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文档简介
精练03化学工艺流程常考元素:帆
1.(24-25高三上•黑龙江•模拟预测)以软镒矿(主要成分为MnC>2,还有少量CaCC)3、MgCOs等)为原料制
备硫酸铳,进而制备某种镒氧化物催化剂Mn“019的工艺流程如下。下列说法正确的是
KMnO4>滤液
H2so4、------
软铸矿MnSO-HO———►过滤一
42---------
-^Mn12O19
酸洗液及少量气体
已知:Mn^Oig中氧元素化合价均为-2价,镒元素的化合价有+3价、+4价两种。
A.“酸洗”步骤可以选择稀硫酸来处理软镒矿
+2+
B.“还原”步骤反应的离子方程式为Mi!。?+SO2+2H=Mn+SO^+H2O
C.又$2。8中含有过氧根离子,在反应中作氧化剂
D.M%019中Mn(ni)、Mn(W)物质的量之比为1:5
【答案】C
【详解】软铳矿[主要成分为MnCh,还含有少量CaCCh、MgCCh等]先用硝酸进行酸洗,可以使CaCCh、
MgCCh变为可溶性的Ca(NO3)2、Mg(NO3)2而除去CaCCh、MgCO3,MnCh不溶,仍以固体形式存在,过滤
后向所得固体中加入水进行制浆,再向其中通入Sth气体,在溶液中发生氧化还原反应:MnO2+SO2=MnSO4,
经蒸发浓缩、当出现大量晶体时,趁热过滤可获得MnSO’HzO晶体,加入KMnCU、H2so4、K2s2。8发生反
应产生Mni2Oi9固体,过滤后滤液中含有可溶性K2so4、H2s04等物质,过滤分离得到MimO。
A.软镒矿中含有CaCOs,若用稀硫酸清洗,产生微溶于水的CaSC^,进入后续步骤,影响最终M%。©纯
度,A错误;
B.“还原”步骤反应的离子方程式为MnC)2+SC)2=Mn2++SO;「,B错误;
C.K2S2O8中S原子为+6价,8个O原子中有6个为-2价,2个为-1价,即含有1个过氧根离子,具有强
氧化性,反应中作氧化剂,C正确;
D.设一个M%。];,中Mn(III),Mn(IV)的个数分别为a,b,则①a+b=12,②3a+46=2xl9,得出a=10,
b=2,故a:b=5:l,D错误;
故本题选C。
2.(23-24高三上.江西赣州•期末)碳酸锦是生产电讯器材软件磁铁氧化体的原料。工业上以软锦矿(MnCh、
AI2O3、SQ)为原料制备碳酸镐的流程如下图所示。下列说法中错误的是
NaOH溶液SO,+稀硫酸NH4HCO3溶液
丁jI_系列操作
软镒矿f碱浸f还原------>沉镒一刁'》碳酸镒(MnCOJ
I
滤液
A.“滤液”主要含有Na2SiO3和NaAl(OH)4
B.“还原”步骤中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:1
C.“沉镐”步骤发生反应为M++HCO]=MnCC>3J+H+
D.“一系列操作”包括过滤、洗涤、干燥等
【答案】C
【详解】向软锦矿(MnCh、AI2O3、Si02)中加入足量的NaOH溶液,AI2O3转化为NaAl(0H)4,SiCh转化为
Na2SiO3,过滤得到滤液主要成分是Na2SiO3和NaAl(OH)4,滤渣主要为MnCh,向滤渣中加入稀硫酸并通入
S02进行还原,即MnO2+SO2=MnSO4,待固体完全溶解后加入足量的NH4HCO3溶液进行沉铸,反应原理为:
2+
Mn+2HCO3=MnCO3;+H2O+CO2t,过滤洗涤干燥等一系列操作后得到纯净的MnCCh,据此分析解题。
A.由分析可知,“滤液”主要含有NazSiCh和NaAl(0H)4,A正确;
B.由分析可知,“还原”步骤中的反应原理为:MnO2+SO2=MnSO4,反应中氧化剂为MnCh与还原剂即SO2
的物质的量之比为1:1,B正确;
C.由分析可知,“沉铲步骤发生反应为Mn2++2HCOg=MnCO31+H2O+CO2T,C错误;
D.由分析可知,“一系列操作”包括过滤、洗涤、干燥等,D正确;
