高中化学复习讲义：无机化工流程解题指导

第11讲无机化工流程解题指导

课时分层集训

选题表

题号

过关集训培优专练

知识

物质制备型1,2,4,62

分离提纯型3,51

过关集训

1.以铝土矿为原料,提取氧化铝，冶炼铝的工艺流程如图，下列说法错

误的是(D)

铝土矿

(AkCh'MgO、

Fe2O3.SiO2)试剂B试剂C

滤渣1滤渣2滤液铝锭

已知:滤渣2的主要成分是氢氧化铁、氢箱化镁,B的焰色呈黄色。

A.试剂A可以是稀硫酸或稀盐酸

B.加入试剂B除去Mg2\Fe3+

C.滤渣1的主要成分是SiO?

D.电解熔融的氯化铝也可以制取铝

解析：由流程可知加入试剂A的目的是将铝土矿中的金属氧化物溶解,

因此试剂A可以是稀硫酸或稀盐酸,A正确“酸溶”后溶液中含有Mg\

3+

Fe,过滤后所得滤渣2的主要成分为Fe(0H)3>Mg(OH)”可知加入试

剂B除去溶液中的Mg2\Fe34,B正确；由A项分析可知滤渣1的主要成

分是Si02,C正确；氯化铝为共价化合物，熔融状态下不导电,应电解熔

融的氧化铝,D错误。

2.（2023•贵州贵阳月考）我国电池的年市场消费量约为80亿只，其

中70%是锌镒干电池。某工艺利用软钵矿（主要成分是MnO"含少量

AhG和SiOj和闪锌矿（主要成分是ZnS,含少量FeS、CuS、CdS）为原

料制备MnOz和Zn,其流程如下:

软钱矿硫酸

广滤渣B

闪锌矿I①USSi适量Zn

「滤渣c

L滤液B

滤液C

电解④

MnOjfOZn

已知：I.矿石中所有金属元素均以离子形式进入滤液A中。

n.各种金属离子完全沉淀的PH如下表:

离子Zn；Mn21「Fe2+Fo‘Al；

pH8.010.19.03.24.7

下列说法中不正确的是（c）

A.滤渣A主要成分:S和Si（）2

B.加入适量金属锌是为了回收金属Cu和Cd

C.步骤③中，加入的物质X可以是MnO?,调pH:4.7<pH<8.0

D.上述流程中，可以循环使用的物质是H2soi

解析:软锦矿（主要成分是MM,含少量A1Q和SiO）和闪锌矿（主要成

分是ZnS,含少量FeS、CuS、CdS）与硫酸混合反应,-2价的硫元素被

MrA氧化成S单质，SiO,难溶于硫酸,所以滤渣A为S和Si02,A正确;

得到的滤液A中主要含有的金属离子为Md、Al3\Zn2\Fe2\Cu2\

Cd2+,加入适量Zn,将Cu2\Cd?.还原为Cu和Cd,形成滤渣B,B正确；向

滤液B中通入和X,0,将F/氧化成Fe3+,X调节pH使Al3\Fe?+形成

沉淀除去，而MnO2与氢离子并不反应,所以不能用MnO,来调节pH,为了

不引入新的杂质，X可以是ZnO、Mn(OH)2等,C错误;步骤④中电解时阳

极Mr?+失电子发生氧化反应生成MnO〃阳极的电极反应式为

2+

Mn-2e+2H2O=MnO2+4H；阴极Zr?♦得电子发生还原反应生成Zn,废电

解液含硫酸,则本工艺中能循环利用的物质是H2SOhD正确。

3.锂被誉为“高能金属”,废旧锂离子电池的正极材料主要含有LiCo02

及少量Al、Fe等，处理该废料的一种工艺流程如图所示［已知

Ksp(Li2CO3)=l.6X103LiCoO,难溶于水,具有强氧化性］:

滤液滤渣CoCO)Li2c。3

下列有关说法错误的是(C)

