資源簡介

題型突破3化工流程中化學方程式的書寫及有關計算
1.(2024·安徽卷)精煉銅產生的銅陽極泥富含Cu、Ag、Au等多種元素。研究人員設計了一種從銅陽極泥中分離提取金和銀的流程,如圖所示。
(1)“電沉積”步驟中陰極的電極反應式為　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
“電沉積”步驟完成后,陰極區溶液中可循環利用的物質為　　　　(填化學式)。
(2)“還原”步驟中,被氧化的N2H4與產物Au的物質的量之比為　　　　。
2.(2024·江蘇卷)凈化后的NdCl3溶液通過沉釹、焙燒得到Nd2O3。
(1)向NdCl3溶液中加入(NH4)2CO3溶液,Nd3+可轉化為Nd(OH)CO3沉淀。該反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)將8.84 mg Nd(OH)CO3(摩爾質量為221 g·mol-1)在氮氣氛圍中焙燒,剩余固體質量隨溫度變化曲線如圖所示。550~600 ℃時,所得固體產物可表示為NdaOb(CO3)c,通過以上實驗數據確定該產物中n(Nd3+)∶n(C)的比值(寫出計算過程)。
3.(2023·全國乙卷)LiMn2O4作為一種新型鋰電池正極材料受到廣泛關注。由菱錳礦(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制備LiMn2O4的流程如下:
已知:Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Ni(OH)2]=5.5×10-16。
回答下列問題:
(1)硫酸溶礦主要反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)加入少量MnO2的作用是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
不宜使用H2O2替代MnO2,原因是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)煅燒窯中,生成LiMn2O4反應的化學方程式是　　　　　　　　　　　　　　　。
4.(2023·山東卷)鹽湖鹵水(主要含Na+、Mg2+、Li+、Cl-、S和硼酸根等)是鋰鹽的重要來源。一種以高鎂鹵水為原料經兩段除鎂制備Li2CO3的工藝流程如下:
已知:常溫下,Ksp(Li2CO3)=2.2×10-2。相關化合物的溶解度與溫度的關系如圖所示。
回答下列問題:
(1)含硼固體中的B(OH)3在水中存在平衡:B(OH)3+H2OH++[B(OH)4]-(常溫下,Ka=10-9.24);B(OH)3與NaOH溶液反應可制備硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常溫下,在0.10 mol·L-1 硼砂溶液中,[B4O5(OH)4]2-水解生成等物質的量濃度的B(OH)3和[B(OH)4]-,該水解反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　,
該溶液pH=　　　　。
(2)濾渣Ⅰ的主要成分是　　　　(填化學式);精制Ⅰ后溶液中Li+的濃度為2.0 mol·L-1,則常溫下精制Ⅱ過程中C濃度應控制在　　　　mol·L-1 以下。若脫硼后直接進行精制Ⅰ,除無法回收HCl外,還將增加　　　　的用量(填化學式)。
1.化學工藝流程中常考試劑的作用
類別 物質 作用
氧化劑 H2O2、HNO3、KMnO4、MnO2 空氣、次氯酸等 氧化某些還原性物質,便于后續分離,如氧化Fe2+、Co2+等
還原劑 SO2、Na2SO3、I-、Fe2+、金屬單質等 還原某些氧化性物質,便于后續分離,如還原Fe3+等
酸 HCl、H2SO4、HNO3等 溶解金屬和金屬氧化物,調節溶液pH促進水解(沉淀),H2SO4可提供S作沉淀劑
堿 NaOH、 NH3·H2O等 去油污;調節溶液pH促進水解(沉淀),NaOH可溶解氧化鋁、鋁、二氧化硅
碳酸鹽 Na2CO3、(NH4)2CO3 調pH使某些離子沉淀,提供C使某些離子(如Cu2+[1]、Ca2+、Pb2+、Ba2+等)沉淀
碳酸 氫鹽 NaHCO3、NH4HCO3 調pH使某些離子沉淀,提供HC使某些離子{如 [Al(OH)4]-[2]、 Fe3+[3]、Al3+、Fe2+[4]、Mg2+、Mn2+、Co2+等}沉淀
草酸鹽 Na2C2O4 使Ba2+、Ca2+等離子沉淀
硫化物 H2S、Na2S、 (NH4)2S 使Cu2+、Cu+、Pb2+、Ag+、Sn2+等離子沉淀
氟化物 HF、CaF2 使Ba2+、Ca2+、Mg2+等離子沉淀
[1]、[2]、[3]、[4]發生的反應分別是:
[1]2Cu2++2C+H2O===Cu2(OH)2CO3↓+CO2↑;
[2][Al(OH)4]-+HC===Al(OH)3↓+C+H2O;
[3]Fe3++3HC===Fe(OH)3↓+3CO2↑;
[4]Fe2++2HC===FeCO3↓+CO2↑+H2O。
2.陌生的氧化還原反應的書寫
例1　以軟錳礦(主要成分為MnO2,含少量鐵的氧化物)制備高純MnCO3。流程如圖:
酸溶還原時,MnO2發生反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
例2　工業上使用催化劑時常需要載體,納米氧化鋅可作為一些催化劑的載體。工業上由軟錳礦(主要成分為MnO2)與鋅精礦(主要成分為ZnS)酸性共融法制備MnO2及納米ZnO的工藝流程如圖。回答下列問題:
(1)寫出酸浸時ZnS與MnO2發生的主要反應的化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　(無單質硫生成)。
(2)Na2S2O8是一種強氧化劑,能與Mn2+反應生成S和紫色Mn。用Na2S2O8檢驗水相中的Mn2+時發生反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
3.流程中的計算
(1)產率、純度計算
純度=×100%
產物的產率=×100%
(2)Ksp計算
①判斷能否沉淀;
②判斷能否沉淀完全;
③計算某一離子的濃度;
④沉淀生成和沉淀完全時pH的計算。
