專題13工藝流程綜合題

(本卷共10小題，滿分100分，考試用時75分鐘)

可能用到的相對原子質量：HlLi7B11C12N14O16Na23Mg24Al27S32Cl35.5

一、非選擇題：本題共10個小題，共100分。

1.北京冬奧會獎牌中銅牌的主要成分為銅和鋅。已知一種從硫中毒而失活的廢甲醇催化劑(主要成分為

、

S、CH3OH.CUOZnO等)中回收銅和鋅的工藝流程如圖甲所示。

氨水H2s溶液

廢催化劑CuSO4-5H2C

甲

已知：①“濾液”中含鋅氨絡合離子[Zn(NH3)/“；②Ksp[Zn(OH)2]=3xl(T。ig3?0.48o

回答下列問題:

(1)“焙燒1”時產生氣體的主要成分為

(2)“浸取"時ZnO溶解的離子方程式為

⑶“調pH”的目的是生成Zn(OH)2沉淀，42+完全沉淀時溶液的pH最小為.I已知

c(Zn2+)<lxl05mol/L時視為完全沉淀]。

(4)“抽濾”是減壓過濾，與普通過濾相比，“抽濾”的優(yōu)點是

(5)現(xiàn)取2.50gCuSO「5H2。樣品，逐漸升溫加熱分解，分解過程的熱重曲線(樣品質量隨溫度變化的曲線汝口

圖乙所示。

.領

/Lg

2.J5二

.01

274

n8二-:-.-

10

.6

0.80------------------------------1

0.72■■■■：■：■'■■：■.......■■■：■......；~

0“021132586801000溫餐/c

乙

焙燒生成CuO的溫度范圍為,1000℃時發(fā)生反應的化學方程式為

(6)已知該廢甲醇催化劑中CuO的質量分數(shù)為58.0%(其他成分中不含Cu),mkg該廢甲醇催化劑經上述轉化

最終得到64.0gCuO,則銅的提取率為%(用含m的代數(shù)式表示,

元素提取率=x100%)。

原料中該兀素的總質量

ZnO+4NH：=[Zn(NH)+HO+2H+⑶8.24

【答案】⑴S02、CO?(2)342

1000℃.320

4CuO2Cu,O+O2T—

(4)過濾速度快，且所得固體較干燥(5)680~1000℃(6)29m

【解析】根據(jù)廢催化劑含有成分，焙燒1，硫燃燒轉化成SO2,甲醇轉化成CO2、H2O,“浸取”步驟中ZnO

溶于氯化鏤生成鋅氨絡合離子[Zn(NH3)F+,濾渣為CuO,加入稀硫酸溶解，CuO轉化成CuSCU,然后經過一

系列操作得到藍磯，鋅氨絡合離子[Zn(NH3)4]2+,調節(jié)pH,得到氫氧化鋅沉淀，焙燒3,得到氧化鋅。(1)根據(jù)

上述分析，焙燒1中產生氣體主要成分為CO2、SO2；(2)“浸取”時得到鋅氨絡合離子[Zn(NH3)4]2+,其離子方

程式為ZnO+4NH：=[Zn(NH3)4]2++H2O+2H+；(3)“調pH”時，當溶液中c(Zn2+)Wlxl05moi/L時視為完全沉淀，

可認為Zi?+沉淀完全，根據(jù)Ksp[Zn(OH)2]=3xlO",可得到此時c(OH)=V105mol^^xl06mol/L,

pOH~60.24=5.76,BPpH=145.76=8.24；(4)“抽濾”為減壓過濾，與普通過濾相比，“抽濾”的優(yōu)點時過濾速度快,

2.50g

且所得固體較干燥;(5)n(CuSO4-5H2O)=25°g/mol=0Qimol,根據(jù)銅原子守恒，當固體為CuO時,n(CuO)=0.01mol,

其質量為0.01molx80g/mol=0.80g,根據(jù)圖像可知，焙燒生成CuO的溫度范圍是680?1000℃；1000℃時得到產

物中m(Cu)=0.64g,m(0)=(0.720.64)g=0.08g,n(0)=0.005moL則所得物質的化學式為CifeO,反應方程式為

64,

1℃——x58.0%xmxl03

4CUO1■粵士2G12O+O2T；(6)根據(jù)題意可知，廢甲醇催化劑中Cu的質量為(8°)g,所得產品

,64,.

(而x64.0)g320

..—~即------------x100%二衛(wèi)%

—x64.0(―x58.0%xmxl03)g29m

CuO中含Cu的質量為(80)g,故Cu的提取率為80。

2.軟鎰礦的主要成分為MnOz，還含有FeQ、MgO、A12O3,CaO、SiO?等雜質，工業(yè)上用軟鑄礦制取

MnSO/H?。的流程如下:

先加H2O2,

H2so4、SO2再調pHMnF2

軟鎰礦

浸出渣濾渣1濾渣2

已知：①部分金屬陽離子完全沉淀時的pH如下表。

I,e3+id3+Mn2+M

金屬陽離子

完全沉淀時3511

的pH.2.20.42.4

②溫度高于27。。時，MnSO4H,O的溶解度隨溫度的升高而逐漸降低.