故答案为:Co
3.(2024•河北•模拟预测)高镒酸钾生产过程中产生的废镒渣(主要成分为MnO?、KOH、MgO和FeQs)可
用于制备MnSC\晶体,工艺流程如图所示。
硫酸硫铁矿
♦_______滤清X'_______
废镒渣过滤]^T反应n卜!过滤2
If
滤液硫酸滤渣Y
CaCO3MnO2
产品十|■茗|感与过滤3反]1n
I♦口日日II-------------
滤渣Z
该工艺条件下金属离子开始沉淀和沉淀完全的PH如下表所示。
金属离子Fe3+Fe2+Mn2+Mg2+
开始沉淀pH2.107.459.279.60
完全沉淀pH3.208.9510.8711.13
下列说法错误的是
A.“反应I”中的各反应均为非氧化还原反应
B.滤渣Y和滤渣Z的主要成分不同
C.“反应皿”加入Mil。?,的目的是将溶液中的Fe?+氧化为Fe3+
D.“调pH”时,应控制溶液的pH为&95〜9.27
【答案】D
【详解】在废镒渣中加入硫酸,其中MnCh不反应,过滤后滤渣X的主要成分为MnCh,反应II为MnO2
与硫铁矿在酸性条件下发生氧化还原反应,将硫铁矿中的硫氧化,过滤得滤渣Y为S,滤液为含硫酸铁、
硫酸锌等的溶液;反应III中加MnCh是为了将溶液中的Fe?+彻底氧化为Fe3+,加CaCCh使得Fe3+水解平衡
正向移动,而除去Fe3+,滤渣Z主要是氢氧化铁沉淀,最后溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、
干燥即可得到硫酸铳产品。
A.反应I中硫酸与金属氧化物的反应以及酸碱中和反应均不是氧化还原反应;故A正确;
B.由分析可知滤渣Y和滤渣Z主要成分不同。故B正确;
C.由分析可知反应III加MnCh是为了将溶液中的Fe?+氧化为Fe3+,故C正确;
D.由表中数据可知,Fe3+完全沉淀的pH为3.20,Md+开始沉淀的pH为9.27,要使Fe3+完全被除去而不
影响MIP+,pH应不低于3.20,但不高于9.27,故D错误;
故选D。
4.(2024•江西南昌.模拟预测)由软铳矿(主要成分Mi!。?,及少量CaO、MgO)制备MnO?的工艺流程如下:
软镒矿MnO2
己知:“沉铸”所得MnCOs在空气中“焙烧”时转化为MnO?、Mn203,MnO的混合物,酸性条件下呵。3易发
生歧化反应。下列说法正确的是
A.“浸取”时利用了NaAO3的还原性,反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为1:1
B.“除杂”后的溶液中主要存在的阳离子有Na+、H+、Mg2\Mn2+>Ca2+
C.“沉铸”时反应的离子方程式为Mi^+CO;=MnCC>3J
D.“酸浸”时每反应Imol叫^转移电子数为?臬
【答案】A
【详解】软铳矿(主要成分MnCh,及少量CaO、MgO)制备MnCh流程:MnCh具有氧化性,Na2s。3具有还
原性,软锦矿中加入Na2so3、H2s04发生氧化还原反应生成MnSCU,反应为
MnCh+Na2sCh+H2s04=MnSCU+Na2sO4+H2O,CaO、MgO都和硫酸反应生成CaSCU、MgSO4,加入NaF除
2+
去Ca2+、Mg2+,反应的离子方程式为Ca2++2F=CaF2[、Mg+2F-=MgF2;,过滤除去不溶物,得到含MnSCU、
Na2sO4的滤液,向滤液中加入NH4HCO3沉镒得到MnCO3沉淀,离子方程式为
2+
Mn+2HCO;=MnCO3;+CO2T+H2O,在空气中焙烧MnCCh得到MnCh、M112O3、MnO的混合物,再加入硫
酸酸浸得到MnCh、MM+溶液,发生的反应为M112O3+H2sO4=MnSC)4+MnO2+H2O,过滤得到M11SO4溶液和
MnCh,据此分析作答。
A.Na2s03具有还原性,软镒矿中加入Na2so3、H2sO4发生氧化还原反应生成M11SO4,反应为
