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綜合題突破2　無機化學工藝流程綜合題
(分值:70分)
1.(12分)(2024·湖南長郡中學二模)硫化鋇(BaS)是一種用于制取含鋇化合物和含硫化合物的化工原料。一種以BaS為原料生產氫氧化鋇并獲得某種副產品X和硫代硫酸鈉(Na2S2O3)的工藝流程如下:
已知:Ⅰ.是黃色的離子,其化學性質與S2-類似,具有一定的還原性,在酸性環境下會分解;
Ⅱ.S2在堿性環境下穩定,在酸性環境下會分解。BaS2O3在水中溶解度很小。
回答下列問題:
(1)(2分)制備BaS的方法是在高溫下用無煙煤粉(主要成分為C)還原重晶石(BaSO4),在某溫度下反應,硫元素全部被還原為最低價,同時產生兩種常見氣體,若兩種氣體在同一條件下的體積比為1∶1,寫出該反應的化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)(1分)粗制BaS溶解于溫熱水中配制成BaS溶液,往其中通入O2可發生反應生成BaSx和Ba(OH)2。下圖是BaSx和Ba(OH)2的溶解度隨溫度變化曲線,根據后面的流程推測,圖中　　　　(填“甲”或“乙”)代表Ba(OH)2的溶解度曲線。
(3)(2分)中的x可變,當x=3時,BaS3晶體的晶胞如下:
已知該晶胞各面互相垂直,設晶胞參數分別為a pm、b pm、c pm,阿伏加德羅常數的數值為NA,則BaS3的密度為　　　　　　　　　　　　　　　 g·cm-3 (用含a、b、c、NA的式子表示)。
(4)(2分)Ba(OH)2·8H2O粗產品需要進行洗滌脫色以得到較為潔凈的產品,推測下列物質可以用來作為脫色劑的有　　　　(填標號)。
a.NaClO溶液　b.稀H2O2溶液　c.KI溶液
(5)(3分)往母液A中加入Na2SO4溶液可得到副產品X,X的化學式為　　　　　　　(1分)。已知溫度較低時,Na2SO4在水中溶解度會迅速減小。在這一步操作中Na2SO4的用量一般為略微過量,原因是 　　　　　　　　　　　　　　　(2分)。
(6)(2分)在堿性條件下往母液B中通入O2可將氧化為S2,若x=5(即用表示),請寫出該反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
2.(10分)(2024·湖南長沙一模)濕法煉鋅的工業廢水中主要陽離子有Zn2+、H+、Tl+、Tl3+,廢水除鉈的工藝流程如圖。
已知:
①Tl+能夠在pH為0~14的范圍內以離子態穩定存在,不易與OH-形成沉淀。
②部分物質的Ksp如表:
物質 Zn(OH)2 Tl(OH)3 ZnS Tl2S
Ksp 6.8×10-17 1.5×10-44 1.6×10-24 5.0×10-21
③排放標準:Tl的含量低于1.5×10-8 mol·L-1。回答下列問題:
(1)(2分)Tl的原子序數為81,在元素周期表中的位置為　　　　　,價電子排布式為　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)(2分)已知“氧化”步驟中KMnO4被還原為MnO2,請寫出該反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　, 反應后仍存在少量的Tl+。
(3)(1分)“預中和”步驟中加入Ca(OH)2至溶液的pH約為7,可減少“硫化”步驟中Na2S的使用量,還能減少　　　　　(填化學式)污染物的生成。
(4)(1分)“硫化”步驟的主要目的是除去　　　　　(填離子符號)。
(5)(2分)在“中和”步驟中,若要使溶液中Tl3+的含量低于排放標準,請根據Ksp計算溶液的pH應大于　　　　　。
(6)(2分)“離子交換”步驟中可用普魯士藍
{KFe(Ⅲ)[Fe(Ⅱ)(CN)6]}(其摩爾質量為M g·mol-1)中的K+與殘余鉈離子進行離子交換,進一步實現廢水中鉈的去除。普魯士藍晶胞的如下[K+未標出,其占據四個互不相鄰的小立方體(晶胞的部分)的體心]。若該晶體的密度為ρ g·cm-3,則Fe3+和Fe2+的最短距離為　　　　　 cm(設NA為阿伏加德羅常數的值)。
3.(11分)(2024·山東威海二模)銠(Rh)是一種稀有貴金屬,工業上從廢銠材料(主要含Rh,還含有Cu、Fe等)中提煉銠的主要途徑有如下兩種:
已知:①Rh金屬活動順序位于H之后。
②Rh(Ⅲ)易與Cl-形成配離子[RhCl6]3-,且該配離子在水溶液中存在以下平衡:[RhCl6]3-+3H2ORh(OH)3+3H++6Cl-。
③已知25 ℃時相關物質的Ksp見下表。
氫氧化物 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Rh(OH)3
Ksp 1.0×10-38.6 1.0×10-19.6 1.0×10-22.6
(已知開始沉淀的金屬離子濃度為0.1 mol·L-1;金屬離子濃度≤1.0×10-5 mol·L-1時,可認為該離子沉淀完全。)
回答下列問題:
(1)(5分)途徑一:
①“氯化溶解”過程中,金屬Rh轉化為H3RhCl6,該反應的化學方程式為　　　　　　　　　(2分)。
②“定向脫銅”時,銅的沉淀率隨pH變化如圖所示,實際工業生產中控制pH為2,pH不宜大于2的原因是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　(2分)。
③“陽離子交換”過程中,被陽離子交換樹脂吸附的金屬陽離子有　　　　　(1分)。
(2)(6分)途徑二:
①“控溫焚燒”的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1分)且防止Rh單質被氧化。
②“加熱至熔融”的目的是將焚燒后的物質全部轉化成可溶性的硫酸鹽。已知Rh單質與KHSO4反應的產物之一為SO2,則參加反應的Rh和KHSO4的物質的量之比為　　　　　(1分)。
③步驟“調pH①”中應調節的pH范圍為　　　　　(2分)(保留兩位有效數字)。
④用氨水沉淀銠元素的離子方程式為　　　　　　　　　　(2分)。
4.(12分)(2024·山東日照二模)工業上以軟錳礦(主要成分為MnO2,還含有少量Fe2O3等)和輝銅礦(主要成分為Cu2S,還含有少量Si、Ni等氧化物)為原料,制備碳酸錳和膽礬的工藝流程如圖所示。
