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备考2024届高考化学一轮复习分层练习第三章金属及其化合物第6讲无机化工工艺流程题
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这是一份备考2024届高考化学一轮复习分层练习第三章金属及其化合物第6讲无机化工工艺流程题，共17页。
1.实验室以含锌废液（主要成分为ZnSO4，含少量的Fe2＋、Mn2＋）为原料制备ZnCO3·2Zn（OH）2的实验流程如下：
下列说法正确的是（ D ）
A.过二硫酸钠（Na2S2O8）中硫元素的化合价为＋7
B.氧化除锰后的溶液中存在：Na＋、Zn2＋、Fe2＋、SO42－
C.调节pH时试剂X可以选用Zn、ZnO、ZnCO3等物质
D.沉锌时的离子方程式为3Zn2＋＋6HCO3－ ZnCO3·2Zn（OH）2↓＋5CO2↑＋H2O
解析
过二硫酸钠（Na2S2O8）中含有1个过氧键，其中2个O的化合价为－1，其他6个O为－2价，Na的化合价为＋1，根据化合物中正负化合价代数和为零知，S的化合价为＋6，A项错误；氧化除锰后的溶液中不含Fe2＋，B项错误；Zn可以还原Fe3＋为Fe2＋，影响除杂，C项错误；根据流程图，结合原子守恒和电荷守恒知，D项正确。
2.[2023辽宁]某工厂采用如下工艺制备Cr（OH）3，已知焙烧后Cr元素以＋6价形式存在，下列说法错误的是（ B ）
A.“焙烧”中产生CO2
B.滤渣的主要成分为Fe（OH）2
C.滤液①中Cr元素的主要存在形式为CrO42－
D.淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
解析
焙烧时Cr2O3发生反应：2Cr2O3＋4Na2CO3＋3O2焙烧4Na2CrO4＋4CO2，有CO2产生，A项正确；焙烧时FeO发生反应：4FeO＋O2焙烧2Fe2O3，滤渣的主要成分为Fe2O3，B项错误；水浸后滤液①中主要溶质为Na2CrO4，Cr元素的主要存在形式为CrO42－，C项正确；淀粉水解生成葡萄糖，葡萄糖具有还原性，能将CrO42－还原为Cr（OH）3，D项正确。
3.C3O4主要用作电池材料、磁性材料、热敏电阻等。利用钴渣[主要含C（OH）3、Fe（OH）3]获得C3O4的流程如图[已知：C（OH）3、Fe（OH）3、C（OH）2的Ksp分别为1.6×10－44、4.0×10－38、6.3×10－15；当离子浓度≤1×10－5 ml·L－1时认为该离子沉淀完全]。下列叙述正确的是（ A ）
A.浸取时，H2O2还原了C3＋
B.除铁时，溶液必须调至呈碱性
C.基态C2＋的价电子排布式为3d54s2
D.煅烧产物是C3O4和CO
解析 由流程分析知，钴渣经一系列处理后得到CC2O4，C的化合价降低，则推断在浸取时发生了氧化还原反应，C3＋作氧化剂，H2O2作还原剂，H2O2将＋3价的C还原为＋2价，A正确；将铁除尽时，c（Fe3＋）≤1×10－5 ml·L－1，由题中Ksp[Fe（OH）3]＝4.0×10－38，代入粗略计算，知pH调至3左右时就能完全除去铁，B错误；基态C2＋的价电子排布式为3d7，C错误；CC2O4的煅烧产物是C3O4和CO2，D错误。
4.由赤泥（含有大量Na、Al、Fe、Si、Ca、Sc、Zr等的氧化物）为原料制备钪（Sc）的工艺流程如下：
下列说法正确的是（ C ）
A.Fe位于元素周期表第四周期ⅧB族
B.操作1使用的主要玻璃仪器为漏斗、烧杯
C.灼烧时生成1 ml CO2，消耗8 g O2
D.在空气中灼烧Sc2（C2O4）3生成Sc2O3的反应是非氧化还原反应
解析 Fe位于元素周期表第四周期Ⅷ族，A错误；操作1是把浸出液分成了水相和有机相，则操作1为萃取和分液，使用的主要玻璃仪器为分液漏斗、烧杯，B错误；由流程图可知灼烧时Sc2（C2O4）3与氧气反应生成Sc2O3和CO2，反应的化学方程式为2Sc2（C2O4）3＋3O2高温2Sc2O3＋12CO2，生成1 ml CO2，消耗0.25 ml O2，即8 g O2，C正确；Sc2（C2O4）3中C为＋3价，生成CO2，元素化合价发生了变化，该反应为氧化还原反应，D错误。
5.[2022全国甲]硫酸锌（ZnSO4）是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备，菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下：
本题中所涉及离子的氢氧化物溶度积常数如下表：
回答下列问题：
（1）菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为 ZnCO3焙烧ZnO＋CO2↑ 。
（2）为了提高锌的浸取效果，可采取的措施有 将菱锌矿焙烧产物粉碎、适当增大硫酸浓度（或升高浸取时的反应温度等） 。
（3）加入物质X调溶液pH＝5，最适宜使用的X是 B （填标号）。
A.NH3·H2OB.Ca（OH）2C.NaOH
滤渣①的主要成分是 SiO2 、 CaSO4 、 Fe（OH）3 。
（4）向80～90 ℃的滤液①中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤，滤渣②中有MnO2，该步反应的离子方程式为 3Fe2＋＋MnO4－＋7H2O3Fe（OH）3↓＋MnO2↓＋5H＋ 。
（5）滤液②中加入锌粉的目的是 除去Cu2＋ 。
（6）滤渣④与浓H2SO4反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是 CaSO4 、 MgSO4 。
解析
（3）加入物质X调溶液pH＝5，为了不引入新的阳离子，X宜选用Ca（OH）2；pH＝5时，c（OH－）＝10－9 ml·L－1，根据表中各离子的氢氧化物的Ksp可知，只有Fe3＋能完全沉淀。（4）Fe2＋被KMnO4溶液氧化为Fe（OH）3，同时生成MnO2，Fe（OH）3和MnO2进入滤渣②中。
6.从铬锰矿渣（主要成分为Cr2O3、MnO，含少量Fe2O3、SiO2、Al2O3）中分离铬、锰的一种工艺流程如图1所示。
图 1
已知：焙烧时MnO不发生反应。
回答下列问题：
（1）加快“酸浸”速率的措施有 搅拌、适当升温（或适当提高硫酸的浓度、粉碎焙烧产物等） （写两条）。
（2）“滤渣2”的成分是 Fe（OH）3、Al（OH） 3（写化学式）。
（3）“焙烧”时Cr2O3转化为Na2CrO4的化学方程式为 2Cr2O3＋3O2＋4Na2CO3焙烧4Na2CrO4＋4CO2 。
（4）常温下，Cr（Ⅲ）、Mn（Ⅱ）的沉淀率与pH的关系如图2所示，则“沉铬”过程中调最佳的pH＝ 6.0 。“沉铬”后滤液中c（Cr3＋）为 10－6 ml·L－1{已知常温下，Kw＝1×10－14，Ksp[Cr（OH）3]＝1×10－30}。
图 2
（5）流程中加入Na2S2O3的作用为 作还原剂，将铬元素还原为＋3价 ，“转化”的离子方程式为 Mn2＋＋H2O2＋2OH－MnO2↓＋2H2O 。
解析
（1）根据影响反应速率的因素，搅拌、适当升温、适当提高硫酸的浓度、粉碎焙烧产物等都能加快酸浸速率。（3）“焙烧”时Cr2O3转化为Na2CrO4，Cr的化合价升高，则应是空气中的O2作氧化剂，发生反应的化学方程式为2Cr2O3＋3O2＋4Na2CO3焙烧4Na2CrO4＋4CO2。（4）由题图2知，pH＝6.0时，Cr3＋的沉淀率较高、Mn2＋的损失率较低，则“沉铬”过程调最佳的pH＝6.0，此时c（H＋）＝10－6 ml·L－1，已知Kw＝1×10－14，则c（OH－）＝10－8 ml·L－1，c（Cr3＋）＝Ksp[Cr（OH）3]c3（OH－）＝1×10－30（10－8）3 ml·L－1＝10－6 ml·L－1。
7.[2024江西九校联考]锂离子电池的应用很广泛，某种锂电池的正极材料为钴酸锂，该材料可以由海水（含较大浓度的LiCl及少量MgCl2、CaCl2、MnCl2等）制备，其工艺流程如图所示：
