题型逐点通关练(一)工艺流程中物质的转化分析-2025版世纪金榜二轮化学收官专项辅导与训练

题型逐点通关练(一)工艺流程中物质的转化分析(20分钟23分)1.(12分)氧化铈(CeO2)是一种应用非常广泛的稀土氧化物。现以氟碳铈矿(含CeFCO3、BaO、SiO2等)为原料制备氧化铈,其工艺流程如图所示:已知:①稀土离子易与SO42②硫脲[CS(NH2)2]具有还原性,酸性条件下易被氧化为(SCN2H3)2;③Ce3+在空气中易被氧化为Ce4+,氧化性:Ce4+>KMnO4。回答下列问题:(1)滤渣A的主要成分是____________(填化学式)。(1分)

(2)步骤①加入稀硫酸浸出,Ce的浸出率与温度、稀硫酸的浓度的变化关系如图所示,应选择的适宜条件为____________(填标号);硫酸浓度过大时,浸出率降低的原因是________________________。(3分)

A.65℃、2.0mol·L-1B.75℃、2.0mol·L-1C.85℃、2.5mol·L-1D.100℃、2.5mol·L-1(3)加入硫脲的目的是将CeF22+还原为Ce3+,反应的离子方程式为_______________________。(2(4)步骤③加入盐酸后,通常还需加入H2O2,其主要目的是_______________________。(2分)

(5)常温下Ka2(H2CO3)=5.0×10-11,Ksp[Ce2(CO3)3]=1.0×10-28,步骤④中Ce3+恰好沉淀完全,c(Ce3+)=1.0×10-5mol·L-1,此时溶液的pH=5,则溶液中c(HCO3-)=_______________________mol·L-1。(2(6)若Ce2(CO3)3经步骤⑤充分灼烧后质量减少5.8t,则获得CeO2的质量为______t。(2分)

【解析】(1)氟碳铈矿(含CeFCO3、BaO、SiO2等)在空气中焙烧,Ce3+在空气中氧化为Ce4+,用稀硫酸浸取,Ce4+进入溶液,SiO2不反应,BaO与稀硫酸反应生成BaSO4沉淀;滤渣A的主要成分是BaSO4、SiO2。(2)由图可知,选择的适宜条件为温度75~85℃,硫酸浓度2.5mol·L-1,故选C;硫酸浓度过大时,浸出率降低的主要原因是溶液中c(SO42-)(3)硫脲的结构简式为,具有还原性,酸性条件下易被氧化为(SCN2H3)2,加入硫脲的目的是将CeF22+还原为Ce3+,反应的离子方程式为+2CeF22+===2Ce3++(SCN2H3)2+2HF+2F(4)Ce3+在空气中易被氧化为Ce4+,步骤③加入盐酸后,通常还需加入H2O2,其主要目的是防止Ce3+被氧化。(5)Ksp[Ce2(CO3)3]=1.0×10-28=c2(Ce3+)·c3(CO32-),④中Ce3+恰好沉淀完全,c(Ce3+)=1.0×10-5mol·L-1,c(CO32-)=1.0×10-6mol·L-1,此时溶液的pH=5,则溶液中Ka2(H2CO3)=5.0×10-11=c(H(6)Ce2(CO3)3经步骤⑤充分灼烧后质量减少5.8t,则可得反应2Ce2(CO3)3+O24CeO2+6CO2↑Δm2×460 4×172 232 x 5.8t,4×172x=2325.8答案:(1)BaSO4、SiO2(2)C溶液中c(SO42-)(3)+2CeF22+===2Ce3++(SCN2H3)2+2HF+2F(4)防止Ce3+被氧化(5)0.2(6)17.22.(11分)镍主要用于制作合金及用作催化剂,也可用来制造货币等。以含镍废渣(主要成分为Ni,还含有Al2O3、NiO、FeO和SiO2)为原料制备纯镍的流程如图,回答下列问题:(1)“酸浸”得到的浸渣的主要成分是____________(填化学式);常温下,“酸浸”中硫酸浓度与镍浸出率的关系如图所示,硫酸浓度大于c0mol·L-1后,镍浸出率降低的可能原因是___________________________。

(2分)(2)“氧化”时双氧水的作用是____________________________________(用离子方程式表示)。(2分)

(3)请设计实验确认“氧化”过程中的杂质离子已经被完全转化:__________________________。(3分)

(4)“沉铝”时NiO的作用是_________________________,

“操作X”包括蒸发浓缩、____________、过滤、洗涤、干燥。(4分)

【解析】(1)含镍废渣中加入一定浓度的硫酸,进行“酸浸”,Al2O3、NiO和FeO转化为可溶性的硫酸铝、NiSO4和硫酸亚铁,浸渣的主要成分是SiO2;浓硫酸具有强氧化性,硫酸浓度太大,可能会使Ni钝化,从而降低镍浸出率,或因为硫酸浓度太大、氢离子浓度降低,使镍浸出率降低,故硫酸浓度大于c0mol·L-1后,镍浸出率降低的可能原因是镍被钝化或H+浓度降低。(2)过氧化氢具有强氧化性,“氧化”时双氧水的作用是将亚铁离子氧化为铁离子,2H++H2O2+2Fe2+===2Fe3++2H2O。(3)“氧化”过程是将Fe2+氧化为Fe3+,若杂质离子已经被完全转化,说明溶液中不存在Fe2+,检验Fe2+的方法是取氧化后的溶液少量于试管中,加入铁氰化钾溶液,没有蓝色沉淀,证明Fe2+全部被氧化为Fe3+。(4)NiO为金属氧化物,能和氢离子反应,“沉铝”是指将铝元素转化为Al(OH)3沉淀,所以其中NiO的作用是消耗酸,促进铝离子水解生成Al(OH)3;“操作X”得到NiSO4·7H2O晶体,操作包括蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥。答案:(1)Si