高考化学一轮复习：专题11 化工流程一金属（含解析）

专题11化工流程（一）（金属）

1.有关“未来金属”钛的信息有：①硬度大②熔点高③常温下耐酸碱、耐腐蚀④铁矿炼钛的一种工业流程

为：

［足量的皿

（1）钛铁矿的主要成分是FeTiON钛酸亚铁），其中钛的化合价为价，反应①化学方程式为。

（2）TiCL在高温下与足量Mg反应生成金属Ti,反应③化学方程式为，属于_（填反应类

型），该反应（填“能”或“不能"）说明Mg的金属活动性强于Ti.

（3）上述冶炼方法得到的金属钛中会混有少量金属单质是（填名称），由前面提供的信息（填

序号）知，除去它的试剂可以是以下试剂中的（填序号）

A：HC1B：NaOHC：NaClD：H2SO,

（4）氯化过程中主要发生的反应为2FeTiO；,+6C+7cl2====2TiCL+2X+6C0,则X的化学式为：。

【答案】+42FeTi（VC奥亚CO2t+2Fe+2TiOz2M*+TiCL号1-2MgeL+Ti置换反应或者氧化还原

反应能镁③ADFeCL

【解析】（1）钛酸亚铁FeTiO3,Fe元素为+2价，0元素为-2价，设Ti元素为x价，可知（+2）+x+（-2）X3=0,

解得x=+4,钛的化合价为+4价，根据流程图可知反应①中，反应物是C和FeTiO”生成物为CO?、Fe和TiO2,

因而①化学方程式为2FeTiQ'+CJ^l_CO,t+2Fe+2TiO2；

（2）TiCL在高温下与足量Mg反应置换出金属Ti,反应③化学方程式为2Mg+TiCL量造2MgeL+Ti,单质

和化合物反应得到另一个单质和化合物，可知该反应属于置换反应，同时该反应镁元素和钛元素化合价变

化，也为氧化还原反应，Mg能从钛盐置换出Ti,说明Mg的金属活泼性强于Ti；

（3）上述冶炼方法得到的金属钛时，可能有部分Mg未反应完，因而混有少量的金属镁，要证实上述猜测，

可根据镁属于活泼金属，易于酸反应，因而可用HC1和H2s0“即选AD；

（4）根据化学反应中元素的种类和原子的个数守恒可知，X中含有Fe元素和C1元素，同时C1有-3个，可

推知X为FeCL。

2.二氧化铀（CeO）是一种重要的稀土氧化物。平板电脑显示屏生产过程中有大量的废玻璃粉末（含SiO”

Fe?03、CeO?以及其他少量可溶于稀酸的物质）产生。某课题组以此粉末为原料回收铺，设计实验流程如下：

‘ao>

(X<)H)4

产4

(1)滤渣A的主要成分是；洗涤滤渣A除去的阳离子主要是(填离子符号)，检验该

离子是否洗净的操作是;

(2)步骤②中反应的离子方程式是；

(3)萃取是分离稀土元素的常用方法。已知化合物TBP作为萃取剂能将铀离子从水溶液中萃取出来，

TBP(填“能”或“不能”)与水互溶。实验室进行萃取操作时用到的主要玻璃仪器有、烧

杯、玻璃棒、量筒等；

(4)步骤④中反应化学方程式为。

【答案】SiO?、CeOzFe计取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液，若不出现红色，则已洗净；反之，未

洗净2Ce02+H202+6H+=2Ce；"+()2t+4HQ不能分液漏斗4Ce(OH);1+02+2H20=4Ce(OH)4

【解析】(1)根据上述分析可知，加入稀盐酸时，Fez。：；与HC1反应产生FeCk和水，SiO?、CeO?不能溶解，

进入滤渣A中，因此滤液A的主要成分是Fe。与IIC1反应产生的Fe『检验Fe”的方法是取最后一次洗涤

液，加入KSCN溶液，若不出现红色，则证明沉淀已洗净；反之，沉淀未洗净：

(2)稀硫酸、H。，CeOz三者反应生成转化为CeMSO，、0?和HQ,反应的离子方程式为：

;l

6H'+H2O2+2CeO2=2Ce'+O2t+4HQ：

(3)化合物TBP作为萃取剂能将钵离子从水溶液中萃取出来，萃取剂与水互不相容，而且Ce："在萃取剂中的

溶解度比在水中的大，所以TBP不能与水互溶；实验室进行萃取操作时用到的主要玻璃仪器有分液漏斗、

烧杯、玻璃棒、量筒等；

(4"6(0m3与02、压0在加热时发生氧化还原反应，Ce(0H)3被氧化为Ce(0H)」，根据原子守恒、电子守恒，

可得反应的化学方程式:4Ce(OH);)+O2+2H2O=4Ce(OH"

