高中化学第8章 第55讲 无机化工流程题的解题策略---2023年高考化学一轮复习(新高考)

第55讲无机化工流程题的解题策略
复习目标 1.培养从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知识块整合重组为新知识块的能力。

2.培养将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。

3.培养将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达并做出解释的能力。

一、工业流程题的结构
二、流程图中主要环节的分析
1．核心反应——陌生方程式的书写
关注箭头的指向：箭头指入→反应物，箭头指出→生成物。

(1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律判断产物，并根据化合价升降相等配平。

(2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。

2．原料的预处理
(1)溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸等。

水浸与水接触发生反应或溶解
浸出固体加水(酸)溶解得到离子
酸浸在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
浸出率固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
(2)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。

(3)审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。

3．常用的控制反应条件的方法
(1)调节溶液的pH。

常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。

调节pH所需的物质一般应满足两点：
①能与H＋反应，使溶液pH增大；
②不引入新杂质。

例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。

(2)控制温度。

根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。

(3)趁热过滤。

防止某物质降温时析出。

(4)冰水洗涤。

洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。

4．常用的提纯方法
(1)水溶法：除去可溶性杂质。

(2)酸溶法：除去碱性杂质。

(3)碱溶法：除去酸性杂质。

(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。

(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。

(6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。

5．常用的分离方法
(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。

(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。

(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取NaCl。

(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。

(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。

(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。

类型一物质制备类化工流程题
1．[2021·山东，17(1)(2)(3)]工业上以铬铁矿(FeCr2O4，含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7·2H2O)的工艺流程如图。

回答下列问题：
(1)焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2CrO4并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐，焙烧时气
体与矿料逆流而行，目的是______________________。

(2)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。

当溶液中可溶性组分浓度c≤1.0×10－5 mol·L－1时，可认为已除尽。

中和时pH的理论范围为____________________；酸化的目的是____________；Fe元素在__________________(填操作单元的名称)过程中除去。

(3)蒸发结晶时，过度蒸发将导致__________________；冷却结晶所得母液中，除Na2Cr2O7外，可在上述流程中循环利用的物质还有_________________________________________。

答案(1)增大反应物接触面积，提高化学反应速率(2)4.5≤pH≤9.3使2CrO2－4＋H2O Cr2O2－7＋2OH－平衡正向移动，提高Na2Cr2O7的产率浸取(3)所得溶液中含有大量Na2SO4·10H2O H2SO4
解析(1)焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是利用热量使O2向上流动，增大固体与气体的接触面积，提高化学反应速率。

(2)中和时调节溶液pH目的是将AlO－2、SiO2－3转化为沉淀过滤除去，由图可知，当溶液pH≥4.5时，Al3＋除尽，当溶液pH>9.3时，H2SiO3会再溶解生成SiO2－3，因此中和时pH的理论范围为4.5≤pH≤9.3；将Al元素和Si元素除去后，溶液中Cr元素主要以Cr2O2－7和CrO2－4形式存在，溶液中存在平衡：2CrO2－4＋H2O Cr2O2－7＋2OH－，降低溶液pH，可提高Na2Cr2O7的产率；Fe元素在“浸取”操作中除去。

2．以硫酸渣(含Fe2O3、SiO2等)为原料制备铁黄(FeOOH)的一种工艺流程如图：
(1)“酸溶”中加快溶解的方法为________________(任意写出一种)。

(2)“还原”过程中的离子方程式为_________________________________________。

(3)写出“滤渣”中主要成分的化学式：_____________________________________。

(4)①“沉铁”过程中生成Fe(OH)2的化学方程式为
________________________________________________________________________。

②若用CaCO 3“沉铁”，则生成FeCO 3沉淀。

当反应完成时，溶液中c (Ca 2＋)c (Fe 2＋)
＝____________。

[已知K sp (CaCO 3)＝2.8×10－9，K sp (FeCO 3)＝2×10－11]
(5)“氧化”时，用NaNO 2浓溶液代替空气氧化Fe(OH)2浆液，能缩短氧化时间，但缺点是____________________。

(6)焦炭还原硫酸渣炼铁能充分利用铁资源，在1 225 ℃、n (C )n (O )
＝1.2时，焙烧时间与金属产率的关系如图，时间超过15 min 金属产率下降的原因是
________________________________________________________________________。

答案 (1)加热(或搅拌或适当增大硫酸浓度)
(2)Fe ＋2Fe 3＋===3Fe 2＋
(3)SiO 2、Fe
(4)①FeSO 4＋2NH 4HCO 3===Fe(OH)2↓＋(NH 4)2SO 4＋2CO 2↑ ②140
(5)NaNO 2被还原为氮氧化物，污染空气
(6)还原剂消耗完，空气进入使铁再次氧化
解析 (4)②若用CaCO 3“沉铁”，则生成FeCO 3沉淀，当反应完成时，溶液中c (Ca 2＋)
c (Fe 2＋)＝K sp (CaCO 3)K sp (FeCO 3)＝2.8×10－92×10－11
＝140。