例3　將等體積的4×10-3 mol·L-1的AgNO3溶液和4×10-3 mol·L-1 K2CrO4溶液混合,有無Ag2CrO4沉淀產生 [已知:Ksp(Ag2CrO4)=1.12×10-12]
例4　(2024·山東臨沂二模)Zn、Fe及其化合物在生產、生活中應用比較廣泛。工業上利用鋅焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,還含有少量FeO和CuO等雜質)制取金屬鋅的工藝流程如下:
(1)若凈化后的溶液中Cu2+濃度為1×10-12mol·L-1,則凈化后溶液中Zn2+濃度為　　　　　　　　　　　　　　　。
[已知:室溫下Ksp(ZnS)=1.6×10-24,Ksp(CuS)=6.4×10-36]
(2)ZnFe2O4是一種性能優良的軟磁材料,工業上常利用ZnFe2(C2O4)3·6H2O隔絕空氣加熱分解制備,該晶體的熱分解化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
測熱分解后產品中ZnFe2O4的質量分數方法如下:取a g產品用硫酸溶解后加入足量KI溶液充分反應,調溶液至弱酸性,再加入淀粉指示劑,用c mol·L-1 Na2S2O3標準溶液滴定,用去此標準溶液V mL時,剛好達到滴定終點,則此產品中ZnFe2O4的質量分數為　　　　　　(用a、c、V表示)。(已知:I2+2S2===2I-+S4)
1.鉈廣泛用于高能物理、超導材料等領域,鉈冶煉廠的含鉈廢水中鉈離子(Tl+)濃度仍較高,還含有Zn2+、Cu2+、S等離子,需要處理達標后才能排放,處理流程如圖甲所示:
已知:①常溫下,部分金屬離子的沉淀pH范圍如表所示:
離子種類 Tl3+ Cu2+ Zn2+
開始沉淀pH 1.4 5.2 5.9
完全沉淀pH 2.8 6.4 8.9
②Tl+性質與堿金屬離子類似,其鹽易溶于水,易被氧化為Tl3+。
回答下列問題:
(1)常溫下,“中和”步驟加入石灰調節pH為9.0,則濾渣1的主要成分除了Zn(OH)2外還有　　　　(填化學式)。
(2)“氧化”步驟加入不同氧化劑時鉈的去除率隨氧化劑投加量的變化如圖乙所示,則氧化劑及其投加量應選擇　　　　;寫出選用次氯酸鈉作氧化劑時發生反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
2.(2024·山東東營一模)由軟錳礦(主要成分是MnO2,還含有Fe、Mg等元素)制備高純碳酸錳、硫酸錳的一種工藝流程如圖所示。
25 ℃時,一些難溶電解質的溶度積常數如表所示。
難溶 電解質 MnCO3 MnF2 CaF2 MgF2
Ksp 1.8×10-11 4.5×10-3 1.5×10-10 7.4×10-11
一定條件下,一些金屬氫氧化物沉淀時的pH如表所示。
金屬氫氧化物 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Mn(OH)2
開始沉淀的pH 6.8 2.3 9.1
完全沉淀的pH 8.3 3.2 10
已知“溶浸”時,Fe不能還原MnO2,但Fe2+能還原MnO2得到Mn2+。
(1)Fe2+還原MnO2的離子方程式是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)實際測得“溶浸”時消耗n(MnO2)∶n(Fe)>1∶2,原因是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)“氧化”時加入適量的H2O2的目的是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)用CaCO3“調pH”雖然成本較低,但會引入Ca2+等雜質,若使用　　　　(填化學式)“調pH”可避免此問題。
3.(2024·江蘇泰州二模)鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3,含少量SiO2、Sc2O3等氧化物,某實驗室利用鈦鐵礦制取ScF3的流程如圖所示。
已知:①“酸浸”時FeTiO3轉化為TiO2+;
[TiO(H2O2)]2+為橘黃色的穩定離子,易溶于水。
②室溫下,溶液中離子沉淀完全的pH如表所示。
離子 Fe3+ Fe2+ TiO2+
沉淀完全的pH 3.2 9.0 1.05
(1)“酸溶”所得溶液中含有Sc3+、Fe3+等。若此溶液中Sc3+的濃度為0.01 mol·L-1,“氨水調pH”時應控制的pH范圍是　　　　　　　　　　　　　　
{已知Ksp[Sc(OH)3]=1.25×10-33,lg2=0.3}。
(2)“沉鈧”形成的復鹽沉淀化學式為xNH4Cl·yScF3·zH2O,在“脫水除銨”過程中取7.47 g該復鹽進行熱分解,剩余固體質量與溫度的關系如圖所示,其中在380~400 ℃過程中會有白煙冒出,保溫至無煙氣產生,即得到ScF3。由圖中數據得x∶z=　　　　。
題型突破3化工流程中化學方程式的書寫及有關計算
1.(2024·安徽卷)精煉銅產生的銅陽極泥富含Cu、Ag、Au等多種元素。研究人員設計了一種從銅陽極泥中分離提取金和銀的流程,如圖所示。
(1)“電沉積”步驟中陰極的電極反應式為　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
“電沉積”步驟完成后,陰極區溶液中可循環利用的物質為　　　　(填化學式)。
(2)“還原”步驟中,被氧化的N2H4與產物Au的物質的量之比為　　　　。
答案　(1)[Ag(S2O3)2]3-+e-===Ag↓+2S2　Na2S2O3　(2)3∶4
解析　(1)結合“浸出液3”的主要成分及“電沉積”步驟中得到Ag,可知該步驟中陰極反應式為[Ag(S2O3)2]3-+e-===Ag↓+2S2,“電沉積”后溶液中含大量的Na+和S2,形成的Na2S2O3可循環利用。(2)結合圖示流程及氧化還原反應規律可寫出“還原”步驟的化學方程式為4HAuCl4+3N2H4===4Au+3N2↑+16HCl,則反應中被氧化的N2H4與產物Au的物質的量之比為3∶4。
2.(2024·江蘇卷)凈化后的NdCl3溶液通過沉釹、焙燒得到Nd2O3。