⑴“浸出”過程中通入SO?的作用是。

(2)第1步除雜中加入H?。？的目的是(用離子方程式表示)”

(3)第1步除雜中需要調整溶液pH的范圍是到,調pH時可選擇的試劑為(填字母)。

a.氨水b.A12O,C.CaOd.MgO

(4)第2步除雜，主要是將Ca?+、Mg2+轉化為相應氟化物沉淀除去，寫出MnF?除去ca?+的離子方程式：

,該反應的平衡常數(shù)為o

(已知：MnF?的=5.1x107；C型的=1.7x1。-？MgF?的勺=7.4x10—

(5)“系列操作”中的具體操作有,經干燥得到MnSO4H2O。

【答案】⑴將MnCh還原為Mn?+⑵2Fe"+H2C)2+2H+=2Fe3++2H2O⑶5.27.9cd

(4)M11F2+Ca?+—Mn2++CaF23xl07(5)蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾

【解析】由流程可知，軟錦礦的主要成分為MnCh,還含有FezCh、MgO、AI2O3、CaO,等雜質，加

入硫酸并通入SO2浸出，其中MnCh和SO2發(fā)生反應SO2+MnO2=MnSO4,Fe2O3>MgO、AI2O3、CaO和H2sO4

反應生成相應金屬陽離子，Si02和H2s04不反應；過濾后所得浸出渣為Si。?，在所得浸出液中，先加H2O2將

亞鐵離子氧化為鐵離子,再調節(jié)pH,由氫氧化物的沉淀pH可知,鐵離子、鋁離子轉化為沉淀,則濾渣I為Fe(OH)3、

A1(OH)3；在第2步除雜中，將Ca?+、Mg”轉化為相應氟化物沉淀除去；最后經一系列操作得到MnSO^H?。，

以此來解答。(1)“浸出”過程中，MnCh和SO?發(fā)生反應SO2+MnO2=MnSO4，則通入S°?的作用是將MnCh還

原為Mn2+；(2)第1步除雜中加入H2O2的目的是將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+,以便于形成Fe(OH)3沉淀，過

