高三二轮高效复习主题巩固卷化学（单选）化工生产中物质转化条件的优化与物质的分离提纯

[课下巩固检测练(三十三)]化工生产中物质转化条件的优化与物质的分离、提纯(非选择题每题10分)1．(2025·江苏南京期中节选)以硼镁矿(主要成分Mg2B2O5·H2O)为原料制备硼氢化钠(NaBH4)和七水合硫酸镁(MgSO4·7H2O)的工艺流程如图所示：已知：硼镁泥的主要成分是MgCO3，还含有杂质Fe2O3、FeO、CaO、MnO等。“操作a”为蒸发浓缩、___________、过滤、洗涤、___________。答案：冷却结晶干燥2．从阳极泥(主要成分有Cu、Ag、Au、Ag2Se、Cu2S和NiSO4等)中回收Se和金属的部分工艺流程如图。已知：①该工艺中萃取原理为2RH＋M2+⥬R2M＋2H＋(其中RH表示萃取剂，M2+表示金属离子)。②S2Oeq\o\al(2,3)在碱性条件下很稳定，常温下可与Ag＋络合：Ag＋(aq)＋2S2Oeq\o\al(2,3)(aq)⥬[Ag(S2O3)2]3(aq)K＝3.0×1013。(1)“焙烧”前需对阳极泥进行粉碎处理，目的是__________________________。(2)“焙烧”产生的SO2与SeO2的混合烟气用水吸收可制得单质Se，该反应的化学方程式为__________________________________。(3)“滤液Ⅰ”中的阳离子主要有Cu2+、Ni2+，可使用萃取剂(RH)萃取分离。Cu2+和Ni2+的萃取率与水相初始pH、萃取剂浓度的关系如图。则萃取Cu2+最佳的条件为____________和__________；“反萃取剂”最好选用________(填化学式)。解析：(3)据图可知，萃取Cu2+最佳的pH为6，最佳萃取剂浓度为1%，此时，Cu2+的萃取率较高，且和Ni2+的萃取率相差较大；“滤液Ⅰ”中主要含有Cu2+、Ni2+的硫酸盐，故“反萃取剂”最好选用H2SO4。答案：(1)增大接触面积，加快反应速率，提高原料利用率(2)2SO2＋SeO2＋2H2O=Se＋2H2SO4(3)水相初始pH为6萃取剂浓度为1%H2SO43．(2025·重庆模拟预测节选)Co、Ni是重要的战略性金属。一种利用废钴镍矿(含较多的Co、Ni、Fe，以及一定量的Mg、Pb、Mn等元素)提取Co、Ni，并获得一系列化工产品的工艺流程如图：已知：①P204对Co2+、Ni2+、Fe3+具有高选择性。②萃取的原理为M2+(水相)＋2HR⥬MR2(有机相)＋2H＋(M＝Co、Ni)。③[Co(NH3)6]2+易被氧化成[Co(NH3)6]3+(1)浸渣1的主要成分为____________(填化学式)，水相1中主要含有的金属离子有____________(填离子符号)。(2)从平衡移动角度分析，“反萃取”中加入酸的目的是_______________。(3)“氨浸”时生成[Co(NH3)6]3+的离子方程式为____________________。(4)“沉镍”时不选用Na2CO3溶液的原因是________________________。(5)已知一定条件下，某萃取剂(HR)萃取Ni2+的分配系数eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(有机相中NiR2的浓度,水相中Ni2+的浓度)))为4，则用等体积该萃取剂萃取Ni2+的萃取率eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(有机相中NiR2的总物质的量,Ni的总物质的量)×100%))为____________，若使萃取率达到99%以上，则需要用等体积的萃取剂至少萃取_______次。解析：向废钴镍矿(含较多的Co、Ni、Fe，以及一定量的Mg、Pb、Mn等元素)中加入稀硫酸进行酸浸，得到含Co2+、Ni2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Fe3+的硫酸盐和难溶的PbSO4，过滤得到滤渣，故滤渣1的主要成分为PbSO4，向滤液中加入Fe，将Fe3+全部还原为Fe2+，加入P204萃取Co2+、Ni2+，则水相1中含有Mg2+、Fe2+、Mn2+的硫酸盐，向含有Co2+、Ni2+硫酸盐的有机相中加入酸进行反萃取，得到水相2，向水相2中加入氨水氨浸，Co2+转化为[Co(NH3)6]2+，其易被氧化为[Co(NH3)6]3+，用SO2还原得到CoSO4，浸渣2为Ni(OH)2，酸浸转化为Ni2+，加入NH4HCO3沉镍，得到NiCO3，据此回答。(4)“沉镍”时，Ni2+与NH4HCO3反应，得到NiCO3，离子方程式：Ni2+＋2HCOeq\o\al(－,3)=NiCO3↓＋CO2↑＋H2O，若加入Na2CO3溶液，其碱性较强，会产生Ni(OH)2沉淀。(5)eq\f(c有机相(NiR2),c水相(Ni2+))＝4，这意味着在平衡时，有机相中NiR2的浓度是水相中浓度的4倍。设初始水相中Ni2+的浓度为c0，因为是等体积萃取，萃取后水相中Ni2+的浓度为eq\f(c0,5)，有机相中NiR2的浓度为eq\f(4c0,5)，萃取率：eq\f(\f(4c0,5),c0)×100%＝80%。单次萃取的萃取率为80%，萃余率为20%，初始浓度为c0，经过n次萃取后水相中Ni2+的浓度为c0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,5)))eq\s\up12(n)，萃取率达到99%以上，即剩余在水相中的Ni2+不超过1%，eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,5)))eq\s\up12(n)≤0.01，解不等式得：5n≥100，因此，至少需要3次萃取。