專項(xiàng)12-工藝流程的目的、作用、原因(解析版)

備戰(zhàn)2022年高考化學(xué)－工藝流程專項(xiàng)復(fù)習(xí)系列專項(xiàng)12－工藝流程的目的、作用、原因一．例題廢舊可充電電池主要含有Fe、Ni、Cd、Co等金屬元素，一種混合處理各種電池回收金屬的新工藝如下圖所示。已知：Ⅰ．濾液①中含有Ni(NH3)62+、Cd(NH3)42+、Co(NH3)62+等物質(zhì)。Ⅱ．萃取和反萃取的反應(yīng)原理分別為:Ni(NH3)62++2HRNiR2+2NH4++4NH3；NiR2+2H+Ni2++2HR（1）為了加快浸取速率，可采取的措施為_(kāi)_________________________________（任寫(xiě)一條）。（2）已知浸取過(guò)程中NH3和NH4+的物質(zhì)的量之和與Ni、Cd、Co浸取率的關(guān)系如表2所示。表2浸取過(guò)程中氨總量與各離子浸取率的關(guān)系編號(hào)n(NH3)+n(NH4+)/molNi浸取率/%Cd浸取率/%Co浸取率/%①2.697.288.698.1②3.586.098.886.7③4.898.498.894.9④5.697.785.196.8⑤9.895.684.196.1則可采用的最佳實(shí)驗(yàn)條件編號(hào)為_(kāi)__________。（3）Co(OH)3與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體單質(zhì)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式____________________________________。（4）操作①的名稱為_(kāi)______________、過(guò)濾、洗滌。（5）向有機(jī)相中加入H2SO4能進(jìn)行反萃取的原因?yàn)開(kāi)__________________________________________（結(jié)合平衡移動(dòng)原理解釋）。（6）將水相加熱并通入熱水蒸氣會(huì)生成CdCO3沉淀，并產(chǎn)生使紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，該反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)________________________________________________________。（7）上述工藝流程中可能循環(huán)使用的物質(zhì)為_(kāi)_____________________________。（8）已知Ksp(CdCO3)=1.0×10-12，Ksp(NiCO3)=1.4×10-7。若向物質(zhì)的量濃度均為0.2mol/L的Cd2+和Ni2+溶液中滴加Na2CO3溶液(設(shè)溶液體積增加1倍)，使Cd2+恰好沉淀完全，即溶液中c(Cd2+)=1.0×10-5mol/L時(shí)，是否有NiCO3沉淀生成(填“是”或者“否”)________________________________________?！敬鸢浮浚?）攪拌(適當(dāng)升溫或增大浸取劑的濃度)（2）③（3）2Co(OH)3+6HCl=2CoCl2+Cl2↑+6H2O（4）蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶（5）根據(jù)NiR2+2H+Ni2++2HR可知，加入H2SO4使c(H+)增大，平衡向右移動(dòng)（6）Cd(NH3)42++CO32-CdCO3↓+4NH3↑（7）NH3、有機(jī)萃取劑（8）否【分析】已知已預(yù)處理的電池粉末，經(jīng)過(guò)NH3和(NH4)2CO3水溶液的浸取后，得到的濾液①中含有Ni(NH3)62+、Cd(NH3)42+、Co(NH3)62+等物質(zhì)，在濾液①中通入空氣進(jìn)行催化氧化，得到Co(OH)3沉淀和濾液②，從而將Co元素分離出來(lái)，Co(OH)3與鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到CoCl2溶液，再經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌得到CoCl2?6H2O晶體；在濾液②中加入有機(jī)萃取劑，發(fā)生反應(yīng)Ni(NH3)62++2HRNiR2+2NH4++4NH3，從而將Cd元素與Ni元素分離，水相中含有Cd(NH3)42+，將水相加熱并通入熱水蒸氣會(huì)生成CdCO3沉淀；在有機(jī)相中加入硫酸進(jìn)行反萃取，發(fā)生反應(yīng)NiR2+2H+Ni2++2HR，得到NiSO4溶液，再經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌得到NiSO4?6H2O晶體，據(jù)此分析解答。