化学解答题练习（六）解析版-2021年高考化学解答题专练（元素化合物与工艺流程）

化学解答题练习(六)解析版

1.硫酸锌被广泛应用于医药领域和工农业生产。工业上由氧化锌矿(主要成分为ZnO,另

含ZnSiCh、FeCCh、CuO等)生产ZnSOb7H2。的一种流程如图：

滤遭X迎遭Y更澄z

(1)步骤1的操作是,滤渣X的成分是。

(2)步骤I加入稀硫酸进行酸浸时，需不断通入高温水蒸气的目的是

(3)步骤II中，在pH约为5.1的滤液中加入高镭酸钾，生成Fe(OH)3和MnO(OH)2

两种沉淀，该反应的离子方程式为一。

(4)步骤HI中，加入锌粉的作用是

(5)已知硫酸锌的溶解度与温度之间的关系如下表：

温度/℃020406080100

溶解度/g41.854.170.474.867.260.5

从硫酸锌溶液中获得硫酸锌晶体的实验操作为_、冷却结晶、过滤。烘干操作需在减压低温

条件下进行，原因是。

(6)取28.70gZnSCU・7H2O加热至不同温度，剩余固体的质量变化如图所示。分析数据，

6800c时所得固体的化学式为一。

2

面

蝇

S

堆

回

张

稼

aZnObZgO(SO4)2cZ11SO4dZnSO^HzO

【答案】(1)过滤H2SiO3(2)升高温度、使反应物充分混合，以加快反应速率(3)

2++

3Fe+MnO4+8H2O=3Fe(OH)31+MnO(OH)21+5H(4)除去Cu"(5)60℃

条件下蒸发浓缩降低烘干的温度，防止ZnSO4・7H2O分解(6)b

【解析】(1)分离固体和液体通常用过滤的方法，ZnSiO3,与稀硫酸反应生成硅酸不溶于水，

滤渣X为硅酸沉淀；

(2)步骤I加入稀硫酸进行酸浸时，通入高温水蒸气，温度升高，使反应物充分混合，以加

快反应速率；

(3)在pH约为5.1的滤液中加入高钵酸钾，高镒酸钾与Fe2+发生氧化还原反应，生成Fe(0H)3

2+

和MnO(OH)2两种沉淀，反应的离子方程式为:3Fe+MnO4+8H2O=3Fe(OH)3J,+MnO(OH)

21+5H+；

(4)步骤in：向滤液中加入锌粉，置换出铜，滤液为硫酸锌和硫酸钾，所以加入锌粉的作用

是除去Cu2+；

(5)从溶液中获得晶体通常用蒸发浓缩、过滤结晶、过滤、洗涤、烘干等操作，由于ZnSO4,7H2O

易分解，所以烘干操作需在减压低温条件下进行；

故答案为：60c条件下蒸发浓缩；降低烘干的温度，防止ZnSC)4・7H2O分解；

(6)28.70gZnSO4»7H2O的物质的量为0.1mol,由Zn元素守恒可知，生成ZnSO“7H2。或ZnSCM

或ZnO或ZmO(SO4)2时,物质的量均为O.lmol；若得ZnSOoFhO的质量为17.90g(100℃)；

若得ZnSCU的质量为16.10g(250℃)：若得ZnO的质量为8」0g(930℃)；据此通过排除法确

定680℃时所得固体的化学式为Zn3O(SO4)2；

故答案为：b»