(6)超过一定时间，如还原剂消耗完，空气可氧化铁，导致产率下降。

类型二 物质分离、提纯类化工流程题
3．MnO 2是重要的化工原料，由软锰矿制备MnO 2的一种工艺流程如图：
软锰矿――→ 研磨―――――――――――――→过量较浓H 2SO 4，过量铁屑溶出(20 ℃)Mn 2＋溶出液――→ 纯化Mn 2＋纯化液――→ 电解
MnO 2 资料：①软锰矿的主要成分为MnO 2，主要杂质有Al 2O 3和SiO 2。

②金属离子开始沉淀和完全沉淀时的pH ：
Fe 3＋ Al 3＋ Mn 2＋ Fe 2＋
开始沉淀时
1.5 3.4 5.8 6.3 完全沉淀时
2.8 4.7 7.8 8.3
③该工艺条件下，MnO 2与H 2SO 4不反应。

(1)溶出
①溶出前，软锰矿需研磨。

目的是_________________________________________________。

②溶出时，Fe 的氧化过程及得到Mn 2＋
的主要途径如图所示。

ⅰ.步骤Ⅱ是从软锰矿中溶出Mn 2＋的主要反应，反应的离子方程式是___________________。

ⅱ.若Fe 2＋全部来自于反应Fe ＋2H ＋===Fe 2＋＋H 2↑，完全溶出Mn 2＋所需Fe 与MnO 2的物质的量比值为2。

而实际比值(0.9)小于2，原因是______________________________ ________________________________________________________________________。

(2)纯化
已知：MnO 2的氧化性与溶液pH 有关。

纯化时先加入MnO 2，后加入NH 3·H 2O ，调溶液pH ≈5，说明试剂加入顺序及调节pH 的原因：______________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)电解
Mn 2＋纯化液经电解得MnO 2。

生成MnO 2的电极反应式是_____________________。

(4)产品纯度测定
向a g 产品中依次加入足量b g Na 2C 2O 4和足量稀H 2SO 4，加热至充分反应，再用c mol·L －1 KMnO 4溶液滴定剩余Na 2C 2O 4至终点，消耗KMnO 4溶液的体积为d L(已知：MnO 2及MnO －4均被还原为Mn 2＋。

相对分子质量：MnO 2：86.94、Na 2C 2O 4：134.0)。

产品纯度为________(用质量分数表示)。

答案 (1)①增大反应速率，提高浸出率
②ⅰ.MnO 2＋4H ＋＋2Fe 2＋===Mn 2＋＋2Fe 3＋＋2H 2O ⅱ.二氧化锰能够氧化单质铁为Fe 2＋
(2)MnO 2的氧化性随酸性的减弱逐渐减弱；除去溶液中的Fe 3＋、Al 3＋ (3)Mn 2＋－2e －＋2H 2O===MnO 2↓＋4H ＋ (4)()b －335cd ×86.94
134a ×100%
解析 (1)②i.根据反应途径可知，二氧化锰与亚铁离子反应生成二价锰离子和铁离子，则反应的离子方程式为MnO 2＋4H ＋＋2Fe 2＋===Mn 2＋＋2Fe 3＋＋2H 2O 。

ii.根据反应方程式可知，Fe 2＋与MnO 2的物质的量比值为2，实际反应时，二氧化锰能够氧化单质铁为Fe 2＋，故实际比值(0.9)小于2。

(2)MnO 2的氧化性与溶液pH 有关，且随酸性的减弱，氧化性逐渐减弱，溶液显酸性时，二氧化锰的氧化性较强，故纯化时先加入MnO 2，后加入NH 3·H 2O ，调溶液pH ≈5，除去溶液中的Al 3＋、Fe 3＋。

(3)电解时，溶液呈酸性，Mn 2＋失电子，与水反应生成二氧化锰和氢离子，则电极反应式为Mn 2＋－2e －＋2H 2O===MnO 2↓＋4H ＋。

(4)根据题意可知，部分草酸钠与二氧化锰发生氧化还原反应，剩余部分再与高锰酸钾反应：5Na 2C 2O 4＋2KMnO 4＋8H 2SO 4===K 2SO 4＋2MnSO 4＋10CO 2↑＋8H 2O ＋5Na 2SO 4，则与二氧化锰反应的草酸钠的物质的量为b g 134 g·mol －1
－c mol·L －1×d L 2×5；根据反应：MnO 2＋Na 2C 2O 4＋2H 2SO 4===Na 2SO 4＋MnSO 4＋2CO 2↑＋2H 2O ，则n (MnO 2)＝n (Na 2C 2O 4)，产品纯度为 ⎝ ⎛⎭
⎪⎫b g 134.0 g·mol －1－c mol·L －1×d L 2×5×86.94 g·mol －1a g ×100%＝()b －335cd ×86.94134a
×100%。

