資源簡介

題型整合練　工藝流程中的離子反應(yīng)與平衡
題型一　工藝流程中的分離與提純
1.一種磁性材料的磨削廢料的主要成分是鐵鎳合金(含鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約21%),還含有銅、鈣、鎂、硅的氧化物。由該廢料制備氫氧化鎳,工藝流程如下:
回答下列問題:
(1)“除鐵”時H2O2的作用是　　　,加入碳酸鈉的目的是　　　　。
(2)“除銅”時,反應(yīng)的離子方程式為　　　　　　　　　　　　,若用Na2S代替H2S除銅,優(yōu)點是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)已知“除鈣鎂”過程在陶瓷容器中進(jìn)行,NaF的實際用量不能過多的理由為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2.鉻和釩具有廣泛用途。鉻釩渣中鉻和釩以低價態(tài)含氧酸鹽形式存在,主要雜質(zhì)為鐵、鋁、硅、磷等的化合物。從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的一種流程如下圖所示。
已知:最高價鉻酸根在酸性介質(zhì)中以Cr2存在,在堿性介質(zhì)中以Cr存在。
回答下列問題:
(1)水浸渣中主要有SiO2和　　　　　。
(2)“沉淀”步驟調(diào)pH到弱堿性,主要除去的雜質(zhì)是　　　　　。
(3)“除硅磷”步驟中,使硅、磷分別以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀。該步需要控制溶液的pH≈9以達(dá)到最好的除雜效果。若pH<9時,會導(dǎo)致　　　　　　　　　 　　　　;pH>9時,會導(dǎo)致　　　　　　　　　　　　　　　　　。
題型二　工藝流程中的反應(yīng)條件控制及陌生方程式的書寫
3.四水合磷酸鋅[Zn3(PO4)2·4H2O]難溶于水,是一種性能優(yōu)良的綠色環(huán)保防銹顏料。實驗室以鋅灰(含ZnO、PbO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2)為原料制備Zn3(PO4)2·4H2O并回收銅的流程如下:
已知:①步驟Ⅳ反應(yīng)為3[2ZnCO3·3Zn(OH)2·2H2O]+10H3PO4 5[Zn3(PO4)2·4H2O]+6CO2↑+10H2O;②在酸性較強(qiáng)的溶液中,高錳酸鉀作氧化劑時還原產(chǎn)物為Mn2+。
回答下列問題:
(1)步驟Ⅰ中滴加KMnO4溶液反應(yīng)的離子方程式為　　　　　　　　　　,若將步驟Ⅰ中兩種試劑加入順序調(diào)換會導(dǎo)致　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)試劑a為　　　　　。步驟Ⅲ反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　。
4.鎵的化合物性質(zhì)與鋁的相似。工業(yè)上常從鋅礦渣(主要含Zn、Si、Pb、Fe、Ga的氧化物。其中Pb、Fe均以+2價形式存在,Ga以+3價形式存在)中回收鎵。流程如下:
已知:①lg2=0.3,lg3=0.48
②部分物質(zhì)的Ksp如表所示。
物質(zhì) Zn(OH)2 Ga(OH)3 Fe(OH)2 Fe(OH)3
Ksp 1.6× 10-17mol3·L-3 2.7× 10-31mol4·L-4 4.9× 10-17 mol3·L-3 2.6× 10-39 mol4·L-4
回答下列問題:
(1)已知浸出渣的主要成分是SiO2和一種鹽,加入的“溶液X”是
　　　　　(寫化學(xué)式,下同),生成的該鹽是　　　　　。
(2)室溫下,當(dāng)溶液中某種離子濃度小于1.0×10-5 mol·L-1時,認(rèn)為該離子沉淀完全。若浸出液中陽離子濃度均為0.01 mol·L-1,則應(yīng)調(diào)pH的范圍為　　　　　。
(3)試劑Y為　　　　　(填“NaOH溶液”或“氨水”)。
題型三　工藝流程中的定量計算
5.對含鉻污泥進(jìn)行酸浸處理后,得到浸出液(含Na+、Ni2+、Cr3+、H+、Cr2),經(jīng)過如下主要流程,可制得紅礬鈉(Na2Cr2O7·2H2O),實現(xiàn)鉻資源的有效循環(huán)利用。
已知:ⅰ.Cr(Ⅵ)溶液中存在平衡:Cr2+2H+
ⅱ.相關(guān)金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH如下:
金屬離子 開始沉淀的pH 沉淀完全的pH
Cr3+ 4.3 5.6
Ni2+ 7.1 9.2
(1)Ⅱ中,加入NaOH調(diào)節(jié)pH至　　　　　　　　　(填字母)。
