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2020年高考化学三轮冲刺要点突破讲练 专题05 再议化工流程
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05 再议化工流程
【难点突破】
一、原料预处理的各种方法
1．粉碎或研磨：增大固液（或固气或固固）接触面积，加快反应（溶解）速率，增大原料的转化率（或浸取率）。
2．煅烧或灼烧：不易转化的物质转为容易提取的物质；其他矿转化为氧化物；除去有机物；除去热不稳定的杂质。
3．浸取：向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等。
4．酸浸：溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等。
5．碱浸：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH促进水解（沉淀）。
6．水浸：与水接触反应或溶解。
7．水洗：用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等。
8．浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少。
【例1】（节选）硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
回答下列问题：
(1) 步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是_________________。
【答案】(1) 碱煮水洗
【解析】(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，油污在碱性条件下容易水解，所以工业上常常用热的碳酸钠溶液清洗，即碱煮水洗。
【对点练习】
1．MgSO4·7H2O可用于造纸、纺织、陶瓷、油漆工业，也可在医疗上用作泻盐。某工业废渣主要成分是MgCO3，另外还有CaCO3、SiO2等杂质。从此废渣中回收MgSO4·7H2O的工艺如下：第一不用硫酸浸出。 “浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有 （要求写出任意一条）。
二、调节溶液的PH:
1．目的：使溶液中的…………金属阳离子形成氢氧化物完全沉淀下来而除去。
2．需要的物质：含主要阳离子的难溶性氧化物或氢氧化物或碳酸盐，即能与H+反应，是PH增大的物质如用MgO、Mg（OH）2等等。
3．原则：不管是调高还是调低，原则都是加过量的除杂剂而不引进新的杂质，这里分两种情况（1）如果要得到滤液，可加固体沉淀剂消耗H＋或OH—，如除去含Cu2+溶液中混有的Fe3+,可通过加入CuO、Cu(OH)2、Cu(OH)2CO3等；（2）要得到滤渣，则需加入碱性溶液，如氨水或氢氧化钠溶液。调低PH值的原则与调高PH的原则相同。
4．PH控制的范围：大于除去离子的完全沉淀值，小于主要离子的开始沉淀的PH。
5．题目呈现方式：题中通常会以表格数据形式，或“已知信息”给出需求的适宜PH范围的信息（大于除去离子的完全沉淀值，小于主要离子的开始沉淀的PH）；
6．解题步骤：（1）判断溶液呈酸(或碱)性；（2）判断调高还是调低；（3）选择合适的调节试剂。
【例2】（节选）铜镉渣主要含锌、铜、铁、镉(Cd)、钴(Co)等单质。湿法炼锌产生的铜镉渣用于生产金属镉的工艺流程如下：
表中列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(金属离子的起始浓度为0.1 mol·L－1)
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cd(OH)2
开始沉淀的pH
1.5
6.5
7.2
沉淀完全的pH
3.3
9.9
9.5
(1)酸浸时粉碎铜镉渣的目的是_______________________________。
(2)操作Ⅰ产生的滤渣主要成分为____________(填化学式)。
(3)①操作Ⅲ中先加入适量H2O2，发生反应的离子方程式为_______ ___________。
②再加入ZnO控制反应液的pH，pH范围为________，判断依据是___________________________ ____ ___。
【答案】(1)增大与酸的接触面积，加快反应速率，提高原料的浸出率
(2)Cu (3)①2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
②3.3≤pH＜7.2 根据表格中的信息可知在3.3≤pH＜7.2时，能确保Fe3＋沉淀完全，而Cd2＋不会沉淀
【解析】(2)加入稀H2SO4，Zn、Fe、Cd、Co都与稀H2SO4反应，只有Cu不反应，故滤渣为Cu。(3)①加入适量H2O2，将Fe2＋氧化为Fe3＋，根据氧化还原规则和质量守恒可知反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。②加入ZnO提高pH，将Fe3＋转化为Fe(OH)3过滤除去，同时不能损失Cd2＋，所以控制反应液的pH范围为3.3～7.2。
【例3】（节选）氧化铁是一种重要的无机材料，化学性质稳定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐热性和对紫外线的屏蔽性，从某种工业酸性废液(主要含Na＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋、Al3＋、Cl－、SO42—)中回收氧化铁流程如图所示：
已知：常温下Ksp[Mg(OH)2]＝1.2×10－11；Ksp[Fe(OH)2]＝2.2×10－16；Ksp[Fe(OH)3]＝3.5×10－38；Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－33
(3)常温下，根据已知条件计算在pH＝5的溶液中，理论上下列微粒在该溶液中可存在的最大浓度c(Fe3＋)＝_________。
