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综合题突破2　无机化学工艺流程综合题
(分值:70分)
1.(12分)(2024·湖南长郡中学二模)硫化钡(BaS)是一种用于制取含钡化合物和含硫化合物的化工原料。一种以BaS为原料生产氢氧化钡并获得某种副产品X和硫代硫酸钠(Na2S2O3)的工艺流程如下:
已知:Ⅰ.是黄色的离子,其化学性质与S2-类似,具有一定的还原性,在酸性环境下会分解;
Ⅱ.S2在碱性环境下稳定,在酸性环境下会分解。BaS2O3在水中溶解度很小。
回答下列问题:
(1)(2分)制备BaS的方法是在高温下用无烟煤粉(主要成分为C)还原重晶石(BaSO4),在某温度下反应,硫元素全部被还原为最低价,同时产生两种常见气体,若两种气体在同一条件下的体积比为1∶1,写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)(1分)粗制BaS溶解于温热水中配制成BaS溶液,往其中通入O2可发生反应生成BaSx和Ba(OH)2。下图是BaSx和Ba(OH)2的溶解度随温度变化曲线,根据后面的流程推测,图中　　　　(填“甲”或“乙”)代表Ba(OH)2的溶解度曲线。
(3)(2分)中的x可变,当x=3时,BaS3晶体的晶胞如下:
已知该晶胞各面互相垂直,设晶胞参数分别为a pm、b pm、c pm,阿伏加德罗常数的数值为NA,则BaS3的密度为　　　　　　　　　　　　　　　 g·cm-3 (用含a、b、c、NA的式子表示)。
(4)(2分)Ba(OH)2·8H2O粗产品需要进行洗涤脱色以得到较为洁净的产品,推测下列物质可以用来作为脱色剂的有　　　　(填标号)。
a.NaClO溶液　b.稀H2O2溶液　c.KI溶液
(5)(3分)往母液A中加入Na2SO4溶液可得到副产品X,X的化学式为　　　　　　　(1分)。已知温度较低时,Na2SO4在水中溶解度会迅速减小。在这一步操作中Na2SO4的用量一般为略微过量,原因是 　　　　　　　　　　　　　　　(2分)。
(6)(2分)在碱性条件下往母液B中通入O2可将氧化为S2,若x=5(即用表示),请写出该反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
2.(10分)(2024·湖南长沙一模)湿法炼锌的工业废水中主要阳离子有Zn2+、H+、Tl+、Tl3+,废水除铊的工艺流程如图。
已知:
①Tl+能够在pH为0~14的范围内以离子态稳定存在,不易与OH-形成沉淀。
②部分物质的Ksp如表:
物质 Zn(OH)2 Tl(OH)3 ZnS Tl2S
Ksp 6.8×10-17 1.5×10-44 1.6×10-24 5.0×10-21
③排放标准:Tl的含量低于1.5×10-8 mol·L-1。回答下列问题:
(1)(2分)Tl的原子序数为81,在元素周期表中的位置为　　　　　,价电子排布式为　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)(2分)已知“氧化”步骤中KMnO4被还原为MnO2,请写出该反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　, 反应后仍存在少量的Tl+。
(3)(1分)“预中和”步骤中加入Ca(OH)2至溶液的pH约为7,可减少“硫化”步骤中Na2S的使用量,还能减少　　　　　(填化学式)污染物的生成。
(4)(1分)“硫化”步骤的主要目的是除去　　　　　(填离子符号)。
(5)(2分)在“中和”步骤中,若要使溶液中Tl3+的含量低于排放标准,请根据Ksp计算溶液的pH应大于　　　　　。
(6)(2分)“离子交换”步骤中可用普鲁士蓝
{KFe(Ⅲ)[Fe(Ⅱ)(CN)6]}(其摩尔质量为M g·mol-1)中的K+与残余铊离子进行离子交换,进一步实现废水中铊的去除。普鲁士蓝晶胞的如下[K+未标出,其占据四个互不相邻的小立方体(晶胞的部分)的体心]。若该晶体的密度为ρ g·cm-3,则Fe3+和Fe2+的最短距离为　　　　　 cm(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
3.(11分)(2024·山东威海二模)铑(Rh)是一种稀有贵金属,工业上从废铑材料(主要含Rh,还含有Cu、Fe等)中提炼铑的主要途径有如下两种:
已知:①Rh金属活动顺序位于H之后。
②Rh(Ⅲ)易与Cl-形成配离子[RhCl6]3-,且该配离子在水溶液中存在以下平衡:[RhCl6]3-+3H2ORh(OH)3+3H++6Cl-。
③已知25 ℃时相关物质的Ksp见下表。
氢氧化物 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Rh(OH)3
Ksp 1.0×10-38.6 1.0×10-19.6 1.0×10-22.6
(已知开始沉淀的金属离子浓度为0.1 mol·L-1;金属离子浓度≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全。)
回答下列问题:
(1)(5分)途径一:
①“氯化溶解”过程中,金属Rh转化为H3RhCl6,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　(2分)。
②“定向脱铜”时,铜的沉淀率随pH变化如图所示,实际工业生产中控制pH为2,pH不宜大于2的原因是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　(2分)。
③“阳离子交换”过程中,被阳离子交换树脂吸附的金属阳离子有　　　　　(1分)。
(2)(6分)途径二:
①“控温焚烧”的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1分)且防止Rh单质被氧化。
②“加热至熔融”的目的是将焚烧后的物质全部转化成可溶性的硫酸盐。已知Rh单质与KHSO4反应的产物之一为SO2,则参加反应的Rh和KHSO4的物质的量之比为　　　　　(1分)。
③步骤“调pH①”中应调节的pH范围为　　　　　(2分)(保留两位有效数字)。
④用氨水沉淀铑元素的离子方程式为　　　　　　　　　　(2分)。
