資源簡介

專題8　化學工藝流程
綱 舉 目 張
考向1　化學工藝流程(選擇題)
1. (2024·湖南卷)中和法生產(chǎn)Na2HPO4·12H2O的工藝流程如下：
已知：①H3PO4的電離常數(shù)：K1＝6.9×10－3，K2＝6.2×10－8，K3＝4.8×10－13；
②Na2HPO4·12H2O易風化。
下列說法錯誤的是( 　　)
A. “中和”工序若在鐵質容器中進行，應先加入Na2CO3溶液
B. “調pH”工序中X為NaOH或H3PO4
C. “結晶”工序中溶液顯酸性
D. “干燥”工序需在低溫下進行
2. (2023·福建卷)從煉鋼粉塵(主要含F(xiàn)e3O4、Fe2O3和ZnO)中提取鋅的流程如下：
“鹽浸”過程ZnO轉化為2＋，并有少量Fe2＋和Fe3＋浸出。下列說法錯誤的是( 　　)
A. “鹽浸”過程若浸液pH下降，需補充NH3
B. “濾渣”的主要成分為Fe(OH)3
C. “沉鋅”過程發(fā)生反應：2＋＋4H2O＋S2－===ZnS↓＋4NH3·H2O
D. 應合理控制(NH4)2S用量，以便濾液循環(huán)使用
3. (2023·遼寧卷)某工廠采用如下工藝制備Cr(OH)3，已知焙燒后Cr元素以＋6價形式存在。下列說法錯誤的是( 　　)
A．“焙燒”中產(chǎn)生CO2
B．濾渣的主要成分為Fe(OH)2
C．濾液①中Cr元素的主要存在形式為CrO
D．淀粉水解液中的葡萄糖起還原作用
考向2　工藝流程綜合題型
4. (2024·安徽卷)精煉銅產(chǎn)生的銅陽極泥富含Cu、Ag、Au等多種元素。研究人員設計了一種從銅陽極泥中分離提收金和銀的流程，如圖所示。
(1) Cu位于元素周期表第______周期第________族。
(2) “浸出液1”中含有的金屬離子主要是________。
(3) “浸取2”步驟中，單質金轉化為HAuCl4的化學方程式為____________________________________________________。
(4) “浸取3”步驟中，“浸渣2”中的____________(填化學式)轉化為[Ag(S2O3)2]3－。
(5) “電沉積”步驟中陰極的電極反應式為______________________________________________。
“電沉積”步驟完成后，陰極區(qū)溶液中可循環(huán)利用的物質為____________(填化學式)。
(6) “還原”步驟中，被氧化的N2H4與產(chǎn)物Au的物質的量之比為__________。
(7) Na2S2O3可被I2氧化為Na2S4O6。從物質結構的角度分析S4O的結構為(a)而不是(b)的原因：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
5. (2024·湖北卷)鈹用于宇航器件的構筑。一種從其鋁硅酸鹽中提取鈹?shù)牧鞒倘缦拢?br/>已知：Be2＋＋4HABeA2(HA)2＋2H＋
(1) 基態(tài)Be2＋的軌道表示式為______。
(2) 為了從“熱熔、冷卻”步驟得到玻璃態(tài)，冷卻過程的特點是____________。
(3) “萃取分液”的目的是分離Be2＋和Al3＋，向過量燒堿溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液，觀察到的現(xiàn)象是______________________________________。
(4) 寫出反萃取生成Na2的化學方程式：___________________________________________ _______________________________。“濾液2”可以進入__________步驟再利用。
(5) 電解熔融氯化鈹制備金屬鈹時，加入氯化鈉的主要作用是__________________________。
(6) Be(OH)2與醋酸反應得到某含4個Be的配合物，4個Be位于以1個O原子為中心的四面體的4個頂點，且每個Be的配位環(huán)境相同，Be與Be間通過CH3COO—相連，其化學式為________________________。
6. (2024·湖南卷)銅陽極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一種含貴金屬的可再生資源，回收貴金屬的化工流程如下：
已知：①當某離子的濃度低于1.0×10－5mol/L時，可忽略該離子的存在；
②AgCl(s)＋Cl－(aq) －(aq)　K＝2.0×10－5；
③Na2SO3易從溶液中結晶析出；
④不同溫度下Na2SO3的溶解度如表所示。
溫度/℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
(1) Cu屬于________區(qū)元素，其基態(tài)原子的價層電子排布式為____________。
(2) “濾液1”中含有Cu2＋和H2SeO3，“氧化酸浸”時Cu2Se反應的離子方程式為________________________________________________________。
(3) “氧化酸浸”和“除金”工序均需加入一定量的NaCl：
①在“氧化酸浸”工序中，加入適量NaCl的原因是____________________________________________________________________________________。
②在“除金”工序溶液中，Cl－濃度不能超過__________mol/L。
(4) 在“銀轉化”體系中，3－和5－濃度之和為0.075 mol/L，兩種離子分布分數(shù)δ隨SO濃度的變化關系如圖所示，若SO濃度為1.0 mol/L，則5－的濃度為____________mol/L。
(5) “濾液4”中溶質主要成分為____________(填化學式)；在連續(xù)生產(chǎn)的模式下，“銀轉化”和“銀還原”工序需在40 ℃左右進行，若反應溫度過高，將難以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，原因是____________________________________________________。
7. (2024·山東卷)以鉛精礦(含PbS，Ag2S等)為主要原料提取金屬Pb和Ag的工藝流程如下：
(1) “熱浸”時，難溶的PbS和Ag2S轉化為2－和－及單質硫。溶解等物質的量的PbS和Ag2S時，消耗Fe3＋物質的量之比為__________；溶液中鹽酸濃度不宜過大，除防止“熱浸”時HCl揮發(fā)外，另一目的是防止產(chǎn)生________(填化學式)。
(2) 將“過濾Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反復用飽和食鹽水熱溶，電解所得溶液可制備金屬Pb“電解I”陽極產(chǎn)物用尾液吸收后在工藝中循環(huán)使用，利用該吸收液的操作單元為________。
(3) “還原”中加入鉛精礦的目的是__________________________。
(4) “置換”中可選用的試劑X為______(填字母)。
A. Al　　　　　　　 B. Zn　　　　　　　
C. Pb　　　　　　　 D. Ag
“置換”反應的離子方程式為__________________________________________________。
(5) “電解Ⅱ”中將富銀鉛泥制成電極板，用作________(填“陰極”或“陽極”)。
8. (2024·新課標卷)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用。一種從濕法煉鋅產(chǎn)生的廢渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的單質或氧化物)中富集回收得到含錳高鈷成品的工藝如下：
已知溶液中相關離子開始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10－5mol/L)時的pH：
相關離子 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________。
(2) “過濾1”后的溶液中加入MnO2的作用是____________________________________________________________。
取少量反應后的溶液，加入化學試劑____________檢驗________，若出現(xiàn)藍色沉淀，需補加MnO2。