3.化学来源于生活又服务于生活，化工生产是指对原料进行化学加工，最终获得有价值的产品的生产过程。

某研究小组利用含硫酸亚铁和硫酸铜的工业废料制备铁红(氧化铁)和硫酸镀晶体。流程如下：

的铁司T,消I

请回答下列问题：

(1)操作［的名称,滤渣的成分为。

(2)简述下列实验操作：

①检验溶液A中金属阳离子的方法为;

②检验固体B是否洗涤干净的方法是。

(3)请写出溶液A中反应的离子方程式______

(4)测定废料中硫酸铜的质量分数：称取ag废料样品，将操作I得到的滤渣用足量的稀硫酸溶解、过滤、

洗涤、干燥，称得固体的质量为bg,则废料中硫酸铜的质量分数为一___(写出表达式。)

(5)某同学提出另一种制备铁红的方法：往工业废水中加入足量的硫酸和双氧水，通过下列操作也可以得

到铁红，请配平下列离子方程式Fe"+H202+H*=Fe”+_H20

【答案】过滤FeCu取少量液体于试管中，滴加少量的酸性高锯酸钾溶液，若高锦酸钾的紫红

色褪去，证明含有Fe"；取最后一次洗涤液少许于试管中，加入氯化钢溶液，若无白色沉淀生成，则已洗

2

涤干净10HQ+8NH3+02+4Fe*=4Fe(OH)3+8NH；(5b/2a)X100%21222

【解析】硫酸亚铁和硫酸铜中加入硫酸和过量的铁粉，铁和硫酸铜反应置换出铜，所以溶液A为硫酸亚铁,

滤渣为铁和铜。溶液A中通入氨气和氧气，硫酸亚铁和氨气和氧气反应生成氢氧化铁和硫酸铁，固体B为

氢氧化铁，氢氧化铁固体加热得到氧化铁。

⑴操作I是分离固体和液体，所以为过滤；滤渣为Fe和Cu；

(2)①溶液A中的阳离子为亚铁离了，可以利用其还原性，使用酸性高铳酸钾溶液进行检验，操作为：取

少量液体于试管中，滴加少量的酸性高镒酸钾溶液，若高锯酸钾的紫红色褪去，证明含有Fe,；

②固体B为氢氧化铁，可能吸附有硫酸根离子，所以检验固体是否洗净，就是检验最后一次的洗涤液是否

含有硫酸根离子，操作方法为：取最后一次洗涤液少许于试管中，加入氯化钢溶液，若无白色沉淀生成，

则已洗涤干净；

(3)硫酸亚铁和氨气和氧气反应生成硫酸核和氢氧化铁沉淀，离子方程式为：1OHX)+8NH,+02+4Fe"=4

Fe(OH)3+8NH；；

(4)操作I得到的滤渣为铁和铜，用足量的硫酸溶解后，得到的固体为铜，则根据硫酸铜和铜的关系分析，

160,

-----------U

铜的质量为bg,则硫酸铜的质量为64g=5b/2g,硫酸铜的质量分数为(5b/2a)X100%；

(5)反应中亚铁离子的化合价从+2价升高到+3价，改变1价，过氧化翱中的氧元素的化合价从-1降低到-2

价，所以二者的比例为2:1,再根据原子守恒和电荷守恒配平，该离子方程式为：2Fe。H2O2+2心2Fe"+2Ha。

4.湿法炼锌厂在除杂过程中会产生大量铁矶渣。某黄钾铁矶渣主要含有KFe6(S03(0H)gZnO•FezOa及少

量CaO、MgO、SiOz等。一种由黄钾铁矶渣制备复合银锌铁氧体(NiZnFeG)的流程如下:

(DFc&

atMH)SO(®NH«FZaSOoNiSO.NH«HCO,

।献*iico：1.高液

回答下列问题

(D滤渣i的主要成分是。

(2)净化除杂阶段加入Fe粉时发生反应的离子方程式为、。已知：25℃时

Ksp(CaF2)=2.7X10-",KS|,(MgF2)=6.4X10'%加入NHF使Ca"、Mg"离子沉淀,若沉淀后溶液中

c(Ca2)=2.7X10'mol,L则c(Mg")=mol,L'»

⑶在Fe”、Ni2\Zn"共沉淀过程中,三种离子的损失浓度与pH的关系曲线如图所示，pH与n(NH,HCOj:

n(Fe"+NF+Zn")的关系曲线如图所示。为提高原料利用率，n(NH.HCOs):n(Fb+Ni'+Zn")最好控制在

—左右；按此比例，若以Me代表Fe、Ni、Zn元素，则生成MeCO3-2Me(0H)2-H20沉淀的化学反

应方程式为.