(4)有人用氨水调节溶液pH，在pH＝5时将Fe(OH)3沉淀出来，此时可能混有的杂质是____________(填化学式，下同)，用___________试剂可将其除去。
【答案】 (3)3.5×10－11 mol/L (4)Al(OH)3 NaOH
【解析】 (3)溶液pH=5，则c(OH-)=10-9mol•L-1，根据Ksp[Fe(OH)3]=3.5×10-38，则c(Fe3+)==3.5×10-11mol•L-1；(4)根据Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33，可计算出溶液pH=5时，c(OH-)=10-9mol•L-1，c(Al3+)==1.0×10-6＜1.0×10-5，Al3+也几乎完全沉淀，Mg2+没有沉淀故可能混有的杂质是Al(OH)3；Al(OH)3溶于强碱，而Fe(OH)3不溶，故可用NaOH溶液除去。
【对点练习】
2．欲降低废水中重金属元素铬的毒性，可以将Cr2O72-转化为Cr(OH)3沉淀除去。已知Cr3＋的氢氧化物开始沉淀的pH和完全沉淀的pH分别为5.0和7.0，Fe3+的氢氧化物开始沉淀的pH和完全沉淀的pH分别为2.7和3.7，Fe2+的氢氧化物开始沉淀的pH和完全沉淀的pH分别为7.6和9.6。（1）某含铬废水处理的主要流程如图所示：
调节溶液pH至 ，可使得到的金属阳离子Fe3+和Cr3+沉淀完全。
3．硫酸工业中废渣的成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO。某探究性学习小组的同学设计以下方案，进行硫酸渣中金属元素的提取实验。
已知：阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH：
沉淀物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mg(OH)2
pH
3.4
5.2
12.4
一水合氨电离常数Kb=1.8×10－5，其饱和溶液中c(OH－)约为1×10-3mol·L-1。
（2）上述流程中两次使用试剂X，推测试剂X是 （填以下字母编号）
A．水 B．氧化铝 C．氨水 D．氢氧化钠
三、体系环境氛围及其它条件的控制
（1）蒸发或结晶时，加入相应的酸或碱，以抑制某些盐的水解；
（2）需要在HCl气流中干燥FeCl3、AlCl3 、MgCl2等含水晶体，以防止水解。如从海水中提取镁，从MgCl2的溶液里结晶析出的是氯化镁结晶水合物，电解熔化氯化镁才能制得金属镁，要去除氯化镁晶体中的结晶水需要在HCl气流中加热，否则煅烧所得的最后固体不是MgCl2，而是熔点更高的MgO， 具有相似情况的还有FeCl3 、AlCl3等；
（3）营造还原性氛围：加热煮沸酸液后再冷却，其目的是排除酸溶液中的氧气，如用废铁制备绿矾晶体，需要把硫酸加热煮沸后再加入，同时还不能加入过量，防止Fe2+被氧化；
（4）营造氧化性氛围：加入氧化剂进行氧化，如加入绿色氧化剂 H2O2 将 Fe2+ 氧化转化为Fe3+等 。
四、温度的控制
1．加热：（1）加快反应速率或溶解速率；（2）促进平衡向吸热方向移动；（3）除杂，除去热不稳定的杂质，如NaHCO3 、Ca(HCO3)2、KMnO4、I2、NH4Cl等物质；（4）使沸点相对较低或易升华的原料气化。
2．降温：（1）防止某物质在高温时会溶解(或分解) ；（2）使化学平衡向着题目要求的方向移动（放热方向）；（3）使某个沸点较高的产物液化，使其与其他物质分离；（4）降低晶体的溶解度，减少损失。
3．控温（用水浴或油浴控温便于控温且受热均匀）：（1）防止某种物质温度过高时会分解或挥发；（2）为了使某物质达到沸点挥发出来；（3）使催化剂的活性达到最好；（4）防止副反应的发生；降温或减压可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的要求；（5）若题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要根据它们的溶解度随温度升高而改变的情况，寻找合适的结晶分离方法 ( 蒸发结晶或冷却结晶) 。
【例4】（节选）硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
回答下列问题：
(2)步骤②需要加热的目的是_________________，温度保持80~95 ℃，采用的合适加热方式是_________________。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为__________(填标号)。
【答案】 (2)加快反应速率 水浴加热 C
【解析】 (2)步骤②需要加热的目的是为了加快反应速率；温度保持80~95 ℃，由于保持温度比较恒定且低于水的沸点，故采用的合适加热方式是水浴加热(热水浴)；铁屑中含有少量硫化物，硫化物与硫酸反应生成硫化氢气体，可以用氢氧化钠溶液吸收，为了防止倒吸可以加装倒置的漏斗，故选择C装置。
五、浓度、压强的控制
1．增大反应物浓度 、 加压：（1）可加快反应速率 。对气体分子数减少的反应，加压使平衡向生成物方向移动。但压强太大，动力消耗更多，设备要求更高，成本增加，故必须综合考虑；（2）加压一般是提高气体反应物浓度措施 ，在气体和固体、液体反应的体系中并不适宜；（3）生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率。
2．减压蒸馏：减小压强，降低液体的沸点，防止(如浓HNO3、NH3.H2O、H2O2、NH4HCO3)等物质分解。
六、除杂、实验操作类
1．盐溶液的分离提纯方法：结晶法
（1）纯物质溶液得到晶体：蒸发结晶（NaCl型）；蒸发浓缩（至有晶膜出现为止），冷却结晶（KNO3型和含有结晶水的晶体）。
（2）混合溶液（分离A和B）：蒸发结晶，趁热过滤（得NaCl型），将滤液冷却结晶，过滤（得KNO3型）。
（3）由FeCl3、AlCl3、CuCl2、MgCl2等溶液获取对应晶体，采取的措施是：在干燥的HCl气氛中加热蒸干。
