高考化学二轮专题复习 专题跟踪检测23 化学生产工艺流程题（含解析）

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该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
回答下列问题：
(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是____________________________________。
(2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VOeq \\al(＋,2)，同时还有________离子被氧化。写出VO＋转化为VOeq \\al(＋,2)反应的离子方程式：__________________________________________。
(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，随滤液②可除去金属离子K＋、Mg2＋、Na＋、________，以及部分的________________________。
(4)“沉淀转溶”中，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是____________________。
(5)“调pH”中有沉淀生成，生成沉淀反应的化学方程式是________________________________________________________________________。
(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是________________________________________________________________________。
解析：流程梳理图
(1)“酸浸氧化”中温度较低时，酸浸和氧化反应速率较慢。为了加快酸浸和氧化反应速率，需要加热。(2)从原料看，“酸浸氧化”中四氧化三铁溶于稀硫酸，发生反应Fe3O4＋4H2SO4===FeSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O，加入的二氧化锰除氧化VO＋和VO2＋外，还氧化Fe2＋。VO＋转化为VOeq \\al(＋,2)反应的离子方程式为VO＋＋MnO2＋2H＋===VOeq \\al(＋,2)＋Mn2＋＋H2O。(3)根据表格中数据知，pH在3.0～3.1时，铁离子接近沉淀完全，少量铁离子随滤液②除去，Al3＋部分沉淀，大量铝离子随滤液②除去，K＋、Mg2＋、Na＋、Mn2＋随滤液②除去。(4)在pH>13的强碱性溶液中，V2O5·xH2O转化为钒酸盐而溶解，Al(OH)3转化为NaAl(OH)4而溶解，Fe(OH)3不溶，故滤渣③的主要成分是Fe(OH)3。(5)pH＝8.5时铝元素沉淀，故“调pH”时生成氢氧化铝沉淀，反应的化学方程式为NaAl(OH)4＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O。(6)“沉钒”时要使NH4VO3尽可能析出完全，利用同离子效应，加入过量NH4Cl可达到此目的。
答案：(1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)
(2)Fe2＋ VO＋＋MnO2＋2H＋===VOeq \\al(＋,2)＋Mn2＋＋H2O
(3)Mn2＋ Al3＋和Fe3＋
(4)Fe(OH)3
(5)NaAl(OH)4＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O
(6)利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全
2．(2020·临沂一模)工业上利用软锰矿浆进行烟气脱硫并制备MnSO4和Mg(OH)2的工艺流程如图所示(已知软锰矿的主要成分是MnO2，还含有Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)
已知：Ksp[Mg(OH)2]＝4.9×10－12，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5。
(1)“脱硫浸锰”中软锰矿浆吸收SO2的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(2)向浸出液中添加适量MnO2的作用是____________________________________；
滤渣2的主要成分是________________________________________________。
(3)“沉锰”的离子方程式为______________________________________________。
(4)“沉锰”过程中pH和温度对Mn2＋和Mg2＋沉淀率的影响如图所示。