图I图2

(4)铁氧体工艺阶段制备NiZnFeQs过程中，需加入剂(填“氧化”或“还原”)。按照上述流程,

一座10万吨规模的锌厂每年产生黄钾铁矶渣约5万吨，Fe8含量为27%,理论上每年可制备复合银锌铁氧体

(NiZnFeA,M=476g-moF1)万吨(保留两位有效数字)

32(14

【答案】SiO22Fe'+Fe=3FeFe+2H'=Fe"+H,t6.4X102.0

3MeSO1+6NH1HCO3=MeCO：!•2Me(OH)2•2HQI+3(NH.)2S04+5C0,t氧化4.3

【解析】(1)SiCL不和硫酸反应，因而滤渣I为SiO”

(2)净化除杂阶段加入Fe粉与过量的稀硫酸置换出氢气，与Fe”发生氧化还原反应，因而离子方程式为

2，2

2Fe"+Fe=3Fe",Fe+2IT=Fe"+H2t«K.P(CaF2)=c(Ca)c(F),带入数据，根据溶液中的钙离子浓度

可以求出c(F)=1025mol/L,再根据KM(MgF2)=c(Mg')c2(F),解得c(Mg")=6.4X10%ol/L。

(3)观察图1可知pH=7.2时，三种离子的损失浓度最大，即沉淀达到最大值，因而此时的pH值最合理,

结合图2,当pH等于7.2时，n(NH4HCO3)：n(Fe2'+Ni2'+Zn")等于2.0,说明n(NH4HC03)：n(F『+NF+Zn2+)

最好控制在2.0左右。根据滤液II配料，可知阴离子还有S0：,因而反应物为MeSO,和NHMCO：”Me'和HCO：,

要发生双水解，除了信息给的沉淀，产物还有C0?和(NH》SO”因而化学方程式为

3MeS0，+6NH,HC0FMeC03•2Me(0H)2•2H20I+3(NH.,)2S04+5C021»

(4)流程前期操作得到的是Fe",而铁氧体工艺阶段得到的NiZnFe。铁元素是+3价，说明需要加入氧化

剂。因2Fe"+Fe=3Fe",说明3n(Fe3*)=2n(Fe"),可知3m(Fe")=2m(Fe"),所以流程中共加入铁元素的质

量为5X0.27X3/2=2.025万吨，而NiZnFeQ,铁元素质量分数为56X4/476=47%,因而NiZnFeQ*的质量为

2.025+47%=4.3万吨。

5.七水硫酸锌别名皓矶，常用作媒染剂、收敛剂、木材防腐剂，在医药上用于催吐剂。工业上由氧化锌矿

(主要成分为ZnO,另含Zn成a、FeC03,CuO等)生产ZnSO,•7压0的流程如下：

jMtfltHA试制Mtt®

dI.[I]------1—I

*化.7-»**1-in-*itKJ~~►►“IV-ZnSO^lHjC

MAX**YItMZ

请回答下列问题：

(D氧化锌矿粉碎过筛的目的是；滤渣X的成分是—O

(2)步骤n中发生反应的离子方程式为。

(3)“除铁”加入试剂M调节溶液的pH,试剂M可以为一(填化学式)；已知：Ksp[Fe(0H)3]=2.6X10^,

沉铁过程中要使溶液中c(Fe*)Wl.0X10"mol-L,必须控制溶液的pHe。[lg2.6=0.4]

(4)步骤HI加入锌粉的目的是，滤渣Z的成分是。

(5)取28.70gZnS0.1•7HQ加热至不同温度，剩余固体的质量变化如图所示:

①步骤IV中的烘干操作需在减压条件下进行，其原因是。

②680C时所得固体的化学式为。

a.ZnOb.Zn30(S0t)2c.ZnSO(d.ZnSOj,H20

【答案】增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高原料利用率H2SiO32Fe2++HO+2H"=2Fe3

++2HQZnO或Zn(OII)z等2.8除去溶液中的Cu,Zn降低烘干的温度，防止ZnSO,•7HQ

分解b

【解析】(1)氧化锌矿石粉碎可增大固体与溶液接触面积，加快反应速率；在加HAO1酸溶过程中，ZnSiO3

与&S0,会生成HSO：,,故滤渣X的成分为HfiO”

故答案为：增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高原料利用率；HzSiO"

(2)在步骤H中加入H2O2,会与溶液中的Fe"发生氧化还原反应，对应的离子方程式为：2Fe"+H20z+2旷

：i+

=^=2Fe+2H2O,

故答案为：2Fe2++HO+2H'=^=2Fe"+2H?0；

(3)要中和多余H2SO.1并且不引入新杂质,可以加入ZnO、Zn(OH)z等化合物;溶液中c(Fe")=l.OXUT6

2.6X10-3S

mol•Ld,则广(010=10乂10-5=26乂10却，c(0HJ)=V^26x10-"mol•Lq,故pOH=l1T/31go.26=11.2,

pH=14-pOH=2.8,

故答案为：ZnO或Zn(OH)z等;2.8；

(4)在步骤HI中加入锌粉的目的是将Cu」‘还原成Cu,通过过滤除去；为了将Cu*全部置换出来，加入的锌

粉过量，滤渣Z中包含Cu和Zn,

故答案为：除去溶液中的Cu%Cu、Zn；

(5)①由于ZnSO,­7H20易分解，烘干时要适当降低温度；

28.70g

②〃(ZnSO,­711.0)=2875-mol-1

=0.1mol,加热过程中若得ZnSO,•H20的质量为17.90g(100℃)；若得

ZnSO,的质量为16.10g(250℃)；若得ZnO的质量为8.10g(930℃)；据此通过排除法确定680℃时所得

固体的化学式为Zn2(S0M,故答案为：降低烘干的温度,防止ZnSO,•7H2分解；b.