模板：加热浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥
仪器：蒸发皿、玻璃棒、烧杯
【例5】（节选）硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
回答下列问题：
(3)步骤③中选用足量的H2O2，理由是_________________。分批加入H2O2，同时为了_________________，溶液要保持pH小于0.5。
(4)步骤⑤的具体实验操作有______________，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
【答案】(3) 将Fe2+全部氧化为Fe3+，不引入新的杂质 因为H2O2本身易分解，所以在加入时需分量加入，同时为了防止Fe3+水解 (4) 加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
【解析】(3)步骤③中选用足量的H2O2，H2O2可以将Fe2+氧化为Fe3+，且H2O2的还原产物为H2O，不会引入新的杂质，故理由是：将Fe2+全部氧化为Fe3+，不引入新的杂质。因为H2O2本身易分解，所以在加入时需分量加入，同时为了防止Fe3+水解，溶液要保持pH小于0.5；(4)为了出去可溶性的硫酸铵、铁离子等，需要经过的步骤为：加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)。
2.沉淀洗涤
(1)沉淀洗涤的目的：除去沉淀表面附着或沉淀中包夹的可溶性离子。
①水洗：洗去晶体表面的杂质离子(适用于溶解度小的物质)；
②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(适用于高温溶解度大、低温溶解度小的物质)。
(2)洗涤方法：向漏斗内加蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流出后，重复操作2～3次。
(3)误差分析：若沉淀不洗涤或洗涤不干净，则使沉淀的质量偏高。若沉淀洗涤次数过多，则会使部分沉淀溶解而使其质量偏低。
(4)沉淀是否洗涤干净的判断方法
答题模板
取最后一次洗涤液少量于试管中，滴加……（试剂），若没有……现象，证明沉淀已洗净
3．实验操作
答题模板
取少量待测液于试管中，滴加……（试剂，用量），若没有……现象，证明没有……；若出现……现象，证明含有……
当滴入最后一滴×××标准溶液后，溶液变成×××色，且半分钟内不恢复原来的颜色。
四、终点现象的描述：
【例6】（节选）锂被誉为“金属味精”，以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以β锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6，还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下：
Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表：
温度/℃
0
10
20
50
75
100
Li2CO3的溶解度/g
1．539
1．406
1．329
1．181
0．866
0．728
请回答下列问题：
反应Ⅳ生成Li2CO3沉淀，写出在实验室中得到Li2CO3沉淀的操作名称 ，洗涤所得Li2CO3沉淀要使用 (选填“热水”或“冷水”)，你选择的理由是_____________________________________________________________________________________。
【对点练习】
4.（节选）镍电池电极材料由Ni(OH)2、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。由于电池使用后电材料对环境有危害，某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究，设计实验流程如下：
已知：①NiCl2易溶于水，Fe3＋不能氧化Ni2＋。
②已知实验温度时的溶解度：NiC2O4＞NiC2O4·H2O＞NiC2O4·2H2O
③某温度下一些金属氢氧化物的Ksp及沉淀析出的pH如下表所示：
M(OH)n
Ksp
开始沉淀时pH
沉淀完全时的pH
Al(OH)3
1.9×10－23
3.4
4.2
Fe(OH)3
3.8×10－38
2.5
2.9
Ni(OH)2
1.6×10－14
7.6
9.8
(3) 检验电解滤液时阳极产生的气体的方是： 。
(5) 如何检验Ni(OH)3是否洗涤干净？ 。
5.取20.00mL富碘卤水放入＿＿＿（填仪器名称）中，将0.1 mol·L－1的酸性高锰酸钾溶液装入滴定管中，达到滴定终点的标志是________ ___。
6.“除杂”操作是加入适量过氧化氢，用氨水调节溶液的pH约为8.0，以除去硫酸铵溶液中少量Fe2＋。检验Fe2＋是否除尽的实验操作是________ ___。
七、滤液和滤渣的成分判断
◆熟记常见难溶于水微溶于水的物质
①盐酸盐：AgCl 、HgCl、CuCl ； ② 硫酸盐：BaSO4、PbSO4、CaSO4、Ag2SO4。
③碳酸盐、亚硫酸盐：除K、Na、NH4+外均难溶；④氢氧化物：除KOH、NaOH、Ba(OH)2、NH3·H2O外均难溶。
【例7】NiSO4是制备磁性材料和催化剂的重要中间体。用含镍废料(主要成分为NiO，含有少量CuO、FeO和SiO2)制备NiSO4并回收金属资源的流程如图：
下列说法错误的是( )
A．“酸溶”时应选用硫酸
B．滤渣2的成分为CuS和FeS
C．“操作1”为蒸发结晶
D．合理处理废弃物有利于保护环境和资源再利用
【答案】B
