精做01 化学工艺流程(解析版)-备战2021年高考化学大题精做(全国通用)
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精做01 化学工艺流程(解析版)-备战2021年高考化学大题精做(全国通用)

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资料简介
1 精做 01 化学工艺流程 真题精做 1.(2020•新课标Ⅰ卷)钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5 价的化合物存在,还包括钾、 镁的铝硅酸盐,以及 SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备 NH4VO3。 该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表所示: 金属离子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Mn2+ 开始沉淀 pH 1.9 7.0 3.0 8.1 完全沉淀 pH 3.2 9.0 4.7 10.1 回答下列问题: (1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是___________。 (2)“酸浸氧化”中,VO+和 VO2+被氧化成 VO2+,同时还有___________离子被氧化。写出 VO+转化为 VO2+ 反应的离子方程式___________。 (3)“中和沉淀”中,钒水解并沉淀为 V2O5·xH2O,随滤液②可除去金属离子 K+、Mg2+、Na+、___________, 以及部分的___________。 (4)“沉淀转溶”中,V2O5·xH2O 转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是___________。 (5)“调 pH”中有沉淀生产,生成沉淀反应的化学方程式是___________。 (6)“沉钒”中析出 NH4VO3 晶体时,需要加入过量 NH4Cl,其原因是___________。 【答案】(1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全) (2)Fe2+ VO++MnO2+2H+= VO2++Mn2++H2O (3)Mn2+ Fe3+、Al3+ (4)Fe(OH)3 (5)NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或 Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O (6)利用同离子效应,促进 NH4VO3 尽可能析出完全 【解析】(1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是:升高温度,加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全);(2)“酸 浸氧化”中,钒矿粉中的 Fe3O4 与硫酸反应生成 FeSO4、Fe2(SO4)3 和水,MnO2 具有氧化性,Fe2+具有还原性, 则 VO+和 VO2+被氧化成 VO2+的同时还有 Fe2+被氧化,反应的离子方程式为 2 MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O;VO+转化为 VO2+时,钒元素的化合价由+3 价升至+5 价,1molVO+失 去 2mol 电子,MnO2 被还原为 Mn2+,Mn 元素的化合价由+4 价降至+2 价,1molMnO2 得到 2mol 电子,根 据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒,VO+转化为 VO2+反应的离子方程式为 VO++MnO2+2H+= VO2++Mn2++H2O;(3)根据分析,“中和沉淀”中,钒水解并沉淀为 V2O5·xH2O,随滤液②可除去金属离子 K+、 Mg2+、Na+、Mn2+,以及部分的 Fe3+、Al3+;(4)根据分析,滤渣③的主要成分是 Fe(OH)3;(5)“调 pH”中有沉 淀生成,是 NaAlO2 与 HCl 反应生成 Al(OH)3 沉淀,生成沉淀反应的化学方程式是 NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或 Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O;(6)“沉钒”中析出 NH4VO3 晶 体时,需要加入过量 NH4Cl,其原因是:增大 NH4+离子浓度,利用同离子效应,促进 NH4VO3 尽可能析出 完全。 2.(2020•新课标Ⅲ卷)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属 Ni、Al、Fe 及其氧化物,还有少 量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O): 溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表所示: 金属离子 Ni2+ Al3+ Fe3+ Fe2+ 开始沉淀时(c=0.01 mol·L−1)的 pH 沉淀完全时(c=1.0×10−5 mol·L−1)的 pH 7.2 8.7 3.7 4.7 2.2 3.2 7.5 9.0 回答下列问题: (1)“碱浸”中 NaOH 的两个作用分别是______________。为回收金属,用稀硫酸将“滤液①”调为中性, 生成沉淀。写出该反应的离子方程式______________。 (2)“滤液②”中含有的金属离子是______________。 (3)“转化”中可替代 H2O2 的物质是______________。若工艺流程改为先“调 pH”后“转化”,即 “滤液③”中可能含有的杂质离子为______________。 (4)利用上述表格数据,计算 Ni(OH)2 的 Ksp=______________(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中 Ni2+ 3 浓度为 1.0 mol·L−1,则“调 pH”应控制的 pH 范围是______________。 (5)硫酸镍在强碱溶液中用 NaClO 氧化,可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的 NiOOH。写出该反应的离 子方程式______________。 (6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用,其意义是______________。 【答案】(1)除去油脂、溶解铝及其氧化物 AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓或[Al(OH)4]- +H+=Al(OH)3↓+H2O (2)Ni2+、Fe2+、Fe3+ (3)O2 或空气 Fe3+ (4)    2 27.2-14 -5 8.7-140.01 10 10 10 或 3.2~6.2 (5)2Ni2++ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H2O (6)提高镍回收率 【解析】由工艺流程分析可得,向废镍催化剂中加入 NaOH 溶液进行碱浸,可除去油脂,并发生反应 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑、2Al2O3+4NaOH=4NaAlO2+2H2O 将 Al 及其氧化物溶解,得到的滤液① 含有 NaAlO2,滤饼①为 Ni、Fe 及其氧化物和少量其他不溶性杂质,加稀 H2SO4 酸浸后得到含有 Ni2+、Fe2+、 Fe3+的滤液②,Fe2+经 H2O2 氧化为 Fe3+后,加入 NaOH 调节 pH 使 Fe3+转化为 Fe(OH)3 沉淀除去,再控制 pH 浓缩结晶得到硫酸镍的晶体。(1)根据分析可知,向废镍催化剂中加入 NaOH 溶液进行碱浸,可除去油脂, 并将 Al 及其氧化物溶解,滤液①中含有 NaAlO2(或 Na[Al(OH)4]),加入稀硫酸可发生反应 AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓或[Al(OH)4]- +H+=Al(OH)3↓+H2O;(2)加入稀硫酸酸浸,Ni、Fe 及其氧化物溶解, 所以“滤液②”中含有的金属离子是 Ni2+、Fe2+、Fe3+;(3)“转化”在 H2O2 的作用是将 Fe2+氧化为 Fe3+,可用 O2 或空气替代;若将工艺流程改为先“调 pH”后“转化”,会使调 pH 过滤后的溶液中含有 Fe2+,则滤液③中 可能含有转化生成的 Fe3+;(4)由上述表格可知,Ni2+完全沉淀时的 pH=8.7,此时 c(Ni2+)=1.0×10-5mol·L-1, c(H+)=1.0×10-8.7mol·L-1,则 c(OH-)=   -14 8.7-14w -8.7+ 10= =10 1.0 10H K c  ,则 Ni(OH)2 的      22+ 2 - -5 8.7-14 sp = Ni OH =10 10K c c  ;或者当 Ni2+开始沉淀时 pH=7.2,此时 c(Ni2+)=0.01mol·L-1, c(H+)=1.0×10-7.2mol·L-1,则 c(OH-)=   -14 7.2-14w -7.2+ 10= =10 1.0 10H K c  ,则 Ni(OH)2 的      22+ 2 - 7.2-14 sp = Ni OH =0.01 10K c c  ;如果“转化”后的溶液中 Ni2+浓度为 1.0mol·L-1,为避免镍离子沉淀, 此时      27.2-14 sp- -7.8 -1 2+ 0.01 10 OH = = =10 mol L 1.0Ni K c c   ,则     -14 + -6.2w -7.8- 10H = = =10 10OH Kc c ,即 pH=6.2; Fe3+完全沉淀的 pH 为 3.2,因此“调节 pH”应控制的 pH 范围是 3.2~6.2;(5)由题干信息,硫酸镍在强碱中被 4 NaClO 氧化得到 NiOOH 沉淀,即反应中 Ni2+被氧化为 NiOOH 沉淀,ClOˉ被还原为 Clˉ,则根据氧化还原得 失电子守恒可得离子方程式为 2Ni2++ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H2O;(6)分离出硫酸镍晶体后的母液中还含 有 Ni2+,可将其收集、循环使用,从而提高镍的回收率。 3.(2019•新课标Ⅰ卷)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一 种以硼镁矿(含 Mg2B2O5·H2O、SiO2 及少量 Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下: 回答下列问题: (1)在 95 ℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_________。 (2)“滤渣 1”的主要成分有_________。