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热点突破练9　无机化工流程综合题
1.(2023·河北卷)闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离,同时得到的CuCl可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下:
已知:室温下的Ksp(CuCl)=10-6.8。
回答下列问题:
(1)首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到,其主要成分为　　　　(填化学式)。
(2)滤渣的主要成分为　　　　(填化学式)。
(3)浸取工序的产物为[Cu(NH3)2]Cl,该工序发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①,氧化工序发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)浸取工序宜在30~40 ℃之间进行,当环境温度较低时,浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)补全中和工序中主反应的离子方程式
[Cu(NH3)2]++2H++Cl-===　　　　+　　　　。
(6)真空干燥的目的为　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
2.(2023·湖南卷)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一,近年来,我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术,在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果。工业上以粗镓为原料,制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下:
已知:①金属Ga的化学性质和Al相似,Ga的熔点为29.8 ℃;
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体;
③相关物质的沸点:
物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
回答下列问题:
(1)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI,写出该反应的化学方程式:
　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“残渣”经纯水处理,能产生可燃性气体,该气体主要成分是　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)下列说法错误的是　　　　。
A.流程中Et2O得到了循环利用
B.流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行
C.“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3),并蒸出Ga(CH3)3
D.用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
3.(2023·湖北卷)SiCl4是生产多晶硅的副产物。利用SiCl4对废弃的锂电池正极材料LiCoO2进行氯化处理以回收Li、Co等金属,工艺路线如下:
回答下列问题:
(1)烧渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物,“500 ℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去,否则水浸时会产生大量烟雾,用化学方程式表示其原因　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)鉴别洗净的“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是　　　　　　。
(3)已知Ksp[Co(OH)2]=5.9×10-15,若“沉钴过滤”的pH控制为10.0,则溶液中Co2+浓度为　　　　　　 mol·L-1。“850 ℃煅烧”时的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
4.(2023·辽宁卷)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)。实现镍、钴、镁元素的回收。
已知:
物质 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2
Ksp 10-37.4 10-14.7 10-14.7 10-10.8
回答下列问题:
(1)用硫酸浸取镍钴矿时,提高浸取速率的方法为
　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　(答出一条即可)。
(2)“氧化”中,用石灰乳调节pH=4,Mn2+被H2SO5氧化为MnO2,该反应的离子方程式为
　　　　　　　　　　　　　　
(H2SO5的电离第一步完全,第二步微弱);滤渣的成分为MnO2、　　　　　　　　(填化学式)。
