联招化学·工艺流程（一）：浸出与除杂

题目性质：自编仿真题——按课程标准与联招常见考点范围编写，非真题原文；解析与采分点为教研整理，非官方试题与官方评分标准。

一、读流程的三条起手式

① 先读原料表：目标元素是谁、杂质有哪些（本题：含 CuO 的矿石，杂质 Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃）；② 每一步只问两件事：加进去什么、走出去什么（滤渣还是滤液里是目标物）；③ 除杂铁律：不引入新杂质、不损失目标物、杂质要变成易分离的相（沉淀或气体）。另外「过量」「少量」「调 pH 到某范围」「加热/搅拌/粉碎」都是命题人埋的采分点，看到就圈。

简化流程（自编）：矿石（CuO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂）→ ①稀硫酸浸出、加热并搅拌 → 过滤（滤渣Ⅰ）→ ②调 pH、加氧化剂 → 过滤（滤渣Ⅱ）→ 滤液（含 Cu²⁺）→ 后续结晶得产品。

二、题1 浸出：试剂与浸出率

题目　(1) 写出 CuO、Fe₂O₃、Al₂O₃ 与稀硫酸反应的离子方程式，指出滤渣Ⅰ的主要成分。
(2) 说明「粉碎矿石、加热、搅拌」对浸出的作用。
(3) 若改用盐酸浸出，是否合适？说明理由。

(1) 规范作答

CuO + 2H⁺ = Cu²⁺ + H₂O；Fe₂O₃ + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 3H₂O；Al₂O₃ + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂O。
SiO₂ 不与稀硫酸反应，故滤渣Ⅰ主要为 SiO₂（及未反应的惰性脉石）。

(2) 规范作答　粉碎→增大接触面积；加热→加快反应速率（并适当提高溶解度）；搅拌→使固液充分接触、加快传质。三者共同提高浸出率并使反应更充分。注意：加热不能无限提高——温度过高会增加能耗、可能使酸挥发或导致后续杂质溶出增多，答题时若问「为什么不继续升温」要答到这一点。

(3) 规范作答　不合适。盐酸会引入 Cl⁻，而后续工序若有氧化步骤（如用氧化剂处理）或电化学工序，Cl⁻ 可能被氧化生成 Cl₂，且会引入新的阴离子杂质，增加后续分离负担；本流程后续目标为硫酸盐体系，用硫酸可保持阴离子一致、不引入新杂质。（若题目后文明确是氯化物体系，则盐酸可用——判断依据永远是「后续体系要不要这个阴离子」。）

采分点　三个离子方程式各1分（配平、H⁺ 而非分子式）；滤渣Ⅰ为 SiO₂（2分）；三项作用各1分；Cl⁻ 引入新杂质（2分）＋后续体系一致性（1分）。

易错点　① 把氧化物写成与 H₂SO₄ 分子的方程式而非离子方程式；② 漏写 SiO₂ 不反应；③ 只写「加快反应」不写「提高浸出率」；④ 答「盐酸更便宜所以用盐酸」（未从杂质角度论证）。

三、题2 调 pH 除杂：为什么先氧化

题目　浸出液中含 Cu²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺（部分铁被还原）、Al³⁺。已知常温下开始沉淀与沉淀完全的 pH（示意数据）：

(1) 为什么要先加氧化剂把 Fe²⁺ 氧化为 Fe³⁺？写出一种合适的氧化剂及离子方程式。
(2) 应把 pH 调到什么范围？滤渣Ⅱ主要成分是什么？
(3) 调 pH 可选 CuO、NaOH、氨水中的哪一种？说明理由。

(1) 规范作答　由表可知 Fe²⁺ 沉淀完全需 pH 9.0，而 Cu²⁺ 在 pH 4.7 就开始沉淀；若不氧化，除去 Fe²⁺ 之前 Cu²⁺ 已大量损失。氧化为 Fe³⁺ 后可在 pH 3.2 就沉淀完全，与 Cu²⁺ 之间有了可分离的窗口。
合适氧化剂：H₂O₂（酸性）——2Fe²⁺ + H₂O₂ + 2H⁺ = 2Fe³⁺ + 2H₂O；优点是还原产物为水，不引入新杂质。（也可用 Cl₂、MnO₂ 等，但会引入 Cl⁻ 或 Mn²⁺，需说明后续可除去；优先选不引入杂质的。）

