2025年高中化学二轮复习 主观题突破2 化工生产中物质转化条件的控制

I主观题突破化工生产中物质转化条件的控制

同盘点核心知识

反应条件的控制

条件控制目的

固体原料

减小颗粒直径，增大反应物接触面积，增大浸取时的反应速率，提高浸取率

粉碎或研磨

燃烧或①除去硫、碳单质；②有机物转化、除去有机物；③高温下原料与空气中的氧气反应；

灼烧④除去热不稳定的杂质等

酸浸①溶解转变成可溶物进入溶液中，以达到与难溶物分离的目的；②去氧化物（膜）

碱溶①除去金属表面的油污；②溶解铝、氧化铝等

①加快反应速率或溶解速率；②促进平衡向吸热反应方向移动；③除杂，除去热不稳定

加热的杂质，如NaHCCh、Ca（HCO3）2、KMnCU、NH4cl等物质；④使沸点相对较低或易升华

的原料气化；⑤煮沸时促进溶液中的气体（如氧气）挥发逸出等

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

反应物用

的浓度，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

量或浓度

速率，使平衡发生移动等

①控制反应速率（升温加快反应速率）、适宜的温度使催化剂的活性最大，防止副反应的

控温（常用

发生；②控制化学反应进行的方向，使化学平衡移动；③升温：使溶液中的气体逸出，

水浴、冰浴

使易挥发物质挥发，使易分解的物质分解；煮沸：使气体逸出；促进水解，聚沉后利于

或油浴）

过滤分离；④控制固体的溶解与结晶

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,

（或还原剂）使其转化为Fe（0H）3沉淀除去］

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

沉淀剂碳酸盐沉淀；③加入氟化钠，除去Ca2+、Mg?+

①使某种或几种金属离子转化为氢氧化物沉淀，而目标离子不生成沉淀，以达到分离的

目的（常利用题给金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH信息，选择pH范围，使杂质离子

以氢氧化物形式沉淀出来）；②“酸作用”还可以除去氧化物（膜）、抑制某些金属离子的

pH控制水解等；③“碱作用”还可以除去油污、除去铝片表面的氧化铝、溶解铝等；④金属离

子的萃取率与溶液的pH密切相关；⑤调节溶液pH常用试剂：a.调节溶液呈酸性：稀盐

酸、稀硫酸、稀硝酸（注意氧化性）、金属氧化物、酸性气体（二氧化硫）等。b.调节溶液呈

碱性：氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸氢钱等

的用示例】

1.一种从铜阳极泥（主要含有铜、银、金、少量的操）中分离提取多种金属元素的工艺流程如下:

i.H2so4、

铜HCLNaClO.,Na2s0,H2SO4

分

ii.NaCl分

阳

银

铜

极铜)-份姿］一聿一份埔）

液

渣OIFAgCl

泥

分铜液分金液分银渣沉银液

“分铜”时，如果反应温度过高，会有明显的放出气体现象，原因是,

答案温度过高，氏。2分解放出氧气

2.已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：

物质开始沉淀pH沉淀完全pH

Fe(OH)32.73.7

Fe(OH)27.69.6

Mn(0H)28.39.8

若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+,应该怎样做?

答案先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调溶液的3.7WpH<8.3。

3.以软镒矿（主要成分为MnCh,含少量铁的氧化物）制备高纯MnCCh。流程如图:

稀硫酸、FeSO&MnOMnCONHHCO

粉1碎x）2）,34）■3

I软春矿）—"4氧化）~T调.pH卜|沉镒［

—•!洗涤、干燥上MnCC）3Fe（OH）3

⑴酸溶还原时，MnCh发生反应的离子方程式为o

39

(2)在常温下，已知：Ksp[Mn(OH)2]=2xIO-%^sp[Fe(OH)3]=lxl0-o工业上，当某离子浓度小于卜10-6

molL」时，认为该离子已除净。氧化后所得溶液中c(Mn2+尸0.2mollL为使溶液中Fe3+除净，调节

pH的范围应为o

答案⑴MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O(2)3<pH<8

解析(2)当Fe3+除净时，c(OH)=y器用会molE・lx1(y“moll」,则pH=3；当镒离子开始沉

淀时，。(。任尸『嚷黑)[JKFmorL'Wmol]」,pH=8o

-特别提醒

(1)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C/+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、

