已知:①“浸取”后溶液中的陽離子主要是[Zn(NH3)4]2+、[Cu(NH3)4]2+。
②25 ℃時Ksp(ZnS)=1.6×10-24;深度除雜標(biāo)準(zhǔn):溶液中≤2.0×10-6?；卮鹣铝袉栴}:
(1)濾渣①的主要成分是 (填化學(xué)式);“浸取”時,ZnO發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 。
(2)加入過量氨水的作用之一是使ZnO、CuO溶解,另一個作用是 ;“萃取”時需要進(jìn)行多次萃取且合并萃取液,其目的是 。
(3)“深度除銅”時涉及的部分反應(yīng)為:
[Cu(NH3)4]2++4H2OCu2++4NH3·H2O K1=a
[Cu(NH3)4]2++S2-+4H2OCuS↓+4NH3·H2O K2=b
(NH4)2S的加入量[×100%]對鋅的回收率及銅鋅比[]的影響如圖所示。
①當(dāng)(NH4)2S加入量超過100%時,鋅的回收率下降的可能原因是 (用離子方程式表示)。
②(NH4)2S較為合理的加入量約為120%,理由是 。
③室溫下,向“浸取”液中加入一定量(NH4)2S固體,“深度除銅”后,測得溶液中c(Cu2+)為1.0×10-8 ml·L-1,此時溶液中c(S2-)為 ml·L-1(用含a、b的代數(shù)式表示,忽略S2-水解)。
(4)用惰性電極“電解”時,陰極存在競爭反應(yīng),該競爭反應(yīng)的電極反應(yīng)式為 。
2.銻(Sb)是第五周期第ⅤA族元素,三氧化二銻是一種兩性氧化物,俗稱銻白,不溶于水,可用作白色顏料、油漆和塑料阻燃劑。以脆硫鉛銻礦(主要成分為Pb4FeSb6S14)為原料制備銻白的工藝流程如圖所示。
已知常溫下,溶液中金屬陽離子開始沉淀、完全沉淀的pH如表所示:
回答下列問題:
(1)Pb4FeSb6S14中各元素的化合價均為整數(shù),已知鉛元素為+2價,則鐵元素的化合價為 ;X的成分是 。
(2)氧化過程中,反應(yīng)后銻為最高價態(tài),則參加反應(yīng)的n(Pb4FeSb6S14)∶n(Cl2)= ;還原過程中發(fā)生多個反應(yīng),其中之一是Fe3+被還原為Fe2+,將Fe3+還原為Fe2+的目的是 。
(3)常溫下,Fe(OH)2的Ksp為 (當(dāng)溶液中某離子濃度c≤1×10-5 ml·L-1時,可認(rèn)為該離子沉淀完全)。
(4)水解過程中加入熱水的原因是 ;寫出生成Sb(OH)2Cl的離子方程式: 。
(5)寫出加入氨水后SbOCl發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式: 。
3.以鎂鋁復(fù)合氧化物(MgO-Al2O3)為載體的負(fù)載型鎳銅雙金屬催化劑(Ni-Cu/MgO-Al2O3)是一種新型高效加氫或脫氫催化劑,其制備流程如下:
已知:常溫下,Ksp[Cu(OH)2]=2.21×10-20,Ksp[Al(OH)3]=1.30×10-33。回答下列問題:
(1)在加熱條件下,尿素[CO(NH2)2]在水中發(fā)生水解反應(yīng),放出 和 兩種氣體。(寫化學(xué)式)
(2)“晶化”過程中,需保持恒溫60 ℃,可采用的加熱方式為 。
(3)“洗滌”過程中,檢驗濾餅是否洗凈的方法是 。
(4)常溫下,若“懸濁液”中=1.7×109,則溶液的pH= 。
(5)“還原”過程中所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。
(6)NiSO4在強(qiáng)堿溶液中被NaClO氧化可得NiOOH,該物質(zhì)能用作堿性鎳鎘電池的正極材料。其電池總反應(yīng)為Cd(s)+2NiOOH(s)+2H2O(l)Cd(OH)2(s)+2Ni(OH)2(s)。
①放電一段時間后,溶液的pH將 (填“增大”“減小”或“不變”)。
②充電時,陽極發(fā)生的電極反應(yīng)為 。
參考答案
熱點專項練14 化工流程中生產(chǎn)
條件的控制及Ksp的應(yīng)用
1.答案 (1)Fe2O3、MnO2 2NH3·H2O+2N+ZnOZn[(NH3)4]2++3H2O
