資源簡介

第8題　以工藝流程為主流的無機(jī)綜合題
復(fù)習(xí)建議：4課時(題型突破2課時　習(xí)題2課時)
1.(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 Fe3＋ Zn2＋ Cu2＋ Fe2＋ Mg2＋
Ksp 4.0×10－38 6.7×10－17 2.2×10－20 8.0×10－16 1.8×10－11
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pH＝5，最適宜使用的X是__________(填標(biāo)號)。
A.NH3·H2O　　B.Ca(OH)2　　C.NaOH
濾渣①的主要成分是________、__________、________。
(4)向80～90 ℃的濾液①中分批加入適量KMnO4溶液充分反應(yīng)后過濾，濾渣②中有MnO2，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H2SO4反應(yīng)可以釋放HF并循環(huán)利用，同時得到的副產(chǎn)物是__________、__________。
答案　(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)B　Fe(OH)3　CaSO4　SiO2　(4)3Fe2＋＋MnO＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋　(5)置換Cu2＋為Cu從而除去　(6)CaSO4　MgSO4
解析　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)，過濾得到濾渣①為Fe(OH)3、CaSO4、SiO2，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＋，過濾得到濾渣②為Fe(OH)3和MnO2，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。(1)焙燒時，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)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；Ca(OH)2不會引入新的雜質(zhì)，且成本較低，故B適宜；NaOH會引入雜質(zhì)Na＋，且成本較高，C不適宜；當(dāng)沉淀完全時(離子濃度小于10－5mol·L－1)，結(jié)合表格Ksp計(jì)算各離子完全沉淀時的pH，pH＜5的只有Fe3＋，故濾渣①中有Fe(OH)3，又因?yàn)镃aSO4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 ℃的濾液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＋＋MnO＋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)濾渣④為CaF2、MgF2，與濃硫酸反應(yīng)可得到HF，同時得到的副產(chǎn)物為CaSO4、MgSO4。
2.(2022·全國乙卷)廢舊鉛蓄電池的鉛膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等，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) PbSO4 PbCO3 BaSO4 BaCO3
Ksp 2.5×10－8 7.4×10－14 1.1×10－10 2.6×10－9
一定條件下，一些金屬氫氧化物沉淀時的pH如下表：
金屬氫氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 Pb(OH)2
開始沉淀的pH 2.3 6.8 3.5 7.2
完全沉淀的pH 3.2 8.3 4.6 9.1
回答下列問題：
(1)在“脫硫”中PbSO4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Na2CO3的原因：_________________________________________________________________。
(2)在“脫硫”中，加入Na2CO3不能使鉛膏中BaSO4完全轉(zhuǎn)化，原因是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，還要加入H2O2。
(ⅰ)能被H2O2氧化的離子是______________________________________；
(ⅱ)H2O2促進(jìn)了金屬Pb在醋酸中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，其化學(xué)方程式為_________________________________________________________________
_________________________________________________________________；
(ⅲ)H2O2也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2，H2O2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＝＝＝≈3.4×105>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)(ⅰ)Fe2＋　(ⅱ)Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O　(ⅲ)作還原劑
(4)Fe(OH)3、Al(OH)3　(5)Ba2＋、Na＋
解析　向鉛膏中加入碳酸鈉溶液進(jìn)行脫硫便于后續(xù)的酸浸，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。(1)“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)，Ksp(PbCO3)＝7.4×10－14，Ksp(PbSO4)＝2.5×10－8，反應(yīng)PbSO4(s)＋CO(aq)??PbCO3(s)＋SO(aq)的平衡常數(shù)K＝＝＝
＝≈3.4×105>105，說明反應(yīng)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)生氧化還原反應(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，鉛元素化合價由＋4價降低到＋2價，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的pH可知，濾渣的主要成分為氫氧化鋁、氫氧化鐵。(5)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，最終轉(zhuǎn)化為了氧化鉛，因此沉鉛的濾液中，金屬離子有Ba2＋和加入碳酸鈉、氫氧化鈉時引入的Na＋。
3.(2021·全國甲卷)碘(紫黑色固體，微溶于水)及其化合物廣泛用于醫(yī)藥、染料等方面。回答下列問題：
(1)I2的一種制備方法如下圖所示：
①加入Fe粉進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為
_________________________________________________________________，
生成的沉淀與硝酸反應(yīng)，生成________后可循環(huán)使用。
②通入Cl2的過程中，若氧化產(chǎn)物只有一種，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________
_________________________________________________________________；
若反應(yīng)物用量比n(Cl2)/n(FeI2)＝1.5時，氧化產(chǎn)物為________；當(dāng)n(Cl2)/n(FeI2)>1.5后，單質(zhì)碘的收率會降低，原因是__________________________________
_________________________________________________________________。
(2)以NaIO3為原料制備I2的方法是：先向NaIO3溶液中加入計(jì)量的NaHSO3，生成碘化物；再向混合溶液中加入NaIO3溶液，反應(yīng)得到I2。上述制備I2的總反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________________。
(3)KI溶液和CuSO4溶液混合可生成CuI沉淀和I2，若生成1 mol I2，消耗的KI至少為________ mol。I2在KI溶液中可發(fā)生反應(yīng)：I2＋I(xiàn)－??I。實(shí)驗(yàn)室中使用過量的KI與CuSO4溶液反應(yīng)后，過濾，濾液經(jīng)水蒸氣蒸餾可制得高純碘。反應(yīng)中加入過量KI的原因是_____________________________________
_________________________________________________________________。
答案　(1)①2AgI＋Fe===2Ag＋Fe2＋＋2I－　AgNO3　②FeI2＋Cl2===I2＋FeCl2 　I2、FeCl3　I2被進(jìn)一步氧化
(2)2IO＋5HSO===I2＋5SO＋H2O＋3H＋　(3)4　防止單質(zhì)碘析出
解析　(1)①由流程分析可知，加入Fe粉進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式是2AgI＋Fe===2Ag＋Fe2＋＋2I－；生成的沉淀為Ag，Ag與HNO3反應(yīng)生成AgNO3，AgNO3可以循環(huán)使用。②由于還原性：I－>Fe2＋，故通入Cl2的過程中，若氧化產(chǎn)物只有一種，該產(chǎn)物應(yīng)是I2，此時反應(yīng)的化學(xué)方程式是FeI2＋Cl2===I2＋FeCl2；若＝1.5，正好將Fe2＋氧化為Fe3＋，反應(yīng)的化學(xué)方程式是2FeI2＋3Cl2===2FeCl3＋2I2；當(dāng)＞1.5后，單質(zhì)I2的收率會降低，說明Cl2可以進(jìn)一步將I2氧化為高價態(tài)的碘的化合物。(2)NaIO3具有氧化性，NaHSO3具有還原性，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaI和Na2SO4，反應(yīng)的離子方程式是IO＋3HSO===3SO＋I(xiàn)－＋3H＋；NaI和NaIO3在酸性條件下，繼續(xù)發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成I2，反應(yīng)的離子方程式是5I－＋I(xiàn)O＋6H＋===3I2＋3H2O，故制備I2的總反應(yīng)的離子方程式是2IO＋5HSO===I2＋5SO＋H2 O＋3H＋。(3)由題給信息可推斷出CuSO4和KI發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是2CuSO4＋4KI===2CuI↓＋I(xiàn)2＋2K2SO4，故若生成1 mol I2，消耗的KI至少為4 mol；I的生成增大了I2在水中的溶解度，反應(yīng)中加入過量的KI可以防止單質(zhì)碘析出。
4.(2021·全國乙卷)磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。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pH見下表：
金屬離子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋
開始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4
沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8
回答下列問題：
(1)“焙燒”中，TiO2、SiO2幾乎不發(fā)生反應(yīng)，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫酸鹽。寫出Al2O3轉(zhuǎn)化為NH4Al(SO4)2的化學(xué)方程式：_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6，依次析出的金屬離子是________________。
(3)“母液①”中Mg2＋濃度為________mol·L－1。
(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最適合的酸是________?！八崛茉钡某煞质莀_________、________。
(5)“酸溶”后，將溶液適當(dāng)稀釋并加熱，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O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　(1)Al2O3＋4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑
(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋
(3)1.0×10－6
(4)硫酸　SiO2　CaSO4
(5)TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋
(6)(NH4)2SO4
