已知：常溫下，Ksp[Zn(OH)2]＝2.1×10－16，Ksp[Fe(OH)2]＝8.0×10－16，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×
10－38。
(1)“除鐵”時(shí)，須將Fe2＋氧化為Fe3＋的原因是____________________。
(2)“除錳”反應(yīng)的離子方程式為______________________________。其他條件不變時(shí)，eq \f(n投入?KMnO4?,n理論?KMnO4?)與錳去除率、溶液中錳含量的關(guān)系如圖所示。eq \f(n投入?KMnO4?,n理論?KMnO4?)>2.5時(shí)，溶液中錳去除率下降，其原因是__________________________________________________________。
(3)為考查Zn粉用量對(duì)“除鉛”過程中鉛元素去除率的影響，設(shè)計(jì)若干對(duì)照實(shí)驗(yàn)組，這些實(shí)驗(yàn)組控制不變的因素有“除錳”濾液濃度與體積、反應(yīng)溫度、__________________________。
(4)寫出以“ZnSO4溶液”為原料制備高純ZnO的實(shí)驗(yàn)方案：________________________________[可選用的試劑：Na2CO3溶液、氨水-NH4HCO3混合溶液、蒸餾水、稀鹽酸、BaCl2溶液]。
2．(2023·鹽城統(tǒng)考)有色冶金廢渣中主要含有銅、鎳、鋅元素。其分離的部分工藝流程如圖：
(1)“沉銅”中生成Cu2O的化學(xué)方程式為__________________________。
(2)“沉鎳、鋅”步驟中溶液中的Zn2＋、Ni2＋形成草酸鹽沉淀。
已知：Ksp(NiC2O4)＝4.0×10－10，Ksp(ZnC2O4)＝3.0×10－8。若沉淀后上層清液中c(C2Oeq \\al(2－,4))＝0.05 ml·L－1，則eq \f(c?Ni2＋?,c?Zn2＋?)＝______________________________________________________。
(3)分離焙燒得到的NiO、ZnO混合物。已知NiO不溶于堿，ZnO的浸出率隨pH的變化如圖1所示，Zn(OH)2沉淀率隨pH的變化如圖2所示。具體步驟如下：
①向焙燒得到的氧化物混合物中，_____________________________________________，
得到氧化鎳；
②_______________，得到氧化鋅固體(實(shí)驗(yàn)中須使用的試劑：6 ml·L－1NaOH溶液、2 ml·
L－1H2SO4溶液、BaCl2溶液)。
(4)氧化鋅晶體的一種晶胞是如圖甲所示的立方晶胞，其中與Zn原子距離最近的Zn原子數(shù)目有_________個(gè)，請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫出該晶胞沿z軸方向的平面投影圖。
3．(2023·全國甲卷，26)BaTiO3是一種壓電材料。以BaSO4為原料，采用下列路線可制備粉狀BaTiO3。
回答下列問題：
(1)“焙燒”步驟中碳粉的主要作用是_________________________________________。
(2)“焙燒”后固體產(chǎn)物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”時(shí)主要反應(yīng)的離子方程式為____________________________________________________________。
(3)“酸化”步驟應(yīng)選用的酸是____________(填標(biāo)號(hào))。
a．稀硫酸 b．濃硫酸
c．鹽酸 d．磷酸
(4)如果焙燒后的產(chǎn)物直接用酸浸取，是否可行？
__________________，其原因是_________________________________________。
(5)“沉淀”步驟中生成BaTiO(C2O4)2的化學(xué)方程式為______________________。
(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，產(chǎn)生的nCO2∶nCO＝__________________。
4．[2022·遼寧，16(1)(2)(3)(4)(5)(6)]某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3，含有FeS2、SiO2雜質(zhì))與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯(lián)合焙燒法制備BiOCl和MnSO4，工藝流程如下：
已知：①焙燒時(shí)過量的MnO2分解為Mn2O3，F(xiàn)eS2轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2O3；
②金屬活動(dòng)性：Fe>(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_____________________________________________________。
5．以固體廢鋅催化劑(主要成分為ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)為原料制備鋅的工藝流程如圖。
已知：①“浸取”時(shí)，ZnO、CuO轉(zhuǎn)化為[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋進(jìn)入溶液；
②25 ℃時(shí)，Ksp(CuS )＝6.4×10－36，Ksp(ZnS )＝1.6×10－24；
③深度除雜標(biāo)準(zhǔn)：溶液中eq \f(n?雜質(zhì)離子?,n\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(Zn?NH3?4))2＋)))≤2.0×10－6。