(1)向NdCl3溶液中加入(NH4)2CO3溶液,Nd3+可轉化為Nd(OH)CO3沉淀。該反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)將8.84 mg Nd(OH)CO3(摩爾質量為221 g·mol-1)在氮氣氛圍中焙燒,剩余固體質量隨溫度變化曲線如圖所示。550~600 ℃時,所得固體產物可表示為NdaOb(CO3)c,通過以上實驗數據確定該產物中n(Nd3+)∶n(C)的比值(寫出計算過程)。
答案　(1)2Nd3++3C+H2O===2Nd(OH)CO3↓+CO2↑　(2)2∶1,8.84 mg Nd(OH)CO3的物質的量為4×10-5 mol,550~600 ℃時,固體分解產生H2O與CO2,質量共減少1.24 mg,其中n(H2O)=2×10-5 mol,m(H2O)=0.36 mg,則m(CO2)=1.24 mg-0.36 mg=0.88 mg,n(CO2)=2×10-5 mol,n(CO2)=n(C)=2×10-5 mol,n(Nd3+)∶n(C)=2∶1
解析　(1)Nd3+、C發生相互促進的水解反應,產物為Nd(OH)CO3和CO2,根據電荷守恒、原子守恒配平反應的離子方程式為2Nd3++3C+H2O===2Nd(OH)CO3↓+CO2↑。(2)n[Nd(OH)CO3]==4×10-5 mol,其中n(OH-)=4×10-5 mol,550~600 ℃時,Nd(OH)CO3生成NdaOb(CO3)c,質量減少8.84 mg-7.60 mg=1.24 mg,焙燒產物中不含有H元素,則根據2OH-~H2O,焙燒過程中生成的H2O的質量為×4×10-5 mol×18 g·mol-1×103 mg·g-1=0.36 mg,則生成的CO2的質量為1.24 mg-0.36 mg=0.88 mg,根據C~CO2,發生反應的C的物質的量為=2×10-5 mol,起始固體中含有的C的物質的量=n[Nd(OH)CO3]=4×10-5 mol,則剩余固體中C的物質的量為4×10-5 mol-2×10-5 mol=2×10-5 mol,焙燒過程中,Nd不會減少,則剩余固體中Nd3+的物質的量為4×10-5 mol,故產物中n(Nd3+)∶n(C)=(4×10-5 mol)∶(2×10-5 mol)=2∶1。
3.(2023·全國乙卷)LiMn2O4作為一種新型鋰電池正極材料受到廣泛關注。由菱錳礦(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制備LiMn2O4的流程如下:
已知:Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Ni(OH)2]=5.5×10-16。
回答下列問題:
(1)硫酸溶礦主要反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)加入少量MnO2的作用是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
不宜使用H2O2替代MnO2,原因是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)煅燒窯中,生成LiMn2O4反應的化學方程式是　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)MnCO3+H2SO4===MnSO4+H2O+CO2↑
(2)將Fe2+氧化為Fe3+　Mn2+和生成的Fe3+會催化H2O2分解
(3)2Li2CO3+8MnO24LiMn2O4+2CO2↑+O2↑
解析　根據題給的流程,將菱錳礦置于反應器中,加入硫酸和MnO2,可將固體溶解為離子,將雜質中的Fe、Ni、Al等元素物質也轉化為其離子形式,同時加入的MnO2可以將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+;隨后將溶液pH調至約等于7,此時,根據已知條件給出的三種氫氧化物的溶度積進行計算可得出將溶液中的Al3+沉淀出來;隨后加入BaS,可以將溶液中的Ni2+沉淀,得到相應的濾渣;反應后溶液中含有大量的Mn2+,將此溶液置于電解槽中電解,得到MnO2,將MnO2與碳酸鋰共同煅燒得到最終產物LiMn2O4。(1)菱錳礦中主要含有MnCO3,加入硫酸后可以與其反應,硫酸溶礦主要反應的化學方程式為MnCO3+H2SO4===MnSO4+H2O+CO2↑。(2)根據分析,加入MnO2的作用是將酸溶后溶液中含有的Fe2+氧化為Fe3+;若使用H2O2替代MnO2,則Mn2+和生成的Fe3+會催化H2O2分解,原料利用率低。(3)煅燒窯中MnO2與Li2CO3發生反應生成LiMn2O4,反應的化學方程式為2Li2CO3+8MnO24LiMn2O4+2CO2↑+O2↑。
4.(2023·山東卷)鹽湖鹵水(主要含Na+、Mg2+、Li+、Cl-、S和硼酸根等)是鋰鹽的重要來源。一種以高鎂鹵水為原料經兩段除鎂制備Li2CO3的工藝流程如下:
已知:常溫下,Ksp(Li2CO3)=2.2×10-2。相關化合物的溶解度與溫度的關系如圖所示。
回答下列問題:
(1)含硼固體中的B(OH)3在水中存在平衡:B(OH)3+H2OH++[B(OH)4]-(常溫下,Ka=10-9.24);B(OH)3與NaOH溶液反應可制備硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常溫下,在0.10 mol·L-1 硼砂溶液中,[B4O5(OH)4]2-水解生成等物質的量濃度的B(OH)3和[B(OH)4]-,該水解反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　,
該溶液pH=　　　　。
(2)濾渣Ⅰ的主要成分是　　　　(填化學式);精制Ⅰ后溶液中Li+的濃度為2.0 mol·L-1,則常溫下精制Ⅱ過程中C濃度應控制在　　　　mol·L-1 以下。若脫硼后直接進行精制Ⅰ,除無法回收HCl外,還將增加　　　　的用量(填化學式)。
答案　(1)[B4O5(OH)4]2-+5H2O2B(OH)3+2[B(OH)4]-　9.24
(2)Mg(OH)2、CaSO4　5.5×10-3　CaO