解析　(1)“焙燒”中，Al2O3和(NH4)2SO4反應(yīng)生成NH4Al(SO4)2，同時放出NH3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al2O3＋4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑。(2)由題表中Fe3＋、Al3＋、Mg2＋完全沉淀時的pH分別為3.2、4.7、11.1可知，用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6的過程中，依次析出的金屬離子是Fe3＋、Al3＋、Mg2＋。(3)依據(jù)Mg2＋完全沉淀時的pH＝11.1，可知此時c(OH－)＝10－2.9 mol·L－1，此時c(Mg2＋)＝10－5 mol·L－1，則Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝10－10.8，用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6時，c(OH－)＝10－2.4 mol·L－1，則c(Mg2＋)＝＝10－6 mol·L－1。(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，為了盡可能減少酸溶液的揮發(fā)而造成不必要的損失且保證TiO2可以完全溶解，故最好選擇硫酸；SiO2不溶于硫酸，“焙燒”生成CaSO4固體，故“酸溶”后所得“酸溶渣”的成分為SiO2、CaSO4。(5)由題意知，TiO2＋水解生成TiO2·xH2O沉淀，該反應(yīng)的離子方程式為TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋。(6)母液①的主要成分為硫酸銨和氨水，母液②的主要成分為硫酸，混合后吸收尾氣NH3，經(jīng)處理可得到(NH4)2SO4，循環(huán)利用。
考情預(yù)測：預(yù)測2023年高考仍會以元素化合物知識為載體，圍繞原料的預(yù)處理，考查影響速率的因素；圍繞經(jīng)濟(jì)原則考查循環(huán)利用；圍繞產(chǎn)品純度考查物質(zhì)的分離提純(調(diào)pH、結(jié)晶、過濾、洗滌)；圍繞核心反應(yīng)或副反應(yīng)考查物質(zhì)變化及定量關(guān)系；陌生方程式的書寫與含量計(jì)算是化工流程題的重要組成部分，也是學(xué)生失分較多的能力點(diǎn)，復(fù)習(xí)時應(yīng)加以重視！
智能點(diǎn)一　流程圖中物質(zhì)的處理、轉(zhuǎn)化與跟蹤
1.原料的預(yù)處理
方法 目的 解題指導(dǎo)
粉碎、 研磨 將塊狀或顆粒狀的物質(zhì)磨成粉末 增大反應(yīng)物接觸面積，以加快反應(yīng)速率或使反應(yīng)更充分，也是提高“浸出率”的方法之一
浸取 水浸 與水接觸反應(yīng)或溶解 (1)加熱、攪拌、適當(dāng)提高酸(或堿)濃度，可以加快浸出速率；增加浸出時間可使樣品充分溶解，可提高浸出率 (2)酸溶時所加酸的量不能太多 ①過量的酸多消耗后續(xù)調(diào)節(jié)pH所加的堿性試劑 ②如果實(shí)驗(yàn)過程有硫化物，酸過量會形成有毒氣體硫化氫
酸浸 與酸接觸反應(yīng)或溶解，使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過過濾除去
堿浸 除去油污，溶解酸性氧化物、鋁及其氧化物
灼燒 (焙燒) 1.除去可燃性雜質(zhì) 2.使原料初步轉(zhuǎn)化 ①除去硫、碳單質(zhì) ②使有機(jī)物轉(zhuǎn)化或除去有機(jī)物 ③高溫下原料與空氣中氧氣反應(yīng)等 ④使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土
[微練1]　鐵紅(Fe2O3)常用于油漆、油墨及橡膠工業(yè)。工業(yè)上以一定質(zhì)量的硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe2O3、Fe3O4，另含少量難溶雜質(zhì))為主要原料制備鐵紅的一種工藝流程如下：
已知：某些過渡元素(如Cu、Fe、Ag等)的離子能與NH3、H2O、OH－、SCN－等形成可溶性配合物。
(1)工業(yè)常將硫鐵礦燒渣經(jīng)過粉碎后再進(jìn)行“酸浸”，其目的是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2) “酸浸”時加入的硫酸不宜過量太多的原因是_________________________________________________________________。
答案　(1)增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高燒渣浸出率
(2)過量酸會增加沉淀過程中氨水的用量
2.物質(zhì)成分的跟蹤與確定
(1)濾渣的確定
(2)副產(chǎn)品的確定
(3)循環(huán)物質(zhì)的確定
[微練2]　(2021·廣東卷改編)對廢催化劑進(jìn)行回收可有效利用金屬資源。某廢催化劑主要含鋁(Al)、鉬(Mo)、鎳(Ni)等元素的氧化物，一種回收利用工藝的部分流程如下：
已知：25 ℃時，H2CO3的Ka1＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11；Ksp(BaMoO4)＝3.5×10－8；
該工藝中，pH>6.0時，溶液中Mo元素以MoO的形態(tài)存在。
(1)“水浸”中，形成的Ni(正三價)固體為________。
(2) “沉鋁”中，生成的沉淀X為________。
(3)“沉鉬”中，pH為7.0，生成的含Mo固體為________。
(4)①濾液Ⅲ中，主要存在的鈉鹽有NaCl和Y，往濾液Ⅲ中添加適量NaCl固體后，通入足量氨氣，再通入足量CO2，可析出Y，Y是________。
答案　(1)Ni2O3　(2)Al(OH)3
(3)BaMoO4　(4)NaHCO3
智能點(diǎn)二　流程中的操作及條件控制
1.物質(zhì)的分離與提純
操作目的 答題指導(dǎo)
過濾 固體與液體的分離；要分清楚需要的物質(zhì)在濾液中還是在濾渣中。濾渣是難溶的物質(zhì)，如SiO2、PbSO4、難溶的金屬氫氧化物和碳酸鹽等
萃取與分液 選用合適的萃取劑(如四氯化碳、金屬萃取劑)，萃取后，靜置、分液——將分液漏斗玻璃塞的凹槽與分液漏斗口的小孔對準(zhǔn)。下層液體從下口放出，上層液體從上口倒出
加入氧化劑(或還原劑) ①轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物的價態(tài) ②除去雜質(zhì)離子(如把Fe2＋氧化成Fe3＋，而后調(diào)溶液的pH，使其轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀除去)
加入沉淀劑 ①生成硫化物沉淀(如加入硫化鈉、硫化銨、硫化亞鐵等) ②加入可溶性碳酸鹽，生成碳酸鹽沉淀 ③加入氟化鈉，除去Ca2＋、Mg2＋
洗滌晶體 洗滌試劑 適用范圍 目的
蒸餾水 冷水 產(chǎn)物不溶于水 除去固體表面吸附著的××雜質(zhì)；可適當(dāng)降低固體因?yàn)槿芙舛斐傻膿p失
熱水 有特殊的物質(zhì)其溶解度隨著溫度升高而下降 除去固體表面吸附著的××雜質(zhì)；可適當(dāng)降低固體因?yàn)闇囟茸兓芙舛斐傻膿p失
有機(jī)溶劑 (酒精、丙酮等) 固體易溶于水、難溶于有機(jī)溶劑 減少固體溶解；利用有機(jī)溶劑的揮發(fā)性除去固體表面的水分，產(chǎn)品易干燥
飽和溶液 對純度要求不高的產(chǎn)品 減少固體溶解
酸、堿溶液 產(chǎn)物不溶于酸、堿 除去固體表面吸附著的可溶于酸、堿的雜質(zhì)；減少固體溶解
洗滌沉淀方法：向過濾器中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流下后，重復(fù)以上操作2～3次
[微練3]　(2021·浙江1月選考)某興趣小組用鉻鐵礦[Fe(CrO2)2]制備K2Cr2O7晶體，流程如下：
已知：4Fe(CrO2)2＋10Na2CO3＋7O28Na2CrO4＋4NaFeO2＋10CO2、2H＋＋2CrO??Cr2O＋H2O
相關(guān)物質(zhì)的溶解度隨溫度變化如下圖。
請回答下列問題：
(1)下列說法正確的是________(填字母)。
A.步驟Ⅱ，低溫可提高浸取率
B.步驟Ⅱ，過濾可除去NaFeO2水解產(chǎn)生的Fe(OH)3
C.步驟Ⅲ，酸化的目的主要是使Na2CrO4轉(zhuǎn)變?yōu)镹a2Cr2O7
D.步驟Ⅳ，所得濾渣的主要成分是Na2SO4和Na2CO3
(2)步驟Ⅴ，重結(jié)晶前，為了得到雜質(zhì)較少的K2Cr2O7粗產(chǎn)品，從下列選項(xiàng)中選出合理的操作(操作不能重復(fù)使用)并排序：溶解KCl→(____)→(____)→(____)→(____)→重結(jié)晶。
a.50 ℃蒸發(fā)溶劑
b.100 ℃蒸發(fā)溶劑
c.抽濾
d.冷卻至室溫
e.蒸發(fā)至溶液出現(xiàn)晶膜，停止加熱
f.蒸發(fā)至溶液中出現(xiàn)大量晶體，停止加熱
答案　(1)BC　(2)a　e　d　c
解析　(1)A.根據(jù)溶解度隨溫度變化的關(guān)系，Na2CrO4在低溫時溶解度小，低溫不能提高其浸取率，A錯誤；B.NaFeO2水解反應(yīng)為：NaFeO2＋2H2O===NaOH＋Fe(OH)3，因此過濾可除去NaFeO2水解生成的Fe(OH)3，B正確；C.加硫酸酸化時發(fā)生的主要反應(yīng)為：2H＋＋2CrO??Cr2O＋H2O，C正確；D.步驟Ⅲ中，酸化時會使過量的Na2CO3反應(yīng)生成Na2SO4，因此步驟Ⅳ中所得濾渣的主要成分是Na2SO4，D錯誤。
(2)蒸發(fā)溶劑時應(yīng)選擇50 ℃而不是100 ℃，因?yàn)?0 ℃時K2Cr2O7的溶解度小于Na2Cr2O7和KCl的溶解度，有利于Na2Cr2O7轉(zhuǎn)化為K2Cr2O7，在蒸發(fā)至出現(xiàn)晶膜時停止加熱后，應(yīng)冷卻至室溫，然后抽濾，操作的正操順序?yàn)閍edc。
2.常見的流程中的條件控制
條件控制 答題指導(dǎo)
控制溶液的pH ①調(diào)節(jié)溶液的酸堿性，使金屬離子形成氫氧化物沉淀析出(或抑制水解) ②“酸作用”還可除去氧化物(膜) ③“堿作用”還可除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅等 ④特定的氧化還原反應(yīng)需要的酸性條件(或堿性條件)
控制溫度(常用水浴、冰水浴或油浴) ①防止副反應(yīng)的發(fā)生 ②使化學(xué)平衡移動；控制化學(xué)反應(yīng)的方向 ③控制固體的溶解與結(jié)晶 ④控制反應(yīng)速率；使催化劑達(dá)到最大活性 ⑤升溫：促進(jìn)溶液中的氣體逸出，使某物質(zhì)達(dá)到沸點(diǎn)揮發(fā) ⑥加熱煮沸：促進(jìn)水解，聚沉后利于過濾分離 ⑦趁熱過濾：減少因降溫而析出的溶質(zhì)的量 ⑧降溫：防止物質(zhì)高溫分解或揮發(fā)；降溫(或減壓)可以減少能源成本，降低對設(shè)備的要求
[微練4]　(2020·全國卷Ⅰ)釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以＋3、＋4、＋5價的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3。
該工藝條件下，溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
金屬離子 Fe3＋ Fe2＋ Al3＋ Mn2＋
開始沉淀pH 1.9 7.0 3.0 8.1
完全沉淀pH 3.2 9.0 4.7 10.1
回答下列問題：
(1)“酸浸氧化”需要加熱，其原因是______________________________
_________________________________________________________________。
(2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VO，同時還有________離子被氧化。寫出VO＋轉(zhuǎn)化為VO反應(yīng)的離子方程式____________________________
_________________________________________________________________。
(3)“調(diào)pH”中有沉淀生成，生成沉淀反應(yīng)的化學(xué)方程式是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(4)“沉釩”中析出NH4VO3晶體時，需要加入過量NH4Cl，其原因是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案　(1)加快酸浸和氧化反應(yīng)速率(促進(jìn)氧化完全)　(2)Fe2＋　VO＋＋MnO2＋2H＋===VO＋Mn2＋＋H2O
(3)NaAl(OH)4＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O
(4)利用同離子效應(yīng)，促進(jìn)NH4VO3盡可能析出完全
解析　(1)“酸浸氧化”中溫度較低時，酸浸和氧化反應(yīng)速率較慢。為了加快酸浸和氧化反應(yīng)速率，需要加熱。(2)從原料看，“酸浸氧化”中四氧化三鐵溶于稀硫酸，發(fā)生反應(yīng)Fe3O4＋4H2SO4===FeSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O，加入的二氧化錳除氧化VO＋和VO2＋外，還氧化Fe2＋。VO＋轉(zhuǎn)化為VO反應(yīng)的離子方程式為VO＋＋MnO2＋2H＋===VO＋Mn2＋＋H2O。(3)pH＝8.5時鋁元素沉淀，故“調(diào)pH”時生成氫氧化鋁沉淀，反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaAl(OH)4＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O。(4)“沉釩”時要使NH4VO3盡可能析出完全，利用同離子效應(yīng)，加入過量NH4Cl可達(dá)到此目的。