已知：①在常温下几种难溶物质的溶度积常数如表；
②Li2CO3微溶于热水，可溶于冷水。
（1）“除杂1”步骤中除去的杂质离子为Mg2＋和 Ca2＋、Mn2＋ 。
（2）“调pH”的目的是 除去过量的碳酸钠，避免蒸发浓缩时析出碳酸锂 。
（3）金属镁可以通过电解熔融MgCl2得到，写出由Mg（OH）2沉淀制MgCl2固体的具体操作 Mg（OH）2和盐酸反应可生成MgCl2溶液，在HCl气流中蒸发MgCl2溶液得到无水MgCl2 。
（4）20 ℃时碳酸锂在水中的溶解度为1.295 g，饱和溶液密度为1.014 8 g·cm－3，则其中Li2CO3的物质的量浓度为 0.18 ml·L－1 。（结果保留2位有效数字）
（5）“热水洗涤”的目的是 减少碳酸锂在洗涤过程中的损失 。在实验室里洗涤Li2CO3时会采用如图所示装置，该装置较于普通过滤装置的优点为 过滤速率快，得到的沉淀较干燥 。
（6）“合成”工序需要高温条件，并放出能使澄清石灰水变浑浊的气体，写出该反应的化学方程式 2Li2CO3＋4CCO3＋O2高温4LiCO2＋6CO2 。
解析 海水中含较大浓度的LiCl及少量MgCl2、CaCl2、MnCl2等，加入纯碱，得到CaCO3、MnCO3、MgCO3等沉淀，滤液中主要含LiCl、NaCl及过量的Na2CO3，则向滤液中加入盐酸调节溶液pH，目的是除去过量的碳酸钠，防止蒸发浓缩时生成Li2CO3；蒸发浓缩、再次除杂后，向滤液中加入纯碱得到Li2CO3沉淀，将Li2CO3、CCO3、O2混合加热反应生成LiCO2和CO2。
（1）结合已知①知“除杂1”步骤中除去的杂质离子为Mg2＋和Ca2＋、Mn2＋。（3）Mg（OH）2和盐酸反应可生成MgCl2溶液，MgCl2为强酸弱碱盐，直接加热MgCl2溶液会促使MgCl2水解生成Mg（OH）2和HCl，为抑制MgCl2水解，需在HCl气流中蒸发MgCl2溶液。（4）20 ℃时碳酸锂在水中的溶解度为1.295 g，则饱和溶液中碳酸锂的质量分数为×100％，饱和溶液密度为1.014 8 g·cm－3，则其中Li2CO3的物质的量浓度为1000ρωM＝1000×1.0148××100％74 ml·L－1≈0.18 ml·L－1。（5）Li2CO3微溶于热水，可溶于冷水，故“热水洗涤”可减少碳酸锂在洗涤过程中的损失。图示为减压过滤装置，该装置可加快过滤速率，减少温度降低后碳酸锂溶于冷水中的损失，且该装置所得固体较干燥。（6）由题意知，“合成”工序中Li2CO3、CCO3、O2在高温条件下反应生成LiCO2和CO2，化学方程式为2Li2CO3＋4CCO3＋O2高温4LiCO2＋6CO2。
8.[2024武汉部分学校调研]废SCR催化剂（含TiO2、V2O5、WO3等）的回收对环境保护和资源循环利用意义重大。通过如下工艺流程可以回收其中的钛、钒、钨等。
已知：①TiO2、V2O5和WO3都能与NaOH溶液反应，分别生成不溶性的Na2TiO3和可溶性的NaVO3、Na2WO4；②Ksp（CaWO4）＝9×10－9。
回答下列问题：
（1）基态23V原子的价层电子轨道表示式为 。
（2）“球磨”的目的是 增大接触面积，提高“碱浸”反应速率 。
（3）“碱浸”后通过 过滤 （填操作名称）可以实现钛与钒、钨分离。
（4）“酸浸”后钛主要以TiO2＋形式存在，“热水解”反应的离子方程式为 TiO2＋＋（x＋1）H2O△TiO2·xH2O↓＋2H＋ 。
（5）“煅烧”NH4VO3的化学方程式为 2NH4VO3煅烧V2O5＋2NH3↑＋H2O↑ 。
（6）“沉钨”中析出CaWO4时，需要加入过量CaCl2，其目的是 利用同离子效应，促进CaWO4尽可能析出完全 。
（7）向20 mL 0.3 ml·L－1 Na2WO4的滤液中加入等体积的CaCl2溶液（忽略混合过程中的体积变化），欲使WO42－浓度小于1×10－6 ml·L－1，则CaCl2溶液的最小浓度为 0.318 ml·L－1。
解析
（1）基态23V原子的价层电子排布式为3d34s2，则价层电子轨道表示式为。（3）由已知①知，“碱浸”后得到可溶性的NaVO3、Na2WO4和不溶性的Na2TiO3，则可以通过过滤实现钛与钒、钨分离。（4）由流程图知，“热水解”时TiO2＋转化为TiO2·xH2O，离子方程式为TiO2＋＋（x＋1）H2O△TiO2·xH2O↓＋2H＋。（5）“煅烧”NH4VO3得到V2O5，V元素化合价不变，发生非氧化还原反应，根据原子守恒配平化学方程式为2NH4VO3煅烧V2O5＋2NH3↑＋H2O↑。（6）“沉钨”时析出CaWO4的反应为Ca2＋＋WO42－CaWO4↓，加入过量CaCl2，可增大Ca2＋浓度，促进CaWO4尽可能析出完全。（7）根据Ca2＋＋WO42－CaWO4↓知，生成CaWO4沉淀需要20 mL 0.3 ml·L－1 CaCl2溶液，欲使WO42－浓度小于1×10－6 ml·L－1，则溶液中c（Ca2＋）＞9×10－91×10－6 ml·L－1＝9×10－3 ml·L－1，则加入的CaCl2溶液的最小浓度为0.3 ml·L－1＋9×10－3 ml·L－1×2＝0.318 ml·L－1。
9.嫦娥五号从月球带回的“土壤”中含有辉钼矿，其主要成分为MS2（S为－1价），含少量Ca、Cu、Re（铼）等元素。以辉钼矿为原料生产多钼酸盐的工艺流程如下。
已知：25 ℃时相关物质的溶度积如表。
（1）“研磨”的目的是 增大接触面积，加快反应速率，使反应更充分 。
（2）“氧化焙烧”中发生反应MS2＋O2＋CaCO3CaMO4＋CaSO4＋CO2，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 9∶2 ，其中加入石灰石的主要作用是 防止生成SO2造成环境污染 。
（3）加入（NH4）2CO3后的“浸出液”中含有MO42－（钼酸根离子）以及少量[Cu（NH3）4]2＋等离子，生成MO42－的离子方程式为 CaMO4（s）＋CO32－（aq）⇌CaCO3（s）＋MO42－（aq） ，该反应的K＝ 1.4×106 。
（4）根据已知数据，“净化除杂”过程中，可加入的最适宜试剂是 A （填标号）。
A.（NH4）2SB.NaOH
C.Na2CO3D.Na2S
该试剂主要是将[Cu（NH3）4]2＋转化为 CuS （填化学式）。
（5）“酸沉”过程，调节pH至6以下，将溶液中的钼酸根离子转化为仲钼酸根离子（M7O246－），该反应的离子方程式为 7MO42－＋8H＋M7O246－＋4H2O 。
（6）工艺流程中可循环利用的物质是 CO2 、 NH3 。
解析
（2）该反应中M由＋2价升高到＋6价，S由－1价升高到＋6价，O由0价降低到－2价，根据得失电子守恒和原子守恒，可配平反应方程式2MS2＋9O2＋6CaCO3△2CaMO4＋4CaSO4＋6CO2，则该反应中氧化剂（O2）与还原剂（MS2）的物质的量之比为9∶2；加入石灰石可将S元素转化为CaSO4，防止生成SO2，造成环境污染。（3）由已知信息知，加入（NH4）2CO3进行“盐浸”时会进行沉淀的转化，CaMO4与CO32－反应生成MO42－和碳酸钙，离子方程式为CaMO4（s）＋CO32－（aq）⇌CaCO3（s）＋MO42－（aq），该反应的平衡常数K＝c（MO42－）c（CO32－）＝c（MO42－）·c（Ca2+）c（CO32－）·c（Ca2+）＝Ksp（CaMO4）Ksp（CaCO3）＝4.2×10－33.0×10－9＝1.4×106。（4）“净化除杂”过程是为了除去Cu元素，使之转化为沉淀，由于Ksp（CuS）远小于Ksp[Cu（OH）2]，且为了不引入新杂质，故应加入（NH4）2S。（6）由工艺流程可以看出所加（NH4）2CO3可由反应过程中产生的CO2和NH3反应制得，因此该工艺流程中可循环利用的物质是CO2和NH3。
10.[2024惠州调研]工业上，处理低品位黄铜矿（CuFeS2）常采用生物堆浸法。堆浸所得的溶液可用于制备绿矾（FeSO4·7H2O）和胆矾（CuSO4·5H2O）。相关流程如图。
