaOH濃溶液并加熱，生成NH3 89.60 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。
(NH4)2Ni(SO4)2·6H2O
例2　(2024·蘇州名校聯(lián)考)某油脂廠廢棄的油脂氫化鎳催化劑主要成分為金屬Ni、Al、Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質(zhì)。回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體(NiSO4·6H2O)的工藝流程如下。
已知：Ksp[Ni(OH)2]＝10－15.6、
Ksp[Al(OH)3]＝10－32.9、
Ksp[Fe(OH)2]＝10－15、
Ksp[Fe(OH)3]＝10－37.4。
(1)在鎳催化下油脂氫化過程中發(fā)生的反應(yīng)類型為____________；油脂氫化的優(yōu)點是____________________________________。
(2)“濾液①”中主要溶質(zhì)的化學(xué)式為_____________________。
(3)加入H2O2溶液“轉(zhuǎn)化”后，溶液中大量減少的陽離子是____________。
(4)若“轉(zhuǎn)化”后溶液中c(Ni2＋)＝0.1 mol/L，則“調(diào)pH”應(yīng)控制的pH范圍是__________。
加成反應(yīng)
油脂穩(wěn)定性提高，便于貯存
NaOH和Na[Al(OH)4]
Fe2＋、H＋
3.2～6.7
(5)TG-DTA是指對同一個焙燒試樣同時進(jìn)行熱重(TG)和差熱(DTA)分析的同步熱分析技術(shù)。由NiSO4·6H2O的TG-DTA曲線可以同時得到焙燒試樣的質(zhì)量及焙燒過程熱效應(yīng)隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。當(dāng)DTA曲線中出現(xiàn)明顯的吸收峰時，說明該溫度區(qū)間發(fā)生吸熱反應(yīng)。
①通過計算確定500 ℃下焙燒產(chǎn)物的成分為______________________ (寫出計算過程，Ni—59)。
②900 ℃下，DTA曲線出現(xiàn)一個吸收峰的可能原因是_______________________ ____________________________________。
NiSO4(計算過程見解析)
生成的NiO晶體類型的內(nèi)
部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，變化過程中吸收熱量
下失去的分子量為263×41.1%＝108，即相當(dāng)于失去6個H2O，所以此時焙燒產(chǎn)物的成分為NiSO4。②900 ℃時，剩余的分子量為263×28.5%＝75，則剩余固體為NiO,900 ℃之后，TG曲線不變，DTA曲線出現(xiàn)一個吸收峰，可能原因是生成的NiO晶體類型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，變化過程中吸收熱量。
例3　(2023·蘇錫常鎮(zhèn)一模)鈷的氧化物常用于制取催化劑和顏料等。以含鈷廢料(含Co2O3和少量Fe、Al、Mn、Ca、Mg等的氧化物及活性炭)為原料制取鈷的氧化物的流程如下。
2
萃取與反萃取
(1)除Fe、Al：先加入NaClO3溶液，再加入Na2CO3溶液調(diào)節(jié)pH。寫出NaClO3氧化Fe2＋的離子方程式：______________________________________。
(2)除Ca、Mg：當(dāng)某離子濃度小于或等于1.0×10－6 mol/L時，認(rèn)為該離子已除盡。
① 為使Ca2＋、Mg2＋除盡，必須保持溶液中c(F－)≥____________mol/L。
② 若調(diào)節(jié)溶液的pH偏低，將會導(dǎo)致Ca2＋、Mg2＋沉淀不完全，其原因是_________________________________________________________________________________________
[Ksp(CaF2)＝1.0×10－10，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11，Ka(HF)＝3.5×10－4]。
0.01
pH偏低，較多的F－與H＋形成弱酸HF，導(dǎo)致溶液中F－濃度減小，使Ca2＋、Mg2＋不能完全轉(zhuǎn)化為沉淀
(3)萃取、反萃?。杭尤肽秤袡C(jī)酸萃取劑(HA)2，實驗測得Co2＋萃取率隨pH的變化如圖所示。向萃取所得有機(jī)相中加入H2SO4，反萃取得到水相。
① 該工藝中設(shè)計萃取、反萃取的目的是___________________________。