(3) “氧化沉鈷”中氧化還原反應的離子方程式為__________________________________________________________________、____________________________________________________。
(4) “除鈷液”中主要的鹽有____________________(寫化學式)，殘留的Co3＋濃度為________mol/L。
9. (2024·廣東卷)鎵(Ga)在半導體、記憶合金等高精尖材料領域有重要應用。一種從電解鋁的副產(chǎn)品炭渣(含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素)中提取鎵及循環(huán)利用鋁的工藝如下。
工藝中，LAEM是一種新型陰離子交換膜，允許帶負電荷的配離子從高濃度區(qū)擴散至低濃度區(qū)。用LAEM提取金屬離子Mn＋的原理如圖。已知：
①pKa(HF)＝3.2。②Na3(冰晶石)的Ksp為4.0×10－10。
③浸取液中，Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以(m－3)－(m＝0～4)微粒形式存在，F(xiàn)e2＋最多可與2個Cl－配位，其他金屬離子與Cl－的配位可忽略。
(1) “電解”中，反應的化學方程式為______________________________________。
(2) “浸取”中，由Ga3＋形成－的離子方程式為__________________________________。
(3)“還原”的目的：避免______元素以________________(填化學式)微粒的形式通過LAEM，從而有利于Ga的分離。
(4)“LAEM提取”中，原料液的Cl－濃度越______(填“高”或“低”)，越有利于Ga的提取；研究表明，原料液酸度過高，會降低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____________(填化學式)，以進一步提高Ga的提取率。
(5)“調pH”中，pH至少應大于__________，使溶液中c(F－)>c(HF)，有利于3－配離子及Na3晶體的生成。若“結晶”后溶液中c(Na＋)＝0.10 mol/L，則3－濃度為________________mol/L。
10. (2023·福建卷)白合金是銅鈷礦冶煉過程的中間產(chǎn)物，一種從白合金(主要含F(xiàn)e3O4、CoO、CuS、Cu2S及少量SiO2)中分離回收金屬的流程如下：
(1) “酸浸 1”中，可以加快化學反應速率的措施有______________________________________ ______________
(任寫其中一種)，CoO 發(fā)生反應的離子方程式：________________________________。
(2) “焙燒1”中，晶體[Fe2(SO4)3·xH2O和CoSO4·yH2O]總質量隨溫度升高的變化情況如下：
溫度區(qū)間/℃ <227 227～566 566～600 600～630
晶體總質量 變小 不變 變小 不變
①升溫至227 ℃過程中，晶體總質量變小的原因是______________；
566～600 ℃發(fā)生分解的物質是________________(填化學式)。
②為有效分離鐵、鈷元素，“焙燒1”的溫度應控制為__________℃。
(3) 25℃時，Ksp(CuS)＝6.3×10－36，H2S的Ka1＝1.1×10－7，Ka2＝1.3×10－13。反應CuS(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2S(aq)的平衡常數(shù)K＝______(列出計算式即可)。經(jīng)計算可判斷CuS難溶于稀硫酸。
Ⅱ. 銅的硫化物結構多樣。天然硫化銅俗稱銅藍，其晶胞結構如圖。
(4) 基態(tài)Cu2＋的價層電子排布式為________。
(5) 晶胞中含有______個S，N(Cu＋)∶N(Cu2＋)＝__________。晶體中微粒間作用力有________(填字母)。
a．氫鍵　　　　　　 b．離子鍵　　　　　　
c．共價鍵　　　　　　 d．.金屬鍵
(6) “焙燒2”中Cu2S發(fā)生反應的化學方程式為________________________________；
“濾渣2”是__________(填化學式)。
1. (2024·福州三模)以天青石 (主要成分：SrSO4)和炭粉焙燒后的水浸液為原料制備 SrCO3的流程如圖所示。
已知：ⅰ.水浸液中含有Sr2＋、Ba2＋、OH－，其中，c(Sr2＋)約為0.6 mol/L。
ⅱ.Ksp(SrSO4)＝3.4×10－7，Ksp(BaSO4)＝1.0×10－10。ⅲ. Sr、Ba分別位于第5、6周期ⅡA族。下列說法錯誤的是( 　　)
A. “焙燒”煙氣中可能含有CO和 SO2
B. “沉鋇”后的濾液呈酸性
C. “沉鋇”過程若 c(Ba2＋)降到 1.0×10－4mol/L, 濾渣中混有SrSO4
D. 硫酸鍶的熔點高于硫酸鋇
2. (2024·福州質檢2月)廢舊鉛蓄電池的鉛膏主要含有PbSO4、PbO2和Pb。從鉛膏中回收PbO流程如下[已知：Pb(OH)2性質類似Al(OH)3]：
下列說法錯誤的是( 　　)
A. “脫硫”是把PbSO4轉化為Na2SO4將硫除去
B. “酸浸”發(fā)生的反應有PbCO3＋2HAc===Pb(Ac)2＋CO2↑＋H2O
C. “酸浸”中H2O2會分解，應適當過量
D. “沉鉛”時為保證鉛的完全沉淀，應該加入過量氫氧化鈉
3. (2024·合肥二模)焦銻酸鈉[NaSb(OH)6]可用于制作電視機顯像管玻殼、紡織品阻燃劑和搪瓷乳白劑。以某含銻凈渣(主要成分是SbOCl，還含有少量Cu、As等元素)為原料制備焦銻酸鈉的工藝流程如圖所示。
已知：①NaSb(OH)6難溶于水：②Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20，Ksp[CuS]＝6.3×10－36。
(1) 含銻凈渣需進行粉碎研磨，其目的是____________________________________________________；
“浸渣”的主要成分是__________[填“Cu(OH)2”或“CuS”]。
(2) “堿溶”時SbOCl轉化為Na3SbS3，轉化的化學方程式為____________________________________________________________________。
(3) “氧化”時，溶液中的AsS轉化為易溶于水的Na3AsO4與銻分離，同時生成S，寫出該反應的離子方程式：____________________________________________________。
(4) “濾液”的主要成分是____________。
(5) 產(chǎn)品純度測定：稱取1.30 g NaSb(OH)6樣品，酸溶后加入適量硫酸肼固體配成250 mL溶液，取25.00 mL溶液于錐形瓶中，用0.050 0 mol/L Ce(SO4)2標準液滴定(Sb3＋＋2Ce4＋===Sb5＋＋2Ce3＋)，平均消耗標準液20.00 mL。
①硫酸肼的作用是__________。
②產(chǎn)品的純度為__________[NaSb(OH)6的摩爾質量為247 g/mol]。
4. (2024·濟南一模)工業(yè)上常用軟錳礦(主要成分為MnO2，含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2)和Li2CO3合成電極材料LiMn2O4并回收凈水劑明礬，其工藝流程如圖所示。
已知：①Mn2＋在酸性條件下比較穩(wěn)定，pH高于5.5時易被O2氧化；
②當溶液中某離子濃度c(Mn＋)≤1.0×10－5mol/L時，可認為該離子沉淀完全；常溫下，幾種沉淀的Ksp如下表所示；③lg5＝0.7。
氫氧化物 Fe(OH)3 Al(OH)3 Mn(OH)2 Fe(OH)2
Ksp 1.0×10－39 1.0×10－33 5.0×10－12 5.0×10－17
(1) “酸浸”時，通入稍過量SO2的目的是____________________________________________________________________________，一定溫度下，軟錳礦與不同濃度的硫酸反應60 min時結果如下表所示：
c(H2SO4)/(mol/L) 1.0 5.0 10.0 16.0 18.0
Mn浸出率/% 25 78 95 85 55
Al浸出率/% 35 90 83 5 0
則“酸浸”時，選擇c(H2SO4)為____________mol/L。
