化學解答題練習（六）解析版-2021年高考化學解答題專練（元素化合物與工藝流程）

化學解答題練習(六)解析版

1.硫酸鋅被廣泛應用于醫(yī)藥領(lǐng)域和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。工業(yè)上由氧化鋅礦(主要成分為ZnO,另

含ZnSiCh、FeCCh、CuO等)生產(chǎn)ZnSOb7H2。的一種流程如圖：

濾遭X迎遭Y更澄z

(1)步驟1的操作是,濾渣X的成分是。

(2)步驟I加入稀硫酸進行酸浸時，需不斷通入高溫水蒸氣的目的是

(3)步驟II中，在pH約為5.1的濾液中加入高鐳酸鉀，生成Fe(OH)3和MnO(OH)2

兩種沉淀，該反應的離子方程式為一。

(4)步驟HI中，加入鋅粉的作用是

(5)已知硫酸鋅的溶解度與溫度之間的關(guān)系如下表：

溫度/℃020406080100

溶解度/g41.854.170.474.867.260.5

從硫酸鋅溶液中獲得硫酸鋅晶體的實驗操作為_、冷卻結(jié)晶、過濾。烘干操作需在減壓低溫

條件下進行，原因是。

(6)取28.70gZnSCU?7H2O加熱至不同溫度，剩余固體的質(zhì)量變化如圖所示。分析數(shù)據(jù)，

6800c時所得固體的化學式為一。

2

面

蠅

S

堆

回

張

稼

aZnObZgO(SO4)2cZ11SO4dZnSO^HzO

【答案】(1)過濾H2SiO3(2)升高溫度、使反應物充分混合，以加快反應速率(3)

2++

3Fe+MnO4+8H2O=3Fe(OH)31+MnO(OH)21+5H(4)除去Cu"(5)60℃

條件下蒸發(fā)濃縮降低烘干的溫度，防止ZnSO4?7H2O分解(6)b

【解析】(1)分離固體和液體通常用過濾的方法，ZnSiO3,與稀硫酸反應生成硅酸不溶于水，

濾渣X為硅酸沉淀；

(2)步驟I加入稀硫酸進行酸浸時，通入高溫水蒸氣，溫度升高，使反應物充分混合，以加

快反應速率；

(3)在pH約為5.1的濾液中加入高缽酸鉀，高鎰酸鉀與Fe2+發(fā)生氧化還原反應，生成Fe(0H)3

2+

和MnO(OH)2兩種沉淀，反應的離子方程式為:3Fe+MnO4+8H2O=3Fe(OH)3J,+MnO(OH)

21+5H+；

(4)步驟in：向濾液中加入鋅粉，置換出銅，濾液為硫酸鋅和硫酸鉀，所以加入鋅粉的作用

是除去Cu2+；

(5)從溶液中獲得晶體通常用蒸發(fā)濃縮、過濾結(jié)晶、過濾、洗滌、烘干等操作，由于ZnSO4,7H2O

易分解，所以烘干操作需在減壓低溫條件下進行；

故答案為：60c條件下蒸發(fā)濃縮；降低烘干的溫度，防止ZnSC)4?7H2O分解；

(6)28.70gZnSO4?7H2O的物質(zhì)的量為0.1mol,由Zn元素守恒可知，生成ZnSO“7H2?；騔nSCM

或ZnO或ZmO(SO4)2時,物質(zhì)的量均為O.lmol；若得ZnSOoFhO的質(zhì)量為17.90g(100℃)；

若得ZnSCU的質(zhì)量為16.10g(250℃)：若得ZnO的質(zhì)量為8」0g(930℃)；據(jù)此通過排除法確

定680℃時所得固體的化學式為Zn3O(SO4)2；

故答案為：b?

