剖析07工藝流程中循環物質的確定

知識講解

前面反應步驟的反應物f在流程圖上標注每一步物質

后面反應步驟的生成物1循環物1在流程中加入的物質，在后

一-*續步驟中會產生可以循環利

從流程圖上看：箭頭回頭一質確定用的物質（濾渣、濾液）

容易分離—1f可逆反應中有可以循環利用的物質

循環物質的確定

（1）流程圖中回頭箭頭的物質。

（2）生產流程中后面新生成或新分離的物質（不要忽視結晶后的母液），可能是前面某一步

反應的相關物質。

典型例題

【例1】利用綠柱石（主要化學成分為BeO、AI2O3、Si°2,還含有少量FeO和Fez03）冶煉Be的一種工藝流

程如下。

石灰石濃硫酸硫酸鏤氨水氨水

已知：①Ksp[Fe(OH)3]=l()H

②鍍及其化合物的性質與處于周期表對角線的鋁相似。

回答下列問題：

（7）該流程中能循環使用的物質是（填化學式）。

【例2】含苯酚的工業廢水處理的流程圖如下:

(1)上述流程里，設備I中進行的是操作(填寫操作名稱)。實驗室里這一步操作可以用

進行(填寫儀器名稱)。

(2)由設備n進入設備III的物質A是,由設備III進入設備W的物質B是0

(3)在設備III中發生的化學方程式為o

(4)在設備IV中，物質B的水溶液和CaO反應后，產物是NaOH和,通過操作(填

寫操作名稱)可以使產物相互分離。

(5)圖中能循環使用的物質是C6H6、CaO、、0

【例3】工業上以銘系和非銘系電鍍污泥［均含有Cu(II)、Ni(II)、Fe(H)、Al(III)的氫氧化物，前者還含有

Cr(III)的氫氧化物］為主要原料綜合回收銅、鎮的工藝流程如圖：

231

已知：I.FePO,、CrPO,、A1PO4、電（POJ的K$p依次為LexlO^、2.4xl0-\5.8x10"、s.OxlO;

II.Cr及其化合物的性質與Al類似。

回答下列問題:

(6)流程中除了有機相之外，可以循環利用的物質除Na3PC\外還有(填化學式)。

課后鞏固

1.氯化鏤焙燒菱銃礦(主要成分為MnCO3,含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素)制備高純度碳酸銃的工藝

流程如下：

氯化鏤

已知：①相關金屬離子［c(Mn+)=0.1mol?L』形成氫氧化物沉淀時的pH如下:

金屬離子AF+Fe3+Fe2+Ca2+Mn2+Mg2+

開始沉淀的pH3.81.56.510.68.19.6

沉淀完全的pH5.23.79.712.610.111.6

②常溫下，CaB、MgB的溶度積分別為1.46X10T°、7.42X10T。

回答下列問題:

(6)流程中能循環利用的固態物質是(填化學式)。

2.三甲基錢［Ga(CH3%］是制造氮化保光電材料和GaAs太陽能電池的源材料，其制備工藝流程如下:

Et2OCH3INR3

錢鎂合金

Ga(CH)

(Ga2Mg5)33

已知：Et2O(乙醛)為溶劑，同時Etq和NRs在流程中均作配體；相關物質沸點如下:

物質Ga(CH3)3Et2OCH3INR3

沸點/℃55.734.642.4365.8

回答下列問題:

(3)該流程中可以循環利用的物質有。

3.褚是一種戰略性金屬，廣泛應用于光學及電子工業領域。一種用鋅浸渣(主要含ZnFez。,、CaSO4,另含

少量ZnS、SiO2以及GeS?)提取Ge和ZnSO/H。的工藝流程如下：

H,0,、H,SO”化合物AHC1

已知：①褚在硫酸中的存在形式：pHW2.0時主要為Ge4+,pH=2~7時主要為Ge(。H)4。

4638

②常溫下，^sp[Ge(OH)4]=4.0xlO-,7fsp[Fe(OH)3]=4.0X10o

請回答下列問題：

(l)Ge是第四周期第WA族元素，其基態原子的價層電子排布式為o

(2)“氧化酸浸”工序中，溶液pH21.5,浸渣的主要成分為Si?！礢和(填化學式)；GeS?被雙氧

水氧化的離子方程式為0

(3)“中和沉淀”工序中，所加化合物A為(填一種物質的化學式)；調節溶液pH=4.4,Ge和Fe

共沉淀，此時濾液中c(Ge4+):c(Fe3+)=。

⑷①ZnSO"在水溶液中的溶解度曲線如圖所示，則從濾液中回收ZnSOrHzO的操作為蒸發濃

縮、、洗滌、干燥。

②用惰性電極電解ZnSO&溶液可制取金屬鋅，電解后的溶液可在上述流程中___________工序循環使用。

4.鈿(Pd)是航天、航空等高科技領域不可缺少的關鍵材料。一種從鉗鈿精礦[含有Pt、Pd、Au、Cu、Bi]

中分離提取鋁的工藝流程如圖所示:

濾液3N2、NH4cl

⑴“濾液1”中含有H［CuCL］和BiCL,H［CuCL］中Cu的化合價為；Bi與As在周期表中位于同一

主族，基態As原子的簡化電子排布式為o

(2)“氯化溶解”時氯氣的作用是o

(3)“分金時，HAuJ的氧化性—(填“大于”或“小于")H2PtCl6,理由是。

(4)“沉鉗”時發生反應的化學方程式為。

(5)“沉耙”時反應的化學方程式為?！盀V液3”可以進入到中循環利用。

5.以菱鎂礦(主要成分為MgCO-含少量竽。2尸62。3和AI2O3)為原料制備氟化鎂的工藝流程如下

NaOH溶液/加熱NH4cl溶液NH4F

,I,I?

菱鎂礦一―3浸出?-x沉降iMgF2

濾液廢渣氨氣

⑴“堿浸”步驟所得濾液中溶質除NaOH、NaAiOs外還有。

⑵“浸出”步驟主要反應的離子方程式為,所得廢渣成分為o

(3)“沉降，步驟中，按物質的量之比n(NH4F)：n(Mg2+)=2:l加入NH4F沉鎂，充分反應后，c(F■卜

moLL-［已知Ksp(MgB)=4.0xl(T9moi3.匚2］；該步需要控制溶液的pH范圍為7~10,原因是。

(4)上述流程中循環利用的物質為o

6.甘肅礦產資源豐富，鍥、鉆、箱等金屬儲量全國領先，有色金屬冶煉在國民經濟發展有著重要作用。利

用紫硫鎮鐵礦石提取粗銀并回收鐵、銅、鉆等元素的工藝流程如下：

適量。2、NH3>383K、稀硫酸、

紫硫銀

鐵礦石

(含NiS、FeS、

CuS、CoS及

Ni、Cu)

濾渣2

已知：①“加壓氨浸''過程中銀硫化物發生反應的方程式為：

NiS+4FeS+7O2+10NH3+2H2O^[Ni(NH3)6]SO4+2Fe2O3+2(NH4)2S2O3；在此過程中，鉆硫化物的反應與

鎮硫化物相似。

②以上流程中均無S02產生。

請回答：

(1)濾渣1的主要成分為O

(2)結合下列圖表選擇“加壓氨浸”的最佳條件。

%

/

樹S

汨S

嶇

黑I

551-----------1-----------1----------1-----------1551------1--------1-----------1------1-----------1