(2) 加入MnCO3“調pH”時，若c(Mn2＋)＝1.0 mol/L，其他金屬陽離子濃度為0.001 mol/L，則調pH的范圍為__________________________，若“濾渣Ⅲ”主要成分為FeOOH，則“氧化”操作中主反應的離子方程式為______________________________________________。
(3) “焙燒”操作中，為了提高Li2CO3，利用率，加入稍過量的MnO2，加熱至600～750 ℃便制得LiMn2O4，則反應的化學方程式為______________________________________________________，
整個流程中，可以循環(huán)使用的物質有____________。
(4) 獲取明礬KAl(SO4)2·12H2O的“一系列操作”是__________________________________。
能力1　化學工藝流程題的命題特點與規(guī)律
1. 流程圖的結構特點
(1) 跟蹤物質，判斷濾渣、濾液中物質，書寫物質的化學式(或電子式)。
(2) 分析每個步驟中可能發(fā)生的化學反應，書寫化學或離子方程式。
2. 原料處理
(1) 粉碎的目的：增大反應的面積，加快反應速率。
(2) 焙燒的目的
①高溫下，硫化物與空氣中的O2反應(如FeS2與O2反應生成Fe2O3和SO2)。
②除去硫、碳單質。
③除去有機物等。
(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入溶液。
(4) 提高浸取率的主要方法：將礦石粉碎；適當加熱；充分攪拌；適當提高浸取液的濃度；適當延長浸取時間等。
[注意]
①在分析“浸出率”圖表，解釋“浸出率”高低變化的原因時(“浸出率”升高，一般是反應溫度________，反應速率________；但當“浸出率”達到最大值后，溫度升高，“浸出率”反而下降，一般是因為反應試劑的______________)，試題常考查在工業(yè)生產(chǎn)中控制浸取的最佳條件，即選擇達到最高“浸出率”的時間、溫度等。
②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，但是酸又不能加入太多，因為后續(xù)除雜流程中還要加入堿性物質來提高溶液的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)步驟中轉化為Fe(OH)3沉淀而除去。
當氧化劑為H2O2時，發(fā)生反應的離子方程式為____________________________________________(注意：溫度不能太高，防止____________)；當用二氧化錳作氧化劑，發(fā)生反應的離子方程式為__________________________________________________。
②通過計算使Al3＋、Fe3＋等形成________________________________沉淀。計算完全沉淀時的c(OH－)，控制溶液pH在一定范圍(在酸性條件下)，將金屬雜質離子Al3＋、Fe3＋除去。
例：從工廠采集廢液(含F(xiàn)eSO4和少量ZnSO4、MgSO4)，進行四氧化三鐵的制備實驗。制備流程如圖所示。
①操作a、b的名稱為________。
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如下表所示：
物質 開始沉淀的pH 沉淀完全的pH
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。故先把Fe2＋氧化為Fe3＋，再調溶液pH范圍為________________________，使Fe3＋沉淀完全而Mn2＋不沉淀。
(2) 調節(jié)溶液pH常用試劑
①酸性物質：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：氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉、碳酸氫銨、金屬氧化物等。
②緩沖溶液：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可以讓Ca2＋ 、Mg2＋形成________________________而除去(注意：溶液的酸性不能太強，否則會________________)。
②加入Na2S可以使Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋、Hg2＋，分別形成__________________________________沉淀。也可以用一些Ksp較大的硫化物(如FeS、MnS等)通過沉淀轉化使某些金屬離子轉化為更難溶的硫化物。
③加入Na2CO3或NH4HCO3可以讓Mg2＋和Fe2＋，形成__________________________而除去。
常見的轉化為碳酸鹽沉淀的類型如下：
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＋＝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) 用單質進行置換，如可用Zn置換Cu2＋。
(5) 萃取與反萃取
①如果萃取劑與雜質離子反應，那么萃取后有機相就應棄去。因為萃取劑是有機酸，所以萃取時加______有利于萃取平衡正向移動。
②如果萃取劑與目標產(chǎn)物的離子反應，那么萃取后有機相就要加______進行反萃取。
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＋，應選擇萃取劑______ (填“A”或“B”)。
例2：萃取劑對Al3＋、Co2＋萃取率與pH的關系如圖所示。
萃取分離鈷、鋁的實驗操作： 向萃取分液后的有機相中加稀硫酸調pH＝3～4，分液可得CoSO4溶液，______________________________________________________________________________，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的關系如圖所示。
pH一般選擇5左右，理由是________________________________________。
(2) 實驗室從含碘廢液(除H2O外，含有CCl4、I2、I－等)中回收碘，其實驗過程如圖所示：
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______________________________。
4. 目標產(chǎn)物的生成與提純
(1) 核心反應：提純后，加入有關試劑，控制反應條件，生成目標產(chǎn)物。
(2) 物質分離：過濾、蒸發(fā)、萃取、分液、蒸餾、升華等方法。
[注意]有關溶解度曲線與結晶、過濾
①從溶液中得到晶體的過程：蒸發(fā)濃縮→冷卻結晶→過濾→洗滌、干燥。
②需要加熱得到的晶體(或物質)：蒸發(fā)結晶、趁熱過濾。
需要冷卻得到的晶體(或物質)：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶。
例1：制備MnSO4·H2O晶體。已知溶解度曲線如圖1所示，MnSO4·H2O晶體在曲線拐點右側。
操作方法：滴加稀硫酸酸化，溫度________(填“高于”或“低于”)40 ℃，________結晶、________過濾，酒精洗滌，低溫干燥。
圖1 　圖2
例2：制備FeSO4·7H2O晶體：已知溶解度曲線如圖2所示，F(xiàn)eSO4·7H2O晶體在曲線拐點左側。
操作方法：加熱________，得到________ ℃的飽和溶液，冷卻至______ ℃結晶，過濾，少量冰水洗滌，低溫干燥。
例3：由圖3和圖4，確定以下物質的制備方法。
圖3 圖4
①制備KNO3：____________、____________(過濾、洗滌、干燥)。
②制備KCl：____________、____________(洗滌、干燥)。
③制備無水Na2SO3：在________(填“高于”或“低于”)34 ℃條件下，____________，____________(洗滌、干燥)。
(3) 產(chǎn)品純度或產(chǎn)率計算。
能力2　物質的跟蹤與答題
1. 物質的跟蹤
原料到產(chǎn)品的轉化：比對原料與產(chǎn)品，確定要除去什么元素，引進什么元素。
(1) 沉淀成分的判斷
物質的跟蹤 舉例 濾渣成分
原料中不參與反應的物質 蛇紋石是一種富鎂硅酸鹽礦物的總稱，工業(yè)上由蛇紋石(主要成分為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__________
