资源简介

(共37张PPT)
专题六 主观题突破1
化工生产中物质转化条件的控制
核心精讲
01
反应条件的控制
条件控制 目的
固体原料粉碎或研磨 减小颗粒直径，增大反应物接触面积，增大浸取时的反应速率，提高浸取率
煅烧或灼烧 ①除去硫、碳单质；②有机物转化、除去有机物；③高温下原料与空气中的氧气反应；④除去热不稳定的杂质等
酸浸 ①溶解转变成可溶物进入溶液中，以达到与难溶物分离的目的；②去氧化物(膜)
碱溶 ①除去金属表面的油污；②溶解铝、氧化铝等
条件控制 目的
加热 ①加快反应速率或溶解速率；②促进平衡向吸热反应方向移动；③除杂，除去热不稳定的杂质，如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl等物质；④使沸点相对较低或易升华的原料气化；⑤煮沸时促进溶液中的气体(如氧气)挥发逸出等
反应物用量或浓度 ①酸浸时提高酸的浓度可提高矿石中某金属元素的浸取率；②增大便宜、易得的反应物的浓度，可以提高其他物质的利用率，使反应充分进行；③增大物质浓度可以加快反应速率，使平衡发生移动等
条件控制 目的
控温(常用水浴、冰浴或油浴) ①控制反应速率(升温加快反应速率)、适宜的温度使催化剂的活性最大，防止副反应的发生；②控制化学反应进行的方向，使化学平衡移动；③升温：使溶液中的气体逸出，使易挥发物质挥发，使易分解的物质分解；煮沸：使气体逸出；促进水解，聚沉后利于过滤分离；④控制固体的溶解与结晶
加入氧化剂(或还原剂) ①转化为目标产物的价态；②除去杂质离子[如把Fe2+氧化成Fe3+，而后调溶液的pH，使其转化为Fe(OH)3沉淀除去]
条件控制 目的
加入沉 淀剂 ①生成硫化物沉淀(如加入硫化钠、硫化铵、硫化亚铁等)；②加入可溶性碳酸盐，生成碳酸盐沉淀；③加入氟化钠，除去Ca2+、Mg2+
pH控制 ①使某种或几种金属离子转化为氢氧化物沉淀，而目标离子不生成沉淀，以达到分离的目的(常利用题给金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH信息，选择pH范围，使杂质离子以氢氧化物形式沉淀出来)；②“酸作用”还可以除去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解等；③“碱作用”还可以除去油污、除去铝片表面的氧化铝、溶解铝等；④金属离子的萃取率与溶液的pH密切相关；⑤调节溶液pH常用试剂：a.调节溶液呈酸性：稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、金属氧化物、酸性气体(二氧化硫)等。b.调节溶液呈碱性：氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸氢铵等
【应用示例】
1.一种从铜阳极泥(主要含有铜、银、金、少量的镍)中分离提取多种金属元素的工艺流程如下：
“分铜”时，如果反应温度过高，会有明显的放出气体现象，原因是
　　　 　。
温度过高，H2O2分解放出氧气
2.已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：
物质 开始沉淀pH 沉淀完全pH
Fe(OH)3 2.7 3.7
Fe(OH)2 7.6 9.6
Mn(OH)2 8.3 9.8
若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+，应该怎样做？
答案　先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+，再调溶液的3.7≤pH<8.3。
3.以软锰矿(主要成分为MnO2，含少量铁的氧化物)制备高纯MnCO3。流程如图：
(1)酸溶还原时，MnO2发生反应的离子方程式为_____________________
__________________。
MnO2+2Fe2++4H+===
Mn2++2Fe3++2H2O
(2)在常温下，已知：Ksp[Mn(OH)2]=2×10-13、Ksp[Fe(OH)3]=1×10-39。工业上，当某离子浓度小于1×10-6 mol·L-1时，认为该离子已除净。氧化后所得溶液中c(Mn2+)=0.2 mol·L-1，为使溶液中Fe3+除净，调节pH的范围应为　　　　　。
3≤pH<8
当Fe3+除净时，c(OH-)== mol·L-1=1×10-11 mol·L-1，则pH=3；当锰离子开始沉淀时，c(OH-)== mol·L-1
=10-6 mol·L-1，pH=8。
特别提醒
(1)调节pH所需的物质一般应满足两点：
①能与H+反应，使溶液pH增大；②不引入新杂质。例如：若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。
(2)调节pH的试剂选取：①选取流程中出现的物质；②未学习过的物质且题目又无信息提示的一般不做考虑；③已学的常见酸、碱(如HNO3、HCl、H2SO4、NH3·H2O、NaOH等)。
4.硒和碲在工业上有重要用途。在铜、镍、铅等电解工艺的阳极泥中硒、碲主要以硒化物、碲化物及单质状态存在。一种从阳极泥中提取Se和Te的工艺流程如下：
已知：碲酸钠(Na2H4TeO6)难溶，碲酸(H6TeO6)可溶。
工艺路线中可以循环利用的物质有　　　　、　 　　。
H2SO4
NaOH
真题演练
02
1.(2021·江苏，15)以锌灰(含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2)和Fe2(SO4)3为原料制备的ZnFe2O4脱硫剂，可用于脱除煤气中的H2S。脱硫剂的制备、硫化、再生过程可表示为
