第9讲　无机化工流程题解题策略

第9讲无机化工流程题解题策略复习目标1.提升应用物质的转化及条件控制、分离提纯操作等相关知识解决实际问题的水平。2.培养将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达并做出解释的能力。类型一流程图中物质的处理、转化与跟踪1.原料的预处理(1)水浸:溶解、过滤,分离溶解性不同的物质。(2)酸浸:原料中的碱性氧化物、两性化合物、不溶性碱类、部分不溶性盐类、部分金属等进入溶液。注意酸的性质以及对后续操作的影响,如用硫酸溶液浸取,若体系中存在Ba2+、Ca2+等会形成相应的沉淀,过滤除去,但因CaSO4微溶,可能会进行二次除杂(除尽Ca2+)。(3)碱浸:原料中的酸性氧化物、两性化合物、部分金属或Si等溶解进入溶液;油污一般也在碱浸环节被除去。(4)盐浸:调节pH沉淀或者直接沉淀某些离子,发生氧化还原反应除去杂质或得到某些物质。如分离Fe3+和Cu2+时加入碱式碳酸铜调节溶液pH使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀。(5)高温焙烧、煅烧等:改变物质的结构,使提取更加容易;使一些杂质被氧化、热稳定性差的物质分解而被除去。如将硫化物等转化为金属氧化物,便于提取,注意反应后“S”的存在形式。(6)提高浸取效率的措施:升温、搅拌、粉碎、适当提高酸或碱的浓度、适当加入过量的酸或者碱等。2.物质成分的跟踪与确定(1)滤渣的确定(2)循环物质的确定1.下图废铁屑为原料制备聚合硫酸铁(PFS)的一种工艺流程如下图:粉碎过筛的目的是,

酸浸时最合适的酸是。

答案选取细小颗粒,增大反应物接触面积,提高酸浸反应速率H2SO42.钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及SiO2、Fe3O4。采用由黏土钒矿制备NH4VO3的工艺流程如下图:回答下列问题:(1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是。

(2)“酸浸氧化”中,VO+和VO2+被氧化成VO2+,同时还有答案(1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)(2)Fe2+3.磁选后的炼铁高钛炉渣,主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源,通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。该工艺条件下,有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表:金属离子Fe3+Al3+Mg2+Ca2+开始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全(c=1.0×10-5mol·L-1)的pH3.24.711.113.8回答下列问题:(1)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0,在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6,依次析出的金属离子是。

(2)“水浸渣”在160℃“酸溶”,最适合的酸是。“酸溶渣”的成分是、

。

(3)将“母液①”和“母液②”混合,吸收尾气,经处理得,循环利用。

答案(1)Fe3+、Al3+、Mg2+(2)硫酸SiO2CaSO4(3)(NH4)2SO44.(2024·安吉高级中学月考)铬及其化合物在工业生产中应用广泛。某铬铁矿的主要成分为Cr2O3,另外还含有FeO、Al2O3、MgO等杂质。一种液相氧化法制备Cr(OH)3的工艺路线如图:回答下列问题:(1)“加压碱浸”中,发生的主要反应为Cr2O3转化为铬酸钠,其化学方程式为

。

(2)在“溶解还原”过程中,BaCrO4转化为Cr3+,有CO2生成,发生反应的离子方程式为

。

答案(1)2Cr2O3+8NaOH+3O2===4Na2CrO4+4H2O(2)CH3OH+2BaCrO4+10H+===CO2↑+2Cr3++7H2O+2Ba2+5.(2024·绍兴诊断)燃煤火电厂产生的尾气(主要成分为SO2、NO)可以按如下流程脱除或利用。请回答:(1)途径Ⅰ中NO2转化为N2的化学方程式:

。

(2)途径Ⅱ中NO与CaCO3、NaClO2混合液反应的化学方程式:

