1．(2022·全國(guó)甲卷)硫酸鋅(ZnSO4)是制備各種含鋅材料的原料，在防腐、電鍍、醫(yī)學(xué)上有諸多應(yīng)用。硫酸鋅可由菱鋅礦制備。菱鋅礦的主要成分為ZnCO3，雜質(zhì)為SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制備流程如下：
本題中所涉及離子的氫氧化物溶度積常數(shù)如下表：
(3)加入物質(zhì)X調(diào)溶液pH＝5，最適宜使用的X是________(填標(biāo)號(hào))。A．NH3·H2O　　B．Ca(OH)2　　C．NaOH濾渣①的主要成分是__________、__________、__________。(4)向80～90 ℃的濾液①中分批加入適量KMnO4溶液充分反應(yīng)后過濾，濾渣②中有MnO2，該步反應(yīng)的離子方程式為___________________________________________________________________________________________。(5)濾液②中加入鋅粉的目的是______________________________________________________________________________________________。(6)濾渣④與濃H2SO4反應(yīng)可以釋放HF并循環(huán)利用，同時(shí)得到的副產(chǎn)物是__________、__________。
(3)NH3·H2O易分解產(chǎn)生NH3污染空氣，且經(jīng)濟(jì)成本較高，故A不適宜；Ca(OH)2不會(huì)引入新的雜質(zhì)，且成本較低，故B適宜；NaOH會(huì)引入雜質(zhì)Na＋，且成本較高，C不適宜；當(dāng)沉淀完全時(shí)(離子濃度小于10－5ml·L－1)，結(jié)合表格Ksp計(jì)算各離子完全沉淀時(shí)pH＜5的只有Fe3＋，故濾渣①中有Fe(OH)3，又CaSO4是微溶物，SiO2不溶于酸，故濾渣①的主要成分是Fe(OH)3、CaSO4、SiO2；(4)向80～90 ℃濾液①中加入KMnO4溶液，可氧化Fe2＋，得到Fe(OH)3和MnO2的濾渣②，反應(yīng)的離子方程式為3Fe2＋＋MnO＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋；
(5)濾液②中加入鋅粉，發(fā)生反應(yīng)Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，故加入鋅粉的目的為除去Cu2＋；(6)由分析，濾渣④為CaF2、MgF2，與濃硫酸反應(yīng)可得到HF，同時(shí)得到的副產(chǎn)物為CaSO4、MgSO4。
2．(2022·廣東等級(jí)考)稀土(RE)包括鑭、釔等元素，是高科技發(fā)展的關(guān)鍵支撐。我國(guó)南方特有的稀土礦可用離子交換法處理，一種從該類礦(含鐵、鋁等元素)中提取稀土的工藝如下：
已知：月桂酸(C11H23COOH)熔點(diǎn)為44 ℃；月桂酸和(C11H23COO)3RE均難溶于水。該工藝條件下，稀土離子保持＋3價(jià)不變；(C11H23COO)2Mg的Ksp＝1.8×10－8，Al(OH)3開始溶解時(shí)的pH為8.8；有關(guān)金屬離子沉淀的相關(guān)pH見下表。
(1)“氧化調(diào)pH”中，化合價(jià)有變化的金屬離子是________。(2)“過濾1”前，用NaOH溶液調(diào)pH至________的范圍內(nèi)，該過程中Al3＋發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為__________________________________________。(3)“過濾2”后，濾餅中檢測(cè)不到Mg元素，濾液2中Mg2＋濃度為2.7 g·L－1。為盡可能多地提取RE3＋，可提高月桂酸鈉的加入量，但應(yīng)確保“過濾2”前的溶液中c(C11H23COO－)低于______ ml·L－1(保留兩位有效數(shù)字)。(4)①“加熱攪拌”有利于加快RE3＋溶出、提高產(chǎn)率，其原因是______________________________________________________________。②“操作X”的過程為：先________，再固液分離。
(5)該工藝中，可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有________(寫化學(xué)式)。(6)稀土元素釔(Y)可用于制備高活性的合金類催化劑Pt3Y。①還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時(shí)，生成1 ml Pt3Y轉(zhuǎn)移________ ml電子。②Pt3Y/C用作氫氧燃料電池電極材料時(shí)，能在堿性溶液中高效催化O2的還原，發(fā)生的電極反應(yīng)為__________________________________________。
(4)①“加熱攪拌”有利于加快RE3＋溶出、提高產(chǎn)率，其原因是加熱攪拌可加快反應(yīng)速率；② “操作X”的結(jié)果是分離出月桂酸，由信息可知，月桂酸(C11H23COOH)熔點(diǎn)為44 ℃，故“操作X”的過程為：先冷卻結(jié)晶，再固液分離；(5)由分析可知，該工藝中，可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有MgSO4；(6)①YCl3中Y為＋3價(jià)，PtCl4中Pt為＋4價(jià)，而Pt3Y中金屬均為0價(jià)，所以還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時(shí)，生成1 ml Pt3Y轉(zhuǎn)移15 ml電子；②堿性溶液中，氫氧燃料電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
