联招化学·工艺流程（三）：母液循环与绿色化学评价

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、三条评价主线

① 闭环意识：母液、滤液、洗涤液里还带着什么（目标离子、可溶性杂质、过量试剂），循环回去会不会累积；② 定量意识：原子利用率 = （目标产物式量×系数 / 全部反应物式量×系数）×100%，与目标产率不是一回事；③ 绿色化学三维：资源（回收/循环）、能耗（温度/步骤数）、污染（三废与副产物），评价必须三维都点到，并给出可操作的改进。

简化流程（自编）：含 CuO 矿石 → 稀硫酸浸出 → 氧化除铁、调 pH → 过滤 → 滤液蒸发浓缩、冷却结晶得 CuSO₄·5H₂O → 母液。母液中仍含 Cu²⁺、少量 SO₄²⁻ 对应的酸、以及未除尽的可溶性杂质（Na⁺/K⁺ 类、少量 Fe²⁺/Al³⁺）。

二、题1 母液循环：会累积什么

题目　(1) 母液直接返回浸出工序循环使用，有什么好处？
(2) 长期循环会累积哪类物质？带来什么问题？
(3) 提出两条处理办法。

(1) 规范作答　母液中含有未结晶的 Cu²⁺ 与残余硫酸，返回浸出可回收目标铜离子、减少硫酸用量、提高原料利用率，同时减少含重金属废液排放（1分＋1分＋1分）。

(2) 规范作答　会累积不被结晶带走的可溶性杂质离子：如调 pH 时引入的 Na⁺/K⁺（若用 NaOH 等）、未除尽的 Fe²⁺/Al³⁺、以及矿石中伴生的 Mg²⁺、Ca²⁺ 等。后果：① 杂质浓度逐轮升高，最终达到饱和而随产品析出或共结晶，降低 CuSO₄·5H₂O 纯度；② 改变溶液离子强度与酸度，影响浸出与结晶条件；③ 严重时堵塞管道、影响过滤（2分＋1分＋1分）。
注意：Cu²⁺ 与 SO₄²⁻ 不会无限累积——它们在结晶步骤被不断取出，属目标物；命题人考的正是「哪些离子没有出口」。

(3) 规范作答（任写两条）
① 定期抽出一部分母液单独处理（开路排放 + 回收铜后达标排放），其余返回，控制杂质浓度上限；
② 抽出部分先除杂再回用：如调 pH 沉淀 Fe³⁺/Al³⁺、或加沉淀剂除去 Ca²⁺/Mg²⁺，过滤后返回；
③ 从源头减少引入：调 pH 改用 CuO/CuCO₃ 代替 NaOH，不引入 Na⁺；
④ 对母液中的铜单独回收（如置换/电解沉积）后再决定是否循环。

采分点　(1) 三点各1分；(2) 指出「可溶性杂质离子累积」（2分）＋纯度下降（1分）＋说明目标离子不会累积（1分，加分）；(3) 两条各2分，须具体可操作。

易错点　① 只答「节约成本、减少污染」不写「回收 Cu²⁺ 与余酸」；② 误以为 Cu²⁺ 会累积；③ 处理办法写「多过滤几次」（过滤不能除去溶解的离子）；④ 忘记从源头避免引入 Na⁺ 这一最省事的办法。

三、题2 原子利用率计算

题目　用两种路线制备硫酸铜（式量：CuSO₄ 160，Cu 64，H₂SO₄ 98，H₂O 18，H₂ 2，SO₂ 64，O₂ 32，CuO 80）：
路线甲：Cu + 2H₂SO₄(浓) = CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O
路线乙：2Cu + O₂ = 2CuO，CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O
(1) 分别计算两条路线的原子利用率（以 CuSO₄ 为目标产物）；
(2) 从绿色化学角度评价哪条更优，并说明两条理由。

(1) 规范作答　原子利用率 = [M(目标产物) × 化学计量数 / Σ M(反应物) × 化学计量数] × 100%。

路线甲：反应物总式量 = 64 + 2×98 = 64 + 196 = 260；目标产物 1 mol CuSO₄ = 160。
原子利用率 = 160/260 × 100% ≈ 61.5%。（副产物 SO₂、H₂O 中的原子未进入目标产物。）

路线乙：把两步合并得总反应 2Cu + O₂ + 2H₂SO₄ = 2CuSO₄ + 2H₂O；反应物总式量 = 2×64 + 32 + 2×98 = 128 + 32 + 196 = 356；目标产物 2 mol CuSO₄ = 320。
原子利用率 = 320/356 × 100% ≈ 89.9%。（注意：若把两步分开各自算再相加是错的，必须按总反应算。）

(2) 规范作答　路线乙更优。理由：
① 原子利用率更高（89.9% > 61.5%），硫酸中的硫全部进入产品，副产物只有水；
② 路线甲产生 SO₂ 有毒气体，需额外吸收处理，且消耗浓硫酸、需加热、设备腐蚀与能耗更高；路线乙用稀硫酸、条件温和，污染与能耗都更低；
③ 补充：路线乙多一步氧化焙烧，步骤数增加是其代价，但综合环境成本仍优于甲（体现辩证，加分）。

采分点　写出原子利用率公式（1分）；甲 61.5%（2分）；乙按总反应算（2分）＋89.9%（1分）；选择乙（1分）；两条理由各2分（须含定量对比与SO₂ 污染）；辩证补充（1分）。

易错点　① 把原子利用率与产率混为一谈（产率是实际产量/理论产量，与副产物无关）；② 乙按两步分别算再相加；③ 忘记乘化学计量数（2CuSO₄、2H₂SO₄）；④ 评价只写「更环保」不引用百分数。

四、题3 三维评价与改进

题目　某流程包含「高温焙烧（800 ℃）→ 酸浸 → 蒸发浓缩结晶 → 母液外排」四步。请从资源、能耗、污染三个维度各指出一处可改进之处，并说明理由。

参考答案

补充一条常被单独设分的点：减少步骤数本身也是绿色化学原则——少一步就少一份试剂、少一份废液、少一段能耗；若能把「焙烧 + 酸浸」合并为一步湿法浸出，三维同时受益。

采分点　三维各2分（每维必须「指出问题 + 具体改进 + 理由」三件齐）；减少步骤数（1分）；不写空泛口号（整体1分）。

易错点　① 只写「要节能环保、减少污染」（无具体措施，几乎不给分）；② 三维漏答一维；③ 改进与问题不对应（如「母液外排」却答「加除尘器」）；④ 忘记母液循环需控制杂质累积，一味写「全部循环」。

五、流程评价清单

• □ 看闭环：母液里哪些离子没有出口（Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、未除尽 Fe/Al），它们才会累积；目标离子会被结晶带走；
• □ 循环办法：部分开路 + 除杂后回用 + 源头不引入（调 pH 用 CuO 而非 NaOH）；过滤除不掉溶解离子；
• □ 原子利用率按合并后的总反应算，别分步相加；与产率严格区分；
• □ 算式中乘足化学计量数，目标产物与反应物都别漏系数；
• □ 绿色化学三维固定：资源（循环回收）、能耗（温度/步骤/余热）、污染（三废与副产物）；
• □ 每条评价写「问题 + 具体措施 + 理由」，并尽量引用百分数或具体物质（SO₂、Cu²⁺）；
• □ 记得辩证：步骤增加、设备投资也是代价，写一句更完整；
• □ 方程式配平、↑↓ 与条件写全，结果带单位与 %。

流程压轴问的不再是「这一步加什么」，而是「整条线划不划算、干不干净」。抓住闭环、原子、三维这三把尺，评价题就有话可写、有数可依。