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專題十三工藝流程綜合題20231.(2023·全國乙卷)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?;卮鹣铝袉栴}:(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(舉1例)。(2)加入少量MnO2的作用是。不宜使用H2O2替代MnO2,原因是。(3)溶礦反應(yīng)完成后,反應(yīng)器中溶液pH=4,此時(shí)c(Fe3+)=mol·L-1;用石灰乳調(diào)節(jié)至pH≈7,除去的金屬離子是。(4)加入少量BaS溶液除去Ni2+,生成的沉淀有。(5)在電解槽中,發(fā)生電解反應(yīng)的離子方程式為。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。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?!敬鸢浮?1)MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑粉碎菱錳礦(2)將Fe2+氧化為Fe3+Fe3+可以催化H2O2分解(3)2.8×10-9Al3+(4)BaSO4、NiS(5)Mn2++2H2OH2↑+MnO2↓+2H+加入Mn(OH)2(6)2Li2CO3+8MnO24LiMn2O4+2CO2↑+O2↑【分析】根據(jù)題給的流程,將菱錳礦置于反應(yīng)器中,加入硫酸和MnO2,可將固體溶解為離子,將雜質(zhì)中的Fe、Ni、Al等元素物質(zhì)也轉(zhuǎn)化為其離子形式,同時(shí),加入的MnO2可以將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+;隨后將溶液pH調(diào)至制約等于7,此時(shí),根據(jù)已知條件給出的三種氫氧化物的溶度積可以將溶液中的Al3+沉淀出來;隨后加入BaS,可以將溶液中的Ni2+沉淀,得到相應(yīng)的濾渣;后溶液中含有大量的Mn2+,將此溶液置于電解槽中電解,得到MnO2,將MnO2與碳酸鋰共同煅燒得到最終產(chǎn)物L(fēng)iMn2O4?!驹斀狻浚?)菱錳礦中主要含有MnCO3,加入硫酸后可以與其反應(yīng),硫酸溶礦主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為:MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑;為提高溶礦速率,可以將菱錳礦粉碎;故答案為:MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑、粉碎菱錳礦。(2)根據(jù)分析,加入MnO2的作用是將酸溶后溶液中含有的Fe2+氧化為Fe3+,但不宜使用H2O2氧化Fe2+,因?yàn)檠趸笊傻腇e3+可以催化H2O2分解,不能使溶液中的Fe2+全部氧化為Fe3+;故答案為:將Fe2+氧化為Fe3+、Fe3+可以催化H2O2分解。(3)溶礦完成以后,反應(yīng)器中溶液pH=4,此時(shí)溶液中c(OH-)=1.0×10-10mol·L-1,此時(shí)體系中含有的c(Fe3+)==2.8×10-9mol·L-1,這時(shí),溶液中的c(Fe3+)小于1.0×10-5,認(rèn)為Fe3+已經(jīng)沉淀完全;用石灰乳調(diào)節(jié)至pH≈7,這時(shí)溶液中c(OH-)=1.0×10-7mol·L-1,溶液中c(Al3+)=1.3×10-12mol·L-1,c(Ni2+)=5.5×10-4mol·L-1,c(Al3+)小于1.0×10-5,Al3+沉淀完全,這一階段除去的金屬離子是Al3+;故答案為:2.8×10-9、Al3+。(4)加入少量BaS溶液除去Ni2+,此時(shí)溶液中發(fā)生的離子方程式為Ba2++S2-+Ni2++SO=BaSO4↓+NiS↓,生成的沉淀有BaSO4、NiS。(5)在電解槽中,Mn2+發(fā)生反應(yīng)生成MnO2,反應(yīng)的離子方程式為Mn2++2H2OH2↑+MnO2↓+2H+;電解時(shí)電解液中Mn2+大量減少,H+大量增加,需要加入Mn(OH)2以保持電解液成分的穩(wěn)定;故答案為:Mn2++2H2OH2↑+MnO2↓+2H+、加入Mn(OH)2。(6)煅燒窯中MnO2與Li2CO3發(fā)生反應(yīng)生成LiMn2O4,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Li2CO3+8MnO24LiMn2O4+2CO2↑+O2↑;故答案為:2Li2CO3+8MnO24LiMn2O4+2CO2↑+O2↑。2.(2023·全國甲卷)是一種壓電材料。以為原料,采用下列路線可制備粉狀。
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、易溶于水的和微溶于水的?!敖 睍r(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”步驟中生成的化學(xué)方程式為。(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇,產(chǎn)生的?!敬鸢浮?1)做還原劑,將還原(2)(3)c(4)不可行產(chǎn)物中的硫化物與酸反應(yīng)生成的有毒氣體會(huì)污染空氣,而且與鹽酸反應(yīng)生成可溶于水的,導(dǎo)致溶液中混有雜質(zhì)無法除去、最終所得產(chǎn)品的純度降低(5)(6)【分析】由流程和題中信息可知,與過量的碳粉及過量的氯化鈣在高溫下焙燒得到、、易溶于水的和微溶于水的;燒渣經(jīng)水浸取后過濾,濾渣中碳粉和,濾液中有和;濾液經(jīng)酸化后濃縮結(jié)晶得到晶體;晶體溶于水后,加入和將鋇離子充分沉淀得到;經(jīng)熱分解得到。【詳解】(1)“焙燒”步驟中,與過量的碳粉及過量的氯化鈣在高溫下焙燒得到、、和,被還原為,因此,碳粉的主要作用是做還原劑,將還原。(2)“焙燒”后固體產(chǎn)物有、易溶于水的和微溶于水的。易溶于水的與過量的可以發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成硫化鈣沉淀,因此,“浸取”時(shí)主要反應(yīng)的離子方程式為。(3)“酸化”步驟是為了將轉(zhuǎn)化為易溶液于的鋇鹽,由于硫酸鋇和磷酸鋇均不溶于水,而可溶于水,因此,應(yīng)選用的酸是鹽酸,選c。(4)如果焙燒后的產(chǎn)物直接用酸浸取是不可行的,其原因是:產(chǎn)物中的硫化物與酸反應(yīng)生成的有毒氣體會(huì)污染空氣,而且與鹽酸反應(yīng)生成可溶于水的,導(dǎo)致溶液中混有雜質(zhì)無法除去、最終所得產(chǎn)品的純度降低。(5)“沉淀”步驟中生成的化學(xué)方程式為:++=。(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為,,因此,產(chǎn)生的=。3.(2023·全國課標(biāo)卷)鉻和釩具有廣泛用途。鉻釩渣中鉻和釩以低價(jià)態(tài)含氧酸鹽形式存在,主要雜質(zhì)為鐵、鋁、硅、磷等的化合物,從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的一種流程如下圖所示:
