2024年高考化学二轮复习- 化学工艺流程（新高考专用）（解析版）

2024年高考化学二轮复习•化学工艺流程（新高考专用）

【知识点1化工流程中原料预处理及反应条件的控制】

1.原料预处理的方法及目的

方法目的解题指导

粉碎、增大反应物接触面枳，以加快反应速率或使反应更充

将块状或颗粒状的物质磨成粉末

研磨分,也是提高“浸出率”的方法之一

水浸与水接触反应或溶解（1）加热、搅拌、适当提高酸（或碱）浓度，可以加快

与酸接触反应或溶解，使可浸出速率；增加浸出时间可使样品充分溶解，可提高

酸浸溶性金属离子进入溶液，不浸出率

浸取溶物通过过滤除去（2）酸溶时所加酸的量不能太多

①过量的酸多消耗后续调节pH所加的碱性试剂

除去油污，溶解酸性氧化

碱浸②如果实验过程有硫化物，酸过量会形成有毒气体硫

物、铝及其氧化物

化氢

①除去硫、碳单质

1.除去可燃性杂质

灼烧②使有机物转化或除去有机物

2.使原料初步转化

（焙烧）③高温下原料与空气中氧气反应等

④使一些杂质在高温下氧化、分解，如煨烧高岭土

2.常见的流程中的条件控制

条件控制目的

①酸浸时提高酸的浓度可提高矿石中某金属元素的浸取率；②增大便宜、易得的反应物的

反应物用

浓度，可以提高其他物质的利用率，使反应充分进行；③增大物质浓度可以加快反应速率，

量或浓度

使平衡发生移动等

①防止某物质在高温时溶解（或分解）：②使化学平衡向着题FI要求的方向（放热反应方向）

降温移动；③使某个沸点较高的产物液化，使其与其他物质分离•等；④降低某地晶体的溶解度，

减少损失等

①结晶获得所需物质；②防止某种物质（如H2O2、草酸、浓硝酸、镂盐等）温度过高时会分

控温

解或挥发；③使某物质达到沸点挥发出来；④使催化剂的活性达到最好；⑤防止副反应的

发生等

加入氧化剂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

（或还原剂）其转化为Fe（0H）3沉淀除去］

①生成硫化物沉淀（如加入硫化钠、硫化镂、硫化亚铁等）；②加入可溶性碳酸盐，生成碳

加入沉淀剂

酸盐沉淀；③加入氟化钠，除去Ca?+、Mg2+

①生成金属氢氧化物,以达到除去金属离子的R的：②抑制盐类水解：③促进盐类水解生

pH控制

成沉淀，有利于过漉分离

【知识点2化工流程中物质的分离与提纯】

1.化工生产过程中分离、提纯、除杂

化工生产过程中分离、提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的操作紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结

晶、过滤、洗涤、干燥、蒸储、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。

2.常考分离、提纯的方法及操作

（1）从溶液中获取晶体的方法及实验操作

①溶解度受温度影响较小的（如NaCl）采取蒸发结晶的方法，实验过程为：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。

②溶解度受温度影响较大、带有结晶水的盐或可水解的盐，采取冷却结晶的方法，实验过程为：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。

⑵固体物质的洗涤

洗涤试剂适用范围目的

除去同体表面吸附着的可溶性粒子，可适当降低同体因为溶解

冷水产物不溶于水

蒸播而造成的损失

水有特殊的物质其溶解度除去同体表面吸附着的可溶性粒子，可适当降低同体因为温度

热水

随着温度升高而下降变化溶解而造成的?员失

有机溶剂（酒固体易溶于水、难溶于有减少固体溶解；利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分，

精、丙酮等）机溶剂产品易干燥

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、碱除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱的杂质；减少固体溶解

洗涤沉淀的方法：向过滤器中加入蒸偏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2〜3次

检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入XX试剂，若未出现特征

反应现象，则沉淀洗涤干净

(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H202、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CC14萃取汰水中的Br2o

②反萃取：反萃取是利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。反萃取剂

主要起破坏有机相中被萃组分结构的作用，使被萃组分生成易溶于水的化合物，或生成既不溶于水也不溶

于有机相的沉淀。经过反萃取及所得反萃液经过进一步处理后，便得到被分离物的成品。反萃后经洗涤不

含或少含萃合物的有机相称再生有机相，继续循环使用。

(5)其他

①蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FcC13、A1C13.MgC12等溶质时，应在HC1的气流中加热,

以防其水解。

②减压蒸储的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止受热分解、氧化等。

3.物质成分的跟踪与确定

(1)滤渣的确定

浸取时原料中不提纯过程中,原料

参与反应的物质--中杂质转化生成的

(如Si(%等)滤渣的物则如Fe(OH)：J

确定

浸取时原料中杂制备或提纯的

质转化生成的物质目标物质

(2)副产品的确定

首先是生成物.从流程图上看：

不是反应物*1-----------是支线产品

_副产品

根据制备的目判断常是对人类生产

的判断不是主」生活有用的、无

产品毒的、不污染环

境的产品

(3)循环物质的确定

后面反应步骤在流程图上标注

每一步物质

的生成物可逆反应中有可以循

在流程中加入的物质.