【解析】含镍废料(主要成分为NiO，含有少量CuO、FeO和SiO2)加入硫酸酸溶，滤渣1为SiO2，滤液1含有NiSO4、CuSO4、FeSO4，加入FeS，可除去Cu2+，生成滤渣2含有CuS，滤液2加入碳酸钠，可生成碳酸亚铁，加入硫酸溶液可生成硫酸亚铁，蒸发结晶得到硫酸亚铁晶体，滤液3含有NiSO4。A项，根据流程图分析最终目的是制备FeSO4·7H2O，为避免生成杂质，所以“酸溶”时应选用硫酸，A正确；B项，FeS可转化为溶解度更小的CuS，由于亚铁离子易被氧化，则滤液中可含有Fe3+，Fe3+氧化S2-生成S单质，则滤渣2的成分为CuS、FeS和S，B错误；C项，由溶液得到晶体，可用蒸发结晶的方法，C正确；D项，合理处理废弃物，可减少污染，有利于保护环境和资源再利用，D正确；故选B。
【对点练习】
7．由菱镁矿(主要成分为MgCO3、CaCO3、FeCO3、SiO2)制备高纯Mg(OH)2的一种工艺如下：
下列说法不正确的是( )
A．“煅烧”时FeCO3发生反应为4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2
B．“浸取”产生的气体X为NH3
C．“滤渣1”“滤渣2”分别为SiO2、CaSO4
D．“沉镁”所得的固体是否洗涤干净可用BaCl2溶液检验
【答案】C
【解析】菱镁矿通入空气中煅烧，得到MgO、CaO、Fe2O3，SiO2不反应，加入水和氯化铵，得到氨气、氯化镁、氯化钙，过滤，除去不溶解的SiO2、Fe2O3，所以“滤渣1”主要成分为SiO2、Fe2O3，向滤液中加入硫酸镁，氯化钙与硫酸镁反应生成硫酸钙的沉淀和氯化镁溶液，“滤渣2”为CaSO4，然后向滤液中加入氨气，得到氢氧化镁沉淀。过滤，得到高纯度的氢氧化镁。A项，煅烧碳酸亚铁，得到二氧化碳气体和氧化铁固体，反应方程式为：4FeCO3+O2 2Fe2O3+4CO2，A正确；B项，MgCO3经过煅烧得到MgO，加入水和氯化铵浸取，得到氯化镁、氨气和水，故“浸取”产生的气体 X 为 NH3，B正确；C项，由分析可知，“滤渣 1”为 SiO2和Fe2O3、“滤渣 2”为CaSO4，C错误；D项，“沉镁”步骤所得的固体进行洗涤，如果没有洗净，固体表面有残留的SO42-，加入BaCl2溶液，若产生白色沉淀，就证明未洗涤干净，否则洗涤干净，D正确；故选C。
八、氧化还原反应和反应方程式的相关信息
1．选择合适的氧化剂:不引入新的杂质，无污染等；
2．离子方程式的书写；
3．氧化还原反应方程式的书写。
思路:(1)、判断出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物
（2）配平三部曲
①电子守恒；
②电荷守恒；
③原子守恒。
九、相关计算
与Ksp、平衡常数相关的计算（计算pH、计算离子浓度）
【例8】（节选）铜镉渣主要含锌、铜、铁、镉(Cd)、钴(Co)等单质。湿法炼锌产生的铜镉渣用于生产金属镉的工艺流程如下：
表中列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(金属离子的起始浓度为0.1 mol·L－1)
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cd(OH)2
开始沉淀的pH
1.5
6.5
7.2
沉淀完全的pH
3.3
9.9
9.5
③若加入的H2O2不足，加入ZnO后所得的电解液中会含有Fe元素。请设计实验方案加以鉴别：______________________________________。
(4)处理含镉废水常用加入碳酸钙实现沉淀转化，该沉淀转化的反应方程式为___________________________________。除去工业废水中的Cd2＋时，若反应达到平衡后溶液中c(Ca2＋)＝0.1 mol·L－1，溶液中c(Cd2＋)＝________mol·L－1[已知25 ℃，Ksp(CdCO3)＝5.6×10－12，Ksp(CaCO3)＝2.8×10－9]。
【答案】③取待电解液少量于试管中，向其中滴加H2O2后再滴入KSCN溶液，若溶液变红{或向其中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀}，则待电解液中含有Fe元素(其他合理答案即可)
(4)CaCO3(s)＋Cd2＋(aq) ⇌ CdCO3(s)＋Ca2＋(aq) 2.0×10－4
【解析】③若加入的H2O2不足量，则待电解溶液中有Fe2＋残余。(4)除去废水中的Cd2＋时，若反应达到平衡后溶液中c(Ca2＋)＝0.1 mol/L，则溶液中的c(CO)＝Ksp(CaCO3)÷c(Ca2＋)＝2.8×10－9÷0.1＝2.8×10－8mol/L，溶液中c(Cd2＋)＝Ksp(CdCO3)÷c(CO)＝5.6×10－12÷2.8×10－8＝2×10－4 mol/L。
【例9】氧化铁黄(化学式为FeOOH)是一种黄色颜料，工业上以废铁为主要原料生产氧化铁黄的一种工艺流程如下：
(1)废铁在反应前常用热的纯碱溶液清洗表面油污，其原理是 (填离子方程式)。
(2)氧化过程生成氧化铁黄的化学方程式是 。
(3)检验洗涤是否完全的方法是 。
(4)色光度是产品质量的指标之一，合格氧化铁黄的色光度值范围为-0.5~0.5。
①氧化过程若温度太高，会导致产品颜色偏红，可能含有的杂质是 。
②氧化过程溶液pH对产率、色光度的影响如右图所示，氧化时应控制pH的合理范围是 ，pH过小导致产率较低的可能原因是 。
【答案】(1)CO32-+H2O ⇌ HCO3-+OH-
(2)4FeSO4+O2+8NaOH==4FeOOH↓+4Na2SO4+2H2O
(3)取少量最后一次的洗涤滤液于试管中，向其中滴入盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全，否则未洗涤完全
(4)①Fe2O3[或Fe(OH)3] ②3.5~4.0 pH过小导致氧化铁黄部分溶于酸(或抑制Fe3+水解等其他答案合理即可)
【解析】(1)纯碱的水溶液因Na2CO3的水解而显碱性，能使废铁表面的油污水解。(2)过量的废铁屑中加入浓硫酸后生成FeSO4，通入空气后，在碱性条件下被氧化成FeOOH。(3)因为在氧化过程中生成了Na2SO4，滤渣是否洗涤干净，主要看洗涤滤液中是否存在SO42-，若含有SO42-则未洗涤干净。(4)①铁的化合物中，Fe2O3、Fe(OH)3呈红褐色，故产品偏红是因为含有Fe2O3或Fe(OH)3。②由图数据看出，pH在3.5~4.0时，色光度值在合格范围内且产率较高；pH过小时，FeOOH能与H+反应，从而使得产率较低。
