圖甲
查閱資料可知:
Ⅰ.“焙燒”溫度對(duì)鋰提取率的影響如圖乙所示:
圖乙
Ⅱ.“焙燒”過程中鐵的氧化物未參與反應(yīng)。
Ⅲ.3SiO2·Al2O3·2[(Li,K)(F,OH)]+H2SO4(濃)Li2SO4+Al2(SO4)3+K2SO4+SiO2+SiF4↑+H2O。
Ⅳ.Li2SO4+Na2CO3Li2CO3↓+Na2SO4。
回答下列問題:
(1)“焙燒”溫度理論上選擇 為宜,同時(shí)為提高“焙燒”效率,還可采取的措施有 。
(2)“焙燒”產(chǎn)生的氣體可用NaOH溶液吸收,且元素化合價(jià)均不發(fā)生變化,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。
(3)在“中和”過程中,為使Fe3+和Al3+完全沉淀,pH至少調(diào)整為 。
圖丙
部分金屬氫氧化物的pKsp(pKsp=-lg Ksp)如圖丙所示:
(4)“中和”所得“濾渣1”中除氫氧化物沉淀外還含有 。
(5)“氧化”過程中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子方程式為 。
(6)“濾渣2”的主要成分是 。
(7)工業(yè)上還可以通過“苛化反應(yīng)”,利用Li2CO3(s)+Ca2+(aq)CaCO3(s)+2Li+(aq)反應(yīng)原理得到氫氧化鋰溶液,進(jìn)而生產(chǎn)出純度更高的工業(yè)碳酸鋰,請(qǐng)通過計(jì)算過程證實(shí)該方案的可行性: 。
[已知Ksp(Li2CO3)=8.64×10-4,Ksp(CaCO3)=2.5×10-9]
2.(2023·四川瀘州二診)四氧化三錳是電子工業(yè)生產(chǎn)錳鋅鐵氧體軟磁材料的重要原料。以碳酸錳礦(主要成分為MnCO3,還含有少量FeCO3、Al2O3、MgO和SiO2等雜質(zhì))為原料制備高品位四氧化三錳的一種工藝流程如下:
已知:①0.01 ml·L-1金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH見表中數(shù)據(jù):
②Ksp(MgF2)=7.4×10-11,Ksp(MnF2)=5.6×10-3。
回答下列問題:
(1)提高“酸浸”效果的方法有 、 (任寫兩種)。
(2)“氧化1”步驟中,氧化劑a可選用MnO2,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 ;為了檢驗(yàn)氧化是否完全,可選用的試劑是 (填化學(xué)式)。
(3)“沉鐵鋁”步驟中,調(diào)節(jié)pH的范圍為 。
(4)“沉鎂”步驟中,沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)K值等于 。
(5)“沉錳”步驟中,雜質(zhì)含量直接影響四氧化三錳的品位,實(shí)驗(yàn)測(cè)得溫度對(duì)四氧化三錳中硫酸根含量的影響如圖所示。實(shí)際生產(chǎn)中綜合考慮選擇50 ℃為宜,不選擇更高溫度的原因是 。
(6)“氧化2”步驟中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 。
3.(2023·寧夏銀川一模)硫酸鎳(NiSO4)是制備各種含鎳材料的原料,在防腐、電鍍、印染上有諸多應(yīng)用。NiSO4·6H2O可用含鎳廢催化劑(主要含有Ni,還含有Al、Al2O3、Fe及其他不溶于酸、堿的雜質(zhì))制備。其制備流程如圖:
已知:①lg 3≈0.5。
②常溫下,部分金屬化合物的Ksp近似值如表1所示:
表1
回答下列問題:
(1)“預(yù)處理”用熱的純堿溶液去除廢料表面的油污,其原理是 (用離子方程式表示)。
(2)“濾液1”中的主要溶質(zhì)為NaOH和 。