①由图可知，“沉锰”的合适条件是_______________________________________。
②当温度高于45 ℃时，Mn2＋和Mg2＋沉淀率变化的原因是___________________。
(5)将NH3通入0.015 ml·L－1 MgSO4溶液中，使Mg2＋恰好完全沉淀即溶液中c(Mg2＋)＝1.0×10－5 ml·L－1，此时溶液中NH3·H2O的物质的量浓度为______________(忽略反应前后溶液体积的变化，计算结果保留2位小数)。
解析：软锰矿的主要成分是MnO2，还含有Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素，应均以金属氧化物的形式存在，SiO2、MnO2与硫酸不反应，硫酸酸化的软锰矿浆中含有Fe2＋、Al3＋、Mg2＋、Zn2＋、Ni2＋和SiO2、MnO2，通入含有SO2的烟气将二氧化硫吸收，二氧化硫与软锰矿浆中的MnO2作用生成Mn2＋和SOeq \\al(2－,4)，过滤后形成含有Mn2＋、Fe2＋、Al3＋、Mg2＋、Zn2＋、Ni2＋、SOeq \\al(2－,4)等的浸出液，二氧化硅不反应经过滤成为滤渣1，向浸出液中加入MnO2，将浸出液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，加入氨水，调节pH值，使Fe3＋、Al3＋形成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀除去，再向浸出液中加入硫化铵把Zn2＋、Ni2＋转化为NiS和ZnS沉淀除去，过滤后得到的滤渣2为NiS和ZnS，向过滤后的滤液中加入氨水和碳酸氢铵，得到碳酸锰和含有Mg2＋的溶液，向碳酸锰中加入硫酸得到硫酸锰，向含有Mg2＋的溶液通入氨气，得到氢氧化镁。
(4)①由图可知，“沉锰”的合适条件是：温度控制在45 ℃左右，pH＝7.5左右锰离子的沉淀率最高；②当温度高于45 ℃时，Mn2＋和Mg2＋沉淀率变化的原因是：沉锰是要加入碳酸氢铵，铵盐受热易分解，当温度高于45 ℃时，随着温度升高，NH4HCO3分解，c(COeq \\al(2－,3))下降，所以Mn2＋沉淀率下降；同时随着温度升高，Mg2＋水解生成Mg(OH)2程度增大，所以Mg2＋沉淀率增大。
(5)Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)×c2(OH－)＝4.9×10－12，c2(OH－)＝eq \f(Ksp[MgOH2],cMg2＋)＝eq \f(4.9×10－12,1.0×10－5)＝4.9×10－7，c(OH－)＝7×10－4 ml·L－1，NH3通入0.015 ml·L－1 MgSO4溶液中，Mg2＋恰好完全沉淀时生成硫酸铵，c(NHeq \\al(＋,4))＝2c(SOeq \\al(2－,4))＝2×0.015 ml·L－1＝0.03 ml·L－1，一水合氨是弱电解质，电离方程式为NH3·H2ONHeq \\al(＋,4)＋OH－，Kb(NH3·H2O)＝eq \f(cOH－·cNH\\al(＋,4),cNH3·H2O)＝eq \f(7×10－4×0.03,cNH3·H2O)＝1.8×10－5，则NH3·H2O的物质的量浓度为＝eq \f(7×10－4×0.03,1.8×10－5)≈1.17 ml·L－1。
答案：(1)MnO2＋SO2===MnSO4
(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋ NiS和ZnS
(3)Mn2＋＋HCOeq \\al(－,3)＋NH3·H2O===MnCO3↓＋NHeq \\al(＋,4)＋H2O
(4)①45 ℃、pH＝7.5 ②当温度高于45 ℃时，随着温度升高，NH4HCO3分解，c(COeq \\al(2－,3))下降，所以Mn2＋沉淀率下降；同时随着温度升高，Mg2＋水解生成Mg(OH)2程度增大，所以Mg2＋沉淀率增大
(5)1.17 ml·L－1
3．镍废料中主要含有Ni，还含有少量的Cu、Fe等。现从中制取Ni2O3，其可用于制造人造卫星、宇宙飞船的高能电源，也可用于制造镉镍碱性电池。以镍废料为原料制备Ni2O3的工艺流程如图所示：
已知常温下0.010 ml·L－1的金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如表所示：
回答下列问题：
(1)“酸浸”时参与反应的H2SO4与HNO3的物质的量之比保持为3∶2，此时镍单质被氧化为NiSO4，发生反应的化学方程式为________________________________________。
(2)加入碳酸钙调pH的目的是___________________________________________，
“沉渣2”的主要成分是__________(填化学式)，必须先过滤“沉渣1”后再进行“除Cu”的原因是________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)用离子方程式解释加入NH4F“除Ca”的过程：_________________________