MnCh+Na2sCh+H2sO4=MnSO4+Na2so4+H2O,M11O2是氧化剂,Na2sCh是还原剂,氧化剂与还原剂物质的量
之比为1:1,故A正确;
B.加入NaF的目的是除去Mg2+、Ca2+,所以第一次“除杂”后的溶液中主要存在的阳离子有Na+、H\Mn2+,
故B错误;
2+
C.加入NH4HCO3沉车孟得到MnCO3沉淀,离子方程式为Mn+2HCO3=MnCO3i+CO2T+H2O,故C错误;
D.“酸浸”时反应为Mn2O3+H2SO4=MnSO4+MnO2+H2O,ImolMmCh反应转移lmole,故D错误;
故选A。
5.(23-24高三上•广西玉林•模拟预测)某小组回收锌镒电池废料(主要含MnO?、MnOOH等)制备高锦酸钾,
简易流程如图所示。
KC1C)3、KOH水KOH
,I,X7।।
废料…/U汝HT碱熔/辰山卜K2M11O4溶液T氧化上[系列操作『KMnO4
(含KC1)f
©2
下列说法错误的是
A.“浸出”过程使用过滤操作,用到的玻璃仪器有:玻璃棒、烧杯、漏斗
B.“系列操作”中,进行高温干燥KMnC>4
C.“氧化”操作利用Cl2氧化K2MnO4制备KMnO4,可推知在碱性条件下Cl2氧化性大于KMnO4
D.“碱熔”的产物K2M11O4是氧化产物
【答案】B
【详解】锌镒电池废料主要含MnCh、MnOOH等,因二氧化硅与碱高温下反应,可选铁垣烟碱熔,Mn元
素的化合价升高,氯酸钾中C1元素的化合价降低,生成K2M11O4溶液,碱熔时氯酸钾可能分解生成氧气,
氧化时氯气可氧化生成KMnO4,加热结晶分离出固体KMnCU。
A.“浸出”过程使用过滤操作,用到的玻璃仪器有:玻璃棒、烧杯、漏斗,A正确;
B.高温干燥KMnO,会受热分解,B错误;
C.“氧化”中氯气是氧化剂,高铳酸钾是氧化产物,氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,C正确;
D.“碱熔”的产物K^MnOd是氧化产物,D正确;
故选Bo
6.(2024•北京门头沟•一模)一种高硫铳矿的主要成分MnCOs,含有SiO?、FeCO3>MnS、FeS、CuS、NiS
等杂质,其中SiO?、FeCOs含量较大。以该高硫镒矿为原料制备硫酸镒,流程示意图如图所示。
高硫滤液
操作MnSO•HO
镒矿粉42
滤渣1滤渣2滤渣3
已知:①金属硫化物的溶度积常数如下表。
金属硫化物CuSNiSMnSFeS
Ksp6.3x10-36LOXION2.5x10706.3x10-8
②金属离子的Igc(M)与溶液pH的关系如图所示。
123456789101112
-1-
(
L2+/+
-2-Cu'
・Fe3+\Ni2出
6o
n(、-3-
E
-4-
与
-5-.........................................................
23456789101112
PH
(1)在预处理阶段,将高硫锯矿粉碎的目的是o
(2)若未经脱硫直接酸浸,会产生的污染物是o
(3)酸浸时主要含锦组分发生反应的离子方程式为;加入MnOz的作用是(用离子方程式表
示)。
(4)调溶液pH到5左右,滤渣2的主要成分是0
(5)由图像可知,从“操作”所得溶液中得到MnSO/凡。晶体需进行的操作是、洗涤、干燥。
/、
Z
,Miso4,5H;
N1nS•H
o4
020406080100120
T/℃
(6)镒含量测定:
i,称取ag晶体,加水溶解,将滤液定容于100mL容量瓶中。
ii.取10.00mL溶液于锥形瓶中,加少量催化剂和过量(NHjSzQ*溶液,加热、充分反应,产生MnO;和SO:,
煮沸溶液使过量的(N%%S2O8分解。
iii.加入指示剂,用1m10卜匚1(m4)尸6岱04)2溶液滴定。滴定至终点时消耗(NHjFe&Oj溶液的体积为
cmL,M11O4重新变成MY+。废渣中锌元素的质量分数为。
【答案】
(1)增大反应物之间的接触面积,提高反应速率,使反应更加充分
(2)H2s
+2+2++2+3+