、

CU(OH)2CU2(OH)2cO3等物质来调节溶液的pHo

⑵调节pH的试剂选取：①选取流程中出现的物质；②未学习过的物质且题目又无信息提示的一般不做考

虑；③已学的常见酸、碱(如HNO3、HC1、H2s04、NH3H2O.NaOH等)。

4.硒和瑞在工业上有重要用途。在铜、镇、铅等电解工艺的阳极泥中硒、稀主要以硒化物、碎化物及

单质状态存在。一种从阳极泥中提取Se和Te的工艺流程如下：

Na2CO3

空气H2SO4Na2SO3

阳占工占

极焙一焙―一酸-HTeO—还

泥

―，反应|-Se

H2O流出液1

已知：石帝酸钠(Na2H4TeO6)难溶，石帝酸(HeTeOe)可溶。

工艺路线中可以循环利用的物质有、0

答案H2so4NaOH

■1精练高考真题

1.(2024・新课标卷，27)钻及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。

一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含镒高钻成品的

工艺如下：

H2SO4MnO2ZnOKNjnO”

废渣温翦t过滤iL上翳藏化沉9H)3

1

----〔钻pH=5|MnO2

滤渣1滤渣2|回收

除钻液一利用

已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(cWLOx10-5mol-L-i)时的pH：

Fe3+Fe2+Co3+Co2+Zn2+

开始沉淀的pH1.56.9—7.46.2

沉淀完全的pH2.88.41.19.48.2

回答下列问题：

(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是；“滤渣1”

中金属元素主要为O

⑵“过滤1”后的溶液中加入MnO?的作用是。取少量反应后的溶液，加

入化学试剂检验,若出现蓝色沉淀，需补加MnCh。

⑶“氧化沉钻”中氧化还原反应的离子方程式为、O

(4)“除钻液”中主要的盐有(写化学式)，残留的Co3+浓度为molL'o

答案(1)增大固液接触面积，加快酸浸速率，提高浸取效率Pb(2)将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,以便在

2+2++

后续调pH时除去Fe元素K3[Fe(CN)6]溶液Fe(3)3Co+Mn0；+7H2O=3Co(OH)3；+MnO2i+5H

2++167

3Mn+2Mn0J+2H2O=5MnO2；+4H(4)ZnSO4sK2SO4IO-

解析由题中信息可知，用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有C02+、Zn2\

Fe2\Fe3\SOr等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSC)4,则“滤渣1”为PbSCU；

3+2+

向滤液中加入MnO2将Fe2+氧化为Fe,MnO2被还原为Mn，加入ZnO调节pH=4,Fe3+完全转化为

Fe(OH)3,“滤渣2”的主要成分为Fe(OH)3,滤液中的金属离子主要是C02+、Zd+和M/+;最后“氧化沉

钻”，力口入强氧化剂KMnC"将溶液中Co?+氧化为C03+,在pH=5时C03+形成Co(OH)3沉淀，而KMnCU

则被还原为MnO2,KMnO4还会与溶液中的MW发生归中反应生成MnO2,得至!]Co(OH)3和MnO2的混合

物，“除粘液”主要含有ZnSCU、K2s04,据此解答。

⑶由分析可知，该过程发生两个氧化还原反应，离子方程勘

2++2++

3Co+Mn0J+7H2O=3Co(OH)3i+MnO2i+5Hx3Mn+2Mn0J+2H2O=5MnO2H4Ho(4)整个过程中，

Zd+未除，加入KMnC>4“氧化沉钻”时引入了K+,而阴离子是在酸浸时引入的SO歹，因此除钻液中主要

的盐有ZnS04和K2s04。当溶液pH=Ll时，c(H+)=1011molL1,C03+恰好完全沉淀，此时溶液中

c(Co3+)=1.0xlO-5mol-L1,则c(OH)-^-lO12-9molL1,则Ksp[Co(OH)3]=LOxl(y5xQOT2.9)3=i0-43.7。，，除

钻液”的pH=5,即c(H+)=10-5mol-LL则c(OH户10-9moiLi,此时溶液中。(6+尸、霁％

C(UH)(1U)

molL_1=10_167molL-1o

2.[2024•全国甲卷，26(1)(2)(4)(5)(6)]钻在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、

铜、铁、钻、镒的+2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钻的一种流程如下。

浸渣CuSMnO2滤渣CO(OH)3

注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于10-5mol-L」，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。

已知:①Ksp(CuS尸6.3x10-36,Ksp(ZnS尸2.5x10-22,&p(CoS尸4.0。0第。

②以氢氧化物形式沉淀时，lg[c(M)/(morLT)]和溶液pH的关系如图所示。

K

L

.