(3)“氧化”中保持空气通入速率不变,Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为　　　　　　时,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;继续增大SO2体积分数时,Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成CoO(OH),该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)“沉镁”中为使Mg2+沉淀完全(25 ℃),需控制pH不低于　　　　　　(精确至0.1)。
5.(2024·黑龙江哈尔滨三模)锑属于氮族元素,广泛用于制造合金、瓷器、颜料、印刷油墨、防爆材料等。现用锑精矿(主要含有Sb2O3、Sb2S3、Fe2O3、CuO等杂质)来制备锑和焦锑酸钠[NaSb(OH)6]。其工艺流程如图所示:
已知:常温下,Ksp(CuS)=6.3×10-36,
Ksp[Cu(OH)2]=2.1×10-20。
回答下列问题:
(1)滤渣Ⅰ的主要成分有　　　　　。
(2)“碱浸”时,Sb2O3发生反应的化学方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)滤渣Ⅱ的主要成分有　　　　　。
(4)产品NaSb(OH)6需洗涤、干燥,检验固体是否洗涤干净的试剂为　　　　　(填化学式)。
(5)常温条件下,向碱浸液中加入CuSO4溶液,生成CuS和Cu(OH)2沉淀时,溶液的pH为10,则溶液中剩余c(S2-)=　　　　　 mol·L-1。
热点突破练9　无机化工流程综合题
1.(2023·河北卷)闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离,同时得到的CuCl可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下:
已知:室温下的Ksp(CuCl)=10-6.8。
回答下列问题:
(1)首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到,其主要成分为　　　　(填化学式)。
(2)滤渣的主要成分为　　　　(填化学式)。
(3)浸取工序的产物为[Cu(NH3)2]Cl,该工序发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①,氧化工序发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)浸取工序宜在30~40 ℃之间进行,当环境温度较低时,浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)补全中和工序中主反应的离子方程式
[Cu(NH3)2]++2H++Cl-===　　　　+　　　　。
(6)真空干燥的目的为　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)[Cu(NH3)4]Cl2　(2)Fe
(3)[Cu(NH3)4]Cl2+Cu===2[Cu(NH3)2]Cl　8NH3+4[Cu(NH3)2]++O2+4H+===4[Cu(NH3)4]2++2H2O　(4)盐酸和液氨反应放热　(5)CuCl↓　2N　(6)防止干燥过程中CuCl被空气中的O2氧化
解析　由题给流程可知,铜包钢用由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到的[Cu(NH3)4]Cl2深蓝色溶液浸取,将铜转化为[Cu(NH3)2]Cl,过滤得到含有铁的滤渣和[Cu(NH3)2]Cl滤液;将滤液的一半经氧化工序将[Cu(NH3)2]Cl转化为可以循环使用的[Cu(NH3)4]Cl2;滤液的一半加入硫酸、盐酸中和,将[Cu(NH3)2]Cl转化为硫酸亚铜和氯化亚铜沉淀,过滤得到含有硫酸铵、硫酸亚铜的滤液和氯化亚铜;氯化亚铜经盐酸、乙醇洗涤后,真空干燥得到氯化亚铜;硫酸亚铜溶液发生置换反应生成海绵铜。(1)由分析可知,由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到的深蓝色溶液①为[Cu(NH3)4]Cl2;(3)由分析可知,浸取工序发生的反应为[Cu(NH3)4]Cl2溶液与铜反应生成[Cu(NH3)2]Cl,反应的化学方程式为[Cu(NH3)4]Cl2+Cu===2[Cu(NH3)2]Cl;氧化工序中[Cu(NH3)2]Cl发生的反应为[Cu(NH3)2]Cl溶液与氨水、氧气反应生成[Cu(NH3)4]Cl2和水,反应的离子方程式为8NH3+4[Cu(NH3)2]++O2+4H+===4[Cu(NH3)4]2++2H2O;(4)浸取工序中盐酸与氨水反应生成氯化铵和水的反应为放热反应,反应放出的热量可以使反应温度保持在30~40 ℃之间,所以当环境温度较低时,浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取;(5)由题给方程式可知,溶液中加二氨合亚铜离子与氯离子、氢离子反应生成氯化亚铜沉淀和铵根离子,反应的离子方程式为[Cu(NH3)2]++2H++Cl-===CuCl↓+2N;(6)氯化亚铜易被空气中的氧气氧化,所以为了防止干燥过程中氯化亚铜被氧化,应采用真空干燥的方法干燥。