化学工艺流程题的分析方法
主线分析“原料→中间转化物质→目标产物”
(1)反应与物质的转化：分析每一步操作的目的及所发生的化学反应，跟踪物质转化的形式。

尤其要注意原料中的杂质在流程中是如何被除去的。

滤渣、滤液成分的确定：反应过程中哪些物质(离子)发生了变化？产生了哪些新离子？这些离子间是否能发生化学反应？所加试剂是否过量？
(2)循环物质的确定
(3)副产品的判断
1．(2021·湖南，17)Ce 2(CO 3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。

天然独居石中，铈(Ce)主要以CePO 4形式存在，还含有SiO 2、Al 2O 3、Fe 2O 3、CaF 2等物质。

以独居石为原料制备Ce 2(CO 3)3·n H 2O 的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子，该核素的符号为____________。

(2)为提高“水浸”效率，可采取的措施有________________________________________(至少写两条)。

(3)滤渣Ⅲ的主要成分是____________________________________________(填化学式)。

(4)加入絮凝剂的目的是__________________。

(5)“沉铈”过程中，生成Ce 2(CO 3)3·n H 2O 的离子方程式为____________________________， 常温下加入的NH 4HCO 3溶液呈________(填“酸性”“碱性”或“中性”)(已知：NH 3·H 2O 的K b ＝1.75×10－5，H 2CO 3的K al ＝4.4×10－7，K a2＝4.7×10－11)。

(6)滤渣Ⅱ的主要成分为FePO 4，在高温条件下，Li 2CO 3、葡萄糖(C 6H 12O 6)和FePO 4可制备电极材料LiFePO 4，同时生成CO 和H 2O ，该反应的化学方程式为______________________ ______________________________________________________________________________。

答案 (1)138 58Ce (2)加热，搅拌(其他合理答案也可) (3)Al(OH)3 (4)促使铝离子沉淀
(5)6HCO －3＋2Ce 3＋
＋(n －3)H 2O===Ce 2(CO 3)3·n H 2O ＋3CO 2↑ 碱性 (6)6FePO 4＋3Li 2CO 3＋C 6H 12O 6=====高温9CO ↑＋6H 2O ↑＋6LiFePO 4
解析 (1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子，则质量数为58＋80＝138，该核素的符号为138 58Ce 。

(5)用碳酸氢铵“沉铈”，则结合原子守恒、电荷守恒可知，生成Ce 2(CO 3)3·n H 2O 的离子方程
式为6HCO －3＋2Ce 3＋＋(n －3)H 2O===Ce 2(CO 3)3·n H 2O ＋3CO 2↑；铵根离子的水解常数
K h (NH ＋4)＝10－14
1.75×10
－5≈5.7×10－10，HCO －3的水解常数K h (HCO －3)＝K w K a1＝10－144.4×10－7≈2.3×10－8，则K h (NH ＋4)<K h (HCO －3)，因此常温下加入的NH 4HCO 3溶液呈碱性。

(6)由在高温条件下，Li 2CO 3、葡萄糖(C 6H 12O 6)和FePO 4可制备电极材料LiFePO 4，同时生成CO 和H 2O 可知，该反应中Fe 价态降低，C 价态部分降低，部分升高，结合得失电子守恒、原子守恒可知该反应的化学方程式为6FePO 4＋3Li 2CO 3＋C 6H 12O 6=====高温
9CO ↑＋6H 2O ↑＋6LiFePO 4。

2．[2021·河北，15(1)(2)(3)(4)(5)(6)]绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。

某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺，该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料，不产生废弃物，实现了Cr —Fe —Al —Mg 的深度利用和Na ＋内循环。

工艺流程如图：
回答下列问题：
(1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是________(填元素符号)。

(2)工序①的名称为________。

(3)滤渣Ⅰ的主要成分是____________(填化学式)。

(4)工序③中发生反应的离子方程式为_______________________________________
________________________________________________________________________。

(5)物质Ⅴ可代替高温连续氧化工序中的NaOH ，此时发生的主要反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________， 可代替NaOH 的化学试剂还有________________________________________________ (填化学式)。

(6)热解工序产生的混合气体最适宜返回工序________(填“①”“②”“③”或“④”)参与内循环。

答案 (1)Fe 、Cr (2)溶解浸出 (3)MgO 、Fe 2O 3
(4)2Na ＋＋2CrO
2－4＋2CO 2＋H 2O===Cr 2O 2－7＋2NaHCO 3↓ (5)4Fe(CrO 2)2＋ 7O 2＋16NaHCO 3=====高温8Na 2CrO 4＋2Fe 2O 3＋16CO 2＋8H 2O Na 2CO 3
(6)②
解析 (2)工序①为将氧化后的固体加水溶解浸出可溶性物质。

(4)工序③中发生的反应为铬酸钠溶液与过量的二氧化碳反应生成重铬酸钠和碳酸氢钠沉淀，
反应的离子方程式为2Na ＋＋2CrO 2－4＋2CO 2＋H 2O===Cr 2O 2－7＋2NaHCO 3
↓。

