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热练17　化学工艺流程——陌生图像分析
(1)(2023·苏锡常镇一调)Co2＋的萃取率随pH的变化如图1所示。已知：萃取时发生的反应为Co2＋＋n(HA)2??CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。 Co2＋萃取率随pH升高先增大后减小的可能原因是　
　 。
(2)“酸浸”实验中，镁的浸出率结果如图2所示。可知，当镁的浸出率为80%时，所采用的实验条件为　 　。　
(3)酸浸时，若使钛的浸取率η达到90%，则根据如图3所示判断工业上应采取的适宜条件：酸浓度和液固比的取值分别约为　 、　 　。
2. (1)(2023·苏州期末)以Fe(NO3)3作为铁源制备高铁酸钾(K2FeO4)，可用于去除水体中的As(Ⅲ)。已知：K2FeO4微溶于水，在酸性或中性溶液中迅速氧化H2O产生O2，在碱性溶液中较稳定；在Fe3＋和Fe(OH)3催化作用下发生分解。某水样中As元素主要以As(Ⅲ)存在，As(Ⅲ)可被K2FeO4氧化为As(Ⅴ)，再通过Fe(Ⅲ)吸附去除。K2FeO4对水中As元素的去除率随pH变化如图所示。
当pH大于7时，As去除率迅速下降的原因是　 　。
(2)(2023·南京三模节选)将空气以一定流速通过加热的CuS试样，测得固体质量和流出气体中SO2含量随温度的变化如图所示。
在200～300 ℃范围内，CuS经历如下转化：CuS→Cu2S→CuO·CuSO4，固体质量减少的主要原因是　 　。
(3)(2024·常熟检测)用纳米铁去除废水中的Cu2＋。常温下，选择Cu2＋初始浓度为2×10－4 mol/L的废水，控制纳米铁用量相同，测得Cu2＋去除率随初始pH的变化如图所示。
写出初始pH在3～6内Cu2＋去除率随初始pH增大缓慢上升，pH在6～7内Cu2＋去除率随初始pH增大快速上升的原因：　
　。
(2023·徐州考前打靶)钪(Sc)广泛应用于航空航天、超导、核能等领域。从钛白水解工业废酸(含
Sc3＋、TiO2＋、Mn2＋、H＋、SO等离子)中提取Sc2O3的一种工艺流程如下：
(1)钪的萃取率(E%)与值[萃取剂体积(O)和废酸液体积(A)之比]的关系如图1所示。采用一次萃取时，应选择最合适的值为　 　。
(2)“沉钪”时得到Sc2(C2O4)3·6H2O沉淀。“沉钪”时测得相同时间钪的沉淀率随温度的变化如图2所示，随温度升高钪的沉淀率先升高后降低的可能原因是　
　 。
4. (2024·南京二模)高效氧化剂亚氯酸钠(NaClO2)常用于烟气脱硝(NOx)和废水脱除氨氮。
(1)NaClO2的制备。一种制备NaClO2的过程可表示如下：
①“反应2”的化学方程式为　 　。
②“反应1”的产物ClO2经净化后常作为饮用水消毒剂替代传统的Cl2，从消毒后饮用水水质和消毒效率(单位质量消毒剂被还原时得电子数)的角度考虑，用ClO2替代Cl2的原因是　
　。
(2)NaClO2溶液对烟气脱硝。
①酸性条件下，Fe3＋可催化溶液中的NaClO2产生氧化性更强的ClO2气体，总反应可表示为5ClO＋4H＋4ClO2↑＋Cl－＋2H2O。 请补充完整过程Ⅱ的离子方程式：
Ⅰ. Fe3＋＋ClO===FeClO；
Ⅱ. 　 　；
Ⅲ. 5Fe2＋＋ClO2＋4H＋===5Fe3＋＋Cl－＋2H2O。
②Fe3＋催化NaClO2溶液脱硝。其他条件相同时，烟气中NO氧化率随c(Fe3＋)、反应温度的变化分别如图1、图2所示。
Ⅰ. NO氧化率随c(Fe3＋)增大而增大的原因是　 　。
Ⅱ. 温度升高，NO氧化率先增大后减小的可能原因是　
　。
(3)NaClO2溶液处理氨氮废水。向一定量酸性氨氮废水中加入一定体积已知浓度的NaClO2溶液，用传感器测得溶液中NH与NO含量随反应时间的变化如图3所示。
判断该实验中被氧化的NH是否全部转化为NO的依据为　 　。
