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高考化学工艺流程之“浸取”全攻略

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 浸取

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在高考化学的工艺流程题中,“浸

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在高考化学的工艺流程题中,“浸取”(或称“浸出”)是整个流程的起点和基石。它的核心目的是将原料(如矿石、废渣、催化剂)中的目标组分,选择性地转移到溶液中去,以便进行后续的分离、提纯和富集。

可以把浸取想象成 “泡茶” 或 “熬中药” :用水或特定的溶剂,将固体中有用的成分“泡”出来,形成溶液。

一、水浸 (Water Leaching)

1. 核心定义与目的:

利用水的溶解性,将固体中可溶性强的物质直接溶解出来。

2. 常见应用场景

焙烧后的产物。例如:

煅烧/焙烧硫化物矿(如2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂)后,得到的金属氧化物(ZnO)能溶于酸,但其本身不溶于水。但如果焙烧后生成了可溶性盐,水浸就派上用场了。

最经典的例子:焙烧海水中提取的芒硝(Na₂SO₄·10H₂O)或用碳酸钠处理石膏(CaSO₄)后,得到Na₂SO₄固体,用水浸取即可得到Na₂SO₄溶液。

一些矿石本身含有可溶性成分,如用热水从盐湖矿中浸取KCl。

3. 目的总结:

分离可溶性物质与不溶性杂质。

为后续操作(如净化、电解)制备溶液。

二、酸浸 (Acid Leaching)

这是工艺流程题中出现频率最高的浸取方法。

1. 核心定义与目的:

利用酸的酸性、氧化性(如果是氧化性酸)或配位性,与固体中的目标成分反应,生成可溶性的盐,从而进入溶液。

2. 常用的酸及其选择依据:

稀硫酸 (H₂SO₄):最常用的酸浸剂。

优点:酸性强,价格便宜,沸点高,不易挥发。生成的硫酸盐大多溶于水(除CaSO₄, PbSO₄, BaSO₄等)。

目的:溶解金属、金属氧化物、碳酸盐等。例如:CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O

高考常考:用于处理锂辉石、钴锰废料等。

盐酸 (HCl):

优点:酸性强,能提供Cl⁻,与某些金属离子(如Fe³⁺)形成络合离子(如[FeCl4]⁻),促进溶解。

缺点:易挥发,在加热条件下会损失,并可能腐蚀设备。

目的:除了一般性溶解,还利用其还原性和络合性。例如,溶解MnO₂:MnO₂ + 4HCl(浓) △→ MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O

硝酸 (HNO₃):

特点:强酸性和强氧化性。

目的:主要用于溶解不活泼金属(如Cu、Ag)和硫化物矿。例如:3Cu + 8HNO₃(稀) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O, CuS + 10HNO₃(浓) △→ Cu(NO₃)₂ + H₂SO₄ + 8NO₂↑ + 4H₂O

王水:浓盐酸和浓硝酸按3:1体积比混合。

目的:溶解极不活泼的金属,如Au、Pt。其原理是HNO₃的氧化性使金属溶解,同时HCl的Cl⁻与金属离子形成稳定的络合离子(如[AuCl4]⁻),促使反应持续进行。

3. 目的总结:

将不溶性的金属化合物(氧化物、碳酸盐等)转化为可溶性的金属盐阳离子(如Cu²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺/Fe³⁺)。

利用不同物质与酸反应能力的差异进行初步分离(如用酸溶去金属氧化物,留下SiO₂等酸性氧化物)。

三、碱浸 (Alkaline Leaching)

1. 核心定义与目的:

利用碱的碱性,与固体中具有两性或酸性的组分反应,生成可溶性的含氧酸盐,从而进入溶液。

2. 常用的碱及其应用:

氢氧化钠 (NaOH):最常用的碱浸剂。

Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O (铝土矿提铝的核心反应)

ZnO + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂O

SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O (常用于除去矿石中的硅石杂质)

目的:

溶解两性金属氧化物/氢氧化物:这是高考的绝对重点!

溶解酸性氧化物:

氨水 (NH₃·H₂O):

作为碱:可溶解某些两性物质。

作为配位剂:能与Ag⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Co²⁺等形成稳定的氨配离子,从而将这些金属从固体中“拉”到溶液中。

Cu(OH)₂ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 2OH⁻

Ag₂O + 4NH₃ + H₂O → 2[Ag(NH₃)₂]⁺ + 2OH⁻

目的:利用其碱性和配位性。

3. 目的总结:

选择性溶解原料中的两性物质(如Al₂O₃, ZnO)和酸性物质(如SiO₂)。

通过与氨水配位,分离和提取特定的金属离子(如Cu, Ag, Zn, Ni)。

四、其他特殊浸取

1. 盐浸 (Salt Leaching):

目的:利用盐溶液中某种离子的特性(如氧化性、还原性、络合性)来浸取目标物质。

经典例子:

氰化钠浸金:4Au + 8NaCN + O₂ + 2H₂O → 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH (利用CN⁻的强络合性)

碳酸铵浸铜:Cu(OH)₂·CuCO₃ + 8NH₃ + 2(NH₄)₂CO₃ → 2[Cu(NH₃)₄]CO₃ + 3H₂O (利用NH₃的配位性和CO₃²⁻的参与)

FeCl₃溶液浸蚀铜板:2FeCl₃ + Cu → 2FeCl₂ + CuCl₂ (利用Fe³⁺的氧化性)

2. 加压酸/碱浸:

在高温高压条件下进行,可以显著提高反应速率和浸取效率,用于处理一些难溶的矿石。

高考实战思维导图与答题策略

1. 如何判断该用哪种浸取方法?—— 看“渣”的成份!

当你分析工艺流程图的第一步时,先看原料是什么固体。

如果固体主要成分是:

碱性氧化物、碳酸盐、活泼金属 → 优先考虑 酸浸。

两性氧化物/氢氧化物 (Al, Zn) → 考虑 碱浸 (NaOH)。

酸性氧化物 (SiO₂) → 考虑 碱浸 (NaOH) 以除去它。

不活泼金属 (Au, Ag) 或能与NH₃形成配合物的金属 → 考虑 盐浸 (NaCN, NH₃) 或 王水。

可溶性盐 → 考虑 水浸。

2. 答题模板:

问:“酸浸/碱浸的主要目的是什么?”

答: “将[固体原料名称,如铝土矿]中的[目标成分,如Al₂O₃]转化为可溶性的[离子或物质名称,如AlO₂⁻],进入溶液,与[不溶杂质,如Fe₂O₃, SiO₂]分离。”

高考化学工艺流程之“浸取”全攻略

【答案】(1)氧化S2-生成S,促进酸浸反应正向进行

总结:

浸取是工艺流程的“开门钥匙”。理解了水、酸、碱浸取背后的化学原理和适用对象,你就能准确判断流程设计的意图,为解答整道大题打下坚实的基础。记住,万变不离其宗,核心就是利用物质化学性质的差异性进行选择性溶解!

(责任编辑:化学自习室)
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