原料中不參與反應的物質及過量的反應物 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__________________________
原料中不參與反應的物質及后續(xù)反應的生成物 某粉煤灰經(jīng)預處理后含Cu2O、SiO2、Al2O3、FeO化合物，一種綜合利用工藝設計的流程如下：已知：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O 濾渣Ⅰ為________________
雜質轉化的物質 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________________
(2) 對所加試劑的要求
試劑 目的 追問
硫酸 酸溶 酸不能加過多，否則__________________________________
鹽酸 酸溶 鹽酸不能加過多，否則后續(xù)會與KMnO4等氧化劑反應，生成有毒氣體Cl2
堿液 堿溶(溶解Al、Al2O3等物質) 堿液不能加過多，否則__________________________________
SO2 還原劑(還原MnO2、Fe3＋等) 溫度不宜過高，溫度越高，SO2______________
Na2SO3 還原劑(還原MnO2、Fe3＋等) 實際用量高于理論量的原因：部分____________________________
Zn 置換溶液中的Cu2＋ 鋅粉過量目的是將溶液中的Cu2＋除凈
NH4F、NaF 除去Ca2＋、Mg2＋ pH太小Ca2＋、Mg2＋去除率降低原因：______________________________________________________________
Na2S、FeS 除重金屬離子(如Cu2＋) pH太小Cu2＋去除率降低原因：____________________________________________________________________
(3) 條件控制的目的
①控制溶液的pH
a. 使某種或幾種金屬離子轉化為氫氧化物沉淀，而目標離子不生成沉淀，以達到分離的目的(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，使雜質離子以氫氧化物沉淀出來)。
b. “酸作用”還可除去氧化物(膜)、抑制某些金屬離子的水解等。
c. “堿作用”還可除去油污、除去鋁片表面的氧化膜、溶解鋁等。
d. 金屬離子的萃取率與溶液的pH 密切相關。
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)生反應的離子方程式為__________________________________________________。
②在常溫下，已知：Ksp[Mn(OH)2]＝2×10－13、Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－39。工業(yè)上，當某離子濃度小于1×10－6 mol/L時，認為該離子已除凈。氧化后所得溶液中c(Mn2＋)＝0.2 mol/L，為使溶液中Fe3＋除凈，調節(jié)pH的范圍應為________________。
②控制溫度(常用水浴、冰浴或油浴)
a. 控制反應速率(升溫加快反應速率)、適宜的溫度使催化劑的活性最大、防止副反應的發(fā)生。
b. 控制化學反應進行的方向，使化學平衡移動。
c. 升溫：使溶液中的氣體逸出，使易揮發(fā)物質揮發(fā)，使易分解的物質分解。
煮沸：使氣體逸出；促進水解，聚沉后利于過濾分離。
d. 控制溫度結晶與過濾。
2. 循環(huán)物質的確定
考查角度 舉例 可循環(huán)物質
可逆反應的反應物 __________
前面步驟的反應物，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)為原料制備MnO2的工藝流程如圖：已知：草酸鈣、草酸鎂不溶于水 ________
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： ______________
能力3　有關圖像的曲線分析與答題
1. 影響化學反應速率
·OH是一種重要的活性基團，·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。
0～20 min內，50 ℃的化學反應速率與40 ℃ 的基本相同，原因是____________________________________________________________________________________________________________________。
[歸納總結] 出現(xiàn)矛盾結論可能的原因
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 反應物中有易分解的物質
減小濃度 速率減小 速率增大 反應為放熱反應
加入反應物 速率增大 速率不變 化學反應速率很慢
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，鐵浸取率隨溫度變化曲線如圖1所示，當溫度超過100 ℃時，鐵浸取率反而減小，原因是____________________________________________________________________。
圖1 圖2
(2) 溫度、物質的穩(wěn)定性影響浸取率
用(NH4)2S溶液浸取濾渣時的反應為(n－1)S＋S2－===S，單質硫浸取率隨溫度變化曲線如圖2所示。溫度高于30 ℃，單質硫浸取率下降的可能原因是________________________________________ ____________。
(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3。隨著溫度升高，砷的浸出率先增大后減小的原因是____________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________。
圖3
(4) 錳浸出率與浸出過程中時間和液固比的關系分別如圖甲、圖乙所示。
甲 　乙
適宜的浸出時間和液固比分別為________________、______。
3. 影響產(chǎn)率
已知：克勞斯法處理H2S的熱化學方程式為2H2S(g)＋O2(g)??S2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－314 kJ/mol。
(1) 用克勞斯法處理H2S時，研究人員對反應條件對S2產(chǎn)率的影響進行了如下研究。其他條件相同時，相同時間內，S2產(chǎn)率隨溫度的變化如圖1所示。隨著溫度升高，S2產(chǎn)率先增大后減小，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
圖1 　圖2
(2) 其他條件相同時，相同時間內，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______________________________________________________。
類型1　化學工藝流程(選擇題)
例1　(2022·湖南卷)鋁電解廠煙氣凈化的一種簡單流程如圖。下列說法錯誤的是( 　　)
A. 不宜用陶瓷作吸收塔內襯材料
B. 采用溶液噴淋法可提高吸收塔內煙氣吸收效率
C. 合成槽中產(chǎn)物主要有Na3AlF6和CO2
D. 濾液可回收進入吸收塔循環(huán)利用
例2　(2024·廈門一中)鋰輝礦(主要成分為LiAlSi2O6)可用低溫重構－直接浸出技術制備碳酸鋰，同時得到氧化鋁，工藝流程如圖。下列說法不正確的是( 　　)
A. “水熱反應”為2LiAlSi2O6＋8NaOHLi2SiO3＋3Na2SiO3＋2Na
B. “濾渣1”和“濾渣2”主要成分不同
C. 流程中不涉及氧化還原反應
D. 冶煉金屬鋰可用電解其熔融氯化物的方法，而冶煉金屬鋁則不可以
類型2　流程圖中的條件控制與除雜及物質的跟蹤
例3　(2024·安慶二模)粗氫氧化鈷Co(OH)3是以銅鈷礦為原料濕法提取而得到的粗制鈷鹽中間品，含有MnOOH以及Al2O3、Fe3O4、Mg等雜質，粗氫氧化鈷濕法制取精制硫酸鈷流程如下：
(1) “浸出”時添加還原劑SO2對原料中的錳和__________(填元素名稱)進行有效浸出。保持溫度，SO2流速等條件不變，Co浸出率與時間關系如圖1所示，則H2SO4濃度最適宜為__________mol/L。