6.碱式硫酸铁［Fe(OH)SO,］是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂。工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧

化铁等)生产碱式硫酸铁的工艺流程如下：

ilflt段铁属NaHCOjH]SO«NaNOj

65

桶破除一区7］一|授冲1?|—鬻较T反应口

Bl式破蒙铁—|过建|一|薇发］一

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:

沉淀物Fe(0H)3Fe(011)2Al(0ll)3

开始沉淀2.37.53.4

完全沉淀3.29.74.4

回答下列问题：

(1)加入少量NaHC03的目的是调节pH在范围内。

(2)反应H中加入NaNOz的目的是氧化亚铁离子，写出该反应的离子方程式为。

(3)碱式硫酸铁溶于水后生成的Fe(0H)”离子可部分水解生成Fez(0H)/聚合离子，该水解反应的离子方程

式为。

(4)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量标准，产品中不得

含有F/及N0「。为检验所得产品中是否含有Fe。应使用的试剂为一

A.氯水B.KSCN溶液C.NaOH溶液D.酸性KMnO,溶液

(5)为测定含Fe"和Fe”溶液中铁元素的总含量，实验操作如下：准确量取20.00矶溶液于带塞锥形瓶中，

1

加入足量H202,调节pH<2,加热除去过量H202；加入过量KI充分反应后，再用0.1000mol-LNa2s2O3标准

溶液滴定至终点，消耗标准溶液20.00mL。

3222

已知:2Fe*+2I=2Fe*+I22S203+I2=2I+SA

则溶液中铁元素的总含量为g-L'o若滴定前溶液中友。2没有除尽，所测定的铁元素的含量将会

(填“偏高”“偏低”“不变”)

244

【答案】4.4~7.52H'+Fe"+N02=Fe："+NOf+HQ2Fe(OH)+2H20Fe2(OH)V+2HD5.6

偏高

【解析】(1)制备硫酸亚铁，需与硫酸铝分离，应调节溶液pH生成Al(Oil)避免生成Fe(Oil)2沉淀，

则应控制溶液pH在4.4-7.5之间;

(2)NaNO?可氧化亚铁离子为铁离子，本身变为NO,故离子方程式为2H+Fe。NO/=Fe"+NOt+H20；

(3)[Fe(OH)产离子，可部分水解生成[Fez(OH)聚合离子，根据电荷守恒和质量守恒可写出反应的

2，

离子方程式为2[Fe(Oil)/+2HQ=^[Fe2(OH)J+2ir；

(5)检验所得产品中是否含有Fe:可使用酸性KMnO」溶液，现象是酸性高铳酸钾溶液褪色；

(6)根据所给反应可得关系式Fe-SzO/,所以n(Fe")=n(Na2s2。3)=0.1000mol/LX0.020L=0.0020mol,溶液

中铁元素的总含量为0.0020molX56g/mol4-0.020L=5.6g/L；若滴定前溶液中HM没有除尽，则H。也可氧

化I得到L,消耗的NaSO,将偏多，导致所测定的铁元素的含量偏高。

7.以高钛渣(主要成分为TiQs,含少量SiOz、FeO、FeQj为原料制备白色颜料TiOz的一种工艺流程如下：

体MjOHjSO.

4^H过产H藕H核[一

*

已知：NazTiOs难溶于碱性溶液；Hli。,中的杂质Fe?+比Fe计更易水洗除去。

⑴熔盐：

①为加快反应速率，在维持反应物颗粒大小、反应温度一定的条件下，可采取的措施是o

②NaOH固体与TisOs在空气中加热至500〜550c时生成Na2TiO3,该反应的化学方程式为。

⑵过滤:

①“滤液”中主要溶质为NaOH,还含有少量一(填化学式)。

②除杂后的滤液中获得的NaOH可循环利用，则“水浸”时，用水量不宜过大的主要原因是o

(3)水解：“酸溶”后获得的TiOSO,经加热煮沸，生成难溶于水的HzTiO”该反应的化学方程式为—

(4)脱色:H/TiOs中因存在少量Fe(0H)3而影响TiOz产品的颜色，“脱色”步骤中Tiz(S0,)3的作用是

【答案】搅拌12NaOH+2TiQs+O5OO〜550t6>a1iO、+6H，ONa，SiO3用水量过大，导致滤液浓

3

度过低,蒸发浓缩时能耗增加(或蒸发浓缩时间过长)TiOSOd2Hq9出1代I+H2SO,将溶液中的Fe

*还原为Fe3以便除去杂质铁，提高H?TiO,的纯度

【解析】(1)①为加快反应速率，在维持反应物颗粒大小、反应温度一定的条件下，可适当搅拌，因为搅拌

可使反应物混合均匀，增加反应物的接触机会,从而达到加快反应速率的目的，

故答案为：搅拌；

②NaOH固体与Ti。在空气中加热至500〜550"C时生成Na/TiO：”发生氧化还原反应，其化学方程式为：12NaOH

+2TiQ+()500〜550t^NazTW+GHO

(

故答案为：12NaOH+2Ti◎+()500〜550C6\a2Ti0；i+6H20：

(2)①熔盐时加入的氢氧化钠会与少量杂质SiOz反应，其化学方程式为：2Na0H+Si0z=Na2Si0:1+H20,生

成的硅酸钠易溶于水，则“滤液”中含有少量Na-SiOs,

故答案为:Na2Si03；

②“水浸”时，用水量过大，导致滤液浓度过低，蒸发浓缩时能耗增加(或蒸发浓缩时间过长)，

故答案为：用水量过大，导致滤液浓度过低，蒸发浓缩时能耗增加(或蒸发浓缩时间过长)；

(3)“酸溶”后获得的TiOSO,会发生水解，经加热煮沸生成难溶于水的HzTifh其化学方程式为：TiOSO,+

2H,OA_HJiO：（I+H2SO„

故答案为:TiOSO4+2HsO_AH2TiO31+H2SO4；

(4)根据给定信息易知，“脱色”步骤中加入还原性的Ti2(S03,是为了将溶液中的Fe时还原为Fe?+,以

便除去杂质铁，提高IbTiO'的纯度，且不引入新的杂质，

故答案为：将溶液中的Fe"还原为Fe",以便除去杂质铁，提高HliO,的纯度。

8.NiSO,•6H20是一种绿色易溶于水的晶体,广泛用于化学镀银、生产电池等。可由电镀废渣(除含银外,

还含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质)为原料获得。工艺流程如下图:

1©N«OHP*：COj

4―—,港作［

南史性网二_►\污0,・650

请回答下列问题：

(1)用稀硫酸溶解废渣时，为了提高浸取率可采取的措施有(任写一点)。

⑵向滤液中滴入适量的N&S溶液，目的是除去C『、Zn2',写出除去的离子方程式：

(3)在40℃左右，用6%的HA氧化Fe",再在95c时加入NaOH调节pH,除去铁和铭。此外,还常用NaClOs

作氧化剂，在较小的pH条件下水解，最终生成一种浅黄色的黄铁砒钠［NaFeKSOJKOH)图沉淀除去。如图

是温度一pH与生成的沉淀关系图，图中阴影部分是黄铁帆稳定存在的区域［已知25c时，Fe(0H)3的

降=2.64X1()79］。

下列说法正确的是(选填序号)O

a.FeOOH中铁为+2价

b.若在25℃时，用BO?氧化Fe，再在pH=4时除去铁，此时溶液中c(Fe")=2.6X10%1noi•

2t-3，_

c.用氯酸钠在酸性条件下氧化F尸的离子方程式为6Fe+C103+6H=6Fe+Cl+3II20

d.工业生产中常保持在85~95。生成黄铁钿钠，此时水体的pH约为3

(4)上述流程中滤液I的主要成分是。

(5)操作I的实验步骤依次为(实验中可选用的试剂：6mol-L'的H2SO,溶液、蒸偏水、pH试纸)：

①;②;③蒸发浓缩、冷却结晶，过滤得NiSO4•6HQ晶体：④用少量乙醇洗涤

NiSO.1•6H20晶体并晾干。

【答案】加热或搅拌或增大硫酸浓度等Cu2++S2-===CuSIcNiSO,过滤，并用蒸储水洗净

沉淀向沉淀中加6mol•L'的溶液，直至恰好完全

【解析】(D能提高废渣浸出率即提高反应速率，所以升高反应温度，在反应过程中不断搅拌，增大反应

物浓度都可以提高反应速率；

故答案为：加热或搅拌或增大硫酸浓度等；

22

(2)S可以与Cu',Zn"反应生成难溶性的Cu2S和ZnS,从而达到除去C『和Zn"的目的；

故答案为：Cu2++S2-===CuSI；

(3)a.FeOOH中0元素显-2价，H显+1价，所以铁为+3价，故a错误；

3339

b.pH=4时，c(OH)=lX10"mol/L,已知25℃时,Fe(OH)3Ksp=c(Fe*)*c(OH)=2.64X10-,则c(Fe")

