第12章　第55讲　无机化工流程题的解题策略(二)

第55讲无机化工流程题的解题策略(二)

[复习目标]1.了解萃取与反萃取法富集微量金属离子的应用。2.能根据元素的去向，综合运用相关化学反

应原理分析化工流程中物质的转化、沉淀的生成与溶解等问题。

考点一微量金属离子的富集措施——萃取与反萃取

1.化工流程中萃取与反萃取路线图示

2.从平衡移动的角度理解萃取与反萃取原理

方法原理实例

一般是通过离子交换树脂让杂质离如氢型离子交换树脂(HR)可使水中的钙

离子交

子与离子交换树脂中的离子进行等离子、镁离子等发生反应：

换法

2++

电荷交换，从而达到去除目的2HR+M===MR2+2H而除去

一般是采用有机试剂萃取特定的金

2+

有机萃属离子，在进行分液操作后，再从如Cu(水相)+2RH(有机相)CuR2(有

取法有机试剂中将特定金属离子反萃取机相)+2H+(水相)⥫⥬

出来，从而达到分离除杂的目的

1.[2024·江苏，14(2)①]含铁滤渣用硫酸溶解，经萃取、反萃取提纯后，用于制备铁酸铋。

用含有机胺(R3N)的有机溶剂作为萃取剂提纯一定浓度的Fe2溶液，原理为：

(SO4)3

3++

SO4+Fe+H2OH+Fe(OH)(有机层)

2−

+

(已R知3N：H)2SO+4S+OH4+2(R3NH·H(RS3ON4)H)2(SO4)2

−

其他条件(R3不N变H)，2水层初始HSpOH4在⥫⥬0.2~0.8范围内，随水层pH增大，有机层中Fe元素含量迅速增多的原

因是。

+3++

答案随水层pH增大，H的浓度减小，SO4+Fe+H2OH+Fe(OH)的

2−

+

化学平衡向正反应方向移动，SO(4R+3HNH+)22(R+3SNOH4·HSO4)的化学平衡逆(R向3N移H)动2，该平(衡SO逆4)向2

−

移动引起SO4浓度的增(大R3，NH进)2一步促进萃HS取O4平⥫⥬衡向萃取方向移动，导致Fe(OH)的浓

度增大，因(R此3N，H)有2机层中Fe元素含量迅速增多(R3NH)2(SO4)2

2.(2026·衡水高三模拟)某工业矿渣中主要含有GeO2·Fe2O3及少量ZnO·Fe2O3、SiO2等物质，回收金属

锗的工艺流程如图1所示。

4+

已知：①pH<2时，Ge(Ⅳ)的存在形式为Ge；pH>11时，Ge(Ⅳ)的存在形式为Ge。②CaGeO3在

2−

水中溶解度很小。O3

(1)滤渣1的主要成分为(写化学式)。

(2)设计简单方案证明“酸浸1”后溶液中只有Fe2+而没有Fe3+：。

(3)“沉淀”时2<pH<5，含有锗元素的物质参与反应的离子方程式为。

(4)采取萃取操作可对溶液中的金属离子进行富集与分离，在一定温度、压强下，一种物质在两种互不

相溶的溶剂A、B中的分配浓度之比是一个常数(分配系数k)，c(A)、c(B)分别表示溶质在A、B两种

溶剂中的浓度，k=。

�(A)

4++

①Ge(水相)+4HR(�有(B)机相)GeR4(有机相)+4H(水相)，有机层中加入(填化学式)可以使萃

取剂再生。⥫⥬

②萃取Ge的过程中，“一次萃取”与“三次萃取”的过程如图2所示。

有机相

已知：萃取率=×100%，用20mL萃取剂萃取时每一次萃取率都为60%。

�总(X)

�(X)

加入60mL萃取剂“一次萃取”时Ge的萃取率为%(保留整数)。“三次萃取”时，“一次

萃取”后Ge的残留率比“二次萃取”后的(填“高”或“低”)%。

答案(1)SiO2(2)分别取等量“酸浸1”后的溶液于两支试管中，向其中一支试管中加入KSCN溶液，溶

液不变红；向另一支试管中加入K3[Fe(CN)6]溶液，溶液中有蓝色沉淀生成(合理即可)