。

答案(1)6NO2+2C2H43N2+4CO2+4H2O(2)2CaCO3+4NO+3NaClO2===2Ca(NO3)2+3NaCl+2CO2类型二流程中的分离、提纯和检验操作1.分离提纯的常用操作过滤分离难溶物和可溶物,根据特殊需要采用趁热过滤等方法萃取和分液利用物质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同分离、提纯物质蒸发结晶提取溶解度随温度变化不大的物质,如NaCl蒸发浓缩冷却结晶提取溶解度随温度变化较大的物质、易水解的物质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuSO4·5H2O蒸馏和分馏分离沸点不同(一般相差30℃及以上)且互溶的液体混合物冷却法利用气体易液化的特点分离气体,如合成氨工业采用冷却法将氨气分离反萃取相当于萃取的逆过程,此方法中一定要明确“目标物”在水层还是在有机层2.沉淀的洗涤操作答题指导洗涤晶体洗涤试剂适用范围目的蒸馏水冷水产物不溶于水除去固体表面吸附着的××杂质;可适当降低固体因为溶解而造成的损失热水特殊的物质溶解度随着温度升高而下降有机溶剂(酒精、丙酮等)固体易溶于水、难溶于有机溶剂减少固体溶解;利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分,产品易干燥饱和溶液对纯度要求不高的产品减少固体溶解酸、碱溶液产物不溶于酸、碱除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱的杂质;减少固体溶解洗涤沉淀方法向过滤器中加入洗涤剂至浸没沉淀,待洗涤剂自然流下后,重复以上操作2~3次1.(2024·浙江高三选考模拟)冰晶石(Na3AlF6)是工业上冶炼金属铝的助熔剂,以萤石(CaF2)和纯碱为原料制备冰晶石的流程如下:请回答:将固体A(仅含一种化合物)加入水中,设计实验检验所得澄清溶液中阴离子。

答案取适量澄清溶液于试管中,滴加稀盐酸酸化,再加入BaCl2溶液,产生白色沉淀,证明溶液中含有SO解析检验硫酸根的方法为取适量澄清溶液于试管中,滴加稀盐酸酸化,再加入BaCl2溶液,产生白色沉淀,证明溶液中含有SO42.(2024·浙江宁波高三模拟)下图是使用离子交换树脂的“离子交换法”从海带中提取碘的主要流程。已知①强碱性阴离子树脂(用R—Cl表示,Cl-可被其他更易被吸附的阴离子替代)对I3-有很强的交换吸附能力;②步骤“交换吸附”发生的反应:R—Cl+I3-===R—I请回答:设计实验方案验证氧化过程得到粗碘水中碘元素除I3-外可能的存在形式。(不考虑其他杂质阴离子)答案取少量上层清液于试管中,加入淀粉溶液变蓝,证明含I2;另取少量上层清液于试管,加入硝酸银产生黄色沉淀,再加入稀硝酸沉淀不溶解,证明含I-解析由题给流程可知,向海带浸出液中加入双氧水和稀硫酸,将溶液中的碘离子氧化为碘单质得到含有碘、碘离子和碘三离子的粗碘水;用强碱性阴离子树脂吸附粗碘中的碘元素得到R—I3;向R—I3中加入氢氧化钠溶液洗脱,将R—I3转化为R—I、碘化钠和碘酸钠;向碘化钠和碘酸钠混合溶液中加入酸酸化,将溶液中碘化钠和碘酸钠转化为碘单质得到粗碘液;R—I浸泡在氯化钠溶液中进行洗脱,使树脂再生,并得到碘化钠溶液;向碘化钠溶液中加入酸和合适的氧化剂将溶液中碘离子氧化为碘单质得到粗碘液。由分析可知,粗碘水中可能含有碘、碘离子和碘三离子,检验溶液中含有单质碘的操作为取少量上层清液于试管中,加入淀粉溶液变蓝,证明含有碘;检验溶液中含有碘离子的操作为取少量上层清液于试管,加入硝酸银产生黄色沉淀,再加入稀硝酸沉淀不溶解,证明含碘离子。类型三流程中元素化合物性质分析和条件控制1.改变温度①改变反应速率;②改变物质的溶解度(注意气体溶解度随温度升高而减小);③防止物质分解或挥发(H2O2、NH3·H2O、铵盐、硝酸等易分解,有机溶剂、气体等易挥发);④促进或抑制平衡移动(例如水解平衡);⑤催化剂的活性在某温度下达到最好;⑥防止副反应发生。2.改变压强①减压蒸馏,降低温度,防止物质分解;②改变气体溶解度;③促进或抑制平衡移动;④真空防氧化(也可充入氩气、氮气等保护气)。3.调节溶液的pH调节溶液pH是工业流程中常用的条件控制方法,调控的主要目标是生成产品或除去杂质。1.辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如图所示:(1)“回收S”过程中温度控制在50~60℃之间,不宜过高或过低的原因是

。

(2)“保温除铁”过程中,加入CuO的目的是

;