=2.64X10mol/L,故b错误；

c.CIO,在酸性条件下具有强氧化性，与Fe‘发生氧化还原反应，反应的离子方程式为

23

6Fe'+C103+6H=6Ee+C1+3H.0,故c正确;

d.由图象可知，生成黄铁研钢所需要的合适温度为85℃〜95℃,pH约为1.2〜1.8,故d错误；

故答案为：c。

（4）从流程图可知，滤液I中加入硫酸后，生成了NiSO”所以滤液I的主要成分是NiSO,；

故答案为：NiSO,；

（5）滤液III主要是NiSO”加入碳酸钠溶液后，得到NiC。,沉淀，应先过滤、蒸镭水洗涤，然后与硫酸反

应生成NiSO,,最后进行蒸发浓缩、冷却结晶；

故答案为：过滤，并用蒸储水洗净沉淀；向沉淀中加6moi的溶液，直至恰好完全溶解。

9.“变废为宝”是化工的重要主题。工业上可用电子工业中刻蚀线路板的酸性废液（主要成分有CuCLFeClz

等）制备碱式碳酸铜CuKOH）2c0/,其制备过程如下图所示：

★m||

查阅资料得知，一定浓度的c/、Fe2\Fe："生成氢氧化物沉淀的pH如下表:

金属离子Cu2,Fe21Fe”

开始沉淀的pH4.26.51.4

沉淀完全的pH6.79.73.7

（1）电子工业中用FeCL,溶液制作铜制印刷电路板，该反应的离子方程式为。

（2）操作I、操作H所用的玻璃仪器除烧杯外还需要o

（3）氯酸钠的作用是；反应A中氧化剂与还原剂物质的

量之比是—一O

（4）调节pH的范围为,可以选择的试剂是（填序号）。

A.氨水B.硫酸铜C.氧化铜D.氢氧化铜

（5）已知滤液U中含有碳酸氢钠，写出生成碱式碳酸铜的离子方程式：。

（6）若废液中CuCL的含量为13.5%,则1吨废液理论上可提炼碱式碳酸铜吨。

【答案】2Fe3'+Cu=2Fe2'+Cu2'漏斗、玻璃棒将Fe?'氧化为Fe”1:63.7~4.2CD

2

2CU'+3C03-+2H20=CU2（OH）2CO31+2HC0J0.Ill

【解析】（1）FeCL,溶液与铜发生反应生成亚铁离子与铜离子：2Fe3'+Cu=2Fe2'+Cu"；

正确答案：2Fe3t+Cu=2Fe2t+Cu2±

(2)操作I、操作H是过滤，过滤装置所需的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；

正确答案：漏斗、玻璃棒

(3)氯酸钠把Fe「‘氧化为Fe",NaClOs被还原为氯化钠，氯元素由正五价降到负一价，Fe"到Fe"升高一价,

根据得失电子数相等，得出关系式NaClO：,〜6Fe。即氧化剂与还原剂物质的量之比为1:6；

正确答案：1:6

(4)调节pH使得铁离子沉淀完全，铁离子沉淀完全pH为3.7,铜离子开始沉淀pH为4.2,故应控制pH

为3.7〜4.2,使铁离子沉淀完全而铜离子不沉淀；氨水会引入杂质离子，硫酸铜不能使溶液川升高，氢氧

化铜和氧化铜能和氢离子反应，能调节pH,且不会引入杂质，可用作调节pH的试剂。

正确答案：3.7~4.2CDo

(5)根据题意铜离子和碳酸根离子反应生成碱式碳酸铜和碳酸氢根离子，离子方程式为

22

2CU+3CO；!+2H2O=CU2(OH)£0,I+2HC0J；

2，2

正确答案：2CU+3C03'+2H20=CU2(Oil)2C031+2HC0；(

(6)设生成的碱式碳酸铜的质量为x,利用铜的守恒，列关系式进行计算

2CUC12-CU2(OH)2cO3

2X135吨222吨

1吨X13.5%x

2221xllx13.5%

x=2x1351=0.111吨。

10.锌镒干电池是很古老的一次性电池，它的生产原料主要有软镒矿和闪锌矿。已知闪锌矿中含ZnS约80%,

FeS、CuS、SiOz共约7%,其余为水分；软锦矿中含MnO,约a%,SiO,约20%,Al,。：,约4%,其余为水分。科研

人员开发了综合利用软镒矿和闪锌矿的同槽酸浸工艺，工艺流程如下图所示。

请回答下列问题：

(1)反应I需不断搅拌，目的是

(2)检验反应I的滤液中含有Fe"的试剂为；写出反应I中由FeS生成Fe"的离子方程式

(3)反应II加入适量锌的作用是；反应HI中MnO?的作用是。

⑷已知ZnCO3、MnC03的KsP分另U为1.4X10T%2.2X10"；要使反应IV之后的溶液中Zn"、Mn"浓度均降到

1.0X106mol/L,则溶液中残留的C(V浓度至少为mol/L»

