專題13工藝流程綜合題

國練基礎

1.稀土金屬銃(Sc)及其化合物在電子、超導合金和催化劑等領(lǐng)域有重要應用。以工業(yè)鈦白水解廢酸液(含

Sc3\TiO2\Fe3\H+、SO：等離子)為原料，制取氧化銃(SC2O3)和單質(zhì)銃的工藝流程如圖：

Fe3+的含[TiO(H2Ch)產(chǎn)

水溶液水溶液

鹽酸氨水NH4FMg

濾液

已知：①Ksp[Sc(OH)3]=8xl()3i

②“沉銃”所得固體是水合復鹽沉淀，其化學式為3NH4clSCF36H2O

(1)在酸洗時，加入H2O2的作用是(填標號)。

A.作氧化劑B.作還原劑C.作配體

(2)反萃取步驟中，加入NaOH溶液后生成Sc(OH)3沉淀。若沉淀后溶液的pH=8(常溫下)，則殘留的Sc?+

的質(zhì)量濃度是mg/Lo

(3)“灼燒”得到SC2O3.若灼燒SC2(C2O4)3-6H2O也能得到Sc2O3,其在空氣中熱分解溫度區(qū)間和分解得到的固

體產(chǎn)物如下表所示:

草酸銃晶熱分解溫度區(qū)固體失重百分生成的含銃化

體間(K)率(％)合物

SC(CO)3H

SC(CO)3-2242

224383?42319.48

0

6H2O

(M=462g/m

463?50823.38A

O1)583?87370.13SC2O3

由含銃化合物A轉(zhuǎn)化為Sc2O3時，發(fā)生反應的化學方程式為。

(4)含銃元素的微粒與pF[pF=lgc(F)],pH的關(guān)系如圖所示，用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH最好小于，“沉

銃”所得濾液中c(F)應大于__________mol-L1-

8

Esc3+

7

：ScF2+

Sc(OH)；

5rScF；

4

二SCF3

3

234.25.56.38912

pH

(5)傳統(tǒng)制備SCF3的方法是先得到SCF3-6H2O,再高溫脫水得到SCF3,但所得ScF3通常含有ScOF雜質(zhì)，原

因是(用化學方程式表示)。該流程中，“脫水除鏤”可制得高純度SCF3,原因是。

2.硫酸亞鐵錢[(NH4)2SO#FeSO4-6H2O俗稱：摩爾鹽]因其優(yōu)于硫酸亞鐵的穩(wěn)定性而被國標(GB/T

23513.22009)選擇為測定礦產(chǎn)中碑含量的指定還原性試劑。實驗室以廢鐵屑(久置但未生銹)為原料先制取硫酸亞

鐵核晶體，后使用純化后的硫酸亞鐵錢配制溶液，進行了銅閃速冶煉煙塵中碑含量的測定。

實驗I：硫酸亞鐵鍍晶體的制備：(NH4)2SO4+FeSO4+6H2O=(NH4)2SO4-FeSO4-6H2O；

Na2cCh溶液適量稀硫酸適量(NH4)2SC)4

111

①小火加熱②水浴加熱.③系列操作、硫酸亞鐵鏤

廢鐵屑凈化酸溶濾液

傾析法分離鐵屑趁熱過濾晶體

(1)請結(jié)合離子方程式解釋在凈化過程中加入Na2cCh溶液并小火加熱的目的是：

(2)步驟②中的過濾采用了如下圖b裝置，相對于圖a裝置而言，其優(yōu)點是：(答出至少兩點)。

(3)步驟③中,加入(NH4)2SO4固體后，要得到摩爾鹽晶體，需經(jīng)過的系列操作為:過

濾、洗滌、干燥;

實驗II：0.1000mol/L硫酸亞鐵核標準溶液的配制

準確稱取3.92g硫酸亞鐵鏤晶體按下圖步驟配成100mL溶液。

②③

(4)該實驗中使用到的儀器A的名稱為；若在上圖①過程中晶體溶于水(吸熱過程)后就立即轉(zhuǎn)移至儀

器A中，則上述操作會導致配得溶液濃度(填“偏高”、“偏低”或“無影響”)。

實驗III：銅閃速冶煉煙塵中碑的測定

用硝酸、氟化鏤和濱水溶解煙塵樣品2.0g,通過系列反應把溶液中的碑離子還原為單質(zhì)神。用過量的0.1000

mol/L酸性K2Cr2O7標準溶液25.00mL溶解并氧化單質(zhì)碑為AsO：,用0.1000mol/L的硫酸亞鐵鍍標準溶液滴

2++3+3+

定過量的KzCrzCh。(6Fe+14H+Cr2O^=6Fe+2Cr+7H2O)