【創(chuàng)新微點(diǎn)】
1.反萃取原理
反萃取是利用反萃取劑使被萃取物從負(fù)載有機(jī)相返回水相的過程，為萃取的逆過程。反萃取劑主要起破壞有機(jī)相中被萃組分結(jié)構(gòu)的作用，使被萃組分生成易溶于水的化合物，或生成既不溶于水也不溶于有機(jī)相的沉淀。經(jīng)過反萃取及所得反萃液經(jīng)過進(jìn)一步處理后，便得到被分離物的成品。反萃后經(jīng)洗滌不含或少含萃合物的有機(jī)相稱再生有機(jī)相，繼續(xù)循環(huán)使用。
[微練5]　(2022·衡陽聯(lián)考)二氧化鈰(CeO2)是重要的稀土氧化物。以氟碳鈰礦(主要含CeFCO3)為原料制備CeO2的一種工藝流程如下：
已知：①CeO2具有較強(qiáng)的氧化性，難溶于一般的酸或堿。
②F－能和很多金屬離子形成較為穩(wěn)定的配合物，如Ce4＋能與F－結(jié)合成CeF3＋，Al3＋也能與F－結(jié)合成AlF；它的這種性質(zhì)有利于酸浸步驟，卻不利于后續(xù)的沉淀步驟。
③Ce4＋能被萃取劑 TBP 萃取，而Ce3＋不能?；卮鹣铝袉栴}：
(1) TBP是一種有機(jī)萃取劑，“萃取”時存在反應(yīng)CeF3＋＋TBP??CeTBP4＋＋F－，氟洗液中添加 Al3＋的作用是____________________________________。
(2)“反萃取”步驟中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________________________________________________________________。
答案　(1)Al3＋能與F－結(jié)合成AlF，使萃取平衡正向移動
(4)2CeTBP4＋＋H2O2??2Ce3＋＋O2↑＋2H＋＋2TBP
2.陌生圖像中條件的選擇與控制
條件控制是化學(xué)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中的重要手段，通過控制條件使反應(yīng)向著實(shí)際需要的方向進(jìn)行和轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)間的分離和提純，通過圖像選擇合適條件是工藝流程題的常見出題形式，在選擇復(fù)合條件時，注意綜合坐標(biāo)的含義，以及該條件與分離、提純或制備的關(guān)系。
[微練6]　(1)Fe3＋的萃取率與溶液的pH和接觸時間之間的關(guān)系如圖，據(jù)此分析，萃取的最佳條件為____________________________________________。
(2)“電解”工藝制鋅時Zn2＋利用率較低，廢液中有大量的Zn2＋殘留。某化工廠擬采用改變酸鋅比凈化廢液的方式來提高原料的利用率，降低成本。下圖是工業(yè)生產(chǎn)中不同酸鋅比時凈化液利用率對電解時直流電耗能影響關(guān)系圖。根據(jù)下圖分析，該工廠凈化廢液時的最佳酸鋅比為________(填寫序號)。
A.5∶1 B.6∶1 C.7∶1 D.10∶1
答案　(1)pH＝1.7下萃取60 min　(2)C
【題型建?！俊』ち鞒填}中的“流程分析”
結(jié)構(gòu)圖解
流程框圖 (2021·湖南卷)Ce2(CO3)3可用于催化劑載體及功能材料的制備。天然獨(dú)居石中，鈰(Ce)主要以CePO4形式存在，還含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物質(zhì)。以獨(dú)居石為原料制備Ce2(CO3)3·nH2O的工藝流程如下：
問題設(shè)計(jì) (1)鈰的某種核素含有58個質(zhì)子和80個中子，該核素的符號為________； (2)為提高“水浸”效率，可采取的措施有________(至少寫兩條)； (3)濾渣Ⅲ的主要成分是________(填化學(xué)式)； (4)加入絮凝劑的目的是________； (5)“沉鈰”過程中，生成Ce2(CO3)3·nH2O的離子方程式為________________________________________________ ________________________________________________， 常溫下加入的NH4HCO3溶液呈________(填“酸性”“堿性”或“中性”)(已知：NH3·H2O的Kb＝1.75×10－5，H2CO3的Ka1＝4.4×10－7，Ka2＝4.7×10－11)； (6)濾渣Ⅱ的主要成分為FePO4，在高溫條件下，Li2CO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制備電極材料LiFePO4，同時生成CO和H2O，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________ ________________________________________________。
解題建模 1.挖掘題干信息，分析原材料，確定主要成分及所含雜質(zhì)。 2.原材料預(yù)處理，通過酸浸和堿浸等手段，完成初步分離。 3.分析核心反應(yīng)，通過氧化、中和及離子交換等手段完成主要物質(zhì)到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化。 4.產(chǎn)品的分離與提純及含量測定，通過沉淀、結(jié)晶及煅燒等手段，得到粗品，通過滴定等定量過程，完成含量測定。
標(biāo)準(zhǔn)答案 (1)Ce (2)攪拌、適當(dāng)升高溫度(合理即可) (3)Al(OH)3 (4)促進(jìn)Al(OH)3膠體聚沉，便于分離 (5)2Ce3＋＋6HCO＋(n－3)H2O===Ce2(CO3)3·nH2O↓＋3CO2↑　堿性 (6)6FePO4＋3Li2CO3＋C6H12O66LiFePO4＋9CO↑＋6H2O↑
【分點(diǎn)突破】
微題型1　以工業(yè)廢料及礦物為原料通過分離、提純制備物質(zhì)類工藝流程題(主)
[精練1]　(2022·遼寧卷)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焙燒時過量的MnO2分解為Mn2O3，F(xiàn)eS2轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2O3；
②金屬活動性：Fe>(H)>Bi>Cu；
③相關(guān)金屬離子形成氫氧化物的pH范圍如下：
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
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____________________________________________。
答案　(1)ab
(2)2Bi2S3＋9O22Bi2O3＋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　聯(lián)合焙燒：由已知信息①和第(2)問題干可知，發(fā)生轉(zhuǎn)化：Bi2S3―→Bi2O3＋SO2、FeS2―→Fe2O3＋SO2、MnO2―→Mn2O3＋MnSO4，故聯(lián)合焙燒后得到Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3、MnSO4和SiO2；水浸：MnSO4進(jìn)入濾液，濾渣為Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3和SiO2；酸浸：加入過量濃鹽酸后，Bi2O3和Fe2O3發(fā)生轉(zhuǎn)化：Bi2O3―→Bi3＋、Fe2O3―→Fe3＋，因Mn2O3有氧化性，會與濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)：Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O，氣體A為Cl2，濾渣主要為不溶于濃鹽酸的SiO2，濾液中金屬離子為Bi3＋、Fe3＋、Mn2＋；第(4)(5)問轉(zhuǎn)化：由已知信息②知，F(xiàn)e的金屬活動性強(qiáng)于Bi，且調(diào)pH＝2.6時Mn2＋和Fe2＋進(jìn)入濾液，可知加入金屬Bi的目的是將Fe3＋還原為Fe2＋。(1)a.聯(lián)合焙燒時，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；b.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；c.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。(2)Bi2S3在空氣中單獨(dú)焙燒生成Bi2O3，根據(jù)原子守恒可知還應(yīng)生成SO2，結(jié)合得失電子守恒，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Bi2S3＋9O22Bi2O3＋6SO2；(3)加入濃鹽酸后，溶液中含有的離子主要為Bi3＋、Fe3＋、Mn2＋、H＋、Cl－，而酸浸后取濾液進(jìn)行轉(zhuǎn)化，故要防止金屬離子水解生成沉淀，進(jìn)入濾渣，造成制得的BiOCl產(chǎn)率偏低；(4)濾渣主要為不溶于濃鹽酸的SiO2，答案為SiO2；(5)因Mn2O3有氧化性，會與濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)：Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O；(6)由已知信息③知，調(diào)pH＝2.6時，F(xiàn)e3＋會水解生成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。
[精練2]　(2022·沈陽質(zhì)監(jiān))鎳及其化合物在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，工業(yè)上用紅土鎳礦[主要成分為Mg3Si2O5(OH)4、Fe2MgO4、NiO、FeO、Fe2O3]為原料，采用硫酸銨焙燒法選擇性提取鎳并回收副產(chǎn)物黃銨鐵礬[化學(xué)式可表示為(NH4)xFey(SO4)z(OH)w，摩爾質(zhì)量為480 g·mol－1]的工藝流程如圖所示：
已知：①2[Mg3Si2O5(OH)4]＋9(NH4)2SO4
3(NH4)2Mg2(SO4)3＋12NH3↑＋4SiO2＋10H2O↑
②2Fe2MgO4＋15(NH4)2SO4
(NH4)2Mg2(SO4)3＋16NH3↑＋4(NH4)3Fe(SO4)3＋8H2O↑
③常溫下，NiSO4易溶于水，NiOOH不溶于水
(1)除鐵時加入的H2O2的用量高于理論用量的原因是_________________________________________________________________
_________________________________________________________(寫兩條)。
(2)經(jīng)分析礦樣中大部分鐵仍以氧化物形式存在于“浸渣”中，只有部分FeO在空氣中焙燒時與(NH4)2SO4反應(yīng)生成Fe2(SO4)3，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
“浸渣”的主要成分除含有鐵元素的化合物外還有________(填化學(xué)式)。
(3)若殘留在浸出液中的鐵完全轉(zhuǎn)化為黃銨鐵釩除去，“除鐵”時通入NH3調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是________。
該工藝條件下，Ni2＋生成Ni(OH)2沉淀，F(xiàn)e3＋生成Fe(OH)3或黃銨鐵礬沉淀，開始沉淀和沉淀完全時的pH如表：
沉淀物 Ni(OH)2 Fe(OH)3 黃銨鐵釩
開始沉淀時的pH 7.1 2.7 1.3
沉淀完全(c＝1×10－5 mol·L－1)時的pH 9.2 3.7 2.3
(4)“沉鎳”時pH調(diào)為9.0，濾液中Ni2＋濃度約為________ mol·L－1(100.4≈2.5)。
(5)由所得濾液獲得穩(wěn)定的MgSO4·7H2O的操作依次是________、過濾、洗滌、干燥。
(6)對黃銨鐵礬進(jìn)行熱分解實(shí)驗(yàn)。其結(jié)果如圖所示，則黃銨鐵釩的化學(xué)式為________。(已知：黃銨鐵礬在300 ℃前分解釋放的物質(zhì)為H2O，300～575 ℃之間只有NH3和H2O放出，此時殘留固體只存在Fe、O、S三種元素，670 ℃以上得到的是純凈的紅棕色粉末)
答案　(1)過氧化氫不穩(wěn)定，受熱易分解；過氧化氫在Fe3＋催化下分解
(2)4FeO＋O2＋6(NH4)2SO42Fe2(SO4)3＋12NH3↑＋6H2O↑　SiO2
(3)2.3～2.7　(4)2.5×10－5或10－4.6
(5)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶
(6)NH4Fe3(SO4)2(OH)6
解析　(2)由題意知，F(xiàn)eO在空氣中焙燒時與O2、(NH4)2SO4反應(yīng)生成Fe2(SO4)3、NH3和H2O。由礦樣的成分和流程圖知，“浸渣”中還有SiO2。(3)要使殘留在浸出液中的鐵完全轉(zhuǎn)化為黃銨鐵礬除去，F(xiàn)e3＋、Ni2＋不能生成氫氧化物沉淀，則應(yīng)調(diào)節(jié)的pH范圍為2.3～2.7。(4)由鎳離子沉淀完全時的pH為9.2知，Ksp[Ni(OH)2]＝c(Ni2＋)·c2(OH－)＝10－5×(10－4.8)2＝10－14.6，則當(dāng)pH為9.0即c(OH－)＝10－5 mol·L－1時，c(Ni2＋)＝＝ mol·L－1＝10－4.6 mol·L－1＝100.4×10－5 mol·L－1＝2.5×10－5 mol·L－1。(6)已知(NH4)xFey(SO4)z(OH)w摩爾質(zhì)量為480 g·mol－1，可設(shè)進(jìn)行熱分解實(shí)驗(yàn)的(NH4)xFey(SO4)z(OH)w為1 mol，即480 g，根據(jù)元素守恒知，670 ℃以上得到的純凈的紅棕色粉末為Fe2O3，由圖可知，其物質(zhì)的量為＝1.5 mol，則y＝1.5×2＝3；由已知信息可知，固體質(zhì)量由400 g減少為240 g時，減少的為SO3的質(zhì)量，其物質(zhì)的量為＝2 mol，則z＝2；由化合物中各元素正負(fù)化合價代數(shù)和為0可得(＋1)×x＋3×(＋3)＋2×(－2)＋w×(－1)＝0，原始固體質(zhì)量為480 g，即18x＋3×56＋2×96＋17w＝480，兩式聯(lián)立解得x＝1，w＝6，故該物質(zhì)的化學(xué)式為NH4Fe3(SO4)2(OH)6。