A.“碱溶”时的主要反应为2A1+2OIT+2HzO=2A1O2+3H2t

B.加氨水调节pH的目的是完全沉淀溶液中的Fe3+

C.“酸溶”时HQ?在反应中被还原

D.该流程涉及多次过滤,实验室过滤操作中要用的主要玻璃仪器有漏

斗、烧杯、玻璃棒

解析：“碱溶”时废旧锂离子电池的正极材料中的A1被溶解，反应的

离子方程式为2A1+2OH+2H2(>=2A1O2+3H21,故A正确;“酸溶”时,Fe

被氧化为Fe=加氨水调节pH的目的是完全沉淀溶液中的Fe3；故B正

确;LiCoO2具有强氧化性，“酸溶”时儿。2被氧化，发生反应的化学方

程式为2LiCo02+H202+3H2S04—Li2S04+2CoS04+021+4H20,故C错误;该

流程中涉及多次过滤,实验室过滤操作中要用的主要玻璃仪器有漏斗、

烧杯、玻璃棒，故D正确。

4.由辉祕矿(主要成分是Bi2s3,含SiOz等杂质)制备由2。3的工艺如图

所示：

试剂X

FeCh溶液、

盐酸过量Fe滤液1硝酸

滤液2

已知:Bis不溶于水和硫酸，调pH后得到碱式硝酸钿(BiONO)沉淀。

下列对工艺流程的分析正确的是(C)

A.滤渣1只有SiO2

B.滤液1加入试剂X后能循环利用，则试剂X是HC1

C.气体1为H2

D.转化时生成碱式碳酸钿［(BiO)2C03］的离子方程式为2BF+COg+

40H=(BiO)2CO3I+2H20

解析：由辉钝矿(主要成分是BiS,含SiO2等杂质)制备地酸钠,辉锦矿

加入氯化铁溶液和盐酸溶解后过滤,氯化铁氧化硫离子为硫单质，加

入盐酸防止FeCl,及BiCl,水解生成不溶性沉淀，得到的滤渣1为S、

SiO：”故A错误；滤液1的溶质主要是氯化亚铁，向滤液1中通入氯气

或氧气,可将Fe"转化为Fe3+,得到主要含有FeCh的溶液,可用于辉秘

矿浸出操作，达到循环使用的目的,而HC1不能达到目的，故B错误;

浸取后的滤液中含有Bi-H\Fe",滤液中加入铁粉过滤得到粗钝,

发生的反应有2Bi3++3Fe=3Fe2'+2Bi、2Fe3^+Fe=3Fe2\

Fe+2H+Fe2++H",气体i为小故C正确:粗例中含有的杂质主要是

Fe,通过电解精炼除去Fe,得到精钝,加入硝酸溶解,然后调节pH得到

碱式硝酸秘加入碳酸镂溶液反应得到碱式碳酸锡,将碱式碳酸锌煨

烧生成Bia,则转化时生成碱式碳酸砌［(BiO)£0/是利用碱式硝酸例

与碳酸镂溶液反应,反应的离子方程式为2BiONOH+CO1--(BiO)2CO：i

I+

2NO3,故D错误。

5.以白云石(主要成分为MgC()3•CaCOj为原料制备氢氧化镁的工艺流

程如下：

下列说法不正确的是(A)

A.根据流程图判断白云石“轻烧”后固体产物的主要成分是Ca()、MgO

B.流程图中“加热反应”的化学方程式为(NHjSOjMgO旦MgSO"

