专题十四 化学工艺流程综合题型研究 题型2 无机化工流程与物质结构的融合应用(含答案)

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专题十四 化学工艺流程综合题型研究 题型2 无机化工流程与物质结构的融合应用(含答案)

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无机化工流程与物质结构的融合应用
1.对废旧锂离子电池正极材料(主要成分为LiCoO2,还含有少量Al、Fe、Mn、Ni等元素)进行回收可有效利用金属资源,一种回收利用工艺流程如下:
已知:①常温下,丁二酮肟是白色晶体,不溶于水,可溶于乙醇等有机溶剂
②常温下,部分氢氧化物的Ksp如下表:
氢氧化物 Co(OH)2 Co(OH)3 Al(OH)3 Fe(OH)3
Ksp 3.0×10-15 1.6×10-44 1.3×10-33 2.8×10-39
回答下列问题:
(1)“酸浸还原”中LiCoO2转化为Co2+,氧化产物是SO,该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为    
(2)滤渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3和MnO2,Mn2+转化为MnO2的离子方程式是          ;常温下,“氧化调pH”后的滤液中Co2+浓度为17.7 g·L-1,为尽可能多地提取Co2+,应控制溶液中的pH不大于
    
(3)“转化”中由Co2+转化为[Co(NH3)6]3+的离子方程式为                       
(4)“沉镍”中丁二酮肟与[Ni(NH3)6]2+反应生成丁二酮肟镍的过程可表示为:
从滤渣3中分离出丁二酮肟固体的方法是             
(5)“锂钴分离”可产生能重复利用的物质是       
(6)层状LiCoO2的结构如图所示,层状LiCoO2中一个Co周围与其最近的O的个数是    ;以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标,例如图中原子1的坐标为(0,0,0),则原子2和原子3的坐标分别为       、       
2.某工厂用废旧钴基合金(主要成分为CoO,还含有Fe3O4、Al2O3、PbO、CaO、MgO等)制备CoOOH,工艺流程如下:
已知:①该工艺条件下,H2O2、Fe3+不能氧化Co2+,部分金属氢氧化物沉淀时pH如下表:
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Mg(OH)2
开始沉淀pH 2.7 7.6 7.6 7.8
完全沉淀pH 3.7 9.6 9.2 8.8
②室温下,Ksp(MgF2)=9.0×10-11,Ka(HF)=3.0×10-4
回答下列问题:
(1)“碱浸”时反应的离子方程式为______________________________
(2)“酸浸”所得“浸渣”的成分为__________
(3)“除铁”时需要控制反应温度不能高于50 ℃的原因是________________________________
(4)“沉镁”时反应的离子方程式为______________________________,若“沉镁”后的溶液中c(HF)=c(Mg2+)=1.0×10-5 mol·L-1,则此时溶液的pH为________
(5)“氧化”时反应的离子方程式为__________________________
(6)某钴单质催化剂(FPD-Co)的晶胞如图所示,其中8个Co原子位于顶点,8个Co原子位于棱上,4个Co原子位于晶胞内部,其余位于面上。已知晶胞底边长分别为2a pm和a pm,设NA为阿伏加德罗常数的值,则该晶体密度为____________ g·cm-3
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3.金属镍广泛应用于制造记忆合金、储氢合金以及用作加氢反应的催化剂,是重要的战略物资,但资源匮乏。从某废镍渣(含NiFe2O4、NiO、FeO、Al2O3)中回收金属镍并转化为NiSO4的流程如图所示:
回答下列问题。
(1)“滤液A”中主要溶质的化学式为________________
(2)“焙烧”后金属元素以硫酸盐的形式存在,写出NiO与(NH4)2SO4反应的化学方程式_________________
(3)使用95 ℃热水“溶解”后过滤,所得“滤渣”的主要成分的化学式是____________
(4)①“萃取”时发生反应Ni2++2RHNiR2+2H+(RH为萃取剂),一定条件下,萃取平衡时,,n(Ni2+))=4,则Ni2+的萃取率为__________
②反萃取获得NiSO4溶液的实验操作是_____________________________
(5)NiSO4在碱性溶液中用NaClO氧化,可制得碱性镍镉电池电极材料NiO(OH),该反应的离子方程式为________________________
(6)镍能形成多种不同的化合物。图a是镍的一种配合物结构,图b是镍的一种氧化物的结构,下列说法不正确的是________(填字母)
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图a 图b
A.图a中,电负性O>N>C>H
B.图a分子中存在的化学键有共价键、配位键、氢键
C.图b是氧化镍(NiO)的一个晶胞
D.氧化镍中Ni2+、O2-的配位数都是6
4.一种从工业锌置换渣(主要含ZnSO4、ZnFe2O4、PbSO4、GeO2、SiO2等)中回收锗、铅的工艺流程如图:
已知:GeO2能溶于强酸的浓溶液或强碱溶液;PbCl2可溶于热盐酸中:PbCl2+2Cl-PbCl;常温下,Ksp(PbSO4)=1.6×10-8,Ksp(PbCl2)=1.2×10-5。