“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中,要用HNO3溶液调节溶液的pH,其理由是。

答案(1)温度高苯容易挥发,温度低溶解速率小(2)调节溶液的pH,使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀抑制Cu2+的水解解析(1)苯是有机溶剂,易挥发,所以温度高苯容易挥发,而温度低溶解速率小,因此回收S过程中温度控制在50~60℃之间,不宜过高或过低。(2)氧化铜是碱性氧化物,能与酸反应调节溶液的pH,所以氧化铜的作用是调节溶液的pH,使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀而析出。2.Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备,工艺流程如图:(1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图所示。由图可知,当铁的净出率为70%时,所采用的实验条件为。

(2)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示:温度/℃3035404550TiO2·xH2O转化率%9295979388分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因。

答案(1)100℃、2h,90℃、5h(2)低于40℃,TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加;超过40℃,双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降3.从钒铬锰矿渣(主要成分为V2O5、Cr2O3、MnO)中提铬的一种工艺流程如图:已知:pH较大时,二价锰[Mn(Ⅱ)](在空气中易被氧化)。回答下列问题:(1)常温下,各种形态五价钒粒子总浓度的对数[lgc总(V)]与pH关系如图1。已知钒铬锰矿渣硫酸浸液中c总(V)=0.01mol·L-1,“沉钒”过程控制pH=3.0,则与胶体共沉降的五价钒粒子的存在形态为(填化学式)。

(2)某温度下,Cr(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)的沉淀率与pH关系如图2。“沉铬”过程最佳pH为;

(3)“提纯”过程中Na2S2O3的作用为。

答案(1)H3V2O7-(2(3)防止pH较大时,二价锰[Mn(Ⅱ)]被空气中氧气氧化转化为MnO2附在Cr(OH)3的表面,使产物不纯本讲感悟疑点:

盲点:

1.(2025·浙江1月选考)兴趣小组对某磷灰石[主要成分为Ca5(PO4)3OH、Ca5(PO4)3F、Ca5(PO4)3Cl和少量SiO2]进行探究,设计了两种制备H3PO4的方法:Ⅰ.用稍过量的浓H2SO4与磷灰石反应,得到H3PO4溶液、少量SiF4气体、渣(主要成分为CaSO4)。Ⅱ.将磷灰石脱水、还原,得到的白磷(P4)燃烧后与水反应制得H3PO4溶液。①方法Ⅰ,所得H3PO4溶液中含有的杂质酸是。

②以方法Ⅰ中所得渣为硫源,设计实验制备无水Na2SO4,流程如下:溶液A是,系列操作B是,操作C是。

③方法Ⅱ中,脱水得到的Ca10(PO4)6O(足量)与炭(C)、SiO2高温下反应,生成白磷(P4)和另一种可燃性气体,该反应的化学方程式是

。

答案①盐酸、氢氟酸②碳酸钠溶液过滤、加硫酸、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥加热脱水③2Ca10(PO4)6O+30C+20SiO220CaSiO3+3P4+30CO↑解析①方法Ⅰ中,Ca5(PO4)3OH、Ca5(PO4)3F、Ca5(PO4)3Cl和浓硫酸反应生成硫酸钙、磷酸、氢氟酸、盐酸,氢氟酸和SiO2反应生成SiF4气体和水,所得H3PO4溶液中含有的杂质酸是盐酸、氢氟酸。②碳酸钠和硫酸钙反应,硫酸钙转化为碳酸钙沉淀和硫酸钠,溶液A是碳酸钠溶液;过滤出碳酸钙,得硫酸钠、碳酸钠混合液,加硫酸除碳酸钠,蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得Na2SO4·xH2O,操作C是加热脱水。③方法Ⅱ中,脱水得到的Ca10(PO4)6O(足量)与炭(C)、SiO2高温下反应,生成白磷(P4)和另一种可燃性气体,根据元素守恒,可燃性气体为CO,该反应的化学方程式是2Ca10(PO4)6O+30C+20SiO220CaSiO3+3P4+30CO↑。2.(2024·浙江6月选考)矿物资源的综合利用有多种方法,如铅锌矿(主要成分为PbS、ZnS)的利用有火法和电解法等。已知:①PbCl2(s)PbCl2(aq)H2[PbCl4];②电解前后ZnS总量不变;③AgF易溶于水。请回答:(1)根据富氧煅烧(在空气流中煅烧)和通电电解(如图)的结果,PbS中硫元素体现的性质是(选填“氧化性”“还原性”“酸性”“热稳定性”之一)。产物B中有少量Pb3O4,该物质可溶于浓盐酸,Pb元素转化为[PbCl4]2-,写出该反应的化学方程式