为检验“过滤 1”后的滤液中是否含有 Fe3+离子,可选用的化学试剂 是_________。 (3)根据 H3BO3 的解离反应:H3BO3+H2O H++B(OH)−4,Ka=5.81×10−10,可判断 H3BO3 是______酸; 在“过滤 2”前,将溶液 pH 调节至 3.5,目的是_______________。 (4) 在 “ 沉 镁 ” 中 生 成 Mg(OH)2·MgCO3 沉 淀 的 离 子 方 程 式 为 __________ , 母 液 经 加 热 后 可 返 回 ___________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_________。 【答案】(1)NH4HCO3+NH3=(NH4)2CO3 (2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN (3)一元弱 转化为H3BO3,促进析出 (4)2Mg2++3 CO32-+2H2O=Mg(OH)2·MgCO3↓+2 HCO3- (或2Mg2++2 CO32-+H2O=Mg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑) 溶浸 高温焙烧 【解析】(1)根据流程图知硼镁矿粉中加入硫酸铵溶液产生的气体为氨气,用碳酸氢铵溶液吸收,反应 方程式为:NH3+NH4HCO3= (NH4)2CO3。(2)滤渣 I 为不与硫酸铵溶液反应的 Fe2O3、Al2O3、SiO2;检验 Fe3+, 可选用的化学试剂为 KSCN;(3)由硼酸的离解方程式知,硼酸在水溶液中是通过与水分子的配位作用产生 氢离子,而三价硼原子最多只能再形成一个配位键,且硼酸不能完全解离,所以硼酸为一元弱酸;在“过滤 2”前,将溶液 pH 调节至 3.5,目的是将 B(OH)−4 转化为 H3BO3,并促进 H3BO3 析出;(4)沉镁过程中用碳酸 铵溶液与 Mg2+反应生成 Mg(OH)2∙MgCO3,沉镁过程的离子反应为: 2Mg2++2H2O+3CO32-=Mg(OH)2∙MgCO3↓+2HCO3-;母液加热分解后生成硫酸铵溶液,可以返回“溶浸”工序循 5 环使用;碱式碳酸镁不稳定,高温下可以分解,故由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是高温焙烧。 4.(2019•新课标Ⅱ卷)立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白),是一种常用白色颜料。回答下列问题: (1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花,亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时, 钡的焰色为__________(填标号)。 A.黄色 B.红色 C.紫色 D.绿色 (2)以重晶石(BaSO4)为原料,可按如下工艺生产立德粉: ① 在 回 转 炉 中 重 晶 石 被 过 量 焦 炭 还 原 为 可 溶 性 硫 化 钡 , 该 过 程 的 化 学 方 程 式 为 ______________________。回转炉尾气中含有有毒气体,生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一 种清洁能源气体,该反应的化学方程式为______________________。 ②在潮湿空气中长期放置的“还原料”,会逸出臭鸡蛋气味的气体,且水溶性变差。其原因是“还原料” 表面生成了难溶于水的___________(填化学式)。 ③沉淀器中反应的离子方程式为______________________。 (3)成品中 S2−的含量可以用“碘量法”测得。称取 m g 样品,置于碘量瓶中,移取 25.00 mL 0.1000 mol·L−1 的 I2−KI 溶液于其中,并加入乙酸溶液,密闭,置暗处反应 5 min,有单质硫析出。以淀粉为指示剂,过量 的 I2 用 0.1000 mol·L−1Na2S2O3 溶液滴定,反应式为 I2+2 2 2 3S O  =2I−+ 2 4 6S O  。测定时消耗 Na2S2O3 溶液体积 V mL。终点颜色变化为_________________,样品中 S2−的含量为______________(写出表达式)。 【答案】(1)D (2)①BaSO4+4C=BaS+4CO↑ CO+H2O=CO2+H2 ②BaCO3 ③S2−+Ba2++Zn2++ SO42-= BaSO4·ZnS↓ (3)浅蓝色至无色 125.00 0.1000 322 1001000 V m     ( ) % 【解析】(1)焰色反应不是化学变化,常用来检验金属元素存在,常见金属元素焰色:A.钠的焰色为黄 色,故 A 错误;B.钙的焰色为红色,故 B 错误;C.钾的焰色为紫色,故 C 错误;D.钡的焰色为绿色, 故 D 正确;故选 D。(2)①注意焦炭过量生成 CO,反应物为硫酸钡与焦炭,产物为 BaS 与 CO,写出方程式 BaSO4+4C=BaS+4CO↑;CO 与水蒸气反应生成 CO2 与 H2,写出方程式:CO+H2O=CO2+H2。②根据信息臭 6 鸡蛋气味气体为硫化氢气体,由强酸制弱酸原理,还原料硫化钡与空气中水,二氧化碳反应生成了碳酸钡 与硫化氢气体。③硫化钡与硫酸锌为可溶性强电解质,写成离子形式,产物硫酸钡与硫化锌为沉淀,不可 电离,写出离子方程式:S2−+Ba2++Zn2++ SO42-=BaSO4·ZnS↓。(3)碘单质与硫离子的反应:S2-+I2=S+2I-;碘单 质与淀粉混合为蓝色,用硫代硫酸钠滴定过量的 I2,故终点颜色变化为浅蓝色至无色;根据氧化还原反应得 失电子数相等,利用关系式法解题;根据化合价升降相等列关系式,设硫离子物质的量为 n mol: S2- ~ I2 2S2O32- ~ I2 1 mol 1 mol 2 mol 1 mol n mol n mol 0.1V×10-3mol 1 2 0.1V×10-3mol n+ 1 2 0.1V×10-3mol=25 0.1V×10-3mol,得 n=(25- 1 2 V)0.1×10-3mol 则样品中硫离子含量为: 2n M S m  ( )×100%= 125.00 V 0.1000 322 m 1000     ( ) ×100%。 5.(2019•新课标Ⅲ卷)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料,工业上可由天然二氧化锰粉与 硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备,工艺如下图所示。回答下列问题: 相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下: 金属离子 Mn2+ Fe2+ Fe3+ Al3+ Mg2+ Zn2+ Ni2+ 开始沉淀的 pH 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的 pH 10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9 (1)“滤渣1”含有S和__________________________;写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式 ____________________________________________________。 (2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是________________________。 (3)“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为_______~6之间。 (4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是______________。 (5)“ 除 杂 2” 的 目 的 是 生 成 MgF2 沉 淀 除 去 Mg2+ 。 若 溶 液 酸 度 过 高 , Mg2+ 沉 淀 不 完 全 , 原 因 是 _____________________________________________________。 (6)写出“沉锰”的离子方程式___________________________________。 7 (7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的 化合价分别为+2、+3、+4。当x=y= 1 3 时,z=___________。 【答案】(1)SiO2(不溶性硅酸盐) MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O (2)将Fe2+氧化为Fe3+ (3)4.7 (4)NiS和ZnS (5)F−与H+结合形成弱电解质HF,MgF2 Mg2++2F−平衡向右移动 (6)Mn2++2 HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O (7)1/3 【解析】(1)Si 元素以 SiO2 或不溶性硅盐存在,SiO2 与硫酸不反应,所以滤渣 I 中除了 S 还有 SiO2;在 硫酸的溶浸过程中,二氧化锰和硫化锰发生了氧化还原反应,二氧化锰作氧化剂,硫化锰作还原剂,方程 式为:MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O。(2)二氧化锰作为氧化剂,使得 MnS 反应完全,且将溶液中 Fe2+氧化为 Fe3+。(3)由表中数据知 pH 在 4.7 时,Fe3+和 Al3+沉淀完全,所以应该控制 pH 在 4.7~6 之间。(4) 根据题干信息,加入 Na2S 除杂为了除去锌离子和镍离子,所以滤渣 3 是生成的沉淀 ZnS 和 NiS。(5)由 HF H++F-知,酸度过大,F-浓度减低,使得 MgF2 Mg2++2F-平衡向沉淀溶解方向移动,Mg2+沉 淀 不 完 全 。 (6) 根 据 题 干 信 息 沉 锰 的 过 程 是 生 成 了 MnCO3 沉 淀 , 所 以 反 应 离 子 方 程 式 为 : Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O。(7)根据化合物中各元素化合价代数和为 0 的规律得:1+2x+3y+4z=6, 已知,x=y=1/3,带入计算得:z=1/3。 模拟精做 1.(2021·河南省天一大联考高三上学期期末考试)利用某工业废料(主要成分为 Co2O3,含有少量 PbO、 NiO、FeO)制备 Co2O3 和 Ni(OH)2 的流程如下。 已知:部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的 pH 如表。 沉淀物 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 完全沉淀时的 pH 9.7 3.7 9.0 9.2 回答下列问题: (1)“酸浸”时为加快反应速率,可采取的措施是___________(答两条)。 8 (2)“酸浸”时 Co2O3 和 H2O2 能发生氧化还原反应,该反应的离子方程式为___________;滤渣 1 的主要 成分是___________(填化学式)。 (3)“调 pH”时,pH 调节的最小值是___________;操作 X 是高温煅烧,如果在实验室中进行操作 X,装 Co2(OH)2CO3 的仪器的名称是___________。 (4)“沉钴”时发生反应的离子方程式为___________。 (5)Ni(OH)2 可用于制备镍氢电池,该电池充电时的总反应为 Ni(OH)2+M=NiOOH+MH(M 为储氢合金), 电解液为 KOH 溶液,则放电时正极的电极反应式为___________。 【答案】(1)将工业废料粉碎、适当提高试剂的浓度等 (2)Co2O3+H2O2+4H+=2Co2++3H2O+O2↑ PbSO4 (3)3.7 坩埚 (4)2Co2++HCO3-+3NH3·H2O=Co2(OH)2CO3↓+3NH4++H2O (5)NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH- 【解析】利用某工业废料(主要成分为 Co2O3,含有少量 PbO、NiO、FeO)制备 Co2O3 和 Ni(OH)2 的流程 图,第一步向废料中加入硫酸和过氧化氢,把废料溶解,并把亚铁离子氧化,把三价钴离子还原,过滤, 在滤液中调 pH 形成氢氧化铁沉淀,然后进行萃取分离,向含钴离子的溶液中加入碳酸氢铵沉钴,然后得到 Co2(OH)2CO3,然后再加热得到三氧化二钴。向含二价镍的溶液加入碳酸氢铵来沉镍,生成碳酸镍,然后在 加入硫酸生成硫酸镍,然后再加入氢氧化钠生成氢氧化镍。(1)“酸浸”时为加快反应速率,可采取的措施有 将工业废料粉碎,适当提高试剂的浓度等,为了防止双氧水的分解,不能加热;(2)流程中萃取分离后得到 的水溶液中含有钴离子,故“酸浸”时,三氧化二钴被过氧化氢还原为二价钴离子,发生的主要反应是 Co2O3 +H2O2+4H+=2Co2++3H2O+O2↑,PbO 和硫酸反应生成不溶物 PbSO4;(3)根据题目信息,氧化亚铁中的亚 铁离子被氧化为三价铁离子,调节 pH 的目的是除去三价铁离子,故需要调节 pH 的最小值是 3.7;操作 X 是高温煅烧得到氧化物的操作,在实验室高温煅烧固体用到坩埚;(4)根据题目信息,碳酸氢铵和氨水与硫 酸钴反应生成 Co2(OH)2CO3 沉淀,根据元素守恒得到发生的离子反应为 2Co2++HCO3-+ 3NH3·H2O=Co2(OH)2CO3↓+3NH4++H2O ;(5)放电时正极为 NiOOH 得到电子生成 Ni(OH)2,电极反应式 为 NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-。 2.(2021·山东省聊城市期末考试)钼酸钠(Na2MOO4)可用做新型水处理剂和金属缓蚀剂。现从某废钼催 化剂(主要成分 MOS2 和 Al2O3、Fe2O3 等)为原料制取钼酸钠和 Al(OH)3,其工艺如图所示: 9 已知:碱性焙烧时 MOO3、Al 2O3 跟 Na2CO3 发生反应转化为 Na2MOO4、NaAlO2 和 CO2。 回答下列问题: (1) Na2MOO4 中 MO 的化合价为___________。 (2)第一步焙烧时可将废钼催化剂表面的油脂转化为 CO2 与 H2O,MOS2 转化为 SO2 与 MOO3。废钼催化 剂在不同温度下焙烧 2 小时的实验数据如下表,请从转化效率、能源节约综合考虑,选择焙烧最佳温度为 ___________ C 。 温度/ C 300 400 500 600 烧前/g 50.00 50.00 50.00 50.00 烧后/g 48.09 47.19 46.55 46.54 (3)实验室过滤所用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、___________。检验过滤①所得滤渣中含有三价铁的 实验操作是___________。 (4)过滤②前加人的 H2SO4 若过量,Al(OH)3 溶解的离子方程式为___________。 (5)将过滤②后得到的滤液进行蒸发浓缩冷却结晶,过滤③得到 Na2SO4 晶体,则与 Na2SO4 晶体相比, Na2MOO4 的溶解度受温度影响___________。(填“较大”或“较小”) (6)用 20t 含 MOS2 (化学式量 160)80%的废钼催化剂,经过制取、分离、提纯,不考虑损耗,理论上能 得___________ Na2MOO4 (化学式量 206)。 【答案】(1)+6 (2)500 (3)漏斗 取少量滤渣于试管中,加人稀碗酸溶解后滴加几滴 KSCN 溶液,溶液变红色 (4)Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O (5)较小 (6)20.6 【解析】因为废钼催化剂(主要成分 MOS2 和 Al2O3、Fe2O3 等),碱性焙烧时 MOO3、Al 2O3 跟 Na2CO3 发生反应转化为 Na2MOO4、NaAlO2 和 CO2,固体水浸时只有 Fe2O3 分离除去,滤液中主要含有 Na2MOO4、 NaAlO2,加入稀硫酸会发生反应 2NaAlO2+H2SO4+2H2O=Na2SO4+2Al(OH)3↓,使铝元素去除。再利用重结晶 的方法提纯 Na2MOO4。(1) Na2MOO4 中钠显正一价,氧显负二价根据化合价代数和等于零,设钼的化合价为 x,则有 2×(+1)+ x+4×(-2)=0,可得 x=6;(2)由表中数据可知,5000C--6000C 时,固体质量基本不变,转化趋 10 于完全,所以从节省能量和更多转化综合分析,5000C 最合适;(3)过滤时除了烧杯、玻璃棒以外还需要漏斗, 检验固体中含有三价铁离子,应该先取样用酸溶解在加硫氰化钾溶液检验,所以答案为:漏斗、取少量滤 渣于试管中,加人稀碗酸溶解后滴加几滴 KSCN 溶液,溶液变红色;(4)硫酸是强酸,溶解氢氧化铝的离子 方程式为:Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O;(5)冷却结晶时,Na2SO4 先析出,所以 Na2SO4 溶解度受温度影响较大, Na2MOO4 的溶解度受温度影响较小;(6)由钼元素守恒可得 20 80% 206 20.6160    。 3.(2021·湖北省十堰市期末考试)镍催化剂的主要成分为 Ni,还含有一定量 Al、Fe 及氧化铁、少量 其他不溶性物质,回收废镍催化剂制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)的工艺流程如下: 溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表所示: 金属离子 Fe3+ Fe2+ Ni2+ 开始沉淀的 pH(c=0.01mol·L-1) 2.2 7.5 7.2 沉淀完全的 pH(c=1.0×10-5mol·L-1) 3.2 9.0 8.7 回答下列问题: (1)“碱浸”时发生反应的离子方程式是___________。提高“碱浸”速率的措施是___________ (任写一点即 可)。 (2)“滤液②”可能含有的金属离子是___________。 (3)“转化”步骤中加入 H2O2 的目的是___________,反应的离子方程式是___________。 (4)“调 pH”时,最适宜的 pH 范围是___________。 (5)“控制 pH 浓缩结晶”步骤后得到硫酸镍晶体的操作依次是:过滤、___________、 干燥。 (6)利用表格中的数据,计算 Fe(OH)3 的 Ksp=___________ 【答案】(1)2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ 加热(增大 NaOH 溶液浓度、粉碎、搅拌等) (2)Ni2+、Fe2+和 Fe3+ (3)将 Fe2+氧化为 Fe3+,以便转化为 Fe(OH)3 沉淀除去 2Fe2++2H++H2O2=2 Fe3++2H2O (4)3.2~7.2 洗涤 (6) 3-14 -2 -2.2 1010 10     或 3-14 -5 -3.2 1010 10     【解析】由题给流程可知,向废镍催化剂中加入氢氧化钠溶液碱浸,铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝 11 酸钠和氢气,镍、铁和氧化铁不与碱反应,过滤得到含有偏铝酸钠的滤液①和含有镍、铁、氧化铁和少量 其他不溶性物质的滤饼①;向滤饼①中加入稀硫酸酸浸,镍、铁和氧化铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁、硫 酸铁和硫酸镍,过滤除去含有少量其他不溶性物质的滤渣②,得到含有硫酸亚铁、硫酸铁和硫酸镍的滤液 ②;向滤液②中加入过氧化氢溶液,将硫酸亚铁转化为硫酸铁,再向溶液中加入氢氧化钠溶液,调节 pH 在 3.2~7.2 的范围内,将硫酸铁转化为氢氧化铁沉淀,过滤得到含有氢氧化铁的滤渣③和含有硫酸镍的滤液③; 滤液③经控制溶液 pH 浓缩结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸镍晶体。(1)“碱浸”时发生的反应为铝与氢氧化 钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气,反应的离子方程式为 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑,将废镍催化剂粉碎、 增大氢氧化钠溶液浓度、加热升高温度、搅拌等措施能提高“碱浸”速率;(2)由分析可知,滤液②为硫酸亚 铁、硫酸铁和硫酸镍的混合溶液,含有的金属阳离子为 Ni2+、Fe2+和 Fe3+;(3)“转化”步骤中加入过氧化氢发 生的反应为酸性条件下,硫酸亚铁与过氧化氢发生氧化还原反应生成硫酸铁和水,反应的离子方程式为 2Fe2++2H++H2O2=2 Fe3++2H2O,目的是将 Fe2+氧化为 Fe3+,以便加入氢氧化钠溶液调节 pH 时转化为 Fe(OH)3 沉淀除去;(4) 调节溶液 pH 的目的是将 Fe3+转化为 Fe(OH)3 沉淀除去,而 Ni2+不转化为沉淀,由 题给数据可知,最适宜的 pH 范围是 3.2~7.2;(5) 由分析可知,滤液③经控制溶液 pH 浓缩结晶、过滤、洗 涤、干燥得到硫酸镍晶体;(6)由题给数据可知,开始沉淀时,铁离子的浓度为 0.01mol/L,氢氧根离子浓度 为 -14 -2.2 10 10 mol/L,则 Fe(OH)3 的 Ksp= 3-14 -2 -2.2 1010 10     ,或完全沉淀时,铁离子的浓度为 1.0×10-5mol/L,氢氧 根离子浓度为 -14 -3.2 10 10 mol/L,则 Fe(OH)3 的 Ksp= 3-14 -5 -3.2 1010 10     。 4.(2021·山东省济南高三期末考试)一种从废电池正极材料(含铝箔、LiCOO2、Fe 2O3 及少量不溶于酸 碱的导电剂)中回收各种金属的工艺流程如下: 12 已知:①黄钠铁矾晶体颗粒粗大,沉淀速度快,易于过滤。 ②钴酸锂难溶于水,碳酸锂的溶解度随温度升高而降低。 ③   8 sp 2 4K CoC O 6.3 10  ,   15 sp 2Co(OH) =6.3 10K  。 回答下列问题: (1)为了提高“碱溶”效率,可以采取的措施是_______(写出一条即可)。 (2)“浸取”时有无色气体产生,发生反应的离子方程式为_______。 (3)“沉钴”时采用饱和草酸铵溶液将钴元素转化为 COC2O4,与草酸钠溶液相比效果更好,原因是_______。 (4)“沉锂”后得到碳酸锂固体的实验操作为_______。 (5)“沉铁”时所得黄钠铁矾的化学式可表示为 NaxFey(SO4)m(OH)n。采用滴定法测定黄钠铁矾样品的组 成,实验步骤如下: Ⅰ.称取 4.850g 样品,加盐酸完全溶解后,配成 100.00 mL 溶液。 Ⅱ.量取 25.00mL 溶液,加入足量的 KI,用 0.2500mol·L-1 Na2S2O3 溶液进行滴定至终点 (I2+2Na2S2O3=2NaI+Na2S4O6),消耗 30.00mLNa2S2O3 溶液。 Ⅲ.另取 25.00mL 溶液,加入足量 BaCl2 溶液,充分反应后过滤、洗涤、干燥,得到沉淀 1.165g。 用 Na2S2O3 溶液进行滴定时,使用的指示剂为_______;黄钠铁矾的化学式为_______。 【答案】(1)粉碎正极材料 (2)2 LiCOO2+6H++H2O2=2 Li++2CO2++O2↑+4H2O (3)草酸铵溶液的碱性比草酸钠溶液弱,防止沉钴时生成氢氧化物 (4)趁热过滤 (5)淀粉(溶液) NaFe3(SO4)2(OH)6 13 【解析】正极材料(含铝箔、LiCOO2、Fe2O3 及少量不溶于酸碱的导电剂)加入氢氧化钠溶液,滤渣是 LiCOO2、Fe 2O3 和导电剂,加入过氧化氢、硫酸,LiCOO2、Fe 2O3 发生反应生成铁离子,亚钴离子,再加 入硫酸钠溶液,铁离子生成黄钠铁矾,滤液中加入饱和草酸铵溶液,生成草酸钴沉淀。(1)为了提高“碱溶” 效率,可以采取的措施是粉碎正极材料;(2)“浸取”时 LiCOO2 与过氧化氢溶液发生氧化还原反应,过氧化氢 被氧化成氧气,发生反应的离子方程式为 2 LiCOO2+6H++H2O2=2 Li++2CO2++O2↑+4H2O;(3)“沉钴”时采用 饱和草酸铵溶液将钴元素转化为 COC2O4,与草酸钠溶液相比效果更好,原因是草酸铵溶液的碱性比草酸钠 溶液弱,防止沉钴时生成氢氧化物;(4) 钴酸锂难溶于水,碳酸锂的溶解度随温度升高而降低,则“沉锂”后 得到碳酸锂固体的实验操作为趁热过滤;(5)用 Na2S2O3 溶液进行滴定时,使用的指示剂为淀粉溶液,依据 题意 2Fe3++2I-=2 Fe3++I2,((I2+2Na2S2O3=2NaI+Na2S4O6))得 n(Fe3+ )=n(Na2S2O3)=0.2500mol/L×0.03L×4=0.03mol,n(SO42-)= 1.165g 4233g/mol  =0.02mol,有 n(Na+ )×23g/mol+n(OH- )×17g/mol+ n(Fe3+ )×56g/mol+ n(SO42-)×96g/mol=4.85g,电荷守恒 3n(Fe3+ )+ n(Na+ )= n(OH- )+ 2n(SO42-),联立求解得:n(Na+ )=0.01mol,n(OH- )=0.06mol,所以 n(Na+ ):n(Fe3+ ):n(SO42-): n(OH- )=0.01mol:0.03mol:0.02mol:0.06mol=1:3:2:6,则黄钠铁矾的化学式为 NaFe3(SO4)2(OH)6。 5.(2021·山东泰安市高三模拟)新型锂电池正极材料锰酸锂(LiMn2O4)有望取代广泛使用的 LiCoO2。工 业上用某软锰矿(主要成分为 MnO2,还含有少量铁、铝及硅等氧化物)为原料制备锰酸锂的流程如图: 已知: lg2=0.3, 3 512 =8,25℃有关物质的溶度积常数: 物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 Mn(OH)2 Ksp 8.0×10-16 4.0×l0-38 5.12×10-33 4.0×l0-14 (1)已知锂电池放电时正极的电极反应式为:LiMn2O4+e-+Li+ ===Li2Mn2O4,则锰酸锂中锰元素的化合价 为_______________。 (2)“浸取”得到的浸取液中阳离子主要是 Mn2+,生成 Mn2+的离子方程式为________________,检验还含 14 有 Fe2+的方法是____________________________。 (3)“精制”中加入 H2O2 的量比理论值大的多,其主要原因是______,若所得溶液中锰离子的浓度为 1 mol·L-1,则加入氧化锰调节 pH 的范围为____(当溶液中离子浓度小于 10-5 mol·L-1 时可以认为沉淀完全)。 (4)“沉锰”得到的是 Mn(OH)2 和 Mn2(OH)2SO4 滤饼,二者均可被氧化为 Mn3O4,若控温氧化时溶液的 pH 随时间的变化如下图,则 15~150 min 内滤饼中一定参加反应的成分是______;判断的理由是 _____________________________________(用化学方程式表示)。 (5)写出高温煅烧生成锰酸锂的化学方程式_______。 【答案】(1)+3、+4 (2)MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O 取浸取液少许,加入几滴 K3[Fe(CN)6]溶液(或酸性 KMnO4 溶液),若有蓝色沉淀生成(或紫红色褪去),则有 Fe2+ (3)溶液中的铁离子催化过氧化氢分解 4.9-7.3 (4)Mn2(OH)2SO4 3 Mn2(OH)2SO4+O2==2Mn3O4+3H2SO4 (5)8Mn3O4 +6Li2CO3 +5O2 6CO2 + 12LiMn2O4 【解析】(1) Li2Mn2O4 中锰元素+3 价,则 LiMn2O4 中锰元素有+4 价,但只有一个锰原子得电子,另一 个锰原子未得电子变价,也为+4 价,则锂电池正极材料锰酸锂中,锰元素的化合价为+3、+4;(2) “浸取” 过程 MnO2 转化为 Mn2+,Mn 元素从+4 价降至+2 价,离子方程式为:MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O; 可用 K3[Fe(CN)6] 溶液来检验 Fe2+:取浸取液少许,加入几滴 K3[Fe(CN)6]溶液(或酸性 KMnO4 溶液),若有 蓝色沉淀生成(或紫红色褪去),则有 Fe2+;(3) “浸取”过程还剩余 Fe3+,“精制”中加入 H2O2 消耗一部分,故 过氧化氢的量比理论值大的多,故答案为溶液中的铁离子催化过氧化氢分解;除去 Fe3+、Al3+,氢氧化铝完 全沉淀时, 33 sp 33 - 28 3+ 5 [Al(OH) ] 5.12 10(OH )= 5.12 10(Al ) 1 10 Kc c       ,解得 3- -30 -10c(OH ) 512 10 =8 10   , 14 + -4 -1W - -10 1 10 1c(H ) 10 mol LOH 8 10 8 K      ,pH=4.9,锰离子的浓度为 1 mol·L-1 时, 14 sp 22 - 14 2+ [Mn(OH) ] 4.0 10(OH )= 4 10(Mn ) 1 Kc c     , - -7 -1c(OH ) 2 10 mol L   , 14 + -7 -1W - -7 1 10 1c(H ) 10 mol LOH 2 10 2 K      ,pH=7.3,调节 pH 的范围为 4.9-7.3;(4) 根据分析,滤饼含有 Mn(OH)2、Mn2(OH)2SO4,与氧气可能的反应分别为 6Mn(OH)2+O2=2Mn3O4+6H2O、 15 3Mn2(OH)2SO4+O2=2Mn3O4+3H2SO4,则 Mn2(OH)2SO4 被 O2 氧化产生 H+,而 Mn(OH)2 被 O2 氧化不产生 H+, 根据图象通入 O2 时 15~150 分钟 pH 越来越小,酸性增强,则 15~150 分钟滤饼中一定参与反应的成分是 Mn2(OH)2SO4;故答案为:Mn2(OH)2SO4;3 Mn2(OH)2SO4+O2===2Mn3O4+3H2SO4;(5)高温煅烧生成锰酸锂 的化学方程式:8Mn3O4 +6Li2CO3 +5O2 6CO2 + 12LiMn2O4。 6.(2021·山东淄博市高三模拟)一种以辉铜矿(主要成分为 Cu2S,含少量 SiO2)为原料制备硝酸铜晶体的 工艺流程如图所示: (1)写出“浸取”过程中 Cu2S 溶解时发生反应的离子方程式:___________________。 (2)恒温“浸取”的过程中发现铜元素的浸取速率先增大后减少,有研究指出 CuCl2 是该反应的催化剂,该 过程的反应原理可用化学方程式表示为:①Cu2S+2CuCl2=4CuCl+S;②__________。 (3)向滤液 M 中加入(或通入)_______________(填字母),所得物质可循环利用。 A.铁 B.氯气 C.高锰酸钾 D.氯化氢 (4)“保温除铁”过程中,加入 CuO 的目的是______________;向浓缩池中加入适量 HNO3 的作用是 _____________。操作 1 是_______________。 (5)某探究性小组的研究成果如图所示,可以用废铜屑和黄铜矿来富集 Cu2S。通入的硫化氢的作用是 _____________,当转移 0.2mol 电子时,生成 Cu2S________mol。 【答案】(1)Cu2S+4Fe3+=2Cu2++4Fe2++S (2)CuCl+FeCl3=CuCl2+FeCl2 (3) b (4)调节溶液的 pH,使铁完全转化为 Fe(OH)3 沉淀 抑制 Cu2+的水解 冷却(降温)结晶 (5)催化剂 0.2 【解析】辉铜矿加入氯化铁溶液溶解浸取,二氧化硅不反应,过滤得到矿渣用苯回收硫单质,说明 Cu2S 和 FeCl3 发生反应生成 S 单质,还生成氯化铜、氯化亚铁。在滤液中加入铁还原铁离子和铜离子,然后过滤, 滤液 M 主要含有氯化亚铁,保温除铁加入稀硝酸溶液将亚铁离子氧化为铁离子,用氧化铜调节溶液 pH,使 Fe3+转化为 Fe(OH)3 沉淀,过滤分离,滤液中主要含有硝酸铜,加入硝酸抑制铜离子水解,蒸发浓缩、冷却 结晶、过滤洗涤得到硝酸铜晶体。(1)浸取过程中 Fe3+将 Cu2S 氧化成 Cu2+和硫单质,本身被还原为二价铁离 16 子,根据电子守恒和元素守恒可得其离子反应方程式,故答案为:Cu2S+4Fe3+=2Cu2++4Fe2++S;(2)根据 CuCl2 是该反应的催化剂,故最终产物为 CuCl2,可得反应②为三氯化铁氧化氯化亚铜为氯化铜,故答案为: CuCl+FeCl3=CuCl2+FeCl2;(3)M 中主要物质为氯化亚铁,通入氯气可生成氯化铁,实现循环使用,故答案 为:b;(4)“保温除铁”过程要除去 Fe3+,故需要加入氧化铜来调节 pH 值,使 Fe3+生成氢氧化铁沉淀;铜离 子会水解,故在蒸发浓缩冷却结晶过程中需要加入硝酸来抑制其水解,故答案为:调节溶液的 pH,使铁完 全转化为 Fe(OH)3 沉淀;抑制 Cu2+的水解;冷却(降温)结晶;(5)从图中可知,反应前后硫化氢的质量和性质 没有发生改变,为催化剂,在该转化中 Cu 被氧化成 Cu2S,化合价升高+1 价,CuFeS2 被还原成 Cu2S,化合 价降低-1 价,根据电子守恒,当转移 0.2mol 电子时,生成 Cu2S 0.2 mol。 7.