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1、热点强化练4无机工艺流程中的热点金属1.镧系金属铈(Ce)主要有+3、+4两种价态,地壳中常以氟碳铈矿(CeFCO3)存在。工业上利用氟碳铈矿提取CeCl3的一种工艺流程如图所示。下列有关说法错误的是(C)A.加热CeCl36H2O制备无水CeCl3时,HCl的作用是抑制CeCl3的水解B.在空气中焙烧氟碳铈矿时,发生的主要反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为14C.参与酸浸反应的CeO2和CeF4的物质的量之比为13时,则需要H3BO3和HCl的物质的量之比也为13D.向Ce(BF4)3中加入KCl溶液的目的是将Ce(BF4)3转化为CeCl3,提高产率解析:由CeCl36H2O制备无水Ce
2、Cl3可类比MgCl26H2O制备无水MgCl2,使用HCl可抑制CeCl3的水解,A项正确;氧气是氧化剂,CeFCO3是还原剂,Ce由+3价升高到+4价,根据得失电子守恒,主要反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为14,B项正确;酸浸时Ce的化合价变化,发生的反应为CeO2+3CeF4+13HCl+3H3BO33CeCl3+Ce(BF4)3+2Cl2+11H2O,H3BO3和HCl的物质的量之比为313,C项错误;通过题图信息分析可知,此处发生复分解反应生成更难溶的KBF4,使难溶的Ce(BF4)3转化为可溶的CeCl3,提高了产率,D项正确。2.(2021江淮十校二检)铍是原子能、火箭、导弹
3、、航空以及冶金工业中不可缺少的宝贵材料。如图是以一种已经预处理后的含铍矿绿柱石(主要含有BeO、Al2O3、SiO2、Fe2O3和FeO等)为原料制取单质铍的工艺流程:已知:常温下,Be(OH)2在pH10时会溶解。下列相关说法不正确的是(B)A.“除铁”过程应先加适量H2O2,再加适量氨水调节pHB.“沉铍”过程中,氨水也可改用过量的NaOH溶液C.“分解”过程发生的化学反应为(NH4)2BeF42NH4F+BeF2D.用镁热还原法制取铍需要真空环境是为了防止Be和Mg被氧化解析:“除铁”过程要求先氧化Fe2+,再调节溶液pH,使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀且不引入新的杂质,A项正确
4、;Be与Al元素性质相似,Be(OH)2能溶于NaOH溶液,“沉铍”过程中,若加入过量的NaOH溶液,Be(OH)2会溶于NaOH生成Na2BeO2,B项不正确;由流程信息可知“分解”过程发生的化学反应为(NH4)2BeF42NH4F+BeF2,C项正确;Be和Mg易在空气中被氧气氧化,则采用镁热还原法制取铍需要真空环境,防止Be和Mg被氧化,D项正确。3.(2021福建厦门适应性考试)用TiOSO4溶液生产纳米TiO2的工艺流程如图:下列说法错误的是(C)A.在实验室中进行“操作”,需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、 漏斗B.“沉钛”时反应的离子方程式为TiO2+2NH3H2OTiO(OH)2+
5、2NH4+C.回收“滤液”中的(NH4)2SO4,应采用蒸发结晶法D.纳米TiO2形成分散系时,具有丁达尔效应解析:“操作”为过滤,需要的玻璃仪器为烧杯、玻璃棒和漏斗,故A正确;“沉钛”时反应的离子方程式为TiO2+2NH3H2OTiO(OH)2+2NH4+,故B正确;硫酸铵的溶解度随温度的变化大,应用蒸发浓缩、冷却结晶的方法,故C错误;纳米TiO2形成分散系时,形成胶体,胶体具有丁达尔效应,故D正确。4.某工厂用软锰矿(主要为MnO2,含杂质Al2O3)和闪锌矿(主要为ZnS,含杂质FeS)共同生产干电池的原料Zn和MnO2,同时获得一些副产品,工艺流程如图:已知:硫酸浸取液的主要成分为Zn