⑸图是NazSO」和Na2S0,-10H20的溶解度曲线(g/100g水)，则W中得到N&SO」固体的操作是:将分离出MnC03

和ZnC。,后的滤液―f用乙醇洗涤f干燥。用乙醇洗涤而不用水洗的原因是

【答案】加快反应速率，提高原料利用率。KSCN(或苯酚)2FeS+3MnO2+12H*=2Fe"+2S+3Mn"+6H2O

将溶液中的Ct?.还原成Cu将Fe'氧化成Fe"1.4X101蒸发结晶趁热过滤防止NazSO,

固体转化为Na2S0.,«10IL0,并防止Na2soi因溶于水而损耗

【解析】(1)反应I是闪锌矿.、软锯矿在硫酸中的溶解过程，搅拌是为了加快反应速率，提高原料利用率;

本题答案为：加快反应速率，提高原料利用率。

(2)Fe"遇到KSCN溶液变成血红色，Fe"遇到苯酚溶液显紫色，故欲检验I的滤液中含有Fe"的试剂为：

KSCN(或苯酚)；反应I中由FeS和MnOz在酸性溶液中反应生成Fe、HQ、S、反应的的离子方程式为:

1+2+

2FeS+3MnOz+12H=2Fe+2S+3Mn+6H20；

32<

本题答案为：KSCN(或苯酚)、2FeS+3MnO2+12H^=2Fe'+2S+3Mn+6H20,

(3)由图可知，反应H加入适量锌有铜析出，故反应H是将溶液中的Cu"还原为Cu；反应HI中加入MnO”

将Fe‘氧化成Fe",最终生成Fe(OH)：:沉淀；

本题答案为：将溶液中的C-.还原成Cu；将Fe"'氧化成Fet

(4)欲使Zn"、Mn"浓度均降到L0X10'mol/L,根据ZnCOs的降=1.4X10'°,即c(Zn2')c(C03=l.4X10'°,

求得:c(C0s2')=1.4X10H9-r(1.0X106)=1.4X10mol/L,同理可求使MrT沉淀,当Mn"浓度均降到

2

1.0X10%ol/L时，c(C03')=2.2X10W/L,所以溶液中残留的C0「浓度至少为1.4X10'mol/L；

本题答案为：1.4X10'。

（5）由图像溶解度曲线变化可知，Na2sol的溶解度，在温度较高时，随温度升高而降低，而NazSOjlOIhO

的溶解度，随温度升高而升增大，欲得到Na-SO,晶体，应采取加热蒸发溶剂使NazSO,结晶析出，并趁热过滤;

因NafO,在乙醇中难于溶解，所以用乙醇洗涤即防止Xa.SO,和水作用生成NafOj10也0,又能防止Na2SOt因

溶于水而损耗；

本题答案为：蒸发结晶、趁热过滤、防止NazSO”固体转化为N&SOjlOIW）,并防止Na^SO,因溶于水而损耗。

11.一种新兴材料一一被日益被重视，有“超级金属…尖端金属…空间金属”之称。工业上常用绿柱石（主

要成分3BeO-AbO3・6Si（）2,还含有铁等杂质）冶炼钺，一种简化的工艺流程如下：

按元素周期表的对角线规则，Be和A1性质相似：几种金属阳离子的氢氧化物沉淀时的pH如表。回答下列

问题：

Ec'Al*'Fe:Be，

1一印始沉淀时I.S3.36.55.2

沉淀完全时3.75.09.7N.Xj

1,

（1）步骤②中将熔块粉碎的目的是;滤渣1的主要成分是。

（2）步骤③加入H2O2时发生反应的离子方程式为,从滤液1中得到沉淀的合理pH为

（填序号）

A.3.3—3.7B.3.7—5.0C.5.0—5.2D.5.2—6.5

（3）步骤④不宜使用NaOH溶液来沉淀Be”的原因是。从溶液中得到（NH3BeK的实验操作是

、过滤、洗涤、干燥。

（4）实验室模拟步骤⑤装置如图，控制氨气与氟化氢气体积比的方法是。

班化氢

国气一CSA

JLBC(OH)

MPrJ

（5）步骤⑥的反应类型是,步骤⑦需要隔绝空气的环境，其原因是o

（6）若绿柱石中BeO的含量为a%,上述过程生产Be的产率为b%,则It该绿柱石理论上能生产含钺量2%

的镀铜合金___________to

+2+:,+

【答案】增大与硫酸的接触面积，提高浸取率和反应速率H2SiO:i2H+HA+2Fe=2Fe+2H20C

过量NaOIl溶液会溶解Be（0H）2蒸发浓缩、冷却结晶通过观察广口瓶中产生气泡的速率调节流速

分解反应高温下，Mg（或被）与M、Oz等气体发生反应，降低产率1.8Xl（）7ab

【解析】（1）将熔块粉碎的目的是增大与硫酸的接触面积，提高浸取率和反应速率；根据绿柱石的成分，

熔炼过程中Si。?与石灰石生成CaSiO”CaSiO,与硫酸反应生成CaSO,和H，SiO;i,即滤渣1的主要成分为H2SiO3；

（2）根据流程,滤液1中含有阳离子是Fe"Al3\Be"、父,步骤③中加入H。，HO把「产氧化成F—

+，即离子方程式为2酎+乩02+2隆”=2隆3++2出0；根据流程，步骤③除去的是F/+、Al3+,加入氨水调节

pH,使Fe"、Al计以Al（OH%、Fe（0H）3形式除去，因此调节pH范围是5.0WpH<5.2,故选项C正确;