(2021·河南省郑州、商丘市名师联盟高三 12 月教学质量检测)用蛇纹石(主要含 3MgO·2SiO2·2H2O、 FeO、Fe2O3、Al2O3 及少量 Cr2O3)制取 MgO 的工艺流程如图: 已知该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH 如表所示: 金属离子 Fe3+ Al3+ Cr3+ Fe2+ Mg2+ 开始沉淀 pH 1.6 3.3 3.8 6.5 9.4 沉淀完全 pH 3.2 5.2 6.8 9.7 12.4 回答下列问题: (1)“酸浸”时,当蛇纹石矿粉粒度一定、硫酸的浓度、活化剂用量及液固比一定时,提高浸取率还可采 取的措施是___(列举 1 条);3MgO·2SiO2·2H2O 与硫酸反应的化学方程式为___(生成产物之一为 SiO2·nH2O)。 (2)“净化”过程包括“氧化”和“沉出杂质”两步骤。 ①写出“氧化”时反应的离子方程式:___。 ②“沉出杂质”加氨水时,应控制溶液 pH 的范围是___。 ③氨水“净化”反应的温度对 MgO 纯度和产率的影响如图所示,在 35~40℃,随温度升高,产率降低的 主要原因是___;在 25~50℃,温度越高,MgO 纯度随温度升高而提高的主要原因是___。 17 (3)用 2.76 t 该蛇纹石(3MgO·2SiO2·2H2O 含量为 80%)原料按以上流程制取 MgO,制取过程中 Mg 的损 失率为 6%,可以制得 MgO 的质量为___kg。 【答案】(1)适当升高酸浸液温度或适当延长浸取时间或适当加快搅拌速率等 3MgO•2SO2•2H2O+3H2SO4=3MgSO4+2SiO2•nH2O↓+(5-n)H2O (2)①2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O ①6.8≤pH10 溶解) 5.6(>9 溶解) (1)提高酸浸速率的措施有___(答两条),滤渣 3 的主要成分是___(填化学式)。 (2)流程中两次使用了 H2O2 进行氧化,第二次氧化时反应的离子方程式为________________。 (3)如果把“调 pH=4.7”和“调 pH>11”中间的“过滤”步骤省略,引起的后果是______________。 (4)制取铬酸钠后的废水中含有的 Cr2O72-可以用绿矾除去,测得反应后的溶液中含 Cr3+、Fe2+、Fe3+、H +等阳离子。 ①该反应的离子方程式为____________。 ②含一定浓度 Cr3+的废水排放到河塘中会使鱼类等水生生物死亡,原因是________________。 【答案】(1)升高温度、将铬铁矿粉碎、搅拌、增加硫酸浓度等(任答两条即可) Mg(OH) 2 (2)2CrO2- +3H2O2+2OH-=2CrO42-+4H2O (3)pH>11 时 Al(OH) 3 会溶解,引入杂质离子 AlO2-,使产品不纯 (4)①Cr2O72-+6Fe2++14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O ②重金属离子可使蛋白质变性(或重金属中毒) 【解析】铬铁矿用稀硫酸酸浸,FeO、Cr2O3、MgCO3、Al2O3 与硫酸反应变成溶液,而 SiO2 不反应, 过滤得到滤渣 1 为 SiO2;然后通入 H2O2 将 Fe2+氧化为 Fe3+,再调节 pH=4.7 时,Fe3+、Al3+完全沉淀,过滤 得到滤渣 2 为 Al(OH)3 和 Fe(OH)3;再调节 pH=11,Mg2+完全沉淀被除去,过滤沉淀得滤渣 3 为 Mg(OH) 2; 此时 Cr 元素以 CrO2-的形式存在,过滤后,向滤液中再加入 H2O2,将 CrO2-氧化为 CrO42-,最后采取蒸发浓 缩、冷却结晶的方法得到 Na2CrO4 晶体。(1)提高酸浸速率的措施有升高温度、将铬铁矿粉碎、搅拌、增加 21 硫酸浓度等;由分析可知滤渣 3 为 Mg(OH) 2。(2)第一次加入 H2O2 是为了将 Fe2+氧化为 Fe3+,第二次加入 H2O2 是为了将 CrO2-氧化为 CrO42-,第二次氧化时反应的离子方程式为 2CrO2-+3H2O2+2OH-=2CrO42-+ 4H2O。Na2CrO4 溶液得到 Na2CrO4 晶体,可以采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法; (3)“调 pH=4.7”时沉淀成分是 Al(OH)3 和 Fe(OH)3,如果不把 Al(OH)3 除去,当继续加入 NaOH 至 pH=11 时, Al(OH)3 会溶解,引入杂质离子 AlO2-。(4)①Cr2O72-可以用绿矾除去,Cr2O72-和 FeSO4 反应的离子方程式为 Cr2O72-+6Fe2++14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O。②Cr3+为重金属离子,重金属离子可使蛋白质变性,因此含一 定浓度 Cr3+的废水排放到河塘中会使鱼类等水生生物死亡。 10.(2021·四川遂宁市高三零模)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。湿法炼锌产生的铜镉渣(主 要含锌、铜、铁、镉(Cd)、钴(Co)等单质)用于生产金属镉的工艺流程如下: 表中列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的 pH(金属离子的起始浓度为 0.1 mol·L-1) 金属离子 Fe3+ Fe2+ Cd2+ 开始沉淀的 pH 1.5 6.3 7.4 沉淀完全的 pH 2.8 8.3 9.4 (1)写出加快“铜镉渣”“溶浸”速率的两种措施__________________________。 (2)滤渣Ⅰ的主要成分是_______________(填化学式)。 (3)①操作Ⅲ中先加入适量 H2O2 的作用是___________________________________。 ②再加入 ZnO 控制反应液的 pH,合适的 pH 范围为__________________________。 ③若加入的 H2O2 不足,加入 ZnO 后所得的电解液中会含有 Fe 元素。设计实验方案加以鉴别:取电解 液少量于试管中,向其中滴加_______________溶液(填化学式),产生蓝色沉淀,则证明电解液中含有 Fe 元 素。 (4)净化后的溶液用惰性电极电解可获得镉单质。电解废液中可循环利用的溶质是____。 (5)该湿法炼锌废水中含有 Zn2+,排放前需处理。向废水中加入 CH3COOH 和 CH3COONa 组成的缓冲溶 液调节 pH,通入 H2S 发生反应:Zn2++H2S ⇌ ZnS(s)+2H+。处理后的废水中部分微粒浓度为: 微粒 H2S CH3COOH CH3COO- 22 浓度/mol·L-1 0.10 0.05 0.10 处理后的废水的 pH=_______________,c(Zn2+)=_______________mol·L-1。(已知:Ksp(ZnS)=1.0×10-23, Ka1(H2S)=1.0×10-7,Ka2(H2S)=1.0×10-14,Ka(CH3COOH)=2.0×10-5) 【答案】(1)将铜镉渣粉碎成粉末、适当提高温度、适当提高稀硫酸浓度、充分搅拌等 (2)Cu (3)①将 Fe2+氧化为 Fe3+ ②2.8≤pH<7.4 ③K3[Fe(CN)6] (4)H2SO4(或硫酸) (5)5 1.0×10-11 【解析】用湿法炼锌产生的铜镉渣生产金属镉的流程:铜镉渣主要含锌、铜、铁、镉(Cd)、钴(Co)等单 质,加入稀硫酸,铜不溶,过滤,滤液含有 Zn2+、Fe2+、Cd2+、Co2+,向滤液加入锌、Sb2O3 产生滤渣 CoSb 除去钴,向除钴后的溶液中加入 H2O2 溶液氧化 Fe2+为 Fe3+,加入氧化锌调节 pH 使 Fe3+沉淀后经过滤除去, 电解含有 Zn2+、Cd2+的溶液,可得镉单质。(1)“溶浸”时要加入稀硫酸,溶解锌、铁、镉(Cd)、钴(Co),将铜 镉渣粉碎成粉末、适当提高温度、适当提高稀硫酸浓度、充分搅拌等可以加快“铜镉渣”“溶浸”速率;(2)铜 与稀硫酸不反应,则滤渣Ⅰ的主要成分为 Cu;(3)①双氧水具有氧化性,能把亚铁离子氧化为铁离子,便于 调节 pH 使 Fe3+沉淀后经过滤除去;②加入氧化锌调节 pH 使 Fe3+沉淀后经过滤除去,由表格可知,合适的 pH 范围为:2.8≤pH<7.4;③若加入的双氧水不足,则待电解溶液中有亚铁离子残余,检验亚铁离子即可, 方法为:取电解液少量于试管中,向其中滴加 K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,则证明电解液中含有 Fe 元素;(4)净化后的溶液用惰性电极电解,阴极 Cd2+得电子得到镉单质,阳极 H2O 失电子生成氧气和硫酸, 故电解废液中可循环利用的溶质是 H2SO4(或硫酸);(5)处理后的废水中存在醋酸的电离平衡: CH3COOH CH3COO-+H+,Ka(CH3COOH)=       - + 3 3 CH COO H CH COOH c c c =  +0.1 H 0.05 c =2.0×10-5,解得 c(H+)=1×10-5mol/L,pH=5;由题意,ZnS(s) Zn2+(aq)+S2-(aq) Ksp(ZnS)=1.0×10-23;H2S H++HS- 、 HS- H++S2-,Ka1  Ka1=       2 2 2 H S H S c c c   =10-21;则 Zn2++H2S ⇌ ZnS(s)+2H+的平衡常数 K=       2 2 2 H H S c c Zn c   = 21 23 10 10   =100,则       2 + 2+ 2 H Zn H S c c c =     25 2+ 10 Zn 0.1c   =100,解得 c(Zn2+)=1.0×10-11 mol·L-1。 11.(2021·江苏泰州市高三模拟)无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。工业上用铝土矿(主要 成分为 Al2O3,含有 Fe2O3>SiO2 等杂质)制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下: 23 已知: 物质 SiCl4 AlCl3 FeCl3 FeCl2 沸点/℃ 57.6 180 (升华) 300 (升华) 1023 (1)氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体,其反应的离子方程式为:_________________。 (2)步骤 I 中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多,其作用是___________________(只要求写 出一种)。 (3)步骤 I 中焙烧生成三种固体单质,其中生成非金属单质的反应的化学方程式为: ____________________。 (4)步骤 II 生成的尾气中含有 Cl2,一定温度下,Cl2 用足量的 NaOH 溶液吸收,氧化产物只有 NaClO 和 NaClO3,经测定溶液中 ClO-和 ClO - 3 物质的量浓度之比为 3:1,则在 Cl2 被吸收过程中被还原的氯元素和被 氧化的氯元素物质的量之比为_________________。 (5)结合流程及相关数据分析,步骤 II 冷却之后得到的氯化铝(粗品)中含有的主要杂质为_________ (填 化学式)。 (6)工业生产过程中需要控制加入铝粉的量,以提高铝粉的利用率,从而降低生产成本,“废渣”的主要 成分有 NaCl 和___________ (填化学式)。 