14.
(1)MnO2+2Fe2++4H+=2Fe3++2H2O
(2)若用NaOH代替含硫沉淀剂,Co2+完全沉淀时的pH=9.4,而此时也有部分Mn2+转化为Mn(OH)2沉淀,使MnSO4产率降低
(3)蒸发结晶,趁热过滤
(4)MnO2+2H+2H+=Mn2++2H2O氢离子放电直接生成氢气,而不是H,MnO2被H还原的反应不能进行,使得Mn2+浓度减小;Mn2+在阳极放电生成二氧化锰,使得Mn2+浓度减小
由流程图可知:向菱锰矿(主要成分为MnCO3,还含有Fe3O4、FeO、CoO等)加入稀硫酸酸浸,MnCO3、Fe3O4、FeO、CoO等反应生成硫酸盐,过滤得到硫酸盐溶液,向硫酸盐溶液中加入二氧化锰,将亚铁离子氧化为铁离子后、再加入氨水调溶液pH使铁离子转化为氢氧化铁沉淀除去;过滤得到含Co2+和Mn2+的硫酸盐溶液,向硫酸盐溶液中加入含硫沉淀剂“沉钴”,使溶液中的Co2+转化为沉淀除去,过滤得到硫酸锰溶液、将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、干燥得到硫酸锰晶体,据此回答。
(1)
沉淀池1中先加MnO2,充分反应后再加氨水。二氧化锰具有较强氧化性,能将Fe2+氧化成Fe3+,则加MnO2时发生反应的离子方程式:MnO2+2Fe2++4H+=2Fe3++2H2O
。
(2)
Mn(OH)2是沉淀。沉淀池2中,不能用NaOH代替含硫沉淀剂,原因是:若用NaOH代替含硫沉淀剂,Co2+完全沉淀时的pH=9.4,而此时也有部分Mn2+转化为Mn(OH)2沉淀,使MnSO4产率降低。
(3)
从MnSO4和(NH4)2SO4的溶解度曲线知:硫酸锰的溶解度随温度升高先增大后减小,硫酸铵的溶解度随温度升高增大,则从“含MnSO4的溶液”中提取“MnSO4晶体”的操作为:蒸发结晶,趁热过滤、乙醇洗涤、干燥。
(4)
由图知:阳极水放电产生氧气和氢离子、阴极氢离子得电子生成氢自由基、氢自由基和二氧化锰发生氧化还原反应生成锰离子和水,则:
①H通过与MnO2发生氧化还原反应生成Mn2+和水提取锰元素,离子方程式为:MnO2+2H+2H+=Mn2++2H2O。
②实验测得随外加电流的增大,电解时间相同时溶液中的c(Mn2+)先增大后减小,其中c(Mn2+)减小的原因是:ⅰ.随电流强度增加,Mn2+在阴极得电子生成Mn,导致c(Mn2+)减小;ⅱ.氢离子放电直接生成氢气,而不是H,MnO2被H还原的反应不能进行,使得Mn2+浓度减小;Mn2+在阳极放电生成二氧化锰,使得Mn2+浓度减小。
15.
(1)充分搅拌,适当增加硫酸浓度,加热等(合理答案均可)
(2)3.7~5.6(或3.7≤pH<5.6)4.0×10-11
(3)Mn2++HCO3-+NH3=MnCO3↓+NH
(4)将溶液加热
(5)(NH4)2SO4
(6)96.0%(或0.)
辉铜矿主要成分为Cu2S,含少量Fe2O3、SiO2等杂质,加入稀硫酸和二氧化锰浸取,过滤得到滤渣为MnO2、SiO2、单质S,滤液中含有Fe3+、Mn2+、Cu2+,调节溶液PH除去铁离子,加入碳酸氢铵溶液沉淀锰过滤得到滤液赶出氨气循环使用,得到碱式碳酸铜,以此解答该题。
(1)
加快“浸取”速率,除适当增加硫酸浓度外,还可充分搅拌,将辉铜矿粉碎,加热等;
(2)
加入的试剂A应用于调节溶液pH,促进铁离子的水解,但不能引入杂质,因最后要制备碱式碳酸铜,则可加入氧化铜、氢氧化铜等,溶液pH=3.7~5.6(或3.7≤pH5.6),pH调为5,c(OH-)=10-9mol/L,Kp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,
(3)“沉锰”(除Mn2+)过程中,加入碳酸氢铵和氨气,生成碳酸锰沉淀,反应的离子方程式为:Mn2++HCO3-+NH3=MnCO3↓+NH4+;
(4)氨气易挥发,可将溶液加热;
(5)滤液II含有硫酸铵,经蒸发结晶可得到(NH4)2SO4;
(6)加入的Na2C2O4的物质的量为=0.g/(g/mol)=0.mol,由方程式2MnO42-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O可知,Na2C2O4的完全反应消耗KMnO4的总量为0.mol×2/5==0.mol,根据Mn原子守恒:n(MnCO3)=0.mol-0.mol/L×0.02L=0.mol,样品中MnCO3的质量分数为
16.