05 再议化工流程
【难点突破】
一、原料预处理的各种方法
1．粉碎或研磨：增大固液（或固气或固固）接触面积，加快反应（溶解）速率，增大原料的转化率（或浸取率）。
2．煅烧或灼烧：不易转化的物质转为容易提取的物质；其他矿转化为氧化物；除去有机物；除去热不稳定的杂质。
3．浸取：向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等。
4．酸浸：溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等。
5．碱浸：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH促进水解（沉淀）。
6．水浸：与水接触反应或溶解。
7．水洗：用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等。
8．浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少。
【例1】（节选）硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
回答下列问题：
(1) 步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是_________________。
【答案】(1) 碱煮水洗
【解析】(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，油污在碱性条件下容易水解，所以工业上常常用热的碳酸钠溶液清洗，即碱煮水洗。
【对点练习】
1．MgSO4·7H2O可用于造纸、纺织、陶瓷、油漆工业，也可在医疗上用作泻盐。某工业废渣主要成分是MgCO3，另外还有CaCO3、SiO2等杂质。从此废渣中回收MgSO4·7H2O的工艺如下：第一不用硫酸浸出。 “浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有 （要求写出任意一条）。
二、调节溶液的PH:
1．目的：使溶液中的…………金属阳离子形成氢氧化物完全沉淀下来而除去。
2．需要的物质：含主要阳离子的难溶性氧化物或氢氧化物或碳酸盐，即能与H+反应，是PH增大的物质如用MgO、Mg（OH）2等等。
3．原则：不管是调高还是调低，原则都是加过量的除杂剂而不引进新的杂质，这里分两种情况（1）如果要得到滤液，可加固体沉淀剂消耗H＋或OH—，如除去含Cu2+溶液中混有的Fe3+,可通过加入CuO、Cu(OH)2、Cu(OH)2CO3等；（2）要得到滤渣，则需加入碱性溶液，如氨水或氢氧化钠溶液。调低PH值的原则与调高PH的原则相同。
4．PH控制的范围：大于除去离子的完全沉淀值，小于主要离子的开始沉淀的PH。
5．题目呈现方式：题中通常会以表格数据形式，或“已知信息”给出需求的适宜PH范围的信息（大于除去离子的完全沉淀值，小于主要离子的开始沉淀的PH）；
6．解题步骤：（1）判断溶液呈酸(或碱)性；（2）判断调高还是调低；（3）选择合适的调节试剂。
【例2】（节选）铜镉渣主要含锌、铜、铁、镉(Cd)、钴(Co)等单质。湿法炼锌产生的铜镉渣用于生产金属镉的工艺流程如下：
表中列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(金属离子的起始浓度为0.1 mol·L－1)
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cd(OH)2
开始沉淀的pH
1.5
6.5
7.2
沉淀完全的pH
3.3
9.9
9.5
(1)酸浸时粉碎铜镉渣的目的是_______________________________。
(2)操作Ⅰ产生的滤渣主要成分为____________(填化学式)。
(3)①操作Ⅲ中先加入适量H2O2，发生反应的离子方程式为_______ ___________。
②再加入ZnO控制反应液的pH，pH范围为________，判断依据是___________________________ ____ ___。
【答案】(1)增大与酸的接触面积，加快反应速率，提高原料的浸出率
(2)Cu (3)①2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
②3.3≤pH＜7.2 根据表格中的信息可知在3.3≤pH＜7.2时，能确保Fe3＋沉淀完全，而Cd2＋不会沉淀
【解析】(2)加入稀H2SO4，Zn、Fe、Cd、Co都与稀H2SO4反应，只有Cu不反应，故滤渣为Cu。(3)①加入适量H2O2，将Fe2＋氧化为Fe3＋，根据氧化还原规则和质量守恒可知反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。②加入ZnO提高pH，将Fe3＋转化为Fe(OH)3过滤除去，同时不能损失Cd2＋，所以控制反应液的pH范围为3.3～7.2。
【例3】（节选）氧化铁是一种重要的无机材料，化学性质稳定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐热性和对紫外线的屏蔽性，从某种工业酸性废液(主要含Na＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋、Al3＋、Cl－、SO42—)中回收氧化铁流程如图所示：
已知：常温下Ksp[Mg(OH)2]＝1.2×10－11；Ksp[Fe(OH)2]＝2.2×10－16；Ksp[Fe(OH)3]＝3.5×10－38；Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－33
(3)常温下，根据已知条件计算在pH＝5的溶液中，理论上下列微粒在该溶液中可存在的最大浓度c(Fe3＋)＝_________。
(4)有人用氨水调节溶液pH，在pH＝5时将Fe(OH)3沉淀出来，此时可能混有的杂质是____________(填化学式，下同)，用___________试剂可将其除去。