2.六氟磷酸鈉(NaPF。極易溶于水，可溶于乙醇、丙酮等有機溶劑，可作高能鈉電池的電解

質(zhì)。工業(yè)上以氟磷灰石［Ca5(PO4)3FJ、NaCl為主要原料，制備六氟磷酸鈉的工藝流程如下：

NaCl固體HC1

H氣體A迪自不5」容需陛幺溶蟹公祠③油浴加於六氟磷酸鈉

-**——?④*150啟粗品

氟磷灰石管T沸3點1-固液混合物

①焦炭、石英砂@CL

白磷一/固體B

1500X六氟磷酸鈉

精品

已知：HF的熔點為-83℃,沸點為19.5回答下列問題：

(1)氟磷灰石粉碎的目的是。

⑵HF液化時產(chǎn)生的二聚物(HF”能發(fā)生微弱的電離，與NaCl反應生成NaHF?,請寫出該二

聚物的電離方程式：o

(3)為避免廢水NaH2P04的污染，常在其中加入石灰，將磷元素全部轉(zhuǎn)化成磷酸鈣，進行回

2+

收利用。已知常溫下KsP[Ca3(PO4)2]=1.96x10々9，當處理后的廢水c(Ca)=1.0x1收mol/L時,

則溶液中c(PO：)=mol/L。

(4)操作③油浴加熱目的是o

(5)反應①中除生成白磷(P。外，還產(chǎn)生SiF4和一種還原性氣體，寫出該反應的化學方程式：

______O

(6)六氟磷酸鈉粗品的提純：將六氟磷酸鈉粗品(雜質(zhì)主要是微量鐵鹽)溶于一定量乙醇中，加

入適量5%的NaOH甲醇溶液，使溶液保持堿性，離心將不溶雜質(zhì)除去。通過(填操作

方法)將溶劑回收，減壓條件下結(jié)晶，得到NaPF6-H2O,干燥得到無水鹽。

【答案】(1)增大反應物的接觸面積，加快反應速率(2)(HF)2tH++HB或2HFWH++

H耳(3)1.4x10〃(4)除去殘留的氟化氫

(5)4Ca5(PO4)3F+21SiO2+3QC高溫2()CaSiO3+3Pi+SiF4，+30coi(6)蒸儲

【答案】(1)固體反應物的顆粒越小，其反應的接觸面積越大，化學反應速率越快。氟磷灰

石粉碎的目的是：增大反應物的接觸面積，加快反應速率。

(2)HF液化時產(chǎn)生的：聚物(HF)2能發(fā)生微弱的電離，與NaCl反應生成NaHF2,該二聚物的

電離方程式為(HF)2HH++H5或2HFWH++H5.

(3)為避免廢水NaH2P的污染，常在其中加入石灰，將磷元素全部轉(zhuǎn)化成磷酸鈣，進行回

292+5

收利用。己知常溫下KsP[Ca3(PO4)2]=1.96x1O-,當處理后的廢水c(Ca)=1.0x10-mol/L時,

,優(yōu)/生伊。)]〃.96x10-29

7

則溶液中c(PO4)=,-----3/八-=h---------5rnol/L=1.4x10mol/Lo

丫c3(C?2+)由1.0x10-5)

(4)HF極易溶于水，HF在反應中可能是過量的，操作③油浴加熱目的是除去殘留的氟化氫。

(5)反應①中除生成白磷(PQ外，還產(chǎn)生SiF」和一種還原性氣體，該氣體是焦炭的氧化產(chǎn)物

CO,該反應的化學方程式：4Ca5(PCU)3F+21SiO2+30C高溫20CaSiC)3+3P4+SiFuT+30co3

(6)六氟磷酸鈉(NaPF0極易溶于水，可溶于乙醇、丙酮等有機溶劑。提純六氟磷酸鈉粗品時，

為減少產(chǎn)品的損失，且考慮到產(chǎn)品易與溶劑分離，選擇沸點較低的醇作溶劑。將六氟磷酸鈉

粗品(雜質(zhì)主要是微量鐵鹽)溶于一定量乙醇中，加入適量5%的NaOH甲醇溶液，使溶液保

持堿性，離心將不溶雜質(zhì)除去。通過蒸儲將溶劑回收，減壓條件下結(jié)晶，得到NaPF6-H2O,

干燥得到無水鹽。

3.納米微晶Zn4co3(OH%(堿式碳酸鋅)屬于高端精細化工產(chǎn)品，晶粒粒度在9~10.4nm,不溶

于水和醇。某高校實驗室用工業(yè)級硫酸鋅(主要成分為ZnSO4，含少量

Fe2\Cu2\Cd"、Co3\Ni")制備納米微晶堿式碳酸鋅樣品的流程如圖所示:

工業(yè)級鋅粉,

NH4HCO3

硫酸鋅HQHA鋅粉SM)s溶液

鷺f鱉器爐

硫酸濾液I濾源清皿MgS0?-7H/)