(1)2LiCoO2+H2O2+6H+=2Li++2Co2++O2↑+4H2O盐酸中的Cl-被LiCoO2氧化,产生Cl2污染空气
(2)降低Li2CO3和CoCO3的溶解度,使其尽可能析出Li2CO3和CoCO3
(4)0.83cV/10m
锂离子电池正极材料含有LiCoO2、乙炔黑,加入硫酸、H2O2,LiCoO2被H2O2还原为Li2SO4、CoSO4,过滤除去乙炔黑,在溶液中加入碳酸钠、乙醇,析出Li2CO3和CoCO3,在空气中灼烧Li2CO3和CoCO3得到LiCoO2。
(1)
“浸取”操作,在酸性条件下,LiCoO2被H2O2还原为Li2SO4、CoSO4,发生反应的离子方程式为2LiCoO2+H2O2+6H+=2Li++2Co2++O2↑+4H2O;盐酸中的Cl-被LiCoO2氧化,产生Cl2污染空气,所以该操作不用盐酸替代硫酸;
(2)
向含Co2+、Li+的溶液中加入碳酸钠生成Li2CO3和CoCO3,加入乙醇能降低Li2CO3和CoCO3的溶解度,使其尽可能析出Li2CO3和CoCO3,所以滤渣b的主要成分是Li2CO3、CoCO3;
(3)
在空气中“煅烧”时,Li2CO3和CoCO3被氧气氧化为LiCoO2,发生反应的总化学方程式为;
17.
(1)SiO2
(2)2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O
(3)Mg(OH)2
(4)加热浓缩过滤
(5)Ba2++2F-=BaF2↓0.
(6)24.1
钡矿粉的主要成分BaCO3(含有SiO2、Fe2+、Mg2+等),加盐酸溶解,碳酸钡和盐酸反应:BaCO3+2H+=Ba2++CO2↑+H2O,过滤除去不溶物SiO2,滤液中加入H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,再调节溶液pH,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀过滤除去,溶液中主要含Mg2+、Ba2+,加20%NaOH溶液调节pH=12.5,沉淀镁离子,过滤,滤液中加入盐酸酸化,再通过加热浓缩、冷却结晶、过滤等操作得到BaCl2?2H2O晶体,将晶体与NH4F溶液反应制备氟化钡,据此分析解答。
(1)
钡矿粉的主要成分BaCO3(含有SiO2、Fe2+、Mg2+等),加盐酸溶解,SiO2不溶于盐酸,过滤,因此滤渣A为SiO2;
(2)
加过氧化氢的目的是氧化亚铁离子为铁离子,便于除去,反应为:H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O;
(3)
滤液2的金属离子为Mg2+、Ba2+,加20%NaOH溶液调节pH=11.1,使Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀,故滤渣C为Mg(OH)2;
(4)
滤液3中加入盐酸酸化,再通过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作得到BaCl2?2H2O晶体;
(5)
BaCl2?2H2O晶体与NH4F溶液反应制备氟化钡,反应离子方程式为:Ba2++2F-=BaF2↓;Ksp(BaF2)=1.84×10-7,当钡离子完全沉淀时(即钡离子浓度≤10-5mol/L),至少需要的氟离子浓度是
18.
(1)Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O
(2)CuSO4可作为2H2O2=2H2O+O2↑反应的催化剂,加快H2O2的分解(合理即可得分)
(3)除去过量的H2O2
(4)Fe(OH)3
(5)3.3≤pH<6.2
(6)Zn(OH)2+2OH-=ZnO22-+2H2O
利用废旧电池的铜帽(Cu、Zn总含量约为99%)回收Cu并制备ZnO,电池铜帽加入水过滤后除去溶于水的杂质,在固体中加入酸性的过氧化氢溶解,铜生成硫酸铜溶液,加热煮沸将溶液中过量的H2O2除去,加入氢氧化钠溶液调节溶液pH=2沉淀铁离子,加入锌灰(主要成分为Zn、ZnO,杂质为铁及其氧化物),反应过滤得到海绵铜,沉淀锌离子得到氢氧化锌,分解得到氧化锌。
(1)
Cu和H2SO4不反应,加H2O2可以将Cu氧化,故化学方程式为Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O。
(2)
CuSO4可以催化H2O2分解,加快H2O2的分解。
(3)
加热可以促进H2O2分解从而除去过量的H2O2。
(4)
通过调节pH将铁元素转化为Fe(OH)3而除去。
(5)
所以得出pH=10/3约为3.3。调节pH需要沉淀完全Fe3+,而Zn2+不能沉淀,故pH值范围为3.3≤pH<6.2。
(6)
因氢氧化锌具有两性,碱性较强时,易与碱反应,故原因为Zn(OH)2+2OH-=ZnO22-+2H2O。
19.