圖1 　　圖2
(2) “除雜”時混合氣在金屬離子的催化作用下產(chǎn)生具有強氧化性的過一硫酸(H2SO5)。Mn2＋被H2SO5氧化為MnO2，該反應的離子方程式為____________________________________________________(已知：H2SO5的第一步電離是完全電離，第二步電離是部分電離)。生石灰調節(jié)pH＝__________(保留一位小數(shù))時，檢驗反應后的濾液中恰好不存在Fe3＋[已知：Fe(OH)3的Ksp＝10－37.4，離子濃度≤10－6mol/L時沉淀完全]。
(3) 在萃取劑一定量的情況下，提高萃取率的措施有_______________________________________ ______(答出一點即可)，“萃取”后水相溶液中存在的金屬離子有________________。
(4) 硫酸鈷的溶解度曲線如圖2所示，從溶液中獲得CoSO4·7H2O的方法是________________________________________。
例4　(2024·蕪湖5月模擬)工業(yè)上以鉻鐵礦(FeCr2O4，含Mg、Al、Si的氧化物等雜質)為主要原料制備紅礬鈉(Na2Cr2O7·2H2O)及副產(chǎn)品工藝流程如圖。回答下列問題：
已知：最高價鉻元素在酸性介質中以Cr2O存在，在堿性介質中以CrO存在。
(1) “焙燒”工序中的主要反應的化學方程式為_______________________________________________ _______________________。
(2) 濾渣1的主要成分為__________________。
(3) 礦物中相關元素可溶性組分物質的量濃度的對數(shù)lg 與pH的關系如圖所示。
①SiO完全轉化為沉淀的離子方程式為__________________________________________________。
②“酸化”過程選硫酸而不選CO2的主要原因是______________________________________________________。
(4) “蒸發(fā)結晶”工序副產(chǎn)品為____________，分離副產(chǎn)品的操作為____________。
(5) 流程中可循環(huán)使用的物質有__________________。
(6) 在溶液中，鋁元素可以多種形式存在，如Al3＋、－等，使鋁元素以Al(OH)3的形式完全沉淀的pH范圍是__________________(保留兩位有效數(shù)字){已知：通常認為溶液中離子濃度≤1.0×10－5mol/L為沉淀完全；Al(OH)3＋OH－ [Al(OH)4]－的K＝10－0.6；Kw＝10－14；Ksp＝10－33}。
類型3　工藝流程中的曲線及晶體結構計算
例5　(2024·馬鞍山三模)活性ZnO在橡膠、光學、化工及電子等行業(yè)中有重要應用。某工廠以鉛鋅煙氣(主要成分為ZnO、PbO，兼有少量FeO、CuO)制備活性ZnO的工藝流程如下：
(1) 基態(tài)Zn原子的價層電子排布式為____________________________________________。
(2) 為提高“酸浸”速率，可采取的措施________________________________________________ ______________(寫出一點即可)。
(3) “酸浸”時當浸出液pH為3.93時，溫度與Zn、Pb元素浸出率的影響如圖所示。則“酸浸”時采用30℃而不用更高溫度的原因是__________________________________________________________ ______________________________________。
(4) “氧化”時，在pH約為5的浸出液中分批加入適量KMnO4溶液充分反應后過濾，濾渣Ⅰ中有MnO2，該步反應的離子方程式為______________________________________________________________。
(5) “還原”時，濾渣Ⅱ的主要成分為Pb、Cu，最適宜使用的試劑X是________(填化學式)。
(6) 在“沉鋅”中生成Zn(OH)2·ZnCO3沉淀的化學方程式為__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(7) 用鋅與銅制得的高純銅鋅合金濾料被廣泛應用于各種水處理設備。一種銅鋅合金的立方晶胞結構如圖，晶胞參數(shù)為a pm。
①與Cu原子等距離且最近的Cu原子有______個。
②該銅鋅合金晶體密度為__________g/cm3(列出計算式，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA)。
例6　(2024·廈門二模)利用煉鋅鈷渣[主要含Co(OH)2、FeSO4、NiSO4和Zn、Cu單質]協(xié)同制備Co(OH)3和高純Zn的流程如下。
(1) “酸浸”過程Co(OH)2發(fā)生反應的離子方程式為__________________________________________。
(2) “沉鐵”過程CaCO3的作用有__________________________________________________________________________________。
(3) “沉鎳”過程pH對溶液中Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)含量的影響如圖。
①由圖判斷，應調節(jié)pH＝________。
②該過程Co2＋可能發(fā)生的反應如下：
Co2＋＋6NH3·H2O===[Co(NH3)6]2＋＋6H2O　K1＝105
Co2＋＋2NH3·H2O===Co(OH)2↓＋2NH　 K2
則K2＝________，[Co(NH3)6]2＋為__________(填“熱力學”或“動力學”)產(chǎn)物。
{已知：25 ℃時，Kb(NH3·H2O)＝10－4.8，Ksp[Co(OH)2]＝10－15}
(4) “沉鈷”過程生成Co(OH)3的離子方程式為________________________________________________________________________________________。
(5) “電解”過程陰極生成Zn的電極反應式為____________________________________________。金屬Zn的晶胞如圖，密度為ρ g/cm3，則阿伏加德羅常數(shù)NA＝______mol－1(列代數(shù)式即可，下同)，晶胞空間占有率為______。
1. (2024·德州一模)一種利用含鈷廢料(主要成分為Co3O4，還含有少量SiO2、Fe2O3、Al2O3等雜質)制備LiCoO2的工藝流程如圖。下列說法錯誤的是( 　　)
已知：常溫下，部分金屬離子沉淀的pH如表[c(金屬離子)≤1×10－5mol/L時認為該離子沉淀完全]。
金屬離子 Fe2＋ Fe3＋ Al3＋ Co2＋
開始沉淀的pH 8.5 2.2 3.4 7.8
完全沉淀的pH 10.0 3.0 4.5 9.4
A. “酸浸”時可用SO2代替H2O2
B. “調pH”的范圍為4.5～7.8，濾液中殘留的c(Al3＋)∶c(Fe3＋)＝104.5
C. 氣體X可在“調pH”操作單元回收利用
D. “高溫焙燒”時的化學方程式：4CoCO3＋2Li2CO3＋O24LiCoO2＋6CO2
2. (2024·長沙一中)堿式硫酸鐵[Fe(OH)SO4，黃褐色固體]是一種新型高效絮凝劑和污泥處理劑。工業(yè)上利用廢鐵屑(含少量氧化鋁、氧化鐵等)生產(chǎn)堿式硫酸鐵的工藝流程如圖：
已知：部分金屬陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH如表。
金屬陽離子 Fe3＋ Fe2＋ Al3＋
開始沉淀 2.3 7.5 3.4
完全沉淀 3.2 9.7 4.4
下列說法不正確的是( 　　)
A. “攪拌”時加入少量NaHCO3將溶液的pH調節(jié)在4.4≤pH＜7.5
B. 生成濾渣的離子方程式為Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋
C. 該工藝流程不符合綠色化學的理念
D. “反應Ⅱ”中若用O2代替NaNO2，當11.2 L(標準狀況)O2參與反應，則相當于節(jié)約了2 mol NaNO2