1
2
3
(1)“除杂”包括加足量锌粉、过滤加H2O2氧化等步骤。除Pb2+和Cu2+外，与锌粉反应的离子还有___________　　　　　　　　(填化学式)。
Fe3+、H+
4
1
2
3
锌灰含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2，加入稀硫酸浸取，SiO2和硫酸不反应，过滤出SiO2，所得溶液中含有硫酸锌、硫酸铅、硫酸铜、硫酸
铁、硫酸，加足量锌粉，硫酸铅、硫酸铜、硫酸铁、硫酸都能与锌反应，加H2O2氧化，再加入硫酸铁调节锌、铁的配比，加入碳酸氢钠沉锌铁，制得脱硫剂ZnFe2O4。
“除杂”加足量锌粉，硫酸铅、硫酸铜、硫酸铁、硫酸都能与锌反应，除Pb2+和Cu2+外，与锌粉反应的离子还有Fe3+、H+。
4
中，滴加氨水调节溶液pH=10，用0.015 0 mol·L-1EDTA(Na2H2Y)溶液滴定至终点(滴定反应为Zn2++Y4-===ZnY2-)，平行滴定3次，平均消耗EDTA溶液25.00 mL。计算ZnSO4溶液的物质的量浓度________________________________________
___________________________________________________________________
_____________________________________________ (写出计算过程)。
1
2
3
(2)“调配比”前，需测定ZnSO4溶液的浓度。准确量取2.50 mL除去Fe3+的ZnSO4溶液于100 mL容量瓶中，加水稀释至刻度；准确量取20.00 mL稀释后的溶液于锥形瓶
根据Zn2++Y4-===ZnY2-，可知20.00 mL稀释后的溶液中含ZnSO4的物质的量为0.025 L×0.015 mol·L-1=3.75×10-4 mol； ZnSO4
溶液的物质的量浓度为=0.750 0 mol·L-1
4
1
2
3
(3)400 ℃时，将一定比例H2、CO、CO2和H2S的混合气体以一定流速通过装有ZnFe2O4脱硫剂的硫化反应器。
①硫化过程中ZnFe2O4与H2、H2S反
应生成ZnS和FeS，其化学方程式为________________________________
_______。
ZnFe2O4+3H2S+H2 ZnS+2FeS
+4H2O
硫化过程中ZnFe2O4与H2、H2S反应生成ZnS和FeS，铁元素化合价由+3降低为+2、氢气中H元素化合价由0升高为+1，根据得失电子守恒，其化学方程式为ZnFe2O4+3H2S+H2 ZnS+2FeS+4H2O。
4
1
2
3
②硫化一段时间后，出口处检测到COS。研究表明ZnS参与了H2S与CO2生成COS的反应，反应前后ZnS的质量不变，该反应过程可描述为
ZnS+CO2===ZnO+COS、ZnO+H2S===ZnS+H2O
　　　　　 　。
4
1
2
3
(4)将硫化后的固体在N2∶O2=95∶5(体积比)的混合气体中加热再生，固体质量随温度变化的曲线如图所示。在280~400 ℃范围内，固体质量增加的主要原因是
　　　 　　　　。
ZnS和FeS部分被氧化为硫酸盐
在280~400 ℃范围内，ZnS和FeS吸收氧气，ZnS和FeS部分被氧化为硫酸盐，固体质量增加。
4
1
2
3
2.(2018·江苏，16)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：
(1)焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为
　　 　　。
SO2+OH-===HS
4
1
2
3
(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。
已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃
硫去除率=(1-)×100%
①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于 。
FeS2
根据题给已知信息，多数金属硫酸盐的分解温度高于600 ℃，不添加CaO的矿粉低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于FeS2。
4
1
2
3
②700 ℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是
　　　 　　　　。
硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中
4
1
2
3
(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由
　　　 　(填化学式，下同)转化为　　 　。
Na[Al(OH)4]
Al(OH)3
“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的Na[Al(OH)4]、Na2SiO3，向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，CO2与Na[Al(OH)4]反应生成NaHCO3和Al(OH)3。
4
1
2
3
(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=