;

从该反应液中提取PbCl2的步骤如下:加热条件下,加入(填一种反应试剂),充分反应,趁热过滤,冷却结晶,得到产品。

(2)下列说法正确的是。

A.电解池中发生的总反应是PbS===Pb+S(条件省略)B.产物B主要是铅氧化物与锌氧化物C.1mol化合物C在水溶液中最多可中和2molNaOHD.ClF的氧化性弱于Cl2(3)D的结构为(X=F或Cl),设计实验先除去样品D中的硫元素,再用除去硫元素后的溶液探究X为何种元素。①实验方案:取D的溶液,加入足量NaOH溶液,加热充分反应,然后

;

②写出D(用HSO3X表示)的溶液与足量NaOH溶液反应的离子方程式

。

答案(1)还原性Pb3O4+14HCl(浓)===3H2[PbCl4]+4H2O+Cl2↑PbO或Pb(OH)2或PbCO3(2)AB(3)①加入足量Ba(NO3)2溶液充分反应,静置后取上层清液,再加入硝酸酸化的AgNO3溶液,若产生白色沉淀,则有Cl-,反之则有F-②HSO3X+3OH-===SO42-+X-+2H解析(1)根据富氧煅烧和通电电解的结果,PbS中硫元素化合价升高,体现的性质是还原性。产物B中有少量Pb3O4,该物质可溶于浓盐酸,Pb元素转化为[PbCl4]2-,该反应的化学方程式:Pb3O4+14HCl(浓)===3H2[PbCl4]+4H2O+Cl2↑;根据PbCl2(s)PbCl2(aq)H2[PbCl4]可得反应:PbCl2(aq)+2HClH2[PbCl4],要从该反应液中提取PbCl2,则所加试剂应能消耗H+使平衡逆向移动,且不引入杂质,则步骤为加热条件下,加入PbO或Pb(OH)2或PbCO3,充分反应,趁热过滤,冷却结晶;(2)A.根据图示和已知②可知,电解池中阳极上Fe2+生成Fe3+,Fe3+氧化PbS生成S、Pb2+和Fe2+,阴极上PbCl2生成Pb,发生的总反应是PbS===Pb+S(条件省略),A正确;B.铅锌矿(主要成分为PbS、ZnS)富氧煅烧得到SO2和Pb、Zn元素的氧化物,则产物B主要是铅氧化物与锌氧化物,B正确;C.据分析,化合物C是,卤素原子被—OH取代后生成H2SO4和HCl、HF,则1mol化合物C在水溶液中最多可中和4molNaOH,C错误;D.ClF的氧化性由+1价的Cl表现,Cl2的氧化性由0价的Cl表现,则ClF的氧化性强于Cl2,D错误;(3)①D的结构为(X=F或Cl),加入足量NaOH溶液,加热充分反应,生成Na2SO4和NaX,则实验方案为取D的溶液,加入足量NaOH溶液,加热充分反应,然后加入足量Ba(NO3)2溶液充分反应,静置后取上层清液,再加入硝酸酸化的AgNO3溶液,若产生白色沉淀,则有Cl-,反之则有F-;②D(用HSO3X表示)的溶液与足量NaOH溶液反应生成Na2SO4和NaX,反应的离子方程式是HSO3X+3OH-===SO42-+X-+2H2O。3.(2024·浙江1月选考)固态化合物Y的组成为MgCaFeMn(CO3)4,以Y为原料实现如下转化。已知:NH3与溶液A中金属离子均不能形成配合物。请回答:(1)依据步骤Ⅲ,MnCO3、CaCO3和MgCO3中溶解度最大的是。写出溶液C中的所有阴离子。步骤Ⅱ中,加入NH4Cl的作用是。

(2)下列说法正确的是。

A.气体D是形成酸雨的主要成分B.固体E可能含有Na2CO3C.Mn(OH)2可溶于NH4Cl溶液D.碱性:Ca(OH)2<Fe(OH)2(3)酸性条件下,固体NaBiO3(微溶于水,其还原产物为无色的Bi3+)可氧化Mn2+为MnO4-,根据该反应原理,设计实验验证Y中含有Mn元素

;

