1、第第 45 讲讲无机化工流程题的解题策略无机化工流程题的解题策略 复习目标1.培养从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知识块整合重组为新知 识块的能力。2.培养将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的 能力。3.培养将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达并做出 解释的能力。 一、工业流程题的结构 二、流程图中主要环节的分析 1核心反应陌生方程式的书写 关注箭头的指向：箭头指入反应物，箭头指出生成物。 (1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，判断产物，根据化合价升降相等配平。 (2)非氧化还原反应：结合物质性质
2、和反应实际判断产物。 2原料的预处理 (1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸等。 水 浸 与水接触反应或溶解 浸 出 固体加水(酸)溶解得到离子 酸 浸 在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除 去 浸 出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化) (2)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。 (3)审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。 3常用的控制反应条件的方法 (1)调节溶液的 pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节 pH 所需的物质一般应满足两点： 能与 H 反应，使溶液 pH 增大； 不引
3、入新杂质。 例如：若要除去 Cu2 中混有的 Fe3，可加入 CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶 液的 pH，不可加入 NaOH 溶液、氨水等。 (2)控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。 (3)趁热过滤。防止某物质降温时会析出。 (4)冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。 4常用的提纯方法 (1)水溶法：除去可溶性杂质。 (2)酸溶法：除去碱性杂质。 (3)碱溶法：除去酸性杂质。 (4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。 (5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。 (6)调节溶
4、液的 pH 法：如除去酸性溶液中的 Fe3 等。 5常用的分离方法 (1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。 (2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用 CCl4或苯萃取溴水 中的溴。 (3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取 NaCl。 (4)冷却结晶： 提取溶解度随温度变化较大的溶质、 易水解的溶质或结晶水合物， 如 KNO3、 FeCl3、 CuCl2、 CuSO45H2O、FeSO47H2O 等。 (5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。 (6)冷却法：利用气体液化的特点分
5、离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。 1(2019全国卷，26)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰 粉与硫化锰矿(还含 Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si 等元素)制备，工艺如图所示。回答下列问题： 相关金属离子c0(Mn )0.1 molL1形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下： 金属离子 M n2 F e2 F e3 A l3 M g2 Z n2 N i2 开始沉淀的 pH 8. 1 6 .3 1 .5 3 .4 8. 9 6. 2 6 .9 沉淀完全的 pH 10 .1 8 .3 2 .8 4 .7 10 .9 8. 2 8 .9 (1)