　　　　。
1∶16
Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，反应的化学方程式为FeS2+16Fe2O3 11Fe3O4+2SO2↑。
4
1
2
3
3.(2017·江苏，16)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：
注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为　 　　　。
Al2O3+2OH-===2Al+H2O
4
1
2
3
(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH_______　　
(填“增大”“不变”或“减小”)。
减小
过滤Ⅰ所得滤液为偏铝酸钠溶液，与NaHCO3发生反应：HC+Al
+H2O===Al(OH)3↓+C，该反应能够发生，说明Al结合H+的能力强于C结合H+的能力，NaAlO2溶液的碱性强于Na2CO3溶液的碱性，则溶液的pH减小。
4
1
2
3
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融 Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是　　 　　。
石墨电极被阳极上产生的O2氧化
4
1
2
3
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图。阳极的电极反应式为
　　 ， 阴极产生的物质A的化学式为　。
4C+2H2O-4e-===4HC+O2↑
H2
4
1
2
3
(5)铝粉在1 000 ℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是_____________________
_________________________。
NH4Cl分解产生的HCl能
够破坏Al表面的Al2O3薄膜
4
1
2
3
4.(2024·新课标卷，27)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下：
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5 mol·L-1)时的pH：
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
4
回答下列问题：
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是_____________________________
　　　　 　；“滤渣1”中金属元素主要为　　。
增大固液接触面积，加快酸浸速
率，提高浸取效率
Pb
1
2
3
4
(2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是_________________________
　　　　　　 　　　　　　。取少量反应后的溶液，加入化学试剂
　　 　　　　　检验　 ，若出现蓝色沉淀，需补加MnO2。
将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，
K3[Fe(CN)6]溶液
以便在后续调pH时除去Fe元素
Fe2+
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为_____________________
　　　 　、　　 　　。
3Co2+++7H2O===
3Mn2++2Mn+2H2O===5MnO2↓+4H+
3Co(OH)3↓+MnO2↓+5H+　
1
2
3
4
由题中信息可知，用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有Co2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO4，则“滤渣1”为PbSO4；向滤液中加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，MnO2被还原为Mn2+，加入ZnO调节pH=4，Fe3+完全转化为Fe(OH)3，“滤渣2”的主要成分为Fe(OH)3，滤液中的金属离子主要是Co2+、Zn2+和Mn2+；
1
2
3
4
最后“氧化沉钴”，加入强氧化剂KMnO4，将溶液中Co2+氧化为Co3+，在pH=5时Co3+形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4则被还原为MnO2，KMnO4还会与溶液中的Mn2+发生归中反应生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO4、K2SO4，据此解答。
由分析可知，该过程发生两个氧化还原反应，离子方程式为3Co2+++
7H2O===3Co(OH)3↓+MnO2↓+5H+、3Mn2++2+2H2O===5MnO2↓+4H+。
1
2
3
4
(4)“除钴液”中主要的盐有　　　　　　　(写化学式)，残留的Co3+浓度为　　　 mol·L-1。
ZnSO4、K2SO4
10-16.7
1
2
3
4
整个过程中，Zn2+未除，加入
KMnO4“氧化沉钴”时引入了
K+，而阴离子是在酸浸时引入
