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    2025屆化學(xué)高考一輪復(fù)習(xí) 第42講 化學(xué)工藝流程題 學(xué)案

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    2025屆化學(xué)高考一輪復(fù)習(xí) 第42講 化學(xué)工藝流程題 學(xué)案

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    這是一份2025屆化學(xué)高考一輪復(fù)習(xí) 第42講 化學(xué)工藝流程題 學(xué)案,共31頁(yè)。學(xué)案主要包含了備考目標(biāo),流程分析等內(nèi)容,歡迎下載使用。
    化學(xué)工藝流程是將化工生產(chǎn)過程中主要生產(chǎn)階段以流程框圖形式呈現(xiàn)出來,該類試題通常以化工生產(chǎn)流程圖的形式,以陌生元素或陌生化合物知識(shí)為載體,綜合考查元素化合物知識(shí)、氧化還原反應(yīng)(或復(fù)分解反應(yīng)、電離、水解)方程式的書寫、通過化工原理的分析判斷流程中殘?jiān)驈U液的成分、反應(yīng)條件的控制與選擇、物質(zhì)分離提純的方法、產(chǎn)率的計(jì)算、Ksp的應(yīng)用、綠色化學(xué)思想的體現(xiàn)等。題目綜合性強(qiáng),難度大,將化學(xué)與社會(huì)、生產(chǎn)、生活聯(lián)系起來,旨在考查考生閱讀提取信息、遷移應(yīng)用知識(shí)的能力,及科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的核心素養(yǎng)。
    考點(diǎn)1 常見的化工流程題
    1.物質(zhì)制備類化工流程題
    (1)核心反應(yīng)——陌生方程式的書寫
    關(guān)注箭頭的指向:箭頭指入→反應(yīng)物,箭頭指出→生成物。
    ①氧化還原反應(yīng):熟練應(yīng)用氧化還原規(guī)律,進(jìn)行產(chǎn)物判斷及配平。
    ②非氧化還原反應(yīng):結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)實(shí)際判斷產(chǎn)物。
    (2)原料的預(yù)處理
    ①溶解:通常用酸溶,如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等。
    ②灼燒、焙燒、煅燒:改變結(jié)構(gòu),使一些物質(zhì)能溶解,并使一些雜質(zhì)高溫下氧化、分解。
    (3)常用的控制反應(yīng)條件的方法
    ①調(diào)節(jié)溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點(diǎn):能與H+反應(yīng),使溶液pH增大;不引入新雜質(zhì)。
    例如:若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。
    ②控制溫度。根據(jù)需要升溫或降溫,改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動(dòng)。
    ③趁熱過濾。防止某物質(zhì)降溫時(shí)會(huì)析出。
    ④冰水洗滌。洗去晶體表面的雜質(zhì)離子,并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。
    2.以分離提純?yōu)槟康牡幕瘜W(xué)工藝流程
    (1)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)。
    (2)常用的提純方法
    (3)常用的分離方法
    考點(diǎn)2 無機(jī)化工流程綜合題的解題思路與方法
    1.主線法分析
    (1)流程圖一般分三大部分:原料預(yù)處理、轉(zhuǎn)化與分離階段、獲取最終產(chǎn)物階段。
    (2)流程中要分析“進(jìn)” 、“出” 物質(zhì)和仍然留在溶液中的離子等(否則可能漏掉副產(chǎn)品或干擾離子)。
    (3)一般默認(rèn)進(jìn)入的物質(zhì)過量,確保每一步目標(biāo)元素利用率或轉(zhuǎn)化率最高,產(chǎn)品產(chǎn)率最高,損失最小。當(dāng)然在某些特殊情況下要控制用量。
    2.四線法分析
    試劑:為達(dá)到最終目的加入的物質(zhì),起到氧化還原、非氧化還原的作用;
    除雜:復(fù)分解沉淀、置換沉淀、氧化還原沉淀;加熱產(chǎn)生氣體等;
    操作:蒸發(fā)、結(jié)晶、過濾(趁熱過濾)、洗滌、干燥等;
    轉(zhuǎn)化:元素守恒—焙燒、溶浸、沉淀、煅燒、電解、結(jié)晶等。
    題組練習(xí)
    例1.(2023·遼寧名校聯(lián)盟聯(lián)合考試)以鋅焙砂(主要成分為ZnO,含少量Cu2+、Mn2+等離子)為原料,制備2Zn(OH)2·ZnCO3的工藝流程如下:

    以下說法錯(cuò)誤的是( )
    A.“浸取”過程為加快反應(yīng)速率應(yīng)適當(dāng)加熱,但溫度不宜過高
    B.“除雜”步驟也可選擇Na2S或K2S為沉淀劑,沉淀雜質(zhì)離子
    C.“沉鋅”過程發(fā)生反應(yīng)后釋放的氣體A為CO2
    D.“過濾3”所得濾液可循環(huán)使用,其主要成分的化學(xué)式是(NH4)2SO4
    【流程分析】
    解析:選B。 “浸取”過程溫度不宜過高,過氧化氫溶液不穩(wěn)定易分解,溫度過高會(huì)使過氧化氫大量分解,A項(xiàng)正確;用Na2S或K2S會(huì)給溶液帶來雜質(zhì)元素(鈉元素或鉀元素),難以除去,故不能用Na2S或K2S,B項(xiàng)錯(cuò)誤; “沉鋅”過程中發(fā)生的反應(yīng)是3ZnSO4+6NH4HCO3===2Zn(OH)2·ZnCO3↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑+H2O,則氣體A為CO2,C項(xiàng)正確;濾液中包含“沉鋅”步驟生成的(NH4)2SO4,可以循環(huán)到“浸取”步驟使用,D項(xiàng)正確。
    例2.(2023·湖南株洲聯(lián)考)草酸鈷用途廣泛,可用于指示劑和催化劑的制備。一種利用水鈷礦[主要成分為C2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]制取CC2O4的工藝流程如圖:
    已知:①浸出液含有的陽離子主要有H+、C2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等;
    ②部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見表:
    (1)浸出過程中加入Na2SO3的目的是___________________________________________。
    (2)將氯氣通入熱的氫氧化鈉溶液可以來制取NaClO3,請(qǐng)寫出該反應(yīng)的離子方程式____________________________________;實(shí)驗(yàn)需要制取10.65 g NaClO3,需要的氯氣由電解食鹽水生成,若不考慮反應(yīng)過程中的損失,則同時(shí)生成的氫氣的體積為________(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)。
