专题 有关铁铜的工艺流程训练（解析版）

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专题 有关铁铜的工艺流程训练 1.用硫酸厂产生的烧渣(主要成分为Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2)为原料制备高纯氧化铁(软磁α­Fe2O3)的生产流程如图所示，下列说法不正确的是(　 　)A．酸浸时，常将烧渣粉碎，并加入过量H2SO4，其目的是提高铁元素的浸出率，同时抑制Fe3＋水解B．反应②的离子方程式为FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋C．检验FeCO3是否洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液少量于试管中，滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，若无沉淀产生，说明洗涤干净D．煅烧时空气中的氧气作氧化剂，若用氯气代替空气也可得到高纯氧化铁答案：D【解析】酸浸时，将烧渣粉碎，可提高铁元素的浸出率，加入过量H2SO4，可抑制Fe3＋水解，A项正确；FeS2将Fe3＋还原为Fe2＋，离子方程式为FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋，B项正确；滤液中有硫酸铵，检验FeCO3是否洗净可以检验最后一次洗涤液中是否含有SO，C项正确；用氯气代替空气会生成氯化铁，D项错误。2.由硫铁矿烧渣(主要成分：Fe3O4、Fe2O3和FeO)得到绿矾(FeSO4·7H2O)，再通过绿矾制备铁黄[FeO(OH)]的流程如下：绿矾铁黄 已知：FeS2和铁黄均难溶于水。 下列说法不正确的是(　　) A．步骤①，最好用硫酸来溶解烧渣 B．步骤②，涉及的离子方程式为 FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋ C．步骤③，将溶液加热到有较多固体析出，再用余热将液体蒸干，可得纯净绿矾 D．步骤④，反应条件控制不当会使铁黄中混有Fe(OH)3答案：C　【解析】要制得绿矾，为了不引入其他杂质，步骤①最好选用硫酸来溶解烧渣，A项正确；加入FeS2后得到的溶液经步骤③可得到绿矾，故步骤②中FeS2和Fe3＋发生氧化还原反应，生成了FeSO4，离子方程式为FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋，B项正确；步骤③，由FeSO4溶液得到绿矾应蒸发浓缩、冷却结晶而不是蒸发结晶，C项错误；步骤④中若反应条件控制不当，则会使铁黄中混有Fe(OH)3，D项正确。3.磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下： 下列叙述错误的是(　　) A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用 B．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li C．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋ D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠答案：D　【解析】合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用，LiFePO4中含有Li和Fe元素，正极片碱溶所得滤液中含有Al元素，A、B项正确；Fe2＋能被HNO3氧化为Fe3＋，Fe3＋遇到碱液后沉淀，而另一种金属离子(Li＋)遇到Na2CO3后沉淀，C项正确；Li2SO4易溶于水，用Na2SO4代替Na2CO3，不能形成含Li沉淀，D项错误。4.从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下图，则下列说法正确的是(　 　)A．试剂a是铁、试剂b是稀硫酸B．操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同C．试剂c是氯气，相应的反应为：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－D．用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否还有Fe2＋答案：C【解析】从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜，工业废水中加入试剂a为过量的铁，操作Ⅰ为过滤，得到滤渣Y为Fe、Cu，滤液氯化亚铁溶液，滤渣Y中加入试剂b为盐酸，溶解过量的铁生成氯化亚铁溶液，铜不溶，操作Ⅱ过滤得到铜和滤液Z为氯化亚铁溶液，滤液Z和X合并通入氯气，氧化亚铁离子为氯化铁溶液，蒸发结晶，过滤洗涤干燥得到氯化铁晶体，由最终得到FeCl3及其流程图可以知道，b为盐酸，若为硫酸会引入硫酸根杂质离子，故A错误；上述分析可以知道，操作Ⅰ、Ⅱ是过滤，操作Ⅲ是蒸发结晶，过滤，所用仪器不同，故B错误；滤液X，滤液Z中均含有FeCl2，c为氯气或过氧化氢，可氧化氯化亚铁生成氯化铁，所以C选项是正确的；亚铁离子、氯离子都可以被高锰酸钾溶液氧化，用酸性KMnO4溶液不能检验溶液W中是否还有Fe2＋，故D错误。5.用废铁屑制备磁性胶体粒子的过程如下。下列说法不正确的是(　　)   A．用Na2CO3溶液浸泡是为了除去废铁屑表面的油污 B．通入N2是防止空气中的O2氧化Fe2＋ C．加适量的H2O2是为了将部分Fe2＋氧化为Fe3＋，涉及反应：H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===    2Fe3＋＋2H2O D．