A.4.3~5.6　B.4.3~7.1　C.5.6~7.1　D.7.1~9.2
(2)Ⅲ中,H2O2氧化Cr(OH)3沉淀的離子反應(yīng)為　　　　　　　。
(3)為了測定紅礬鈉(Na2Cr2O7·2H2O)的純度,稱取上述流程中的產(chǎn)品a g配成100 mL溶液,取出25 mL放于錐形瓶中,加入稀硫酸和足量的KI溶液,置于暗處充分反應(yīng)至Cr2全部轉(zhuǎn)化為Cr3+后,滴入2~3滴淀粉溶液,最后用濃度為c1 mol·L-1的Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,共消耗V1 mL。(已知:I2+2S2。)
①滴定終點的現(xiàn)象為　　　　　　　　　　　　　　　。
②所得Na2Cr2O7·2H2O的純度表達(dá)式為　　　　　　　　　(用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示)。
6.利用某鈷礦石(主要成分為Co2O3)制取Co(OH)2粗品的工藝流程如圖1所示。
已知:浸出液中含有的陽離子主要有H+、Cu2+、Co2+、Fe2+、Mg2+。回答下列問題:
(1)鈷礦石浸出時加入Na2SO3的目的為　　　　　　　　　　　　　。
(2)溶液中l(wèi)gc(X)(X表示Fe3+、Cu2+、Fe2+、Co2+、Mg2+、Ca2+)與pH的變化關(guān)系如圖2所示(離子濃度小于10-5 mol·L-1時可認(rèn)為已除盡),在萃后余液中通入空氣的目的是　　　　　　　　　　　　　　,用熟石灰調(diào)pH至3.2,過濾1所得濾渣的主要成分為　　　　。
(3)用MgO調(diào)濾液1的pH為9.1時,得到的Co(OH)2粗品中含有的主要雜質(zhì)為　　　　　,多次洗滌可提高粗產(chǎn)品中鈷含量。“過濾2”后所得濾液直接排放會造成水體污染,須進(jìn)行處理,用熟石灰調(diào)節(jié)pH使c(Mg2+)≤10-5 mol·L-1,則Ksp[Mg(OH)2]=　　　　 mol3·L-3。
答案與分層梯度式解析
1.答案　(1)將Fe2+氧化為Fe3+　調(diào)節(jié)溶液的pH,使Fe3+完全沉淀為黃鈉鐵礬渣
(2)H2S+Cu2+ CuS↓+2H+　無易揮發(fā)的有毒氣體H2S逸出,可保護(hù)環(huán)境
(3)“除鈣鎂”過程的溶液呈酸性,若NaF過量,會生成HF,HF會腐蝕陶瓷容器
解析　(1)“酸溶”時,硅的氧化物與硫酸、硝酸均不反應(yīng),“酸溶”后所得濾液中可能含有Fe3+、Fe2+、Ni2+、Cu2+、Mg2+、Ca2+等,“除鐵”時H2O2的作用是將Fe2+氧化為Fe3+;加入碳酸鈉的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH,使Fe3+完全沉淀為黃鈉鐵礬渣。
(2)“除銅”時通入H2S,將Cu2+沉淀,反應(yīng)的離子方程式為H2S+Cu2+ CuS↓+2H+。H2S為易揮發(fā)的有毒氣體,若用Na2S代替H2S除銅,可保護(hù)環(huán)境。
題型解讀
化學(xué)工藝流程是將化工生產(chǎn)過程中主要生產(chǎn)階段以流程框圖形式呈現(xiàn)出來,該類試題以陌生元素或陌生化合物為載體,綜合考查元素化合物的性質(zhì)、陌生化學(xué)方程式的書寫、殘渣或廢液成分的判斷、反應(yīng)條件的控制與選擇、物質(zhì)分離提純的方法、產(chǎn)率的計算、Ksp的應(yīng)用、綠色化學(xué)思想等。題目綜合性強(qiáng),難度大,將化學(xué)與社會、生產(chǎn)、生活聯(lián)系起來,旨在考查考生閱讀提取信息,知識遷移的能力,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
2.答案　(1)Fe2O3　(2)Na[Al(OH)4]　(3)磷酸根離子與H+反應(yīng)使其濃度降低,導(dǎo)致磷酸根離子無法以MgNH4PO4的形式完全沉淀,同時可能產(chǎn)生硅酸膠狀沉淀不易處理　鎂離子形成氫氧化鎂沉淀,無法徹底除去含硅雜質(zhì),同時溶液中銨根離子濃度降低導(dǎo)致MgNH4PO4無法完全沉淀
解析　(1)煅燒后,含鐵雜質(zhì)會轉(zhuǎn)化為Fe2O3,Fe2O3不與Na2CO3、NaOH反應(yīng),也不溶于水。
(2)煅燒后含鋁化合物以[Al(OH)4]-形式存在,“沉淀”步驟加硫酸調(diào)節(jié)溶液到弱堿性,會發(fā)生反應(yīng)[Al(OH)4]-+H+ Al(OH)3↓+H2O,主要除去[Al(OH)4]-。
3.答案　(1)Mn+3Fe2++7H2O MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+　在產(chǎn)物中引入雜質(zhì)元素Mn