濾將沉淀除去，反應的離子方程式為2Fe"+H2O2+2H+=2Fe"+2H2°；(3)第1步除雜中，需要將Fe3+、Al?+完

全轉化為沉淀除去，則pH大于5.2,并且需要Mn?+不沉淀，根據(jù)表格數(shù)據(jù)，當MM+完全沉淀時,

1Oxif)-14

K[Mn(OH),]=1.0x10-5x(————)2=1.0xl0-12-2

i-OxlO，設Mi?+起始物質的量濃度為lmol/L,則Mi?+開始沉淀時,

,故需要調整溶液pH的范圍是5.2到7.9；在調pH

至5.2~7.9時，為了不引入新的雜質離子，所加的試劑應該可以與酸發(fā)生反應,可選擇CaO、MgO,生成的Ca2\

Mg2+可在第2步除雜除去，故可選擇的試劑為cd；(4)第2步除雜，主要是將Ca2+、Mg2+轉化為相應氟化物沉

淀除去，MnF2除去Ca2+的離子反應方程式是MnF2+Ca2+LMn2++CaF2；該反應的平衡常數(shù)數(shù)值為K=

"MF)=c(Mn")c2(F)=%(乂11耳)=5.1xl0<=3*及

C(Ca2+)10

c(Ca"(F)Ksp(CaF2)1.7xlO-；⑸MnSCUHO在水中的溶解度隨溫度的升高而減

小，采用“趁熱過濾”操作可以減少MnSO’HzO在水中的溶解，得到更多所得產品，故具體操作有：蒸發(fā)濃縮、

趁熱過濾。

3.三氧化二碑(AS2O3)可用于治療急性早幼粒細胞白血病。利用某酸性含碑廢水(含H3ASO3、H2so4)可提取

AS2O3,其工藝流程如圖甲所示。

氣體溶液濾渣

Na2sFeSO4XNaOHY

某酸性含［沉礎I-A|過濾As2s3、

碑廢水

濾液M

氣體X、稀硫酸H2O2

甲

已知：①AsQ3為兩性氧化物；②AS2s3易溶于過量的Na?s溶液中；③H3ASO3溶液在加熱過程中會失水生

成AS2O3o

回答下列問題：

(DH3ASO3中碑元素的化合價為。

(2)“焙燒”操作中，As2s3參與反應的化學方程式為。

(3)“堿浸”的目的是,濾渣Y的主要成分是(填化學式)。

(4)“氧化”操作的目的是(用離子方程式表示)。

(5)“還原、加熱”過程中制得L98kgAsa，則消耗標準狀況下氣體X的體積為Lo

(6)碑酸鈉(Na3Ase\)可用作可逆電池，裝置如圖乙所示，其反應原理為

+

AsOt+2H+2r^ASO^+I2+H2O。為探究溶液pH對AsO：氧化性的影響，測得輸出電壓與溶液pH的變化

y'B

2As2s3+90。==2ASO+6SO

【答案】⑴+3(2)一232(3)將AS2O3轉化為NasAsOs,與Fe0分離Fe0

⑷As。；+H,O2=AsO^+H2O⑸448⑹向左AsO；+H20-2e=AsO：+2H+

【解析】酸性含碑廢水(含H3ASO3>H2SO4)加入Na2s和FeSCU得到As2s3和FeS沉淀，過濾將沉淀和濾

液分離；As2s3和FeS在空氣中焙燒得到AS2O3、Fe2C>3以及SO2,加入NaOH溶液溶解焙燒產物，AS2O3反應生

成NasAsOs形成溶液，過濾得到的濾渣Y為FeoOs，加入雙氧水將NaaAsOs氧化得到Na3Ase)4,通入二氧化硫

和稀硫酸將Na3AsO4還原得到AS2O3。(1)由化合價代數(shù)和為0可知，亞碑酸中碑元素為+3價；(2)由分析可

知，硫化碑在空氣中煨燒生成三氧化二碑和二氧化硫,反應的化學方程式為2As2s3+902堡理2As2O3+6SO2;(3)

由分析可知，堿浸的目的是將AS2O3轉化為NasAsCh，與FezCh分離，濾渣Y為氧化鐵；(4)加入過氧化氫溶

液氧化操作的目的是亞碑酸鈉與過氧化氫溶液反應生成碑酸鈉和水，反應的離子方程式為As°；+H2O2=As°：

+H2O；(5)由分析可知，向碎酸鈉溶液中加入稀硫酸酸化得到碑酸，通入二氧化硫氣體將碑酸還原為亞碎酸,

亞碑酸受熱分解生成三氧化二碑，由得失電子數(shù)目守恒可知，二者關系為AsCU3?S02,生成1.98kg三氧化二

1980g

碑時，根據(jù)碑元素守恒，反應消耗標準狀況下二氧化硫的體積為198g/m~x2x22.4L/mol=448L；(6)由圖可知，

a點時，溶液pH為0,平衡向正反應方向移動，甲池中石墨電極為原電池的正極，乙池中石墨電極為負極，則

鹽橋中鉀離子向左側甲池移動；c點時，溶液pH減小，平衡向逆反應方向移動，乙池中石墨電極為正極，甲池

中石墨電極為負極，在水分子作用下，亞碑酸根在負極失去電子發(fā)生氧化反應生成碑酸根離子，電極反應式為

AcA3-AcO3-

ASU3+H2O2e=iU4+2H+。

4.鍍保廠排放的硫酸銀廢液(含Cu?+、Fe2\Fe3\Zn2\Ca?+等雜質)對環(huán)境會產生較大的污染，對其進行

回收處理，提取硫酸保晶體(250/7凡0)的工藝流程如圖甲所示。

H2SH2o2Ni(OH)2NiF2

NiSO4-7H2O

甲

已知：25℃時，有關金屬離子開始沉淀與沉淀完全的pH范圍(a)、硫化物的酸溶性(b)如表所示。

金屬Fe2+Fe3+Zn2+Ni2+

Cu2+

離子

6.3?8.31.5?2.86.2?8.26.9?

a4.8?6.7

不溶于硫溶溶溶

b——

酸等于酸于酸于酸

回答下列問題：

(1)濾渣III的主要成分是(用化學式表示)。

(2)“硫化”過程中發(fā)生反應的離子方程式為o

⑶“調pH”時，應調節(jié)溶液pH的范圍為；實驗室“萃取分液”時用到的玻璃儀器有o

(4)“萃取分液”選用有機萃取劑HDEHP萃取金屬離子(用表示，為Ci?+、Fe2\Fe3\Zn2\Ni2+)

x+

n?nrt(M)

的原理為xHDEHP+M'+U(HDEP)xM+xH+。室溫下，幾種金屬離子的萃取率[萃取率=有機相)一:、100%]

隨溶液pH的變化關系如圖乙所示。

100

pH

乙

①“萃取分液"時Zn”進入有機相被除去，則應調節(jié)溶液PH的最佳范圍是。

②若每次萃取，為訃的萃取率均為75%,則經5次萃取后，水相中殘余Zr?+的物質的量濃度為1C尸mobI?

