?專題11 化工流程（一）（金屬）
1．有關(guān)“未來金屬”鈦的信息有：①硬度大②熔點高③常溫下耐酸堿、耐腐蝕④鐵礦煉鈦的一種工業(yè)流程為：

（1）鈦鐵礦的主要成分是FeTiO3（鈦酸亞鐵），其中鈦的化合價為_______價，反應(yīng)①化學(xué)方程式為_______。
（2）TiCl4在高溫下與足量Mg反應(yīng)生成金屬Ti，反應(yīng)③化學(xué)方程式為_________，屬于______（填反應(yīng)類型），該反應(yīng)_____（填“能”或“不能”）說明Mg的金屬活動性強于Ti．
（3）上述冶煉方法得到的金屬鈦中會混有少量金屬單質(zhì)是______（填名稱），由前面提供的信息 ______（填序號）?知，除去它的試劑可以是以下試劑中的_________（填序號）
A：HCl??????B：NaOH?????C：NaCl??????D：H2SO4
（4）氯化過程中主要發(fā)生的反應(yīng)為2FeTiO3+6C+7Cl2 ====2TiCl4+2X+6CO，則X的化學(xué)式為：___________。
【答案】+4 2FeTiO3+CCO2↑+2Fe+2TiO2 2Mg+TiCl42MgCl2+Ti 置換反應(yīng)或者氧化還原反應(yīng) 能 鎂 ③ AD FeCl3
【解析】（1）鈦酸亞鐵FeTiO3，F(xiàn)e元素為+2價，O元素為-2價，設(shè)Ti元素為x價，可知(+2)+x+(-2)×3=0，解得x=+4，鈦的化合價為+4價，根據(jù)流程圖可知反應(yīng)①中，反應(yīng)物是C和FeTiO3，生成物為CO2、Fe和TiO2，因而①化學(xué)方程式為2FeTiO3+CCO2↑+2Fe+2TiO2；
（2）TiCl4在高溫下與足量Mg反應(yīng)置換出金屬Ti，反應(yīng)③化學(xué)方程式為2Mg+TiCl42MgCl2+Ti，單質(zhì)和化合物反應(yīng)得到另一個單質(zhì)和化合物，可知該反應(yīng)屬于置換反應(yīng)，同時該反應(yīng)鎂元素和鈦元素化合價變化，也為氧化還原反應(yīng)，Mg能從鈦鹽置換出Ti，說明Mg的金屬活潑性強于Ti；
（3）上述冶煉方法得到的金屬鈦時，可能有部分Mg未反應(yīng)完，因而混有少量的金屬鎂，要證實上述猜測，可根據(jù)鎂屬于活潑金屬，易于酸反應(yīng)，因而可用HCl和H2SO4，即選AD；
（4）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中元素的種類和原子的個數(shù)守恒可知，X中含有Fe元素和Cl元素，同時Cl有3個，可推知X為FeCl3。
2．二氧化鈰(CeO2)是一種重要的稀土氧化物。平板電腦顯示屏生產(chǎn)過程中有大量的廢玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物質(zhì))產(chǎn)生。某課題組以此粉末為原料回收鈰，設(shè)計實驗流程如下：

(1)濾渣A的主要成分是_____________；洗滌濾渣A除去的陽離子主要是________(填離子符號)，檢驗該離子是否洗凈的操作是________________________；
(2)步驟②中反應(yīng)的離子方程式是_____________________；
(3)萃取是分離稀土元素的常用方法。已知化合物TBP作為萃取劑能將鈰離子從水溶液中萃取出來，TBP________(填“能”或“不能”)與水互溶。實驗室進(jìn)行萃取操作時用到的主要玻璃儀器有________、燒杯、玻璃棒、量筒等；
(4)步驟④中反應(yīng)化學(xué)方程式為______________________________。
【答案】SiO2、CeO2 Fe3＋ 取最后一次洗滌液，加入KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈；反之，未洗凈 2CeO2+H2O2+6H＋=2Ce3＋+O2↑+4H2O 不能 分液漏斗 4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4
【解析】 (1)根據(jù)上述分析可知，加入稀鹽酸時，F(xiàn)e2O3與HCl反應(yīng)產(chǎn)生FeCl3和水，SiO2、CeO2不能溶解，進(jìn)入濾渣A中，因此濾液A的主要成分是Fe2O3與HCl反應(yīng)產(chǎn)生的Fe3＋；檢驗Fe3+的方法是取最后一次洗滌液，加入KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則證明沉淀已洗凈；反之，沉淀未洗凈；
(2)稀硫酸、H2O2，CeO2三者反應(yīng)生成轉(zhuǎn)化為Ce2(SO4)3、O2和H2O，反應(yīng)的離子方程式為：6H++H2O2+2CeO2=2Ce3++O2↑+4H2O；
(3)化合物TBP作為萃取劑能將鈰離子從水溶液中萃取出來，萃取劑與水互不相容，而且Ce3+在萃取劑中的溶解度比在水中的大，所以TBP不能與水互溶；實驗室進(jìn)行萃取操作時用到的主要玻璃儀器有分液漏斗、燒杯、玻璃棒、量筒等；
(4)Ce(OH)3與O2、H2O在加熱時發(fā)生氧化還原反應(yīng)，Ce(OH)3被氧化為Ce(OH)4，根據(jù)原子守恒、電子守恒，可得反應(yīng)的化學(xué)方程式：4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4。
3．化學(xué)來源于生活又服務(wù)于生活，化工生產(chǎn)是指對原料進(jìn)行化學(xué)加工，最終獲得有價值的產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。某研究小組利用含硫酸亞鐵和硫酸銅的工業(yè)廢料制備鐵紅(氧化鐵)和硫酸銨晶體。流程如下：