已知：①生物堆浸使用的氧化亚铁硫杆菌（T.f细菌）在pH为1.0～6.0范围内可保持活性。
②金属离子沉淀的pH如下表。
（1）生物堆浸前，需先将矿石进行研磨，目的是 增大反应物的接触面积，加快生物堆浸的反应速率，使反应更充分 。
（2）生物堆浸过程的反应在T.f细菌的作用下进行，主要包括两个阶段，第一阶段的反应为CuFeS2＋4H＋＋O2T.f细菌Cu2＋＋Fe2＋＋2S＋2H2O，第二阶段的反应为Fe2＋继续被氧化转变成Fe3＋，反应的离子方程式为 4Fe2＋＋O2＋4H＋4Fe3＋＋2H2O 。
（3）结合已知推断：生物堆浸过程中，应控制溶液的pH在 1.0～1.5 范围内。
（4）过程Ⅰ中，加入Na2S2O3固体还原堆浸液中的Fe3＋，得到溶液X。为判断堆浸液中Fe3＋是否被还原完全，可取少量溶液X，向其中加入 KSCN 试剂（填试剂的化学式），观察溶液颜色变化。
（5）过程Ⅱ中，用H2O2和稀硫酸处理后，CuS完全溶解，用离子方程式表示H2O2的作用 4H2O2＋CuSCu2＋＋4H2O＋SO42－ 。
（6）绿矾的纯度可通过KMnO4滴定法测定。取m g绿矾晶体，加适量稀硫酸溶解。用c ml·L－1的KMnO4标准溶液滴定，滴定终点的判定方法是 当滴加最后半滴高锰酸钾标准溶液时，溶液颜色变为浅红色，且半分钟内不褪色 。至恰好完全反应时，消耗KMnO4标准溶液的体积为V mL。绿矾晶体的质量分数为 139cVm％ 。
解析 （1）生物堆浸过程是固体与液体的反应过程，将矿石进行研磨，可以增大反应物之间的接触面积，使化学反应速率加快。（2）生物堆浸过程第二阶段的反应为Fe2＋与O2发生氧化还原反应生成Fe3＋，根据得失电子守恒、电荷守恒以及质量守恒可知，反应的离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋4Fe3＋＋2H2O。（3）生物堆浸过程中生成Fe3＋，由T.f细菌的活性范围和Fe3＋沉淀的pH范围知应控制溶液的pH在1.0～1.5范围内。（4）判断堆浸液中Fe3＋是否被还原完全，可取少量溶液X，向其中加入少量KSCN溶液，观察溶液是否呈红色，若溶液呈红色，则说明Fe3＋未被还原完全。（5）H2O2具有强氧化性，CuS具有还原性，由题意知二者在酸性条件下发生氧化还原反应生成CuSO4、H2O，反应的离子方程式为CuS＋4H2O2Cu2＋＋4H2O＋SO42－。（6）滴定终点时，KMnO4过量，溶液颜色变为浅红色，且半分钟内不褪色；FeSO4与酸性KMnO4溶液反应，Fe2＋被氧化为Fe3＋，KMnO4被还原为Mn2＋，根据得失电子守恒可知，二者存在关系式：5FeSO4～KMnO4，滴定过程中消耗n（KMnO4）＝c ml·L－1×V×10－3 L＝10－3cV ml，则n（FeSO4）＝n（FeSO4·7H2O）＝5×10－3cV ml，m（FeSO4·7H2O）＝5×10－3cV ml×278 g·ml－1＝1.39cV g，绿矾晶体的质量分数为1.39cVgmg×100％＝139cVm％。
11.[热重分析]2022年，《自然》杂志发表了研究成果：碘化镍（NiI2）在其二维形式中是多铁性的。某小组以废镍催化剂（主要成分是Ni，含少量Zn、Fe、CaO、SiO2等杂质）为原料制备碘化镍的流程如图1所示。
图 1
已知：室温下，Ksp（CaF2）＝1.6×10－10。
请回答下列问题：
（1）“滤渣1”的成分是CaSO4、 SiO2 （填化学式）。“滤渣2”经过洗涤、干燥、 灼烧 （填操作名称）可制备铁红。
（2）“除铁”中可通过先加入H2O2溶液再加入NiO替代NaClO溶液，H2O2的作用是 2Fe2＋＋H2O2＋2H＋2Fe3＋＋2H2O （用离子方程式表示）。
（3）“除钙”时，为了确保滤液中c（Ca2＋）≤1×10－5 ml·L－1，则滤液中c（F－）至少为 4×10－3 ml·L－1。
（4）“萃取”中，萃取剂的密度小于1 g·cm－3，若在实验室中分离萃取液，具体操作是 取下分液漏斗塞子，旋开活塞，放出下层液体，待下层液体刚好放完，立即关闭活塞，从上口倒出萃取液 。
（5）“分解”过程中通入N2的目的是 作保护气，防止镍被空气中的氧气氧化 。
（6）在空气中加热一定量的NiC2O4·2H2O晶体，测得固体失重率（固体失重率＝原固体质量－剩余固体质量原固体质量×100％）与温度的关系如图2所示，300 ℃时固体发生反应的化学方程式为 NiC2O4300°CNiO＋CO2↑＋CO↑ 。
图 2
解析
（1）SiO2不溶于硫酸，CaSO4微溶于水，所以“滤渣1”的成分是CaSO4、SiO2。“滤渣2”是Fe（OH）3，经过洗涤、干燥、灼烧可分解为铁红。（2）“除铁”中可通过先加入H2O2溶液再加入NiO替代NaClO溶液，H2O2的作用是把Fe2＋氧化为Fe3＋，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋2Fe3＋＋2H2O。（3）室温下，Ksp（CaF2）＝1.6×10－10，“除钙”时，为了确保滤液中c（Ca2＋）≤1×10－5 ml·L－1，则滤液中c（F－）≥1.6×10－101×10－5 ml·L－1＝4×10－3 ml·L－1。（4）“萃取”中，萃取剂的密度小于1 g·cm－3，则萃取液在上层，若在实验室中分离萃取液，具体操作是：取下分液漏斗塞子，旋开活塞，放出下层液体，待下层液体刚好放完，立即关闭活塞，从上口倒出萃取液。（5）“分解”过程中通入N2的目的是作保护气，防止镍被空气中的氧气氧化。（6）设有1 ml NiC2O4·2H2O晶体，质量为183 g，加热到150 ℃时失重率为19.67％，失去的质量约为36 g，则晶体完全失去结晶水；加热到300 ℃时失重率为59.02％，则剩余固体的质量为75 g，其中有1 ml Ni，则氧元素的物质的量为75g－59g16g·ml－1＝1 ml，所以所得固体为NiO，Ni的化合价未发生变化，则300 ℃时固体发生反应的化学方程式为NiC2O4300°CNiO＋CO2↑＋CO↑。
12.[2021湖北]废旧太阳能电池CIGS具有较高的回收利用价值，其主要组成为。某探究小组回收处理流程如下：
回答下列问题：
（1）硒（Se）与硫为同族元素，Se的最外层电子数为 6 ；镓（Ga）和铟（In）位于元素周期表第三主族，中Cu的化合价为 ＋1 。
（2）“酸浸氧化”发生的主要氧化还原反应的化学方程式为 Cu2O＋H2O2＋2H2SO42CuSO4＋3H2O 。
（3）25 ℃时，已知：Kb（NH3·H2O）≈2.0×10－5，Ksp[Ga（OH）3]≈1.0×10－35，Ksp[In（OH）3]≈1.0×10－33，Ksp[Cu（OH）2]≈1.0×10－20，“浸出液”中c（Cu2＋）＝0.01 ml·L－1。当金属阳离子浓度小于1.0×10－5 ml·L－1时沉淀完全，In3＋恰好完全沉淀时溶液的pH约为 4.7 （保留一位小数）；若继续加入6.0 ml·L－1氨水至过量，观察到的实验现象是先有蓝色沉淀，然后 蓝色沉淀溶解，溶液变成深蓝色 ；为探究Ga（OH）3在氨水中能否溶解，计算反应Ga（OH）3（s）＋NH3·H2O⇌[Ga（OH）4]－＋NH4＋的平衡常数K＝ 2.0×10－6 。{已知：Ga3＋＋4OH－⇌[Ga（OH）4]－ K'＝c([Ga（OH）4]－）c（Ga3+）·c4（OH－）≈1.0×1034}
（4）“滤渣”与SOCl2混合前需要洗涤、干燥，检验滤渣中SO42－是否洗净的试剂是 HCl溶液、BaCl2溶液 ；“回流过滤”中SOCl2的作用是将氢氧化物转化为氯化物和 作溶剂 。
（5）“高温气相沉积”过程中发生的化学反应方程式为 GaCl3＋NH3高温GaN＋3HCl 。
