工艺流程题（解析版）

专题16工艺流程题

1.[2020新课标]帆具有广泛用途。黏土帆矿中，钿以+3、+4、+5价的化合物存在，还包

括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiCh、Fe3O4o采用以下工艺流程可由黏土钮矿制备NH4Vo3。

30%H,SO,NuOHNaOHHCINlhCI

MIIO.波潘①法港⑨派法③港活④灌液⑤

该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:

金属离子Fc；Fe?A产Mn2+

开始沉淀pH1.97.03.08.1

完全沉淀pH3.29.04.710.1

回答下列问题：

(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是。

(2)“酸浸氧化”中，VO+和VO?+被氧化成VO；,同时还有离子被氧化。

写出vo+转化为VO；反应的离子方程式o

(3)“中和沉淀”中，钮水解并沉淀为VzCVxHq,随滤液②可除去金属离子K，Mg2+、

Na\,以及部分的。

(4)“沉淀转溶”中，V2O5XH3O转化为锐酸盐溶解。滤渣③的主要成分是o

(5)“调pH”中有沉淀生产，生成沉淀反应的化学方程式是o

(6)“沉机"中析出NH4VCh晶体时，需要加入过量NH4。，其原因是。

【答案】(1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)

2+++2+

(2)FeVO+MnO2+2H=VO；+Mn+H2O

(3)Mn2+AF+和F/

(4)FC(OH)3

(5)NaAl(OH)4+HC1=A1(OH)31+NaCl+H2O

(6)利用同离子效应，促进NH4VCh尽可能析出完全

【解析】

【分析】

黏土机矿中，钢以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO?、

J

Fe3O4,用30%H2SO和MnCh“酸浸氧化"时VCT和VO?」被氧化成VO；,FesO』与硫酸反应

生成的Fc2+被氧化成FC3+,Si02此过程中不反应，滤液①中含有VO；、K+、Mg2\A产、

Fe3\Mn2\SO；；滤液①中加入NaOH调节pH=3.0〜3.1,钢水解并沉淀为VzC^xH?。，

根据表中提供的溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH,此过程中Fe3+部分转化为

Fc(OH)3沉淀，部分AP十转化为Al(0H)3沉淀，滤液②中含有K+、Na\Mg2\Al5\

32

Fe\Mn\SO；,滤饼②中含V2O5XH2O、Fe(OH)3、A1(OH)3,滤饼②中加入NaOH使

pH>13,V2(KxH2O转化为帆酸盐溶解，A1(OH)3转化为NaAKK则滤渣③的主要成分为

Fe(OH)3；滤液③中含乳酸盐、偏铝酸钠,加入HC1调pH=8.5,NaAKh转化为A1(OH)3沉

淀而除去；最后向滤液④中加入NHK1“沉钿”得到NH4Vo3。

【详解】

(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是：升高温度，加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完