4++

(3)Ca(OH)2+Ge+H2O===CaGeO3+4H(4)①H2SO4②82高24

解析

3.以某废催化剂(含Al2O336%、CoS20%、MoS220%、MgO8%等)为原料生产Co2O3的工艺路线如

下：

已知：氧化铝有α-Al2O3和γ-Al2O3两种晶型，α-Al2O3致密难溶于酸和碱。

(1)焙烧前先将废催化剂研磨，其目的是。

(2)已知“焙烧除硫”后的产物有CoO、MoO3。写出Na2CO3溶液“浸取”过程反应的离子方程

式：。

(3)硫酸浸泡滤渣①的实验条件为硫酸浓度为12mol·L-1、液固比为3、反应温度为60℃。该条件下，

铝、钴浸出率与时间关系如图。当浸泡时间小于180min时，铝、钴浸出率随着时间的推移均增加较

快；180min后铝和钴的浸出率都提高不多，且钴浸出率高于铝浸出率。试解释180min后钴浸出率高

于铝浸出率的原因：。

(4)萃取剂对Al3+、Co2+的萃取率与pH的关系如图。

萃取分离钴、铝的实验操作为向萃取分液后的有机相中加硫酸调pH=3~4，分液可得CoSO4溶

液，，可得Al2(SO4)3溶液。

(5)“滤液③”的主要成分是(写化学式)，用途之一为。

答案(1)使焙烧反应更快更充分(2)MoO3+C===Mo+CO2↑(3)随浸泡时间的延长，有些γ-Al2O3

2−2−

转化为α-Al2O3(或滤渣中含有部分α-Al2O3)(4)O继3续向萃取O4分液后的有机相中加硫酸调pH=0.5(或1)以下，

然后分液

(5)(NH4)2SO4作化肥(或其他合理答案)

