专题突破训练1
化学工艺流程试题的突破方略
(建议用时：35分钟)
1．(2024·成都模拟)碲是发展高科技产业、国防与尖端技术不可或缺的原料。H2TeO3
是一种比草酸酸性弱的二元酸，工业上常用铜阳极泥[主要成分是碲化亚铜(Cu2Te)，含少量的Ag、Au]回收碲，其工艺流程如下：
已知：CuC2O4的Ksp为2.2×10；离子浓度不大于1×10 mol·L 时，离子即完全沉淀。
(1)Cu2Te中Te的化合价是________。
(2)滤渣的成分是________，滤液①中含有的氧化酸浸时的氧化产物为________。氧化酸浸时温度过高会使碲的浸出率降低，原因是______________
___________________________________________________________________。
(3)要使Cu完全沉淀，应控制C2O4的浓度不低于________。
(4)还原反应的离子方程式为________________________________________ ___________________________________________________________________。
[解析]
2＋
2－
－8
－5
－1
(2)由于Ag、Au与硫酸不反应，故滤渣的主要成分为Ag和Au；铜阳极泥进行氧化酸浸时发生氧化还原反应：Cu2Te＋4H2O2＋2H2SO4===2CuSO4＋H2TeO3＋5H2O，其中氧化产物为H2TeO3和CuSO4；由于H2O2高温时会发生分解，使氧化酸浸不充分，从而造成碲的浸出率降低。(3)根据Ksp(CuC2O4)＝c(Cu)·
－8
KspCuC2O42.2×10－1－3
c(CO)，当铜离子完全沉淀时，c(CO)＝≥2＋－5 mol·L＝2.2×10
cCu1×102－
24
2－24
2＋
mol·L。
[答案] (1)－2
(2)Ag、Au H2TeO3、CuSO4 温度过高H2O2分解增多，使氧化酸浸不充分 (3)2.2×10 mol·L
(4)H2TeO3＋2SO3===2SO4＋Te↓＋H2O
1
2－
2－
－3
－1
－1
2．(2024·银川模拟)三氧化二钴主要用作颜料、釉料及磁性材料，利用铜钴矿石制备Co2O3的工艺流程如图1：
图1
已知：铜钴矿石主要含有CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中还含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等。
请回答下列问题：
(1)“浸泡”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法是_________ _______________________________________________________(写出2种即可)。
(2)“浸泡”过程中，加入Na2SO3溶液的主要作用是____________________ ____________________________________________________________________。
(3)向“沉铜”后的滤液中加入NaClO3溶液，写出滤液中的金属离子与NaClO3反应的离子方程式______________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)温度、pH对铜、钴浸出率的影响如图2、图3所示：
图2 图3
①“浸泡”铜钴矿石的适宜条件为___________________________________ ____________________________________________________________________。
②图3中pH增大时铜、钴浸出率下降的原因可能是_____________________ ___________________________________________________________________。
(5)CoC2O4·2H2O
在空气中高温煅烧得到
Co2O3的化学方程式是
___________________________________________________________________。
[解析] 往铜钴矿石中加入过量稀硫酸和Na2SO3溶液，“浸泡”后溶液中含有Co、Cu
＋
2＋
2＋
2＋
3＋
3＋
2＋
2＋
2＋
2
、Fe、Mg、Ca，加入Na2SO3溶液主要是将Co、Fe还原为Co、Fe，“沉铜”后
2＋
3＋
3＋
先加入NaClO3将Fe氧化为Fe，再加入Na2CO3溶液调节pH，可以使Fe沉淀，过滤后所得滤液A主要含有Co、Mg、Ca，再用NaF溶液除去钙离子、镁离子，过滤后，向滤液B中加入浓Na2CO3溶液使Co转化为CoCO3固体，向CoCO3固体中先加盐酸，再加草酸铵溶液得到二水合草酸钴，煅烧后制得Co2O3。(1)“浸泡”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法有升温、粉碎矿石、适当增加稀硫酸的浓度等。(2)Na2SO3具有较强的还原性，