(3)MnCO3+2H=Mn+CO2T+H2OMnO2+2Fe+4H=Mn+2Fe+2H2O
(4)Fe(OH)3
(5)蒸发结晶,保存温度在40℃以上趁热过滤
【详解】高硫铳矿的主要成分MnCOs,含有Si。?、FeCOj、MnS、FeS、CuS、NiS等杂质,其中SiO?、FeCO3
含量较大,碱性溶液中,在催化剂存在下通空气氧化脱硫,硫化物中的硫元素被氧化为单质,二氧化硅与
氢氧化钠反应生成硅酸钠,硫化亚铁被氧气氧化生成硫单质和氢氧化铁,过滤得到的脱硫矿粉中含S、Fe
(OH)3、碳酸盐和金属氧化物,加入硫酸酸浸,并加入MnCh氧化Fe2+,生成的滤液中含Fe3+、Mn2\Cu2\
Ni2+,单质S以滤渣1的形式除去,加入一水合氨调pH,进而除去铁元素,过滤得到的滤液中含Mn2+、Cu2+、
Ni2+,再加入硫化钠可除去铜元素与馍元素,最后过滤得到的MnSCU溶液经蒸发结晶,保存温度在40℃以
上趁热过滤、洗涤、干燥后得到MnSO「H?。。
(1)在预处理阶段,将高硫锦矿粉碎的目的是:增大反应物之间的接触面积,提高反应速率,使反应更加
充分;
(2)未经脱硫直接酸浸,金属硫化物会与酸发生反应产生有毒的硫化氢;
(3)酸浸时含硫矿粉中的碳酸镒会与硫酸发生反应生成MnSCU、水和二氧化碳,反应的离子方程式为:
+2+
MnCO3+2H=Mn+CO2T+H2O:加入MnCh目的是为了氧化亚铁离子,生成便于除去的铁离子,涉及
2++2+3+
的离子方程式为:MnO2+2Fe+4H=Mn+2Fe+2H2O:
(4)根据金属离子的Igc(M)与溶液pH的关系图可知,调节pH为5左右,目的是为了除去铁元素,所以
过滤得到的滤渣2主要成分是Fe(OH)3;
(5)由图像可知,温度在40℃以下,溶液析出的晶体为MnSOj5H2。,因此从“操作”所得溶液中得到
MnSO「H。晶体需进行的操作是:蒸发结晶,保存温度在40℃以上趁热过滤、洗涤、干燥;
2+
(6)过程中存在反应:2Mn+5S2O^+8H2O=2MnO;+lOSOf+16H\
2++2+3+2+2+
MnO;+5Fe+8H=Mn+5Fe+4H2O,存在关系式Mn〜5Fe,
n(Mn2+)=n(Fe2+)=fxbex10-3mol=2bcx10_4mol,质量为2bcxl04molx55g/mol=0.01Ibcg,质量分数
0.01Ibcgllbc
为:10m£a°o
agx---------
100m£
7.(2024•内蒙古锡林郭勒盟•三模)以废旧电池[主要含MnCh、MnOOH、Zn、Zn(OH)2>Fe、KOH、、石墨
棒]为原料,制备镒锌铁氧体[MnxZn/ezC%的流程如下:
稀硫酸(NH4)2CO3
II
废旧电池f放电拆解f粉碎f酸浸一►氯化f共沉淀……A镒锌铁氧体
已知:(NHjSzOg在煮沸时易分解。
⑴将电池“粉碎”前应先放电,其目的是。
(2)“酸浸”过程中含镒物质被溶液中的Fes。,,还原为Mn”,其中MnO?参与反应的离子方程式
为。
(3)“氧化”时加入将F广+氧化,取氧化后的溶液加入Na2cO3,调节溶液pH为1~2,可制得黄钾铁矶
[K2Fe6(SO4)4(OH)12]^o
①复杂的含氧酸盐可以表示为氧化物的形式,如KAl(SO4)212H2O可表示为K2o-A12O3-4SO3-24HQ,则
K2Fe6(SO4)4(OH)12以氧化物的形式可表示为0
②写出加入Na2cCh生成黄钾铁帆反应的离子方程式:0
③检验“氧化”后的溶液中是否还存在Fe2+,可使用的试剂是(填化学式)。
(4)“共沉淀”前,需测定溶液中镐元素含量。操作步骤:
a.准确量取1.00mL“氧化”后的溶液于锥形瓶中,加入少量硫酸、磷酸和硝酸银溶液,振荡;
b.将溶液加热至809,加入3g(NHJ2S2O8充分反应(Mi?+被氧化为MnOD后,再将溶液煮沸;
c.冷却后,用O.lOOOmoLL?的(NHjFe(SOj标准溶液滴定至终点,平行滴定3次,平均消耗
(NH4)2Fe(SO4)2溶液23.20mL。
