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高中化学专题11 工业流程（解析版）
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专题11 工艺流程
1．(14分) 下面是某科研小组利用废铁屑还原浸出软锰矿(主要成分为MnO2)制备硫酸锰及电解其溶液制锰的工艺流程图：
已知：①浸出液中主要含有Fe3＋、Fe2＋、Co2＋、Ni2＋等杂质金属离子；
②生成氢氧化物的pH见下表：
物质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ni(OH)2
Co(OH)2
Mn(OH)2
开始沉淀的pH
7.5
2.7
7.7
7.6
8.3
完全沉淀的pH
9.7
3.7
8.4
8.2
9.8
请回答下列问题：
（1）“酸浸”前将原料粉碎的目的是_________________________。
（2）流程图中“①加入MnO2”的作用_________________________，MnO2还可以用其他试剂_________________________(填化学式)代替。
（3）流程图中“②调节pH”可以除去某种金属离子，应将溶液pH调节控制的范围是___～7.6。上述流程中，能循环使用的一种物质是___(填化学式)。
（4）向滤液Ⅰ中加入MnS的作用是除去Co2＋、Ni2＋等离子，其中可以发生反应为MnS(s)＋Ni2＋(aq)=NiS(s)＋Mn2＋(aq)等。当该反应完全后，滤液2中的Mn2＋与Ni2＋的物质的量浓度之比是__________[已知Ksp(MnS)＝2.8×10－10，Ksp(NiS)＝2.0×10－21]。
（5）在适当条件下，在MnSO4、H2SO4和H2O为体系的电解液中电解也可获得MnO2，其阳极电极反应式为_______________________________________。
（6）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。当x=y=时，z=__________。
【答案】（1）增大反应物的接触面积，增大反应速率(2分)
（2）将浸出液中的Fe2＋氧化为Fe3＋(2分) H2O2(2分)
（3）3.7(1分) H2SO4(1分) （4）1.4×1011(2分)
（5）Mn2＋＋2H2O－2e－=MnO2＋4H＋(2分) （6） (2分)
【解析】（1）“酸浸”前将原料粉碎，增大了反应物的接触面积，从而加快反应速率；（2）流程图中“①加入MnO2”的作用是将浸出液中的Fe2+氧化为Fe3+，同时自身被还原为Mn2+，MnO2作氧化剂，可以用试剂H2O2代替；（3）流程图中“②调节pH”可以除去铁离子，由表中数据可知：Fe3+完全沉淀时的溶液pH=3.7，则应将溶液pH调节控制的范围是3.7～7.6；上述工艺中，能循环使用的一种物质是电解过程中阳极液含的H2SO4；（4）Ksp(MnS)=2.8×10-10，Ksp(NiS)=2.0×10-21]，沉淀转化的方程式为：MnS+Ni2+=NiS+Mn2+，则Mn2+与Ni2+离子的物质的量浓度之比=c(Mn2+)：c(Ni2+)=Ksp(MnS)：Ksp(NiS)=2.8×10-10：2.0×10-21=1.4×1011； （5）在适当条件下，在MnSO4电解在阳极失去电子获得MnO2，其阳极电极反应式为：Mn2++2H2O-2e-═MnO2 +4H+；（6）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4．当x=y=时，该化合物中各元素的化合价代数和为0，+1+(+2)×+(+3)×+(+4)×z+(-2)×2=0，z=。
2．(14分) 细菌冶金是近年来新兴的绿色冶金工艺，它主要是应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿和炉渣等，以回收某些贵重有色金属和稀有金属，节约矿产资源，最大限度地利用矿藏的一种冶金方法。其中细菌治铜的生产流程为：
（1）上述生产流程中有三步用到了同一种分离方法，实验室中不能用这种分离方法来分离液态胶体中分散质的原因是________________________。
（2）绿矾(FeSO4·7H2O)是一种良好的还原剂，也可用来制取治疗缺铁性贫血的药剂和食品调味剂。在保存绿矾时，必须___。在溶液B中加入适量(NH4)2(SO4)2固体，加热浓缩时，可以得到(NH4)2Fe(SO4)4·6H2O的原因是________________________。
（3）溶液B中一定含有的金属阳离子是________________________。若在溶液A中加入少量铁屑只发生其中的一个反应，则此反应的平衡常数的表达式为__________。
（4）写出黄铜矿中的CuS·FeS在氧化亚铁硫杆菌作用下被空气氧化生成溶液A的离子方程式：________________________。
（5）氧化亚铜可用作船底防污漆，以杀死低级海生动物而保护船体，也可用作陶瓷和搪瓷的着色剂和红色玻璃的染色剂，氧化亚铜也是一种重要的半导体材料。请用浓的强碱溶液，根据反应2Cu+H2OCu2O+H2↑，设计出工业生产氧化亚铜的一种方法：__________(只要求画实验装置图，其他必要材料任选)。
【答案】（1）胶体的分散质(或胶体粒子)能透过滤纸(2分)
（2）密封保存，防止被空气中氧气氧化(2分) 相同温度下，硫酸亚铁铵在水中的溶解度比FeSO4和(NH4)2SO4的溶解度小(2分)