【解析】（1）攪拌、適當(dāng)升溫或增大浸取劑的濃度，均可加快浸取速率；（2）通過(guò)表2中，浸取過(guò)程中氨總量與各離子浸取率的關(guān)系數(shù)據(jù)可知，當(dāng)n(NH3)+n(NH4+)=4.8mol時(shí)，對(duì)Ni、Cd、Co浸取率都比較高，因此可采用的最佳實(shí)驗(yàn)條件編號(hào)為③；（3）Co(OH)3與鹽酸反應(yīng)生成CoCl2溶液，由此可知Co元素表現(xiàn)了氧化性，則HCl表現(xiàn)還原性，產(chǎn)生的氣體單質(zhì)應(yīng)為Cl2，根據(jù)得失電子守恒，元素守恒可配平該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Co(OH)3+6HCl=2CoCl2+Cl2↑+6H2O；（4）CoCl2溶液經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌得到CoCl2?6H2O晶體；（5）根據(jù)以上分析可知，在有機(jī)相中加入硫酸進(jìn)行反萃取，發(fā)生反應(yīng)NiR2+2H+Ni2++2HR，得到NiSO4溶液，從平衡移動(dòng)原理的角度解釋，即根據(jù)NiR2+2H+Ni2++2HR可知，加入H2SO4使c(H+)增大，平衡向右移動(dòng)，從而得到NiSO4溶液；（6）水相中含有Cd(NH3)42+、CO32-，將水相加熱并通入熱水蒸氣會(huì)生成CdCO3沉淀，并產(chǎn)生使紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，則該氣體為NH3，則該反應(yīng)的離子方程式為Cd(NH3)42++CO32-CdCO3↓+4NH3↑；（7）由以上分析可知，上述工藝流程中可能循環(huán)使用的物質(zhì)為NH3、有機(jī)萃取劑；（8）當(dāng)Cd2+恰好沉淀完全時(shí)，溶液中，此時(shí)溶液中，Q(NiCO3)=c(Ni2+)c(CO32-)=0.1×1.0×10-7=1.0×10-8＜Ksp(NiCO3)，故沒(méi)有NiCO3沉淀生成。二．例題設(shè)問(wèn)的素養(yǎng)水平維度劃分總結(jié)出幾種問(wèn)法的特點(diǎn)：（1）對(duì)物質(zhì)性質(zhì)及其變化進(jìn)行分析和推斷（2）對(duì)化學(xué)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行條件的選擇與篩分（3）能根據(jù)化學(xué)平衡原理說(shuō)明物質(zhì)轉(zhuǎn)化的規(guī)律（4）對(duì)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)有一定的認(rèn)識(shí)（5）根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)三．對(duì)三種問(wèn)法的定義目前很多模擬題命題與答案不嚴(yán)謹(jǐn)，導(dǎo)致教學(xué)與考試不一致，結(jié)合高考題，給出答題要求。1．作用：使用試劑、裝置或操作在本步驟作為手段、工具，達(dá)成的效果。2．目的：在作用的基礎(chǔ)上，加上實(shí)驗(yàn)或流程的最終要求，并且在反應(yīng)物、反應(yīng)過(guò)程、產(chǎn)物階段的目的要一致，但答題語(yǔ)言要區(qū)分。3．原因、理由：與目的得答題語(yǔ)言類似，涉及的內(nèi)容比較廣泛，一定要答出物質(zhì)、操作的效果，酌情回答對(duì)最終結(jié)果的影響。四．結(jié)合素養(yǎng)水平維度與定義分析1．作用【2019全國(guó)Ⅲ卷】高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦（還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制備，工藝如下圖所示?；卮鹣铝袉?wèn)題：“氧化”中添加適量的MnO2的作用是________________________?！舅仞B(yǎng)水平】從不同角度對(duì)物質(zhì)及其變化進(jìn)行分析和推斷【答題要求】MnO2與體系中哪種物質(zhì)存在何種關(guān)系，加入后會(huì)發(fā)生什么變化，即，使A→B?！敬鸢浮繉e2+氧化為Fe3+【解析】二氧化錳作為氧化劑，使得MnS反應(yīng)完全，且將溶液中Fe2+氧化為Fe3+。2．目的【2020全國(guó)Ⅱ卷】苯甲酸可用作食品防腐劑。實(shí)驗(yàn)室可通過(guò)甲苯氧化制苯甲酸，其反應(yīng)原理簡(jiǎn)示如下：+KMnO4→+MnO2+HCl→+KCl（2）停止加熱，繼續(xù)攪拌，冷卻片刻后，從冷凝管上口慢慢加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液，并將反應(yīng)混合物趁熱過(guò)濾，用少量熱水洗滌濾渣。合并濾液和洗滌液，于冰水浴中冷卻，然后用濃鹽酸酸化至苯甲酸析出完全。將析出的苯甲酸過(guò)濾，用少量冷水洗滌，放在沸水浴上干燥。稱量，粗產(chǎn)品為1.0g。加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液的目的是__________________________________________________________。