2.六氟磷酸钠(NaPF。极易溶于水，可溶于乙醇、丙酮等有机溶剂，可作高能钠电池的电解

质。工业上以氟磷灰石［Ca5(PO4)3FJ、NaCl为主要原料，制备六氟磷酸钠的工艺流程如下：

NaCl固体HC1

H气体A迪自不5」容需陛幺溶蟹公祠③油浴加於六氟磷酸钠

­**——।④*150启粗品

氟磷灰石管T沸3点1-固液混合物

①焦炭、石英砂@CL

白磷一/固体B

1500X六氟磷酸钠

精品

已知：HF的熔点为-83℃,沸点为19.5回答下列问题：

(1)氟磷灰石粉碎的目的是。

⑵HF液化时产生的二聚物(HF”能发生微弱的电离，与NaCl反应生成NaHF?,请写出该二

聚物的电离方程式：o

(3)为避免废水NaH2P04的污染，常在其中加入石灰，将磷元素全部转化成磷酸钙，进行回

2+

收利用。已知常温下KsP[Ca3(PO4)2]=1.96x10々9，当处理后的废水c(Ca)=1.0x1收mol/L时,

则溶液中c(PO：)=mol/L。

(4)操作③油浴加热目的是o

(5)反应①中除生成白磷(P。外，还产生SiF4和一种还原性气体，写出该反应的化学方程式：

______O

(6)六氟磷酸钠粗品的提纯：将六氟磷酸钠粗品(杂质主要是微量铁盐)溶于一定量乙醇中，加

入适量5%的NaOH甲醇溶液，使溶液保持碱性，离心将不溶杂质除去。通过(填操作

方法)将溶剂回收，减压条件下结晶，得到NaPF6-H2O,干燥得到无水盐。

【答案】(1)增大反应物的接触面积，加快反应速率(2)(HF)2tH++HB或2HFWH++

H耳(3)1.4x10〃(4)除去残留的氟化氢

(5)4Ca5(PO4)3F+21SiO2+3QC高温2()CaSiO3+3Pi+SiF4，+30coi(6)蒸储

【答案】(1)固体反应物的颗粒越小，其反应的接触面积越大，化学反应速率越快。氟磷灰

石粉碎的目的是：增大反应物的接触面积，加快反应速率。

(2)HF液化时产生的：聚物(HF)2能发生微弱的电离，与NaCl反应生成NaHF2,该二聚物的

电离方程式为(HF)2HH++H5或2HFWH++H5.

(3)为避免废水NaH2P的污染，常在其中加入石灰，将磷元素全部转化成磷酸钙，进行回

292+5

收利用。己知常温下KsP[Ca3(PO4)2]=1.96x1O-,当处理后的废水c(Ca)=1.0x10-mol/L时,

,优/生伊。)]〃.96x10-29

7

则溶液中c(PO4)=,-----3/八-=h---------5rnol/L=1.4x10mol/Lo

丫c3(C«2+)由1.0x10-5)

(4)HF极易溶于水，HF在反应中可能是过量的，操作③油浴加热目的是除去残留的氟化氢。

(5)反应①中除生成白磷(PQ外，还产生SiF」和一种还原性气体，该气体是焦炭的氧化产物

CO,该反应的化学方程式：4Ca5(PCU)3F+21SiO2+30C高温20CaSiC)3+3P4+SiFuT+30co3

(6)六氟磷酸钠(NaPF0极易溶于水，可溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。提纯六氟磷酸钠粗品时，

为减少产品的损失，且考虑到产品易与溶剂分离，选择沸点较低的醇作溶剂。将六氟磷酸钠

粗品(杂质主要是微量铁盐)溶于一定量乙醇中，加入适量5%的NaOH甲醇溶液，使溶液保

持碱性，离心将不溶杂质除去。通过蒸储将溶剂回收，减压条件下结晶，得到NaPF6-H2O,

干燥得到无水盐。

3.纳米微晶Zn4co3(OH%(碱式碳酸锌)属于高端精细化工产品，晶粒粒度在9~10.4nm,不溶

于水和醇。某高校实验室用工业级硫酸锌(主要成分为ZnSO4，含少量

Fe2\Cu2\Cd"、Co3\Ni")制备纳米微晶碱式碳酸锌样品的流程如图所示:

工业级锌粉,

NH4HCO3

硫酸锌HQHA锌粉SM)s溶液

鹭f鳖器炉

硫酸滤液I滤源清皿MgS0«-7H/)