(1)mL容量瓶、胶头滴管
(2)粉碎矿石(或加热或者搅拌)
(3)Cu2S+2MnO2+4H2SO4=2CuSO4+2MnSO4+S↓+4H2O
(4)使Fe3+完全水解生成氢氧化铁沉淀
(5)Mn2++HCO3-+NH3·H2O=MnCO3↓+NH4++H2O
(6)加热浓缩、冷却结晶
(7)NH3
酸浸过程中,二氧化硅不反应,分离出来,Cu2S反应生成S单质,Fe2O3溶解成溶液,pH值控制在4时,Fe3+沉淀,过滤得到的滤液成分应为CuSO4和MnSO4等,加热赶氢过后,得到碱式碳酸铜,滤渣为碳酸锰,通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤等操作即可得到硫酸锰晶体。
(1)
实验室配置mL4.8mol?L-1的溶液需要mL的容量瓶和胶头滴管;故答案为:mL容量瓶、胶头滴管;
(2)
为了提高浸取率可采取的措施可以粉碎矿石增大接触面积、加热、搅拌等。故答案为:粉碎矿石(或加热或者搅拌);
(3)
由题目可知,MnO2具有氧化性,且Cu2S与MnO2在H2SO4浸泡的条件下生成了S,CuSO4和MnSO4,故根据氧化还原反应配平,可得到Cu2S+2MnO2+4H2SO4=2CuSO4+2MnSO4+S↓+4H2O;故答案为:Cu2S+2MnO2+4H2SO4=2CuSO4+2MnSO4+S↓+4H2O;
(4)
根据提示Fe3+的pH沉淀范围:1.5~3.2可知当PH=4时,Fe3+会水解生成氢氧化铁沉淀;故答案为:使Fe3+完全水解生成氢氧化铁沉淀;
(5)
本流程中NH4HCO3和氨水的混合物使锰离子沉淀,反应离子方程式为:Mn2++HCO3-+NH3·H2O=MnCO3↓+NH4++H2O;故答案为:Mn2++HCO3-+NH3·H2O=MnCO3↓+NH4++H2O;
(6)
MnCO3先加稀硫酸溶解,在经过加热浓缩、冷却结晶即可得硫酸锰晶体,故答案为:加热浓缩、冷却结晶;
(7)
工艺流程中,加入了氨水,最后又得到了氨气,NH3可循环使用,故答案为NH3。
20.
(1)适当加热搅拌
(2)CdCdO2NaOH+ZnO=Na2ZnO2+H2O
(3)2Fe2++H2O2+2H+═2Fe3++2H2O
(5)ZnH+NH4+
铜镉废渣(含Cd、Zn、Cu、Fe等单质),破碎和粉磨后加入稀硫酸浸出铜渣,加入过氧化氢溶液氧化亚铁离子为铁离子,镉熔炼碱渣(约含80%NaOH及Cd、CdO、ZnO)用热水融浸,在碱性环境下反应、过滤,滤渣Ⅰ主要含Cd和CdO,则热水溶浸反应为氧化锌和氢氧化钠溶液反应,得到滤液I为偏锌酸钠、过量氢氧化钠混合溶液,预中和、加入碳酸氢铵调pH约为1.5,得到黄钠铁钒[NaFe3(SO4)2(OH)6],过滤后,所得滤液含锌离子、镉离子、铵离子、氢离子,再予以回收利用,据此分析回答问题。
(1)
“酸浸”过程,可提高反应速率的措施有适当加热、搅拌、粉粹矿石等;
(2)
滤滤渣Ⅰ主要含Cd和CdO,则热水溶浸反应为氧化锌和氢氧化钠溶液反应,得到偏锌酸钠和水、反应的化学方程式:2NaOH+ZnO=Na2ZnO2+H2O;
(3)
操作Ⅰ加入过氧化氢,具有强氧化性,是绿色氧化剂,作用是将Fe2+转化为Fe3+,反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+═2Fe3++2H2O;
(5)
分析可知,沉矾、过滤后,所得滤液含锌离子、镉离子、铵离子、氢离子,电解得到镉,制镉后的电解废液含锌离子、铵离子、氢离子,通过改变电压和更换电极后进行二次电解,则锌离子在阴极放电得到锌,故二次电解主要是为了回收电解液中的Zn,二次电解后溶液中的主要阳离子为氢离子和铵根离子。
21.