【素養(yǎng)水平】從不同角度對(duì)物質(zhì)及其變化進(jìn)行分析和推斷【答題要求】亞硫酸氫鈉與體系中哪種物質(zhì)存在何種關(guān)系，該步操作對(duì)后續(xù)操作（污染、雜質(zhì)）或者最終產(chǎn)品（純度、產(chǎn)率）存在什么影響【答案】除去過(guò)量的高錳酸鉀，避免在用鹽酸酸化時(shí)，產(chǎn)生氯氣，污染空氣【解析】高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，能將Cl－氧化。加入適量的飽和亞硫酸氫鈉溶液是為了除去過(guò)量的高錳酸鉀，避免在用鹽酸酸化時(shí)，產(chǎn)生氯氣，污染空氣。最后結(jié)尾處有升華主題的內(nèi)容。3．原因、理由【2020全國(guó)Ⅰ卷】采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3?！俺菱C”中析出NH4VO3晶體時(shí)，需要加入過(guò)量NH4Cl，其原因是_______________________________________。【素養(yǎng)水平】能根據(jù)化學(xué)平衡原理說(shuō)明物質(zhì)轉(zhuǎn)化的規(guī)律【答題要求】說(shuō)明存在的平衡原理，該步操作對(duì)流程目的（制備NH4VO3）的影響?！敬鸢浮坷猛x子效應(yīng)，促進(jìn)NH4VO3盡可能析出完全【解析】“沉釩”中析出NH4VO3晶體時(shí)，可以看作是沉淀平衡，加入過(guò)量NH4Cl，能夠使沉淀平衡正向移動(dòng)，即同離子效應(yīng)，NH4VO3晶體沉淀的趨勢(shì)增大，析出的更充分。【2019全國(guó)Ⅰ卷】硫酸鐵銨[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一種重要鐵鹽。為充分利用資源，變廢為寶，在實(shí)驗(yàn)室中探究采用廢鐵屑來(lái)制備硫酸鐵銨，具體流程如下：步驟③中選用足量的H2O2，理由是___________________________________________________。【素養(yǎng)水平】從不同角度對(duì)物質(zhì)及其變化進(jìn)行分析和推斷【答題要求】題干中存在兩層內(nèi)容：足量和H2O2，要分別寫(xiě)出兩者要達(dá)到的效果，另外，過(guò)氧化氫具有產(chǎn)物無(wú)污染的特點(diǎn)，也要答出對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程或最終產(chǎn)物的影響?！敬鸢浮繉e2+全部氧化為Fe3+；不引入雜質(zhì)【解析】步驟③中選用足量的H2O2，H2O2可以將Fe2+氧化為Fe3+，且H2O2的還原產(chǎn)物為H2O，不會(huì)引入新的雜質(zhì)，故理由是：將Fe2+全部氧化為Fe3+，不引入新的雜質(zhì)。五．高考題與典型模擬題【2021甲卷】I2在KI溶液中可發(fā)生反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室中使用過(guò)量的KI與CuSO4溶液反應(yīng)后，過(guò)濾，濾液經(jīng)水蒸氣蒸餾可制得高純碘。反應(yīng)中加入過(guò)量KI的原因是___________________________?！敬鸢浮糠乐箚钨|(zhì)碘析出【解析】反應(yīng)中加入過(guò)量KI，I-濃度增大，可逆反應(yīng)平衡右移，增大溶解度，防止升華，有利于蒸餾時(shí)防止單質(zhì)碘析出【2021遼寧卷16】從釩鉻錳礦渣(主要成分為V2O5、Cr2O3、MnO)中提鉻的一種工藝流程如下：已知：pH較大時(shí)，二價(jià)錳在空氣中易被氧化?；卮鹣铝袉?wèn)題：（6）“提純”過(guò)程中Na2S2O3的作用為_(kāi)__________________________________?！敬鸢浮糠乐筽H較大時(shí)，二價(jià)錳被空氣中氧氣氧化，轉(zhuǎn)化為MnO2附在Cr(OH)3的表面，使產(chǎn)物不純【解析】由分析可知，“提純”過(guò)程中的作用為防止pH較大時(shí)，二價(jià)錳[]被空氣中氧氣氧化，轉(zhuǎn)化為MnO2附在Cr(OH)3的表面，使產(chǎn)物不純?！?020新課標(biāo)Ⅰ】釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價(jià)的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3。回答下列問(wèn)題：（1）“酸浸氧化”需要加熱，其原因是_________________________。（6）“沉釩”中析出NH4VO3晶體時(shí)，需要加入過(guò)量NH4Cl，其原因是_________________________?！敬鸢浮浚?）加快酸浸和氧化反應(yīng)速率（促進(jìn)氧化完全）（6）利用同離子效應(yīng)，促進(jìn)NH4VO3盡可能析出完全【解析】（1）“酸浸氧化”需要加熱，其原因是：升高溫度，加快酸浸和氧化反應(yīng)速率（促進(jìn)氧化完全）；（6）“沉釩”中析出NH4VO3晶體時(shí)，需要加入過(guò)量NH4Cl，其原因是：增大NH4+離子濃度，利用同離子效應(yīng)，促進(jìn)NH4VO3盡可能析出完全?！?020新課標(biāo)Ⅲ】某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質(zhì)。