解析(4)萃取分离钴、铝的实验操作为向萃取分液后的有机相中加硫酸调pH=3~4，分液可得CoSO4溶

液，根据图像，当pH<1，在0.5左右时，Al3+的萃取率急剧减小，因此继续向萃取分液后的有机相中加硫

酸调pH=0.5(或1)以下，然后分液，可得Al2(SO4)3溶液。

考点二物质的转化与元素的追踪

1.元素追踪的思维流程

通过对比原料及目标产品中的元素组成，先将元素分类为“产品元素”和“杂质元素”，再追踪原料

中和目标产品中均存在的元素，即追踪“产品元素”。

2.循环物质的确定

3.副产品的判断

1.[2025·山东，17(1)(2)(3)(5)]采用两段焙烧-水浸法从铁锰氧化矿(主要含Fe2O3、MnO2及Co、Cu、

Ca、Si等元素的氧化物)分离提取Cu、Co、Mn等元素，工艺流程如下：

已知：该工艺条件下，(NH4)2SO4低温分解生成NH4HSO4，高温则完全分解为气体；Fe2(SO4)3在

650℃完全分解，其他金属硫酸盐分解温度均高于700℃。

回答下列问题：

(1)“低温焙烧”时金属氧化物均转化为硫酸盐。MnO2与NH4HSO4反应转化为MnSO4时有N2生成，

该反应的化学方程式为。“高温焙烧”温度为650℃，“水浸”所得滤渣主要成分除

SiO2外还含有(填化学式)。

(2)在(NH4)2SO4投料量不变的情况下，与两段焙烧工艺相比，直接“高温焙烧”，“水浸”时金属元

素的浸出率(填“增大”“减小”或“不变”)。

2+2++

(3)HR萃取Cu的反应为：2HR(有机相)+Cu(水相)CuR2(有机相)+2H(水相)。“反萃取”时加入的

试剂为(填化学式)。⥫⥬

(5)“沉锰”所得滤液并入“吸收”液中，经处理后所得产品导入(填操作单元名称)循环

利用。

答案(1)3MnO2+3NH4HSO43MnSO4+N2↑+6H2O+NH3↑Fe2O3、CaSO4

(2)减小(3)H2SO4(5)低温焙烧

解析(1)“高温焙烧”时温度为650℃，根据已知信息可知，Fe2(SO4)3可完全分解生成Fe2O3和SO3，

“水浸”时Fe2O3不溶于水，CaSO4微溶于水，故所得滤渣主要成分除SiO2外还含有Fe2O3、CaSO4。

(2)(NH4)2SO4在高温时完全分解为气体，故直接“高温焙烧”，金属氧化物转化为硫酸盐的量减小，则

“水浸”时金属元素的浸出率减小。(3)“反萃取”时应使萃取反应逆向进行，故应增大c(H+)，结合得到

CuSO4溶液知，加入的试剂为H2SO4。(5)“沉锰”时发生反应：

MnSO4+2NH4HCO3===(NH4)2SO4+MnCO3↓+H2O+CO2↑，所得滤液主要含(NH4)2SO4，并入“吸收”液

中，经处理后所得产品导入“低温焙烧”循环利用。

2.[2025·河北，16(2)(3)(4)(5)(6)(7)]铬盐产品广泛应用于化工、医药、印染等领域。通过闭环生产工艺

将铬铁矿转化为重铬酸钾，同时回收利用钾资源，可实现绿色化学的目标。流程如下：

已知：铬铁矿主要成分是Fe(CrO2)2、Mg(CrO2)2、Al2O3、SiO2。

回答下列问题：

(2)煅烧工序中Fe(CrO2)2反应生成K2CrO4的化学方程式：。

(3)浸取工序中滤渣Ⅰ的主要成分：Fe2O3、H2SiO3、、(填化学式)。

(4)酸化工序中需加压的原因：。

(5)滤液Ⅱ的主要成分：(填化学式)。

(6)补全还原、分离工序中发生反应的化学方程式：

Fe(CO)5++===Cr(OH)3↓+++CO↑

(7)滤渣Ⅱ可返回工序。(填工序名称)

答案(2)4Fe(CrO2)2+7O2+16KOH8K2CrO4+2Fe2O3+8H2O

(3)MgOAl(OH)3(4)增大CO2的溶解度，保证酸化反应充分进行(5)KHCO3(6)K2CrO44H2O

Fe(OH)3↓2KOH5(7)煅烧

解析铬铁矿主要成分是Fe(CrO2)2、Mg(CrO2)2、Al2O3、SiO2，与过量KOH在空气中煅烧，生成

K2CrO4、Fe2O3、MgO、K[Al(OH)4]、K2SiO3；通入KHCO3-K2CO3/CO2浸取，生成Al(OH)3、H2SiO3，

Fe2O3、MgO不反应，故滤渣Ⅰ为Al(OH)3、H2SiO3、Fe2O3、MgO，通过蒸发、分离出K2CrO4固体，滤液

Ⅰ中含有K2CrO4；将K2CrO4加水溶解，并通入过量CO2酸化，将K2CrO4转化为K2Cr2O7，同时有副产物

KHCO3生成，将K2Cr2O7与KHCO3分离，滤液Ⅱ的主要溶质为KHCO3；Fe(CO)5作还原剂，将滤液Ⅰ中

剩余的K2CrO4还原为Cr(OH)3，化学方程式为

Fe(CO)5+K2CrO4+4H2O===Cr(OH)3↓+Fe(OH)3↓+2KOH+5CO↑，Fe(CO)5自身转化为Fe(OH)3进入滤渣

Ⅱ，滤渣Ⅱ含有Cr(OH)3和Fe(OH)3可返回煅烧工序，KOH进一步处理得K2CO3，循环使用，据此分析。

课时精练

[分值：100分]

1.(16分)[2024·湖北，16(2)(3)(4)]铍用于宇航器件的构筑。一种从其铝硅酸盐[Be3Al2]中提取铍的路

径为(SiO3)6

2++

已知：Be+4HABeA2(HA)2+2H

回答下列问题：⥫⥬

(2)为了从“热熔冷却”步骤得到玻璃态，冷却过程的特点是。

(3)“萃取分液”的目的是分离Be2+和Al3+，向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液，观察到的

现象是。

(4)写出反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化学方程式：。“滤液2”可以进入步骤再利用。

答案(2)快速冷却(3)先产生白色浑浊，后浑浊消失

(4)BeA2(HA)2+6NaOH===Na2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O反萃取

解析在本流程生产过程中，先将铝硅酸盐加热熔融后快速冷却得到其玻璃态，加入稀硫酸酸浸得到的滤

2+3+2+

渣成分为H2SiO3；“滤液1”中含有Be和Al，加入含HA的煤油后HA与Be反应生成BeA2(HA)2进

3+

入有机相中，Al进入“水相1”中；在有机相中加入过量氢氧化钠后，BeA2(HA)2转化为Na2[Be(OH)4]进

入“水相2”中，分离出含NaA的煤油；对“水相2”加热，Na2[Be(OH)4]转化为Be(OH)2，通过过滤分离

出来，最后通过一系列操作得到金属铍。(2)熔融态物质冷却凝固时，若缓慢冷却则会形成晶体，若快速冷

却则会形成非晶态，即玻璃态。(3)“滤液1”中有Be2+和Al3+，加入含HA的煤油后HA将Be2+萃取到有

机相中，则“水相1”中含有Al3+；若向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液，可观察到的现

象为先产生白色浑浊，后浑浊消失。(4)反萃取过程中BeA2(HA)2与烧碱反应生成Na2[Be(OH)4]，化学方程

式为BeA2(HA)2+6NaOH===Na2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O；滤液2的主要成分为NaOH，可进入反萃取步骤再