解析　由流程可知,鹵水中加入鹽酸脫硼后過濾,所得濾液經濃縮結晶后得到晶體,該晶體中含有Na+、Li+、Mg2+、Cl-、S等,焙燒后生成HCl氣體(部分MgCl2·6H2OMgO+2HCl↑+5H2O↑);燒渣水浸后過濾,固體為MgO,濾液中加生石灰后產生沉淀,則濾渣Ⅰ的主要成分為Mg(OH)2、CaSO4;由于CaSO4微溶于水,精制Ⅰ所得濾液中再加純堿又生成沉淀,則濾渣Ⅱ為CaCO3;精制Ⅱ所得濾液經操作X后,所得溶液經濃縮結晶、過濾得到氯化鈉,濃縮后的濾液中加入飽和碳酸鈉溶液沉鋰,得到Li2CO3。(1)含硼固體中的B(OH)3在水中存在平衡:B(OH)3+H2O[B(OH)4]-+H+(常溫下,K=10-9.24);B(OH)3與NaOH溶液反應可制備硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常溫下,在0.10 mol·L-1 硼砂溶液中,[B4O5(OH)4]2-水解生成等物質的量濃度的B(OH)3和[B(OH)4]-,該水解反應的離子方程式為[B4O5(OH)4]2-+5H2O2B(OH)3+2[B(OH)4]-,由B元素守恒可知,B(OH)3和[B(OH)4]-的濃度均為0.20 mol·L-1,K==c(H+)=10-9.24,則該溶液pH=9.24。(2)由分析可知,濾渣Ⅰ的主要成分是Mg(OH)2、CaSO4;精制Ⅰ后溶液中Li+的濃度為2.0 mol·L-1,由Ksp(Li2CO3)=2.2×10-2可知,則常溫下精制Ⅱ過程中C濃度應控制在 mol·L-1 =5.5×10-3 mol·L-1 以下;若脫硼后直接進行精制Ⅰ,除無法回收HCl(可與CaO反應)外,還會增加生石灰的用量。
1.化學工藝流程中常考試劑的作用
類別 物質 作用
氧化劑 H2O2、HNO3、KMnO4、MnO2 空氣、次氯酸等 氧化某些還原性物質,便于后續分離,如氧化Fe2+、Co2+等
還原劑 SO2、Na2SO3、I-、Fe2+、金屬單質等 還原某些氧化性物質,便于后續分離,如還原Fe3+等
酸 HCl、H2SO4、HNO3等 溶解金屬和金屬氧化物,調節溶液pH促進水解(沉淀),H2SO4可提供S作沉淀劑
堿 NaOH、 NH3·H2O等 去油污;調節溶液pH促進水解(沉淀),NaOH可溶解氧化鋁、鋁、二氧化硅
碳酸鹽 Na2CO3、(NH4)2CO3 調pH使某些離子沉淀,提供C使某些離子(如Cu2+[1]、Ca2+、Pb2+、Ba2+等)沉淀
碳酸 氫鹽 NaHCO3、NH4HCO3 調pH使某些離子沉淀,提供HC使某些離子{如 [Al(OH)4]-[2]、 Fe3+[3]、Al3+、Fe2+[4]、Mg2+、Mn2+、Co2+等}沉淀
草酸鹽 Na2C2O4 使Ba2+、Ca2+等離子沉淀
硫化物 H2S、Na2S、 (NH4)2S 使Cu2+、Cu+、Pb2+、Ag+、Sn2+等離子沉淀
氟化物 HF、CaF2 使Ba2+、Ca2+、Mg2+等離子沉淀
[1]、[2]、[3]、[4]發生的反應分別是:
[1]2Cu2++2C+H2O===Cu2(OH)2CO3↓+CO2↑;
[2][Al(OH)4]-+HC===Al(OH)3↓+C+H2O;
[3]Fe3++3HC===Fe(OH)3↓+3CO2↑;
[4]Fe2++2HC===FeCO3↓+CO2↑+H2O。
2.陌生的氧化還原反應的書寫
例1　以軟錳礦(主要成分為MnO2,含少量鐵的氧化物)制備高純MnCO3。流程如圖:
酸溶還原時,MnO2發生反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O
解析　酸溶還原時,MnO2將亞鐵離子氧化為鐵離子,自身被還原為二價錳離子。
例2　工業上使用催化劑時常需要載體,納米氧化鋅可作為一些催化劑的載體。工業上由軟錳礦(主要成分為MnO2)與鋅精礦(主要成分為ZnS)酸性共融法制備MnO2及納米ZnO的工藝流程如圖。回答下列問題:
(1)寫出酸浸時ZnS與MnO2發生的主要反應的化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　(無單質硫生成)。
(2)Na2S2O8是一種強氧化劑,能與Mn2+反應生成S和紫色Mn。用Na2S2O8檢驗水相中的Mn2+時發生反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)ZnS+4MnO2+4H2SO4===ZnSO4+4MnSO4+4H2O
(2)2Mn2++5S2+8H2O===2Mn+10S+16H+
解析　(1)根據工藝流程分析,酸浸時,ZnS、MnO2分別轉化為ZnSO4、MnSO4,即S由-2價升高為+6價,Mn由+4價降低為+2價,根據得失電子守恒、原子守恒,配平化學方程式為ZnS+4MnO2+4H2SO4===ZnSO4+4MnSO4+4H2O。(2)S2與Mn2+反應生成S和Mn,根據得失電子守恒,S2、Mn2+的化學計量數之比為5∶2,再根據電荷守恒和原子守恒,配平離子方程式為2Mn2++5S2+8H2O===2Mn+10S+16H+。
3.流程中的計算
(1)產率、純度計算
純度=×100%
產物的產率=×100%
(2)Ksp計算
①判斷能否沉淀;
②判斷能否沉淀完全;
③計算某一離子的濃度;
④沉淀生成和沉淀完全時pH的計算。
例3　將等體積的4×10-3 mol·L-1的AgNO3溶液和4×10-3 mol·L-1 K2CrO4溶液混合,有無Ag2CrO4沉淀產生 [已知:Ksp(Ag2CrO4)=1.12×10-12]
答案　有
解析　等體積混合后,濃度為原來的一半。c(Ag+)=2×10-3 mol·L-1,c(Cr)=2×10-3 mol·L-1,Q=c2(Ag+)·c(Cr)=(2×10-3 )2×2×10-3=8×10-9>Ksp,所以有沉淀析出。
例4　(2024·山東臨沂二模)Zn、Fe及其化合物在生產、生活中應用比較廣泛。工業上利用鋅焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,還含有少量FeO和CuO等雜質)制取金屬鋅的工藝流程如下:
(1)若凈化后的溶液中Cu2+濃度為1×10-12mol·L-1,則凈化后溶液中Zn2+濃度為　　　　　　　　　　　　　　　。
[已知:室溫下Ksp(ZnS)=1.6×10-24,Ksp(CuS)=6.4×10-36]