采用如下工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體（NiSO4·7H2O）：回答下列問(wèn)題：（1）“堿浸”中NaOH的兩個(gè)作用分別是______________________________________________。（6）將分離出硫酸鎳晶體后的母液收集、循環(huán)使用，其意義是______________________________?！敬鸢浮浚?）除去油脂，溶解鋁及其氧化物（6）提高鎳回收率【解析】（1）根據(jù)分析可知，向廢鎳催化劑中加入NaOH溶液進(jìn)行堿浸，可除去油脂，并將Al及其氧化物溶解；（6）分離出硫酸鎳晶體后的母液中還含有Ni2+，可將其收集、循環(huán)使用，從而提高鎳的回收率，故答案為：提高鎳的回收率?！?020年山東新高考】用軟錳礦（主要成分為MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3）和BaS制備高純MnCO3的工藝流程如下：回答下列問(wèn)題：（2）保持BaS投料量不變，隨MnO2與BaS投料比增大，S的量達(dá)到最大值后無(wú)明顯變化，而B(niǎo)a(OH)2的量達(dá)到最大值后會(huì)減小，減小的原因是________________________?！敬鸢浮浚?）過(guò)量的MnO2消耗了產(chǎn)生的Ba(OH)2【解析】（2）根據(jù)題目信息可知MnO2為兩性氧化物，所以當(dāng)MnO2過(guò)量時(shí)，會(huì)消耗反應(yīng)產(chǎn)生的Ba(OH)2，從而使Ba(OH)2的量達(dá)到最大值或會(huì)減??；【2020江蘇卷】實(shí)驗(yàn)室由煉鋼污泥（簡(jiǎn)稱鐵泥，主要成份為鐵的氧化物）制備軟磁性材料α?Fe2O3。其主要實(shí)驗(yàn)流程如下：除雜。向“還原”后的濾液中加入NH4F溶液，使Ca2+轉(zhuǎn)化為CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低、將會(huì)導(dǎo)致CaF2沉淀不完全，其原因是[，]?！敬鸢浮縫H偏低形成HF，導(dǎo)致溶液中F?濃度減小，CaF2沉淀不完全【解析】向“還原”后的濾液中加入NH4F溶液，使Ca2+轉(zhuǎn)化為CaF2沉淀，Ksp(CaF2)=c(Ca2+)·c2(F-)，當(dāng)Ca2+完全沉淀（某離子濃度小于1×10-5mol/L表明該離子沉淀完全）時(shí)，溶液中c(F-)至少為mol/L=×10-2mol/L；若溶液的pH偏低，即溶液中H+濃度較大，H+與F-形成弱酸HF，導(dǎo)致溶液中c(F-)減小，CaF2沉淀不完全，故答案為：pH偏低形成HF，導(dǎo)致溶液中F-濃度減小，CaF2沉淀不完全?！揪毩?xí)】工業(yè)上常用水鈷礦（主要成分為Co2O3，還含少量Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO等雜質(zhì)）制備鈷的氧化物，其制備工藝流程如下（已知Na2SO3能還原Fe3＋和Co3＋）：（1）溶液a中加入NaClO的作用是___________________________________（2）溶液d中的金屬離子只有Co2＋和Na＋兩種，則溶液c中加入NaF溶液的作用是_______________【答案】（1）將溶液中Fe2+氧化成Fe3+（2）使Mg2+、Ca2+轉(zhuǎn)化為難溶于水的MgF2、CaF2沉淀除去【解析】（1）加入Na2SO3還會(huì)將Fe3+還原為Fe2+，反應(yīng)的離子方程式為SO32-+2Fe3++H2O=2Fe2++SO42-+2H+；溶液a中含有Co2+、Fe2+、Al3+、Mg2+、Ca2+、Na+、Cl-、SO42-等，向溶液a中加入NaClO，NaClO具有強(qiáng)氧化性，將Fe2+氧化成Fe3+，反應(yīng)的離子方程式為2Fe2++ClO-+2H+=2Fe3++Cl-+H2O。（2）根據(jù)（4）的分析，溶液c中加入NaF溶液的作用是使Mg2+、Ca2+轉(zhuǎn)化為難溶于水的MgF2、CaF2沉淀除去。3．工業(yè)上用含三價(jià)釩（V2O3）為主的某石煤為原料（含有Al2O3、CaO等雜質(zhì)），鈣化法焙燒制備V2O5，其流程如下：（資料）+5價(jià)釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關(guān)系:pH4～66～88～1010～12主要離子VO2+VO3-V2O74-VO43-（2）轉(zhuǎn)沉：將浸出液中的釩轉(zhuǎn)化為NH4VO3固體，其流程如下：①浸出液中加入石灰乳的作用是_____。②向（NH4）3VO4溶液中加入NH4Cl溶液，控制溶液的pH=7.5。當(dāng)pH>8時(shí)，NH4VO3的產(chǎn)量明顯降低，原因是_______________。