（3）Fe2+(2分) K=(2分)
（4）4CuS·FeS+17O2+4H+4Cu2++4Fe3++8SO42-+2H2O(2分)
（5）(2分)
【解析】（1）题给生产流程中有三步用到了同一种分离方法是过滤，胶体分散质粒子能通过滤纸，所以不能用过滤法来分离液态胶体中的分散质；（2）绿矾是一种良好的还原剂，易被氧化，所以保存绿矾时必须密封保存，防止被空气中的氧气氧化；相同温度下，硫酸亚铁铵在水中的溶解度比FeSO4和(NH4)2SO4的溶解度小，所以在溶液B中加入适量(NH4)2SO4固体，加热浓缩时，可以得到(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O；（3）溶液A中的Fe3+、Cu2+都能与铁屑反应生成Fe2+，所以加入足量铁粉后溶液中一定含有的金属阳离子是Fe2+；氧化性Fe3+>Cu2+，加入少量铁屑只发生Fe和Fe3+的反应，平衡常数的表达式为K=；（4）CuS•FeS在氧化亚铁硫杆菌作用下被空气中的氧气氧化生成Fe3+、Cu2+和SO42-，反应的离子方程式为4CuS·FeS+17O2+4H+4Cu2++4Fe3++8SO42-+2H2O；（5）根据反应2Cu+H2OCu2O+H2↑，铜失电子发生氧化反应，可用电解法制备氧化亚铜，铜作阳极，因此可设计工业生产氧化亚铜的装置图是。
3．(14分)2019年1月7日于深圳，华为宣布推出鲲鹏920芯片，创造了计算性能新记录！组成芯片的核心物质是高纯度硅。下图是以石英砂为原料同时制备硅和金属锂。
已知：LiCl的熔点是605℃、沸点是1350℃；NH4Cl在100℃开始挥发，337.8℃分解完全。常温下，Ksp[Fe(OH)3]=2.64×10－39，Ksp[Al(OH)3]=1×10－33。
（1）粗硅中常含有副产物SiC，请写出反应①中生成SiC的反应方程式______________。
（2）整个制硅过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水能发生剧烈反应，写出该反应的化学方程式 。
（3）假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应②中HCI的利用率为90%，反应③中H2的利用率为93.75%。则在第二轮次的生产中，补充投入HC1和H2的物质的量之比是 。
（4）试剂X是______；请写出操作名称：a_____；b_______。
（5）本生产工艺要求，要控制LiCl和NH4Cl溶液中的杂质离子浓度在1.0×10－6mol·L－1以下，应控制溶液的pH为_____，此时溶液中Fe3+的浓度为_______。
【答案】（1）SiO2+3CSiC+2CO↑(2分)
（2）3SiHCl3+3H2O==H2SiO3+H2↑+3HCl(2分)
（3）5：1(2分) （4）氨水(2分) 过滤(1分) 加热(1分)
（5）pH=5(2分) c(Fe3+)=2.64×10-12mol/L(2分)
【解析】（1）由图可确定反应物为二氧化硅、碳，生成物为碳化硅、一氧化碳，配平后反应方程式为：SiO2+3CSiC+2CO↑；（2）SiHCl3遇水剧烈反应，化学反应方程式3SiHCl3+3H2O==H2SiO3+H2↑+3HCl；（3）由题意可知：Si(粗)+ 3HCl == SiHCl3+ H2；SiHCl3+H2==Si(纯)+3HCl；根据方程式，制备1mol纯硅，循环生产中能产生3molHCl，但HCl的利用率是90%，因此需要增加[(3/0.9)-3]molHCl，循环生产中产生1molH2，但H2的利用率为93.75%，因此需增加[(1/0.9375)-1]molH2，因此，补充投入HCl 和H2的物质的量之比为：[(3/0.9)-3]：[(1/0.9375)-1]=5：1。（4）根据流程图，加入X后过滤得到氯化铵和氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，可以推断试剂X是氨水；氢氧化铁、氢氧化铝为沉淀，操作a的名称是过滤；根据“LiCl的熔点是605℃、沸点是1350℃，NH4Cl在100℃开始挥发，337.8℃分解完全”，分离LiCl和NH4Cl的固体混合物应用加热法，操作b的名称是加热；（5）要控制LiCl和NH4Cl溶液中的杂质离子浓度在1.0×10－6mol·L－1以下，Al(OH)3、Fe(OH)3类型相同，由于Ksp[Al(OH)3]> Ksp[Fe(OH)3]，当Al3+在1×10-6mol/L以下时，Fe3+一定在1×10-6mol/L以下，所以控制溶液中c(OH-)=mol/L=1×10-9mol/L，c(H+)=1×10-5mol/L，控制溶液的pH=5；此时溶液中Fe3+的浓度为2.64×10-39÷(1×10-9)3=2.64×10-12(mol/L)，即c(Fe3+)=2.64×10-12mol/L。
4．(14分) Ba(NO3)2可用于生产烟花。某主要生产 BaCl2、BaCO3、BaSO4 的化工厂利用某种钡泥[主要含有 BaCO3、Ba(FeO2)2、极少量 CuCO3 等]制取 Ba(NO3)2 晶体，其部分工艺流程如下：
已知：Fe3+和Fe2+以氢氧化物形式沉淀完全时，溶液的 pH 分别为 3.2 和 9.7。
（1）酸溶时通常不使用浓硝酸的原因是__________。
（2）酸溶后溶液中pH=1，Ba(FeO2)2 与HNO3 的反应化学方程式为____________。
（3）该厂结合本厂实际，中和选用的 X 为__________(填化学式)；中和使溶液中__________(填离子符号)的浓度减少(中和引起的溶液体积变化可忽略)。
