1、专 项 微 测微测18 无机工艺流程题1(2019全国卷大联考)镍是一种十分重要的有色金属原料，具有极为广泛的用途。一种从废镍电池电极含有 NiOOH、Ni(OH)2 以及 Al、Fe 等金属中提取金属 Ni 的工艺流程如图所示：已知：.NiO 是稳定的氧化物，NiOOH 高温分解为 NiO、O2、H2O.常温下，KspFe(OH)341038，KspFe(OH)211015，KspNi(OH)21.91013.Ni2在弱酸性环境中易水解；氧化性：Ni2(高浓度)HNi2(低浓度)回答下列问题：(1)H2O2 的电子式为_，滤液中能水解物质的名称为_。(2)用离子反应方程式表示加入 H2O2
2、的目的：_。(3)常温下，调节 pH5 后，此时溶液中 c(Fe3)molL1，若溶液中 c(Ni2)0.01 molL1，此时是否有 Ni(OH)2 沉淀生成_(写出计算过程)。HOOH偏铝酸钾2Fe22HH2O2=2Fe32H2O41011Qcc(Ni2)c2(OH)0.01(109)211020KspNi(OH)21.91013，故无 Ni(OH)2 沉淀生成(4)如图是电沉积法制取金属 Ni 所使用的电解装置。在 电 解 过 程 中C室 可 能 发 生 的 电 极 反 应 式 为_，写出一种提高 Ni 产率的措施：_。电解一段时间后 B 室中氯化钠的浓度_1%(填“大于”“小于”或“等
3、于”)，试分析其中的原因：_。Ni22e=Ni、2H2e=H2控制 C 室中浓缩液的 pH 处于一定范围(或其他合理答案)大于A 室中 OH放电，c(OH)减小，Na通过阳离子交换膜进入 B 室中，C室中 Ni2、H放电，阳离子浓度减小，Cl通过阴离子交换膜进入 B 室中，故 B 室中 NaCl 的浓度会增大(合理即可)解析(1)H2O2的电子式为 HOOH；废镍电池电极中的 NiOOH、Ni(OH)2以及 Al、Fe 粉碎后在 O2 中焙烧，主要生成 NiO、Al2O3、Fe3O4，镍烧渣与过量 KOH 溶液反应，Al2O3 溶解在过量 KOH 溶液，NiO、Fe3O4 不反应，过滤得到滤渣
4、为 Fe3O4、NiO，滤液主要成分为 KAlO2、KOH，KAlO2 能水解，其名称为偏铝酸钾。(2)滤渣中的 Fe3O4、NiO 溶解在盐酸中生成含有 Fe2、Fe3、Ni2的溶液，加入 H2O2 将 Fe2氧化为 Fe3，利于生成 Fe(OH)3沉淀而除去铁，反应的离子方程式为 2Fe22HH2O2=2Fe32H2O。(3)pH5 时，溶液中 c(OH)109 molL1，c(Fe3)KspFeOH3c3OH410381093 41011 molL1，当溶液中 c(Ni2)0.01 molL1 时，Qcc(Ni2)c2OH0.01(109)21 1020HNi2(低浓度)，若要提高 Ni
5、 的产率，需控制 C 室中浓缩液的 pH 处于一定范围、提高 Ni2的浓度等。电解过程中 A 室中 OH放电，c(OH)浓度减小，Na通过阳离子交换膜进入 B 室中，C 室中 Ni2、H放电，阳离子浓度减小，Cl通过阴离子交换膜进入 B 室中，故 B 室中 NaCl 的浓度会增大。2最新研究表明 As2O3 在医药领域有重要应用。某小组从工业废料中提取 As2O3 设计流程如下：已知：H3AsO3 为弱酸，热稳定性差。(1)写出一条“碱浸”时提高浸取率的方法：_；“碱浸”中 H3AsO3 转化成 Na3AsO3 的离子方程式为_。(2)“氧化”时常在向混合液中通入 O2 时对体系加压，目的是_
6、。搅拌或多次浸取H3AsO33OH=AsO33 3H2O增大 O2 溶解度，加快反应速率(3)“沉砷”过程中有如下反应：Ca(OH)2(s)Ca2(aq)2OH(aq)H05Ca2OH3AsO34Ca5(OH)(AsO4)3 H0沉砷率与温度关系如图。沉砷最佳温度为_，高于 85 时，沉砷率下降的原因是_。85 高于 85，随着温度升高，反应中cCa2、c(OH)减小，温度对平衡移动的影响大于，使反应中平衡逆向移动，Ca5OHAsO43沉淀率下降(4)“还 原”过 程 中 获 得H3AsO3 的 化 学 反 应 方 程 式 为_；“操作 A”为_、过滤；滤液的主要成分是_。(5)若每步均完全反