(2)ZnFe2O4是一種性能優良的軟磁材料,工業上常利用ZnFe2(C2O4)3·6H2O隔絕空氣加熱分解制備,該晶體的熱分解化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
測熱分解后產品中ZnFe2O4的質量分數方法如下:取a g產品用硫酸溶解后加入足量KI溶液充分反應,調溶液至弱酸性,再加入淀粉指示劑,用c mol·L-1 Na2S2O3標準溶液滴定,用去此標準溶液V mL時,剛好達到滴定終點,則此產品中ZnFe2O4的質量分數為　　　　　　(用a、c、V表示)。(已知:I2+2S2===2I-+S4)
答案　(1)0.25 mol·L-1　(2)ZnFe2(C2O4)3·6H2OZnFe2O4+4CO↑+2CO2↑+6H2O　%
解析　(1)若凈化后的溶液中Cu2+濃度為1×10-12 mol·L-1,c(S2-)== mol·L-1=6.4×10-24 mol·L-1,則凈化后溶液中c(Zn2+)== mol·L-1=0.25 mol·L-1。(2)由題可知關系式:ZnFe2O4~I2~2S2,w(ZnFe2O4)=×100%=%。
1.鉈廣泛用于高能物理、超導材料等領域,鉈冶煉廠的含鉈廢水中鉈離子(Tl+)濃度仍較高,還含有Zn2+、Cu2+、S等離子,需要處理達標后才能排放,處理流程如圖甲所示:
已知:①常溫下,部分金屬離子的沉淀pH范圍如表所示:
離子種類 Tl3+ Cu2+ Zn2+
開始沉淀pH 1.4 5.2 5.9
完全沉淀pH 2.8 6.4 8.9
②Tl+性質與堿金屬離子類似,其鹽易溶于水,易被氧化為Tl3+。
回答下列問題:
(1)常溫下,“中和”步驟加入石灰調節pH為9.0,則濾渣1的主要成分除了Zn(OH)2外還有　　　　(填化學式)。
(2)“氧化”步驟加入不同氧化劑時鉈的去除率隨氧化劑投加量的變化如圖乙所示,則氧化劑及其投加量應選擇　　　　;寫出選用次氯酸鈉作氧化劑時發生反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)Cu(OH)2、CaSO4　(2)GY-1、2.5 mg·L-1　Tl++ClO-+2H+===Tl3++Cl-+H2O
解析　(1)由已知信息可知Tl+與堿金屬離子類似,“中和”時不會被沉淀,故由題表可知,pH=9.0時Zn2+、Cu2+形成Zn(OH)2、Cu(OH)2沉淀,同時加入的石灰可以與S形成微溶的CaSO4。(2)由圖乙可知,相同條件下GY-1作氧化劑時鉈去除率更高,并且加入量為2.5 mg·L-1時鉈去除率達到最大,超過此加入量后鉈去除率下降且成本增加。氧化劑的作用是將Tl+氧化為Tl3+,故發生的反應為Tl+與ClO-在酸性條件下反應,ClO-被還原為Cl-,Tl+被氧化為Tl3+。
2.(2024·山東東營一模)由軟錳礦(主要成分是MnO2,還含有Fe、Mg等元素)制備高純碳酸錳、硫酸錳的一種工藝流程如圖所示。
25 ℃時,一些難溶電解質的溶度積常數如表所示。
難溶 電解質 MnCO3 MnF2 CaF2 MgF2
Ksp 1.8×10-11 4.5×10-3 1.5×10-10 7.4×10-11
一定條件下,一些金屬氫氧化物沉淀時的pH如表所示。
金屬氫氧化物 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Mn(OH)2
開始沉淀的pH 6.8 2.3 9.1
完全沉淀的pH 8.3 3.2 10
已知“溶浸”時,Fe不能還原MnO2,但Fe2+能還原MnO2得到Mn2+。
(1)Fe2+還原MnO2的離子方程式是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)實際測得“溶浸”時消耗n(MnO2)∶n(Fe)>1∶2,原因是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)“氧化”時加入適量的H2O2的目的是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)用CaCO3“調pH”雖然成本較低,但會引入Ca2+等雜質,若使用　　　　(填化學式)“調pH”可避免此問題。
答案　(1)MnO2+2Fe2++4H+===2Fe3++Mn2++2H2O　(2)“溶浸”時發生反應Fe+2Fe3+===3Fe2+,部分Fe3+轉化成還原劑Fe2+,減少了單質鐵的用量　(3)將Fe2+氧化為Fe3+,便于在“調pH”時除去　(4)MnCO3或Mn(OH)2(合理即可)
解析　(1)“溶浸”時先發生反應Fe+2H+===Fe2++H2↑,產生Fe2+,酸性環境下,Fe2+能還原MnO2得到Mn2+,反應為MnO2+2Fe2++4H+===2Fe3++Mn2++2H2O。(2)“溶浸”時生成的Fe3+有較強的氧化性,故“溶浸”時會發生反應Fe+2Fe3+===3Fe2+,部分Fe3+轉化成還原劑Fe2+,間接減少了單質鐵的用量。(3)觀察題給金屬氫氧化物沉淀時的pH數據可知,若將Fe2+轉化成Fe(OH)2會造成Mn2+的損失,故先用H2O2將Fe2+氧化成Fe3+,便于在“調pH”時除去。(4)欲使“調pH”時不引入新雜質,可使用能與H+反應的錳的化合物,如MnCO3或Mn(OH)2等。
3.(2024·江蘇泰州二模)鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3,含少量SiO2、Sc2O3等氧化物,某實驗室利用鈦鐵礦制取ScF3的流程如圖所示。
已知:①“酸浸”時FeTiO3轉化為TiO2+;
[TiO(H2O2)]2+為橘黃色的穩定離子,易溶于水。
②室溫下,溶液中離子沉淀完全的pH如表所示。
離子 Fe3+ Fe2+ TiO2+
沉淀完全的pH 3.2 9.0 1.05
(1)“酸溶”所得溶液中含有Sc3+、Fe3+等。若此溶液中Sc3+的濃度為0.01 mol·L-1,“氨水調pH”時應控制的pH范圍是　　　　　　　　　　　　　　
{已知Ksp[Sc(OH)3]=1.25×10-33,lg2=0.3}。
(2)“沉鈧”形成的復鹽沉淀化學式為xNH4Cl·yScF3·zH2O,在“脫水除銨”過程中取7.47 g該復鹽進行熱分解,剩余固體質量與溫度的關系如圖所示,其中在380~400 ℃過程中會有白煙冒出,保溫至無煙氣產生,即得到ScF3。由圖中數據得x∶z=　　　　。