[精練3]　(2022·河南名校適應(yīng)性測試)我國科學(xué)家利用一種廉價、高效的鈰基催化劑，解決了在室溫下把甲烷一步轉(zhuǎn)化為液態(tài)產(chǎn)品的科學(xué)難題。二氧化鈰是常用的催化劑，以氟碳鈰礦(主要成分為CeFCO3)制備CeO2的工藝流程如圖所示：
已知：CeO2難溶于稀鹽酸，可溶于濃鹽酸；Ce2O3可溶于稀鹽酸。
請回答下列問題：
(1)CeFCO3中鈰的化合價為________；將氟碳鈰礦研磨成精礦的目的是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)碳酸氫鈉在270 ℃時可完全分解。500 ℃時在空氣中焙燒，CeFCO3與Na2CO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CeO2與Ce2O3(2∶1)、NaF及一種氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)焙燒后對產(chǎn)物進(jìn)行水洗，水洗液不宜使用玻璃容器盛裝的原因是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(4)工業(yè)生產(chǎn)中，不僅要考慮目標(biāo)產(chǎn)物的含量，還要綜合考慮生產(chǎn)過程中的時間效率。酸浸時，CeO2含量隨鹽酸濃度、酸浸溫度的變化曲線如圖所示，則最適宜的鹽酸濃度和酸浸溫度為________；當(dāng)溫度升高到一定程度后，CeO2含量隨溫度升高而減小，其原因可能是___________________________________________
_________________________________________________________________。
(5)室溫下，向酸浸液中加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH使Ce3＋沉淀完全(通常認(rèn)為殘留在溶液中的離子濃度小于1×10－5 mol·L－1時，沉淀就達(dá)完全)，則應(yīng)調(diào)節(jié)pH大于________(Ksp[Ce(OH)3]＝1.0×10－20)。
(6)為測定酸浸液中CeCl3的濃度，現(xiàn)量取酸浸液V1 mL，加入過量過硫酸銨溶液將Ce3＋氧化為Ce4＋，加熱煮沸2 min，然后用c mol/L (NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，測得終點(diǎn)時消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液V2 mL，則CeCl3的濃度為________ mol·L－1(已知：過硫酸銨具有強(qiáng)氧化性，受熱易分解；Fe2＋＋Ce4＋===Ce3＋＋Fe3＋)。若上述過程中沒有進(jìn)行煮沸操作，則測定結(jié)果將會________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。
答案　(1)＋3　增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率　(2)8CeFCO3＋O2＋4Na2CO34CeO2＋2Ce2O3＋8NaF＋12CO2
(3)NaF水溶液中F－發(fā)生水解反應(yīng)生成HF，會腐蝕玻璃容器
(4)3 mol/L，45 ℃　溫度過高，加快鹽酸揮發(fā)，鹽酸濃度降低較快，浸出率降低
(5)9　(6)　偏大
解析　焙燒時加入碳酸氫鈉分解得到碳酸鈉，CeFCO3與Na2CO3反應(yīng)的化學(xué)方程式為8CeFCO3＋O2＋4Na2CO34CeO2＋2Ce2O3＋8NaF＋12CO2，加水過濾后得濾渣，已知CeO2難溶于稀鹽酸，可溶于濃鹽酸；Ce2O3可溶于稀鹽酸，加入稀鹽酸酸浸可得CeO2。(1)根據(jù)化合價代數(shù)和為零，F(xiàn)為－1價，碳酸根為－2價，所以氟碳鈰礦中鈰的化合價為＋3價；將氟碳鈰礦研磨成精礦的目的是增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率；(2)CeFCO3中Ce化合價為＋3價，生成CeO2與Ce2O3(2∶1)，Ce化合價升高，則每生成1 mol CeO2時失去1 mol電子，有氧氣參與反應(yīng)，還生成一種氣體，是O元素化合價降低生成CO2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為8CeFCO3＋O2＋4Na2CO34CeO2＋2Ce2O3＋8NaF＋12CO2；(3)焙燒后產(chǎn)物有NaF，進(jìn)行水洗，F(xiàn)－發(fā)生水解反應(yīng)生成HF，會腐蝕玻璃容器，故水洗液不宜使用玻璃容器盛裝；(4)綜合考慮生產(chǎn)的時間效率，最適宜的鹽酸濃度為3 mol/L，最適宜的酸浸溫度為45 ℃，此時CeO2含量最高；當(dāng)溫度升高到一定程度后，CeO2含量隨溫度升高而減小，其原因可能是溫度過高，加快鹽酸揮發(fā)，鹽酸濃度降低較快，浸出率降低；(5)已知Ce3＋沉淀完全時c(Ce3＋)小于1×10－5mol·L－1，Ksp[Ce(OH)3]＝1.0×10－20，則c(OH－)＝＝＝1.0×10－5 mol/L，室溫下，c(H＋)＝＝＝10－9 mol/L，則應(yīng)調(diào)節(jié)pH大于9；(6)已知滴定原理Fe2＋＋Ce4＋===Ce3＋＋Fe3＋，n(CeCl3)＝n(Fe2＋)＝n[(NH4)2Fe(SO4)2]＝cV2×10－3 mol，CeCl3的濃度為c＝＝ mol/L，若上述過程中沒有進(jìn)行煮沸操作，由于過量的過硫酸銨溶液也會和亞鐵離子反應(yīng)，所以測定結(jié)果將會偏大。
微題型2　工藝流程與實(shí)驗(yàn)結(jié)合類無機(jī)綜合題
[精練4]　(2022·馬鞍山質(zhì)監(jiān))鈦酸鋇(BaTiO3)具有優(yōu)良的鐵電，壓電和絕緣性能，在電子陶瓷中使用廣泛。某興趣小組設(shè)計(jì)方案在實(shí)驗(yàn)室里制備鈦酸鋇并測定其純度，制備簡易流程如下：
已知：室溫下，TiCl4為無色液體，易揮發(fā)。
(1)“共沉”在如圖裝置中完成，儀器A的進(jìn)水口是________(填“a”或“b”)；儀器B的名稱是________；“共沉”時反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)“減壓過濾”如圖裝置，減壓的目的是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)在實(shí)驗(yàn)室中研細(xì)固體一般使用儀器名稱是________，“煅燒”時反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________________________。
(4)產(chǎn)品純度與“共沉”反應(yīng)時間和“煅燒”時間的關(guān)系如下圖所示，你認(rèn)為最佳“共沉”反應(yīng)時間和“煅燒”時間分別為________ h、________ h。
答案　(1)b　三頸燒瓶(三頸圓底燒瓶、三口燒瓶)　TiCl4＋BaCl2＋(NH4)2CO3＋4NH3·H2O===Ti(OH)4↓＋BaCO3↓＋6NH4Cl
(2)加快過濾速率，得到較為干燥的沉淀
(3)研缽　BaCO3＋Ti(OH)4===BaTiO3＋CO2↑＋2H2O
(4)3　4
解析　(1)儀器A是球形冷凝管，冷凝水是下進(jìn)上出，進(jìn)水口是b，儀器B的名稱是三頸燒瓶；“共沉”時反應(yīng)的化學(xué)方程式為TiCl4＋BaCl2＋(NH4)2CO3＋4NH3·H2O===Ti(OH)4↓＋BaCO3↓＋6NH4Cl；(2)“減壓過濾”操作中減壓的目的是加快過濾速率，得到較為干燥的沉淀；(3)在實(shí)驗(yàn)室中研細(xì)固體一般使用儀器名稱是研缽；“煅燒”時BaCO3和Ti(OH)4反應(yīng)生成BaTiO3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為BaCO3＋Ti(OH)4===BaTiO3＋CO2↑＋2H2O；(4)由圖可知“共沉”反應(yīng)時間為3 h、“煅燒”時間為4 h時產(chǎn)品純度最高，則時間最佳。
[精練5]　(2022·漢中十校聯(lián)考)以Cl2、NaOH、CO(NH2)2(尿素)和SO2為原料可制備N2H4·H2O(水合肼)和無水Na2SO3，其主要實(shí)驗(yàn)流程如圖：
已知：①Cl2＋2OH－===ClO－＋Cl－＋H2O是放熱反應(yīng)；②N2H4·H2O沸點(diǎn)約118 ℃，
具有強(qiáng)還原性，能與NaClO劇烈反應(yīng)生成N2。
(1)步驟Ⅰ為制備NaClO溶液，若溫度超過40 ℃，則Cl2與NaOH溶液反應(yīng)生成NaClO3和NaCl。該反應(yīng)的離子方程式為_________________________________________________________________
_________________________________________________________________；
實(shí)驗(yàn)中為避免反應(yīng)過于劇烈，放出大量的熱而導(dǎo)致溫度升高，副反應(yīng)加劇，除可以用冰水浴控制溫度外，還可以采取的措施為_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)步驟Ⅱ?yàn)楹铣蒒2H4·H2O的裝置如圖1所示。NaClO堿性溶液與尿素水溶液在40 ℃以下反應(yīng)一段時間后，再迅速升溫至110 ℃繼續(xù)反應(yīng)。
圖1
①圖1中儀器a的名稱為________，其盛裝的溶液是________[填“NaClO堿性溶液”或“CO(NH2)2水溶液”]。
②寫出合成N2H4·H2O的反應(yīng)的離子方程式：_________________________________________________________________
_________________________________________________________________；
使用冷凝管的目的是_______________________________________________。
(3)步驟Ⅳ為用步驟Ⅲ得到的副產(chǎn)品Na2CO3溶液制備無水Na2SO3(已知水溶液中H2SO3、HSO、SO隨pH的分布如圖2所示，Na2SO3的溶解度曲線如圖3所示)。
①邊攪拌邊向Na2CO3溶液中通入SO2制備NaHSO3溶液。實(shí)驗(yàn)中確定停止通SO2的實(shí)驗(yàn)操作為__________________________________________________。
②請補(bǔ)充完整由NaHSO3溶液制備無水Na2SO3的實(shí)驗(yàn)方案：邊攪拌邊向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液，測量溶液pH，pH約為________時，停止滴加NaOH溶液，加熱濃縮溶液至有大量晶體析出，在高于________ ℃條件下趁熱過濾，用少量無水乙醇洗滌，干燥，密封保存。
答案　(1)3Cl2＋6OH－ClO＋5Cl－＋3H2O　減慢氯氣通入速度或減小氫氧化鈉溶液濃度
(2)①分液漏斗　NaClO 堿性溶液
②2OH－＋ClO－＋CO(NH2)2===Cl－＋N2H4·H2O＋CO　減少水合肼的揮發(fā)
(3)①測量溶液的pH，若pH約為4時，停止通SO2?、?0　34
解析　由實(shí)驗(yàn)流程可知步驟Ⅰ為氯氣和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，生成NaClO，為避免生成NaClO3，應(yīng)控制溫度在40 ℃以下，生成的NaClO與尿素反應(yīng)生成N2H4·H2O和Na2CO3，可用蒸餾的方法分離出N2H4·H2O，副產(chǎn)品Na2CO3溶液中通入二氧化硫，可制得Na2SO3，結(jié)合對應(yīng)物質(zhì)的性質(zhì)以及題給信息解答該題。(1)溫度超過40 ℃，Cl2與NaOH溶液反應(yīng)生成 NaClO3和NaCl，反應(yīng)的離子方程式為3Cl2＋6OH－ClO＋5Cl－＋3H2O，實(shí)驗(yàn)中控制溫度除用冰水浴外，還應(yīng)控制通入氯氣的速率，避免反應(yīng)過于劇烈，放出大量的熱而導(dǎo)致溫度升高。(2)①圖1中儀器a的名稱為分液漏斗，實(shí)驗(yàn)中通過分液漏斗滴加的溶液是NaClO堿性溶液，避免N2H4·H2O與NaClO劇烈反應(yīng)生成N2，故分液漏斗盛裝的溶液是NaClO 堿性溶液。②合成N2H4·H2O發(fā)生的反應(yīng)的離子方程式為：2OH－＋ClO－＋CO(NH2)2===Cl－＋N2H4·H2O＋CO，N2H4·H2O沸點(diǎn)約118 ℃，為避免N2H4·H2O的揮發(fā)，可使用冷凝管回流；(3)用Na2CO3制備無水Na2SO3，在Na2CO3溶液中通入過量的二氧化硫生成NaHSO3，然后在NaHSO3溶液中加入NaOH溶液可生成Na2SO3，①由圖像可知，如溶液pH約為4時，可完全反應(yīng)生成NaHSO3，此時可停止通入二氧化硫，可通過測量溶液pH的方法控制。②由NaHSO3溶液制備無水Na2SO3，可邊攪拌邊向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液，測量溶液pH，由圖像可知pH約為10時，可完全反應(yīng)生成Na2SO3，此時停止滴加NaOH溶液，加熱濃縮溶液至有大量晶體析出，由圖像3可知在高于34 ℃條件下趁熱過濾，可得到無水Na2SO3。