② Co2＋萃取率隨pH升高先增大后減小的可能原因是_______________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________。
分離提純并富集Co2＋的濃度
當(dāng)pH<6.5時，隨著pH升
高，溶液中c(H＋)減小，萃取平衡正向移動，更多的Co2＋與萃取劑反應(yīng)，當(dāng)pH>6.5時，隨著pH升高，溶液中c(OH－)增大，Co2＋與OH－形成Co(OH)2沉淀
例4　(2024·淮安市5校)鎳酸鋰(LiNiO2)是一種具有潛力的鋰離子材料。以鎳催化劑廢渣(主要成分是 Ni，含少量 Zn、Fe、CaO、SiO2等雜質(zhì))為原料制備鎳酸鋰的流程如下。
3
化學(xué)工藝流程與曲線分析
(1)“除鐵”步驟中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______________________________ ________________________。
2Fe2＋＋ClO－＋5H2O===
2Fe(OH)3↓＋Cl－＋4H＋
(2)“除鈣”操作不能在玻璃儀器中進(jìn)行，其原因是________________________ ______________________________________________________________________。
(3)已知濾渣3的主要成分是 CaF2，則“萃取”操作中加入的有機(jī)萃取劑的作用是__________________。
(4)有人認(rèn)為“除鈣”中可以用HF 代替NH4F，則“除鈣”時發(fā)生反應(yīng)：Ca2＋(aq)＋2HF(aq)===CaF2(s)＋2H＋(aq)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝1.0×103，則Ksp(CaF2)＝____________(已知： 室溫下，HF 的電離平衡常數(shù) Ka＝4.0×10－4)。
在酸性溶液中加入氟化銨，
氟離子和氫離子會生成氫氟酸，氫氟酸會和玻璃中的二氧化硅反應(yīng)，腐蝕玻璃
除去溶液中的Zn2＋
1.6×10－10
(5)“酸浸”中，鎳浸出率與液固比(稀硫酸濃度一定時溶液體積與鎳渣質(zhì)量比)的關(guān)系如圖1所示， 最佳液固比為___。 當(dāng)液固比一定時， 鎳浸出率與溫度的關(guān)系如圖2所示，40 ℃之前，隨著溫度升高，鎳浸出率逐漸增大的主要原因是_______________________________________。
圖1
圖2
3
溫度升高，反應(yīng)速率加快，鎳浸出率增加
(6)“沉鎳”時得到碳酸鎳(NiCO3)沉淀，在空氣中碳酸鎳和碳酸鋰共同“煅燒”可制得鎳酸鋰，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________________________ ________________。
4LiNiO2＋6CO2
例5　(2023·蘇錫常鎮(zhèn)二調(diào))以硫酸燒渣(主要成分為Fe2O3和少量Fe3O4、Al2O3、SiO2等)為原料制備氧化鐵紅的工藝流程如下：
圖1
①加入草酸能提高鐵浸取率的原因是____________________________________ ______________________________________________________________________。
②草酸加入量大于20%時，鐵浸取率隨草酸加入量增加而減小的原因是_________________________________。
酸電離，溶液中H＋濃度增大；Fe3＋濃度降低，促進(jìn)燒渣中鐵氧化物與硫酸的反應(yīng)
(2)“沉鐵”時，反應(yīng)溫度對鐵回收率的影響如圖2所示。
圖2
①FeSO4轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3的離子方程式為__________________________________ __________。
②反應(yīng)溫度超過35 ℃時，鐵回收率下降的原因是__________________________ ______________________________________________________________________________。
③“沉鐵”后過濾所得“母液”中含有的主要成分為硫酸銨和______________ _____________。
2Fe2＋＋H2O2＋4NH3·H2O===2Fe(OH)3↓
溫度升高，H2O2受熱被Fe3＋
催化分解，使Fe2＋氧化不充分；氨水受熱揮發(fā)，氨水濃度減小，不利于Fe(OH)3的生成
草酸銨[或