答案：(1)Fe2＋(2)4.7≤pH(H)>Bi>Cu；③相關(guān)金屬離子形成氫氧化物的pH范圍如下：
回答下列問題：(1)為提高焙燒效率，可采取的措施為__________。a．進(jìn)一步粉碎礦石b．鼓入適當(dāng)過量的空氣c．降低焙燒溫度(2)Bi2S3在空氣中單獨(dú)焙燒生成Bi2O3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________________________________________。
(3)“酸浸”中過量濃鹽酸的作用為：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②______________。(4)濾渣的主要成分為__________(填化學(xué)式)。(5)生成氣體A的離子方程式為_________________________________。(6)加入金屬Bi的目的是________________。[解析]　聯(lián)合焙燒：由已知信息①和第(2)問題干可知，發(fā)生轉(zhuǎn)化：Bi2S3―→Bi2O3＋SO2、FeS2―→Fe2O3＋SO2、MnO2―→Mn2O3＋MnSO4，故聯(lián)合焙燒后得到Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3、MnSO4和SiO2；水浸：MnSO4進(jìn)入濾液，濾渣為Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3和SiO2；
酸浸：加入過量濃鹽酸后，Bi2O3和Fe2O3發(fā)生轉(zhuǎn)化：Bi2O3―→Bi3＋、Fe2O3―→Fe3＋，因Mn2O3有氧化性，會(huì)與濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)：Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O，氣體A為Cl2，濾渣主要為不溶于濃鹽酸的SiO2，濾液中金屬離子為Bi3＋、Fe3＋、Mn2＋；第(4)(5)問轉(zhuǎn)化：由已知信息②知，F(xiàn)e的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于Bi，且調(diào)pH＝2.6時(shí)Mn2＋和Fe2＋進(jìn)入濾液，可知加入金屬Bi的目的是將Fe3＋還原為Fe2＋。(1)聯(lián)合焙燒時(shí)，進(jìn)一步粉碎礦石，可以增大礦石與空氣的接觸面積，能夠提高焙燒效率，a符合題意；鼓入適當(dāng)過量的空氣有利于礦石充分反應(yīng)，b符合題意；降低焙燒溫度，反應(yīng)速率減慢，不利于提高焙燒效率，c不符合題意；
[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練](2023·揚(yáng)州模擬)工業(yè)以煉鋼污泥(主要成分為鐵的氧化物，還含有CaO、SiO2、C等雜質(zhì))為原料制備脫硫劑活性Fe2O3·H2O，并用該脫硫劑處理沼氣中H2S的流程如圖：
(2)“除雜”：若使還原后的濾液中Ca2＋完全沉淀(離子濃度小于10－6ml·L－1)，則濾液中c(F－)需大于__________；若溶液的pH偏低，將會(huì)導(dǎo)致CaF2沉淀不完全，其原因是___________________________________[Ksp(CaF2)＝1.44×10－10，Ka(HF)＝3.53×10－4]。(3)“沉鐵”：生成FeCO3沉淀的離子方程式為___________________________________________________________________________________。
(4)“脫硫、再生”：活性Fe2O3·H2O是一種固體脫硫劑(無水Fe2O3無脫硫作用)，其原理是將廢氣中的含硫化合物化學(xué)吸附到脫硫劑的孔隙中，發(fā)生反應(yīng)改變其化學(xué)組成。當(dāng)脫硫劑達(dá)到飽和后，即不再具有脫硫能力，需要對(duì)其進(jìn)行再生。利用活性Fe2O3·H2O脫除沼氣中的H2S可轉(zhuǎn)化成Fe2S3·H2O，其脫除及常溫下再生的原理如圖所示。
①“脫硫”反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________________________________________________________________________________。②工業(yè)上要求脫除及再生整個(gè)過程溫度不能超過90 ℃，原因是_____________________________________________________________；多次“再生”后，脫硫劑的活性不斷下降，脫硫效果明顯變差的原因可能是____________________________________________________________。
(4)①根據(jù)反應(yīng)原理可知在“脫硫”反應(yīng)中，F(xiàn)e2O3·H2O和H2S反應(yīng)產(chǎn)生Fe2S3·H2O和H2O；②工業(yè)上要求脫除及再生整個(gè)過程溫度不能超過90 ℃，這是由于溫度超過90 ℃，F(xiàn)e2O3·H2O和Fe2S3·H2O均會(huì)發(fā)生分解，失去結(jié)晶水，失去脫硫作用；多次“再生”后，脫硫劑的活性不斷下降，脫硫效果明顯變差的原因可能是由于多次“再生”后，脫硫劑表面的大部分孔隙被S或其他物質(zhì)覆蓋，使得脫硫劑的活性下降。
題型(二)　以物質(zhì)分離提純?yōu)橹黧w的化工流程1．常用的分離方法
[注意]　物質(zhì)分離提純的原則①不增：不引入新的雜質(zhì)。②不減：不減少被提純的物質(zhì)。③易分離：被提純物質(zhì)與雜質(zhì)易于分離。④易復(fù)原：被提純的物質(zhì)易恢復(fù)原來的組成、狀態(tài)。