【答案】(1)A13++3H2O Al(OH)3+3H+ (2)增大反应物的接触面积,加快反应速率,使反应充分或防止后续步骤生成的 AlCl3 水解 (3)SiO2+2C Si+2CO↑ (4)2:1 (5) FeCl3 (6)FeCl2 【解析】铝土矿(主要成分为 Al2O3,含有 Fe2O3>SiO2 等杂质)和焦炭反应,发生置换反应,生成铁单 质,铝单质等,再加入氯气高温环境下,反应生成氯化铁,氯化硅,氯化铝等,根据物质的沸点可知,氯 化铁和氯化铝在步骤 II 中混合存在。(1)氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体,其反应的离子方 程式为:A13++3H2O Al(OH)3+3H+。(2)步骤 I 中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多,其作用是增大 反应物的接触面积,加快反应速率,使反应充分或防止后续步骤生成的 AlCl3 水解。(3)步骤 I 中焙烧生成三 种固体单质,均为置换反应,其中生成非金属单质的反应的化学方程式为:SiO2+2C Si+2CO↑。(4)步骤 II 生成的尾气中含有 Cl2,一定温度下,Cl2 用足量的 NaOH 溶液吸收,氧化产物只有 NaClO 和 NaClO3,经测 定溶液中 ClO-和 ClO3-物质的量浓度之比为 3:1,则根据转移电子数守恒可知, 6Cl2+12OH-=3ClO-+ClO3-+8Cl-+6H2O,在 Cl2 被吸收过程中被还原的氯元素和被氧化的氯元素物质的量之比 为 8:4=2:1。(5)结合沸点可知,步骤 II 冷却之后得到的氯化铝(粗品)中含有的主要杂质为 FeCl3。(6)工业 生产过程中需要控制加入铝粉的量,以提高铝粉的利用率,从而降低生产成本,铝粉把氯化铁还原,“废渣” 24 的主要成分有 NaCl 和 FeCl2。 12.(2021·广东高三模拟)铍作为一种新兴材料日益被重视,是原子能、火箭、导弹、航空以及冶金工 业中不可缺少的宝贵材料。铍及其化合物大多具有毒性。如图是以一种已经预处理后的含铍矿绿柱石(主要 含有 BeO、Al2O3、Fe2O3 和 FeO 等)为原料制取单质铍的工艺流程: 已知:i.铍和铝的化学性质相似;ii.氯化铍在融熔态时较难电离; iii.Be(OH)2 在 pH 10 时会溶解;iV.   38 sp 3K Fe(OH) 1.0 10  。 (1)滤渣 1 的主要成分是________。 (2)在“除铝”过程中铝会以铝铵矾[(NH4)Al(SO4)2·12H2O]的形式析出,则此过程中生成铝铵矾的化学方程 式为______________________________。 (3)“除铁”过程要求不引入新的杂质,其操作应为______________________________。 (4)在“沉铍”过程中,若改为加入过量的 NaOH 溶液,则铍的存在形式是________(填离子符号)。 (5)在“分解”过程中产生的 NH4F 烟气会发生反应:2NH4F=NH4HF2+4NH3,可用 NH4HF2 代替 HF 用于 雕刻玻璃,反应过程中有 NH4F 生成,请写出此反应的化学方程式: ____________________________________________________。 (6)工艺中采用氟化铍镁热还原法制取铍需要真空环境的原因是___________________。氯化铍熔盐电解 法也可以制取铍,但是在电解过程中需要加入等量的 NaCl,加入 NaCl 的作用是 ____________________________________________________。 (7)铍铜因具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性、耐热冲击性以及无磁性、无火花等特性而成为最为 广泛使用的一种铍合金。若绿柱石中 BeO 的含量为 a%,上述工艺流程中 Be 的产率为 b%,则 1t 绿柱石理 论上可以生产含 2%Be 的铍铜合金________t。 (8)工艺流程中产生的含有 Be2+的废水可以用石灰中和——生物净化法进行净化。不同的 pH 值和温度 下,石灰中和——生物净化法净化后溶液中的铍的浓度如图所示,则为了减少污染,最应选用的 pH 范围和 温度分别是________(填序号)。 25 A.9~11,30℃ B.7~10,30℃ C.8~11,35℃ 【答案】(1)SiO2 (2)(NH4)2SO4+Al2(SO4)3+24H2O=2[(NH4)Al(SO4)2·12H2O] (3)在滤液中加入适量 H2O2,再加适量氨水调整的 pH≥3 (4)BeO22- (5)SiO2+4NH4HF2=SiF4↑+4NH4F+2H2O (6)防止 Be 和 Mg 被氧化 增强熔融盐的导电性 (7)1.8×10-3ab (8)B 【解析】用稀硫酸溶解含铍矿绿柱石,其中 BeO、Al2O3、Fe2O3 和 FeO 均能溶于酸,而 SiO2 不溶于酸 且不溶于水,经过滤,滤渣Ⅰ为 SiO2,而滤液中主要含有 Be2+、Al3+、Fe3+、Fe2+及过量的酸,滤液中加入 (NH4)2SO4 有铝铵矾[(NH4)Al(SO4)2·12H2O]析出,经过过滤除去,达到除铝的目的,继续向所得滤液中加入 加入适量 H2O2 氧化 Fe2+,再加适量氨水调整的 pH,使溶液中 Fe3+完全转化为 Fe(OH)3 沉淀,再过滤除去, 达到除铁的目的,再向滤液中加入氨水、HF,得到(NH4)2BeF4,高温分解得到 BeF2,加入镁在高温下反应 生成 Be。 【解析】(1)由分析知,滤渣 1 的主要成分是 SiO2;(2) 向含 Al3+的滤液中加入(NH4)2SO4 有铝铵矾 [(NH4)Al(SO4)2·12H2O]析出,发生反应的化学方程式为(NH4)2SO4+Al2(SO4)3+24H2O=2[(NH4)Al(SO4)2·12H2O]; (3)已知   38 sp 3K Fe(OH) 1.0 10  ,当 c(Fe3+)=1×10-5mol/L 时,c(OH-)= 38 3 5 1 10 1 10     mol/L=1×10-11mol/L,此 时溶液 pH=3;则“除铁”过程要求先氧化 Fe2+,再调节溶液 pH≥3,使 Fe3+完全转化为 Fe(OH)3 沉淀,在不引 入新的杂质的前提下,正确操作应为向滤液中加入适量 H2O2,再加适量氨水调整的 pH≥3;(4) Be(OH)2 能 溶于 NaOH 溶液,则 “沉铍”过程中,若加入过量的 NaOH 溶液,Be(OH)2 会溶于 NaOH 生成 NaBeO2,即 铍的存在形式是 BeO22-;(5) 用 NH4HF2 代替 HF 用于雕刻玻璃,即 SiO2 能与 NH4HF2 反应生成 SiF4 和 NH4F, 发生反应的化学方程式为 SiO2+4NH4HF2=SiF4↑+4NH4F+2H2O;(6)Be 和 Mg 易在空气中被氧气氧化,则采 26 用氟化铍镁热还原法制取铍需要真空环境,达到防止 Be 和 Mg 被氧化的目的;氯化铍在融熔态时较难电离, 在电解过程中需要加入等量的 NaCl,可增强熔融盐的导电性;(7)根据原子守恒,依据已知条件 1t 该绿柱石 理论上能生产含镀量 2%的镀铜台金 61 10 % 9 / %25 / 2% a g mol bg mol     =1.8×103abg=1.8×10-3abt;(8)当溶液 pH 在 7~10 左右、温度 30℃时溶液中 c(Be)最低,即净化效果最好,故选 B。 13.(2021·山东昌乐县高三模拟)锰酸锂(LiMn2O4)可作为锂离子电池的正极材料,在工业上可 利用软锰矿浆(主要成分为 MnO2,含少量 Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2 等杂质)吸收含硫烟气(主要成分 SO2) 制备锰酸锂,生产流程如下: 已知:①软锰矿浆在吸收含硫烟气的过程中酸性逐渐增强。 ②在此流程中部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的 pH 如下表: 沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2 开始沉淀 2.7 7.6 3.4 7.7 完全沉淀 3.7 9.6 4.7 9.8 (1)软锰矿水磨浆化处理的作用是________。 (2)SO2 的吸收率与温度及烟气流速的关系如图,为提高含硫烟气中 SO2 的吸收率,可以采取的措施 _______(举一例)。 27 (3)滤液 1 中所含金属阳离子有 Mn2+、________(填离子符号)。 (4)在实际生产中,Li2CO3 与 MnO2 按物质的量之比 1∶4 混合均匀加热制取 LiMn2O4,反应过程如下: ①升温到 515℃时,Li2CO3 开始分解产生 CO2,同时生成固体 A,此时比预计 Li2CO3 的分解温度(723℃) 低得多,可能原因是______________________________; ②升温到 566℃时,MnO2 开始分解产生另一种气体 X,X 恰好与①中产生的 CO2 物质的量相等,同时 得到固体 B。请写出此过程反应的化学方程式___________________; ③升温到 720℃时,第三阶段反应开始,固体质量逐渐增加,当质量不再增加时,得到高纯度的锰酸锂。 请写出该阶段反应的化学方程式__________________。 (5)请补充完整由“滤液 1”得到“滤液 2”同时回收 Al(OH)3 的实验方案[Al(OH)3 在 pH≥12 时溶解]:边搅拌 边向滤液 1 中_______________________________________。(实验中须用到的试剂有:NaOH 溶液、H2O2、 CO2) 【答案】(1)增大与含硫烟气的接触面积,加快反应速率 (2)降低通入含硫烟气的温度或减慢通入含硫烟气的流速 (3)Al3+、Fe2+ (4) ①MnO2 对 Li2CO3 的分解有催化剂的作用 ②4MnO2  566℃ 2Mn2O3+O2↑ ③2Li2O+4Mn2O3+O2 720℃4LiMn2O4 (5)滴加足量过氧化氢,搅拌,加入氢氧化钠溶液至 4.7≤pH<7.7,过滤得到滤液 2 和固体,向所得固体 中加入氢氧化钠溶液至 pH≥12,搅拌、过滤,再向所得滤液中通入二氧化碳过滤洗涤,低温烘干得到氢氧 化铝 【解析】软锰矿浆(主要成分为 MnO2,含少量 Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2)制备锰酸锂,软锰矿浆通入 含二氧化硫的烟气,二氧化硫溶于水生成亚硫酸,Fe2O3、FeO、Al2O3,都能溶于酸,得到相应的离子,同 时 SO2 将得到的 Fe3+还原为 Fe2+,MnO2 与 SO2 发生氧化还原反应,得到 Mn2+,二氧化硅不溶盐酸,滤渣 1 为二氧化硅,滤液 1 含 Al3+、Mn2+、Fe2+,由沉淀的 pH 范围知,Fe2+的沉淀与 Mn2+离子的沉淀所需的 pH 接近,而 Fe3+则相差很远,故可以将 Fe2+氧化成 Fe3+而除杂,搅拌加入氢氧化钠溶液至 4.7≤pH<7.7,过滤 得到滤液 2 和固体向所得固体中加入氢氧化钠溶液至 pH≥12,搅拌过滤再向所得滤液中通入二氧化碳过滤 洗涤,低温烘干得到氢氧化铝,滤液 2 中加入氢氧化钠溶液过滤得到 Mn(OH)2,一定条件下得到 MnO2,Li2CO3 与 MnO2 按物质的量之比为 1:4 混合均匀加热制取 LiMn2O4。