写出Mn2+转化为MnO4-的离子方程式。

答案(1)MgCO3CO32-、Cl-、OH-调节溶液pH,防止钙离子、镁离子、锰离子转化为氢氧化物的沉淀(2)BC(3)取一定量Y固体于试管中,加入适量硫酸溶解,再加入适量NaBiO3,观察到溶液变为紫红色,则证明Y中含有锰元素5NaBiO3+14H++2Mn2+===2MnO4-+5Bi3+解析Y中加入盐酸将碳酸根转化为二氧化碳,溶液A中主要有镁离子、锰离子、钙离子、亚铁离子、氯离子,若酸过量,还有H+,加入氨气和氯化铵将亚铁离子转化为氢氧化亚铁,溶液B中主要含有镁离子、锰离子、钙离子、铵根离子、氯离子,Ⅲ中又通入CO2将钙离子与锰离子转化为沉淀,据此回答。(1)MnCO3、CaCO3和MgCO3是同种类型的沉淀,溶解度大的最后沉淀出来,由于通入二氧化碳,生成的沉淀是CaCO3和MnCO3,所以MgCO3溶解度最大;溶液中加入盐酸引入阴离子氯离子,Ⅲ中又通入CO2引入碳酸根离子;水电离产生OH-;(2)A.气体D是CO2,不是形成酸雨的主要成分,故A错误;B.固体E可能含有Na2CO3,当二氧化碳过量时反应方程式为2CO2+2NaNa2CO3+CO,当二氧化碳少量时CO2+2NaNa2O+CO,所以可能含有Na2CO3,故B正确;C.Mn(OH)2可溶于NH4Cl溶液,由于NH4Cl溶液呈酸性,NH4Cl水解产生的H+与Mn(OH)2反应,故C正确;D.碱性是Ca(OH)2>Fe(OH)2,氢氧化钙是强碱,氢氧化亚铁是弱碱,故D错误。(3)酸性条件下,固体NaBiO3可氧化Mn2+为MnO4-,取一定量Y于试管中,加入适量硫酸溶解,再加入适量NaBiO3,观察到溶液变为紫红色,则证明Y中含有锰元素;根据题目信息可写出Mn2+转化为MnO4-的离子方程式为5NaBiO3+14H++2Mn2+===2MnO44.(2023·浙江6月选考)工业上煅烧含硫矿物产生的SO2可以按如下流程脱除或利用。已知:+H2O请回答:(1)富氧煅烧燃煤产生的低浓度的SO2可以在炉内添加CaCO3通过途径Ⅰ脱除,写出反应方程式。

(2)煅烧含硫量高的矿物得到高浓度的SO2,通过途径Ⅱ最终转化为化合物A。①下列说法正确的是。

A.燃煤中的有机硫主要呈正价B.化合物A具有酸性C.化合物A是一种无机酸酯D.工业上途径Ⅱ产生的SO3也可用浓H2SO4吸收②一定压强下,化合物A的沸点低于硫酸的原因是。

(3)设计实验验证化合物A中含有S元素

;写出实验过程中涉及的反应方程式

。

答案(1)2SO2+O2+2CaCO32CaSO4+2CO2(2)①BCD②硫酸分子能形成更多的分子间氢键(3)取化合物A加入足量氢氧化钠,反应完全后加入盐酸酸化,无明显现象,再加入氯化钡生成白色沉淀,说明A中含有S元素+2NaOH===CH3OH+Na2SO4+H2O、Na2SO4+BaCl2===BaSO4↓+2NaCl解析含硫矿物燃烧生成二氧化硫,二氧化硫和氧气、碳酸钙生成硫酸钙和二氧化碳,二氧化硫被氧气氧化为三氧化硫,三氧化硫和等物质的量的甲醇发生已知反应生成A:。(1)氧气具有氧化性,能将四价硫氧化为六价硫,二氧化硫、空气中氧气、碳酸钙高温生成硫酸钙和二氧化碳,反应为2SO2+O2+2CaCO32CaSO4+2CO2;(2)①A.硫的电负性大于碳、氢等,故燃煤中的有机硫主要呈负价,A错误;B.根据分析可知,化合物A分子中与硫直接相连的基团中有—OH,故能电离出氢离子,具有酸性,B正确;C.化合物A含有基团,类似酯基—COO—结构,为硫酸和醇生成的酯,是一种无机酸酯,C正确;D.工业上途径Ⅱ产生的SO3也可用浓H2SO4吸收用于生产发烟硫酸,D正确;故选BCD;②一定压强下,化合物A分子只有1个-OH能形成氢键,而硫酸分子中有2个-OH形成氢键,故导致A的沸点低于硫酸;(3)由分析可知,A为,A碱性水解可以生成硫酸钠、甲醇,硫酸根离子能和氯化钡生成不溶于酸的硫酸钡沉淀,故实验设计为:取化合物A加入足量氢氧化钠,反应完全后加入盐酸酸化,无明显现象,再加入氯化钡生成白色沉淀,说明A中含有S元素;涉及反应为:+2NaOH===CH3OH+Na2SO4+H2O、Na2SO4+BaCl2===BaSO4↓+2NaCl。高考热点总结