溶液A中Fe2＋和Fe3＋的浓度比为2∶1答案：D　【解析】Na2CO3溶液显碱性，油污在碱性溶液中发生水解，用Na2CO3溶液浸泡是为了除去废铁屑表面的油污，A正确；Fe2＋容易被O2氧化，所以通入N2的目的是防止空气中的O2氧化Fe2＋，B正确；利用H2O2的氧化性，把部分Fe2＋氧化成Fe3＋，涉及的反应为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，C正确；Fe3O4中Fe2＋和Fe3＋的物质的量之比为1∶2，即溶液A中Fe2＋和Fe3＋的浓度比为1∶2，D错误。6.如图是一种综合处理SO2废气的工艺流程。下列说法正确的是(　　) A．向溶液B中滴加KSCN溶液，溶液可能变为血红色 B．溶液B转化为溶液C发生反应的离子方程式为4H＋＋2Fe2＋＋O2===2Fe3＋＋2H2O C．溶液酸性A>B>C D．加氧化亚铁可以使溶液C转化为溶液A答案：A　【解析】溶液A转化为溶液B发生反应：2Fe3＋＋2H2O＋SO2===2Fe2＋＋SO＋4H＋；溶液B转化为溶液C发生反应：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O。向溶液B中滴加KSCN溶液，未与SO2反应的Fe3＋与SCN－反应，有血红色出现，A项正确；溶液B转化为溶液C的离子方程式电荷不守恒，B项错误；根据反应方程式可知，溶液酸性：B>C>A，C项错误；溶液C转化为溶液A，可加入三价铁的氧化物，不能加入二价铁的氧化物，D项错误。7.实验室利用废弃旧电池的铜帽(Zn、Cu总含量约为99%)回收Cu并制备ZnO的部分实验过程如图所示：下列叙述错误的是(　　) A．合理处理废弃旧电池的铜帽既有利于节约资源，又有利于保护环境 B．“溶解”操作中可用酸性条件下不断鼓入O2代替H2O2 C．加入锌粉反应的离子为Cu2＋ D．“过滤”操作后直接将溶液蒸发结晶、高温灼烧得到ZnO答案：D　【解析】合理处理废弃旧电池中的铜帽，既有利于保护环境，又实现了资源的再利用，A项正确；在酸性条件下，O2能将铜氧化为Cu2＋，通常需要加热，反应方程式为2Cu＋2H2SO4＋O22CuSO4＋2H2O，B项正确；加入适量锌粉，发生的反应为Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，C项正确；过滤后直接将溶液蒸发结晶得硫酸锌和硫酸钠的混合物，高温灼烧时，硫酸钠不分解，D项错误。8.用废铁屑制备磁性胶体粒子的过程如下。下列说法不正确的是(　　)A．用Na2CO3溶液浸泡是为了除去废铁屑表面的油污B．通入N2是防止空气中的O2氧化Fe2＋C．加适量的H2O2是为了将部分Fe2＋氧化为Fe3＋，涉及反应：H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2OD．溶液A中Fe2＋和Fe3＋的浓度比为2∶1答案：D【解析】Na2CO3溶液显碱性，油污在碱性溶液中发生水解，用Na2CO3溶液浸泡是为了除去废铁屑表面的油污，A正确；Fe2＋容易被O2氧化，所以通入N2的目的是防止空气中的O2氧化Fe2＋，B正确；利用H2O2的氧化性，把部分Fe2＋氧化成Fe3＋，涉及的反应为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，C正确；Fe3O4中Fe2＋和Fe3＋的物质的量之比为1∶2，即溶液A中Fe2＋和Fe3＋的浓度比为1∶2，D错误。9.重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示:回答下列问题:(1)步骤①的主要反应为:FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为　　　。该步骤不能使用陶瓷容器,原因是　                         。 (2)滤渣1中含量最多的金属元素是　　　,滤渣2的主要成分是　　　及含硅杂质。 (3)步骤④调滤液2的pH使之变　　　(填“大”或“小”),原因是　　　　　　　　　　　　(用离子方程式表示)。 (4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到　　　(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。 a.80 ℃           b.60 ℃              c.40 ℃              d.10 ℃步骤⑤的反应类型是　　　。 (5)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2 kg,产率为　　　。 答案：(1)2∶7　陶瓷在高温下会与Na2CO3反应　(2)Fe　Al(OH)3　(3)小　2Cr+2H+Cr2+H2O　(4)d　复分解反应　(5)×100%【解析】本题考查以铬铁矿为原料制备重铬酸钾的工艺流程分析。(1)1 mol FeO·Cr2O3参与反应共失去7 mol电子,而1 mol NaNO3参与反应得到2 mol电子,根据得失电子守恒,二者的系数比为2∶7。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅发生反应,所以该步骤不能使用陶瓷容器。(2)步骤①中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣1,所以滤渣1中含量最多的金属元素是Fe。结合流程图可知,滤渣2的主要成分是氢氧化铝及含硅杂质。(3)滤液2中存在平衡:2Cr+2H+Cr2+H2O,氢离子浓度越大(pH越小),越有利于平衡正向移动,所以步骤④应调节滤液2的pH使之变小。(4)根据题图,可知温度越低,K2Cr2O7 的溶解度越小,析出的重铬酸钾固体越多,故d项正确。步骤⑤中发生的反应为Na2Cr2O7+2KCl K2Cr2O7↓+2NaCl,其属于复分解反应。(5)该铬铁矿粉中Cr2O3的物质的量为,根据铬元素守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0=×294 g·mol-1×10-3 kg·g-1= kg,所以产品的产率为×100%=×100%。