（忽略水相體積變化），達到除雜要求。則“沉鈣后，溶液中Zi?+的物質的量濃度為mob廠（列出計算式

即可）。

3+2++2++

［型案］（］）CaF,（?）2Fe+H2S=2Fe+2H+SICu+H2S=CuS+2H

（3）2,8<pH<6,9分液漏斗、燒杯⑷34PH441.024x10-

【解析】‘硫化'是S2和Cu2+結合成沉淀，同時S2具有強還原性，能與Fe3+發(fā)生氧化還原反應生成Fe2+和S

單質,濾渣I為S和CuS,濾液中含F(xiàn)e2+、Zn2\Ca2+,，氧化，中H2O2氧化Fe?+為Fe3+,用Ni（OH）2消耗H+調

節(jié)pH使Fe3+沉淀，，沉鈣，中發(fā)生沉淀轉化CaS04+NiF2=CaF2+NiS°4,得到濾液中含Zn2+、Ni2+,利用萃取劑將

Zn?+保留在有機相，水相含NiSOm（1）根據(jù)分析可知，濾渣III的主要成分是CaE。⑵“硫化”是S?和C/+結

合成沉淀，同時S2具有強還原性，能與Fe3+發(fā)生氧化還原反應生成Fe2+和S單質，過程中發(fā)生反應的離子方程

2+3+

式為2Fe"+H2s=2Fe"+2H++S3、Cu?++H2s=CuSI+2H，。⑶“氧化”時H2O2將Fe氧化為Fe,“調pH”

的目的是除去Fe",使溶液中Fe3+沉淀完全而Ni?+不沉淀（Zr?+產生沉淀是允許的，因為萃取分液除去Zi^）,

故調節(jié)溶液PH范圍為2-8VpH<6.9。實驗室“萃取分液，，時需要使用的玻璃儀器有分液漏斗、燒杯。（4）①“萃

取分液，，時Zt?+進入有機相被除去，為了盡可能多地除去Zn”的同時減少Ni2+的損耗，根據(jù)題圖乙可知，應調

=n有機相（M）100%1萃取率=

節(jié)溶液PH的最佳范圍是3~4。②根據(jù)萃取率11初始（M"），可推出陶始（M"）,故

C初始(Zn?+)=mol-171

(1-75%)5=1.024x10-2mol/L。

5.釘(Ru)粉主要用于生產釘靶材，而釘靶材是生產計算機硬盤不可替代的材料。以釘廢料(廢料中釘主要

以單質的形式存在，還含有Al、Cr、Cr、CO、Ti、Fe等雜質)制備高純釘粉的流程如下:

氯氣

已知：i.釘在堿性條件下被氯氣氧化為Ru。,，RUO4是有毒的揮發(fā)性物質，用鹽酸吸收得到紅色HKuCL溶

液，其中還含有少量RuCl「；

ii.(NH4)2RUC16易溶于水，微溶于酒精。

回答下列問題：

(1)釘廢料在堿性條件下被氯氣氧化的離子方程式為;釘廢料氧化時，隨著溫度的升高，釘?shù)幕厥?/p>

率變化如圖所示。綜合考慮，確定氧化時的溫度以℃為宜。

寸

榔92

蕓90

回88

加86

84

82

80

溶解溫度/"C

(2)用鹽酸吸收蒸儲產物時發(fā)生主要反應的化學方程式是.

(3)(NH4)2RUC16沉淀用乙醇洗滌而不用水洗滌的優(yōu)點是

(4)加入Hz。？的主要作用是，同時又調節(jié)了溶液的PH,有利于沉淀反應的發(fā)生。流程中可以循環(huán)