6、SO4、MnSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3(1)“浸取”时发生的反应中,还原产物为 (填化学式)。(2)“净化除杂”时,加入的物质X可能为(填字母)。A.MnCO3B.Zn2(OH)2CO3C.NaOHD.KOH(3)“电解”时,发生反应的化学方程式为 。(4)从Na2SO4溶液中得到芒硝晶体(Na2SO410H2O),需要进行的实验操作有、过滤、洗涤、干燥等。(5)Zn和MnO2的传统生产工艺主要经历矿石焙烧、硫酸浸出、电解等过程,与传统工艺相比,该工艺流程的优点为 。解析:(1)“浸取”时发生反应,生成ZnSO4、MnSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3,锰元素化
7、合价从+4价变为+2价,被还原,得到还原产物为MnSO4。(2)“净化除杂”时,加入的物质X是调节溶液pH,沉淀铁离子和铝离子,但不能引入新的杂质;MnCO3可以调节溶液pH且不引入新的杂质,故A符合;Zn2(OH)2CO3可以调节溶液pH且不引入新的杂质,故B符合;NaOH可以调节溶液pH但引入钠离子,故C不符合;KOH可以调节溶液pH但引入钾离子,故D不符合。(3)“电解”时,生成锌和二氧化锰,说明是电解的硫酸锰和硫酸锌溶液,反应的化学方程式为MnSO4+ZnSO4+2H2OMnO2+Zn+2H2SO4。(4)溶液中得到溶质固体操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。(5)传统工艺需要
8、在高温下进行,因此需要消耗大量的能量,同时有SO2生成会污染环境;而现在新工艺过程中,消耗的能量较小,而且不产生有毒的二氧化硫气体,有利于环保,废液循环利用,原料利用率 高等。答案:(1)MnSO4(2)AB(3)MnSO4+ZnSO4+2H2OMnO2+Zn+2H2SO4(4)蒸发浓缩冷却结晶无二氧化硫污染性气体生成,废液可以循环利用,原料利用率高等5.铬是不锈钢中一种重要的元素,铬的毒性与其存在的价态有关,低价铬对人体基本无害,六价铬比三价铬毒性高100倍,并易被人体吸收且在体内蓄积,有关含铬化合物的相互转化关系如图甲。回答下列问题。(1)从图甲中信息判断,Cr(OH)3是(填“酸性”“碱
9、性”或“两性”)氢氧化物,相关反应的离子方程式为 。(2)图甲中所示转化过程中需要加入氧化剂的是(填表示转化过程的小写字母)。(3)在水溶液中橙色的Cr2O72-与黄色的CrO42-有下列平衡关系:Cr2O72-+ H2O2CrO42-+2H+。向K2Cr2O7稀溶液中加入NaOH溶液后,溶液颜色的变化是。(4)CrO3具有强氧化性,热稳定性较差,加热时逐步分解,其固体残留率(剩余固体的质量原始固体的质量100%)随温度的变化如图乙所示。三氧化铬在稀硫酸环境中氧化乙醇,CrO3变为绿色的Cr2(SO4)3,乙醇被完全氧化为CO2,则其化学方程式是。图乙中B点所示固体的化学式是。解析:(1)由图
10、转化关系可知Cr(OH)3可与酸反应生成Cr3+,离子方程式为Cr(OH)3+3H+Cr3+3H2O,与碱反应生成CrO2-,离子方程式为Cr(OH)3+OH-CrO2-+2H2O,故Cr(OH)3是两性氢氧化物。(2)Cr3+转化为CrO42-,CrO2-转化为CrO42-,Cr元素化合价升高,需加入氧化剂。(3)向K2Cr2O7稀溶液中加入NaOH溶液,平衡正向移动,颜色由橙色变为黄色。(4)酸性条件下,CrO3和C2H5OH发生氧化还原反应生成Cr2(SO4)3和CO2,化学方程式为4CrO3+C2H5OH+6H2SO42Cr2(SO4)3+2CO2+9H2O。设CrO3的质量为100