全)，故答案为：加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)；

(2)“酸浸氧化”中,帆矿粉中的Fe3O4与硫酸反应生成FeSCXFe2(S()4)3和水,MnCh具

有氧化性，FC?-具有还原性，则VCT和V02+被氧化成V0；的同时还有Fe2+被氧化，反应

的离子方程式为MnO2+2Fe2*+4H+=Mn2++2Fe3*+2H2O：VO+转化为VO；时.钿元素的化合

价由+3价升至+5价，ImolVO*失去2mol电子，MnCh被还原为Mn2+,Mn元素的化合价由

+4价降至+2价，ImolMnO?得到2moi电子，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，

+2+

V0+转化为VO：反应的离了•方程式为VO+MnO2+2H^=VO：+Mn+H2O,故答案为：

2+++2+

Fe,VO+MnO2+2H=VO；+Mn+H2O；

(3)根据分析，“中和沉淀''中，钮水解并沉淀为V2OMXH2O,随滤液②可除去金属离子

K\Mg2\Na\Mn2+,以及部分的Fc3+、Al3+,故答案为：Mn2+,Fe3\Al3+；

(4)根据分析，滤渣③的主要成分是FC(0H)3,故答案为：Fe(0H)3；

(5)“调pH”中有沉淀生成,是NaAKh与HC1反应生成A1(OH)3沉淀,生成沉淀反应的化

学方程式是NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)31或Na[Al(0H)4]+HCl=

NaQ+Al(OH)31+H2O,故答案为：NaA102+HCl+H20=NaCl+Al(0H)3|WcNa[Al(OH)4]+HCl=

NaC1+AI(OH)i|+H2Oo

(6)“沉钢”中析出NH4V0?晶体时，需要加入过量NH2CL其原因是：增大NHJ离子浓

度，利用同离子效应，促进NH4V03尽可能析出完全，放答案为：利用同离子效应，促进

NH4Vo3尽可能析出完全。

【点睛】

本题以黏土钿矿制备NHNCh的工艺流程为我体，考查流程的分析、物质的分离和提纯、

反应方程式的书写等，解膜的关键是根据物质的流向分析每一步骤的作用和目的。

2.[2020新课标]某油脂厂废弃的油脂加氢银催化剂主要含金属Ni、Al、Fc及其氧化

物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的银制备硫酸银晶体

(NiSO4-7H2O)：

NaOH溶液稀H：SO,凡0,溶液N逑0H溶液

废俅催化剂

流液①滤渣②滤渣③

溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:

金属离子Ni2+Al3+Fe3+Fe2+

开始沉淀时(c=0.01molL-1)的pH7.23.72.27.5

沉淀完全时(c=l.0xl0-5molL_,)的pH8.74.73.29.0

回答下列问题:

(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是o为回收金属，用稀硫酸将

“滤液①”调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式。

(2)“滤液②”中含有的金属离子是。

(3)“转化”中可替代H2O2的物质是o若工艺流程改为先“调pH”后

NaOH溶液小0：溶液

“转化”，即疵液训;就化学三,“滤液③”中可能含有的杂质离子为

港渣③

(4)利用上述表格数据，计算Ni(OH)2的/=(列出计算式)。如果“转

化”后的溶液中Ni2+浓度为1.0mol-r1,则“调pH”应控制的pH范围是。

(5)硫酸银在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作银镉电池正极材料的NiOOH。

写出该反应的离子方程式o

(6)将分离出硫酸银晶体后的母液收集、循环使用，其意义是。

+

【答案】(1)除去油脂，溶解铝及其氧化物A1(OH)；+H=A1(OH)31+H2O

(2)Ni2+、Fe2\Fe3+

(3)02或空气Fe3+

(4)0,01X(107-2T4)2[或1O-5X(1O87-14)2]3.2〜6.2

2，

(5)2NI+C1O+4OH=2NiOOHCl+H2O

(6)提高银回收率

【解析】

【分析】

由工艺流程分析可得，向废银催化剂中加入NaOH溶液进行碱浸，可除去油脂，并发生反

应2Al+2NaOH+2H20=2NaA102+3H2f、2AhO3+4NaOH=4NaAIO2+2H2O将Al及其氧化物溶

解，得到的滤液①含有NaAICh,滤饼①为Ni、Fe及其氧化物和少量其他不溶性杂质，加

稀H2sCh酸浸后得到含有Ni2+、Fe2\Fe3+的滤液②，Fe?+经H2O2氧化为F«3+后，加入

NaOH调节pH使Fc3+转化为Fe(0H)3沉淀除去，再控制pH浓缩结晶得到硫酸银的晶体，

据此分析解答问题。

【详解】

(1)根据分析可知，向废银催化剂中加入NaOH溶液进行碱浸，可除去油脂，并将A1及

其氧化物溶解，滤液①中含有NaAKh(或Na[Al(OH)4]),加入稀硫酸可发生反应A1O2

+H-+H2O=Al(OH)3l或A1(OH)：+H+=A1(OH)31+H2O,故答案为：除去油脂、溶解铝及其氧

化物；A1O/H++H20Al(OHR或A1(OH)；+H+=A1(OH)31+H2O；

(2)加入稀硫酸酸浸，Ni、Fe及其氧化物溶解，所以“滤液②”中含有的金属离子是NiL

Fe2\F铲，故答案为:Ni2\FC2\Fe升;

(3)“转化”在H2O2的作用是将Fe?+氧化为F*,可用O2或空气替代;若将工艺流程改为

先“调pH”后“转化”，会使调pH过滤后的溶液中含有Fe2+,则滤液③中可能含有转化生成

的Fe3+,故答案为：02或空气；Fe3+；

(4)由上述表格可知，Ni2+完全沉淀时的pH=8.7,此时c(Ni2+)=1.0x|(y5mo].LL

K|Q*14

t87,=1S?，4

c(Hj=l.0xI0-molL,则c(OH)=-7777=7T-T77°，则Ni(0H)2的

c(H)1.0x10

2+587，4

ATsp=c-(Ni)?(OH)=10-x(10'y；或者当Ni?+开始沉淀时pH=7.2,此时

K|0*14

c(Ni2*)=0.01niolL!c(H+)=l.OxlO7molL!则c(OPT尸/"+\="7~则

Ic(H)1.0x10

Ni(OH)2的K、p=c(Ni")c，OH)=O.Olx0o3»；如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为