(5)碳酸氢钠代替高温连续氧化工序中的氢氧化钠发生的主要反应为高温下Fe(CrO 2)2与氧气和碳酸氢钠反应生成铬酸钠、氧化铁、二氧化碳和水，反应的化学方程式为4Fe(CrO 2)2＋7O 2＋16NaHCO 3=====高温
8Na 2CrO 4＋2Fe 2O 3＋ 16CO 2＋8H 2O ；若将碳酸氢钠换为碳酸钠也能发生类似的反应。

(6)热解工序产生的混合气体为二氧化碳和水蒸气，将混合气体通入滤渣Ⅰ中可以将氧化镁转化为碳酸氢镁溶液，则混合气体最适宜返回的工序为工序②。

3．(2021·全国乙卷，26)磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO 2、SiO 2、Al 2O 3、MgO 、CaO 以及少量的Fe 2O 3。

为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。

该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH 见下表。

金属离子
Fe 3＋ Al 3＋ Mg 2＋ Ca 2＋
开始沉淀的pH
2.2
3.5 9.5 12.4 沉淀完全(c ＝1.0×10－5 mol·L －1)的pH
3.2
4.7 11.1 13.8
回答下列问题：
(1)“焙烧”中，TiO 2、SiO 2几乎不发生反应，Al 2O 3、 MgO 、CaO 、 Fe 2O 3转化为相应的硫酸盐。

写出Al 2O 3转化为NH 4Al(SO 4)2的化学方程式：_______________________________
________________________________________________________________________。

(2)“水浸”后“滤液”的pH 约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH 至11.6，依次析出的金属离子是__________________________。

(3)“母液①”中Mg 2＋浓度为_________mol·L －1。

(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最适合的酸是______，“酸溶渣”的成分是____________________。

(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO 2＋水解析出TiO 2·x H 2O 沉淀，该反应的离子方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得____________， 循环利用。

答案 (1)Al 2O 3＋4(NH 4)2SO 4=====焙烧2NH 4Al(SO 4)2＋6NH 3↑＋3H 2O ↑ (2)Fe 3＋、Al 3＋、Mg 2＋
(3)1.0×10－6 (4)硫酸 SiO 2、CaSO 4 (5)TiO 2＋＋(x ＋1)H 2O=====△TiO 2·x H 2O ↓＋2H ＋
(6)(NH 4)2SO 4
解析 (1)氧化铝转化为硫酸铝铵发生的反应为氧化铝、硫酸铵在高温条件下反应生成硫酸铝铵、氨气和水，反应的化学方程式为Al 2O 3＋4(NH 4)2SO 4=====焙烧2NH 4Al(SO 4)2＋6NH 3↑＋3H 2O ↑。

(2)由题给开始沉淀和完全沉淀的pH 可知，将pH 约为2.0的滤液加入氨水调节溶液pH 为11.6时，铁离子首先沉淀，然后是铝离子、镁离子，钙离子没有沉淀。

(3)由镁离子完全沉淀时，溶液pH 为11.1可知，氢氧化镁的溶度积为1×10－5×(1×10－2.9)2＝1×10－10.8，当溶液pH 为11.6时，溶液中镁离子的浓度为
1×10－10.8(1×10－2.4)2mol·L －1＝1×10－6 mol· L －1。

(4)增大溶液中硫酸根离子的浓度，有利于使微溶的硫酸钙转化为沉淀，为了使微溶的硫酸钙完全沉淀，减少TiOSO 4溶液中含有的硫酸钙的量，应加入浓硫酸加热到160 ℃酸溶；由分析可知，二氧化硅和硫酸钙与硫酸不反应，则酸溶渣的主要成分为二氧化硅和硫酸钙。

(5)酸溶后将TiOSO 4溶液适当稀释并加热，能使TiOSO 4完全水解生成TiO 2·x H 2O 沉淀和硫酸，反应的离子方程式为TiO 2＋＋(x ＋1)H 2O=====△TiO 2·x H 2O ↓＋2H ＋。

(6)由分析可知，尾气为氨气，母液①为硫酸铵、母液②为硫酸，将母液①和母液②混合后吸收氨气得到硫酸铵溶液，可以循环使用。

4．[2021·湖北，16(1)(2)(3)(4)]废旧太阳能电池CIGS 具有较高的回收利用价值，其主要组成为CuIn 0.5Ga 0.5Se 2。

某探究小组回收处理流程如图：
回答下列问题：
(1)硒(Se)与硫为同族元素，Se 的最外层电子数为____________；镓(Ga)和铟(In)位于元素周期表第ⅢA 族，CuIn 0.5Ga 0.5Se 2中Cu 的化合价为_______________________________________。

(2)“酸浸氧化”发生的主要氧化还原反应的化学方程式为_____________________________ _______________________________________________________________________________。

(3)“滤渣”与SOCl 2混合前需要洗涤、干燥，检验滤渣中SO 2－4是否洗净的试剂是______________；“回流过滤”中SOCl 2的作用是将氢氧化物转化为氯化物和______________。

(4)“高温气相沉积”过程中发生反应的化学方程式为________________________________ ______________________________________________________________________________。