5. 烧渣(主要成分为Fe2O3和少量Fe3O4、Al2O3、SiO2等)为原料制备氧化铁红。工艺流程如下：
已知：Fe3＋＋3H2C2O4===Fe(C2O4)＋6H＋；Fe2＋＋H2C2O4===FeC2O4↓＋2H＋。
(1)用硫酸“酸浸”时，使用草酸作为助剂可提高铁浸取率，草酸加入量对铁浸取率的影响如图①所示。
①加入草酸能提高铁浸取率的原因是　 　。
②草酸加入量大于20%时，铁浸取率随草酸加入量增加而减小的原因是　
　。
(2)“沉铁”时，反应温度对铁回收率的影响如图②所示。
①FeSO4转化为Fe(OH)3的离子方程式为　 　。
②反应温度超过35 ℃时，铁回收率下降的原因是　
　。
热练17　化学工艺流程——陌生图像分析
1. (1)(2023·苏锡常镇一调)Co2＋的萃取率随pH的变化如图1所示。已知：萃取时发生的反应为Co2＋＋n(HA)2??CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。 Co2＋萃取率随pH升高先增大后减小的可能原因是　当pH<6.5时，随着pH升高，溶液中c(H＋)减小，平衡向正反应方向移动，更多的Co2＋与萃取剂反应；当pH>6.5时，随着pH升高，溶液中c(OH－)增大，Co2＋与OH－形成Co(OH)2沉淀　。
(2)“酸浸”实验中，镁的浸出率结果如图2所示。可知，当镁的浸出率为80%时，所采用的实验条件为　100 ℃、3 h左右　。　
(3)酸浸时，若使钛的浸取率η达到90%，则根据如图3所示判断工业上应采取的适宜条件：酸浓度和液固比的取值分别约为　40%　、　6　。
2. (1)(2023·苏州期末)以Fe(NO3)3作为铁源制备高铁酸钾(K2FeO4)，可用于去除水体中的As(Ⅲ)。已知：K2FeO4微溶于水，在酸性或中性溶液中迅速氧化H2O产生O2，在碱性溶液中较稳定；在Fe3＋和Fe(OH)3催化作用下发生分解。某水样中As元素主要以As(Ⅲ)存在，As(Ⅲ)可被K2FeO4氧化为As(Ⅴ)，再通过Fe(Ⅲ)吸附去除。K2FeO4对水中As元素的去除率随pH变化如图所示。
当pH大于7时，As去除率迅速下降的原因是　碱性条件下，K2FeO4氧化As(Ⅲ)的速率减慢；溶液中用于吸附的Fe(Ⅲ)的量减少　。
(2)(2023·南京三模节选)将空气以一定流速通过加热的CuS试样，测得固体质量和流出气体中SO2含量随温度的变化如图所示。
在200～300 ℃范围内，CuS经历如下转化：CuS→Cu2S→CuO·CuSO4，固体质量减少的主要原因是　CuS生成Cu2S时失重的质量大于部分Cu2S生成CuO·CuSO4时增重的质量　。
(3)(2024·常熟检测)用纳米铁去除废水中的Cu2＋。常温下，选择Cu2＋初始浓度为2×10－4 mol/L的废水，控制纳米铁用量相同，测得Cu2＋去除率随初始pH的变化如图所示。
写出初始pH在3～6内Cu2＋去除率随初始pH增大缓慢上升，pH在6～7内Cu2＋去除率随初始pH增大快速上升的原因：　初始pH在3～6范围内，pH上升，c(H＋)减小，与H＋反应的铁减少，更多的铁与Cu2＋反应，Cu2＋去除率缓升； pH在6～7范围内，除了铁与Cu2＋反应外，pH上升，c(OH－)增大，Cu2＋转化为Cu(OH)2，Cu2＋去除率迅速上升　。
【解析】 (2)由图可知，在200～300 ℃温度范围内，有SO2生成，即有部分S元素损失，当固体质量减少时，说明CuS生成Cu2S时失重的质量大于Cu2S生成CuO·CuSO4时增重的质量。
3. (2023·徐州考前打靶)钪(Sc)广泛应用于航空航天、超导、核能等领域。从钛白水解工业废酸(含Sc3＋、TiO2＋、Mn2＋、H＋、SO等离子)中提取Sc2O3的一种工艺流程如下：
(1)钪的萃取率(E%)与值[萃取剂体积(O)和废酸液体积(A)之比]的关系如图1所示。采用一次萃取时，应选择最合适的值为　1∶4　。