(1)“还原浸出”时,SO2的存在可促进ZnFe2O4浸出
①SO2的空间结构为__________
②该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________
(2)“90 ℃酸浸”所用盐酸的浓度不宜过大或过小,浓度不宜过大的主要原因是__________
(3)“碱溶”时,GeO2发生反应的离子方程式为__________
(4)“降温析铅”过程中,体系温度冷却至常温,且c(Cl-)=2.0 mol·L-1。为防止PbCl2中混有PbSO4杂质,应控制溶液中c(SO)≤____________mol·L-1(保留两位有效数字)
(5)“转化”的意义在于可重复利用__________(填物质名称)
(6)通过掺杂硅可将锗单质转化为不同掺杂比例的硅锗合金,锗及硅锗合金的立方晶胞如图所示
①锗晶体中一个Ge周围与其最近的Ge的个数为__________
②若硅锗合金i的晶胞边长为a pm,设NA为阿伏加德罗常数的值,则硅锗合金i晶体的密度为______g·cm-3(列计算式)
③硅锗合金ⅱ沿晶胞对角面取得的截图为________(填标号)
5.钛被称为“二十一世纪的金属”,绿矾是重要的化工原料,用钛铁矿[主要成分是钛酸亚铁(FeTiO3),含少量Fe2O3、MgO、SiO2等杂质]作原料生产金属钛和绿矾(FeSO4·7H2O)等产品的一种工艺流程如下:
已知:Ti有两种价态,在水溶液中主要以TiO2+(无色)、Ti3+(紫色)形式存在
请回答下列问题:
(1)硫酸与FeTiO3反应生成TiOSO4的化学方程式是________________________________,向滤液1中加入适量铁粉,至刚好出现紫色为止,此时溶液仍呈强酸性。已知:氧化性:Fe3+>TiO2+>H+,则加入适量铁粉的原因是______________________
(2)系列操作具体为__________________,经系列操作后,再对所得到的绿矾晶体用75%的乙醇溶液洗涤,用乙醇溶液洗涤绿矾的优点为________________________________________
(3)滤液2中加入适量的试剂A,A可选用______(填标号)
a.稀硫酸 b.碳酸镁 c.二氧化碳 d.鼓入空气
(4)用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质,利用如图所示装置获得金属钙,并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。写出阴极区反应的电极总反应式:__________________________________
(5)假如FeTiO3中的铁元素占矿物中铁元素总量的80%;某次生产中,向滤液1中加入纯铁粉14 kg,得到绿矾晶体(M=278 g/mol)的质量为278 kg,整个过程中铁元素的总利用率为80%,Ti元素的转化率为90%,其他损失忽略不计。按上述流程,可得到TiO2______kg。
(6)最近发现一种由Ti原子和C原子构成的气态团簇分子如上图所示,其化学式为__________
6.利用炼锌钴渣[主要含Co(OH)2、FeSO4、NiSO4和Zn、Cu单质]协同制备Co(OH)3和高纯Zn的流程如下
(1)“酸浸”过程Co(OH)2发生反应的离子方程式为________________________________
(2)“沉铁”过程CaCO3的作用有____________________________________________
(3)“沉镍”过程pH对溶液中Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)含量的影响如图。
①由图判断,应调节pH=__________
②该过程Co可能发生的反应如下: Co2++6NH3·H2O===[Co(NH3)6]2++6H2O K1=105
Co2++2NH3·H2O===Co(OH)2↓+2NH K2
则K2=__________,[Co(NH3)6]2+为__________(填“热力学”或“动力学”)产物
(已知:25 ℃时,Kb(NH3·H2O)=10-4.8,Ksp[Co(OH)2]=10-15)
(4)“沉钴”过程生成Co(OH)3的离子方程式为__________________
(5)一种以Zn和V2O5为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池,其示意图如下图1所示。放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O
①基态V原子的价电子中,两种自旋状态的电子数之比为__________
②上述电池充电时阳极的电极反应式为__________
③金属Zn的晶胞如图2,密度为ρ g/cm3,则阿伏加德罗常数NA=__________(列代数式即可,下同),晶胞空间占有率为__________
7.氧化亚铜主要用于制造船底防污漆(用来杀死低级海生动物)、杀虫剂以及各种铜盐、分析试剂、红色玻璃,还用于镀铜及镀铜合金溶液的配制。用某铜矿(主要含CuS、FeO)制备Cu2O的一种工艺流程如图:
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已知:常温下相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如表:
氢氧化物 Cu(OH)2 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Mn(OH)2
开始沉淀的pH 4.8 1.9 7.5 8.8
沉淀完全的pH 6.4 3.2 9.7 10.4
请回答下列问题:
(1)基态Cu原子价层电子排布图为__________________
(2)“滤渣”的主要成分是________(填化学式)