7、应，“氧化”和“还原”时消耗相同条件下 O2 和SO2 体 积 分 别 为 x L、y L，则 废 水 中 nH3AsO3 n(H3AsO4)_(写出含 x、y 的计算式)。H3AsO4H2OSO2=H3AsO3H2SO4加热、过滤H2SO42x(y2x)解析(1)反应物接触时间越长，反应越充分，所以“碱浸”时可采用搅拌或多次浸取使其充分反应，提高原料浸取率；H3AsO4 与氢氧化钠反应为酸碱中和反应，离子方程式为 H3AsO33OH=AsO33 3H2O。2“氧化”时向混合液中通入 O2 时对体系加压可以增大 O2 溶解度，加快反应速率。(3)“沉砷”是将砷元素转化为 Ca5(OH)(AsO
8、4)3 沉淀，发生的主要反应有 CaOH2sCa2 (aq)2OH(aq)H0，高于 85，随着温度升高，反应中cCa2、cOH减小，温度对平衡移动的影响大于，使反应中平衡逆向移动，Ca5(OH)(AsO4)3 沉淀率下降。(4)“还原”过程中二氧化硫将H3AsO4 还原为 H3AsO3，自身被氧化生成硫酸，反应为 H3AsO4H2OSO2=H3AsO3H2SO4；还原后加热溶液，H3AsO3 分解为 As2O3，所以“操作 A”为加热、过滤；由方程式可知，滤液的主要成分是 H2SO4。(5)“氧化”过程中 Na3AsO3 溶液氧化为 Na3AsO4 溶液，关系式为2H3AsO32Na3AsO
9、3O2；“还原”过程中二氧化硫将 H3AsO4 还原为H3AsO3，关系式为 H3AsO4SO2；已知消耗相同条件下 O2 和 SO2 体积分别为 x L、y L，体积比等于物质的量之比，即 n(O2)n(SO2)xy，由关系式可知，n(H3AsO3)2n(O2)，则废水中原有的 n(H3AsO4)y2x，则废水中 n(H3AsO3)nH3AsO4 2xy2x2x(y2x)。3某工厂以重晶石(主要含 BaSO4)为原料，生产“电子陶瓷工业支柱”钛酸钡(BaTiO3)的工艺流程如下：回答下列问题：(1)为 提 高BaCO3的 酸 浸 速 率，可 采 取 的 措 施 为_(写 出一条即可)；常温下
10、，TiCl4 为液体且易水解，配制一定浓度的 TiCl4 溶液的方法是_。将 BaCO3 研成粉末或适当增大盐酸浓度或适当加热或搅拌等将 TiCl4 溶于浓盐酸，再加适量水稀释至所需浓度(2)用 Na2CO3 溶液浸泡重晶石(假设杂质不与 Na2CO3 反应)，能将BaSO4 转化为 BaCO3，此反应的平衡常数 K_(填写计算结果)；若不考虑 CO23 的水解，要使 2.33 g BaSO4 恰好完全转化为BaCO3，则至少需要浓度为 1.0 molL1 Na2CO3 溶液_ mL。已知：Ksp(BaSO4)1.01010、KspBaCO35.01090.02510(3)流程中“混合”溶液的
11、钛元素在不同 pH 时主要以 TiO(OH)、TiOC2O4、TiO(C2O4)22 三种形式存在(变化曲线如图所示)。实际制备工艺中，先用氨水调节混合溶液的 pH 于 2.8 左右，再进行“沉淀”，其反应的离子方程式为_；图中曲线 c 对应钛的形式为_(填粒子符号)。(4)流程中“滤液”的主要成分为_；隔绝空气煅烧草酸氧钛钡晶体得到钛酸钡粉体和气态产物，试写出反应的化学方程式：_。TiO(C2O4)22 Ba24H2O=BaTiO(C2O4)24H2OTiO(OH)NH4ClBaTiO(C2O4)24H2O=煅烧BaTiO32CO2CO24H2O解析(1)盐酸与 BaCO3 发生反应：2HC
12、lBaCO3=BaCl2H2OCO2，为了加快反应速率，可以将固体 BaCO3 研成粉末，增大接触面积，也可以适当增大盐酸浓度或适当加热升高反应温度或搅拌等；TiCl4 是强酸弱碱盐，在溶液中 Ti4会发生水解反应：Ti44H2OTi(OH)44H，使溶液变浑浊，配制 TiCl4 溶液，通常是将 TiCl4 溶于浓盐酸中，然后再加适量水稀释至所需浓度。(2)在溶液中 BaSO4 存在沉淀溶解平衡，当向溶液中加入饱和 Na2CO3 溶液时，发生沉淀转化，生成 BaCO3：BaSO4(s)CO23(aq)BaCO3(s)SO 24(aq)，反 应 的 平 衡 常 数K cSO24 cCO23 cS
