2020年真题+高考模拟题 专项版解析 化学——15 工艺流程题（教师版）

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专题 15 工艺流程题
1．（2020 年山东新高考）以菱镁矿(主要成分为 MgCO3，含少量 SiO2，Fe2O3和A12O3)为
原料制备高纯镁砂的工艺流程如下：
已知浸出时产生的废渣中有 SO2，Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是
A．浸出镁的反应为
B．浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行
C．流程中可循环使用的物质有 NH3、NH4Cl
D．分离 Mg2+与Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物 Ksp 的不同
【答案】B
【解析】菱镁矿煅烧后得到轻烧粉，MgCO3转化为 MgO，加入氯化铵溶液浸取，浸出的废
渣有 SiO2、Fe(OH)3、Al(OH)3，同时产生氨气，则此时浸出液中主要含有 Mg2+，加入氨水
得到 Mg(OH)2沉淀，煅烧得到高纯镁砂。
A．高温煅烧后 Mg 元素主要以 MgO 的形式存在，MgO 可以与铵根水解产生的氢离子反应，
促进铵根的水解，所以得到氯化镁、氨气和水，化学方程式为
MgO+2NH4Cl=MgCl2+2NH3↑+H2O，故 A正确；
B．一水合氨受热易分解，沉镁时在较高温度下进行会造成一水合氨大量分解，挥发出氨
气，降低利用率，故 B错误；
C．浸出过程产生的氨气可以回收制备氨水，沉镁时氯化镁与氨水反应生成的氯化铵又可
以利用到浸出过程中，故 C正确；
D．Fe(OH)3、Al(OH)3的Ksp 远小于 Mg(OH)2的Ksp，所以当 pH 达到一定值时 Fe3+、Al3+产
生沉淀，而 Mg2+不沉淀，从而将其分离，故 D正确；
故答案为 B。
2．（2020 年新课标Ⅰ）钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5 价的化合物存在，
2020 年高考真题
还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及 SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备
NH4VO3。
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 Fe3+ Fe2+ Al3+ Mn2+
开始沉淀 pH 1.9 7.0 3.0 8.1
完全沉淀 pH 3.2 9.0 4.7 10.1
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VO2+被氧化成 ，同时还有___________离子被氧化。写出
VO+转化为 反应的离子方程式___________。
(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为 ，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， 转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是___________。
(5)“调pH”中有沉淀生产，生成沉淀反应的化学方程式是___________。
(6)“沉钒”中析出 NH4VO3晶体时，需要加入过量 NH4Cl，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）Fe2+ VO++MnO2+2H+= +Mn2++H2O
（3）Mn2+ Fe3+、Al3+
（4）Fe(OH)3
（5）NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O
（6）利用同离子效应，促进 NH4VO3尽可能析出完全
【解析】黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5 价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及
SiO2、Fe3O4，用 30%H2SO4和MnO2“酸浸氧化”时 VO+和VO2+被氧化成 ，Fe3O4与硫
酸反应生成的 Fe2+被氧化成 Fe3+，SiO2此过程中不反应，滤液①中含有 、
K+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、 ；滤液①中加入 NaOH 调节 pH=3.0~3.1，钒水解并沉
淀为 V2O5·xH2O，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 Fe(OH)3沉淀，部分 Al3+转化为 Al(OH)3沉淀，滤液②中含有
K+、Na+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、 ，滤饼②中含 V2O5·xH2O、Fe(OH)3、Al(OH)3，
滤饼②中加入 NaOH 使pH>13，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解，Al(OH)3转化为 NaAlO2，
则滤渣③的主要成分为 Fe(OH)3；滤液③中含钒酸盐、偏铝酸钠，加入 HCl 调
pH=8.5，NaAlO2转化为 Al(OH)3沉淀而除去；最后向滤液④中加入 NH4Cl“沉钒”得到
NH4VO3。
(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）；
(2)“酸浸氧化”中，钒矿粉中的 Fe3O4与硫酸反应生成 FeSO4、Fe2(SO4)3和水，MnO2具有氧
化性，Fe2+具有还原性，则 VO+和VO2+被氧化成 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 时，钒元素的化合价由+3
价升至+5 价，1molVO+失去 2mol 电子，MnO2被还原为 Mn2+，Mn 元素的化合价由+4 价降
至+2 价，1molMnO2得到 2mol 电子，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，VO+转化
为 反应的离子方程式为 VO++MnO2+2H+= +Mn2++H2O；
(3)根据分析，“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为 V2O5·xH2O，随滤液②可除去金属离子
K+、Mg2+、Na+、Mn2+，以及部分的 Fe3+、Al3+；
(4)根据分析，滤渣③的主要成分是 Fe(OH)3；
(5)“调pH”中有沉淀生成，是 NaAlO2与HCl 反应生成 Al(OH)3沉淀，生成沉淀反应的化学
方程式是 NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O。
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