    (3)萃取劑對(duì)金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系如圖所示。濾液Ⅱ中加入萃取劑的作用是________________________________________;使用萃取劑最適宜的pH是________(填字母)。
    A.接近2.0 B.接近3.0 C.接近5.0
    (4)“除鈣、鎂”是將溶液中Ca2+與Mg2+轉(zhuǎn)化為MgF2、CaF2沉淀。已知某溫度下,Ksp(MgF2)=7.35×10-11,Ksp(CaF2)=1.05×10-10。當(dāng)加入過量NaF后,所得濾液中 eq \f(c(Mg2+),c(Ca2+)) =________。
    【流程分析】
    解析:(1)向水鈷礦[主要成分為C2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]中加入鹽酸和亞硫酸鈉,浸出液含有的陽離子主要有H+、C2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等,根據(jù)元素化合價(jià)的變化可知,浸出過程中加入Na2SO3的目的是將C3+、Fe3+還原。(2)氯氣與熱的氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氯化鈉、氯酸鈉和水,反應(yīng)的離子方程式為:3Cl2+6OH- eq \(=====,\s\up7(△)) ClO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) +5Cl-+3H2O,10.65 g NaClO3的物質(zhì)的量為 eq \f(10.65 g,106.5 g/ml) =0.1 ml,需要氯氣0.3 ml,電解飽和食鹽水的方程式為:2NaCl+2H2O eq \(=====,\s\up7(電解)) Cl2↑+H2↑+2NaOH,生成0.3 ml Cl2的同時(shí),生成0.3 ml H2,標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.3 ml×22.4 L/ml=6.72 L。(3)根據(jù)流程圖可知,此時(shí)溶液中存在Mn2+、C2+,加入萃取劑的目的是除去Mn2+,由萃取劑對(duì)金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系可知,調(diào)節(jié)溶液pH在3.0~3.5之間,可使Mn2+完全沉淀,并防止C2+轉(zhuǎn)化為C(OH)2沉淀,則濾液Ⅱ中加入萃取劑的作用是除去溶液中的Mn2+,使用萃取劑適宜的pH是B。(4) eq \f(c(Mg2+),c(Ca2+)) = eq \f(c(Mg2+)×c2(F-),c(Ca2+)×c2(F-)) = eq \f(Ksp(MgF2),Ksp(CaF2)) = eq \f(7.35×10-11,1.05×10-10) =0.7。
    答案:(1)將C3+、Fe3+還原 (2)3Cl2+6OH- eq \(=====,\s\up7(△)) ClO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) +5Cl-+3H2O 6.72 L(3)除去Mn2+ B (4)0.7
    高考真題
    1.(2024·遼吉黑卷,13,3分)某工廠利用銅屑脫除鋅浸出液中的Cl-并制備Zn,流程如下“脫氯”步驟僅Cu元素化合價(jià)發(fā)生改變。下列說法正確的是( )
    鋅浸出液中相關(guān)成分(其他成分無干擾)
    A.“浸銅”時(shí)應(yīng)加入足量H2O2,確保銅屑溶解完全
    B.“浸銅”反應(yīng):2Cu+4H++H2O2=2Cu2++ H2↑+2H2O
    C.“脫氯”反應(yīng):Cu+Cu2++2Cl-=2CuCl↓
    D.脫氯液凈化后電解,可在陽極得到Zn
    答案:C
    解析:銅屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2+,反應(yīng)的離子方程式為:Cu+2H++H2O2=Cu2++2H2O,再加入鋅浸出液進(jìn)行“脫氯”,“脫氯”步驟中僅Cu元素的化合價(jià)發(fā)生改變,得到CuCl固體,可知“脫氯”步驟發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為:Cu+Cu2++2Cl-=2CuCl↓,過濾得到脫氯液,脫氯液凈化后電解,Zn2+可在陰極得到電子生成Zn。A項(xiàng),“浸銅”時(shí),銅屑不能溶解完全,Cu在“脫氯”步驟還需要充當(dāng)還原劑,A錯(cuò)誤;B項(xiàng),“浸銅”時(shí),銅屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2+,反應(yīng)的離子方程式為:Cu+2H++H2O2=Cu2++2H2O,B錯(cuò)誤;C項(xiàng),“脫氯”步驟中僅Cu元素的化合價(jià)發(fā)生改變,得到CuCl固體,即Cu的化合價(jià)升高,Cu2+的化合價(jià)降低,發(fā)生歸中反應(yīng),化學(xué)方程式為:Cu+Cu2++2Cl-=2CuCl↓,C正確;D項(xiàng),脫氯液凈化后電解,Zn2+應(yīng)在陰極得到電子變?yōu)閆n,D錯(cuò)誤;故選C。
    2.(2024·北京卷,7,3分)硫酸是重要化工原料,工業(yè)生產(chǎn)制取硫酸的原理示意圖如下。
    下列說法不正確的是( )
    A.I的化學(xué)方程式:3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2
    B.Ⅱ中的反應(yīng)條件都是為了提高SO2平衡轉(zhuǎn)化率
    C.將黃鐵和換成硫黃可以減少?gòu)U渣的產(chǎn)生
    D.生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾氣可用堿液吸收
    答案:B
    解析:黃鐵礦和空氣中的O2在加熱條件下發(fā)生反應(yīng),生成SO2和Fe3O4,SO2和空氣中的O2在400~500℃、常壓、催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)得到SO3,用98.3%的濃硫酸吸收SO3,得到H2SO4。A項(xiàng),反應(yīng)I是黃鐵礦和空氣中的O2在加熱條件下發(fā)生反應(yīng),生成SO2和Fe3O4,化學(xué)方程式:3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2,故A正確;B項(xiàng),反應(yīng)Ⅱ條件要兼顧平衡轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率,還要考慮生產(chǎn)成本,如Ⅱ中“常壓、催化劑”不是為了提高SO2平衡轉(zhuǎn)化率,故B錯(cuò)誤;C項(xiàng),將黃鐵礦換成硫黃,則不再產(chǎn)生Fe3O4,即可以減少?gòu)U渣產(chǎn)生,故C正確;D項(xiàng),硫酸工業(yè)產(chǎn)生的尾氣為SO2、SO3,可以用堿液吸收,故D正確;故選B。