【答案】 (3)3.5×10－11 mol/L (4)Al(OH)3 NaOH
【解析】 (3)溶液pH=5，则c(OH-)=10-9mol•L-1，根据Ksp[Fe(OH)3]=3.5×10-38，则c(Fe3+)==3.5×10-11mol•L-1；(4)根据Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33，可计算出溶液pH=5时，c(OH-)=10-9mol•L-1，c(Al3+)==1.0×10-6＜1.0×10-5，Al3+也几乎完全沉淀，Mg2+没有沉淀故可能混有的杂质是Al(OH)3；Al(OH)3溶于强碱，而Fe(OH)3不溶，故可用NaOH溶液除去。
【对点练习】
2．欲降低废水中重金属元素铬的毒性，可以将Cr2O72-转化为Cr(OH)3沉淀除去。已知Cr3＋的氢氧化物开始沉淀的pH和完全沉淀的pH分别为5.0和7.0，Fe3+的氢氧化物开始沉淀的pH和完全沉淀的pH分别为2.7和3.7，Fe2+的氢氧化物开始沉淀的pH和完全沉淀的pH分别为7.6和9.6。（1）某含铬废水处理的主要流程如图所示：
调节溶液pH至 ，可使得到的金属阳离子Fe3+和Cr3+沉淀完全。
3．硫酸工业中废渣的成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO。某探究性学习小组的同学设计以下方案，进行硫酸渣中金属元素的提取实验。
已知：阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH：
沉淀物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mg(OH)2
pH
3.4
5.2
12.4
一水合氨电离常数Kb=1.8×10－5，其饱和溶液中c(OH－)约为1×10-3mol·L-1。
（2）上述流程中两次使用试剂X，推测试剂X是 （填以下字母编号）
A．水 B．氧化铝 C．氨水 D．氢氧化钠
三、体系环境氛围及其它条件的控制
（1）蒸发或结晶时，加入相应的酸或碱，以抑制某些盐的水解；
（2）需要在HCl气流中干燥FeCl3、AlCl3 、MgCl2等含水晶体，以防止水解。如从海水中提取镁，从MgCl2的溶液里结晶析出的是氯化镁结晶水合物，电解熔化氯化镁才能制得金属镁，要去除氯化镁晶体中的结晶水需要在HCl气流中加热，否则煅烧所得的最后固体不是MgCl2，而是熔点更高的MgO， 具有相似情况的还有FeCl3 、AlCl3等；
（3）营造还原性氛围：加热煮沸酸液后再冷却，其目的是排除酸溶液中的氧气，如用废铁制备绿矾晶体，需要把硫酸加热煮沸后再加入，同时还不能加入过量，防止Fe2+被氧化；
（4）营造氧化性氛围：加入氧化剂进行氧化，如加入绿色氧化剂 H2O2 将 Fe2+ 氧化转化为Fe3+等 。
四、温度的控制
1．加热：（1）加快反应速率或溶解速率；（2）促进平衡向吸热方向移动；（3）除杂，除去热不稳定的杂质，如NaHCO3 、Ca(HCO3)2、KMnO4、I2、NH4Cl等物质；（4）使沸点相对较低或易升华的原料气化。
2．降温：（1）防止某物质在高温时会溶解(或分解) ；（2）使化学平衡向着题目要求的方向移动（放热方向）；（3）使某个沸点较高的产物液化，使其与其他物质分离；（4）降低晶体的溶解度，减少损失。
3．控温（用水浴或油浴控温便于控温且受热均匀）：（1）防止某种物质温度过高时会分解或挥发；（2）为了使某物质达到沸点挥发出来；（3）使催化剂的活性达到最好；（4）防止副反应的发生；降温或减压可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的要求；（5）若题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要根据它们的溶解度随温度升高而改变的情况，寻找合适的结晶分离方法 ( 蒸发结晶或冷却结晶) 。
【例4】（节选）硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
回答下列问题：
(2)步骤②需要加热的目的是_________________，温度保持80~95 ℃，采用的合适加热方式是_________________。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为__________(填标号)。
【答案】 (2)加快反应速率 水浴加热 C
【解析】 (2)步骤②需要加热的目的是为了加快反应速率；温度保持80~95 ℃，由于保持温度比较恒定且低于水的沸点，故采用的合适加热方式是水浴加热(热水浴)；铁屑中含有少量硫化物，硫化物与硫酸反应生成硫化氢气体，可以用氢氧化钠溶液吸收，为了防止倒吸可以加装倒置的漏斗，故选择C装置。
五、浓度、压强的控制
1．增大反应物浓度 、 加压：（1）可加快反应速率 。对气体分子数减少的反应，加压使平衡向生成物方向移动。但压强太大，动力消耗更多，设备要求更高，成本增加，故必须综合考虑；（2）加压一般是提高气体反应物浓度措施 ，在气体和固体、液体反应的体系中并不适宜；（3）生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率。
2．减压蒸馏：减小压强，降低液体的沸点，防止(如浓HNO3、NH3.H2O、H2O2、NH4HCO3)等物质分解。
六、除杂、实验操作类
1．盐溶液的分离提纯方法：结晶法
（1）纯物质溶液得到晶体：蒸发结晶（NaCl型）；蒸发浓缩（至有晶膜出现为止），冷却结晶（KNO3型和含有结晶水的晶体）。
（2）混合溶液（分离A和B）：蒸发结晶，趁热过滤（得NaCl型），将滤液冷却结晶，过滤（得KNO3型）。
（3）由FeCl3、AlCl3、CuCl2、MgCl2等溶液获取对应晶体，采取的措施是：在干燥的HCl气氛中加热蒸干。
模板：加热浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥
仪器：蒸发皿、玻璃棒、烧杯