答案 (1)6 ＋1 (2)Cu 2O ＋H 2O 2＋2H 2SO 4===2CuSO 4＋3H 2O (3)HCl 溶液、BaCl 2溶液 作溶剂 (4)GaCl 3＋NH 3=====高温
GaN ＋3HCl
解析 (1)硒(Se)与硫为同族元素，故Se 的最外层电子数为6；镓(Ga)和铟(In)位于元素周期表第ⅢA 族，则根据化合物正负化合价为零可以知道CuIn 0.5Ga 0.5Se 2中Cu 的化合价为＋1。

(2)“酸浸氧化”为酸性条件下H 2O 2与烧渣中的Cu 2O 反应，其反应的化学方程式为Cu 2O ＋
H 2O 2＋2H 2SO 4===2CuSO 4＋3H 2O 。

(3)检验滤渣中SO 2－4是否洗净可以加入HCl 溶液、BaCl 2溶液；通过“回流过滤”分为两部分：滤渣和滤液，故SOCl 2的另一个作用是作溶剂。

(4)“高温气相沉积”过程是氨气和GaCl 3反应，其反应的化学方程式为GaCl 3＋NH 3=====高温
GaN ＋3HCl 。

课时精练
1．(2022·山东滕州二中模拟)富硼渣中含有镁硼酸盐(2MgO·B2O3)、镁硅酸盐(2MgO·SiO2)及少量Al2O3、FeO等杂质。

由富硼渣湿法制备硫酸镁晶体和硼酸(H3BO3)晶体的一种工艺流程如下：
已知：生成氢氧化物沉淀的pH(金属离子的起始浓度为0.1 mol·L－1)
Fe(OH)3Al(OH)3Fe(OH)2Mg(OH)2开始沉淀时 1.9 3.4 7.0 9.1
完全沉淀时 3.2 4.7 9.0 11.1
(1)酸浸时发生反应：2MgO·SiO2＋2H2SO4===2MgSO4＋SiO2＋2H2O,2MgO·B2O3＋2H2SO4＋H2O===2H3BO3＋2MgSO4。

①上述反应体现出酸性强弱：H2SO4__________(填“>”或“＜”)H3BO3。

②已知硼酸与过量NaOH溶液发生的中和反应为H3BO3＋OH－===B(OH)－4。

下列关于硼酸的说法正确的是________(填字母)。

A．硼酸是一元酸
B．向NaHCO3固体中滴加饱和硼酸溶液，有气泡产生
C．硼酸的电离方程式可表示为H3BO3＋H2O B(OH)－4＋H＋
(2)检验褐色浸出液中的杂质离子：取少量浸出液，________________(填操作和现象)，证明溶液中含有Fe2＋。

(3)除去浸出液中的杂质离子：用MgO调节溶液的pH至____________以上，使杂质离子转化为__________________(填化学式)沉淀，过滤。

(4)获取晶体：ⅰ.浓缩滤液，使MgSO4和H3BO3接近饱和；ⅱ.控制温度使两种晶体分别从溶液中结晶。

结合如图溶解度曲线，简述ⅱ的方法：将浓缩液加入到高压釜中，升温结晶得到____________晶体，分离后，再将母液降温结晶，分离得到________________晶体。

答案(1)①＞②AC(2)滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀(3)4.7Al(OH)3、Fe(OH)3 (4)硫酸镁硼酸
解析(1)①2MgO·B2O3＋2H2SO4＋H2O===2H3BO3＋2MgSO4，根据强酸制弱酸可知，酸性：H2SO4＞H3BO3；②硼酸与过量NaOH溶液发生的中和反应为H3BO3＋OH－===B(OH)－4，可知硼酸为一元酸，A项正确；由于非金属性：B<C，则硼酸的酸性比碳酸弱，故硼酸与碳酸氢钠不反应，B项错误；硼酸的电离方程式为H3BO3＋H2O B(OH)－4＋H＋，C项正确。

(3)溶液中含有铁离子、铝离子等杂质，由表中数据可知，用MgO调节溶液的pH至4.7以上，使杂质离子转化为Al(OH)3、Fe(OH)3。

(4)由图像可知硫酸镁的溶解度随温度升高而降低，硼酸的溶解度随温度升高而增大，则可升温结晶，得到硫酸镁晶体，分离后，再将母液降温结晶，分离得到硼酸晶体。

2．(2022·南京模拟)钛是一种重要的金属，以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)，还含有少量Fe2O3]为原料制备钛的工艺流程如图所示。

(1)“溶浸”过程中生成了TiOSO4，其中Ti的化合价为____________，“溶浸”过程发生的主要反应的化学方程式为_________________________________________________
________________________________________________________________________。

(2)物质A为单质，化学式为__________，“一系列操作”为蒸发浓缩、________和过滤。

(3)将少量FeSO4·7H2O溶于水，加入一定量的NaHCO3溶液，可制得FeCO3，写出反应的离子方程式为_____________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(4)若反应后的溶液中c(Fe2＋)＝2×10－6 mol·L－1，则溶液中c(CO2－3)＝__________ mol·L－1(已知：常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5×10－6 mol·L－1)。