[典例]　(2022·全國(guó)乙卷)廢舊鉛蓄電池的鉛膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb。還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等。為了保護(hù)環(huán)境、充分利用鉛資源，通過如圖流程實(shí)現(xiàn)鉛的回收。
一些難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)如下表：
一定條件下，一些金屬氫氧化物沉淀時(shí)的pH如下表：
回答下列問題：(1)在“脫硫”中PbSO4轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為__________________，用沉淀溶解平衡原理解釋選擇Na2CO3的原因______________________________________________________。(2)在“脫硫”中，加入Na2CO3不能使鉛膏中BaSO4完全轉(zhuǎn)化，原因是_________________________________________。
(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，還要加入H2O2。(ⅰ)能被H2O2氧化的離子是____________；(ⅱ)H2O2促進(jìn)了金屬Pb在醋酸中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，其化學(xué)方程式為_______________________________________________________；(ⅲ)H2O2也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，H2O2的作用是_________________。(4)“酸浸”后溶液的pH約為4.9，濾渣的主要成分是__________________。(5)“沉鉛”的濾液中，金屬離子有______________。
[解析]　(1)PbCO3的Ksp遠(yuǎn)小于PbSO4的Ksp，易發(fā)生生成PbCO3的沉淀轉(zhuǎn)化，且進(jìn)行較為徹底。(2)BaCO3的Ksp大于BaSO4的Ksp，不易發(fā)生生成BaCO3的沉淀轉(zhuǎn)化，即使發(fā)生程度也很小。(3)(ⅰ)過氧化氫有氧化性，亞鐵離子有還原性，會(huì)被過氧化氫氧化為鐵離子。(ⅱ)過氧化氫與Pb、HAc發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Pb(Ac)2和H2O，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O。(ⅲ)過氧化氫也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，鉛元素化合價(jià)由＋4價(jià)降低到了＋2價(jià)，PbO2是氧化劑，則過氧化氫是還原劑。
(4)酸浸后溶液的pH約為4.9，依據(jù)金屬氫氧化物沉淀時(shí)的pH可知，濾渣主要成分為氫氧化鋁、氫氧化鐵。(5)依據(jù)分析可知，加入碳酸鈉不能使鉛膏中的BaSO4完全轉(zhuǎn)化，鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化成了氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，鉛轉(zhuǎn)化成了氫氧化鉛，最終變成了氧化鉛，因此沉鉛的濾液中，金屬離子有Ba2＋和加入碳酸鈉、氫氧化鈉時(shí)引入的Na＋。
[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練](2023·濟(jì)南模擬)鈰可用作優(yōu)良的環(huán)保材料，現(xiàn)以氟碳鈰礦(CeFCO3，含F(xiàn)e2O3、FeO等雜質(zhì))為原料制備鈰，其工藝流程如圖所示：
回答下列問題：(1)粉碎后“焙燒”時(shí)，氧化數(shù)據(jù)如表所示：
(2)用鹽酸和H3BO3提取Ce元素時(shí)，體現(xiàn)鹽酸的性質(zhì)有______________，“濾渣Ⅰ”用飽和KCl溶液溶解時(shí)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，則“濾渣Ⅱ”主要成分為_________________________________________________(填化學(xué)式)。　　　(3)“濾液Ⅰ”中c(Ce3＋)＝0.1 ml·L－1，用氨水調(diào)pH的范圍是__________，“濾液Ⅱ”中加入NH4HCO3反應(yīng)的離子方程式為________________________________________，若Ce2(CO3)3經(jīng)充分焙燒質(zhì)量減少5.8 t，則獲得CeO2的質(zhì)量為__________t。(4)用過量鋁粉還原CeO2即可得Ce，反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________，鋁粉必須過量的原因是_____________________________________________。
解析：氟碳鈰礦在空氣中焙燒，Ce(Ⅲ)在空氣中被氧化為Ce(Ⅳ)，F(xiàn)e(Ⅱ)被氧化為Fe(Ⅲ)，用鹽酸和H3BO3的混合液浸取，Ce(Ⅳ)被還原，過濾得到濾渣Ⅰ，主要成分是難溶于水的Ce(BF4)3，F(xiàn)e3＋進(jìn)入濾液Ⅰ；濾渣Ⅰ用飽和KCl溶液溶解時(shí)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成KBF4和CeCl3溶液，濾渣Ⅱ是KBF4；向?yàn)V液Ⅱ(含Ce3＋的溶液)中再加入碳酸氫銨使Ce3＋沉淀為Ce2(CO3)3，最后焙燒生成CeO2，再經(jīng)還原得到Ce。

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