【答案】（2）①調(diào)節(jié)溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3（VO4）2沉淀②當(dāng)pH>8時(shí)，釩的主要存在形式不是【解析】焙燒過(guò)程將V2O3轉(zhuǎn)化為Ca（VO3）2，用鹽酸酸浸，浸出液中含有、Al3+、Ca2+、Cl?、H+，加入石灰乳調(diào)節(jié)pH得到Ca3（VO4）2沉淀，由表中數(shù)據(jù)，可知應(yīng)控制pH范圍為10～12，由Ca（VO3）2→Ca3（VO4）2，可知?dú)溲趸}還提供Ca2+，過(guò)濾分離，Ca3（VO4）2與碳酸銨反應(yīng)轉(zhuǎn)化為更難溶的CaCO3沉淀，c（Ca2+）降低，使釩從沉淀中轉(zhuǎn)移到溶液中形成（NH4）3VO4溶液，溶液中加入NH4Cl，調(diào)節(jié)溶液pH，同時(shí)溶液中增大，有利于析出（NH4）3VO3，①浸出液中加入石灰乳的作用是：調(diào)節(jié)溶液的pH，并提供Ca2+，形成Ca3（VO4）2沉淀；②當(dāng)pH>8時(shí)，釩的主要存在形式不是，NH4VO3的產(chǎn)量明顯降低?！揪毩?xí)】工業(yè)上用鈦白渣[主要成分為FeSO4，還含有少量Fe2（SO4）3、MgSO4及TiOSO4]為主要原料生產(chǎn)氧化鐵黃（FeOOH）的一種工藝流程如下：（1）“溶解”時(shí)，TiOSO4發(fā)生水解生成難溶于水的H2TiO3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______。（2）“除雜”時(shí)，加入NH4HF2固體的作用是______________________________________。（3）實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)溶液的pH、溫度對(duì)氧化鐵黃產(chǎn)率的影響如圖所示。①反應(yīng)溫度宜選擇________。②氧化時(shí)應(yīng)控制pH的合理范圍是4.5左右，pH過(guò)小或過(guò)大均會(huì)導(dǎo)致氧化鐵黃產(chǎn)率較低，其可能原因是__________________________________?！敬鸢浮浚?）TiOSO4＋2H2O=H2TiO3↓＋H2SO4（2）除去Mg2＋（3）40℃pH過(guò)低導(dǎo)致氧化鐵黃部分溶于酸，pH過(guò)大導(dǎo)致Fe（OH）3增多【解析】（1）TiOSO4水解生成難溶于水的H2TiO3和硫酸，反應(yīng)方程式為：TiOSO4＋2H2O=H2TiO3↓＋H2SO4；（2）NH4+水解使溶液顯弱堿性，Mg2+能與OH-結(jié)合生成沉淀，從而可除去Mg2+；（3）根據(jù)溫度與FeOOH產(chǎn)率的示意圖可知40℃時(shí)FeOOH的產(chǎn)率最大，因此反應(yīng)的適宜溫度為40℃；由pH與FeOOH產(chǎn)率的示意圖可知，當(dāng)pH約4.5時(shí)FeOOH的產(chǎn)率最大，pH過(guò)低導(dǎo)致氧化鐵黃部分溶于酸，pH過(guò)大導(dǎo)致Fe（OH）3增多。【練習(xí)】目前中藥在世界醫(yī)學(xué)界越來(lái)越受到關(guān)注。中藥藥劑砒霜（主要成分As2O3）可用于治療急性白血病。工業(yè)上利用酸性高濃度含砷廢水（砷主要以亞砷酸H3AsO3形式存在）提取As2O3的工藝流程如下：已知：As2S3與過(guò)量的S2-存在以下反應(yīng)：As2S3（s）+3S2-（aq）2AsS32-（2）“沉砷”中FeSO4的作用是________________________。（4）調(diào)節(jié)pH=0時(shí)，發(fā)現(xiàn)酸性越強(qiáng)，As2O3的產(chǎn)率越高?？赡艿脑蚴莀_________________?！敬鸢浮浚?）與過(guò)量的S2-結(jié)合生成FeS沉淀，防止As2S3與S2-結(jié)合生成AsS33-（或與S2-結(jié)合生成FeS沉淀，使平衡左移，提高沉砷效果）（4）酸性越強(qiáng)，物質(zhì)的氧化性或者還原性可能增強(qiáng)或增加氫離子濃度，平衡正向移動(dòng)促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，有利于提高As2O3的產(chǎn)率【解析】（2）“沉砷”中FeSO4的作用是與過(guò)量的S2-結(jié)合生成FeS沉淀，防止As2S3與S2-結(jié)合生成AsS33-，以提高沉砷效果；（4）調(diào)節(jié)pH=0時(shí)，由Na3AsO4與凈化的SO2氣體反應(yīng)制備As2O3的離子方程式為2AsO43-+2SO2+2H+As2O3+2SO42-+H2O，由于溶液酸性越強(qiáng)，溶液中c（H+）越大，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，有利于提高As2O3的產(chǎn)率，且溶液酸性越強(qiáng)，微粒的還原性、氧化性也會(huì)越強(qiáng)，使反應(yīng)更容易進(jìn)行?！