(1)AD
(2)MnO2+2Fe2++4H+=2Fe3++Mn2++2H2O
(3)Fe(OH)3、CaSO4形成Mn(OH)2(或造成Mn2+损失)
(4)促进Mn2++HCO3-?MnCO3+H+正向移动(或促进HCO3-的电离)防止氨水挥发(或防止碳酸氢铵或防止碳酸锰分解)Ca2+浓度小且CaCO3的溶度积大于MnCO3的溶度积
(5)Mn2++2H2O?2e?=MnO2+4H+Mn2O3+2Al=Al2O3+2Mn
“溶浸”时,软锰矿(主要成分为MnO2,含少量SiO2、FeO和Fe2O3等杂质)和含SO2在稀硫酸下发生反应,二氧化锰与二氧化硫发生氧化还原反应,金属氧化物会溶于酸性溶液,滤渣1为SiO2,浸出液中含有的金属离子是Mn2+、Fe3+、Fe2+,“氧化”时,Fe2+被加入溶液的软锰矿氧化为Fe3+、过滤除去含SiO2的滤渣2后在“除铁”环节通过调节pH将Fe3+沉淀后过滤,废渣3含氢氧化铁沉淀,若用熟石灰调pH,滤渣3为有Fe(OH)3、CaSO4。继续加碳酸氢铵、氨水“沉锰”,调节pH,得到碳酸锰沉淀,经过滤、洗涤干燥得到无水碳酸锰,据此回答。
(1)
下列说法:
A.将矿石粉碎,增大接触面积,加快反应速率,A说法正确;
B.废渣1的主要成分为SiO2,“芯片”主要成分为Si,不相同,B说法不正确;
C.据分析溶浸时会发生氧化还原反应,C说法不正确;
D.硫酸铵是一种氮肥,废液含硫酸铵经处理可用于灌溉农作物,D说法正确;
选AD。
(2)
调节溶液的pH前,加入软锰矿,Fe2+被加入溶液的软锰矿氧化为Fe3+,则发生“氧化”作用的离子方程式是MnO2+2Fe2++4H+=2Fe3++Mn2++2H2O。
(3)
由表知,pH≥3.7时铁离子沉淀完全,硫酸钙是微溶物,则加入适量的熟石灰,调节pH=5,充分反应后生成的沉淀有Fe(OH)3、CaSO4。如果没有“氧化”过程的进行,pH≥9.7时亚铁离子才能沉淀完全,此时有部分Mn2+也发生沉淀,则这样会造成的不良后果是:形成Mn(OH)2(或造成Mn2+损失)。
(4)
“沉锰”时加入碳酸氢铵以生成MnCO3,该反应中HCO3-会释放出H+,则该过程中加入氨水的目的是:促进Mn2++HCO3-?MnCO3+H+正向移动(或促进HCO3-的电离)。“沉锰”过程宜在较低温度下进行,可能原因是:防止氨水挥发(或防止碳酸氢铵或防止碳酸锰分解)(写1条即可)。CaCO3与MnCO3是同类型沉淀,Ksp(CaCO3)=8.7×10-9,Ksp(MnCO3)=1.8×10-11,则CaCO3的溶解度大于MnCO3,故“沉锰”时通过控制合理的pH,就可以控制CO32-的浓度,达到不产生CaCO3的目的。所以原因可以表述为:Ca2+浓度小且CaCO3的溶度积大于MnCO3的溶度积。
(5)
工业上可用石墨为电极电解硫酸锰和稀硫酸的混合溶液制备二氧化锰,阳极Mn2+失去电子发生氧化反应得到MnO2,其阳极的电极反应式是Mn2++2H2O?2e?=MnO2+4H+。Al还原Mn2O3制备Mn,化学方程式是Mn2O3+2Al=Al2O3+2Mn。
22.