答案　(1)3.2~3.7或3.2≤pH<3.7　(2)1∶2
解析　(1)第一步:分析“氨水調pH”的目的。用氨水調節溶液pH的目的是使Fe3+沉淀完全而Sc3+不沉淀。第二步:根據題給信息找到使Fe3+沉淀完全所需的pH。由表知,使Fe3+完全沉淀需pH≥3.2。第三步:通過Ksp計算Sc3+開始沉淀的pH。由Ksp[Sc(OH)3]=1.25×10-33得,Sc3+開始沉淀時c(OH-)= mol·L-1=5×10-11 mol·L-1,對應的c(H+)為2×10-4 mol·L-1,pH=3.7,故除雜過程中應控制的pH范圍是3.2~3.7。(2)由“脫水除銨”以及最終得到ScF3知,xNH4Cl·yScF3·zH2O在200~300 ℃時減少的是結晶水的質量,在380~400 ℃過程中會有白煙冒出,“保溫至無煙氣產生”意味著沉淀中NH4Cl分解完全,即380~400 ℃減少的是NH4Cl的質量,則n(NH4Cl)==0.06 mol,n(H2O)==0.12 mol,===。(共38張PPT)
第一篇　新高考題型突破
板塊Ⅴ　水溶液中的離子平衡
題型突破主觀題　題型突破3　化工流程中化學方程式的
真題導航
核心整合
模擬預測
書寫及有關計算
1.(2024·安徽卷)精煉銅產生的銅陽極泥富含Cu、Ag、Au等多種元素。研究人員設計了一種從銅陽極泥中分離提取金和銀的流程,如圖所示。
(1)“電沉積”步驟中陰極的電極反應式為___________________________。
“電沉積”步驟完成后,陰極區溶液中可循環利用的物質為　　　　(填化學式)。
(2)“還原”步驟中,被氧化的N2H4與產物Au的物質的量之比為　　　　。
[Ag(S2O3)2]3-+e-===Ag↓+2S2
Na2S2O3
3∶4
解析　(1)結合“浸出液3”的主要成分及“電沉積”步驟中得到Ag,可知該步驟中陰極反應式為[Ag(S2O3)2]3-+e-===Ag↓+2S2,“電沉積”后溶液中含大量的Na+和S2,形成的Na2S2O3可循環利用。(2)結合圖示流程及氧化還原反應規律可寫出“還原”步驟的化學方程式為4HAuCl4+3N2H4===4Au+3N2↑+16HCl,則反應中被氧化的N2H4與產物Au的物質的量之比為3∶4。
2.(2024·江蘇卷)凈化后的NdCl3溶液通過沉釹、焙燒得到Nd2O3。
(1)向NdCl3溶液中加入(NH4)2CO3溶液,Nd3+可轉化為Nd(OH)CO3沉淀。該反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　。
(2)將8.84 mg Nd(OH)CO3(摩爾質量為221 g·mol-1)在氮氣氛圍中焙燒,剩余固體質量隨溫度變化曲線如圖所示。550~600 ℃時,所得固體產物可表示為NdaOb(CO3)c,通過以上實驗數據確定該產物中n(Nd3+)∶n(C)的比值(寫出計算過程)。
2Nd3++3C+H2O===2Nd(OH)CO3↓+CO2↑
答案 2∶1,8.84 mg Nd(OH)CO3的物質的量為4×10-5 mol,550~600 ℃時,固體分解產生H2O與CO2,質量共減少1.24 mg,其中n(H2O)=2×10-5 mol,m(H2O)=0.36 mg,則m(CO2)=1.24 mg-0.36 mg=0.88 mg,n(CO2)=2×10-5 mol,n(CO2) =n(C)=2×10-5 mol,n(Nd3+)∶n(C)=2∶1
解析　(1)Nd3+、C發生相互促進的水解反應,產物為Nd(OH)CO3和CO2,根據電荷守恒、原子守恒配平反應的離子方程式為2Nd3++3C+H2O=== 2Nd(OH)CO3↓+CO2↑。(2)n[Nd(OH)CO3]== 4×10-5 mol,其中n(OH-)= 4×10-5 mol,550~600 ℃時,Nd(OH)CO3生成NdaOb(CO3)c,質量減少8.84 mg-7.60 mg=1.24 mg,焙燒產物中不含有H元素,則根據2OH-~H2O,焙燒過程中生成的H2O的質量為×4×10-5 mol×18 g·mol-1×103 mg·g-1=0.36 mg,則生成的CO2的質量為
1.24 mg-0.36 mg=0.88 mg,根據C~CO2,發生反應的C
=2×10-5 mol,起始固體中含有的C的物質的量=n[Nd(OH)CO3]=4×10-5 mol,則剩余固體中C的物質的量為4×10-5 mol-2×10-5 mol=2×10-5 mol,焙燒過程中,Nd不會減少,則剩余固體中Nd3+的物質的量為4×10-5 mol,故產物中n(Nd3+)∶n(C)=(4×10-5 mol)∶(2×10-5 mol)=2∶1。
3.(2023·全國乙卷)LiMn2O4作為一種新型鋰電池正極材料受到廣泛關注。由菱錳礦(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制備LiMn2O4的流程如下:
已知:Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Ni(OH)2]=5.5×10-16。
回答下列問題:
(1)硫酸溶礦主要反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　。
(2)加入少量MnO2的作用是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　。
不宜使用H2O2替代MnO2,原因是　　　　　　　　　　　　　　 　　。
(3)煅燒窯中,生成LiMn2O4反應的化學方程式是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
MnCO3+H2SO4===MnSO4+H2O+CO2↑
將Fe2+氧化為Fe3+
Mn2+和生成的Fe3+會催化H2O2分解
4.(2023·山東卷)鹽湖鹵水(主要含Na+、Mg2+、Li+、Cl-、S和硼酸根等)是鋰鹽的重要來源。一種以高鎂鹵水為原料經兩段除鎂制備Li2CO3的工藝流程如圖:
已知:常溫下,Ksp(Li2CO3)=2.2×10-2。相關化合物的溶解度與溫度的關系如圖所示。
9.24
Mg(OH)2、CaSO4
5.5×10-3
CaO