(2)稀硫酸　5ZnSO4+10NH4HCO3 2ZnCO3·3Zn(OH)2·2H2O↓+5(NH4)2SO4+8CO2↑
解析　流程分析
(1)由分析知,滴加KMnO4溶液,使溶液中的Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3,離子方程式為Mn+3Fe2++7H2O MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+;在酸性較強(qiáng)的溶液中,KMnO4的還原產(chǎn)物為Mn2+,若將步驟Ⅰ中兩種試劑加入順序調(diào)換會導(dǎo)致在產(chǎn)物中引入雜質(zhì)元素Mn。
(2)濾渣Ⅱ的成分為過量的鋅和置換出來的銅,根據(jù)流程可知,試劑a為稀硫酸;結(jié)合題中步驟Ⅳ的反應(yīng),步驟Ⅲ中加入NH4HCO3和Zn2+反應(yīng)應(yīng)生成2ZnCO3·3Zn(OH)2·2H2O沉淀,化學(xué)方程式為5ZnSO4+10NH4HCO3 2ZnCO3·3Zn(OH)2·2H2O↓+5(NH4)2SO4+8CO2↑。
4.答案　(1)H2SO4　PbSO4
(2)5.48≤pH<6.6
(3)NaOH溶液
解析　流程分析
(1)通過“浸出”除去Si、Pb元素,常見不溶于水的含鉛的鹽為PbSO4,判斷溶液X為硫酸溶液。
(2)調(diào)pH的目的是使Fe3+、Ga3+沉淀完全而Zn2+不沉淀,Ga3+完全轉(zhuǎn)化為Ga(OH)3時c平(OH-)= mol·L-1=3×10-9 mol·L-1,則pH=5.48;浸出液中c(Zn2+)=0.01 mol·L-1,生成Zn(OH)2時c平(OH-)= mol·L-1=4×10-8 mol·L-1,則pH=6.6,故應(yīng)調(diào)pH范圍為5.48≤pH<6.6。
(3)濾渣為Ga(OH)3、Fe(OH)3,加入試劑Y的目的是使Ga(OH)3溶解從而與Fe(OH)3分離,故試劑Y應(yīng)為強(qiáng)堿溶液,則選NaOH溶液。
5.答案　(1)C　
(2)2Cr(OH)3+3H2O2+4OH- 2Cr+8H2O
(3)①滴入最后半滴Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液后,溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色,且30 s內(nèi)顏色不恢復(fù)　
②×100%
解析　(1)過程Ⅱ,加入NaOH調(diào)節(jié)pH的目的是使Cr3+完全轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3沉淀,與雜質(zhì)Ni2+等分離,調(diào)節(jié)pH不能使Ni2+生成Ni(OH)2沉淀,則pH范圍為5.6~7.1。
(2)H2O2氧化Cr(OH)3,鉻元素化合價升高為Cr(Ⅵ),在堿性溶液中存在形式主要為Cr,故離子反應(yīng)為2Cr(OH)3+3H2O2+4OH- 2Cr+8H2O。
(3)①Cr2與KI溶液在酸性環(huán)境下充分反應(yīng)生成I2,I2遇淀粉變藍(lán),隨Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的滴入藍(lán)色變淺,恰好完全反應(yīng)時藍(lán)色消失,且30 s內(nèi)顏色不恢復(fù)。
②由反應(yīng)Cr2,計算n(Cr2)=×× mol,純度為×100%=×100%。
6.答案　(1)將Co3+還原為Co2+
(2)將浸出液中的Fe2+氧化為Fe3+　Fe(OH)3
(3)CaSO4、MgSO4　10-10.8
解析　(1)鈷礦石主要成分為Co2O3,利用Co2O3制取Co(OH)2,需使Co3+轉(zhuǎn)化為Co2+,因此加入Na2SO3的目的為將Co3+還原為Co2+。
(2)在萃取余液中通入空氣的目的是將浸出液中的Fe2+氧化為Fe3+,當(dāng)pH=3.2時,Fe3+生成Fe(OH)3,過濾1所得濾渣的主要成分為Fe(OH)3。
(3)用MgO調(diào)濾液1的pH為9.1時,得到Co(OH)2粗品,結(jié)合流程中加入熟石灰和氧化鎂可知,得到的Co(OH)2粗品中主要雜質(zhì)為CaSO4、MgSO4;“過濾2”后所得濾液用熟石灰調(diào)節(jié)pH使c(Mg2+)≤10-5 mol·L-1,根據(jù)題圖2中Mg2+完全沉淀時pH=11.1(常溫下),此時c(OH-)=10-2.9 mol·L-1,Ksp[Mg(OH)2]=10-5 mol·L-1×(10-2.9 mol·L-1)2=10-10.8 mol3·L-3。
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