題型特訓(xùn)
題型特訓(xùn)1　以工業(yè)廢料及礦物為原料制備物質(zhì)類工藝流程題
1.(2022·廣東卷)稀土(RE)包括鑭、釔等元素，是高科技發(fā)展的關(guān)鍵支撐。我國南方特有的稀土礦可用離子交換法處理，一種從該類礦(含鐵、鋁等元素)中提取稀土的工藝如下：
已知：月桂酸(C11H23COOH)的熔點(diǎn)為44 ℃；月桂酸和(C11H23COO)3RE均難溶于水。該工藝條件下，稀土離子保持＋3價不變；(C11H23COO)2Mg的Ksp＝1.8×10－8，Al(OH)3開始溶解時的pH為8.8；有關(guān)金屬離子沉淀的相關(guān)pH見下表。
離子 Mg2＋ Fe3＋ Al3＋ RE3＋
開始沉淀時的pH 8.8 1.5 3.6 6.2～7.4
沉淀完全時的pH / 3.2 4.7 /
(1)“氧化調(diào)pH”中，化合價有變化的金屬離子是__________。
(2)“過濾1”前，用NaOH溶液調(diào)pH至__________的范圍內(nèi)，該過程中Al3＋發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____________________________________________。
(3)“過濾2”后，濾餅中檢測不到Mg元素，濾液2中Mg2＋濃度為2.7 g·L－1。為盡可能多地提取RE3＋，可提高月桂酸鈉的加入量，但應(yīng)確?！斑^濾2”前的溶液中c(C11H23COO－)低于__________ mol·L－1(保留兩位有效數(shù)字)。
(4)①“加熱攪拌”有利于加快RE3＋溶出、提高產(chǎn)率，其原因是_________________________________________________________________。
②“操作X”的過程為先________，再固液分離。
(5)該工藝中，可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有__________(寫化學(xué)式)。
(6)稀土元素釔(Y)可用于制備高活性的合金類催化劑Pt3Y。
①還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時，生成1 mol Pt3Y轉(zhuǎn)移__________ mol電子。
②Pt3Y/C用作氫氧燃料電池電極材料時，能在堿性溶液中高效催化O2的還原，發(fā)生的電極反應(yīng)為_______________________________________________。
答案　(1)Fe2＋　(2)4.7≤pH<6.2　Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓　(3)4.0×10－4
(4)①加熱攪拌可加快反應(yīng)速率?、诶鋮s結(jié)晶　(5)MgSO4　(6)①15　②O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析　由流程可知，該類礦(含鐵、鋁等元素)加入酸化MgSO4溶液浸取，得到的浸取液中含有RE3＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、SO等離子，經(jīng)氧化調(diào)pH使Fe3＋、Al3＋形成沉淀，經(jīng)過濾除去，濾液1中含有RE3＋、Mg2＋、SO等離子，加入月桂酸鈉，使RE3＋形成(C11H23COO)3RE沉淀，濾液2主要含有MgSO4溶液，可循環(huán)利用，濾餅加鹽酸，經(jīng)加熱攪拌溶解后，再冷卻結(jié)晶，析出月桂酸，再固液分離得到RECl3溶液。(1)由分析可知，“氧化調(diào)pH”的目的是除去含鐵、鋁等元素的離子，需要將Fe2＋氧化為Fe3＋，以便后續(xù)除雜，所以化合價有變化的金屬離子是Fe2＋。(2)由表中數(shù)據(jù)可知，Al3＋沉淀完全的pH為4.7，而RE3＋開始沉淀的pH為6.2，所以為保證Fe3＋、Al3＋沉淀完全，且RE3＋不沉淀，要用NaOH溶液調(diào)pH至4.7≤pH<6.2的范圍內(nèi)，該過程中Al3＋發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓。(3)濾液2中Mg2＋濃度為2.7 g·L－1，即0.112 5 mol·L－1，根據(jù)Ksp[(C11H23COO)2Mg]＝c(Mg2＋)·c2(C11H23COO－)，若要加入月桂酸鈉后只生成(C11H23COO)3RE，而不產(chǎn)生(C11H23COO)2Mg，則c(C11H23COO－)<＝mol·L－1＝4.0×10－4 mol·L－1。(4)②“操作X”的結(jié)果是分離出月桂酸，由信息可知，月桂酸(C11H23COOH)的熔點(diǎn)為44 ℃，故“操作X”的過程為先冷卻結(jié)晶，再固液分離。(6)①YCl3中Y為＋3價，PtCl4中Pt為＋4價，而Pt3Y中金屬均為0價，所以還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時，生成1 mol Pt3Y轉(zhuǎn)移15 mol電子。②堿性溶液中，氫氧燃料電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
2.(2022·河南重點(diǎn)高中調(diào)研)工業(yè)上常通過石煤灰渣(主要成分有SiO2、C、Al2O3、FeO、V2O3、CaO、MgO、K2O)回收釩的氧化物，有關(guān)工藝流程如圖：
已知：①“焙燒”時，在空氣的作用下，V2O3被氧化為V2O5。
②V2O5在稀硫酸作用下生成(VO2)2SO4。
根據(jù)所學(xué)知識，回答下列問題：
(1)在“焙燒”之前，要先將硫酸銨固體和石煤灰進(jìn)行混磨處理，其目的是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)(VO2)2SO4中V的化合價為________，“浸渣”的主要成分除了SiO2，還有________(填化學(xué)式)。
(3)“氧化”時加入的試劑a常用H2O2，寫出反應(yīng)的離子方程式：_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
HNO3也能氧化Fe2＋，工業(yè)生產(chǎn)中不選用HNO3的原因是_________________________________________________________________。
(4)在500 ℃灼燒脫氨可制得產(chǎn)品V2O5，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
在硫酸酸化條件下，V2O5可與草酸(H2C2O4)溶液反應(yīng)得到含VO2＋的溶液，寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：___________________________________
_________________________________________________________________。
(5)5 t某批次的石煤灰渣中V2O3的含量為37.5%，工業(yè)生產(chǎn)中釩的浸出率為86%，若后續(xù)步驟中釩損耗為2%，則理論上制得的V2O5的質(zhì)量最多為________ t(保留3位有效數(shù)字)。
答案　(1)增大反應(yīng)物的接觸面積，提高原料利用率　(2)＋5價　CaSO4
(3)H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　硝酸的還原產(chǎn)物NO或NO2有毒，會污染大氣
(4)2NH4VO3V2O5＋H2O＋2NH3↑
4H＋＋V2O5＋H2C2O4===2VO2＋＋3H2O＋2CO2↑
(5)1.92 t
解析　(1)根據(jù)外界條件對反應(yīng)速率的影響可判斷，在“焙燒”之前，要先將硫酸銨固體和石煤灰進(jìn)行混磨處理，可增大反應(yīng)物的接觸面積，提高原料利用率。(2)根據(jù)化合價代數(shù)和為0可知(VO2)2SO4中V的化合價為＋5價，“浸渣”的主要成分除了SiO2，還有微溶的硫酸鈣，化學(xué)式為CaSO4。(3)“氧化”時加入的試劑a常用H2O2，用來氧化亞鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。HNO3也能氧化Fe2＋，工業(yè)生產(chǎn)中不選用HNO3的原因是硝酸的還原產(chǎn)物NO或NO2有毒，會污染大氣。(4)在500 ℃灼燒脫氨可制得產(chǎn)品V2O5，根據(jù)原子守恒可知該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH4VO3V2O5＋H2O＋2NH3↑；在硫酸酸化條件下，V2O5可與草酸(H2C2O4)溶液反應(yīng)得到含VO2＋的溶液，反應(yīng)中草酸被氧化為二氧化碳，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為4H＋＋V2O5＋H2C2O4===2VO2＋＋3H2O＋2CO2↑。(5)根據(jù)原子守恒可知理論上制得的V2O5的質(zhì)量最多為≈1.92 t。
3.(2022·云南聯(lián)考)鎳及其化合物在工業(yè)上有廣泛應(yīng)用，紅土鎳礦是鎳資源的主要來源。以某地紅土鎳礦[主要成分Mg3Si2O5(OH)4、Fe2MgO4、NiO、FeO、Fe2O3]為原料，采用硫酸銨焙燒法選擇性提取鎳，可減少其他金屬雜質(zhì)浸出，工藝流程如圖所示。
已知：①2[Mg3Si2O5(OH)4]＋9(NH4)2SO43(NH4)2Mg2(SO4)3＋12NH3↑＋4SiO2＋10H2O↑；
②2Fe2MgO4＋15(NH4)2SO4(NH4)2Mg2(SO4)3＋16NH3↑＋4(NH4)3Fe(SO4)3＋8H2O↑
③常溫下，NiSO4易溶于水，NiOOH不溶于水。
(1)“焙燒”前將“礦樣”與(NH4)2SO4混合研磨的目的是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)經(jīng)分析礦樣中大部分鐵仍以氧化物形式存在于“浸渣”中，只有部分FeO在空氣中焙燒時與(NH4)2SO4反應(yīng)生成Fe2(SO4)3，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________
_________________________________________________________________，
“浸渣”的主要成分除鐵的氧化物外還有________(填化學(xué)式)。
(3)焙燒溫度對浸出率的影響如圖所示，最佳焙燒溫度是________(填序號)左右。
A.300 ℃ B.350 ℃
C.400 ℃ D.600 ℃
(4)若殘留在浸出液中的鐵完全轉(zhuǎn)化為黃銨鐵礬除去，“除鐵”時通入NH3調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是________。該工藝條件下，Ni2＋生成Ni(OH)2沉淀，F(xiàn)e3＋生成Fe(OH)3或黃銨鐵礬沉淀，開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表：
沉淀物 Ni(OH)2 Fe(OH)3 黃銨鐵礬
開始沉淀時的pH 7.1 2.7 1.3
沉淀完全(c＝1×10－5 mol/L)時的pH 9.2 3.7 2.3
(5)“沉鎳”時pH調(diào)為8.0，濾液中Ni2＋濃度約為________ mol/L(100.4≈2.5)。
(6)流程中________(填化學(xué)式)可循環(huán)使用，減少污染。
(7)NiSO4在強(qiáng)堿溶液中用NaClO氧化，可制得堿性鎳鎘電池電極材料NiOOH，該反應(yīng)的離子方程式是__________________________________________
_________________________________________________________________。
答案　(1)增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)物充分反應(yīng)
(2)4FeO＋O2＋6(NH4)2SO42Fe2(SO4)3＋12NH3↑＋6H2O　Fe(OH)3、SiO2
(3)C　(4)2.3≤pH<7.1
(5)2.5×10－3　(6)NH3
(7)2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋Cl－＋H2O
解析　 (1)“焙燒”前將“礦樣”與(NH4)2SO4混合研磨的目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)物充分接觸；在用熱水浸泡過程中，F(xiàn)e3＋會發(fā)生水解反應(yīng)：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3↓＋3H＋，而焙燒產(chǎn)生的SiO2不能溶于水，也會進(jìn)入“浸渣”中，所以“浸渣”的主要成分，除鐵的氧化物外還有Fe(OH)3、SiO2；(2)FeO在空氣中焙燒時與(NH4)2SO4反應(yīng)生成Fe2(SO4)3，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeO＋O2＋6(NH4)2SO42Fe2(SO4)3＋12NH3↑＋6H2O；(3)根據(jù)焙燒溫度對浸出率的影響，要使Ni的浸出率高，而Fe的浸出率比較低，同時符合節(jié)能要求，則最佳焙燒溫度是400 ℃，故合理選項(xiàng)是C；(4)“除鐵”時通入NH3調(diào)節(jié)溶液pH，使殘留在浸出液中的鐵完全轉(zhuǎn)化為黃銨鐵礬除去，同時Ni2＋仍然以離子形式存在于溶液中，則根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知調(diào)整溶液pH范圍為：2.3≤pH＜7.1；(5)根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知：當(dāng)Ni2＋沉淀完全時溶液pH＝9.2，則該溫度下Ni(OH)2的溶度積常數(shù)Ksp[Ni(OH)2]＝10－5×()2＝10－14.6。在“沉鎳”時pH調(diào)為8.0，濾液中Ni2＋濃度c(Ni2＋)＝ mol/L＝10－2.6 mol/L＝2.5×10－3mol/L；(6)根據(jù)流程圖可知：在焙燒時反應(yīng)產(chǎn)生的NH3在除鐵時可以用于調(diào)整溶液pH，使Fe3＋變?yōu)辄S銨鐵釩沉淀分離除去，因此NH3可循環(huán)使用，減少污染；(7)NiSO4在強(qiáng)堿溶液中用NaClO氧化，可制得堿性鎳鎘電池電極材料NiOOH，根據(jù)電子守恒、電荷守恒、原子守恒，可得該反應(yīng)的離子方程式是2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋Cl－＋H2O。
4.(2022·安徽十八校聯(lián)盟模擬)硼酸(H3BO3)能溶于水，可用于玻璃、醫(yī)藥、紡織等工業(yè)；碳酸鎂可用于制造防火涂料、牙膏等。某工廠以硼鎂鐵礦(主要成分為Mg2B2O5·H2O，雜質(zhì)有SiO2、FeO、Fe2O3、Al2O3)為原料制備硼酸、碳酸鎂的工藝流程如下圖所示：
常溫時實(shí)驗(yàn)條件下幾種金屬離子形成沉淀的pH
Fe3＋ Fe2＋ Al3＋ Mg2＋
開始沉淀 2.7 7.6 4.0 9.6
完全沉淀 3.2 9.6 5.2 11.1
(1)預(yù)處理的內(nèi)容包括礦石的篩選、________，寫出料渣1的一種用途_________________________________________________________________。
(2)X是常用的綠色氧化劑，如O2、__________________________________，
寫出酸浸時Mg2B2O5·H2O與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)為提高產(chǎn)品純度，試劑Y為________(填化學(xué)式)，寫出加入NaHCO3溶液時的離子方程式___________________________________________________
_________________________________________________________________。
(4)為測量所得硼酸純度，取3.00 g所制取的硼酸樣品溶于甘露醇與蒸餾水混合溶液中，配成500 mL溶液，然后取出25.00 mL放入錐形瓶中并滴加3滴酚酞試液，用0.100 0 mol·L－1 NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，滴定終點(diǎn)時消耗22.00 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液。則滴定終點(diǎn)時的現(xiàn)象是____________________________________________，
樣品中硼酸的純度為________(滴定反應(yīng)為H3BO3＋OH－===[B(OH)4]－
答案　(1)粉碎　用于生產(chǎn)光纖、制備單晶硅的原料
(2)H2O2　Mg2B2O5·H2O＋2H2SO4===2MgSO4＋2H3BO3
(3)MgO或Mg(OH)2或MgCO3　Mg2＋＋2HCO===MgCO3↓＋CO2↑＋H2O
(4)滴加最后一滴(或半滴)標(biāo)準(zhǔn)溶液時，溶液由無色變成淺紅色且在30 s內(nèi)保持不變　90.9%
解析　經(jīng)過硫酸酸浸得到含有H2SO4、MgSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3、H3BO3的混合溶液，SiO2沒有溶解，故料渣1為SiO2，加入H2O2把Fe2＋氧化為Fe3＋，再加Mg(OH)2，調(diào)節(jié)溶液的pH，將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，過濾后得到硼酸根和MgSO4的混合溶液，加入丁醚做萃取劑，將硼酸根和含有Mg2＋的溶液分離，在水層中加入NaHCO3，沉淀Mg2＋，得到MgCO3沉淀，在有機(jī)相中加入NaOH得到含有硼酸根的水溶液，加入硫酸，增大氫離子濃度，生成硼酸，結(jié)晶析出。(1)為加快反應(yīng)速率，預(yù)處理的內(nèi)容包括礦石的篩選、粉碎；料渣1為SiO2，用途：用于生產(chǎn)光纖、制備單晶硅的原料；(2)X是常用的綠色氧化劑，如O2、H2O2，把Fe2＋氧化為Fe3＋，酸浸時Mg2B2O5H2O與硫酸反應(yīng)生成硫酸鎂和硼酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式Mg2B2O5·H2O＋2H2SO4===2MgSO4＋2H3BO3；(3)為提高產(chǎn)品純度，試劑Y陽離子為Mg2＋，其作用是消耗氫離子來增大pH，Y可為MgO或Mg(OH)2或MgCO3，加入NaHCO3溶液沉淀Mg2＋，得到MgCO3沉淀，離子方程式Mg2＋＋2HCO===MgCO3↓＋CO2↑＋H2O；(4)用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定硼酸，指示劑為酚酞試液，則滴定終點(diǎn)時的現(xiàn)象是滴加最后一滴(或半滴)標(biāo)準(zhǔn)溶液時，溶液由無色變成淺紅色且在30 s內(nèi)保持不變；已知滴定反應(yīng)為H3BO3＋OH－===[B(OH)4]－，n(H3BO3)＝n(NaOH)＝cV＝0.100 0 mol·L－1×22.00×10－3 L＝2.2×10－3 mol，樣品中硼酸的純度為×100%＝90.9%。
5.(2022·河南百校大聯(lián)考)三氯化六氨合鈷(Ⅲ){[Co(NH3)6]Cl3}是合成其他含鈷配合物的重要原料。工業(yè)上以水鈷礦(主要成分為Co2O3，還含有少量的Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO、SiO2)為原料制備三氯化六氨合鈷晶體。
已知：①Co2O3具有很強(qiáng)的氧化性，其產(chǎn)物為Co(Ⅱ)；堿性條件下，Co(Ⅱ)能被O2氧化；[Co(NH3)6]Cl3易溶于熱水，難溶于冷水；
②25 ℃時相關(guān)物質(zhì)的Ksp如表：
物質(zhì) Co(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3
Ksp 1×10－13.8 1×10－16.3 1×10－38.6 1×10－32.3
物質(zhì) Mg(OH)2 Ca(OH)2 MgF2 CaF2
Ksp 1×10－11.2 1×10－7.8 1×10－10 5×10－11
請回答下列問題：
(1)“浸取”時，能提高浸取速率的措施是_____________________________
_________________________________________________________________(寫出一條即可)，
Co2O3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______________________________________
_________________________________________________________________。
(2)濾渣Ⅱ的成分是Al(OH)3和Fe(OH)3，“氧化”時，NaClO3溶液的作用是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)“除雜”時，CoF2可將Ca2＋、Mg2＋轉(zhuǎn)化為沉淀過濾除去，若所得濾液中Mg2＋剛好沉淀完全，則此時濾液中c(Ca2＋)＝________ mol·L－1(通常認(rèn)為溶液中離子濃度≤10－5 mol·L－1時沉淀完全)。
(4)“轉(zhuǎn)化”時，Co2＋轉(zhuǎn)化為[Co(NH3)6]3＋，需水浴控溫在50～60 ℃，溫度不能過高的原因是_____________________________________________________，
其反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________
_________________________________________________________________，
“系列操作”為___________________________________________________、
洗滌、干燥。
(5)為測定產(chǎn)品中鈷元素的含量，取a g樣品于燒杯中，加水溶解，加入足量的NaOH溶液，加熱至沸騰，將[Co(NH3)6]Cl3完全轉(zhuǎn)化為Co(OH)3，冷卻后加足量KI固體和HCl溶液，充分反應(yīng)一段時間后，將燒瓶中的溶液全部轉(zhuǎn)移至250.00 mL容量瓶中，定容。取25.00 mL試樣加入到錐形瓶中，加入淀粉作指示劑，用0.100 0 mol·L－1 Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，滴定至終點(diǎn)消耗Na2S2O3溶液的體積為V mL(已知：2Co3＋＋2I－===2Co2＋＋I(xiàn)2，I2＋2S2O===2I－＋S4O)。
①滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是_______________________________________________
_________________________________________________________________。
②該產(chǎn)品中鈷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________(用含a、V的式子表示)。
答案　(1)將水鈷礦粉碎、攪拌、適當(dāng)增大稀硫酸濃度或加熱等　2Co2O3＋S2O＋6H＋===4Co2＋＋2SO＋3H2O
(2)將Fe2＋氧化為Fe3＋
(3)5×10－6
(4)氨水受熱易分解　4Co2＋＋20NH3·H2O＋O2＋4NH===4[Co(NH3)6]3＋＋22H2O　在HCl氛圍下蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、減壓過濾得到[Co(NH3)6]Cl3晶體
(5)①溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，且半分鐘內(nèi)不復(fù)原　②%
解析　水鈷礦的主要成分為Co2O3，還含有少量的Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO、SiO2，加入稀硫酸、Na2S2O5溶液浸取，Co2O3被Na2S2O5還原得到Co2＋，F(xiàn)e2O3、Al2O3、MgO、CaO均與稀硫酸反應(yīng)生成相應(yīng)的硫酸鹽，同時Fe3＋也被Na2S2O5還原為Fe2＋，SiO2不反應(yīng)，CaSO4微溶于水，故濾渣Ⅰ為SiO2、CaSO4，氧化步驟中，加入NaClO3將Fe2＋氧化為Fe3＋，調(diào)pH＝5，將Fe3＋、Al3＋轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，故濾渣Ⅱ的成分是Al(OH)3和Fe(OH)3，除雜步驟中加入CoF2固體，沉淀Mg2＋、Ca2＋，生成MgF2、CaF2固體，過濾，濾液中含有Co2＋，轉(zhuǎn)化步驟中通入氧氣，并加入氨水和氯化銨溶液，生成[Co(NH3)6]Cl3，再在HCl氛圍下蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、減壓過濾得到產(chǎn)品，據(jù)此分析作答。(1)“浸取”時，能提高浸取速率的措施是將水鈷礦粉碎、攪拌、適當(dāng)增大稀硫酸濃度或加熱等，Co2O3被Na2S2O5還原得到Co2＋，則Co2O3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Co2O3＋S2O＋6H＋===4Co2＋＋2SO＋3H2O；(2)“氧化”時，NaClO3溶液的作用是將Fe2＋氧化為Fe3＋，便于除去Fe3＋；(3)“除雜”時，若所得濾液中Mg2＋剛好沉淀完全，此時溶液中c(Mg2＋)＝1×10－5 mol/L，c(F－)＝＝10－2.5 mol/L，則c(Ca2＋)＝＝5×10－6 mol/L；(4)“轉(zhuǎn)化”時，Co2＋轉(zhuǎn)化為[Co(NH3)6]3＋，需水浴控溫在50～60 ℃，溫度不能過高的原因是氨水受熱易分解，其反應(yīng)的離子方程式為4Co2＋＋20NH3·H2O＋O2＋4NH===4[Co(NH3)6]3＋＋22H2O，生成[Co(NH3)6]Cl3溶液，為防止其水解，應(yīng)在HCl氛圍下蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、減壓過濾，洗滌，干燥，得到[Co(NH3)6]Cl3晶體；(5)①取a g樣品于燒杯中，加水溶解，加入足量的NaOH溶液，加熱至沸騰，將[Co(NH3)6]Cl3完全轉(zhuǎn)化為Co(OH)3，冷卻后加足量KI固體和HCl溶液，發(fā)生反應(yīng)2Co3＋＋2I－===2Co2＋＋I(xiàn)2，充分反應(yīng)一段時間后，將燒瓶中的溶液全部轉(zhuǎn)移至250.00 mL容量瓶中，定容。取25.00 mL試樣加入到錐形瓶中，加入淀粉作指示劑，此時溶液呈現(xiàn)藍(lán)色，用0.100 0 mol·L－1 Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，發(fā)生反應(yīng)I2＋2S2O===2I－＋S4O，滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，且半分鐘內(nèi)不復(fù)原；②由反應(yīng)2Co3＋＋2I－===2Co2＋＋I(xiàn)2，I2＋2S2O===2I－＋S4O可得關(guān)系式：2Co3＋～I(xiàn)2～2S2O，即Co3＋～S2O，則該產(chǎn)品中鈷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%＝%。