2.(2023·湖南卷)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一,近年来,我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术,在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果。工业上以粗镓为原料,制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下:
已知:①金属Ga的化学性质和Al相似,Ga的熔点为29.8 ℃;
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体;
③相关物质的沸点:
物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
回答下列问题:
(1)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI,写出该反应的化学方程式:
　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“残渣”经纯水处理,能产生可燃性气体,该气体主要成分是　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)下列说法错误的是　　　　。
A.流程中Et2O得到了循环利用
B.流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行
C.“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3),并蒸出Ga(CH3)3
D.用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
答案　(1)8CH3I+2Et2O+Ga2Mg5===2Ga(CH3)3(Et2O)+3MgI2+2CH3MgI
(2)CH4　(3)D
解析　以粗镓为原料,制备超纯Ga(CH3)3,粗Ga经过电解精炼得到纯Ga,Ga和Mg反应生成Ga2Mg5,Ga2Mg5和CH3I、Et2O反应生成Ga(CH3)3(Et2O)、MgI2和CH3MgI,然后经过蒸发溶剂、蒸馏,除去残渣MgI2、CH3MgI,加入NR3进行配体交换、进一步蒸出得到超纯Ga(CH3)3,Et2O重复利用,据此解答。(1)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI,该反应的化学方程式8CH3I+2Et2O+Ga2Mg5===2Ga(CH3)3(Et2O)+3MgI2+2CH3MgI;(2)“残渣”含CH3MgI,经纯水处理,能产生可燃性气体CH4;(3)A.根据分析,流程中Et2O得到了循环利用,A正确;B.Ga(CH3)3(Et2O)容易和水反应,容易被氧化,则流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行,B正确;C.“配体交换”得到Ga(CH3)3(NR3),“工序X”先解配Ga(CH3)3(NR3)后蒸出Ga(CH3)3,C正确;D.二者甲基的环境不同,核磁共振氢谱化学位移不同,用核磁共振氢谱能区分Ga(CH3)3和CH3I,D错误;故选D。
3.(2023·湖北卷)SiCl4是生产多晶硅的副产物。利用SiCl4对废弃的锂电池正极材料LiCoO2进行氯化处理以回收Li、Co等金属,工艺路线如下:
回答下列问题:
(1)烧渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物,“500 ℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去,否则水浸时会产生大量烟雾,用化学方程式表示其原因　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)鉴别洗净的“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是　　　　　　。
(3)已知Ksp[Co(OH)2]=5.9×10-15,若“沉钴过滤”的pH控制为10.0,则溶液中Co2+浓度为　　　　　　 mol·L-1。“850 ℃煅烧”时的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)SiCl4+3H2O===H2SiO3+4HCl↑(或SiCl4+4H2O===H4SiO4+4HCl↑)　(2)焰色试验
(3)5.9×10-7　6Co(OH)2+O22Co3O4+6H2O
解析　由流程和题中信息可知,LiCoO2粗品与SiCl4在500 ℃焙烧时生成氧气和烧渣,烧渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物;烧渣经水浸、过滤后得滤液1和滤饼1,滤饼1的主要成分是SiO2和H2SiO3;滤液1用氢氧化钠溶液沉钴,过滤后得滤饼2[主要成分为Co(OH)2]和滤液2(主要溶质为LiCl);滤饼2置于空气中在850 ℃煅烧得到Co3O4;滤液2经碳酸钠溶液沉锂,得到滤液3和滤饼3,滤饼3为Li2CO3。(1)“500 ℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去,否则水浸时会产生大量烟雾,由此可知,四氯化硅可与水反应生成氯化氢和硅酸或原硅酸,故其原因是SiCl4遇水剧烈水解,生成硅酸或原硅酸和氯化氢,该反应的化学方程式为SiCl4+3H2O===H2SiO3+4HCl↑或SiCl4+4H2O===H4SiO4+4HCl↑。(2)洗净的“滤饼3”的主要成分为Li2CO3,常用焰色试验鉴别Li2CO3和Na2CO3,Li2CO3的焰色试验为紫红色,而Na2CO3的焰色试验为黄色。(3)已知Ksp[Co(OH)2]=5.9×10-15,若“沉钴过滤”的pH控制为10.0,则溶液中c(OH-)=1.0×10-4 mol·L-1,Co2+浓度为= mol·L-1=5.9×10-7 mol·L-1。“850 ℃煅烧”时,Co(OH)2与O2反应生成Co3O4和H2O,该反应的化学方程式为6Co(OH)2+O22Co3O4+6H2O。