(2)“沉钪”时得到Sc2(C2O4)3·6H2O沉淀。“沉钪”时测得相同时间钪的沉淀率随温度的变化如图2所示，随温度升高钪的沉淀率先升高后降低的可能原因是　温度低于80 ℃时，随温度升高，沉淀反应速率加快，钪的沉淀率上升(或随温度升高，草酸电离程度增大，草酸根离子浓度增大，钪的沉淀率上升)；温度高于80 ℃时，随着温度的升高，草酸钪的溶解度增大，致使钪的沉淀率下降 　。
【解析】 (1)由图1可知，值为1∶4时，E%比较高，当大于1∶4(如1∶2)时，处理的废酸液体积太小，当小于1∶4(如1∶6或1∶8)时，E%太低。
4. (2024·南京二模)高效氧化剂亚氯酸钠(NaClO2)常用于烟气脱硝(NOx)和废水脱除氨氮。
(1)NaClO2的制备。一种制备NaClO2的过程可表示如下：
①“反应2”的化学方程式为　2ClO2＋H2O2＋2NaOH===2NaClO2＋O2↑＋2H2O　。
②“反应1”的产物ClO2经净化后常作为饮用水消毒剂替代传统的Cl2，从消毒后饮用水水质和消毒效率(单位质量消毒剂被还原时得电子数)的角度考虑，用ClO2替代Cl2的原因是　可避免产生对人体有害的有机氯化物且ClO2的消毒效率是Cl2的2.63倍　。
(2)NaClO2溶液对烟气脱硝。
①酸性条件下，Fe3＋可催化溶液中的NaClO2产生氧化性更强的ClO2气体，总反应可表示为5ClO＋4H＋4ClO2↑＋Cl－＋2H2O。 请补充完整过程Ⅱ的离子方程式：
Ⅰ. Fe3＋＋ClO===FeClO；
Ⅱ. 　FeClO===Fe2＋＋ClO2↑　；
Ⅲ. 5Fe2＋＋ClO2＋4H＋===5Fe3＋＋Cl－＋2H2O。
②Fe3＋催化NaClO2溶液脱硝。其他条件相同时，烟气中NO氧化率随c(Fe3＋)、反应温度的变化分别如图1、图2所示。
Ⅰ. NO氧化率随c(Fe3＋)增大而增大的原因是　催化剂Fe3＋的浓度增大，生成氧化性更强的ClO2速率加快，NO的氧化率提高　。
Ⅱ. 温度升高，NO氧化率先增大后减小的可能原因是　温度升高，Fe3＋催化NaClO2生成ClO2的反应速率加快，ClO2氧化NO的速率加快；ClO2和NO在水中的溶解度减小，导致NO氧化速率减慢。温度低于60 ℃时，以前者为主，高于60 ℃时，以后者为主　。
(3)NaClO2溶液处理氨氮废水。向一定量酸性氨氮废水中加入一定体积已知浓度的NaClO2溶液，用传感器测得溶液中NH与NO含量随反应时间的变化如图3所示。
判断该实验中被氧化的NH是否全部转化为NO的依据为　一定时间内，相同体积溶液中，若NH减少的质量与NO增加的质量的比值约为9∶31，则被氧化的NH几乎全部转化为NO　。
【解析】 (1)②当消毒效果相同时，ClO2的消毒效率是Cl2的≈2.63倍，Cl2消毒后使得水体中含有产生对人体有害的有机氯化物，故使用ClO2可提高消毒效率且能防止有机氯化物对人体的危害。
5. 烧渣(主要成分为Fe2O3和少量Fe3O4、Al2O3、SiO2等)为原料制备氧化铁红。工艺流程如下：
已知：Fe3＋＋3H2C2O4===Fe(C2O4)＋6H＋；Fe2＋＋H2C2O4===FeC2O4↓＋2H＋。
(1)用硫酸“酸浸”时，使用草酸作为助剂可提高铁浸取率，草酸加入量对铁浸取率的影响如图①所示。
①加入草酸能提高铁浸取率的原因是　Fe3＋和H2C2O4生成Fe(C2O4)，促进草酸电离，溶液中H＋浓度增大；Fe3＋浓度降低，促进烧渣中铁氧化物与硫酸的反应　。
②草酸加入量大于20%时，铁浸取率随草酸加入量增加而减小的原因是　草酸过量，易将Fe3＋还原为Fe2＋，Fe2＋与H2C2O4结合生成FeC2O4沉淀　。
(2)“沉铁”时，反应温度对铁回收率的影响如图②所示。
①FeSO4转化为Fe(OH)3的离子方程式为　2Fe2＋＋H2O2＋4NH3·H2O===2Fe(OH)3↓＋4NH　。
②反应温度超过35 ℃时，铁回收率下降的原因是　温度升高，H2O2受热被Fe3＋催化分解，使Fe2＋氧化不充分；氨水受热挥发，氨水浓度减小，不利于Fe(OH)3的生成　。

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