循

前面反应步骤环环利用的物质

在后续步骤中会产生

物

的反应物质

可以循环利用的物质

确

从流程图上看:定

(滤渣、滤液)

箭头回头

容易分离(

4.根据溶解度曲线判断结晶的方法

(1)溶解度受温度影响较小的(如Na。)采取蒸发结晶的方法。

(2)溶解度受温度影响较大的采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。

(3)带有结晶水的盐，一•般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。

【知识点3化工流程中方程式的书写与计算】

1.书写思路

首先根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式，再根据反应前后元素化合价有无变化判断

反应类型：

(1)元素化合价无变化则为非氧化还原反应，遵循质量守恒定律；

(2)元素化合价有变化则为氧化还原反应，既遵循质量守恒定律，乂遵循得失电子守恒规律。

2.流程中陌生的氧化还原反应的书写流程

(1)首先根据题给材料中的信息确定氧化剂(或还原剂)与还原产物(或氧化产物)，结合己学知识根据加入的还

原剂(或氧化剂)判断氧化产物(或原产物)。

⑵根据得失电子守恒配平氧化还原反应。

(3)根据电荷守恒和反应物的酸碱性，在方程式左边或右边补充HI0H一或HzO等。

(4)根据质量守恒配平反应方程式。

3.化工流程中的有关计算

⑴有关Ksp的计算

常考形式有：①判断能否沉淀；②判断能否沉淀完全；③计算某一离子的浓度；④沉淀生成和沉淀完全时

pH的计算。

⑵产率、纯度的计算

①计算公式

纯度=纯净物的质量/混合物的质量X100%

产物的产率=产物的实际产量/产物的理论产量X100%

②计算方法：守恒法或关系式法。

►举一反三

【题型1综合考查废旧物资提纯回收】

【例1】(2024.北京石景山.一模)从铅银渣(含Pb、Ag、Cu等金属元素)中提取银的流程如下:

已知：PbSCh难溶于水；Ag+可以和SO；形成［Ag(SO3)2p-。

⑴"酸浸''时，使用H2sohNaCl和NaNO3的混合液作为浸出剂。

①加入NaNO?的作用o

②固体B含有o

(2)用氨水和水合胱(N,HjHQ)进行“络合浸出”和“还原析银”。

①氨水“络合浸出”的化学方程式是。

②将水合朋“还原析银''反应的离子方程式补充完整：。

□+N2H4H2O=N2T+H2O+□+□+□NH3T

(3)用Na2sCh和甲醛进行“络合浸出”和“还原析银”<>

①亚硫酸钠"络合浸出''时，银浸出率和溶液pH、浸出时间的关系分别如下图所示，解释银浸出率随溶液pH

增大先升高后降低的原因：分析浸出时间超过4h,银浸出率降低的原因。

【答案】(1)利用硝酸根在酸性条件下的氧化性，将金属单质氧亿AgCl和PbSO4

+

(2)AgCI+2NH3H2O=lAg(NH3)2]Cl+2H2O4[Ag(NH3)2]+N2H4H2O=N2T+H20+4Ag1+4NH:+

4NH3T

(3)溶液pH增大有利于增大亚硫酸根浓度，进而提高银浸出率；碱性过高Ag+会生成AgzO,导致浸出率降

低亚硫酸钠既是银的配合剂也是还原剂，会将Ag+还原为Ag

2[Ag(SCh)2]3-+HCHO+3OHr2Agi+4S0；+HCOCT+2H2。

【分析】由题给流程可知，铅银渣在空气中氧化焙烧得到含有金属氧化物的焙烧渣，向焙烧渣中加入硫酸、

氯化钠、硝酸钠的混合溶液酸浸，氧化铅和未反应的铅转化为硫酸铅、艮化银和未反应的银转化为氯化银、

氧化铜和未反应的铜转化为可溶的铜盐，过滤得到含有铜盐的谑液A和含有硫酸铅、氯化银的固体B；向

固体中加入氨水或亚硫酸钠溶液络合浸出，过滤得到硫酸铅固体和银配合物的滤液；向漉液中加入水合脱

或甲醛还原析银，将银配合物转化为单质银，过滤得到银和滤液。

【解析】(1)①由分析可知，加入硫酸、氯化钠、硝酸钠的混合溶液酸浸的目的是将焙烧渣中的金属氧化

物和未反应的金属氧化物转化为盐，其中硝酸钠的作用是在酸性条件下将未反应的金属单质氧化，故答案

为：利用硝酸根在酸性条件下的氧化性，将金属单质氧化；

②由分析可知，固体B含有硫酸铅和氯化银，故答案为：AgCl和PbSO4；

(2)①由分析可知，氨水“络合浸出”发生的反应为氯化银与氨水反应生成氯化二班合银和水，反应的化学

方程式为，故答案为：

AgCl+2NH3H2O=[Ag(NH3)2]Cl+2H2O：

②由未配平的离子方程式可知，还原析银发生的反应为溶液中的二氨合银离子与水合啡反应生成银、氮气、

镂根离了、氨气和水，反应的离子方程式为「+

4[Ag(NH3)2N2H4-H2O=N2T+H2O+4Ag1+4NH：+4NH3t；

(3)①亚硫酸钠是强碱弱酸盐，在溶液中发生水解使溶液呈碱性，溶液pH增大，溶液中氢氧根离子浓度

增大，抑制亚硫酸根离子的水解,亚硫酸根浓度有利于增大银配合物的浓度.进而提高银浸出率：溶液pH

过大，溶液中的银离子与氢氧根离子反应生成氧化银沉淀，使得银配合物的浓度减小导致浸出率降低；亚

硫酸钠具有还原性，与溶液中银离子形成配合物时，也能将溶液中银离了•还原为银，使得银配合物的浓度

减小导致浸出率降低，故答案为：溶液pH增大有利于增大亚硫酸根浓度，进而提高银浸出率；碱性过高

Ag+会生成AgzO,导致浸出率降低；碱性过高Ag+会生成Ag20,导致浸出率降低；亚硫酸钠既是银的配合

剂也是还原剂，会将Ag+还原为Ag；

②由题意可知，甲醛.•还原析银”发生的反应为碱性条件下溶液中的一亚硫酸根合银离子与甲醛反应生成银、

亚硫酸根离子、甲酸根离子和水，反应的离子方程式为：2[Ag(SO3)2]3-+HCHO+3OH-=2Agi+4S0；+

HCOO+2H2OO

【变式1・1】(2024.四川泸州•二模)工业废气中含大量的CO]、NO、CO、SO,,脱硫废水中主要含有Ni?+、

Al"、Fe2+.NH；、SO；、SO；,以及易被氧化的有机悬浮物和大量的有机硫，有机硫充分曝气氧化为SO：，

某燃煤厂将工业废气与脱硫废水进行联合净化处理，其工艺流程如下:

常温下：溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:

金属离子Ni2+Al3+FeuFe2+

开始沉淀时卜•=O.OlmolL-1)的pH7.23.72.27.5

沉淀完全时（c=LOxlO-smolL]的pH8.74.73.29.0

(1)曝气氧化中被氧化的离子有；滤渣A、C的化学式依次为、o

(2)用NaNO2溶液除氮时，发生反应的离子反应方程式为。

(3)NiOOH能用作银镉电池正极材料，氧化沉银反应的离子方程式为。

(4)加盐酸调pH至5得到滤渣B,反应的离子方程式为。

(5)流程中“①通入适量空气”，其NO与0?的最佳物质的量比为,气体a为什么不能直接排放到大

气中？o

(6)结合信息计算，“曝气氧化”后当调pH=3时Fe"的浓度为o

【答案】⑴Fe”和SO；-Fe(OH)?CaSO,

(2)NO2+NH；=N,+2H2O

2+--

(3)2Ni+CIO+4OH=2NiOOHJ+C1+H2O

(4)[AI(OH)J+H+=H?O+A1(OH),J

(5)4：1气体a中混有有毒与体CO

(6)10-44mol/L

【分析】工业废气中含大量的CO?、NO、CO、S02,通入石灰石悬浊液后剩余CO?、NO、CO,SO?反应

形戌滤渣除去：通入适量空气将NO氧化为NO,在碳酸钠溶液中反应生成亚硝酸钠：CO与Cu(NHj,Ac形

成Cu(NHj3coAc；脱硫废水中主要含有Ni2+、A产、Fe2+.NH；、SO；、SO；,以及易被氧化的有机

悬浮物和大量的有机硫，有机硫充分曝气氧化为SO：,同时将Fez,氧化为Fe",调节pH=3.2,更Fe”形成

Fe(OHh除去；加入亚硝酸钠溶液，与NH；反应生成N?；溶液中加入NaClO将Ni?+氧化与NaOH反应生

成NiOOH,A产与NaOH反应生成四羟基合铝酸钠(偏铝酸钠)，加入盐酸调pH=5,形成氢氧化铝沉淀。

【解析】(1)根据分析，曝气氧化中被氧化的离子有Fe?+和SO：-；滤渣A为氢氧化铁，滤渣C为亚硫酸

钙；

用溶液除氮时，发生反应的离子反应方程式：

(2)NaNO2NO-+NH；=N2+2H2O：

氧化沉银反应的离子方程式：2+

(3)2Ni+CIO-+4OH-=2NiOOH+CP+H2O；

(4)加盐酸调pH至5得到滤渣B为氢氧化铝，离子方程式：[Al(OH)“T+H+=H2O+Al(OH)3J；

(5)NO中氮元素从+2价变为亚硝酸钠中+3价，根据得失电子守恒，NO与氧气物质的量比值最好为4：I；

气体a中含有毒性气体CO,不能直接排放至大气中；

⑹pH=3.2时铁离子完全沉淀，说明KjFe(OH)3]=c(Fe)・c3(OH-)=l(严:调pH=3时Fe”的浓度：

c(Fe>)=*“外。叩=10-44mol/L

I)C3(OH)o

【变式•河北张家口•一模)一种从废铅膏(含其他

1-2](2024PbSO=53.2%,PbO229.5%,PbO11.3%,6%)

中回收铅和氧化铅的流程如下：

己知：414

Pb"(aq)+2CH3coO(aq).^Pb(CH3CCX3)2(aq)AT=1>：IO,A：sp(PbCOj=8xIOo

请回答：

⑴已知Pb位于第六周期，与C同族，基态Pb原子的价层电子凯道表示式为。

⑵“还原”时会转化为发生反应的化学方程式为

PbO2PbS04,O

(3)将滤液与SO2、Ca(OH)2混合反应，可实现原料NaHSCh的再生。理论上SCh与Ca(OH)2的物质的

量之比为，此过程中会产生一种副产物，其化学式为。

(4片脱硫”时发生的主要反应的离子方程式为o

(5)“沉淀'’时，发生反应P^CHCOOM叫)+CO}(aq)-PbCO3(s)+2CH3COO-(aq),该反应的平衡常数

K'=o

(6)“电解”时，阴极的电极反应式为

剩余固体的质量］

⑺“灼烧'’时会有中间产物xPbCO3，)PbO生成，固体残留率与温度的关系如图所示，则

原始固体的质量,

(

％

)

#

希

瑟

及

画

【答案】⑴11

6s6P

(2)2PbO2+2NaHSO3+H2so4=2PbSCh+2H2O+Na2sO4

⑶2：1CaS04

(4)PbSO4+CH3coO=Pb(CH3COO)2+SO：

⑸1.25x1。9

(6)Pb2++2e-Pb

(7)7PbCO315PbO

【分析】废铅膏(含PbSO453.2%,PbO229.5%,PbO11.3%,其池6%)中加入亚硫酸钠、硫酸反应生成硫

酸铅，硫酸铅中加入醋酸钠脱硫生成醋酸铅，醋酸铅中加入碳酸钠生成碳酸铅，碳酸铅中加入HBEi生成铅

离子，电解生成Pb°

【解析】(1)铅位于元素周期表第六周期第IVA族，位于p区，基态Pb原子6s、6P能级上的电子为其价

层电子，则基态Pb原子价层电子轨道表示式为J1

6s

(2)“还原”时PbO?中加入亚硫酸钠、硫酸反应生成硫酸铅PbSCU,发生反应的化学方程式为

2PbO2+2NaHSO3+H2SO4=2PbSO4+2H2O+Na2SO4o

(3)将滤液硫酸钠与SO?、Ca(OH)2混合发生反应Na2so4+2SO2+Ca(OH)2=2NaHSO3+CaSO4,可实现原

料NaHSCh的再生，故理论上SO?与Ca(0H)2的物质的量之比为2：1。生成的副产物为CaSCU。

(4)“脱硫”时发生的主要反应的离子方程式为PbSO4+CH3COO=Pb(CH3COO)2+SOf。

(5)Pb(CH3COO)2(aq)+CO^(aq)-PbCO5(s)+2CH3COO(aq),该反应的平衡常数

c2(CH3coO)c2(CH3coO)c(Pb“)1]”509

21

c[(CH3COO)2Pb]c(CO；)c[(CH?COO)2Pb]c(CO；)c(Pb)KxKsp(PbCO3)一’

(6)“电解”时,阴极的电极反应式为Pb2++2”Pb.

715

(7)根据题意可知，a+y)PbCO3frPbCO3・yPbO+CO2,x+y=l,267x+223y=237,解得x=瓦，y=—,贝I」

358℃时对应固体的成分为7PbC03-15PbOo

【变式1-3](2024•北京丰台•一模)冶炼金属产生的酸泥属于有价值危险物。从某酸泥(含Se单质，HgSe

及锌、铜的化合物等)中回收汞和硒的一种工艺如下：

NaCO+过量H2sO4NaH2PO2石灰乳

酸泥Ti卜瓶T4卜霹中和液

III

浸出渣H2so4为主要粗硒中和渣

成分的汞渣

(1)“氧化浸出”时,酸泥中硒、汞、锌、铜分别以HzSeCh、Hg2\Zn2+、CF+形式进入溶液。

①分离氧化浸出液和浸出渣的操伶是。

②不溶于水的HgSe被氧化的离子方程式为o

③浸出时间等其他条件相同时，不同的NaCKh投加量对汞、硒境出率的影响如图所示。选择最佳NaCICh

投加量并说明理由。

氯酸钠投加吊"g-L"