4.(2023·辽宁卷)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)。实现镍、钴、镁元素的回收。
已知:
物质 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2
Ksp 10-37.4 10-14.7 10-14.7 10-10.8
回答下列问题:
(1)用硫酸浸取镍钴矿时,提高浸取速率的方法为
　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　(答出一条即可)。
(2)“氧化”中,用石灰乳调节pH=4,Mn2+被H2SO5氧化为MnO2,该反应的离子方程式为
　　　　　　　　　　　　　　
(H2SO5的电离第一步完全,第二步微弱);滤渣的成分为MnO2、　　　　　　　　(填化学式)。
(3)“氧化”中保持空气通入速率不变,Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为　　　　　　时,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;继续增大SO2体积分数时,Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成CoO(OH),该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)“沉镁”中为使Mg2+沉淀完全(25 ℃),需控制pH不低于　　　　　　(精确至0.1)。
答案　(1)适当增大硫酸浓度或适当升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面积(合理即可)
(2)H2O+Mn2++HS===MnO2↓+S+3H+　Fe(OH)3、CaSO4
(3)9.0%　SO2有还原性,也能还原H2SO5
(4)4Co(OH)2+O2===4CoO(OH)+2H2O
(5)11.1
解析　在“氧化”中,混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5),用石灰乳调节pH=4,Mn2+、Fe2+被H2SO5氧化为MnO2、Fe3+,发生反应H2O+Mn2++HS===MnO2↓+S+3H+,同时Fe3+水解生成氢氧化铁,“沉钴镍”过程中,Co2+变为Co(OH)2,在空气中可被氧化成CoO(OH)。(1)用硫酸浸取镍钴矿时,为提高浸取速率可适当增大硫酸浓度、升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面积(合理即可);(2)用石灰乳调节pH=4,Mn2+被H2SO5氧化为MnO2,该反应的离子方程式为:H2O+Mn2++HS===MnO2↓+S+3H+;氢氧化铁的Ksp=10-37.4,当铁离子完全沉淀时,溶液中c(Fe3+)=10-5 mol·L-1,Ksp=c3(OH-)×c(Fe3+)=c3(OH-)×10-5=10-37.4,c(OH-)=10-10.8 mol·L-1,根据Kw=10-14,pH=3.2,此时溶液的pH=4,则铁离子完全水解,生成氢氧化铁沉淀,故滤渣还有氢氧化铁和CaSO4;(3)根据图示可知SO2体积分数为9.0%时,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;SO2具有还原性,也能还原H2SO5,其体积分数过大时,与H2SO5反应,使Mn(Ⅱ)氧化速率减小;(4)“沉钴镍”中得到的Co(OH)2,在空气中可被氧化成CoO(OH),该反应的化学方程式为:4Co(OH)2+O2===4CoO(OH)+2H2O;(5)氢氧化镁的Ksp=10-10.8, 当镁离子完全沉淀时,c(Mg2+)=10-5 mol·L-1,根据Ksp可计算c(OH-)=10-2.9 mol·L-1,根据Kw=10-14,c(H+)=10-11.1 mol·L-1,所以溶液的pH=11.1。
5.(2024·黑龙江哈尔滨三模)锑属于氮族元素,广泛用于制造合金、瓷器、颜料、印刷油墨、防爆材料等。现用锑精矿(主要含有Sb2O3、Sb2S3、Fe2O3、CuO等杂质)来制备锑和焦锑酸钠[NaSb(OH)6]。其工艺流程如图所示:
已知:常温下,Ksp(CuS)=6.3×10-36,
Ksp[Cu(OH)2]=2.1×10-20。
回答下列问题:
(1)滤渣Ⅰ的主要成分有　　　　　。
(2)“碱浸”时,Sb2O3发生反应的化学方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)滤渣Ⅱ的主要成分有　　　　　。
(4)产品NaSb(OH)6需洗涤、干燥,检验固体是否洗涤干净的试剂为　　　　　(填化学式)。