已知:HR萃取Cu2+的原理為Cu2+(aq)+2HR(org)CuR2(org)+2H+(aq)(org為有機相)。
回答下列問題:
(1)(3分)為了加快“酸浸”速率,可采取的措施是　　　　　(1分)(答出一條即可);已知浸出渣中含有單質S,寫出“酸浸”時MnO2與Cu2S反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　(2分)。
(2)(2分)“萃取”后的溶液中c(Mn2+)=0.5 mol·L-1,當溶液中可溶組分濃度c≤1.0×10-5 mol·L-1時,可認為已除盡,已知“調pH除鎳”時應控制溶液pH的最小值是1.8,最大值是5.8,則=　　　　　　[已知pc(S2-)=-lgc(S2-),該溶液中pc(S2-)和pH的關系為pc(S2-)=15.1-pH;忽略溶液體積變化]。
(3)(2分)寫出“碳化沉錳”過程中發生反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)(2分)試劑X為　　　　　　(填化學式);“系列操作”包括　　　　　　　　　　　　　　　、過濾、洗滌和干燥。
(5)(3分)CuSO4·5H2O在空氣中加熱分解時,每一步所得固體為純凈物,隨溫度變化如圖所示。
①105 ℃時,剩余固體的化學式為　　　　　　　　　　　　　　
(1分)。
②寫出溫度高于810 ℃時反應的化學方程式:　　　　　　　　　　(2分)。
5.(12分)(2024·山東東營預測)一種利用硫鐵礦(主要成分是FeS2,含少量Al2O3、SiO2和Fe3O4)制備LiFePO4的工藝流程如圖:
已知:①(H3PO4)=7.6×10-3,(H3PO4)=6.3×10-8,(H3PO4)=4.2×10-13。
②25 ℃時相關物質的Ksp見下表,當溶液中某離子濃度c≤1.0×10-5 mol·L-1時,可認為該離子沉淀完全。
物質 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 FePO4
Ksp 1×10-17 1×10-39 1×10-33 1.4×10-22
回答下列問題:
(1)(6分)從“焙燒”到“氧化”要經歷“酸浸→還原→過濾→除鋁”4道工序。若“酸浸”工序用硫酸,“還原”工序加入FeS。“還原”工序的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　(2分),
濾渣的成分是　　　　　(1分)(填化學式,下同);“除鋁”工序可加入的難溶物質是　　　　　(1分),除凈鋁離子需要調節的最小pH為　　　　　　　(2分)(保留一位小數)。
(2)(2分)“氧化”步驟中,加入的試劑R最好為　　　(填標號)。
A.HNO3 B.H2O2
C.Ca(ClO)2 D.KMnO4
能判斷是否氧化徹底的試劑為　　　　　　　　　　　　　　 (填化學式)。
(3)(2分)“沉鐵”步驟反應的平衡常數K=　　　　 L·mol-1。
(4)(2分)“高溫煅燒”時主要反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　。
6.(13分)(2023·廣東卷)Ni、Co均是重要的戰略性金屬。從處理后的礦石硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中,利用氨浸工藝可提取Ni、Co,并獲得高附加值化工產品。工藝流程如下:
已知:氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常溫下,Ni2+、Co2+、Co3+與NH3形成可溶于水的配離子:lgKb(NH3·H2O)=-4.7;Co(OH)2易被空氣氧化為Co(OH)3;部分氫氧化物的Ksp如下表。
氫氧化物 Co(OH)2 Co(OH)3 Ni(OH)2 Al(OH)3 Mg(OH)2
Ksp 5.9×10-15 1.6×10-44 5.5×10-16 1.3×10-33 5.6×10-12
回答下列問題:
(1)(2分)活性MgO可與水反應,化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　。
(2)(2分)常溫下,pH=9.9的氨性溶液中,c(NH3·H2O)　　　　c(N) (填“>”“<”或“=”)。
(3)(2分)“氨浸”時,由Co(OH)3轉化為[Co(NH3)6]2+的離子方程式為　　　　　　　　。
(4)(3分)(NH4)2CO3會使濾泥中的一種膠狀物質轉化為疏松分布的棒狀顆粒物。(NH4)2CO3提高了Ni、Co的浸取速率,其原因是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)(4分)①“結晶純化”過程中,沒有引入新物質。晶體A含6個結晶水,則所得HNO3溶液中n(HNO3)與n(H2O)的比值,理論上最高為　　　　　　。
②“熱解”對于從礦石提取Ni、Co工藝的意義,在于可重復利用HNO3和　　　　(填化學式)。
綜合題突破2　無機化學工藝流程綜合題
1.(1)3BaSO4+8C3BaS+4CO↑+4CO2↑　(2)甲
(3)　(4)ab　(5)BaSO4　Na2SO4稍微過量有利于使Ba2+沉淀完全,可提高副產品BaSO4的產率,減少副產品Na2S2O3中的BaS2O3雜質;同時不能過量太多,否則會使Na2S2O3中混有過多的Na2SO4雜質　(6)2+6O2+6OH-===5S2+3H2O