6、“滤渣 1”含有 S 和_；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式： _。 (2)“氧化”中添加适量的 MnO2的作用是_。 (3)“调 pH”除铁和铝，溶液的 pH 范围应调节为_6 之间。 (4)“除杂 1”的目的是除去 Zn2 和 Ni2，“滤渣 3”的主要成分是_。 (5)“除杂 2”的目的是生成 MgF2沉淀除去 Mg2 。若溶液酸度过高，Mg2沉淀不完全，原因是 _。 (6)写出“沉锰”的离子方程式：_。 (7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为 LiNixCoyMnzO2，其中 Ni、Co、Mn 的化合价分别为2、3、4。当 xy1 3时，z_。 答案
7、(1)SiO2(或不溶性硅酸盐)MnO2MnS2H2SO4=2MnSO4S2H2O(2)将 Fe2 氧化为 Fe3 (3)4.7(4)NiS 和 ZnS(5)F 与 H结合形成弱电解质 HF， MgF2(s) Mg2 (aq)2F(aq)平衡向右移动 (6)Mn2 2HCO 3=MnCO3CO2H2O(7)1 3 解析(1)硫化锰矿中硅元素主要以 SiO2或不溶性硅酸盐形式存在，则“滤渣 1”的主要成分为 S 和 SiO2(或不溶性硅酸盐)。 结合“滤渣 1”中含 S， 可知“溶浸”时 MnO2与 MnS 在酸性条件下发生氧化还原 反应生成 MnSO4和 S，根据化合价升降法可配平该反应的化学
8、方程式。(2)“溶浸”后溶液中含 Fe2 ，“氧 化”中加入的适量 MnO2能将 Fe2 氧化为 Fe3。(3)“调 pH”除去 Fe3和 Al3时，结合表格中数据信息可 知需控制溶液的 pH 在 4.76 之间。(4)“除杂 1”中加入 Na2S 能将 Zn2 和 Ni2分别转化为沉淀除去，故 “滤渣 3”的主要成分为 NiS 和 ZnS。(5)“除杂 2”中 F 与 Mg2反应生成 MgF2沉淀，若溶液酸度过高， 则 F 与 H结合生成弱电解质 HF， 导致 MgF2(s) Mg2 (aq)2F(aq)平衡向右移动， Mg2不能完全除去。 (6)“沉锰”时 Mn2 与 HCO 3反应生成
9、MnCO3并放出 CO2，由此可写出离子方程式。(7)化合物 LiNixCoyMnzO2中，当 xy1 3时，根据化合物中正负化合价代数和为 0 知 12 1 33 1 34z220， 解得 z1 3。 2(2020济宁模拟)钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。 从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如图： 回答下列问题： (1)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用 93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合 而成。混合的实验操作是_。 (2)先加入氨水调节 pH3，过滤，滤渣主要成分是_；再向滤液中加入氨
10、水调节 pH6， 滤液中 Sc3 的浓度为_。(已知：25 时，KspMn (OH)21.91013，KspFe(OH)32.61039， KspSc(OH)39.010 31) (3)用草酸“沉钪”。 25 时 pH2 的草酸溶液中 cC2O2 4 cH2C2O4 _(保留两位有效数字)。 写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式：_。已知：25 时，Ka1(H2C2O4) 5.910 2，Ka2(H2C2O4)6.4105 (4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为_。 (5)废酸中含钪量为 15 mgL 1，V L 废酸最多可提取 Sc2O3的质量为_。 答案(1)将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，
11、并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入双氧水中，并 不断搅拌 (2)Fe(OH)39.010 7molL1 (3)3.810 2 2Sc3 3H2C2O4=Sc2(C2O4)36H (4)2Sc2(C2O4)33O2= 高温 2Sc2O312CO2 (5)0.023V g 解析(1)在混合不同的液体时，一般先加密度较小、易挥发的，后加密度大、难挥发的，若混合时放 热，则最后加受热易分解的，因此混合的实验操作是将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断 搅拌，冷却后再慢慢注入双氧水中，并不断搅拌。(3)25 时 pH2 的草酸溶液中 cC2O2 4 cH2C2O4 cC2O2 4cH cHC2