4.(12分)(2024·山东日照二模)工业上以软锰矿(主要成分为MnO2,还含有少量Fe2O3等)和辉铜矿(主要成分为Cu2S,还含有少量Si、Ni等氧化物)为原料,制备碳酸锰和胆矾的工艺流程如图所示。
已知:HR萃取Cu2+的原理为Cu2+(aq)+2HR(org)CuR2(org)+2H+(aq)(org为有机相)。
回答下列问题:
(1)(3分)为了加快“酸浸”速率,可采取的措施是　　　　　(1分)(答出一条即可);已知浸出渣中含有单质S,写出“酸浸”时MnO2与Cu2S反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　(2分)。
(2)(2分)“萃取”后的溶液中c(Mn2+)=0.5 mol·L-1,当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为已除尽,已知“调pH除镍”时应控制溶液pH的最小值是1.8,最大值是5.8,则=　　　　　　[已知pc(S2-)=-lgc(S2-),该溶液中pc(S2-)和pH的关系为pc(S2-)=15.1-pH;忽略溶液体积变化]。
(3)(2分)写出“碳化沉锰”过程中发生反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)(2分)试剂X为　　　　　　(填化学式);“系列操作”包括　　　　　　　　　　　　　　　、过滤、洗涤和干燥。
(5)(3分)CuSO4·5H2O在空气中加热分解时,每一步所得固体为纯净物,随温度变化如图所示。
①105 ℃时,剩余固体的化学式为　　　　　　　　　　　　　　
(1分)。
②写出温度高于810 ℃时反应的化学方程式:　　　　　　　　　　(2分)。
5.(12分)(2024·山东东营预测)一种利用硫铁矿(主要成分是FeS2,含少量Al2O3、SiO2和Fe3O4)制备LiFePO4的工艺流程如图:
已知:①(H3PO4)=7.6×10-3,(H3PO4)=6.3×10-8,(H3PO4)=4.2×10-13。
②25 ℃时相关物质的Ksp见下表,当溶液中某离子浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全。
物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 FePO4
Ksp 1×10-17 1×10-39 1×10-33 1.4×10-22
回答下列问题:
(1)(6分)从“焙烧”到“氧化”要经历“酸浸→还原→过滤→除铝”4道工序。若“酸浸”工序用硫酸,“还原”工序加入FeS。“还原”工序的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　(2分),
滤渣的成分是　　　　　(1分)(填化学式,下同);“除铝”工序可加入的难溶物质是　　　　　(1分),除净铝离子需要调节的最小pH为　　　　　　　(2分)(保留一位小数)。
(2)(2分)“氧化”步骤中,加入的试剂R最好为　　　(填标号)。
A.HNO3 B.H2O2
C.Ca(ClO)2 D.KMnO4
能判断是否氧化彻底的试剂为　　　　　　　　　　　　　　 (填化学式)。
(3)(2分)“沉铁”步骤反应的平衡常数K=　　　　 L·mol-1。
(4)(2分)“高温煅烧”时主要反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。
6.(13分)(2023·广东卷)Ni、Co均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中,利用氨浸工艺可提取Ni、Co,并获得高附加值化工产品。工艺流程如下:
已知:氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常温下,Ni2+、Co2+、Co3+与NH3形成可溶于水的配离子:lgKb(NH3·H2O)=-4.7;Co(OH)2易被空气氧化为Co(OH)3;部分氢氧化物的Ksp如下表。
氢氧化物 Co(OH)2 Co(OH)3 Ni(OH)2 Al(OH)3 Mg(OH)2
Ksp 5.9×10-15 1.6×10-44 5.5×10-16 1.3×10-33 5.6×10-12
回答下列问题:
(1)(2分)活性MgO可与水反应,化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　。
(2)(2分)常温下,pH=9.9的氨性溶液中,c(NH3·H2O)　　　　c(N) (填“>”“<”或“=”)。
(3)(2分)“氨浸”时,由Co(OH)3转化为[Co(NH3)6]2+的离子方程式为　　　　　　　　。
(4)(3分)(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。(NH4)2CO3提高了Ni、Co的浸取速率,其原因是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)(4分)①“结晶纯化”过程中,没有引入新物质。晶体A含6个结晶水,则所得HNO3溶液中n(HNO3)与n(H2O)的比值,理论上最高为　　　　　　。
②“热解”对于从矿石提取Ni、Co工艺的意义,在于可重复利用HNO3和　　　　(填化学式)。
综合题突破2　无机化学工艺流程综合题
1.(1)3BaSO4+8C3BaS+4CO↑+4CO2↑　(2)甲
(3)　(4)ab　(5)BaSO4　Na2SO4稍微过量有利于使Ba2+沉淀完全,可提高副产品BaSO4的产率,减少副产品Na2S2O3中的BaS2O3杂质;同时不能过量太多,否则会使Na2S2O3中混有过多的Na2SO4杂质　(6)2+6O2+6OH-===5S2+3H2O