解析 （1）Se与硫同为第ⅥA族元素，原子最外层有6个电子。Se为第ⅥA族元素，化合价为－2，Ga和In同为第ⅢA族元素，化合价均为＋3，根据化合物中正负化合价代数和为0，设中Cu的化合价为x，则x＋3×0.5＋3×0.5－2×2＝0，解得x＝＋1。（2）中Ga和In元素均处于最高价态，高温焙烧时Se元素转化为SeO2，则酸浸氧化时H2O2氧化＋1价的Cu，高温焙烧时Cu元素转化为Cu2O，故酸浸氧化时发生的主要氧化还原反应为Cu2O＋H2O2＋2H2SO42CuSO4＋3H2O。（3）根据Ksp[In（OH）3]＝c（In3＋）·c3（OH－）知，当In3＋恰好完全沉淀时，c（OH－）＝31.0×10－331.0×10－5 ml·L－1＝10－283 ml·L－1，c（H＋）＝10－1410－283 ml·L－1＝10－143 ml·L－1，pH＝－lg 10－143≈4.7。若继续加入6.0 ml·L－1氨水至过量，先有蓝色Cu（OH）2沉淀生成，然后蓝色沉淀溶解，得到深蓝色溶液。将Ga（OH）3（s）⇌Ga3＋（aq）＋3OH－（aq）、Ga3＋＋4OH－⇌[Ga（OH）4]－、NH3·H2O⇌NH4＋＋OH－三个反应相加可以得到Ga（OH）3（s）＋NH3·H2O⇌[Ga（OH）4]－＋ NH4＋，则平衡常数K＝Ksp[Ga（OH）3]·K'·Kb（NH3·H2O）≈1.0×10－35×1.0×1034×2.0×10－5＝2.0×10－6。（4）加氨水调pH的目的是沉淀溶液中的Ga3＋、In3＋，得到的滤液Ⅰ主要含硫酸铵、[Cu（NH3）4]SO4，检验滤渣中SO42－是否洗净，可以加入盐酸酸化的BaCl2溶液。Ga（OH）3、In（OH）3可分别写为Ga2O3·3H2O、In2O3·3H2O的形式，SOCl2能和分子内的H2O发生反应SOCl2＋H2OSO2↑＋2HCl，Ga2O3、In2O3和HCl反应均生成氯化物和H2O，因此SOCl2的作用是将氢氧化物转化为氯化物和作溶剂。（5）高温气相沉积时GaCl3和NH3反应生成GaN，同时得到HCl，化学方程式为GaCl3＋NH3高温GaN＋3HCl。
13.[萃取与反萃取][2022江苏]实验室以二氧化铈（CeO2）废渣为原料制备Cl－含量少的Ce2（CO3）3，其部分实验过程如下：
（1）“酸浸”时CeO2与H2O2反应生成Ce3＋并放出O2，该反应的离子方程式为 2CeO2＋H2O2＋6H＋2Ce3＋＋O2↑＋4H2O 。
（2）pH约为7的CeCl3溶液与NH4HCO3溶液反应可生成Ce2（CO3）3沉淀，该沉淀中Cl－含量与加料方式有关。得到含Cl－量较少的Ce2（CO3）3的加料方式为 B （填序号）。
A.将NH4HCO3溶液滴加到CeCl3溶液中
B.将CeCl3溶液滴加到NH4HCO3溶液中
（3）通过中和、萃取、反萃取、沉淀等过程，可制备Cl－含量少的Ce2（CO3）3。已知Ce3＋能被有机萃取剂（简称HA）萃取，其萃取原理可表示为Ce3＋（水层）＋3HA（有机层）⇌Ce（A）3（有机层）＋3H＋（水层）。
①加氨水“中和”去除过量盐酸，使溶液接近中性。去除过量盐酸的目的是 使c（H＋）减小，促进萃取反应平衡正向移动，提高Ce3＋萃取率 。
②反萃取的目的是将有机层Ce3＋转移到水层。使Ce3＋尽可能多地发生上述转移，应选择的实验条件或采取的实验操作有 适当增大稀HNO3浓度、多次萃取分液 （填两项）。
③与“反萃取”得到的水溶液比较，滤去Ce2（CO3）3沉淀的滤液中，物质的量减小的离子有 Ce3＋、H＋ （填化学式）。
解析 （1）CeO2与H2O2反应生成Ce3＋并放出O2，Ce由＋4价降为＋3价，H2O2中O由－1价升至0价，根据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平可得反应的离子方程式。（2）为控制Cl－含量，应将CeCl3溶液滴加到NH4HCO3溶液中，以防CeCl3水解产生较多CeOCl：CeCl3＋H2O⇌CeOCl＋2HCl。（3）①由萃取原理知，酸性条件下Ce3＋不易被HA萃取，加氨水除去过量盐酸，便于Ce3＋由水层进入有机层。③“反萃取”得到的水溶液中含有Ce3＋、H＋和NO3－，加入氨水和NH4HCO3后，H＋被消耗，Ce3＋转化为沉淀，所以Ce3＋和H＋的物质的量会减少。
14.[物质结构＋工艺流程][2024福州一检]钴是生产电池材料、高温合金、磁性材料及染色剂的重要原料。一种以湿法炼锌净化渣（主要含有C、Fe、Cu、Pb、ZnO、Fe2O3等）为原料提取钴的工艺流程如下。
已知：常温下，Ksp（CuS）＝8.9×10－36，Ksp（CS）＝4.0×10－21。
回答下列问题：
（1）基态C原子的价电子排布式为 3d74s2 。
（2）“浸出”过程中，为提高浸出率可采取的措施有 升温、粉碎矿物 （写2种），浸出渣的成分为 PbSO4 。
（3）“除铜”后溶液中C2＋浓度为0.4 ml·L－1，为防止除铜时产生CS沉淀，应控制溶液的pH不超过 1.0 [已知常温下，饱和H2S水溶液中存在关系式：c2（H＋）·c（S2－）＝1.0×10－22（ml·L－1）3]。
（4）“氧化”过程中，Na2S2O8与C2＋发生反应的离子方程式为 S2O82－＋2C2＋2SO42－＋2C3＋ 。
（5）“沉铁”过程中，Na2CO3的作用是 调节溶液pH，使铁离子完全沉淀 。
（6）“沉钴”产物可用于制备CO。
①C（OH）3在稀有气体中受热分解生成CO的化学方程式为 4C（OH）3△4CO＋O2↑＋6H2O 。
②CO的晶胞结构如图所示，与C2＋距离最近且相等的C2＋有 12 个；设C2＋与O2－的最近核间距为r nm，CO晶体的密度为 3008r3NA×1021 g·cm－3（设NA为阿伏加德罗常数的值，列出计算式）。
（7）[C（NH3）5Cl]Cl2可用作聚氯乙烯的染色剂和稳定剂。在该配合物中，C的化合价为 ＋3 ，中心原子的配体为 NH3、Cl－ ，含有的微粒间作用力有 ab （填标号）。
a.离子键b.配位键c.金属键
解析
（1）C元素为元素周期表中第27号元素，位于第四周期第Ⅷ族，基态C原子的价电子排布式为3d74s2。（2）“浸出”过程中，为提高浸出率，可通过加快反应速率来达到，可采取的措施有升高温度、粉碎矿物、适当增大硫酸浓度等；根据湿法炼锌净化渣的主要成分判断，浸出渣的成分是微溶物PbSO4。（3）由已知信息知，为防止除铜时产生CS沉淀，需控制溶液中c（S2－）≤Ksp（CS）c（C2+）＝4.0×10－210.4 ml·L－1＝1.0×10－20 ml·L－1，则此时c（H＋）≥1.0×10－221.0×10－20 ml·L－1＝0.1 ml·L－1，pH≤1.0。（4）结合后续操作及得到C（OH）3知，氧化过程中加入的过硫酸钠将C2＋氧化为了C3＋，则发生反应的离子方程式为S2O82－＋2C2＋2SO42－＋2C3＋。（5）“沉铁”过程中加入Na2CO3来调节溶液pH，使铁离子沉淀完全。（6）①C（OH）3在稀有气体中受热分解生成CO，C元素化合价由＋3降至＋2，则必有元素化合价升高，分析知同时生成了氧气，反应的化学方程式为4C（OH）3△4CO＋O2↑＋6H2O。②以体心处C2＋为研究对象，与其距离最近且相等的C2＋有12个，同层、上层、下层各有4个。由C2＋与O2－的最近核间距为r nm得出CO的晶胞边长为2r nm，则CO的晶胞体积V＝（2r×10－7）3 cm3，每个CO晶胞中存在4个C2＋和4个O2－，因此每个CO晶胞的质量m＝4×59+4×16NA g，根据密度公式得ρ＝mV＝3008r3NA×1021 g·cm－3。（7）由化合物中各元素化合价代数和为0知，该配合物中C的化合价为＋3。根据配合物的结构特征可知，中心原子C的配体为NH3和Cl－，内界[C （NH3）5Cl]2＋与Cl－之间的作用力为离子键，而中心原子C与配体NH3、Cl－之间的作用力为配位键。离子
Fe3＋
Zn2＋
Cu2＋
Fe2＋
Mg2＋
Ksp
4.0×10－38
6.7×10－17
2.2×10－20
8.0×10－16
1.8×10－11
物质
Li2CO3
MgCO3
CaCO3
MnCO3
Mg（OH）2
Ksp
2.5×10－2
6.8×10－6
3.4×10－9
2.3×10－11
5.6×10－12
难溶物
CaMO4
CaSO4
CaCO3
CuS
Cu（OH）2
Ksp
4.2×10－3
4.9×10－5
3.0×10－9