12、O 4 cHC2O 4cH cH2C2O4 1 c2H Ka2(H2C2O4) Ka1(H2C2O4) 1 c2H 6.410 55.9102 1 10 223.810 2。“沉钪”得到草酸钪的离子方程式 为 2Sc3 3H2C2O4=Sc2(C2O4)36H。(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为 2Sc2(C2O4)3 3O2= 高温 2Sc2O312CO2。 (5)废酸中含钪量为 15 mgL 1， 则 V L 废酸中含钪的质量为 15103 gL 1V L 0.015V g，所以最多可提取 Sc2O3的质量为0.015V g138 452 0.023V g。 3利用化学原理可以对工厂排
13、放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。某工厂对制革工业污泥 Cr()的处理工艺流程如图： 已知硫酸浸取液中的金属离子主要是 Cr3 ，其次是 Fe3、Al3、Ca2和 Mg2。 (1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有_、_。(答出两点) (2)H2O2的作用是将滤液中的 Cr3 转化为 Cr2O2 7，则此反应中氧化剂和还原剂物质的量之比为 _。 (3)常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的 pH 如表所示： 阳离子 F e3 Al3 Cr3 开始沉淀时的 pH 2 .7 沉淀完全时的 pH 3 .7 5.4(8 溶解)9(9 溶解) 用 NaOH 调节溶液的 pH 不能超过 8，
14、其理由是_。 当 pH8 时， Mg2 _ (填“是”或“否”)开始沉淀(溶液中 Mg2浓度不超过 1 molL 1)。已知：KspMg(OH)21.81011。 (4)上述流程中，加入 NaOH 溶液后，溶液呈碱性，Cr2O 2 7转化为 CrO2 4，写出上述流程中用 SO2进行 还原时发生反应的离子方程式：_。 答案(1)升高温度(加热)搅拌(2)32(3)pH 超过 8 会使部分 Al(OH)3溶解生成 AlO 2，最终影 响 Cr 回收与再利用否(4)3SO22CrO2 412H2O=2Cr(OH)(H2O)5SO4SO2 42OH 解析(1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是延长
15、浸取时间、加快溶解速度等措施，可以升高温 度增大物质的溶解度或搅拌加快溶解速度。(2)H2O2将 Cr3 转化为 Cr2O2 7，H2O2作氧化剂。Cr3 被氧化， 发生的反应为 2Cr3 3H2O2H2O=Cr2O2 78H ，氧化剂和还原剂物质的量之比为 32。(3)pH8 时，Fe3 、Al3已沉淀完全，pH8 时，会使部分 Al(OH)3溶解生成 AlO 2，会影响 Cr 的回收与再利用。 当pH8时，Qc(Mg 2 )c 2 (OH )1 (10 6)21012Ksp(PbCO3)1.461013，所以步骤加入碳酸钠溶液，把硫 酸 铅 转 化 为 碳 酸 铅 ， 反 应 的 离 子
16、方 程 式 为 P b S O4( s ) C O 2 3( a q )P b C O3( s ) SO2 4(aq)。 (2)滤液 1 的溶质主要是 Na2SO4和过量的 Na2CO3，将“滤液 1”升温结晶、趁热过滤、用乙醇洗涤后 干燥得到 Na2SO4固体。 (4)Pb、 PbO 和 PbCO3在硝酸的作用下转化成 Pb(NO3)2， Pb(NO3)2中加硫酸转化成 PbSO4和硝酸， HNO3 可循环利用；根据 Ksp(PbSO4)1.8210 8，若滤液中 c(Pb2)1.82105molL1，则溶液中的 c(SO2 4) KspPbSO4 cPb2 1.8210 8 1.8210
17、5 molL 11103molL1。 (6)设铅泥中铅元素的质量分数为 x，根据铅元素守恒可得：100.010 6gx75% 207 gmol 1 49.510 6g 990 gmol 14， 解得 x0.552 0，所以铅泥中铅元素的质量分数为 55.20%。 5(2020东北三省四市联合模拟)碱式碳酸铜在烟火、农药、颜料、杀菌剂等方面应用广泛。一种以 辉铜矿(Cu2S，含有 SiO2和少量 Fe2O3等杂质)为原料制备碱式碳酸铜的流程如图所示： 已知：有关金属离子形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下： 金属离子 F e2 F e3 C u2 M n2 开始沉淀的 pH 7 .5 2 .7 5