(1)碱浸
(2)AlO
(3)2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O温度过高会导致过氧化氢大量分解
(4)3.2≤pH<6.2
(5)蒸发浓缩冷却结晶
(6)2Ni2++ClO-+4OH-=2NiOOH↓+Cl-+H2ONiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-
由流程可知,向废镍催化剂中加入NaOH溶液进行碱浸,可除去油脂,并发生反应2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑、2Al2O3+4NaOH=4NaAlO2+2H2O,将Al及其氧化物溶解,得到的滤液①含有NaAlO2,滤饼①为Ni、Fe及其氧化物和少量其他不溶性杂质,加稀H2SO4酸浸后得到含有Ni2+、Fe2+、Fe3+的滤液②,Fe2+经H2O2氧化为Fe3+后,加入NaOH调节pH使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去,再控制pH浓缩结晶得到硫酸镍的晶体,以此解答该题。
(1)
油脂可以在碱性环境中水解生成可溶于水的甘油和高级脂肪酸盐,所以油脂在“碱浸”过程中被处理;
(2)
根据分析可知滤液①中含有的无机阴离子除OH-离子外还有铝以及氧化铝和NaOH溶液反应生成的AlO2-;
(3)
转化过程中发生的主要反应为双氧水氧化亚铁离子生成铁离子,根据电子守恒和元素守恒可得离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O;温度过高会导致过氧化氢分解,所以“转化”过程宜控制较低温度;
(4)
调节pH的目的是使Fe3+完全沉淀,但不使Ni2+沉淀,根据题目所给数据可知范围为3.2≤pH<6.2;
(5)
操作I可以从滤液中得到硫酸镍晶体,所以为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥;
(6)
硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化,可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH,该反应的离子方程式2Ni2++ClO-+4OH-=2NiOOH↓+Cl-+H2O;放电时,正极发生还原反应,元素化合价降低,根据总反应NiOOH+MH=M+Ni(OH)2可知,正极的电极反应式为NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-。
23.
(1)2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2SiO2和PbSO4
(2)4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2OZnO或Zn(OH)22.8≤pH6.-15.1
(3)Cd2++Zn=Zn2++Cd
(4)2H2O-4e-=4H++O2
闪锌矿焙烧生成SO2除去s元素,得到其它金属的氧化物用稀硫酸溶浸,过滤除去不能溶解的SiO2和生成的沉淀PbSO4,滤液通氧气氧化Fe2+得到Fe3+后,加入ZnO或Zn(OH)2调节pH以Fe(OH)3形式过滤除去Fe3+,得到的滤液用锌粉还原Cd2+后再次过滤,除去Cd元素的滤液经电解制得金属锌。
(1)
ZnS焙烧生成具有良好反应活性的氧化物SO2,发生反应的化学方程式为2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2;据分析,滤渣1的成分为SiO2和PbSO4。
(2)
“氧化”工序中氧化Fe2+得到Fe3+,反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O;“调pH”步骤中为了不引入新的杂质,加入的X为ZnO或Zn(OH)2;结合调节pH的范围为相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围,为了有效除去Fe3+,同时不损失Zn2+,调节pH的范围为2.8≤pH6.2;Fe(OH)3的溶度积常数
(3)
“还原”工序中加入锌粉置换出Cd,反应的离子方程式为Cd2++Zn=Zn2++Cd。
(4)
“电解”工序制备单质锌后,电解液可返回“溶浸”工序使用,说明得到的电解液是稀硫酸溶液,则电解时阳极生成H+,电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2。
24.