⑸請寫出冷507氧化單質(zhì)碑為AsO：的離子反應方程式_______。

(6)若終點時消耗硫酸亞鐵鏤標準液30.00mL,則煙塵樣品中碑的質(zhì)量分數(shù)為。

3.用粗銅精煉工業(yè)中產(chǎn)生的銅陽極泥(主要含CuzSe、Ag2Se＞金和鋁等)為原料，回收并制備硝酸銅和硒的

工藝流程如圖：

FeSC)4

濾渣水相有機相

(1)工業(yè)上，高壓氧氣與銅陽極泥采用“逆流”的方式通入，其目的是?！盁Y(jié)”時會發(fā)生多個反應，寫

出其中Cu2Se燒結(jié)時生成Cm。、Na2SeO3反應方程式_______。

(2)在實驗室，操作I的名稱為。

(3)濾渣Y的成分有Ag2。、(填化學式，下同)；已知萃取與反萃取原理為：2RH+Cu2+^^^

R2C11+2H+,貝『'反萃取"時反萃取劑最好選用溶液。

7

(4)Na2SeO4中SeO：的空間構(gòu)型為；常溫下，HzSeCh的Ka/=L0xl()3,^fl2=i.0xl0；當常溫下溶液的

pH=4.5時，c(SeO；):c(H2SeC)3)為。

(5)“控電位還原”是指在一定電壓下，電位高的氧化劑優(yōu)先被還原，電位低的氧化劑保留在溶液中，以達到

4.工業(yè)廢渣中Ca(OH)2的綜合利用。

(1)用工業(yè)鋼渣處理酸性廢水

工業(yè)鋼渣主要含Ca(OH)2,還含有CaCC)3、aCaObAl2O3.cSiO2,rfe2O,■ySiO2,mMgO-nSiO2^o工業(yè)

鋼渣加水后攪拌得鋼渣漿液，向鋼渣漿液中逐漸加入硫酸溶液(模擬酸性廢水)酸化，漿液pH以及浸出液中金屬

離子的質(zhì)量濃度隨時間變化情況如圖所示。

,

”于入算

量比溶加計

解品，

少「。

,分樣L

“gcm

%為9為0

340

稱0.化.

Ol51

C值轉(zhuǎn)2

(取積

a比o部

C的稱全體

為確1

量O液

化質(zhì)準I溶

轉(zhuǎn)：C?

總使O

步)2是驗N

3熱g

一因?qū)?/p>

Ol下加A

進原耗

?)C(如，

3)a的

C。行糖消

IC能萄，

C?與進

Ka可葡點

量度

C,量終

f，3純

質(zhì)O適至

0…應I品

總oC入定

是…反l2K產(chǎn)

因：》C定加滴

的a為，行

原下卜2)C測

，化中進

如i化Ol中轉(zhuǎn)為

是小程CJC液2，瓶液

子K轉(zhuǎn)(是)

減流a溶3)質(zhì)形溶j

禺C能

后的后K雜錐O

屬T成?？?/p>

大3化C(1于N

金0生因aCLg

增1濾渣為氯KA

的C用原CmL

先K過濾，的將量0/

大作式0.l

度備2準大體少5o)

最)程2m

濃制HH標增固含O程

度+?O1出Z過

a,2化(方的值C中。

濃2)la。取算

CCJ氯C?度際K品

量，H學中用計

與0程實入樣，

質(zhì)入sO(3>從出

中OIaL和化化的加C劑

加CC?l氯比中1，寫

液C渣C示請

漸K為02在C的K液

出Ia2量解液指(

逐備分H存C)分的溶。

浸O衡濾L作

液制成時為l是，向得度

，C”m液

溶渣要石化解(高時制0純

時a比”5溶

4酸石主氯分C升程2,的

解化O

=硫電渣：熱成度流成r品

酗愛酗眠沼卜WH2

CIMUI)隨以石電知)生分“溫轉(zhuǎn)“該C樣

p)O配z3

①②2(電已l①②化③④，K

COI

(a氯中量C

C隨水少K

5.金屬銃(Sc)可用作宇航材料、火箭和飛機的制造材料，氧化銃(SC2O3)可提高計算機記憶元件性能。赤

泥中含有豐富的銃元素，另含有CaO、Fe2O3,SiO2,ALO3等氧化物。一種從赤泥中提取氧化銃的工藝流程如

圖所示(P2O4是一種磷酸酯萃取劑)。

萃取除鐵蒸發(fā)結(jié)晶煨燒

鹽酉岑廣浸渣

含鐵鋁溶液-------->A1CU溶液-------------A1O

赤泥??23

2浸出液P2O4

萃取一,『鹽酸洗滌廣水相

有機相------->NaOH廣反萃液

b有機相高1tse(OH,溶解富集?