11、g,则CrO3中铬元素的质量为100 g5252+163=52 g,B点时固体的质量为100 g76%=76 g,Cr的质量没有变,所以生成物中Cr元素的质量为52 g,氧元素的质量为76 g-52 g=24 g,Cr、O原子个数比为52522416=23,所以B点时剩余固体的成分是Cr2O3。答案:(1)两性Cr(OH)3+3H+Cr3+3H2O、Cr(OH)3+OH-CrO2-+2H2O(2)dg(3)由橙色变为黄色(4)4CrO3+C2H5OH+6H2SO42Cr2(SO4)3+2CO2+9H2OCr2O36.已知草酸镍晶体(NiC2O42H2O)难溶于水,工业上从废镍催化剂(主要成分为
12、Ni,含有一定量的Al2O3、FeO、SiO2、CaO等)制备草酸镍晶体的流程如图所示:已知:相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH见表中数据:金属离子Fe3+Fe2+Al3+Ni2+开始沉淀的pH1.15.83.06.8完全沉淀的pH3.28.85.09.5Ksp(CaF2)=1.4610-10;当某物质浓度小于1.010-5 molL-1时,视为完全沉淀。请回答下列问题。(1)请写出一种能提高“酸浸”速率的措施:。(2)试剂a是一种绿色氧化剂,写出“氧化”时反应的离子方程式: 。(3)“调pH”时pH的调控范围为,试用化学反应原理的相关知识解释滤渣的生成: 。(4)写出“沉镍”时发生反应的离子
13、方程式:,证明Ni2+已经沉淀完全的实验步骤及现象是,当Ca2+沉淀完全时,溶液中c(F-) molL-1(写出计算式即可)。(5)操作a的内容是。解析:(1)把废镍催化剂粉碎或适当加热、适当增大酸的浓度、提高搅拌速率等都可以提高酸浸速率。(2)试剂a是过氧化氢,反应的离子方程式为2Fe2+2H+H2O22Fe3+2H2O。(3)因为铁、铝是以氢氧化铁和氢氧化铝的形式沉淀下来的,并且不能使镍离子形成沉淀,故pH范围为5.0pH1.4610-101.010-5 molL-1。(5)从溶液中分离出晶体需要进行过滤、洗涤、干燥。答案:(1)把废镍催化剂粉碎(或适当加热、适当增大酸的浓度、提高搅拌速率
14、等)(2)2Fe2+2H+H2O22Fe3+2H2O(3)5.0pH6.8加入Ni(OH)2消耗溶液中的H+,促使铁离子、铝离子的水解平衡右移,使铁离子、铝离子转化为相应的沉淀(4)Ni2+C2O42-+2H2ONiC2O42H2O取适量上层清液于试管中,继续滴加(NH4)2C2O4溶液,无沉淀生成1.4610-101.010-5(5)过滤、洗涤、干燥7.一种废旧钴酸锂电池正极材料(含LiCoO2、Cu、炭黑和Al)中有价金属的回收工艺如图:已知:常温下,H2C2O4的电离常数Ka1=5.410-2,Ka2=5.410-5;溶度积常数Ksp(CoC2O4)=6.310-8,KspCo(OH)2
15、=6.310-15回答下列问题。(1)往滤液1中通入过量气体可沉淀含铝的物质。(2)写出“酸浸”中发生反应的离子方程式: ,“滤渣”中含有的成分是。(3)“滤液2”中含有的金属离子是。(4)“萃取”Cu2+的原理为RH2+Cu2+RCu+2H+,加入物质X可将Cu2+从萃取剂中解脱,推测X为(填“酸”或“碱”)。pH为2.0,萃取剂浓度对Cu2+和Co2+萃取率的影响如图,为了提取高纯度的Co2+,萃取剂选择合适的浓度是。(5)“沉钴”时pH控制在4.55.0之间CoC2O4的产率较高,pH过大或者过小都导致产率下降,试分析原因。pH为7.0时,溶液中c(C2O42-)不小于 mol/L才不容
16、易产生Co(OH)2沉淀。(6)CoC2O4在空气中充分加热得到Co3O4的化学方程式为 。解析:(1)铝溶于氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠和氢气,滤液1中含有偏铝酸钠,偏铝酸钠溶液和二氧化碳气体反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠,所以往滤液1中通入过量气体CO2可沉淀含铝的物质。(2)“酸浸”时LiCoO2与硫酸、过氧化氢反应生成硫酸锂、硫酸钴、氧气,反应的离子方程式是2LiCoO2+H2O2+6H+2Li+2Co2+O2+4H2O,Cu与硫酸、过氧化氢反应生成硫酸铜、水,反应的离子方程式是Cu+H2O2+2H+Cu2+2H2O,炭黑不反应,“滤渣”中含有的成分是炭黑。(3)水相中含有硫酸钴、硫酸锂,