18、. 6 8. 3 完全沉淀的 pH 9 .0 3 .7 6. 7 9. 8 Cu(NH3)4SO4常温稳定，在热水中会分解生成 NH3； KspFe(OH)34.010 38。 回答下列问题： (1)加快“浸取”速率，除将辉铜矿粉碎外，还可采取的措施有_(任写一种)。 (2)滤渣经 CS2提取后可获得一种淡黄色副产品， 则滤渣中的主要成分是_(填化学式)。 回 收 淡 黄 色 副 产 品 过 程 中 温 度 控 制 在 50 60 之 间 ， 不 宜 过 高 或 过 低 的 原 因 是 _。 (3)常温下“除铁”时加入的试剂 A 可用 CuO，调节 pH 的范围为_，若加 A 后将溶液的 pH
19、 调为 5，则溶液中 Fe3 的浓度为_molL1。 (4)写出“沉锰”(除 Mn2 )过程中反应的离子方程式：_。 (5)“赶氨”时，最适宜的操作方法是_。 (6)测定副产品 MnSO4H2O 样品的纯度： 准确称取样品 14.00 g， 加蒸馏水配成 100 mL 溶液， 取出 25.00 mL 用标准的 BaCl2溶液测定，完全反应后得到了 4.66 g 沉淀，则此样品的纯度为_(保留到小数点 后两位)。 答案(1)搅拌(或适当增加硫酸浓度、适当加热等) (2)SiO2、S、MnO2温度过低，硫的溶解速率小，温度过高，CS2易挥发(3)3.75.6(或 3.7pH5.6) 4.010 1
20、1 (4)Mn2 HCO 3NH3=MnCO3NH 4(5)将溶液加热(6)96.57% 解析辉铜矿主要成分为 Cu2S，含少量 Fe2O3、SiO2等杂质，加入稀硫酸和二氧化锰浸取，Cu2S 在酸 性条件下被二氧化锰氧化，SiO2不溶于稀硫酸，滤渣经 CS2提取后可获得一种淡黄色副产品，说明滤渣 中含有 S，过滤得到的滤渣中含有 MnO2、SiO2、单质 S，滤液中含有 Fe3 、Mn2、Cu2，加入 A，调 节溶液的 pH 使铁离子形成氢氧化铁沉淀，除去铁；加入碳酸氢铵溶液沉淀锰，过滤得到碳酸锰，用硫酸 溶解，生成硫酸锰晶体，滤液赶出氨气，参与循环使用，同时得到碱式碳酸铜，据此分析解答。
21、(1)加快“浸取”速率，除将辉铜矿粉碎外，还可以适当增加硫酸的浓度，充分搅拌，加热等。(2)滤渣 的主要成分是 MnO2、SiO2、单质 S；回收淡黄色副产品(S)的过程中温度控制在 5060 之间，不宜过 高或过低，原因是温度过低，硫的溶解速率小，温度过高，CS2易挥发。(3)加入的试剂 A 是用于调节溶液 的 pH，促进铁离子的水解，但不能引入杂质，因最后要制备碱式碳酸铜，则可加入氧化铜、氢氧化铜等； 根据有关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围， “除铁”时溶液pH应该介于3.75.6( 或3.7pH5.6)， 若加 A 后将溶液的 pH 调为 5，则 c(OH )109molL1，Ksp
22、Fe(OH)34.01038，则溶液中铁离子浓度 为 4.010 38 10 93 molL 14.01011 molL 1。(4)“沉锰”(除 Mn2)过程中，加入碳酸氢铵和氨气，生成碳酸 锰沉淀，反应的离子方程式为 Mn2 HCO 3NH3=MnCO3NH 4。(5)氨气易挥发，“赶氨”时，最 适宜的操作方法是将溶液加热。(6)反应得到的沉淀硫酸钡的物质的量为 4.66 g 233 gmol 10.02 mol， n(MnSO4H2O)n(BaSO4)0.02 mol，则此样品中 MnSO4H2O 物质的量为 0.02 mol100 25 0.08 mol，则样 品中 MnSO4H2O 的
23、纯度为0.08 mol169 gmol 1 14.00 g 100%96.57%。 化学工艺流程题的分析方法 主线分析“原料中间转化物质目标产物” (1)反应与物质的转化：分析每一步操作的目的及所发生的化学反应，跟踪物质转化的形式。尤其要注 意原料中的杂质在流程中是如何被除去的。滤渣、滤液成分的确定：反应过程中哪些物质(离子)发生了变 化？产生了哪些新离子？这些离子间是否能发生化学反应？所加试剂是否过量？ (2)循环物质的确定 (3)副产品的判断 12020新高考全国卷(山东)，16用软锰矿(主要成分为 MnO2，含少量 Fe3O4、Al2O3)和 BaS 制备 高纯 MnCO3的工艺流程如下
24、： 已知：MnO2是一种两性氧化物；25 时相关物质的 Ksp见下表。 物 质 Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2 K sp 110 16.3 110 38.6 110 32.3 110 12.7 回答下列问题： (1)软锰矿预先粉碎的目的是_，MnO2与 BaS 溶液反应转化为 MnO 的化 学方程式为_。 (2)保持 BaS 投料量不变，随 MnO2与 BaS 投料比增大，S 的量达到最大值后无明显变化，而 Ba(OH)2 的量达到最大值后会减小，减小的原因是_。 (3)滤液可循环使用，应当将其导入到_操作中(填操作单元的名称)。 (4)净化时需先加入的试剂 X 为_