利用的物質o

(5)煨燒的過程分為兩步：第1步是氯釘酸錢分解生成釘單質和一種無毒的氣體單質，同時有兩種化合物生

成；第2步是釘單質與氧氣反應生成釘?shù)难趸颮uO“(n=l?3)。第1步的化學方程式是。

Ru+8OH-+4C1=RUO+8C「+4HO⑵UU

【答案】⑴24280R04+8HC1=H2RC16+C12+4H2。

(3)減少(PWJzRuCle沉淀溶解損失(由使溶液中低價的Ru氧化為高價的Ru鹽酸、氯氣

/、煨燒小小小

3(NH4)RUC16^=3RU+18HC1T+2NH3T+2N2T

⑸

【解析】釘廢料被氯氣氧化成RUO4,雜質被氧化成為氯化物，蒸儲出RU04,RU04與鹽酸反應生成HKUC16,

H/uJ溶液濃縮后，加雙氧水和氯化錢反應得到（NHjRuQ沉淀，（NHjRuQ煨燒得到R0,R0經

氫氣高溫還原得到高純度釘粉，據(jù)此分析解答。（1）釘廢料在堿性條件下被氯氣氧化為RU°4,根據(jù)得失電子

Ru+80H+4C1RU

守恒及元素守恒得反應方程式：2=04+8cr+4H2O釘廢料氧化時，隨著溫度的升高，釘

的回收率逐漸升高，在80℃左右回收率已經很高，再升高溫度回收率增幅不明顯，且會增加能量消耗，因此溫

度80℃為宜；（2）鹽酸吸收蒸儲產物時RU04轉化為H^RUCL,RU化合價降低，發(fā)生氧化還原反應，則HC1中

氯元素被氧化為氯氣，根據(jù)得失電子守恒可得反應方程式：^。4+8>1。=11回5+5+4凡0；⑶

（NHjRuCL易溶于水，微溶于酒精，用酒精洗滌可減少（.）2囚5的溶解損失；（4）H'RuCL溶液，含有

少量RuCir,RuC巾中心化合價為+3價，力口雙氧水后產物（曲4%RuJ中心化合價為+4價，可知雙氧水將

+3價Ru氧化成高價態(tài)，加鹽酸過程中生成的氯氣以及煨燒過程中生成的HC1氣體可以循環(huán)利用；（5）氯甘酸

鏤分解生成釘單質和一種無毒的氣體單質該氣體為氮氣，同時有兩種化合物生成結合元素守恒及錢鹽性質可知

為HC1和NH3；結合電子得失守恒及元素守恒得分解方程式為：

/、煨燒

（）

3NH4ORUC163Ru+18HC1T+2NH3T+2N2T

6.鎰及其化合物用途廣泛，以菱鎰礦（主要成分為MnCC）3,還含有鐵、保、鉆的碳酸鹽以及Si。2雜質）為

原料生產金屬鎬和高品位MnCOs的工藝流程如圖1所示。

NH4HCO3溶液

加入稍

一濾渣3(調pH=7

過量MnS

f沉鎰—>MnCO3

_>MnSO4

濾渣1濾液

S電解fMn

圖1

已知25℃時，部分物質的溶度積常數(shù)如表所示:

物質Mn(OH)2CO(OH)2Ni(OH)2Fe(OH)3MnSNiSCoS

%2.1X10T33.0x10-165.0x10-61.1x10-362.5xICT"1.07xlO-214.0xlO-21

(1)“溶浸''時，錦的浸出率與浸出時間的關系如圖2所示。由圖可知，所采用的最佳實驗條件(溫度、時間)