①步骤b中,煮沸的目的是o
②“氧化”后的溶液中Mn”的物质的量浓度为mol.L1。
【答案】
(1)释放残余的能量,避免造成安全隐患
2++2+3+
(2)MnO2+2Fe+4H=Mn+2Fe+2H2O
+3+
(3)K2O-3Fe2O3-4SO3-6H2O2K+6Fe+4SO^+6CO^+6H2O=K2Fe6(SO4)4(OH)i2i+6CO2T
K3[Fe(CN)6]
(4)将过量的(NH4)2S2O8加热分解掉,防止其氧化后续滴定过程中的Fe2+,以免引起实验误差0.464
【详解】废干电池主要含MnCh、MnOOH、Zn、Zn(OH)2>Fe、KOH,加入稀H2sO4到粉碎废电池增加酸
浸速率,MnO2>MnOOH、Zn、Zn(OH)2>Fe、KOH溶于酸,MnO2>MnOOH在酸性条件下被Fe?+还原生
成Md+,加入(NH4)2CC>3共沉淀最终制取镒锌铁氧体,据此分析结合各小题具体解题。
(1)电池是将化学能转化为电能的装置,将电池粉碎前应先放电,放电的目的是释放残余的能量,避免造
成安全隐患,故答案为:释放残余的能量,避免造成安全隐患;
(2)MnCh被溶液中的FeSO4还原为Mn2+,亚铁离子被氧化为铁离子,离子方程式为:
2++2+3+2++2+3+
MnO2+2Fe+4H=Mn+2Fe+2H2O,故答案为:MnO2+2Fe+4H=Mn+2Fe+2H2O;
(3)①根据题干示例可知,复杂的含氧酸盐可以表示为氧化物的形式,则K2Fe6(SC>4)4(OH)i2以氧化物的
形式可表示为K203Fe204S03-6H20,故答案为:K2O-3Fe2O3-4SO3-6H2O;
①加入Na2cCh调节溶液pH为1-2,生成黄钾铁矶[K2Fe6(SO4)4(OH)i2]的离子方程式为
2K++6Fe3++4SO}+6CO;+6H2O=K2Fe6(SO4)4(OH)m+6CO2T,故答案为:
2K++6Fe3++4SO:+6CO;-+6H2O=K2Fe6(SO4)4(OH)g+6CO2T;
③Fe2+与K3[Fe(CN)6](名称为铁氟化钾)反应产生蓝色沉淀,则检验Fe?+离子可以用K3[Fe(CN)6](铁氟化钾)
溶液,故答案为:K3[Fe(CN)6];
(4)①步骤b中,煮沸的目的是将过量的(NH4)2S2O8加热分解掉,防止其氧化后续滴定过程中的Fe2+,以
免引起实验误差,故答案为:将过量的(NH4)2S2O8加热分解掉,防止其氧化后续滴定过程中的Fe2+,以免引
起实验误差;
2+
②该滴定过程先后发生两个氧化还原反应:2Mn+5S20^+8H2O=2MnO4+10SO:+16H+,
2++2+3+
MnO4+5Fe+8H=Mn+5Fe+4H2O,滴定过程中消耗的
2+332+2+
n(Fe)=0.1000mol/Lx23.20mLx10-L/mL=2.320x10-mol,根据反应原理得关系式:Mn~MnO4-5Fe,则
-4
$A(yAx1f)
n(Mn2+)=-------1-----mol=4.64x10-4mol,则c(Mn2+)==------------mol/L=0.464mol/L,故答案为:0.464mol/L。
5ICT'
8.(2022・湖北襄阳・模拟预测)镒酸锂(LiMnOz)是锂电池的正极材料。以软锦矿粉(主要成分是MnO2,含
少量尸02。3、A/2O3,SiO2,Mg。等)为原料制备锦酸锂的流程如下:
Li,CO,、空气
软镒------>LiMnO.
2MnCO3-3Mn(OH)/H2O2
矿粉900~1000℃
滤渣1滤渣2滤渣3滤液
常温下,几种难溶物质的溶度积数据如下表:
物质MgF2Mn月Mn(OH)2Fe(OH)3
Ksp7.0X10-115.6xlO-32.0x10飞2.0x10-38
请回答下列问题:
(1)“酸浸”时,常在高压下充入S。?,其目的是.
⑵“滤渣1”的主要成分是.(填化学式,下同),“酸浸”时,被氧化的物质是
(3)“氧化”时MnO?发生反应的离子方程式为.