3. (2024·合肥三模) CuCl廣泛應用于化工、電鍍等行業(yè)。工業(yè)上，常用海綿銅(Cu)為原料，用稀硝酸鹽氧化分解技術生產(chǎn)CuCl，過程如下：
已知：CuCl難溶于醇和水，可溶于氯離子濃度較大的體系，在潮濕的空氣中易水解氧化。
(1) 步驟①反應后溶液中NO無剩余，則該反應中得到的氧化產(chǎn)物是____________(填化學式)，實際生產(chǎn)中，為提高①的效率，可使用的一種方法是________。
(2) 寫出步驟③中主要反應的離子方程式：________________________________________________________________。
(3) 在步驟⑤中用pH＝2的酸進行“酸洗”。“酸洗”時使用的酸為________(填“硝酸”“硫酸”或“鹽酸”)，理由是______________________________________________________________________；
步驟⑥可以提高產(chǎn)率，原因是________________________________________________________________。
(4) 在生產(chǎn)過程中，步驟①會產(chǎn)生一種污染性氣體，其化學式為________，因此在生產(chǎn)過程中，要增加一步用O2和H2O吸收該氣體的操作，對得到的溶液(含有HNO2)進行電解可制硝酸，電解的化學方程式為______________________________。
(5) 若用硝酸代替硝酸銨，為充分利用原料，理論上要使硝酸全部參與反應，則在加入原料過程中，硝酸和硫酸的物質的量之比為__________。
4. (2024·福州三模)二氧化鈦化學穩(wěn)定性好，無污染，可應用于鋰電池負極材料。某含鈦高爐渣(主要成分為CaTi2O5，含少量Al2O3、SiO2、Fe2O3等雜質)制備二氧化鈦工藝如下：
(1) 基態(tài)Ti的價層電子排布式為____________。
(2) “焙燒”過程生成偏鈦酸鈉(Na2TiO3)的化學方程式為__________________________________________________________。
(3) “濾液1”中Si、Al分別以______________________________(填離子符號)存在。
(4) “濾渣1”的主要成分為____________。
(5) “還原”工序需要在低溫下進行的原因是____________________________________________________________。
(6) “水解”步驟TiO2＋轉化為偏鈦酸沉淀，反應的離子方程式為______________________________________________。
(7) 將80 g二氧化鈦和40 g焦炭混合，在真空高溫條件下制備碳化鈦(TiC)的化學方程式為____________________________________，
若該過程固體失重率達到35%，則碳化鈦的產(chǎn)率為______________。
(8) 銳鈦礦型TiO2晶胞結構如圖，該晶胞中氧的配位數(shù)為______；已知該晶體密度為ρ g/cm3，則阿伏加德羅常數(shù)為______mol－1(用含ρ、a、b的代數(shù)式表示，Ti—48)。
專題8　化學工藝流程
【高考溯源】
1. C　【解析】 H3PO4溶液為酸性，會腐蝕活潑金屬，Na2CO3溶液呈堿性，“中和”工序若在鐵制容器中進行，應先加入堿性的Na2CO3溶液，A正確；若“中和”后堿性過大，應加入H3PO4調節(jié)pH；若“中和”后呈酸性，則應加入NaOH調節(jié)pH，B正確；HPO能電離：HPO??H＋＋PO　Ka3＝4.8×10－13，也能水解：HPO＋H2O??H2PO＋OH－　Kh2＝＝≈1.6×10－7，Ka3＜Kh2，即HPO水解程度更大，溶液顯堿性，C錯誤；Na2HPO4·12H2O易風化，為防止其受熱失去結晶水，“干燥”工序應在低溫下進行，D正確。
2. B　【解析】 “鹽浸”過程中消耗氨氣，浸液pH下降，需補充NH3，A正確；由“鹽浸”過程有少量Fe2＋和Fe3＋浸出可知，“濾渣”的主要成分為Fe3O4和Fe2O3，只含少量的Fe(OH)3，B錯誤。
3. B　【解析】 焙燒時Cr2O3發(fā)生反應：2Cr2O3＋4Na2CO3＋3O24Na2CrO4＋4CO2，有CO2產(chǎn)生，A正確；焙燒過程鐵元素被氧化，濾渣的主要成分為氧化鐵，B錯誤；水浸后濾液①中主要溶質為Na2CrO4，故Cr元素主要存在形式為CrO，C正確；“轉化”中Cr元素由＋6價變?yōu)椋?價，則淀粉水解液中的葡萄糖起還原作用，D正確。
4. (1) 四　ⅠB　(2) Cu2＋
(3) Au＋8HCl＋3H2O2===2HAuCl4＋6H2O
(4) AgCl
(5) [Ag(S2O3)2]3－＋e－===Ag↓＋2S2O　Na2S2O3　(6) 3∶4
(7) (a)結構中電子云分布較均衡，結構較為穩(wěn)定，(b)結構中正負電荷中心不重合，極性較大，較不穩(wěn)定，且存在氧化性強于I2的過氧鍵，故Na2S4O6結構不能是(b)
【解析】 (4)“浸取2”步驟中Au發(fā)生溶解，同時Ag也會被H2O2氧化，后遇HCl發(fā)生反應生成AgCl，因此浸渣2為AgCl。(5)“電沉積”過程中[Ag(S2O3)2]3－轉化為Ag，因此陰極電極反應式為[Ag(S2O3)2]3－＋e－===Ag↓＋2S2O；由于“電沉積”過程生成了S2O，所以可循環(huán)利用的物質為Na2S2O3。(6)“還原”步驟中N2H4作還原劑，HAuCl4為氧化劑，1 mol N2H4轉化為N2失去4 mol 電子，1 mol HAuCl4轉化為Au得到3 mol電子，根據(jù)得失電子守恒，被氧化的N2H4與產(chǎn)物Au的物質的量之比為3∶4。
5. (1) 　(2) 快速冷卻　(3) 先有白色沉淀生成，然后沉淀快速溶解　(4) BeA2(HA)2＋6NaOH===Na2[Be(OH)4]＋4NaA＋2H2O　反萃取　(5) 增強熔融氯化鈹?shù)膶щ娦?br/>(6) Be4O(CH3COO)6
【解析】 (5)BeCl2和AlCl3類似，均為共價化合物，熔融態(tài)導電性較差，因此加入NaCl可以增強導電性。(6)根據(jù)題目描述，4個Be和1個O構成正四面體，O在中心，Be在頂點，保證每個Be配位環(huán)境相同，Be與Be間通過CH3COO－相連，則其結構簡式為Be4O(CH3COO)6。
6. (1) ds　3d104s1
(2) Cu2Se＋4H2O2＋4H＋===2Cu2＋＋H2SeO3＋5H2O
(3) ①使Ag2Se轉化為AgCl沉淀，同時確保AgCl不轉化為[AgCl2]－進入“濾液1”　②0.5　(4) 0.05　(5) Na2SO3　高于40 ℃后，Na2SO3的溶解度下降，易結晶析出
【解析】 (3)②“除金”工序中不能讓AgCl溶解，即[AgCl2]－濃度要低于1.0×10－5 mol/L，結合平衡常數(shù)K＝2.0×10－5可算出Cl－濃度不能超過0.5 mol/L。(4)“銀轉化”體系中發(fā)生的反應是[Ag(SO3)2]3－＋SO??[Ag(SO3)3]5－，根據(jù)圖中交點可算出平衡常數(shù)K＝＝2。SO濃度為1 mol/L時，假設[Ag(SO3)3]5－濃度為x mol/L，則[Ag(SO3)2]3－濃度為(0.075－x) mol/L，K＝＝2，x＝0.05。(5)“銀還原”工序中，Na2S2O4會被氧化為Na2SO3循環(huán)利用。
7. (1) 1∶1　H2S　(2) 熱浸　(3) 將過量的Fe3＋還原為Fe2＋　(4) C　Pb＋2[AgCl2]－===2Ag＋[PbCl4]2－　(5) 陽極
【解析】 (1)PbS和Ag2S溶解時，Pb、Ag化合價均不變，僅S元素從－2價升至0價，等物質的量的PbS和Ag2S失電子物質的量相等，故消耗Fe3＋物質的量相等。溶液中若鹽酸濃度過大，會由于H＋濃度大生成有毒的H2S氣體。(2)“電解Ⅰ”陽極產(chǎn)物為Cl2，用尾液吸收，Cl2會與尾液中Fe2＋反應生成Fe3＋，可在“熱浸”步驟中使用。(5)“置換”后得到的富銀鉛泥是置換出的Ag和過量的Pb的混合物，將其制成電極板用作陽極，由于二者放電順序不同，最終在陽極泥中得到Ag，在陰極得到Pb。
8. (1) 增大固液接觸面積，加快酸浸速率，提高浸取效率　Pb
(2) 將溶液中的Fe2＋氧化為Fe3＋，以便在后續(xù)調pH時除去Fe元素　K3溶液　Fe2＋