利用。

2.(18分)[2024·安徽，15(2)(3)(4)(5)(6)]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回收金和银的流程，如下图所示。

回答下列问题：

(2)“浸出液1”中含有的金属离子主要是。

(3)“浸取2”步骤中，单质金转化为HAuCl4的化学方程式为。

3-

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

(5)“电沉积”步骤中阴极的电极反应式为。“电沉积”步骤完成后，阴极区溶液中可循环利用

的物质为(填化学式)。

(6)“还原”步骤中，被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为。

2+

答案(2)Cu(3)2Au+8HCl+3H2O2===2HAuCl4+6H2O(4)AgCl

3--

(5)[Ag(S2O3)2]+e===Ag↓+2S2Na2S2O3(6)3∶4

2−

解析O3

3.(20分)(2025·四川，17)为了节约资源，减少重金属对环境的污染，一研究小组对某有色金属冶炼厂的高

氯烟道灰(主要含有CuCl2、ZnCl2、CuO、ZnO、PbO、Fe2O3、SiO2等)进行研究，设计如下工艺流程。实

现了铜和锌的分离回收。

回答下列问题：

(1)铜元素位于元素周期表第周期第族。

(2)“碱浸脱氯”使可溶性铜盐、锌盐转化为碱式碳酸盐沉淀。其中，铜盐发生反应的化学方程式

为。

(3)滤渣①中，除SiO2外，主要还有。

(4)“中和除杂”步骤，调控溶液pH=3.5左右，发生反应的离子方程式为。

(5)“深度脱氯”时，Cl-的存在使锌粉还原产生的Cu与Cu2+反应，生成能被空气氧化的CuCl沉淀，使Cl-

被脱除。欲脱除1.0molCl-，理论上需要锌粉mol。

(6)CuCl可以通过(填字母)将其溶解，并返回到步骤中。

A.盐酸酸化、双氧水氧化

B.硫酸酸化、KMnO4氧化

C.硝酸酸化和氧化

D.硫酸酸化、双氧水氧化

(7)“电解分离”采用无隔膜电解槽，以石墨为阳极，铜为阴极。

①“电解分离”时，阴极产生大量气泡，说明铜、锌分离已完成，其理由是。

②“电解分离”前，需要脱氯的原因有。

答案(1)4ⅠB(2)2CuCl2+2Na2CO3+H2O===Cu2(OH)2CO3↓+4NaCl+CO2↑[或

2CuCl2+3Na2CO3+2H2O===Cu2(OH)2CO3↓+4NaCl+2NaHCO3](3)PbSO4

3+2+

(4)4Fe+3Zn2(OH)2CO3+3H2O===4Fe(OH)3↓+6Zn+3CO2↑(5)0.5(6)D碱浸脱氯(7)①阴极上放电顺

序：Cu2+>H+>Zn2+，阴极产生大量气泡，说明溶液中已没Cu2+，Zn2+因氧化性弱于H+未参与反应，留在溶

-

液中，铜、锌分离已完成②Cl在阳极被氧化生成Cl2，污染环境，氯气可与阴极产生的氢气反应，可能

会发生爆炸，存在安全隐患，且Cu与Cu2+、Cl-反应会生成CuCl沉淀，影响铜、锌分离效果

解析(1)铜是29号元素，其核外电子排布为[Ar]3d104s1，位于第4周期第ⅠB族。(3)烟道灰中的PbO与

稀H2SO4反应生成PbSO4沉淀，SiO2不与稀H2SO4反应，所以滤渣①中除SiO2外，还有PbSO4。(4)“中

和除杂”步骤，调控溶液pH=3.5左右，此时溶液中的Fe3+会水解生成氢氧化铁，离子方程式为

3++++2+

Fe+3H2OFe(OH)3+3H，加入的Zn2(OH)2CO3与H反应，Zn2(OH)2CO3+4H===2Zn+3H2O+CO2↑，促

3+

进Fe的水⥫解⥬平衡正向移动并趋于完全，得到Fe(OH)3沉淀，总离子方程式为

3+2+

4Fe+3Zn2(OH)2CO3+3H2O===4Fe(OH)3↓+6Zn+3CO2↑。(5)“深度脱氯”时发生的反应为

Zn+Cu2+===Zn2++Cn、Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl，从反应可知，脱除2molCl-需要1molCu，而生成1mol