已知:最高價(jià)鉻酸根在酸性介質(zhì)中以Cr2O存在,在堿性介質(zhì)中以CrO存在?;卮鹣铝袉栴}:(1)煅燒過程中,釩和鉻被氧化為相應(yīng)的最高價(jià)含氧酸鹽,其中含鉻化合物主要為(填化學(xué)式)。(2)水浸渣中主要有SiO2和。(3)“沉淀”步驟調(diào)pH到弱堿性,主要除去的雜質(zhì)是。(4)“除硅磷”步驟中,使硅、磷分別以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀,該步需要控制溶液的pH≈9以達(dá)到最好的除雜效果,若pH<9時(shí),會(huì)導(dǎo)致;pH>9時(shí),會(huì)導(dǎo)致。(5)“分離釩”步驟中,將溶液pH調(diào)到1.8左右得到V2O5沉淀,V2O5在pH<1時(shí),溶解為VO或VO3+在堿性條件下,溶解為VO或VO,上述性質(zhì)說明V2O5具有(填標(biāo)號(hào))。A.酸性
B.堿性
C.兩性(6)“還原”步驟中加入焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)溶液,反應(yīng)的離子方程式為。【答案】(1)Na2CrO4(2)Fe2O3(3)Al(OH)3(4)磷酸根會(huì)與H+反應(yīng)使其濃度降低導(dǎo)致MgNH4PO4無法完全沉淀,同時(shí)可能產(chǎn)生硅酸膠狀沉淀不宜處理會(huì)導(dǎo)鎂離子生成氫氧化鎂沉淀,不能形成MgSiO3沉淀,導(dǎo)致產(chǎn)品中混有雜質(zhì),同時(shí)溶液中銨根離子濃度降低導(dǎo)致MgNH4PO4無法完全沉淀(5)C(6)2Cr2O+3S2O+10H+=4Cr3++6SO+5H2O【分析】由題給流程可知,鉻釩渣在氫氧化鈉和空氣中煅燒,將釩、鉻、鋁、硅、磷等元素轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的最高價(jià)含氧酸鹽,煅燒渣加入水浸取、過濾得到含有二氧化硅、氧化鐵的濾渣和濾液;向?yàn)V液中加入稀硫酸調(diào)節(jié)溶液pH將Al元素轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀,過濾得到強(qiáng)氧化鋁濾渣和濾液;向?yàn)V液中加入硫酸鎂溶液、硫酸銨溶液將硅元素、磷元素轉(zhuǎn)化為MgSiO3和MgNH4PO4沉淀,過濾得到含有MgSiO3、MgNH4PO4的濾渣和濾液;向?yàn)V液中加入稀硫酸調(diào)節(jié)溶液pH將釩元素轉(zhuǎn)化為五氧化二釩,過濾得到五氧化二釩和濾液;向?yàn)V液中焦亞硫酸鈉溶液將鉻元素轉(zhuǎn)化為三價(jià)鉻離子,調(diào)節(jié)溶液pH將鉻元素轉(zhuǎn)化為氫氧化鉻沉淀,過濾得到氫氧化鉻?!驹斀狻浚?)由分析可知,煅燒過程中,鉻元素轉(zhuǎn)化為鉻酸鈉,故答案為:Na2CrO4;(2)由分析可知,水浸渣中主要有二氧化硅、氧化鐵,故答案為:Fe2O3;(3)由分析可知,沉淀步驟調(diào)pH到弱堿性的目的是將Al元素轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀,故答案為:Al(OH)3;(4)由分析可知,加入硫酸鎂溶液、硫酸銨溶液的目的是將硅元素、磷元素轉(zhuǎn)化為MgSiO3和MgNH4PO4沉淀,若溶液pH<9時(shí),磷酸根會(huì)與H+反應(yīng)使其濃度降低導(dǎo)致MgNH4PO4無法完全沉淀,同時(shí)可能產(chǎn)生硅酸膠狀沉淀不宜處理;若溶液pH>9時(shí),會(huì)導(dǎo)鎂離子生成氫氧化鎂沉淀,不能形成MgSiO3沉淀,導(dǎo)致產(chǎn)品中混有雜質(zhì),同時(shí)溶液中銨根離子濃度降低導(dǎo)致MgNH4PO4無法完全沉淀,故答案為:磷酸根會(huì)與H+反應(yīng)使其濃度降低導(dǎo)致MgNH4PO4,同時(shí)可能產(chǎn)生硅酸膠狀沉淀不宜處理;會(huì)導(dǎo)鎂離子生成氫氧化鎂沉淀,不能形成MgSiO3沉淀,導(dǎo)致產(chǎn)品中混有雜質(zhì),同時(shí)溶液中銨根離子濃度降低導(dǎo)致MgNH4PO4無法完全沉淀;(5)由題給信息可知,五氧化二釩水能與酸溶液反應(yīng)生成鹽和水,也能與堿溶液發(fā)生生成鹽和水的兩性氧化物,故選C;(6)由題意可知,還原步驟中加入焦亞硫酸鈉溶液的目的是將鉻元素轉(zhuǎn)化為鉻離子,反應(yīng)的離子方程式為2Cr2O+3S2O+10H+=4Cr3++6SO+5H2O,故答案為:2Cr2O+3S2O+10H+=4Cr3++6SO+5H2O。4.(2023·山東卷)鹽湖鹵水(主要含、和硼酸根等)是鋰鹽的重要來源。一種以高鎂鹵水為原料經(jīng)兩段除鎂制備的工藝流程如下:已知:常溫下,。相關(guān)化合物的溶解度與溫度的關(guān)系如圖所示?;卮鹣铝袉栴}:(1)含硼固體中的在水中存在平衡:(常溫下,);與溶液反應(yīng)可制備硼砂。常溫下,在硼砂溶液中,水解生成等物質(zhì)的量濃度的和,該水解反應(yīng)的離子方程式為,該溶液。(2)濾渣Ⅰ的主要成分是(填化學(xué)式);精制Ⅰ后溶液中的濃度為,則常溫下精制Ⅱ過程中濃度應(yīng)控制在以下。若脫硼后直接進(jìn)行精制Ⅰ,除無法回收外,還將增加的用量(填化學(xué)式)。(3)精制Ⅱ的目的是;進(jìn)行操作時(shí)應(yīng)選擇的試劑是,若不進(jìn)行該操作而直接濃縮,將導(dǎo)致?!敬鸢浮?1)(2)CaO(3)加入純堿將精制Ⅰ所得濾液中的轉(zhuǎn)化為(或除去精制Ⅰ所得濾液中的),提高純度鹽酸濃縮液中因濃度過大使得過早沉淀,即濃縮結(jié)晶得到的中會(huì)混有,最終所得的產(chǎn)率減小【分析】由流程可知,鹵水中加入鹽酸脫硼后過濾,所得濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶后得到晶體,該晶體中含有Na+、Li+、Cl-、等,焙燒后生成HCl氣體;燒渣水浸后過濾,濾液中加生石灰后產(chǎn)生沉淀,在此條件下溶解度最小的是,則濾渣Ⅰ的主要成分為;由于微溶于水,精制Ⅰ所得濾液中再加純堿又生成沉淀,則濾渣Ⅱ?yàn)椋痪脾蛩脼V液經(jīng)操作X后,所得溶液經(jīng)濃縮結(jié)晶、過濾得到氯化鈉,濃縮后的濾液中加入飽和碳酸鈉溶液沉鋰,得到?!驹斀狻浚?)含硼固體中的在水中存在平衡:(常溫下,);與溶液反應(yīng)可制備硼砂。常溫下.在硼砂溶液中,水解生成等物質(zhì)的量濃度的和,該水解反應(yīng)的離子方程式為,由B元素守恒可知,和的濃度均為,,則該溶液。(2)由分析可知,濾渣I的主要成分是;精制I后溶液中的濃度為2.0,由可知,則常溫下精制Ⅱ過程中濃度應(yīng)控制在以下。若脫硼后直接進(jìn)行精制Ⅰ,若不回收HCl,整個(gè)溶液將呈強(qiáng)酸性,因此為達(dá)到除Mg2+離子所需的堿性pH首先需要額外多消耗CaO,同時(shí)多引入的Ca2+離子需要更多的純堿除去,因此,還將增加生石灰(CaO)和純堿()的用量。(3)精制Ⅰ中,燒渣水浸后的濾液中加生石灰后產(chǎn)生的濾渣Ⅰ的主要成分為;由于微溶于水,精制Ⅰ所得濾液中還含有一定濃度的,還需要除去,因此,精制Ⅱ的目的是:加入純堿將精制Ⅰ所得濾液中的轉(zhuǎn)化為(或除去精制Ⅰ所得濾液中的),提高純度。操作X是為了除去剩余的碳酸根離子,為了防止引入雜質(zhì)離子,應(yīng)選擇的試劑是鹽酸;加入鹽酸的目的是除去剩余的碳酸根離子,若不進(jìn)行該操作而直接濃縮,將導(dǎo)致濃縮液中因濃度過大使得過早沉淀,即濃縮結(jié)晶得到的中會(huì)混有,最終所得的產(chǎn)率減小。5.(2023·北京卷)以銀錳精礦(主要含、、)和氧化錳礦(主要含)為原料聯(lián)合提取銀和錳的一種流程示意圖如下。