的，因此除钴液中主要的盐有ZnSO4和K2SO4。当溶液pH=1.1时，c(H+)=10 -1.1 mol·L-1，Co3+恰好完全沉淀，此时溶液中c(Co3+)=1.0×10-5 mol·
L-1，则c(OH-)==10-12.9 mol·L-1，则Ksp[Co(OH)3]=1.0×10-5×
=10-43.7。“除钴液”的pH=5，即c(H+)=10-5 mol·L-1，则c(OH-)=10-9mol·L-1，此时溶液中c(Co3+)== mol·L-1=10-16.7 mol·L-1。
1
2
3
4化工生产中物质转化条件的控制
反应条件的控制
条件控制 目的
固体原料 粉碎或研磨 减小颗粒直径，增大反应物接触面积，增大浸取时的反应速率，提高浸取率
煅烧或 灼烧 ①除去硫、碳单质；②有机物转化、除去有机物；③高温下原料与空气中的氧气反应；④除去热不稳定的杂质等
酸浸 ①溶解转变成可溶物进入溶液中，以达到与难溶物分离的目的；②去氧化物(膜)
碱溶 ①除去金属表面的油污；②溶解铝、氧化铝等
加热 ①加快反应速率或溶解速率；②促进平衡向吸热反应方向移动；③除杂，除去热不稳定的杂质，如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、NH4Cl等物质；④使沸点相对较低或易升华的原料气化；⑤煮沸时促进溶液中的气体(如氧气)挥发逸出等
反应物用 量或浓度 ①酸浸时提高酸的浓度可提高矿石中某金属元素的浸取率；②增大便宜、易得的反应物的浓度，可以提高其他物质的利用率，使反应充分进行；③增大物质浓度可以加快反应速率，使平衡发生移动等
控温(常用 水浴、冰浴 或油浴) ①控制反应速率(升温加快反应速率)、适宜的温度使催化剂的活性最大，防止副反应的发生；②控制化学反应进行的方向，使化学平衡移动；③升温：使溶液中的气体逸出，使易挥发物质挥发，使易分解的物质分解；煮沸：使气体逸出；促进水解，聚沉后利于过滤分离；④控制固体的溶解与结晶
加入氧化剂 (或还原剂) ①转化为目标产物的价态；②除去杂质离子[如把Fe2+氧化成Fe3+，而后调溶液的pH，使其转化为Fe(OH)3沉淀除去]
加入 沉淀剂 ①生成硫化物沉淀(如加入硫化钠、硫化铵、硫化亚铁等)；②加入可溶性碳酸盐，生成碳酸盐沉淀；③加入氟化钠，除去Ca2+、Mg2+
pH控制 ①使某种或几种金属离子转化为氢氧化物沉淀，而目标离子不生成沉淀，以达到分离的目的(常利用题给金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH信息，选择pH范围，使杂质离子以氢氧化物形式沉淀出来)；②“酸作用”还可以除去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解等；③“碱作用”还可以除去油污、除去铝片表面的氧化铝、溶解铝等；④金属离子的萃取率与溶液的pH密切相关；⑤调节溶液pH常用试剂：a.调节溶液呈酸性：稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸(注意氧化性)、金属氧化物、酸性气体(二氧化硫)等。b.调节溶液呈碱性：氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸氢铵等
应用示例
1.一种从铜阳极泥(主要含有铜、银、金、少量的镍)中分离提取多种金属元素的工艺流程如下：
“分铜”时，如果反应温度过高，会有明显的放出气体现象，原因是　　　　。
2.已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：
物质 开始沉淀pH 沉淀完全pH
Fe(OH)3 2.7 3.7
Fe(OH)2 7.6 9.6
Mn(OH)2 8.3 9.8
若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+，应该怎样做？

3.以软锰矿(主要成分为MnO2，含少量铁的氧化物)制备高纯MnCO3。流程如图：
(1)酸溶还原时，MnO2发生反应的离子方程式为　　　　。
(2)在常温下，已知：Ksp[Mn(OH)2]=2×10-13、Ksp[Fe(OH)3]=1×10-39。工业上，当某离子浓度小于1×10-6 mol·L-1时，认为该离子已除净。氧化后所得溶液中c(Mn2+)=0.2 mol·L-1，为使溶液中Fe3+除净，调节pH的范围应为　　　　　。
(1)调节pH所需的物质一般应满足两点：
①能与H+反应，使溶液pH增大；②不引入新杂质。例如：若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。
(2)调节pH的试剂选取：①选取流程中出现的物质；②未学习过的物质且题目又无信息提示的一般不做考虑；③已学的常见酸、碱(如HNO3、HCl、H2SO4、NH3·H2O、NaOH等)。
4.硒和碲在工业上有重要用途。在铜、镍、铅等电解工艺的阳极泥中硒、碲主要以硒化物、碲化物及单质状态存在。一种从阳极泥中提取Se和Te的工艺流程如下：
已知：碲酸钠(Na2H4TeO6)难溶，碲酸(H6TeO6)可溶。
工艺路线中可以循环利用的物质有　　　　、 　　　　　　　　。
1.(2021·江苏，15)以锌灰(含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2)和Fe2(SO4)3为原料制备的ZnFe2O4脱硫剂，可用于脱除煤气中的H2S。脱硫剂的制备、硫化、再生过程可表示为
(1)“除杂”包括加足量锌粉、过滤加H2O2氧化等步骤。除Pb2+和Cu2+外，与锌粉反应的离子还有　　　　　　　　　　　　(填化学式)。