已知:a.Fe(OH)3、Fe(OH)2,Zn(OH)2的pK.p(—lg仆)分别是37.4、15.4、16.2。

b.残留在溶液中的离子浓度小于IO'mol时可认为沉淀完全。

c.滤渣III所含主要金属元素是Sb、Co、Ni0

(1)“除杂I”的目的是除去溶液中的铁元素，则H?C)2的作用是；若溶液中

4Zn")=10mol-LT,此过程中还应调节溶液的pH在—范围(不考虑离子间的相互影响)。

(2)“除杂0”与“除杂川”均为还原除杂。

①滤渣H的主要金属元素是__________________________

②“除杂in”中加入的Sb?O3在溶液中主要以HSbC>2形式存在。请写出锌与C02+、HSbC>2反

应生成“金属间化合物"CoSb(CoSb中各元素化合价视为。价)的离子方程

式:____________________________

(3)“沉锌”后得到的固体先用去离子水洗涤，再用乙醇洗涤。用乙醇洗涤的目的是

(4)加入MgSO4/H?。的主要目的是降低样品晶粒粒度，但主元素Zn的质量分数必须在56%

以上。若镁、锌的质量比值过高,Mg?+还可能会生成(填化学式)，从而对样品造成

影响。

(5)样品中锌的含量可用EDTA(可表示为H2Y2-)滴定测定,反应的离子方程式为

2+22+

Zn+H2Y-=ZnY-+2H»«g纳米微晶碱式碳酸锌样品，酸溶后得到pH为5~6的

溶液,以二甲酚橙作指示剂，用6moiEDTA标准溶液滴定，消耗EDTA溶液cmL,则样品

中锌的质量分数是(用代数式表示)。

【答案】(1)将Fe?+氧化成Fe3+,以便形成氢氧化铁沉淀而除去3.2<pH<5.9(2)

2++2+

Cu、Cd5Zn+2HSbO,+2Co+6H=2CoSb+5Zn+4H2O(3)去除固体表面的水，便

于干燥(4)Mg(OH)2［或MgCCVMg2(OH)2CO3>Mg4CO,(OH)61(5)

0.065匕c、］OO%

a

【解析】(1)“除杂I”的目的是除去溶液中的铁元素，加入适量的H2O2溶液，可将Fe2+氧化

为Fe3+,以便形成氢氧化铁沉淀而除去，已知Fe(OH)3、Fe(OH)2,Zn(OH)?的pK»(―lgrJ

分别是37.4、15.4、16.2,则Ksp[Fe(OH)3]=10-37.4,Ksp[Zn(OH)2]=10T6.2,若溶液中

c(Zn2+)=1.0mol/L,Zn(OH)2开始沉淀时，j<sp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)xc2(OH-),则

二=1081moi/L，c(H*)=10-5.9mol/L,此时溶液的pH=5.9,要使ZM+不沉淀,

C

1.0

则pH<5.9,残留在溶液中的离子浓度小于10-5moi.171时可认为沉淀完全，则Fe3+完全沉

淀时,c(Fe3+)=1.0xl0-5mol/L,ATsp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)xc3(OH),则

此时溶液的pH=3.2,要使Fe3+完全沉

淀，则pH»2,故答案为：将Fe?+氧化成Fe3+,以便形成氢氧化铁沉淀而除去；3.2<pH<

5.9；

⑵①除杂II向滤液中加入锌粉还原除去Cu2+和Cd2+,滤渣II的主要成分是Cu、Cd,故答案

为：Cu、Cd；

②Zn与Co2\HSbO?生成“金属间化合物"CoSb(CoSb中各元素的化合价视为0价)，Co元素

的化合价由+2价降低至0价，Sb元素的化合价由+3价降低至0价，则生成CoSb化合价降

低5价，而Zn元素的化合价由0价升高至+2价，根据得失电子守恒配平该反应的离子方程

2++2+

式为5Zn+2HSbO,+2Co+6H=2CoSb+5Zn+4H2O,故答案为：

2++2

5Zn+2HSbO2+2Co+6H=2CoSb+5Zn++4H2O；

(3)碱式碳酸锌不溶于乙醇，且乙醇与水互溶，用乙醉洗涤可去除固体表面的水，便于干燥,

故答案为：去除固体表面的水，便于干燥；

(4)若镁、锌的质量比值过高，MH+浓度较大，可能会生成Mg(OH%［或

MgCO3>Mg.OH)2co3、Mg4co3(OH%］,故答案为：Mg(OH)2［或

MgCC>3、Mg,(OH)2COvMg4cO?(OH%］；

(5)根据71产+凡丫2-=ZnY2-+2H+可知，Zn2+~EDTA(H2Y2),则n(Zn2+)=n(EDTA),则

样品中锌的质量分数是bmol/Ly?L65、依虹-----白屿瞅,故答案为:

asa

0.065bc

xlOO%„

a

4.