(2)沉汞后液中磷以最高价形式存在。“还原沉汞”的主要反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比

为。

⑶已知Se(s)+Na2SOa(aq).：；：32250$03网)，粗硒中的杂质不溶于NazSCh溶液。利用该原理对粗硒进

行提纯，实验操作是O

(4)殂硒中硒的纯度测定

i.取0.1g粗硒于锥形瓶中，加入15mL浓盐酸和】mL浓硝酸，沸水浴加热，使Se全部转化为HzScCh；

ii.除去过量的HNO3和溶解的N5;

iii.加入2mLKI溶液、5mL淀粉溶液，然后用cmo卜L」Na2s2O3标准溶液进行滴定，到达滴定终点时，消

耗Na2s2。3标准溶液VmL。

已知：H2SeO3+4KI+4HCl=Se+2h+4KC1+3H2O

FhSeCh+4Na2s2O3+4HC1=Se+2Na2S4O6+4NaCl+3H2O

h+2Na2s2O3=Na2s4。6+2NaI

①到达滴定终点时的现象为O

②依据现有数据能否计算出粗硒中硒的纯度？若能，请写出计算式；若不能，请写出还需要的数

据。。

【答案】(1)过滤HgSc+C1O；+2H+=Hg2++C1-+HoSeOj70g/L

(2)4：1

(3)洛粗硒溶于热的Na2sO3溶液中，趁热过滤，将滤液冷却结晶，过滤、洗涤、干燥

(4)溶液由蓝色变为无色，且半分钟内颜色不恢复1VM"):

0.1x4

【分析】从某酸泥(含Se单质，HgSe及锌、铜的化合物等)中回收汞和硒，酸泥在H2s0八NaCKh混合溶液

中氧化浸出，“氧化浸出”时，酸泥中硒、汞、锌、铜分别以HzSeCh、Hg2+、Zn2\CP+形式进入溶液，过滤

分离不溶物后，往浸出液加入NaH2P02还原沉淀得到汞渣，沉米后液加入SO?进行沉硒，得到粗硒，再将

沉硒后液用石灰乳中和，得到中和液及中和渣。

【解析】(1)①分离氧化浸出液和浸出渣的操作是过港。

②根据“氧化浸出''时，酸泥中硒、汞、锌、铜分别以HzSeCh、Hg2\Zn2\Cu?♦形式进入溶液，不溶于水的

HgSe被氧化的离子方程式为HgSe+CIO；+2H+=Hg2++Cl-+FhSeCh。

③根据图示，70g/L时汞、硒浸出率已达到最大值，故选择最佳NaCICh投加量并说明理由70g/L。

(2)NaH2PO2中P为+1价，沉汞后液中磷以最高价+5价的形式存在，P化合价升高，NaH2P02为还原剂，

Hg2+由+2价降低为+1价，Hg2+为氧化剂，根据得失电子守恒，“还原沉汞”的主要反应中，氧化剂和还原剂

的物质的量之比为4：1。

(3)根据已知Se(s)+Na2soa(aq)二募•NazSeSO^aq),粗硒中的杂质不溶于Na2so3溶液，对粗硒进行提

纯，该实验操作是将粗硒溶于热的Na2s03溶液中，趁热过滤，将滤液冷却结晶，过滤、洗涤、干燥。

(4)①根据淀粉遇碘变蓝，到达滴定终点时的现象为溶液由蓝色变为无色，且半分钟内颜色不恢复。

②根据反应可知，得关系式为H2SeO3~Se~2b~4Na2sQ3,该粗晒的纯度为

cmol/LxVxl0'Lx—xMg/molcVMxlQ3

_________________4________xlOO%,故可以计算出其纯度。

xl00%=0.1x4

0.1g

【题型2综合考查废旧物资物质制备】

【例2】(2024•宁夏银川•一模)钢渣是钢铁行业的固体废弃物，含有2CaO-SiO2、Fe2O^FeO、AI2O3和

V2O3等物质。•种以钢渣粉为原料固定CO2并制备V2O3的工艺流程如图所示。

稀盐酸、NH.C1氧化；剂A试剂B试剂BCO,

钢渣粉P2H沉铁I铝IX滤液c

I1

富锐渣铁铝渣微细CaCO,

空气、CaCO3稀硫酸

IJ.一V,0)丽Za

~H焙烧卜a焙烧产物T浸出21

L►滤渣

已知钢渣中Ca元素质量分数为30%。V2O3在稀盐酸和NHC1混合溶液中不易被浸出。该工艺条件下，有

关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH如卜表所示:

金属离子Fe3+Fe2+AF+Ca2+

开始沉淀的pH1.97.23.512.4

沉淀完全的pH2.98.25.113.8

回答下列问题:

(1)浸出1过程生成的SiO?“包裹”在钢渣表面形成固体膜，阻碍反应物向钢渣扩散。提高浸出率的措施有一

(除粉碎外，举1例)。该浸出过程不使用稀硫酸代替稀盐酸的原因是。

(2)为避免引入杂质离子，氧化剂A应为(举I例)。

⑶滤液C的溶质可循环利用，试剂B应为。

(4)若钢渣粉中含有锐酸钙[Ca(VO)],加入NazCCh溶液能够使锐酸钙溶解，是因为存在平衡:

Ca(VO3)2(s)+CO；(aq)•CaCO3(s)+2VO；(aq)o已知勺(CaCO，)=4.9x1Of,

Arsp[Ca(VO3)2]=6.9xl0^,则该平衡常数K=(结果保留2位有效数字)。

(5)富机渣焙烧可生成帆钙盐，不同机钙盐的溶解率随pH变化如图所示。已知浸出2的pH约为2.5,则应

控制焙烧条件使该钢钙盐为。该培烧反应的化学方程式是。

⑹若Ca的浸出率为90%,理论上1吨钢渣在“固碳”中可固定kgCO2o

【答案】(1)适当增大盐酸的浓度、适当升高温度、搅拌等稀硫酸与2CaO-SiO2反应形成微溶于水的

CaSO4覆盖在钢渣表面，阻碍反应物向钢渣扩散

(2)吐Ch或氯水

⑶氨水

(4)1.4x103

VO+2CaCO+O=CaVO+2CO,

(5)Ca2V2。2332227

(6)297

【分析】钢渣中含有2CaOSiO2、FezCh、FeO、AI2O3和V2O3等,钢渣中加入稀盐酸、NH4cl进行“浸出1”,

经过滤得到富帆渣，滤液中含F*、Fe2\A|3+、Ca2+,滤液中加入氧化剂A将Fe?+氧化成Fet加入试剂

B将Fe3+、AP■转化成铁铝渣而除去，然后加入试剂B调pH,再吸收82“固碳''得到微细CaCCh和滤液C,

富帆渣与CaCO3在空气中焙烧得焙烧产物，焙烧产物中加入稀硫酸进行“浸出2”经过滤得滤渣和滤液，滤液

经系列操作得V2O5»用还原剂将V2O5还原为V2O3。

【解析】(1)①提高浸出率的措施有：适当增大盐酸的浓度、适当升高温度、搅拌等；

②该浸出过程不使用稀硫酸代替稀盐酸的原因是：稀硫酸与2CaOSiO2反应形成微溶于水的CaS04覆盖在

钢渣表面，阻碍反应物向钢渣扩散；

(2)加入氧化剂A的目的是将FM+氯化成FC3+,为避免引入杂质离子，氧化剂A应为FhO?或氯水;

(3)加入试剂B的目的使Fe3+、AP+转化成Fe(0H)3、A1(OH)3沉淀而除去,继续加入试剂B调pH,便于“固

碳”时形成CaCQ，，滤液C的溶质可循环利用，试剂B应为氨水；

c2(VO；)c2(VO；)c(Ca2+)

(4)根据Ca(VO)(s)+CO;(aq)CaCO,(s)+2VO；(aq)可知，平衡常数K2+

32-c(COj-)-c(CO^)c(Ca)

」

Ksp[Ca(VO3)2]6.9x10

"=-9=L4xl；

^sp(CaCO3)4.9xlO0

由图可知浸出的约为时，的溶解率最大，故应控制焙烧条件使乳钙盐为

(5)①2pH2.5Ca2V2O7Ca2V2O7；

②该焙烧过程中V元素的化合价由+3价升至+5价，02为氧化剂，根据得失电子守恒和原子守恒，该焙烧

反应的化学方程式为

V2O3+2CaCO.+O;=Ca2V2O7+2CO2；

(6)钢渣中Ca元素的质量分数为30%,若Ca的浸出率为90%,理论上1吨钢渣在“固碳”中可固定CO2

1000kgx30%x90%

的质量为x44g/mol=297kgo

40g/mol

【变式2・1】(2024•河北邯郸•一模)Fe3O4@SiO2是一种高效非贵金属光/热催化剂，以废弃还原铁粉(表面

有锈渍，不含其他金属杂质)为原料制备的工艺流程如图所示:

Fe3O4@SiO2

废弃还盐酸幼来i.水凝胶/纳米Si。？

原铁粉一*

FC,O4ii.共热FeQ,@SQ

已知：时七396

25°C[Fe(OH)[=4.9xlO*,Arsp[Fe(OH)J=2.8xlO-,/TspfCa(OH)2]=5.0xl0-o

请回答下列问题：

⑴为了提高铁粉的浸取速率，除了考虑温度、浓度影响因素外，还可以采取的措施有(填一条);