已知:a.Fe(OH)3、Fe(OH)2,Zn(OH)2的pK.p(—lg仆)分別是37.4、15.4、16.2。

b.殘留在溶液中的離子濃度小于IO'mol時可認為沉淀完全。

c.濾渣III所含主要金屬元素是Sb、Co、Ni0

(1)“除雜I”的目的是除去溶液中的鐵元素，則H?C)2的作用是；若溶液中

4Zn")=10mol-LT,此過程中還應調(diào)節(jié)溶液的pH在—范圍(不考慮離子間的相互影響)。

(2)“除雜0”與“除雜川”均為還原除雜。

①濾渣H的主要金屬元素是__________________________

②“除雜in”中加入的Sb?O3在溶液中主要以HSbC>2形式存在。請寫出鋅與C02+、HSbC>2反

應生成“金屬間化合物"CoSb(CoSb中各元素化合價視為。價)的離子方程

式:____________________________

(3)“沉鋅”后得到的固體先用去離子水洗滌，再用乙醇洗滌。用乙醇洗滌的目的是

(4)加入MgSO4/H?。的主要目的是降低樣品晶粒粒度，但主元素Zn的質(zhì)量分數(shù)必須在56%

以上。若鎂、鋅的質(zhì)量比值過高,Mg?+還可能會生成(填化學式)，從而對樣品造成

影響。

(5)樣品中鋅的含量可用EDTA(可表示為H2Y2-)滴定測定,反應的離子方程式為

2+22+

Zn+H2Y-=ZnY-+2H??g納米微晶堿式碳酸鋅樣品，酸溶后得到pH為5~6的

溶液,以二甲酚橙作指示劑，用6moiEDTA標準溶液滴定，消耗EDTA溶液cmL,則樣品

中鋅的質(zhì)量分數(shù)是(用代數(shù)式表示)。

【答案】(1)將Fe?+氧化成Fe3+,以便形成氫氧化鐵沉淀而除去3.2<pH<5.9(2)

2++2+

Cu、Cd5Zn+2HSbO,+2Co+6H=2CoSb+5Zn+4H2O(3)去除固體表面的水，便

于干燥(4)Mg(OH)2［或MgCCVMg2(OH)2CO3>Mg4CO,(OH)61(5)

0.065匕c、］OO%

a

【解析】(1)“除雜I”的目的是除去溶液中的鐵元素，加入適量的H2O2溶液，可將Fe2+氧化

為Fe3+,以便形成氫氧化鐵沉淀而除去，已知Fe(OH)3、Fe(OH)2,Zn(OH)?的pK?(―lgrJ

分別是37.4、15.4、16.2,則Ksp[Fe(OH)3]=10-37.4,Ksp[Zn(OH)2]=10T6.2,若溶液中

c(Zn2+)=1.0mol/L,Zn(OH)2開始沉淀時，j<sp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)xc2(OH-),則

二=1081moi/L，c(H*)=10-5.9mol/L,此時溶液的pH=5.9,要使ZM+不沉淀,

C

1.0

則pH<5.9,殘留在溶液中的離子濃度小于10-5moi.171時可認為沉淀完全，則Fe3+完全沉

淀時,c(Fe3+)=1.0xl0-5mol/L,ATsp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)xc3(OH),則

此時溶液的pH=3.2,要使Fe3+完全沉

淀，則pH?2,故答案為：將Fe?+氧化成Fe3+,以便形成氫氧化鐵沉淀而除去；3.2<pH<

5.9；

⑵①除雜II向濾液中加入鋅粉還原除去Cu2+和Cd2+,濾渣II的主要成分是Cu、Cd,故答案

為：Cu、Cd；

②Zn與Co2\HSbO?生成“金屬間化合物"CoSb(CoSb中各元素的化合價視為0價)，Co元素

的化合價由+2價降低至0價，Sb元素的化合價由+3價降低至0價，則生成CoSb化合價降

低5價，而Zn元素的化合價由0價升高至+2價，根據(jù)得失電子守恒配平該反應的離子方程

2++2+

式為5Zn+2HSbO,+2Co+6H=2CoSb+5Zn+4H2O,故答案為：

2++2

5Zn+2HSbO2+2Co+6H=2CoSb+5Zn++4H2O；

(3)堿式碳酸鋅不溶于乙醇，且乙醇與水互溶，用乙醉洗滌可去除固體表面的水，便于干燥,

故答案為：去除固體表面的水，便于干燥；

(4)若鎂、鋅的質(zhì)量比值過高，MH+濃度較大，可能會生成Mg(OH%［或

MgCO3>Mg.OH)2co3、Mg4co3(OH%］,故答案為：Mg(OH)2［或

MgCC>3、Mg,(OH)2COvMg4cO?(OH%］；

(5)根據(jù)71產(chǎn)+凡丫2-=ZnY2-+2H+可知，Zn2+~EDTA(H2Y2),則n(Zn2+)=n(EDTA),則

樣品中鋅的質(zhì)量分數(shù)是bmol/Ly?L65、依虹-----白嶼瞅,故答案為:

asa

0.065bc

xlOO%?

a

4.