【例5】（节选）硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
回答下列问题：
(3)步骤③中选用足量的H2O2，理由是_________________。分批加入H2O2，同时为了_________________，溶液要保持pH小于0.5。
(4)步骤⑤的具体实验操作有______________，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
【答案】(3) 将Fe2+全部氧化为Fe3+，不引入新的杂质 因为H2O2本身易分解，所以在加入时需分量加入，同时为了防止Fe3+水解 (4) 加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
【解析】(3)步骤③中选用足量的H2O2，H2O2可以将Fe2+氧化为Fe3+，且H2O2的还原产物为H2O，不会引入新的杂质，故理由是：将Fe2+全部氧化为Fe3+，不引入新的杂质。因为H2O2本身易分解，所以在加入时需分量加入，同时为了防止Fe3+水解，溶液要保持pH小于0.5；(4)为了出去可溶性的硫酸铵、铁离子等，需要经过的步骤为：加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)。
2.沉淀洗涤
(1)沉淀洗涤的目的：除去沉淀表面附着或沉淀中包夹的可溶性离子。
①水洗：洗去晶体表面的杂质离子(适用于溶解度小的物质)；
②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(适用于高温溶解度大、低温溶解度小的物质)。
(2)洗涤方法：向漏斗内加蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流出后，重复操作2～3次。
(3)误差分析：若沉淀不洗涤或洗涤不干净，则使沉淀的质量偏高。若沉淀洗涤次数过多，则会使部分沉淀溶解而使其质量偏低。
(4)沉淀是否洗涤干净的判断方法
答题模板
取最后一次洗涤液少量于试管中，滴加……（试剂），若没有……现象，证明沉淀已洗净
3．实验操作
答题模板
取少量待测液于试管中，滴加……（试剂，用量），若没有……现象，证明没有……；若出现……现象，证明含有……
当滴入最后一滴×××标准溶液后，溶液变成×××色，且半分钟内不恢复原来的颜色。
四、终点现象的描述：
【例6】（节选）锂被誉为“金属味精”，以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以β锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6，还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下：
Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表：
温度/℃
0
10
20
50
75
100
Li2CO3的溶解度/g
1．539
1．406
1．329
1．181
0．866
0．728
请回答下列问题：
反应Ⅳ生成Li2CO3沉淀，写出在实验室中得到Li2CO3沉淀的操作名称 ，洗涤所得Li2CO3沉淀要使用 (选填“热水”或“冷水”)，你选择的理由是_____________________________________________________________________________________。
【对点练习】
4.（节选）镍电池电极材料由Ni(OH)2、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。由于电池使用后电材料对环境有危害，某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究，设计实验流程如下：
已知：①NiCl2易溶于水，Fe3＋不能氧化Ni2＋。
②已知实验温度时的溶解度：NiC2O4＞NiC2O4·H2O＞NiC2O4·2H2O
③某温度下一些金属氢氧化物的Ksp及沉淀析出的pH如下表所示：
M(OH)n
Ksp
开始沉淀时pH
沉淀完全时的pH
Al(OH)3
1.9×10－23
3.4
4.2
Fe(OH)3
3.8×10－38
2.5
2.9
Ni(OH)2
1.6×10－14
7.6
9.8
(3) 检验电解滤液时阳极产生的气体的方是： 。
(5) 如何检验Ni(OH)3是否洗涤干净？ 。
5.取20.00mL富碘卤水放入＿＿＿（填仪器名称）中，将0.1 mol·L－1的酸性高锰酸钾溶液装入滴定管中，达到滴定终点的标志是________ ___。
6.“除杂”操作是加入适量过氧化氢，用氨水调节溶液的pH约为8.0，以除去硫酸铵溶液中少量Fe2＋。检验Fe2＋是否除尽的实验操作是________ ___。
七、滤液和滤渣的成分判断
◆熟记常见难溶于水微溶于水的物质
①盐酸盐：AgCl 、HgCl、CuCl ； ② 硫酸盐：BaSO4、PbSO4、CaSO4、Ag2SO4。
③碳酸盐、亚硫酸盐：除K、Na、NH4+外均难溶；④氢氧化物：除KOH、NaOH、Ba(OH)2、NH3·H2O外均难溶。
【例7】NiSO4是制备磁性材料和催化剂的重要中间体。用含镍废料(主要成分为NiO，含有少量CuO、FeO和SiO2)制备NiSO4并回收金属资源的流程如图：
下列说法错误的是( )
A．“酸溶”时应选用硫酸
B．滤渣2的成分为CuS和FeS
C．“操作1”为蒸发结晶
D．合理处理废弃物有利于保护环境和资源再利用
【答案】B
【解析】含镍废料(主要成分为NiO，含有少量CuO、FeO和SiO2)加入硫酸酸溶，滤渣1为SiO2，滤液1含有NiSO4、CuSO4、FeSO4，加入FeS，可除去Cu2+，生成滤渣2含有CuS，滤液2加入碳酸钠，可生成碳酸亚铁，加入硫酸溶液可生成硫酸亚铁，蒸发结晶得到硫酸亚铁晶体，滤液3含有NiSO4。A项，根据流程图分析最终目的是制备FeSO4·7H2O，为避免生成杂质，所以“酸溶”时应选用硫酸，A正确；B项，FeS可转化为溶解度更小的CuS，由于亚铁离子易被氧化，则滤液中可含有Fe3+，Fe3+氧化S2-生成S单质，则滤渣2的成分为CuS、FeS和S，B错误；C项，由溶液得到晶体，可用蒸发结晶的方法，C正确；D项，合理处理废弃物，可减少污染，有利于保护环境和资源再利用，D正确；故选B。