(1)软锰矿水磨浆化处理的作用是增大与含硫 烟气的接触面积,加快反应速率;(2)由图 2 知,SO2 的吸收效率随温度的升高而降低,当温度和浓度相同时, SO2 的吸收效率随烟气流速的增大而降低,故为提高含硫烟气中 SO2 的吸收率,可以降低通入含硫烟气的温 28 度或减慢通入含硫烟气的流速;(3)根据分析,软锰矿浆通入含二氧化硫的烟气,Fe2O3、FeO、Al2O3 得到相 应的离子,同时 SO2 将得到的 Fe3+还原为 Fe2+,MnO2 与 SO2 发生氧化还原反应,得到 Mn2+,故滤液 1 含 Al3+、Mn2+、Fe2+; (4)①升温到 515℃时,Li2CO3 开始分解产生 CO2,同时生成固体 A,此时比预计 Li2CO3 的分解温度(723℃)低得多,说明 MnO2 对 Li2CO3 的分解有催化剂的作用;②升温到 566℃时,MnO2 开始分 解产生另一种气体 X 只能为氧气,氧气恰好与①中产生的 CO2 物质的量相等,假设 Li2CO3 的物质的量为 1mol, MnO2 物质的量为 4mol,则产生 1molCO2 即生成 1molO2,元素守恒 B 中含 4molMn 和 6molO,同时得到固 体 B 的化学式 Mn2O3,反应的化学方程式为:4MnO2 566℃ 2Mn2O3+O2↑;③升温到 720℃时,A、B 反应, 固体质量逐渐增加,当质量不再增加时,得到高纯度的锰酸锂,Li2O 和 Mn2O3 反应生成 LiMn2O4,因为固 体质量增加,反应的化学方程式为:2Li2O+4Mn2O3+O2 720℃4LiMn2O4;(5)根据分析含有的离子是 Al3+、Fe2+ 等,根据流程图锰离子存在在溶液中,需要把铁离子和铝离子沉淀不能影响锰离子表中数据分析,把亚铁 以为铁离子,然后调节溶液 pH,使铁离子、铝离子完全沉淀,再利用氢氧化铝的两性除去氢氧化铁,具体 步骤为:滴加足量过氧化氢,搅拌,加入氢氧化钠溶液至 4.7≤pH<7.7,过滤得到滤液 2 和固体,向所得固 体中加入氢氧化钠溶液至 pH≥12,搅拌、过滤,再向所得滤液中通入二氧化碳过滤洗涤,低温烘干得到氢 氧化铝。 14.(2021·江苏连云港市高三模拟)以 AlCl3、工业 V2O5(纯度为 96%)为原料,低温提纯制备高纯 V2O5, 其主要实验流程如下: 已知:①无水 AlCl3 升华温度约 170℃,在空气中会吸水部分水解。 ②VOCl3(三氯氧钒)熔点约 78 ℃,沸点约 127 ℃,易水解生成 V2O5。 ③V2O5 易溶于碱生成 VO3-(偏钒酸盐),溶于强酸生成 VO2+ (氧基钒离子)。 (1)“氯化”产物为 VOCl3 和 Al2O3,装置如图所示。 29 向反应装置中不断通入氩气的目的是_________;反应温度采用 160℃左右的原因是 _____________________________________________________。 (2)“沉钒”时控制温度为 35 ℃、pH 约为 1,VOCl3 转化为(NH4)2V6O16(多钒酸铵),其离子方程式为 __________________________________________。 (3)“煅烧”时为避免生成的 NH3 将产物还原,需采取的措施是____________________。 (4)氨解沉钒时也可将 VOCl3 与氨水作用,生成 NH4VO3(为避免反应过于剧烈,需先将一定量 VOCl3 溶 解于水中配制成钒溶液)。沉钒率与钒溶液浓度、氨解温度的关系分别如图 1、图 2 所示。 2 钒溶液中会存在少量颗粒状沉淀,其可能成分为_________(填化学式)。 ②为确定较适宜的沉钒条件,请结合图曲线,补充完整“探究氨水浓度对沉钒率的影响”的实验方案: ________________________________________________________________,使用专用仪器测定并计算沉钒 率。(实验中可供选择的试剂:50 g·L-1 的钒溶液、10 g·L-1 的钒溶液、25 %的优级纯氨水、高纯水) 【答案】(1)排出装置中的水蒸气,以防 V2O5 水解 该温度下反应能发生,同时将生成的 VOCl3 及时 蒸出分离,又避免 AlCl3 升华而混入杂质 (2)6VOCl3 +2NH4++10H2O=(NH4)2V6O16+18Cl-+20H+ (3)在空气中进行,并不断搅拌 (4)①V2O5 ②取数份等体积、50 g·L-1 的钒溶液,分别加入不同体积 25 %的优级纯氨水,再加入高 纯水使各组溶液总体积相等,水浴加热控制反应温度均为 35 ℃(或 35-55℃之间任一温度),充分反应相同的 30 时间(或 1-2 h) 【解析】“氯化”:AlCl3、V2O5 反应得到 VOCl3 和 Al2O3;“氨解沉钒”:VOCl3、Al2O3、NH4Cl、HCl 反应得到(NH4)2V6O16、AlCl3,过滤后 AlCl3 随滤液除去,得(NH4)2V6O16;“煅烧”(NH4)2V6O16 得 NH3 和 V2O5。 (1)VOCl3 易水解生成 V2O5,通入氩气排出装置中的水蒸气,以防 V2O5 水解,无水 AlCl3 升华温度约 170℃, VOCl3 沸点约 127 ℃,控制在 160℃是因为该温度下反应能发生,且生成的 VOCl3 能及时蒸出,同时还防止 AlCl3 升华而成为杂质;(2)pH 约为 1,为酸性,结合电荷守恒、原子守恒可得 VOCl3 转化为(NH4)2V6O16 的 离子方程式为:6VOCl3 +2NH4++10H2O=(NH4)2V6O16+18Cl-+20H+;(3)空气中有氧化剂 O2,“煅烧”时为避免 生成的 NH3 将产物 V2O5 还原,可使“煅烧”在空气中进行,并不断搅拌;(4)①VOCl3 易水解生成 V2O5,所 以配制钒溶液时会有 V2O5 颗粒状沉淀生成;②“探究氨水浓度对沉钒率的影响”,则可做多组氨水浓度不同、 钒溶液浓度相同、温度相同的对比实验,由图 2 可知,钒溶液浓度太低沉钒率太低,可能导致误差大,所 以钒溶液选用浓度为 50 g·L-1,可用纯水控制溶液总体积相同。由图 3 可知,温度高于 55℃,沉钒率下降, 可能原因是温度高于 55℃,氨水分解过多,故应控制温度在 55℃以下。具体操作为:取数份等体积、50 g·L -1 的钒溶液,分别加入不同体积 25 %的优级纯氨水,再加入高纯水使各组溶液总体积相等,水浴加热控制 反应温度均为 35 ℃(或 35-55℃之间任一温度),充分反应相同的时间(或 1-2 h),使用专用仪器测定并计算沉 钒率,故答案为:取数份等体积、50 g·L-1 的钒溶液,分别加入不同体积 25 %的优级纯氨水,再加入高纯 水使各组溶液总体积相等,水浴加热控制反应温度均为 35 ℃(或 35-55℃之间任一温度),充分反应相同的时 间(或 1-2 h)。 15.(2021·湖北武汉市华中师大一附中高三模拟)铑(Rh)是铂系金属中的一种,其氧化态性质稳定且极难 溶解而其氢氧化物是一种两性化合物,含铑催化剂化学工业中都有广泛的应用。以下是一种从废铑催化剂(杂 质主要为有机杂质和少量 Cu)中回收铑的工艺流程: (1)焚烧的目的是________。 (2)实验室探究焚烧温度对铑回收率的影响,结果如图,当焚烧温度选择 320℃时,回收效果最好,请解 释选择此温度的可能的原因是:_________。 31 (3)用 KHSO4 熔融的目的是将焚烧后的铑和铜转化成可溶性的 Rh2(SO4)3 和 CuSO4,写出铑和 KHSO4 反 应的化学方程式_______________________________。 (4)用氨水除杂的原理是(用离子方程式和简要文字表述)_________,此步骤中,pH 不能太高(实际调节 pH 在 8 左右)的原因是_______________________________。 (5)电解还原时,铑将在_____极(填“阳”或者“阴”)析出。 (6)铑的某配合物的化学式为 CsRh(SO4)2,该物质易溶于水,向其水溶液中加入一定浓度的 BaCl2 溶液, 无沉淀生成,该盐溶于水的电离方程式为_____________________________。 【答案】(1)除去有机组分 (2)温度过低则达不到完全灰化的目的,大量有机杂质仍然滞留在其中; 温度过高铑会被氧化成氧化态铑(性质稳定,难溶解),影响后续铑的回收 (3)2Rh+6KHSO4= Rh2(SO4)3+3H2↑+3K2SO4 (4)NH3·H2O NH4++OH-,Rh3+和氢氧根反应生成 Rh(OH)3 沉淀 防止 Cu2+沉淀 (5)阴 (6)CsRh(SO4)2=Cs++[Rh(SO4)2]- 【解析】废铑催化剂(杂质主要为有机杂质和少量 Cu)先通过燃烧除去有机组分,然后和熔融 KHSO4 反 应生成 Rh2(SO4)3 和 CuSO4,用氨水调 pH 使 Rh(OH)3 沉淀而不生成 Cu(OH)2,加盐酸使 Rh(OH)3 溶解,电 解含有 Rh3+的溶液,在阴极得到粗铑粉,再经过酸洗、水洗、焙烧得到纯铑粉。(1)由题意可知,废铑催化 剂中杂质主要为有机杂质和少量 Cu,因此焚烧的目的是通过燃烧除去有机组分;(2)铑的氧化物性质稳定, 因此在焚烧时需注意控制温度,因此焚烧温度选择 320℃,温度过低则达不到完全灰化的目的,大量有机杂 质仍然滞留在其中;温度过高铑会被氧化成氧化态铑(性质稳定,难溶解),影响后续铑的回收;(3)铑和 KHSO4 反应生成 Rh2(SO4)3,Rh 元素化合价升高,则化合价下降的元素只能是 H,生成氢气,根据电子得失守恒和 原子守恒配平方程式为:2Rh+6KHSO4= Rh2(SO4)3+3H2↑+3K2SO4;(4)氨水中 NH3·H2O 电离产生氢氧根: 32 NH3·H2O NH4++OH-,Rh3+和氢氧根反应生成 Rh(OH)3 沉淀;此步骤中,pH 不能太高(实际调节 pH 在 8 左右)是为了防止 Cu2+沉淀;(5)电解还原时,Rh3+得电子,在阴极析出;(6)铑的某配合物的化学式为 CsRh(SO4)2,该物质易溶于水,向其水溶液中加入一定浓度的 BaCl2 溶液,无沉淀生成,说明硫酸根处于内 界,该盐溶于水的电离方程式为:CsRh(SO4)2=Cs++[Rh(SO4)2]-。 16.(2021·浙江衢州市高三模拟)某兴趣小组用废旧镀锌铁皮按下列流程制备七水合硫酸锌(ZnSO4·7H2O) 和磁性 Fe 3O4 胶体粒子。 (1)步骤①中可用于判断镀锌层完全反应的实验现象是_____________。处理废旧锌铁皮也可以用 NaOH 溶解锌层,该反应的化学方程式为___________。 (2)步骤②,某同学采用不同降温方式进行冷却结晶,测得 ZnSO4·7H2O 晶体颗粒大小分布如图所示。 根据该实验结果,为了得到颗粒大小相对均一的较大晶粒,宜选择___________方式进行冷却结晶。 A.快速降温 B.缓慢降温 C.变速降温 (3)下列说法正确的是___________。 A.步骤①可用普通过滤法分离固体和液体,所用到玻璃仪器有分液漏斗、烧杯。 B.步骤④中 H2O2 的用量需要控制,用量不足或过量时,都会使产品不纯 C.步骤⑤中可用减压过滤得到 Fe 3O4 胶体粒子 D.Fe 3O4 胶体粒子制备过程中可持续通入 N2,防止 Fe2+被氧化 (4)用高锰酸钾法(一种氧化还原滴定法)可测定产物中 Fe 3O4 的含量,称取 g 产品溶解在稀硫酸中配成 250 mL 溶液,取出 25mL 用浓度为 0.01000 mol·L-1 的 KMnO4 标准溶液滴定,滴定终点时消耗 KMnO4 标准 33 溶液 VmL。 