l.OmolL；为避免锲离子沉淀，此时

/、r~i^~jlwixflO72-14)2%…/心心10「伊

eg)，而户I—”。旧，则，(H)=不号=十二1。，

即pH=6.2：Fe3+完全沉淀的pH为3.2,因此调［pH”应控制的pH范围是3.2〜6.2,故答案

为：0.01x(1072**4)2H£10-x(10S7'14)2；3.2〜6.2；

(5)由题干信息，硫酸锲在强碱中被NaQO氧化得到NiOOH沉淀，即反应中Ni?+被氧化

为NiOOH沉淀，CIO-被还原为C「，则根据氧化还原得失电子守恒可得离子方程式为

2Ni2++ClO-+4OH-=2NiOOH|+Cr+H2O,故答案为：

2Ni2，+ClO-+4OH-=2NiOOHl+Cr+H2O；

(6)分离出硫酸银晶体后的母液中还含有Ni2,，可将其收集、循环使用，从而提高银的回

收率，故答案为：提高银的回收率。

【点睛】

本题主要考查金属及其化合物的性质、沉淀溶解平衡常数Ksp的计算、氧化还原离了•反应

方程式的书写等知识点，需要学生具有很好的综合迁移能力，解答关键在于正确分析出工

艺流程原理，难点在于Ksp的计算及“调pH”时pH的范围确定。

3.［2020年山东新高考］用软铳矿(主要成分为MnCh,含少量FesCh、AI2O3)和BaS制备

1X1()763IxlO-3861x10-323IxlO-127

回答下列问题:

(1)软镭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MnCh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o

(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cl.OxlO^molL'W,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)增大接触面枳，充分反应，提而反应速率；

