05发展素养(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】听课手册

发展素养(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探究点1例1C[解析]废线路板先机械粉碎,可以增加其反应的接触面积,加入稀盐酸后铝、锌、铁溶解,进入滤液1,“碱溶”时通入氧气、加氢氧化钠,可以溶解锡和铅,最后电解精炼得到铜。“机械粉碎”是物理变化过程,有利于后续“酸溶”中增大接触面积,加快反应速率,A错误;“酸溶”的过程中Al、Zn、Fe与稀盐酸反应转化为对应的离子Al3+、Zn2+、Fe2+,B错误;“碱溶”时根据“滤液2”中有SnO32-,存在反应:Sn+2OH-+O2SnO32-+H2O,故C正确;“电解精炼”时粗铜在阳极发生氧化反应,变式题D[解析]污水中含有铜离子、铁离子、锌离子、铝离子,首先加入石灰乳,调pH=4沉淀铁离子和部分铝离子,过滤后,加入硫化钠溶液沉淀其中的铜离子和锌离子,再次过滤。根据表格数据可知Fe3+在pH=1.9时开始形成氢氧化铁沉淀,在pH=3.2时完全沉淀,Al3+在pH=3.5时开始形成氢氧化铝沉淀,在pH=4.6时完全沉淀,当pH=4时,Fe3+完全沉淀,Al3+部分沉淀,即“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3,A正确;硫化钠溶液中的硫离子可以水解产生氢氧根离子,使溶液显碱性,以第一步水解为主,方程式为S2-+H2OHS-+OH-,B正确;当铜离子和锌离子完全沉淀时,则硫化铜和硫化锌都达到了沉淀溶解平衡,溶液中c(Cu2+)c(Zn2+)=c(Cu2+)·c(S2-)探究点2例2(1)3d34s2+5CO2(2)Na[Al(OH)4](3)HCO3-+OH-+Ca(VO3)2CaCO3+H2O+2VO3-提高溶液中HCO3-的浓度,促使偏钒酸钙转化为碳酸钙,(4)NaCl[解析]石煤和苛化泥制团烘干,通入空气进行焙烧,反应生成NaVO3、Ca(VO3)2、NaAlO2、Ca(AlO2)2、CaO和CO2等,水浸可分离焙烧后的可溶性物质(如NaVO3、NaAlO2)和不溶性物质[Ca(VO3)2、Ca(AlO2)2等],过滤后滤液进行离子交换、洗脱,用于富集和提纯VO3-,再加入氯化铵溶液沉钒,生成NH4VO3,经一系列处理后得到V2O5;滤渣①在pH≈8,65~70℃的条件下加入3%NH4HCO3溶液进行盐浸,滤渣①中含有钒元素,通过盐浸,使滤渣①中的钒元素可进入滤液①中,再将滤液①进入离子交换工序,进行V(1)钒是23号元素,其基态原子价层电子排布式为3d34s2;焙烧过程中,氧气被还原,V2O3被氧化生成VO3-,偏钒酸盐中钒的化合价为+5价;CaCO3在800℃以上开始分解生成CO2,且V2O3或Al2O3生成偏钒酸盐或偏铝酸盐时也生成CO2,生成的气体①为CO(2)由已知信息可知,高温下,苛化泥的主要成分与Al2O3反应生成偏铝酸钠和偏铝酸钙,偏铝酸钠溶于水得Na[Al(OH)4],偏铝酸钙难溶于水,所以水浸工序所得滤液中杂质的主要成分是Na[Al(OH)4]。(3)在弱碱性环境下,滤渣①中的Ca(VO3)2与HCO3-和OH-反应生成CaCO3、VO3-和H2O,离子方程式为HCO3-+OH-+Ca(VO3)2CaCO3+H2O+2VO3-;CO2加压导入盐浸工序,可提高溶液中HCO3-的浓度,促使偏钒酸钙转化为碳酸钙,释放VO3-,从而提高浸出率;滤液①中含有VO3-、(4)由离子交换工序中树脂的组成可知,洗脱液中应含有Cl-,洗脱出的偏钒酸盐应易溶于水,结合成本问题,故洗脱液的主要成分应为NaCl。变式题(1)Cu2+(2)2Au+8HCl+3H2O22HAuCl4+6H2O(3)AgCl(4)[Ag(S2O3)2]3-+e-Ag↓+2S2O32-Na2S2(5)3∶4[解析]精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等多种元素,加入硫酸、H2O2浸取,Cu被转化为Cu2+进入“浸出液1”中,Ag、Au不反应,“浸渣1”中含有Ag和Au;“浸渣1”中加入盐酸、H2O2浸取,Au转化为HAuCl4进入“浸出液2”,Ag转化为AgCl,“浸渣2”中含有AgCl;“浸出液2”中加入N2H4将HAuCl4还原为Au,同时N2H4被氧化为N2;“浸渣2”中加入Na2S2O3,将AgCl转化为[Ag(S2O3)2]3-,得到“浸出液3”,利用电沉积法将[Ag(S2O3)2]3-还原为Ag。(1)由分析可知,铜阳极泥中加入硫酸、H2O2浸取,Cu被转化为Cu2+进入“浸出液1”中,故“浸出液1”中含有的金属离子主要是Cu2+。(2)“浸取2”步骤中,在盐酸作用下,Au与H2O2发生氧化还原反应,生成HAuCl4和H2O,根据得失电子守恒及质量守恒,可得化学方程式为2Au+8HCl+3H2O22HAuCl4+6H2O。(3)根据分析可知,“浸渣2”中含有AgCl,与Na2S2O3反应转化为[Ag(S2O3)2]3-。(4)“电沉积”步骤中,阴极发生还原反应,[Ag(S2O3)2]3-得电子被还原为Ag,电极反应式为[Ag(S2O3)2]3-+e-Ag↓+2S2O32-;阴极反应生成S2O3