(4)“调pH”时发生反应:3叫・丹0(的)+而+(四)UPe(OH)3(s)+3NW;(做),该反应的平衡常数
K=o(已知:常温下,NH3E2O的电离常数Kb=2x10-5)
⑸测得“沉镁”后溶液中c(加2+)=0.8付/.广,则残留的c(%2+)〃皿/.小。“沉镒”后的滤液与
碱加热处理后可返回(填步骤名称)步骤循环利用。
(6)“沉锦”生成碱式碳酸镒[2MnCC(3•3Mn(OH)2・凡0]的同时放出CO2,该反应的离子方程式
为。
【答案】
⑴增大压强,提高SO?的溶解度,从而提高酸浸速率
(2)SiO2SO2
2++3+2+
(3)MnO2+2Fe+4H=2Fe+Mn+2H2O
(4)4.0X1023
(5)1x10-8调pH
2+
(6)5Mn+10HCO;=2MnCO3-3Mn(OH),H2OJ+8CO2T+H2O
【详解】以软锦矿粉(主要成分是MnCh,含少量Fe2O3、AI2O3、SiCh、MgO等)为原料,加入硫酸并通入二
氧化硫进行酸浸,反应后除去滤渣1为SiCh,得到滤液主要含有硫酸车孟、硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸镁等,
再加入二氧化镒,将亚铁离子氧化成铁离子,再通入氨气调节pH,将AP+、Fe3+转化为氢氧化铝、氢氧化
铁沉淀为滤渣2,再加入氟化铳沉镁,将镁离子转化为氟化镁形成滤渣3,所得滤液再加入碳酸氢镂沉铳,
得到碱式碳酸镐[2MnCO3-3Mn(OH)2-H2O]的同时放出CO2,再加入碳酸锂,在空气中加热至900-1000℃,
反应得到镒酸锂(LiMnCh)。
(1)“酸浸”时,常在高压下充入SO?,其目的是增大压强,提高SO2的溶解度,从而提高酸浸速率。
(2)“滤渣1”的主要成分是SiO2(不溶于H2so4),“酸浸”时,二氧化铳、Fe3+能将Sth氧化,故被氧化的物
质是SO2o
⑶“氧化”时MnCh将Fe2+氧化成Fe3+,同时自身被还原为锦离子,发生反应的离子方程式为
2++3+2+
MnO2+2Fe+4H=2Fe+Mn+2H.O。
3+
(4)“调pH”时发生反应:3NH3-H2O(aq)+Fe(aq)^Fe(OH)3(s)+3NH:(aq),该反应的平衡常数
K一c'(NH:).C3(NH〉C3(OH)一勺为%凡。_(2'1叫"。七巴
33+33+338
c(NH3-H2O)-c(Fe)c(NH3-H2O)-c(Fe)-c(OH")7Csp[Fe(OH)3]2.0xlO-
12+223
(5)测得“沉镁”后溶液中c(Mn2+)=0.8mol-f,/CJXMnF2)=c(Mn)-c(F-)=0.8mol/Lxc(F)=5.6xl0-,贝(J
K(MgF)70x10-11
c2(F-)=7.0xl0-3,则残留的。(Mg2+)=.-lxlO-8mol-L";“沉镒”后的滤液与碱加热处理
c(F-)7.0x10
后会产生氨气,可返回调pH步骤循环利用。
(6)“沉锦”生成碱式碳酸锦[2MnCO3-3Mn(OH)2-HO]的同时放出CO2,根据电荷守恒、元素守恒配平该
反应的离子方程式为5Mn2++10HCO]=2MnCC>3-3Mn(OH),-H2O+8CO2T+H2O。
9.(2023•广西柳州•模拟预测)高纯氯化镒(MnCL)在电子技术和精细化工领域有重要应用。一种由粗镒粉(含
磷酸盐、硅酸盐、铁、铅等)制备高纯氯化锦的工艺流程如图所示(部分操作和条件略)。
步骤2NaOH溶液
如行蚣心分步骤1盐酸次、加,调节PH=6步骤3H2O2酸性溶液
粗镒粉------>磨碎-------*--------►溶液1---------E------►滤液甲------------------►
过滤
步骤4MnCCh调节pH=:步骤5H2s淄加币步骤6"小图林
--------------->滤液乙贰高~彳漏滤液丙------>MnCb固体
过滤伶却、过滤
己知:生成氢氧化物沉淀的pH:
Fe(OH)2Fe(OH)3Mn(OH)2Pb(OH)2
开始沉淀时6.31.58.16.5
完全沉淀时8.32.810.18.5
注:金属离子的起始浓度为01mol«L/i;当离子的浓度小于等于lOfmoH/i时沉淀完全。
回答下列问题:
⑴将粗镒粉磨碎的目的是o