10.废旧印刷电路板是一种电子废弃物,其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾,流程简图如下:回答下列问题:(1)反应Ⅰ是将Cu转化为Cu(NH3,反应中H2O2的作用是　　　　　。写出操作①的名称:　　　　　　。 (2)反应Ⅱ是铜氨溶液中的Cu(NH3与有机物RH反应,写出该反应的离子方程式:　　　　。操作②用到的主要仪器名称为　　　　　　,其目的是(填序号)　　　　。 a.富集铜元素b.使铜元素与水溶液中的物质分离c.增加Cu2+在水中的溶解度(3)反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和　　　　　　。若操作③使用如图装置,图中存在的错误是　　　　　　　　　　　　。 (4)操作④以石墨作电极电解CuSO4溶液。阴极析出铜,阳极产物是　　　　。操作⑤由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是　                               。 (5)流程中有三处实现了试剂的循环使用,已用虚线标出两处,第三处的试剂是　　　　。循环 使用的NH4Cl在反应Ⅰ中的主要作用是　                                         。 答案：(1)作氧化剂(2分)　过滤(2分)　(2)Cu(NH3+2RH2N+2NH3+CuR2(2分)　分液漏斗(1分)　ab(1分)　(3)RH(1分)　分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁、液体过多(2分)(4)O2、H2SO4(2分)　加热浓缩、冷却结晶、过滤(2分)　(5)H2SO4(1分)　防止由于溶液中c(OH-)过高,生成Cu(OH)2沉淀(2分)【解析】　(1)反应Ⅰ中Cu被氧化,是还原剂,则H2O2是氧化剂。由于操作①得到溶液和残渣(难溶物),所以是过滤。(2)反应Ⅱ是Cu(NH3与RH反应,生成CuR2,同时生成N和NH3,据此即可写出反应的离子方程式。操作②得到水层和有机层,所以是分液,主要仪器是分液漏斗。该操作的主要目的是将铜氨溶液中的铜元素转化为有机物CuR2,并通过萃取得以富集。(3)CuR2 与稀硫酸发生复分解反应,生成CuSO4和有机物RH。萃取时,分液漏斗尖端要靠近烧杯内壁以防止液体溅出,并且所盛液体不能过多,否则无法进行振荡、放气等操作。(4)电解CuSO4溶液时,阳极的电极反应式为2H2O-4e- 4H++O2↑,生成物是O2和H2SO4。由硫酸铜溶液制取胆矾的主要步骤有加热浓缩、冷却结晶、过滤。(5)电解硫酸铜溶液得到的硫酸可循环使用。反应Ⅰ中NH4Cl的作用是降低溶液的pH,防止 c(OH-)过高,生成Cu(OH)2沉淀。11.氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂,通常是一种白色粉末,微溶于水,不溶于乙醇,溶于浓盐酸,在潮湿空气中易水解氧化。某学习小组用工业废渣(主要成分为Cu2S和Fe2O3)制取氯化亚铜并同时生成电路板蚀刻液。其流程如下:回答下列问题:(1)固体A的成分为　　　　　　;为提高固体A在盐酸中的溶解速率,可采取的措施有　　　　　　(写出1条即可)。 (2)向混合液中加入氧化铜的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　;用蚀刻液腐蚀铜制电路板的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)在Na2SO3溶液中逐滴加入CuCl2溶液,再加入少量浓盐酸混合均匀,得到CuCl沉淀。该反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)CuCl沉淀的洗涤需要经过酸洗、水洗和醇洗。其中醇洗的原因是　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)氯化亚铜的定量分析:①称取样品0.25 g,加入过量FeCl3溶液使其完全溶解;②用0.10 mol·L-1硫酸铈标准溶液滴定至终点;③重复三次,消耗硫酸铈标准溶液的平均体积为25.00 mL。则CuCl的纯度为　　　　。(已知:CuCl+Fe3+Cu2++Fe2++Cl-;Fe2++Ce4+Fe3++Ce3+) 答案：(1)Fe2O3、CuO　粉碎固体A(或升高温度或增大盐酸浓度等)　(2)调节溶液pH,使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀而除去　2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2　(3)2Cu2++S+2Cl-+H2O2CuCl↓+S+2H+　(4)醇洗有利于加快去除CuCl表面水分,防止其水解氧化　(5)99.5%【解析】　(1)Cu2S在空气中焙烧生成CuO和SO2,所以固体A的成分为CuO和Fe2O3。为提高固体A在盐酸中的溶解速率,可采取的措施有粉碎固体A、增大盐酸的浓度、升高温度等。(2)向混合液中加入CuO的作用是调节溶液pH,使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀而除去。(3)根据得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒写出并配平离子方程式:2Cu2++S+2Cl-+H2O2CuCl↓+S+2H+。(4)根据题意知,CuCl在潮湿空气中易水解氧化,而乙醇能与水互溶从而带走CuCl表面水分,且易挥发,故醇洗有利于CuCl快速干燥,避免其水解氧化。(5)根据题给的离子方程式可得CuCl~Ce4+,则n(CuCl)=n(Ce4+),故CuCl的纯度为×100%=99.5%。