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专题跟踪检测（二）
1.（2024·兰州高三诊断）甘肃矿产资源丰富，镍、钴、铂等金属储量全国领先，利用紫硫镍铁矿石提取粗镍并回收铁、铜、钴等元素的工艺流程如下：
已知：①“加压氨浸”过程中镍硫化物发生反应的化学方程式为NiS＋4FeS＋7O2＋10NH3＋2H2O[Ni（NH3）6]SO4＋2Fe2O3＋2（NH4）2S2O3；在此过程中，钴硫化物的反应与镍硫化物相似。
②以上流程中均无SO2产生。
（1）滤渣1的主要成分为Fe2O3。
（2）结合下图选择“加压氨浸”的最佳条件是氧分压为1.2 MPa，浸出温度为120 ℃，浸出时间为2 h。
（3）“加压氨浸”过程中“加压”的目的是加快浸取速率、促进浸取反应平衡正移，提高浸取率。
Cu发生反应的化学方程式为2Cu＋O2＋4NH3＋2（NH4）2SO42[Cu（NH3）4]SO4＋2H2O。
（4）“加压氧化”的目的是氧化残留的S2（填离子符号）。
（5）“除钴”过程中发生反应的离子方程式为Co2＋＋H2SCoS↓＋2H＋。
（6）流程中可以循环利用的物质有NH3、（NH4）2SO4、H2SO4（填化学式）。
解析：“加压氨浸”过程中Ni、NiS→[Ni（NH3）6]SO4，Cu、CuS→[Cu（NH3）4]SO4，CoS→对应络合物，FeS→Fe2O3，滤渣1为Fe2O3；“蒸氨沉铜”过程得到NH3，还发生反应：Cu2＋＋S2＋H2OCuS↓＋2H＋＋S；“加压氧化”过程发生反应：（NH4）2S2O3＋2O2＋H2O＋2NH32（NH4）2SO4；“液相氢还原”过程发生反应：Ni2＋＋H2Ni＋2H＋，滤渣2为CoS，滤液1为硫酸溶液。（1）由已知①和②知，“加压氨浸”过程中Ni元素转化为[Ni（NH3）6]SO4、Co元素转化为对应络合物、Cu元素转化为[Cu（NH3）4]2＋，则滤渣1为Fe2O3。（2）由图像可知，当氧分压为1.2 MPa，浸出温度为120 ℃，浸出时间为2 h时，镍浸出率均较高，之后再改变反应条件，镍浸出率变化均不大，故“加压氨浸”的最佳条件为氧分压为1.2 MPa，浸出温度为120 ℃，浸出时间为2 h。（3）由“加压氨浸”的反应可知，该反应为气体分子数减小的反应，故“加压氨浸”过程中“加压”的目的除了加快反应速率外，还有促进浸取反应平衡正向移动，提高浸取率。（4）由已知信息②知，整个过程中不产生SO2，而“加压氨浸”过程中产生的有（NH4）2S2O3，因此“加压氧化”的目的是氧化残留的S2，使其转化为S，以免其在酸性环境中发生自身的氧化还原反应生成SO2。（5）“除钴”过程中加入H2S，H2S与Co2＋反应生成CoS沉淀，反应的离子方程式为Co2＋＋H2SCoS↓＋2H＋。（6）由流程可知，该流程中可以循环利用的物质有NH3、（NH4）2SO4、H2SO4。
2.（2024·山东名校联盟二模）以水钴矿（Co2O3·H2O，含Fe2O3、MgO、CaO）和辉铜矿（Cu2S，含SiO2、Fe2O3）为原料制取胆矾和单质钴。
　
已知：
①常温下，Ksp（MgF2）＝6.25×10－9，Ksp（CaSO4）＝7.1×10－7，Ksp（CoCO3）＝2.4×10－7；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