揪毩?xí)】實(shí)驗(yàn)室以工業(yè)廢鐵為原料制取綠礬(FeSO4·7H2O)，并用綠礬為原料制備Fe(OH)SO4溶液和NH4Fe(SO4)2·12H2O晶體，其實(shí)驗(yàn)流程如下：已知：FeSO4·7H2O和NH4Fe(SO4)2·12H2O隨溫度變化的溶解度曲線如下圖。（1）廢鐵溶解前需要用熱的飽和Na2CO3溶液浸泡，目的是________________________________________。（2）溶解時(shí)控制溶液溫度為70～80℃，目的是__________________，溶解時(shí)鐵需過(guò)量的原因是________________。（3）氧化時(shí)將綠礬分批次加入到濃硝酸中，攪拌，反應(yīng)1h，有紅棕色氣體生成，同時(shí)得到Fe(OH)SO4，發(fā)生的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________。氧化結(jié)束后不能采用加熱煮沸的方法除去溶液中剩余的硝酸，理由是________________________________________(任寫(xiě)一條)?！敬鸢浮浚?）除去鐵表面的油污（2）增大硫酸亞鐵溶解度防止生成Fe3＋（3）FeSO4＋HNO3(濃)=Fe(OH)SO4＋NO2↑Fe3＋水解生成Fe(OH)3或HNO3分解生成NO2，污染環(huán)境【解析】（1）飽和Na2CO3溶液顯弱堿性，廢鐵表面有油污，用熱的飽和Na2CO3溶液浸泡可除去表面的油污；（2）根據(jù)溫度與溶解度曲線可知溫度為70～80℃時(shí)，F(xiàn)eSO4的溶解度最大，因此溶解時(shí)控制溶液溫度為70～80℃，可以增大硫酸亞鐵溶解度；鐵能將Fe3+還原為Fe2+，因此溶解時(shí)鐵過(guò)量，可防止生成Fe3＋；（3）FeSO4與濃硝酸反應(yīng)，生成Fe(OH)SO4和NO2，反應(yīng)方程式為：FeSO4＋HNO3(濃)=Fe(OH)SO4＋NO2↑；Fe3＋易水解，加熱后會(huì)生成Fe2O3，且硝酸受熱分解會(huì)生成NO2，會(huì)污染環(huán)境，因此氧化結(jié)束后不能采用加熱煮沸的方法除去溶液中剩余的硝酸?！揪毩?xí)】鋅浮渣主要含Zn、ZnO、SiO2、Fe2+、Cd2+、Mn2+，工業(yè)上可通過(guò)控制條件逐一除去雜質(zhì)以制備超細(xì)活性氧化鋅，其工藝流程如下：（1）鋅浮渣利用硫酸浸出后，將濾渣1進(jìn)行再次浸出，其目的是_________________________。（3）90℃時(shí)，凈化2溶液中殘留鐵的濃度受pH影響如圖。pH值中等時(shí)，雖有利于Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，但殘留鐵的濃度仍高于pH為3～4時(shí)的原因是________________________。（5）碳化在50℃進(jìn)行,“前驅(qū)體”的化學(xué)式為ZnCO3?2Zn（OH)2?H2O，碳化時(shí)所用NH4HCO3的實(shí)際用量為理論用量的1.1倍，其原因一是為了使Zn2+充分沉淀，二是_______________________________________?！敬鸢浮浚?）提高鋅元素的總浸出率（3）H+抑制Fe3+水解（5）反應(yīng)過(guò)程中有部分NH4HCO3分解（或NH4HCO3消耗H+，避免H+濃度過(guò)大溶解ZnCO3?2Zn（OH)2?H2O）【解析】（1）鋅浮渣利用硫酸浸出后，濾渣1再次進(jìn)行浸出的目的是提高鋅元素的浸出率，故答案為：提高鋅元素的總浸出率；（3)根據(jù)流程，凈化2加入H2O2是把Fe2＋轉(zhuǎn)化成FeOOH而除去；pH值中等時(shí)，雖有利于Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，但殘留鐵的濃度仍高于pH為3～4時(shí)的原因是：H＋抑制了Fe3＋的水解；（5）碳化時(shí)所用NH4HCO3的實(shí)際用量為理論用量的1.1倍，其原因一是為了使Zn2+充分沉淀，二是：碳酸氫銨不穩(wěn)定受熱分解，條件是50℃下進(jìn)行，可能是碳酸氫銨分解，同時(shí)碳酸氫銨和H+發(fā)生反應(yīng)，避免H+濃度過(guò)大溶解ZnCO3?2Zn（OH)2?H2O?！揪毩?xí)】鋅是一種常用金屬，工業(yè)上利用鋅焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，還含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等）濕法制取金屬鋅的流程如圖所示，回答下列問(wèn)題。已知：Fe的活潑性強(qiáng)于Ni。（2）“凈化Ⅰ”操作加入ZnO，調(diào)節(jié)溶液pH為3.3~6.7；加熱到60℃左右并不斷攪拌，加熱攪拌主要目的是_______________________________________。（3）“凈化Ⅰ”生成的沉淀中還含有溶液中的懸浮雜質(zhì)，溶液中的懸浮雜質(zhì)被共同沉淀的原因是____________。（4）“凈化Ⅱ”中加入過(guò)量Zn的目的是____________________________?！敬鸢浮浚?）