灼燒草酸

——草酸銃ScCl—

SCJOJ3回答下列問題:

(1)寫出赤泥經(jīng)鹽酸處理后所得“浸渣”的一種用途:

(2)七。&萃取浸出液，其濃度、料液溫度對萃取率的影響如下所示，萃取時P2O4最佳濃度及料液溫度分別為

P￡)4濃度對萃取率的影響

試驗P204濃分相銃萃取鐵萃取

編號度/%情況率/%率/%

分相

11190.7615.82

快

分相

12291.5319.23

容易

分相

13392.9813.56

容易

有第

14490.6930.12

三相

輕微

15591.7439.79

乳化

20304050607080

料液溫度CC)

料液溫度對分離數(shù)的影響

(3)A1C13常以Al2cL分子存在，已知Al2cQ分子中各個原子均達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則Al2c分子的結(jié)構(gòu)式

為。

(4)常溫下反萃取時，Sc3+完全沉淀(濃度為1.0x10-5m。］.廠)時，反萃液的pH為。(已知：

31

Kap［SC(OH)3］=8.00x10-,lg2=0.30,結(jié)果保留小數(shù)點后2位)

(5)草酸銃灼燒分解反應方程式為0

(6)在流程中可循環(huán)使用的物質(zhì)有、(填化學式)。

6.硝酸錦錢［(NH)Ce(NC>3)6］、二氧化鈾(CeO?)均是常見的強氧化劑，可以以Ce?(CC^為原料進行制

取。

硝酸雙氧水硝酸NH4NO3

碳酸鈉T酸輸|-H沉箱酸-21沉盍21(NHJCe(NO3)6

⑴“沉淀1”時，溶液中Ce(NC)3)3轉(zhuǎn)化為Ce(OH)3(HC)2)沉淀。寫出沉淀1反應的化學方程式：。

(2)“酸溶2”時，控制反應溫度為80℃,硝酸與Ce(OH)3(HC>2)分解產(chǎn)生的Ce(OH)4反應生成H2Ce(NC>3)6,

反應過程中有少量紅棕色氣體逸出。“酸溶2”時需控制硝酸的溫度為80℃,同時將Ce(OH)4分批加入硝酸中，

原因是。

(3)“沉淀2”時，控制其他條件一定，改變加入NH"NC>3固體的量，測得(NH4)2Ce(NC>3)6沉淀的收率如圖所

示?！俺恋?”時，不是采用反應計量數(shù)之比，而是控制加入“(NHKC^MCe)工:1的目的是。

N

y

h

T

O

s

&

T

H

N

)3:14:15:16:1

n(NH4NO,):?(Ce)

（4）實驗小組以Ce2（CC>3）3為原料制取CeC）2,請補充完整實驗方案：將Ce2（CC>3）3完全溶解于鹽酸中，

,得CeOz固體。［已知：4Ce（OH）3（白色沉淀）+C>2+2H2O=4Ce（OH）4（黃色沉淀），Ce（OH）4受熱分解

1

時失重百分比與溫度的關(guān)系如圖所示?？蛇x用的儀器和試劑：2mol.匚氨水、02,lmol-LHNO3,Imol-L'AgNO,

溶液、馬弗爐（可用于固體的高溫加熱）］

衣

、

?榭

*

17.3卜-----------------

201-----1-----1-----1-----1-----1-----1

100200300400500600

溫度/久

（5）實驗制得的硝酸鈉錢（摩爾質(zhì)量為548g-moL）含量可用如下方法測定：準確稱取16.0g硝酸鈉錢樣品，加

水充分溶解，并轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中定容、搖勻，得硝酸電市鍍?nèi)芤涸嚇?。準確量取5mL的硝酸車市鏤溶液試

樣，移入250mL錐形瓶中，加入適量硫酸和磷酸，并加入2滴0.25%鄰二氮雜菲指示劑，用0.05000mol.L硫酸

亞鐵錢［（NHjFe（SOj］標準溶液滴定至終點（滴定過程中Ce4+被還原為Ce"）,消耗標準溶液24.00mL。計算

該樣品中硝酸車市鏤的質(zhì)量分數(shù)。

7.高鐵酸鉀（KzFeCU）為暗紫色固體，可溶于水，在中性或酸性溶液中逐漸分解，在堿性溶液中穩(wěn)定，是一

種新型多功能水處理劑。其生產(chǎn)工藝如圖1所示：

圖1

回答下列問題:

(l)Fe(NO3)3中NO-的空間結(jié)構(gòu)名稱為氮原子的雜化軌道類型為

(2)反應①應在溫度較低的情況下進行，因溫度較高時NaOH與Ch反應生成NaC103,取某溫度下反應液,

測得CIO與CIO：的物質(zhì)的量濃度之比是2：1,則Cb與氫氧化鈉溶液反應時，被氧化的氯原子與被還原的氯原

子的物質(zhì)的量之比為0

(3)反應③的離子方程式為,制備時，兩溶液混合的操作為0

(4)往溶液II中加入飽和KOH溶液得到濕產(chǎn)品的原因是。該工藝流程中可循環(huán)使用的物質(zhì)是

(填化學式)。

(5)高鐵酸鉀還可以通過電解法制備，其原理如圖2所示：陽極的電極反應式為。

離子交

濃KOH溶液

圖2

8.磷酸鐵(FePO,)主要用于制造磷酸鐵鋰電池材料。以硫鐵礦燒渣(主要成分是FeQ-含少量ALO3、SiO2

和FesO,)為原料制備磷酸鐵的工藝流程如下：

硫鐵礦燒渣-I焙燒|一|還原?函函T制備FePCU

⑴焙燒。將硫鐵礦燒渣與蔗糖(72凡2?！?一起焙燒，可生成FeO與CO?。寫出焙燒時FeQs所發(fā)生反應的

化學方程式：。

(2)還原。將焙燒后的固體用稀硫酸浸取，所得溶液主要含F(xiàn)es。，，還含少量A12(SO4)3和Fe2(SC>4)3。向酸

浸后所得溶液中加入Fe邑固體，充分攪拌至溶液中Fe，+全部被還原并生成SO：。理論上完全反應需要消耗的

3+

n(FeS2):n(Fe)=。

(3)制備FePO4。向FeSO4溶液中加入足量的30%H2O2溶液與ImollTNaRPO,溶液，控制溶液的pH約為

1.5,充分反應可得FePO,沉淀。

①寫出生成FePC)4反應的化學方程式：=

+22

②反應Fe3++HPO[=FePC）4J+H的平衡常數(shù)K=。[已知：Ksp（FePO4）=1.5x10-,

3

Kal（H3PO4）=7.1xl0-,

8

Ka2（H3PO4）=6.2xl0*,3PoJ=4.5x10-3]

n（FePO）

（4）其他條件一定，制備FePO,時測得Fe的有效轉(zhuǎn)化率二J4xlOO%與溶液pH的關(guān)系如圖所示。

nFeL

①pH<1.5時，pH越大，F(xiàn)e的有效轉(zhuǎn)化率越大的原因是

②pH>1.5時，pH越大，F(xiàn)e的有效轉(zhuǎn)化率越低的原因是

困練提升

9.高純六水氯化銀晶體(SrCb^HzO)具有很高的經(jīng)濟價值，工業(yè)上用碳酸銅(SrCCh)粉為原料(含少量鋼和

鐵的化合物等)制備高純六水氯化錮晶體的過程如圖：

適雄

1mol-L-1

H2SO?

漿

溶

水液調(diào)pH至8~M）

碳酸鍥液③過濾

少量

10

已知：①Ksp(SrSO4)=3.3xl()7、Ksp(BaSO4)=l.lxl0

②經(jīng)鹽酸浸取后，溶液中除含有SP+和C1外，還含有少量Ba2+、Fe2\Fe?+雜質(zhì)