    3.(2024·湖南卷,11,3分)中和法生產(chǎn)Na2HPO4·12H2O的工藝流程如下:
    已知:①H3PO4的電離常數(shù):Ka1=6.9×10-3,Ka2=6.2×10-8,Ka3=4.8×10-13
    ②Na2HPO4·12H2O易風(fēng)化。
    下列說法錯(cuò)誤的是( )
    A.“中和”工序若在鐵質(zhì)容器中進(jìn)行,應(yīng)先加入Na2CO3溶液
    B.“調(diào)pH”工序中X為NaOH或H3PO4
    C.“結(jié)晶”工序中溶液顯酸性
    D.“干燥”工序需在低溫下進(jìn)行
    答案:C
    解析:H3PO4和Na2CO3先發(fā)生反應(yīng),通過加入X調(diào)節(jié)pH,使產(chǎn)物完全轉(zhuǎn)化為Na2HPO4,通過結(jié)晶、過濾、干燥,最終得到Na2HPO4·12H2O成品。A項(xiàng),鐵是較活潑金屬,可與H3PO4反應(yīng)生成氫氣,故“中和”工序若在鐵質(zhì)容器中進(jìn)行,應(yīng)先加入Na2CO3溶液,A項(xiàng)正確;B項(xiàng),若“中和”工序加入Na2CO3過量,則需要加入酸性物質(zhì)來調(diào)節(jié)pH,為了不引入新雜質(zhì),可加入H3PO4;若“中和”工序加入H3PO4過量,則需要加入堿性物質(zhì)來調(diào)節(jié)pH,為了不引入新雜質(zhì),可加入NaOH,所以“調(diào)pH”工序中X為NaOH或H3PO4,B項(xiàng)正確;C項(xiàng),“結(jié)晶”工序中的溶液為飽和Na2HPO4溶液,由已知可知H3PO4的Ka2=6.2×10-8,Ka3=4.8×10-13,則HPO42-的水解常數(shù),由于,則Na2HPO4的水解程度大于電離程度,溶液顯堿性,C項(xiàng)錯(cuò)誤;D項(xiàng),由于Na2HPO4·12H2O易風(fēng)化失去結(jié)晶水,故“干燥”工序需要在低溫下進(jìn)行,D項(xiàng)正確;故選C。
    4.(2024·湖南卷,16,3分)銅陽極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一種含貴金屬的可再生資源,回收貴金屬的化工流程如下:
    已知:①當(dāng)某離子的濃度低于1.0×10?5 ml·L-1時(shí),可忽略該離子的存在;
    ②AgCl(s)+Cl-(aq)[AgCl2]- (aq) K=2.0×10?5 ;
    ③Na2SO3易從溶液中結(jié)晶析出;
    ④不同溫度下Na2SO3的溶解度如下:
    回答下列問題:
    (1)Cu屬于 區(qū)元素,其基態(tài)原子的價(jià)電子排布式為 ;
    (2)“濾液1”中含有Cu2+和H2SeO3,“氧化酸浸”時(shí)Cu2Se反應(yīng)的離子方程式為 ;
    (3)“氧化酸浸”和“除金”工序抣需加入一定量的NaCl:
    ①在“氧化酸浸”工序中,加入適量NaCl的原因是 。
    ②在“除金”工序溶液中,濃度不能超過 。
    (4)在“銀轉(zhuǎn)化”體系中,c[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-濃度之和為0.075ml·L-1,兩種離子分布分?jǐn)?shù)隨SO32-濃度的變化關(guān)系如圖所示,若SO32-濃度為1.0ml·L-1,則[Ag(SO3)3]5-的濃度為 ml·L-1。
    (5)濾液4中溶質(zhì)主要成分為 (填化學(xué)式);在連續(xù)生產(chǎn)的模式下,“銀轉(zhuǎn)化”和“銀還原”工序需在℃左右進(jìn)行,若反應(yīng)溫度過高,將難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn),原因是 。
    答案:(1) ds 3d104s1
    (2) Cu2Se+4H2O2+4H+=2Cu2++H2SeO3+5H2O
    (3) 使銀元素轉(zhuǎn)化為AgCl沉淀 0.5
    (4)0.05
    (5) Na2SO3 高于40℃后,Na2SO3的溶解度下降,“銀轉(zhuǎn)化”和“銀還原”的效率降低,難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)
    解析:銅陽極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)加入H2O2、H2SO4、NaCl氧化酸浸,由題中信息可知,濾液1中含有Cu2+和H2SeO3,濾渣1中含有Au、AgCl、PbSO4;濾渣1中加入NaClO、H2SO4、NaCl,將Au轉(zhuǎn)化為Na[AuCl4]除去,濾液2中含有Na[AuCl4],濾渣2中含有AgCl、PbSO4;在濾渣2中加入Na2SO3,將AgCl轉(zhuǎn)化為Ag2SO3,過濾除去PbSO4,濾液3含有Ag2SO3;濾液2中加入Na2S2O4,將Ag元素還原為Ag單質(zhì),Na2S2O4轉(zhuǎn)化為Na2SO3,濾液4中溶質(zhì)主要為Na2SO3,可繼續(xù)進(jìn)行銀轉(zhuǎn)化過程。解析:(1)Cu的原子序數(shù)為29,位于第四周期第ⅠB族,位于ds區(qū),其基態(tài)原子的價(jià)電子排布式為3d104s1;(2)濾液1中含有Cu2+和H2SeO3,氧化酸浸時(shí)Cu2Se與H2O2、H2SO4發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成CuSO4、H2SeO3和H2O,反應(yīng)的離子方程式為:Cu2Se+4H2O2+4H+=2Cu2++H2SeO3+5H2O;(3)①在“氧化酸浸”工序中,加入適量NaCl的原因是使銀元素轉(zhuǎn)化為AgCl沉淀;②由題目可知AgCl(s)+Cl-(aq)[AgCl2]- (aq),在“除金”工序溶液中,若Cl-加入過多,AgCl則會(huì)轉(zhuǎn)化為[AgCl2]-,當(dāng)某離子的濃度低于1.0×10?5 ml·L-1時(shí),可忽略該離子的存在,為了不讓AgCl發(fā)生轉(zhuǎn)化,則另,由,可得c(Cl-)=0.5ml·L-1,即Cl-濃度不能超過0.5ml·L-1;(4)在“銀轉(zhuǎn)化”體系中,[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-濃度之和為0.075ml·L-1,溶液中存在平衡關(guān)系:[Ag(SO3)2]3-+SO32-(aq)[Ag(SO3)3]5-,當(dāng)c(SO32-)=0.5ml·L-1時(shí),此時(shí)c[Ag(SO3)2]3-=[Ag(SO3)3]5-=0.0375ml·L-1,則該平衡關(guān)系的平衡常數(shù),當(dāng)c(SO32-)=1.0ml·L-1時(shí),,解得此時(shí)c[Ag(SO3)3]5-=0.05ml·L-1;(5)由分析可知濾液4中溶質(zhì)主要成分為Na2SO3;由不同溫度下Na2SO3的溶解度可知,高于40℃后,Na2SO3的溶解度下降,“銀轉(zhuǎn)化”和“銀還原”的效率降低,難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
    5.(2024·甘肅卷,15)我國(guó)科研人員以高爐渣(主要成分為CaO,MgO,Al2O3和SiO2等)為原料,對(duì)煉鋼煙氣(CO2和水蒸氣)進(jìn)行回收利用,有效減少了環(huán)境污染,主要流程如圖所示:
    已知:Ksp(CaSO4)= 4.9×10-5,Ksp(CaCO3)= 3.4×10-9
    (1)高爐渣與(NH4)2SO4經(jīng)焙燒產(chǎn)生的“氣體”是 。
    (2)“濾渣”的主要成分是CaSO4和 。
    (3)“水浸2”時(shí)主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ,該反應(yīng)能進(jìn)行的原因是 。
    (4)鋁產(chǎn)品NH4Al(SO4)2·12H2O可用于 。
    (5)某含鈣化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示,沿x軸方向的投影為圖乙,晶胞底面顯示為圖丙,晶胞參數(shù)。圖丙中與N的距離為 ;化合物的化學(xué)式是 ,其摩爾質(zhì)量為Mg·mlˉ1,阿伏加德羅常數(shù)的值是NA,則晶體的密度為 g· cm-3 (列出計(jì)算表達(dá)式)。
    答案:(1)NH3 (2)SiO2
    (3)CaSO4+(NH4)2CO3= CaCO3+(NH4)2SO4 Ksp(CaSO4)>Ksp(CaCO3),微溶的硫酸鈣轉(zhuǎn)化為更難溶的碳酸鈣(4)凈水(5) Ca3N3B
    解析:高爐渣(主要成分為CaO,MgO,Al2O3和SiO2等)加入(NH4)2SO4在400℃下焙燒,生成硫酸鈣、硫酸鎂、硫酸鋁,同時(shí)產(chǎn)生氣體,該氣體與煙氣(CO2和水蒸氣)反應(yīng),生成(NH4)2CO3,所以該氣體為NH3;焙燒產(chǎn)物經(jīng)過水浸1,然后過濾,濾渣為CaSO4以及未反應(yīng)的SiO2,濾液溶質(zhì)主要為硫酸鎂、硫酸鋁及硫酸銨;濾液濃縮結(jié)晶,析出NH4Al(SO4)2·12H2O,剩余富鎂溶液;濾渣加入(NH4)2CO3溶液,濾渣中的CaSO4會(huì)轉(zhuǎn)化為更難溶的碳酸鈣。(1)高爐渣與(NH4)2SO4經(jīng)焙燒產(chǎn)生的“氣體”是NH3;(2)由分析可知,“濾渣”的主要成分是CaSO4和未反應(yīng)的SiO2;(3)“水浸2”時(shí)主要反應(yīng)為硫酸鈣與碳酸銨生成更難溶的碳酸鈣,反應(yīng)方程式為CaSO4+(NH4)2CO3= CaCO3+(NH4)2SO4,該反應(yīng)之所以能發(fā)生,是由于Ksp(CaSO4)= 4.9×10-5,Ksp(CaCO3)= 3.4×10-9,Ksp(CaSO4)>Ksp(CaCO3),微溶的硫酸鈣轉(zhuǎn)化為更難溶的碳酸鈣;(4)鋁產(chǎn)品NH4Al(SO4)2·12H2O溶于水后,會(huì)產(chǎn)生Al3+,Al3+水解生成Al(OH)3膠體,可用于凈水;(5)圖丙中,Ca位于正方形頂點(diǎn),N位于正方形中心,故Ca與N的距離為pm;由均攤法可知,晶胞中Ca的個(gè)數(shù)為,N的個(gè)數(shù)為,B的個(gè)數(shù)為,則化合物的化學(xué)式是Ca3N3B;其摩爾質(zhì)量為Mg·mlˉ1,阿伏加德羅常數(shù)的值是NA,晶胞體積為則晶體的密度為。
    6.(2024·山東卷,18,12分)以鉛精礦(含PbS,Ag2S等)為主要原料提取金屬Pb和Ag的工藝流程如下:
    回答下列問題:
    (1)“熱浸”時(shí),難溶的PbS和Ag2S轉(zhuǎn)化為[PbCl4]2-和[AgCl2]-及單質(zhì)硫。溶解等物質(zhì)的量的PbS和Ag2S時(shí),消耗Fe3+物質(zhì)的量之比為_______;溶液中鹽酸濃度不宜過大,除防止“熱浸”時(shí)揮發(fā)外,另一目的是防止產(chǎn)生______ _(填化學(xué)式)。
    (2)將“過濾Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反復(fù)用飽和食鹽水熱溶,電解所得溶液可制備金屬Pb “電解I”陽極產(chǎn)物用尾液吸收后在工藝中循環(huán)使用,利用該吸收液的操作單元為__ _____。
    (3)“還原”中加入鉛精礦目的是____ ___。
    (4)“置換”中可選用的試劑X為_______(填標(biāo)號(hào))。
    A.Al B.Zn C.Pb D.Ag
    “置換”反應(yīng)的離子方程式為_______。
    (5)“電解II”中將富銀鉛泥制成電極板,用作_______(填“陰極”或“陽極”)。
    答案:(1)①1:1 ②H2S
    (2)熱浸 (3)將過量的Fe3+還原為Fe2+
    (4)①C ②Pb+2[AgCl2]- =2Ag+[PbCl4]2-
    (5)陽極解析:本題以鉛精礦(含PbS,Ag2S等)為主要原料提取金屬Pb和Ag, “熱浸”時(shí),難溶的PbS和Ag2S轉(zhuǎn)化為[PbCl4]2-和[AgCl2]-及單質(zhì)硫,F(xiàn)e3+被還原為Fe2+,過濾I除掉單質(zhì)硫?yàn)V渣,濾液中[PbCl4]2-在稀釋降溫的過程中轉(zhuǎn)化為PbCl2沉淀,然后用飽和食鹽水熱溶,增大氯離子濃度,使PbCl2又轉(zhuǎn)化為[PbCl4]2-,電解得到Pb;過濾II后的濾液成分主要為[AgCl2]-、FeCl2、FeCl3,故加入鉛精礦主要將FeCl3還原為FeCl2,試劑X將[AgCl2]-置換為Ag,得到富銀鉛泥,試劑X為鉛,尾液為FeCl2。(1)“熱浸”時(shí),F(xiàn)e3+將PbS和Ag2S中-2價(jià)的硫氧化為單質(zhì)硫,F(xiàn)e3+被還原為Fe2+,在這個(gè)過程中Pb和Ag的化合價(jià)保持不變,所以等物質(zhì)的量的PbS和Ag2S時(shí),S2-物質(zhì)的量相等,所以消耗Fe3+的物質(zhì)的量相等,比值為1:1;溶液中鹽酸濃度過大,這里主要考慮氫離子濃度會(huì)過大,會(huì)生成H2S 氣體。(2)“過濾Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反復(fù)用飽和食鹽水熱溶,會(huì)溶解為[PbCl4]2-,電解[PbCl4]2-溶液制備金屬Pb,Pb在陰極產(chǎn)生,陽極Cl-放電產(chǎn)生Cl2, 尾液成分為FeCl2,F(xiàn)eCl2吸收Cl2后轉(zhuǎn)化為FeCl3,可以在熱浸中循環(huán)使用。(3)過濾Ⅱ所得的濾液中有過量的未反應(yīng)的Fe3+,根據(jù)還原之后可以得到含硫?yàn)V渣,“還原”中加入鉛精礦的目的是是將將過量的Fe3+還原為Fe2+。(4)“置換”中加入試劑X可以可以得到富銀鉛泥,為了防止引入其他雜質(zhì),則試劑X應(yīng)為Pb,發(fā)生的反應(yīng)為:Pb+2[AgCl2]- =2Ag+[PbCl4]2-。(5)“電解II”中將富銀鉛泥制成電極板,電解Ⅱ得到金屬銀和金屬鉛,將銀和鉛分離出來,所以不可能作為陰極,應(yīng)作為陽極板,陽極放電視,銀變成陽極泥而沉降下來,鉛失電子為Pb2+,陰極得電子得到Pb,所以電極板應(yīng)作陽極。
    7.(2024·河北卷,16,14分) V2O5是制造釩鐵合金、金屬釩的原料,也是重要的催化劑。以苛化泥為焙燒添加劑從石煤中提取V2O5的工藝,具有釩回收率高、副產(chǎn)物可回收和不產(chǎn)生氣體污染物等優(yōu)點(diǎn)。工藝流程如下。
    已知:i石煤是一種含V2O3的礦物,雜質(zhì)為大量Al2O3和少量CaO等;苛化泥的主要成分為CaCO3、NaOH、Na2CO3等。