廢舊可充電電池主要含有Fe、Ni、Cd、C。等金屬元素，一種混合處理各種電池回收金屬的

新工藝如下圖所示。

NII,.(NHJX'O,

水溶液

濾液1水相—熱水蒸氣、.cdCO,

已預處

理的電浸取

濾液②---

池粉衣

濾渣L-有機相T反萃取|■系列操作二NiSO.-6H,0

有機廠

萃取劑比SO,

2+

己知：I.濾液①中含有Ni(NH3譚+、Cd(NH3)4>Co(NH3)62+等物質(zhì)。

II.萃取和反萃取的反應原理分別為：

2+++f2+

Ni(NH3)6+2HRNiR2+2NH4+4NH3；NiR2+2HNi+2HR

(1)為了加快浸取速率，可采取的措施為(任寫一條)。

(2)已知浸取過程中NH3和NH4+的物質(zhì)的量之和與Ni、Cd、Co浸取率的關(guān)系如表2所示。

表2浸取過程中氨總量與各離子浸取率的關(guān)系

〃(NH3)+

編號Ni浸取率/%Cd浸取率/%Co浸取率/%

+

n(NH4)/mol

?2.697.288.698.1

②3.586.098.886.7

③4.898.498.894.9

④5.697.785.196.8

⑤9.895.684.196.1

則可采用的最佳實驗條件編號為。

(3)CO(OH)3與鹽酸反應產(chǎn)生氣體單質(zhì)，該反應的化學方程式______。

(4)操作①的名稱為、過濾、洗滌。

(5)向有機相中加入H2s04能進行反萃取的原因為(結(jié)合平衡移動原理解釋)。

(6)將水相加熱并通入熱水蒸氣會生成CdCCh沉淀，并產(chǎn)生使紅色石蕊試紙變藍的氣體，該

反應的離子方程式為一。

(7)上述工藝流程中可能循環(huán)使用的物質(zhì)為。

(8)已知^sp(CdCO3)=1.0xl0'2,Ksp(NiC03)=14x10-7。若向物質(zhì)的量濃度均為0.2mol/L的Cd2+

和Ni2+溶液中滴加Na2co3溶液(設(shè)溶液體積增加1倍)，使Cd2+恰好沉淀完全，即溶液中

c(Cd2+)=1.0xl0-5mol/L時，是否有NiCCh沉淀生成(填“是”或者"否")。

【答案】(1)攪拌(適當升溫或增大浸取劑的濃度)(2)③(3)2Co(OH)3+6HCI=2CoCh

+CbT+6H2O(4)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶(5)根據(jù)NiR2+2H+Ni?++2HR可知，

加熱

加入H2s04使C(H+)增大，平衡向右移動⑹Cd(NH3)42++832-=^CdCCh]+4NH3T

(7)NH3、有機萃取劑)(8)否

【解析】(1)攪拌、適當升溫或增大浸取劑的濃度，均可加快浸取速率；

(2)通過表2中，浸取過程中氨總量與各離子浸取率的關(guān)系數(shù)據(jù)可知，當

〃(NH3)+"(NH4+)=4.8mol時，對Ni、Cd、Co浸取率都比較高，因此可采用的最佳實驗條件

編號為③；

(3)Co(OH)3與鹽酸反應生成CoCh溶液，由此可知Co元素表現(xiàn)了氧化性，則HC1表現(xiàn)還原

性，產(chǎn)生的氣體單質(zhì)應為C12,根據(jù)得失電子守恒，元素守恒可配平該反應的化學方程式為

2Co(OH)3+6HCl=2CoC12+ChT+6H2O；

(4)CoCb溶液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌得到CoCb6H2O晶體；

(5)根據(jù)以上分析可知，在有機相中加入硫酸進行反萃取，發(fā)生反應NiR2+2H+1Ni2+

+2HR,得到NiSC>4溶液，從平衡移動原理的角度解釋，即根據(jù)NiR2+2HNi2++2HR

可知，加入H2s04使C(H+)增大，平衡向右移動，從而得到NiS04溶液；

(6)水相中含有Cd(NH3)42+、CO32-,將水相加熱并通入熱水蒸氣會生成CdCCh沉淀，并產(chǎn)生

使紅色石蕊試紙變藍的氣體，則該氣體為NH3,則該反應的離子方程式為Cd(NH3)42++CCh2-

加熱

=^CdC03j+4NH3T；

(7)由以上分析可知，上述工藝流程中可能循環(huán)使用的物質(zhì)為N%、有機萃取劑;

(8)當Cd?+恰好沉淀完全時，溶液中

5mol/L=1.0>]O；mol/L,此時溶液中,

、'c(Cd2+)l.OxlO5，此uJ,介以i，

Q(NiCO3)=c(Ni2+)c(CO32-)=0.1X1.0xl0-7=[Ox10-8<Ksp(NiC03),故沒有NiCO3沉淀生成。

5.“翠磯”(NiSO‘7H2O)在印染工業(yè)作媒染劑，生產(chǎn)醐菁艷藍絡(luò)合劑；氟銀化鉀(QNiFQ是結(jié)

構(gòu)化學研究的熱點物質(zhì)。以銀廢渣(主要成分為Ni,含少量Fe、Al、Fe3O4,AI2O3和不溶性

雜質(zhì)等)為原料合成“翠磯”和氟鎮(zhèn)化鉀的流程如下:

NaOH(aq)HjSO^aq)H2O2(aq)NiO(s)

1

.i,i(.,1,rNiSO4(aq)—?調(diào)pH=2-3T操作A->NiSO?-7H2O

情廢渣一|被D-!酸浸IT轉(zhuǎn)化IT調(diào)pH"H

KF

NH4F

iiiL?NiSO4(aq)…“?NiCO,■NiF2

浸出液A固體A固體B灼燒

幾種金屬離子的氫氧化物沉淀pH如下:

金屬離子開始沉淀的pH完全沉淀的pH

Fe"2.73.7

Al”3.85.2

Fe247.69.7

Ni2+7.19.2

請回答下列問題:

(1)翠磯、綠磯、明磯、藍磯等“磯類”都含有元素(填元素符號)。pH=a的范圍為

(2)“轉(zhuǎn)化”過程中一定體積和濃度的雙氧水，“轉(zhuǎn)化率”與溫度關(guān)系如圖1所示。溫度高于40℃,

轉(zhuǎn)化率急速降低的原因可能是?？諝饪梢蕴娲p氧水，空氣的作用是(用離子

方程式表示)。

(3)NiSO4和NH4HCO3溶液生成NiCCh,其離子方程式為o

(4)灼燒NiCCh和NH&F以物質(zhì)的量之比為1：1組成的混合物時，為避免污染環(huán)境，選擇下

列裝置吸收尾氣，最宜選擇。(填選項)

2+1

(5)己知常溫下，KsP(NiC03)=1.42x10\分離NiCCh時濾液中c(Ni)<1.0x105moiI時,

c(CO，)>mol.J。

(6)準確稱取3g翠磯晶體產(chǎn)品于錐形瓶中，加入足量的蒸館水溶解配成250mL溶液，取20.00

mL所配溶液于錐形瓶，用cmolir的標準溶液EDTA(Na2H2丫)滴定至終點(發(fā)生Ni2++H2Y?

-=NiY2-+2H+),三次實驗消耗標準液的體積分別為20.02mL、19.98mL、19.50mL,則

翠羽的純度為%(只列計算式，不考慮雜質(zhì)反應)。

【答案】(1)S、O、H3.7<a<7.1(2)溫度過高，雙氧水分解速率加快

2++3+2+

4Fe+O2+4H=4Fe+2H2O(3)Ni+2HCO3-=NiCO3；+CO2t+H2O(4)C

【解析】(1)綠磯成分為FeSO;7H2O,藍研成分為CuSOr5H2O,明研成分是KA1(SC>4)2-12H2O

等，都含硫、氧、氫元素。觀察表格數(shù)據(jù)和流程圖，調(diào)節(jié)溶液pH的目的是除去Fe3+,使Fe3+

完全沉淀，不使Ni2+沉淀，即3.7Wa<7.1；

(2)雙氧水既能氧化Fe2*,同時雙氧水也可能會分解，當溫度低于40℃時氧化Fe2+為主，高

于40℃時自身分解為主，導致氧化Fe2+的雙氧水濃度降低，反應減慢，F(xiàn)e2+轉(zhuǎn)化率降低；空

氣中在酸性條件下氧化Fe2+生成Fe，+,發(fā)生反應的離子方程式為

2++3+

4Fe+O2+4H=4Fe+2H2O：

(3)HCO3-在水中存在電離和水解，NiCCh溶解度小，促進HCO3-電離為主，生成的氫離子與

2+

HCCh-反應生成CCh和H2O,反應過程為Ni+2HCO3=NiCO3；+CO2T+H2O；

⑷碳酸銀和氟化鍍共熱生成NiF2和NH.3、CCh、H20.尾氣中NH3污染環(huán)境，而吸收氨氣

乂要防倒吸，氨氣的水溶液顯堿性，堿石灰可以干燥氨氣，不能吸收氨氣，則應選擇硫酸溶

液吸收氨氣，而不選擇NaOH溶液吸收，故選擇C裝置吸收；

K式NiCO、)142x10〃

(5)根據(jù)溶度積計算，C(CO2)=-/皿2+\=」-----^-mol/L=1.42xlO-2mol/L；

3c(N/+)1.0x10-5

(6)NiSO47H2O的摩爾質(zhì)量為281g/moL舍去誤差明顯偏大的數(shù)據(jù)19.50mL,消耗EDTA溶

液平均體積為20.00mL,產(chǎn)品的純度為

20.00xW3LxcmolL-'x281g/molx-^50^25x281c

--------------------------------------------------200^xl00%%

。g

6.利用水鉆礦(主要成分為CO2O3,含少量FezCh、AI2O3、MnO、MgO、CaO等)制取草酸

鉆的工藝流程如圖所示。

C0C2O4

除鈣、鎂萃取劑層

Na2SO3

部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH：

金屬離子Fe3+Fe2+Co2+Al3+Mn2+

沉淀完全的pH2.88.39.25.29.8

(1)浸出過程中加入Na2sO3的目的是一。

(2)寫出加入NaCICh后發(fā)生反應的離子方程式一,檢驗離子是否反應完全的試劑是_(寫

試劑名稱)。

(3)萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系如圖所示。

濾液II中加入萃取劑的作用是一,使用萃取劑適宜的pH是一(填序號)。

A.接近2.0B.接近3.0C.接近5.0

(4)除“鈣、鎂”是將溶液中Ca2+與Mg2+轉(zhuǎn)化為MgF2、CaF2沉淀。已知ifsp(MgF2)=7.35xlO-i\

Kp(CaF2)=l.05x10-1。。當加入過量NaF后，所得濾液中“"g)=_。

c(Ca2+)