答案(1)＋4FeTiO3＋2H2SO4===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O(2)Fe冷却结晶
(3)Fe2＋＋2HCO－3===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O
(4)1.0×10－5
解析(1)TiOSO4中S的化合价为＋6，O的化合价为－2，根据化合物中各元素化合价的代数和为0，可知TiOSO4中Ti的化合价为＋4。

结合钛铁矿的成分及“溶浸”过程中生成了TiOSO4，可知该过程发生的主要反应的化学方程式为FeTiO3＋2H2SO4===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。

(2)该流程中还有副产物FeSO4·7H2O，故需将溶浸产物中的Fe3＋除去，物质A为Fe。

(3)HCO－3能电离出H＋和CO2－3，Fe2＋与CO2－3结合形成难溶的FeCO3沉淀，H＋与另一分子
HCO－3反应生成CO2和H2O，故反应的离子方程式为Fe2＋＋2HCO－3===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O。

(4)常温下FeCO3饱和溶液浓度为 4.5×10－6mol·L－1，则K sp(FeCO3)＝4.5×10－6×4.5×10－6
≈2.0×10－11。

当反应后的溶液中c(Fe2＋)＝2×10－6 mol·L－1时，c(CO2－3)＝2.0×10－11
2×10－6
mol·
L－1＝1.0×10－5 mol·L－1。

3．(2020·山东，16)用软锰矿(主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下：
已知：MnO2是一种两性氧化物；25 ℃时相关物质的K sp见下表。

物质Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2
K sp1×10－16.31×10－38.61×10－32.31×10－12.7
回答下列问题：
(1)软锰矿预先粉碎的目的是__________________________，MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为____________________________________________________
________________________________________________________________________。

(2)保持BaS投料量不变，随着MnO2与BaS投料比增大，S的量达到最大值后无明显变化，而Ba(OH)2的量达到最大值后会减小，减小的原因是______________________。

(3)滤液Ⅰ可循环使用，应当将其导入到________操作中(填操作单元的名称)。

(4)净化时需先加入的试剂X为________(填化学式)，再使用氨水调溶液的pH，则pH的理论最小值为________(当溶液中某离子浓度c≤1.0×10－5 mol·L－1时，可认为该离子沉淀完全)。

(5)碳化过程中发生反应的离子方程式为_____________________________________
________________________________________________________________________。

答案(1)增大接触面积，充分反应，提高反应速率
MnO2＋BaS＋H2O===Ba(OH)2＋MnO＋S
(2)过量的MnO2消耗了产生的Ba(OH)2
(3)蒸发(4)H2O2 4.9(5)Mn2＋＋HCO－3＋NH3·H2O===MnCO3↓＋NH＋4＋H2O
解析(1)软锰矿粉碎后，表面积增大，即在反应中增大了反应物的接触面积，一是可以使之充分反应，二是可以提高反应速率；由题给信息可知，反应物有MnO2、BaS，生成物有MnO；由流程图中给出的信息可知，生成物中还有Ba(OH)2和硫黄。

根据原子守恒和得失电子守恒，可写出该反应的化学方程式MnO2＋BaS＋H2O===MnO＋Ba(OH)2＋S。

(2)增大MnO2与BaS的投料比，S的量达到最大值后不再变化，说明过量的MnO2与S不反应；Ba(OH)2的量达到最大值后会减小，说明过量的MnO2与Ba(OH)2发生了反应，消耗了产生的Ba(OH)2。

(3)滤液Ⅰ中还含有未结晶的Ba(OH)2，可循环使用，应将其导入蒸发操作中。

(4)软锰矿中含有的Fe3O4、Al2O3杂质与硫酸反应生成FeSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3，要除去Fe2＋，应先将Fe2＋氧化为Fe3＋，为了不引入其他杂质，加入的氧化剂X可选用H2O2；因Fe(OH)3和Al(OH)3的组成相似，且Fe(OH)3的K sp小于Al(OH)3的K sp，因此当Al3＋完全沉淀时，
Fe3＋也完全沉淀，由K sp[Al(OH)3]＝1×10－32.3可知，c(Al3＋)·c3(OH－)＝1×10－32.3，由题意知，当c(Al3＋)≤1.0×10－5 mol·L－1时沉淀完全，可求得c(OH－)≥1×10－9.1 mol·L－1，即c(H＋)≤1×10－4.9 mol·L－1，pH的理论最小值为4.9。

(5)由流程图提供的信息可知，碳化时的反应物有碳酸氢铵、氨水、Mn2＋，生成物有MnCO3，由此可写出该反应的离子方程式为Mn2＋＋HCO－3＋NH3·H2O===MnCO3↓＋NH＋4＋H2O。