(5)常温条件下,向碱浸液中加入CuSO4溶液,生成CuS和Cu(OH)2沉淀时,溶液的pH为10,则溶液中剩余c(S2-)=　　　　　 mol·L-1。
答案　(1)Fe2O3、CuO　(2)Sb2O3+6Na2S+3H2O===2Na3SbS3+6NaOH　(3)S　(4)HNO3溶液和AgNO3溶液　(5)3×10-24
解析　锑精矿主要含Sb2O3、Sb2S3、Fe2O3、CuO,根据流程图,加入氢氧化钠溶液、Na2S溶液充分碱浸,过滤得Fe2O3、CuO固体,同时得到Na3SbS3、Na2S、NaOH的混合液,则滤渣Ⅰ的主要成分为Fe2O3、CuO。线路一直接电解混合液得到锑单质;线路二加入氧化剂将Sb元素氧化得到粗Na3SbO4沉淀,加入的氧化剂同时将S2-氧化为硫单质,所以粗Na3SbO4沉淀中混有S单质,加盐酸酸浸,滤渣Ⅱ主要成分为S,滤液加NaOH溶液中和酸,最终得到NaSb(OH)6。(2)“碱浸”时,Sb2O3转化为Na3SbS3,发生反应的化学方程式为Sb2O3+6Na2S+3H2O===2Na3SbS3+6NaOH;(4)产品NaSb(OH)6需洗涤、干燥,检验固体是否洗涤干净,即检验是否含有Cl-,所加入的试剂为HNO3溶液和AgNO3溶液;(5)根据Ksp(CuS)=6.3×10-36、Ksp[Cu(OH)2]=2.1×10-20,常温条件下,向碱浸液中加入CuSO4溶液,生成CuS和Cu(OH)2沉淀时,溶液的pH为10,c(Cu2+)== mol·L-1=2.1×10-12 mol·L-1,则溶液中剩余c(S2-)== mol·L-1=3×10-24 mol·L-1。(共24张PPT)
热点突破练9　无机化工流程综合题
第一篇　新高考题型突破
板块Ⅴ　水溶液中的离子平衡
1.(2023·河北卷)闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离,同时得到的CuCl可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下:
已知:室温下的Ksp(CuCl)=10-6.8。
回答下列问题:
(1)首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到,其主要成分为　 　　　(填化学式)。
(2)滤渣的主要成分为　　　　(填化学式)。
(3)浸取工序的产物为[Cu(NH3)2]Cl,该工序发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①,氧化工序发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
[Cu(NH3)4]Cl2
Fe
[Cu(NH3)4]Cl2+Cu===2[Cu(NH3)2]Cl
8NH3+4[Cu(NH3)2]++O2+4H+===4[Cu(NH3)4]2++2H2O
(4)浸取工序宜在30~40 ℃之间进行,当环境温度较低时,浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)补全中和工序中主反应的离子方程式
[Cu(NH3)2]++2H++Cl-===　　　　+　　　　。
(6)真空干燥的目的为　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　。
盐酸和液氨反应放热
CuCl↓
2N
防止干燥过程中CuCl被空气中的O2氧化
解析　由题给流程可知,铜包钢用由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到的[Cu(NH3)4]Cl2深蓝色溶液浸取,将铜转化为[Cu(NH3)2]Cl,过滤得到含有铁的滤渣和[Cu(NH3)2]Cl滤液;将滤液的一半经氧化工序将[Cu(NH3)2]Cl转化为可以循环使用的[Cu(NH3)4]Cl2;滤液的一半加入硫酸、盐酸中和,将[Cu(NH3)2]Cl转化为硫酸亚铜和氯化亚铜沉淀,过滤得到含有硫酸铵、硫酸亚铜的滤液和氯化亚铜;氯化亚铜经盐酸、乙醇洗涤后,真空干燥得到氯化亚铜;硫酸亚铜溶液发生置换反应生成海绵铜。(1)由分析可知,由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到的深蓝色溶液①为[Cu(NH3)4]Cl2;(3)由分析可知,浸取工序发生的反应为[Cu(NH3)4]Cl2溶液与铜反应生成[Cu(NH3)2]Cl,反应的化学方程式为[Cu(NH3)4]Cl2+Cu=== 2[Cu(NH3)2]Cl;
氧化工序中[Cu(NH3)2]Cl发生的反应为[Cu(NH3)2]Cl溶液与氨水、氧气反应生成[Cu(NH3)4]Cl2和水,反应的离子方程式为8NH3+4[Cu(NH3)2]++O2+4H+=== 4[Cu(NH3)4]2+ +2H2O;(4)浸取工序中盐酸与氨水反应生成氯化铵和水的反应为放热反应,反应放出的热量可以使反应温度保持在30~40 ℃之间,所以当环境温度较低时,浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取;(5)由题给方程式可知,溶液中加二氨合亚铜离子与氯离子、氢离子反应生成氯化亚铜沉淀和铵根离子,反应的离子方程式为[Cu(NH3)2]++2H++Cl-===CuCl↓+2N;(6)氯化亚铜易被空气中的氧气氧化,所以为了防止干燥过程中氯化亚铜被氧化,应采用真空干燥的方法干燥。