解析　题中说明粗制BaS溶解于温热水中配制成BaS溶液,往其中通入O2可发生反应生成BaSx和Ba(OH)2,经过过滤后除C等不溶性的杂质,结晶后过滤母液A中有Ba2+,加入Na2SO4后发生复分解反应生成BaSO4,再次过滤后,得到沉淀X为硫酸钡,在碱性条件下往母液B中通入O2可将氧化为S2,最终得到产品。(1)该反应的还原剂为C,氧化剂为BaSO4,硫元素全部被还原为最低价,即硫元素全部变为BaS,下降了8价,且说明气体中不含硫元素,所以两种气体应为碳的氧化物,即CO和CO2,当二者比例为1∶1时,即C有一半上升了2价,有一半上升了4价,可以配平得:3BaSO4+8C3BaS+4CO↑+4CO2↑;(2)分析后续步骤,需要冷却结晶、过滤来分离Ba(OH)2·8H2O和BaSx,则需要保证Ba(OH)2的溶解度随温度降低而降低,且幅度较大,故甲为Ba(OH)2的溶解度曲线;(3)观察晶胞,对于大球,顶点有8×=1个,上下面有2×=1个,棱上有8×=2个,则大球有4个;对于小球,上下面有8×=4个,左右面有4×=2个,晶胞内有6个,则小球有12个;故大球为Ba,小球为S,所以一个晶胞中含有4个BaS3,故其密度为ρ=== g·cm-3。(若观察S个数较为困难,推出大球有4个后,假设大球为S,则Ba为个,显然不合理,则可以推出深灰色粒子为Ba);(4)脱色是除去黄色的,根据题目信息,具有还原性,故需要用氧化剂,NaClO、H2O2均为氧化剂,KI无氧化性,答案为ab。(5)母液A中有Ba2+,加入Na2SO4后发生复分解反应生成BaSO4。这一步的目的是将Ba2+完全沉淀,故Na2SO4需略微过量以保证Ba2+沉淀完全。由题目信息可知,温度较低时,Na2SO4在水中溶解度会迅速减小,所以若Na2SO4过量过多,最后Na2S2O3冷却结晶时Na2SO4也会一起析出,会使得产物不纯;(6)可根据氧化还原反应的配平方法配出,也可根据元素守恒,变为S2,系数之比为2∶5,因为是碱性环境,又由电荷守恒,方程式反应物一边要加上OH-,再用O2将氧元素配平即可,即为2+6O2+6OH-===5S2+3H2O。
2.(1)第6周期第ⅢA族　6s26p1　(2)3Tl++2Mn+8H+===3Tl3++2MnO2↓+4H2O　(3)H2S　(4)Zn2+、Tl+　(5)2
(6)
解析　湿法炼锌工业废水(主要阳离子有Zn2+、H+、Tl+、Tl3+)除铊的工艺流程为加入KMnO4氧化Tl+为Tl3+,KMnO4被还原为MnO2,该反应的离子方程式为3Tl++2Mn+8H+===3Tl3++2MnO2↓+4H2O;加入Ca(OH)2预中和H+,调节溶液pH,防止硫化时生成H2S气体污染环境;加入Na2S除去Zn2+、Tl+(“氧化”步骤中Tl+氧化不彻底);再加入Ca(OH)2使Tl3+转化为Tl(OH)3沉淀,过滤除去沉淀,滤液中含有Ca2+、少量Tl+,加入Na2CO3除去Ca2+,过滤,含有少量Tl+的滤液经过离子交换进一步处理以除去Tl+,得到达标水排放。(1)Tl的原子序数为81,86>81>54,故其在第6周期,81-54-14=13,第13列即ⅢA族,故Tl在元素周期表中的位置为第6周期第ⅢA族,其价电子排布式为6s26p1;(2)由题给信息可知,加入KMnO4氧化Tl+为Tl3+,KMnO4被还原为MnO2,反应的离子方程式为3Tl++2Mn+8H+===3Tl3++2MnO2↓+4H2O;(3)酸性条件下,H+能与Na2S反应生成H2S气体,H2S气体会污染环境,所以“预中和”步骤中加Ca(OH)2至溶液的pH约为7,可减少“硫化”步骤中Na2S的使用量,还能减少H2S污染物的生成;(4)Na2S电离的S2-能与Zn2+、Tl+生成生成ZnS、Tl2S沉淀,即“硫化”步骤的主要目的是除去Zn2+、Tl+;(5)Ksp[Tl(OH)3]=c(Tl3+)·c3(OH-)=1.5×10-44,排放标准为Tl的含量低于1.5×10-8 mol·L-1,则溶液中c(OH-)> mol·L-1=1×10-12 mol·L-1,c(H+)< mol·L-1=0.01 mol·L-1,pH>2;(6)该晶胞图中Fe3+和Fe2+位于顶点位置,最短距离等于晶胞边长,设为x cm,则普鲁士蓝的晶胞边长为晶胞的2倍,为2x cm,晶胞体积V=(2x cm)3=8x3 cm3,K+占据四个互不相邻的小立方体(晶胞的部分)的体心,所以普鲁士蓝晶胞中含有4个K+,化学式为KFe(Ⅲ)[Fe(Ⅱ)(CN)6],则晶胞的质量m= g=ρV=ρ·8x3 g,解得x=。
3.(1)①2Rh+3Cl2+6HCl===2H3RhCl6
②pH>2,[RhCl6]3-水解平衡正向移动,导致Rh沉淀率增加而损失　③Na+、Fe3+　(2)①防止温度过低,Cu、Fe氧化不完全　②2∶3　③2.8~4.7　④Rh3++3NH3·H2O===Rh(OH)3↓+3N
解析　途径一:废铑材料(主要含Rh,还含有Cu、Fe等)粉碎后通入氯气并加入盐酸,“氯化溶解”得到H3RhCl6、CuCl2、FeCl3,加入草酸和铜离子结合生成草酸铜,同时加入NaOH调节溶液pH,阳离子交换树脂吸附Na+、Fe3+为滤液除杂,[RhCl6]3-发生水解反应生成Rh(OH)3沉淀,最后得到铑粉;途径二:废铑材料(主要含Rh,还含有Cu、Fe等)焚烧将Cu转化为CuO,将Fe转化为Fe2O3,加热熔融,加入KHSO4,生成Rh2(SO4)3、CuSO4、Fe2(SO4)3,加入水和氨水调pH使铁离子转化为氢氧化铁沉淀,再加入氨水调节pH,生成Rh(OH)3沉淀和[Cu(NH3)4]SO4溶液,过滤,Rh(OH)3和途径一相同处理得铑粉;(1)①废铑材料通入氯气和HCl,“氯化溶解”得到H3RhCl6,反应的方程式为2Rh+3Cl2+6HCl===2H3RhCl6;②由图像可知,pH=2时,铜的沉淀率已达98%,若pH<2,铜的沉淀率会较低;pH>2,[RhCl6]3-水解平衡正向移动,导致Rh沉淀率增加而损失;③定向脱铜后溶液得到Na2C2O4、FeCl3,“阳离子交换”过程中,溶液中被阳离子交换树脂吸附的金属阳离子主要有Na+、Fe3+;(2)①“控温焚烧”即焚烧温度既不能过高也不能过低,若温度过高,Rh单质被氧化,Rh的氧化物性质稳定,难溶解,后续不方便处理;若温度过低,Cu、Fe氧化不完全;②Rh单质与KHSO4反应生成Rh3+,还原产物为SO2,硫元素得2个电子,Rh失3个电子,根据氧化还原反应得失电子守恒,参加反应的Rh和KHSO4的物质的量之比为2∶3;③Fe3+沉淀完全时,由Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-38.6可知,c(OH-)== mol·L-1=10-11.2 mol·L-1,即pH=2.8,同时为了使Cu2+不发生沉淀,由Ksp[Cu(OH)2]=1.0×10-19.6可知,c(OH-)== mol·L-1=10-9.3 mol·L-1,即pH=4.7,故调节的pH范围为2.8~4.7;④用氨水调pH,NH3·H2O电离产生的OH-与Rh3+反应生成Rh(OH)3沉淀,其离子方程式为Rh3++3NH3·H2O===Rh(OH)3↓+3N。