1.化學工藝流程中常考試劑的作用
類別 物質 作用
氧化劑 H2O2、HNO3、KMnO4、MnO2空氣、次氯酸等 氧化某些還原性物質,便于后續分離,如氧化Fe2+、Co2+等
還原劑 SO2、Na2SO3、I-、Fe2+、金屬單質等 還原某些氧化性物質,便于后續分離,如還原Fe3+等
酸 HCl、H2SO4、HNO3等 溶解金屬和金屬氧化物,調節溶液pH促進水解(沉淀),H2SO4可提供S作沉淀劑
堿 NaOH、NH3·H2O等 去油污;調節溶液pH促進水解(沉淀),NaOH可溶解氧化鋁、鋁、二氧化硅
類別 物質 作用
碳酸鹽 Na2CO3、(NH4)2CO3 調pH使某些離子沉淀,提供C使某些離子(如Cu2+[1]、Ca2+、Pb2+、Ba2+等)沉淀
碳酸氫鹽 NaHCO3、NH4HCO3 調pH使某些離子沉淀,提供HC使某些離子{如[Al(OH)4]-[2]、Fe3+[3]、Al3+、Fe2+[4]、Mg2+、Mn2+、Co2+等}沉淀
草酸鹽 Na2C2O4 使Ba2+、Ca2+等離子沉淀
硫化物 H2S、Na2S、(NH4)2S 使Cu2+、Cu+、Pb2+、Ag+、Sn2+等離子沉淀
氟化物 HF、CaF2 使Ba2+、Ca2+、Mg2+等離子沉淀
[1]、[2]、[3]、[4]發生的反應分別是:
[1]_________________________________________;
[2]_________________________________________;
[3]_________________________________________;
[4]_________________________________________。
2Cu2++2C+H2O===Cu2(OH)2CO3↓+CO2↑
[Al(OH)4]-+HC===Al(OH)3↓+C+H2O
Fe3++3HC===Fe(OH)3↓+3CO2↑
Fe2++2HC===FeCO3↓+CO2↑+H2O
2.陌生的氧化還原反應的書寫
例1　以軟錳礦(主要成分為MnO2,含少量鐵的氧化物)制備高純MnCO3。流程如圖:
酸溶還原時,MnO2發生反應的離子方程式為
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O
解析　酸溶還原時,MnO2將亞鐵離子氧化為鐵離子,自身被還原為二價錳離子。
例2　工業上使用催化劑時常需要載體,納米氧化鋅可作為一些催化劑的載體。工業上由軟錳礦(主要成分為MnO2)與鋅精礦(主要成分為ZnS)酸性共融法制備MnO2及納米ZnO的工藝流程如圖。回答下列問題:
(1)寫出酸浸時ZnS與MnO2發生的主要反應的化學方程式:
　　　 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　(無單質硫生成)。
(2)Na2S2O8是一種強氧化劑,能與Mn2+反應生成S和紫色Mn。用Na2S2O8檢驗水相中的Mn2+時發生反應的離子方程式為
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
ZnS+4MnO2+4H2SO4===ZnSO4+4MnSO4+4H2O
2Mn2++5S2+8H2O===2Mn+10S+16H+
解析　(1)根據工藝流程分析,酸浸時,ZnS、MnO2分別轉化為ZnSO4、MnSO4,即S由-2價升高為+6價,Mn由+4價降低為+2價,根據得失電子守恒、原子守恒,配平化學方程式為ZnS+4MnO2+4H2SO4===ZnSO4+4MnSO4+4H2O。(2)S2與Mn2+反應生成S和Mn,根據得失電子守恒,S2、Mn2+的化學計量數之比為5∶2,再根據電荷守恒和原子守恒,配平離子方程式為2Mn2++5S2+8H2O===2Mn+10S+16H+。
3.流程中的計算
(1)產率、純度計算
純度=×100%
產物的產率=×100%
(2)Ksp計算
①判斷能否沉淀;②判斷能否沉淀完全;③計算某一離子的濃度;
④沉淀生成和沉淀完全時pH的計算。
例3　將等體積的4×10-3 mol·L-1的AgNO3溶液和4×10-3 mol·L-1 K2CrO4溶液混合,有無Ag2CrO4沉淀產生 [已知:Ksp(Ag2CrO4)=1.12×10-12]
答案　有
解析　等體積混合后,濃度為原來的一半。c(Ag+)=2×10-3 mol·L-1, c(Cr)=2×10-3 mol·L-1,Q=c2(Ag+)·c(Cr)=(2×10-3 )2×2×10-3=8×10-9>Ksp,所以有沉淀析出。
例4　(2024·山東臨沂二模)Zn、Fe及其化合物在生產、生活中應用比較廣泛。工業上利用鋅焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,還含有少量FeO和CuO等雜質)制取金屬鋅的工藝流程如下:
(1)若凈化后的溶液中Cu2+濃度為1×10-12mol·L-1,則凈化后溶液中Zn2+濃度為　　　　　　　　　　　　　　　。
[已知:室溫下Ksp(ZnS)=1.6×10-24,Ksp(CuS)=6.4×10-36]
0.25 mol·L-1
解析　(1)若凈化后的溶液中Cu2+濃度為1×10-12 mol·L-1,c(S2-)== mol·L-1=6.4×10-24 mol·L-1,則凈化后溶液中c(Zn2+)== mol·L-1=0.25 mol·L-1。
(2)ZnFe2O4是一種性能優良的軟磁材料,工業上常利用ZnFe2(C2O4)3·6H2O隔絕空氣加熱分解制備,該晶體的熱分解化學方程式為
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
測熱分解后產品中ZnFe2O4的質量分數方法如下:取a g產品用硫酸溶解后加入足量KI溶液充分反應,調溶液至弱酸性,再加入淀粉指示劑,用c mol·L-1 Na2S2O3標準溶液滴定,用去此標準溶液V mL時,剛好達到滴定終點,則此產品中ZnFe2O4的質量
分數為　　　　　　(用a、c、V表示)。(已知:I2+2S2===2I-+S4)
%
解析　(2)由題可知關系式:
ZnFe2O4~I2~2S2,w(ZnFe2O4)=×100%=%。