MnO2+BaS+H2O=Ba(OH)2+MnO+S

(2)过量的MnOz消耗了产生的Ba(OH)2

(3)蒸发

(4)H2O2;4.9

2+

(5)Mn+HCO；4-NH3•H2O=MnCO3I+NH"+H2O

【解析】

【分析】

软钵矿粉(主要成分为MnCh,含少最Fe-Qj、AI2O3)加入硫化钢溶液进行反应，主要发生

MnO2+BaS+H2O=Ba(OH)z+MnO+S,过滤得到Ba(OH)2溶液，经蒸发结晶、过滤、干燥得

到氢氧化领;滤渣用硫酸溶解,得到的滤液中主要金属阳离子有Fe2\Fe3\Al3",

得到的滤渣为不溶于稀硫酸的硫横；之后向滤液中加入合适的氧化剂将Fe?+转化为Fe计，

然后加入氨水调节pH,使Fe3+、AP,转化为沉淀除去，压滤得到的废渣为Fe(OH)3和

A1(OH)3,此时滤液中的金属阳离子只有M1]2+,向滤液中加入碳酸氢铉、氨水，M/+和碳

酸氢根电离出的碳酸根结合生成碳酸钵沉淀，过滤、洗涤、干燥得到高纯碳酸镒。

【详解】

(1)软镭矿预先粉碎可以增大反应物的接触面积，使反应更充分，提高反应速率；MnO2

与BaS反应转化为MnO,Mn元素的化合价由+4价降低为+2价，根据元素价态规律可知-2

价的S元素应被氧化得到S单质，则MnCh与BaS的系数比应为1:1,根据后续流程可知产

物还有Ba(0H)2,结合元素守恒可得化学方程式为：Mn02+BaS+H20=Ba(OH)2+MnO+S；

(2)根据题目信息可知MnCh为两性氧化物，所以当MnCh过量时，会消耗反应产生的

Ba(OH)2,从而使Ba(OH)?的量达到最大值或会减小；

(3)滤液I为结晶后剩余的Ba(0H)2饱和溶液，所以可以导入到蒸发操作中循环使用；

(4)净化时更好的除去Fe元素需要将Fe?+氧化为Fe3+,为了不引入新的杂质，且不将Mn

元素氧化，加入的试剂X可以是H2O2：根据表格数据可知，Fe(0H)3和A1(OH)3为同种沉

淀，而A1(OH)3的反印稍大，所以当AP+完全沉淀时，Ft?也一定完全沉淀，当

lxlQ19

C(AF+尸1.0xio-5mol/L时，c(OH")=［印［闻(。叽=J^molL=IO-hnol/L,所

YC(A13+)VIxlO-s

以c(H+)=1049moi/L,pH=4.9,即pH的理论最小值为4.9；

(5)碳化过程MM+和碳酸氢根电离出的碳酸根结合生成碳酸镒沉淀!促进碳酸氢根的电

离，产生的氢离子和一水合氨反应生成锈根和水，所以离子方程式为M/++HCO；

+NHrH2O=MnCO31+NH:+生0。

4.［2020江苏卷］实验室由炼钢污泥(简称铁泥，主要成份为铁的氧化物)制备软磁性材料

a-FezO3o

其主要实验流程如下：

铁泥-J酸浸|"，还原|:除杂|一~:沉铁|-----*«-Fe2O3

(I)酸浸。用一定浓度的H2so4溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变，实验中

采取下列措施能提高铁元素浸出率的有_A_(填序号)。

A.适当升高酸浸温度B.适当加快搅拌速度C.适当缩短酸浸时间

(2)还原。向“酸浸’后的漉液中加入过量铁粉，使Fe3+完全转化为Fe?*。“还原”过程中

除生成Fe2外，还会生成▲(填化学式)；检验Fe?，是否还原完全的实验操作

是▲。

(3)除杂。向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液，使Ca2+转化为CaF2沉淀除去。若溶

液的pH偏低、将会导致CaF2沉淀不完全，其原因是一(p(CaF2)=5.3xlO-9,

Ka（HF）=6.3xl0）。

(4)沉铁。将提纯后的FcSO溶液与氨水-NH.iHCCh混合溶液反应.生成FeCCh沉淀。

①生成FeCCh沉淀的离子方程式为▲.

②设计以FeSCh溶液、氨水-NH4HCO3混合溶液为原料，制备FeCO3的实验方案：

1A—0

[FeCCh沉淀需“洗涤完全”，Fe(0H)2开始沉淀的pH=6.5]。

【答案】(1)AB

(2)Hz取少量清液，向其中滴加几滴KSCN溶液，观察溶液颜色是否呈血红色

(3)pH偏低形成HF,导致溶液中「浓度减小，CaF2沉淀不完全

2+

(4)©Fe+HCO；+NH3•H2O=FeCO3J+NH；+H2O

2+

或Fe+HCO；+NH3=FeCO3J+NH：

②在搅拌下向FcS(%溶液中缓慢加入氨水-NH4HCO3混合溶液，控制溶液pH不

大于6.5；静置后过滤，所得沉淀用蒸镯水洗涤2〜3次；取最后一次洗涤后的滤

液，滴加盐酸酸化的BaCb溶液，不出现白色沉淀

【解析】

【分析】

铁泥的主要成份为铁的氧化物，铁泥用H2s04溶液“酸浸”得到相应硫酸盐溶液，向“酸浸”

后的滤液中加入过量铁粉将Fe3+还原为Fe2+；向“还原”后的滤液中加入NFUF使Ca?-转化

为CaF2沉淀而除去；然后进行“沉铁”生成FeCCh,将FeCCh沉淀经过系列操作制得a—

Fe2O3;据此分析作答。

【详解】

(1)A.适当升高酸浸温度，加快酸浸速率，能提高铁元素的浸出率，A选：

B.适当加快搅拌速率，增大铁泥与硫酸溶液的接触，加快酸浸速率，能提高铁元素的浸

出率，B选；

C.适当缩短酸浸时间，铁元素的浸出率会降低，C不选；

答案选AB,

(2)为了提高铁元素的浸出率，“酸浸”过程中硫酸溶液要适当过量，故向“酸浸”后的滤液

中加入过量的铁粉发生的反应有：Fe+2Fe3+=3Fe2\Fe+2H+=Fe2++H2f,“还原”过程中除生

成Fe?+外，还有H2生成；通常用KSCN溶液检验Fe3+,故检验Fe3+是否还原完全的实验操

作是：取少量清液，向其中滴加几滴KSCN溶液，观察溶液颜色是否呈血红色，若不呈血

红色，则Fe3+还原完全，若溶液呈血红色，则Fe3+没有还原完全，故答案为：14取少量

清液，向其中滴加儿滴KSCN溶液，观察溶液颜色是否呈血红色。

(3)向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液，使Ca?，转化为CaF?沉淀，

A：sp(CaF2)=c(Ca2+)c2(F-),当Ca?+完全沉淀(某离子浓度小于Ixio-mol/L表明该离子沉淀

完全)时，溶液中c(F~)至少为J*