-O

日

X

W

S

8234567891

一101213

14阳

回答下列问题:

⑴“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是O

⑵“酸浸”步骤中，CoO发生反应的化学方程式是。

(4)“沉镒”步骤中，生成LOmolMnCh,产生H+的物质的量为。

⑸“沉淀”步骤中，用NaOH调pH=4,分离出的滤渣是。

(6)“沉钻”步骤中，控制溶液pH=5.0〜5.5,加入适量的NaClO氧化C02+,其反应的离子方程式

为O

答案⑴增大固体与酸的接触面积，加快“酸浸”速率(2)COO+H2SO4=COSO4+H2O(4)4.0mol

2+

(5)Fe(OH)3(6)2CO+5C1O-+5H2O=2CO(OH)3；+C1-+4HC1O

解析⑷“沉镒”步骤中，Na2s2。8将Mn2+氧化为二氧化镒除去，发生的反胡

S2O仁+Mn2++2H2O=MnO2]+4H++2S0/,若生成1.0molMnCh则产生4.0molH+。(5)“沉镒”步骤中，

3+

S2O仁将Fe2+氧化为Fe,“沉淀”步骤中用NaOH调pH=4,Fe3+可以完全形成Fe(OH)3沉淀而分离。

3.[2023•全国乙卷，27(3)]LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱镒矿(MnCCh,含

有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制备LiMmCU的流程如下：

硫酸MnO2h加四口

]石灰乳BaSQ

菱镒矿T反应器不三分『器—呷片

滤渣电解废液

co2和o2碳酸锂

JI、

1

LiMn2O4-~|夕段烧窑卜一MnO2--------

3316

已知：Ksp[Fe(OH)3]=2.8x10-39,^sp[Al(OH)3]=1.3xio-,^sp[Ni(OH)2]=5.5xl0o

溶矿反应完成后，反应器中溶液pH=4,此时c(Fe3+)=mol1七用石灰乳调节至

pH-7,除去的金属离子是o

答案2.8x10-9AP+

3+1

解析溶液pH=4,此时溶液中c(OH)=1.0x1o-iOmolLLc(Fe)=^^L2.8xlO^mol-L-,溶液中的

c(Fe3+)小于LOxl0-5moi1-i,认为Fe3+已经沉淀完全；同理，pH~7,c(OH)=1.0xlO-7molL-',

C(AF+)=1.3X10-12moicCNi^S.SxlO^mol-L-1,AF+沉淀完全。

4.[2022•全国乙卷，26(1)(2)]废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2,PbO和Pb,还有少量Ba、

Fe、Al的盐或氧化物等，为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。

Na2co3HAc、HONaOH

XX22I

铅膏一I脱硫1僮曲一版知-PbO

滤液滤渣滤液

一些难溶电解质的溶度积常数如下表：

难溶电解质

PbSO4PbCO3BaS04BaCO3

2.5x7.4xl.lx2.6x

Ksp

10-8IO1410-i010-9

一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表:

金属氢

Fe(OH)3Fe(OH)2A1(OH)3Pb(OH)2

氧化物

开始沉

2.36.83.57.2

淀的pH

完全沉

3.28.34.69.1

淀的pH

回答下列问题：

⑴在“脱硫”中PbSCU转化反应的离子方程式为,用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2c03的

原因：O

⑵在“脱硫”中，加入Na2cCh不能使铅膏中BaSCU完全转化，原因是。

答案⑴PbS04(s)+COg(aq)LpbC03(s)+S0/(aq)反应PbSCU⑸+C0|-(aq)-PbCC)3(s)+S0「(aq)的平

衡常数华黔籍嚅寿爵3.4'1。5>1。5,PbS。,可以比较彻底的转化为PbC03

⑵反应BaS04(s)+CO歹(aq)=BaC03(s)+SO/(aq)的平衡常数『黑二途黑彳含黑黑0.04《1。5,

反应正向进行的程度有限

题型突破练[分值：50分]

1.(10分)研究从太阳能电池的硫化镉吸收层(主要含CdTe、CdS)中回收碗具有重要的意义。某回收工艺的

流徵口下:

NaNO3,H2O,HClH2ON2NaBH4

仁[Fecd.J匚6eHeq卜l水年洗、于醇凡洗纳米J级-FeOcOcHL左水前洗I米磁铁性棒纳

NaOH溶液

H2O2,H2SO4I调pH

|50.含Cd?*、Te&+翩H含TeO广滤液?