金属离子 Fe3＋ Fe2＋ Co2＋ Cu2＋
开始沉淀时（c＝0.01 mol·L－1）的pH 2.7 7.5 7.6 4.7
完全沉淀时（c＝10－5 mol·L－1）的pH 3.7 9.0 9.1 6.2
③萃取Cu2＋的反应原理：Cu2＋＋2HRCuR2＋2H＋；
④Mg、Ca、Fe、Co均能与强酸反应产生H2。
回答下列问题：
（1）“酸浸”过程硫元素价态变为＋6价，写出“酸浸”过程中主要反应的化学方程式：Cu2S＋5Co2O3·H2O＋11H2SO42CuSO4＋10CoSO4＋16H2O。
（2）“滤渣1”的主要成分为SiO2、CaSO4。
（3）常温下，“滤液1”中（Fe元素都以Fe3＋形式存在）加“氧化铜”调pH不小于3.7。
（4）常温下，若“滤液2”中c（Mg2＋）＝0.015 mol·L－1（忽略溶液中极少量的Ca2＋），除去2 L“滤液2”中的Mg2＋，至少需加入NaF固体的质量为4.62g（忽略溶液体积的变化，保留三位有效数字）。
（5）“反萃取”步骤中加入的“试剂a”为稀硫酸。
（6）采用惰性电极电解CoCl2溶液，在无离子交换膜的条件下，不能用CoSO4溶液代替CoCl2溶液的理由是电解CoSO4溶液使溶液呈酸性，将生成的Co再次溶解。
解析：水钴矿（Co2O3·H2O，含Fe2O3、MgO、CaO）和辉铜矿（Cu2S，含SiO2、Fe2O3）中加硫酸进行溶解，SiO2不能被硫酸溶解，同时生成CaSO4，过滤将二者除去；溶解过程中Co3＋将Cu2S氧化，自身被还原为Co2＋；加入CuO调节pH，将Fe3＋形成沉淀过滤除去；加入NaF，可将Mg2＋和Ca2＋形成沉淀，过滤除去；加入萃取剂对Cu2＋进行萃取，以将Cu2＋和Co2＋分离，分离后加入反萃取剂硫酸进行反萃取后得含CuSO4溶液，经操作得胆矾；萃取后水相中加入碳酸钠将Co2＋沉淀形成CoCO3，加盐酸溶解后对溶液进行电解得Co。（1）“酸浸”过程Co元素化合价由＋3价降为＋2价，硫元素化合价由－2价变为＋6价，Cu元素化合价由＋1价升高为＋2价，化学方程式：Cu2S＋5Co2O3·H2O＋11H2SO42CuSO4＋10CoSO4＋16H2O。（2）“滤渣1”的主要成分：SiO2、CaSO4。（3）为确保Fe3＋完全沉淀，应调pH不小于3.7。（4）“滤液2”中c（Mg2＋）＝0.015 mol·L－1，除去后认为溶液中c（Mg2＋）≤10－5 mol·L－1，此时溶液中c（F－）＝＝ mol·L－1＝2.5×10－2 mol·L－1，该反应过程中Mg浓度变化：（0.015－0.000 01）mol·L－1，则加入NaF的物质的量：n（NaF）＝2c（Mg2＋）·V＋c（F－）·V＝0.029 98 mol·L－1×2 L＋2.5×10－2 mol·L－1×2 L＝0.109 96 mol，对应质量：0.109 96 mol×42 g·mol－1≈4.62 g。（5）根据萃取Cu2＋的反应原理：Cu2＋＋2HRCuR2＋2H＋ 及产物需得胆矾可判断，“反萃取”步骤中加入的“试剂a”为稀硫酸。（6）用CoSO4溶液代替CoCl2溶液，电解过程中阳极发生电极反应：2H2O－4e－O2↑＋4H＋，导致溶液呈酸性，而阴极生成的Co在酸性环境下被溶解。
3.（2024·江西九师大二模）以辉铜矿（主要成分为Cu2S，含少量SiO2）为原料制备草酸铜（CuC2O4）的流程如图所示：
