05素养提升练(四)科学探究-以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析【答案】作业手册

素养提升练(四)科学探究——以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析1.A[解析]MgCO3是微溶物,不可拆成离子,故A错误;SiO2不溶于盐酸,浸出渣为SiO2,故B正确;加入氨水沉镁的化学方程式为MgCl2+2NH3·H2OMg(OH)2↓+2NH4Cl,母液的主要溶质是NH4Cl,固体X是Mg(OH)2,故C、D正确。2.D[解析]“溶解”操作中溶液温度不宜过高,否则过氧化氢会分解,故A正确;铜帽溶解后,溶液中存在过氧化氢和氧气,将溶液加热至沸腾以除去溶液中过量的氧气或H2O2,防止后面消耗过多的锌粉,故B正确;固体溶解后溶液中存在Cu2+、H+,都可以与锌粉反应,故C正确;“过滤”操作后滤液中含有硫酸锌和硫酸钠,将滤液蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥后,高温灼烧不能得到纯净的ZnO,故D错误。3.B[解析]由题意可知,“焙烧”过程中FeO、Cr2O3均被O2氧化,同时Cr转化为对应钠盐,“水浸”时Fe2O3不溶,过滤除去滤渣,滤液①中存在Na2CrO4,与淀粉的水解产物葡萄糖发生氧化还原反应得到氢氧化铬沉淀。“焙烧”过程中Cr2O3发生反应产生CO2:2Cr2O3+3O2+4Na2CO34Na2CrO4+4CO2,A正确;“焙烧”过程中FeO被氧化,滤渣的主要成分为Fe2O3,B错误;滤液①中Cr元素的化合价是+6价,溶液显碱性,所以Cr元素主要存在形式为CrO42-,C正确;“转化”过程中Cr元素由+6价降低为+3价,CrO42-发生还原反应4.B[解析]该工艺流程原料为FeS2,产品为FeCO3,FeS2在空气中焙烧发生反应为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,物质X为Fe2O3,酸浸得Fe2(SO4)3溶液,与FeS2在“还原”工艺发生反应得到Fe2+,通过加NH4HCO3沉铁得到FeCO3。FeS2中Fe的化合价+2价,S的化合价为-1价,A正确;FeS2在空气中焙烧发生反应为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,物质X为Fe2O3,B错误;酸浸得Fe2(SO4)3溶液,与FeS2在“还原”工序发生反应得到Fe2+,离子方程式为14Fe3++FeS2+8H2O15Fe2++2SO42-+16H+,C正确;“沉铁”时反应为Fe2++2HCO3-FeCO3↓+H2O+CO2↑,Fe2+与HCO3-电离产生的CO32-结合生成难溶物FeCO3,使HCO3-H5.C[解析]向辉铜矿中通入氧气进行煅烧,发生Cu2S+2O22CuO+SO2,固体B为CuO、Fe3O4和SiO2,加入硫酸过滤后得到含有Cu2+、Fe3+、Fe2+的溶液,加入过量氨水,得到氢氧化铁沉淀、氢氧化亚铁沉淀和[Cu(NH3)4]SO4溶液,再经过处理得到[Cu(NH3)4]SO4·H2O。溶液D为[Cu(NH3)4]SO4溶液,向溶液D中加入无水乙醇,可减小溶液的极性、降低产物的溶解性,用玻璃棒摩擦试管壁可析出目标产物,A正确;溶液C中溶质的主要成分为FeSO4、CuSO4和Fe2(SO4)3,加入硫氰化钾溶液会产生红色,B正确;辉铜矿通入氧气进行煅烧,发生反应Cu2S+2O22CuO+SO2,C错误;[Cu(NH36.C[解析]由泥浆堆放后由灰色变为疏松的绿色粉状可以得出是铜被氧化,酸浸时可以进入溶液便于后期制备胆矾,A正确;常温下除氯,Cl-进入废液,可以在酸浸时减少HCl挥发,更加环保,B正确;pH=5时,c(OH-)=10-9mol·L-1,经计算c(Fe3+)=Ksp[Fe(OH)3]c3(OH-)=2.79×10-39(1×10-9)3mol·L-1=2.79×10-12mol·L-1,能使Fe3+除尽,c(Cu2+)=Ksp[Cu(