(碎化镉吸收层

滤渣

磁性纳米铁棒

(吸附Te)

⑴反应釜中，溶液的pH、温度(7)与生成沉淀的关系如图，图中区域分别表示铁的化合物稳定存在的区域。

则制备FeOOH适宜的pH和温度分别为(填字母)。

77t

160

\Fe2O3

120\FeOOH

80

40Fe3+\___

0

24681012pH

a.2z80℃b.4,90℃

c.5z160℃d.6,25℃

(2)制备磁性纳米铁棒时，加入NaBH4前先通入N2的作用是。

(3)常温下，若在含Cd2+、TV+滤液中加入NaOH溶液调节pH为7,溶液中。(Cd2+)的最大值为

(已知:Ksp[Cd(OH)2]=5.3x10/5)。

(4)从含TeO歹滤液得到“吸附Te”，利用了磁性纳米铁棒的性质有、。

答案（l）b⑵排出设备中的空气，防止磁性纳米铁棒和NaBH4被氧化（3）0.53molL-1（4）吸附性还

原性

解析（2）磁性纳米铁棒和NaBH4都容易被氧化，所以在加入NaBH4之前需通入N?排出反应容器中的空气。

（3）常温下，溶液的pH=7,则c（OH-尸LOxlOlorLL根据Ksp[Cd（OH）2]=5.3xl（yi5,则

c（C<F）望镖衿照篙molL'0.53mol-L^（4）TeO歹中Te的化合价降低，被磁性纳米铁棒还原，

磁性纳米铁棒还能吸附Te,故在得到Te的过程中，磁性纳米铁棒呈现了还原性和吸附性。

2.（6分）（2024•长沙雅礼中学高三模拟）废催化剂（含TiCh、V2O5、WO3等成分）提取钛、钢工艺流程如图所示。

HSO

L[钛酸钠）24.(H2TiO3

酸浸

dH2WO4]

碱浸鸨液）HC1

调pH,------,镂盐

冈一~^2。5声雪偏锐酸铁枝耳丫03）1

已知：①钛酸钠（NazTiCh）难溶于水;

②溶液的酸性较强时，+5价钢主要以VO。的形式存在。

（1）“沉钢”过程中，一般要加入过量NH4C1,其原因是。

（2）沉钢过程中，沉钢率随溶液pH的变化如图所示。沉钢率随溶液pH的增加先升高后降低的原因可能

是.