已知:酸性條件下,的氧化性強(qiáng)于。(1)“浸錳”過程是在溶液中使礦石中的錳元素浸出,同時(shí)去除,有利于后續(xù)銀的浸出:礦石中的銀以的形式殘留于浸錳渣中。①“浸錳”過程中,發(fā)生反應(yīng),則可推斷:(填“>”或“<”)。②在溶液中,銀錳精礦中的和氧化錳礦中的發(fā)生反應(yīng),則浸錳液中主要的金屬陽離子有。(2)“浸銀”時(shí),使用過量和的混合液作為浸出劑,將中的銀以形式浸出。①將“浸銀”反應(yīng)的離子方程式補(bǔ)充完整:。②結(jié)合平衡移動(dòng)原理,解釋浸出劑中的作用:。(3)“沉銀”過程中需要過量的鐵粉作為還原劑。①該步反應(yīng)的離子方程式有。②一定溫度下,的沉淀率隨反應(yīng)時(shí)間的變化如圖所示。解釋分鐘后的沉淀率逐漸減小的原因:。
(4)結(jié)合“浸錳”過程,從兩種礦石中各物質(zhì)利用的角度,分析聯(lián)合提取銀和錳的優(yōu)勢(shì):?!敬鸢浮?1)>、(2)是為了與電離出的結(jié)合生成,使平衡正向移動(dòng),提高的浸出率;是為了抑制水解,防止生成沉淀(3)、被氧氣氧化為,把氧化為(4)可將兩種礦石中的錳元素同時(shí)提取到浸錳液中,得到,同時(shí)將銀元素和錳元素分離開;生成的還可以用于浸銀,節(jié)約氧化劑【分析】銀錳精礦(主要含、、)和氧化錳礦(主要含)混合加溶液,使礦石中的錳元素浸出,同時(shí)去除,礦石中的銀以的形式殘留于浸錳渣中,浸錳液中主要的金屬陽離子有、;浸錳渣中與過量和的混合液反應(yīng),將中的銀以形式浸出,用鐵粉把還原為金屬銀?!驹斀狻浚?)①“浸錳”過程中,礦石中的銀以的形式殘留于浸錳渣中,發(fā)生反應(yīng),硫化錳溶于強(qiáng)酸而硫化銀不溶于強(qiáng)酸,則可推斷:>;②根據(jù)信息,在溶液中二氧化錳可將氧化為,自身被還原為,則浸錳液中主要的金屬陽離子有、。(2)①中S元素化合價(jià)升高,F(xiàn)e元素化合價(jià)降低,根據(jù)得失電子守恒、元素守恒,該離子方程式為;②是為了與電離出的結(jié)合生成,使平衡正向移動(dòng),提高的浸出率;是為了抑制水解,防止生成沉淀。(3)①鐵粉可將還原為單質(zhì)銀,過量的鐵粉還可以與鐵離子發(fā)生反應(yīng),因此離子方程式為、;②溶液中生成的會(huì)被空氣中的氧氣緩慢氧化為,把部分氧化為,因此后銀的沉淀率逐漸降低。(4)聯(lián)合提取銀和錳的優(yōu)勢(shì)在于“浸錳”過程可將兩種礦石中的錳元素同時(shí)提取到浸錳液中,將銀元素和錳元素分離開,利用的氧化性將中的氧化為,同時(shí)生成的還可以用于浸銀,節(jié)約氧化劑,同時(shí)得到。6.(2023·湖北卷)是生產(chǎn)多晶硅的副產(chǎn)物。利用對(duì)廢棄的鋰電池正極材料進(jìn)行氯化處理以回收Li、Co等金屬,工藝路線如下:
回答下列問題:(1)Co位于元素周期表第周期,第族。(2)燒渣是LiCl、和的混合物,“500℃焙燒”后剩余的應(yīng)先除去,否則水浸時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量煙霧,用化學(xué)方程式表示其原因。(3)鑒別洗凈的“濾餅3”和固體常用方法的名稱是。(4)已知,若“沉鈷過濾”的pH控制為10.0,則溶液中濃度為?!?50℃煅燒”時(shí)的化學(xué)方程式為。(5)導(dǎo)致比易水解的因素有(填標(biāo)號(hào))。a.Si-Cl鍵極性更大
b.Si的原子半徑更大c.Si-Cl鍵鍵能更大
d.Si有更多的價(jià)層軌道【答案】(1)4Ⅷ(2)(3)焰色反應(yīng)(4)(5)abd【分析】由流程和題中信息可知,粗品與在500℃焙燒時(shí)生成氧氣和燒渣,燒渣是LiCl、和的混合物;燒渣經(jīng)水浸、過濾后得濾液1和濾餅1,濾餅1的主要成分是和;濾液1用氫氧化鈉溶液沉鈷,過濾后得濾餅2(主要成分為)和濾液2(主要溶質(zhì)為LiCl);濾餅2置于空氣中在850℃煅燒得到;濾液2經(jīng)碳酸鈉溶液沉鋰,得到濾液3和濾餅3,濾餅3為?!驹斀狻浚?)Co是27號(hào)元素,其原子有4個(gè)電子層,其價(jià)電子排布為,元素周期表第8、9、10三個(gè)縱行合稱第Ⅷ族,因此,其位于元素周期表第4周期、第Ⅷ族。(2)“500℃焙燒”后剩余的應(yīng)先除去,否則水浸時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量煙霧,由此可知,四氯化硅與可水反應(yīng)且能生成氯化氫和硅酸,故其原因是:遇水劇烈水解,生成硅酸和氯化氫,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(3)洗凈的“濾餅3”的主要成分為,常用焰色反應(yīng)鑒別和,的焰色反應(yīng)為紫紅色,而的焰色反應(yīng)為黃色。故鑒別“濾餅3”和固體常用方法的名稱是焰色反應(yīng)。(4)已知,若“沉鈷過濾”的pH控制為10.0,則溶液中,濃度為。“850℃煅燒”時(shí),與反應(yīng)生成和,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(5)a.Si-Cl鍵極性更大,則Si-Cl鍵更易斷裂,因此,比易水解,a有關(guān);
b.Si的原子半徑更大,因此,中的共用電子對(duì)更加偏向于,從而導(dǎo)致Si-Cl鍵極性更大,且Si原子更易受到水電離的的進(jìn)攻,因此,比易水解,b有關(guān);c.通常鍵能越大化學(xué)鍵越穩(wěn)定且不易斷裂,因此,Si-Cl鍵鍵能更大不能說明Si-Cl更易斷裂,故不能說明比易水解,c無關(guān);
d.Si有更多的價(jià)層軌道,因此更易與水電離的形成化學(xué)鍵,從而導(dǎo)致比易水解,d有關(guān);綜上所述,導(dǎo)致比易水解的因素有abd。20221.(2022·全國乙卷)廢舊鉛蓄電池的鉛膏中主要含有、、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,通過下圖流程實(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:難溶電解質(zhì)一定條件下,一些金屬氫氧化物沉淀時(shí)的如下表:金屬氫氧化物開始沉淀的pH2.36.83.57.2完全沉淀的pH3.28.34.69.1回答下列問題:(1)在“脫硫”中轉(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的原因。(2)在“脫硫”中,加入不能使鉛膏中完全轉(zhuǎn)化,原因是。(3)在“酸浸”中,除加入醋酸(),還要加入。(ⅰ)能被氧化的離子是;(ⅱ)促進(jìn)了金屬Pb在醋酸中轉(zhuǎn)化為,其化學(xué)方程式為;(ⅲ)也能使轉(zhuǎn)化為,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。【答案】(1)PbSO4(s)+CO(aq)=PbCO3(s)+SO(aq)反應(yīng)PbSO4(s)+CO(aq)=PbCO3(s)+SO(aq)的平衡常數(shù)K==3.4105>105,PbSO4可以比較徹底的轉(zhuǎn)化為PbCO3(2)反應(yīng)BaSO4(s)+CO(aq)=BaCO3(s)+SO(aq)的平衡常數(shù)K==0.04<<105,反應(yīng)正向進(jìn)行的程度有限(3)Fe2+Pb+H2O2+2HAc=Pb(Ac)2+2H2O作還原劑(4)Fe(OH)3、Al(OH)3(5)Ba2+、Na+【分析】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,向鉛膏中加入碳酸鈉溶液進(jìn)行脫硫,硫酸鉛轉(zhuǎn)化為碳酸鉛,過濾,向所得固體中加入醋酸、過氧化氫進(jìn)行酸浸,過氧化氫可將溶液中的亞鐵離子氧化為鐵離子,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,過濾后,向?yàn)V液中加入氫氧化鈉溶液進(jìn)行沉鉛,得到氫氧化鉛沉淀,濾液中的金屬陽離子主要為鈉離子和鋇離子,氫氧化鉛再進(jìn)行處理得到PbO?!