(3) 3Co2＋＋MnO＋7H2O===3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋　3Mn2＋＋2MnO＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋
(4) ZnSO4、K2SO4　10－16.7
【解析】 (4) 在去除鉛、鐵、鈷、錳等金屬元素后，除鈷液中主要的金屬離子是鋅離子和鉀離子，陰離子主要是硫酸根離子，因此主要的鹽是ZnSO4、K2SO4。根據(jù)Co3＋完全沉淀時的pH＝1.1，當c(Co3＋)＝1×10－5 mol/L 時，可計算出Ksp[Co(OH)3]＝10－5×(10－12.9)3＝10－43.7，“除鈷液”的pH＝5，即c(OH－)＝10－9 mol/L，結合Ksp[Co(OH)3] 可算出Co3＋濃度為10－16.7 mol/L。
9. (1) 2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑
(2) Ga3＋＋4Cl－===[GaCl4]－
(3) 鐵　[FeCl4]－　(4) 高　NaCl　(5) 3.2　4.0×10－7
【解析】(5) 由pKa(HF)＝3.2，Ka(HF)＝＝10－3.2，為了使溶液中c(F－)>c(HF)，c(H＋)＝×10－3.2<10－3.2mol/L，故pH至少應大于3.2，有利于[AlF6]3－配離子及Na3[AlF6] 晶體的生成。若“結晶”后溶液中c(Na＋)＝0.10 mol/L，根據(jù)Na3[AlF6](冰晶石)的Ksp＝4.0×10－10，c[AlF6]3－＝＝ mol/L＝4.0×10－7 mol/L。
10. (1) 粉碎白合金、攪拌、適當升溫、適當增大H2SO4濃度等　CoO＋2H＋===Co2＋＋H2O
(2) ①失去結晶水　Fe2(SO4)3　②600
(3) 　(4) 3d9　(5) 2　2∶1　bc
(6) Cu2S＋2O22CuO＋SO2　SiO2
【解析】 (2) ①升溫至227 ℃過程中，晶體總質量變小的原因是二者失去結晶水；227～566 ℃質量不變，而后566～600 ℃質量再次減小，說明此時硫酸鐵分解。②為有效分離鐵、鈷元素，“焙燒1”的溫度應控制為600 ℃，此時硫酸鐵已全部分解。(3) CuS(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2S(aq)的平衡常數(shù)K＝＝＝。(4) ①基態(tài)Cu2＋的價層電子排布式為3d9。②由晶胞可知含S2－為晶胞內與Cu形成3個鍵的白球，有2個，S為棱上2個S直接相連的部分，個數(shù)為＝2；因此晶胞中S 的總價態(tài)為2×(－2)＋2×(－2)＝－8，由晶胞可知晶胞中Cu的總個數(shù)為6個，設Cu＋的個數(shù)為x，Cu2＋的個數(shù)為y，則x＋y＝6，x＋2y＝＋8，聯(lián)立二式解得x＝4，y＝2，故N(Cu＋)∶N(Cu2＋)＝2∶1。
【模考前沿】
1. B　【解析】 碳和硫酸鍶發(fā)生氧化還原反應，硫元素的化合價降低產(chǎn)生二氧化硫，碳可能會升高到＋2價，變成一氧化碳，A正確；“沉鋇”后的濾液若呈酸性，則通入CO2不能生成SrCO3沉淀，故濾液不可能呈酸性，B錯誤；當c(Ba2＋)降到1.0×10－4 mol/L，根據(jù)Ksp(BaSO4)＝1.0×10－10，可計算得出此時SO的濃度為1.0×10－6 mol/L，則c(Sr2＋)·c(SO)＝6.0×10－7>Ksp(SrSO4)，故可以形成SrSO4沉淀，C正確；鍶離子的半徑小于鋇離子的半徑，所帶的電荷數(shù)一樣，陰離子相同，陽離子半徑小的離子鍵強，晶體的熔點高，D正確。
2. D　【解析】 “脫硫”中發(fā)生反應：PbSO4(s)＋CO(aq) PbCO3(s)＋SO(aq)，PbSO4中S元素轉化為可溶性Na2SO4而除去，A正確；酸浸時PbCO3與HAc反應生成Pb(Ac)2、CO2和H2O，B正確；H2O2易分解，為使Pb、PbO2酸浸完全，應加入過量的H2O2，C正確；Pb(OH)2會與NaOH反應生成可溶性物質，故加入的NaOH不能過量，D錯誤。
3. (1) 增大反應物的接觸面積，加快浸銻速率，使反應更充分　CuS
(2) SbOCl＋3Na2S＋H2O===Na3SbS3＋2NaOH＋NaCl
(3) AsS＋4H2O2===AsO＋3S↓＋4H2O
(4) NaCl　 (5) ①還原劑　 ②95%　
【解析】 (5) ①NaSb(OH)6樣品中Sb為＋5價，加入適量硫酸肼使其轉化為＋3，其化合價降低，故硫酸肼的作用是還原劑。②結合Sb元素守恒和得失電子守恒，NaSb(OH)6～Sb3＋～2Ce4＋，產(chǎn)品的純度為×100%＝95%。
4. (1) 將MnO2全部轉化為Mn2＋，且將Fe3＋還原為Fe2＋，防止濾渣Ⅱ中引入Fe(OH)3　10.0
(2) 4.67≤pH≤5.5　4Fe2＋＋O2＋6H2O===4FeOOH＋8H＋
(3) 8MnO2＋2Li2CO34LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑　O2、硫酸　(4) 蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌
【解析】 (1) 由題表信息可知，F(xiàn)e(OH)3的Ksp小于Al(OH)3，為防止在濾渣Ⅱ中引入Fe(OH)3，“酸浸”時，通入稍過量SO2，將MnO2全部轉化為Mn2＋，將Fe3＋還原為Fe2＋；根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可知當c(H2SO4)為10.0 mol/L時，Mn、Al的浸出率均較高。(2)加入MnCO3“調pH”時，應使Al3＋轉化為Al(OH)3沉淀，同時Mn2＋、Fe2＋不沉淀，Ksp[Al(OH)3]＝c(Al3＋)·c3(OH－)＝1.0×10－33，當c(Al3＋)＝1×10－5 mol/L時，Al3＋恰好沉淀完全，此時c(OH－)＝1×10－ mol/L，c(H＋)＝1×10－mol/L，則pH≥4.67；當Fe2＋開始沉淀時，Ksp[Fe(OH)2]＝c(Fe2＋)·c2(OH－)＝5.0×10－17，c(Fe2＋)＝1×10－3 mol/L，則c(OH－)＝×10－7 mol/L，c(H＋)＝mol/L，則pH≤7.35；已知Mn2＋在pH高于5.5時易被O2氧化，則調pH的范圍為4.67≤pH≤5.5。
【舉題固法】
例1　C　【解析】 煙氣含有HF，陶瓷中含有SiO2，SiO2會與HF反應，所以不宜用陶瓷作吸收塔內襯材料，A正確；溶液噴淋法可增大反應物的接觸面積，可提高吸收塔內煙氣吸收效率，B正確；合成槽中含有生成Na3AlF6、加入的Na[Al(OH)4]、過量Na2CO3，溶液為堿性，堿性溶液不會生成CO2, Na[Al(OH)4]、Na2CO3會與CO2反應，C錯誤；濾液中含有過量Na2CO3，可回收進入吸收塔循環(huán)利用，D正確。
例2　B　【解析】 “濾渣1”和“濾渣2”的主要成分均為硅酸，B錯誤；流程中各步轉化過程中均沒有元素發(fā)生化合價變化，均不涉及氧化還原反應，C正確；氯化鋰是離子化合物，氯化鋁為共價化合物，所以冶煉金屬鋰可用電解熔融氯化物的方法，而冶煉金屬鋁用電解熔融氧化鋁的方法，D正確。
例3　(1) 鈷、鐵　3.0
(2) H2O＋Mn2＋＋HSO===MnO2↓＋SO＋3H＋　3.5
(3) 分多次加入萃取劑或充分振蕩(答案合理即可)　Al3＋、Mg2＋
(4) 在70～75 ℃時減壓蒸發(fā)、冷卻結晶
【解析】 (1) 由圖乙可知，H2SO4濃度為3 mol/L時Co浸出率最先接近100%，則H2SO4濃度最適宜為3 mol/L。(2) H2SO5的電離第一步完全，第二步微弱，則H2SO5在溶液中的主要存在形式，為HSO，故Mn2＋被H2SO5氧化為MnO2的離子方程式為電H2O＋Mn2＋＋HSO===MnO2↓＋SO＋3H＋。Fe3＋恰好完全沉淀時，c(OH－)＝mol/L＝mol/L≈10－10.5mol/L，c(H＋)＝10－3.5 mol/L，則pH＝3.5。(3) 在萃取劑一定量的情況下，可以通過多次萃取、充分振蕩等措施提高萃取率。(4) 由圖丙可知CoSO4·7H2O的溶解度隨溫度升高而快速升高，且溫度高于75 ℃左右時會失水變成CoSO4，則從溶液中獲得CoSO4·7H2O的方法是在70～75 ℃時減壓蒸發(fā)，冷卻結晶。
例4　(1) 4FeCr2O4＋7O2＋8Na2CO3===8Na2CrO4＋2Fe2O3＋8CO2　(2) Fe2O3、MgO
(3) ①SiO＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO
②選擇CO2會導致CrO不能盡可能多地轉化為Cr2O