請回答下列問題：
(1)操作I的名稱________________，濾渣的成分為__________________。
(2)簡述下列實驗操作：
①檢驗溶液A中金屬陽離子的方法為____________________________________________________；
②檢驗固體B是否洗滌干凈的方法是____________________________________________________。
(3)請寫出溶液A中反應(yīng)的離子方程式_______________________________________________________
(4) 測定廢料中硫酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：稱取a g廢料樣品，將操作I得到的濾渣用足量的稀硫酸溶解、過濾、洗滌、干燥，稱得固體的質(zhì)量為b g，則廢料中硫酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_______________(寫出表達(dá)式。)
(5) 某同學(xué)提出另一種制備鐵紅的方法：往工業(yè)廢水中加入足量的硫酸和雙氧水，通過下列操作也可以得到鐵紅，請配平下列離子方程式_____ Fe2++ _____ H2O2 + _____ H+= _____ Fe3+ + ____ H2O
【答案】過濾 Fe Cu 取少量液體于試管中，滴加少量的酸性高錳酸鉀溶液，若高錳酸鉀的紫紅色褪去，證明含有Fe2+ ；取最后一次洗滌液少許于試管中，加入氯化鋇溶液，若無白色沉淀生成，則已洗滌干凈 10H2O+ 8NH3 +O2 + 4Fe2+ = 4 Fe(OH)3 + 8NH4+ (5b/2a)×100% 2 1 2 2 2
【解析】硫酸亞鐵和硫酸銅中加入硫酸和過量的鐵粉，鐵和硫酸銅反應(yīng)置換出銅，所以溶液A為硫酸亞鐵，濾渣為鐵和銅。溶液A中通入氨氣和氧氣，硫酸亞鐵和氨氣和氧氣反應(yīng)生成氫氧化鐵和硫酸銨，固體B為氫氧化鐵，氫氧化鐵固體加熱得到氧化鐵。
(1)操作I是分離固體和液體，所以為過濾； 濾渣為Fe和Cu；
(2) ①溶液A中的陽離子為亞鐵離子，可以利用其還原性，使用酸性高錳酸鉀溶液進(jìn)行檢驗，操作為：取少量液體于試管中，滴加少量的酸性高錳酸鉀溶液，若高錳酸鉀的紫紅色褪去，證明含有Fe2+ ；
②固體B為氫氧化鐵，可能吸附有硫酸根離子，所以檢驗固體是否洗凈，就是檢驗最后一次的洗滌液是否含有硫酸根離子，操作方法為：取最后一次洗滌液少許于試管中，加入氯化鋇溶液，若無白色沉淀生成，則已洗滌干凈 ；
(3)硫酸亞鐵和氨氣和氧氣反應(yīng)生成硫酸銨和氫氧化鐵沉淀，離子方程式為：10H2O+ 8NH3 +O2 + 4Fe2+ = 4 Fe(OH)3 + 8NH4+ ；
(4)操作I得到的濾渣為鐵和銅，用足量的硫酸溶解后，得到的固體為銅，則根據(jù)硫酸銅和銅的關(guān)系分析，銅的質(zhì)量為bg，則硫酸銅的質(zhì)量為g=5b/2g，硫酸銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(5b/2a)×100% ；
(5) 反應(yīng)中亞鐵離子的化合價從+2價升高到+3價，改變1價，過氧化氫中的氧元素的化合價從-1降低到-2價，所以二者的比例為2:1，再根據(jù)原子守恒和電荷守恒配平，該離子方程式為：2Fe2++ H2O2 + 2H+= 2Fe3++2H2O。
4．濕法煉鋅廠在除雜過程中會產(chǎn)生大量鐵礬渣。某黃鉀鐵礬渣主要含有K2Fe6(SO4)4(OH)12、ZnO·Fe2O3及少量CaO、MgO、SiO2等。一種由黃鉀鐵礬渣制備復(fù)合鎳鋅鐵氧體( NiZnFe4O8)的流程如下：

