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文檔簡介

工藝流程題與反應原理的融合(教師備用)(2023·遼寧卷,16)某工廠采用如下工藝處理鎳鈷礦硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)。實現(xiàn)鎳、鈷、鎂元素的回收。類型1流程中融合Ksp、Ka、Kb、Kw的應用與計算已知:物質(zhì)Fe(OH)3Co(OH)2Ni(OH)2Mg(OH)2Ksp10-37.410-14.710-14.710-10.8回答下列問題:(1)用硫酸浸取鎳鈷礦時,提高浸取速率的方法為

(答出一條即可)。

適當增大硫酸濃度或適當升高溫度或?qū)㈡団挼V粉碎增大接觸面積解析:(1)用硫酸浸取鎳鈷礦時,為提高浸取速率可適當增大硫酸濃度、升高溫度或?qū)㈡団挼V粉碎增大接觸面積。(2)“氧化”中,混合氣在金屬離子的催化作用下產(chǎn)生具有強氧化性的過一硫酸(H2SO5),1molH2SO5中過氧鍵的數(shù)目為

。

NA(3)“氧化”中,用石灰乳調(diào)節(jié)pH=4,Mn2+被H2SO5氧化為MnO2,該反應的離子方程式為

(H2SO5的電離第一步完全,第二步微弱);濾渣的成分為MnO2、

(填化學式)。

Fe(OH)3、CaSO4(4)“氧化”中保持空氣通入速率不變,Mn(Ⅱ)氧化率與時間的關(guān)系如圖。SO2體積分數(shù)為

時,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;繼續(xù)增大SO2體積分數(shù)時,Mn(Ⅱ)氧化速率減小的原因是

。

9.0%

SO2有還原性,過多將會降低H2SO5的濃度,降低Mn(Ⅱ)氧化速率解析:(4)根據(jù)圖示可知SO2體積分數(shù)為9.0%時,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;繼續(xù)增大SO2體積分數(shù)時,由于SO2有還原性,過多將會降低H2SO5的濃度,降低Mn(Ⅱ)氧化速率。(5)“沉鈷鎳”中得到的Co(Ⅱ)在空氣中可被氧化成CoO(OH),該反應的化學方程式為

4CoO(OH)+2H2O(6)“沉鎂”中為使Mg2+沉淀完全(25℃),需控制pH不低于

(精確至0.1)。

11.1解析:(6)氫氧化鎂的Ksp=10-10.8,當鎂離子完全沉淀時,c(Mg2+)=10-5mol/L,根據(jù)Ksp可計算出c(OH-)=10-2.9mol/L,根據(jù)Kw=10-14,c(H+)=10-11.1mol/L,所以溶液的pH=11.1。1.(2023·山東青島高三專題練)蛇紋石礦的主要成分為MgO、SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、NiO、FeS等,一種綜合利用蛇紋石礦回收鎂資源的工藝流程如圖:已知:①當溶液中被沉淀離子的物質(zhì)的量濃度小于1×10-5mol/L時,認為該離子沉淀完全。②Ksp(NiS)=1×10-21,H2S的兩步電離常數(shù)分別為Ka1=1.4×10-7,Ka2=7.1×10-15。(1)“加壓、酸浸”中,要控制溫度在110℃左右,但反應時幾乎無需加熱,原因是

。濾渣1的主要成分除S、CaSO4外還有

。

濃硫酸稀釋放出大量的熱SiO2解析:(1)濃硫酸溶于水會放出大量的熱,使體系溫度升高,故幾乎無需加熱;SiO2不與硫酸反應,所以濾渣中還含有SiO2。(2)“氧化”中空氣的作用是

,NaClO3發(fā)生反應的離子方程式為

。氧化Fe2+,減少NaClO3的用量6Fe3++Cl-+3H2O(3)“除鐵”中濾渣2為難溶于水的黃鈉鐵礬[NaFe3(SO4)2(OH)6],同時生成一種無色氣體為

,Na2CO3溶液需緩慢加入,原因是

。

CO2避免加入過快使溶液局部堿性過強,導致鎳、鎂沉淀(4)“沉鎳”中,當Ni2+恰好完全沉淀時,若溶液中c(H2S)=1×10-3mol/L,則此時溶液的pH約為

。

42.(2022·山東淄博一模)某廢釩渣(主要成分為V2O3,含有少量Al2O3、CaO)為原料生產(chǎn)V2O5的工藝流程如圖:已知:釩酸(H3VO4)是強酸,NH4VO3難溶于水;+5價釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關(guān)系如下表。(1)“酸浸”前需將塊狀固體粉碎,其目的是

增大反應物的接觸面積,加快酸浸速率,使酸浸更加充分解析:(1)酸浸前將塊狀固體粉碎,可以增大反應物的接觸面積,加快酸浸速率,使酸浸更加充分。(2)已知Ca(VO3)2難溶于水,可溶于鹽酸。若“酸浸”時溶液的pH=4,則Ca(VO3)2溶于鹽酸的離子方程式為

。

(4)“沉釩2”的沉釩率隨溫度的變化如圖所示,溫度高于80℃沉釩率下降的原因是

解析:(4)氯化銨是強酸弱堿鹽,銨根離子在溶液中的水解反應是吸熱反應,當溫度高于80℃時,水解平衡向正反應方向移動,溶液中銨根離子濃度減小,導致沉釩率下降。(5)NH4VO3灼燒脫氨可得V2O5。在硫酸酸化條件下,V2O5可與草酸(H2C2O4)溶液反應得到含VO2+的溶液,反應的離子方程式為