（3）因为Be和A1的性质相似，即Be（0H）2为两性氢氧化物，过量NaOH溶液会溶解Be（0H）,；从溶液中得

到（NH'BeFi的实验操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；

（4）根据装置，通过观察广口瓶中产生气泡的速率调节流速；

（5）步骤⑥的反应类型为分解反应；Be和A1的性质相似，Mg是活泼金属，能与空气中氧气发生反应，因

此隔绝空气的环境的原因是高温下，Mg（或被）与N2、Op等气体发生反应，降低产率；

（6）根据题意得出:=m（合金）X2%,得出m（合金）=1.8Xl（r'abt。

12.ZrOz常用作陶瓷材料,可由错英砂（主要成分为ZrSiOo还含少量FeCO：,、Fe203>ALO：,、SiOz等杂质）通

过如下流程制取。

已知：①ZrSiO,能与烧碱反应生成NaliU和NazSi（）3,NalrOs与酸反应生成ZrO：

②部分金属离子在实验条件下开始沉淀和完全沉淀的pH如下表。

金属离子Fe3<Al34ZrO2'

开始沉淀pH1.93.36.2

沉淀完全pH3.05.28.0

(1)“熔融”过程中，ZrSiO，发生反应的化学方程式是，滤渣I的化学式为

⑵“氧化”过程中，发生反应的离子方程式是,调“pH=a”时，a的范围是

(3)为得到纯净的ZrOz,滤渣III要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是•

⑷滤渣HI的成分是Zr(CO3)2・xZr(OH),。取干燥后的滤渣川37.0g,煨烧后可得到24.6gZr0z。则x等于

：“调pH=8.0”时，所发生反应的离子方程式为

2++：，+

[^^]ZrSiOi+4Na01I^Na2ZrO3+Na2Si03+2H20H2SiO32Fe+H202+2II=2Fe+211205.2Wa

<6.2取少许最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸酸化的AgNO：；溶液，若无白色沉淀，说明已洗净1

2ZrO"+2CO厂+2HzO=Zr(CO3)2•Zr(OH).,I

【解析】(1)“熔融”过程中,加NaOH熔融，ZrSiO"转化为NazSiO：,和Nair。：”ZrSiO,发生反应的化学方

程式是：ZrSi0,+4NaOH^la2ZrO3+Na2Si03+2H20；

加过量盐酸酸浸，Nair。,与酸反应生成ZrO",NaSO,与HC1生成硅酸沉淀，滤渣I的化学式为：H2SiO：i：

(2)加双氧水，将Fe"氧化为Fe",加氨水调节pH为5.2〜6.2,使Fe-、Af+转化为氢氧化物沉淀，而

Zr(f不沉淀，“氧化”过程中，发生反应的离子方程式是2Fe"+H2O2+2H+=2Fe"+2HQ,调“pH=a”时，

a的范围是5.2Wa<6.2；

(3)为得到纯净的ZrO”滤渣111要用水洗，滤渣HI中可能含有氯离子，检验沉淀是否洗涤干净的方法

是：取少许最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸酸化的AgNOs溶液，若无白色沉淀，说明已洗净；

(4)根据方程式：

Zr(CO；,)2•xZr(OII)।磐(x+1)ZrO2+2CO2f+2xHQ

211+159x123(x+1)

37.0g24.6g

211+lS9x_123Yx+lY

37.0s246。

x=l

“调pH=8.0"时­，所发生反应的离子方程式为2ZrO2++2C(V+2IIQ=Zr(CO：,)2•Zr(OlI),l。

13.(14分)碱式硫酸铁[FeSlDSOj可用作净水剂、媒染剂、颜料和药物。工业上利用废铁屑(含少量氧

化铝、氧化铁等)，生产碱式硫酸铁的部分工艺如下:

3WHCO；NgW.45,S

_4L.j

•41'II—>|I-.;1>»曰一IM卜4gpU]

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:

31淀特Fe(OH),FKOH)；AKOHX

fRnOB137334

完全沉淀3.29.74.4

(1)反应I中发生的氧化还原反应的离子方程式是。

(2)反应H中加入NaHCO,调节体系的pH在___范围内。

(3)反应IH中生成的气体遇空气变红棕色，则IH中发生反应的离子方程式是。

(4)反应III中通入氧气可减少NaNOz的用量，若