(2)使部分NH4HCO3轉(zhuǎn)化為(NH4)2CO3或促進(jìn)反應(yīng)正向進(jìn)行,有利于鋅的浸出 收集盡可能多的Zn2+,提高的Zn2+的萃取率
(3)①Zn[(NH3)4]2++S2-ZnS↓+4NH3↑ ②鋅的回收率高,銅鋅比較低,且高于120%時銅鋅比變化較緩慢 ③×108
(4)2H++2e-H2↑
解析 由已知①可知,廢鋅催化劑(主要成分為ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO2)中的ZnO及少量CuO經(jīng)碳酸氫銨和過量氨水浸取后轉(zhuǎn)化為可溶性的[Zn(NH3)4]2+、
[Cu(NH3)4]2+;則Fe2O3、MnO2未被溶解,即濾渣①的主要成分為Fe2O3、MnO2;向浸取液中加入適量的(NH4)2S進(jìn)行深度除銅——[Cu(NH3)4]2+轉(zhuǎn)化為CuS沉淀,則濾渣②的主要成分為CuS;向濾液中加有機(jī)萃取劑,萃取溶液中的Zn2+,分液得到含Zn2+的有機(jī)相,再向有機(jī)相中加硫酸反萃取Zn2+,分液得到硫酸鋅,電解得到Zn。
(1)由已知①可知,廢鋅催化劑中只有ZnO和CuO與NH4HCO3和NH3·H2O反應(yīng)可生成可溶的Zn[(NH3)4]2+和Cu[(NH3)4]2+,則濾渣①的主要成分為Fe2O3、MnO2;ZnO與NH4HCO3和NH3·H2O反應(yīng)可生成Zn[(NH3)4]2+,則其離子方程式為2NH3·H2O+2N+ZnOZn[(NH3)4]2++3H2O。
(2)氨水能與碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸銨即NH3·H2O+NH4HCO3(NH4)2CO3+H2O,或促進(jìn)反應(yīng)正向進(jìn)行,有利于鋅的浸出;“萃取”時需要進(jìn)行多次萃取且合并萃取液的目的是,收集盡可能多的Zn2+,提高的Zn2+的萃取率。
(3)①過量的(NH4)2S能與Zn[(NH3)4]2+反應(yīng)生成難溶的ZnS,則其離子方程式為Zn[(NH3)4]2++S2-ZnS↓+4NH3↑。
②由圖示分析可知(NH4)2S較為合理的加入量約為120%時,鋅的回收率約為99.60%,銅鋅比較低,且高于120%時銅鋅比變化較緩慢。
③由反應(yīng)[Cu(NH3)4]2++4H2O4NH3·H2O+Cu2+ K1=a [Cu(NH3)4]2++S2-+4H2OCuS↓+4NH3·H2O K2=b可得CuS(s)Cu2+(aq)+S2-(aq) K3=,則K3=c(Cu2+)·c(S2-)=,由于c(Cu2+)為1.0×10-8ml·L-1,則c(S2-)=×108ml·L-1。
(4)由于鋅為活潑金屬,所以用惰性電極電解硫酸鋅溶液時,溶液中的氫離子在陰極也會發(fā)生還原反應(yīng),即2H++2e-H2↑。
2.答案 (1)+2價 S (2)2∶41 避免Fe3+與Sb3+一起形成沉淀 (3)1×10-15 (4)稀釋、加熱均可促進(jìn)Sb3+的水解 Sb3++2H2O+Cl-Sb(OH)2Cl↓+2H+
(5)2SbOCl+2NH3·H2OSb2O3+2NH4Cl+H2O
解析 以脆硫鉛銻礦粉(主要成分為Pb4FeSb6S14)為原料,加入水,通入氯氣氧化得到浸出液和含硫、PbCl2的濾渣,浸出液的溶質(zhì)主要是SbCl5、FeCl3;再加銻粉發(fā)生還原反應(yīng)將Sb5+還原為Sb3+,同時將Fe3+還原為Fe2+避免Fe3+與Sb3+一起沉淀,然后加入熱水水解,并過濾得到FeCl2等溶液和含銻沉淀,然后加入氨水,過濾后再經(jīng)過洗滌干燥得到銻白。
(1)銻是第ⅤA族元素,其主要化合價為+3價、+5價,硫元素為-2價,鉛元素為+2價,由化合物中各元素化合價代數(shù)和等于0,可求出鐵為+2價;根據(jù)流程圖中各操作過程中涉及物質(zhì)可知X是單質(zhì)硫。