為o

%

、100

野90

汨80

財

70

60

50

40

306090120150180210240

浸出時間/min

圖2

⑵Mi!。?主要用于氧化。濾渣1中殘余的MnO?可加入葡萄糖硫酸溶液處理，回收Me，氧化產

物為CO?,寫出反應的離子方程式：。

(3)濾渣3的主要成分為(填化學式，其中Co、Ni均為+2價)。

(4)“沉鎰”時NH4HCO3除了作沉淀劑外，還有作用；“沉鎰”的關鍵操作有兩點：①將NH4HCO3溶

液加入MnSC)4溶液中；②反應終點溶液pH=7。如果①中顛倒試劑滴加順序(反應pH大于7),可能造成的后果

是;若反應終點溶液PH小于7,可能的后果是。

(5)以Fe作電極，MnSO4>Z11SO4溶液為電解液，經過一系列步驟制得隱形戰(zhàn)機涂料Zn,Mn<1)FeQ4,則電

解時陽極生成Zn,Mn…Fe??！沟碾姌O總反應式為=

［答案］⑴80℃、90min⑵Fe2+C6H葡萄糖)+12MnC>2+24H+=12Mrr++6CO2t+18H2。

⑶MnS、CoS、NiS(4)結合取。；電離出的H卡,促進M11CO3沉淀(或調pH)可能產生Mn(OH)2沉

淀等，導致MnCOs純度降低MnCOs可能溶解，導致產率降低

2Fe+xZn2++(l-x)Mn2++4HO-6e=ZnMn_FeO+8H+

(JJ2x(1x)24

【解析】菱錦礦(主要成分為MnCOs,還含有鐵、銀、鉆的碳酸鹽以及Si°2雜質)中加入硫酸進行溶浸，可

以發(fā)生反應生成硫酸鹽，向其中加入具有氧化性的MnCh，可以將Fe2+氧化為Fe3+,濾渣1為SiCh和過量的

MnO2;向濾液中加入氨水調節(jié)pH=5將Fe3+以Fe（OH）3沉淀下來，濾渣2為Fe（0H）3；向濾液中加入MnS,可

2

以將Ni\Co?+形成CoS和NiS沉淀下來，濾渣3為過量的MnS、CoS和NiS；向MnSCU溶液中加入NH4HCO3

溶液，調整溶液pH=7,使Mn2+形成MnCCh沉淀，最后對得到的含有Md+的鹽電解，可以得到金屬鎰，據(jù)此

解答。（1）物質的浸出率越高，反應消耗的時間越短，反應要求的溫度越低，反應條件越佳。根據(jù)圖2可知，

所采用的最佳實驗條件是溫度8?！?浸出時間90min；（2）由分析可知Mn。?主要用于氧化Fe?+；濾渣1中殘

余的MnCh可加入葡萄糖一硫酸溶液處理，MnCh被還原為Mn2+,葡萄糖氧化產物為CO2。根據(jù)電子守恒、電

荷守恒、原子守恒，可得對應的離子方程式為：C6Hl2。6（葡萄糖）+12MnO2+24H+=12Mn2++6CO2f+l8H2。；（3）

根據(jù)上述分析可知：在濾渣3中含有MnS、CoS、NiS.（4）“沉鎰”時NH4HCO3除了作沉淀劑外，還有就是結

合HC。；電離出的H+,促進MnCCh沉淀（或調pH）；“沉鋪”的關鍵操作有兩點：①將NH4HCO3溶液加入MnSCU

溶液中；②反應終點pH在7附近。如果①中顛倒試劑滴加順序（反應pH大于7）,可能造成的后果是可能產生

Mn（0H）2沉淀等，造成MnCCh純度降低；若反應終點pH低于7,MnCCh可能溶解，可能造成的后果是產品的

產率降低；（5）以Fe作電極，MnSO”、ZnSO,溶液為電解質溶液，電解時陽極Fe失去電子，與溶液中的

Z/+、Mr?*結合生成ZnxMn”Fe2C>4,同時產生H+,故陽極的電極總反應式為

2+2++

2Fe+xZn+（1-x）Mn+4H2O—6e=ZnxMn（1_x）Fe2O4+8H

7.硫酸鎰是一種重要的化工中間體。一種以高硫鎰礦（主要成分為含鎰化合物及）與氧化鎰礦（主要成分為等

鋪的氧化物）為原料制備硫酸鈦的工藝流程如下：

氧化

已知：①“混合焙燒”后燒渣含MnSC>4、Fe2C>3及少量Fe。、A12O3>MgOo

②金屬離子在水溶液中沉淀的PH范圍如下表所示（25C）：

(1)“混合焙燒”的主要目的是.

(2)若試劑a為MnC>2,則氧化步驟發(fā)生反應的離子方程式為，若省略“氧化”步驟，造成的影響是

(3)“中和除雜”時，應控制溶液的pH范圍是。

(4)“氟化除雜”后，溶液中c(F)濃度為o.OSmol-L-1。則溶液中c(Mg2+):c(Ca2+)=［已知：

s12

Ksp(MgB)=6.4x10?；Ksp(CaE,)=3.6x10］。

(5)“碳化結晶”時發(fā)生反應的離子方程式為o

【答案】(1)+2價的S將M價的Mn還原為Mn”,便于“浸出”

+2+2+3+

⑵MnO2+4H+2Fe=Mn+2Fe+2H2OFe,+完全沉淀時Mn?+已經完全沉淀，造成損失(或

1600

n+

影響產品純度)(3)5.2"pH<7.3⑷9(5)^2HCO3=MnCO3+CO2T+H2O

【解析】(1)混合焙燒的主要目的是：+2價的S將M價的Mn還原為Mn",便于“浸出”；(2)若試劑a

2+3+MnO+2+2+3+2+

為MnO2,將Fe氧化為Fe,反應的離子方程式為：2對+2Fe=Mn+2Fe+2H2O,若不氧化Fe.

Fe2+完全沉淀時MY+已經完全沉淀，造成Mn?+損失(或影響產品純度)；(3)調節(jié)PH是將Fe3+和AP+完全沉淀，

Mn?+不沉淀，所以調節(jié)PH范圍是：5.2<pH<7,3.(4)氧化除雜后，溶液中《尸)=°。5mol/L。則溶液中

c(Mg-):c(Ca-)=KjMgFj:KjCaF2)=(6.4xlO-)：(3.6xlO-)=^碳/士曰日用NH4HCQ陀

y；(3)詼化紀日日用43將

Mn?+沉淀，發(fā)生反應的離子方程式為Mn*+2HCO］=MnCO3J+CO2T+H2O。

8,氧化銃(SC2O3)是一種稀土氧化物，廣泛應用于航天、激光、導彈等尖端科學領域。以銃錦礦石(主要含

MnO2>SiO2及少量SC2O3、A12O3,CaO、FeO)為原料制備SC2O3和三氯化銃(ScCb)的工藝流程如圖，其中TBP

和P507均為有機萃取劑。

回答下列問題：

(1)“溶解”時鐵屑被Mil。2氧化為Fe3+，該反應的離子方程式是.

