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主題排查5　化學工藝流程
1. 某工廠采用如下工藝處理鎳鈷礦硫酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)，實現鎳、鈷、鎂元素的回收。
(1)在一定溫度下，用硫酸浸取已粉碎的鎳鈷礦時，提高浸取速率的方法為 適當增大硫酸濃度(或其他合理答案)　(答出一條即可)。
(2)“氧化”中，混合氣在金屬離子的催化作用下產生具有強氧化性的過一硫酸(H2SO5)，寫出H2SO5的結構式： 　。
(3)“氧化”中，用石灰乳調節pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化為MnO2，該反應的離子方程式為 H2O＋Mn2＋＋HSO===MnO2＋SO＋3H＋ (該條件下，Co2＋不被氧化；H2SO5的電離第一步完全，第二步微弱)。
(4)“氧化”中保持空氣通入速率不變，Mn(Ⅱ)氧化率與時間的關系如圖所示。SO2體積分數為9%時，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；繼續增大SO2體積分數時，Mn(Ⅱ)氧化速率減小的原因是 SO2有還原性，過多將會降低H2SO5的濃度，降低Mn(Ⅱ)氧化速率　。
(5)將“鈷鎳渣”酸溶后，進行如下流程：
①寫出“鈷鎳分離”時發生反應的離子方程式： ClO－＋2Co2＋＋5H2O===2Co(OH)3↓＋Cl－＋4H＋　。
②“鎳鈷分離”后溶液中c(Ni2＋)＝1.0 mol/L，若“濾液1”中c(CO)＝10－5 mol/L，則沉鎳率＝ 99%(計算過程見解析)　(要求寫出計算過程)[已知：Ksp(NiCO3)＝1.0×10－7，沉鎳率＝×100%]。
【解析】 (1)提高浸取率可以適當增大硫酸濃度或適當升高溫度或將鎳鈷礦粉碎增大接觸面積等方法增大化學反應速率。(2)過一硫酸可以看做過氧化氫中的一個氫原子被磺酸基取代，因此結構式為。(3)H2SO5的電離第一步完全，第二步微弱，S元素主要以HSO存在，－1價的O將Mn2＋氧化為二氧化錳。(4)二氧化硫有還原性，二氧化硫的體積分數較大時，二氧化硫將H2SO5還原，Mn(Ⅱ)氧化速率減小。(5)①濾液中加NaClO將Co2＋氧化為Co(OH)3，反應的離子方程式為ClO－＋2Co2＋＋5H2O===2Co(OH)3↓＋Cl－＋4H＋；再加Na2CO3，將Ni2＋轉化為NiCO3沉淀，離子方程式為Ni2＋＋CO===NiCO3↓；NiCO3中加H2SO4，反應生成NiSO4，經蒸發濃縮、冷卻結晶，可得NiSO4·7H2O；鈷鎳分離后得到的Co(OH)3加濃鹽酸，可將＋3價的Co還原為＋2價，得到CoCl2溶液，經蒸發濃縮、冷卻結晶，可得CoCl2·6H2O。②根據Ksp(NiCO3)＝1.0×10－7可知，c(Ni2＋)＝＝mol/L＝0.01 mol/L，沉鎳率＝×100%＝×100%＝99%。
2. 以含鉬(Mo)廢催化劑(含MoS2，以及Al2O3、Fe2O3、CuO等)為原料制備MoO3，其過程表示如下：
(1)焙燒。將廢催化劑和足量NaOH固體置于焙燒爐中，通入足量空氣加熱至750 ℃充分反應。焙燒過程中MoS2轉化為Na2MoO4的化學方程式為 2MoS2＋9O2＋12NaOH2Na2MoO4＋4Na2SO4＋6H2O　。
(2)浸取。將焙燒所得固體加水浸泡，然后過濾、洗滌。過濾后所得濾液中存在的陰離子主要有OH－、MoO、 SO、[Al(OH)4]－　。欲提高單位時間內鉬的浸取率，可以采取的措施有 將固體粉碎、適當攪拌、適當升高溫度等　(任寫一點)。
(3)除雜。向浸取后的濾液中通入過量CO2，過濾。通入過量CO2的目的是 將[Al(OH)4]－全部轉化為Al(OH)3沉淀除去　。
(4)制備。向上述(3)所得濾液中加入硝酸調節溶液的pH小于6，使MoO轉化為Mo7O，然后加入NH4NO3充分反應，析出(NH4)6Mo7O24·4H2O，灼燒后可得到MoO3。灼燒(NH4)6Mo7O24·4H2O得到MoO3的化學方程式為 (NH4)6Mo7O24·4H2O7MoO3＋6NH3↑＋7H2O　。
(5)應用。將MoO3制成V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化劑，用于氨催化還原氮氧化物，一定壓強下，將氨氮比為1.0的混合氣體按一定流速通入裝有上述催化劑的反應裝置，測得NOx的轉化率隨溫度的變化關系如圖所示。在溫度160～240 ℃之間，NOx轉化率不高的原因是 溫度160～240 ℃之間，催化劑的活性低，同時溫度較低反應速率較慢，所以NOx的轉化率不高　。