Cu需要1molZn，所以脱除1.0molCl-，根据反应比例关系，理论上需要锌粉0.5mol。(6)CuCl要溶解并

返回到前面的流程中，不能引入新的杂质离子，故应使CuCl转化为Cu2+，返回到“碱浸脱氯”步骤中。

-

盐酸酸化和双氧水氧化能使CuCl转化为CuCl2，但会引入大量Cl，不易除去，A错误；KMnO4氧化会引

入Mn2+、K+等杂质离子，B错误；硝酸酸化和氧化会引入N，C错误；硫酸酸化、双氧水氧化，将

−

CuCl氧化为Cu2+且没引入杂质，D正确。(7)“电解分离”时O，3阴极发生还原反应，若阴极产生大量气

泡，说明溶液中已经没有Cu2+(因为Cu2+会先在阴极得到电子被还原)，此时溶液中的H+得到电子生成

-

H2，产生气泡，所以说明铜、锌分离已完成。“电解分离”前，需要脱氯是因为Cl在阳极会被氧化生成

Cl2，污染环境，采用无隔膜电解槽，氯气可与阴极产生的氢气反应，可能发生爆炸，存在安全隐患，同时

锌粉还原产生的Cu与Cu2+、Cl-反应会生成CuCl沉淀，影响铜、锌的分离效果。

4.(16分)[2024·河北，16(1)(2)(3)(4)]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)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)。

-

答案(1)+5CO2(2)NaAlO2(3)+OH+Ca(VO3)2CaCO3+H2O+2V

−−

提高溶液中浓度，促使偏钒酸H钙C转O3化为碳酸钙，使进入滤液①中离子交O3换

−−

(4)NaClHCO3VO3

解析石煤和苛化泥通入空气进行焙烧，反应生成NaVO3、Ca(VO3)2、NaAlO2、Ca(AlO2)2、CaO和CO2

等，水浸可分离焙烧后的可溶性物质(如NaVO3)和不溶性物质[Ca(VO3)2、Ca(AlO2)2等]，过滤后滤液进行

离子交换、洗脱，用于富集和提纯，加入氯化铵溶液沉钒，生成NH4VO3，经一系列处理后得到

−

V2O5；滤渣①在pH≈8，65~70℃的V条O件3下加入3%NH4HCO3溶液进行盐浸，滤渣①中含有钒元素，通过盐

浸，使滤渣①中的钒元素进入滤液①中，再将滤液①回流到离子交换工序，进行的富集。(1)焙烧过程

−

中，V2O3被氧气氧化生成，偏钒酸盐中钒的化合价为+5价；CaCO3在800℃V以O3上开始分解，生成的

−

气体①为CO2。(2)由已知信VO息3可知，高温下，苛化泥的主要成分与Al2O3反应生成偏铝酸钠和偏铝酸钙，

偏铝酸钠溶于水，偏铝酸钙难溶于水，所以滤液中杂质的主要成分是NaAlO2。(3)在弱碱性环境下，

--

Ca(VO3)2与和OH反应生成CaCO3、和H2O，离子方程式为+OH+Ca(VO3)2

−−−

CaCO3+H2O+H2CVO3；CO2加压导入盐浸工序V可O3提高浸出率，因为CO2可H提CO高3溶液中浓度，促使偏钒

−−

酸钙转化为碳酸O钙3，使进入滤液①中；滤液①中含有、等，且浓度较低HC，O若3要利用其中的钒

−−+

元素，需要通过离子交换VO进3行分离、富集，故滤液①应进入VO离3子交NH换4工序。(4)由离子交换工序中树脂的组

成可知，洗脱液中应含有Cl-，因水浸所得溶液中含有Na+，为避免引入其他杂质离子，且NaCl廉价易

得，故洗脱液的主要成分应为NaCl。

5.(12分)[2025·河南，15(2)(3)]一种从预处理得到的贵金属合金粉[主要成分为Fe、Rh(铑)、Pt，含有少量

SiO2]中尽可能回收铑的工艺流程如下：

(2)已知“酸溶2”中Rh转化为H3[RhCl6]，则生成该物质的化学方程式为；“滤渣”的主要成分

是(填化学式)。

(3)“沉铑”中得到的沉淀经“灼烧”后分解成铑单质，但夹杂少量Rh2O3和RhCl3，则“高温还原”中发

生反应的化学方程式为。

答案(2)Rh+6HCl+HNO3===H3[RhCl6]+NO↑+2H2OSiO2(3)Rh2O3+3H22Rh+3H2O、2RhCl3+3H2

2Rh+6HCl

解析(3)“沉铑”中得到的沉淀经“灼烧”后含有的少量的Rh2O3和RhCl3被氢气还原为Rh，故“高温还

原”中发生反应的化学方程式为Rh2O3+3H22Rh+3H2O和2RhCl3+3H22Rh+6HCl。

6.(18分)(2025·河北一模)氯化铊的化学式为Tl