(2)“调配比”前，需测定ZnSO4溶液的浓度。准确量取2.50 mL除去Fe3+的ZnSO4溶液于100 mL容量瓶中，加水稀释至刻度；准确量取20.00 mL稀释后的溶液于锥形瓶中，滴加氨水调节溶液pH=10，用0.015 0 mol·L-1EDTA(Na2H2Y)溶液滴定至终点(滴定反应为Zn2++Y4-ZnY2-)，平行滴定3次，平均消耗EDTA溶液25.00 mL。计算ZnSO4溶液的物质的量浓度　　　 　　　　(写出计算过程)。
(3)400 ℃时，将一定比例H2、CO、CO2和H2S的混合气体以一定流速通过装有ZnFe2O4脱硫剂的硫化反应器。
①硫化过程中ZnFe2O4与H2、H2S反应生成ZnS和FeS，其化学方程式为　　　 　　　　。
②硫化一段时间后，出口处检测到COS。研究表明ZnS参与了H2S与CO2生成COS的反应，反应前后ZnS的质量不变，该反应过程可描述为　　　 　　　。
(4)将硫化后的固体在N2∶O2=95∶5(体积比)的混合气体中加热再生，固体质量随温度变化的曲线如图所示。在280~400 ℃范围内，固体质量增加的主要原因是　　　 　　　　。
2.(2018·江苏，16)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：
(1)焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为　　　 　　　　。
(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。
已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃
硫去除率=(1-)×100%
①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于　　　　。
②700 ℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是　　　　。
(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由　　　　　　(填化学式，下同)转化为　　　　。
(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=　　　　。
3.(2017·江苏，16)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：
注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为　　　　。
(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH　　　　　　(填“增大”“不变”或“减小”)。
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融 Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是　　　 　　　　。
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图。
阳极的电极反应式为　　　 　　　　，
阴极产生的物质A的化学式为　　　　。
(5)铝粉在1 000 ℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是　　　 　　　　。
4.(2024·新课标卷，27)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下：
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5 mol·L-1)时的pH：
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列问题：
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是　　　 　　　　；
“滤渣1”中金属元素主要为　　　　　　　。
(2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是　　　　。
取少量反应后的溶液，加入化学试剂　　　　　　　　检验　　　　　　　，若出现蓝色沉淀，需补加MnO2。
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为　　　　、 　　　　。
(4)“除钴液”中主要的盐有　　　　　　　(写化学式)，残留的Co3+浓度为　　　　 mol·L-1。
答案精析
核心精讲
应用示例
1.温度过高，H2O2分解放出氧气
2.先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+，再调溶液的3.7≤pH<8.3。
3.(1)MnO2+2Fe2++4H+Mn2++2Fe3++2H2O　(2)3≤pH<8
解析　(2)当Fe3+除净时，c(OH-)== mol·L-1=1×10-11 mol·L-1，则pH=3；当锰离子开始沉淀时，c(OH-)== mol·L-1=10-6 mol·L-1，pH=8。
4.H2SO4　NaOH
真题演练
1.(1)Fe3+、H+　(2)根据Zn2++Y4-ZnY2-，可知20.00 mL稀释后的溶液中含ZnSO4的物质的量为0.025 L×0.015 mol·L-1=3.75×10-4 mol；ZnSO4溶液的物质的量浓度为=0.750 0 mol·L-1