解析　題中說明粗制BaS溶解于溫熱水中配制成BaS溶液,往其中通入O2可發生反應生成BaSx和Ba(OH)2,經過過濾后除C等不溶性的雜質,結晶后過濾母液A中有Ba2+,加入Na2SO4后發生復分解反應生成BaSO4,再次過濾后,得到沉淀X為硫酸鋇,在堿性條件下往母液B中通入O2可將氧化為S2,最終得到產品。(1)該反應的還原劑為C,氧化劑為BaSO4,硫元素全部被還原為最低價,即硫元素全部變為BaS,下降了8價,且說明氣體中不含硫元素,所以兩種氣體應為碳的氧化物,即CO和CO2,當二者比例為1∶1時,即C有一半上升了2價,有一半上升了4價,可以配平得:3BaSO4+8C3BaS+4CO↑+4CO2↑;(2)分析后續步驟,需要冷卻結晶、過濾來分離Ba(OH)2·8H2O和BaSx,則需要保證Ba(OH)2的溶解度隨溫度降低而降低,且幅度較大,故甲為Ba(OH)2的溶解度曲線;(3)觀察晶胞,對于大球,頂點有8×=1個,上下面有2×=1個,棱上有8×=2個,則大球有4個;對于小球,上下面有8×=4個,左右面有4×=2個,晶胞內有6個,則小球有12個;故大球為Ba,小球為S,所以一個晶胞中含有4個BaS3,故其密度為ρ=== g·cm-3。(若觀察S個數較為困難,推出大球有4個后,假設大球為S,則Ba為個,顯然不合理,則可以推出深灰色粒子為Ba);(4)脫色是除去黃色的,根據題目信息,具有還原性,故需要用氧化劑,NaClO、H2O2均為氧化劑,KI無氧化性,答案為ab。(5)母液A中有Ba2+,加入Na2SO4后發生復分解反應生成BaSO4。這一步的目的是將Ba2+完全沉淀,故Na2SO4需略微過量以保證Ba2+沉淀完全。由題目信息可知,溫度較低時,Na2SO4在水中溶解度會迅速減小,所以若Na2SO4過量過多,最后Na2S2O3冷卻結晶時Na2SO4也會一起析出,會使得產物不純;(6)可根據氧化還原反應的配平方法配出,也可根據元素守恒,變為S2,系數之比為2∶5,因為是堿性環境,又由電荷守恒,方程式反應物一邊要加上OH-,再用O2將氧元素配平即可,即為2+6O2+6OH-===5S2+3H2O。
2.(1)第6周期第ⅢA族　6s26p1　(2)3Tl++2Mn+8H+===3Tl3++2MnO2↓+4H2O　(3)H2S　(4)Zn2+、Tl+　(5)2
(6)
解析　濕法煉鋅工業廢水(主要陽離子有Zn2+、H+、Tl+、Tl3+)除鉈的工藝流程為加入KMnO4氧化Tl+為Tl3+,KMnO4被還原為MnO2,該反應的離子方程式為3Tl++2Mn+8H+===3Tl3++2MnO2↓+4H2O;加入Ca(OH)2預中和H+,調節溶液pH,防止硫化時生成H2S氣體污染環境;加入Na2S除去Zn2+、Tl+(“氧化”步驟中Tl+氧化不徹底);再加入Ca(OH)2使Tl3+轉化為Tl(OH)3沉淀,過濾除去沉淀,濾液中含有Ca2+、少量Tl+,加入Na2CO3除去Ca2+,過濾,含有少量Tl+的濾液經過離子交換進一步處理以除去Tl+,得到達標水排放。(1)Tl的原子序數為81,86>81>54,故其在第6周期,81-54-14=13,第13列即ⅢA族,故Tl在元素周期表中的位置為第6周期第ⅢA族,其價電子排布式為6s26p1;(2)由題給信息可知,加入KMnO4氧化Tl+為Tl3+,KMnO4被還原為MnO2,反應的離子方程式為3Tl++2Mn+8H+===3Tl3++2MnO2↓+4H2O;(3)酸性條件下,H+能與Na2S反應生成H2S氣體,H2S氣體會污染環境,所以“預中和”步驟中加Ca(OH)2至溶液的pH約為7,可減少“硫化”步驟中Na2S的使用量,還能減少H2S污染物的生成;(4)Na2S電離的S2-能與Zn2+、Tl+生成生成ZnS、Tl2S沉淀,即“硫化”步驟的主要目的是除去Zn2+、Tl+;(5)Ksp[Tl(OH)3]=c(Tl3+)·c3(OH-)=1.5×10-44,排放標準為Tl的含量低于1.5×10-8 mol·L-1,則溶液中c(OH-)> mol·L-1=1×10-12 mol·L-1,c(H+)< mol·L-1=0.01 mol·L-1,pH>2;(6)該晶胞圖中Fe3+和Fe2+位于頂點位置,最短距離等于晶胞邊長,設為x cm,則普魯士藍的晶胞邊長為晶胞的2倍,為2x cm,晶胞體積V=(2x cm)3=8x3 cm3,K+占據四個互不相鄰的小立方體(晶胞的部分)的體心,所以普魯士藍晶胞中含有4個K+,化學式為KFe(Ⅲ)[Fe(Ⅱ)(CN)6],則晶胞的質量m= g=ρV=ρ·8x3 g,解得x=。
3.(1)①2Rh+3Cl2+6HCl===2H3RhCl6
②pH>2,[RhCl6]3-水解平衡正向移動,導致Rh沉淀率增加而損失　③Na+、Fe3+　(2)①防止溫度過低,Cu、Fe氧化不完全　②2∶3　③2.8~4.7　④Rh3++3NH3·H2O===Rh(OH)3↓+3N
解析　途徑一:廢銠材料(主要含Rh,還含有Cu、Fe等)粉碎后通入氯氣并加入鹽酸,“氯化溶解”得到H3RhCl6、CuCl2、FeCl3,加入草酸和銅離子結合生成草酸銅,同時加入NaOH調節溶液pH,陽離子交換樹脂吸附Na+、Fe3+為濾液除雜,[RhCl6]3-發生水解反應生成Rh(OH)3沉淀,最后得到銠粉;途徑二:廢銠材料(主要含Rh,還含有Cu、Fe等)焚燒將Cu轉化為CuO,將Fe轉化為Fe2O3,加熱熔融,加入KHSO4,生成Rh2(SO4)3、CuSO4、Fe2(SO4)3,加入水和氨水調pH使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀,再加入氨水調節pH,生成Rh(OH)3沉淀和[Cu(NH3)4]SO4溶液,過濾,Rh(OH)3和途徑一相同處理得銠粉;(1)①廢銠材料通入氯氣和HCl,“氯化溶解”得到H3RhCl6,反應的方程式為2Rh+3Cl2+6HCl===2H3RhCl6;②由圖像可知,pH=2時,銅的沉淀率已達98%,若pH<2,銅的沉淀率會較低;pH>2,[RhCl6]3-水解平衡正向移動,導致Rh沉淀率增加而損失;③定向脫銅后溶液得到Na2C2O4、FeCl3,“陽離子交換”過程中,溶液中被陽離子交換樹脂吸附的金屬陽離子主要有Na+、Fe3+;(2)①“控溫焚燒”即焚燒溫度既不能過高也不能過低,若溫度過高,Rh單質被氧化,Rh的氧化物性質穩定,難溶解,后續不方便處理;若溫度過低,Cu、Fe氧化不完全;②Rh單質與KHSO4反應生成Rh3+,還原產物為SO2,硫元素得2個電子,Rh失3個電子,根據氧化還原反應得失電子守恒,參加反應的Rh和KHSO4的物質的量之比為2∶3;③Fe3+沉淀完全時,由Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-38.6可知,c(OH-)== mol·L-1=10-11.2 mol·L-1,即pH=2.8,同時為了使Cu2+不發生沉淀,由Ksp[Cu(OH)2]=1.0×10-19.6可知,c(OH-)== mol·L-1=10-9.3 mol·L-1,即pH=4.7,故調節的pH范圍為2.8~4.7;④用氨水調pH,NH3·H2O電離產生的OH-與Rh3+反應生成Rh(OH)3沉淀,其離子方程式為Rh3++3NH3·H2O===Rh(OH)3↓+3N。