驹斀狻浚?)“脫硫”中,碳酸鈉溶液與硫酸鉛反應(yīng)生成碳酸鉛和硫酸鈉,反應(yīng)的離子方程式為:PbSO4(s)+CO(aq)=PbCO3(s)+SO(aq),由一些難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)的數(shù)據(jù)可知,Ksp(PbCO3)=7.410-14,Ksp(PbSO4)=2.510-8,反應(yīng)PbSO4(s)+CO(aq)=PbCO3(s)+SO(aq)的平衡常數(shù)K====≈3.4105>105,說明可以轉(zhuǎn)化的比較徹底,且轉(zhuǎn)化后生成的碳酸鉛可由酸浸進(jìn)入溶液中,減少鉛的損失。(2)反應(yīng)BaSO4(s)+CO(aq)=BaCO3(s)+SO(aq)的平衡常數(shù)K====≈0.04<<105,說明該反應(yīng)正向進(jìn)行的程度有限,因此加入碳酸鈉不能使鉛膏中的BaSO4完全轉(zhuǎn)化。(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)過氧化氫促進(jìn)金屬Pb在醋酸溶液中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2,過氧化氫與Pb、HAc發(fā)生氧還原反應(yīng)生成Pb(Ac)2和H2O,依據(jù)得失電子守恒和原子守恒可知,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)化為了氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀,鉛轉(zhuǎn)化為了氫氧化鉛、最終變?yōu)榱搜趸U,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+。2.(2022·全國甲卷)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:離子回答下列問題:(1)菱鋅礦焙燒生成氧化鋅的化學(xué)方程式為。(2)為了提高鋅的浸取效果,可采取的措施有、。(3)加入物質(zhì)X調(diào)溶液,最適宜使用的X是(填標(biāo)號(hào))。A.
B.
C.濾渣①的主要成分是、、。(4)向的濾液①中分批加入適量溶液充分反應(yīng)后過濾,濾渣②中有,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、?!敬鸢浮?1)ZnCO3ZnO+CO2↑(2)將焙燒后的產(chǎn)物碾碎,增大接觸面積增大硫酸的濃度等(3)BFe(OH)3CaSO4SiO2(4)3Fe2+++7H2O=3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+(5)置換Cu2+為Cu從而除去(6)CaSO4MgSO4【分析】由題干信息,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,結(jié)合流程圖分析,菱鋅礦焙燒,主要發(fā)生反應(yīng)ZnCO3ZnO+CO2↑,再加入H2SO4酸浸,得到含Zn2+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+的溶液,加入物質(zhì)X調(diào)節(jié)pH=5,結(jié)合表格數(shù)據(jù),過濾得到Fe(OH)3、CaSO4、SiO2的濾渣①,濾液①中主要含有Zn2+、Cu2+、Mg2+、Ca2+、Fe2+,再向?yàn)V液①中加入KMnO4溶液氧化Fe2+,過濾得到Fe(OH)3和MnO2的濾渣②,濾液②中加入鋅粉,發(fā)生反應(yīng)Zn+Cu2+=Zn2+=Cu,過濾后得到濾渣③為Cu,再向?yàn)V液③中加入HF脫鈣鎂,過濾得到濾渣④為CaF2、MgF2,濾液④為ZnSO4溶液,經(jīng)一系列處理得到ZnSO4·7H2O,據(jù)此分析解答?!驹斀狻浚?)由分析,焙燒時(shí),生成ZnO的反應(yīng)為:ZnCO3ZnO+CO2↑;(2)可采用將焙燒后的產(chǎn)物碾碎,增大接觸面積、增大硫酸的濃度等方式提高鋅的浸取率;(3)A.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;B.Ca(OH)2不會(huì)引入新的雜質(zhì),且成本較低,故B適宜;C.NaOH會(huì)引入雜質(zhì)Na+,且成本較高,C不適宜;故答案選B;當(dāng)沉淀完全時(shí)(離子濃度小于10-5mol/L),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+++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置換Cu2+為Cu從而除去;(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。3.(2022·重慶卷)電子印制工業(yè)產(chǎn)生的某退錫廢液含硝酸、錫化合物及少量Fe3+和Cu2+等,對(duì)其處理的流程如圖。Sn與Si同族,25℃時(shí)相關(guān)的溶度積見表?;瘜W(xué)式Sn(OH)4(或SnO2·2H2O)Fe(OH)3Cu(OH)2溶度積1.0×10-564×10-382.5×10-20(1)Na2SnO3的回收①產(chǎn)品Na2SnO3中Sn的化合價(jià)是。②退錫工藝是利用稀HNO3與Sn反應(yīng)生成Sn2+,且無氣體生成,則生成的硝酸鹽是,廢液中的Sn2+易轉(zhuǎn)化成SnO2·xH2O。③沉淀1的主要成分是SnO2,焙燒時(shí),與NaOH反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(2)濾液1的處理①濾液1中Fe3+和Cu2+的濃度相近,加入NaOH溶液,先得到的沉淀是。②25℃時(shí),為了使Cu2+沉淀完全,需調(diào)節(jié)溶液H+濃度不大于mol?L-1。(3)產(chǎn)品中錫含量的測(cè)定稱取產(chǎn)品1.500g,用大量鹽酸溶解,在CO2保護(hù)下,先用Al片將Sn4+還原為Sn2+,再用0.1000mol?L-1KIO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,以淀粉作指示劑滴定過程中IO被還原為I—,終點(diǎn)時(shí)消耗KIO3溶液20.00mL。①終點(diǎn)時(shí)的現(xiàn)象為,產(chǎn)生I2的離子反應(yīng)方程式為。②產(chǎn)品中Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為%?!敬鸢浮?1)+4價(jià)Sn(NO3)2、NH4NO3SnO2+2NaOHNa2SnO3+H2O(2)Fe(OH)32×10-7(3)滴入最后一滴KIO3標(biāo)準(zhǔn)溶液,溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色,且半分鐘內(nèi)不褪色I(xiàn)O+5I-+6H+=3I2+3H2O47.6%【分析】由題給流程可知,向退錫廢液中加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH為1.5,將錫的化合物轉(zhuǎn)化為二氧化錫,過濾得到含有鐵離子、銅離子的濾液1和沉淀1;向沉淀1中加入氫氧化鈉焙燒將二氧化錫轉(zhuǎn)化為錫酸鈉后,水浸、過濾得到錫酸鈉溶液,溶液經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶得到錫酸鈉?!驹斀狻浚?)