OH)2]c2(OH-)=27.C[解析]焙烧时,FeS2与O2反应生成Fe2O3和SO2,反应方程式为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,用赤泥液中的Na2CO3吸收生成的SO2,A正确;由于“碱浸”造成二氧化硅溶于氢氧化钾溶液,滤液中含硅酸盐,从“滤液”到“明矾”的过程中,需要进行“除硅”步骤,B正确;聚合硫酸铁可用于净化自来水,与其组成中的Fe3+具有水解产生胶体的性质有关,与其组成中的Fe3+具有氧化性无关,C错误;在“聚合”阶段,若增加Fe2O3用量,碱性增强,x变大,D正确。8.(1)3d24s2(2)FeTiO3+4H+TiO2++Fe2++2H2O100℃、2h或90℃、5h(3)将Fe3+全部还原为Fe2+,同时防止Fe2+被氧化(4)促进水解,防止形成胶体,便于过滤分离TiO2·xH2O(5)ac[解析]钛铁矿(主要成分是FeTiO3,含有少量的CaO、Fe2O3、SiO2等杂质)加入硫酸酸浸,反应生成TiOSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3和微溶的CaSO4,SiO2不与硫酸反应,过滤后所得滤液1中加入铁屑,将三价铁转化为二价铁,再将绿矾(FeSO4·7H2O)分离出来,TiOSO4经过水解后得到TiO2·xH2O和硫酸,最后煅烧TiO2·xH2O得到钛白粉(TiO2)。(1)Ti是22号元素,基态Ti原子的简化电子排布式为[Ar]3d24s2,价层电子排布为3d24s2。(2)“酸浸”是加入硫酸后,硫酸与FeTiO3加热发生反应生成TiOSO4、FeSO4,离子方程式为FeTiO3+4H+TiO2++Fe2++2H2O;当Fe的浸出率为70%时,可对应100℃和90℃两条曲线,故实验条件为100℃、2h或90℃、5h。(3)加入过量铁粉是为了将Fe3+全部还原为Fe2+,同时防止Fe2+被氧化。(4)TiOSO4经过水解后得到TiO2·xH2O和硫酸,根据水解规律:越稀越水解、越热越水解,则“水解”过程中适当稀释并加热是为了促进水解,防止形成胶体,便于过滤分离TiO2·xH2O。(5)工业上可利用Mg与TiCl4反应制备金属钛,利用的是热还原法。高炉炼铁是利用CO在高温条件下将Fe2O3还原为Fe,是热还原法,a符合题意;电解熔融NaCl制钠为电解法,b不符合题意;铝热反应制锰是利用Al在高温条件下将二氧化锰还原生成锰,属于热还原法,c符合题意;HgO分解制汞为热分解法,d不符合题意。9.(1)SiO2(2)4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O(3)ZnO或ZnCO3或Zn(OH)2等调节pH,使Fe3+水解,转化为Fe(OH)3沉淀过滤除掉(4)Ni2++ZnNi+Zn2+(5)4Zn+2O2+3H2O+CO2ZnCO3·3Zn(OH)2(6)482500(7)ZnSO4·H2O[解析]工业上用闪锌矿为原料,通入空气进行焙烧,金属硫化物发生2ZnS+3O22ZnO+2SO2等反应,得到ZnO等氧化物,向焙烧后的固体中加入稀硫酸酸浸,得到含硫酸锌、硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸镉、硫酸镍的溶液,“滤渣1”为SiO2;通入O2,氧化亚铁离子生成Fe3+,加入试剂X调pH,除去Fe3+,再加入锌粉发生置换反应除去镉和镍,滤液为ZnSO4溶液,经过一系列操作得到ZnSO4·7H2O,或电解得到金属锌。(1)由分析可知,“滤渣1”的主要成分为SiO2。(2)“氧化”的目的是氧化亚铁离子生成Fe3+,离子方程式为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O。(3)加入试剂X的目的是除去Fe3+,则不引入新杂质的情况下可以加入ZnO或ZnCO3或Zn(OH)2等调节pH,使Fe3+水解,转化为Fe(OH)3沉淀过滤除掉。(4)“还原除杂”为加入锌发生置换反应除去镉和镍,除Ni2+的离子方程式为Ni2++ZnNi+Zn2+。