4．(2021·福建，11)四钼酸铵是钼深加工的重要中间产品，具有广泛的用途。

一种以钼精矿(主要含MoS2，还有Cu、Fe的化合物及SiO2等)为原料制备四钼酸铵的工艺流程如图所示。

回答下列问题：
(1)“焙烧”产生的气体用__________吸收后可制取氮肥。

(2)“浸出”时，MoO 3转化为MoO 2－
4。

提高单位时间内钼浸出率的措施有____________________________________(任写两种)。

温度对90 min 内钼浸出率的影响如图所示。

当浸出温度超过80 ℃后，钼的浸出率反而降低，主要原因是温度升高使水大量蒸发，导致________________。

(3)“净化”时，浸出液中残留的Cu 2＋、Fe 2＋转化为沉淀除去。

研究表明，该溶液中c (S 2－
)和pH 的关系为lg c (S 2－)＝pH －15.1。

为了使溶液中的杂质离子浓度小于1.0×10－6 mol·L －1，应控制溶液的pH 不小于__________(已知：p K sp ＝－lg K sp ；CuS 和FeS 的p K sp 分别为35.2和17.2)。

(4)“净化”后，溶液中若有低价钼(以MoO 2－3表示)，可加入适量H 2O 2将其氧化为MoO 2－4，反应的离子方程式为_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(5)“沉淀”时，加入NH 4NO 3的目的是_____________________________________ ________________________________________________________________________。

(6)高温下用H 2还原(NH 4)2Mo 4O 13可制得金属钼，反应的化学方程式为__________[已知：(NH 4)2Mo 4O 13受热分解生成MoO 3]。

答案 (1)氨水 (2) 适当升温、搅拌、增加Na 2CO 3用量(增大Na 2CO 3浓度)等 Na 2MoO 4晶
体析出，混入浸渣 (3)3.9 (4)H 2O 2＋MoO 2－3===MoO 2－4＋H 2O (5)提供NH ＋4，使MoO 2－
4充分转化为沉淀析出 (6)(NH 4)2Mo 4O 13＋12H 2=====高温4Mo ＋2NH 3＋13H 2O
解析 (1)“焙烧”产生的气体为SO 2，用氨水吸收后可制取氮肥。

(3)CuS 和FeS 的p K sp 分别为35.2和17.2，则K sp (CuS)＝10－35.2，K sp (FeS)＝10－17.2，CuS 的溶解度小于FeS ，Fe 2＋浓度小于1.0×10－6 mol·L －1时，Cu 2＋已完全沉淀，故Fe 2＋浓度小于1.0×10－6 mol·L －1，c (S 2－)＞10－17.2
10－6 mol·L －1＝10－11.2 mol·L －1，此时，lg c (S 2－)＝pH －15.1，pH ＝15.1－11.2＝3.9。

(5)由流程可知“沉淀”时，产生的沉淀为(NH 4)2Mo 4O 13·2H 2O ，因此加入NH 4NO 3的目的是提供NH ＋4，使MoO 2－4充分转化为沉淀析出。

(6)高温下用H 2还原(NH 4)2Mo 4O 13
可制得金属钼，结合得失电子守恒、原子守恒可知反应的化学方程式为(NH 4)2Mo 4O 13＋12H 2=====高温
4Mo ＋2NH 3
＋13H2O。

5．溴酸镉[Cd(BrO3)2]常用作分析试剂、生产荧光粉等。

以镉铁矿(成分为CdO2、Fe2O3、FeO 及少量的Al2O3和SiO2)为原料制备Cd(BrO3)2的工艺流程如下：
已知：Cd(SO4)2溶于水。

回答下列问题：
(1)为提高镉的浸取率，酸浸时可采取的措施有____________________(任写两种即可)。

(2)还原镉时，产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，发生反应的离子方程式________________ _______________________________________________________________________________。

(3)加入H2O2溶液的目的是_______________________________________________________。

(4)滤渣2 的主要成分为__________________ (填化学式)；为检验滤液中是否含有Fe3＋，可选用的化学试剂是__________________。

(5)实际工业生产中，有时还采用阳离子交换树脂法来测定沉镉后溶液中Cd2＋的含量，其原理：Cd2＋＋2NaR===2Na＋＋CdR2，其中NaR 为阳离子交换树脂。

常温下，将沉镉后的溶液(此时溶液pH＝6)经过阳离子交换树脂后，测得溶液中的Na＋比交换前增加了0.055 2 g·
L－1，则该条件下Cd(OH)2的K sp为______________。

(6)已知镉铁矿中CdO2的含量为72%，整个流程中镉元素的损耗率为10%，则2 t该镉铁矿可制得Cd(BrO3)2(摩尔质量为368 g·mol－1)质量为____________kg。