4.(1)粉碎、攪拌、加熱　2MnO2+Cu2S+8H+===2Cu2++2Mn2++S+4H2O　(2)5×104　(3)Mn2++HC+NH3·H2O===MnCO3↓+N+H2O　(4)H2SO4　蒸發濃縮,冷卻結晶
(5)①CuSO4·3H2O　②4CuO2Cu2O+O2↑
解析　分析流程可知,軟錳礦、輝銅礦中加入硫酸酸浸,過濾得到浸出液中加CuO調節溶液pH,使鐵離子全部轉化為沉淀除去,過濾得到浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4等,加入HR萃取Cu2+后分液,水相中加硫化鈉調pH除鎳,濾液中加入碳酸氫銨、氨水進行碳化沉錳,過濾得碳酸錳;有機相中加入試劑X為硫酸,進行反萃取后分液,所得水相經系列操作可得膽礬。(1)根據影響反應速率的因素,加快“酸浸”速率,采取的措施有將礦石粉碎、加熱、適當增加硫酸濃度、充分攪拌等;反應中生成S,說明MnO2是氧化劑,Cu2S被氧化為單質S和Cu2+,反應的離子方程式為2MnO2+Cu2S+8H+===S+2Cu2++2Mn2++4H2O;(2)利用pc(S2-)=15.1-pH可知,已知“調pH除鎳”時應控制溶液pH的最小值是1.8,c(S2-)=10-13.3 mol·L-1,Ksp(NiS)=10-5×10-13.3=10-18.3,pH的最大值是5.8,c(S2-)=10-9.3 mol·L-1,Ksp(MnS)=0.5×10-13.3=5×10-14.3,則==5×104;(3)“碳化沉錳”過程中Mn2+與HC電離出的C結合生成MnCO3沉淀,促進HC的電離,產生的H+與NH3·H2O反應生成N和H2O,所以離子方程式為Mn2++HC+NH3·H2O===MnCO3↓+N+H2O;(4)已知HR萃取Cu2+的原理為Cu2+(aq)+2HR(org)CuR2(org)+2H+(aq),要反萃取得到CuSO4,則需要加入酸性試劑,使平衡逆向移動,故試劑X為H2SO4;從CuSO4溶液中獲取膽礬,采用的“系列操作”包括蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌和干燥;(5)①設CuSO4·5H2O為1 mol,質量為250 g,由圖可知,105 ℃時,損失的質量為14.4%,即為250 g×14.4%=36 g,即失去2個結晶水,故此時固體化學式為CuSO4·3H2O;②溫度810 ℃時,固體剩余28.8%,質量為250 g×28.8%=72 g,此時固體為Cu2O,則高于810 ℃時,CuO分解生成Cu2O和O2,化學方程式為4CuO2Cu2O+O2↑。
5.(1)2Fe3++FeS===3Fe2++S　SiO2、S、FeS　FeO　4.7　(2)B　KMnO4或K3[Fe(CN)6]　(3)3.0×109　(4)Li2CO3+H2C2O4+2FePO42LiFePO4+3CO2↑+H2O
解析　硫鐵礦(主要成分是FeS2,含少量Al2O3、SiO2和Fe3O4)通入空氣煅燒生成鋁、鐵的氧化物和二氧化硫,礦石中二氧化硅不反應;酸浸過程中鋁、鐵的氧化物和稀硫酸反應轉化為相應的鹽溶液,二氧化硅不和稀硫酸反應,加入FeS將鐵離子轉化為亞鐵離子同時生成硫單質,過濾除去硫和過量FeS以及二氧化硅,即濾渣為SiO2、S、FeS;濾液加入FeO調節pH值除去鋁得到濾渣,濾液加入過氧化氫,將亞鐵離子轉化為三價鐵離子,再加入(NH4)2HPO4沉鐵,得到磷酸鐵,最后高溫煅燒Li2CO3、H2C2O4、FePO4的混合物生成LiFePO4,據此分析解題。(1)由分析可知,若“酸浸”工序用硫酸,“還原”工序加入FeS,即用FeS還原Fe3+,將Fe3+還原為Fe2+、FeS中S氧化為S,故“還原”工序的離子方程式為2Fe3++FeS===3Fe2++S;過濾得到濾渣的成分是SiO2、S、FeS;由分析可知:“除鋁”工序可加入的難溶物質是FeO;除凈鋁離子即Al3+濃度小于等于10-5 mol·L-1,則此時溶液中c(OH-)≥= mol·L-1≈10-9.3 mol·L-1,則c(H+)≤= mol·L-1=10-4.7 mol·L-1,故需要調節的最小pH為-lg 10-4.7=4.7;(2)由分析可知,“氧化”步驟中是將Fe2+氧化為Fe3+,加入HNO3將產生有毒有害氣體,加入Ca(ClO)2、KMnO4將引入雜質離子,加入H2O2時其還原產物為H2O,不引入新的雜質,故加入的試劑R最佳是H2O2;判斷是否氧化徹底即檢驗氧化后的產物中是否含有Fe2+,故該試劑為KMnO4或K3[Fe(CN)6];(3)由題干流程圖可知,“沉鐵”步驟反應為Fe3++HPFePO4↓+H+,該反應的平衡常數K==== L·mol-1=3.0×109 L·mol-1;(4)“高溫煅燒”時,發生的主要反應為Li2CO3、H2C2O4和FePO4生成LiFePO4和CO2,根據氧化還原反應配平可得該反應化學方程式為Li2CO3+H2C2O4+2FePO42LiFePO4+3CO2↑+H2O。
6.(1)MgO+H2O===Mg(OH)2　(2)>　(3)2Co(OH)3+12NH3·H2O+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O+4OH-或2Co(OH)3+8NH3·H2O+4N+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O　(4)減少膠狀物質對鎳鈷氫氧化物的包裹,增加了濾泥與氨性溶液的接觸面積　(5)①0.4或2∶5　②MgO