2
2＋
2＋
2＋
2＋
加过量的Na2SO3溶液可将CoO(OH)、Fe2O3分别与硫酸反应得到的Co和Fe还原为Co及Fe。(3)由图1可知，“沉铜”后加入NaClO3溶液时，Co并未被氧化，被氧化的是Fe，反应的离子方程式为ClO3＋6Fe＋6H===Cl＋6Fe＋3H2O。(4)①根据图2、图3可知，“浸泡”铜钴矿石的适宜条件是温度为65 ℃～75 ℃及pH为0.5～1.5。②图3反映的是pH变化对铜、钴浸出率的影响，“浸泡”过程是利用H和CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3发生反应以浸出金属离子，当pH逐渐增大时，H的浓度减小，铜、钴浸出率降低。高温
(5)CoC2O4·2H2O在空气中高温煅烧得到Co2O3的化学方程式为4CoC2O4·2H2O＋3O2=====2Co2O3＋8CO2＋8H2O。
[答案] (1)升温、粉碎矿石、适当增加稀硫酸的浓度等(写出2种即可) (2)将Co、Fe还原为Co、Fe (3)ClO3＋6Fe＋6H===Cl＋6Fe＋3H2O
(4)①温度为65 ℃～75 ℃、pH为0.5～1.5 ②pH升高后溶液中c(H)下降，溶解高温
CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3的能力降低 (5)4CoC2O4·2H2O＋3O2=====2Co2O3＋8CO2＋8H2O
3．(2024·开封模拟)三氧化二钴(Co2O3)常用作制滤光眼镜的添加剂、催化剂和氧化剂。以含钴废料(主要成分为CoO、Co2O3，含有少量MnO2、NiO、Fe3O4杂质)为原料制备Co2O3的流程如下：
＋
－
2＋
＋
－
3＋
3＋
3＋
2＋
2＋
＋
＋
－
2＋
＋
－
3＋
2＋
2＋
2＋
3＋3＋2＋
(1)研磨的目的是__________________________________________________
___________________________________________________________________，滤渣的主要成分为________(填化学式)。
(2)酸浸时加入H2O2的作用有________________________________________ ___________________________________________________________________。
不能用盐酸代替硫酸，因为Co2O3与盐酸反应生成Cl2，污染环境，该反应的离子方程式为________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)在实验室里，萃取操作要用到的玻璃仪器主要有________。有机相再生利用时提取出的Ni可用于制备氢镍电池，该电池充电时的总反应为Ni(OH)2＋M===NiOOH＋MH，则放电时正极的电极反应式为________________________
___________________________________________________________________。
(4)沉钴时发生反应的离子方程式为__________________________________ ___________________________________________________________________。
3
2＋
煅烧时发生反应的化学方程式为_____________________________________ ____________________________________________________________________。
[解析] 含钴废料的主要成分为CoO、Co2O3，含有少量MnO2、NiO、Fe3O4杂质，研磨可增大固体与液体的接触面积，加硫酸、H2O2进行酸浸能够分离出MnO2，同时加入的H2O2能够氧化亚铁离子、还原Co，酸浸分离出的溶液中含Ni、Fe、Co，调pH使Fe转化为Fe(OH)3沉淀而从溶液中分离出来，加萃取剂萃取，将有机相(含Ni)和水相(含Co)分离，向水相中加入碳酸氢铵、氨水生成Co2(OH)2CO3，Co2(OH)2CO3经煅烧转化为Co2O3。
(2)酸浸时，加入了H2O2，一方面可以将溶液中的Fe氧化为Fe，另一方面可将Co
2＋
－
2＋
3＋
3＋
2＋
2＋
3＋
2＋
3＋
2＋
3＋
还原为Co。在反应中不能用盐酸代替硫酸，因为Co2O3具有氧化性，可将Cl氧化为Cl2而对环境造成污染，其离子方程式为Co2O3＋6H＋2Cl===2Co＋Cl2↑＋3H2O。(3)实验室中萃取操作所用的玻璃仪器主要有分液漏斗和烧杯；电池充电时的总反应为Ni(OH)2＋M===NiOOH＋MH，则放电时总反应为NiOOH＋MH===Ni(OH)2＋M，放电时正极发生还原反应，其电极反应式为NiOOH＋e＋H2O===Ni(OH)2＋OH。