(3)“酸浸”中加入MnO2的作用是___________;写出其中生成单质S的化学方程式______________________
(4)“调pH”的范围是________________
(5)“还原”前Cu元素以[Cu(NH3)4](OH)2的形式存在,水合肼被氧化的化学方程式为_______________________;一定体积下,保持其他条件不变,水合肼浓度对Cu2O的产率的影响如图所示。水合肼浓度大于3.25 mol·L-1时,[Cu(NH3)4]2+的转化率仍增大,但Cu2O的产率下降,其可能的原因是_______________________
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(6)氧化亚铜立方晶胞结构如右图所示,若规定A原子的坐标是(0,0,0),C原子的坐标是(1,1,1),则B原子的坐标是______________;设该氧化物的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶胞中O2-和Cu+之间的最近距离为______________(用含ρ、NA的代数式表示)nm。
8.MnSO4可用于制备多种物质。250 ℃时,相关物质的Ksp如下表
物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 Mn(OH)2
Ksp 8.0×10-16 3.0×10-39 1.0×10-33 1.0×10-13
(1)MnSO4的制备。由软锰矿粉(主要成分为MnO2,含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2)制备MnSO4的过程如下。
INCLUDEPICTURE "E:\\杨楠\\课件\\442化学(二轮卷\\402HX124.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX124.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX124.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX124.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\大题逐空抢分\\402HX124.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\大题逐空抢分\\402HX124.TIF" \* MERGEFORMATINET
①浸取。保持温度、各物质投料量及浓度不变,能提高Mn2+浸出率的措施有________________________
②沉淀。室温下,浸取后溶液中Mn2+浓度为0.1 mol·L-1,欲使溶液中Fe3+、Al3+的浓度均小于1.0×10-6
mol·L-1,则需加入MnO调节pH的范围为________
③过滤。滤渣的主要成分有________________________
(2)由MnSO4制备CuMnOx催化剂
①基态Mn2+的价层电子排布式为________;SO的空间结构为________
INCLUDEPICTURE "E:\\杨楠\\课件\\442化学(二轮卷\\402HX125.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX125.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX125.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX125.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\大题逐空抢分\\402HX125.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\大题逐空抢分\\402HX125.TIF" \* MERGEFORMATINET
②将一定量KMnO4和MnSO4固体投入超纯水中混合搅拌,在120 ℃下反应10小时,得到黑色固体MnO2,反应的离子方程式为____________________________________;再加入CuSO4和Na2CO3溶液,经过搅拌、陈化、造粒、干燥、煅烧等工序得到比表面积较高的催化剂。其中一种成分的晶胞结构如图所示,每O2-周围紧邻的Cu2+的个数为________
9.废旧钴酸锂电池的正极材料主要含有难溶于水的LiCoO2及少量Al、Fe、炭黑等,常用如图所示的工艺分离并回收其中的金属钴和锂
INCLUDEPICTURE "E:\\杨楠\\课件\\442化学(二轮卷\\402HX36.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX36.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX36.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX36.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\大题逐空抢分\\402HX36.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\大题逐空抢分\\402HX36.TIF" \* MERGEFORMATINET
已知:①Ksp[Co(OH)2]=1.0×10-15
②相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH如下表
金属阳离子 Al3+ Fe3+ Fe2+
开始沉淀的pH 4.2 2.7 7.6