6.1×10－36
2.2×10－20
Fe3＋
Cu2＋
Fe2＋
开始沉淀时的pH
1.5
4.2
6.3
完全沉淀时的pH
2.8
6.7
8.3
1.实验室以含锌废液（主要成分为ZnSO4，含少量的Fe2＋、Mn2＋）为原料制备ZnCO3·2Zn（OH）2的实验流程如下：
下列说法正确的是（ D ）
A.过二硫酸钠（Na2S2O8）中硫元素的化合价为＋7
B.氧化除锰后的溶液中存在：Na＋、Zn2＋、Fe2＋、SO42－
C.调节pH时试剂X可以选用Zn、ZnO、ZnCO3等物质
D.沉锌时的离子方程式为3Zn2＋＋6HCO3－ ZnCO3·2Zn（OH）2↓＋5CO2↑＋H2O
解析
过二硫酸钠（Na2S2O8）中含有1个过氧键，其中2个O的化合价为－1，其他6个O为－2价，Na的化合价为＋1，根据化合物中正负化合价代数和为零知，S的化合价为＋6，A项错误；氧化除锰后的溶液中不含Fe2＋，B项错误；Zn可以还原Fe3＋为Fe2＋，影响除杂，C项错误；根据流程图，结合原子守恒和电荷守恒知，D项正确。
2.[2023辽宁]某工厂采用如下工艺制备Cr（OH）3，已知焙烧后Cr元素以＋6价形式存在，下列说法错误的是（ B ）
A.“焙烧”中产生CO2
B.滤渣的主要成分为Fe（OH）2
C.滤液①中Cr元素的主要存在形式为CrO42－
D.淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
解析
焙烧时Cr2O3发生反应：2Cr2O3＋4Na2CO3＋3O2焙烧4Na2CrO4＋4CO2，有CO2产生，A项正确；焙烧时FeO发生反应：4FeO＋O2焙烧2Fe2O3，滤渣的主要成分为Fe2O3，B项错误；水浸后滤液①中主要溶质为Na2CrO4，Cr元素的主要存在形式为CrO42－，C项正确；淀粉水解生成葡萄糖，葡萄糖具有还原性，能将CrO42－还原为Cr（OH）3，D项正确。
3.C3O4主要用作电池材料、磁性材料、热敏电阻等。利用钴渣[主要含C（OH）3、Fe（OH）3]获得C3O4的流程如图[已知：C（OH）3、Fe（OH）3、C（OH）2的Ksp分别为1.6×10－44、4.0×10－38、6.3×10－15；当离子浓度≤1×10－5 ml·L－1时认为该离子沉淀完全]。下列叙述正确的是（ A ）
A.浸取时，H2O2还原了C3＋
B.除铁时，溶液必须调至呈碱性
C.基态C2＋的价电子排布式为3d54s2
D.煅烧产物是C3O4和CO
解析 由流程分析知，钴渣经一系列处理后得到CC2O4，C的化合价降低，则推断在浸取时发生了氧化还原反应，C3＋作氧化剂，H2O2作还原剂，H2O2将＋3价的C还原为＋2价，A正确；将铁除尽时，c（Fe3＋）≤1×10－5 ml·L－1，由题中Ksp[Fe（OH）3]＝4.0×10－38，代入粗略计算，知pH调至3左右时就能完全除去铁，B错误；基态C2＋的价电子排布式为3d7，C错误；CC2O4的煅烧产物是C3O4和CO2，D错误。
4.由赤泥（含有大量Na、Al、Fe、Si、Ca、Sc、Zr等的氧化物）为原料制备钪（Sc）的工艺流程如下：
下列说法正确的是（ C ）
A.Fe位于元素周期表第四周期ⅧB族
B.操作1使用的主要玻璃仪器为漏斗、烧杯
C.灼烧时生成1 ml CO2，消耗8 g O2
D.在空气中灼烧Sc2（C2O4）3生成Sc2O3的反应是非氧化还原反应
解析 Fe位于元素周期表第四周期Ⅷ族，A错误；操作1是把浸出液分成了水相和有机相，则操作1为萃取和分液，使用的主要玻璃仪器为分液漏斗、烧杯，B错误；由流程图可知灼烧时Sc2（C2O4）3与氧气反应生成Sc2O3和CO2，反应的化学方程式为2Sc2（C2O4）3＋3O2高温2Sc2O3＋12CO2，生成1 ml CO2，消耗0.25 ml O2，即8 g O2，C正确；Sc2（C2O4）3中C为＋3价，生成CO2，元素化合价发生了变化，该反应为氧化还原反应，D错误。
5.[2022全国甲]硫酸锌（ZnSO4）是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备，菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下：
本题中所涉及离子的氢氧化物溶度积常数如下表：
回答下列问题：
（1）菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为 ZnCO3焙烧ZnO＋CO2↑ 。
（2）为了提高锌的浸取效果，可采取的措施有 将菱锌矿焙烧产物粉碎、适当增大硫酸浓度（或升高浸取时的反应温度等） 。
（3）加入物质X调溶液pH＝5，最适宜使用的X是 B （填标号）。
A.NH3·H2OB.Ca（OH）2C.NaOH
滤渣①的主要成分是 SiO2 、 CaSO4 、 Fe（OH）3 。
（4）向80～90 ℃的滤液①中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤，滤渣②中有MnO2，该步反应的离子方程式为 3Fe2＋＋MnO4－＋7H2O3Fe（OH）3↓＋MnO2↓＋5H＋ 。
（5）滤液②中加入锌粉的目的是 除去Cu2＋ 。
（6）滤渣④与浓H2SO4反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是 CaSO4 、 MgSO4 。
解析
（3）加入物质X调溶液pH＝5，为了不引入新的阳离子，X宜选用Ca（OH）2；pH＝5时，c（OH－）＝10－9 ml·L－1，根据表中各离子的氢氧化物的Ksp可知，只有Fe3＋能完全沉淀。（4）Fe2＋被KMnO4溶液氧化为Fe（OH）3，同时生成MnO2，Fe（OH）3和MnO2进入滤渣②中。
6.从铬锰矿渣（主要成分为Cr2O3、MnO，含少量Fe2O3、SiO2、Al2O3）中分离铬、锰的一种工艺流程如图1所示。
图 1
已知：焙烧时MnO不发生反应。
回答下列问题：
（1）加快“酸浸”速率的措施有 搅拌、适当升温（或适当提高硫酸的浓度、粉碎焙烧产物等） （写两条）。
（2）“滤渣2”的成分是 Fe（OH）3、Al（OH） 3（写化学式）。
（3）“焙烧”时Cr2O3转化为Na2CrO4的化学方程式为 2Cr2O3＋3O2＋4Na2CO3焙烧4Na2CrO4＋4CO2 。
（4）常温下，Cr（Ⅲ）、Mn（Ⅱ）的沉淀率与pH的关系如图2所示，则“沉铬”过程中调最佳的pH＝ 6.0 。“沉铬”后滤液中c（Cr3＋）为 10－6 ml·L－1{已知常温下，Kw＝1×10－14，Ksp[Cr（OH）3]＝1×10－30}。
图 2
（5）流程中加入Na2S2O3的作用为 作还原剂，将铬元素还原为＋3价 ，“转化”的离子方程式为 Mn2＋＋H2O2＋2OH－MnO2↓＋2H2O 。
解析
（1）根据影响反应速率的因素，搅拌、适当升温、适当提高硫酸的浓度、粉碎焙烧产物等都能加快酸浸速率。（3）“焙烧”时Cr2O3转化为Na2CrO4，Cr的化合价升高，则应是空气中的O2作氧化剂，发生反应的化学方程式为2Cr2O3＋3O2＋4Na2CO3焙烧4Na2CrO4＋4CO2。（4）由题图2知，pH＝6.0时，Cr3＋的沉淀率较高、Mn2＋的损失率较低，则“沉铬”过程调最佳的pH＝6.0，此时c（H＋）＝10－6 ml·L－1，已知Kw＝1×10－14，则c（OH－）＝10－8 ml·L－1，c（Cr3＋）＝Ksp[Cr（OH）3]c3（OH－）＝1×10－30（10－8）3 ml·L－1＝10－6 ml·L－1。
7.[2024江西九校联考]锂离子电池的应用很广泛，某种锂电池的正极材料为钴酸锂，该材料可以由海水（含较大浓度的LiCl及少量MgCl2、CaCl2、MnCl2等）制备，其工艺流程如图所示：
已知：①在常温下几种难溶物质的溶度积常数如表；
②Li2CO3微溶于热水，可溶于冷水。
（1）“除杂1”步骤中除去的杂质离子为Mg2＋和 Ca2＋、Mn2＋ 。
（2）“调pH”的目的是 除去过量的碳酸钠，避免蒸发浓缩时析出碳酸锂 。