0.40.81.21.62.080100120140160180

氧分壓/MPa浸出溫度/℃

(3)“加壓氨浸”過程中“加壓''的目的是、;Cu發生反應的化學方程式為

(4)“加壓氧化”的目的是氧化殘留的(填離子符號)。

(5)“除鉆”過程中發生反應的離子方程式為o

⑹流程中可以循環利用的物質有(填化學式)-

7.銅陽極泥分銀渣中含有多種有價元素，其中鉛元素主要以PbSC>4形式存在，錫元素主要以二氧化錫形式

存在，領元素主要以硫酸領形式存在，少量金和銀以單質形式存在。通過碳酸轉鉛-鹽酸浸鉛-碳酸轉鋼-鹽

酸浸鐵工藝流程實現Pb、Ba、Au、Ag、Sn的高效分離與綜合利用，流程如圖所示：

硫酸鋼

f濾液硫酸鉛步驟6

Na2so4、Na2co3、鉛碳酸化鹽酸黑A

分銀渣「―濾液

FS轉化鉛Na'CO：溶液山必八鹽酸

步驟2f分鉛渣-一f~?碳酸鋼渣

步驟4步驟5」分鋼渣

Sri。2精礦

鹽酸

NaCl、NaClO3浸出液嗜暮”含銀、金貴金屬

步驟7

已知：

①在25℃下，PbSC^溶度積為L6xlO-8,PbCOs溶度積為7.4xlOT4,BaSC>4溶度積為1.08x107°,BaCC>3溶度積

為8.1x10-9。

②Sri。?不溶于水、稀酸，溶于濃硫酸和濃鹽酸。

回答下列問題:

(1)分銀渣需要磨碎的目的是

(2)步驟1中主要反應的離子方程式是,步驟1中加入硫酸鈉的目的是

(4)步驟7中金、銀轉化為HAuCjNa2[AgCl3]o銀轉化的離子方程式是

(6)整個流程中需要循環利用的一種再生物質是

8.工業上以銘鐵礦(主要成分FeOCnCh,含AI2O3、SiCh等雜質)為主要原料制備紅機鈉(Na2Cr2O7?H2O)的

工藝流程如圖a?；卮鹣铝袉栴}：

濾渣濾渣副產品用2。07?2%0

圖a

(1)“焙燒”時，將礦料磨碎且氣體與礦料逆流而行，其目的是。

(2)“焙燒”的目的是將FeOCnCh轉化為NazCrCU,并將Al、Si氧化物轉化為可溶性鈉鹽，寫出焙燒時FeOCrzCh

發生的化學方程式。

(3)礦物中相關元素可溶性組分物質的量濃度c與pH的關系如圖b所示。當溶液中可溶組分濃度

cgLOxlO5moi/L時，可認為已除盡。

(

T

O

U

V

W。

試分析：“中和”時pH的理論范圍為；“酸化”的目的是；Fe元素在___________(選

填流程圖a中操作步驟的名稱)過程中除去。

(4)蒸發結晶步驟中的副產品主要是o冷卻結晶所得母液中，除NazCnCh外，可在上述流程中

循環利用的物質還有

9.含銅豐富的自然資源黃銅礦(CuFeS?)冶煉銅的工藝流程如下:

已知：CuFeS2+3CUC12=4CuCl+FeCl2+2S。

CuCk溶液濃鹽酸調節pH

(5)“濾液2”中可以循環使用的物質為HC1、，為保持流程持續循環，每生成ImolCu,理論上需補充

CuCl?的物質的量為

10.五氧化二釧(丫2。5)可用于冶煉帆鐵、用作合金添加劑、化工催化劑等。工業上利用石煤礦粉(主要含V2O3

及少量AI2O3、SiCh)為原料生產V2O5的工藝流程如下：

氣體水氣體

NaCl(s)ICa(OH)2(NH4)2CO3NH4clII

石煤礦粉轉化------------?沉帆煨燒——V2O5

0,水蒸氣濾渣I濾液I濾渣II濾液II

已知:

①“水溶’,、“轉沉’,、“轉化,，后，所得含機物質分別為NaVCh、Ca3(VO4)2>(NHRVCU。

②不同pH下，正五價鋼在溶液中主要存在形式見下表:

PH4?66?88-1010?12

主要離子VO：VO-VO：

丫2。；

③25℃時，/(NH4Vo3)=1.6x10-3。

回答下列問題：

(1)“焙燒”時，V2O3發生反應的化學方程式為。

(2)“濾渣I”的成分為(填化學式，下同)，“濾液I”中溶質的成分為=

⑶先“轉沉”后“轉化”的目的是o

(4)“濾渣II”經高溫煨燒后水浸，所得物質可導入到操作中循環使用。

11.鎰在冶金工業、電子工業、電池工業、農業生產等方面都有廣泛應用，某軟鎰礦的主要成分為MnOz、

SiO2,CaO)和少量的MgO、CuO,一種利用廢鐵屑還原浸出該軟銃礦并制取金屬錦的工藝流程如圖所示:

廢鐵屑

NH4Fe3(SO4)2(OH)6

99

已知：Ksp(CaE)=5.3xlO-,Ksp(MgI^)=6.5xlO-o

回答下列問題：

(1)廢鐵屑表面含有油脂，在使用前需進行處理，方法是。

⑵寫出“浸出"時Fe與MnO?反應的離子方程式：。

(3)“除鐵”時加入CaCOs的主要作用是；濾渣A的主要成分為(填化學式)。

(4)“除鈣鎂”時，當鈣離子和鎂離子沉淀完全時，溶液中c(Ca"):c(Mg2+)=。

(5)電解硫酸銃溶液(陽極為惰性電極，陰極為不銹鋼合金)的裝置示意圖如圖所示。

電解時Mn在______（填“陰”或“陽”）極析出，陽極的電極反應式為,陽極室的溶液可返回上述

“”工序循環利用。

12.被的氧化物廣泛應用于原子能、航天、電子、陶瓷等領域，是重要的戰略物資。利用綠柱石（主要化學

成分為（BesALSieC^,還含有一定量的FeO和FeQ）生產BeO的一種工藝流程如下。

綠柱石濃硫酸硫酸鏤氨水氨水

殘渣濾渣濾渣濾液

回答問題：

⑴Be3A1§6。|8中Be的化合價為=

（2）粉碎的目的是；殘渣主要成分是（填化學式）。

（3）該流程中能循環使用的物質是（填化學式）。

13.生產芯片的半導體材料有硅、錯、碑化錢等，應用比較廣泛的是硅。硅可由石英砂（主要成分是二氧化

硅）制得，制備高純硅的主要工藝流程如圖所示：

①木炭r②HC1SiHCl?>SiHCl④H,

（石央砂）（粗硅）---------->33-------——>（高純硅）

高溫300℃以上（粗）（純）1084℃

資料：①SiHC"能與HQ劇烈反應，在空氣中易自燃；

②粗SiHCU（沸點33.0℃）中含有少量SiC"沸點57.6℃）和HC1（沸點-84.7℃）

⑴流程①焦炭體現了（填“氧化性”或“還原性”）。

（2）流程③提純SiHCh的方法是。

（3）流程④的化學反應為置換反應，寫出其化學方程式：o

流程④制備高純硅的裝置如圖(熱源及夾持裝置略去):

(4)若要從下列玻璃儀器中選擇部分來組裝A處的氣體發生裝置，需要的是(填編號)：

a.分液漏斗b.燒瓶c.酒精燈d.大試管e.漏斗f.燒杯g.導管

(5)裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是o

(6)為保證制備高純硅實驗的成功，操作的關鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應溫度以及,該

流程中能夠循環利用的物質是o

14.GaAs是一種重要的半導體材料。一種以粉煤灰(主要成分為SiO2,含少量FezCh、AI2O3、GazCh等)為

原料制備GaAs的工藝流程如下：

硫酸鉉氨水NaOH溶液As

NH3高硅渣母液

353339

已知：Ksp[Ga(OH)3]=1.0xlO-,Ksp[A1(OH)3]-1.0x10,Ksp[Fe(OH)3]-2.8xIO

回答下列問題：

(1)基態Ga原子的價層電子排布式為。

⑵焙燒工序中Ga2O3與(NH4)2SO4反應的化學方程式為o

(3)母液中主要成分經分離、提純后，可返回工序循環利用。

2

15.從銅氨廢液｛含[CU(NH3)3-CO]+、[CU(NH3)2J\[CU(NH3)J\NH3,CH3coeF、CO?等｝中回

收銅的工藝流程如圖:

過

濾