    ⅱ高溫下,苛化泥的主要成分可與Al2O3反應(yīng)生成偏鋁酸鹽;室溫下,偏釩酸鈣[Ca(VO3)2]和偏鋁酸鈣均難溶于水?;卮鹣铝袉栴}:
    (1)釩原子的價(jià)層電子排布式為___ ____;焙燒生成的偏釩酸鹽中釩的化合價(jià)為_______,產(chǎn)生的氣體①為_____ __(填化學(xué)式)。
    (2)水浸工序得到濾渣①和濾液,濾渣①中含釩成分為偏釩酸鈣,濾液中雜質(zhì)的主要成分為______(填化學(xué)式)。
    (3)在弱堿性環(huán)境下,偏釩酸鈣經(jīng)鹽浸生成碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____ ___;CO2加壓導(dǎo)入鹽浸工序可提高浸出率的原因?yàn)開___ ___;浸取后低濃度的濾液①進(jìn)入_____ __(填工序名稱),可實(shí)現(xiàn)釩元素的充分利用。
    (4)洗脫工序中洗脫液的主要成分為_____ __(填化學(xué)式)。
    (5)下列不利于沉釩過程的兩種操作為___ ____(填序號(hào))。
    a.延長(zhǎng)沉釩時(shí)間 b.將溶液調(diào)至堿性 c.?dāng)嚢? d.降低NH4Cl溶液的濃度
    答案:(1)①3d34s2 ②+5 ③CO2 (2) NaAlO2
    (3)①Ca(VO3)2+HCO3-+OH-CaCO3+2VO3-+H2O
    ②提高溶液中HCO3-濃度,促使偏釩酸鈣轉(zhuǎn)化為碳酸鈣,釋放VO3- ③離子交換
    (4) NaCl (5)bd
    解析:石煤和苛化泥通入空氣進(jìn)行焙燒,反應(yīng)生成NaVO3、Ca(VO3)2、NaAlO2、Ca(AlO2)2、CaO和CO2等,水浸可分離焙燒后的可溶性物質(zhì)(如NaVO3)和不溶性物質(zhì)[Ca(VO3)2、Ca(AlO2)2等],過濾后濾液進(jìn)行離子交換、洗脫,用于富集和提純VO3-,加入氯化銨溶液沉釩,生成NH4VO3,經(jīng)一系列處理后得到V2O3;濾渣①在,66~70℃的條件下加入3%NH4HCO3溶液進(jìn)行鹽浸,濾渣①中含有釩元素,通過鹽浸,使濾渣①中的釩元素進(jìn)入濾液①中,再將濾液①回流到離子交換工序,進(jìn)行VO3-的富集。(1)釩是23號(hào)元素,其價(jià)層電子排布式為3d34s2 ;焙燒過程中,氧氣被還原,V2O3被氧化生成VO3-,偏釩酸鹽中釩的化合價(jià)為+5價(jià);CaCO3在以上開始分解,生成的氣體①為CO2。(2)由已知信息可知,高溫下,苛化泥的主要成分與Al2O3 反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和偏鋁酸鈣,偏鋁酸鈉溶于水,偏鋁酸鈣難溶于水,所以濾液中雜質(zhì)的主要成分是NaAlO2。(3)在弱堿性環(huán)境下,Ca(VO3)2與HCO3-和OH-反應(yīng)生成CaCO3、VO3-和H2O,離子方程式為:Ca(VO3)2+HCO3-+OH-CaCO3+2VO3-+H2O; CO2加壓導(dǎo)入鹽浸工序可提高浸出率,因?yàn)镃可提高溶液中HCO3-濃度,促使偏釩酸鈣轉(zhuǎn)化為碳酸鈣,釋放VO3-;濾液①中含有VO3-、NH4+等,且濃度較低,若要利用其中的釩元素,需要通過離子交換進(jìn)行分離、富集,故濾液①應(yīng)進(jìn)入離子交換工序。(4)由離子交換工序中樹脂的組成可知,洗脫液中應(yīng)含有Cl-,考慮到水浸所得溶液中含有Na+,為避免引人其他雜質(zhì)離子,且NaCl廉價(jià)易得,故洗脫液的主要成分應(yīng)為NaCl。(5)a項(xiàng),延長(zhǎng)沉釩時(shí)間,能使反應(yīng)更加完全,有利于沉釩,a不符合題意;b項(xiàng),NH4Cl呈弱酸性,如果將溶液調(diào)至堿性,OH-與NH4+反應(yīng),不利于生成NH4VO3,b符合題意;c項(xiàng),攪拌能使反應(yīng)物更好的接觸,提高反應(yīng)速率,使反應(yīng)更加充分,有利于沉釩,c不符合題意;d項(xiàng),降低NH4Cl溶液的濃度,不利于生成NH4VO3,d符合題意;故選bd。
    8.(2024·湖北卷,16,13分)鈹用于宇航器件的構(gòu)筑。一種從其鋁硅酸鹽[Be3A l 2(SiO3)6]中提取鈹?shù)穆窂綖椋?br>已知:Be2++4HABeA2(HA)2+2H+
    回答下列問題:
    (1)基態(tài)Be2+的軌道表示式為 。
    (2)為了從“熱熔、冷卻”步驟得到玻璃態(tài),冷卻過程的特點(diǎn)是 。
    (3)“萃取分液”的目的是分離Be2+和Al 3+,向過量燒堿溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液,觀察到的現(xiàn)象是 。
    (4)寫出反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化學(xué)方程式 ?!盀V液2”可以進(jìn)入 步驟再利用。
    (5)電解熔融氯化鈹制備金屬鈹時(shí),加入氯化鈉的主要作用是 。
    (6) Be(OH)2與醋酸反應(yīng)得到某含4個(gè)的配合物,4個(gè)位于以1個(gè)O原子為中心的四面體的4個(gè)頂點(diǎn),且每個(gè)的配位環(huán)境相同,與間通過CH3COO-相連,其化學(xué)式為 。
    答案:(1) (2)快速冷卻 (3)無明顯現(xiàn)象
    (4) BeA2(HA)2+6NaOH =Na2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O 反萃取
    (5)增強(qiáng)熔融氯化鈹?shù)膶?dǎo)電性
    (6) Be4O(CH3COO)6
    解析:本題是化工流程的綜合考察,首先鋁硅酸鹽先加熱熔融,然后快速冷卻到其玻璃態(tài),再加入稀硫酸酸浸過濾,濾渣的成分為H2SiO3,“濾液1”中有Be2+和Al3+,加入含HA的煤油將Be2+萃取到有機(jī)相中,水相1中含有Al3+,有機(jī)相為BeA2(HA)2,加入過量氫氧化鈉反萃取Be2+使其轉(zhuǎn)化為Na2[Be(OH)4]進(jìn)入水相2中,分離出含NaA的煤油,最后對(duì)水相2加熱過濾,分離出Be(OH)2,通過系列操作得到金屬鈹。(1)基態(tài)Be2+的電子排布式為1s2,其軌道表達(dá)式為。(2)熔融態(tài)物質(zhì)冷卻凝固時(shí),緩慢冷卻會(huì)形成晶體,快速冷卻會(huì)形成非晶態(tài),即玻璃態(tài),所以從“熱熔、冷卻”中得到玻璃態(tài),其冷卻過程的特點(diǎn)為:快速冷卻。(3)“濾液1”中有Be2+和Al3+,加入含HA的煤油將Be2+萃取到有機(jī)相中,則水相1中含有Al3+,則向過量燒堿的溶液中逐滴加入少量水相1的溶液,可觀察到的現(xiàn)象為:無明顯現(xiàn)象。(4)反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化學(xué)方程式為BeA2(HA)2+6NaOH =Na2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O,濾液2的主要成分為NaOH,可進(jìn)入反萃取步驟再利用。(5)氯化鈹?shù)墓矁r(jià)性較強(qiáng),電解熔融氯化鈹制備金屬鈹時(shí),加入氯化鈉的主要作用為增強(qiáng)熔融氯化鈹?shù)膶?dǎo)電性。(6)由題意可知,該配合物中有四個(gè)鈹位于四面體的四個(gè)頂點(diǎn)上,四面體中心只有一個(gè)O,Be與Be之間總共有六個(gè)CH3COO-,則其化學(xué)式為:Be4O(CH3COO)6。