【解析】 (2)加水浸泡后，氧化鋁與氫氧化鈉反應生成可溶性的Na[Al(OH)4]，故過濾后所得濾液中存在的陰離子還有SO、[Al(OH)4]－。
3. 回收再利用金屬冶煉廠的酸性廢水(主要含HAsO2、H3AsO4、Zn2＋、Cd2＋、SO)，制備亞砷酸銅Cu(AsO2)2的流程如下。
(1)基態砷原子的電子排布式為 [Ar]3d104s24p3或1s22s22p63s23p63d104s24p3　。
(2)砷的還原。常溫下，As(Ⅴ)溶液中各種微粒的物質的量分數隨pH的變化曲線如圖所示。向酸性廢水中通入SO2，能把As(Ⅴ)轉化為As(Ⅲ)。
①H3AsO4的二級電離平衡常數Ka2＝ 1×10－7　。
②pH為1時“還原”的主要反應的離子方程式為
H3AsO4＋SO2===HAsO2＋SO＋2H＋　。
(3)中和除雜。當溶液中離子濃度小于1×10－5 mol/L，可認為已經完全除去。
已知：Zn(OH)2在pH＝10.5時開始轉化為[Zn(OH)4]2－，Ksp[Zn(OH)2]＝1.2×10－17，Ksp[Cd(OH)2]＝2.5×10－14，lg 2＝0.3。
①“一級中和”控制pH為2左右，濾渣X的主要成分有 CaSO4　。
②“二級中和”沉淀重金屬離子應控制pH范圍為 9.7～10.5　。
(4)應用碘量法可測定亞砷酸銅中的銅含量。稱取2.000 g試樣溶于稀硫酸攪拌后過濾，洗滌濾渣，將洗滌后的濾液與原濾液合并，配成250 mL溶液，取25.00 mL所配溶液于碘量瓶中加入過量的碘化鉀溶液，用0.030 00 mol/L Na2S2O3標準溶液滴定至終點，消耗25.00 mL。
①計算樣品中銅元素的質量分數(寫出計算過程)。
答案：24.00%(計算過程見解析)
②已知純亞砷酸銅中銅元素的質量分數為23.02%，實際測得樣品中銅元素的質量分數有偏差(操作步驟均正確)的原因為 樣品中可能含有Cu(OH)2、CuO　(已知：Cu2＋＋I－―→CuI↓＋I2；I2＋S2O―→S4O＋I－，未配平)。
【解析】 (2)①由圖可知，當c(HAsO)＝c(H2AsO)時，pH＝7.0，c(H＋)＝1×10－7 mol/L，根據Ka2＝，故Ka2＝1×10－7。②pH＝1時，含砷微粒的溶液中主要以H3AsO4存在，向酸性廢水中通入SO2，將As(Ⅴ)轉化為As(Ⅲ)。(3)①“一級中和”加入的是石灰乳，主要是為了沉淀SO，故濾渣X的主要成分為CaSO4。②由信息可知Zn(OH)2的溶度積更小，更難溶，所以只要滿足Cd(OH)2完全沉淀，Zn(OH)2肯定已經完全沉淀，此時c(Cd2＋)＝1×10－5 mol/L，則根據Ksp[Cd(OH)2]＝2.5×10－14，可求得此時c(OH－)＝5×10－5 mol/L，則c(H＋)＝2×10－10 mol/L，所以pH＝9.7；又因為Zn(OH)2在pH＝10.5時開始轉化為[Zn(OH)4]2－，所以二級中和沉淀重金屬離子應控制pH范圍為9.7～10.5。
(4)①n(Na2S2O3)＝25.00×10－3 L×0.030 mol/L＝7.500×10－4 mol，
由題意得關系式：Cu2＋～I2～S2O，n(Cu2＋)＝n(Na2S2O3)＝7.500×10－4 mol，
m(Cu)＝64 g/mol×7.500×10－4 mol×＝0.480 0 g，
銅元素質量分數＝×100%＝24.00%。
②由于“二級中和”加入了氫氧化鈉，所以“沉砷”時加入硫酸銅可能會產生氫氧化銅沉淀，后續操作中還有可能生成氧化銅，所以樣品中可能含有Cu(OH)2、CuO。
4. 硼化鈦(TiB2)常用于制備導電陶瓷材料。
Ⅰ. 高鈦渣(主要含TiO2、SiO2、Al2O3和CaO，少量MgO、Fe2O3)為原料制取TiB2的流程如圖：
已知：①B2O3高溫易揮發；
②TiO2可溶于熱的濃硫酸形成TiO2＋。
(1)“酸浸”后的濾液中的陽離子有：H＋、Fe3＋、 Al3＋、Ca2＋、Mg2＋　。
(2)“水解”需在沸水中進行，離子方程式為 TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋　。
(3)“熱還原”中發生反應的化學方程式為TiO2＋B2O3＋5CTiB2＋5CO↑，B2O3的實際用量超過了理論用量，原因是 B2O3易揮發　。
Ⅱ. 氣相沉積法獲得硼化鈦：以TiCl4和BCl3為原料，在過量的H2參與下，沉積溫度為800～1 000 ℃，可制得具有空間網狀結構的磨料級硼化鈦。
(4)制得硼化鈦的化學方程式為 TiCl4＋2BCl3＋5H2TiB2＋10HCl　，硼化鈦能作為磨料的原因是 硼化鈦是共價晶體，硬度大　。
(5)生產硼化鈦，當BCl3和TiCl4投料比[m(BCl3)∶m(TiCl4)]超過1.25時硼化鈦的純度下降，原因是 BCl3過量，被過量的氫氣還原為單質硼　。