(5)工業(yè)上用氨水吸收廢氣中的SO2。已知NH3-H2O的電離常數(shù)Kb=1.8xl0-5,H2sO3的電

離常數(shù)Kal=1.2xl(y2,Ka2=l.3X103在通入廢氣的過程中：當恰好形成正鹽時，溶液中離子

濃度的大小關(guān)系為一,當恰好形成酸式鹽時，加入少量NaOH溶液，反應的離子方程式為

2++3+

【答案】(1)將Co3+、Fe3+還原(2)CIO；+6Fe+6H=6Fe+Cl-+3H2O鐵鼠化鉀

溶液(3)除去MM+B(4)0.7(5)c(NH*)>c(SO)>c(OH)>c(HSO；)>c(H+)

HSO；+OH=SO￡+H2O

【解析】(1)由分析可知,浸出過程中加入Na2s03的目的是將Co3+、Fe3+還原為C*、Fe2+,

故答案為：將Co3+、Fe3+還原；

⑵加入NaClO.,的目的是將Fe2+氧化為Fe*,反應的離子方程式為CIO-

+6Fe2++6H+=6Fe*+Cr+3H2O,若Fe?+被完全氧化，向反應后的溶液中加入鐵氟化鉀溶液,

2++3+

不會生成藍色沉淀，故答案為：CIO3+6Fe+6H=6Fe+Cl+3H2O；鐵氟化鉀溶液;

(3)濾液中加入萃取劑的作用是除去銃離子;pH=2與pH=3時Cd+的萃取率變化不大，但pH=3

時Mn的萃取率增大很多，而pH=5時，Co?+的萃取率比較大，損失嚴重，故pH=3時最佳，

故答案為：除去M#+；B；

(4)已知K、p(MgF2)=7.35xl(yu、Kp(CaF2)=1.05x10」。。當加入過量NaF后，所得濾液中

2+

c(Mg)K?1M&F2)7,35X10"

=0.7,故答案為：0.7；

K(CaF)-1.05x1O'10

c(Ca2+)sp2

⑸由NH3H2。的電離平衡常數(shù)K=1.8x105moi/L,H2SO3的電離平衡常數(shù)K2=1.3x10*mol-L"

可知，SO32-的水解程度大于NK+的水解程度，則亞硫酸鍍?nèi)芤撼蕢A性，溶液中氫氧根離子

源于水的電離、SO32-的水解，溶液中c(OH)>c(HSOv),故溶液中離子濃度大小為：c

2++

(NH4+)>c(SO?')>c(OH)>c(HSO3->>c(H)；由電離平衡常數(shù)可知,NH4+OH-NH3H2O

2

的平衡常數(shù)小于HSO3+OH^SO3+H2O平衡常數(shù),則亞硫酸氫鏤溶液加入少量NaOH溶液，

氫氧化鈉溶液先與HS03-反應，反應的離子方程式為HSC)3+OH=SO32-+H2O,故答案為：c

++2

(NH4)>C(SO3”)>c(OH)>c(HSOv)>c(H)；HSOj+OH-SO3+H2O,

7.今年6月比亞迪正式發(fā)布刀片電池，大幅度提高了電動汽車的續(xù)航里程可媲美特斯拉，

刀片電池采用磷酸鐵鋰技術(shù)。可利用鈦鐵礦［主要成分為FeTiOK難溶性亞鐵鹽)，還含有少

量MgO等雜質(zhì)］來制備LiFePO』和LiEsOn等鋰離子電池的電極材料，工藝流程如圖：

TiOM,O雙復水LiOHLi2Ti,OlsLi?,

反應過送,沉淀高溫燃燒①'，5^2

鹽酸沉淀氨水

鈦鐵礦——酸浸濾液①

雙氧水過法FePO.Li,CO,、HiCq.

渡液②LiFePQ,

廢渣硝酸沉淀高溫煩燒②

回答下列問題：

(1廣酸浸''后，鈦主要以TiOCN-形式存在，寫出相應反應的離子方程式o

(2)TiO2-xH2O沉淀與雙氧水、氨水“反應”轉(zhuǎn)化成(NH4)2TisOi5溶液時，Ti元素的浸出率與反

應溫度的關(guān)系如圖所示：

C

*

三

烹

*

反應溫度過高時，Ti元素浸出率變化的原因是o

(3)“濾液②”中含有的金屬離子是；加入雙氧水和磷酸使Fe3+恰好沉淀完全，即溶液

中c(Fe3+)=l.0x10-5mol.L-i,此時溶液中c(PC)43-)=。(FePCh的椅=1.3x10々2)

(4)寫出“高溫煨燒②"中由FePO4制備LiFePO』的化學方程式______。

(5)Li2Ti50i5中Ti的化合價為+4,其中過氧鍵的數(shù)目為。

(6)作為刀片電池正極材料的磷酸鐵鋰在充、放電時的局部放大示意圖如圖，則正極電極反

應式是-

LiFePO4Li（i-x）FeP04

-xLi*.