(1)為提高鋅浸出率，采取的措施是______________________________；“浸取”溫度為30 ℃時(shí)，鋅浸出率可達(dá)90.6%，繼續(xù)升溫浸出率反而下降，其原因?yàn)開_______________________________________________________________________。
(2)“操作a”的名稱為____________________________________________________。
(3)“深度除錳”是在堿性條件下將殘留的Mn2＋轉(zhuǎn)化為MnO2，離子方程式為________________________________________________________________________。
(4)“深度除銅”時(shí)，鋅的回收率、除銅效果[除銅效果以反應(yīng)后溶液中銅鋅比eq \f(n?Cu2＋?,n\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(Zn?NH3?4))2＋)))表示]與(NH4)2S加入量[以eq \f(n?實(shí)際用量?,n?理論用量?)×100%表示]的關(guān)系曲線如圖所示。
①當(dāng)(NH4)2S加入量≥100%時(shí)，鋅的回收率下降的原因是___________________________(用離子方程式表示)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為________________________________________(已知[Zn(NH3)4]2＋的K穩(wěn)＝eq \f(c{\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(Zn?NH3?4))2＋},c?Zn2＋?·c4?NH3?)＝2.9×109)。
②“深度除銅”時(shí)(NH4)2S加入量最好應(yīng)選______(填字母)。
A．100% B．110% C．120% D．130%
(5)測(cè)定反萃取水相中Zn2＋的濃度：量取20.00 mL反萃取水相于錐形瓶中，用0.010 0 ml·
L－1 EDTA(乙二胺四乙酸鈉Na2H2Y)標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)(Zn2＋＋H2Y2－===ZnY2－＋2H＋)。重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，平均消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液22.30 mL。則反萃取水相中Zn2＋的濃度為________(保留兩位小數(shù))。
第54練 無機(jī)化工流程題的解題策略
1．(1)Zn(OH)2與Fe(OH)2沉淀時(shí)pH相近，不易通過調(diào)pH分離Fe2＋和Zn2＋；Zn(OH)2與Fe(OH)3沉淀時(shí)pH相差較大，易于通過調(diào)pH分離Fe3＋和Zn2＋
(2)3Mn2＋＋2MnOeq \\al(－,4)＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋ 過量的KMnO4進(jìn)入溶液
(3)反應(yīng)時(shí)間、攪拌速率
(4)在攪拌下向ZnSO4溶液中緩慢滴加氨水-NH4HCO3混合溶液；當(dāng)向上層清液中繼續(xù)滴加氨水-NH4HCO3溶液后不再產(chǎn)生沉淀時(shí)，過濾，所得濾渣用蒸餾水洗滌，直至最后一次洗滌濾液加入稀鹽酸和BaCl2溶液后不再產(chǎn)生渾濁，將所得沉淀烘干后灼燒至恒重
解析 以次氧化鋅酸浸液(主要含有Zn2＋、SOeq \\al(2－,4)，還含有Fe3＋、Fe2＋、Mn2＋、Pb2＋等)為原料制備高純ZnO，向酸浸液中加入H2O2溶液，將Fe2＋氧化為Fe3＋，該過程中溶液pH上升將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀除去，過濾向?yàn)V液中加入高錳酸鉀溶液將Mn2＋轉(zhuǎn)化為MnO2除去，過濾后向?yàn)V液中加入Zn粉將Pb2＋轉(zhuǎn)化為Pb除去，得到硫酸鋅溶液，硫酸鋅溶液經(jīng)過一系列操作得到高純ZnO，以此解答。
2．(1)2CuSO4＋NaHSO3＋2H2O===Cu2O↓＋NaHSO4＋2H2SO4
(2)1.33×10－2 (3)①加入使用6 ml·L－1的NaOH溶液和2 ml·L－1的H2SO4溶液配制的pH＝12的NaOH溶液，過濾 ②使用2 ml·L－1H2SO4溶液調(diào)濾液pH＝8.5，沉淀Zn(OH)2，過濾，焙燒 (4)12
解析 有色冶金廢渣中主要含有銅、鎳、鋅元素，首先加入H2SO4溶解，使得銅、鎳、鋅生成對(duì)應(yīng)離子，加入NaHSO3，可與銅離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Cu2O；然后加入(NH4)2C2O4，沉淀鎳和鋅，最后焙燒得到ZnO和NiO，據(jù)此分析解題。(2)若沉淀后上層清液中c(C2Oeq \\al(2－,4))＝0.05 ml·L－1，則eq \f(c?Ni2＋?,c?Zn2＋?)＝eq \f(\f(Ksp?NiC2O4?,c?C2O\\al(2－,4)?),\f(Ksp?ZnC2O4?,c?C2O\\al(2－,4)?))＝eq \f(Ksp?NiC2O4?,Ksp?ZnC2O4?)＝eq \f(4.0×10－10,3.0×10－8)≈1.33×10－2。(3)①已知NiO不溶于堿，根據(jù)圖1可知，pH＝12時(shí)，ZnO浸出率最高，先使用6 ml·L－1NaOH溶液和2 ml·L－1H2SO4溶液配制pH＝12的NaOH溶液，然后加入得到的氧化物混合物中，過濾得到氧化鎳。(4)根據(jù)ZnO的晶胞結(jié)構(gòu)，Zn原子位于頂角和面心，以上底面頂角Zn原子為研究對(duì)象，在一個(gè)晶胞中與該Zn原子距離最近的Zn原子數(shù)有3個(gè)，通過該平面可以形成4個(gè)晶胞，故在晶胞中與Zn原子距離最近的Zn原子數(shù)共有12個(gè)。