回答下列問題
(1)濾渣I的主要成分是___________。
(2)凈化除雜階段加入Fe粉時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________、___________。已知：25℃時Ksp(CaF2)=2.7×10－11， Ksp (MgF2)=6.4×10－19。加入NH4F使Ca2+、Mg2+離子沉淀，若沉淀后溶液中c(Ca2+)=2.7×10－6mol·L－1，則c(Mg2+)=___________ mol·L－1。
(3)在Fe2+、Ni2+、Zn2+共沉淀過程中，三種離子的損失濃度與pH的關(guān)系曲線如圖所示，pH與n(NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)的關(guān)系曲線如圖所示。為提高原料利用率，n( NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)最好控制在___________左右；按此比例，若以Me代表Fe、Ni、Zn元素，則生成MeCO3·2Me(OH)2·H2O沉淀的化學(xué)反應(yīng)方程式為___________。

(4)鐵氧體工藝階段制備 NiZnFe4O8過程中，需加入___________劑(填“氧化”或“還原”)。按照上述流程，一座10萬噸規(guī)模的鋅廠每年產(chǎn)生黃鉀鐵礬渣約5萬噸，F(xiàn)e3+含量為27%，理論上每年可制備復(fù)合鎳鋅鐵氧體(NiZnFe4O8，M=476g·mol－1)___________萬噸(保留兩位有效數(shù)字)
【答案】SiO2 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑ 6.4×10-14 2.0 3MeSO4+6NH4HCO3=MeCO3·2Me(OH)2·2H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑ 氧化 4.3
【解析】（1）SiO2不和硫酸反應(yīng)，因而濾渣Ⅰ為SiO2。
（2）凈化除雜階段加入Fe粉與過量的稀硫酸置換出氫氣，與Fe3+發(fā)生氧化還原反應(yīng)，因而離子方程式為2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ ，F(xiàn)e + 2H+ =Fe2+ + H2↑。Ksp(CaF2)=c(Ca2+)c2(F-)，帶入數(shù)據(jù)，根據(jù)溶液中的鈣離子濃度可以求出c(F-)=10-2.5mol/L，再根據(jù)Ksp(MgF2)=c(Mg2+)c2(F-)，解得c(Mg2+)=6.4×10-14mol/L。
（3）觀察圖1可知pH=7.2時，三種離子的損失濃度最大，即沉淀達(dá)到最大值，因而此時的pH值最合理，結(jié)合圖2，當(dāng)pH等于7.2時，n( NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)等于2.0，說明n( NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)最好控制在2.0左右。根據(jù)濾液Ⅱ配料，可知陰離子還有SO42-，因而反應(yīng)物為MeSO4和NH4HCO3，Me2+和HCO3-要發(fā)生雙水解，除了信息給的沉淀，產(chǎn)物還有CO2和(NH4)2SO4，因而化學(xué)方程式為3MeSO4+6NH4HCO3=MeCO3·2Me(OH)2·2H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑。
（4）流程前期操作得到的是Fe2+，而鐵氧體工藝階段得到的 NiZnFe4O8鐵元素是+3價，說明需要加入氧化劑。因2Fe3+ + Fe = 3Fe2+，說明3n(Fe3+)=2n(Fe2+)，可知3m(Fe3+)=2m(Fe2+)，所以流程中共加入鐵元素的質(zhì)量為5×0.27×3/2=2.025萬噸，而NiZnFe4O8鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56×4/476=47％，因而NiZnFe4O8的質(zhì)量為2.025÷47％=4.3萬噸。
5．七水硫酸鋅別名皓礬，常用作媒染劑、收斂劑、木材防腐劑，在醫(yī)藥上用于催吐劑。工業(yè)上由氧化鋅礦（主要成分為ZnO，另含ZnSiO3、FeCO3、CuO等）生產(chǎn)ZnSO4·7H2O的流程如下：