    9.(2024·北京卷,18)利用黃銅礦(主要成分為CuFeS2,含有SiO2等雜質(zhì))生產(chǎn)純銅,流程示意圖如下。
    (1)礦石在焙燒前需粉碎,其作用是 。
    (2) (NH4)2SO4的作用是利用其分解產(chǎn)生的SO3使礦石中的銅元素轉(zhuǎn)化為CuSO4。(NH4)2SO4發(fā)生熱分解的化學(xué)方程式是 。
    (3)礦石和過量(NH4)2SO4按一定比例混合,取相同質(zhì)量,在不同溫度下焙燒相同時(shí)間,測(cè)得:“吸收”過程氨吸收率和“浸銅”過程銅浸出率變化如圖;和時(shí),固體B中所含銅、鐵的主要物質(zhì)如表。
    ①溫度低于425℃,隨焙燒溫度升高,銅浸出率顯著增大的原因是 。
    ②溫度高于425℃,根據(jù)焙燒時(shí)可能發(fā)生的反應(yīng),解釋銅浸出率隨焙燒溫度升高而降低的原因是 。
    (4)用離子方程式表示置換過程中加入的目的 。
    (5)粗銅經(jīng)酸浸處理,再進(jìn)行電解精煉;電解時(shí)用酸化的CuSO4溶液做電解液,并維持一定的c(H+)和c(Cu2+)。粗銅若未經(jīng)酸浸處理,消耗相同電量時(shí),會(huì)降低得到純銅的量,原因是 。
    答案:(1)增大接觸面積,加快反應(yīng)速率,使反應(yīng)更充分
    (2) (NH4)2SO42NH3↑+SO3↑+H2O
    (3) 溫度低于425℃,隨焙燒溫度升高,(NH4)2SO4分解產(chǎn)生的SO3增多,可溶物CuSO4含量增加,故銅浸出率顯著增加 溫度高于425℃,隨焙燒溫度升高發(fā)生反應(yīng):4CuFeS2+17O2+2CuSO4CuO+2Fe2(SO4)3+4SO3,CuFeS2和CuSO4轉(zhuǎn)化成難溶于水的CuO,銅浸出率降低
    (4) Fe+Cu2+=Fe2++Cu
    (5)粗銅若未經(jīng)酸浸處理,其中雜質(zhì)Fe會(huì)參與放電,則消耗相同電量時(shí),會(huì)降低得到純銅的量
    解析:黃銅礦(主要成分為CuFeS2,含有SiO2等雜質(zhì))粉碎后加入硫酸銨通入空氣焙燒,黃銅礦在硫酸銨生成的SO3作用下,轉(zhuǎn)化成CuSO4,得到的混合氣體中主要含NH3,用硫酸吸收,得到硫酸銨,是溶液A的主要溶質(zhì),可以循環(huán)利用,固體B為SiO2、CuSO4及含鐵的化合物,加水分離,主要形成含硫酸銅的濾液和含SiO2的濾渣,分別為濾液C和濾渣D,向硫酸銅溶液中加入過量的鐵,置換得到粗銅和FeSO4,粗銅再精煉可以得到純銅。(1)黃銅礦的礦石在焙燒前需粉碎,是為了增大反應(yīng)物的接觸面積,加快反應(yīng)速率,使反應(yīng)更充分;(2)銨鹽不穩(wěn)定,易分解,(NH4)2SO4分解為非氧化還原反應(yīng),產(chǎn)物中有NH3和SO3,故化學(xué)方程式為(NH4)2SO42NH3↑+SO3↑+H2O;(3)①由圖,溫度低于425℃,隨焙燒溫度升高,銅浸出率顯著增大,是因?yàn)闇囟鹊陀?25℃,隨焙燒溫度升高,(NH4)2SO4分解產(chǎn)生的SO3增多,可溶物CuSO4含量增加,故銅浸出率顯著增加;②溫度高于425℃,隨焙燒溫度升高,CuFeS2和CuSO4轉(zhuǎn)化成難溶于水的CuO,發(fā)生反應(yīng)4CuFeS2+17O2+2CuSO4CuO+2Fe2(SO4)3+4SO3,銅浸出率降低;(4)加入Fe置換硫酸銅溶液中的銅,反應(yīng)的離子方程式為Fe+Cu2+=Fe2++Cu;(5)粗銅中含有Fe雜質(zhì),加酸可以除Fe,但粗銅若未經(jīng)酸浸處理,其中雜質(zhì)Fe會(huì)參與放電,則消耗相同電量時(shí),會(huì)降低得到純銅的量。
    10.(2024·遼吉黑卷,16,14分)中國(guó)是世界上最早利用細(xì)菌冶金的國(guó)家。已知金屬硫化物在“細(xì)菌氧化”時(shí)轉(zhuǎn)化為硫酸鹽,某工廠用細(xì)菌冶金技術(shù)處理載金硫化礦粉(其中細(xì)小的Au顆粒被FeS2、包裹),以提高金的浸出率并冶煉金,工藝流程如下:
    回答下列問題:
    (1)北宋時(shí)期我國(guó)就有多處礦場(chǎng)利用細(xì)菌氧化形成的天然“膽水”冶煉銅,“膽水”的主要溶質(zhì)為_______(填化學(xué)式)。
    (2)“細(xì)菌氧化”中,F(xiàn)eS2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________。
    (3)“沉鐵砷”時(shí)需加堿調(diào)節(jié)pH,生成_______(填化學(xué)式)膠體起絮凝作用,促進(jìn)了含As微粒的沉降。
    (4)“培燒氧化”也可提高“浸金”效率,相比“培燒氧化”,“細(xì)菌氧化”的優(yōu)勢(shì)為_______(填標(biāo)號(hào))。
    A.無需控溫 B.可減少有害氣體產(chǎn)生 C.設(shè)備無需耐高溫 D.不產(chǎn)生廢液廢渣
    (5)“真金不拍火煉”,表明Au難被O2氧化,“浸金”中NaCN的作用為_______________________。
    (6)“沉金”中Zn的作用為_________________________________。
    (7)濾液②經(jīng)H2SO4酸化,[Zn(CN)4]2-轉(zhuǎn)化為ZnSO4和HCN的化學(xué)方程式為_____________________。用堿中和HCN可生成_______(填溶質(zhì)化學(xué)式)溶液,從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。
    答案:(1)CuSO4(2)4FeS2+15O2+2H2O4Fe3++8SO42-+4H+(3) Fe(OH)3 (4)BC
    (5)做絡(luò)合劑,將Au轉(zhuǎn)化為[Au(CN)2]-從而浸出(6)作還原劑,將[Au(CN)2]-還原為Au
    (7) Na2[Zn(CN)4] +2H2SO4=ZnSO4+4HCN+ Na2SO4 NaCN
    解析:礦粉中加入足量空氣和H2SO4,在pH=2時(shí)進(jìn)行細(xì)菌氧化,金屬硫化物中的S元素轉(zhuǎn)化為硫酸鹽,過濾,濾液中主要含有Fe3+、SO42-、As(Ⅵ),加堿調(diào)節(jié)pH值,F(xiàn)e3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3膠體,可起到絮凝作用,促進(jìn)含As微粒的沉降,過濾可得到凈化液;濾渣主要為Au,Au與空氣中的O2和NaCN溶液反應(yīng),得到含[Au(CN)2]-的浸出液,加入Zn進(jìn)行“沉金”得到Au和含[Zn(CN)4]2-的濾液②。