建構思維模型 突破除雜問題

鄧君 張軍平

無機工藝流程題近年來一直是高考試題的寵兒，試題取材于生產實際，內容涉獵面廣，考查同學們化學雙基知識的學習情況和應用所學知識解決化工生產中有關問題的遷移推理、聯想能力，但是同學們普遍得分率不高。本文總結近年來（2016-2021年）全國卷無機工藝流程題考查的內容及所含主要雜質（如表1），試題一般以陌生元素或陌生化合物知識為載體，多次考查到硅、鋁、鐵氧化物雜質的去除問題，最終得到目標產物。面對此類問題，只要我們熟悉化工流程題的基本結構，建構模型，應用模型，就有信心攻克無機工藝流程題。

例題.（2019·全國Ⅲ，26）高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦（還含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制備，工藝如圖1所示。回答下列問題：

相關金屬離子[c0（Mn+）=0.1 mol·L-1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如表2所示。

（1）“濾渣1”含有S和;寫出“溶浸”中二氧化錳與硫化錳反應的化學方式：。

（2）“氧化”中添加適量的 MnO2的作用是將。

（3）“調pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應調節為～6之間。

（4）“除雜1”的目的是除去Zn2+和 Ni2+，“濾渣3”的主要成分是。

（5）“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度過高，Mg2+沉淀不完全，原因是。

（6）寫出“沉錳”的離子方程式。

（7）層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料，其化學式為LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合價分別為+2、+3、+4。當x=y=時，z=?????? 。

解題思路：這是一道直線型工藝流程題。原料為MnO2和MnS及含有Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素，目標產物為硫酸錳，自然要保留的是 Mn，而S、Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si都是要除去的對象。礦石中Si一般以SiO2或不溶性硅酸鹽的形式存在，“溶浸”中SiO2與硫酸不反應，所以加入硫酸的作用是為了除去S和SiO2。……