(2)“濾渣”的主要成分是。

(3)有機萃取劑P507萃取Sc3+的反應原理為陽離子交換：SCC13+3HR^SCR3+3HC1(HR代表P5Q。在“富

銃有機相”中反應生成Sc(OHi的化學方程式是。

(4)“萃余液2”中的金屬陽離子除刈+、Ca?+外，還有。

(5)沉銃后獲得SczO,的操作I為o

(6)取ScJ粗產品(含難溶ScQs雜質)溶于水，配成溶液，采用KzCrO,為指示劑，用AgNC>3標準溶液滴定，

當溶液中出現(xiàn)______現(xiàn)象時，說明已達到滴定終點。當溶液中C「恰好沉淀完全(濃度等于1.0x105mol-L1)時，

此時溶液中c(CrO：)=mol-U'o[已知：Ag^CrO’為磚紅色固體；K(AgCl)=2.OxlO-10,

-12

K(Ag2CrO4)=2.0xl0]

+2+3+

【答案】(1)3MnO2+2Fe+12H=3Mn+2Fe+6H2O(2)CaSO4ffSiO2(3)ScR3+3NaOH=3NaR+Sc(OH)3l

(4)Mn2+(5)灼燒(6)產生磚紅色沉淀且30s內沉淀不消失0.005

【解析】銃鎰礦石(主要含MnCh、SiCh及少量SC2O3、A12O3>CaO、FeO)加入稀硫酸后，溶液中含有AP+、

Fe2\Ca2\Sc3+再加入Fe,可以將二氧化鎰還原為Mi^,鐵被氧化成Fe3+,濾渣中含有SiCh,TBP和HC1加

入可以除去Fe3+,得到有機相和萃余液1,萃余液1加入有機萃取劑P507萃取Sc3+,萃余液2中剩余Al3\Ca2\

2+

Mn,富銃有機相加入氫氧化鈉后得到反萃固體Sc(OH)3,加入HC1得到ScCb，加入H2c2。4后得到Sc2(C2O4)3;

在空氣中灼燒后SC2O3。據(jù)此作答。⑴“溶解”時鐵屑被MnO2氧化為Fe3+,MnCh還原M/+,溶液為酸性，有

氫離子參與反應，根據(jù)元素守恒補齊生成物水，反應的離子方程式：3MnOz+2Fe+12H+=3Mn2++2Fe3++6H2O；(2)

銃錦礦石中不與硫酸和廢鐵屑反應的物質為二氧化硅，以及鈣離子與硫酸根離子作用產生微溶的CaSO4,“濾

渣”的主要成分是CaSCU和SiCh；(3)在“富銃有機相”中反應生成SC(OH)3,ScFb與氫氧化鈉反應生成Sc(OH)3,

化學方程式是ScR3+3NaOH=3NaR+Sc(OH)3］；⑷根據(jù)分析可知，萃余液2中剩余AF+、Ca2\Mn2+；(5)

加入HC1得至!!ScCb，加入H2c2O4后得到Sc2(C2O4)3,在空氣中灼燒后Sc2O3,故操作I為灼燒；(6)用AgNO3

標準溶液滴定，當溶液中出現(xiàn)產生病紅色沉淀且30s內沉淀不消失現(xiàn)象時，說明已達到滴定終點；液中C1恰好

沉淀完全(濃度等于LOxKFmoLLi)時,K(AgCl)=c(Ag+)xc(Cl)=c(Ag+)xl.OxlO^ol-L^^OxlO10,

22

2+CrO512CrO12

c(Ag+尸2.0xl05moLLi,K(Ag2CrO4)=c(Ag)xc(4')=(2,0xl0mol-L)xc(4')=2.0xl0；此時溶液中

2

c(CrOJ-)=0005mobLio

9.錮是一種稀有貴金屬，廣泛應用于航空航天、太陽能電池等高科技領域。從銅煙灰酸浸渣(主要含PbO、

FeAsO4-2H2O,ImCh)中提取錮和鉛的工藝流程如下：

PbO

已知：①焙燒后金屬元素均以硫酸鹽的形式存在;

②In(OH)3性質與A1(OH)3類似。

回答下列問題:

(l)FeAsO4-2H2O中鐵元素化合價為

(2)生成PbO粗品的化學反應方程式為.