4.(1)粉碎、搅拌、加热　2MnO2+Cu2S+8H+===2Cu2++2Mn2++S+4H2O　(2)5×104　(3)Mn2++HC+NH3·H2O===MnCO3↓+N+H2O　(4)H2SO4　蒸发浓缩,冷却结晶
(5)①CuSO4·3H2O　②4CuO2Cu2O+O2↑
解析　分析流程可知,软锰矿、辉铜矿中加入硫酸酸浸,过滤得到浸出液中加CuO调节溶液pH,使铁离子全部转化为沉淀除去,过滤得到浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4等,加入HR萃取Cu2+后分液,水相中加硫化钠调pH除镍,滤液中加入碳酸氢铵、氨水进行碳化沉锰,过滤得碳酸锰;有机相中加入试剂X为硫酸,进行反萃取后分液,所得水相经系列操作可得胆矾。(1)根据影响反应速率的因素,加快“酸浸”速率,采取的措施有将矿石粉碎、加热、适当增加硫酸浓度、充分搅拌等;反应中生成S,说明MnO2是氧化剂,Cu2S被氧化为单质S和Cu2+,反应的离子方程式为2MnO2+Cu2S+8H+===S+2Cu2++2Mn2++4H2O;(2)利用pc(S2-)=15.1-pH可知,已知“调pH除镍”时应控制溶液pH的最小值是1.8,c(S2-)=10-13.3 mol·L-1,Ksp(NiS)=10-5×10-13.3=10-18.3,pH的最大值是5.8,c(S2-)=10-9.3 mol·L-1,Ksp(MnS)=0.5×10-13.3=5×10-14.3,则==5×104;(3)“碳化沉锰”过程中Mn2+与HC电离出的C结合生成MnCO3沉淀,促进HC的电离,产生的H+与NH3·H2O反应生成N和H2O,所以离子方程式为Mn2++HC+NH3·H2O===MnCO3↓+N+H2O;(4)已知HR萃取Cu2+的原理为Cu2+(aq)+2HR(org)CuR2(org)+2H+(aq),要反萃取得到CuSO4,则需要加入酸性试剂,使平衡逆向移动,故试剂X为H2SO4;从CuSO4溶液中获取胆矾,采用的“系列操作”包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥;(5)①设CuSO4·5H2O为1 mol,质量为250 g,由图可知,105 ℃时,损失的质量为14.4%,即为250 g×14.4%=36 g,即失去2个结晶水,故此时固体化学式为CuSO4·3H2O;②温度810 ℃时,固体剩余28.8%,质量为250 g×28.8%=72 g,此时固体为Cu2O,则高于810 ℃时,CuO分解生成Cu2O和O2,化学方程式为4CuO2Cu2O+O2↑。
5.(1)2Fe3++FeS===3Fe2++S　SiO2、S、FeS　FeO　4.7　(2)B　KMnO4或K3[Fe(CN)6]　(3)3.0×109　(4)Li2CO3+H2C2O4+2FePO42LiFePO4+3CO2↑+H2O
解析　硫铁矿(主要成分是FeS2,含少量Al2O3、SiO2和Fe3O4)通入空气煅烧生成铝、铁的氧化物和二氧化硫,矿石中二氧化硅不反应;酸浸过程中铝、铁的氧化物和稀硫酸反应转化为相应的盐溶液,二氧化硅不和稀硫酸反应,加入FeS将铁离子转化为亚铁离子同时生成硫单质,过滤除去硫和过量FeS以及二氧化硅,即滤渣为SiO2、S、FeS;滤液加入FeO调节pH值除去铝得到滤渣,滤液加入过氧化氢,将亚铁离子转化为三价铁离子,再加入(NH4)2HPO4沉铁,得到磷酸铁,最后高温煅烧Li2CO3、H2C2O4、FePO4的混合物生成LiFePO4,据此分析解题。(1)由分析可知,若“酸浸”工序用硫酸,“还原”工序加入FeS,即用FeS还原Fe3+,将Fe3+还原为Fe2+、FeS中S氧化为S,故“还原”工序的离子方程式为2Fe3++FeS===3Fe2++S;过滤得到滤渣的成分是SiO2、S、FeS;由分析可知:“除铝”工序可加入的难溶物质是FeO;除净铝离子即Al3+浓度小于等于10-5 mol·L-1,则此时溶液中c(OH-)≥= mol·L-1≈10-9.3 mol·L-1,则c(H+)≤= mol·L-1=10-4.7 mol·L-1,故需要调节的最小pH为-lg 10-4.7=4.7;(2)由分析可知,“氧化”步骤中是将Fe2+氧化为Fe3+,加入HNO3将产生有毒有害气体,加入Ca(ClO)2、KMnO4将引入杂质离子,加入H2O2时其还原产物为H2O,不引入新的杂质,故加入的试剂R最佳是H2O2;判断是否氧化彻底即检验氧化后的产物中是否含有Fe2+,故该试剂为KMnO4或K3[Fe(CN)6];(3)由题干流程图可知,“沉铁”步骤反应为Fe3++HPFePO4↓+H+,该反应的平衡常数K==== L·mol-1=3.0×109 L·mol-1;(4)“高温煅烧”时,发生的主要反应为Li2CO3、H2C2O4和FePO4生成LiFePO4和CO2,根据氧化还原反应配平可得该反应化学方程式为Li2CO3+H2C2O4+2FePO42LiFePO4+3CO2↑+H2O。
6.(1)MgO+H2O===Mg(OH)2　(2)>　(3)2Co(OH)3+12NH3·H2O+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O+4OH-或2Co(OH)3+8NH3·H2O+4N+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O　(4)减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹,增加了滤泥与氨性溶液的接触面积　(5)①0.4或2∶5　②MgO