17、加入草酸铵生成草酸钴沉淀,所以“滤液2”中含有的金属离子是Li+。(4)增大氢离子浓度,可使RH2+Cu2+RCu+2H+平衡逆向移动,所以加入酸可将Cu2+从萃取剂中解脱。根据图示,萃取剂浓度为30%时Co2+的萃取率最高,为了提取高纯度的Co2+,萃取剂选择合适的浓度是30%。(5)“沉钴”时pH控制在4.55.0之间CoC2O4的产率较高,pH过大,易生成Co(OH)2沉淀,pH过小,溶液中C2O42-浓度减小,都导致CoC2O4产率下降;pH为7.0时,要不容易产生Co(OH)2沉淀,c(Co2+)6.310-15(110-7)2 mol/L=0.63 mol/L,溶液中c(C2O42
18、-)6.310-80.63 mol/L=110-7 mol/L。(6)CoC2O4在空气中充分加热得到Co3O4和二氧化碳,反应的化学方程式为3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2。答案:(1)CO2(2)2LiCoO2+H2O2+6H+2Li+2Co2+O2+4H2O、Cu+H2O2+2H+Cu2+2H2O炭黑(3)Li+(4)酸30%(5)pH过大,易生成Co(OH)2沉淀,pH过小,溶液中C2O42-浓度减小,都导致CoC2O4产率下降110-7(6)3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO28.(2021山东淄博三模)利用某冶金行业产生的钒炉渣(主要含V2O3及少量SiO2、P2O
19、5等杂质)可以制备氧钒碱式碳酸铵晶体(NH4)5(VO)6(CO3)4(OH)910H2O,其生产流程如图:已知:V2O5微溶于水,可溶于碱生成VO43-。向Na3VO4溶液中加酸,不同pH对应的主要存在形式如下表:pH1310.612约8.438约21存在形式VO43-V2O74-V3O93-V10O286-V2O5VO2+回答下列问题。(1)“焙烧”后V元素转化为NaVO3,该反应的化学方程式为 。(2)欲除去磷元素使c(PO43-)1.010-6 molL-1,则应控制溶液中Mg2+浓度至少为 molL-1(已知KspMg3(PO4)2=1.010-24)。此时Si元素转化为(写化学式)
20、。(3)“沉钒”的作用为,“沉钒”需要控制pH约为。(4)“还原”过程中,生成VOSO4和一种常温下无色、无味的气体化合物,该反应的离子方程式为。用浓盐酸与V2O5反应也可以制得VO2+,该方法的缺点是 。解析:(1)“焙烧”后V元素转化为NaVO3,说明V2O3在焙烧过程中被氧化,根据得失电子守恒可知V2O3和O2的化学计量数比为11,再结合元素守恒可得化学方程式为V2O3+O2+Na2CO32NaVO3+CO2。(2)当溶液中c(PO43-)1.010-6 molL-1时,c(Mg2+)3KspMg3(PO4)2c2(PO43-)=3110-24(1.010-6)2molL-1=110-4
21、 molL-1,此时Si元素转化为MgSiO3沉淀。(3)“沉钒”前的溶液中含有大量Na+,“沉钒”可以分离除去Na+,使产品更纯净;根据题目所给信息可知“沉钒”时需要将V元素转化为微溶于水的V2O5,所以控制pH约为2。(4)“还原”过程中还原剂为HCOOH,所以生成的无色、无味的气体化合物应为CO2,根据得失电子守恒和元素守恒可得离子方程式为2VO2+HCOOH+2H+2VO2+CO2+2H2O;浓盐酸中Cl-会被V2O5氧化为有毒气体氯气。答案:(1)V2O3+O2+Na2CO32NaVO3+CO2(2)110-4MgSiO3(3)分离除去Na+,使产品更纯净2(4)2VO2+HCOOH+2H+2VO2+CO2+2H2O生成有毒气体氯气