(1)增大与硫酸的接触面积,提高反应速率与浸取率
(2)2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2OC
(3)过量的NaOH溶液会溶解Be(OH)2(或不易确保Be2+沉淀完全)蒸发浓缩冷却结晶
(4)高温下空气中的氮气、氧气都可与镁或铍反应,从而降低产率
(5)1.8×10-3ab
依据流程可知滤液Ⅰ成分为硫酸铍,硫酸铝,硫酸亚铁盐溶液混合物,加入过氧化氢可以将二价铁离子氧化生成三价铁离子,然后通过调节pH值使三价铁离子转化为氢氧化铁沉淀,铝离子转化为氢氧化铝沉淀而分离;滤液2中加入氨气生成氢氧化铍,通入氨气和氟化氢转化为(NH4)2BeF4,高温煅烧生成BeF2,最后真空高温下利用镁还原得到Be,据此解答。
(1)
步骤②中将熔块粉碎增大与硫酸的接触面积,提高反应速率;故答案为:增大与硫酸的接触面积,提高反应速率;
(2)
依据流程可知滤液Ⅰ成分为硫酸铍,硫酸铝,硫酸亚铁盐溶液混合物,加入过氧化氢可以将二价铁离子氧化生成三价铁离子,离子方程式:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O;依据表中数据可知:三价铁离子完全沉淀pH为3.7,铝离子沉淀完全的pH为5.0,而铍离子开始沉淀pH值为5.2,为使三价铁离子、铝离子分离应控制溶液pH在5.0-5.2之间,所以应选择:C;故答案为:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O;C;
(3)
依据对角线规则,Be和Al性质相似,氢氧化铍与氢氧化铝性质类似,则氢氧化钠与氢氧化铍反应生成可溶性盐,所以不能用氢氧化钠沉淀铍离子;从溶液中得到晶体的操作步骤为:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,所以缺少的步骤为:蒸发浓缩、冷却结晶;故答案为:过量的NaOH溶液会溶解Be(OH)2(或不易确保Be2+沉淀完全);蒸发浓缩、冷却结晶;
(4)
铍性质活泼能够与空气中的氧气反应,所以步骤⑦需要隔绝空气的环境,其原因是高温下空气中的氮气、氧气都可与镁或铍反应,从而降低产率;故答案为:高温下空气中的氮气、氧气都可与镁或铍反应,从而降低产率;
(5)
依据已知条件1t该绿柱石理论上能生产含镀量2%的镀铜台金
;故答案为:1.8×10-3ab。
25.
(1)将矿石粉碎,升高温度,增大酸的浓度
(2)4H++FeTiO3=TiO2++2H2O+Fe2+
(3)Fe3+、Al3+、Mg2+10-24.2mol?L-1
(4)取最后一次洗涤液,用稀盐酸(稀硝酸)酸化,无明显现象,再滴入几滴BaCl2溶液,没有白色沉淀产生,则证明洗涤干净
(5)防止镁和空气中的氧气和氮气反应
(6)TiO2+4e-=Ti+2O2-CO、CO2
钛铁矿中钛的存在形式是FeTiO3,其中含有杂质SiO2、MgO、Al2O3、Fe2O3等,首先用硫酸溶解使钛转化为TiO2+,再利用TiO2+易水解的性质逐步除杂即可。
(1)
提高“酸溶”的速率可以从影响速率的因素的角度来分析,具体可以将矿石粉碎,升高温度,增大酸的浓度;
(2)
酸溶时发生的是硫酸和FeTiO3反应生成TiO2+的过程,具体方程式为:4H++FeTiO3=TiO2++2H2O+Fe2+;
(3)
“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.1由题给表格中数据可知,依次析出的金属离子是Fe3+、Al3+、Mg2+;根据Al3+沉淀完全时的pH=4.7,可知溶液中c(OH-)=10-9.3mol?L-1时,溶液中c(Al3+)=1.0×10-5mol?L﹣1,则Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-5×(10-9.3)3=1×10-32.9,当Mg2+沉淀完全时pH=11.1,即溶液中c(OH)=10-2.9mol?L-1,则此时溶液中
;
(4)
水浸后其中含有硫酸根离子,检验硫酸根离子是否洗涤干净聚可以了,检验方法是,取最后一次洗涤液,用稀盐酸(稀硝酸)酸化,无明显现象,再滴入几滴BaCl2溶液,没有白色沉淀产生,则证明洗涤干净;
(5)
镁是一种比较活泼的金属,容易和空气中的成分反应,故在惰性气体的保护下可以防止镁和空气中的氧气和氮气反应;
(6)
电解时,阴极发生还原反应生成Ti,电极方程式为TiO2+4e-=Ti+2O2-,阳极发生氧化反应,电极方程式为2O2-+4e-=O2,阳极生成O2,由于阳极材料为石墨,则氧气和石墨反应可生成CO、CO2等。
26.