促進(jìn)三價(jià)鐵離子水解轉(zhuǎn)化為沉淀，并使過(guò)量的過(guò)氧化氫分解除去（3）氫氧化鐵膠粒具有吸附性（4）使銅離子、鎳離子轉(zhuǎn)化為單質(zhì)而除去【解析】（2）加熱攪拌的目的是促進(jìn)三價(jià)鐵離子水解轉(zhuǎn)化為沉淀，并使過(guò)量的過(guò)氧化氫分解除去；（3）因?yàn)镕e(OH)3膠粒具有吸附性，則凈化Ⅰ生成的沉淀中還含有溶液中的懸浮雜質(zhì)；（4）加入稀硫酸后生成物中含有硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸鎳、硫酸鈣，其中硫酸鈣微溶于水，凈化Ⅰ后除去Fe元素，所以凈化Ⅱ中加入Zn的目的是使Cu2+、Ni2+轉(zhuǎn)化為Cu、Ni而除去?！揪毩?xí)】鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3（可表示為FeO·TiO2），含有少量MgO、CaO、SiO2等雜質(zhì)。利用鈦鐵礦制備鋰離子電池電極材料（鈦酸鋰Li4Ti5O12和磷酸亞鐵鋰LiFePO4）的工業(yè)流程如下圖所示：反應(yīng)②中固體TiO2轉(zhuǎn)化成(NH4)2Ti5O15溶液時(shí)，Ti元素的浸出率與反應(yīng)溫度的關(guān)系如下圖所示。反應(yīng)溫度過(guò)高時(shí)，Ti元素浸出率下降的原因是_______________________________________________________?！敬鸢浮糠磻?yīng)溫度過(guò)高時(shí)，反應(yīng)氨水會(huì)受熱分解，使得Ti元素浸出率下降【解析】由于二氧化鈦與氨水、雙氧水反應(yīng)生成（NH4）2Ti5O15時(shí)，溫度過(guò)高，雙氧水和氨水都容易分解，所以反應(yīng)溫度過(guò)高時(shí)，Ti元素浸出率下降?！揪毩?xí)】工業(yè)上從電解精煉銅的陽(yáng)極泥(含金、銀、銅、硒等單質(zhì))中提取硒的濕法工藝流程如下：（1）向溶液X中加入鐵屑的作用是___________________________，此操作中不能加入過(guò)量鐵粉的原因是______________________________。（2）實(shí)驗(yàn)室中制取SO2的原理為：Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2↑，此處應(yīng)使用_______________(填“較濃的硫酸”或“稀硫酸”)，原因是_________________________________?！敬鸢浮浚?）將SeO42-還原為SeO32-過(guò)量鐵粉會(huì)將Cu2+、SeO32-均還原為單質(zhì)，不利于硒的分離（2）較濃的硫酸SO2易溶于水，用較濃的硫酸有利于SO2的逸出【解析】（1）根據(jù)流程圖可知：加入鐵屑后溶液中的SeO42-被還原為SeO32-，所以向溶液X中加入鐵屑的作用是：將SeO42-還原為SeO32-；鐵粉具有較強(qiáng)的還原性，能還原Cu2+、SeO32-，所以加過(guò)量鐵粉會(huì)將Cu2+、SeO32-均還原為單質(zhì)，不利于硒的分離；（2）SO2在水中的溶解度較大，在濃硫酸中溶解度較小，用較濃的硫酸有利于SO2的逸出，所以選用較濃的硫酸與亞硫酸鈉反應(yīng)?！揪毩?xí)】2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了為鋰電池發(fā)展作出突出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家。某廢舊鋰電池正極主要由LiFePO4、鋁箔、炭黑等組成，F(xiàn)e、Li、P具有極高的回收價(jià)值，具體流程如下：（2）過(guò)程ⅱ中HCl/H2O2的作用是__________________________________________。（3）浸出液X的主要成分為L(zhǎng)i+、Fe3+、H2PO4-等。過(guò)程?？刂铺妓徕c溶液濃度20%、溫度85℃、反應(yīng)時(shí)間3h條件下，探究pH對(duì)磷酸鐵沉淀的影響，如圖所示。①綜合考慮鐵和磷沉淀率，最佳pH為_(kāi)___________________。②結(jié)合平衡移動(dòng)原理，解釋過(guò)程ⅲ中pH增大，鐵和磷沉淀率增大的原因_______________________________。③當(dāng)pH＞2.5后，隨pH增加，磷沉淀率出現(xiàn)了減小的趨勢(shì)，解釋其原因__________________________?！敬鸢浮浚?）溶解LiFePO4，將Fe2+氧化為Fe3+（2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O）（3）①2.5②H2PO4-HPO42-+H+，HPO42-PO43-+H+，加入Na2CO3后，CO32-結(jié)合H+使c(H+)減小，促進(jìn)上述電離平衡正向移動(dòng)，c(PO43?)