6.(2022·成都名校聯(lián)盟聯(lián)考)黃鈉鐵礬渣的主要成分如下表所示，利用其制備鎳鋅鐵氧體(Ni0.5Zn0.5Fe2O4)的工藝流程如下圖所示：
元素 Fe(Ⅲ) Ni Mg Al
百分含量/% 28.750 2.625 0.031 0.452
元素 Pb SiO2 Ba Ca
百分含量/% 0.086 0.369 8.785 0.198
已知：i.浸取液中的陽離子有Fe2＋、Ni2＋、Mg2＋、Al3＋、Ca2＋；
ii.晶體完整度與晶體中Ni、Zn、Fe的比例有關(guān)；
iii.Zn(OH)2是兩性氫氧化物。
(1)無煙煤的主要作用是_____________________________________________
_________________________________________________________________，
控制其他條件不變，F(xiàn)e和Ni的浸出率與浸出溫度和浸出時間的關(guān)系如下圖所示，則浸出過程中最適宜的條件是______________________________________。
(2)浸渣的主要成分除SiO2外還有_____________________________________。
(3)凈化Ⅰ的目的是_____________________________________________。
(4)為按計(jì)量制得鎳鋅鐵氧體，加入試劑X是為了引入________(填離子符號)。
(5)在Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋共沉淀過程中，若以Me代表Fe、Ni、Zn元素，則生成MeCO3·2Me(OH)2·H2O沉淀的離子方程式為____________________________
_________________________________________________________________。
(6)檢驗(yàn)沉淀已洗滌干凈的操作和現(xiàn)象是________________________________
_________________________________________________________________。
(7)經(jīng)測定，加入NH4HCO3調(diào)節(jié)pH＝7.2時晶體完整度最高，pH不宜過高的原因是____________________________________________________________。
答案　(1)為黃鈉鐵礬渣高溫分解提供高溫條件　溫度77 ℃，時間40 min
(2)BaSO4、PbSO4、CaSO4
(3)使Fe3＋變?yōu)镕e2＋，同時調(diào)整溶液pH，使Al3＋形成Al(OH)3沉淀除去
(4)Zn2＋、Ni2＋
(5)3Me2＋＋6HCO===MeCO3·2Me(OH)2·H2O＋5CO2↑
(6)取最后一次洗滌液少許放入試管中，向其中加入HNO3酸化，然后加入Ba(NO3)2溶液，若不變渾濁，則證明沉淀已經(jīng)洗滌干凈
(7)Zn(OH)2是兩性氫氧化物，若pH過高，Zn2＋會變?yōu)榭扇苄訸nO進(jìn)入溶液中，導(dǎo)致晶體中Zn的含量降低，而晶體完整度與晶體中Ni、Zn、Fe的比例有關(guān)，當(dāng)溶液pH＝7.2時，鐵鎳鋅氧體中Ni、Zn、Fe三種元素原子個數(shù)比恰好為1∶1∶4
解析　無煙煤煅燒放出大量熱量，使黃鈉鐵礬渣能夠在高溫下分解產(chǎn)生不同金屬氧化物，然后用稀硫酸溶解分解產(chǎn)物，金屬氧化物與硫酸反應(yīng)變?yōu)榱蛩猁}，SiO2與硫酸不反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的BaSO4不溶于水，進(jìn)入浸渣中，PbSO4、CaSO4微溶于水，主要以固體形式存在，也進(jìn)入浸渣中，在酸浸液中含有Fe3＋、Mg2＋、Ca2＋、Ni2＋等金屬陽離子；然后加入Fe粉，調(diào)整了溶液pH，使Al3＋形成Al(OH)3沉淀分離除去；然后加入NH4F使Mg2＋、Ca2＋形成MgF2、CaF2沉淀，此時濾液中主要含有Fe2＋、Ni2＋，加入ZnSO4、NiSO4、NH4HCO3，共沉Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋，得到沉淀，將沉淀通過鐵氧體工藝階段加入氧化劑氧化其中＋2價的鐵得到鎳鋅鐵氧體。(1)煅燒無煙煤，煤燃燒產(chǎn)生大量熱量，可以為黃鈉鐵礬渣高溫分解提供能量，故無煙煤的主要作用是使黃鈉鐵礬渣高溫分解；根據(jù)Fe和Ni的浸出率與浸出溫度和浸出時間的關(guān)系圖示可知：浸出過程中最適宜的條件是：在77 ℃溫度下浸取40 min；(2)根據(jù)上述分析可知，在浸渣的主要成分除SiO2外，還有BaSO4、PbSO4、CaSO4；(3)用硫酸浸取后溶液中含有Fe3＋、Mg2＋、Ca2＋、Ni2＋、Al3＋等金屬陽離子；然后加入Fe粉，發(fā)生反應(yīng)：Fe3＋＋Fe===2Fe2＋；Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，調(diào)整溶液pH，結(jié)合流程中沉淀除雜，可以使Al3＋形成Al(OH)3沉淀除去；(4)為按計(jì)量制得鎳鋅鐵氧體，加入試劑X是為了引入Zn2＋、Ni2＋；(5)在Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋共沉淀過程中，若以Me代表Fe、Ni、Zn元素，則根據(jù)元素守恒、電荷守恒可知生成MeCO3·2Me(OH)2·H2O沉淀的離子方程式為：3Me2＋＋6HCO===
MeCO3·2Me(OH)2·H2O＋5CO2↑；(6)沉淀是從含有ZnSO4、NiSO4的溶液中過濾分離出來的，若沉淀已經(jīng)洗滌干凈，則最后一次洗滌液中無SO，故檢驗(yàn)沉淀已洗滌干凈的操作及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：取最后一次洗滌液少許放入試管中，向其中加入HNO3酸化，然后加入Ba(NO3)2溶液，若不變渾濁，則證明沉淀已經(jīng)洗滌干凈；(7)經(jīng)測定，加入NH4HCO3調(diào)節(jié)pH＝7.2時晶體完整度最高，pH不宜過高，這是由于Zn(OH)2是兩性氫氧化物，若pH過高，則Zn2＋會變?yōu)榭扇苄訸nO進(jìn)入溶液中，導(dǎo)致晶體中Zn的含量降低，而晶體完整度與晶體中Ni、Zn、Fe的比例有關(guān)，當(dāng)溶液pH＝7.2時鐵、鎳、鋅氧體中Ni、Zn、Fe原子個數(shù)比為1∶1∶4。
7.(2022·黃山一模)鈹是航天、航空、電子和核工業(yè)等領(lǐng)域不可替代的材料，有“超級金屬”之稱。以綠柱石[Be3Al2(SiO3)6]為原料制備金屬鈹?shù)墓に嚾缦拢?br/>已知：“濾渣1”中含有鐵、鋁、硅的氧化物，Na3FeF6難溶于水，Be2＋可與過量OH－結(jié)合成Be(OH)；(當(dāng)溶液中被沉淀離子的物質(zhì)的量濃度小于等于1 × 10－5 mol·L－1時，認(rèn)為該離子沉淀完全)；lg 2＝0.3；回答下列問題：
(1)“粉碎”的目的________________________________________________。
(2)750 ℃燒結(jié)時，Na3FeF6與綠柱石作用生成易溶于水的Na2BeF4，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________。
(3)“過濾1”的濾液中需加入適量NaOH生成Be(OH)2沉淀，但NaOH不能過量，原因是___________________________________________________
_________________________________________________________________(用離子方程式表示)。
(4)已知Ksp[Be(OH)2]＝4.0×10－21，室溫時0.40 mol·L－1 Be2＋沉淀完全時的pH最小為________。
(5)“高溫轉(zhuǎn)化”反應(yīng)產(chǎn)生的氣體不能使澄清石灰水變渾濁，寫出其化學(xué)方程式_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(6)“電解”NaCl－BeCl2熔融混合物制備金屬鈹，加入NaCl的主要目的是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(7)綠色化學(xué)要求在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)有效利用原料，節(jié)約原料。本工藝過程可以循環(huán)利用的物質(zhì)有________。
答案　(1)增大固體的表面積，提高水浸的浸取率
(2)2Na3FeF6＋Be3Al2(SiO3)63Na2BeF4＋Fe2O3＋Al2O3＋6SiO2
(3)Be(OH)2＋2OH－===Be(OH)或Be2＋＋4OH－===Be(OH)
(4)6.3
(5)BeO＋Cl2＋CBeCl2＋CO
(6)增強(qiáng)導(dǎo)電性
(7)Na3FeF6、Cl2
解析　綠柱石的主要成分Be3Al2(SiO3)6，可表示為3BeO·Al2O3·6SiO2，由流程可知，燒結(jié)時發(fā)生Be3Al2(SiO3)6＋2Na3FeF63Na2BeF4＋Al2O3＋Fe2O3＋6SiO2，粉碎、水浸后，再過濾，分離出濾渣為Al2O3、Fe2O3、SiO2，濾液中加入NaOH生成Be(OH)2沉淀，若NaOH過量與Be(OH)2反應(yīng)，降低Be的產(chǎn)率，Be(OH)2煅燒得BeO，BeO與C、Cl2反應(yīng)得到BeCl2、CO，電解NaCl—BeCl2熔融混合物制備金屬鈹，沉氟時發(fā)生12NaF＋Fe2(SO4)3===2Na3FeF6↓＋3Na2SO4，難溶物循環(huán)利用，據(jù)此分析解題。(1)綠柱石[Be3Al2(SiO3)6]灼燒后得到的固體混合物，為提高水浸效率，需要將固體粉碎，增加接觸面積；(2)750 ℃燒結(jié)時，Na3FeF6與Be3Al2(SiO3)6作用生成易溶于水的Na2BeF4和Fe2O3、Al2O3、SiO2等固體難溶物，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Na3FeF6＋Be3Al2(SiO3)63Na2BeF4＋Fe2O3＋Al2O3＋6SiO2；(3)因?yàn)锽e(OH)2呈兩性，“過濾1”的濾液中若加入的氫氧化鈉過量，則會繼續(xù)溶解而生成可溶性鹽，所以后果是Be(OH)2＋2OH－===Be(OH) 或Be2＋＋4OH－===Be(OH)；(4)Ksp[Be(OH)2]＝1×10－5×c2(OH－)＝4.0×10－21，c(OH－)＝2×10－8 mol/L，pH＝－lg ＝6.3；(5)由分析可知，“高溫轉(zhuǎn)化”反應(yīng)產(chǎn)生的氣體不能使澄清石灰水變渾濁，即BeO與C、Cl2反應(yīng)得到BeCl2、CO，故其反應(yīng)方程式為：BeO＋Cl2＋CBeCl2＋CO；(6)由分析可知，從方程式看，NaCl沒有參加反應(yīng)，則加入NaCl的主要目的是增強(qiáng)導(dǎo)電性。(7)由題干流程圖可知，Na3FeF6可以循環(huán)利用，高溫轉(zhuǎn)化時需要利用Cl2，電解時又產(chǎn)生Cl2，即Cl2也可以循環(huán)利用。
8.(2022·湖北卓越千校聯(lián)盟押題卷)納米氧化鋅作為一種新型功能材料，在橡膠、涂料、陶瓷、防曬化妝品等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。以某煙道灰(主要成分為ZnO，另外含有少量Fe2O3、CuO、SiO2、MnO等)為原料制備納米ZnO的流程如圖所示。已知常溫時Ksp(CuS)＝6×10－36，Ksp(ZnS)＝3×10－25?；卮鹣铝袉栴}：
(1)料渣Ⅱ的化學(xué)成分是________。
(2)調(diào)pH加入的X可能是________，相關(guān)的離子方程式包括：①Fe3＋＋3H2O??Fe(OH)3＋3H＋，
②_________________________________________________________________。
(3)寫出氧化過程中生成MnO(OH)2的離子方程式：_____________________。
(4)除銅原理為ZnS(s)＋Cu2＋(aq)??CuS(s)＋Zn2＋(aq)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________。
(5)草酸鋅晶體(ZnC2O4·2H2O)加熱過程中固體質(zhì)量隨溫度的變化情況如圖所示
①圖中A轉(zhuǎn)化為B的過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________。
②實(shí)驗(yàn)室中證明得到的ZnO是納米材料的方法是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案　(1)CuS和ZnS