2.(2023·湖南卷)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一,近年来,我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术,在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果。工业上以粗镓为原料,制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI,写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“残渣”经纯水处理,能产生可燃性气体,该气体主要成分是　　　　　　　。
已知:①金属Ga的化学性质和Al相似,Ga的熔点为29.8 ℃;
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体;
③相关物质的沸点:
物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
8CH3I+2Et2O+Ga2Mg5===2Ga(CH3)3(Et2O)+3MgI2+2CH3MgI
CH4
解析　以粗镓为原料,制备超纯Ga(CH3)3,粗Ga经过电解精炼得到纯Ga,Ga和Mg反应生成Ga2Mg5,Ga2Mg5和CH3I、Et2O反应生成Ga(CH3)3(Et2O)、MgI2和CH3MgI,然后经过蒸发溶剂、蒸馏,除去残渣MgI2、CH3MgI,加入NR3进行配体交换、进一步蒸出得到超纯Ga(CH3)3,Et2O重复利用,据此解答。(1)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI,该反应的化学方程式8CH3I+2Et2O+Ga2Mg5===2Ga(CH3)3(Et2O)+3MgI2+2CH3MgI;(2)“残渣”含CH3MgI,经纯水处理,能产生可燃性气体CH4;
(3)下列说法错误的是　　　　。
A.流程中Et2O得到了循环利用
B.流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行
C.“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3),并蒸出Ga(CH3)3
D.用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
D
解析　(3)A.根据分析,流程中Et2O得到了循环利用,A正确;B.Ga(CH3)3(Et2O)容易和水反应,容易被氧化,则流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行,B正确;C.“配体交换”得到Ga(CH3)3(NR3),“工序X”先解配Ga(CH3)3(NR3)后蒸出Ga(CH3)3,C正确;D.二者甲基的环境不同,核磁共振氢谱化学位移不同,用核磁共振氢谱能区分Ga(CH3)3和CH3I,D错误;故选D。
3.(2023·湖北卷)SiCl4是生产多晶硅的副产物。利用SiCl4对废弃的锂电池正极材料LiCoO2进行氯化处理以回收Li、Co等金属,工艺路线如下:
回答下列问题:
(1)烧渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物,“500 ℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去,否则水浸时会产生大量烟雾,用化学方程式表示其原因　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)鉴别洗净的“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是　　　　　　。
(3)已知Ksp[Co(OH)2]=5.9×10-15,若“沉钴过滤”的pH控制为10.0,则溶液中Co2+浓度为　　　　　　 mol·L-1。“850 ℃煅烧”时的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
SiCl4+3H2O===H2SiO3+4HCl↑(或SiCl4+4H2O===H4SiO4+4HCl↑)
焰色试验
5.9×10-7
4.(2023·辽宁卷)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)。实现镍、钴、镁元素的回收。
已知:
物质 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2
Ksp 10-37.4 10-14.7 10-14.7 10-10.8
回答下列问题:
(1)用硫酸浸取镍钴矿时,提高浸取速率的方法为____________________________
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　(答出一条即可)。
(2)“氧化”中,用石灰乳调节pH=4,Mn2+被H2SO5氧化为MnO2,该反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (H2SO5的电离第一步完全,第二步微弱);滤渣的成分为MnO2、________________(填化学式)。
适当增大硫酸浓度或适当升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面积(合理即可)
H2O+Mn2++HS===MnO2↓+S+3H+
Fe(OH)3、CaSO4