(3)“濾渣2”的成分為 。
(4)“濾液2”中加入H2O2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 。
(5)常溫下,“調(diào)pH”可選用的物質(zhì)是 (填字母)。
a.氨水 b.NaOH
c.NiOd.NaClO
為使Fe3+沉淀完全(離子濃度小于或等于1.0×10-5 ml·L-1),應(yīng)調(diào)節(jié)溶液的pH至少為 (保留3位有效數(shù)字)。
(6)資料顯示,硫酸鎳結(jié)晶水合物的形態(tài)與溫度的關(guān)系如表2所示:
表2
從“濾液3”獲得穩(wěn)定的NiSO4·6H2O晶體的操作是 。
4.(2023·遼寧沈陽二模)重鉻酸鉀(K2Cr2O7)在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上都有廣泛應(yīng)用。如工業(yè)中常將其用于制鉻礬、火柴、電鍍、有機(jī)合成等。工業(yè)上以鉻鐵礦[主要成分為Fe(CrO2)2,雜質(zhì)主要為硅、鐵、鋁的氧化物]制備重鉻酸鉀的工藝流程如下圖所示:
已知:①焙燒時(shí)Fe(CrO2)2中的Fe元素轉(zhuǎn)化為NaFeO2,鋁的氧化物轉(zhuǎn)化為NaAlO2。
②礦物中相關(guān)元素可溶性組分物質(zhì)的量濃度c與pH的關(guān)系如圖所示,當(dāng)溶液中可溶性組分濃度c≤1.0×10-5 ml·L-1時(shí),可認(rèn)為已除盡。
請(qǐng)回答下列問題:
(1)寫出焙燒過程中發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式: 。
(2)水浸濾渣的主要成分是Fe(OH)3,寫出生成此濾渣的離子方程式: 。
(3)中和步驟中理論pH的范圍是 ,中和后濾渣的主要成分是 (填化學(xué)式)。
(4)酸化時(shí)加冰醋酸調(diào)節(jié)pH約等于5,寫出酸化過程中反應(yīng)的離子方程式: 。
(5)工序Ⅰ經(jīng)過過濾、洗滌后獲得粗產(chǎn)品,則工序Ⅱ的操作方法是 。
(6)可以采用氧化還原滴定法測(cè)定產(chǎn)品的純度,還可以采用分光光度法測(cè)定(K2Cr2O7溶液的吸光度與其濃度成正比),但測(cè)得的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯偏低,分析原因,發(fā)現(xiàn)配制K2Cr2O7待測(cè)液時(shí)少加了一種試劑,該試劑可以是 (填字母)。
a.硫酸b.氫碘酸
c.硝酸鉀d.氫氧化鉀
5.(2023·寧夏吳忠一模)硫酸錳是一種重要的化工中間體。一種以高硫錳礦(主要成分為含錳化合物及FeS)與氧化錳礦(主要成分為MnO2等錳的氧化物)為原料制備硫酸錳的工藝流程如下:
已知:①“混合焙燒”后燒渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。
②金屬離子在水溶液中沉淀的pH范圍如下表所示(25 ℃):
③離子濃度≤10-5 ml·L-1時(shí),視為離子沉淀完全。
(1)“混合焙燒”的主要目的是 。
(2)若“試劑a”為MnO2,則“氧化”步驟發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 ;若省略“氧化”步驟,造成的影響是 。
(3)“中和除雜”時(shí),應(yīng)控制溶液的pH范圍是 。
(4)“氟化除雜”后,若使溶液中Mg2+沉淀完全,需維持c(F-)不低于 。[已知:Ksp(MgF2)=6.4×10-10]
(5)“碳化結(jié)晶”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 ,最后一步“系列操作”主要是 。