2NH3t+H20

该工艺中可以循环使用的物质是、

C.(NH7SOjNH3

D.该工艺与将白云石分解为氧化镁和氧化钙后提取的传统工艺相比,

具有能源消耗少、CaCO：,分离简便、CO2排放少等优点

解析：白云石（主要成分为MgCO3•CaCO.3）“轻烧”只有碳酸镁发生分

解，否则第一次“过滤”无法得到碳酸钙,A项错误;流程图中“加热

反应”是MgO与硫酸镂反应生成可溶于水的物质，从而达到与碳酸钙

分离的目的,B项正确；“加热反应”中产生的氨气极易溶于水形成氨

水,氨水可以在“沉淀”过程中使用，而第二次“过滤”得到的滤液中

含有的（NH）2soi也可以循环使用,C项正确;将白云石分解的传统工艺

需在高温下进行,而该工艺具有能源消耗少、CaCOs分离简便、CO2排

放少等优点,D项正确。

6.（2022•云南昆明模拟）碳酸锂广泛应用于化工、冶金、陶瓷、医药、

制冷、焊接、锂合金等行业。从粉煤灰（含AUVFe203>LiQ、Si02

等）中回收提取铝、锂元素的化合物的流程如图所示：

稀硫酸氨水（NH4）£OJLi2c

滤渣1滤渣2

已知:碳酸锂的溶解度（g/L）如下表。

温度/℃010203040

LizCO,的溶解度1.541.431.331.251.17

温度/℃506080100

Li2c的溶解度1.081.010.850.72

⑴如何提高酸浸速率?（任写一条）。

(2)滤渣2的主要成分为；常温下,F葭刚好沉淀

完全的pH为(已知：Ksp[Fe(0H)3]=8.OX10^,1g2=0.3,

离子浓度Wl.OXI。-'mol•【」时表示该离子沉淀完全)。

(3)从滤渣2中分离出Al(0H)3,可用如图所示的方法,步骤1的离子方

程式为o

试剂X过量CO2

I,,I

滤渣2T步骤11[^骤21A1(OH)3

(4)“沉锂”的化学方程式为o

(5)“沉锂”中的“一系列操作”依次为、

、洗涤、干燥，检验碳酸锂已经洗涤干净的方法

为。

解析:粉煤灰(含41。、呢。3、廿20、$四等)粉碎后酸浸,滤渣1为S。

滤液中的金属离子为Fe3\Al'Li"加氨水调pH,过滤得滤渣2,成分

为Fe(0H)3、Al(0H)3：调pH后滤液中只剩金属离子Li；加碳酸镂沉锂,

根据表格中信息可知Li2c的溶解度随温度升高而降低，故Li2c0,溶

液蒸发至大量晶体析出(或蒸发浓缩)、趁热过滤、洗涤、干燥可得

Li2c。3固体。

(1)适当升高温度,适当增大硫酸浓度或搅拌，均能使反应速率加快。

⑵根据题目中所给粉煤灰的成分,酸浸后溶液中含有Fe-Al"、Li；

加入氨水会生成Fe(0H)3沉淀和Al(0H)3沉淀，所以滤渣2的成分为

38

Fe(OH)3>Al(OH)3o由Ksp[Fe(0H)3]=8.OX10,可知Fe，+沉淀完全时

c(0H)=2X10nmol•L1,所以Fe"沉淀完全时pH=3.3。

⑶结合题意,滤渣2的主要成分为Fe(OH)?和Al(Oil)3,在步骤1之后,

步骤2中加入足量CO2可得Al(OH)力可知步骤1反应后的溶液中含

A1O2,判断出加入的试剂X为强碱溶液,所以步骤1的离子方程式为

Al(0H)3+0H；=A102+2H20O

(4)结合题中所给流程图可知，酸浸时加入的酸为硫酸,故从酸浸后至

沉锂之前，锂元素的存在形式为Li2SO„所以沉锂的化学方程式为

(NH4)2C03+Li2S04S=Li2C03!+(NH4)2S04o

⑸结合题中Li?CO：的溶解度随温度的变化规律，可知其溶解度随温

度的升高反而降低，所以沉锂后分离出Li2c03的方法为蒸发至大量晶

体析出(或蒸发浓缩)、趁热过滤、洗涤、干燥，其中，洗涤的目的是洗

去Li2(X)3表面的NH［和SOf,所以检验Li2CO3已洗涤干净的实质为检

验SOf是否有剩余,检验方法为取最后一次洗涤液少许于试管中，加

盐酸无明显现象,再加氯化钢溶液,若不产生白色沉淀，则碳酸锂已经

洗涤干净,反之则未洗涤干净。

答案：(1)适当升高温度；适当增大稀硫酸的浓度;搅拌(任写一条)