Ⅲ. 硼砂(Na2B4O7·10H2O)與NaOH的混合溶液中加入H2O2可以制備X(Na2B2O8H4)。已知X的陰離子[B2O8H4]2－只有一種化學環境的B原子，結構中有1個六元環且B和O原子最外層都達到8電子穩定結構。
(6)X陰離子的結構式為 　。
【解析】 (1)“酸浸”加入稀鹽酸與Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3反應生成AlCl3、CaCl2、MgCl2、FeCl3，“酸浸”后的濾液中的陽離子有H＋、Fe3＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋。(3)“熱還原”中B2O3的實際用量超過了理論化學計量所要求的用量，原因是B2O3高溫下蒸氣壓大、易揮發。(4)硼化鈦由Ti和B原子相連構成空間網狀結構，說明硼化鈦是共價晶體，硬度大。(5)當BCl3和TiCl4投料比[m(BCl3)：m(TiCl4)]超過1.25時硼化鈦的純度下降，原因是BCl3過量，被過量的氫氣還原為單質硼。(6)X的陰離子[B2O8H4]2－只有一種化學環境的B原子說明結構對稱，結構中有1個六元環且B和O原子最外層都達到8電子穩定結構，則B原子與4個O原子相連，X陰離子的結構式見答案。(共20張PPT)
第三篇
考前排查
主題排查
主題排查5　化學工藝流程
1. 某工廠采用如下工藝處理鎳鈷礦硫酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)，實現鎳、鈷、鎂元素的回收。
(1)在一定溫度下，用硫酸浸取已粉碎的鎳鈷礦時，提高浸取速率的方法為_____________________________________答出一條即可)。
(2)“氧化”中，混合氣在金屬離子的催化作用下產生具有強氧化性的過一硫酸
(H2SO5)，寫出H2SO5的結構式：_________________________。
(3)“氧化”中，用石灰乳調節pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化為MnO2，該反應的離子方程式為__________________________________________(該條件下，Co2＋不被氧化；H2SO5的電離第一步完全，第二步微弱)。
適當增大硫酸濃度(或其他合理答案)
(4)“氧化”中保持空氣通入速率不變，Mn(Ⅱ)氧化率與時間的關系如圖所示。SO2體積分數為9%時，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；繼續增大SO2體積分數時，Mn(Ⅱ)氧化速率減小的原因是______________________________________________________ ___________。
SO2有還原性，過多將會降低H2SO5的濃度，降低Mn(Ⅱ)氧化速率
(5)將“鈷鎳渣”酸溶后，進行如下流程：
①寫出“鈷鎳分離”時發生反應的離子方程式：_________________________ _______________________________。
ClO－＋2Co2＋＋5H2O=== 2Co(OH)3↓＋Cl－＋4H＋
99%(計算過程見解析)
2. 以含鉬(Mo)廢催化劑(含MoS2，以及Al2O3、Fe2O3、CuO等)為原料制備MoO3，其過程表示如下：
(1)焙燒。將廢催化劑和足量NaOH固體置于焙燒爐中，通入足量空氣加熱至 750 ℃充分反應。焙燒過程中MoS2轉化為Na2MoO4的化學方程式為______________
_________________________________________________。
2MoS2＋
將固體粉碎、適當攪拌、適當升高溫度等
(3)除雜。向浸取后的濾液中通入過量CO2，過濾。通入過量CO2的目的是______________________________________________。
將[Al(OH)4]－全部轉化為Al(OH)3沉淀除去
7MoO3＋6NH3↑＋7H2O
(5)應用。將MoO3制成V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化劑，用于氨催化還原氮氧化物，一定壓強下，將氨氮比為1.0的混合氣體按一定流速通入裝有上述催化劑的反應裝置，測得NOx的轉化率隨溫度的變化關系如圖所示。在溫度160～240 ℃之間，NOx轉化率不高的原因是___________________________________________________ _____________________________________。