[答案] (1)增大固体与液体的接触面积，加快酸浸速率，提高钴的浸出率 MnO2 (2)还原Co，氧化Fe Co2O3＋6H＋2Cl===2Co＋Cl2↑＋3H2O (3)分液漏斗、烧杯 NiOOH＋e＋H2O===Ni(OH)2＋OH
高温
(4)2Co＋HCO＋3NH3·H2O===Co2(OH)2CO3↓＋3NH＋H2O 2Co2(OH)2CO3＋O2=====2Co2O3
2＋
－3
＋4
－
－
3＋
2＋
＋
－
2＋
－
－＋
－
2＋
＋2CO2＋2H2O
4．(2024·石家庄模拟)磷酸铁锂电池被广泛应用于各种电动汽车，其正极是通过将磷酸铁锂(LiFePO4)、导电剂、黏结剂和乙炔黑等按比例混合，再涂于铝箔上制成。一种从废旧磷酸铁锂电池正极材料中回收某些金属资源的工艺流程如下：
已知：①常温下，Ksp[Fe(OH)3]＝100.72 g
请回答：
(1)向滤液1中加入硫酸，可得到Al(OH)3，该反应的离子方程式为___________________________________________________________________。
(2)“酸浸”时，有磷酸生成，则磷酸铁锂在该过程中发生反应的化学方程式为_______________________________________________________________；
所加H2SO4和H2O2也可用HNO3代替，但缺点为_______________________ _____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。
－39
②Li2CO3的溶解度，0 ℃为1.54 g；100 ℃为
4
(3)“沉铁”时，溶液的pH与金属元素的沉淀百分率(w)的关系如表：
pH 3.5 66.5 0.9 5 79.2 1.3 6.5 88.5 1.9 8 97.2 2.4 10 97.4 4.5 12 98.1 8.0 w(Fe)/% w(Li)/% 则该过程应调节pH＝________，其原因为__________________________；假设该过程在常温下进行，则此时溶液中c(Fe)＝________。
(4)“沉锂”时，所得Li2CO3应选择________(选填“冷水”或“热水”)进行洗涤，判断Li2CO3已洗涤干净的操作和现象为______________________________
____________________________________________________________________。
[解析] (1)由题意及题图可知，滤液1中含有AlO2，加入硫酸得到Al(OH)3的离子反应为AlO2＋H＋H2O===Al(OH)3↓。(2)反应物为LiFePO4、H2O2、H2SO4，生成物为Li2SO4、Fe2(SO4)3、H3PO4、H2O，发生的反应为2LiFePO4＋H2O2＋4H2SO4===Li2SO4＋Fe2(SO4)3＋2H3PO4＋2H2O。加入硝酸代替硫酸和H2O2，硝酸会被还原为氮的氧化物，氮的氧化物是大气污染物，污染环境。(3)由题表可知，pH＝8时，Fe元素的沉淀百分率较大且Li元素的损失较小，故应调节pH＝8；Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe)·c(OH)＝10
3＋
3
－
－39
－
＋
－
3＋
，则c(Fe)＝10
3＋－21
mol·L。(4)
－1
由不同温度下碳酸锂的溶解度数据可知，应选择热水进行洗涤；取最后一次洗涤液少许，向其中滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，若无沉淀生成，则证明已洗涤干净。
[答案] (1)AlO2＋H＋H2O===Al(OH)3↓
(2)2LiFePO4＋H2O2＋4H2SO4===Li2SO4＋Fe2(SO4)3＋2H3PO4＋2H2O 产生氮氧化物气体，污染环境(合理即可) (3)8 Fe元素的沉淀百分率较大且Li元素的损失较小 10
－1
－21
－
＋
mol·L
(4)热水 取最后一次洗涤液少许，向其中滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，无沉淀生成，
则证明已洗涤干净
5．(2024·名校联考信息卷)无色透明的锆石(主要成分为ZrSiO4)酷似钻石，是很好的钻石代用品。锆石又称锆英石，常含有铁、铝、铜的氧化物杂质。工业上一种以锆英石为原料制备ZrO2的工艺流程如下：
已知：ⅰ.Zr在化合物中通常显＋4价，“氯化”过程中除C、O元素外，其他元素均转化为高价氯化物；
ⅱ.SiCl4极易水解生成硅酸；ZrCl4易溶于水，390 ℃升华；
ⅲ.Fe(SCN)3难溶于有机溶剂MIBK，Zr(SCN)4在水中的溶解度小于在有机溶剂MIBK中的溶解度。
请回答下列问题：
(1)“粉碎”锆英石的目的为_________________________________________
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2024高考化学一轮复习 专题突破训练1 化学工艺流程试题的突破方略 新人教版