(3)PbO在NaOH溶液中溶解度曲線如圖所示，PbO粗品中的雜質難溶于NaOH溶液。結合溶解度曲線，簡

述提純PbO粗品的操作，

.L

要

肥

曜

英

g

o

q

d

溫度/℃

(4)“還原鐵”反應的離子方程式為

（5）“萃取除鐵”中，發(fā)現(xiàn)當溶液pH>1.5后，鋼萃取率隨pH的升高而下降，原因是

（6）為測定PbO產品的純度，探究小組同學準確稱取PbOL161g,加入稀硝酸使其完全溶解，再加入蒸儲水

配制成50.00mL溶液：冷卻至25℃,用O.lOOmolLiH2sCU滴定該溶液，滴定曲線如圖所示。

r

q

d

)

3

—

已知：PbO+2HNO3=Pb(NO3)2+H2O；a點的坐標為(50,3.8)

①25℃,PbSCU的Ksp=?

②PbO產品的純度為0

【答案】⑴+3（2）PbS04+2NaOH=pbO+Na2SO4+H2°⑶將粗PbO溶解在35%NaOH溶液中，配成高溫

2Fe3++2SO=2Fe2++S-

下的飽和溶液，趁熱過濾，降溫結晶、過濾，洗滌干燥（4）2?'4°6（5）錮離子發(fā)生水解，

導致錮萃取率下降（6）107.696%

【解析】從銅煙灰酸浸渣（主要含PbO、FeAsCUSH?。、ImCh）中提取錮和鉛，銅煙灰酸浸渣加入硫酸溶液

硫酸化、焙燒后得到的焙砂，再加水水浸，浸渣加入10%氫氧化鈉溶液加熱處理后冷卻、過濾，得到濾液和PbO

粗品，經處理得到PbO；水浸液加硫代硫酸鈉還原鐵，再加入萃取劑萃取出含有亞鐵離子和“。京的水溶液，除

鐵后的有機相中加硫酸溶液反應萃取去掉萃余液，一系列處理得到粗錮。（1）FeAsO4-2H2O中O元素的化合價

為2價，As元素的化合價為+5價，根據(jù)化合物的化合價代數(shù)和為0,則鐵元素化合價為+3價；（2）水浸后的

硫酸鉛與氫氧化鈉反應生成PbO粗品和硫酸鈉，反應的化學反應方程式為"$。4+2曲91?°+叫$°4+凡°.

（3）根據(jù)PbO在NaOH溶液中溶解度曲線，PbO粗品中的雜質難溶于NaOH溶液，結合溶解度曲線，可知，

氫氧化鈉濃度較大時PbO溶液度較大，提純PbO粗品的操作為將粗PbO溶解在35%NaOH溶液中,配成高溫

下的飽和溶液，趁熱過濾，降溫結晶、過濾，洗滌干燥；（4）“還原鐵”是利用硫代硫酸鈉將鐵離子氧化為亞鐵

離子,反應的離子方程式為2Fe3++2S2O；=2Fe2++SQ）（5）“萃取除鐵”中，發(fā)現(xiàn)當溶液pH>1.5后，鋼萃取率

隨pH的升高而下降，原因是錮離子發(fā)生水解，導致錮萃取率下降；（6）根據(jù)圖像，加入50mLH2s04時，沉淀

2+38

完全，lgc(Pb2+)=3.8,則c(Pb)=10mol/L,根據(jù)反應「bSOJs)OPb"(aq)+SO](aq),則c(Pb2+)=c(SO；),25°c)

?八2一

38387622

PbSO4的Ksp(PbSO4)=c(Pb2+)-c(?U4)=10-mol/L><10-mol/L=10-mol/L；②力口入50.00mL0.100mol/LH2S04與

Pb?+恰好完全反應，Pb」+S。；=PbSC)N,n(Pb2+)=n(S。：)=0.100mol/Lx0.05L=0.005mol,根據(jù)原子守恒

n(PbO)=n(Pb2+)=0.005mol,PbO的質量m=nM=0.005molx223g/mol=l.115g,PbO產品的純度為

100%=96%

1.161g

10.碳酸鋸(SrCJ)難溶于水，主要用于電磁材料和金屬冶煉。一種由工業(yè)碳酸鋸(含少量

Ba2\Ca2\Mg"Pb"等)制備高純碳酸車思的工藝流程如圖所示。

過量的

硝酸(NH/CrO”H2c204氨水NaOH

iTLJL,,高純

工業(yè)—>|酸石|H沉氤鉛|~“酸化|-M還箴|—H調鵬7?81~~H調?H=i31~~H碳化|-H系？操作|~~?器0

SIC3

°^^\I[「丁

氣體ABaCrO4'PbCrO4氣體A濾渣1濾渣2母液

已知：I.Cr(OH)3為兩性氫氧化物；

II.常溫下，各物質的溶度積常數(shù)如表所示。

化合Cr(OT)3Ca(O辦Mg(O4)2SrCO3

物

尸。

&p近1x103i5.5x1(T61.8x10115.6xl(

似值

回答下列問題：

(1)氣體A的電子式為o

(2)“沉領、鉛”時，溶液pH過低會導致(N