（3）金属镁可以通过电解熔融MgCl2得到，写出由Mg（OH）2沉淀制MgCl2固体的具体操作 Mg（OH）2和盐酸反应可生成MgCl2溶液，在HCl气流中蒸发MgCl2溶液得到无水MgCl2 。
（4）20 ℃时碳酸锂在水中的溶解度为1.295 g，饱和溶液密度为1.014 8 g·cm－3，则其中Li2CO3的物质的量浓度为 0.18 ml·L－1 。（结果保留2位有效数字）
（5）“热水洗涤”的目的是 减少碳酸锂在洗涤过程中的损失 。在实验室里洗涤Li2CO3时会采用如图所示装置，该装置较于普通过滤装置的优点为 过滤速率快，得到的沉淀较干燥 。
（6）“合成”工序需要高温条件，并放出能使澄清石灰水变浑浊的气体，写出该反应的化学方程式 2Li2CO3＋4CCO3＋O2高温4LiCO2＋6CO2 。
解析 海水中含较大浓度的LiCl及少量MgCl2、CaCl2、MnCl2等，加入纯碱，得到CaCO3、MnCO3、MgCO3等沉淀，滤液中主要含LiCl、NaCl及过量的Na2CO3，则向滤液中加入盐酸调节溶液pH，目的是除去过量的碳酸钠，防止蒸发浓缩时生成Li2CO3；蒸发浓缩、再次除杂后，向滤液中加入纯碱得到Li2CO3沉淀，将Li2CO3、CCO3、O2混合加热反应生成LiCO2和CO2。
（1）结合已知①知“除杂1”步骤中除去的杂质离子为Mg2＋和Ca2＋、Mn2＋。（3）Mg（OH）2和盐酸反应可生成MgCl2溶液，MgCl2为强酸弱碱盐，直接加热MgCl2溶液会促使MgCl2水解生成Mg（OH）2和HCl，为抑制MgCl2水解，需在HCl气流中蒸发MgCl2溶液。（4）20 ℃时碳酸锂在水中的溶解度为1.295 g，则饱和溶液中碳酸锂的质量分数为×100％，饱和溶液密度为1.014 8 g·cm－3，则其中Li2CO3的物质的量浓度为1000ρωM＝1000×1.0148××100％74 ml·L－1≈0.18 ml·L－1。（5）Li2CO3微溶于热水，可溶于冷水，故“热水洗涤”可减少碳酸锂在洗涤过程中的损失。图示为减压过滤装置，该装置可加快过滤速率，减少温度降低后碳酸锂溶于冷水中的损失，且该装置所得固体较干燥。（6）由题意知，“合成”工序中Li2CO3、CCO3、O2在高温条件下反应生成LiCO2和CO2，化学方程式为2Li2CO3＋4CCO3＋O2高温4LiCO2＋6CO2。
8.[2024武汉部分学校调研]废SCR催化剂（含TiO2、V2O5、WO3等）的回收对环境保护和资源循环利用意义重大。通过如下工艺流程可以回收其中的钛、钒、钨等。
已知：①TiO2、V2O5和WO3都能与NaOH溶液反应，分别生成不溶性的Na2TiO3和可溶性的NaVO3、Na2WO4；②Ksp（CaWO4）＝9×10－9。
回答下列问题：
（1）基态23V原子的价层电子轨道表示式为 。
（2）“球磨”的目的是 增大接触面积，提高“碱浸”反应速率 。
（3）“碱浸”后通过 过滤 （填操作名称）可以实现钛与钒、钨分离。
（4）“酸浸”后钛主要以TiO2＋形式存在，“热水解”反应的离子方程式为 TiO2＋＋（x＋1）H2O△TiO2·xH2O↓＋2H＋ 。
（5）“煅烧”NH4VO3的化学方程式为 2NH4VO3煅烧V2O5＋2NH3↑＋H2O↑ 。
（6）“沉钨”中析出CaWO4时，需要加入过量CaCl2，其目的是 利用同离子效应，促进CaWO4尽可能析出完全 。
（7）向20 mL 0.3 ml·L－1 Na2WO4的滤液中加入等体积的CaCl2溶液（忽略混合过程中的体积变化），欲使WO42－浓度小于1×10－6 ml·L－1，则CaCl2溶液的最小浓度为 0.318 ml·L－1。
解析
（1）基态23V原子的价层电子排布式为3d34s2，则价层电子轨道表示式为。（3）由已知①知，“碱浸”后得到可溶性的NaVO3、Na2WO4和不溶性的Na2TiO3，则可以通过过滤实现钛与钒、钨分离。（4）由流程图知，“热水解”时TiO2＋转化为TiO2·xH2O，离子方程式为TiO2＋＋（x＋1）H2O△TiO2·xH2O↓＋2H＋。（5）“煅烧”NH4VO3得到V2O5，V元素化合价不变，发生非氧化还原反应，根据原子守恒配平化学方程式为2NH4VO3煅烧V2O5＋2NH3↑＋H2O↑。（6）“沉钨”时析出CaWO4的反应为Ca2＋＋WO42－CaWO4↓，加入过量CaCl2，可增大Ca2＋浓度，促进CaWO4尽可能析出完全。（7）根据Ca2＋＋WO42－CaWO4↓知，生成CaWO4沉淀需要20 mL 0.3 ml·L－1 CaCl2溶液，欲使WO42－浓度小于1×10－6 ml·L－1，则溶液中c（Ca2＋）＞9×10－91×10－6 ml·L－1＝9×10－3 ml·L－1，则加入的CaCl2溶液的最小浓度为0.3 ml·L－1＋9×10－3 ml·L－1×2＝0.318 ml·L－1。
9.嫦娥五号从月球带回的“土壤”中含有辉钼矿，其主要成分为MS2（S为－1价），含少量Ca、Cu、Re（铼）等元素。以辉钼矿为原料生产多钼酸盐的工艺流程如下。
已知：25 ℃时相关物质的溶度积如表。
（1）“研磨”的目的是 增大接触面积，加快反应速率，使反应更充分 。
（2）“氧化焙烧”中发生反应MS2＋O2＋CaCO3CaMO4＋CaSO4＋CO2，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 9∶2 ，其中加入石灰石的主要作用是 防止生成SO2造成环境污染 。
（3）加入（NH4）2CO3后的“浸出液”中含有MO42－（钼酸根离子）以及少量[Cu（NH3）4]2＋等离子，生成MO42－的离子方程式为 CaMO4（s）＋CO32－（aq）⇌CaCO3（s）＋MO42－（aq） ，该反应的K＝ 1.4×106 。
（4）根据已知数据，“净化除杂”过程中，可加入的最适宜试剂是 A （填标号）。
A.（NH4）2SB.NaOH
C.Na2CO3D.Na2S
该试剂主要是将[Cu（NH3）4]2＋转化为 CuS （填化学式）。
（5）“酸沉”过程，调节pH至6以下，将溶液中的钼酸根离子转化为仲钼酸根离子（M7O246－），该反应的离子方程式为 7MO42－＋8H＋M7O246－＋4H2O 。
（6）工艺流程中可循环利用的物质是 CO2 、 NH3 。
解析
（2）该反应中M由＋2价升高到＋6价，S由－1价升高到＋6价，O由0价降低到－2价，根据得失电子守恒和原子守恒，可配平反应方程式2MS2＋9O2＋6CaCO3△2CaMO4＋4CaSO4＋6CO2，则该反应中氧化剂（O2）与还原剂（MS2）的物质的量之比为9∶2；加入石灰石可将S元素转化为CaSO4，防止生成SO2，造成环境污染。（3）由已知信息知，加入（NH4）2CO3进行“盐浸”时会进行沉淀的转化，CaMO4与CO32－反应生成MO42－和碳酸钙，离子方程式为CaMO4（s）＋CO32－（aq）⇌CaCO3（s）＋MO42－（aq），该反应的平衡常数K＝c（MO42－）c（CO32－）＝c（MO42－）·c（Ca2+）c（CO32－）·c（Ca2+）＝Ksp（CaMO4）Ksp（CaCO3）＝4.2×10－33.0×10－9＝1.4×106。（4）“净化除杂”过程是为了除去Cu元素，使之转化为沉淀，由于Ksp（CuS）远小于Ksp[Cu（OH）2]，且为了不引入新杂质，故应加入（NH4）2S。（6）由工艺流程可以看出所加（NH4）2CO3可由反应过程中产生的CO2和NH3反应制得，因此该工艺流程中可循环利用的物质是CO2和NH3。
10.[2024惠州调研]工业上，处理低品位黄铜矿（CuFeS2）常采用生物堆浸法。堆浸所得的溶液可用于制备绿矾（FeSO4·7H2O）和胆矾（CuSO4·5H2O）。相关流程如图。
已知：①生物堆浸使用的氧化亚铁硫杆菌（T.f细菌）在pH为1.0～6.0范围内可保持活性。
②金属离子沉淀的pH如下表。
（1）生物堆浸前，需先将矿石进行研磨，目的是 增大反应物的接触面积，加快生物堆浸的反应速率，使反应更充分 。