1.鉈廣泛用于高能物理、超導材料等領域,鉈冶煉廠的含鉈廢水中鉈離子(Tl+)濃度仍較高,還含有Zn2+、Cu2+、S等離子,需要處理達標后才能排放,處理流程如圖甲所示:
已知:①常溫下,部分金屬離子的沉淀pH范圍如表所示:
離子種類 Tl3+ Cu2+ Zn2+
開始沉淀pH 1.4 5.2 5.9
完全沉淀pH 2.8 6.4 8.9
②Tl+性質與堿金屬離子類似,其鹽易溶于水,易被氧化為Tl3+。
回答下列問題:
(1)常溫下,“中和”步驟加入石灰調節pH為9.0,則濾渣1的主要成分除了Zn(OH)2外還有　 　　　(填化學式)。
(2)“氧化”步驟加入不同氧化劑時鉈的去除率隨氧化劑投加量的變化如圖乙所示,則氧化劑及其投加量應選擇　 　　　;寫出選用次氯酸鈉作氧化劑時發生反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。
Cu(OH)2、CaSO4
GY-1、2.5 mg·L-1
Tl++ClO-+2H+===Tl3++Cl-+H2O
解析　(1)由已知信息可知Tl+與堿金屬離子類似,“中和”時不會被沉淀,故由題表可知,pH=9.0時Zn2+、Cu2+形成Zn(OH)2、Cu(OH)2沉淀,同時加入的石灰可以與S形成微溶的CaSO4。(2)由圖乙可知,相同條件下GY-1作氧化劑時鉈去除率更高,并且加入量為2.5 mg·L-1時鉈去除率達到最大,超過此加入量后鉈去除率下降且成本增加。氧化劑的作用是將Tl+氧化為Tl3+,故發生的反應為Tl+與ClO-在酸性條件下反應,ClO-被還原為Cl-,Tl+被氧化為Tl3+。
2.(2024·山東東營一模)由軟錳礦(主要成分是MnO2,還含有Fe、Mg等元素)制備高純碳酸錳、硫酸錳的一種工藝流程如圖所示。
25 ℃時,一些難溶電解質的溶度積常數如表所示。
難溶電解質 MnCO3 MnF2 CaF2 MgF2
Ksp 1.8×10-11 4.5×10-3 1.5×10-10 7.4×10-11
一定條件下,一些金屬氫氧化物沉淀時的pH如表所示。
金屬氫氧化物 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Mn(OH)2
開始沉淀的pH 6.8 2.3 9.1
完全沉淀的pH 8.3 3.2 10
已知“溶浸”時,Fe不能還原MnO2,但Fe2+能還原MnO2得到Mn2+。
(1)Fe2+還原MnO2的離子方程式是　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)實際測得“溶浸”時消耗n(MnO2)∶n(Fe)>1∶2,原因是
____________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)“氧化”時加入適量的H2O2的目的是　 　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)用CaCO3“調pH”雖然成本較低,但會引入Ca2+等雜質,若使用
　　 　　(填化學式)“調pH”可避免此問題。
MnO2+2Fe2++4H+===2Fe3++Mn2++2H2O
“溶浸”時發生反應Fe+2Fe3+===3Fe2+,部分Fe3+轉化成還原劑Fe2+,減少了單質鐵的用量
將Fe2+氧化為Fe3+,便于在“調pH”時除去
MnCO3或Mn(OH)2(合理即可)
解析　(1)“溶浸”時先發生反應Fe+2H+===Fe2++H2↑,產生Fe2+,酸性環境下,Fe2+能還原MnO2得到Mn2+,反應為MnO2+2Fe2++4H+===2Fe3++Mn2++2H2O。(2)“溶浸”時生成的Fe3+有較強的氧化性,故“溶浸”時會發生反應Fe+2Fe3+===3Fe2+,部分Fe3+轉化成還原劑Fe2+,間接減少了單質鐵的用量。(3)觀察題給金屬氫氧化物沉淀時的pH數據可知,若將Fe2+轉化成Fe(OH)2會造成Mn2+的損失,故先用H2O2將Fe2+氧化成Fe3+,便于在“調pH”時除去。(4)欲使“調pH”時不引入新雜質,可使用能與H+反應的錳的化合物,如MnCO3或Mn(OH)2等。
3.(2024·江蘇泰州二模)鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3,含少量SiO2、Sc2O3等氧化物,某實驗室利用鈦鐵礦制取ScF3的流程如圖所示。
已知:①“酸浸”時FeTiO3轉化為TiO2+;
[TiO(H2O2)]2+為橘黃色的穩定離子,易溶于水。
②室溫下,溶液中離子沉淀完全的pH如表所示。
離子 Fe3+ Fe2+ TiO2+
沉淀完全的pH 3.2 9.0 1.05
(1)“酸溶”所得溶液中含有Sc3+、Fe3+等。若此溶液中Sc3+的濃度為0.01 mol·L-1,“氨水調pH”時應控制的pH范圍是　　　　　　　　　　　　　　
{已知Ksp[Sc(OH)3]=1.25×10-33,lg2=0.3}。
(2)“沉鈧”形成的復鹽沉淀化學式為xNH4Cl·yScF3·zH2O,在“脫水除銨”過程中取7.47 g該復鹽進行熱分解,剩余固體質量與溫度的關系如圖所示,其中在380~
400 ℃過程中會有白煙冒出,保溫至無煙氣產生,即得到ScF3。由圖中數據得x∶z=　　　　。
3.2~3.7或3.2≤pH<3.7
1∶2
解析　(1)第一步:分析“氨水調pH”的目的。用氨水調節溶液pH的目的是使Fe3+沉淀完全而Sc3+不沉淀。第二步:根據題給信息找到使Fe3+沉淀完全所需的pH。由表知,使Fe3+完全沉淀需pH≥3.2。第三步:通過Ksp計算Sc3+開始沉淀的pH。由Ksp[Sc(OH)3]=1.25×10-33得,Sc3+開始沉淀時c(OH-)= mol·L-1=5×10-11 mol·L-1,對應的c(H+)為2×10-4 mol·L-1,pH=3.7,故除雜過程中應控制的pH范圍是3.2~3.7。(2)由“脫水除銨”以及最終得到ScF3知,xNH4Cl·yScF3·zH2O在200~300 ℃時減少的是結晶水的質量,在380~400 ℃過程中會有白煙冒出,“保溫至無煙氣產生”意味著沉淀中NH4Cl分解完全,即380~400 ℃減少的是NH4Cl的質量,則n(NH4Cl)==0.06 mol,n(H2O)==0.12 mol,===。

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