(2)步骤1和步骤2除去了磷酸盐和硅酸盐。非金属性PSi(填写“大于”“小于”),从原子结构角
度解释非金属性不同的原因是o
(3)所得滤液甲中的金属离子主要含有Mn2+、Fe2+和Pb2+等,且Pb?+不被H2O2氧化。加入H2O2目的
是。(用离子方程式表示)。步骤4加入MnCCh得到沉淀的主要成分是=
2+
(4)已知PbS的Ksp=8xl(y28,MnS的Ksp=2xl(T1。・步骤5的目的是除去Pb,反应的离子方程式
是,为了保证Pb2+除尽,控制溶液中S2-浓度范围是。(假设溶液中Mn2+、Pb2+
的浓度是O.lmol-L1)
(5)已知;氯化锦的溶解度随温度的变化如图。步骤6的操作是、、过滤、洗涤、
烘干。
2o
9o
6o
3O
020406080100
温度FC
【答案】
(1)增大接触面积,加快反应速率
⑵大于P元素原子半径较小,得电子能力强,非金属性强
2++3+
(3)2Fe+H2O2+2H=2Fe+2H2OFe(OH)3
2++2329
(4)Pb+H2S=PbSl+2H8x10-mol/L<c(S)<2xl0mol/L
(5)加热至80℃使氯化镒溶液接近饱和冷却至0℃左右
【详解】粗铳粉磨碎,将粗锦粉加入盐酸中充分反应,可与铁反应生成亚铁离子,再加入NaOH溶液调节
pH=6,过滤,可除去磷酸盐、硅酸盐,向所得滤液中加入H2O2酸性溶液,可氧化亚铁离子生成铁离子,充
分反应后加入MnCCh调节pH=3,过滤,可除去铁离子,生成了氢氧化铁沉淀,向所得滤液中通入H2s气
体,待充分反应后加热一段时间,可生成硫化铅和硫化锌沉淀,冷却后过滤,滤液含有氯化镒,浓缩、结
晶、分离、干燥,得到产品氯化镒固体,据此分析回答问题。
(1)将粗锦粉磨碎的目的是:增大接触面积,加快反应速率,
故答案为:增大接触面积,加快反应速率;
(2)P元素原子半径较小,得电子能力强,非金属性强,对应的最高价氧化物的水化物的酸性越强
H3PO4>H2SiO3,则得非金属性:P>Si,
故答案为:大于;P元素原子半径较小,得电子能力强,非金属性强;
(3)通过分析可知,过氧化氢的作用是将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,便于调节pH将其转化为Fe(OH)3沉
2++3+
淀除去,反应的离子方程式为:2Fe+H2O2+2H=2Fe+2H2O,通过分析可知加入M11CO3相关反应的离子
+2+3++
方程式为:MnCO3+2H=Mn+H2O+CO2t,Fe+3H2O#Fe(OH)3+3H,作用为调节溶液的pH以便于Fe3+
沉淀;
故答案为:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O;Fe(OH)3;
(4)已知PbS的Ksp=3xlCf28,MnS的Ksp=2xl(yi。,步骤5的目的是除去Pb?+,反应的离子方程式为:
ex10-28
2++2+2-282-23
Pb+H2S=PbS;+2H,为了保证Pb2+除尽,Ksp=c(Pb)xc(S')=8x10,c(S)=mol/L=8x10-mol/L,
-10
2+2-1022x10-9
Ksp=c(Mn)xc(S')=2xl0,c(S')=mol/L=2x10mol/L,控制溶液中S?-浓度范围是:8xW
23mol/L<c(S2)<2xlO-9mol/L,
2++-232--9
故答案为:Pb+H2S=PbS;+2H;8x10mol/L<c(S)<2x10mol/L;
(5)分离氯化镒,可将溶液蒸发至饱和,应加热至80℃使氯化镒溶液接近饱和,冷却至0℃左右,过滤、
烘干可得到晶体,
故答案为:加热至80℃使氯化锈溶液接近饱和,冷却至0℃左右。
10.(2023•山西太原•二模)MnCCh可用作电器元件材料,也可作为瓷釉、颜料的制作原料。工业上用酸性
含镒废水(主要含Mn2+、ChH+、Fe2\Cu2+)制备MnCCh:
含4u加入氨水滤渣W
锌过里MnC>3调至pH=3.7、
废加入氨水滤渣Q
水②调pH,
滤液A滴加NH4HCO3
饱和溶液
滤液BMnCO3
已知:几种金属离子沉淀的pH如表。
金属离子Fe2+Fe3+Cu2+Mn2+
开始沉淀的pH7.53.25.28.8
完全沉淀的pH9.73.76.410.4
回答下列问题:
⑴①中加入过量MnO2的作用是.