沉淀完全的pH 5.2 3.7 9.6
(1)LiCoO2中元素Co的化合价为________
(2)为提高碱浸率,可采取的措施有_____________________________________(任写一种)。
(3)在浸出液中通入过量CO2发生反应的离子方程式有CO2+OH-===HCO和______________________________
(4)浸出渣中加入稀硫酸和H2O2的主要目的是________________________;废渣的主要成分是________________
(5)加氨水控制沉钴的pH,当a≥________时,溶液中c(Co2+)≤10-5 mol·L-1,认为“沉钴”完全
(6)钴的氢氧化物加热至290 ℃时可以完全脱水,所得产物可用于合成钛酸钴。钛酸钴的晶胞结构如图所示,则该晶体化学式为________;该晶体的密度为__________ g·cm-3(用NA代表阿伏加德罗常数的值)
10.锂电池中一些金属的回收利用也是未来发展的一大方向。废弃的锂电池正极材料LiCoO2进行氯化处理并回收利用的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)Co在元素周期表的位置是         ,“烧渣”是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物,滤饼2成分的化学式为    
(2)碳酸锂的溶解度随温度变化如图所示。向滤液2中加入Na2CO3,将温度升至90 ℃是为了提高沉淀速率和       。得到碳酸锂沉淀的最佳操作为    (填字母)
a.静置,过滤 b.加热后,趁热过 c.蒸发浓缩、冷却结晶
(3)取100 mL滤液2,其中c(Li+)=0.10 mol·L-1,为使锂元素的回收率不低于80%,则至少应加入Na2CO3固体的物质的量为    mol[已知Ksp(Li2CO3)=3.6×10-4]
(4)Li2CO3与CoCO3按n(Li)∶n(Co)=1∶1的比例配合,然后在空气中于700 ℃烧结可合成锂电池正极材料LiCoO2,反应方程式为             
(5)钴酸锂(LiCoO2)的晶胞结构示意图如图。晶体中O围绕Co形成八面体,八面体共棱形成带负电的层状空间结构,与Li+层交替排列,其中Li处于晶胞顶点或晶胞内部,Co处于晶胞内部或晶胞侧棱上,可推断该晶胞中O的个数为    
11.锌是一种重要的金属,锌及其化合物被广泛应用于汽车、建筑、船舶、电池等行业。现某科研小组以固体废锌催化剂(主要成分是ZnO,含少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2等杂质)为原料制备锌的工艺流程如图所示:
已知:①“浸取”时,ZnO和CuO转化为[Zn(NH3)4]2+、[Cu(NH3)4]2+进入溶液。
②25 ℃时,Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24
③深度除杂标准:溶液中≤2.0×10-6
(1)“浸取”温度为30 ℃,锌的浸出率可达90.6%,继续升温浸出率反而下降,其原因为_____________________
________________________________________________________________________
(2)“滤渣1”的主要成分为Mn(OH)2、________
(3)“深度除锰”是将残留的Mn2+转化为MnO2,写出该过程的离子方程式______________________________
(4)“深度除铜”时,锌的最终回收率,除铜效果(用反应后溶液中的铜锌比表示)与(NH4)2S加入量的关系曲线如图所示
①由图可知,当(NH4)2S达到一定量的时候,锌的最终回收率下降的原因是______________________(用离子方程式解释)
②“深度除铜”时(NH4)2S加入量最优选择________(填标号)
A.100% B.110% C.120% D.130%
(5)Zn原子能形成多种配位化合物,一种锌的配合物结构如图:
①配位键①和②相比,较稳定的是________
②基态Zn原子的价电子排布式为________,位于元素周期表中________区
③键角③________120°(填“>”“<”或“=”)
【无机化工流程与物质结构的融合应用】答案
1.(1)8∶1 
(2)Mn2++ClO-+H2O===MnO2↓+2H++Cl- 7.0 
(3)4Co2++20NH3·H2O+O2+4NH===4[Co(NH3)6]3++22H2O 
(4)加入盐酸,充分反应后过滤 
(5)氨水 
(6)6 (0,0,) (0,1,)
解析:由题给流程可知,向正极材料中加入硫酸和硫代硫酸钠混合溶液酸浸还原,将钴酸锂转化为亚钴离子和锂离子,材料中含有的少量金属元素转化为可溶的硫酸盐,过滤得到滤渣和滤液;向滤液中加入次氯酸钠溶液,将溶液中的亚铁离子、铝离子、锰离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝、二氧化锰沉淀,过滤得到含有氢氧化铁、氢氧化铝、二氧化锰的滤渣和滤液;滤液中的镍离子与浓氨水反应转化为六氨合镍离子,亚钴离子与氨水、铵根离子、氧气反应转化为六氨合钴离子,向转化后的溶液中加入丁二酮肟的乙醇溶液,将溶液中的六氨合镍离子转化为丁二酮肟镍沉淀,过滤得到含有丁二酮肟镍的滤渣和滤液;向滤渣中加入盐酸,充分反应后过滤得到丁二酮肟固体和二氯化镍溶液;向滤液中加入盐酸,将溶液中六氨合钴离子转化为钴离子和铵根离子,再加入氢氧化钠溶液,将溶液中的钴离子转化为氢氧化钴沉淀、铵根离子转化为氨水,过滤得到钴的氢氧化物和含锂离子的溶液。
(1)由化合价代数和为0可知,钴酸锂中钴元素的化合价为+3价、硫代硫酸钠中硫元素的化合价为+2价,由题意可知,“酸浸还原”时,钴酸锂中钴元素被还原为亚钴离子,硫代硫酸根离子被氧化为硫酸根离子,由得失电子数目守恒可知,氧化剂与还原剂的物质的量比为8∶1;