经检验浸取液中无Fe3+,其原因为(用离子方程式解糕)。

(2)需在隔绝空气条件下进行的反应设备或操作有反应釜1、、真空热分解。

(3)实验室(填“能”或"不能”)用如图所示装置进行“加压过滤”，原因为。

?■布氏漏斗

抽气

/、■抽滤瓶

(4)已知“浸取液”中无过量的酸，则反应釜2中反应的离子方程式为o

(5)反应釜3中,25℃时Ca2+浓度为50g•LL理论上溶液的pH低于(lg2=0.3)o

(6)纳米FesCh也可以用如下过程制备：

FC3O4

①反应ii中匚『一H的作用是o

②反应ii的化学方程式为。

【答案】(1)将废弃还原性铁粉粉碎或进行充分搅拌(或其他合理答案)Fe+2Fe3+=3Fe2+

(2)加压过滤

(3)不能图示抽滤操作无法在真空中进行

2+2

(4)CaO+H2O+Fe=Fe(OH)2l+Ca\4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

(5)11.3

⑹中和反应过程中生成的HCL促进FeCl36H2O水解FeCh6H2O+3=FeOOH+4H2O+3

【分析】由题干以废弃还原铁粉(表面有锈渍，不含其他金属杂质)为原料制备Fe3O4@SiCh的艺流程图可

知，向废弃还原性铁粉中加入足量的盐酸，发生的反应有：Fe+2HCl=FeCl2+H2t.Fe2Ch+6HCl=2FeCb+3H2O、

Fe+2FeCh=3FeCl2,过滤得到浸取液，将浸取液分别进入反应釜1,即加入CaO,反应原理为：

CaO+H2O+FeCh=Fe(OH)2l+CaC12,反应釜2,即加入CaO并通入空气，反应原理为：

CaO+H2O+FeCh=Fe(OH)2l+CaCl2^4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,将反应釜1和反应釜2的物质混合进入

反应釜3,调节pH使得Fe2+、FQ+完全沉淀，而Ca?+不沉淀，然后加压过滤，为防止Fe(OH)2被氧化，使

得产品中Fe2+和Fe3+物质的量比不为1:2,加压过滤需在真空环境中进行，将过滤所得沉淀进行真空加热得

到纳米Fe3(li,加入水凝胶/纳米SiCh共热得到Fe3O4@Si(h,据此分析解题。

【解析】(1)为了提高铁粉的浸取速率，除了考虑温度、浓度影响因素外，还可以采取的措施有将废弃还

原性铁粉粉碎、进行充分搅拌；由分析可知，Fe2O3+6HCl=2FeC13+3H2O,Fe+2FeCh=3FeCl2,经检验浸取

液中无尺3+,则其原因用离子方程式表示为：Fe+2Fc3+=3Fe2+,故答案为：将废弃还原性铁粉粉碎或进行充

分搅拌：Fe+2Fe3+=3Fe2+；

(2)由分析可知，为防止Fe?+过渡被氧化，改变产品中Fe?+、Fe3+的物质的量比，则需在隔绝空气条件下

进行的反应设备或操作有反应釜1、加压过滤、真空热分解，故答案为：加压过滤；

(3)由分析可知，为防止Fe(OH)2被氧化，使得产品中FL和F/+物质的量比不为1:2,加压过滤需在真空

环境中进行，图示抽滤操作无法在真空中进行，故答案为：不能；图示抽滤操作无法在真空中进行；

(4)由分析可知，己知“浸取液”中无过量的酸，则反应釜2中反应为：CaO+H2O+FeC12=Fe(OH)2l+CaCI2＞

2+2

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,其反应的离子方程式为：CaO+H2O+Fe=Fe(OH)21+Ca\

2+2

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3，故答案为：CaO+H2O+Fe=Fe(OH)2l+Ca\4Fe(OH)2+O2+2H20=4Fe(OH)3；

50g

(5)反应釜3中，25℃时Ca?+浓度为50g•LL即Ca?+的物质的量浓度为：40g?''=l.25mol/L,反应釜

1L

Arsp[Ca(O/7)]_幽__=0xl0-3,

3中调节pH使得Fe2\F/+完全沉淀，而Ca?+不沉淀，故有：c(OH-)V2

c(CB)1.25

IM-I4

c(H+)＞音丁=5x］()/2,即理论上溶液的pH低于—lg(⑶产)=11.3,故答案为：11.3；

1

(6)①由流程图可知，FeCl36H2O水解生成FeOOH过程中生成了HC1,匚7一^中的N上有孤电子对显碱

件，能与H。反应牛成盐•从而促进水解正向进行，故反应ii中匚1-H的作用是中和反应过程中牛

成的HC1,促进FeCbSFhO水解;