25、(填化学式)，再使用氨水调溶液的 pH，则 pH 的理论最小值为 _(当溶液中某离子浓度 c1.010 5 molL 1时，可认为该离子沉淀完全)。 (5)碳化过程中发生反应的离子方程式为_。 答案(1)增大接触面积，充分反应，提高反应速率 MnO2BaSH2O=Ba(OH)2MnOS (2)过量的 MnO2消耗了产生的 Ba(OH)2 (3)蒸发 (4)H2O24.9 (5)Mn2 HCO 3NH3H2O=MnCO3NH 4H2O 解析(1)软锰矿粉碎后， 表面积增大， 即在反应中增大了反应物的接触面积， 一是可以使之充分反应； 二是可以提高反应速率。由题给信息可知，反应物有 MnO2、Ba
26、S，生成物有 MnO；由流程图中给出的信 息可知， 生成物中还有 Ba(OH)2和硫黄。 根据原子守恒和得失电子守恒， 可写出该反应的化学方程式 MnO2 BaSH2O=MnOBa(OH)2S。 (2)增大 MnO2与 BaS 的投料比， S 的量达到最大值后不再变化， 说明过量的 MnO2与 S 不反应； Ba(OH)2 的量达到最大值后会减小，说明过量的 MnO2与 Ba(OH)2发生了反应，消耗了产生的 Ba(OH)2。 (3)滤液中还含有未结晶的 Ba(OH)2，可循环使用，应将其导入蒸发操作中。 (4)软锰矿中含有的 Fe3O4、Al2O3杂质与硫酸反应生成 FeSO4、Fe2(SO
27、4)3、Al2(SO4)3，要除去 Fe2 ，应 先将 Fe2 氧化为 Fe3，为了不引入其他杂质，加入的氧化剂 X 可选用 H2O2。因 Fe(OH)3和 Al(OH)3的组 成相似， 且 Fe(OH)3的 Ksp小于 Al(OH)3的， 因此当 Al3 完全沉淀时， Fe3也完全沉淀， 由KspAl(OH)3110 3 2 . 3 可 知 ， c ( A l 3 ) c 3 ( O H ) 1 1 0 3 2 . 3 ， 由 题 意 知 ， 当 c ( A l 3 ) 1.010 5 molL 1 时沉淀完全，可求得 c(OH )1109.1 molL 1，即 c(H)1 10 4.9 m
28、olL 1，pH 的理论最小值为 4.9。 (5)由流程图提供的信息可知，碳化时的反应物有碳酸氢铵、氨水、Mn2 ，生成物有 MnCO3，由此可 写出该反应的离子方程式为 Mn2 HCO 3NH3H2O=MnCO3NH 4H2O。 2(2020全国卷，26)钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以3、4、5 价的化合物存在，还包括 钾、镁的铝硅酸盐，以及 SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备 NH4VO3。 该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表所示： 金属离子 F e3 F e2 A l3 M n2 开始沉淀 pH 1 .9 7 .0 3 .0 8. 1 完
29、全沉淀 pH 3 .2 9 .0 4 .7 10 .1 回答下列问题： (1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是_。 (2)“酸浸氧化”中，VO 和 VO2被氧化成 VO 2，同时还有_离子被氧化。写出 VO 转化为 VO 2反应的离子方程式_。 (3)“中和沉淀”中， 钒水解并沉淀为 V2O5 xH2O， 随滤液可除去金属离子 K 、 Mg2、 Na、 _， 以及部分的_。 (4)“沉淀转溶”中，V2O5 xH2O 转化为钒酸盐溶解。滤渣的主要成分是_。 (5)“调 pH”中有沉淀产生，生成沉淀反应的化学方程式是_。 (6)“沉钒”中析出 NH4VO3晶体时，需要加入过量 NH4Cl，其原因是_
30、。 答案(1)加快酸浸氧化反应速率(促进氧化完全) (2) Fe2 VO MnO22H=VO 2Mn2 H2O (3) Mn2 Fe3 、Al3 (4)Fe(OH)3 (5)NaAlO2HClH2O=NaClAl(OH)3 (6)利用同离子效应，促进 NH4VO3尽可能析出完全 解析(1)“酸浸氧化”过程中钒矿粉、MnO2和 30% H2SO4发生反应，常温下反应速率较小，加热的 目的是加快酸浸氧化反应速率。 (2)Fe3O4与稀硫酸反应：Fe3O48H =2Fe3Fe24H2O，“酸浸氧化”过程中，Fe2具有还原性， 也能被 MnO2氧化生成 Fe3 。VO被氧化为 VO 2，MnO2则被还
31、原为 Mn2 ，溶液呈酸性，结合守恒规律， 写出离子方程式：VO MnO22H=VO 2Mn2 H2O。 (3)由表中数据可知，Mn2 开始沉淀的 pH 为 8.1，Al3开始沉淀的 pH 为 3.0，沉淀完全的 pH 为 4.7， Fe3 沉淀完全的 pH 为 3.2。“中和沉淀”中调节 pH3.03.1，钒水解并沉淀为 V2O5xH2O，此时 Mn2 不沉淀，Al3 部分沉淀，Fe3几乎沉淀完全，故随滤液除去的金属离子有 K、Mg2、Na、Mn2及部分 Al3 、Fe3。 (4)滤饼中含 V2O5xH2O、Fe(OH)3和少量 Al(OH)3，“沉淀转溶”中，加入 NaOH 溶液，调节 p