答案：(1)PbSO4Mn2+、Fe2+、Mg2+(2)加入酸(H＋)，M2+＋2HR⥬MR2＋2H＋平衡逆向移动，使Co2+、Ni2+进入水相(3)4Co2+＋24NH3·H2O＋O2⥬4[Co(NH3)6]3+＋4OH－＋22H2O(4)Na2CO3溶液碱性较强，沉镍时会产生Ni(OH)2沉淀(5)80%34．(2025·湖南常德一模)钯(Pd)是在航空航天、汽车制造等领域应用广泛的稀有金属。以下是从镍阳极泥中回收钯及其他贵金属的工艺流程：已知：“酸浸”中浸出液的主要成分为HAuCl4、H2PtCl4、H2PdCl4；金属被提炼过程中伴随有大量气泡，会形成类似海绵的孔隙结构。回答下列问题：(1)“酸浸”时，为提高浸出效率可采取的措施有_____________________________(至少回答两点)；写出“酸浸”时单质钯发生反应的化学方程式：__________________________。(2)“树脂吸附”中，若浸出液经过阴离子交换树脂的流速过快会导致贵金属的提取率________(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)“王水溶解”中，体现了硝酸的________性；此步骤存在的缺点是__________________________。(4)“萃取”可实现[AuCl4]－从水层转移到有机层，“反萃取”中加入草酸铵的作用是__________________________。答案：(1)升高温度、适当增大反应物浓度、搅拌等3Pd＋12HCl＋NaClO3=3H2PdCl4＋NaCl＋3H2O(2)减小(3)强氧化王水会产生氮氧化物等污染性气体，污染环境(4)作还原剂，并在反应过程中提供气体便于形成海绵金5．工业上常用软锰矿(主要成分为MnO2，含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2)和Li2CO3合成电极材料LiMn2O4并回收净水剂明矾，其工艺流程如图所示。已知：①Mn2+在酸性条件下比较稳定，pH高于5.5时易被O2氧化；②当溶液中某离子浓度c(Mn＋)≤1.0×105mol·L1时，可认为该离子沉淀完全；常温下，几种沉淀的Ksp如下表所示：Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2Fe(OH)2Ksp1.0×10391.0×10335.0×10125.0×1017③lg5＝0.7。(1)“酸浸”时，通入稍过量SO2的目的是________________________。一定温度下，软锰矿与不同浓度的硫酸反应60min时结果如下表所示：c(H2SO4)/(mol·L1)1.05.010.016.018.0Mn浸出率/%2578958555Al浸出率/%35908350则“酸浸”时，选择c(H2SO4)为____________mol·L1。(2)加入MnCO3“调pH”时，若c(Mn2+)＝1.0mol·L1，其他金属阳离子浓度为0.001mol·L1，则调pH的范围为____________，若“滤渣Ⅲ”主要成分为FeOOH，则“氧化”操作中主反应的离子方程式为__________________________。(3)“焙烧”操作中，为了提高Li2CO3利用率，加入稍过量的MnO2，加热至600～750℃便制得LiMn2O4，则反应的化学方程式为________________________________________，整个流程中，可以循环使用的物质有__________。(4)获取明矾KAl(SO4)2·12H2O的“一系列操作”是_____________________。解析：(1)该工艺流程的目的是合成电极材料LiMn2O4并回收净水剂明矾，要求Mn和Al的浸出率都尽量高，由表格数据可知，酸浸时，选择10.0mol·L1的硫酸溶液最合适。(2)加入碳酸锰调pH，是为了让Al3+转化为Al(OH)3沉淀，而其他金属阳离子依然在溶液中，Ksp[Al(OH)3]＝c(Al3+)·c3(OH－)＝1.0×1033，当Al3+完全沉淀时，Ksp[Al(OH)3]＝c(Al3+)·c3(OH－)＝1.0×1033，c(OH－)＝eq\r(3,\f(1.0×1033,1.0×105))mol·L1＝10－eq\f(28,3)mol·L1，c(H＋)＝eq\f(Kw,c(OH－))＝eq\f(1014,10－\f(28,3))mol·L1＝10－eq\f(14,3)mol·L1，pH≈4.67，若c(Mn2+)＝1.0mol·L1，其他金属阳离子浓度为0.001mol·L1，当Mn2+开始沉淀时，Ksp[Mn(OH)2]＝c(Mn2+)·c2(OH－)＝5.0×1012，c(OH－)＝eq\r(\f(5.0×1012,1.0))mol·L1＝eq\r(5)×106mol·L1，c(H＋)＝eq\f(Kw,c(OH－))＝eq\f(1014,\r(5)×106)mol·L1＝eq\f(108,\r(5))mol·L1，pH≈8.35；当Fe2+开始沉淀时，Ksp[Fe(OH)2]＝c(Fe2+)·c2(OH－)＝5.0×1017，c(OH－)＝eq\r(\f(5.0×1017,0.001))mol·L1＝eq\r(5)×107mol·L1，c(H＋)＝eq\f(Kw,c(OH－))＝eq\f(1014,\r(5)×107)mol·L1＝eq\f(107,\r(5))mol·L1，pH≈7.35，综上：Al3+完全沉淀时，pH≈4.67，Mn2+开始沉淀时，pH≈8.35，Fe2+开始沉淀时pH≈