解析　硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中加入活性氧化镁调节溶液pH值,过滤,得到滤液主要是硝酸镁,结晶纯化得到硝酸镁晶体,再热解得到氧化镁和硝酸。滤泥加入氨性溶液氨浸,过滤,向滤液中进行镍钴分离,经过一系列操作得到氯化钴和饱和氯化镍溶液,向饱和氯化镍溶液中加入氯化氢气体得到氯化镍晶体。(1)活性MgO可与水反应,化学方程式为MgO+H2O===Mg(OH)2。(2)常温下,pH=9.9的氨性溶液中,lgKb(NH3·H2O)=-4.7,Kb(NH3·H2O)=10-4.7=,===10-0.6<1,则c(NH3·H2O)>c(N)。(3)“氨浸”时,Co(OH)3与亚硫酸根发生氧化还原反应,再与氨水反应生成[Co(NH3)6]2+,则由Co(OH)3转化为[Co(NH3)6]2+的离子方程式为2Co(OH)3+12NH3·H2O+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O+4OH-或2Co(OH)3+8NH3·H2O+4N+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O。(4)根据题意(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物,则(NH4)2CO3能提高Ni、Co的浸取速率,其原因是减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹,增加了滤泥与氨性溶液的接触面积。(5)①“结晶纯化”过程中,没有引入新物质。晶体A含6个结晶水,则晶体A为Mg(NO3)2·6H2O,根据Mg(NO3)2+2H2OMg(OH)2+2HNO3,Mg(OH)2MgO+H2O,还剩余5个水分子,因此所得HNO3溶液中n(HNO3)与n(H2O)的比值理论上最高为2∶5;②根据前面分析Mg(NO3)2+2H2OMg(OH)2+2HNO3,Mg(OH)2MgO+H2O,“热解”对于从矿石提取Ni、Co工艺的意义,在于可重复利用HNO3和MgO。(共39张PPT)
综合题突破2　无机化学工艺流程综合题
第三篇　专项练增分提能
综合大题分类强化练
1.(2024·湖南长郡中学二模)硫化钡(BaS)是一种用于制取含钡化合物和含硫化合物的化工原料。一种以BaS为原料生产氢氧化钡并获得某种副产品X和硫代硫酸钠(Na2S2O3)的工艺流程如下:
已知:Ⅰ.是黄色的离子,其化学性质与S2-类似,具有一定的还原性,在酸性环境下会分解;
Ⅱ.S2在碱性环境下稳定,在酸性环境下会分解。BaS2O3在水中溶解度很小。
回答下列问题:
(1)制备BaS的方法是在高温下用无烟煤粉(主要成分为C)还原重晶石(BaSO4),在某温度下反应,硫元素全部被还原为最低价,同时产生两种常见气体,若两种气体在同一条件下的体积比为1∶1,写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)粗制BaS溶解于温热水中配制成BaS溶液,往其中通入O2可发生反应生成BaSx和Ba(OH)2。下图是BaSx和Ba(OH)2的溶解度随温度变化曲线,根据后面的流程推测,图中　　　　(填“甲”或“乙”)代表Ba(OH)2的溶解度曲线。
甲
解析　(2)分析后续步骤,需要冷却结晶、过滤来分离Ba(OH)2·8H2O和BaSx,则需要保证Ba(OH)2的溶解度随温度降低而降低,且幅度较大,故甲为Ba(OH)2的溶解度曲线;
(3)中的x可变,当x=3时,BaS3晶体的晶胞如下:
已知该晶胞各面互相垂直,设晶胞参数分别为a pm、b pm、
c pm,阿伏加德罗常数的数值为NA,则BaS3的密度为
　　 　　 g·cm-3(用含a、b、c、NA的式子表示)。
(4)Ba(OH)2·8H2O粗产品需要进行洗涤脱色以得到较为洁净的产品,推测下列物质可以用来作为脱色剂的有　　　　(填标号)。
a.NaClO溶液　b.稀H2O2溶液　c.KI溶液
解析　(3)观察晶胞,对于大球,顶点有8×=1个,上下面有2×=1个,棱上有8×=2个,则大球有4个;对于小球,上下面有8×=4个,左右面有4×=2个,晶胞内有6个,则小球有12个;故大球为Ba,小球为S,所以一个晶胞中含有4个BaS3,故其密度为ρ=== g·cm-3。(若观察S个数较为困难,推出大球有4个后,假设大球为S,则Ba为个,显然不合理,则可以推出深灰色粒子为Ba);(4)脱色是除去黄色的,根据题目信息,具有还原性,故需要用氧化剂,NaClO、H2O2均为氧化剂,KI无氧化性,答案为ab。
(5)往母液A中加入Na2SO4溶液可得到副产品X,X的化学式为　　　　　　。已知温度较低时,Na2SO4在水中溶解度会迅速减小。在这一步操作中Na2SO4的用量一般为略微过量,原因是_______________________________________________
_____________________________________________________________________
　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　　　　。
(6)在碱性条件下往母液B中通入O2可将氧化为S2,若x=5(即用表示),请写出该反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　 　　 　　。
Na2SO4稍微过量有利于使Ba2+沉淀完全,可提高副产品BaSO4的产率,减少副产品Na2S2O3中的BaS2O3杂质;同时不能过量太多,否则会使Na2S2O3中混有过多的Na2SO4杂质
解析　(5)母液A中有Ba2+,加入Na2SO4后发生复分解反应生成BaSO4。这一步的目的是将Ba2+完全沉淀,故Na2SO4需略微过量以保证Ba2+沉淀完全。由题目信息可知,温度较低时,Na2SO4在水中溶解度会迅速减小,所以若Na2SO4过量过多,最后Na2S2O3冷却结晶时Na2SO4也会一起析出,会使得产物不纯;(6)可根据氧化还原反应的配平方法配出,也可根据元素守恒,变为S2,系数之比为2∶5,因为是碱性环境,又由电荷守恒,方程式反应物一边要加上OH-,再用O2将氧元素配平即可,即为2+6O2+6OH-===5S2+3H2O。
2.(2024·湖南长沙一模)湿法炼锌的工业废水中主要阳离子有Zn2+、H+、Tl+、Tl3+,废水除铊的工艺流程如图。