(2)ZnO、ZnCO3等任意一種含鋅的難溶于水能溶于酸的化合物　ZnO＋2H＋===Zn2＋＋H2O
(3)Mn2＋＋ClO－＋2H2O===MnO(OH)2↓＋Cl－＋2H＋　(4)5×1010
(5)①ZnC2O4ZnO＋CO2↑＋CO↑
②將適量的ZnO放入燒杯中，加入適量水并充分?jǐn)嚢?，然后用手電筒照向該燒杯，若觀察到有一條光亮的通路，則證明得到的ZnO是納米材料
解析　(1)結(jié)合上下文得出，料渣Ⅰ是SiO2，料渣Ⅱ?yàn)樾律傻腃uS和過量的ZnS；(2)調(diào)pH時加入的物質(zhì)需要中和氫離子，使Fe3＋水解反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀，且不能引入新的雜質(zhì)，所以加入的X可以是氧化鋅或碳酸鋅或鋅單質(zhì)等，相關(guān)的離子方程式為ZnO＋2H＋===Zn2＋＋H2O；(3)ClO－的還原產(chǎn)物是Cl－，由流程圖知Mn2＋的氧化產(chǎn)物是MnO(OH)2，可得Mn2＋＋ClO－―→MnO(OH)2＋Cl－，根據(jù)原子守恒和電荷守恒，確定反應(yīng)物中應(yīng)有水，生成物中應(yīng)有H＋，離子方程式為：Mn2＋＋ClO－＋2H2O===MnO(OH)2↓＋Cl－＋2H＋；(4)K＝＝＝＝＝5×1010；(5)①ZnC2O4·2H2O的摩爾質(zhì)量為189 g/mol，18.9 g ZnC2O4·2H2O的物質(zhì)的量為＝0.1 mol，加熱過程中，ZnC2O4·2H2O先失去結(jié)晶水，然后分解得到ZnO，0.1 mol ZnC2O4的質(zhì)量為15.3 g，故A點(diǎn)對應(yīng)物質(zhì)是ZnC2O4，0.1 mol ZnO的質(zhì)量為8.1 g，故B點(diǎn)對應(yīng)物質(zhì)為ZnO，則A轉(zhuǎn)化為B的過程中鋅元素化合價不變生成氧化鋅，碳元素一部分化合價升高生成二氧化碳、一部分化合價降低生成一氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為ZnC2O4ZnO＋CO2↑＋CO↑；②膠體是分散質(zhì)粒子大小在1～100 nm的分散系，可以發(fā)生丁達(dá)爾現(xiàn)象；確定ZnO屬于納米材料的方法是取適量的ZnO放入燒杯中，加入適量水并充分?jǐn)嚢柚苽淠z體，然后做丁達(dá)爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。
9.(2022·貴陽五校聯(lián)考)從砷鹽凈化渣(成分為Cu、As、Zn、ZnO、Co和SiO2)中回收有利用價值的金屬，解決了長期以來影響砷鹽凈化工藝推廣的技術(shù)難題，具有較強(qiáng)的實(shí)踐指導(dǎo)意義。其工藝流程如圖：
回答下列問題：
(1)在“選擇浸Zn”時為提高效率可以采取的措施是_________________________________________________________________
(任寫一條)。其他條件不變時，Zn和Co的浸出率隨pH變化如圖所示，則“選擇浸Zn”過程中，最好控制溶液的pH＝________。
(2)“氧化浸出”時，As轉(zhuǎn)化為H3AsO4，則該反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為________。“浸渣”的主要成分為________(填化學(xué)式)。
(3)用NaOH溶液調(diào)節(jié)氧化浸出液至弱酸性，再加入Na3AsO4進(jìn)行“沉銅”，得到難溶性的Cu5H2(AsO4)4·2H2O，則“沉銅”的離子方程式為_________________________________________________________________。
(4)“堿浸”時，除回收得到Cu(OH)2外，還得到物質(zhì)M，且M在該工藝流程中可循環(huán)利用，M的化學(xué)式為________。
(5)“沉鈷”中的離子方程式為_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
所得草酸鈷晶體洗滌后可得到純凈的晶體，證明晶體已經(jīng)洗滌干凈的操作是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(6)在空氣中煅燒草酸鈷會生成鈷氧化物和CO2，測得充分煅燒后固體質(zhì)量為2.41 g，CO2的體積為1.344 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則該鈷氧化物的化學(xué)式為________。
答案　(1)適當(dāng)提高稀硫酸濃度、研磨砷鹽凈化渣等　3　(2)5∶2　SiO2
(3)5Cu2＋＋4AsO＋2H＋＋2H2O===Cu5H2(AsO4)4·2H2O
(4)Na3AsO4
(5)Co2＋＋C2O===CoC2O4↓　取最后一次洗滌液少許于試管中，加入鹽酸酸化后無明顯現(xiàn)象，再加入少量氯化鋇溶液，若無白色沉淀，則證明洗滌干凈
(6)Co3O4
解析　(1)增大反應(yīng)物濃度，增大反應(yīng)物接觸面積均能提高反應(yīng)速率，故在“選擇浸Zn”時為提高效率可以采取的措施是適當(dāng)提高稀硫酸濃度、研磨砷鹽凈化渣等；觀察所給圖像可知，當(dāng)溶液pH在1～3時，Zn的浸出率較大，pH繼續(xù)增大，Zn的浸出率減小，而pH為1、2時，Co的浸出率也較大，故應(yīng)選擇Co浸出率比較小時的pH，所以應(yīng)控制溶液的pH為3；(2)“氧化浸出”時，加入H2O2作氧化劑，被還原為H2O，As被氧化為H3AsO4，根據(jù)氧化還原反應(yīng)得失電子守恒可得其化學(xué)方程式為2As＋5H2O2===2H3AsO4＋2H2O，則氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為5∶2；砷鹽凈化渣中的SiO2在“選擇浸Zn”和“氧化浸出”步驟中均未轉(zhuǎn)化為可溶于水的物質(zhì)，故“氧化浸出”步驟中“浸渣”的主要成分是SiO2；(3)“沉銅”時先調(diào)節(jié)溶液pH為酸性，說明溶液中含有H＋，與加入的Na3AsO4反應(yīng)得到
Cu5H2(AsO4)4·2H2O，反應(yīng)的離子方程式為5Cu2＋＋4AsO＋2H＋＋2H2O===Cu5H2(AsO4)4·2H2O；(4)根據(jù)流程可知，“堿浸”時發(fā)生的反應(yīng)為Cu5H2(AsO4)4·2H2O＋12NaOH===5Cu(OH)2↓＋4Na3AsO4＋4H2O，所以可循環(huán)利用的物質(zhì)為Na3AsO4；(5)“沉鈷”中是鈷離子與草酸根離子反應(yīng)生成草酸鈷沉淀，反應(yīng)的離子方程式為Co2＋＋C2O===CoC2O4↓；所得草酸鈷晶體洗滌后可得到純凈的晶體，證明晶體已經(jīng)洗滌干凈的操作是取最后一次洗滌液少許于試管中，加入鹽酸酸化后無明顯現(xiàn)象，再加入少量氯化鋇溶液，若無白色沉淀，則證明洗滌干凈；(6)n(CO2)＝＝0.06 mol，由化學(xué)式可知n(Co)＝0.06 mol×0.5＝0.03 mol，則氧化物中n(O)＝＝0.04 mol，則n(Co)∶n(O)＝0.03 mol∶0.04 mol＝3∶4，所以該鈷氧化物的化學(xué)式為Co3O4。
10.(2022·安徽九師聯(lián)盟質(zhì)檢)利用橄欖石尾礦[含MgSiO3、FeSiO3及少量Al2O3等]制備高純Mg(OH)2及六硅酸鎂的工藝流程如下：
已知常溫下：①Ksp[Fe(OH)3]＝4×10－38；
Ksp[Al(OH)3]＝1×10－32；
Ksp[Mg(OH)2]＝1.0×10－11；
②Mg2＋開始沉淀的pH為9.5；
③當(dāng)溶液中離子濃度≤1×10－5 mol·L－1時，視為沉淀完全。
回答下列問題：
(1)“酸浸”時，為使金屬元素充分浸出，除采用95～110 ℃溫度外，還需采取的措施是________________________________________________(列舉2條)。
(2)“氧化”時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)“調(diào)pH”時，理論上調(diào)節(jié)溶液的pH范圍為________；若溶液的pH調(diào)節(jié)至3，F(xiàn)e3＋是否沉淀完全？寫出推斷過程：_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(4)寫出由濾渣1獲得純凈的鐵紅(Fe2O3)的操作：_________________________________________________________________。
(5)六硅酸鎂的化學(xué)式為MgO·3SiO2寫出“合成”時生成六硅酸鎂的化學(xué)方程式：
_________________________________________________________________。
答案　(1)適當(dāng)增大液固比、將礦物粉碎、適當(dāng)延長浸取時間、充分?jǐn)嚢璧?br/>(2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
(3)5～9.5或5≤pH<9.5　c(Fe3＋)＝＝＝4×10－5 mol·L－1>1×10－5 mol·L－1，沒有沉淀完全
(4)用NaOH溶液溶解、過濾、水洗，濾渣干燥后高溫煅燒
(5)MgCl2＋3Na2SiO3＋4NH4Cl===MgO·3SiO2↓＋6NaCl＋4NH3＋2H2O(或2H2O＋MgCl2＋3Na2SiO3＋4NH4Cl===MgO·3SiO2↓＋6NaCl＋4NH3·H2O)
解析　 (1)“酸浸”時，為提高浸取率，采取的措施是：適當(dāng)增大液固比、將礦物粉碎、適當(dāng)延長浸取時間、充分?jǐn)嚢璧龋?2)“氧化”時加入H2O2，將Fe2＋氧化為Fe3＋，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；(3)“調(diào)pH”時，使Fe3＋、Al3＋沉淀而不能使Mg2＋沉淀，由于Ksp[Al(OH)3]> Ksp[Fe(OH)3]，則Al3＋完全沉淀時說明Fe3＋也沉淀了，此時c(Al3＋)＝1×10－5 mol·L－1，c(OH－)＝＝＝1×10－9 mol/L，常溫下c(H＋)＝＝＝10－5 mol/L，pH＝5，已知Mg2＋開始沉淀的pH為9.5，則理論上調(diào)節(jié)溶液的pH范圍為5≤pH<9.5；由于c(Fe3＋)＝＝＝4×10－5 mol·L－1>1×10－5 mol·L－1，沒有沉淀完全；(4)濾渣1為Fe(OH)3、Al(OH)3，由于氫氧化鋁具有兩性可溶于強(qiáng)堿溶液，加入過量NaOH溶液后過濾得到Fe(OH)3固體，再高溫煅燒得到純凈的鐵紅(Fe2O3)，操作為：用NaOH溶液溶解、過濾、水洗，濾渣干燥后高溫煅燒；(5)“合成”時生成六硅酸鎂的化學(xué)方程式：MgCl2＋3Na2SiO3＋4NH4Cl===MgO·3SiO2↓＋6NaCl＋4NH3＋2H2O。
題型特訓(xùn)2　工藝流程與實(shí)驗(yàn)結(jié)合類無機(jī)綜合題
1.(2022·浙江1月選考)某興趣小組用四水醋酸錳[(CH3COO)2Mn·4H2O]和乙酰氯(CH3COCl)為原料制備無水二氯化錳，按如下流程開展了實(shí)驗(yàn)(夾持儀器已省略)：
已知：①無水二氯化錳極易吸水潮解，易溶于水、乙醇和醋酸，不溶于苯
②制備無水二氯化錳的主要反應(yīng)：
(CH3COO)2Mn＋2CH3COClMnCl2↓＋2(CH3CO)2O
③乙酰氯遇水發(fā)生反應(yīng)：CH3COCl＋H2O―→CH3COOH＋HCl
請回答：
(1)步驟Ⅰ：所獲固體主要成分是____________(用化學(xué)式表示)。
(2)步驟Ⅰ在室溫下反應(yīng)，步驟Ⅱ在加熱回流下反應(yīng)，目的分別是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)步驟Ⅲ：下列操作中正確的是________。
A.用蒸餾水潤濕濾紙，微開水龍頭，抽氣 使濾紙緊貼在漏斗瓷板上
B.用傾析法轉(zhuǎn)移溶液，開大水龍頭，待溶液快流盡時再轉(zhuǎn)移沉淀
C.用乙醇作為洗滌劑，在洗滌沉淀時，關(guān)小龍頭，使洗滌劑緩慢通過沉淀物
D.洗滌結(jié)束后，將固體迅速轉(zhuǎn)移至圓底燒瓶進(jìn)行后續(xù)操作
(4)步驟Ⅳ：①將裝有粗產(chǎn)品的圓底燒瓶接到純化裝置(圖2)上，打開安全瓶上旋塞，打開抽氣泵，關(guān)閉安全瓶上旋塞，開啟加熱器，進(jìn)行純化。請給出純化完成后的操作排序：純化完成→(________)→(________)→(________)→(________)→將產(chǎn)品轉(zhuǎn)至干燥器中保存
a.拔出圓底燒瓶的瓶塞
b.關(guān)閉抽氣泵
c.關(guān)閉加熱器，待燒瓶冷卻至室溫
d.打開安全瓶上旋塞
②圖2裝置中U形管內(nèi)NaOH固體的作用是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(5)用滴定分析法確定產(chǎn)品純度。甲同學(xué)通過測定產(chǎn)品中錳元素的含量確定純度；乙同學(xué)通過測定產(chǎn)品中氯元素的含量確定純度。合理的是________(填“甲”或“乙”)同學(xué)的方法。
答案　(1)(CH3COO)2Mn　(2)步驟Ⅰ脫去四水醋酸錳的結(jié)晶水并防止生成MnCl2；步驟Ⅱ加熱回流促進(jìn)反應(yīng)生成MnCl2　(3)BD
(4)①c　d　b　a?、诜乐箍赡墚a(chǎn)生的酸性氣體進(jìn)入抽氣泵；防止外部水蒸氣進(jìn)入樣品
(5)乙
解析　(1)由已知③，結(jié)合流程圖及已知②中制備原理知，步驟Ⅰ中(CH3COO)2Mn·4H2O在乙酰氯作用下脫去結(jié)晶水，得到醋酸錳。(3)無水二氯化錳易吸水潮解，易溶于水和乙醇，故在步驟Ⅲ中，

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