已知:MnO4-+5Fe2++8H+= Mn2++5Fe3++4H2O 2 产品中 Fe 3O4 的的质量分数为___________(用含 m、V 的式子表示) ②滴定操作中,如果滴定前装有 KMnO4 标准溶液的滴定管尖嘴部分有气泡,而滴定结束后气泡消失, 则测定结果将_______________ ③测定过程中使用到移液管,选出其正确操作并按序列出字母:蒸馏水洗涤→待转移溶液润洗 →_____→____→____→____→洗净,放回管架。 A.放液完毕,停留数秒,取出移液管 B.移液管尖与锥形瓶内壁接触,松开食指放液 C.洗耳球吸溶液至移液管标线以上,食指堵住管口 D.放液至凹液面最低处与移液管标线相切,按紧管口 【答案】(1)气体生成的速度由快变慢 Zn+2NaOH=Na2ZnO2+H2↑ (2)C (3)BD (4)① 0.116V / m ②偏大 ③c d b a 【解析】由流程图分析可知,废旧镀锌铁皮加入稀硫酸,当镀锌层完全反应后过滤得到含 ZnSO4 的滤 液和主要成分为 Fe 的滤渣 A,滤液经一系列过程得到粗 ZnSO4·7H2O,经重结晶后得到 ZnSO4·7H2O,滤渣 A 加入稀硫酸后,并调节 pH 为 1~2 时加入适量的 H2O2,可发生反应 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O,得到含 有 Fe2+和 Fe3+的溶液 B,再加入 NaOH 溶液后,加热得到 Fe3O4 的胶体粒子。(1)步骤①的主要目的时分离铁 和锌,由于活泼性锌强于铁,所以锌与硫酸反应生成氢气的速率更快,则当气体的生成速率由快变慢时, 说明镀锌层已完全反应,若用 NaOH 溶解锌层,可发生反应 Zn+2NaOH=Na2ZnO2+H2↑;(2)如图所示,变速 降温时,得到颗粒大小相对均一的较大晶粒,所以选 C;(3)A 项,过滤所用到的玻璃仪器有普通漏斗、玻 璃棒和烧杯,A 错误;B 项,步骤④中 H2O2 的用量需要控制,若过量或用量不足,使得 Fe2+和 Fe3+的量不 同,从而产品不纯,B 正确;C 项,Fe3O4 胶体粒子能够透过滤纸,无法用减压过滤法实现固液分离,C 错 误;D 项,Fe2+易被氧化,因此在制备 Fe3O4 胶体粒子的过程中可持续通入 N2,防止 Fe2+被氧化,D 正确; 答案选 BD;(4)①已知:MnO4-+5Fe2++8H+= Mn2++5Fe3++4H2O,向 25mL 产品的溶液中滴加浓度为 0.01000 mol·L-1 的 KMnO4 标准溶液滴定,滴定终点时消耗 KMnO4 标准溶液 VmL,则 n(Fe2+)=5×0.01mol/L×(V×10-3)L=5V×10-5mol,又 Fe3O4 可看成 FeO·Fe2O3,因此 25mL 溶液中 n(Fe3O4)=n(Fe2+)=5V×10-5mol,则产物中 Fe3O4 的质量分数为  -510 5V 10 mol 232g/mol 0.116V=mg m    ; ②滴定操作中,如果滴定前装有 KMnO4 标准溶液的滴定管尖嘴部分有气泡,而滴定结束后气泡消失,体积 34 V 偏大,则测定结果偏大;③测定过程中使用到移液管,选出其正确操作并按序列出字母:蒸馏水洗涤→ 待转移溶液润洗→洗耳球吸溶液至移液管标线以上,食指堵住管口→放液至凹液面最低处与移液管标线相 切,按紧管口→移液管尖与锥形瓶内壁接触,松开食指放液→放液完毕,停留数秒,取出移液管→洗净, 放回管架,故正确顺序为 c→d→b→a。 17.(2021·安徽淮北市高三一模)优氯净是一种含氯消毒剂,主要成分是二氯异氰尿酸钠( ) 一种用三异氰尿酸(CNO)3H3 生产优氯净流程图如图: 已知:三氯异氰尿酸可溶于水;二氯异氰尿酸钠易溶于水,其溶液在温度较高时不稳定。 请回答下列问题: (1)二氯异氰尿酸钠水解产物中的强氧化性物质 X 可消毒灭菌,X 的分子式为________。 (2) (CNO)3H3 在氯化过程中制得三氯异氰尿酸(CNO)3 Cl 3,写出相关化学方程式: _____________________________。 (3)在中和得到二氯异氰尿酸钠的过程中宜将反应液温度控制在 30~35℃,可能的原因: __________________________________________________________。 (4)为了得到优质的产品,需要控制反应终点的 pH 值在 6.5~7.0,当 pH 值小于 6.2 时,产品中会含有少 量______;已知该物质也可用做杀菌消毒剂,你认为二氯异氰尿酸钠与该物质相比,优势在于 _______________________________________________。 (5)经过结晶、过滤后所得的滤液还可以循环使用,请问滤液可加入到____________(填“氯化”或“中和”) 步骤中继续使用,为了制备结晶水含量较高的产品,最合适的干燥方式为___________________。 A.热空气烘干 B.常温气流吹干 C.无水酒精洗干 (6)“有效氯”含量指从 KI 中氧化出相同的 I2 所需 Cl 2 的质量与指定化合物的质量之比,常以百分数表示。 称取二氯异氰尿酸钠样品 0.45g,加足量 KI、硫酸,配制成 100mL 待测液;量取 25.00mL 待测液于碘量瓶 中,用 0.1000mol/LNa2S2O3 标准溶液滴定至终点(2 Na2S2O3+I2= Na2S4O6+ 2NaI),消耗 Na2S2O3 标准溶液平 均值为 20.00mL。请计算此样品的“有效氯”含量________。(保留小数点后一位) 【答案】(1)HClO (2)(CNO)3H3+3NaOH+3Cl2=(CNO)3Cl3+3NaCl+3H2O (3)若温度低于 30℃,反应速率较慢;若温度高于 35℃易使二氯异氰尿酸钠溶液受热分解 (4)三氯异氰尿酸(CNO)3Cl3 二氯异氰尿酸钠稳定性更好,长期存放,有效氯含量下降率低 35 (5)中和 B (6)63.1% 【解析】根据生产流程分析可知,三异氰尿酸在碱性条件下通入 Cl2 氯化,发生反应 (CNO)3H3+3NaOH+3Cl2=(CNO)3Cl3+3NaCl+3H2O,过滤后加入 NaOH 和(CNO)3H3 中和得到二氯异尿酸钠, 过滤后得到清液,结晶后再过滤得到含有 NaOH 和(CNO)3H3 的滤液和二氯异尿酸钠的晶体,干燥后即可得 到二氯异尿酸钠的产品。(1)二氯异尿酸钠水解可得到强氧化性物质 HClO,可用于消毒灭菌;(2)三异氰尿 酸在碱性条件下通入 Cl2 氯化制得三氯异氰尿酸,发生反应的化学方程式为 (CNO)3H3+3NaOH+3Cl2=(CNO)3Cl3+3NaCl+3H2O;(3)温度过低时,反应速率较慢,温度过高,由于二氯异 氰尿酸钠易溶于水,其溶液在温度较高时不稳定,易分解,所以在中和得到二氯异氰尿酸钠的过程中宜将 反应液温度控制在 30~35℃; (4)当 pH<6.2 时,三氯异氰尿酸未完全被中和,所以产品在会含有少量的三氯异氰尿酸(CNO)3Cl3,也 可用做杀菌消毒剂,但相比于二氯异氰尿酸钠,二氯异氰尿酸钠稳定性更好,长期存放,有效氯含量下降 率低;(5)经过结晶、过滤后所得的滤液含有 NaOH 和(CNO)3H3,可加入到中和步骤中继续使用,根据二氯 异氰尿酸钠易溶于水,其溶液在温度较高时不稳定,可采用常温下气流吹干的方式制备结晶水含量较高的 产品;(6)由体中信息可知,0.45g 二氯异尿酸钠加入足量的 KI、硫酸,配制成 100mL 待测液,取 25mL 待 测液于碘量瓶中,用 0.1mol/L 的 Na2S2O3 标准溶液滴定至终点,消耗 Na2S2O3标准溶液体积的平均值为 20mL, 结合方程式有:I2~2Na2S2O3,可知 25mL 待测液中 n(I2)= 1 2 (Na2S2O3)= 1 2 ×0.02L×0.1mol/L=0.001mol,则 100mL 待测液中 n(I2)=0.001mol×4=0.004mol,再根据方程式 Cl2+2I-=I2+2Cl-,氧化出 0.004molI2 需要消耗 0.004molCl2,Cl2 的质量 m(Cl2)=0.004mol×71g/mol=0.284g,已知“有效氯”含量指从 KI 中氧化出相同的 I2 所 需 Cl2 的质量与指定化合物的质量之比,常以百分数表示,所以二氯异尿酸钠样品的“有效氯”含量为 0.284g 100% 63.1%0.45g   。 18.(2021·江西临川区高三一模)2019 年诺贝尔化学奖用于奖励对锂离子电池的发展做出贡献 的三位科学家。锂离子电池如今被用于各个领域,使一个无化石燃料的社会成为可能。LiFePO4 是新型锂离 子电池的正极材料。某小组拟设计以一种锂辉石(主要成分为 Li2O• Al2O3•4SiO2,含少量铁、钙、镁)为原料 制备纯净的碳酸锂,进而制备 LiFePO4 的工艺流程: 36 已知:Li2O•Al2O3•4SiO2+H2SO4(浓) 250 300 C  Li2SO4+Al2O3•4SiO2•H2O↓回答下列问题: (1)LiFePO4 中铁元素的化合价为_____,铁元素进行焰色反应的颜色是_______(填序号)。 A.无焰色反应 B.黄色 C.紫色 D.砖红色 (2)向滤液 1 中加入适量的 CaCO3 细粉用于消耗硫酸并将 Fe3+转化为红褐色沉淀,若 3 3+ n(CaCO ) n(Fe ) =3, 反应的化学方程式为_______________;滤渣 2 的主要成分是 Fe(OH)3、______________(填化学式) (3)已知碳酸锂在水中的溶解度随温度升高而减小,上述流程中趁热过滤的目的是_________________。 (4)流程中加 H2C2O4 和 FePO4,用于煅烧制备 LiFePO4,该反应的化学方程式为_____________。 (5)若滤液 1 中 c(Mg2+)=0.2 mol/L,向其中加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加 1 倍),使 Fe3+恰好沉淀 完全即溶液中 c(Fe3+)=1.0×10-5 mol/L,此时是否有 Mg3 (PO4)2 沉淀生成? _______________________________________________________________________(列式计算说明)。已知 FePO4 、Mg3 (PO4)2 的 Ksp 分别为 1.3×10-22、1.0×10-24。(6)一种锂离子电池的反应原理为 LiFePO4  充电 放电 Li+FePO4。写出放电时正极电极反应式: __________________________。 【答案】(1)+2 A (2)Fe2(SO4)3+3H2SO4+6CaCO3= 2Fe(OH)3+6CaSO4+6CO2↑ Mg(OH)2 (3)CaSO4 减小 Li2CO3 的溶解损失 (4)Li2CO3+H2C2O4+2FePO4 煅烧 2LiFePO4+3CO2↑+H2O↑ (5)由 Ksp(FePO4)可知 c(PO43-)= -22 -5 1.3 10 1 10   =1.3×10-17mol·L-1;Qc[Mg3(PO4)2]= c3(Mg2+)· c2(PO43-)= 1 30.2 ·( )2 mol L- ×(1.3×10-17mol·L-1)2=1.69×10-37

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