(2)氧化過程中,1mlCl2可得到2ml電子,礦石中Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+、Sb3+轉(zhuǎn)化為Sb5+、S2-轉(zhuǎn)化為S,則1mlPb4FeSb6S14失去的電子為(1×1+6×2+14×2)ml=41ml,由得失電子守恒得n(Pb4FeSb6S14)∶n(Cl2)=2∶41;由表中各離子開始沉淀時和完全沉淀時的pH可知,Sb3+完全沉淀時,Fe3+也有部分沉淀,但Fe2+尚未開始形成沉淀,故將Fe3+還原為Fe2+的目的是避免Fe3+與Sb3+一起形成沉淀。
(3)當(dāng)溶液中c(Fe2+)=1×10-5ml·L-1時,可認(rèn)為Fe2+沉淀完全,此時溶液的pH=9.0,c(OH-)=1×10-5ml·L-1,Ksp[Fe(OH)2]=c(Fe2+)·c2(OH-)=1×10-5×(1×10-5)2=1×10-15。
(4)Sb3+通過水解得到相應(yīng)的沉淀,稀釋、加熱均可促進(jìn)水解;生成Sb(OH)2Cl的離子方程式為Sb3++2H2O+Cl-Sb(OH)2Cl↓+2H+。
(5)由流程圖中信息可知,SbOCl與氨水反應(yīng)的產(chǎn)物之一是Sb2O3,則發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2SbOCl+2NH3·H2OSb2O3+2NH4Cl+H2O。
3.答案 (1)NH3 CO2 (2)水浴加熱 (3)取少量最后一次洗滌液放入試管,向試管中加入稀鹽酸,再加入氯化鋇溶液,若有白色沉淀則未洗凈,若無沉淀則已洗凈 (4)10 (5)NiO+H2Ni+H2O、CuO+H2Cu+H2O (6)①增大 ②Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O
解析 將MgSO4、Al2(SO4)3、NiSO4、CuSO4混合溶液在90℃下加入尿素發(fā)生反應(yīng)生成Mg(OH)2、Al(OH)3、Ni(OH)2、Cu(OH)2懸濁液,在60℃晶化過濾,得到濾餅,洗滌、干燥,焙燒得到MgO、CuO、NiO、Al2O3,在550℃溫度下用氫氣還原得到產(chǎn)品。
(1)根據(jù)題意,尿素[CO(NH2)2]在加熱條件下與水發(fā)生水解反應(yīng)即CO(NH2)2+H2OCO2↑+2NH3↑,因此放出NH3和CO2兩種氣體。
(2)“晶化”過程中,需保持恒溫60℃,溫度在100℃以下,因此采用的加熱方式為水浴加熱。
(3)“洗滌”過程中,檢驗濾餅是否洗凈,主要檢驗洗滌液中是否還含有S,因此常用的方法是取少量最后一次洗滌液放入試管,向試管中加入稀鹽酸,再加入氯化鋇溶液,若有白色沉淀則未洗凈,若無沉淀則已洗凈。
(4)常溫下,若“懸濁液”中===1.7×109,則c(OH-)=1×10-4ml·L-1,c(H+)=ml·L-1=1×10-10ml·L-1,則溶液的pH=10。
(5)“還原”過程最終得到Ni-Cu/MgO-Al2O3,說明是NiO、CuO與氫氣發(fā)生還原反應(yīng),因此所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為NiO+H2Ni+H2O、CuO+H2Cu+H2O。
(6)①放電時,負(fù)極反應(yīng)為Cd-2e-+2OH-Cd(OH)2,正極反應(yīng)為2NiOOH+2e-+2H2O2Ni(OH)2+2OH-,正極生成的OH-的物質(zhì)的量與負(fù)極消耗的OH-的物質(zhì)的量相等,但是消耗了電解質(zhì)溶液中的水,使堿性增強(qiáng),因此溶液的pH將增大。
②放電時正極反應(yīng):NiOOH+e-+H2ONi(OH)2+OH-,則充電時,陽極發(fā)生的電極反應(yīng)為Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O。
金屬離子
Pb2+
Sb3+
Fe2+
Fe3+
開始沉淀時的pH
7.04
0.53
7.0
1.9
完全沉淀時的pH
9.04
2.05
9.0
3.2

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