(4) Na2SO4　趁熱過濾
(5) 二氧化碳、硫酸　(6) 4.7～9.6
【解析】 (4) “蒸發(fā)結晶”工序副產(chǎn)品為Na2SO4，溶解度隨溫度變化不大，故分離副產(chǎn)品的操作為趁熱過濾。(6) 已知Al(OH)3＋OH－ [Al(OH)4]－的K＝10－0.6＝，溶液中離子濃度≤1.0×10－5mol/L為沉淀完全，則c(OH－)＝mol/L＝10－4.4mol/L，pH＝14－pOH＝14－4.4＝9.6；以Al3＋形式存在時，Ksp＝c(Al3＋)·c3(OH－)＝10－33，溶液中離子濃度≤1.0×10－5mol/L 為沉淀完全，則c(OH－)＝mol/L＝10－9.3mol/L, pH＝14－pOH＝14－9.3＝4.7，故使鋁元素以Al(OH)3 的形式完全沉淀的pH范圍是4.7～9.6。
例5　(1) 1s22s22p63s23p63d104s2或3d104s2
(2) 適當增加鹽酸濃度(或適當提高反應溫度或攪拌，答案合理即可)　(3) 防止鹽酸揮發(fā)；隨溫度升高，Zn2＋浸出率基本不變，Pb2＋浸出率增大，雜質含量增大，增加后續(xù)凈化成本
(4) 3Fe2＋＋MnO＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋
(5) Zn　(6) 2ZnCl2＋3Na2CO3＋2H2O===Zn(OH)2·ZnCO3↓＋2NaHCO3＋4NaCl或2ZnCl2＋2Na2CO3＋H2O===Zn(OH)2·ZnCO3↓＋CO2↑＋4NaCl
(7) ①8　②或
【解析】 (5) 濾渣Ⅱ的主要成分為Pb、Cu，還原時，加入Zn可將溶液中Cu2＋、Pb2＋，置換Cu、Pb，且不引入雜質，所以試劑X應為Zn。(7) ①根據(jù)圖示可知：銅原子位于面心，與Cu原子等距離且最近的Cu原子有8個。②該晶胞中Cu原子個數(shù)＝6×＝3、Zn原子個數(shù)＝8×＝1，晶胞質量為m＝g＝g，晶胞體積V＝(a×10－10cm)3，黃銅合金晶體密度ρ＝＝＝g/cm3。
例6　(1) Co(OH)2＋2H＋===Co2＋＋2H2O
(2) 調節(jié)pH將鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，且碳酸鈣、硫酸鈣均為固體，減少引入其他雜質　(3) ①10　②105.4　動力學
(4) 2[Co(NH3)6]2＋＋SO＋4OH－＋H2O===2Co(OH)3↓＋SOi＋12NH3↑　(5) [Zn(OH)4]2－＋2e－===Zn＋4OH－
　。
【解析】 (3) ①“沉鎳”過程中盡量使得Ni2＋全轉化為沉淀，而Co2＋不沉淀，由圖判斷，應調節(jié)pH＝10，此時鎳沉淀完全，而鈷損失較小。②K2＝＝＝＝＝105.4。K1＝105＜K2＝105.4，因此熱力學上更趨于生成Co(OH)2，Co(OH)2為熱力學產(chǎn)物實際生產(chǎn)流程中“沉鎳”后沒有生成Co(OH)2沉淀，而是生成了[Co( NH3)6]2＋，[Co(NH3)6]2＋則為動力學產(chǎn)物。(5) “電解”過程，[Zn(OH)4]2－在陰極得到電子發(fā)生還原反應生成Zn，電極反應式為[Zn(OH)4]2－＋2e－===Zn＋4OH－。根據(jù)“均攤法”知1個Zn晶胞中含Zn原子的數(shù)目等于×4＋×4＋1＝2，則晶體密度＝＝ g/cm3＝×1021 g/cm3＝ρ g/cm3，則NA＝ mol－1；由圖可知，鋅原子半徑為nm，晶胞空間占有率為＝
【能力評價】
1. C　【解析】 H2O2在酸浸過程中是還原劑，而SO2也具有還原性，還原性比H2O2弱，故用SO2代替H2O2還原Co3O4也可以，A正確；根據(jù)表中Fe3＋和Al3＋完全沉淀的pH，可知常溫下Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－5×(1×10－11)3＝1×10－38，同理，可得Ksp[Al(OH)3]＝1×10－33.5，當“調pH”的范圍為4.5～7.8，兩種離子都沉淀完全，則＝＝＝104.5，B正確；氣體X是CO2，在“調pH”操作單元不可回收利用，C錯誤；高溫焙燒時，碳酸鈷、碳酸鋰和氧氣反應生成LiCoO2和CO2，D正確。
2. B　【解析】 廢鐵屑中含少量氧化鋁、氧化鐵等，將過量廢鐵屑加入稀硫酸中，發(fā)生反應：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑、Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O、Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、Fe2(SO4)3＋Fe===3FeSO4，然后反應Ⅰ中加入NaHCO3并攪拌，調節(jié)溶液的pH，發(fā)生反應：Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑，所以濾渣中成分是Al(OH)3，過濾得到硫酸亞鐵，向硫酸亞鐵溶液中加入稀硫酸和NaNO2，酸性條件下，NaNO2和FeSO4發(fā)生氧化還原反應生成鐵離子、NO，將溶液蒸發(fā)濃縮、過濾得到堿式硫酸鐵。加入少量NaHCO3調節(jié)pH，使Al3＋完全沉淀，而Fe2＋不沉淀，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可推斷，應控制在4.4≤pH＜7.5范圍內，A正確；NaHCO3和Al3＋反應的離子方程式為Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑，B錯誤；該過程中有NO生成，不符合綠色化學的理念，C正確；若有11.2 L(標準狀況)O2即0.5 mol O2參與反應，則轉移電子2 mol，若用NaNO2作氧化劑，還原產(chǎn)物為NO，每1 mol NaNO2轉移1 mol電子，所以標準狀況下11.2 L O2參與反應相當于節(jié)約2 mol NaNO2，D正確。
3. (1) CuSO4　攪拌
(2) 2Cu2＋＋SO＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SO＋2H＋
(3) 硫酸　硝酸會將CuCl氧化，而鹽酸會提高溶液中Cl－的濃度，使CuCl溶解　“醇洗”可以加快去除CuCl表面的水分，防止CuCl水解氧化　(4) NO　HNO2＋H2OHNO3＋H2↑　(5) 2∶3
【解析】 (1) 溶解過程中，加入了硝酸銨和硫酸，就形成了具有氧化性的硝酸，可以溶解銅，反應生成硫酸銅，所以步驟①得到的氧化產(chǎn)物為CuSO4；為了提高步驟①的效率，一般可以采取的方法有：攪拌、升溫、適當增加酸的濃度等。(5) 在生產(chǎn)過程中，會盡可能地讓硝酸全部參與反應，由離子方程式知3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，其中H＋的量為8份，則HNO3的量為2份，硫酸的量為3份，即硝酸和硫酸的比至少要為2∶3。
4. (1) 3d24s2　(2) CaTi2O5＋2Na2CO3CaO＋2Na2TiO3＋2CO2↑　(3) [Al(OH)4]－、SiO　(4) CaSO4
(5) 冷卻結晶析出綠礬以除去鐵元素或減緩Fe2＋被空氣中的氧氣氧化　(6) TiO2＋＋2H2O===TiO(OH)2↓＋2H＋
(7) TiO2＋3CTiC＋2CO ↑　75.0%　(8) 3　
【解析】 (7) 80 g二氧化鈦物質的量為1 mol ,40 g焦炭物質的量約為3.3 mol，TiO2和C在真空高溫條件下反應可生成1 mol TiC和2 mol CO，C剩余，化學方程式為TiO2 ＋3CTiC＋2CO↑，若該過程固體失重率達到35%，則生成CO的質量為120×35% ＝42 g，物質的量為1.5 mol, 則生成TiC的物質的量為0.75 mol ，TiC的理論物質的量為1 mol，則碳化鈦的產(chǎn)率為75.0%。(8) 根據(jù)晶胞結構圖可知，灰球位于頂點、面上、體心，個數(shù)為8×＋4×＋1＝4，黑球位于棱上、面上、內部，個數(shù)為8×＋8×＋2＝8，再結合化學式TiO2，知灰球代表Ti原子，黑球代表O原子，與Ti距離相等且最近的O的個數(shù)為6，則Ti的配位數(shù)為6，Ti與O的個數(shù)比為1∶2，則該晶胞中氧的配位數(shù)為3。一個晶胞中有4個“TiO2”，ρ＝g/cm3，則阿伏加德羅常數(shù)NA＝mol－1

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