13、O24 cBa2cCO23 cBa2KspBaSO4KspBaCO31.010105.0109 0.02；2.33 g BaSO4 的物质的量为0.01 mol，沉淀 Ba2需要 0.01 mol CO23，在溶液中根据上面的计算，SO24 的浓度和 CO23 的浓度的比例为 0.02，设需要 x L 的 1.0 molL1 的Na2CO3，有关系式cSO24 cCO23 0.01xx0.01x 0.01x0.010.02，x0.51 L510 mL。(3)“混合溶液”环节，钛元素在不同 pH 下主要以 TiOC2O4、TiO(C2O4)22和 TiO(OH)三种形式存在，据“沉淀”时生成草酸
14、氧钛钡晶体中含有TiO(C2O4)22(即 b 微粒)，随着氨水的不断加入，C2O24 浓度逐渐增大的趋势可以判断 a 对应钛的形式为 TiOC2O4，b 对应钛的形式为 TiO(C2O4)22；c 对应钛的形式为TiOOH；在“沉淀”时的离子方程式为 TiO(C2O4)22 Ba24H2O=BaTiO(C2O4)24H2O。(4)酸浸时加入盐酸，TiCl4 和草酸混合时加入了氨水，除去草酸氧钛钡晶体，还有溶于水的溶质为 NH4Cl；草酸氧钛钡晶体煅烧得到 BaTiO3，同时得到 CO、CO2 及水蒸气，煅烧草酸氧钛钡晶体得到 BaTiO3 的方程式为 BaTiO(C2O4)24H2O=煅烧B
15、aTiO32CO2CO24H2O。4(2019江淮十校联考)海洋深处有丰富的软锰矿，以此为主要原料生产 MnSO4 的工业流程如下：已知：软锰矿的主要成分是 MnO2，此外还含有 Fe2O3、Al2O3、CuO、NiO、SiO2 等少量杂质。几种离子沉淀时数据信息如下：离子Fe2 Fe3Al3 Mn2开始沉淀时 pH7.62.73.88.3完全沉淀时 pH9.74.04.79.8(1)写 出 酸 浸 过 程 中SO2 与MnO2 反 应 的 离 子 方 程 式：_。(2)为了探究 MnO2 与 SO2 反应情况，某研究小组将含有 SO2 尾气和一定比例的空气通入 MnO2 悬浊液中，保持温度不
16、变的情况下，测得溶液中c(Mn2)和cSO24 随反应时间的变化如图所示。导致溶液中cMn2和c(SO24)的变化产生明显差异的原因是_。MnO2SO2=Mn2SO24Mn2催化 O2 与 H2O、SO2 反应，生成 H2SO4(3)操作是“除铁铝”，其主要步骤为向滤液中加入软锰矿，调节pH5.26.0 左右，使其 Fe3、Al3沉淀完全，再加入活性炭搅拌、抽滤。写出滤液中生成 Fe2相关的离子方程式：_、_。(4)操作是“除铜镍”，其主要步骤为向滤液中加入 MnS(难溶物)，充分搅拌，过滤。加入 MnS 能除去滤液中 Cu2和 Ni2的原因是_。Fe2O36H=2Fe33H2OCuS 和 N
17、iS 的溶度积常数小于 MnS，易于发生不溶物的转化SO22Fe32H2O=SO24 2Fe24H(5)以 MnSO4 溶液为原料可通过电解法制备超级电容器材料 MnO2，其装置如图所示：则电解过程中阳极电极反应式为_，电解一段时间后，阴极溶液中 H的物质的量_(填“变大”“减小”或“不变”)。实际生产过程中_(填“能”或“不能”)用MnCl2 溶液代替 MnSO4 溶液。Mn22H2O2e=MnO24H不变不能解析(1)酸浸过程中 SO2 具有还原性，MnO2 具有氧化性，两者反应生成硫酸锰，反应的离子方程式为 MnO2SO2=Mn2SO24。(2)若反应体系只发生 MnO2SO2=MnSO
18、4，Mn2与 SO24 的浓度变化应该一致，而图示信息表明，SO24 的浓度变化比 Mn2的浓度变化要快，说明反应体系还发生了其他生成 SO24 的反应，由于温度不变，SO24 的浓度变化说明Mn2能催化 O2 与 H2O、SO2 生成 H2SO4 反应。(3)滤液首先发生的是三氧化二铁被硫酸溶解反应：Fe2O36H=2Fe33H2O，生成的三价铁离子具有氧化性，二氧化硫具有还原性，又会继续发生反应：SO22Fe32H2O=SO24 2Fe24H。(4)因为 CuS 和 NiS 的溶度积常数小于MnS，所以向滤液中加入 MnS 后，会转化成更难溶解的 CuS 和 NiS 沉淀，进而除去铜镍。(