答案(1)增大稀硫酸浓度、将固体粉碎、用玻璃棒搅拌或适当加热等措施(写出两种即可) (2)3Cd4＋＋CH3OH＋H2O===3Cd2＋＋CO2↑＋6H＋(3)将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋
(4)Al(OH)3、Fe(OH)3KSCN溶液(5)1.2×10－19(6)3 312
解析用稀硫酸溶解镉铁矿，其中SiO2不溶于水和酸，通过过滤除去，即滤渣1为SiO2；滤液中主要含有Fe2＋、Fe3＋、Al3＋和Cd4＋，加入CH3OH将Cd4＋还原为Cd2＋，然后加入H2O2溶液，将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，再调节溶液pH使溶液中的Al3＋和Fe3＋完全转化为Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，过滤除去不溶物(滤渣2)，向含有CdSO4的滤液中加入K2CO3生成CdCO3沉淀，再过滤将沉淀溶于HBrO3，最后将溶液蒸发结晶即可得到溴酸镉，据此分析。

(2)CH 3OH 将Cd 4＋还原为Cd 2＋时，产生使澄清石灰水变浑浊的气体，此气体为CO 2，结合守恒法，可知反应的离子方程式为3Cd 4＋＋CH 3OH ＋H 2O===3Cd 2＋＋CO 2↑＋6H ＋。

(4)滤渣2的主要成分为Al(OH)3、Fe(OH)3；为检验滤液中是否含有 Fe 3＋，可选用的化学试剂是KSCN 溶液。

(5)沉淀后的溶液pH ＝6，则c (OH －)＝10－8mol·L －1，经过阳离子交换树脂后，测得溶液中Na ＋比交换前增加了0.055 2 g·L －1，即Na ＋物质的量浓度增加了0.055 2 g·L －1
23 g·mol －1
＝0.002 4 mol· L －1，根据Cd 2＋＋2NaR===2Na ＋＋CdR 2，可知原溶液中c (Cd 2＋)＝0.001 2 mol·L －1，则Cd(OH)2的K sp ＝c (Cd 2＋)·c 2(OH －)＝1.2×10－19。

(6)2 t 该矿石中CdO 2的质量为2×106 g ×72%＝
1.44×106 g ，其物质的量为1.44×106 g
144 g·mol －1＝1×104 mol ，整个流程中镉元素的损耗率为10%，
根据原子守恒可知Cd(BrO 3)2的物质的量为104 mol ×(1－10%)＝9×103 mol ，其质量为9× 103 mol ×368 g·mol －1＝3.312×106 g ＝3 312 kg 。

6．氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下：
已知：①菱锰矿石主要成分是MnCO 3，还含有少量Fe 、Al 、Ca 、Mg 等元素；
②相关金属离子[c (M n ＋)＝0.1 mol·L －1]形成氢氧化物沉淀时的pH 如下：
金属离子
Al 3＋ Fe 3＋ Fe 2＋ Ca 2＋ Mn 2＋ Mg 2＋ 开始沉淀的pH
3.8 1.5 6.5 10.6 8.1 9.6 沉淀完全的pH
5.2 3.7 9.7 12.6 10.1 11.6
③常温下，CaF 2、MgF 2的溶度积分别为1.46×10
－10、7.42×10－11。

回答下列问题：
(1)“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为_______________________________ ________________________________________________________________________。

(2)分析下列图1、图2、图3，氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是：焙烧温度为______________，氯化铵与菱锰矿粉的质量之比为________________，焙烧时间为_______________________。

(3)浸出液“净化除杂”过程如下：首先加入MnO 2将Fe 2＋氧化为Fe 3＋，反应的离子方程式为________________________；然后调节溶液pH 使Fe 3＋、Al 3＋沉淀完全，此时溶液的pH 范围为__________________。

再加入NH 4F 沉淀Ca 2＋、Mg 2＋，当c (Ca 2＋)＝1.0×10－5 mol·L －1时，c (Mg 2＋)＝____________ mol·L －1。

(4)碳化结晶时，发生反应的离子方程式为___________________________________ ________________________________________________________________________。

(5)流程中能循环利用的固态物质是_________________________________________ (填化学式)。

答案 (1)MnCO 3＋2NH 4Cl=====△MnCl 2＋2NH 3↑＋CO 2↑＋H 2O (2)500 ℃ 1.10 60 min
(3)MnO 2＋2Fe 2＋＋4H ＋===Mn 2＋＋2Fe 3＋＋2H 2O
5．2≤pH<8.1 5.1×10－6 (4)Mn 2＋＋2HCO －3=====△MnCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O (5)NH 4Cl
解析 (3)二氧化锰具有氧化性，可以氧化亚铁离子，而二氧化锰被还原为锰离子，反应的离子方程式为MnO 2＋2Fe 2＋＋4H ＋===Mn 2＋＋2Fe 3＋＋2H 2O ；根据题干信息知pH 在5.2时Al 3＋沉淀完全，pH 在8.1时，Mn 2＋开始沉淀，所以将Fe 3＋、Al 3＋沉淀完全，可以调整pH 范围
在5.2≤pH<8.1；根据CaF 2、MgF 2的溶度积计算得：c 2(F －)＝
1.46×10－10
1.0×10－5 mol 2·L －2＝1.46× 10－5 mol 2·L －2，c (Mg 2＋)＝7.42×10－11
1.46×10－5mol·L －1≈5.1×10－6 mol·L －1。