废旧可充电电池主要含有Fe、Ni、Cd、C。等金属元素，一种混合处理各种电池回收金属的

新工艺如下图所示。

NII,.(NHJX'O,

水溶液

滤液1水相—热水蒸气、.cdCO,

已预处

理的电浸取

滤液②---

池粉衣

滤渣L-有机相T反萃取|■系列操作二NiSO.­6H,0

有机厂

萃取剂比SO,

2+

己知：I.滤液①中含有Ni(NH3谭+、Cd(NH3)4>Co(NH3)62+等物质。

II.萃取和反萃取的反应原理分别为：

2+++f2+

Ni(NH3)6+2HRNiR2+2NH4+4NH3；NiR2+2HNi+2HR

(1)为了加快浸取速率，可采取的措施为(任写一条)。

(2)已知浸取过程中NH3和NH4+的物质的量之和与Ni、Cd、Co浸取率的关系如表2所示。

表2浸取过程中氨总量与各离子浸取率的关系

〃(NH3)+

编号Ni浸取率/%Cd浸取率/%Co浸取率/%

+

n(NH4)/mol

©2.697.288.698.1

②3.586.098.886.7

③4.898.498.894.9

④5.697.785.196.8

⑤9.895.684.196.1

则可采用的最佳实验条件编号为。

(3)CO(OH)3与盐酸反应产生气体单质，该反应的化学方程式______。

(4)操作①的名称为、过滤、洗涤。

(5)向有机相中加入H2s04能进行反萃取的原因为(结合平衡移动原理解释)。

(6)将水相加热并通入热水蒸气会生成CdCCh沉淀，并产生使红色石蕊试纸变蓝的气体，该

反应的离子方程式为一。

(7)上述工艺流程中可能循环使用的物质为。

(8)已知^sp(CdCO3)=1.0xl0'2,Ksp(NiC03)=14x10-7。若向物质的量浓度均为0.2mol/L的Cd2+

和Ni2+溶液中滴加Na2co3溶液(设溶液体积增加1倍)，使Cd2+恰好沉淀完全，即溶液中

c(Cd2+)=1.0xl0-5mol/L时，是否有NiCCh沉淀生成(填“是”或者"否")。

【答案】(1)搅拌(适当升温或增大浸取剂的浓度)(2)③(3)2Co(OH)3+6HCI=2CoCh

+CbT+6H2O(4)蒸发浓缩、冷却结晶(5)根据NiR2+2H+Ni?++2HR可知，

加热

加入H2s04使C(H+)增大，平衡向右移动⑹Cd(NH3)42++832-=^CdCCh]+4NH3T

(7)NH3、有机萃取剂)(8)否

【解析】(1)搅拌、适当升温或增大浸取剂的浓度，均可加快浸取速率；

(2)通过表2中，浸取过程中氨总量与各离子浸取率的关系数据可知，当

〃(NH3)+"(NH4+)=4.8mol时，对Ni、Cd、Co浸取率都比较高，因此可采用的最佳实验条件

编号为③；

(3)Co(OH)3与盐酸反应生成CoCh溶液，由此可知Co元素表现了氧化性，则HC1表现还原

性，产生的气体单质应为C12,根据得失电子守恒，元素守恒可配平该反应的化学方程式为

2Co(OH)3+6HCl=2CoC12+ChT+6H2O；

(4)CoCb溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤得到CoCb6H2O晶体；

(5)根据以上分析可知，在有机相中加入硫酸进行反萃取，发生反应NiR2+2H+1Ni2+

+2HR,得到NiSC>4溶液，从平衡移动原理的角度解释，即根据NiR2+2HNi2++2HR

可知，加入H2s04使C(H+)增大，平衡向右移动，从而得到NiS04溶液；

(6)水相中含有Cd(NH3)42+、CO32-,将水相加热并通入热水蒸气会生成CdCCh沉淀，并产生

使红色石蕊试纸变蓝的气体，则该气体为NH3,则该反应的离子方程式为Cd(NH3)42++CCh2-

加热

=^CdC03j+4NH3T；

(7)由以上分析可知，上述工艺流程中可能循环使用的物质为N%、有机萃取剂;

(8)当Cd?+恰好沉淀完全时，溶液中

5mol/L=1.0>]O；mol/L,此时溶液中,

、'c(Cd2+)l.OxlO5，此uJ,介以i，

Q(NiCO3)=c(Ni2+)c(CO32-)=0.1X1.0xl0-7=[Ox10-8<Ksp(NiC03),故没有NiCO3沉淀生成。

5.“翠矶”(NiSO‘7H2O)在印染工业作媒染剂，生产醐菁艳蓝络合剂；氟银化钾(QNiFQ是结

构化学研究的热点物质。以银废渣(主要成分为Ni,含少量Fe、Al、Fe3O4,AI2O3和不溶性

杂质等)为原料合成“翠矶”和氟镇化钾的流程如下:

NaOH(aq)HjSO^aq)H2O2(aq)NiO(s)

1

.i,i(.,1,rNiSO4(aq)—►调pH=2-3T操作A->NiSO«-7H2O

情废渣一|被D-!酸浸IT转化IT调pH"H

KF

NH4F

iiiL•NiSO4(aq)…“►NiCO,■NiF2

浸出液A固体A固体B灼烧

几种金属离子的氢氧化物沉淀pH如下:

金属离子开始沉淀的pH完全沉淀的pH

Fe"2.73.7

Al”3.85.2

Fe247.69.7

Ni2+7.19.2

请回答下列问题:

(1)翠矶、绿矶、明矶、蓝矶等“矶类”都含有元素(填元素符号)。pH=a的范围为

(2)“转化”过程中一定体积和浓度的双氧水，“转化率”与温度关系如图1所示。温度高于40℃,

转化率急速降低的原因可能是。空气可以替代双氧水，空气的作用是(用离子

方程式表示)。

(3)NiSO4和NH4HCO3溶液生成NiCCh,其离子方程式为o

(4)灼烧NiCCh和NH&F以物质的量之比为1：1组成的混合物时，为避免污染环境，选择下

列装置吸收尾气，最宜选择。(填选项)

2+1

(5)己知常温下，KsP(NiC03)=1.42x10\分离NiCCh时滤液中c(Ni)<1.0x105moiI时,

c(CO，)>mol.J。

(6)准确称取3g翠矶晶体产品于锥形瓶中，加入足量的蒸馆水溶解配成250mL溶液，取20.00

mL所配溶液于锥形瓶，用cmolir的标准溶液EDTA(Na2H2丫)滴定至终点(发生Ni2++H2Y?

-=NiY2-+2H+),三次实验消耗标准液的体积分别为20.02mL、19.98mL、19.50mL,则

翠羽的纯度为%(只列计算式，不考虑杂质反应)。

【答案】(1)S、O、H3.7<a<7.1(2)温度过高，双氧水分解速率加快

2++3+2+

4Fe+O2+4H=4Fe+2H2O(3)Ni+2HCO3-=NiCO3；+CO2t+H2O(4)C

【解析】(1)绿矶成分为FeSO;7H2O,蓝研成分为CuSOr5H2O,明研成分是KA1(SC>4)2-12H2O

等，都含硫、氧、氢元素。观察表格数据和流程图，调节溶液pH的目的是除去Fe3+,使Fe3+

完全沉淀，不使Ni2+沉淀，即3.7Wa<7.1；

(2)双氧水既能氧化Fe2*,同时双氧水也可能会分解，当温度低于40℃时氧化Fe2+为主，高

于40℃时自身分解为主，导致氧化Fe2+的双氧水浓度降低，反应减慢，Fe2+转化率降低；空

气中在酸性条件下氧化Fe2+生成Fe，+,发生反应的离子方程式为

2++3+

4Fe+O2+4H=4Fe+2H2O：

(3)HCO3-在水中存在电离和水解，NiCCh溶解度小，促进HCO3-电离为主，生成的氢离子与

2+

HCCh-反应生成CCh和H2O,反应过程为Ni+2HCO3=NiCO3；+CO2T+H2O；

⑷碳酸银和氟化镀共热生成NiF2和NH.3、CCh、H20.尾气中NH3污染环境，而吸收氨气

乂要防倒吸，氨气的水溶液显碱性，碱石灰可以干燥氨气，不能吸收氨气，则应选择硫酸溶

液吸收氨气，而不选择NaOH溶液吸收，故选择C装置吸收；

K式NiCO、)142x10〃

(5)根据溶度积计算，C(CO2)=­/皿2+\=」-----^-mol/L=1.42xlO-2mol/L；

3c(N/+)1.0x10-5

(6)NiSO47H2O的摩尔质量为281g/moL舍去误差明显偏大的数据19.50mL,消耗EDTA溶

液平均体积为20.00mL,产品的纯度为

20.00xW3LxcmolL-'x281g/molx-^50^25x281c

--------------------------------------------------200^xl00%%

。g

6.利用水钻矿(主要成分为CO2O3,含少量FezCh、AI2O3、MnO、MgO、CaO等)制取草酸

钻的工艺流程如图所示。

C0C2O4

除钙、镁萃取剂层

Na2SO3

部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH：

金属离子Fe3+Fe2+Co2+Al3+Mn2+

沉淀完全的pH2.88.39.25.29.8

(1)浸出过程中加入Na2sO3的目的是一。

(2)写出加入NaCICh后发生反应的离子方程式一,检验离子是否反应完全的试剂是_(写

试剂名称)。

(3)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图所示。

滤液II中加入萃取剂的作用是一,使用萃取剂适宜的pH是一(填序号)。

A.接近2.0B.接近3.0C.接近5.0

(4)除“钙、镁”是将溶液中Ca2+与Mg2+转化为MgF2、CaF2沉淀。已知ifsp(MgF2)=7.35xlO-i\

Kp(CaF2)=l.05x10-1。。当加入过量NaF后，所得滤液中“"g)=_。

c(Ca2+)