③SrC12?6H2。晶體在6FC時開始失去結(jié)晶水，100℃時失去全部結(jié)晶水

請回答下列問題：

(1)已知Sr為第五周期IIA族元素，則不符合Sr>Ca的是。

①原子半徑②最外層電子數(shù)③金屬性④電負性⑤最高價氧化物對應的水化物的堿性

(2)寫出碳酸鋸與鹽酸反應的離子方程式：。

(3)工業(yè)上用熱風吹干六水氯化專思，適宜的溫度是=

A.50~60℃B.70~80℃C.80~100℃D.100℃以上

(4)步驟④的操作是、、過濾。

(5)加入硫酸的目的是。

(6)濾渣的成分是o

(7)若濾液中Ba?+的濃度為IxlCftnol.Li,依據(jù)題給信息計算濾液中SF+的物質(zhì)的量濃度為mobL'o

10.Cu3Se2是鈉離子電池的電極材料。某小組設計以黃銅礦粉(主要成分是CuFeSz，含少量CuzS、SiCh)為

原料制備二硒化三銅的流程如圖1,回答下列問題：

細菌

硫酸鐵溶液稀硫酸+R過量氨水

黃銅

[Cu(NH3)4]SO4溶液

礦粉

浸渣1(含S)濾渣2

稀硫酸

麗”)(C2H5OLNii)Na?SeS03溶液4+溶液

CusSe2!^匕」高壓汞燈;冷卻水，保持室溫

圖1

(1)“濾渣2”的主要成分是(填化學式)。

(2)從綠色化學角度考慮，純凈物R宜選擇(填化學式)。

(3)其他條件相同，“液浸”中金屬浸出率與溫度、硫酸鐵溶液濃度的關(guān)系如圖2所示(浸出率指單位時間內(nèi)

Cu和Se溶解的質(zhì)量)。已知在此濃度下，硫酸鐵溶液不影響細菌活性。根據(jù)圖2,ci(填“<”、">”或“=”)C2。

其他條件相同，溫度高于To℃時，浸出率隨著溫度升高而降低的主要原因是o(任答一條)

(4)“液浸”中，CuFeSz參與反應的離子方程式為。

(5)已知HzSeSCh是弱酸，NazSeSCh溶液呈____(填“酸”、“堿”或“中”)性，O.lmoMJNazSeSCh溶液中：

+1

2c(SeSO^)+c(HSeSO；)+c(OH)c(H)=mobL。

2+

(6)“沉鐵”中，存在平衡CU(OH)2+4NH3?H2O一[CU(NH3)4]+2OH+4H2O,該反應的平衡常數(shù)K=.

已知：常溫下，Ksp[Cu(OH)2卜2.0x1020；Cu2++4NH3?H2O=[Cu(NH3)4]2++4H20K總=2.0x1013。

11.鎰酸鋰(LiMi^Oj是一種鋰電池的正極材料。工業(yè)上以方錦礦(主要成分為MnO,還含有少量的

Fe3O4,A12O3>CaO、SiO?)為原料制備鋸酸鋰的流程如下:

②MM濾液2離子淋洗液

過濾濾液3

方鋅礦交換

③NHa調(diào)DH洗脫

~T~▼

濾渣1濾渣2

⑤Li2c。3空氣

MnCOMn(OH)LiMn。

32900~1000℃

己知：I.25℃時，相關(guān)物質(zhì)的Ksp如下表:

*Mn(O]^)Fe(O]HFe(CT%Ca(Ol

2H)3N(。迎

質(zhì)

a)

“2x10-J5xW17IxlC一391X10-6xi(r

II.25℃時，NH3-H?。電離常數(shù)Kb=2x10-5

III.離子濃度低于IxlO^mol/L時即為沉淀完全

回答下列問題：

(1)寫出步驟①溶于稀疏酸時雜質(zhì)Fes。,反應的離子方程式

(2)濾渣1的成分是(填化學式)；步驟②加入MnO?的目的是一。

(3)步驟③加入NH3目的是除去雜質(zhì)離子，若溶液中Mi?+濃度為0.2mol/L,要確保雜質(zhì)離子沉淀完全，同

時不降低產(chǎn)品產(chǎn)率，步驟③調(diào)控pH的范圍應該為。反應

3+

Al(aq)+3NH3.H2O(aq)Al(OH)3(s)+3NH：(aq)的平衡常數(shù)K=。

(4)“離子交換”步驟和“洗脫”過程是利用反應：Mn2++2HR=、離藍換'MnR?+2H+(HR是氫型交換樹脂)

的平衡移動將Mn?+進一步提純，為了提高洗脫效率，又不引入其他雜質(zhì)，淋洗液應選用o

(5)步驟④反應未見氣體生成，則該反應留存在濾液3中的產(chǎn)物有(填化學式)。

(6)步驟⑤反應的化學方程式為0

12.某油脂廠廢棄的油脂加氫保催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質(zhì)。采

用如下工藝流程回收其中的保制備硫酸鎂晶體(NiSO#6H2。)：

NaOHH2O2NaOH

溶液稀H2s。4溶液溶液

廢銀催化劑硫酸銀晶體

濾液①濾渣②濾渣③

常溫下，溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如表所示:

Ii1I

金屬離子

i2+13+e3+e2+

開始沉淀時(c=0.01moLL-i)的

pH.2.7.2.5

沉淀完全時(c=L0xl(r5molL-i)i(

的pH.7.7,2.0

回答下列問題:

(