(1)Fe2O3Al(OH)3[Al(OH)4]-+CO2=Al(OH)3↓+HCO3-C
(2)蒸发浓缩,冷却结晶
(3)b/(0.4×a×)
(4)3HSO3-+Cr2O72-+5H+=2Cr3++3SO42-+4H2OpH>8时,Fe2+转化为Fe(OH)2,而Fe(OH)2易被空气中的O2氧化
铬铁矿(主要成分为FeO·Cr2O3,还含有Al2O3等杂质)熔融条件下和碳酸钠、硝酸钠反应Na2CrO4、Fe2O3、NaAlO2,CO2和NaNO2,水浸,过滤后得到滤渣1为氧化铁,NaAl(OH)4通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀,滤液中调节pH值发生变化,向滤液中加入KCl反应生成重铬酸钾。
(1)
“滤渣1”和“滤渣2”的主要成分分别是Fe2O3、Al(OH)3。步骤③主要是[Al(OH)4]-和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢根,其离子反应方程式[Al(OH)4]-+CO2=Al(OH)3↓+HCO3-;步骤④中调pH,由于Cr2O72-+H2O=2CrO42-+2H+,因此加入酸能使之不断转变为重铬酸根,由于重铬酸根具有强氧化性,会氧化氯离子,因此只能用醋酸,因此选用C;故答案为:Fe2O3;Al(OH)3;[Al(OH)4]-+CO2=Al(OH)3↓+HCO3-;C。
(2)
在步骤⑤中加入适量KCl,得到K2Cr2O7溶液,根据不同温度不同物质的溶解度,通过蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体;故答案为:蒸发浓缩,冷却结晶。
(3)
某工厂用akg铬铁矿粉(含Cr2O%)制K2Cr2O7,根据Cr2O3~K2Cr2O7,理论得到K2Cr2O7的质量为最终得到产品bkg,产率为
(4)
①在酸性条件下,NaHSO3使Cr2O72-还原为Cr3+,HSO3-被氧化为SO42-,根据得失电子守恒、质量守恒和电荷守恒得到NaHSO3与Cr2O72-反应的离子方程式:3HSO3-+Cr2O72-+5H+=2Cr3++3SO42-+4H2O;故答案为:3HSO+Cr2O72-+5H+=2Cr3++3SO42-+4H2O。
②pH>8时,亚铁盐对+6价Cr的去除效果反而下降,可能的原因是pH>8时,Fe2+转化为Fe(OH)2,而Fe(OH)2易被空气中的O2氧化,导致亚铁离子浓度降低,与重铬酸根反应减少;故答案为:是pH>8时,Fe2+转化为Fe(OH)2,而Fe(OH)2易被空气中的O2氧化。
27.
(1)4CeFCO3+O2+2H2O=4CeO2+4HF+4CO2
(2)2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O既有利于加快酸浸速率,又防止温度过高导致双氧水分解过快
(3)向混合液中加入稀硫酸,使c(H+)增大,平衡向形成Ce3+水溶液方向移动
(4)分液漏斗、烧杯
(5)1:m
氟碳铈矿的主要成分为CeFCO3,还有少量其它稀土元素,“氧化焙烧”生成CO2、HF、CeO2,酸浸“氧化焙烧”后的固体,除去其它稀土元素;酸性条件下用过氧化氢还原CeO2生成Ce2(SO4)3、O2、H2O,用有机物HT萃取Ce2(SO4)3,发生反应Ce3+(水层)+3HT(有机层)=CeT3(有机层)+3H+(水层),用硫酸反萃取生成Ce2(SO4)3,得Ce2(SO4)3溶液。
(1)
“氧化焙烧”中CeFCO3和氧气、水反应生成CO2、HF、CeO2,反应的化学方程式是4CeFCO3+O2+2H2O=4CeO2+4HF+4CO2;
(2)
“酸浸Ⅱ”中,在酸性条件下用过氧化氢还原CeO2生成Ce2(SO4)3、O2、H2O,发生反应的离子方程式为2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O;该步骤通常控制温度为C-C之间,既有利于加快酸浸速率,又防止温度过高导致双氧水分解过快;
(3)
“反萃取”的原理为加入硫酸,氢离子浓度增大,Ce3+(水层)+3HT(有机层)=CeT3(有机层)+3H+(水层)平衡逆向移动,得到Ce2(SO4)3溶液;
(4)
操作1是分液,分液用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯;
(5)
根据2CeO2=2CeO2-m+mO2(0≤m≤0.5)可知,每个CeO2提供m个氧原子,CO生成CO2,1个CO消耗1个氧原子,所以物质的量比n(CeO2):n(CO)为1:m。
28.