(5)工业上用氨水吸收废气中的SO2。已知NH3-H2O的电离常数Kb=1.8xl0-5,H2sO3的电

离常数Kal=1.2xl(y2,Ka2=l.3X103在通入废气的过程中：当恰好形成正盐时，溶液中离子

浓度的大小关系为一,当恰好形成酸式盐时，加入少量NaOH溶液，反应的离子方程式为

2++3+

【答案】(1)将Co3+、Fe3+还原(2)CIO；+6Fe+6H=6Fe+Cl-+3H2O铁鼠化钾

溶液(3)除去MM+B(4)0.7(5)c(NH*)>c(SO)>c(OH)>c(HSO；)>c(H+)

HSO；+OH=SO£+H2O

【解析】(1)由分析可知,浸出过程中加入Na2s03的目的是将Co3+、Fe3+还原为C*、Fe2+,

故答案为：将Co3+、Fe3+还原；

⑵加入NaClO.,的目的是将Fe2+氧化为Fe*,反应的离子方程式为CIO-

+6Fe2++6H+=6Fe*+Cr+3H2O,若Fe?+被完全氧化，向反应后的溶液中加入铁氟化钾溶液,

2++3+

不会生成蓝色沉淀，故答案为：CIO3+6Fe+6H=6Fe+Cl+3H2O；铁氟化钾溶液;

(3)滤液中加入萃取剂的作用是除去铳离子;pH=2与pH=3时Cd+的萃取率变化不大，但pH=3

时Mn的萃取率增大很多，而pH=5时，Co?+的萃取率比较大，损失严重，故pH=3时最佳，

故答案为：除去M#+；B；

(4)已知K、p(MgF2)=7.35xl(yu、Kp(CaF2)=1.05x10」。。当加入过量NaF后，所得滤液中

2+

c(Mg)K»1M&F2)7,35X10"

=0.7,故答案为：0.7；

K(CaF)-1.05x1O'10

c(Ca2+)sp2

⑸由NH3H2。的电离平衡常数K=1.8x105moi/L,H2SO3的电离平衡常数K2=1.3x10*mol-L"

可知，SO32-的水解程度大于NK+的水解程度，则亚硫酸镀溶液呈碱性，溶液中氢氧根离子

源于水的电离、SO32-的水解，溶液中c(OH)>c(HSOv),故溶液中离子浓度大小为：c

2++

(NH4+)>c(SO?')>c(OH)>c(HSO3->>c(H)；由电离平衡常数可知,NH4+OH-NH3H2O

2

的平衡常数小于HSO3+OH^SO3+H2O平衡常数,则亚硫酸氢镂溶液加入少量NaOH溶液，

氢氧化钠溶液先与HS03-反应，反应的离子方程式为HSC)3+OH=SO32-+H2O,故答案为：c

++2

(NH4)>C(SO3”)>c(OH)>c(HSOv)>c(H)；HSOj+OH-SO3+H2O,

7.今年6月比亚迪正式发布刀片电池，大幅度提高了电动汽车的续航里程可媲美特斯拉，

刀片电池采用磷酸铁锂技术。可利用钛铁矿［主要成分为FeTiOK难溶性亚铁盐)，还含有少

量MgO等杂质］来制备LiFePO』和LiEsOn等锂离子电池的电极材料，工艺流程如图：

TiOM,O双复水LiOHLi2Ti,OlsLi®,

反应过送,沉淀高温燃烧①'，5^2

盐酸沉淀氨水

钛铁矿——酸浸滤液①

双氧水过法FePO.Li,CO,、HiCq.