1.(2025·温州测试)LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制备LiMn2O4的流程如下:已知:Ksp[Fe(OH)3]===2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Ni(OH)2]=5.5×10-16。回答下列问题:(1)硫酸溶矿主要反应的化学方程式为。

为提高溶矿速率,可采取的措施

(举1例)。

(2)加入少量MnO2的作用是。

不宜使用H2O2替代MnO2,原因是。

(3)溶矿反应完成后,反应器中溶液pH=4,此时c(Fe3+)=mol·L-1;用石灰乳调节至pH≈7,除去的金属离子是。

(4)加入少量BaS溶液除去Ni2+,生成的沉淀有。

(5)在电解槽中,发生电解反应的离子方程式为

。

随着电解反应进行,为保持电解液成分稳定,应不断。电解废液可在反应器中循环利用。

(6)煅烧窑中,生成LiMn2O4反应的化学方程式是

。

答案(1)MnCO3+H2SO4===MnSO4+H2O+CO2↑粉碎菱锰矿(2)将Fe2+氧化为Fe3+Fe3+可以催化H2O2分解(3)2.8×10-9Al3+(4)BaSO4、NiS(5)Mn2++2H2OH2↑+MnO2↓+2H+加入MnSO4(6)2Li2CO3+8MnO24LiMn2O4+2CO2↑+O2↑解析根据题给的流程,将菱锰矿置于反应器中,加入硫酸和MnO2,可将固体溶解为离子,将杂质中的Fe、Ni、Al等元素物质也转化为其离子形式,同时,加入的MnO2可以将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+;随后将溶液pH调至约等于7,此时,根据已知条件给出的三种氢氧化物的溶度积可以将溶液中的Al3+沉淀出来;随后加入BaS,可以将溶液中的Ni2+沉淀,得到相应的滤渣;后溶液中含有大量的Mn2+,将此溶液置于电解槽中电解,得到MnO2,将MnO2与碳酸锂共同煅烧得到最终产物LiMn2O4。(1)菱锰矿中主要含有MnCO3,加入硫酸后可以与其反应,硫酸溶矿主要反应的化学方程式为MnCO3+H2SO4===MnSO4+H2O+CO2↑;为提高溶矿速率,可以将菱锰矿粉碎。(2)根据分析,加入MnO2的作用是将酸溶后溶液中含有的Fe2+氧化为Fe3+,但不宜使用H2O2氧化Fe2+,因为氧化后生成的Fe3+可以催化H2O2分解,不能使溶液中的Fe2+全部氧化为Fe3+。(3)溶矿完成以后,反应器中溶液pH=4,此时溶液中c(OH-)=1.0×10-10mol·L-1,此时体系中含有的c(Fe3+)=Ksp[Fe(OH)3]c3(OH-)=2.8×10-9mol·L-1,这时,溶液中的c(Fe3+)小于1.0×10-5,认为Fe3+已经沉淀完全;用石灰乳调节至pH≈7,这时溶液中c(OH-)=1.0×10-7mol·L-1,溶液中c(Al3+)=1.3×10-12mol·L-1,c(Ni2+)=5.5×10-2mol·L-1,c(Al3+)小于1.0×10-5,Al3+沉淀完全,这一阶段除去的金属离子是Al3+。(4)加入少量BaS溶液除去Ni2+,此时溶液中发生的离子方程式为BaS+Ni2++SO42-===BaSO4↓+NiS↓,生成的沉淀有BaSO4、NiS。(5)在电解槽中,Mn2+发生反应生成MnO2,反应的离子方程式为Mn2++2H2OH2↑+MnO2↓+2H+;电解时电解液中Mn2+大量减少,需要加入MnSO4以保持电解液成分的稳定。(6)煅烧窑中MnO2与Li2CO3发生反应生成LiMn2O4,反应的化学方程式为2Li2CO3+8MnO2.(2025·衡水模拟)V2O5是制造钒铁合金、金属钒的原料,也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取V2O5的工艺,具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如下。已知:ⅰ.石煤是一种含V2O3的矿物,杂质为大量Al2O3和少量CaO等;苛化泥的主要成分为CaCO3、NaOH、Na2CO3等。ⅱ.高温下,苛化泥的主要成分可与Al2O3反应生成四羟基合铝酸盐;室温下,偏钒酸钙[Ca(VO3)2]和四羟基合铝酸钙均难溶于水。回答下列问题:(1)钒原子的价层电子排布式为;焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为,产生的气体①为(填化学式)。

