05发展素养(四)科学探究-以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析【正文】听课手册

发展素养(四)科学探究——以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析以金属及其化合物为主体的“微流程”“六看法”突破金属及其化合物的制备“微流程”例1[2024·福建卷]从废线路板(主要成分为铜,含少量铅锡合金、铝、锌和铁)中提取铜的流程如下:已知“滤液2”主要含SnO32-和HPbO2-A.“机械粉碎”将铅锡合金转变为铅和锡单质B.“酸溶”时产生Al3+、Fe3+和Zn2+C.“碱溶”时存在反应:Sn+2OH-+O2SnO32-+HD.“电解精炼”时,粗铜在阴极发生还原反应变式题[2023·湖南卷]处理某铜冶金污水(含Cu2+、Fe3+、Zn2+、Al3+)的部分流程如下:已知:①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:物质Fe(OH)3Cu(OH)2Zn(OH)2Al(OH)3开始沉淀pH1.94.26.23.5完全沉淀pH3.26.78.24.6②Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24。下列说法错误的是 ()A.“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3B.Na2S溶液呈碱性,其主要原因是S2-+H2OHS-+OH-C.“沉淀池Ⅱ”中,当Cu2+和Zn2+完全沉淀时,溶液中c(Cu2+D.“出水”经阴离子交换树脂软化处理后,可用作工业冷却循环用水以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析1.化学工艺流程思维模型——“三审”(1)审题干——明确原料成分和目的要求(2)审流程——明确各步转化原理和目的①试剂线:为达到最终目的加入的物质,起到酸、碱中和或氧化、还原作用等;②转化线:元素守恒——焙烧、溶浸、沉淀、煅烧、电解、结晶等;③除杂线:复分解沉淀、置换沉淀、氧化还原沉淀,加热产生气体等;④分离线:蒸发、结晶、过滤(趁热过滤)、洗涤、干燥等。(3)审问题——明确答什么①不要答非所问:要看清题目要求,按要求答题,防止答非所问。②规范答题:回答问题要准确全面,注意语言表达的规范性,特别是化学用语的书写与表示要准确、规范。2.化学工艺流程中原料预处理的5种常用方法方法目的研磨增大固体与液体或气体间的接触面积,加快反应速率水浸与水接触反应或溶解酸浸与酸接触反应或溶解,使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去灼烧除去可燃性杂质或使原料初步转化,如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质煅烧改变结构,使一些物质能溶解,并使一些杂质在高温下氧化、分解,如煅烧高岭土3.化学工艺流程中控制反应条件的6种方法方法目的调节溶液的pH常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀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控制压强改变速率,影响平衡使用合适的催化剂改变反应速率,控制达到平衡需要的时间趁热过滤防止某物质在降温时析出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[注意]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变大;②不引入新杂质。例如,若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物质调节溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。例2[2024·河北卷节选]V2O5是制造钒铁合金、金属钒的原料,也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取V2O5的工艺,具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如下。已知:ⅰ.石煤是一种含V2O3的矿物,杂质为大量Al2O3和少量CaO等;苛化泥的主要成分为CaCO3、NaOH、Na2CO3等。ⅱ.高温下,苛化泥的主要成分可与Al2O3反应生成偏铝酸盐;室温下,偏钒酸钙[Ca(VO3)2]和偏铝酸钙均难溶于水。回答下列问题:(1)钒原子的价层电子排布式为;焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为,产生的气体①为(填化学式)。

(2)水浸工序得到滤渣①和滤液,滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙,滤液中杂质的主要成分为(填化学式)。

(3)在弱碱性环境下,偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙,发生反应的离子方程式为

;CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率的原因为;浸取后低浓度的滤液①进入(填工序名称),可实现钒元素的充分利用。

(4)洗脱工序中洗脱液的主要成分为(填化学式)。

【思维过程】变式题[2024·安徽卷节选]精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等多种元素。研究人员设计了一种从铜阳极泥中分离提取金和银的流程,如下图所示。回答下列问题:(1)“浸出液1”中含有的金属离子主要是。

(2)“浸取2”步骤中,单质金转化为HAuCl4的化学方程式为。

(3)“浸取3”步骤中,“浸渣2”中的(填化学式)转化为[Ag(S2O3)2]3-。

(4)“