(2)由题意可知,“氧化调pH”后的滤液中亚钴离子的浓度为17.7 g/L,设溶液的体积为1 L,则亚钴离子的浓度为 eq \f(1 L,59 g/mol),1 L)=0.3 mol·L-1,由溶度积可知,为尽可能多地提取亚钴离子,溶液中的氢氧根离子浓度应小于eq \r() =10-7 mol·L-1,则溶液pH应不大于7.0,所以锰离子转化为二氧化锰的反应为溶液中的锰离子与次氯酸根离子反应生成二氧化锰沉淀、氯离子和氢离子,反应的离子方程式为Mn2++ClO-+H2O===MnO2↓+2H++Cl-;
(4)由分析可知,从滤渣3中分离出丁二酮肟固体的操作为向丁二酮肟镍中加入盐酸,充分反应后过滤得到丁二酮肟固体和二氯化镍溶液;
(5)由分析可知,“锂钴分离”中加入盐酸,将溶液中六氨合钴离子转化为钴离子和铵根离子,再加入氢氧化钠溶液,将溶液中的钴离子转化为氢氧化钴沉淀、铵根离子转化为氨气,则能重复利用的物质是氨水;
(6)由层状结构可知,位于六棱柱顶点的钴原子与位于柱内的氧原子距离最近,则一个钴原子周围与其最近的氧原子的个数是6;由晶胞结构可知,位于六棱柱顶点的1号原子位于晶胞的顶点,2号位于同条棱的处,3号原子高度在处、y方向的长度等于底边的长度,由原子1的坐标为(0,0,0)可知,原子2和原子3的坐标分别为(0,0,)、(0,1,)。
2.(1)Al2O3+2OH-+3H2O===2[Al(OH)4]-
(2)PbSO4、CaSO4 
(3)防止双氧水分解及氨水的挥发 
(4)Mg2++2HF===MgF2↓+2H+ 6 
(5)5Co2++MnO+6H2O===5CoOOH↓+Mn2++7H+ 
(6)
解析:废旧钴基合金主要成分为CoO,还含有Fe3O4、Al2O3、PbO、CaO、MgO等。用氢氧化钠“碱浸”,Al2O3生成四羟基合铝酸钠除氧化铝,加入硫酸“酸浸”生成硫酸铅沉淀、硫酸钙沉淀除PbO,过滤后含有硫酸钴、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸镁、少量硫酸钙,加双氧水把硫酸亚铁氧化为硫酸铁,加氨水调pH生成氢氧化铁沉淀除铁,加HF生成MgF2、CaF2沉淀除钙、除镁,加高锰酸钾、硫酸将Co2+氧化为CoOOH沉淀。
(1)“碱浸”时氧化铝和氢氧化钠反应生成四羟基合铝酸钠,反应的离子方程式为Al2O3+2OH-+3H2O===2[Al(OH)4]-;
(2)“酸浸”时PbO、CaO和硫酸反应生成硫酸铅沉淀、硫酸钙沉淀,所得“浸渣”的成分为PbSO4、CaSO4;
(3)“除铁”时双氧水把硫酸亚铁氧化为硫酸铁,用氨水调pH沉淀铁离子,双氧水受热易分解,氨水受热易挥发,为防止双氧水分解及氨水挥发,需要控制反应温度不能高于50 ℃;
(4)“沉镁”时硫酸镁和HF反应生成沉淀MgF2,反应的离子方程式为Mg2++2HF===MgF2↓+2H+。若“沉镁”后的溶液中c(HF)=c(Mg2+)=1.0×10-5 mol·L-1,Ksp(MgF2)=9.0×10-11,Ka(HF)=3.0×10-4,则c(F-)==eq \r()mol·L-1=3×10-3 mol·L-1,c(H+)= = mol·L-1=1×10-6 mol·L-1,则此时溶液的pH为6。
(5)“氧化”时高锰酸钾将Co2+氧化成CoOOH,反应的离子方程式为5Co2++MnO+6H2O===5CoOOH↓+Mn2++7H+;
(6)根据均摊原则,晶胞中Co原子数为8×+8×+4+18×=16,晶胞体积为4a3×10-30 cm3,则该晶体密度为g·cm-3=g·cm-3。
3.(1)Na[Al(OH)4] 
(2)NiO+(NH4)2SO4NiSO4+2NH3↑+H2O↑ 
(3)Fe(OH)3 
(4)①80% ②在萃取液中加入稀硫酸,振荡、静置、分液 
(5)2Ni2++ClO-+4OH-===2NiO(OH)↓+Cl-+H2O 
(6)BC
解析:废镍渣(含NiFe2O4、NiO、FeO、Al2O3),“粉碎”后加入NaOH溶液“碱浸”,则废镍渣中的Al2O3和NaOH反应,反应的离子方程式为Al2O3+2OH-+3H2O===2[Al(OH)4]-;通过过滤分离,剩下的物质加入(NH4)2SO4“焙烧”变成硫酸盐,NiFe2O4、NiO、FeO与(NH4)2SO4反应生成的盐为NiSO4、Fe2(SO4)3、FeSO4,同时有氨气生成;95 ℃热水溶解烧渣,Fe3+水解为Fe(OH)3;经过萃取将Fe2+、Ni2+分离,得到含Ni2+的有机层,最后得到NiSO4。(1)由分析可知,“滤液A”中主要溶质为Na[Al(OH)4];
(2)“焙烧”后金属元素以硫酸盐的形式存在,则NiO与(NH4)2SO4反应的化学方程式为(NH4)2SO4+NiO2NH3↑+NiSO4+H2O↑;
(3)烧渣中含有NiSO4、Fe2(SO4)3、FeSO4,95 ℃热水“溶解”,Fe3+水解为Fe(OH)3,则过滤所得“滤渣”的化学式为Fe(OH)3;
(4)①一定条件下,萃取平衡时=4,被萃取的Ni2+即形成NiR2的Ni2+的物质的量是残留在溶液中Ni2+的4倍,则Ni2+的萃取率为×100%=80%。②在萃取液中加入稀硫酸,振荡、静置、分液,得到NiSO4溶液;
(5)“反萃取”得到的NiSO4溶液在碱性条件下可被NaClO氧化生成NiO(OH),该反应的离子方程式为
2Ni2++ClO-+4OH-===2NiO(OH)↓+Cl-+H2O;
(6)元素非金属性越强电负性越强,故图a中,电负性O>N>C>H,选项A正确;氢键不是化学键,选项B错误;各顶点不相同,不能无隙并置,所以图b不是一个晶胞,是晶胞的部分结构,选项C错误;由NiO晶胞的部分结构可知,其晶胞应为NaCl型,Ni2+、O2-的配位数都是6,选项D正确。
4.(1)V形 1∶1
(2)防止GeO2大量溶解,导致锗的产率下降
(3)GeO2+2OH-===GeO+H2O(或GeO2+4OH-===GeO+2H2O)