請回答下列問題：
（1）氧化鋅礦粉碎過篩的目的是_____；濾渣X的成分是____。
（2）步驟Ⅱ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________。
（3）“除鐵”加入試劑M調(diào)節(jié)溶液的pH，試劑M可以為____（填化學(xué)式）；已知：Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10?39，沉鐵過程中要使溶液中c(Fe3+)≤1.0×10?5 mol·L?1，必須控制溶液的pH≥_____。[lg2.6=0.4]
（4）步驟Ⅲ加入鋅粉的目的是_____，濾渣Z的成分是____。
（5）取28.70gZnSO4·7H2O加熱至不同溫度，剩余固體的質(zhì)量變化如圖所示：

①步驟Ⅳ中的烘干操作需在減壓條件下進(jìn)行，其原因是______。
②680℃時所得固體的化學(xué)式為______。
a．ZnO b．Zn3O(SO4)2 c．ZnSO4 d．ZnSO4·H2O
【答案】增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高原料利用率 H2SiO3 2Fe2＋+H2O2+2H＋2Fe3＋+2H2O ZnO或Zn(OH)2等 2.8 除去溶液中的Cu2+ Cu、Zn 降低烘干的溫度，防止ZnSO4·7H2O分解 b
【解析】（1）氧化鋅礦石粉碎可增大固體與溶液接觸面積，加快反應(yīng)速率；在加H2SO4酸溶過程中，ZnSiO3與H2SO4會生成H2SiO3，故濾渣X的成分為H2SiO3，
故答案為：增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高原料利用率； H2SiO3；
（2）在步驟Ⅱ中加入H2O2，會與溶液中的Fe2+發(fā)生氧化還原反應(yīng)，對應(yīng)的離子方程式為：2Fe2＋+H2O2+2H＋2Fe3＋+2H2O，
故答案為：2Fe2＋+H2O2+2H＋2Fe3＋+2H2O；
（3）要中和多余H2SO4并且不引入新雜質(zhì)，可以加入ZnO、Zn(OH)2等化合物；溶液中c(Fe3+)=1.0×10?5 mol·L?1，則c3(OH?)==2.6×10?34，c(OH?)=×10?11 mol·L?1，故pOH=11?1/3lg0.26=11.2，pH=14?pOH=2.8，
故答案為：ZnO或Zn(OH)2等； 2.8；
（4）在步驟Ⅲ中加入鋅粉的目的是將Cu2+還原成Cu，通過過濾除去；為了將Cu2+全部置換出來，加入的鋅粉過量，濾渣Z中包含Cu和Zn，
故答案為：除去溶液中的Cu2+；Cu、Zn；
（5）①由于ZnSO4·7H2O易分解，烘干時要適當(dāng)降低溫度；
②n(ZnSO4·7H2O)= =0.1 mol，加熱過程中若得ZnSO4·H2O的質(zhì)量為17.90 g(100 ℃)；若得ZnSO4的質(zhì)量為16.10 g(250 ℃)；若得ZnO的質(zhì)量為8.10 g(930 ℃)；據(jù)此通過排除法確定680 ℃時所得固體的化學(xué)式為Zn3O(SO4)2，故答案為：降低烘干的溫度，防止ZnSO4·7H2O分解；b。
6．堿式硫酸鐵[Fe(OH)SO4]是一種用于污水處理的新型高效絮凝劑。工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產(chǎn)堿式硫酸鐵的工藝流程如下：

已知：部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：
沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Al(OH)3
開始沉淀
2.3
7.5
3.4
完全沉淀
3.2
9.7
4.4

回答下列問題：
（1）加入少量NaHCO3的目的是調(diào)節(jié)pH在_____________________范圍內(nèi)。
（2）反應(yīng)Ⅱ中加入NaNO2的目的是氧化亞鐵離子，寫出該反應(yīng)的離子方程式為___________。
（3）堿式硫酸鐵溶于水后生成的Fe(OH)2+離子可部分水解生成Fe2(OH)42+ 聚合離子，該水解反應(yīng)的離子方程式為_________________________________。
（4）在醫(yī)藥上常用硫酸亞鐵與硫酸、硝酸的混合液反應(yīng)制備堿式硫酸鐵。根據(jù)我國質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品中不得含有Fe2+及NO3－。為檢驗所得產(chǎn)品中是否含有Fe2+，應(yīng)使用的試劑為_________。
A．氯水 B．KSCN溶液 C．NaOH溶液 D．酸性KMnO4溶液
（5）為測定含F(xiàn)e2+和Fe3+溶液中鐵元素的總含量，實驗操作如下：準(zhǔn)確量取20.00mL溶液于帶塞錐形瓶中，加入足量H2O2，調(diào)節(jié)pH

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