【对点练习】
7．由菱镁矿(主要成分为MgCO3、CaCO3、FeCO3、SiO2)制备高纯Mg(OH)2的一种工艺如下：
下列说法不正确的是( )
A．“煅烧”时FeCO3发生反应为4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2
B．“浸取”产生的气体X为NH3
C．“滤渣1”“滤渣2”分别为SiO2、CaSO4
D．“沉镁”所得的固体是否洗涤干净可用BaCl2溶液检验
【答案】C
【解析】菱镁矿通入空气中煅烧，得到MgO、CaO、Fe2O3，SiO2不反应，加入水和氯化铵，得到氨气、氯化镁、氯化钙，过滤，除去不溶解的SiO2、Fe2O3，所以“滤渣1”主要成分为SiO2、Fe2O3，向滤液中加入硫酸镁，氯化钙与硫酸镁反应生成硫酸钙的沉淀和氯化镁溶液，“滤渣2”为CaSO4，然后向滤液中加入氨气，得到氢氧化镁沉淀。过滤，得到高纯度的氢氧化镁。A项，煅烧碳酸亚铁，得到二氧化碳气体和氧化铁固体，反应方程式为：4FeCO3+O2 2Fe2O3+4CO2，A正确；B项，MgCO3经过煅烧得到MgO，加入水和氯化铵浸取，得到氯化镁、氨气和水，故“浸取”产生的气体 X 为 NH3，B正确；C项，由分析可知，“滤渣 1”为 SiO2和Fe2O3、“滤渣 2”为CaSO4，C错误；D项，“沉镁”步骤所得的固体进行洗涤，如果没有洗净，固体表面有残留的SO42-，加入BaCl2溶液，若产生白色沉淀，就证明未洗涤干净，否则洗涤干净，D正确；故选C。
八、氧化还原反应和反应方程式的相关信息
1．选择合适的氧化剂:不引入新的杂质，无污染等；
2．离子方程式的书写；
3．氧化还原反应方程式的书写。
思路:(1)、判断出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物
（2）配平三部曲
①电子守恒；
②电荷守恒；
③原子守恒。
九、相关计算
与Ksp、平衡常数相关的计算（计算pH、计算离子浓度）
【例8】（节选）铜镉渣主要含锌、铜、铁、镉(Cd)、钴(Co)等单质。湿法炼锌产生的铜镉渣用于生产金属镉的工艺流程如下：
表中列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(金属离子的起始浓度为0.1 mol·L－1)
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cd(OH)2
开始沉淀的pH
1.5
6.5
7.2
沉淀完全的pH
3.3
9.9
9.5
③若加入的H2O2不足，加入ZnO后所得的电解液中会含有Fe元素。请设计实验方案加以鉴别：______________________________________。
(4)处理含镉废水常用加入碳酸钙实现沉淀转化，该沉淀转化的反应方程式为___________________________________。除去工业废水中的Cd2＋时，若反应达到平衡后溶液中c(Ca2＋)＝0.1 mol·L－1，溶液中c(Cd2＋)＝________mol·L－1[已知25 ℃，Ksp(CdCO3)＝5.6×10－12，Ksp(CaCO3)＝2.8×10－9]。
【答案】③取待电解液少量于试管中，向其中滴加H2O2后再滴入KSCN溶液，若溶液变红{或向其中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀}，则待电解液中含有Fe元素(其他合理答案即可)
(4)CaCO3(s)＋Cd2＋(aq) ⇌ CdCO3(s)＋Ca2＋(aq) 2.0×10－4
【解析】③若加入的H2O2不足量，则待电解溶液中有Fe2＋残余。(4)除去废水中的Cd2＋时，若反应达到平衡后溶液中c(Ca2＋)＝0.1 mol/L，则溶液中的c(CO)＝Ksp(CaCO3)÷c(Ca2＋)＝2.8×10－9÷0.1＝2.8×10－8mol/L，溶液中c(Cd2＋)＝Ksp(CdCO3)÷c(CO)＝5.6×10－12÷2.8×10－8＝2×10－4 mol/L。
【例9】氧化铁黄(化学式为FeOOH)是一种黄色颜料，工业上以废铁为主要原料生产氧化铁黄的一种工艺流程如下：
(1)废铁在反应前常用热的纯碱溶液清洗表面油污，其原理是 (填离子方程式)。
(2)氧化过程生成氧化铁黄的化学方程式是 。
(3)检验洗涤是否完全的方法是 。
(4)色光度是产品质量的指标之一，合格氧化铁黄的色光度值范围为-0.5~0.5。
①氧化过程若温度太高，会导致产品颜色偏红，可能含有的杂质是 。
②氧化过程溶液pH对产率、色光度的影响如右图所示，氧化时应控制pH的合理范围是 ，pH过小导致产率较低的可能原因是 。
【答案】(1)CO32-+H2O ⇌ HCO3-+OH-
(2)4FeSO4+O2+8NaOH==4FeOOH↓+4Na2SO4+2H2O
(3)取少量最后一次的洗涤滤液于试管中，向其中滴入盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全，否则未洗涤完全
(4)①Fe2O3[或Fe(OH)3] ②3.5~4.0 pH过小导致氧化铁黄部分溶于酸(或抑制Fe3+水解等其他答案合理即可)
【解析】(1)纯碱的水溶液因Na2CO3的水解而显碱性，能使废铁表面的油污水解。(2)过量的废铁屑中加入浓硫酸后生成FeSO4，通入空气后，在碱性条件下被氧化成FeOOH。(3)因为在氧化过程中生成了Na2SO4，滤渣是否洗涤干净，主要看洗涤滤液中是否存在SO42-，若含有SO42-则未洗涤干净。(4)①铁的化合物中，Fe2O3、Fe(OH)3呈红褐色，故产品偏红是因为含有Fe2O3或Fe(OH)3。②由图数据看出，pH在3.5~4.0时，色光度值在合格范围内且产率较高；pH过小时，FeOOH能与H+反应，从而使得产率较低。
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