（2）生物堆浸过程的反应在T.f细菌的作用下进行，主要包括两个阶段，第一阶段的反应为CuFeS2＋4H＋＋O2T.f细菌Cu2＋＋Fe2＋＋2S＋2H2O，第二阶段的反应为Fe2＋继续被氧化转变成Fe3＋，反应的离子方程式为 4Fe2＋＋O2＋4H＋4Fe3＋＋2H2O 。
（3）结合已知推断：生物堆浸过程中，应控制溶液的pH在 1.0～1.5 范围内。
（4）过程Ⅰ中，加入Na2S2O3固体还原堆浸液中的Fe3＋，得到溶液X。为判断堆浸液中Fe3＋是否被还原完全，可取少量溶液X，向其中加入 KSCN 试剂（填试剂的化学式），观察溶液颜色变化。
（5）过程Ⅱ中，用H2O2和稀硫酸处理后，CuS完全溶解，用离子方程式表示H2O2的作用 4H2O2＋CuSCu2＋＋4H2O＋SO42－ 。
（6）绿矾的纯度可通过KMnO4滴定法测定。取m g绿矾晶体，加适量稀硫酸溶解。用c ml·L－1的KMnO4标准溶液滴定，滴定终点的判定方法是 当滴加最后半滴高锰酸钾标准溶液时，溶液颜色变为浅红色，且半分钟内不褪色 。至恰好完全反应时，消耗KMnO4标准溶液的体积为V mL。绿矾晶体的质量分数为 139cVm％ 。
解析 （1）生物堆浸过程是固体与液体的反应过程，将矿石进行研磨，可以增大反应物之间的接触面积，使化学反应速率加快。（2）生物堆浸过程第二阶段的反应为Fe2＋与O2发生氧化还原反应生成Fe3＋，根据得失电子守恒、电荷守恒以及质量守恒可知，反应的离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋4Fe3＋＋2H2O。（3）生物堆浸过程中生成Fe3＋，由T.f细菌的活性范围和Fe3＋沉淀的pH范围知应控制溶液的pH在1.0～1.5范围内。（4）判断堆浸液中Fe3＋是否被还原完全，可取少量溶液X，向其中加入少量KSCN溶液，观察溶液是否呈红色，若溶液呈红色，则说明Fe3＋未被还原完全。（5）H2O2具有强氧化性，CuS具有还原性，由题意知二者在酸性条件下发生氧化还原反应生成CuSO4、H2O，反应的离子方程式为CuS＋4H2O2Cu2＋＋4H2O＋SO42－。（6）滴定终点时，KMnO4过量，溶液颜色变为浅红色，且半分钟内不褪色；FeSO4与酸性KMnO4溶液反应，Fe2＋被氧化为Fe3＋，KMnO4被还原为Mn2＋，根据得失电子守恒可知，二者存在关系式：5FeSO4～KMnO4，滴定过程中消耗n（KMnO4）＝c ml·L－1×V×10－3 L＝10－3cV ml，则n（FeSO4）＝n（FeSO4·7H2O）＝5×10－3cV ml，m（FeSO4·7H2O）＝5×10－3cV ml×278 g·ml－1＝1.39cV g，绿矾晶体的质量分数为1.39cVgmg×100％＝139cVm％。
11.[热重分析]2022年，《自然》杂志发表了研究成果：碘化镍（NiI2）在其二维形式中是多铁性的。某小组以废镍催化剂（主要成分是Ni，含少量Zn、Fe、CaO、SiO2等杂质）为原料制备碘化镍的流程如图1所示。
图 1
已知：室温下，Ksp（CaF2）＝1.6×10－10。
请回答下列问题：
（1）“滤渣1”的成分是CaSO4、 SiO2 （填化学式）。“滤渣2”经过洗涤、干燥、 灼烧 （填操作名称）可制备铁红。
（2）“除铁”中可通过先加入H2O2溶液再加入NiO替代NaClO溶液，H2O2的作用是 2Fe2＋＋H2O2＋2H＋2Fe3＋＋2H2O （用离子方程式表示）。
（3）“除钙”时，为了确保滤液中c（Ca2＋）≤1×10－5 ml·L－1，则滤液中c（F－）至少为 4×10－3 ml·L－1。
（4）“萃取”中，萃取剂的密度小于1 g·cm－3，若在实验室中分离萃取液，具体操作是 取下分液漏斗塞子，旋开活塞，放出下层液体，待下层液体刚好放完，立即关闭活塞，从上口倒出萃取液 。
（5）“分解”过程中通入N2的目的是 作保护气，防止镍被空气中的氧气氧化 。
（6）在空气中加热一定量的NiC2O4·2H2O晶体，测得固体失重率（固体失重率＝原固体质量－剩余固体质量原固体质量×100％）与温度的关系如图2所示，300 ℃时固体发生反应的化学方程式为 NiC2O4300°CNiO＋CO2↑＋CO↑ 。
图 2
解析
（1）SiO2不溶于硫酸，CaSO4微溶于水，所以“滤渣1”的成分是CaSO4、SiO2。“滤渣2”是Fe（OH）3，经过洗涤、干燥、灼烧可分解为铁红。（2）“除铁”中可通过先加入H2O2溶液再加入NiO替代NaClO溶液，H2O2的作用是把Fe2＋氧化为Fe3＋，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋2Fe3＋＋2H2O。（3）室温下，Ksp（CaF2）＝1.6×10－10，“除钙”时，为了确保滤液中c（Ca2＋）≤1×10－5 ml·L－1，则滤液中c（F－）≥1.6×10－101×10－5 ml·L－1＝4×10－3 ml·L－1。（4）“萃取”中，萃取剂的密度小于1 g·cm－3，则萃取液在上层，若在实验室中分离萃取液，具体操作是：取下分液漏斗塞子，旋开活塞，放出下层液体，待下层液体刚好放完，立即关闭活塞，从上口倒出萃取液。（5）“分解”过程中通入N2的目的是作保护气，防止镍被空气中的氧气氧化。（6）设有1 ml NiC2O4·2H2O晶体，质量为183 g，加热到150 ℃时失重率为19.67％，失去的质量约为36 g，则晶体完全失去结晶水；加热到300 ℃时失重率为59.02％，则剩余固体的质量为75 g，其中有1 ml Ni，则氧元素的物质的量为75g－59g16g·ml－1＝1 ml，所以所得固体为NiO，Ni的化合价未发生变化，则300 ℃时固体发生反应的化学方程式为NiC2O4300°CNiO＋CO2↑＋CO↑。
12.[2021湖北]废旧太阳能电池CIGS具有较高的回收利用价值，其主要组成为。某探究小组回收处理流程如下：
回答下列问题：
（1）硒（Se）与硫为同族元素，Se的最外层电子数为 6 ；镓（Ga）和铟（In）位于元素周期表第三主族，中Cu的化合价为 ＋1 。
（2）“酸浸氧化”发生的主要氧化还原反应的化学方程式为 Cu2O＋H2O2＋2H2SO42CuSO4＋3H2O 。
（3）25 ℃时，已知：Kb（NH3·H2O）≈2.0×10－5，Ksp[Ga（OH）3]≈1.0×10－35，Ksp[In（OH）3]≈1.0×10－33，Ksp[Cu（OH）2]≈1.0×10－20，“浸出液”中c（Cu2＋）＝0.01 ml·L－1。当金属阳离子浓度小于1.0×10－5 ml·L－1时沉淀完全，In3＋恰好完全沉淀时溶液的pH约为 4.7 （保留一位小数）；若继续加入6.0 ml·L－1氨水至过量，观察到的实验现象是先有蓝色沉淀，然后 蓝色沉淀溶解，溶液变成深蓝色 ；为探究Ga（OH）3在氨水中能否溶解，计算反应Ga（OH）3（s）＋NH3·H2O⇌[Ga（OH）4]－＋NH4＋的平衡常数K＝ 2.0×10－6 。{已知：Ga3＋＋4OH－⇌[Ga（OH）4]－ K'＝c([Ga（OH）4]－）c（Ga3+）·c4（OH－）≈1.0×1034}
（4）“滤渣”与SOCl2混合前需要洗涤、干燥，检验滤渣中SO42－是否洗净的试剂是 HCl溶液、BaCl2溶液 ；“回流过滤”中SOCl2的作用是将氢氧化物转化为氯化物和 作溶剂 。
（5）“高温气相沉积”过程中发生的化学反应方程式为 GaCl3＋NH3高温GaN＋3HCl 。