(2)水浸工序得到滤渣①和滤液,滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙,滤液中杂质的主要成分为(填化学式)。

(3)在弱碱性环境下,偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙发生反应的离子方程式为

;

CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率的原因为

;

浸取后低浓度的滤液①进入(填工序名称),可实现钒元素的充分利用。

(4)洗脱工序中洗脱液的主要成分为(填化学式)。

(5)下列不利于沉钒过程的两种操作为(填序号)。

a.延长沉钒时间b.将溶液调至碱性c.搅拌d.降低NH4Cl溶液的浓度答案(1)3d34s2+5CO2(2)Na[Al(OH)4](3)HCO3-+OH-+Ca(VO3)2CaCO3+H2O+2VO3-提高溶液中HCO3-浓度,促使偏钒酸钙转化为碳酸钙,释放VO3-解析石煤和苛化泥通入空气进行焙烧,反应生成NaVO3、Ca(VO3)2、Na[Al(OH)4]、Ca[Al(OH)4]2、CaO和CO2等,水浸可分离焙烧后的可溶性物质(如NaVO3)和不溶性物质[Ca(VO3)2、Ca[Al(OH)4]2等],过滤后滤液进行离子交换、洗脱,用于富集和提纯VO3-,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中的钒元素进入滤液①中,再将滤液①回流到离子交换工序,进行VO3-的富集。(1)钒是23号元素,其价层电子排布式为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,生成的气体①为CO2。(2)由已知信息可知,高温下,苛化泥的主要成分与Al2O3反应生成四羟基合铝酸钠和四羟基合铝酸钙,四羟基合铝酸钠溶于水,四羟基合铝酸钙难溶于水,所以滤液中杂质的主要成分是Na[Al(OH)4]。(3)在弱碱性环境下,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浸出率,因为CO2可提高溶液中HCO3-浓度,促使偏钒酸钙转化为碳酸钙,释放VO3-;滤液①中含有VO3-、NH4+等,且浓度较低,若要利用其中的钒元素,需要通过离子交换进行分离、富集,故滤液①应进入离子交换工序。(4)由离子交换工序中树脂的组成可知,洗脱液中应含有Cl-,考虑到水浸所得溶液中含有Na+,为避免引入其他杂质离子,且NaCl廉价易得,故洗脱液的主要成分应为NaCl。(5)a.延长沉钒时间,能使反应更加完全,有利于沉钒,a不符合题意;b.NH4Cl呈弱酸性,如果将溶液调至碱性,OH-与NH4+反应,不利于生成NH4VO3,b符合题意;c.搅拌能使反应物更好的接触3.(2024·河池八校联考)某兴趣小组利用硫酸厂产生的烧渣(主要含Fe2O3、FeO,还有一定量的SiO2)来制备FeCO3,其流程如图所示:已知:①FeS2不溶于稀硫酸;②“还原”时,Fe3+通过两个反应被还原,其中一个反应为FeS2+14Fe3++8H2O===15Fe2++2SO42-+16H③Ksp:FeCO3:3.13×10-11,Fe(OH)2:8.0×10-16回答下列问题:(1)加入稀硫酸溶解后得到的滤渣是(写化学式)。

(2)“还原”时另一个反应的离子方程式为

;