解析　在“氧化”中,混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5),用石灰乳调节pH=4,Mn2+、Fe2+被H2SO5氧化为MnO2、Fe3+,发生反应H2O+Mn2++HS===MnO2↓+S+3H+,同时Fe3+水解生成氢氧化铁,“沉钴镍”过程中,Co2+变为Co(OH)2,在空气中可被氧化成CoO(OH)。(1)用硫酸浸取镍钴矿时,为提高浸取速率可适当增大硫酸浓度、升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面积(合理即可);(2)用石灰乳调节pH=4,Mn2+被H2SO5氧化为MnO2,该反应的离子方程式为:H2O+Mn2++HS===MnO2↓+S+3H+;氢氧化铁的Ksp=10-37.4,当铁离子完全沉淀时,溶液中c(Fe3+)=10-5 mol·L-1,Ksp=c3(OH-)×c(Fe3+)=c3(OH-)×10-5=10-37.4, c(OH-)=10-10.8 mol·L-1,根据Kw=10-14,pH=3.2,此时溶液的pH=4,则铁离子完全水解,生成氢氧化铁沉淀,故滤渣还有氢氧化铁和CaSO4;
(3)“氧化”中保持空气通入速率不变,Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为　　　　　　时,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;继续增大SO2体积分数时,Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　。
9.0%
SO2有还原性,也能还原H2SO5
解析　(3)根据图示可知SO2体积分数为9.0%时,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;SO2具有还原性,也能还原H2SO5,其体积分数过大时,与H2SO5反应,使Mn(Ⅱ)氧化速率减小;
(4)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成CoO(OH),该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)“沉镁”中为使Mg2+沉淀完全(25 ℃),需控制pH不低于　　　　　　(精确至0.1)。
4Co(OH)2+O2===4CoO(OH)+2H2O
11.1
解析　(4)“沉钴镍”中得到的Co(OH)2,在空气中可被氧化成CoO(OH),该反应的化学方程式为:4Co(OH)2+O2===4CoO(OH)+2H2O;(5)氢氧化镁的Ksp=10-10.8, 当镁离子完全沉淀时,c(Mg2+)=10-5 mol·L-1,根据Ksp可计算c(OH-)=10-2.9 mol·L-1,根据Kw=10-14,c(H+)=10-11.1 mol·L-1,所以溶液的pH=11.1。
5.(2024·黑龙江哈尔滨三模)锑属于氮族元素,广泛用于制造合金、瓷器、颜料、印刷油墨、防爆材料等。现用锑精矿(主要含有Sb2O3、Sb2S3、Fe2O3、CuO等杂质)来制备锑和焦锑酸钠[NaSb(OH)6]。其工艺流程如图所示:
已知:常温下,Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp[Cu(OH)2]=2.1×10-20。
回答下列问题:
(1)滤渣Ⅰ的主要成分有　　　　　。
(2)“碱浸”时,Sb2O3发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　 　　　。
(3)滤渣Ⅱ的主要成分有　　　　　。
(4)产品NaSb(OH)6需洗涤、干燥,检验固体是否洗涤干净的试剂为
　　　 　　(填化学式)。
(5)常温条件下,向碱浸液中加入CuSO4溶液,生成CuS和Cu(OH)2沉淀时,溶液的pH为10,则溶液中剩余c(S2-)=　　　　　 mol·L-1。
Fe2O3、CuO
Sb2O3+6Na2S+3H2O===2Na3SbS3+6NaOH
S
HNO3溶液和AgNO3溶液
3×10-24
解析　锑精矿主要含Sb2O3、Sb2S3、Fe2O3、CuO,根据流程图,加入氢氧化钠溶液、Na2S溶液充分碱浸,过滤得Fe2O3、CuO固体,同时得到Na3SbS3、Na2S、NaOH的混合液,则滤渣Ⅰ的主要成分为Fe2O3、CuO。线路一直接电解混合液得到锑单质;线路二加入氧化剂将Sb元素氧化得到粗Na3SbO4沉淀,加入的氧化剂同时将S2-氧化为硫单质,所以粗Na3SbO4沉淀中混有S单质,加盐酸酸浸,滤渣Ⅱ主要成分为S,滤液加NaOH溶液中和酸,最终得到NaSb(OH)6。(2)“碱浸”时,Sb2O3转化为Na3SbS3,发生反应的化学方程式为Sb2O3+6Na2S+3H2O===2Na3SbS3+6NaOH;
(4)产品NaSb(OH)6需洗涤、干燥,检验固体是否洗涤干净,即检验是否含有Cl-,所加入的试剂为HNO3溶液和AgNO3溶液;(5)根据Ksp(CuS)=6.3×10-36、Ksp[Cu(OH)2]=2.1×10-20,常温条件下,向碱浸液中加入CuSO4溶液,生成CuS和Cu(OH)2沉淀时,溶液的pH为10,c(Cu2+)== mol·L-1=2.1×10-12 mol·L-1,则溶液中剩余c(S2-)== mol·L-1=3×10-24 mol·L-1。

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