聯招化學·工藝流程：原料預處理（粉碎、焙燒、浸出）

題目性質：自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題，非真題原文，未取自任何題庫、教輔或試卷；解析與採分點為教研整理，非官方評分標準。

一、考點定位與做題順序

預處理三件套各有固定答法：粉碎/研磨→增大固液接觸面積、加快浸出速率、提高浸出率（不改變平衡轉化率）；焙燒/煅燒→使難溶礦物轉化為可溶化合物、除去碳/硫/有機質等可燃雜質、改變價態；浸出→用酸、鹼或水把目標元素轉入溶液，與不溶殘渣分離。

答題最容易丟的是把「速率」和「限度」混說：粉碎只加快、不提高平衡轉化率；升溫對速率與浸出率的影響要分開寫。下面流程與數據均為自編示意，不代表任何真實工業配方。

二、題目呈現

自編流程（示意）

以某含銅礦（主要成分為 CuS，另含 SiO₂ 與少量碳質脈石）為原料製備膽礬，示意流程如下：

① 礦石粉碎至 80 目 → ② 空氣中焙燒（約 600 ℃）→ ③ 用稀硫酸浸出，攪拌並保溫 60 ℃ → ④ 過濾，得含 CuSO₄ 的濾液與殘渣 → 後續除雜、蒸發濃縮、冷卻結晶。

已知自編數據：投入礦石 100.0 g，其中 CuS 質量分數 24.0%（CuS 相對分子質量取 96，Cu 取 64）；浸出後測得濾液含 Cu²⁺ 相當於 14.4 g Cu，殘渣經洗滌乾燥後為 76.0 g。

題1（簡答）

分別說明步驟①粉碎、②焙燒、③浸出中「攪拌並保溫 60 ℃」的目的；並寫出焙燒時 CuS 發生的主要反應方程式（焙燒產物按 CuO 與 SO₂ 設定）。

題2（簡答）

說明步驟④所得殘渣的主要成分，並解釋為什麼浸出後要「洗滌殘渣」、洗液為什麼要併入濾液。

題3（計算）

按題給自編數據計算：① 原料中 Cu 的理論質量；② 銅的浸出率；③ 若把礦石粉碎得更細、其餘條件不變，浸出率與浸出速率分別會怎樣變化？請分「速率」與「限度」兩層作答。

三、分步解析

題1 ①　粉碎：把礦石粒度變小，增大固體與浸出液的接觸面積，從而加快浸出速率、使浸出更充分（提高實際浸出率）。注意表述分寸：粉碎不改變反應的平衡限度/理論轉化率，只改善動力學與實際接觸程度；答題寫「加快、更充分」最穩，不要寫「提高平衡轉化率」。

題1 ②　焙燒：三個目的——① 把難溶於稀硫酸的 CuS 氧化為可溶於酸的 CuO（同時把硫轉為 SO₂ 逸出），使銅能被後續浸出；② 除去碳質脈石（燃燒成 CO₂），減少後續耗酸與雜質；③ 高溫使部分礦物結構疏鬆，利於浸出。
主要反應（按題設產物）：2CuS + 3O₂ = 2CuO + 2SO₂（條件：高溫/焙燒）。配平檢查：Cu 2=2、S 2=2、O 左 6、右 2+4=6 ✓。若寫成 CuS + 2O₂ = CuSO₄ 則與題設「產物為 CuO 與 SO₂」不符，本題按給定設定作答。SO₂ 需配套尾氣處理（如鹼液吸收），可順帶寫一句拿環保意識分。

題1 ③　攪拌：使固液充分接觸、不斷更新顆粒表面的溶液邊界層，加快浸出速率並防止局部酸濃度過低；保溫 60 ℃：升溫加快反應速率與擴散速率，同時提高 CuO 與硫酸反應的程度。但溫度不宜過高：過高會使酸霧揮發、增加能耗、也可能使部分雜質更多溶出，故取 60 ℃ 是速率與選擇性的折中。答題把「加快」與「不宜過高」兩面都寫，體現條件控制意識。