回答下列问题：
（1）滤渣中含有单质S和SiO2（填化学式），写出“浸取”时反应的化学方程式：Cu2S＋4FeCl32CuCl2＋4FeCl2＋S。
（2）“还原”时，除生成Cu外，还有N2生成，写出该反应的离子方程式：4OH－＋2Cu2＋＋N2H4·H2O2Cu↓＋N2↑＋5H2O（或N2H4·H2O＋2Cu2＋2Cu↓＋N2↑＋4H＋＋H2O）。
（3）“氧化溶解”时，也可以直接用稀硝酸溶解Cu，但没有采用此法，考虑的主要原因是稀硝酸溶解Cu时产生有毒气体NO，污染环境（或其他合理答案）。
（4）向滤液1中加入（或通入）B（填字母），可得到一种可循环利用的物质。
A.铁 B.氯气
C.高锰酸钾 D.氯化氢
（5）“制备”时，（NH4）2C2O4过多会导致Cu2＋与C2生成环状结构的配离子[Cu（C2O4）2]2－，该配离子的结构式为（不考虑立体异构）。
（6）将一定质量的CuC2O4置于Ar气中热解，测得剩余固体的质量与原始固体的质量的比值随温度变化的曲线如图所示。350～400 ℃下剩余固体的化学式为Cu。
解析：（1）加入FeCl3溶液浸取，将Cu2S氧化为Cu2＋和S，而SiO2不溶解，故滤渣的成分为S和SiO2，浸取时FeCl3氧化Cu2S的化学方程式为Cu2S＋4FeCl32CuCl2＋4FeCl2＋S。（2）加入N2H4·H2O将Cu2＋还原为Cu，同时生成N2，其离子方程式为4OH－＋2Cu2＋＋N2H4·H2O2Cu↓＋N2↑＋5H2O或者N2H4·H2O＋2Cu2＋2Cu↓＋N2↑＋4H＋＋H2O。（3）氧化溶解时，也可以直接用稀硝酸溶解Cu，但没有采用此法，主要是因为稀硝酸溶解Cu时产生有毒气体NO，污染环境。（4）滤液1溶质的主要成分为FeCl2，可以通入Cl2，将其氧化为FeCl3，循环利用。（5）制备时（NH4）2C2O4过多会导致Cu2＋与C2生成环状结构的配离子[Cu（C2O4）2]2－，由于Cu2＋形成四个配位键，O存在孤电子对，可知其结构为。（6）350～400 ℃下，剩余固体的质量与原始固体的质量的比值为42.11％，则剩余固体的摩尔质量为152 g·mol－1×42.11％≈64 g·mol－1，可知剩余固体为Cu。
4.（2024·辽宁部分学校三模）镉（Cd）是炼锌业的副产品，主要用在电池、染料稳定剂，同时也是重要的污染源，回收再利用以减少排放是重要课题。某冶炼厂的镉废渣中主要含有Cd、CdO，还含有Cu、Zn、Pb、Fe、CuO和SiO2等杂质，从镉废渣中回收镉的一种工艺流程如图所示：
已知：①Ksp（CaSO4）＝9.1×10－6，Ksp（PbSO4）＝1.6×10－8；
②溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：
离子 Zn2＋ Cd2＋ Fe2＋ Pb2＋ Cu2＋ Fe3＋
开始沉淀时（c＝ 0.01 mol·L－1） 8.2 7.8 7.5 6.7 5.2 2.2
完全沉淀时（c＝ 1.0×10－5mol·L－1） 9.7 9.3 9.0 8.5 6.7 3.2
回答下列问题：
（1）将废渣先“浆化”再“酸浸”的目的是增大接触面积，加快“酸浸”速率和提高浸出率。
（2）“压滤”所得滤渣Ⅰ的主要成分是Cu、SiO2和PbSO4（填化学式）；“酸浸”后滤液中还含有微量的Pb2＋，其微量存在的主要原因是PbSO4的Ksp不足够小或硫酸的浓度不够大，使溶液中仍有微量Pb2＋存在。