①由化合價(jià)代數(shù)和為0可知,錫酸鈉中錫元素的化合價(jià)為+4價(jià),故答案為:+4價(jià);②由分析可知,退錫工藝中發(fā)生的反應(yīng)為錫與稀硝酸反應(yīng)生成硝酸亞錫、硝酸銨和水,則則生成的硝酸鹽是硝酸亞錫和硝酸銨,故答案為:Sn(NO3)2、NH4NO3;③由沉淀1的主要成分是二氧化錫可知,焙燒時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為二氧化錫和氫氧化鈉高溫條件下反應(yīng)生成錫酸鈉和水,反應(yīng)的化學(xué)方程式為SnO2+2NaOHNa2SnO3+H2O,故答案為:SnO2+2NaOHNa2SnO3+H2O;(2)①由溶度積可知,向?yàn)V液1中加入氫氧化鈉溶液,溶解度小的氫氧化鐵先沉淀,故答案為:Fe(OH)3;②由溶度積可知,25℃時(shí),銅離子沉淀完全時(shí),溶液中的氫氧根離子濃度為=5×10-8mol/L,則溶液中的氫離子濃度不大于2×10-7mol/L,故答案為:2×10-7;(3)①由題意可知,碘酸鉀先與二價(jià)錫離子反應(yīng)生成碘離子,當(dāng)二價(jià)錫反應(yīng)完,碘離子與碘酸根反應(yīng)生成碘單質(zhì),碘遇淀粉溶液變藍(lán)色時(shí),溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色,則終點(diǎn)時(shí)的現(xiàn)象為滴入最后一滴碘酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液,溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色,且半分鐘內(nèi)不褪色,反應(yīng)生成碘的離子方程式為IO+3Sn2++6H+=I-+3Sn4++3H2O,IO+5I-+6H+=3I2+3H2O,故答案為:滴入最后一滴KIO3標(biāo)準(zhǔn)溶液,溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色,且半分鐘內(nèi)不褪色;IO+5I-+6H+=3I2+3H2O;②由得失電子數(shù)目守恒可知,滴定消耗20.00mL0.1000mol?L-1碘酸鉀溶液,則1.500g產(chǎn)品中錫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=47.6%,故答案為:47.6%。4.(2022·福建卷)粉煤灰是火電廠的大宗固廢。以某電廠的粉煤灰為原料(主要含和等)提鋁的工藝流程如下:回答下列問題:(1)“浸出”時(shí)適當(dāng)升溫的主要目的是,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為。(2)“浸渣”的主要成分除殘余外,還有。實(shí)驗(yàn)測(cè)得,粉煤灰(的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為)經(jīng)浸出、干燥后得到“浸渣”(的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為),的浸出率為。(3)“沉鋁”時(shí),體系中三種物質(zhì)的溶解度曲線如下圖所示,加入沉鋁的目的是,“沉鋁”的最佳方案為。(4)“焙燒”時(shí),主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(5)“水浸”后得到的“濾液2”可返回工序循環(huán)使用。【答案】(1)提高浸出率(或提高浸出速率)(2)和84%(3)使更多的鋁元素轉(zhuǎn)化為晶體析出,同時(shí)保證晶體純度高溫溶解再冷卻結(jié)晶(4)或(5)沉鋁【分析】粉煤灰為原料(主要含SiO2、Al2O3和CaO等)加入硫酸,浸渣為二氧化硅、硫酸鈣,加入硫酸鉀,產(chǎn)生復(fù)鹽明礬沉鋁,干燥脫水,焙燒產(chǎn)生氧化鋁、硫酸鉀和二氧化硫或三氧化硫氣體,水浸除去硫酸鉀,得到氧化鋁?!驹斀狻浚?)溫度高速率大,“浸出”時(shí)適當(dāng)升溫的主要目的是提高反應(yīng)速率,提高浸出率;Al2O3和H2SO4發(fā)生反應(yīng)生成Al2(SO4)3和H2O,離子反應(yīng)方程式為Al2O3+6H+=2Al3++3H2O;故答案為:提高浸出率(或提高浸出速率);Al2O3+6H+=2Al3++3H2O。(2)“浸渣”的主要成分除殘余Al2O3外,還有二氧化硅、硫酸鈣;5.0g粉煤灰Al2O3的質(zhì)量為5.0g×30%=1.5g,3.0g“浸渣”Al2O3的質(zhì)量為3.0g×8%=0.24g,則Al2O3的浸出率為;故答案為:SiO2和CaSO4;84%。(3)根據(jù)沉鋁體系中,Al2(SO4)3·18H2O溶解度最大,KAl(SO4)2·12H2O溶解度最小,更容易析出,加入K2SO4沉鋁的目的是更多的使Al2(SO4)3轉(zhuǎn)化為KAl(SO4)2·12H2O,使更多的鋁元素轉(zhuǎn)化為晶體析出,同時(shí)保證晶體純度;KAl(SO4)2·12H2O溶解度受溫度影響較大,“沉鋁”的最佳方案為高溫溶解再冷卻結(jié)晶;故答案為:使更多的鋁元素轉(zhuǎn)化為晶體析出,同時(shí)保證晶體純度;高溫溶解再冷卻結(jié)晶。(4)“焙燒”時(shí),KAl(SO4)2分解為K2SO4、Al2O3和SO3或K2SO4、Al2O3、SO2和O2,反應(yīng)方程式為2KAl(SO4)2K2SO4+Al2O3+3SO3↑或4KAl(SO4)22K2SO4+2Al2O3+6SO2↑+3O2↑;故答案為:2KAl(SO4)2K2SO4+Al2O3+3SO3↑或4KAl(SO4)22K2SO4+2Al2O3+6SO2↑+3O2↑。(5)“水浸”后得到的“濾液2”成分為K2SO4,可在沉鋁工序循環(huán)使用;故答案為:沉鋁。5.(2022·北京卷)白云石的主要化學(xué)成分為,還含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為2.1%的Fe2O3和1.0%的SiO2。利用白云石制備高純度的碳酸鈣和氧化鎂,流程示意圖如下。已知:物質(zhì)(1)白云石礦樣煅燒完全分解的化學(xué)方程式為。(2)用量對(duì)碳酸鈣產(chǎn)品的影響如下表所示。氧化物()浸出率/%產(chǎn)品中純度/%產(chǎn)品中Mg雜質(zhì)含量/%(以計(jì))計(jì)算值實(shí)測(cè)值2.1∶198.41.199.199.7——2.2∶198.81.598.799.50.062.4∶199.16.095.297.62.20備注:ⅰ、浸出率=(浸出的質(zhì)量/煅燒得到的質(zhì)量)(M代表Ca或Mg)ⅱ、純度計(jì)算值為濾液A中鈣、鎂全部以碳酸鹽形式沉淀時(shí)計(jì)算出的產(chǎn)品中純度。①解釋“浸鈣”過程中主要浸出的原因是。②沉鈣反應(yīng)的離子方程式為。③“浸鈣”過程不適宜選用的比例為。④產(chǎn)品中純度的實(shí)測(cè)值高于計(jì)算值的原因是。(3)“浸鎂”過程中,取固體B與一定濃度的溶液混合,充分反應(yīng)后的浸出率低于60%。加熱蒸餾,的浸出率隨餾出液體積增大而增大,最終可達(dá)98.9%。從化學(xué)平衡的角度解釋浸出率增大的原因是。(4)濾渣C中含有的物質(zhì)是。(5)該流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)是?!