答案（1）增大NH。农度，使NH4V03（s）-NH[（aq）+VO式aq）平衡逆向移动，利于NH4V。3尽可能析出完

全（2）pH过低，VO1转化为VO。的程度较大；pH过高，NH准专化为NH3-H2O的程度较大；两因素均使

沉钢率降低

3.（8分）（2024•辽宁六校协作体高三模拟）LiMmCU是一种锂离子电池的正极材料。用高镒酸钾废渣（主要成分

为MnCh、Fe2O3sAl2O3sSiCh）和黄铁矿（主要成分为FeSz）制备LiMmCU的工艺流程如下：

H2SO4（DH2O2溶液

古片静溶液（2）氨水Li2co八空气

局铳酸III

黄铁矿[II

滤渣1滤渣2CO2

已知：酸浸液主要含有Md：Fe2\Fe3\AF+等金属阳离子。

（1）保持温度、浸取时间不变，能提高镒元素浸出率的措施有。

（2）除杂。加入H2O2的作用为。

（3）热解。在真空中加热分解MnSO4-H2O,测得固体的质量随温度变化如图所示。真空热解MnSOrlhO制

备MmCU,需控制的温度为大于℃,原因为（写出计

算推理过程）。

X

*-

-

眼-

-

监-

-

拴-

-

画-

-

既-

-

藏-

答案（1）适当增加硫酸浓度，将固体原料粉碎，加快搅拌速率（任答一条即可，其他合理答案也可）（2）氧

化剂I,将Fe?+氧化为Fe3+

3M90*0)-“304)_3*169221令.所

(3)10003MnSO4H2O-Mn3O4,吁*]00%吃：-岁-1。「]00%83%,

3M(MnSO4-H2O)3x169g-mol

以需控制温度大于1000℃

4.（8分）（2024•辽宁省名校联盟高三联考）草酸钻可用于指示剂和催化剂的制备。用含钻废料（主要成分为Co,

含有一定量的NiO、AI2O3、Fe、SiCh等）制备草酸钻晶体（COC2O42H2O）的流程如下：

H2SO4H2O2.COORH

第T1囤_—T浸.液）-

（NH4）2C2O4滤渣I滤渣n有机溶剂

操作①[t水.）~~*草酸钻晶的

-溶有NiRz的有机层）

已知：①草酸钻晶体难溶于水。

++

②RH为有机物（难电离），M"+代表金属离子，M«+HRH-MR„+MHO

③流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物

Fe(OH)3Fe(OH)2CO(OH)2A1(OH)3Ni(OH)2

开始

2.77.67.64.07.5

沉淀

完全

3.79.69.25.28.0

沉淀

④滤液中Co元素以C02+形式存在。

(1)为提高浸出速率，除将含钻废料粉碎外，还可采取的措施有

(写出两条)。

(2)加入氧化钻调节溶液的pH,调节的pH范围是0

⑶可否考虑先将Co2+转化为CoCO3,再利用反应CoCCh⑸+C20/(aq)-CoC2O4⑸+C0/(aq)将CoCO3转

化为COC2O4：(填“能”或“不能”)，说明理由：O

[Ksp(CoCO3)=l.5x10-13,Ksp(CoC2O4)=6.0x1o8]

答案⑴适当提高酸浸温度、适当增加硫酸浓度等(答案合理即可)(2)5.2<pH<7.5

⑶不能该反应的平衡常数K=2.5xl0-6,转化程度小，不能实现转化

解析⑵加入氧化钻，发生CoO+2H+—C02++H20,根据阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH可知，

调节溶液的pH为5.2WpH<7.5,使Fe3+和A13+完全转化为沉淀Fe(OH)3、A1(OH)3,同时不能影响到镇和钻。

(3)CoCO3(s)+C2。仁(aq)LCoC2O4(s)+C0打(aq)白抨衡常数

K—一曹)f一2.5,1。",转化程度小，不能实现该转化。

5.(9分)(2024•山东潍坊联考)钿催化剂(主要成分为Pd、3AI2O3,还含少量铁、铜等)是石油化工中催化加氢

和催化氧化等反应的重要催化剂。一种从废铝催化剂中回收海绵铝的工艺流程如下：

甲酸印。?、盐酸

废把催化剂T还.浸出液(含HzPdCl,)

I

a-A12O3

RC16mol-L^HCl①NH3N2H4-H2O

]，!@HC1j

一(畲子交换『院都TSH还原海绵把

产丁T

流出液滤液

已知：①把催化剂在使用过程中Pd易被氧化为难溶于酸的PdO而失活；ILPdCk是一种二元强酸；②常温

下，Kp[Fe(OH)3]=lxIO*,Ksp[Cu(OH)2]=lxlO-2°。

⑴“还原I”过程中加入甲酸的主要目的是还原(填化学式)。

⑵“酸浸”过程中温度、固液比对浸取率的影响如图，则“酸浸”的最佳条件为O

温度/t固液比

90k

85卜

80]飞-51

1

75一一J'4温•度

70t31

65卜

2

60^1

55111

9293949596979899浸取率/%

⑶“离子交换”过程可简单表示为PdClj一+2RC1-R2Pde14+2C1-,流出液通入NH3调节pH后过滤，滤

液经一系列操作可以得到CuCb2H2O。假设流出液中各金属离子的浓度均为0.01mol-L-1,常温下需调节

pH的范围是,

答案⑴PdO⑵温度8(TC,固液比4：1⑶3WpH<5

解析⑶通入NH3调节p