解析　硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中加入活性氧化鎂調節溶液pH值,過濾,得到濾液主要是硝酸鎂,結晶純化得到硝酸鎂晶體,再熱解得到氧化鎂和硝酸。濾泥加入氨性溶液氨浸,過濾,向濾液中進行鎳鈷分離,經過一系列操作得到氯化鈷和飽和氯化鎳溶液,向飽和氯化鎳溶液中加入氯化氫氣體得到氯化鎳晶體。(1)活性MgO可與水反應,化學方程式為MgO+H2O===Mg(OH)2。(2)常溫下,pH=9.9的氨性溶液中,lgKb(NH3·H2O)=-4.7,Kb(NH3·H2O)=10-4.7=,===10-0.6<1,則c(NH3·H2O)>c(N)。(3)“氨浸”時,Co(OH)3與亞硫酸根發生氧化還原反應,再與氨水反應生成[Co(NH3)6]2+,則由Co(OH)3轉化為[Co(NH3)6]2+的離子方程式為2Co(OH)3+12NH3·H2O+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O+4OH-或2Co(OH)3+8NH3·H2O+4N+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O。(4)根據題意(NH4)2CO3會使濾泥中的一種膠狀物質轉化為疏松分布的棒狀顆粒物,則(NH4)2CO3能提高Ni、Co的浸取速率,其原因是減少膠狀物質對鎳鈷氫氧化物的包裹,增加了濾泥與氨性溶液的接觸面積。(5)①“結晶純化”過程中,沒有引入新物質。晶體A含6個結晶水,則晶體A為Mg(NO3)2·6H2O,根據Mg(NO3)2+2H2OMg(OH)2+2HNO3,Mg(OH)2MgO+H2O,還剩余5個水分子,因此所得HNO3溶液中n(HNO3)與n(H2O)的比值理論上最高為2∶5;②根據前面分析Mg(NO3)2+2H2OMg(OH)2+2HNO3,Mg(OH)2MgO+H2O,“熱解”對于從礦石提取Ni、Co工藝的意義,在于可重復利用HNO3和MgO。(共39張PPT)
綜合題突破2　無機化學工藝流程綜合題
第三篇　專項練增分提能
綜合大題分類強化練
1.(2024·湖南長郡中學二模)硫化鋇(BaS)是一種用于制取含鋇化合物和含硫化合物的化工原料。一種以BaS為原料生產氫氧化鋇并獲得某種副產品X和硫代硫酸鈉(Na2S2O3)的工藝流程如下:
已知:Ⅰ.是黃色的離子,其化學性質與S2-類似,具有一定的還原性,在酸性環境下會分解;
Ⅱ.S2在堿性環境下穩定,在酸性環境下會分解。BaS2O3在水中溶解度很小。
回答下列問題:
(1)制備BaS的方法是在高溫下用無煙煤粉(主要成分為C)還原重晶石(BaSO4),在某溫度下反應,硫元素全部被還原為最低價,同時產生兩種常見氣體,若兩種氣體在同一條件下的體積比為1∶1,寫出該反應的化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)粗制BaS溶解于溫熱水中配制成BaS溶液,往其中通入O2可發生反應生成BaSx和Ba(OH)2。下圖是BaSx和Ba(OH)2的溶解度隨溫度變化曲線,根據后面的流程推測,圖中　　　　(填“甲”或“乙”)代表Ba(OH)2的溶解度曲線。
甲
解析　(2)分析后續步驟,需要冷卻結晶、過濾來分離Ba(OH)2·8H2O和BaSx,則需要保證Ba(OH)2的溶解度隨溫度降低而降低,且幅度較大,故甲為Ba(OH)2的溶解度曲線;
(3)中的x可變,當x=3時,BaS3晶體的晶胞如下:
已知該晶胞各面互相垂直,設晶胞參數分別為a pm、b pm、
c pm,阿伏加德羅常數的數值為NA,則BaS3的密度為
　　 　　 g·cm-3(用含a、b、c、NA的式子表示)。
(4)Ba(OH)2·8H2O粗產品需要進行洗滌脫色以得到較為潔凈的產品,推測下列物質可以用來作為脫色劑的有　　　　(填標號)。
a.NaClO溶液　b.稀H2O2溶液　c.KI溶液
解析　(3)觀察晶胞,對于大球,頂點有8×=1個,上下面有2×=1個,棱上有8×=2個,則大球有4個;對于小球,上下面有8×=4個,左右面有4×=2個,晶胞內有6個,則小球有12個;故大球為Ba,小球為S,所以一個晶胞中含有4個BaS3,故其密度為ρ=== g·cm-3。(若觀察S個數較為困難,推出大球有4個后,假設大球為S,則Ba為個,顯然不合理,則可以推出深灰色粒子為Ba);(4)脫色是除去黃色的,根據題目信息,具有還原性,故需要用氧化劑,NaClO、H2O2均為氧化劑,KI無氧化性,答案為ab。
(5)往母液A中加入Na2SO4溶液可得到副產品X,X的化學式為　　　　　　。已知溫度較低時,Na2SO4在水中溶解度會迅速減小。在這一步操作中Na2SO4的用量一般為略微過量,原因是_______________________________________________
_____________________________________________________________________
　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　　　　。
(6)在堿性條件下往母液B中通入O2可將氧化為S2,若x=5(即用表示),請寫出該反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　 　　 　　。
Na2SO4稍微過量有利于使Ba2+沉淀完全,可提高副產品BaSO4的產率,減少副產品Na2S2O3中的BaS2O3雜質;同時不能過量太多,否則會使Na2S2O3中混有過多的Na2SO4雜質
解析　(5)母液A中有Ba2+,加入Na2SO4后發生復分解反應生成BaSO4。這一步的目的是將Ba2+完全沉淀,故Na2SO4需略微過量以保證Ba2+沉淀完全。由題目信息可知,溫度較低時,Na2SO4在水中溶解度會迅速減小,所以若Na2SO4過量過多,最后Na2S2O3冷卻結晶時Na2SO4也會一起析出,會使得產物不純;(6)可根據氧化還原反應的配平方法配出,也可根據元素守恒,變為S2,系數之比為2∶5,因為是堿性環境,又由電荷守恒,方程式反應物一邊要加上OH-,再用O2將氧元素配平即可,即為2+6O2+6OH-===5S2+3H2O。
2.(2024·湖南長沙一模)濕法煉鋅的工業廢水中主要陽離子有Zn2+、H+、Tl+、Tl3+,廢水除鉈的工藝流程如圖。
已知:①Tl+能夠在pH為0~14的范圍內以
離子態穩定存在,不易與OH-形成沉淀。
②部分物質的Ksp如表:
物質 Zn(OH)2 Tl(OH)3 ZnS Tl2S
Ksp 6.8×10-17 1.5×10-44 1.6×10-24 5.0×10-21
③排放標準:Tl的含量低于1.5×10-8 mol·L-1。回答下列問題:
(1)Tl的原子序數為81,在元素周期表中的位置為　　 　　　,價電子排布式為　　　　　。
(2)已知“氧化”步驟中KMnO4被還原為MnO2,請寫出該反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　,反應后仍存在少量的Tl+。
(3)“預中和”步驟中加入Ca(OH)2至溶液的pH約為7,可減少“硫化”步驟中Na2S的使用量,還能減少　　　　　(填化學式)污染物的生成。
(4)“硫化”步驟的主要目的是除去　　　　　(填離子符號)。
(5)在“中和”步驟中,若要使溶液中Tl3+的含量低于排放標準,請根據Ksp計算溶液的pH應大于　　　　　　　　　　　　　　　。
第6周期第ⅢA族
6s26p1
3Tl++2Mn+8H+===3Tl3++2MnO2↓+4H2O
H2S
Zn2+、Tl+
2
解析　濕法煉鋅工業廢水(主要陽離子有Zn2+、H+、Tl+、Tl3+)除鉈的工藝流程為加入KMnO4氧化Tl+為Tl3+,KMnO4被還原為MnO2,該反應的離子方程式為3Tl++2Mn+8H+===3Tl3++2MnO2↓+4H2O;加入Ca(OH)2預中和H+,調節溶液pH,防止硫化時生成H2S氣體污染環境;加入Na2S除去Zn2+、Tl+(“氧化”步驟中Tl+氧化不徹底);再加入Ca(OH)2使Tl3+轉化為Tl(OH)3沉淀,過濾除去沉淀,濾液中含有Ca2+、少量Tl+,加入Na2CO3除去Ca2+,過濾,含有少量Tl+的濾液經過離子交換進一步處理以除去Tl+,得到達標水排放。(1)Tl的原子序數為81,86>81>54,故其在第6周期,81-54-14=13,第13列即ⅢA族,故Tl在元素周期表中的位置為第6周期第ⅢA族,其價電
子排布式為6s26p1;(2)由題給信息可知,加入KMnO4氧化Tl+為Tl3+,KMnO4被還原為MnO2,反應的離子方程式為3Tl++2Mn+8H+===3Tl3++2MnO2↓+4H2O;(3)酸性條件下,H+能與Na2S反應生成H2S氣體,H2S氣體會污染環境,所以“預中和”步驟中加Ca(OH)2至溶液的pH約為7,可減少“硫化”步驟中Na2S的使用量,還能減少H2S污染物的生成;(4)Na2S電離的S2-能與Zn2+、Tl+生成生成ZnS、Tl2S沉淀,即“硫化”步驟的主要目的是除去Zn2+、Tl+;(5)Ksp[Tl(OH)3]=c(Tl3+)·c3(OH-)=1.5×10-44,排放標準為Tl的含量低于1.5×10-8 mol·L-1,則溶液中c(OH-)> mol·L-1=1×10-12 mol·L-1,c(H+)< mol·L-1=0.01 mol·L-1,pH>2;
(6)“離子交換”步驟中可用普魯士藍{KFe(Ⅲ)[Fe(Ⅱ)(CN)6]}(其摩爾質量為M g·mol-1)中的K+與殘余鉈離子進行離子交換,進一步實現廢水中鉈的去除。普魯士藍晶胞的如下[K+未標出,其占據四個互不相鄰的小立方體(晶胞的部分)的體心]。
若該晶體的密度為ρ g·cm-3,則Fe3+和Fe2+的最短距離
為　　　　　 cm(設NA為阿伏加德羅常數的值)。
解析　(6)該晶胞圖中Fe3+和Fe2+位于頂點位置,最短距離等于晶胞邊長,設為x cm,則普魯士藍的晶胞邊長為晶胞的2倍,為2x cm,晶胞體積V=(2x cm)3=8x3 cm3,K+占據四個互不相鄰的小立方體(晶胞的部分)的體心,所以普魯士藍晶胞中含有4個K+,化學式為KFe(Ⅲ)[Fe(Ⅱ)(CN)6],則晶胞的質量m= g=ρV=ρ·8x3 g,解得x=。
3.(2024·山東威海二模)銠(Rh)是一種稀有貴金屬,工業上從廢銠材料(主要含Rh,還含有Cu、Fe等)中提煉銠的主要途徑有如下兩種:
已知:①Rh金屬活動順序位于H之后。
②Rh(Ⅲ)易與Cl-形成配離子[RhCl6]3-,
且該配離子在水溶液中存在以下平衡:[RhCl6]3-+3H2O Rh(OH)3+3H++6Cl-。
③已知25 ℃時相關物質的Ksp見下表。
氫氧化物 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Rh(OH)3
Ksp 1.0×10-38.6 1.0×10-19.6 1.0×10-22.6
(已知開始沉淀的金屬離子濃度為0.1 mol·L-1;金屬離子濃度≤1.0×10-5 mol·L-1時,可認為該離子沉淀完全。)
回答下列問題:
(1)途徑一:
①“氯化溶解”過程中,金屬Rh轉化為H3RhCl6,該反應的化學方程式為
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
②“定向脫銅”時,銅的沉淀率隨pH變化如圖所示,實際工業生產中控制pH為2,pH不宜大于2的原因是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　。
③“陽離子交換”過程中,被陽離子交換樹脂吸附的金屬陽離子有　　　　　。
2Rh+3Cl2+6HCl===2H3RhCl6
pH>2,[RhCl6]3-水解平衡正向移動,導致Rh沉淀率增加而損失
Na+、Fe3+
解析　途徑一:廢銠材料(主要含Rh,還含有Cu、Fe等)粉碎后通入氯氣并加入鹽酸,“氯化溶解”得到H3RhCl6、CuCl2、FeCl3,加入草酸和銅離子結合生成草酸銅,同時加入NaOH調節溶液pH,陽離子交換樹脂吸附Na+、Fe3+為濾液除雜,[RhCl6]3-發生水解反應生成Rh(OH)3沉淀,最后得到銠粉;途徑二:廢銠材料(主要含Rh,還含有Cu、Fe等)焚燒將Cu轉化為CuO,將Fe轉化為Fe2O3,加熱熔融,加入KHSO4,生成Rh2(SO4)3、CuSO4、Fe2(SO4)3,加入水和氨水調pH使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀,再加入氨水調節pH,生成Rh(OH)3沉淀和[Cu(NH3)4]SO4溶液,過濾,Rh(OH)3和途徑一相同處理得銠粉;(1)①廢銠材料通入氯氣和HCl,“氯化溶解”得到H3RhCl6,反應的方程式為2Rh+3Cl2+6HCl===2H3RhCl6;②由圖像可知,pH=2時,銅的沉淀率已達98%,若pH<2,銅的沉淀率會較低;pH>2,[RhCl6]3-水解平衡正向移動,導致Rh沉淀率增加而損失;③定向脫銅后溶液得到Na2C2O4、FeCl3,“陽離子交換”過程中,溶液中被陽離子交換樹脂吸附的金屬陽離子主要有Na+、Fe3+;