②反应的化学方程式为:

iiFeCh-6H2O+3=FeOOH+4H2O+3j-N-H'd-

【变式2・2】(2024.广东江门.一模)某化工厂利用废旧锂离子电池正极材料(含有LiCoCh以及少量Ca、

Mg、Fe、Al等)制备CO2O3和Li2co3。工艺流程如下:

NHjHQ和空气

硫酸、草酸(NHJC6,溶液催化氧化

,恭T葭浸过［滤i滤液1过［滤f滤渣2—过灌f滤液3—»［hi滤卜＞［体)'—co2Oj

灌渣1NH4F固体

一金液2滤液4需啮在画1fL踪3

固体已知：①常温时，有关物质K中如下表:

物质Co(OH),Fe(OH)2AI(OH)3Mg(OH)2

K卬5.9xlO-154.9x10-171.1x10-335.6x10-12

②常温时，HCO,的溶度积K卬=8.15xio4,该数值随温度升高而减小。

(DLiCoOz中Co元素的化合价为：基态Co原子的价层电子轨道表示式为

2ff

⑵“酸浸”时发生反应：2LiCoO2+6H'+H2C2O4=2Co+2Li+_+4H,0o

①补充完整上述离子方程式;

②旧生产工艺用盐酸进行“酸浸”，但易造成环境污染，原因是0

已知滤渣中含有则常温下滤液中

(3)2Mg(OH)”2c(Mg2+)=mo)/L0

(4)谑液3中含金属元素的离子主要是[Co(NH)/，通入空气发生催化氧化反应的离子方程式为

⑸沉锂操作过程中的存在反应：2Li+(aq)+2HCO；(aq)=Li2CC)3(s)+H2c。4叫)，该操作中需将温度升高到

90c,原因是

(6)由Li2cO1进一步制得的Li?。具有反萤石结构，晶胞如图所示。

①O?-在晶胞中的位置为

②设阿伏加德罗常数的值为N、。晶胞Li?O的密度为bg-cm”,则晶胞参数(棱长)为pm。

【答案】(1)+3NlNltltltlE]

3d4s

⑵2cO2Cl-被氧化生成C12污染环境

(3)5.6x104

2

(4)4[Co(NH3)6]^+O2+2H2O+8OH=4CO(OH)3I+24NH3T

(5)温度升高到90℃,促进碳酸的分解，沉锂反应向正反应方向移动，提高沉锂反应转化率

(6)在立方体的顶点上和面心上

【分析】废旧锂离子电池的正极材料(含有LiCoCh以及少量Ca、Mg、Fe、Al等)，加硫酸溶解Ca、Mg、

Fe、Al,加草酸把LiCoO?还原为Co2+,过滤除去不溶物为滤渣1,滤液1加NaOH溶液，题中已知滤渣2

中含有Mg(OH)2,分析可知还含有CO(OH)2,在滤渣2中加入碳酸核和NHj&O将有Co(OH)2转化为

2

[CO(NH3)J\过漉后除去Mg(OH》滤液3中为[Co(NH)厂且溶液为碱性，经过空气催化氧化得到

2

CO(OH)3,最后得到CO2O3；滤液1中主要含有Li、Ca\[A1(OH)J,经过NH4F固体的处理将Ca?+除去,

后续沉锂再将Li+以Li2co3形式沉淀出来，据此作答。

【解析】(1)Li化合价+1价，0化合价-2价，推得Co化合价+3价，C。第27号元素，所以基态Co原子

1t

的价层电子轨道表示式为：卜。包1Hi囤。

3d4s

(2)LiCoCh中C。元素的化合价化合价从+3价降低到+2价，因此草酸中C元素化合价从+3价升高到+4

价，再通过质量守恒定律推出为：2c02,旧生产工艺用盐酸进行“酸浸”，盐酸中的C「会被氧化生成C12从

而污染环境，故答案为：2cCh；CT被氧化生成C12污染环境。

2+2

(3)pH=10时，Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg)c(OH),

c(Mg2")=Ks%)?=潸请56]03lc5.6x10-4。

Xmo

(4)C。化合价从+2价升高到+3价，0化合价从0价降到-2价.滤液3为碱性，所以通入空气发生催化氧

?+

化反应的离子方程式为：4[Co(NH,)f]+O2+2H2O+8OH=4CO(OH)<>L+24NH3T。

(5)温度升高到90℃,促进碳酸的分解，则沉锂反应向正反应方向移动，提高沉锂反应的转化率，故答案

为：温度升高到90C,促进碳酸的分解，沉锂反应向正反应方向移动，提高沉锂反应转化率。

(6)①化学式中Li?O的Li+：02-的个数比为2：1,根据观察并计算，02一应该是在立方体的顶点上和面心

上，Li在立方体的体心上；

②设晶胞参数(棱