(NH4)2C2O4]
(3)“純化”時，加入NaOH溶液的目的是_______________________________。
除去Fe(OH)3中含有的Al(OH)3雜質(zhì)
1. (2024·新課標(biāo)卷)鈷及其化合物在制造合金、磁性材料、催化劑及陶瓷釉等方面有著廣泛應(yīng)用。一種從濕法煉鋅產(chǎn)生的廢渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的單質(zhì)或氧化物)中富集回收得到含錳高鈷成品的工藝流程如下：
— 高考借鑒 —
已知溶液中相關(guān)離子開始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10－5 mol/L)時的pH：
金屬離子 Fe3＋ Fe2＋ Co3＋ Co2＋ Zn2＋
開始沉淀的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
(1)“酸浸”前廢渣需粉碎處理，目的是__________________________________ ______________；“濾渣1”中金屬元素主要為______。
增大固液接觸面積，加快酸浸速率，
提高浸取效率
Pb
(2)“過濾1”后的溶液中加入MnO2的作用是______________________________ ______________________________。取少量反應(yīng)后的溶液，加入化學(xué)試劑________________檢驗_______，若出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，需補加MnO2。
(3)“氧化沉鈷”中氧化還原反應(yīng)的離子方程式為__________________________ _________________________、__________________________________________。
(4)“除鈷液”中主要的鹽有________________(寫化學(xué)式)，殘留的Co3＋濃度為________mol/L。
將溶液中的Fe2＋氧化為Fe3＋，以
便在后續(xù)調(diào)pH時除去Fe元素
K3[Fe(CN)6]溶液
Fe2＋
3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋
ZnSO4、K2SO4
10－16.7
2. (2024·全國甲卷)鈷在新能源、新材料領(lǐng)域具有重要用途。某煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鈷、錳的＋2價氧化物及鋅和銅的單質(zhì)。從該廢渣中提取鈷的一種流程如下。
注：加沉淀劑使一種金屬離子濃度小于等于10－5 mol/L，其他金屬離子不沉淀，即認(rèn)為完全分離。
已知：①Ksp(CuS)＝6.3×10－36，Ksp(ZnS)＝2.5×10－22，Ksp(CoS)＝4.0× 10－21。
②以氫氧化物形式沉淀時，lg c(M)和溶液pH的關(guān)系如圖所示。
(1)“酸浸”前，需將廢渣磨碎，其目的是________________________________ __________________。
(2)“酸浸”步驟中，CoO發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________ ________。
(3)假設(shè)“沉銅”后得到的濾液中c(Zn2＋)和c(Co2＋)均為0.10 mol/L，向其中加入Na2S至Zn2＋沉淀完全，此時溶液中c(Co2＋)＝____________mol/L，據(jù)此判斷能否實現(xiàn)Zn2＋和Co2＋的完全分離：______(填“能”或“不能”)。
(4)“沉錳”步驟中，生成1.0 mol MnO2，產(chǎn)生H＋的物質(zhì)的量為_________。
增大固體與酸反應(yīng)的接觸面積，提
高鈷元素的浸出率
CoO＋H2SO4===CoSO4
＋H2O
1.6×10－4
不能
4.0 mol
(5)“沉淀”步驟中，用NaOH調(diào)pH＝4，分離出的濾渣是__________。
(6)“沉鈷”步驟中，控制溶液pH＝5.0～5.5，加入適量的NaClO氧化Co2＋，其反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________。
(7)根據(jù)題中給出的信息，從“沉鈷”后的濾液中回收氫氧化鋅的方法是___________________________________________________________________________________。
Fe(OH)3
2Co2＋＋5ClO－＋5H2O===2Co(OH)3↓＋Cl－＋4HClO