增大，與Fe3+結(jié)合形成磷酸鐵沉淀（或者：H2PO4-HPO42-+H+，HPO42-PO43-+H+，溶液pH增大，c(H+)減小，促進(jìn)上述電離平衡正向移動(dòng)，c(PO43-)增大，與Fe3+結(jié)合形成磷酸鐵沉淀③pH＞2.5時(shí)，沉淀中的磷酸鐵會(huì)有部分開(kāi)始轉(zhuǎn)變生成Fe(OH)3，使得部分PO43-釋放，導(dǎo)致磷沉淀率下降【解析】（2）過(guò)程ⅱ是除鋁后料中加入鹽酸酸化的H2O2，過(guò)濾后得到主要成分為L(zhǎng)i+、Fe3+、H2PO4-等的溶液X，由知HCl/H2O2的作用是溶解LiFePO4，將Fe2+氧化為Fe3+；（3）①分析圖中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)pH=2.5時(shí)磷的沉淀率最高，鐵的沉淀率較高，則過(guò)程ⅲ選擇的最佳pH為2.5；②已知溶液X中存在H2PO4-的電離平衡，即H2PO4-HPO42-+H+，HPO42-PO43-+H+，過(guò)程ⅲ中當(dāng)加入Na2CO3后，CO32-結(jié)合H+使c(H+)減小，促進(jìn)上述電離平衡正向移動(dòng)，c(PO43?)增大，與Fe3+結(jié)合形成磷酸鐵沉淀，提高了鐵和磷沉淀率；③已知FePO4(s)Fe3+(aq)+PO43-(aq)，當(dāng)pH＞2.5后，隨pH增加，溶液中c(OH-)增大，F(xiàn)e3+開(kāi)始轉(zhuǎn)變生成Fe(OH)3，促進(jìn)溶解平衡正向移動(dòng)，使得部分PO43-釋放，導(dǎo)致磷沉淀率下降?！揪毩?xí)】高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種新型的污水處理劑。K2FeO4的應(yīng)用。K2FeO4可用于生活垃圾滲透液的脫氮(將含氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化為N2)處理。K2FeO4對(duì)生活垃圾滲透液的脫氮效果隨水體pH的變化結(jié)果如下：pH大于8時(shí)，脫氮效果隨pH的升高而減弱，分析可能的原因：___________________?！敬鸢浮縫H＞8的溶液，隨pH增大，K2FeO4氧化性減弱，不利于將含氮物質(zhì)氧化【解析】由于pH越小，高鐵酸鉀的氧化性越強(qiáng)，則PH增大，會(huì)使高鐵酸鉀的氧化性減弱?！揪毩?xí)】金屬是重要但又匱乏的戰(zhàn)略資源。從廢舊鋰電池的電極材料（主要為附在鋁箔上的LiCoO2，還有少量鐵的氧化物）中回收鈷的一種工藝流程如下請(qǐng)回答下列問(wèn)題（3）在“濾液1”中加入20﹪Na2CO3溶液，目的是___________________________；檢驗(yàn)“濾液1”中Fe2+是否完全被氧化、不能用酸性KMnO4溶液，原因是___________________________。（4）如將硫酸改為鹽酸浸取“鈷渣“，也可得到Co2+。①浸取時(shí)，為提高”鈷渣”中浸取率，可采取的措施有___________________（任寫(xiě)一條）。②工業(yè)生產(chǎn)中一般不用鹽酸浸取“鈷渣”，其原因是_________________________________?！敬鸢浮浚?）調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe3＋轉(zhuǎn)換為Fe(OH)3沉淀Co2＋、S2O32－也能使KMnO4溶液褪色（4）粉碎；攪拌；升高溫度LiCoO2可氧化鹽酸，產(chǎn)生的Cl2會(huì)污染環(huán)境【解析】（3）根據(jù)流程，濾液1中含有鐵元素和鋰元素等雜質(zhì)，濾液2中除去Li＋，則濾液1中加入NaClO3將Fe2＋氧化成Fe3＋，加入Na2CO3溶液，調(diào)節(jié)pH，使Fe3＋轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3沉淀；“鈷渣”操作步驟中加入Na2S2O3是過(guò)量的，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，同時(shí)濾液1中含有Co2＋，也能使酸性高錳酸鉀溶液褪色；（4）①提高浸取率的采取措施有粉碎、攪拌、升高溫度、適當(dāng)提高硫酸的濃度等；②Co3＋的氧化性強(qiáng)于Cl2，用鹽酸浸取，LiCoO2將鹽酸中Cl元素氧化成Cl2，Cl2有毒，污染環(huán)境；【練習(xí)】以高鈦渣(主要成分為Ti3O5，含少量SiO2、FeO、Fe2O3)為原料制備白色顏料TiO2的一種工藝流程如下：已知：Na2TiO3難溶于堿性溶液；H2TiO3中的雜質(zhì)Fe2＋比Fe3＋更易水洗除去。除雜后的濾液中獲得的NaOH可循環(huán)利用，則“水浸”時(shí)，用水量不宜過(guò)大的主要原因是_________________?！敬鸢浮坑盟窟^(guò)大，導(dǎo)致濾液濃度過(guò)低，蒸發(fā)濃縮時(shí)能耗增加(或蒸發(fā)濃縮時(shí)間過(guò)長(zhǎng))【解析】“水浸”時(shí)，用水量過(guò)大，導(dǎo)致濾液濃度過(guò)低，蒸發(fā)濃縮時(shí)能耗增加(或蒸發(fā)濃縮時(shí)間過(guò)長(zhǎng))，【練習(xí)】工業(yè)上以鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