(2)过程③中调pH的目的是
(3)过程④中有CO2生成,则生成MnCCh的离子方程是
(4)过程④中得到的副产品的化学式是。
(5)MnCO3在空气中加热易转化为不同价态的镒的氧化物,其固体残留率随温度的变化如图所示。则300℃
时,剩余固体中n(Mn):n(0)为;图中点D对应固体的成分为(填化学式)。
斜
眼
SI
母
画
布
蕉
(6)NF3与NH3的立体构型相同,两者中心原子的轨道杂化类型均为,但NF3不易与Ci?+形成配离子,
其原因_______o
(7)一种Hg-Ba-Cu-0高温超导材料的晶胞(长方体)如图所示。
已知该晶胞中两个Ba2+的间距为cpm,则距离Ba2+最近的Hg+数目为个,二者的最短距离为
pm。(列出计算式即可)。
【答案】
(1)将Fe2+全部氧化为Fe3+
(2)使CM+转化为CU(OH)2除去
⑶Mn2++2HCOj=MnCO3;+CO2T+H2O
(4)NH4C1
(5)1:2M113O4和MnO
(6)sp3F的电负性比N大,N—F成键电子对向F偏移,导致NF3中N原子核对其孤对电子的吸引能力
增强,难以形成配位键,故NF3不易与Ci?+形成配离子
⑺4
【详解】根据流程:酸性含I废水(主要含Mn2+、ChH+、Fe2\Cu?+加过量MnCh,将Fe?+氧化为Fe3+,
加氨水调节pH=3.7,Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,过滤,滤渣为Fe(OH)3和过量的MnCh,滤液A含有Mn2+、
Cl-,H+、Cu2+,加氨水调节pH=6.4,则Ci?+转化为Cu(0H)2沉淀,过滤,滤渣Q为Cu(OH)2沉淀,滤液B
2+
含有Mn2+、C1-,加碳酸氢核反应:Mn+2HCOj=MnCO3;+CO2T+H2O,据此分析作答。
3+2++2+3+
(1)MnCh在酸性条件下可将Fe2+氧化为Fe,反应的离子方程式为:MnO2+2Fe+4H=Mn+2Fe+2H2O;
(2)调pH=6.4,除去溶液中的铜离子,使Cu2+完全沉淀为CU(OH)2;
(3)过程④中,反应会有C02生成,故反应为Mn2++2HCO!=MnCO31+CO2T+H2。;
(4)过程④中得到纯净MnCCh的操作方法是过滤、洗涤、干燥。根据元素守恒,流程中,氯离子未除去,
加入镀根离子,则副产品为NH4C1;
(5)MnCCh的物质的量为1mol即质量为115g,A点剩余固体质量为115gx75.65%=87g,减少的质量为
115g-87g=28g,可知MnCCh失去的组成为CO,故剩余固体的成分为MnCh,n(Mn):n(O)为1:2;C点
剩余固体质量为115gx61.74%=71g,据锦元素守恒知m(Mn)=55g,则m(O)i=71g-55g=16g,则n(Mn):
n(O)=|f:^=l:1,故剩余固体的成分为MnO,同理,B点剩余固体质量为115gx66.38%=76.337g,因
5516
5521.337
m(Mn)=55g,则m(O)2=76.337g-55g=21.337g,则n(Mn):n(O)=--:———=3:4,故剩余固体的成分为
5516
Mn3O4,因D点介于B、C之间,故D点对应固体的成分为MmCU与MnO的混合物;故答案为:1:2;
M113O4和MnO;
(6)NF3与NH3的空间构型相同,这两种分子中中心原子价层电子对个数都是4,根据价层电子对互斥理
论判断中心原子的轨道杂化类型为sp3;F的电负性比N大,N-F成键电子对向F偏移,导致NF3中N原
子核对其孤对电子的吸引能力增强,难以形成配位键,故NF3不易与CM+形成配离子;
b-c
(7)该晶胞中两个Ba2+的间距为cpm,下边Ba原子距离底面中心的距离=*pm,距离Ba?+最近的Hg+
数目为4个,二者的最短距离为
11.(2024・湖北•模拟预测)锦是生产各种合金的重要元素。工业上以含铳矿石(主要成分为MnCO「还含有
铁、钻、银、铜等的碳酸盐杂质)为原料生产金属镒的工艺流程如下:
氨水调氨水调
足量硫酸过
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