________________________________________________________________________。
(4)“操作B”是____________，煅烧时产生的两种气体是____________________。
(5)向NiO中加入盐酸，待NiO完全溶解后，需要加入NaOH溶液和NaClO溶液，加入NaOH溶液和NaClO溶液发生反应的离子方程式为___________________________。
(6)根据题中表格数据，计算当0.010 ml·L－1 NiSO4溶液中Ni2＋完全沉淀时，c(Ni2＋)＝______________ ml·L－1。
解析：(1)根据“酸浸”时参与反应的H2SO4与HNO3的物质的量之比保持为3∶2，结合工艺流程图知Ni单质被氧化为NiSO4，则HNO3被还原成NO，化学方程式为3Ni＋3H2SO4＋2HNO3eq \(=====,\s\up7(70～80 ℃),\s\d5( ))3NiSO4＋2NO↑＋4H2O。(2)加入碳酸钙，CaCO3与H＋反应，会使溶液pH增大，使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3而除去；“沉渣2”是“除Cu”过程中得到的滤渣，因Cu2＋＋H2S===CuS↓＋2H＋，故“沉渣2”的主要成分是CuS；必须先过滤“沉渣1”后再进行“除Cu”的原因是“除Cu”时溶液pH会降低，可能会溶解部分Fe(OH)3沉淀。(3)CaF2难溶于水，“除Ca”过程中发生反应的离子方程式为Ca2＋＋2F－===CaF2↓。(4)NiO是煅烧NiC2O4得到的，所以操作B之后得到的是NiC2O4沉淀，而沉镍过程后需要经过过滤、洗涤才能得到NiC2O4；根据NiC2O4中C是＋3价，可知煅烧时产生的两种气体是CO、CO2。(5)向NiO中加入盐酸，待NiO完全溶解后，需加入NaOH溶液和NaClO溶液，加入NaOH溶液和NaClO溶液发生反应的离子方程式为2Ni2＋＋4OH－＋ClO－===Ni2O3↓＋Cl－＋2H2O。(6)Ni2＋开始沉淀时的pH为7.4，则Ksp[Ni(OH)2]＝c(Ni2＋)·c2(OH－)＝0.010×(107.4－14)2＝10－15.2。Ni2＋完全沉淀时的pH为9，此时c(Ni2＋)＝eq \f(Ksp[NiOH2],c2OH－)＝eq \f(10－15.2,109－142) ml·L－1＝10－5.2 ml·L－1。
答案：(1)3Ni＋3H2SO4＋2HNO3eq \(=====,\s\up7(70～80 ℃),\s\d5( ))3NiSO4＋2NO↑＋4H2O
(2)增大溶液pH，使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3而除去 CuS “除Cu”时溶液pH会降低，可能会溶解部分Fe(OH)3沉淀
(3)Ca2＋＋2F－===CaF2↓
(4)过滤、洗涤 CO、CO2
(5)2Ni2＋＋4OH－＋ClO－===Ni2O3↓＋Cl－＋2H2O
(6)10－5.2
4．(2020·惠州一模)氟碳铈矿(主要成分为CeFCO3)是提取稀土化合物、冶炼铈的重要矿物原料，以氟碳铈矿为原料提取铈的工艺流程如图所示。回答下列问题：
(1)CeFCO3中Ce的化合价为____________。
(2)氧化焙烧时不能使用陶瓷容器，原因是___________________________________
________________________________________________________________________。
(3)氧化焙烧后的产物之一为CeO2，则酸浸时发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(4)HT是一种难溶于水的有机溶剂，则操作Ⅰ的名称为__________。
(5)为了提高酸浸率，可以适当提高反应温度，但温度偏高浸出率反而会减小，其原因是________________________________________________________________________。
(6)有机物HT能将Ce3＋从水溶液中提取出来，该过程可表示为Ce3＋(水层)＋3HT(有机层)CeT3(有机层)＋3H＋(水层)。向CeT3(有机层)中加入稀硫酸能获得较纯的含Ce3＋水溶液，从平衡角度解释其原因：_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(7)已知，298 K时，Ksp[Ce(OH)3]＝5×10－20，若溶液中c(Ce3＋)＝0.05 ml·L－1，加碱调节pH到________时Ce3＋开始沉淀(忽略加碱过程中溶液体积变化)。
(8)写出向Ce(OH)3悬浊液中通入氧气得到产品Ce(OH)4的化学方程式：________________________________________________________________________。