+2+2

【答案】（1）FeTiO3+4H+4CI=Fe+TiOC14+2H2O(2)溫度過高時，由于雙氧水分

解與氨氣逸出，Ti元素浸出率下降(3)Fe2\Mg2+1.3xl0-17mol-L1

(4)2FePCh+Li2cCh+H2c2。4高暹2LiFePC)4+H2OT+3co2T(5)4

+

(6)Li(i.x)FeP04+xLi+xe-LiFePOj

【解析】(1)“酸浸''后，鈦主要以TiOCL?一形式存在，相應反應的離子方程式為

+2+2

FeTiO3+4H+4Cl-=Fe+TiOC14+2H2O；

(2)根據(jù)圖示可知40℃時TiO2?xH2O轉(zhuǎn)化率最高，在低于40℃,TiO2-xH2O轉(zhuǎn)化反應速率隨

溫度升高而增加，當溫度超過40℃時，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2?xH2O轉(zhuǎn)化反應速

率下降；

(3)加入鹽酸酸浸；FeTiCh反應產(chǎn)生Fe2*、TiOCI/，MgO反應產(chǎn)生Mg2+,SiCh等雜質(zhì)不溶

于鹽酸，過濾后的濾渣為SiCh,濾液①中含Mg2+、Fe2+、TiOCh2',經(jīng)水解后過濾，TiOCl?"

形成沉淀為TiO2-xH2O,Mg2+、Fe2+仍然存在于濾液②中，所以“濾液②”中含有的金屬離子

是Mg2+、Fe2+；加入雙氧水可將Fe2+氧化為Fe3+,Fe3+和磷酸反應形成FePO4沉淀，使Fe3+

恰好沉淀完全，即溶液中c(Fe3+)=1.0x105moiLL由于FePCh的Ksp=1.3xl0-22,所以此時

13x10-22

溶液中3d7：

C(PO4)=1-..0..x..1..0...-.5.mol/L=1.3xlOmol/L

(4)“高溫段燒②"中由FePO」制備LiFePCh的化學方程式為2FePC)4+Li2co3+H2c2。4高溫

2LiFePO4+H2OT+3CO2t;

⑸Li2Ti50i5中Ti的化合價為+4,Li的化合價為+1價，由化合價的代數(shù)和為0可知，O元素

的負價代數(shù)和為22,設(shè)過氧鍵的數(shù)目為x,則(xx2)xl+(15-xx2)x2=22,解得x=4,即過氧鍵

數(shù)目為4；

(6)根據(jù)刀片電池正極材料的磷酸鐵鋰在充、放電時的局部放大示意圖可知：正極得到電子，

+

發(fā)生還原反應，則正極的電極反應式是：Li(i.x)FePC)4+xLi+xe=LiFePO4o

8.錢(3iGa)、錯(32Ge)都是重要的稀有金屬，在化學催化劑、半導體材料、新能源等領(lǐng)

域應用廣泛，可從信煤燃燒后的粉煤灰(含GazCh、GeCh、SiO2,AI2O3)中提取，部分流

程如下：

濾渣

434濃鹽酸__水氧氣

粉屎灰過濾

~?GeCL攪抨2M>GeO2650-6?0℃

.總.上控制溫度

④

②---?殘液

己知:

物質(zhì)GaChGeCUAlCh

沸點/℃20184183(升華)

(1)濾渣的主要成分為。

+++3+

(2)①中發(fā)生的反應有A12O3+6H=2AP+3H2O,Ga2O3+6H=2Ga+3H2O和。

(3)操作a的名稱是,②中控制溫度的范圍是(填字母序號)。

a.20~84℃b.84~183℃c.84-201℃

(4)④中發(fā)生反應的化學方程式是o

(5)錢能與沸水劇烈反應生成氫氣，錯在加熱條件下與鹽酸或稀硫酸不反應。從原子結(jié)構(gòu)

角度解釋其原因：_______________________

(6)用濃鹽酸酸化的磷酸三丁酯(TBP)可以從殘液中萃取Ga3+,相關(guān)反應為：

+

TBP+GaCh+HClTBPHGaCl4。用稀NaOH溶液對有機相進行反萃取，用鹽酸調(diào)節(jié)反

萃取液pH至5~6,然后升溫至85~95c水解得到Ga(OH)3,經(jīng)后續(xù)處理得到粗錢。結(jié)合化

學用語解釋用稀NaOH溶液對有機相進行反萃取的原因：。

(7)電解法可以提純粗錢，具體原理如圖所示。錢在陽極溶解生成的Ga3+與NaOH溶液

反應生成GaOj,GaO2在陰極放電的電極反應式是。

:二一粗鎮(zhèn)