32、H 13，V2O5xH2O 转化为钒酸盐溶解，Al(OH)3转化为 NaAlO2，故滤渣的主要成分是 Fe(OH)3。 (5)滤液中含有 NaAlO2、NaVO3，“调 pH”中加入 HCl，调节 pH8.5，此时 NaAlO2HCl H2O=Al(OH)3NaCl。 (6)NH4VO3存在沉淀溶解平衡：NH4VO3(s)NH 4(aq)VO 3(aq)，“沉钒”中加入过量 NH4Cl，增 大 c(NH 4)，有利于 NH4VO3结晶析出(同离子效应的应用)。 3(2020全国卷，27)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属 Ni、Al、Fe 及其氧化物，还有 少量其他不溶性物质。采用如下工
33、艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO47H2O)： 溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表所示： 金属离子 N i2 A l3 F e3 F e2 开始沉淀时(c0.01 molL 1)的 pH 7 .2 3 .7 2 .2 7 .5 沉淀完全时(c1.010 5molL1)的 pH 8 .7 4 .7 3 .2 9 .0 回答下列问题： (1)“碱浸”中 NaOH 的两个作用分别是_。为回收金属，用稀硫酸将 “滤液”调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式_。 (2)“滤液”中含有的金属离子是_。 (3)“转化”中可替代 H2O2的物质是_。若工艺流程改为先“调 pH”后“
34、转化”，即 ，“滤液”中可能含有的杂质离子为_。 (4)利用上述表格数据，计算 Ni(OH)2的 Ksp_ (列出计算式)。 如果“转化”后的溶液中 Ni2 浓度为 1.0 molL1，则“调 pH”应控制的 pH 范围是_。 (5)硫酸镍在强碱溶液中用 NaClO 氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的 NiOOH。写出该反应的 离子方程式_。 (6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是_。 答案(1)除去油脂，溶解铝及其氧化物AlO 2H H2O=Al(OH)3 (2)Ni2 、Fe2、Fe3 (3)O2或空气Fe3 (4)0.01(107.2 14)2或 105(108.7
35、14)2 3.26.2 (5)2Ni2 ClO4OH=2NiOOH ClH2O (6)提高镍的回收率 解析(1)因为废镍催化剂表面沾有油脂，所以“碱浸”的目的是除去油脂，同时还可以溶解催化剂中 混有的铝及氧化铝杂质。滤液中存在的金属元素有铝元素和钠元素，铝元素以 AlO 2的形式存在，当加 酸调到中性时，发生反应的离子方程式为 AlO 2H H2O=Al(OH)3。 (2)滤饼加稀硫酸酸浸，产生的滤液中的金属离子有 Ni2 、Fe2、Fe3。 (3)过程中加入 H2O2的目的是氧化 Fe2 ，由于 Fe2的还原性强，能与氧气反应，因此也可以用氧气或 空气代替 H2O2。如果过程中先“调 pH”
36、后“转化”，结合金属离子沉淀的有关 pH 数据可知，当调节 pH 小于 7.2 时，Fe2 不能形成沉淀，加入 H2O2后 Fe2被氧化为 Fe3，因此滤液中可能混有 Fe3。 (4)根据溶度积的表达式得 KspNi(OH)2c(Ni2 )c2(OH)0.01(107.214)2或 105(108.714)2。当溶液中 c ( N i 2 ) 1 . 0m o l L 1 时 ， c ( O H ) Ksp cNi2 0.01107.2 142 1 m o l L 1 10 7.8 molL 1，c(H) Kw cOH 10 14 10 7.8 molL 1106.2 molL 1，pHlg
37、c(H)lg 106.2 6.2。所以当 pH6.2 时，Ni2 开始产生沉淀，根据流程图可知，调 pH 的目的是让 Fe3沉淀完全， 所以应控制 pH 的范围为 3.26.2。 (6)分离出硫酸镍晶体后的母液中仍有 Ni2 ，采用循环使用的意义是提高镍的回收率。 1软锰矿的主要成分为 MnO2，还含有 Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等杂质，工业上用软锰矿制 取 MnSO4H2O 的流程如下： 已知：部分金属阳离子完全沉淀时的 pH 如下表 金属阳离子 F e3 A l3 M n2 M g2 完全沉淀时的 pH 3 .2 5 .2 10 .4 12 .4 温度高于 27 时，