(3)①ZnFe2O4+3H2S+H2ZnS+2FeS+4H2O　②ZnS+CO2ZnO+COS、ZnO+H2SZnS+H2O　(4)ZnS和FeS部分被氧化为硫酸盐
解析　锌灰含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2，加入稀硫酸浸取，SiO2和硫酸不反应，过滤出SiO2，所得溶液中含有硫酸锌、硫酸铅、硫酸铜、硫酸铁、硫酸，加足量锌粉，硫酸铅、硫酸铜、硫酸铁、硫酸都能与锌反应，加H2O2氧化，再加入硫酸铁调节锌、铁的配比，加入碳酸氢钠沉锌铁，制得脱硫剂ZnFe2O4。(1)“除杂”加足量锌粉，硫酸铅、硫酸铜、硫酸铁、硫酸都能与锌反应，除Pb2+和Cu2+外，与锌粉反应的离子还有Fe3+、H+。(3)①硫化过程中ZnFe2O4与H2、H2S反应生成ZnS和FeS，铁元素化合价由+3降低为+2、氢气中H元素化合价由0升高为+1，根据得失电子守恒，其化学方程式为ZnFe2O4+3H2S+H2ZnS+2FeS+4H2O。(4)在280~400 ℃范围内，ZnS和FeS吸收氧气，ZnS和FeS部分被氧化为硫酸盐，固体质量增加。
2.(1)SO2+OH-HS　(2)①FeS2
②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中
(3)Na［Al(OH)4］　Al(OH)3　(4)1∶16
解析　(2)①根据题给已知信息，多数金属硫酸盐的分解温度高于600 ℃，不添加CaO的矿粉低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于FeS2。(3)“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的Na［Al(OH)4］、Na2SiO3，向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，CO2与Na［Al(OH)4］反应生成NaHCO3和Al(OH)3。(4)Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，反应的化学方程式为FeS2+16Fe2O311Fe3O4+2SO2↑。
3.(1)Al2O3+2OH-2Al+H2O
(2)减小　(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化
(4)4C+2H2O-4e-4HC+O2↑　H2
(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜
解析　(2)过滤Ⅰ所得滤液为偏铝酸钠溶液，与NaHCO3发生反应：HC+Al+H2OAl(OH)3↓+C，该反应能够发生，说明Al结合H+的能力强于C结合H+的能力，NaAlO2溶液的碱性强于Na2CO3溶液的碱性，则溶液的pH减小。
4.(1)增大固液接触面积，加快酸浸速率，提高浸取效率　Pb　(2)将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，以便在后续调pH时除去Fe元素　K3［Fe(CN)6］溶液
Fe2+　(3)3Co2+++7H2O3Co(OH)3↓+MnO2↓+5H+　3Mn2++2Mn+2H2O5MnO2↓+4H+　(4)ZnSO4、K2SO4　10-16.7
解析　 由题中信息可知，用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有Co2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO4，则“滤渣1”为PbSO4；向滤液中加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，MnO2被还原为Mn2+，加入ZnO调节pH=4，Fe3+完全转化为Fe(OH)3，“滤渣2”的主要成分为Fe(OH)3，滤液中的金属离子主要是Co2+、Zn2+和Mn2+；最后“氧化沉钴”，加入强氧化剂KMnO4，将溶液中Co2+氧化为Co3+，在pH=5时Co3+形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4则被还原为MnO2，KMnO4还会与溶液中的Mn2+发生归中反应生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO4、K2SO4，据此解答。(3)由分析可知，该过程发生两个氧化还原反应，离子方程式为3Co2+++7H2O3Co(OH)3↓+MnO2↓+5H+、3Mn2++2+2H2O5MnO2↓+4H+。(4)整个过程中，Zn2+未除，加入KMnO4“氧化沉钴”时引入了K+，而阴离子是在酸浸时引入的，因此除钴液中主要的盐有ZnSO4和K2SO4。当溶液pH=1.1时，c(H+)=10 -1.1 mol·L-1，Co3+恰好完全沉淀，此时溶液中c(Co3+)=1.0×10-5 mol·L-1，则c(OH-)==10-12.9 mol·L-1，则Ksp［Co(OH)3］=1.0×10-5×=10-43.7。“除钴液”的pH=5，即c(H+)=10-5 mol·L-1，则c(OH-)=10-9mol·L-1，此时溶液中c(Co3+)== mol·L-1=10-16.7 mol·L-1。

展开更多......

收起↑