(2)途徑二:
①“控溫焚燒”的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　且防止Rh單質被氧化。
②“加熱至熔融”的目的是將焚燒后的物質全部轉化成可溶性的硫酸鹽。已知Rh單質與KHSO4反應的產物之一為SO2,則參加反應的Rh和KHSO4的物質的量之比為　　　　　。
③步驟“調pH①”中應調節的pH范圍為　　　　(保留兩位有效數字)。
④用氨水沉淀銠元素的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　。
防止溫度過低,Cu、Fe氧化不完全
2∶3
2.8~4.7
Rh3++3NH3·H2O===Rh(OH)3↓+3N
解析　(2)①“控溫焚燒”即焚燒溫度既不能過高也不能過低,若溫度過高,Rh單質被氧化,Rh的氧化物性質穩定,難溶解,后續不方便處理;若溫度過低,Cu、Fe氧化不完全;②Rh單質與KHSO4反應生成Rh3+,還原產物為SO2,硫元素得2個電子,Rh失3個電子,根據氧化還原反應得失電子守恒,參加反應的Rh和KHSO4的物質的量之比為2∶3;③Fe3+沉淀完全時,由Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-38.6可知,c(OH-)= = mol·L-1=10-11.2 mol·L-1,即pH=2.8,同時為了使Cu2+不
發生沉淀,由Ksp[Cu(OH)2]=1.0×10-19.6可知,c(OH-)== mol·L-1=10-9.3 mol·L-1,即pH=4.7,故調節的pH范圍為2.8~4.7;④用氨水調pH,NH3·H2O電離產生的OH-與Rh3+反應生成Rh(OH)3沉淀,其離子方程式為Rh3++3NH3·H2O===Rh(OH)3↓+3N。
4.(2024·山東日照二模)工業上以軟錳礦(主要成分為MnO2,還含有少量Fe2O3等)和輝銅礦(主要成分為Cu2S,還含有少量Si、Ni等氧化物)為原料,制備碳酸錳和膽礬的工藝流程如圖所示。
回答下列問題:
(1)為了加快“酸浸”速率,可采取的措施是　 　　　(答出一條即可);已知浸出渣中含有單質S,寫出“酸浸”時MnO2與Cu2S反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“萃取”后的溶液中c(Mn2+)=0.5 mol·L-1,當溶液中可溶組分濃度c≤1.0×10-5 mol·L-1時,可認為已除盡,已知“調pH除鎳”時應控制溶液pH的最小值是1.8,最大值是5.8,則=　　　　　　[已知pc(S2-)=-lgc(S2-),該溶液中pc(S2-)和pH的關系為pc(S2-)=15.1-pH;忽略溶液體積變化]。
粉碎、攪拌、加熱
2MnO2+Cu2S+8H+===2Cu2++2Mn2++S+4H2O
5×104
解析　分析流程可知,軟錳礦、輝銅礦中加入硫酸酸浸,過濾得到浸出液中加CuO調節溶液pH,使鐵離子全部轉化為沉淀除去,過濾得到浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4等,加入HR萃取Cu2+后分液,水相中加硫化鈉調pH除鎳,濾液中加入碳酸氫銨、氨水進行碳化沉錳,過濾得碳酸錳;有機相中加入試劑X為硫酸,進行反萃取后分液,所得水相經系列操作可得膽礬。(1)根據影響反應速率的因素,加快“酸浸”速率,采取的措施有將礦石粉碎、加熱、適當增加硫酸濃度、充分攪拌等;反應中生成S,說明MnO2是氧化劑,Cu2S被氧化為單質S和Cu2+,反應的離子方程式為2MnO2+Cu2S+8H+===S+2Cu2++2Mn2++4H2O;(2)利用pc(S2-)=15.1-pH可知,已知“調pH除鎳”時應控制溶液pH的最小值是1.8,c(S2-)=10-13.3 mol·L-1,Ksp(NiS)=10-5×10-13.3=10-18.3,pH的最大值是5.8,c(S2-)=10-9.3 mol·L-1,Ksp(MnS)=0.5×10-13.3=5×10-14.3,則==5×104;
(3)寫出“碳化沉錳”過程中發生反應的離子方程式:
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)試劑X為　　　　　　(填化學式);“系列操作”包括　　　 　　、過濾、洗滌和干燥。
Mn2++HC+NH3·H2O===MnCO3↓+N+H2O
H2SO4
蒸發濃縮,冷卻結晶
(5)CuSO4·5H2O在空氣中加熱分解時,
每一步所得固體為純凈物,
隨溫度變化如圖所示。
①105 ℃時,剩余固體的化學式為　　　　　　　　　　　　　　　。
②寫出溫度高于810 ℃時反應的化學方程式:
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
CuSO4·3H2O
5.(2024·山東東營預測)一種利用硫鐵礦(主要成分是FeS2,含少量Al2O3、SiO2和Fe3O4)制備LiFePO4的工藝流程如圖:
已知:①(H3PO4)=7.6×10-3,
(H3PO4)=6.3×10-8,(H3PO4)=4.2×10-13。
②25 ℃時相關物質的Ksp見下表,當溶液中某
離子濃度c≤1.0×10-5 mol·L-1時,可認為該離子沉淀完全。
物質 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 FePO4
Ksp 1×10-17 1×10-39 1×10-33 1.4×10-22
回答下列問題:
(1)從“焙燒”到“氧化”要經歷“酸浸→還原→過濾→除鋁”4道工序。若“酸浸”工序用硫酸,“還原”工序加入FeS。“還原”工序的離子方程式為　　 　　　　　 　,