（3）“除铁”时，加入的石灰乳调节溶液pH的范围是3.2≤pH＜5.2，若石灰乳加过量，缺陷是Cd（OH）2进入滤渣Ⅱ而损失。
（4）将“置换”出来的海绵镉在空气中堆放反复搅拌进行“自然氧化”，再用硫酸进行“酸溶”，“置换净化”处理是将残余的微量的Cu2＋和Pb2＋进行深度脱除，以提高阴极镉产品的纯度，写出“置换净化”除Pb2＋的离子反应方程式Cd＋Pb2＋Pb＋Cd2＋。
（5）电极电位是表示某种离子或原子在溶液中得失电子的难易程度。在25 ℃下，部分电对的电极电位如表所示。
电对 Fe3＋/Fe2＋ Cu2＋/Cu H＋/H2 Pb2＋/Pb
电极电位/V ＋0.771 ＋0.337 0 －0.126
电对 Cd2＋/Cd Fe2＋/Fe Zn2＋/Zn Ca2＋/Ca
电极电位/V －0.402 －0.442 －0.762 －2.86
根据表中信息和已有知识可知，采用低电流条件“电积”时，阴极主要得到的是镉不是锌的原因从表中可知Zn2＋氧化性弱于Cd2＋，不被还原。
解析：镉废渣中主要含有Cd、CdO，还含有Cu、Zn、Pb、Fe、CuO和SiO2等杂质，将镉废渣浆化，再加入稀硫酸进行酸化，可增大废渣与稀硫酸的接触面积，提高浸取率；加入稀硫酸后，Cd、CdO、Zn、Pb、Fe、CuO溶解，此时SiO2、Cu、PbSO4不溶，由于PbSO4的溶度积较大，溶液中仍溶有少量Pb2＋；加入H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，再加入石灰乳除铁，此时Fe3＋转化为Fe（OH）3沉淀；滤液中加入足量Zn，Cd2＋被还原为Cd，少量的Cu2＋、Pb2＋也会被还原；将海绵镉自然氧化，再用硫酸酸溶，加入新制海绵镉，此时对残余的微量的Cu2＋和Pb2＋进行深度脱除，以提高阴极镉产品的纯度；然后进行二次处理，再进行电积，得到阴极镉。（1）将废渣先“浆化”再“酸浸”的目的是增大接触面积，加快“酸浸”速率和提高浸出率。（2）“压滤”所得滤渣Ⅰ的主要成分是Cu、SiO2和PbSO4；Ksp（PbSO4）＝1.6×10－8，溶度积常数较大，使得“酸浸”后滤液中还含有微量的Pb2＋。（3）“除铁”时，加入的石灰乳，目的是除去Fe3＋，不让其他离子（如Cu2＋）产生沉淀，则调节溶液pH的范围是3.2≤pH＜5.2。因CaSO4微溶，“除铁”时，所得滤渣Ⅱ的成分除Fe（OH）3外还有CaSO4；若石灰乳过量，滤渣Ⅱ中常含有Cd（OH）2和Cu（OH）2。（4）根据题意判断海绵镉中有Zn、Cd和微量Cu、Pb。“酸溶”所得的溶液中含有微量的Cu2＋和Pb2＋，在“置换净化”时加入更活泼的新制海绵镉，可以将Cu2＋和Pb2＋转化为单质而除去，离子反应方程式为Cd＋Pb2＋Pb＋Cd2＋。（5）根据金属活动性顺序和题表中电对的电极电位，可推断表中元素的活动性顺序为Ca＞Zn＞Fe＞Cd＞Pb＞H＞Cu，由此可以判断电对的电极电位数值越大，电对中氧化态的氧化能力越强。根据电极电位可知氧化性：Cd2＋＞Zn2＋，故采用低电流密度条件“电积”时，阴极主要发生的电极反应为Cd2＋＋2e－Cd，Zn2＋不被还原。
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