(1)“膽水”冶煉銅,“膽水”的主要成分為CuSO4;(2)“細(xì)菌氧化”的過程中,F(xiàn)eS2在酸性環(huán)境下被O2氧化為Fe3+和SO42-,離子方程式為:4FeS2+15O2+2H2O4Fe3++8SO42-+4H+;(3)“沉鐵砷”時(shí),加堿調(diào)節(jié)pH值,F(xiàn)e3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3膠體,可起到絮凝作用,促進(jìn)含As微粒的沉降;(4)A項(xiàng),細(xì)菌的活性與溫度息息相關(guān),因此細(xì)菌氧化也需要控溫,A不符合題意;B項(xiàng),焙燒氧化時(shí),金屬硫化物中的S元素通常轉(zhuǎn)化為SO2,而細(xì)菌氧化時(shí),金屬硫化物中的S元素轉(zhuǎn)化為硫酸鹽,可減少有害氣體的產(chǎn)生,B符合題意;C項(xiàng),焙燒氧化需要較高的溫度,因此所使用的設(shè)備需要耐高溫,而細(xì)菌氧化不需要較高的溫度就可進(jìn)行,設(shè)備無需耐高溫,C符合題意;D項(xiàng),由流程可知,細(xì)菌氧化也會(huì)產(chǎn)生廢液廢渣,D不符合題意;故選BC;(5)“浸金”中,Au作還原劑,O2作氧化劑,NaCN做絡(luò)合劑,將Au轉(zhuǎn)化為[Au(CN)2]-從而浸出;(6)“沉金”中Zn作還原劑,將[Au(CN)2]-還原為Au;(7)濾液②含有[Zn(CN)4]2-,經(jīng)過H2SO4的酸化,[Zn(CN)4]2-轉(zhuǎn)化為ZnSO4和HCN,反應(yīng)得化學(xué)方程式為:Na2[Zn(CN)4] +2H2SO4=ZnSO4+4HCN+ Na2SO4;用堿中和HCN得到的產(chǎn)物,可實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用,即用NaOH中和HCN生成NaCN,NaCN可用于“浸金”步驟,從而循環(huán)利用。
    11.(2024·全國(guó)新課標(biāo)卷,8,14分)鈷及其化合物在制造合金、磁性材料、催化劑及陶瓷釉等方面有著廣泛應(yīng)用。一種從濕法煉鋅產(chǎn)生的廢渣(主要含C、Zn、Pb、Fe的單質(zhì)或氧化物)中富集回收得到含錳高鈷成品的工藝如下:
    已知溶液中相關(guān)離子開始沉淀和沉淀完全()時(shí)的pH:
    回答下列問題:
    (1)“酸浸”前廢渣需粉碎處理,目的是_____ __;“濾渣1”中金屬元素主要為____ ___。
    (2)“過濾1”后的溶液中加入MnO2的作用是__ _____。取少量反應(yīng)后的溶液,加入化學(xué)試劑____ ___檢驗(yàn)______ _,若出現(xiàn)藍(lán)色沉淀,需補(bǔ)加MnO2。
    (3)“氧化沉鈷”中氧化還原反應(yīng)的離子方程式為_____ __、____ ___。
    (4)“除鈷液”中主要的鹽有____ ___(寫化學(xué)式),殘留的C3+濃度為_______ ml·L-1。
    答案:(1)①增大固液接觸面積,加快酸浸速率,提高浸取效率 ②Pb
    (2)①將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+,以便在后續(xù)調(diào)pH時(shí)除去Fe元素
    ②K3[Fe(CN)6]溶液 ③ Fe2+
    (3)①3C2++MnO4- +7H2O= 3C(OH)3↓ +MnO2↓ +5H+
    ②2MnO4- +3Mn2++2H2O=5MnO2↓ +4H+
    (4)①ZnSO4、K2SO4 ②10-16.7
    解析:由題中信息可知,用硫酸處理含有C、Zn、Pb、Fe的單質(zhì)或氧化物的廢渣,得到含有C2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、ZnSO4、K2SO42-等離子的溶液,Pb的單質(zhì)或氧化物與硫酸反應(yīng)生成難溶的PbSO4,則“濾渣1”為“酸浸”時(shí)生成的PbSO4;向?yàn)V液中加入MnO2將Fe2+氧化為Fe3+,然后加入ZnO調(diào)節(jié)pH=4使Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3,則“濾渣Ⅱ”的主要成分為Fe(OH)3,濾液中的金屬離子主要是C2+、Zn2+和Mn2+;最后“氧化沉鈷”,加入強(qiáng)氧化劑KMnO4,將溶液中C2+氧化為C3+,在pH=5時(shí)C3+形成C(OH)3沉淀,而KMnO4則被還原為MnO2,KMnO4還會(huì)與溶液中的Mn2+發(fā)生歸中反應(yīng)生成MnO2,得到C(OH)3和MnO2的混合物,“除鈷液”主要含有ZnSO4、K2SO4。(1)在原料預(yù)處理過程中,粉碎固體原料能增大固體與液體的接觸面積,從而加快酸浸的反應(yīng)速率,提高浸取效率;由分析可知,“濾渣1”的主要成分為PbSO4,則“濾渣1”中金屬元素主要為Pb;(2)酸浸液中含有C2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、SO42-等離子。由題表中數(shù)據(jù)可知,當(dāng)Fe3+完全沉淀時(shí),C2+未開始沉淀,而當(dāng)Fe2+完全沉淀時(shí),C2+已有一部分沉淀,因此為了除去溶液中的Fe元素且C2+不沉淀,應(yīng)先將Fe2+氧化為Fe3+,然后調(diào)節(jié)溶液的pH使Fe3+完全水解轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,因此,MnO2的作用是將Fe2+氧化為Fe3+,以便在后續(xù)調(diào)pH時(shí)除去Fe元素。常用K3[Fe(CN)6]溶液檢驗(yàn)Fe2+,若生成藍(lán)色沉淀,則說明溶液中仍存在Fe2+,需補(bǔ)加MnO2;(3)該過程發(fā)生兩個(gè)氧化還原反應(yīng),根據(jù)分析中兩個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物、產(chǎn)物與反應(yīng)環(huán)境(pH=5),結(jié)合得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒可寫出兩個(gè)離子方程式:3C2++MnO4- +7H2O= 3C(OH)3↓ +MnO2↓ +5H+、2MnO4- +3Mn2++2H2O=5MnO2↓ +4H+ ;(4)最終得到的“除鈷液”中含有的金屬離子主要是最初“酸浸”時(shí)與加入ZnO調(diào)pH時(shí)引入的Zn2+、加入KMnO4 “氧化沉鈷”時(shí)引入的K+,而陰離子是在酸浸時(shí)引入的SO42-,因此其中主要的鹽有ZnSO4和K2SO4。當(dāng)溶液pH=1.1時(shí)c(H+)=10-1.1ml·L-1,C3+恰好完全沉淀,此時(shí)溶液中c(C3+)=1.0×10-5ml·L-1,則,則?!俺捯骸钡膒H=5,即c(H+)=10-5ml·L-1,則,此時(shí)溶液中。
    12.(2024·全國(guó)甲卷,8,14分)鈷在新能源、新材料領(lǐng)域具有重要用途。某煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鈷、錳的價(jià)氧化物及鋅和銅的單質(zhì)。從該廢渣中提取鈷的一種流程如下。
    注:加沉淀劑使一種金屬離子濃度小于等于,其他金屬離子不沉淀,即認(rèn)為完全分離。
    已知:①。
    ②以氫氧化物形式沉淀時(shí),和溶液的關(guān)系如圖所示。
    回答下列問題:
    (1)“酸浸”前,需將廢渣磨碎,其目的是 。
    (2)“酸浸”步驟中,CO發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。