敬鸢浮?1)(2),在一定量溶液中,氫氧化鈣會(huì)和氯化銨反應(yīng)而氫氧化鎂不能,故先浸出2.4∶1,優(yōu)先析出,且氧化鈣也能轉(zhuǎn)化為碳酸鈣(3),,隨大量氨逸出,平衡正向移動(dòng)(4)(5)【分析】白云石礦樣煅燒后轉(zhuǎn)化為氧化鈣、氧化鎂,加入氯化銨溶解浸鈣,大部分鈣離子進(jìn)入濾液A,通入二氧化碳生成碳酸鈣;過濾分離出含有鎂、鐵、硅元素的固體B,加入硫酸銨將鎂離子轉(zhuǎn)化為硫酸鎂溶液,加入碳酸銨生成碳酸鎂沉淀,煅燒得到氧化鎂;【詳解】(1)白云石礦樣煅燒完全分解生成氧化鈣、氧化鎂、二氧化碳?xì)怏w,化學(xué)方程式為;(2)①氯化銨水解生成一水合氨與氫離子,可以調(diào)節(jié)溶液的pH,由圖表可知,,在一定量溶液中,氫氧化鈣會(huì)和氯化銨反應(yīng)而氫氧化鎂不能,故首先溶解被浸出;②沉鈣反應(yīng)中通入二氧化碳和濾液中鈣離子、氨氣反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和銨根離子,離子方程式為。③由圖表可知,“浸鈣”過程的比例為2.4∶1時(shí),產(chǎn)品中鎂元素雜質(zhì)最多且碳酸鈣純度最低,故不適宜選用的比例為2.4∶1。④,在反應(yīng)中會(huì)優(yōu)先析出,但也有可能析出其他沉淀,且Mg2+部分以Mg(OH)2形成沉淀,相比MgCO3質(zhì)量更小,二者共同作用導(dǎo)致產(chǎn)品中純度的實(shí)測(cè)值高于計(jì)算值;(3)“浸鎂”過程中,發(fā)生反應(yīng):,,加熱蒸餾隨大量氨逸出,平衡正向移動(dòng),利于氫氧化鎂轉(zhuǎn)化為硫酸鎂;(4)白云石的主要化學(xué)成分為,還含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為2.1%的Fe2O3和1.0%的SiO2;煅燒浸鈣后,絕大部分鈣進(jìn)入濾液中,部分鈣進(jìn)入B中加入硫酸銨后轉(zhuǎn)化為微溶于的硫酸鈣,氧化鐵、二氧化硅幾乎不反應(yīng)進(jìn)入濾渣中;“浸鎂”過程中,的浸出率最終可達(dá)98.9%,則還有部分氧化鎂進(jìn)入濾渣中,故濾渣C中含有的物質(zhì)是;(5)沉鈣反應(yīng)中通入二氧化碳生成碳酸鈣和氯化銨;“浸鎂”過程中加熱蒸餾會(huì)有大量氨逸出;濾液D加入碳酸銨生成碳酸鎂和硫酸銨,碳酸鎂煅燒生成二氧化碳;白云石煅燒也會(huì)生成二氧化碳;在流程中既是反應(yīng)物又是生成物,故該流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)是。6.(2022·遼寧卷)某工廠采用輝鉍礦(主要成分為,含有、雜質(zhì))與軟錳礦(主要成分為)聯(lián)合焙燒法制各和,工藝流程如下:已知:①焙燒時(shí)過量的分解為,轉(zhuǎn)變?yōu)椋虎诮饘倩顒?dòng)性:;③相關(guān)金屬離子形成氫氧化物的范圍如下:開始沉淀完全沉淀6.58.31.62.88.110.1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)在空氣中單獨(dú)焙燒生成,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充分浸出和;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。(7)將100kg輝鉍礦進(jìn)行聯(lián)合焙燒,轉(zhuǎn)化時(shí)消耗1.1kg金屬Bi,假設(shè)其余各步損失不計(jì),干燥后稱量產(chǎn)品質(zhì)量為32kg,滴定測(cè)得產(chǎn)品中Bi的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78.5%。輝鉍礦中Bi元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為?!敬鸢浮?1)ab(2)(3)抑制金屬離子水解(4)SiO2(5)(6)將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+(7)24.02%【分析】已知①焙燒時(shí)過量的分解為,轉(zhuǎn)變?yōu)?,在空氣中單?dú)焙燒生成和二氧化硫,經(jīng)過酸浸,濾渣為二氧化硅,與濃鹽酸生成A氯氣,濾液中含有Bi3+、Fe3+,加入Bi將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+,調(diào)節(jié)pH得到,據(jù)此分析解題?!驹斀狻浚?)為提高焙燒效率,可采取的措施為:進(jìn)一步粉碎礦石增大與氧氣的接觸面積;鼓入適當(dāng)過量的空氣使燃燒更加充分,故選ab;(2)在空氣中單獨(dú)焙燒生成和二氧化硫,反應(yīng)的化學(xué)方程式為;(3)“酸浸”中由于鐵離子、Bi3+易水解,因此溶浸時(shí)加入過量濃鹽酸的目的是防止FeCl3及BiCl3水解生成不溶性沉淀,提高原料的浸出率;過量濃鹽酸的作用為:①充分浸出和;②抑制金屬離子水解;(4)由于SiO2不溶于酸和水中,故濾渣的主要成分為SiO2;(5)A為氯氣,生成氣體A的離子方程式為;(6)金屬活動(dòng)性:,F(xiàn)e3+在pH為1.6時(shí)則產(chǎn)生沉淀,為了鐵元素不以沉淀形式出現(xiàn)故加入金屬Bi將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+,形成氯化亞鐵溶液;(7)輝鉍礦中Bi元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為。7.(2022·湖北卷)全球?qū)︿囐Y源的需求不斷增長,“鹽湖提鋰”越來越受到重視。某興趣小組取鹽湖水進(jìn)行濃縮和初步除雜后,得到濃縮鹵水(含有和少量),并設(shè)計(jì)了以下流程通過制備碳酸鋰來提取鋰。時(shí)相關(guān)物質(zhì)的參數(shù)如下:的溶解度:化合物回答下列問題:(1)“沉淀1”為。(2)向“濾液1”中加入適量固體的目的是。(3)為提高的析出量和純度,“操作A”依次為、、洗滌。(4)有同學(xué)建議用“侯氏制堿法”的原理制備。查閱資料后,發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)對(duì)常溫下的有不同的描述:①是白色固體;②尚未從溶液中分離出來。為探究的性質(zhì),將飽和溶液與飽和溶液等體積混合,起初無明顯變化,隨后溶液變渾濁并伴有氣泡冒出,最終生成白色沉淀。上述現(xiàn)象說明,在該實(shí)驗(yàn)條件下(填“穩(wěn)定”或“不穩(wěn)定”),有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為。(5)他們結(jié)合(4)的探究結(jié)果,擬將原流程中向“濾液2”加入改為通入。這一改動(dòng)能否達(dá)到相同的效果,作出你的判斷并給出理由?!敬鸢浮?1)Mg(OH)2(2)將轉(zhuǎn)化成CaCO3沉淀除去,同時(shí)不引入新雜質(zhì)(3)蒸發(fā)濃縮趁熱過濾(4)不穩(wěn)定Li++HCO=LiHCO3,2LiHCO3=Li2CO3↓+CO2↑+H2O(5)能達(dá)到相同效果,因?yàn)楦臑橥ㄈ脒^量的,則LiOH轉(zhuǎn)化為LiHCO3,結(jié)合(4)的探究結(jié)果,LiHCO3也會(huì)很快分解產(chǎn)生Li2CO3,所以這一改動(dòng)能達(dá)到相同的效果【分析】濃縮鹵水(含有和少量)中加入石灰乳[Ca(OH)2]后得到含有和的濾液1,沉淀1為Mg(OH)2,向?yàn)V液1中加入Li2CO3后,得到濾液2,含有的離子為和OH-,沉淀2為CaCO3,向?yàn)V液2中加入Na2CO3,得到Li2CO3沉淀,再通過蒸發(fā)濃縮,趁熱過濾,洗滌、干燥后得到產(chǎn)品Li2CO3?!驹斀狻浚?)