38、MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低。 (1)“浸出”过程中 MnO2转化为 Mn2 的离子方程式为_。 (2)第 1 步除杂中加入 H2O2的目的是_。 (3)第 1 步除杂中形成滤渣 1 的主要成分为_(填化学式)，调 pH 至 56 所加的试剂，可选择 _(填字母)。 aCaObMgOcAl2O3d氨水 (4)第 2 步除杂，主要是将 Ca2 、Mg2转化为相应氟化物沉淀除去，写出 MnF2除去 Mg2的离子方程 式：_，该反应的平衡常数为 _。 (已知：MnF2的 Ksp5.310 3；CaF2的 Ksp1.51010；MgF2的 Ksp7.41011) (5)采用“趁热过滤”
39、操作的原因是_。 (6)取少量 MnSO4H2O 溶于水，配成溶液，测其 pH 发现该溶液显酸性，原因是_ _(用离子方程式表示)。 答案(1)MnO2SO2=SO2 4Mn2 (2)将 Fe2 氧化为 Fe3 (3)Al(OH)3、Fe(OH)3ab (4)MnF2Mg2 Mn2 MgF2 7.2107 (5)减少 MnSO4H2O 在水中的溶解，得到更多产品 (6)Mn2 2H2O Mn(OH)22H 解析(1)“浸出”过程中 MnO2与 SO2发生氧化还原反应，离子方程式为 MnO2SO2=SO2 4Mn2 。 (2)第 1 步除杂中加入 H2O2的目的是将溶液中可能存在的 Fe2 氧化
40、为 Fe3， 以便于形成 Fe(OH)3沉淀， 过滤将沉淀除去。 (3)第 1 步除杂时调整溶液的 pH 至 56， 可以使溶液中的 Al3 、 Fe3分别形成 Al(OH)3、 Fe(OH)3沉淀， 所以形成滤渣 1 的主要成分为 Al(OH)3、Fe(OH)3；在调 pH 至 56 时，为了不引入新的杂质离子，所加的 试剂应该可以与酸发生反应，可选择含有 Ca2 、Mg2的化合物 CaO、MgO，a、b 正确。 (4)第 2 步除杂，主要是将 Ca2 、Mg2转化为相应的氟化物沉淀除去，MnF2除去 Mg2的离子方程式 是 MnF2Mg2 Mn2 MgF2；该反应的平衡常数 KcMn2 c
41、Mg2 cMn2 c2F cMg2 c2F KspMnF2 KspMgF27.210 7。 (5)由已知温度高于 27 时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低，故采用“趁热过滤” 操作可以减少 MnSO4H2O 在水中的溶解，得到更多产品。 (6)MnSO4是强酸弱碱盐，Mn2 发生水解反应。 2 (2020汕头市高三模拟)溴酸镉Cd(BrO3)2常用作分析试剂、 生产荧光粉等。 以镉铁矿(成分为 CdO2、 Fe2O3、FeO 及少量的 Al2O3和 SiO2)为原料制备Cd(BrO3)2的工艺流程如下： 已知 Cd(SO4)2溶于水，回答下列问题： (1)为提高镉的浸取率，酸浸时
42、可采取的措施有_(任写两种即可)。 (2)还原镉时，产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，发生反应的离子方程式为_ _。 (3)加入 H2O2溶液的目的是_。 (4)滤渣 2 的主要成分为_(填化学式)；为检验滤液中是否含有 Fe3 ，可选用的化 学试剂是_。 (5)实际工业生产中，有时还采用阳离子交换树脂法来测定沉镉后溶液中 Cd2 的含量，其原理：Cd2 2NaR=2Na CdR2 ，其中 NaR 为阳离子交换树脂。常温下，将沉镉后的溶液(此时溶液 pH6)经 过阳离子交换树脂后，测得溶液中的 Na 比交换前增加了 0.055 2 gL1，则该条件下 Cd(OH)2 的 Ksp值为 _。 (6)
43、已知镉铁矿中 CdO2的含量为 72%，整个流程中镉元素的损耗率为 10%，则 2 t 该镉铁矿可制得 Cd(BrO3)2(摩尔质量为 368 gmol 1)质量为_kg。 答案(1)增大稀硫酸浓度、将固体粉碎、用玻璃棒搅拌或适当加热等措施(写出两种即可) (2)3Cd4 CH3OHH2O=3Cd2CO26H (3)将溶液中的 Fe2 氧化为 Fe3 (4)Al(OH)3、Fe(OH)3KSCN 溶液(5)1.210 19 (6)3 312 解析用稀硫酸溶解镉铁矿，其中 SiO2不溶于水和酸，通过过滤除去，即滤渣 1 为 SiO2；滤液中主 要含有 Fe2 、Fe3、Al3和 Cd4，加入 C
44、H3OH 将 Cd4还原为 Cd2，然后加入 H2O2溶液，将溶液中的 Fe2 氧化为 Fe3，再调节溶液 pH 使溶液中的 Al3和 Fe3完全转化为 Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，过滤除去不溶 物(滤渣 2)，向含有 CdSO4的滤液中加入 K2CO3生成 CdCO3沉淀，再过滤将沉淀溶于 HBrO3，最后将溶液 蒸发结晶即可得到溴酸镉，据此分析。 (1)固体溶解于稀硫酸时，采取增大稀硫酸浓度、将固体粉碎、用玻璃棒搅拌或适当加热等措施，可提 高镉的浸出率。(2)CH3OH 将 Cd4 还原为 Cd2时，产生使澄清石灰水变浑浊的气体，此气体为 CO2，结合 守恒法，可知反应的离子方程式