(2) 规范作答　要让 Fe³⁺ 与 Al³⁺ 都沉淀完全（需 pH ≥ 4.8），同时 Cu²⁺ 尚未开始沉淀（需 pH < 4.7）——数据出现冲突。按题目设定的示意数据，应取 3.2 ≤ pH < 4.7 先除尽 Fe³⁺，此时 Al³⁺ 部分沉淀；若要求 Al³⁺ 也除尽，则需改用其他方法（如加入能使 Al³⁺ 选择性分离的试剂，或分步沉淀后重溶），不能直接把 pH 提到 4.8 以上。
本题教学点：真实题目里 pH 窗口一定留得开；做题必须先核对「杂质沉淀完全 pH < 目标开始沉淀 pH」是否成立，不成立就要说明，不能硬写一个范围。滤渣Ⅱ主要为 Fe(OH)₃（及部分 Al(OH)₃）。

(3) 规范作答　选 CuO。CuO 消耗 H⁺ 使 pH 上升：CuO + 2H⁺ = Cu²⁺ + H₂O，引入的是目标离子 Cu²⁺，不引入新杂质，且过量 CuO 不溶可随滤渣一起过滤除去。NaOH 会引入 Na⁺，氨水会引入 NH₄⁺ 且过量 NH₃ 能与 Cu²⁺ 形成 [Cu(NH₃)₄]²⁺ 配离子造成目标物损失，均不合适。

采分点　(1) 用表中数据说明 Fe²⁺ 与 Cu²⁺ 窗口冲突（2分）＋氧化剂方程式（2分）＋不引入杂质（1分）；(2) 范围 3.2≤pH<4.7（2分）＋滤渣成分（1分）＋指出数据冲突需另法（1分）；(3) 选 CuO（1分）＋不引入新杂质且过量可滤除（2分）＋排除氨水的配位原因（1分）。

易错点　① 不先氧化直接调 pH；② 只写「调 pH 使铁沉淀」不写具体范围与依据；③ 选 NaOH／氨水（引入 Na⁺、NH₄⁺ 或形成配离子）；④ 忽略「过量试剂能否滤除」这一问。

四、题3 除杂试剂的通则

题目　除去下列体系中的杂质，各选一种试剂并说明理由：
① CuSO₄ 溶液中混有少量 Fe₂(SO₄)₃；
② NaCl 溶液中混有少量 Na₂CO₃；
③ CO₂ 气体中混有少量 HCl。

参考答案

① 加 CuO（或 Cu(OH)₂、CuCO₃），调 pH 使 Fe³⁺ 水解生成 Fe(OH)₃ 沉淀后过滤；引入的是 Cu²⁺，不带来新杂质，过量固体随滤渣除去。不能加 NaOH（引入 Na⁺，且局部过碱会使 Cu(OH)₂ 一并沉淀）。
② 加适量盐酸：CO₃²⁻ + 2H⁺ = CO₂↑ + H₂O，杂质转化为气体逸出，引入的 Cl⁻ 正是体系已有阴离子。不能加 CaCl₂／BaCl₂（虽能沉淀碳酸根，但会引入 Ca²⁺/Ba²⁺ 新阳离子且过量难除）。
③ 通过饱和 NaHCO₃ 溶液洗气：HCl + HCO₃⁻ = Cl⁻ + CO₂↑ + H₂O，既除去 HCl 又不消耗 CO₂（同离子效应抑制 CO₂ 溶解）。不能用 NaOH 溶液或饱和 Na₂CO₃（会把目标 CO₂ 一并吸收）。

采分点　每条「试剂 + 方程式 + 不引入新杂质／不损失目标物」各2分；能写出被排除试剂的错因各加1分。

易错点　① 只写试剂不写理由与方程式；② 忽略「不损失目标物」（用 NaOH 洗 CO₂）；③ 忽略「过量试剂能否除去」；④ 忘记气体除杂要考虑目标气体在洗液中的溶解。

五、浸出与除杂清单

• □ 先读原料表：目标元素、杂质、不反应脉石（SiO₂ 常作滤渣Ⅰ）；
• □ 酸浸写离子方程式；粉碎／加热／搅拌分别对应接触面积、速率、传质，落点是浸出率；
• □ 试剂选择看后续体系的阴离子，不随意换酸；
• □ 调 pH 前先核对窗口：杂质沉淀完全 pH < 目标开始沉淀 pH；不成立要说明并换方法；
• □ Fe²⁺ 常需先氧化成 Fe³⁺；氧化剂优选 H₂O₂（产物为水，不引入杂质）；
• □ 调 pH 优选含目标元素的氧化物/碳酸盐（CuO），过量可滤除；
• □ 排除 NaOH（引入 Na⁺）、氨水（配位溶解 Cu²⁺）、BaCl₂（引入 Ba²⁺）；
• □ 气体除杂用洗气液时，检查目标气体会不会被吸收；
• □ 每个答案写「试剂 + 方程式 + 理由」三件，方程式配平、↑↓ 与条件别漏。

工艺流程前两问看似繁琐，其实只考一句：把杂质变成能分开的东西，同时别把新的麻烦带进来。原料表 + 这条铁律，足够拆开浸出与除杂。