已知:①Tl+能够在pH为0~14的范围内以
离子态稳定存在,不易与OH-形成沉淀。
②部分物质的Ksp如表:
物质 Zn(OH)2 Tl(OH)3 ZnS Tl2S
Ksp 6.8×10-17 1.5×10-44 1.6×10-24 5.0×10-21
③排放标准:Tl的含量低于1.5×10-8 mol·L-1。回答下列问题:
(1)Tl的原子序数为81,在元素周期表中的位置为　　 　　　,价电子排布式为　　　　　。
(2)已知“氧化”步骤中KMnO4被还原为MnO2,请写出该反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　,反应后仍存在少量的Tl+。
(3)“预中和”步骤中加入Ca(OH)2至溶液的pH约为7,可减少“硫化”步骤中Na2S的使用量,还能减少　　　　　(填化学式)污染物的生成。
(4)“硫化”步骤的主要目的是除去　　　　　(填离子符号)。
(5)在“中和”步骤中,若要使溶液中Tl3+的含量低于排放标准,请根据Ksp计算溶液的pH应大于　　　　　　　　　　　　　　　。
第6周期第ⅢA族
6s26p1
3Tl++2Mn+8H+===3Tl3++2MnO2↓+4H2O
H2S
Zn2+、Tl+
2
解析　湿法炼锌工业废水(主要阳离子有Zn2+、H+、Tl+、Tl3+)除铊的工艺流程为加入KMnO4氧化Tl+为Tl3+,KMnO4被还原为MnO2,该反应的离子方程式为3Tl++2Mn+8H+===3Tl3++2MnO2↓+4H2O;加入Ca(OH)2预中和H+,调节溶液pH,防止硫化时生成H2S气体污染环境;加入Na2S除去Zn2+、Tl+(“氧化”步骤中Tl+氧化不彻底);再加入Ca(OH)2使Tl3+转化为Tl(OH)3沉淀,过滤除去沉淀,滤液中含有Ca2+、少量Tl+,加入Na2CO3除去Ca2+,过滤,含有少量Tl+的滤液经过离子交换进一步处理以除去Tl+,得到达标水排放。(1)Tl的原子序数为81,86>81>54,故其在第6周期,81-54-14=13,第13列即ⅢA族,故Tl在元素周期表中的位置为第6周期第ⅢA族,其价电
子排布式为6s26p1;(2)由题给信息可知,加入KMnO4氧化Tl+为Tl3+,KMnO4被还原为MnO2,反应的离子方程式为3Tl++2Mn+8H+===3Tl3++2MnO2↓+4H2O;(3)酸性条件下,H+能与Na2S反应生成H2S气体,H2S气体会污染环境,所以“预中和”步骤中加Ca(OH)2至溶液的pH约为7,可减少“硫化”步骤中Na2S的使用量,还能减少H2S污染物的生成;(4)Na2S电离的S2-能与Zn2+、Tl+生成生成ZnS、Tl2S沉淀,即“硫化”步骤的主要目的是除去Zn2+、Tl+;(5)Ksp[Tl(OH)3]=c(Tl3+)·c3(OH-)=1.5×10-44,排放标准为Tl的含量低于1.5×10-8 mol·L-1,则溶液中c(OH-)> mol·L-1=1×10-12 mol·L-1,c(H+)< mol·L-1=0.01 mol·L-1,pH>2;
(6)“离子交换”步骤中可用普鲁士蓝{KFe(Ⅲ)[Fe(Ⅱ)(CN)6]}(其摩尔质量为M g·mol-1)中的K+与残余铊离子进行离子交换,进一步实现废水中铊的去除。普鲁士蓝晶胞的如下[K+未标出,其占据四个互不相邻的小立方体(晶胞的部分)的体心]。
若该晶体的密度为ρ g·cm-3,则Fe3+和Fe2+的最短距离
为　　　　　 cm(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
解析　(6)该晶胞图中Fe3+和Fe2+位于顶点位置,最短距离等于晶胞边长,设为x cm,则普鲁士蓝的晶胞边长为晶胞的2倍,为2x cm,晶胞体积V=(2x cm)3=8x3 cm3,K+占据四个互不相邻的小立方体(晶胞的部分)的体心,所以普鲁士蓝晶胞中含有4个K+,化学式为KFe(Ⅲ)[Fe(Ⅱ)(CN)6],则晶胞的质量m= g=ρV=ρ·8x3 g,解得x=。
3.(2024·山东威海二模)铑(Rh)是一种稀有贵金属,工业上从废铑材料(主要含Rh,还含有Cu、Fe等)中提炼铑的主要途径有如下两种:
已知:①Rh金属活动顺序位于H之后。
②Rh(Ⅲ)易与Cl-形成配离子[RhCl6]3-,
且该配离子在水溶液中存在以下平衡:[RhCl6]3-+3H2O Rh(OH)3+3H++6Cl-。
③已知25 ℃时相关物质的Ksp见下表。
氢氧化物 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Rh(OH)3
Ksp 1.0×10-38.6 1.0×10-19.6 1.0×10-22.6
(已知开始沉淀的金属离子浓度为0.1 mol·L-1;金属离子浓度≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全。)
回答下列问题:
(1)途径一:
①“氯化溶解”过程中,金属Rh转化为H3RhCl6,该反应的化学方程式为
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
②“定向脱铜”时,铜的沉淀率随pH变化如图所示,实际工业生产中控制pH为2,pH不宜大于2的原因是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　。
③“阳离子交换”过程中,被阳离子交换树脂吸附的金属阳离子有　　　　　。
2Rh+3Cl2+6HCl===2H3RhCl6
pH>2,[RhCl6]3-水解平衡正向移动,导致Rh沉淀率增加而损失
Na+、Fe3+
解析　途径一:废铑材料(主要含Rh,还含有Cu、Fe等)粉碎后通入氯气并加入盐酸,“氯化溶解”得到H3RhCl6、CuCl2、FeCl3,加入草酸和铜离子结合生成草酸铜,同时加入NaOH调节溶液pH,阳离子交换树脂吸附Na+、Fe3+为滤液除杂,[RhCl6]3-发生水解反应生成Rh(OH)3沉淀,最后得到铑粉;途径二:废铑材料(主要含Rh,还含有Cu、Fe等)焚烧将Cu转化为CuO,将Fe转化为Fe2O3,加热熔融,加入KHSO4,生成Rh2(SO4)3、CuSO4、Fe2(SO4)3,加入水和氨水调pH使铁离子转化为氢氧化铁沉淀,再加入氨水调节pH,生成Rh(OH)3沉淀和[Cu(NH3)4]SO4溶液,过滤,Rh(OH)3和途径一相同处理得铑粉;(1)①废铑材料通入氯气和HCl,“氯化溶解”得到H3RhCl6,反应的方程式为2Rh+3Cl2+6HCl===2H3RhCl6;②由图像可知,pH=2时,铜的沉淀率已达98%,若pH<2,铜的沉淀率会较低;pH>2,[RhCl6]3-水解平衡正向移动,导致Rh沉淀率增加而损失;③定向脱铜后溶液得到Na2C2O4、FeCl3,“阳离子交换”过程中,溶液中被阳离子交换树脂吸附的金属阳离子主要有Na+、Fe3+;