濾渣的成分是　　　 　　(填化學式,下同);“除鋁”工序可加入的難溶物質是　　　　　,除凈鋁離子需要調節的最小pH為　　　　　(保留一位小數)。
(2)“氧化”步驟中,加入的試劑R最好為　　　　　(填標號)。
A.HNO3 B.H2O2 C.Ca(ClO)2 D.KMnO4
能判斷是否氧化徹底的試劑為　　　 　　(填化學式)。
2Fe3++FeS===3Fe2++S
SiO2、S、FeS
FeO
4.7
B
KMnO4或K3[Fe(CN)6]
解析　硫鐵礦(主要成分是FeS2,含少量Al2O3、SiO2和Fe3O4)通入空氣煅燒生成鋁、鐵的氧化物和二氧化硫,礦石中二氧化硅不反應;酸浸過程中鋁、鐵的氧化物和稀硫酸反應轉化為相應的鹽溶液,二氧化硅不和稀硫酸反應,加入FeS將鐵離子轉化為亞鐵離子同時生成硫單質,過濾除去硫和過量FeS以及二氧化硅,即濾渣為SiO2、S、FeS;濾液加入FeO調節pH值除去鋁得到濾渣,濾液加入過氧化氫,將亞鐵離子轉化為三價鐵離子,再加入(NH4)2HPO4沉鐵,得到磷酸鐵,最后高溫煅燒Li2CO3、H2C2O4、FePO4的混合物生成LiFePO4,據此分析解題。(1)由分析可知,若“酸浸”工序用硫酸,“還原”工序加入FeS,即用FeS還原Fe3+,將Fe3+還原為Fe2+、FeS中S氧化
為S,故“還原”工序的離子方程式為2Fe3++FeS===3Fe2++S;過濾得到濾渣的成分是SiO2、S、FeS;由分析可知:“除鋁”工序可加入的難溶物質是FeO;除凈鋁離子即Al3+濃度小于等于10-5 mol·L-1,則此時溶液中c(OH-)≥= mol·L-1≈ 10-9.3 mol·L-1,則c(H+)≤= mol·L-1=10-4.7 mol·L-1,故需要調節的最小pH為-lg 10-4.7=4.7;(2)由分析可知,“氧化”步驟中是將Fe2+氧化為Fe3+,加入HNO3將產生有毒有害氣體,加入Ca(ClO)2、KMnO4將引入雜質離子,加入H2O2時其還原產物為H2O,不引入新的雜質,故加入的試劑R最佳是H2O2;判斷是否氧化徹底即檢驗氧化后的產物中是否含有Fe2+,故該試劑為KMnO4或K3[Fe(CN)6];
(3)“沉鐵”步驟反應的平衡常數K=　　　　 L·mol-1。
(4)“高溫煅燒”時主要反應的化學方程式為
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
3.0×109
6.(2023·廣東卷)Ni、Co均是重要的戰略性金屬。從處理后的礦石硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中,利用氨浸工藝可提取Ni、Co,并獲得高附加值化工產品。工藝流程如下:
已知:氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3
配制。常溫下,Ni2+、Co2+、Co3+與NH3形成可溶于水的
配離子:lgKb(NH3·H2O)=-4.7;Co(OH)2易被空氣氧化為
Co(OH)3;部分氫氧化物的Ksp如下表。
氫氧化物 Co(OH)2 Co(OH)3 Ni(OH)2 Al(OH)3 Mg(OH)2
Ksp 5.9×10-15 1.6×10-44 5.5×10-16 1.3×10-33 5.6×10-12
回答下列問題:
(1)活性MgO可與水反應,化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　 。
(2)常溫下,pH=9.9的氨性溶液中,c(NH3·H2O)　　　　c(N) (填“>”“<”或“=”)。
(3)“氨浸”時,由Co(OH)3轉化為[Co(NH3)6]2+的離子方程式為
　 　　　　　　　　　　　　　 　。
MgO+H2O===Mg(OH)2
>
2Co(OH)3+12NH3·H2O+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O+4OH-或
2Co(OH)3+8NH3·H2O+4N+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O
解析　硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中加入活性氧化鎂調節溶液pH值,過濾,得到濾液主要是硝酸鎂,結晶純化得到硝酸鎂晶體,再熱解得到氧化鎂和硝酸。濾泥加入氨性溶液氨浸,過濾,向濾液中進行鎳鈷分離,經過一系列操作得到氯化鈷和飽和氯化鎳溶液,向飽和氯化鎳溶液中加入氯化氫氣體得到氯化鎳晶體。(1)活性MgO可與水反應,化學方程式為MgO+H2O===Mg(OH)2。(2)常溫下,pH=9.9的氨性溶液中,lgKb(NH3·H2O)=-4.7,Kb(NH3·H2O)=10-4.7=,= ==10-0.6<1,則c(NH3·H2O)>c(N)。(3)“氨浸”時,Co(OH)3與亞硫酸根發生氧化還原反應,再與氨水反應生成[Co(NH3)6]2+,則由Co(OH)3轉化為[Co(NH3)6]2+的離子方程式為2Co(OH)3+12NH3·H2O+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O+4OH-或2Co(OH)3+8NH3·H2O+4N+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O。
(4)(NH4)2CO3會使濾泥中的一種膠狀物質轉化為疏松分布的棒狀顆粒物。(NH4)2CO3提高了Ni、Co的浸取速率,其原因是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　 　　　　　　。
(5)①“結晶純化”過程中,沒有引入新物質。晶體A含6個結晶水,則所得HNO3溶液中n(HNO3)與n(H2O)的比值,理論上最高為　　　 　。
②“熱解”對于從礦石提取Ni、Co工藝的意義,在于可重復利用HNO3和
　　 　　(填化學式)。
減少膠狀物質對鎳鈷氫氧化物
的包裹,增加了濾泥與氨性溶液的接觸面積
0.4或2∶5
MgO

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