(4)5.3×10-3
(5)盐酸
(6)4或或×1030 C
解析:工业锌置换渣(主要含ZnSO4、ZnFe2O4、PbSO4、GeO2、SiO2等)通入SO2并加入硫酸还原浸出,生成
Zn2+、Fe2+,滤渣1中有PbSO4、GeO2、SiO2,加入盐酸90 ℃酸浸,浸渣2为GeO2、SiO2,加入氢氧化钠溶液碱溶,发生反应GeO2+2OH-===GeO+H2O(或GeO2+4OH-===GeO+2H2O),SiO2+2OH-===SiO+H2O,经过沉硅等一系列操作后得到硅,滤液中含有PbCl,降温PbCl2+2Cl-PbCl平衡逆向移动,得到PbCl2,滤液1中加入适量CaCl2得到CaSO4,过滤得滤液2,滤液2主要含有H+、Cl-。
(1)①SO2中S的价层电子对数为:2+=3,有1个孤电子对,空间构型为V形;
②该反应化学方程式为:SO2+ZnFe2O4+2H2SO4===ZnSO4+2FeSO4+2H2O,氧化剂为ZnFe2O4,还原剂为SO2,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1;
(2)盐酸浓度过大,会导致GeO2大量溶解,锗的产率下降;
(3)“碱溶”时,GeO2与OH-发生反应,离子方程式为:GeO2+2OH-===GeO+H2O(或GeO2+4OH-===GeO+2H2O);
(4)c(Cl-)=2.0 mol·L-1,Ksp(PbCl2)=c(Pb2+)c2(Cl-)=1.2×10-5,即c(Pb2+)=3×10-6 mol/L,Ksp(PbSO4)=c(Pb2+)c(SO)=3×10-6 mol/L×c(SO)=1.6×10-8,c(SO)=5.3×10-3 mol/L,即为防止PbCl2中混有PbSO4杂质,应控制溶液中c(SO)≤5.3×10-3 mol/L;
(5)滤液1中加入适量CaCl2得到CaSO4,过滤得滤液2,滤液2主要含有H+、Cl-,“转化”的意义在于可重复利用盐酸;
(6)①由图可知,锗晶体中一个Ge周围与其最近的Ge的个数为4;②由均摊法得,1个硅锗合金i晶胞中含有Si原子个数为2×=1,Ge原子的个数为4+8×+4×=7,晶胞边长为a pm,则硅锗合金i晶体的密度为;③由硅锗合金ⅱ的晶胞结构图可知,沿晶胞对角面取得的截图为C。
5.(1)FeTiO3+2H2SO4===TiOSO4+FeSO4+2H2O 
使Fe3+完全还原为Fe2+;同时避免过量的铁将TiO2+还原成Ti3+,影响产品的纯度
(2)蒸发浓缩(或加热浓缩)、降温结晶(或冷却结晶)、过滤 减少绿矾溶解损耗、快速得到干燥的固体
(3)b 
(4)TiO2+4e-===Ti+2O2- 
(5)57.6 
(6)Ti4C5
解析:钛铁矿用硫酸溶液溶解,过滤得强酸性溶液中含有TiOSO4、FeSO4及未反应的硫酸等,加入铁粉将Fe3+转化为Fe2+,防止Fe3+与TiO2+同时生成沉淀,沉降分离得到溶液中主要含有Fe2+、TiO2+及硫酸根,再浓缩蒸发得到绿矾与溶液2,溶液2中含有TiOSO4,加入碳酸镁,调节pH,TiO(OH)2沉淀完全,煅烧得到二氧化钛,电解得到Ti,高温下和氯气、焦炭反应生成四氯化钛。
(1)钛铁矿的主要成分FeTiO3与硫酸反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4,结合原子守恒配平化学方程式为FeTiO3+2H2SO4===FeSO4+TiOSO4+2H2O。加入铁屑至浸出液刚好出现紫色,说明浸出液中含有Ti3+,加入铁屑作还原剂,将Fe3+还原为Fe2+,防止Ti3+被Fe3+氧化成TiO2+同时避免过量的铁将TiO2+还原成Ti3+,影响产品的纯度。
(2)为避免结晶水失去,适合用降温结晶获得绿矾,然后再过滤,用乙醇洗涤可避免损耗、快速干燥。
(3)试剂A用来中和氢离子,调节pH,选项中只有碳酸镁符合,向富含TiO2+溶液中加入MgCO3粉末,使其与
H+反应,降低溶液中c,使平衡TiO2++H2O TiO2·nH2O+2H+向生成TiO2·nH2O的方向移动,便于得到TiO2粗产品。
(4)电解时,阴极发生反应Ca2++2e-===Ca,钙还原二氧化钛:2Ca+TiO2===Ti+2Ca2++2O2-,所以阴极区反应的电极总反应式为TiO2+4e-===Ti+2O2-。
(5)由FeSO4·7H2O的质量为278 kg,可求出最后在绿矾中的铁有56 kg,因为铁只有80%的利用率,所以损失前铁元素的总质量是56 kg÷0.8=70 kg,又加了14 kg纯铁粉,故矿物中铁的质量为56 kg,因矿石中80%的铁来自于FeTiO3,故FeTiO3中铁元素的质量为56 kg×0.8=44.8 kg,由此推出FeTiO3中Ti的质量为×48 kg=38.4 kg,因Ti的转化率只有90%,故有38.4 kg×0.9=34.56 kg Ti可转化成二氧化钛,可求得所得二氧化钛的质量为×80 kg=57.6 kg。
(6)因是团簇分子,所以不用均摊,直接数,根据结构可判断含有4个Ti,5个C,所以化学式为Ti4C5。
6.(1)Co(OH)2+2H+===Co2++2H2O
(2)调节pH使Fe3+沉淀完全的同时减少杂质引入
(3)10 105.4 动力学
(4)2[Co(NH3)6]2++SO+4OH-+H2O===2Co(OH)3↓+SO+12NH3↑
(5)①1∶4(或4∶1) 
②ZnxV2O5·nH2O-2xe-===V2O5+nH2O+xZn2+ 
③ 
解析:炼锌钴渣加入硫酸酸浸,铜不和硫酸反应,过滤后得到铜渣,滤液中含有Co2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+,向滤液中加入过氧化氢将亚铁离子氧化为Fe3+,加入碳酸钙调节pH沉铁,将Fe3+转化为氢氧化铁沉淀,滤液中加入氨水将镍转化为沉淀,过滤滤液加入亚硫酸钠氧化二价钴为三价钴,加入氢氧化钠转化为钴沉淀,过滤滤液电解得到锌单质。