向濾液中滴加NaOH溶液，邊加邊攪拌，控制溶液的pH為8～12，靜置后過濾、洗滌、干燥
能力評價
1. (2024·連云港)鎳的單質(zhì)及氧化物常用作催化劑。以含鎳廢渣(主要含Ni，還含少量NiO、Fe2O3和Al2O3)為原料可通過如下過程制取高純度NiO。
已知：①常溫時Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，Ksp[Al(OH)3]＝1×10－33，Ksp[Ni(OH)2]＝2×10－15，溶液中離子的濃度小于1×10－6 mol/L可認(rèn)為已除盡。②NiC2O4·2H2O難溶于水。
(1)“浸取”時，當(dāng)加料完成后，提高鎳元素浸出速率的方法有____________、______________________。
適當(dāng)升高溫度
增大稀硫酸濃度或攪拌
(2)“浸取”后，測得溶液中Fe3＋、Al3＋和Ni2＋的物質(zhì)的量濃度分別為 0.2 mol/L、0.1 mol/L和0.2 mol/L，則“除鋁鐵”時應(yīng)控制溶液的pH范圍為__________ (設(shè)加入氨水時溶液體積不發(fā)生變化)。
(3)“沉鎳”后所得NiC2O4·2H2O中可能吸附含有少量(NH4)2SO4，若“沉鎳”時使用Na2C2O4溶液，則所得NiC2O4·2H2O中可能吸附含有少量Na2SO4，實際生產(chǎn)流程中用(NH4)2C2O4而不用Na2C2O4的原因是____________________________________。
(4)雷尼鎳是一種多孔的單質(zhì)鎳，可用作催化劑，工業(yè)上可由鎳鋁合金制得。選擇合適的試劑，補充完整制取雷尼鎳的方法：取粉碎后的鎳鋁合金，______________________________________，真空干燥得到雷尼鎳(實驗中可選用的試劑：10%的稀硫酸、20%的NaOH溶液)。
5≤pH<7
Na2C2O4溶液堿性強，會生成Ni(OH)2沉淀
加入20%的NaOH溶液堿浸，過濾、洗滌
(5)為測定某NiC2O4·2H2O產(chǎn)品的純度，現(xiàn)進(jìn)行如下實驗：準(zhǔn)確取2.400 g樣品，用足量硫酸溶解后，加水稀釋到250 mL，取25.00 mL所配溶液于錐形瓶中，加入12.00 mL0.0500 mol/L標(biāo)準(zhǔn)KMnO4溶液，振蕩使其充分反應(yīng)；向反應(yīng)后的溶液滴加0.03000 mol/L的(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液與過量的KMnO4反應(yīng)，恰好完全反應(yīng)時消耗(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液體積為20.00 mL，計算NiC2O4·2H2O產(chǎn)品的純度(寫出計算過程，雜質(zhì)不參與反應(yīng)，Ni—59)。實驗過程中反應(yīng)如下：
答案：91.5%(計算過程見解析)
2. (2024·南京、鹽城一模)碲廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)。以碲銅廢料(主要含Cu2Te)為原料回收碲單質(zhì)的一種工藝流程如下：
已知：Ka1(H2C2O4)＝5.0×10－2，Ka2(H2C2O4)＝1.5×10－4，Ka1(H2TeO3)＝1.0×10－3，Ksp(CuC2O4)＝2.0×10－8。
(1)“氧化酸浸”得到CuSO4和H2TeO3，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________ ___________________________________。
Cu2Te＋4H2O2
＋2H2SO4===H2TeO3＋2CuSO4＋5H2O
(4)“還原”在50 ℃條件下進(jìn)行，H2TeO3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________。
2.7×10－3
(5)“還原”時，Na2SO3的實際投入量大于理論量，其可能的原因為__________ ______________________________________________________________________。
(6)將一定質(zhì)量的CuC2O4置于Ar氣中熱解，測得剩余固體的質(zhì)量與原始固體的質(zhì)量的比值隨溫度變化的曲線如圖所示。
350～400 ℃下剩余固體的化學(xué)式為______。
提高H2TeO3
的還原率；Na2SO3會與“沉銅”后所得濾液中的酸反應(yīng)生成SO2，SO2從溶液中逸出
Cu

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