渡液②LiFePQ,

废渣硝酸沉淀高温烦烧②

回答下列问题：

(1广酸浸''后，钛主要以TiOCN-形式存在，写出相应反应的离子方程式o

(2)TiO2-xH2O沉淀与双氧水、氨水“反应”转化成(NH4)2TisOi5溶液时，Ti元素的浸出率与反

应温度的关系如图所示：

C

*

三

烹

*

反应温度过高时，Ti元素浸出率变化的原因是o

(3)“滤液②”中含有的金属离子是；加入双氧水和磷酸使Fe3+恰好沉淀完全，即溶液

中c(Fe3+)=l.0x10-5mol.L-i,此时溶液中c(PC)43-)=。(FePCh的椅=1.3x10々2)

(4)写出“高温煨烧②"中由FePO4制备LiFePO』的化学方程式______。

(5)Li2Ti50i5中Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为。

(6)作为刀片电池正极材料的磷酸铁锂在充、放电时的局部放大示意图如图，则正极电极反

应式是-

LiFePO4Li（i-x）FeP04

-xLi*.

+2+2

【答案】（1）FeTiO3+4H+4CI=Fe+TiOC14+2H2O(2)温度过高时，由于双氧水分

解与氨气逸出，Ti元素浸出率下降(3)Fe2\Mg2+1.3xl0-17mol-L1

(4)2FePCh+Li2cCh+H2c2。4高暹2LiFePC)4+H2OT+3co2T(5)4

+

(6)Li(i.x)FeP04+xLi+xe-LiFePOj

【解析】(1)“酸浸''后，钛主要以TiOCL?一形式存在，相应反应的离子方程式为

+2+2

FeTiO3+4H+4Cl-=Fe+TiOC14+2H2O；

(2)根据图示可知40℃时TiO2・xH2O转化率最高，在低于40℃,TiO2-xH2O转化反应速率随

温度升高而增加，当温度超过40℃时，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2・xH2O转化反应速

率下降；

(3)加入盐酸酸浸；FeTiCh反应产生Fe2*、TiOCI/，MgO反应产生Mg2+,SiCh等杂质不溶

于盐酸，过滤后的滤渣为SiCh,滤液①中含Mg2+、Fe2+、TiOCh2',经水解后过滤，TiOCl?"

形成沉淀为TiO2-xH2O,Mg2+、Fe2+仍然存在于滤液②中，所以“滤液②”中含有的金属离子

是Mg2+、Fe2+；加入双氧水可将Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+和磷酸反应形成FePO4沉淀，使Fe3+

恰好沉淀完全，即溶液中c(Fe3+)=1.0x105moiLL由于FePCh的Ksp=1.3xl0-22,所以此时

13x10-22

溶液中3d7：

C(PO4)=1-..0..x..1..0...-.5.mol/L=1.3xlOmol/L

(4)“高温段烧②"中由FePO」制备LiFePCh的化学方程式为2FePC)4+Li2co3+H2c2。4高温

2LiFePO4+H2OT+3CO2t;

⑸Li2Ti50i5中Ti的化合价为+4,Li的化合价为+1价，由化合价的代数和为0可知，O元素

的负价代数和为22,设过氧键的数目为x,则(xx2)xl+(15-xx2)x2=22,解得x=4,即过氧键

数目为4；

(6)根据刀片电池正极材料的磷酸铁锂在充、放电时的局部放大示意图可知：正极得到电子，

+

发生还原反应，则正极的电极反应式是：Li(i.x)FePC)4+xLi+xe=LiFePO4o

8.钱(3iGa)、错(32Ge)都是重要的稀有金属，在化学催化剂、半导体材料、新能源等领

域应用广泛，可从信煤燃烧后的粉煤灰(含GazCh、GeCh、SiO2,AI2O3)中提取，部分流

程如下：

滤渣

434浓盐酸__水氧气

粉屎灰过滤

~»GeCL搅抨2M>GeO2650-6«0℃

.总.上控制温度

④

②---►残液

己知:

物质GaChGeCUAlCh

沸点/℃20184183(升华)