溶液

+

【答案】(1)SiO2(2)GeO2+4H+4Cl=GaC14+2H2O(3)蒸饋b

650-680℃

(4)GeO2+2H?Ge+2H2O(5)錢和錯均為第4周期的主族元素，錢的最外

層電子數(shù)為3,褚的最外層電子數(shù)為4,故錢的金屬性較強，楮的金屬性較弱(6)當向

有機層加入用稀NaOH溶液，NaOH可以與HC1發(fā)生中和反應，從而使化學平衡

TBP+GaCb+HCITBPH+GaC二向逆反應方向移動，故可對有機相進行反萃取(7)

GaO2+3e-+2H2O=Ga+4OH

【解析】(1)粉煤灰中的SiCh不與鹽酸反應，所以，濾渣的主要成分為SiO2。

(2)由題中信息可知，Ga2O3,GeCh、AI2O3皆可溶于鹽酸，所以，①中發(fā)生的反應有

+3++

AhO3+6H+=2A13++3H2O、Ga2O3+6H=2Ga+3H2O和GeO2+4H+4C1=GaC14+2H2O?

(3)由題中信息可知，四氯化錯的沸點較低，操作a需要控制溫度，故其為蒸儲，蒸儲時要

防止氯化鉉和氯化鋁氣化，故②中控制溫度的范圍是84~183℃,答案選b。

650-680℃

(4)④中GeO2被氫氣還原為Ge,發(fā)生反應的化學方程式是GeO2+2H2,Ge+2H2Oo

(5)錢能與沸水劇烈反應生成氫氣，錯在加熱條件下與鹽酸或稀硫酸不反應。從原子結(jié)構(gòu)角

度解釋其原因：錢和錯均為第4周期的主族元素，錢的最外層電子數(shù)為3,錯的最外層電子

數(shù)為4,故錢的金屬性較強，褚的金屬性較弱.

(6)用濃鹽酸酸化的磷酸三丁酯(TBP)可以從殘液中萃取Ga3+,相關(guān)反應為:TBP+GaCb+HCl

+

TBPHGaCl4?根據(jù)平衡移動原理可知，當向有機層加入用稀NaOH溶液，NaOH可

+

以與HC1發(fā)生中和反應，從而使化學平衡TBP+GaCb+HClTBPHGaCl4向逆反應方向

移動，故可對有機相進行反萃取。

(7)電解法可以提純粗錢，錢在陽極溶解生成的Ga3+與NaOH溶液反應生成GaO2,GaO；在

陰極放電生成Ga,其電極反應式是Ga。？+3e+2H2O=Ga+4OH-

9.硼酸(H3BO3)是一種重要的化工原料，廣泛應用于玻璃、醫(yī)藥、肥料等工藝。一種以

硼鎂礦(含Mg2B2O5H2O.SiO2及少量Fe2O3,AI2O3)為原料生產(chǎn)硼酸及輕質(zhì)氧化鎂的工

藝流程如下：

(NHJSO,溶液濾渣1

―t—?調(diào)pH=3.5---------

硼鎂礦粉—|國浸K過濾11——?加濾2—H3BO3

；|調(diào)pH=6.5

氣體-I吸收|-------T沉鎂l-MEOH),-MgC()3—輕質(zhì)氧化鎂

II

NH4HCO3溶液母液

己知：H3BO3+H2OH++B(0H)4，7Ca=5.81X10-10

(1)“吸收”過程中反應的化學方程式為o

(2)“濾渣1”的主要成分有。

(3)為檢驗“過濾1”后的濾液中是否含有Fe3+離子，可選用的化學試劑是

__________________________O

(4)在“過濾2”前，將溶液pH調(diào)節(jié)至3.5,目的是o

(5)在“沉鎂”中生成Mg(OH)2MgCO3沉淀的離子方程式為

__________________________________________________________________________________________________________________0

【答案】(1)NH4HCO3+NH,3=(NH4)2CO3(2)Fe2O.^AI2O3、SiO2(3)KSCN溶

液(4)轉(zhuǎn)化為H3BO3,促進析出

2+2

(5)2Mg+3CO3+2H2O=Mg(OH)2MgCO.4+2HCO3-

【解析】(1)“吸收”過程中，氨氣與碳酸氫鉉溶液反應生成碳酸鏤，該反應的化學方程式

為NH4HCO3+NH3=(NH4)2CO3?

(2)硼鎂礦粉經(jīng)硫酸鏤溶液溶浸后，由于硫酸鍍?nèi)芤撼仕嵝?，Mg2B2O5-H2O與其反應生成

硼酸、硫酸鎂和氨氣，F(xiàn)e2O3>AI2O3、SiO?不與硫酸鏤溶液發(fā)生反應，故“濾渣I”的主要成

分有FezCh、AI2O3、SiO2.

(3)Fe"與KSCN溶液可以發(fā)生反應，生成物為可溶于水的紅色物質(zhì)，因此，可選用KSCN