(2)Fe(0H)3、Al(OH)33.3

(3)Al(OH)3+0H；=AIO2+2IW

(4)(NH4)2C03+Li2S04—Li2C03I+(NH4)2S0,

⑸蒸发至大量晶体析出(或蒸发浓缩)趁热过滤取最后一次洗涤

液少许于试管中，先加盐酸无现象,再加氯化银溶液,若不产生白色沉

淀，则碳酸锂已经洗涤干净

培优专练

1.由炼钢污泥（主要成分为铁的氧化物）制备软磁性材料a-Fe203,主

要流程如图：

过量

粉

FeNH4F氨水-NLHCCh

炼

钢

污酸浸•还原

泥

CaF2

下列有关说法不正确的是（B）

A.可通过适当延长“酸浸”时间来提高铁元素的浸出率

B.“还原”过程中只有置换反应发生

C.“除杂”过程中若溶液pH偏低可导致CaF2沉淀不完全

D.“沉铁”时生成的沉淀为FeCOs,再焙烧得到«-Fe2O3时需要补充

空气

解析:适当延长“酸浸”时间能提高铁元素的浸出率，故A项正确；“还

原”过程中Fe与F/反应生成Fe2;剩余的铁与H'反应生成氢气,前者

不属于置换反应,故B项错误；向“还原”后的滤液中加入NH.F,使Ca2+

转化为CaF2沉淀,若溶液pH偏低,即溶液中H'浓度较大,H'与F结合形

成弱酸HF,导致溶液中c（F）减少,CaF2沉淀不完全，故C项正确;FeC。,

中铁为+2价,得到a_Fe203时需要补充空气,故D项正确。

2.（2022•四川成都月考）镀铜是广泛应用于制造高级弹性元件的良

好合金。某科研小组从某旧钺铜元件（含25%Be（）、71%CuS,少量FeS

和SiOj中回收钺和铜两种金属的工艺流程如图：

己知：I.镀、铝元素的化学性质相似，单质镀与氢氧化钠溶液反应生

成可溶于水的Na2Be02o

II.常温下部分难溶物的溶度积常数如下表:

难溶物Cu(OH)2Fe(OH)3Mn(OH)2

溶度积常数

2.2X10"。k.oxioq2.IX1013

(Ksp)

(1)滤液A的主要成分除NaOH外,还有(填化学式)，

写出反应I中含镀化合物与过量盐酸反应的离子方程式:o

(2)①滤液C中含NaCKBeCk和少量盐酸,为提纯BeCl2,最合理的实

验步骤顺序为(填字母)。

a.加入过量的氨水b.通入过量的C02c.加入少量的NaOHd.加入

适量的盐酸e.洗涤f.过滤

②从BeCk溶液中得到BeCb固体的操作是

⑶Mn()2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质。写出反应II中CuS

发生反应的化学方程式:。

(4)滤液D中c(C『)二2.2mol•L，c(Fe3*)=0.008mol•

c(Mn24)=0.01mol•L，逐滴加入稀氨水调节pH可将其依次分离，首先

沉淀的是(填离子符号)，为使铜离子开始沉淀,常温下应调

节溶液的pH大于o

解析：(1)已知镀、铝元素的化学性质相似,单质镀与氢氧化钠溶液反

应生成可溶于水的N^BeOz,则滤液A的主要成分除NaOII外，还有

Na2BeO2.Na2SiO3,