(2)途径二:
①“控温焚烧”的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　且防止Rh单质被氧化。
②“加热至熔融”的目的是将焚烧后的物质全部转化成可溶性的硫酸盐。已知Rh单质与KHSO4反应的产物之一为SO2,则参加反应的Rh和KHSO4的物质的量之比为　　　　　。
③步骤“调pH①”中应调节的pH范围为　　　　(保留两位有效数字)。
④用氨水沉淀铑元素的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　 　　。
防止温度过低,Cu、Fe氧化不完全
2∶3
2.8~4.7
Rh3++3NH3·H2O===Rh(OH)3↓+3N
解析　(2)①“控温焚烧”即焚烧温度既不能过高也不能过低,若温度过高,Rh单质被氧化,Rh的氧化物性质稳定,难溶解,后续不方便处理;若温度过低,Cu、Fe氧化不完全;②Rh单质与KHSO4反应生成Rh3+,还原产物为SO2,硫元素得2个电子,Rh失3个电子,根据氧化还原反应得失电子守恒,参加反应的Rh和KHSO4的物质的量之比为2∶3;③Fe3+沉淀完全时,由Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-38.6可知,c(OH-)= = mol·L-1=10-11.2 mol·L-1,即pH=2.8,同时为了使Cu2+不
发生沉淀,由Ksp[Cu(OH)2]=1.0×10-19.6可知,c(OH-)== mol·L-1=10-9.3 mol·L-1,即pH=4.7,故调节的pH范围为2.8~4.7;④用氨水调pH,NH3·H2O电离产生的OH-与Rh3+反应生成Rh(OH)3沉淀,其离子方程式为Rh3++3NH3·H2O===Rh(OH)3↓+3N。
4.(2024·山东日照二模)工业上以软锰矿(主要成分为MnO2,还含有少量Fe2O3等)和辉铜矿(主要成分为Cu2S,还含有少量Si、Ni等氧化物)为原料,制备碳酸锰和胆矾的工艺流程如图所示。
回答下列问题:
(1)为了加快“酸浸”速率,可采取的措施是　 　　　(答出一条即可);已知浸出渣中含有单质S,写出“酸浸”时MnO2与Cu2S反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)“萃取”后的溶液中c(Mn2+)=0.5 mol·L-1,当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为已除尽,已知“调pH除镍”时应控制溶液pH的最小值是1.8,最大值是5.8,则=　　　　　　[已知pc(S2-)=-lgc(S2-),该溶液中pc(S2-)和pH的关系为pc(S2-)=15.1-pH;忽略溶液体积变化]。
粉碎、搅拌、加热
2MnO2+Cu2S+8H+===2Cu2++2Mn2++S+4H2O
5×104
解析　分析流程可知,软锰矿、辉铜矿中加入硫酸酸浸,过滤得到浸出液中加CuO调节溶液pH,使铁离子全部转化为沉淀除去,过滤得到浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4等,加入HR萃取Cu2+后分液,水相中加硫化钠调pH除镍,滤液中加入碳酸氢铵、氨水进行碳化沉锰,过滤得碳酸锰;有机相中加入试剂X为硫酸,进行反萃取后分液,所得水相经系列操作可得胆矾。(1)根据影响反应速率的因素,加快“酸浸”速率,采取的措施有将矿石粉碎、加热、适当增加硫酸浓度、充分搅拌等;反应中生成S,说明MnO2是氧化剂,Cu2S被氧化为单质S和Cu2+,反应的离子方程式为2MnO2+Cu2S+8H+===S+2Cu2++2Mn2++4H2O;(2)利用pc(S2-)=15.1-pH可知,已知“调pH除镍”时应控制溶液pH的最小值是1.8,c(S2-)=10-13.3 mol·L-1,Ksp(NiS)=10-5×10-13.3=10-18.3,pH的最大值是5.8,c(S2-)=10-9.3 mol·L-1,Ksp(MnS)=0.5×10-13.3=5×10-14.3,则==5×104;
(3)写出“碳化沉锰”过程中发生反应的离子方程式:
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)试剂X为　　　　　　(填化学式);“系列操作”包括　　　 　　、过滤、洗涤和干燥。
Mn2++HC+NH3·H2O===MnCO3↓+N+H2O
H2SO4
蒸发浓缩,冷却结晶
(5)CuSO4·5H2O在空气中加热分解时,
每一步所得固体为纯净物,
随温度变化如图所示。
①105 ℃时,剩余固体的化学式为　　　　　　　　　　　　　　　。
②写出温度高于810 ℃时反应的化学方程式:
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
CuSO4·3H2O
5.(2024·山东东营预测)一种利用硫铁矿(主要成分是FeS2,含少量Al2O3、SiO2和Fe3O4)制备LiFePO4的工艺流程如图:
已知:①(H3PO4)=7.6×10-3,
(H3PO4)=6.3×10-8,(H3PO4)=4.2×10-13。
②25 ℃时相关物质的Ksp见下表,当溶液中某
离子浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全。
物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 FePO4
Ksp 1×10-17 1×10-39 1×10-33 1.4×10-22
回答下列问题:
(1)从“焙烧”到“氧化”要经历“酸浸→还原→过滤→除铝”4道工序。若“酸浸”工序用硫酸,“还原”工序加入FeS。“还原”工序的离子方程式为　　 　　　　　 　,
滤渣的成分是　　　 　　(填化学式,下同);“除铝”工序可加入的难溶物质是　　　　　,除净铝离子需要调节的最小pH为　　　　　(保留一位小数)。
(2)“氧化”步骤中,加入的试剂R最好为　　　　　(填标号)。
A.HNO3 B.H2O2 C.Ca(ClO)2 D.KMnO4
能判断是否氧化彻底的试剂为　　　 　　(填化学式)。
2Fe3++FeS===3Fe2++S
SiO2、S、FeS
FeO
4.7
B
KMnO4或K3[Fe(CN)6]
解析　硫铁矿(主要成分是FeS2,含少量Al2O3、SiO2和Fe3O4)通入空气煅烧生成铝、铁的氧化物和二氧化硫,矿石中二氧化硅不反应;酸浸过程中铝、铁的氧化物和稀硫酸反应转化为相应的盐溶液,二氧化硅不和稀硫酸反应,加入FeS将铁离子转化为亚铁离子同时生成硫单质,过滤除去硫和过量FeS以及二氧化硅,即滤渣为SiO2、S、FeS;滤液加入FeO调节pH值除去铝得到滤渣,滤液加入过氧化氢,将亚铁离子转化为三价铁离子,再加入(NH4)2HPO4沉铁,得到磷酸铁,最后高温煅烧Li2CO3、H2C2O4、FePO4的混合物生成LiFePO4,据此分析解题。(1)由分析可知,若“酸浸”工序用硫酸,“还原”工序加入FeS,即用FeS还原Fe3+,将Fe3+还原为Fe2+、FeS中S氧化
为S,故“还原”工序的离子方程式为2Fe3++FeS===3Fe2++S;过滤得到滤渣的成分是SiO2、S、FeS;由分析可知:“除铝”工序可加入的难溶物质是FeO;除净铝离子即Al3+浓度小于等于10-5 mol·L-1,则此时溶液中c(OH-)≥= mol·L-1≈ 10-9.3 mol·L-1,则c(H+)≤= mol·L-1=10-4.7 mol·L-1,故需要调节的最小pH为-lg 10-4.7=4.7;(2)由分析可知,“氧化”步骤中是将Fe2+氧化为Fe3+,加入HNO3将产生有毒有害气体,加入Ca(ClO)2、KMnO4将引入杂质离子,加入H2O2时其还原产物为H2O,不引入新的杂质,故加入的试剂R最佳是H2O2;判断是否氧化彻底即检验氧化后的产物中是否含有Fe2+,故该试剂为KMnO4或K3[Fe(CN)6];
(3)“沉铁”步骤反应的平衡常数K=　　　　 L·mol-1。
(4)“高温煅烧”时主要反应的化学方程式为
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
3.0×109
6.(2023·广东卷)Ni、Co均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中,利用氨浸工艺可提取Ni、Co,并获得高附加值化工产品。工艺流程如下:
已知:氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3
配制。常温下,Ni2+、Co2+、Co3+与NH3形成可溶于水的
配离子:lgKb(NH3·H2O)=-4.7;Co(OH)2易被空气氧化为
Co(OH)3;部分氢氧化物的Ksp如下表。
氢氧化物 Co(OH)2 Co(OH)3 Ni(OH)2 Al(OH)3 Mg(OH)2
Ksp 5.9×10-15 1.6×10-44 5.5×10-16 1.3×10-33 5.6×10-12
回答下列问题:
(1)活性MgO可与水反应,化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　 。
(2)常温下,pH=9.9的氨性溶液中,c(NH3·H2O)　　　　c(N) (填“>”“<”或“=”)。
(3)“氨浸”时,由Co(OH)3转化为[Co(NH3)6]2+的离子方程式为
　 　　　　　　　　　　　　　 　。
MgO+H2O===Mg(OH)2
>
2Co(OH)3+12NH3·H2O+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O+4OH-或
2Co(OH)3+8NH3·H2O+4N+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O
解析　硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中加入活性氧化镁调节溶液pH值,过滤,得到滤液主要是硝酸镁,结晶纯化得到硝酸镁晶体,再热解得到氧化镁和硝酸。滤泥加入氨性溶液氨浸,过滤,向滤液中进行镍钴分离,经过一系列操作得到氯化钴和饱和氯化镍溶液,向饱和氯化镍溶液中加入氯化氢气体得到氯化镍晶体。(1)活性MgO可与水反应,化学方程式为MgO+H2O===Mg(OH)2。(2)常温下,pH=9.9的氨性溶液中,lgKb(NH3·H2O)=-4.7,Kb(NH3·H2O)=10-4.7=,= ==10-0.6<1,则c(NH3·H2O)>c(N)。(3)“氨浸”时,Co(OH)3与亚硫酸根发生氧化还原反应,再与氨水反应生成[Co(NH3)6]2+,则由Co(OH)3转化为[Co(NH3)6]2+的离子方程式为2Co(OH)3+12NH3·H2O+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O+4OH-或2Co(OH)3+8NH3·H2O+4N+S===2[Co(NH3)6]2++S+13H2O。
(4)(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。(NH4)2CO3提高了Ni、Co的浸取速率,其原因是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　 　　　　　　。
(5)①“结晶纯化”过程中,没有引入新物质。晶体A含6个结晶水,则所得HNO3溶液中n(HNO3)与n(H2O)的比值,理论上最高为　　　 　。
②“热解”对于从矿石提取Ni、Co工艺的意义,在于可重复利用HNO3和
　　 　　(填化学式)。
减少胶状物质对镍钴氢氧化物
的包裹,增加了滤泥与氨性溶液的接触面积
0.4或2∶5
MgO

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