题型逐点通关练(二)工艺流程中的操作及条件控制-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(二)工艺流程中的操作及条件控制(20分钟24分)1.(10分)(2024·海口三模)从低品位铜镍矿(含有Fe2O3、FeO、MgO、CuO等杂质)资源中提取镍和铜的一种工艺流程如图:(1)上述流程中,加快反应速率的措施是__________。(2分)

(2)萃取时发生反应:Cu2++2HRCuR2+2H+(HR、CuR2在有机层,Cu2+、H+等在水层)。解释反萃取时H2SO4的作用:_______________________。(2分)

(3)黄钠铁矾[NaFe3(SO4)2(OH)6]比Fe(OH)3更易形成沉淀。反应终点pH与Fe3+、Ni2+沉淀率的关系如表。反应终点pH沉淀率/%Fe3+Ni2+1.594.040.192.599.210.563.899.913.31①生成黄钠铁矾的离子方程式是_______________________。(2分)

②沉淀Fe3+时最适宜选用的反应终点pH是__________。(2分)

(4)第二次使用MgO调节pH使Ni2+沉淀完全,宜将pH调节至______(填序号)(已知Ksp[Ni(OH)2]=2.1×10-15)。(2分)

a.6~7b.9~10c.11~12【解析】铜镍矿研磨,通入氧气、加入硫酸浸取得到的浸出液含有铁、铜、镁、镍的硫酸盐,加入萃取剂使得铜离子进入有机层,有机层加入硫酸反萃取得到含铜离子溶液,处理得到铜;水层加入硫酸钠、氧化镁得到黄钠铁矾沉淀和滤液,滤液加入氧化镁调节pH得到氢氧化镍固体,处理得到镍。(1)题述流程中,加快反应速率的措施是研磨,研磨可以增大反应物的接触面积,加快反应。(2)反萃取时加入H2SO4,使Cu2++2HRCuR2+2H+逆向进行,利于Cu2+进入水层而被反萃取。(3)①得到的水层加入氧化镁调节pH,加入硫酸钠,钠离子、硫酸根离子、铁离子生成生成黄钠铁矾沉淀,根据质量守恒可知,水也会参与反应,反应的离子方程式是Na++3Fe3++2SO42-+6H2O===NaFe3(SO4)2(OH)6↓+6H+或Na++3Fe3++2SO42-+3MgO+3H2O===NaFe3(SO4)2(OH)②由图表可知,沉淀Fe3+时最适宜选用的反应终点pH是2.5,此时铁离子几乎沉淀完全,而镍离子几乎没有沉淀。(4)使Ni2+沉淀完全,则c(OH-)=Ksp[Ni(OH)2]c(NipOH≈4.9,pH=9.1,故选b。答案:(1)研磨(2)加入H2SO4,使Cu2++2HRCuR2+2H+逆向进行,Cu2+进入水层(3)①Na++3Fe3++2SO42-+6H2O===NaFe3(SO4)2(OH)6↓+6H+[或Na++3Fe3++2SO42-+3MgO+3H2O===NaFe3(SO4)2(OH)6↓+3Mg2+2.(14分)为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如图所示简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以Fe2O3形式存在,含有少量的Al2O3、SiO2杂质)转变成重要的工业原料FeSO4。(反应条件略)已知:①活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O===15FeSO4+8H2SO4,不考虑其他反应;②加入FeCO3调溶液pH到5.8左右;③室温下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示:金属离子Al3+Fe3+Fe2+开始沉淀时(c=0.01mol·L-1)的pH3.72.27.5沉淀完全时(c=1.0×10-5mol·L-1)的pH4.73.29回答下列问题:(1)为了提高硫铁矿烧渣的酸浸取率,通常采用_粉碎硫铁矿烧渣、适当升高反应温度(合理即可)_(填两种措施即可)等方式。(2分)

(2)过滤时,常用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和__漏斗__,其中玻璃棒的主要作用是__引流__。(4分)

(3)“过滤Ⅰ”中所得的滤渣主要成分为__SiO2__(填化学式)。(2分)

(4)加入FeCO3调pH之前,检验“滤液Ⅱ”中是否含有Fe3+的方法是_取少许“滤液Ⅱ”于试管中,滴加KSCN溶液,若溶液变红色,说明含有Fe3+_。(2分)