解析 （1）Se与硫同为第ⅥA族元素，原子最外层有6个电子。Se为第ⅥA族元素，化合价为－2，Ga和In同为第ⅢA族元素，化合价均为＋3，根据化合物中正负化合价代数和为0，设中Cu的化合价为x，则x＋3×0.5＋3×0.5－2×2＝0，解得x＝＋1。（2）中Ga和In元素均处于最高价态，高温焙烧时Se元素转化为SeO2，则酸浸氧化时H2O2氧化＋1价的Cu，高温焙烧时Cu元素转化为Cu2O，故酸浸氧化时发生的主要氧化还原反应为Cu2O＋H2O2＋2H2SO42CuSO4＋3H2O。（3）根据Ksp[In（OH）3]＝c（In3＋）·c3（OH－）知，当In3＋恰好完全沉淀时，c（OH－）＝31.0×10－331.0×10－5 ml·L－1＝10－283 ml·L－1，c（H＋）＝10－1410－283 ml·L－1＝10－143 ml·L－1，pH＝－lg 10－143≈4.7。若继续加入6.0 ml·L－1氨水至过量，先有蓝色Cu（OH）2沉淀生成，然后蓝色沉淀溶解，得到深蓝色溶液。将Ga（OH）3（s）⇌Ga3＋（aq）＋3OH－（aq）、Ga3＋＋4OH－⇌[Ga（OH）4]－、NH3·H2O⇌NH4＋＋OH－三个反应相加可以得到Ga（OH）3（s）＋NH3·H2O⇌[Ga（OH）4]－＋ NH4＋，则平衡常数K＝Ksp[Ga（OH）3]·K'·Kb（NH3·H2O）≈1.0×10－35×1.0×1034×2.0×10－5＝2.0×10－6。（4）加氨水调pH的目的是沉淀溶液中的Ga3＋、In3＋，得到的滤液Ⅰ主要含硫酸铵、[Cu（NH3）4]SO4，检验滤渣中SO42－是否洗净，可以加入盐酸酸化的BaCl2溶液。Ga（OH）3、In（OH）3可分别写为Ga2O3·3H2O、In2O3·3H2O的形式，SOCl2能和分子内的H2O发生反应SOCl2＋H2OSO2↑＋2HCl，Ga2O3、In2O3和HCl反应均生成氯化物和H2O，因此SOCl2的作用是将氢氧化物转化为氯化物和作溶剂。（5）高温气相沉积时GaCl3和NH3反应生成GaN，同时得到HCl，化学方程式为GaCl3＋NH3高温GaN＋3HCl。
13.[萃取与反萃取][2022江苏]实验室以二氧化铈（CeO2）废渣为原料制备Cl－含量少的Ce2（CO3）3，其部分实验过程如下：
（1）“酸浸”时CeO2与H2O2反应生成Ce3＋并放出O2，该反应的离子方程式为 2CeO2＋H2O2＋6H＋2Ce3＋＋O2↑＋4H2O 。
（2）pH约为7的CeCl3溶液与NH4HCO3溶液反应可生成Ce2（CO3）3沉淀，该沉淀中Cl－含量与加料方式有关。得到含Cl－量较少的Ce2（CO3）3的加料方式为 B （填序号）。
A.将NH4HCO3溶液滴加到CeCl3溶液中
B.将CeCl3溶液滴加到NH4HCO3溶液中
（3）通过中和、萃取、反萃取、沉淀等过程，可制备Cl－含量少的Ce2（CO3）3。已知Ce3＋能被有机萃取剂（简称HA）萃取，其萃取原理可表示为Ce3＋（水层）＋3HA（有机层）⇌Ce（A）3（有机层）＋3H＋（水层）。
①加氨水“中和”去除过量盐酸，使溶液接近中性。去除过量盐酸的目的是 使c（H＋）减小，促进萃取反应平衡正向移动，提高Ce3＋萃取率 。
②反萃取的目的是将有机层Ce3＋转移到水层。使Ce3＋尽可能多地发生上述转移，应选择的实验条件或采取的实验操作有 适当增大稀HNO3浓度、多次萃取分液 （填两项）。
③与“反萃取”得到的水溶液比较，滤去Ce2（CO3）3沉淀的滤液中，物质的量减小的离子有 Ce3＋、H＋ （填化学式）。
解析 （1）CeO2与H2O2反应生成Ce3＋并放出O2，Ce由＋4价降为＋3价，H2O2中O由－1价升至0价，根据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平可得反应的离子方程式。（2）为控制Cl－含量，应将CeCl3溶液滴加到NH4HCO3溶液中，以防CeCl3水解产生较多CeOCl：CeCl3＋H2O⇌CeOCl＋2HCl。（3）①由萃取原理知，酸性条件下Ce3＋不易被HA萃取，加氨水除去过量盐酸，便于Ce3＋由水层进入有机层。③“反萃取”得到的水溶液中含有Ce3＋、H＋和NO3－，加入氨水和NH4HCO3后，H＋被消耗，Ce3＋转化为沉淀，所以Ce3＋和H＋的物质的量会减少。
14.[物质结构＋工艺流程][2024福州一检]钴是生产电池材料、高温合金、磁性材料及染色剂的重要原料。一种以湿法炼锌净化渣（主要含有C、Fe、Cu、Pb、ZnO、Fe2O3等）为原料提取钴的工艺流程如下。
已知：常温下，Ksp（CuS）＝8.9×10－36，Ksp（CS）＝4.0×10－21。
回答下列问题：
（1）基态C原子的价电子排布式为 3d74s2 。
（2）“浸出”过程中，为提高浸出率可采取的措施有 升温、粉碎矿物 （写2种），浸出渣的成分为 PbSO4 。
（3）“除铜”后溶液中C2＋浓度为0.4 ml·L－1，为防止除铜时产生CS沉淀，应控制溶液的pH不超过 1.0 [已知常温下，饱和H2S水溶液中存在关系式：c2（H＋）·c（S2－）＝1.0×10－22（ml·L－1）3]。
（4）“氧化”过程中，Na2S2O8与C2＋发生反应的离子方程式为 S2O82－＋2C2＋2SO42－＋2C3＋ 。
（5）“沉铁”过程中，Na2CO3的作用是 调节溶液pH，使铁离子完全沉淀 。
（6）“沉钴”产物可用于制备CO。
①C（OH）3在稀有气体中受热分解生成CO的化学方程式为 4C（OH）3△4CO＋O2↑＋6H2O 。
②CO的晶胞结构如图所示，与C2＋距离最近且相等的C2＋有 12 个；设C2＋与O2－的最近核间距为r nm，CO晶体的密度为 3008r3NA×1021 g·cm－3（设NA为阿伏加德罗常数的值，列出计算式）。
（7）[C（NH3）5Cl]Cl2可用作聚氯乙烯的染色剂和稳定剂。在该配合物中，C的化合价为 ＋3 ，中心原子的配体为 NH3、Cl－ ，含有的微粒间作用力有 ab （填标号）。
a.离子键b.配位键c.金属键
解析
（1）C元素为元素周期表中第27号元素，位于第四周期第Ⅷ族，基态C原子的价电子排布式为3d74s2。（2）“浸出”过程中，为提高浸出率，可通过加快反应速率来达到，可采取的措施有升高温度、粉碎矿物、适当增大硫酸浓度等；根据湿法炼锌净化渣的主要成分判断，浸出渣的成分是微溶物PbSO4。（3）由已知信息知，为防止除铜时产生CS沉淀，需控制溶液中c（S2－）≤Ksp（CS）c（C2+）＝4.0×10－210.4 ml·L－1＝1.0×10－20 ml·L－1，则此时c（H＋）≥1.0×10－221.0×10－20 ml·L－1＝0.1 ml·L－1，pH≤1.0。（4）结合后续操作及得到C（OH）3知，氧化过程中加入的过硫酸钠将C2＋氧化为了C3＋，则发生反应的离子方程式为S2O82－＋2C2＋2SO42－＋2C3＋。（5）“沉铁”过程中加入Na2CO3来调节溶液pH，使铁离子沉淀完全。（6）①C（OH）3在稀有气体中受热分解生成CO，C元素化合价由＋3降至＋2，则必有元素化合价升高，分析知同时生成了氧气，反应的化学方程式为4C（OH）3△4CO＋O2↑＋6H2O。②以体心处C2＋为研究对象，与其距离最近且相等的C2＋有12个，同层、上层、下层各有4个。由C2＋与O2－的最近核间距为r nm得出CO的晶胞边长为2r nm，则CO的晶胞体积V＝（2r×10－7）3 cm3，每个CO晶胞中存在4个C2＋和4个O2－，因此每个CO晶胞的质量m＝4×59+4×16NA g，根据密度公式得ρ＝mV＝3008r3NA×1021 g·cm－3。（7）由化合物中各元素化合价代数和为0知，该配合物中C的化合价为＋3。根据配合物的结构特征可知，中心原子C的配体为NH3和Cl－，内界[C （NH3）5Cl]2＋与Cl－之间的作用力为离子键，而中心原子C与配体NH3、Cl－之间的作用力为配位键。离子
Fe3＋
Zn2＋
Cu2＋
Fe2＋
Mg2＋
Ksp
4.0×10－38
6.7×10－17
2.2×10－20
8.0×10－16
1.8×10－11
物质
Li2CO3
MgCO3
CaCO3
MnCO3
Mg（OH）2
Ksp
2.5×10－2
6.8×10－6
3.4×10－9
2.3×10－11
5.6×10－12
难溶物
CaMO4
CaSO4
CaCO3
CuS
Cu（OH）2
Ksp
4.2×10－3
4.9×10－5
3.0×10－9
6.1×10－36
2.2×10－20
Fe3＋
Cu2＋
Fe2＋
开始沉淀时的pH
1.5
4.2
6.3
完全沉淀时的pH
2.8
6.7
8.3
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