判断还原时溶液中是否含有Fe3+的试剂是

(写名称)。(3)溶液的碱性(NH4)2CO3Na2CO3(填写“大于”“小于”);沉淀Fe2+时不用Na2CO3的原因是

。

(4)所得FeCO3需充分洗涤,检验FeCO3是否已洗涤干净的方法是

。

答案(1)SiO2(2)FeS2+2Fe3+===3Fe2++2S↓KSCN溶液(3)小于碳酸钠溶液的碱性较强,使得生成的碳酸亚铁沉淀中含有氢氧化亚铁杂质(4)取最后一次的洗涤液,加入盐酸酸化的氯化钡溶液,不生成白色沉淀,说明已经洗涤干净解析(1)二氧化硅和稀硫酸不反应,故加入稀硫酸溶解后得到的滤渣是二氧化硅;(2)由流程可知,铁离子具有氧化性,铁离子和FeS2反应生成亚铁离子和硫单质,则“还原”时另一个反应的离子方程式为FeS2+2Fe3+===3Fe2++2S↓;铁离子和KSCN溶液反应溶液变为红色,则判断还原时溶液中是否含有Fe3+的试剂是KSCN溶液;(3)(NH4)2CO3发生相互促进的水解反应,使得溶液接近中性,碳酸钠水解使得溶液显碱性,溶液的碱性(NH4)2CO3小于Na2CO3;氢氧化亚铁也是一种难溶物质,沉淀Fe2+时不用Na2CO3的原因是碳酸钠溶液的碱性较强,使得生成的碳酸亚铁沉淀中含有氢氧化亚铁杂质;(4)碳酸亚铁表面残留有硫酸根离子,硫酸根离子会和钡离子生成不溶于酸的硫酸钡沉淀,故检验FeCO3是否已洗涤干净的方法是取最后一次的洗涤液,加入盐酸酸化的氯化钡溶液,不生成白色沉淀,说明已经洗涤干净。4.(2024·浙江强基联盟高三联考)1000多年前我国就利用“细菌氧化”法将铜矿石中的硫化物转化为硫酸盐,并用形成的天然“胆水”来冶炼铜。现代采用电解精炼铜会产生阳极泥,其中含有铜、金、银等金属单质。某科研小组设计提纯金和银的工艺流程如下:已知:AgCl能与Na2S2O3反应生成[Ag(S2O3)2]3-。(1)“胆水”的主要溶质是;浸出液1含有的金属离子主要是。

(2)下列说法正确的是。

A.浸渣1的主要成分是金和银,浸渣2的主要成分是银B.电沉积阴极反应式是[Ag(S2O3)2]3-+e-===Ag+2S2OC.浸取2中盐酸有利于Au转化为HAuCl4,Ag转化为AgCl,实现有效分离D.还原步骤中,N2H4与Au的物质的量之比为4∶3(3)浸取1中相关反应的化学方程式是。

(4)“细菌氧化”时,FeS2发生反应的离子方程式是

,

设计实验检验反应产物中的离子:。

答案(1)硫酸铜Cu2+(2)BC(3)Cu+H2O2+H2SO4===CuSO4+2H2O(4)4FeS2+15O2+2H2O4Fe3++8SO42-+4H+取样于二支试管中,向A试管滴加KSCN溶液,若溶液变红,则有Fe3+;向B试管中滴加稀盐酸,无现象,再滴加BaCl2溶液,若有白色沉淀,则有S解析精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等元素,铜阳极泥加入硫酸、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)“胆水”的主要溶质是硫酸铜;由分析可知,铜阳极泥加入硫酸、H2O2浸取,Cu被转化为Cu2+以及过量的酸进入浸取液1中,故浸出液1含有的金属离子主要是Cu2+;(2)A.浸渣1的主要成分是金和银,浸渣2的主要成分是AgCl,故A错误;B.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-,故B正确;C.浸取2中浸渣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,实现有效分离,故C正确;D.还原步骤中,N2H4将HAuCl4还原为Au,同时N2H4被氧化为N2,根据化合价升降可知,N2H4与Au的物质的量之比为3∶4,故D错误;(3)浸取1中是铜在硫酸作用下被双氧水氧化生成硫酸铜和水,相关反应的化学方程式是Cu+H2O2+H2SO4===CuSO4+2H2O;(4)“细菌氧化”时,将铜矿石中的硫化物转化为硫酸盐,FeS2发生反应的离子方程式是4FeS2+15O2+2H2O4Fe3++8SO42-+4H+,设计实验检验反应产物中的铁离子、硫酸根离子,实验为取样于二支试管中,向A试管滴加KSCN溶液,若溶液变红,则有Fe3+;向B试管中滴加稀盐酸,无现象,再滴加BaCl2溶液,若有白色沉淀,则有5.(2024·杭州学军中学模拟)氧化镍(NiO