(5)利用表中数据,计算得Ksp[Al(OH)3]=_1×10-32.9__。

(2分)(6)“一系列操作”指的是__蒸发浓缩、冷却结晶、过滤__、

洗涤。(2分)【解析】硫铁矿烧渣,铁主要以Fe2O3形式存在,含有少量的Al2O3、SiO2杂质,加入稀硫酸,SiO2不溶于稀硫酸,过滤得到硫酸铁、硫酸铝溶液,滤液Ⅰ中加入活化硫铁矿还原Fe3+,发生反应FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O===15FeSO4+8H2SO4,滤液Ⅱ中加入FeCO3调溶液pH到5.8左右,除去Al3+,得到FeSO4溶液,蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤得到FeSO4晶体。(1)根据影响反应速率的因素,为了提高硫铁矿烧渣的酸浸取率,通常采用粉碎硫铁矿烧渣、适当升高反应温度等方式。(2)过滤时,常用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗,其中玻璃棒的主要作用是引流。(3)SiO2不溶于稀硫酸,“过滤Ⅰ”中所得的滤渣主要成分为SiO2。(4)KSCN溶液遇Fe3+变红色,加入FeCO3调pH之前,检验“滤液Ⅱ”中是否含有Fe3+的方法是取少许“滤液Ⅱ”于试管中,滴加KSCN溶液,若溶液变红色,说明含有Fe3+。(5)铝离子完全沉淀的pH=4.7,Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)c3(OH-)=1×10-5×(10-=1×10-32.9。(6)硫酸亚铁溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤得到FeSO4晶体,“一系列操作”指的是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤。【加固训练】(2024·铜川三模)BiVO4(钒酸铋)是一种黄色颜料。某小组以辉铋矿(含77.1%Bi2S3、19.5%Fe和3.4%SiO2)为原料制备钒酸铋,并回收SO2制备食品抗氧化剂Na2S2O5的流程如图所示:已知:常温下,Ksp[Bi(OH)3]=1.0×10-32,Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-38;当金属离子浓度≤1.0×10-5mol·L-1时,认为该离子已沉淀完全。请回答下列问题:(1)“焙烧”中采用高压空气的目的是____________________________,Bi2S3转化成Bi2O3发生反应的化学方程式为_____________________________。

(2)浸渣的主要成分是____________(填化学式)。

(3)“酸浸”得到的浸液中c(Bi3+)=0.01mol·L-1,则“除铁”调节pH的范围为____________。

(4)“合成”过程中将BiCl3溶液和(NH4)3VO4溶液混合容易形成BiVO4胶体,导致过滤困难。为防止生成胶体可采用的措施为______________________(答一条)。

(5)向饱和碳酸钠溶液中通入过量SO2可制得Na2S2O5,发生反应的化学方程式为_____________________________。

Na2S2O5易变质生成Na2SO4,设计简单实验证明产品是否变质:_____________________________。

(已知:S2O52-+2H+===2SO2(6)某工厂用20t该辉铋矿,最终得到18.468tBiVO4,则该过程中Bi的损耗率为________%。

【解析】由题给流程可知,辉铋矿在高压空气中焙烧,将金属硫化物转化为二氧化硫和金属氧化物,在焙烧渣中加入稀硫酸,金属氧化物溶于稀硫酸转化为可溶性硫酸盐,二氧化硅与稀硫酸不反应,过滤得到含有二氧化硅的滤渣和含有可溶性硫酸盐的滤液;向滤液中加入过氧化氢和氨水混合溶液,将溶液中的亚铁离子转化为氢氧化铁沉淀,过滤得到氢氧化铁和滤液;向滤液中加入氢氧化钠溶液,将溶液中的铋离子转化为氢氧化铋沉淀,过滤得到氢氧化铋和滤液;向氢氧化铋中加入盐酸溶解得到氯化铋溶液,氯化铋溶液与(NH4)3VO4溶液反应得到钒酸铋。(1)“焙烧”中采用高压空气可以增大氧气浓度,加快反应速率;三硫化二铋与氧气在高温下反应生成三氧化二铋和二氧化硫,反应的化学方程式为2Bi2S3+9O22Bi2O3+6SO2。(2)浸渣的主要成分是二氧化硅,化学式为SiO2。(3)酸浸得到的浸液中铋离子的浓度为0.01mol·L-1,则由溶度积可知,溶液中氢氧根离子浓度小于31.0×10-320.01mol·L-1=1×10-10mol·L-1,溶液的pH小于4;又溶液中铁离子完全转化为氢氧化铁沉淀时溶液中氢氧根离子浓度大于等于31.0×10-381(4)为防止生成胶体可采用的措施为不断搅拌或加热等。(5)向饱和碳酸钠溶液中通入过量SO2可制得焦亚硫酸钠,发生反应的化学方程式为Na2CO3+2SO2===Na2S2O5+CO2;为防止S2O52-干扰硫酸根离子的检验,证明Na2S2O5产品是否变质时,应加入足量的盐酸排除S2O52-干扰,则设计简单实验证明产品是否变质的实验方案为取少量产品,加入足量盐酸,一段时间后再滴加氯化钡溶液(6)由题意可知,20t该辉铋矿