(1)“酸浸”过程Co(OH)2和酸反应转化为钴离子,离子方程式为Co(OH)2+2H+===Co2++2H2O;
(2)“沉铁”过程碳酸钙的作用有调节pH沉铁,将Fe3+转化为氢氧化铁沉淀,且碳酸钙、硫酸钙均为固体,减少引入其他杂质;
(3)①“沉镍”过程中使得镍转化为沉淀,而钴不转化为沉淀,由图判断,应调节pH=10,此时镍沉淀完全、而钴损失较小;②K2= eq \f(c2(NH),c(Co2+)c2(NH3·H2O)) = eq \f(K,Ksp[Co(OH)2]) ==105.4,钴离子和氨分子生成较为稳定的配合物[Co(NH3)6]2+,故其为动力学产物;
(4)“沉钴”过程中亚硫酸钠氧化二价钴为三价钴同时生成硫酸根离子,加入氢氧化钠和三价钴反应转化生成Co(OH)3沉淀,离子方程式为2[Co(NH3)6]2++SO+4OH-+H2O===2Co(OH)3↓+SO+12NH3↑;
(5)①基态V原子的价电子排布式图为两种自旋状态的电子数之比为1∶4(或4∶1);②放电时,V2O5为正极反应物,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O,充电时阳极ZnxV2O5·nH2O变为V2O5并释放Zn2+,阳极反应式为ZnxV2O5·nH2O-2xe-===V2O5+nH2O+xZn2+;③据“均摊法”,晶胞中含8×+1=2个Zn,则晶体密度为×1021g·cm-3=×1021g·cm-3=ρ g·cm-3,则NA=;由图可知,锌原子半径为nm,晶胞空间占有率为=。
INCLUDEPICTURE "E:\\杨楠\\课件\\442化学(二轮卷\\402HX692.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX692.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX692.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX692.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\大题逐空抢分\\402HX692.TIF" \* MERGEFORMATINET 7.(1) INCLUDEPICTURE "E:\\杨楠\\课件\\442化学(二轮卷\\402HX692A.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX692A.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX692A.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX692A.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\大题逐空抢分\\402HX692A.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\大题逐空抢分\\402HX692A.TIF" \* MERGEFORMATINET  
(2)MnCO3
(3)作氧化剂 MnO2+CuS+2H2SO4===S+MnSO4+CuSO4+2H2O
(4)3.2≤pH<4.8
(5)4[Cu(NH3)4](OH)2+N2H4·H2O+9H2O===2Cu2O↓+N2↑+16NH3·H2O 
Cu2O被N2H4·H2O进一步还原成铜单质
(6)(,,) ××107
解析:铜矿中含有CuS、FeO,加入稀硫酸、MnO2“酸浸”得到S单质,则MnO2作氧化剂,根据流程,“调pH”得到氢氧化铁沉淀,说明“酸浸”步骤中MnO2将+2价Fe氧化成了+3价Fe,“除锰”步骤得到MnCO3沉淀,Cu2+与氨水反应生成[Cu(NH3)4](OH)2,[Cu(NH3)4](OH)2与水合肼发生氧化还原反应得到Cu2O。
(6)该晶胞中含有4个Cu+,2个O2-,晶胞的质量为 g= g,则晶胞的体积为 cm3= cm3,晶胞的边长为 cm,Cu+与O2-之间最近的距离是体对角线的,即为××107 nm。
8.(1)①搅拌、延长反应时间 ②5~8 ③Fe(OH)3、Al(OH)3、SiO2
(2)①3d5 正四面体形 ②3Mn2++2MnO+2H2O5MnO2↓+4H+ 4
解析:
INCLUDEPICTURE "E:\\杨楠\\课件\\442化学(二轮卷\\402HX234.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX234.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX234.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX234.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\大题逐空抢分\\402HX234.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\大题逐空抢分\\402HX234.TIF" \* MERGEFORMATINET
(1)②由题给信息可知,加入MnO的目的是调节pH,使Fe3+、Al3+沉淀完全,而Mn2+不沉淀,根据Ksp[Al(OH)3]>Ksp[Fe(OH)3]可知,Al3+沉淀完全时,Fe3+已全部沉淀,故只需以c(Al3+)计算pH范围,欲使c(Al3+)<1.0×10-6 mol·L-1,则c(OH-)>=1.0×10-9 mol·L-1,pH>5,c(Mn2+)=0.1 mol·L-1,为不沉淀Mn2+,c(OH-)<=10-6 mol·L-1,pH<8,则需调节pH的范围为5~8。