溫度160～240 ℃之間，催化劑的活性低，同時溫度較低反應速率較慢，所以NOx的轉化率不高
(1)基態砷原子的電子排布式為______________________________________。
[Ar]3d104s24p3或1s22s22p63s23p63d104s24p3
(2)砷的還原。常溫下，As(Ⅴ)溶液中各種微粒的物質的量分數隨pH的變化曲線如圖所示。向酸性廢水中通入SO2，能把As(Ⅴ)轉化為As(Ⅲ)。
①H3AsO4的二級電離平衡常數Ka2＝________________。
②pH為1時“還原”的主要反應的離子方程式為
__________________________________________。
1×10－7
(3)中和除雜。當溶液中離子濃度小于1×10－5 mol/L，可認為已經完全除去。
已知：Zn(OH)2在pH＝10.5時開始轉化為[Zn(OH)4]2－，Ksp[Zn(OH)2]＝1.2× 10－17，Ksp[Cd(OH)2]＝2.5×10－14，lg 2＝0.3。
①“一級中和”控制pH為2左右，濾渣X的主要成分有___________。
②“二級中和”沉淀重金屬離子應控制pH范圍為_________________。
CaSO4
9.7～10.5
(4)應用碘量法可測定亞砷酸銅中的銅含量。稱取2.000 g試樣溶于稀硫酸攪拌后過濾，洗滌濾渣，將洗滌后的濾液與原濾液合并，配成250 mL溶液，取25.00 mL所配溶液于碘量瓶中加入過量的碘化鉀溶液，用0.030 00 mol/L Na2S2O3標準溶液滴定至終點，消耗25.00 mL。
①計算樣品中銅元素的質量分數(寫出計算過程)。
答案：24.00%(計算過程見解析)
樣品中可能含有Cu(OH)2、CuO
4. 硼化鈦(TiB2)常用于制備導電陶瓷材料。
Ⅰ. 高鈦渣(主要含TiO2、SiO2、Al2O3和CaO，少量MgO、Fe2O3)為原料制取TiB2的流程如圖：
已知：①B2O3高溫易揮發；
②TiO2可溶于熱的濃硫酸形成TiO2＋。
(1)“酸浸”后的濾液中的陽離子有：H＋、Fe3＋、______________________。
(2)“水解”需在沸水中進行，離子方程式為__________________________ _________________________。
Al3＋、Ca2＋、Mg2＋
TiO2·xH2O↓＋2H＋
B2O3易揮發
Ⅱ. 氣相沉積法獲得硼化鈦：以TiCl4和BCl3為原料，在過量的H2參與下，沉積溫度為800～1 000 ℃，可制得具有空間網狀結構的磨料級硼化鈦。
(4)制得硼化鈦的化學方程式為________________________________________，硼化鈦能作為磨料的原因是____________________________。
(5)生產硼化鈦，當BCl3和TiCl4投料比[m(BCl3)∶m(TiCl4)]超過1.25時硼化鈦的純度下降，原因是___________________________________。
Ⅲ. 硼砂(Na2B4O7·10H2O)與NaOH的混合溶液中加入H2O2可以制備X(Na2B2O8H4)。已知X的陰離子[B2O8H4]2－只有一種化學環境的B原子，結構中有1個六元環且B和O原子最外層都達到8電子穩定結構。
(6)X陰離子的結構式為_________________________。
硼化鈦是共價晶體，硬度大
BCl3過量，被過量的氫氣還原為單質硼
【解析】 (1)“酸浸”加入稀鹽酸與Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3反應生成AlCl3、CaCl2、MgCl2、FeCl3，“酸浸”后的濾液中的陽離子有H＋、Fe3＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋。(3)“熱還原”中B2O3的實際用量超過了理論化學計量所要求的用量，原因是B2O3高溫下蒸氣壓大、易揮發。(4)硼化鈦由Ti和B原子相連構成空間網狀結構，說明硼化鈦是共價晶體，硬度大。(5)當BCl3和TiCl4投料比[m(BCl3)：m(TiCl4)]超過1.25時硼化鈦的純度下降，原因是BCl3過量，被過量的氫氣還原為單質硼。(6)X的陰離子[B2O8H4]2－只有一種化學環境的B原子說明結構對稱，結構中有1個六元環且B和O原子最外層都達到8電子穩定結構，則B原子與4個O原子相連，X陰離子的結構式見答案。
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