濃縮鹵水中含有,當(dāng)加入石灰乳后,轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2沉淀,所以沉淀1為Mg(OH)2;(2)濾液1中含有和,結(jié)合已知條件:LiOH的溶解度和化合物的溶度積常數(shù),可推測(cè),加入Li2CO3的目的是將轉(zhuǎn)化成CaCO3沉淀除去,同時(shí)不引入新雜質(zhì);(3)由Li2CO3的溶解度曲線可知,溫度升高,Li2CO3的溶解度降低,即在溫度高時(shí),溶解度小,有利于析出,所以為提高的析出量和純度,需要在較高溫度下析出并過濾得到沉淀,即依次蒸發(fā)濃縮,趁熱過濾,洗滌。故答案為:蒸發(fā)濃縮,趁熱過濾;(4)飽和LiCl和飽和NaHCO3等體積混合后,產(chǎn)生了LiHCO3和NaCl,隨后LiHCO3分解產(chǎn)生了CO2和Li2CO3。故答案為:不穩(wěn)定,Li++HCO=LiHCO3,2LiHCO3=Li2CO3↓+CO2↑+H2O;(5)“濾液2”中含有LiOH,加入,目的是將LiOH轉(zhuǎn)化為Li2CO3。若改為通入過量的,則LiOH轉(zhuǎn)化為LiHCO3,結(jié)合(4)的探究結(jié)果,LiHCO3也會(huì)很快分解產(chǎn)生Li2CO3,所以這一改動(dòng)能達(dá)到相同的效果。故答案為:能達(dá)到相同效果,因?yàn)楦臑橥ㄈ脒^量的,則LiOH轉(zhuǎn)化為LiHCO3,結(jié)合(4)的探究結(jié)果,LiHCO3也會(huì)很快分解產(chǎn)生Li2CO3,所以這一改動(dòng)能達(dá)到相同的效果。8.(2022·河北卷)以焙燒黃鐵礦(雜質(zhì)為石英等)產(chǎn)生的紅渣為原料制備銨鐵藍(lán)顏料。工藝流程如下:回答下列問題:(1)紅渣的主要成分為(填化學(xué)式),濾渣①的主要成分為(填化學(xué)式)。(2)黃鐵礦研細(xì)的目的是。(3)還原工序中,不生成S單質(zhì)的反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(4)工序①的名稱為,所得母液循環(huán)使用。(5)沉鐵工序產(chǎn)生的白色沉淀中的化合價(jià)為,氧化工序發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為。(6)若用還原工序得到的濾液制備和,所加試劑為和(填化學(xué)式,不引入雜質(zhì))?!敬鸢浮?1)Fe2O3SiO2(2)增大固液接觸面積,加快反應(yīng)速率,提高黃鐵礦的利用率(3)7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O=15FeSO4+8H2SO4(4)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌(5)+2;6Fe(NH4)2Fe(CN)6++6H+=6Fe(NH4)Fe(CN)6+3H2O+Cl-+(6)H2O2NH3·H2O【分析】已知黃鐵礦高溫煅燒生成Fe2O3,反應(yīng)原理為:4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,故產(chǎn)生的紅渣主要成分為Fe2O3和SiO2,將紅渣粉碎后加入足量的50%的H2SO4溶液加熱充酸浸,反應(yīng)原理為:Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O,過濾出濾渣①,主要成分為SiO2,向?yàn)V液中加入黃鐵礦進(jìn)行還原,將Fe3+還原為Fe2+,由(3)小問可知不生成S沉淀,則硫元素被氧化為,反應(yīng)原理為:14Fe3++FeS2+8H2O=15Fe2++2+16H+,然后進(jìn)行工序①為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶,得到FeSO4晶體和母液主要含有FeSO4溶液和H2SO4,加水溶解FeSO4晶體,向所得溶液中加入(NH4)2SO4、K4[Fe(CN)6]并用H2SO4調(diào)節(jié)溶液的pH為3,進(jìn)行沉鐵過程,反應(yīng)原理為:Fe2++2+[Fe(CN)6]3-=Fe(NH4)2Fe(CN)6↓,然后過濾出沉淀,洗滌后加入H2SO4和NaClO3進(jìn)行氧化步驟,反應(yīng)原理為:6Fe(NH4)2Fe(CN)6++6H+=6Fe(NH4)Fe(CN)6+3H2O+Cl-+6,過濾、洗滌干燥即制得Fe(NH4)Fe(CN)6,據(jù)此分析解題?!驹斀狻浚?)由分析可知,紅渣的主要成分為:Fe2O3,濾渣①的主要成分為:SiO2,故答案為:Fe2O3;SiO2;(2)黃鐵礦研細(xì)的主要目的是增大固液接觸面積,加快反應(yīng)速率,提高黃鐵礦的利用率,故答案為:增大固液接觸面積,加快反應(yīng)速率,提高黃鐵礦的利用率;(3)由分析可知,還原工序中,不產(chǎn)生S單質(zhì)沉淀,則硫元素被氧化為,反應(yīng)原理為:14Fe3++FeS2+8H2O=15Fe2++2+16H+,故化學(xué)方程式為:7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O=15FeSO4+8H2SO4,故答案為:7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O=15FeSO4+8H2SO4;(4)由分析可知,工序①的名稱為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌,所得母液主要含有FeSO4溶液和H2SO4可以循環(huán)利用,故答案為:蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌;(5)沉鐵工序中產(chǎn)生的白色沉淀Fe(NH4)2Fe(CN)6中Fe的化合價(jià)為+2價(jià)和[Fe(CN)6]4-中的+3價(jià),由分析可知,氧化工序所發(fā)生的離子方程式為:6Fe(NH4)2Fe(CN)6++6H+=6Fe(NH4)Fe(CN)6+3H2O+Cl-+6,故答案為:+2;6Fe(NH4)2Fe(CN)6++6H+=6Fe(NH4)Fe(CN)6+3H2O+Cl-+6;(6)由分析可知,還原工序所得的濾液中主要含有FeSO4溶液和H2SO4,向?yàn)V液中先加入一定量的H2O2溶液將Fe2+完全氧化為Fe3+,在向氧化后的溶液中加入氨水至不再產(chǎn)生沉淀為止,過濾洗滌,對(duì)沉淀進(jìn)行灼燒,即可制得Fe2O3·xH2O和(NH4)2SO4,故所需要加入的試劑為H2O2和NH3·H2O,故答案為:H2O2;NH3·H2O。9.(2022·山東卷)工業(yè)上以氟磷灰石[,含等雜質(zhì)]為原料生產(chǎn)磷酸和石膏,工藝流程如下:回答下列問題:(1)酸解時(shí)有產(chǎn)生。氫氟酸與反應(yīng)生成二元強(qiáng)酸,離子方程式為。(2)部分鹽的溶度積常數(shù)見下表。精制Ⅰ中,按物質(zhì)的量之比加入脫氟,充分反應(yīng)后,;再分批加入一定量的,首先轉(zhuǎn)化為沉淀的離子是。(3)濃度(以計(jì))在一定范圍時(shí),石膏存在形式與溫度、濃度(以計(jì))的關(guān)系如圖甲所示。酸解后,在所得、為45的混合體系中,石膏存在形式為(填化學(xué)式);洗滌時(shí)使用一定濃度的硫酸溶液而不使用水,原因是,回收利用洗滌液X的操作單元是;一定溫度下,石膏存在形式與溶液中和的關(guān)系如圖乙所示,下列條件能實(shí)現(xiàn)酸解所得石膏結(jié)晶轉(zhuǎn)化的是(填標(biāo)號(hào))。A.、、
B.、、C.、、