19、5)由图可知阳极上 Mn2失电子化合价升高，生成二氧化锰，因此电极反应式为 Mn22H2O2e=MnO24H；阴极上2H2e=H2，若电解过程中外电路转移 a mol e，则阴极消耗 a mol H，同时有 a mol H由阳极移向阴极，故阴极溶液中 H的物质的量不会改变；不能用 MnCl2 溶液代替 MnSO4 溶液，因为 Cl会放电导致 MnO2的产率降低。5黄钾铁矾渣经如下流程可将其转化为锰锌铁氧体：已知：黄钾铁矾渣中铁主要以 Fe2O3 形式存在，锌主要以硫酸锌(ZnSO4)、氧化锌(ZnO)、硅酸锌ZnSiO3形式存在，黄钾铁矾渣的某些元素成分如下表所示：元素FeZnCuCdCaMg
20、Si质量分数/%28.9 8.77 0.37 0.18 0.370.844.63NH4F 溶液用于沉淀 Mg2和 Ca2Fe 和 Cd 的金属活动性相近(1)“酸浸”后，滤渣 1 的主要成分为_(填化学式)；为了提高浸出率，可采取的措施有_(写出一种即可)。(2)“还原除杂”工序中，加入铁粉是为了除去溶液中 、_等金属杂质离子。(3)加入(NH4)2S 沉淀 Cd2时应避免过量，原因是 ；若此过程中溶液搅拌时间过长，则会导致 Cd2去除率偏低，原因是_。(已知：CdS 的溶度积 Kap81027，FeS 的溶度积 Kap81019，ZnS 的溶度积 Kap81024)H2SiO3适当提高硫酸浓
21、度、提高温度、搅拌、粉碎原料(合理即可)Fe3Cu2(NH4)2S 过量 Fe2、Zn2会转化为 FeS、ZnS 沉淀，造成 Fe2、Zn2损失当搅拌时间过长时，部分 Fe2被氧化变成 Fe3，Fe3会与 S2发生反应，使S2浓度下降，从而导致去除率降低(或 O2 将 S2氧化，造成 S2浓度下降)(4)写 出“共 沉 淀”工 序 中 生 成 FeCO3 的 离 子 反 应 方 程 式 为_。(5)锰锌铁氧体是种重要的磁性材料。测定铁氧体中 ZnO 的实验步骤如下：写出除锰(Mn2)步骤中的离子方程式：_。Fe22HCO3=FeCO3CO2H2OS2O28 Mn22H2O=2SO24 MnO2
22、4H准确量取 25.00 mL 溶液 A，掩蔽铁后，用二甲酚橙作指示剂，用0.010 0 molL1 的 EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定其中的 Zn2(反应原理为Zn2H2Y2=ZnY22H)，至滴定终点时消耗 EDTA 标准溶液 20.00 mL。通过计算确定该铁氧体中 ZnO 的质量分数为_。16.20%解析(1)黄钾铁矾渣加入硫酸酸浸，硅酸锌与硫酸反应生成硅酸，则滤渣 1 为 H2SiO3，为了提高浸出率，可采取的措施有适当提高硫酸浓度、提高温度、搅拌、粉碎原料。(2)根据金属活动顺序及离子氧化性强弱，离子氧化性 Fe3Cu2Fe2；“还原除杂”工序中，加入铁粉是为了除去溶液中 F
23、e3、Cu2等金属杂质离子。3加入(NH4)2S 沉淀 Cd2时应避免过量，原因是(NH4)2S 过量 Fe2、Zn2会转化为 FeS、ZnS 沉淀，造成 Fe2、Zn2损失；若此过程中溶液搅拌时间过长，则会导致 Cd2去除率偏低，原因是当搅拌时间过长时，部分 Fe2被氧化变成 Fe3，Fe3会与 S2发生反应，使 S2浓度下降，从而导致去除率降低(或 O2 将 S2氧化，造成 S2浓度下降)。(4)“共沉淀”工序中硫酸亚铁与碳酸氢铵反应生成 FeCO3、硫酸铵、二氧化碳和水，反应的离子方程式为 Fe22HCO3=FeCO3CO2H2O。5除锰Mn2步骤中(NH4)2S2O8 将锰离子氧化生成二氧化锰而除去，反应的离子方程式为 S2O28 Mn22H2O=2SO24 MnO24H。准确量取 25.00 mL 溶液 A，掩蔽铁后，用二甲酚橙作指示剂，用0.010 0 molL1 的 EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定其中的 Zn2，根据反应Zn2H2Y2=ZnY22H可知，nZnOn(Zn2)n(EDTA)0.010 0 molL120.00 mL103 LmL12.0104 mol；该铁氧体中 ZnO 的质量分数为81 gmol12.0104 mol 250 mL25.00 mL1.0 g100%16.20%。