(1)滤渣的主要成分为。

+++3+

(2)①中发生的反应有A12O3+6H=2AP+3H2O,Ga2O3+6H=2Ga+3H2O和。

(3)操作a的名称是,②中控制温度的范围是(填字母序号)。

a.20~84℃b.84~183℃c.84-201℃

(4)④中发生反应的化学方程式是o

(5)钱能与沸水剧烈反应生成氢气，错在加热条件下与盐酸或稀硫酸不反应。从原子结构

角度解释其原因：_______________________

(6)用浓盐酸酸化的磷酸三丁酯(TBP)可以从残液中萃取Ga3+,相关反应为：

+

TBP+GaCh+HClTBPHGaCl4。用稀NaOH溶液对有机相进行反萃取，用盐酸调节反

萃取液pH至5~6,然后升温至85~95c水解得到Ga(OH)3,经后续处理得到粗钱。结合化

学用语解释用稀NaOH溶液对有机相进行反萃取的原因：。

(7)电解法可以提纯粗钱，具体原理如图所示。钱在阳极溶解生成的Ga3+与NaOH溶液

反应生成GaOj,GaO2在阴极放电的电极反应式是。

:二一粗镇

溶液

+

【答案】(1)SiO2(2)GeO2+4H+4Cl=GaC14+2H2O(3)蒸馈b

650-680℃

(4)GeO2+2H?Ge+2H2O(5)钱和错均为第4周期的主族元素，钱的最外

层电子数为3,褚的最外层电子数为4,故钱的金属性较强，楮的金属性较弱(6)当向

有机层加入用稀NaOH溶液，NaOH可以与HC1发生中和反应，从而使化学平衡

TBP+GaCb+HCITBPH+GaC二向逆反应方向移动，故可对有机相进行反萃取(7)

GaO2+3e-+2H2O=Ga+4OH

【解析】(1)粉煤灰中的SiCh不与盐酸反应，所以，滤渣的主要成分为SiO2。

(2)由题中信息可知，Ga2O3,GeCh、AI2O3皆可溶于盐酸，所以，①中发生的反应有

+3++

AhO3+6H+=2A13++3H2O、Ga2O3+6H=2Ga+3H2O和GeO2+4H+4C1=GaC14+2H2O»

(3)由题中信息可知，四氯化错的沸点较低，操作a需要控制温度，故其为蒸储，蒸储时要

防止氯化铉和氯化铝气化，故②中控制温度的范围是84~183℃,答案选b。

650-680℃

(4)④中GeO2被氢气还原为Ge,发生反应的化学方程式是GeO2+2H2,Ge+2H2Oo

(5)钱能与沸水剧烈反应生成氢气，错在加热条件下与盐酸或稀硫酸不反应。从原子结构角

度解释其原因：钱和错均为第4周期的主族元素，钱的最外层电子数为3,错的最外层电子

数为4,故钱的金属性较强，褚的金属性较弱.

(6)用浓盐酸酸化的磷酸三丁酯(TBP)可以从残液中萃取Ga3+,相关反应为:TBP+GaCb+HCl

+

TBPHGaCl4«根据平衡移动原理可知，当向有机层加入用稀NaOH溶液，NaOH可

+

以与HC1发生中和反应，从而使化学平衡TBP+GaCb+HClTBPHGaCl4向逆反应方向

移动，故可对有机相进行反萃取。

(7)电解法可以提纯粗钱，钱在阳极溶解生成的Ga3+与NaOH溶液反应生成GaO2,GaO；在

阴极放电生成Ga,其电极反应式是Ga。？+3e+2H2O=Ga+4OH-

9.硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一种以

硼镁矿(含Mg2B2O5H2O.SiO2及少量Fe2O3,AI2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工

艺流程如下：

(NHJSO,溶液滤渣1

―t—।调pH=3.5---------

硼镁矿粉—|国浸K过滤11——♦加滤2—H3BO3

；|调pH=6.5

气体-I吸收|-------T沉镁l-MEOH),­MgC()3—轻质氧化镁

II

NH4HCO3溶液母液

己知：H3BO3+H2OH++B(0H)4，7Ca=5.81X10-10

(1)“吸收”过程中反应的化学方程式为o

(2)“滤渣1”的主要成分有。

(3)为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子，可选用的化学试剂是

__________________________O

(4)在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5,目的是o

(5)在“沉镁”中生成Mg(OH)2MgCO3沉淀的离子方程式为

__________________________________________________________________________________________________________________0

【答案】(1)NH4HCO3+NH,3=(NH4)2CO3(2)Fe2O.^AI2O3、SiO2(3)KSCN溶

液(4)转化为H3BO3,促进析出

2+2

(5)2Mg+3CO3+2H2O=Mg(OH)2MgCO.4+2HCO3-

【解析】(1)“吸收”过程中，氨气与碳酸氢铉溶液反应生成碳酸镂，该反应的化学方程式

为NH4HCO3+NH3=(NH4)2CO3«

(2)硼镁矿粉经硫酸镂溶液溶浸后，由于硫酸镀溶液呈酸性，Mg2B2O5-H2O与其反应生成

硼酸、硫酸镁和氨气，Fe2O3>AI2O3、SiO?不与硫酸镂溶液发生反应，故“滤渣I”的主要成

分有FezCh、AI2O3、SiO2.

(3)Fe"与KSCN溶液可以发生反应，生成物为可溶于水的红色物质，因此，可选用KSCN