    (3)假設(shè)“沉銅”后得到的濾液中c(Zn2+)和c(C2+)均為0.1ml·L-1,向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全,此時(shí)溶液中c(C2+)=_______ml·L-1,據(jù)此判斷能否實(shí)現(xiàn)Zn2+和C2+的完全分離 (填“能”或“不能”)。
    (4)“沉錳”步驟中,生成1.0ml MnO2,產(chǎn)生H+的物質(zhì)的量為 。
    (5)“沉淀”步驟中,用調(diào),分離出的濾渣是 。
    (6)“沉鈷”步驟中,控制溶液,加入適量的NaClO氧化C2+,其反應(yīng)的離子方程式為 。
    (7)根據(jù)題中給出的信息,從“沉鈷”后的濾液中回收氫氧化鋅的方法是 。
    答案:(1)增大固體與酸反應(yīng)的接觸面積,提高鈷元素的浸出效率
    (2) CO+H2SO4=CSO4+H2O (3) 1.6×10-4 不能 (4) 4.0 ml (5) Fe(OH)3
    (6) 2C2++5ClO-+5H2O=2C(OH)3↓ +Cl-+4HClO
    (7)向?yàn)V液中滴加NaOH溶液,邊加邊攪拌,控制溶液的pH接近12但不大于12,靜置后過濾、洗滌、干燥
    解析:煉鋅廢渣含有鋅、鉛、銅、鐵、鈷、錳的+2價(jià)氧化物及鋅和銅的單質(zhì),經(jīng)稀硫酸酸浸時(shí),銅不溶解,Zn及其他+2價(jià)氧化物除鉛元素轉(zhuǎn)化為硫酸鉛沉淀外,其他均轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的+2價(jià)陽離子進(jìn)入溶液;然后通入硫化氫沉銅生成CuS沉淀;過濾后,濾液中加入Na2S2O8將錳離子氧化為二氧化錳除去,同時(shí)亞鐵離子也被氧化為鐵離子;再次過濾后,用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH=4,鐵離子完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去;第三次過濾后的濾液中加入次氯酸鈉沉鈷,得到C(OH)3。(1)“酸浸”前,需將廢渣磨碎,其目的是增大固體與酸反應(yīng)的接觸面積,提高鈷元素的浸出效率。(2)“酸浸”步驟中,Cu不溶解,Zn單質(zhì)及其他+2價(jià)氧化物除鉛元素轉(zhuǎn)化為硫酸鉛沉淀外,其他均轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的+2價(jià)陽離子進(jìn)入溶液,即CO為轉(zhuǎn)化為CSO4,反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO+H2SO4=CSO4+H2O。(3)假設(shè)“沉銅”后得到的濾液中c(Zn2+)和c(C2+)均為0.1ml·L-1,向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全,此時(shí)溶液中,則,c(C2+)小于0.1ml·L-1,說明大部分C2+也轉(zhuǎn)化為硫化物沉淀,據(jù)此判斷不能實(shí)現(xiàn)Zn2+和C2+的完全分離。(4)“沉錳”步驟中,Na2S2O8將Mn2+氧化為二氧化錳除去,發(fā)生的反應(yīng)為S2O82-+Mn2++2H2O=MnO2↓ +4H++2SO42-,因此,生成1.0ml MnO2,產(chǎn)生H+的物質(zhì)的量為4.0 ml。(5)“沉錳”步驟中,S2O82-同時(shí)將Fe2+氧化為Fe3+,“沉淀”步驟中用NaOH調(diào)pH=4,F(xiàn)e3+可以完全沉淀為Fe(OH)3,因此,分離出的濾渣是Fe(OH)3。(6)“沉鈷”步驟中,控制溶液pH=5.0~5.5,加入適量的NaClO氧化C2+,為了保證C2+被完全氧化,NaClO要適當(dāng)過量,其反應(yīng)的離子方程式為2C2++5ClO-+5H2O=2C(OH)3↓ +Cl-+4HClO。(7)根據(jù)題中給出的信息,“沉鈷”后的濾液的pH=5.0~5.5,溶液中有Zn元素以Zn2+形式存在,當(dāng)pH>12后氫氧化鋅會(huì)溶解轉(zhuǎn)化為[Zn(OH)4]2-,因此,從“沉鈷”后的濾液中回收氫氧化鋅的方法是:向?yàn)V液中滴加NaOH溶液,邊加邊攪拌,控制溶液的pH接近12但不大于12,靜置后過濾、洗滌、干燥。
    鞏固練習(xí)
    非選擇題(共4題,共80分)
    1.(27分)(2023·全國(guó)卷乙)LiMn2O4作為一種新型鋰電池正極材料受到廣泛關(guān)注。由菱錳礦(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制備LiMn2O4的流程如下:
    已知:Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Ni(OH)2]=5.5×10-16。
    回答下列問題:
    (1)硫酸溶礦主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________。
    為提高溶礦速率,可采取的措施是____________________________________(舉1例)。(5分)
    (2)加入少量MnO2的作用是_____________________________________________________。
    不宜使用H2O2替代MnO2,原因是____________________________________________。(6分)
    (3)溶礦反應(yīng)完成后,反應(yīng)器中溶液pH=4,此時(shí)c(Fe3+)=________ml·L-1;用石灰乳調(diào)節(jié)至pH≈7,除去的金屬離子是____________。(4分)
    (4)加入少量BaS溶液除去Ni2+,生成的沉淀有________________。(3分)
    (5)在電解槽中,發(fā)生電解反應(yīng)的離子方程式為______________________________。(3分)
    隨著電解反應(yīng)進(jìn)行,為保持電解液成分穩(wěn)定,應(yīng)不斷____________________________。(3分)電解廢液可在反應(yīng)器中循環(huán)利用。
    (6)煅燒窯中,生成LiMn2O4反應(yīng)的化學(xué)方程式是_____________________________________。(3分)
    解析:(1)硫酸溶礦時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)是MnCO3溶于硫酸的反應(yīng),化學(xué)方程式為MnCO3+H2SO4===MnSO4+CO2↑+H2O。為提高溶礦速率,可以通過增大反應(yīng)物濃度、增大反應(yīng)物接觸面積、提高反應(yīng)溫度等措施實(shí)現(xiàn)。(2)加入少量MnO2的作用是將Fe2+氧化為Fe3+,便于除鐵。若使用H2O2替代MnO2,則Mn2+和生成的Fe3+會(huì)催化H2O2分解,原料利用率低。(3)溶液pH=4,即c(OH-)=10-10 ml·L-1時(shí),由Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=2.8×10-39,可得c(Fe3+)=2.8×10-9 ml·L-1

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