(2)①锰是25号元素,基态Mn2+的价层电子排布式为3d5;根据价层电子对互斥模型,SO的中心原子S形成的σ键数为4,孤电子对数为=0,所以SO的空间结构是正四面体形。②由晶胞图可知,晶胞中含有3个Cu2+、3个O2-,以体心处Cu2+为研究对象,其周围紧邻的O2-个数为4,则每个O2-周围紧邻的Cu2+的个数也为4。
9.(1)+3价 
(2)搅拌混合物(或适当升高温度、将原材料粉碎、延长浸取时间等)
(3)CO2+[Al(OH)4]-===HCO+Al(OH)3↓
(4)将Co3+还原为Co2+ 炭黑和Fe(OH)3
(5)9.0 
(6)CoTiO3 
解析:
INCLUDEPICTURE "E:\\杨楠\\课件\\442化学(二轮卷\\402HX92.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX92.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX92.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\小题各个击破\\402HX92.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\大题逐空抢分\\402HX92.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\442化学(二轮卷\\大题逐空抢分\\402HX92.TIF" \* MERGEFORMATINET
(4)浸出渣中含有LiCoO2、少量Fe和C,结合后续得到Co(OH)2知,加入稀硫酸和H2O2的主要目的是将Co3+还原为Co2+。
(5)由已知①知,“沉钴”完全时c(OH-)≥ mol·L-1=10-5 mol·L-1,此时溶液pH≥9.0。
(6)根据钛酸钴的晶胞结构可得1个晶胞中Ti的数目为8×=1,Co的数目为1,O的数目为6×=3,因此晶体的化学式为CoTiO3,该晶体的密度ρ= g·cm-3= g·cm-3。
10.(1)第四周期第Ⅷ族 Co(OH)2 
(2)减少Li2CO3的溶解,提高产率 b 
(3)0.094 
(4)2Li2CO3+4CoCO3+O24LiCoO2+6CO2
(5)6
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;滤液1用氢氧化钠溶液沉钴,过滤后得滤饼2为Co(OH)2和滤液2主要溶质为LiCl;滤液2经碳酸钠溶液沉锂,得到Li2CO3,据此解答。
(2)碳酸锂的溶解度随温度的升高而减小,则向滤液2中加入碳酸钠溶液,将温度升高至90 ℃是为了提高沉淀速率和减小碳酸锂的溶解量,提高产率。得到碳酸锂沉淀的操作为加热后,趁热过滤,故选b;
(3)常温下,取100 mL“滤液2”,其中c(Li+)=0.10 mol/L,为使锂元素的回收率不低于80%,则溶液中剩余的
Li+浓度为0.1 mol/L×20%=0.02 mol/L,则溶液中c(CO)= mol/L=0.9 mol/L,需要碳酸钠的物质的量为0.9 mol/L×0.1 L=0.09 mol,沉淀Li+需要碳酸钠的物质的量为0.1 mol/L×0.1 L×80%×=0.004 mol,最少需要碳酸钠的物质的量为0.004 mol+0.09 mol=0.094 mol,故至少应加入碳酸钠固体物质的量为0.094 mol;
(5)钴位于棱上和体内,个数为4×+2=3,由化学式(LiCoO2)可知,O原子个数为3×2=6。
11.(1)温度升高,氨气挥发量增加且NH4Cl分解,生成[Zn(NH3)4]2+减少,不利于锌的浸出
(2)Fe(OH)3、SiO2
(3)Mn2++2NH3·H2O+H2O2===MnO2↓+2NH+2H2O
(4)[Zn(NH3)4]2++S2-===ZnS↓+4NH3 C
(5)① 3d104s2 ds <
解析:废锌催化剂加入氨水氯化铵混合液浸取,锌、铜元素以[Zn(NH3)4]2+、[Cu(NH3)4]2+进入溶液,同时铁、镁转化为氢氧化物沉淀和不反应的二氧化硅成为滤渣1,滤液加入过氧化氢将锰离子转化为二氧化锰沉淀,加入适量的硫化铵生成硫化铜沉淀,过滤除去沉淀,滤液加入有机萃取剂萃取分离出含锌的有机相,加入硫酸反萃取得到含锌的水相,电解得到锌。
(1)“浸取”温度为30 ℃时,锌的浸出率可达90.6%,继续升温浸出率反而下降,其原因为温度过高,氨挥发量增加,生成[Zn(NH3)4]2+减少,不利于废锌催化剂中锌的浸出;故答案为温度升高,氨气挥发量增加且NH4Cl分解,生成[Zn(NH3)4]2+减少,不利于废锌催化剂中锌的浸出;
(2)根据分析,滤渣1为Mn(OH)2、Fe(OH)3、SiO2;故答案为Fe(OH)3、SiO2;
(3)在氨水存在的碱性条件下,过氧化氢和锰离子发生氧化还原反应生成二氧化锰沉淀和水、铵根离子,反应为Mn2++2NH3·H2O+H2O2===MnO2↓+2NH+2H2O;故答案为Mn2++2NH3·H2O+H2O2===MnO2↓+2NH+2H2O;
(4)①当(NH4)2S加入量≥100%时,锌的最终回收率下降的原因是过量的硫离子和将锌转化为硫化锌沉淀,反应为[Zn(NH3)4]2++S2-===ZnS↓+4NH3;②“深度除铜”时,(NH4)2S加入量最好应120%,此时除铜效果较好且锌的回收率仍然较高。故答案为[Zn(NH3)4]2++S2-===ZnS↓+4NH3;C;
(5)①N和O的电负性相比,N弱于O,则N易提供孤电子,配位键稳定性强;故答案为①;②Zn为30号元素,电子排布式为[Ar]3d104s2,价电子排布式为3d104s2;位于元素周期表ds区;故答案为3d104s2;ds;③属于双键与单键形成夹角,电子云密度大,键角斥力大,键角小;故答案为<。
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