D.、、【答案】(1)6HF+SiO2=2H+++2H2O(2)(3)CaSO4?0.5H2O抑制CaSO4的溶解,提高產(chǎn)品石膏的產(chǎn)率酸解AD【分析】氟磷灰石用硫酸溶解后過濾,得到粗磷酸和濾渣,濾渣經(jīng)洗滌后結(jié)晶轉(zhuǎn)化為石膏;粗磷酸以精制I脫氟、除硫酸根離子和,過濾,濾液經(jīng)精制II等一系列操作得到磷酸?!驹斀狻浚?)氫氟酸與SiO2反應(yīng)生成二元強(qiáng)酸H2SiF6,該反應(yīng)的離子方程式為6HF+SiO2=2H+++2H2O。(2)精制1中,按物質(zhì)的量之比n(Na2CO3):n()=1:1加入Na2CO3脫氟,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiF6+Na2CO3=Na2SiF6↓+CO2↑+H2O,充分反應(yīng)后得到沉淀Na2SiF6,溶液中有飽和的Na2SiF6,且c(Na+)=2c(),根據(jù)Na2SiF6的溶度積可知Ksp=c2(Na+)?c()=4c3(),c()=mol?L-1,因此c(Na+)=2c()=mol?L-1;同時(shí),粗磷酸中還有硫酸鈣的飽和溶液,c(Ca2+)=c()=mol?L-1;分批加入一定量的BaCO3,當(dāng)BaSiF6沉淀開始生成時(shí),c(Ba2+)=mol?L-1,當(dāng)BaSO4沉淀開始生成時(shí),c(Ba2+)=mol?L-1,因此,首先轉(zhuǎn)化為沉淀的離子是,然后才是。(3)根據(jù)圖中的坐標(biāo)信息,酸解后,在所得100℃、P2O5%為45的混合體系中,石膏存在形式為CaSO4?0.5H2O;CaSO4在硫酸中的溶解度小于在水中的,因此,洗滌時(shí)使用一定濃度的硫酸溶液而不使用水的原因是:減少CaSO4的溶解損失,提高產(chǎn)品石膏的產(chǎn)率;洗滌液X中含有硫酸,其具有回收利用的價(jià)值,由于酸解時(shí)使用的也是硫酸,因此,回收利用洗滌液X的操作單元是:酸解。由圖甲信息可知,溫度越低,越有利于實(shí)現(xiàn)酸解所得石膏結(jié)晶的轉(zhuǎn)化,由圖乙信息可知,體系溫度為65℃時(shí),位于65℃線上方的晶體全部以CaSO4?0.5H2O形式存在,位于65℃線下方的晶體全部以CaSO4?2H2O。體系溫度為80℃時(shí),位于80℃線下方的晶體全部以CaSO4?2H2O形式存在,位于80℃線上方的晶體全部以CaSO4?0.5H2O形式存在,據(jù)此分析:A.P2O5%=l5、SO3%=15,由圖乙信息可知,該點(diǎn)坐標(biāo)位于65℃線以下,晶體以CaSO4?2H2O形式存在,可以實(shí)現(xiàn)石膏晶體的轉(zhuǎn)化,A符合題意;B.P2O5%=10、SO3%=20,由圖乙信息可知,該點(diǎn)坐標(biāo)位于80℃線的上方,晶體全部以CaSO4?0.5H2O形式存在,故不能實(shí)現(xiàn)晶體的轉(zhuǎn)化,B不符合題意;C.P2O5%=10、SO3%=30,由圖乙信息可知,該點(diǎn)坐標(biāo)位于65℃線上方,晶體全部以CaSO4?0.5H2O形式存在,故不能實(shí)現(xiàn)晶體轉(zhuǎn)化,C不符合題意;D.P2O5%=10、SO3%=10,由圖乙信息可知,該點(diǎn)坐標(biāo)位于80℃線下方,晶體全部以CaSO4?2H2O形式存在,故能實(shí)現(xiàn)晶體的完全轉(zhuǎn)化,D符合題意;綜上所述,能實(shí)現(xiàn)酸解所得石膏結(jié)晶轉(zhuǎn)化的是AD。20211.(2021·全國乙卷)磁選后的煉鐵高鈦爐渣,主要成分有、、、、以及少量的。為節(jié)約和充分利用資源,通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。該工藝條件下,有關(guān)金屬離子開始沉淀和沉淀完全的見下表金屬離子開始沉淀的2.23.59.512.4沉淀完全的3.24.711.113.8回答下列問題:(1)“焙燒”中,、幾乎不發(fā)生反應(yīng),、、、轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫酸鹽,寫出轉(zhuǎn)化為的化學(xué)方程式。(2)“水浸”后“濾液”的約為2.0,在“分步沉淀”時(shí)用氨水逐步調(diào)節(jié)至11.6,依次析出的金屬離子是。(3)“母液①"中濃度為。(4)“水浸渣”在160℃“酸溶”最適合的酸是?!八崛茉钡某煞质恰?。(5)“酸溶”后,將溶液適當(dāng)稀釋并加熱,水解析出沉淀,該反應(yīng)的離子方程式是。(6)將“母液①”和“母液②”混合,吸收尾氣,經(jīng)處理得,循環(huán)利用。【答案】硫酸【分析】由題給流程可知,高鈦爐渣與硫酸銨混合后焙燒時(shí),二氧化鈦和二氧化硅不反應(yīng),氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、氧化鐵轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫酸鹽,尾氣為氨氣;將焙燒后物質(zhì)加入熱水水浸,二氧化鈦、二氧化硅不溶于水,微溶的硫酸鈣部分溶于水,硫酸鐵、硫酸鎂和硫酸鋁銨溶于水,過濾得到含有二氧化鈦、二氧化硅、硫酸鈣的水浸渣和含有硫酸鐵、硫酸鎂、硫酸鋁銨和硫酸鈣的濾液;向pH約為2.0的濾液中加入氨水至11.6,溶液中鐵離子、鋁離子和鎂離子依次沉淀,過濾得到含有硫酸銨、硫酸鈣的母液①和氫氧化物沉淀;向水浸渣中加入濃硫酸加熱到160℃酸溶,二氧化硅和硫酸鈣與濃硫酸不反應(yīng),二氧化鈦與稀硫酸反應(yīng)得到TiOSO4,過濾得到含有二氧化硅、硫酸鈣的酸溶渣和TiOSO4溶液;將TiOSO4溶液加入熱水稀釋并適當(dāng)加熱,使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸,過濾得到含有硫酸的母液②和TiO2·xH2O?!驹斀狻?1)氧化鋁轉(zhuǎn)化為硫酸鋁銨發(fā)生的反應(yīng)為氧化鋁、硫酸銨在高溫條件下反應(yīng)生成硫酸鋁銨、氨氣和水,反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al2O3+4(NH4)2SO4NH4Al(SO4)2+4NH3↑+3H2O,故答案為:Al2O3+4(NH4)2SO4NH4Al(SO4)2+4NH3↑+3H2O;(2)由題給開始沉淀和完全沉淀的pH可知,將pH約為2.0的濾液加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH為11.6時(shí),鐵離子首先沉淀、然后是鋁離子、鎂離子,鈣離子沒有沉淀,故答案為:Fe3+、Al3+、Mg2+;(3)由鎂離子完全沉淀時(shí),溶液pH為11.1可知,氫氧化鎂的溶度積為1×10—5×(1×10—2.9)2=1×10—10.8,當(dāng)溶液pH為11.6時(shí),溶液中鎂離子的濃度為=1×10—6mol/L,故答案為:1×10—6;(4)增大溶液中硫酸根離子濃度,有利于使微溶的硫酸鈣轉(zhuǎn)化為沉淀,為了使微溶的硫酸鈣完全沉淀,減少TiOSO4溶液中含有硫酸鈣的量,應(yīng)加入濃硫酸加熱到160℃酸溶;由分析可知,二氧化硅和硫酸鈣與濃硫酸不反應(yīng),則酸溶渣的主要成分為二氧化硅和硫酸鈣,故答案為:硫酸;SiO2、CaSO4;(5)酸溶后將TiOSO4溶液加入熱水稀釋并適當(dāng)加熱,能使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸,反應(yīng)的離子方程式為TiO2++(x+1)H2OTiO2·xH2O+2H+,故答案為:TiO2++(x+1)H2OTiO2·xH2O+2H+;(6)由分析可知,尾氣為氨氣,母液①為硫酸銨、母液②為硫酸,將母液①和母液②混合后吸
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