。

解析:(5)由題意可知,在硫酸酸化條件下,V2O5與H2C2O4溶液反應生成VO2+、CO2和H2O。類型2流程中融合電化學的考查(2021·山東卷,17)工業(yè)上以鉻鐵礦(FeCr2O4,含Al、Si氧化物等雜質(zhì))為主要原料制備紅礬鈉(Na2Cr2O7·2H2O)的工藝流程如圖?;卮鹣铝袉栴}:(1)焙燒的目的是將FeCr2O4轉(zhuǎn)化為Na2CrO4并將Al、Si氧化物轉(zhuǎn)化為可溶性鈉鹽,焙燒時氣體與礦料逆流而行,目的是

增大反應物接觸面積,提高化學反應速率(2)礦物中相關(guān)元素可溶性組分物質(zhì)的量濃度c與pH的關(guān)系如圖所示。當溶液中可溶組分濃度c≤1.0×10-5mol·L-1時,可認為已除盡。中和時pH的理論范圍為

;酸化的目的是

;Fe元素在

(填操作單元的名稱)過程中除去。

4.5≤pH≤9.3浸取(3)蒸發(fā)結(jié)晶時,過度蒸發(fā)將導致

;冷卻結(jié)晶所得母液中,除Na2Cr2O7外,可在上述流程中循環(huán)利用的物質(zhì)還有

解析:(3)蒸發(fā)結(jié)晶時,過度蒸發(fā)會導致Na2Cr2O7·2H2O(提早)析出。Na2Cr2O7·2H2O(提早)析出H2SO4陽Na+1.(2023·山東淄博二模)回收稀土元素對促進稀土資源循環(huán)利用有十分重要的意義。利用釹鐵硼合金廢料制備Nd2O3和NdF3的工藝流程如圖:已知:①釹能與鹽酸發(fā)生反應,硼不與鹽酸反應;釹離子可與H2C2O4生成可溶性配合物。②25℃,相關(guān)物質(zhì)的Ksp見下表。物質(zhì)KspNd2(C2O4)3·10H2O1×10-21.6FeC2O41×10-6.5Fe(OH)21×10-16.3Fe(OH)31×10-38.6回答下列問題:(1)探究不同條件下,“酸浸”操作中釹、鐵元素的浸出率,如下表所示。①酒石酸的作用是

。

序號溫度/℃鹽酸濃度/(mol/L)酒石酸濃度/(g/L)Fe的浸出率/%Nd的浸出率/%Ⅰ404069.1587.22Ⅱ504065.3583.45Ⅲ406074.6491.05Ⅳ4065071.5493.62抑制Fe元素的浸出,提高Nd元素的浸出率解析:(1)①對比實驗Ⅲ和Ⅳ,兩組實驗的變量是加入酒石酸,Fe的浸出率下降,Nd的浸出率上升,故酒石酸的作用是抑制Fe元素的浸出,提高Nd元素的浸出率。②溫度升高釹浸出率降低,可能原因是

。解析:②對比實驗Ⅰ和Ⅱ,溫度升高,鐵和釹的浸出率均降低,則導致鐵、釹浸出率降低的原因可能是鹽酸易揮發(fā),溫度升高,溶質(zhì)揮發(fā),鹽酸濃度下降,導致鐵、釹浸出率降低。鹽酸易揮發(fā),溫度升高,溶質(zhì)揮發(fā),鹽酸濃度下降,導致鐵、釹浸出率降低(2)“沉釹”過程中,草酸用量對釹回收的影響如圖所示,當草酸實際用量與理論計算量比值n大于1.5時,沉釹率和沉淀純度均下降,其原因是

;

“沉釹”后的濾液可導入

(填操作名稱)操作再利用;“沉釹”后的晶體在空氣中充分煅燒的化學方程式為

釹離子可與H2C2O4生成可溶性配合物酸浸(3)“凈化”時需先加入的試劑為

(填化學式),再用氨水調(diào)溶液的pH,則pH的理論最小值為

(當溶液中某離子濃度c≤1×10-5mol/L時,可認為該離子沉淀完全)。“碳化”過程的離子方程式為

。

H2O22.8(4)利用膜電解技術(shù)(裝置如圖所示),以NdCl3溶液為原料制備Nd(OH)3,電解時通過膜的離子主要為

Nd3+2.(2023·湖南醴陵階段練)鈹銅是廣泛應用于制造高級彈性元件的良好合金。某科研小組從某舊鈹銅元件(含25%BeO、71%CuS、少量FeS和SiO2)中回收鈹和銅兩種金屬的工藝流程如圖:已知:Ⅰ.鈹、鋁元素的化學性質(zhì)相似,單質(zhì)鈹與氫氧化鈉溶液反應生成可溶于水的Na2[Be(OH)4]。Ⅱ.常溫下部分難溶物的溶度積常數(shù)如下表。難溶物Cu(OH)2Fe(OH)3Mn(OH)2溶度積常數(shù)(Ksp)2.2×10-204.0×10-382.1×10-13(1)濾液A的主要成分除NaOH外,還有

(填化學式),寫出反應Ⅰ中含鈹化合物與過量鹽酸反應的離子方程式:

。

Na2[Be(OH)4]、Na2SiO3(2)①濾液C中含NaCl、BeCl2和少量鹽酸,為提純BeCl2,最合理的實驗步驟順序為

(填字母)。

a.加入過量的氨水b.通入過量的CO2c.加入少量的NaOHd.加入適量的鹽酸e.洗滌f.過濾afed解析:(2)①由于Be的性質(zhì)與Al相似,所以Be具有兩性,用氨水使Be2+全部沉淀,再過濾,將Be(OH)2洗滌后,加入鹽酸最終轉(zhuǎn)化成BeCl2。②從

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