45、为 3Cd4 CH3OHH2O=3Cd2CO26H。(3)加入 H2O2溶液的目 的是将溶液中的 Fe2 氧化为 Fe3。(4)滤渣 2 的主要成分为 Al(OH)3、Fe(OH)3；为检验滤液中是否含有 Fe3 ，可选用的化学试剂是 KSCN 溶液。 (5)沉淀后的溶液 pH6，则 c(OH )108molL1，经阳离子交换树脂后，测得溶液中 Na比交换前 增加了 0.055 2 gL 1， 即 Na物质的量浓度增加了0.055 2 gL 1 23 gmol 1 0.002 4 molL 1， 根据 Cd22NaR=2Na CdR2，可知原溶液中 c(Cd2)0.001 2 molL1，则
46、Cd(OH)2的 Kspc(Cd2)c2(OH)1.21019。(6)2 t 该矿石中 CdO2的质量为 2106g72%1.44106g，其物质的量为1.4410 6 g 144 gmol 1 1104mol，整个流 程中镉元素的损耗率为 10%，根据原子守恒可知 Cd(BrO3)2的物质的量为 104mol(110%)9103mol， 其质量为9 103mol368 gmol 13 312 000 g3 312 kg。 3(2020江西省重点中学盟校高三联考)高纯 MnCO3在电子工业中有重要的应用，工业上利用软锰矿 (主要成分是 MnO2，还含有 Fe2O3、CaCO3、CuO 等杂质)
47、制取碳酸锰的流程如图所示： 已知：还原焙烧主反应为 2MnO2C= 焙烧 2MnOCO2。 可能用到的数据如下： 氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Cu(OH)2Mn(OH)2 开始沉淀 pH 1.56.54.28.1 沉淀完全 pH 3.79.77.410.1 根据要求回答下列问题： (1)在实验室进行步骤 A，混合物应放在_中加热；步骤 C 中的滤渣为 _。 (2)步骤 D 中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_。 (3)步骤 E 中调节 pH 的范围为_，其目的是 _。 (4)步骤 G，温度控制在 35 以下的原因是_，若 Mn2 恰好沉淀完全时测得 溶液中 CO 2 3的浓度为 2.21
48、0 6molL1，则 Ksp(MnCO3)_。 (5)生成的 MnCO3沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否干净的方法是_。 (6)现用滴定法测定产品中锰元素的含量。实验步骤：称取 3.300 g 试样，向其中加入稍过量的磷酸和 硝酸，加热使产品中 MnCO3完全转化为Mn(PO4)23 (其中 NO 3完全转化为 NO 2)；加入稍过量的硫酸铵， 发生反应 NO 2NH 4=N22H2O 以除去 NO 2；加入稀硫酸酸化，再加入 60.00 mL 0.500 molL 1硫酸 亚铁铵溶液，发生的反应为Mn(PO4)23 Fe2=Mn2Fe32PO3 4；用 5.00 mL 0.500 molL 1
49、 酸性 K2Cr2O7溶液恰好除去过量的 Fe2 。 酸性 K2Cr2O7溶液与 Fe2 反应的离子方程式为_。 试样中锰元素的质量分数为_。 答案(1)坩埚C、Cu 和 CaSO4(2)12(3)3.7pH8.1使 Fe3 转化为 Fe(OH)3而除去，且不影 响 Mn2 (4)减少碳酸氢铵的分解，提高原料利用率2.210 11 (5)取少量最后一次的洗涤液于试管中， 向其中滴加用盐酸酸化的 BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净(6)6Fe2 Cr2O2 714H =6Fe32Cr37H2O 25% 解析(1)高温焙烧物质应在坩埚中进行；根据分析可知滤渣为 C、Cu 和 CaS
50、O4。(2)步骤 D 中 MnO2 被还原成 Mn2 ，化合价降低 2 价，Fe2被氧化成 Fe3，化合价升高 1 价，根据得失电子守恒，氧化剂与还 原剂的物质的量之比为 12。 (3)此时溶液中的杂质主要为 Fe3 ，结合表中数据可知步骤 E 中调节 pH 的范 围为 3.7pH8.1，其目的是使铁离子转化为氢氧化铁而除去，而不影响 Mn2 。(4)铵盐不稳定，受热易 分解，所以步骤 G 中温度需控制在 35 以下，减少碳酸氢铵的分解，提高原料利用率；Mn2 恰好沉淀完 全时可认为c(Mn 2 ) 10 5 molL 1， Ksp(MnCO3)c(Mn2)c(CO2 3)10 52.2106