(5)锌在潮湿空气中可生成ZnCO3·3Zn(OH)2,其反应的化学方程式为4Zn+2O2+3H2O+CO2ZnCO3·3Zn(OH)2。(6)电解得到130gZn,转移电子为4mol,电量损耗为20%,则共消耗电量4mol×96500C·mol-1÷0.8=482500C。(7)n(ZnSO4·7H2O)=11.48g287g·mol-1=0.04mol,其中结晶水的质量为0.04mol×7×18g·mol-1=5.04g,加热至100℃时,失去水的质量=11.48g-7.160g=4.32g<5.04g,则减少H2O的物质的量n(H2O)=4.32g18g·mol-1=0.24mol,即10.(1)d(2)SiO2Cu2++FeSCuS+Fe2+(3)是不合理的稀硝酸被Fe2+还原为NO,污染环境(4)Cr3++4OH-CrO2-+2H2O(5)1∶[解析]含镍废渣(主要成分为NiO、Fe3O4,还含有少量的CuO、Cr2O3、SiO2等杂质)加稀硫酸酸浸,其中SiO2不溶于稀硫酸,过滤除去,滤液中含Ni2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+和Cr3+;酸性滤液中加入FeS,将Cu2+转化为CuS沉淀过滤除去;加入过氧化氢溶液,将Fe2+氧化为Fe3+后,加入Na2CO3溶液将Fe3+转化为黄钠铁矾沉淀,过滤除去;再加入NaOH溶液将Ni2+转化为Ni(OH)2沉淀,Cr3+在过量NaOH溶液中转化为NaCrO2,过滤出氢氧化镍后在空气中灼烧生成碱式氧化镍。(1)根据Fe、Ni元素基态原子核外电子排布式可知,二者在周期表中位于d区。(2)酸浸时SiO2不溶于稀硫酸,为滤渣;酸性滤液中加入FeS,将Cu2+转化为CuS沉淀过滤除去,离子方程式为Cu2++FeSCuS+Fe2+。(3)“氧化”时,若用稀硝酸代替过氧化氢溶液氧化Fe2+,稀硝酸被Fe2+还原为NO,污染环境。(4)结合题干信息:当溶液pH>12时,Cr(OH)3会转化为CrO2-,则“沉镍”时,加入NaOH溶液调节pH至13,滤液中的Cr2(SO4)3转化为NaCrO2,离子方程式为Cr3++4OH-CrO2-+2H2O。(5)“灼烧”时发生反应4Ni(OH)2+O24NiOOH+2H2O,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶411.(1)3d64s2N>O>H(2)4H++Fe+2VO2+2VO2++Fe2++2H2(3)温度:820℃左右(800~830℃之间均可);硫酸加入量:6%(6%~6.5%之间均可)降低多钒酸铵的溶解度,减少损失(4)有机溶剂P204、NH3(或氨水)(5)[解析]钒矿石经破碎、焙烧后,固体中主要含有Fe(VO3)2、Fe(VO3)3、Mn(VO3)2、Ca(VO3)2,加稀硫酸酸浸,钙离子转化为CaSO4微溶物并经过滤除去,滤液中钒以VO2+形式存在,加铁粉和氨水进行还原中和,该工序pH低于7.0,铁将VO2+还原为VO2+,发生反应4H++Fe+2VO2+2VO2++Fe2++2H2O,且溶液中铁离子和铁反应生成亚铁离子,所得溶液经有机溶剂P204萃取后,Fe2+、Mn2+等进入水相,反萃取后,VO2+进入水相,加NaClO3将VO2+氧化为VO2+,加氨水沉钒(1)基态Fe原子的价层电子排布为3d64s2;同周期从左到右第一电离能呈增大趋势,但N的2p轨道上电子为半满状态,第一电离能N大于O,故NH3·H2O中各元素第一电离能由大到小为N>O>H。(2)据分析,“还原中和”时,还原步骤中VO2+参与反应的离子方程式为4H++Fe+2VO2+2VO2++Fe2++2H2O。(3)结合图甲、图乙可知,适宜的工艺条件为温度:820℃左右(800~830℃之间均可),硫酸加入量:6%(6%~6.5%之间均可),此时钒的浸出率最高;根据信息ⅲ,洗涤多钒酸铵时要用冰水洗涤的目的是降低多钒酸铵的溶解度,减少溶解损失。(4)循环使用的物质具有“既消耗,又生成”的特点,根据流程图可发现有机溶剂P204具有该特点;分