(1)MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe2++2H2O
(2)将Fe2+转化为Fe3+Fe(OH)3和CaSO4蒸发浓缩、结晶
(4)bc先停止加热,继续通N2至装置冷却到室温再停止通N2
足量的铁和硫酸、二氧化锰反应,MnO2被Fe2+还原为Mn2+,加入双氧水,把溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,加入碳酸钙调节pH使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀,过滤除去Fe3+;MnSO4·H2O的溶解度随温度升高而降低,滤液蒸发浓缩、结晶、趁热过滤、热水洗涤、干燥,制得MnSO4·H2O。
(1)
酸性条件下,MnO2被Fe2+还原为Mn2+,Fe2+被氧化为Fe3+,反应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe2++2H2O;
(2)
加入双氧水,把溶液中的Fe2+氧化为Fe3+;加入碳酸钙调节pH使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀,硫酸钙微溶,所以“滤渣2”的成分为Fe(OH)3和CaSO4;MnSO4·H2O的溶解度随温度升高而降低,由“调pH≈5”所得滤液,经过的操作是蒸发浓缩、结晶、趁热过滤、热水洗涤并干燥可获得MnSO4·H2O。
(3)
检验产品中Mn2+:取少量晶体溶于水,加入(NH4)2S2O8溶液并滴入1滴AgNO3溶液(作催化剂)微热,溶液显紫色,说明Mn2+被S2O82-氧化为MnO4-,反应的离子方程式为
(4)
①SO2和氯化钡溶液不反应,SO3和氯化钡反应生成白色沉淀,装置B中盛放BaCl2溶液检验SO3,SO2能使品红溶液褪色,C中盛放品红溶液检验SO2;
②实验结束时,为防止倒吸,正确的操作方法是先停止加热,继续通N2至装置冷却到室温再停止通N2。
29.
(1)
(2)PbSO4+nCl-=PbClnn-2-+SO42-PbO2
(3)4:1w(NaCl)≤25%时,浓度越大,铅的浸出率越大增大液固比;将步骤Ⅱ的废渣再次浸取;适当延长浸取时间等
(4)除去滤液中的SO42-,防止其进一步浓缩PbCl2
(1)
常温下饱和PbSO4溶液中加入PbCl2固体,平衡后溶液中。
(2)
“浸取”时,硫酸铅和氯离子反应生成bClnn-2-和硫酸根离子,反应的离子方程式PbSO4+nCl-=PbClnn-2-+SO42-。PbO2具有氧化性,Cl-还会被PbO2氧化为氯气。
(3)
①由图1可知,浓盐酸与水配比为4:1时,铅的浸出率已经达到最大值,适宜的配比为4:1;
②由图2可知,w(NaCl)≤25%时,浓度越大,铅的浸出率越大;
③增大液固比;将步骤Ⅱ的废渣再次浸取;适当延长浸取时间等可以提高铅的浸出率;
(4)
步骤Ⅵ加入CaO的目的是除去滤液中的SO42-,防止其进一步浓缩;为提高PbCl2的产率,步骤Ⅶ滤液循环利用,溶质的主要成分为PbCl2。
30.
(1)SiO2
(2)将溶液中Fe2+全部氧化为Fe3+
(3)8.1pH≥3.7
(4)NiSMnS+Ni2+=NiS+Mn2+
(5)温度为45℃,pH为7.5Mg2+
(6)2H2O-4e-=O2↑+4H+H2SO4
软锰矿主要成分是MnO2,还含有Fe2O3、MgO、SiO2和NiCO3杂质,加入硫酸和废铁屑,MnO2被还原为Mn2+,溶液中还有Fe3+、Mg2+、Ni2+、Fe2+,SiO2难溶于硫酸,矿渣的成分是SiO2;滤液中加入MnO2把Fe2+氧化为Fe3+,加氨水调节pH,生成氢氧化铁,除去铁元素,加入MnS生成NiS沉淀除去Ni2+,加入NH4HCO3、氨水生成MnCO3沉淀,过滤,用硫酸溶解MnCO3得到硫酸锰溶液,电解硫酸锰溶液得到金属锰。
(1)
SiO2难溶于硫酸,所以“酸浸”后矿渣的主要成分是SiO2;
(2)
“酸浸”后的滤液中含有Fe2+,向“浸出液”中添加适量MnO2的目的是将溶液中Fe2+全部氧化为Fe3+;
(3)
“调节pH”的目的是除去Fe3+,同时保证Mn2+不生成沉淀,操作中pH控制范围为8.1pH≥3.7;
(4)
加入MnS的目的是把Ni2+转化为NiS沉淀,“除杂”后滤渣为NiS,该反应的离子方程式为MnS+Ni2+=NiS+Mn2+;
(5)
根据温度对Mn2+和Mg2+沉淀率的影响,可知温度为45℃Mn2+的沉淀率最大,根据pH对Mn2+和Mg2+沉淀率的影响,可知pH为7.5。由图可知Mn2+的沉淀率最大,所以“沉锰”的合适条件是温度为45℃,pH为7.5;“沉锰”除去的杂质金属离子是Mg2+;
(6)
MnSO4溶液电解制备Mn的过程中,阳极水失电子生成氧气,阳极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+。阳极生成氢离子,阳极液的主要成分的化学式为H2SO4。