6.(2023·四川綿陽二診節(jié)選)錳酸鋰(LiMn2O4)是一種鋰電池的正極材料。工業(yè)上以方錳礦(主要成分為MnO,還含有少量的Fe3O4、Al2O3、CaO、SiO2)為原料制備錳酸鋰的流程如下:
已知:Ⅰ.25 ℃時(shí),相關(guān)物質(zhì)的Ksp近似值如表所示:
Ⅱ.25 ℃時(shí),NH3·H2O電離常數(shù)Kb=2×10-5。
Ⅲ.離子濃度不高于1×10-5 ml·L-1時(shí)即視為沉淀完全。
回答下列問題:
(1)寫出步驟①溶于稀硫酸時(shí)雜質(zhì)Fe3O4反應(yīng)的離子方程式: 。
(2)“濾渣1”的成分是 (填化學(xué)式);步驟②加入MnO2的目的是 。
(3)反應(yīng)Al3+(aq)+3NH3·H2O(aq)Al(OH)3(s)+3N(aq)的平衡常數(shù)K= 。
(4)“離子交換”步驟和“洗脫”過程是利用反應(yīng):Mn2++2HRMnR2+2H+(HR是氫型交換樹脂)的平衡移動(dòng)將Mn2+進(jìn)一步提純,為了提高洗脫效率,又不引入其他雜質(zhì),淋洗液應(yīng)選用 (填化學(xué)式)。
(5)步驟④反應(yīng)未見氣體生成,則該反應(yīng)留存在“濾液3”中的產(chǎn)物有 (填化學(xué)式)。
(6)步驟⑤反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。
大題突破練(一) 化學(xué)工藝流程題
1.答案 (1)700 ℃ 將礦石粉碎(或攪拌)
(2)SiF4+6NaOHNa2SiO3+4NaF+3H2O
(3)5 (4)SiO2、CaSO4
(5)ClO-+2Fe2++H2O+4OH-2Fe(OH)3↓+Cl-
(6)Fe(OH)3、Mg(OH)2
(7)K=≈3.5×105>105,說明該反應(yīng)可以進(jìn)行完全
解析 (1)由圖可知,“焙燒”溫度為700℃時(shí),鋰提取率最高,所以“焙燒”的溫度理論上選擇700℃;將礦石粉碎或攪拌可提高“焙燒”效率。
(2)“焙燒”產(chǎn)生SiF4氣體,SiF4中Si元素化合價(jià)為+4價(jià),F元素化合價(jià)為-1價(jià);用NaOH溶液吸收,且元素化合價(jià)均不發(fā)生變化,所以該反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiF4+6NaOHNa2SiO3+4NaF+3H2O。
(3)溶液中離子濃度不高于1×10-5ml·L-1時(shí)視為完全沉淀,由圖可知,Al3+完全沉淀時(shí)溶液pH比Fe3+完全沉淀時(shí)更高,此時(shí)溶液中c(OH-)=ml·L-1=1×10-9ml·L-1,此時(shí)pH=5,所以pH至少調(diào)整為5。
(4)“焙燒”后的物質(zhì)中SiO2不與Ca(OH)2反應(yīng);“中和”后產(chǎn)物中含有CaSO4,CaSO4微溶于水,所以所得“濾渣1”中除氫氧化物沉淀外還含有SiO2和CaSO4。
(5)“氧化”過程主要是氧化亞鐵離子,并調(diào)pH使其沉淀,所以反應(yīng)的離子方程式為ClO-+2Fe2++H2O+4OH-2Fe(OH)3↓+Cl-。
(6)根據(jù)工藝流程可知,Fe3+和Al3+在“中和”過程完全沉淀,“氧化”過程中有Fe(OH)3以及少量的Mg(OH)2生成。
2.答案 (1)碳酸錳礦粉碎、攪拌、增大H+濃度、升高溫度等(任寫兩種,合理即可)
(2)2Fe2++4H++MnO22Fe3++Mn2++2H2O
K3[Fe(CN)6]溶液(或酸性KMnO4溶液)
(3)5.4≤pH

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