解析：(1)CeFCO3中F为－1价、C为＋4价、O为－2价，根据各元素化合价代数和为0可知Ce为＋3价。(2)氧化焙烧时不能使用陶瓷容器，原因是陶瓷中的SiO2会与生成的HF反应。(3)由题图知，酸浸时生成O2，则CeO2在酸性条件下被H2O2还原，发生反应的离子方程式为2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋O2↑＋4H2O。(4)加入萃取剂后经操作Ⅰ可分离出有机层和硫酸铈稀溶液，则操作Ⅰ为分液。(5)酸浸温度过高时，双氧水会发生分解，从而造成浸出率减小。(6)由Ce3＋(水层)＋3HT(有机层)CeT3(有机层)＋3H＋(水层)，可知向有机层中加入稀硫酸，c(H＋)增大，平衡向形成Ce3＋水溶液方向移动，从而获得较纯的含Ce3＋水溶液。
(7)298 K时，Ksp[Ce(OH)3]＝5×10－20 ，c(Ce3＋)＝0.05 ml·L－1，则Ce3＋开始沉淀时c3(OH－)＝eq \f(Ksp[CeOH3],cCe3＋)＝10－18(ml·L－1)3，c(OH－)＝10－6 ml·L－1，故pH＝8。(8)向Ce(OH)3悬浊液中通入O2得到产品Ce(OH)4的化学方程式为4Ce(OH)3＋O2＋2H2O===4Ce(OH)4。
答案：(1)＋3 (2)陶瓷会与生成的HF反应
(3)2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋O2↑＋4H2O
(4)分液
(5)温度升高，双氧水发生分解
(6)向有机层中加入稀硫酸，c(H＋)增大，平衡向形成Ce3＋水溶液方向移动
(7)8
(8)4Ce(OH)3＋O2＋2H2O===4Ce(OH)4
5．硒是典型的半导体材料，在光照射下导电性可提高近千倍。下图是从某工厂的硒化银半导体废料(含Ag2Se、Cu单质)中提取硒、银的工艺流程图：
回答下列问题：
(1)为提高反应①的浸出速率，可采用的措施为_______________________________
________________________________________________________________________(答出两条)。
(2)已知反应③生成一种可参与大气循环的气体单质，写出该反应的离子方程式________________________________________________________________________。
(3)反应②为Ag2SO4(s)＋2Cl－(aq)===2AgCl(s)＋SOeq \\al(2－,4)(aq)；常温下的Ag2SO4 AgCl的饱和溶液中阳离子和阴离子浓度关系如图1所示。则Ag2SO4(s)＋2Cl－(aq)===2AgCl(s)＋SOeq \\al(2－,4)(aq)的化学平衡常数的数量级为______________。
(4)写出反应④的化学方程式：___________________________________________。
(5)室温下，H2SeO3水溶液中H2SeO3、HSeOeq \\al(－,3)、SeOeq \\al(2－,3)的摩尔分数随pH的变化如图2所示，则室温下H2SeO3的Ka2＝________________。
(6)工业上粗银电解精炼时，电解液的pH为1.5～2，电流强度为5～10 A，若电解液pH太小，电解精炼过程中在阴极除了银离子放电，还会发生__________(写电极反应式)，若用10 A的电流电解60 min后，得到32.4 g Ag，则该电解池的电解效率为________ %。(保留小数点后一位。通过一定电量时阴极上实际沉积的金属质量与通过相同电量时理论上应沉积的金属质量之比叫电解效率。法拉第常数为96 500 C·ml－1)
解析：(1)为提高反应①的浸出速率，可采用加热、增大硫酸的浓度、粉碎固体废料、搅拌等措施。(2)反应③生成一种可参与大气循环的气体单质，应生成氮气，反应的离子方程式为4AgCl＋N2H4·H2O＋4OH－===4Ag＋4Cl－＋N2↑＋5H2O(或4AgCl＋N2H4＋4OH－===4Ag＋4Cl－＋N2↑＋4H2O)。
(3)由图可知Ksp(Ag2SO4)＝10－5，Ksp(AgCl)＝10－9.75，Ag2SO4(s)＋2Cl－(aq)===2AgCl(s)＋SOeq \\al(2－,4)(aq)的化学平衡常数K＝eq \f(cSO\\al(2－,4),c2Cl－)＝eq \f(KspAg2SO4,[KspAgCl]2)＝eq \f(10－5,10－9.752)＝1014.5，则化学平衡常数的数量级为1014。
(4)反应④的化学方程式为H2SeO3＋2SO2＋H2O===2H2SO4＋Se或H2SeO3＋2H2SO3===2H2SO4＋Se＋H2O。
(5)由图可知H2SeO3的Ka2＝eq \f(cH＋·cSeO\\al(2－,3),cHSO\\al(－,3))＝10－7.3或5.0×10－8。