題2 殘渣與洗滌　殘渣主要成分：SiO₂（不與稀硫酸反應、不溶），以及少量未反應的脈石與極少量未浸出的含銅物；碳質脈石已在焙燒中燒掉，不進殘渣。
洗滌殘渣的目的：殘渣表面與孔隙中附著含 Cu²⁺ 的濾液，若直接丟棄會損失目標銅、使測得浸出率偏低；用少量水（或稀酸）洗滌可把附著的 CuSO₄ 回收。洗液併入濾液：洗液中含有回收的 Cu²⁺，併入後既提高銅的回收率，又保證後續結晶的物料量與浸出率計算口徑一致；若棄去，等於人為少算了一部分已溶出的銅。答題要點出「附著液 + 回收率 + 口徑一致」三層。

題3 ①　m(CuS) = 100.0 × 24.0% = 24.0 g，n(CuS) = 24.0/96 = 0.250 mol。每 mol CuS 含 1 mol Cu，故理論 n(Cu) = 0.250 mol，m(Cu)_理論 = 0.250 × 64 = 16.0 g。

題3 ②　浸出率口徑：浸出率 =（已轉入濾液的目標元素質量 ÷ 原料中該元素理論質量）× 100%。本題濾液含 Cu 14.4 g（已按洗液併入後計），故 η = 14.4/16.0 × 100% = 90.0%。
順帶核對物料：未浸出的 Cu 為 16.0 − 14.4 = 1.6 g；殘渣 76.0 g 主要是 SiO₂ 等不溶物，題給殘渣質量用於佐證「大部分脈石未進入溶液」，但不能拿殘渣質量去反推浸出率——分母必須是原料中銅的理論量，這是本題設的口徑陷阱。

題3 ③　速率層：粉碎更細 → 比表面積更大、固液接觸更充分、擴散路徑更短，浸出速率加快，達到同一浸出率所需時間縮短，且在固定浸出時間下實際浸出率通常會略有提高（因更多顆粒被充分接觸）。限度層：粉碎不改變 CuO 與 H₂SO₄ 反應的平衡限度，也不改變理論轉化率；在「時間足夠長、酸足量、攪拌充分」的理想條件下，最終能達到的浸出率上限由化學平衡與原料組成決定，與粒度無關。因此嚴謹表述是「加快速率、改善實際浸出充分程度；不提高平衡意義上的極限浸出率」。若答「粉碎提高平衡轉化率」則失分。

守恆回驗　由焙燒式 2CuS→2CuO，0.250 mol CuS 得 0.250 mol CuO，浸出反應 CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O 得 0.250 mol CuSO₄（理論）；實測轉入濾液 0.250 × 90.0% = 0.225 mol Cu = 14.4 g ✓ 與題給一致。SO₂ 理論量 0.250 mol（標況 5.6 L），可據此核算尾氣吸收負荷，作為流程評價的補充。

四、採分點對照

五、高頻易錯點

• 把粉碎答成「提高平衡轉化率／改變限度」，混淆動力學與熱力學。
• 焙燒目的只寫「除去雜質」，漏掉「把難溶 CuS 轉成可溶 CuO」這一主目的。
• 焙燒方程式按 CuSO₄ 寫，與題設產物 CuO + SO₂ 不符，或未配平。
• 升溫只寫「越快越好」，不答溫度過高帶來的酸霧、能耗、雜質溶出。
• 殘渣成分誤答「碳」——碳質脈石已在焙燒中燒掉。
• 浸出率分母用殘渣質量或礦石總質量，口徑錯。
• 漏答「洗液併入濾液」，或只說「洗掉雜質」而不提回收 Cu²⁺。
• 方程式、計算不回代守恆，配平係數算錯也看不出來。

六、小結與自查清單

• □ 每個預處理操作寫「做了什麼 + 為什麼」，不只寫操作名。
• □ 粉碎、升溫一律把「速率」與「限度」分開表述。
• □ 焙燒產物按題設寫，方程式查原子守恆。
• □ 條件控制題補一句「為何不取極端值」。
• □ 殘渣成分逐一排除：不溶的、已燒掉的、未浸出的。
• □ 浸出率先寫公式與分母口徑，再代數。
• □ 洗滌題答「附著液 + 回收率 + 口徑一致」三層。
• □ 有尾氣（SO₂）時順帶寫一句吸收處理。

預處理題的分，幾乎都落在「為什麼」和「分寸」上：粉碎只改善速率與接觸程度，不改平衡；浸出率的分母必須是原料裡目標元素的理論量；洗液併入濾液是為了不把已溶出的銅算丟。把這三句寫準，流程第一段就穩了。本流程與數據為便於命題的自編示意，不代表真實工業配方。