3．(1)做還原劑，將BaSO4還原 (2)S2－＋Ca2＋===CaS↓ (3)c (4)不可行 CaS也會(huì)與鹽酸反應(yīng)生成有毒氣體和可溶于水的CaCl2，影響產(chǎn)品純度 (5)BaCl2＋TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl (6)1∶1
解析 由流程和題中信息可知，BaSO4與過量的碳粉及過量的氯化鈣在高溫下焙燒得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；燒渣經(jīng)水浸取后過濾，濾渣中含碳粉和CaS，濾液中有BaCl2和BaS；濾液經(jīng)酸化后濃縮結(jié)晶得到BaCl2晶體，溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4將鋇離子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2經(jīng)熱分解得到BaTiO3。(3)浸取后濾液中主要為BaCl2和BaS，為不引入雜質(zhì)，“酸化”步驟應(yīng)選用鹽酸。(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為BaTiO(C2O4)2eq \(=====,\s\up7(△))BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，產(chǎn)生的nCO2∶nCO ＝1∶1。
4．(1)ab (2)2Bi2S3＋9O2eq \(=====,\s\up7(高溫))2Bi2O3＋6SO2 (3)抑制金屬離子水解 (4)SiO2 (5)Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O (6)將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋
解析 (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，選項(xiàng)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)，選項(xiàng)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，選項(xiàng)c不符合題意。(6)由已知信息③知，調(diào)pH＝2.6時(shí)，F(xiàn)e3＋會(huì)水解生成Fe(OH)3沉淀，但Fe2＋還沒開始沉淀，故要將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋，在調(diào)pH后獲得含F(xiàn)eCl2的濾液，為了不引入新的雜質(zhì)，加入Bi作還原劑。
5．(1)將廢鋅催化劑粉碎 溫度升高，NH3揮發(fā)，使生成的[Zn(NH3)4]2＋減少 (2)分液
(3)Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===MnO2↓＋2NHeq \\al(＋,4)＋2H2O (4)①[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓＋4NH3
2．16×1014 ②C (5)0.01 ml·L－1
解析 廢鋅催化劑主要成分為ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2，加入過量NH3-NH4Cl溶液，生成[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋，同時(shí)生成Fe(OH)3、Mn(OH)2等，SiO2不溶解，過濾一起除去，再向?yàn)V液中加入H2O2溶液，進(jìn)行深度除錳，反應(yīng)的離子方程式為Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===MnO2↓＋2NHeq \\al(＋,4)＋2H2O，再加入(NH4)2S，進(jìn)行深度除銅，反應(yīng)的離子方程式為[Cu(NH3)4]2＋＋S2－===CuS↓＋4NH3，過濾，除去MnO2和CuS，向?yàn)V液中加入萃取劑，使鋅進(jìn)入有機(jī)萃取劑中，分液后，再向有機(jī)萃取劑中加入硫酸進(jìn)行反萃取，得到硫酸鋅溶液，然后進(jìn)行電解，得到鋅。(4)①當(dāng)(NH4)2S加入量≥100%時(shí)，鋅的回收率下降的可能原因是[Zn(NH3)4]2＋與S2－結(jié)合生成了硫化鋅，離子方程式為[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓ ＋4NH3 ，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K＝eq \f(c4?NH3?,c{[Zn?NH3?4]2＋}·c?S2－?)＝eq \f(c4?NH3?·c?Zn2＋?,c{[Zn?NH3?4]2＋})·eq \f(1,c?S2－?·c?Zn2＋?)＝eq \f(1,K穩(wěn))×eq \f(1,Ksp?ZnS?)＝eq \f(1,2.9×109)×eq \f(1,1.6×10－24)≈2.16×1014。②當(dāng)(NH4)2S加入量為120%時(shí)，銅鋅比約為2.0×10－6，達(dá)到深度除銅標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)加大(NH4)2S加入量會(huì)導(dǎo)致鋅的回收率下降且不經(jīng)濟(jì)，故選C。(5)由滴定原理：Zn2＋＋H2Y2－===ZnY2－＋2H＋，n(Zn2＋)＝n(H2Y2－)＝0.010 0 ml·L－1
×22.30×10－3 L＝2.23×10－4 ml，反萃取水相中Zn2＋的濃度為eq \f(2.23×10－4 ml,20.00×10－3 L)≈0.01 ml·L－1。
開始沉淀pH
完全沉淀pH
Fe2＋
6.5
8.3
Fe3＋
1.6
2.8
Mn2＋
8.1
10.1

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