(6)若电解液pH太小，则氢离子浓度较大，电解精炼过程中在阴极除了银离子放电，还会发生2H＋＋2e－===H2↑，用10 A的电流电解60 min，则电子的物质的量为eq \f(10×60×60,96 500) ml≈0.373 ml，理论可得到0.373 ml Ag，而得到32.4 g Ag，物质的量为eq \f(32.4 g,108 g·ml－1)＝0.3 ml，则该电解池的电解效率为eq \f(0.3 ml,0.373 ml)×100%≈80.4%。
答案：(1)加热、增大硫酸的浓度、粉碎固体废料、搅拌等
(2)4AgCl＋N2H4·H2O＋4OH－===4Ag＋4Cl－＋N2↑＋5H2O(或4AgCl＋N2H4＋4OH－===4Ag＋4Cl－＋N2↑＋4H2O)
(3)1014
(4)H2SeO3＋2SO2＋H2O===2H2SO4＋Se或H2SeO3＋2H2SO3===2H2SO4＋Se＋H2O
(5)10－7.3或5.0×10－8
(6)2H＋＋2e－===H2↑ 80.4
6．(2020·山东名校联考)近年来，随着锂离子电池的广泛应用，废锂离子电池的回收处理至关重要。下面是利用废锂离子电池正极材料(有Al、LiCO2、Ni、Mn、Fe等)回收钴、镍、锂的流程图。
已知：P204[二(2乙基己基)磷酸酯]常用于萃取锰，P507(2乙基己基磷酸2乙基己酯)和Cyanex272[二(2,4，4)三甲基戊基次磷酸]常用于萃取钴和镍。
回答下列问题：
(1)在硫酸存在的条件下，正极材料粉末中LiCO2与H2O2反应能生成使带火星木条复燃的气体，请写出反应的化学方程式：_______________________________________。
(2)已知P507萃取金属离子的原理为nHR(Org)＋Mn＋(aq)MRn(Org)＋nH＋(aq)，且随着萃取过程中pH降低，萃取效率下降。萃取前先用NaOH对萃取剂进行皂化处理，皂化萃取剂萃取金属离子的反应为nNaR(Org)＋Mn＋(aq)MRn(Org)＋nNa＋(aq)。对萃取剂进行皂化处理的原因为________________________________________________。
(3)控制水相pH＝5.2，温度25 ℃，分别用P507、Cyanex272作萃取剂，萃取剂浓度对萃取分离钴、镍的影响实验结果如图所示。
由图可知，钴、镍的萃取率随萃取剂浓度增大而________(填“增大”或“减小”)；两种萃取剂中____________(填“P507”或“Cyanex272”)的分离效果比较好，若选P507为萃取剂，则最适宜的萃取剂浓度大约为____ ml·L－1；若选Cyanex272为萃取剂，则最适宜的萃取剂浓度大约为____________ ml·L－1。
(4)室温下，用NaOH溶液调节钴萃余液的pH＝12，搅拌一段时间后，静置，离心分离得到淡绿色氢氧化镍固体，镍沉淀率可达99.62%。已知Ksp[Ni(OH)2]＝5.25×10－16，则沉镍母液中Ni2＋的浓度为2.1×10－11 ml·L－1时，pH＝________(lg 5＝0.7)。
解析：(1)LiCO2与硫酸和H2O2反应生成能使带火星木条复燃的气体，说明LiCO2在硫酸作用下把H2O2氧化成O2，＋3价C降低为＋2价的C2＋，方程式为2LiCO2＋3H2SO4＋H2O2===Li2SO4＋O2↑＋2CSO4＋4H2O。
(2)nHR(Org)＋Mn＋(aq)MRn(Org)＋nH＋(aq)，会使溶液酸性增强，萃取效率下降，故用NaOH进行皂化处理后离子反应变为nNaR(Org)＋Mn＋(aq)MRn(Org)＋nNa＋(aq)，反应前后pH基本不变，根据题意可知，萃取效率不会降低。故萃取前先用NaOH对萃取剂进行皂化处理的目的是维持萃取过程中pH恒定。
(3)由图可知，钴、镍的萃取率随萃取剂浓度增大而呈增大趋势，萃取时“Cyanex272”比“P507”对钴、镍萃取率的差值大，Cyanex272分离效果好。选P507为萃取剂，浓度在0.25 ml·L－1以后变化不大，所以0.25 ml·L－1最好；选Cyanex272萃取剂，浓度在0.40 ml·L－1以后变化不大，所以0.4 ml·L－1最好。
(4)Ksp[Ni(OH)2]＝c(Ni2＋)·c2(OH－)＝5.25×10－16，c2(OH－)＝eq \f(5.25×10－16,2.1×10－11)＝2.5×10－5，c(OH－)＝5×10－3，pOH＝3－lg 5＝2.3，pH＝14－pOH＝14－2.3＝11.7。
答案：(1)2LiCO2＋3H2SO4＋H2O2===Li2SO4＋O2↑＋2CSO4＋4H2O
(2)维持萃取过程中pH恒定
(3)增大 Cyanex272 0.25 0.4
(4)11.7
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Al3＋
Mn2＋
开始沉淀pH
1.9
7.0
3.0
8.1
完全沉淀pH
3.2
9.0
4.7
10.1
Fe3＋
Cu2＋
Ni2＋
开始沉淀pH
3.0
5.0
7.4
完全沉淀pH
4.0
6.5
9.0