（4）滤液得到 Ba(NO3)2 晶体的操作依次为_____、过滤。
（5）该厂生产的 Ba(NO3)2 晶体含有少量 Cu2+ ，可通过洗涤的方法除去。证明晶体已经洗涤干净的操作方法是____________________________________________。
（6）Ba2+致死量为355mg/kg。误食Ba2+可以服用MgSO4 溶液解毒，涉及到的离子反应方程式为___________； 为了减少环境污染，请对上述流程中不合理的设计进行改进，改进措施是_____________________________________________________。
【答案】（1）浓HNO3易挥发、分解(2分)
（2）Ba(FeO2)2＋8HNO3＝Ba(NO3)2＋2Fe(NO3)3＋4H2O (2分)
（3）BaCO3(1分) Fe3+、H+(2分)
（4）蒸发浓缩、冷却结晶(2分)
（5）取最后一次洗涤液 少许于试管中，滴加NaOH溶液无蓝色沉淀产出(2分)
（6）Ba2+ ＋ SO42－＝BaSO4 ↓(1分) 洗涤废渣并回收洗涤液 (2分)
【解析】（1）酸溶时不使用的原因是浓硝酸易挥发，分解；（2）酸溶后溶液中中pH=1，Ba(FeO2)2 与HNO3 的反应生成硝酸钡，硝酸铁和水，反应的化学方程式为Ba(FeO2)2＋8HNO3＝Ba(NO3)2＋2Fe(NO3)3＋4H2O；（3）该厂结合本厂实际，中和选用的 X必须能消耗过量硝酸并使铁离子沉淀而除去，且不引人新的杂质，可为BaCO3；中和使溶液中Fe3+、H+浓度减少；（4）滤液得到硝酸钡晶体的操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶；（5）晶体表面可能有Cu2+ ，如果洗涤干净，说明没有Cu2+ ，所以操作是取最后一次洗涤液 少许于试管中，滴加NaOH溶液无蓝色沉淀产出；（6）误食Ba2+可以服用MgSO4 溶液解毒，涉及到的离子反应方程式为Ba2+ ＋ SO42－＝BaSO4 ↓；避免引起污染，改进措施是洗涤废渣并回收洗涤液。
5．(14分) 二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料，工业上以软锰矿、菱锰矿为原料来制备。某软锰矿主要成分为MnO2，还含有Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物，其处理流程图如下：
化合物
Al(OH)3
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10-35
10-6
10-38
（1）硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为____________________________________。
（2）“氨水、搅拌”，其中“搅拌”不仅能加快反应速率，还能_________________________；滤渣A的成分是Fe(OH)3、Al(OH)3，加入氨水需调节pH 至少达到____________，恰好能使Fe3+、A13+沉淀完全。(当离子浓度降到1.0×10-5mol·L-1时即视为沉淀完全)
（3）滤渣B的成分是___________________。
（4）MnO2也可在MnSO4-H2SO4-H2O为体系的电解液中电解获得，其阳极电极反应式为_____________________________________________________。
（5）工业上采用间接氧化还原滴定法测定MnO2纯度，其操作过程如下：准确称量0.9200g该样品，与足量酸性KI 溶液充分反应后，配制成100mL溶液。取其中20.00mL，恰好与25.00mL 0.0800mol·L-1Na2S2O3溶液反应(I2+2S2O32-=2I-+S4O62-)。计算可得该样品纯度_____%。(小数点后保留1位数字)。
【答案】 （1）MnO2+2FeSO4+2H2SO4=MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O (2分)
（2）充分氧化过量的Fe2+(2分) 4(2分) （3）CuS、ZnS(2分)
（4）Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+(2分) 47.3(4分)
【解析】（1）软锰矿中加入H2SO4和过量FeSO4溶液“酸浸”时MnO2被还原为MnSO4，则FeSO4被氧化成Fe2(SO4)3，“酸浸”时发生的主要反应的化学方程式为：MnO2+2FeSO4+2H2SO4=MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O。（2）“酸浸”时除了MnO2被还原成MnSO4外，Fe、Al、Zn、Cu也溶解转化为FeSO4、Al2(SO4)3、ZnSO4、CuSO4，酸浸后过滤得到的滤液中含MnSO4、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3、ZnSO4、CuSO4；向此滤液中加入氨水并搅拌，其中“搅拌”不仅能加快反应速率，还能将Fe2+充分氧化转化成Fe3+；加入氨水调节pH使Al3+、Fe3+完全转化成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀形成滤渣A，由于Al(OH)3、Fe(OH)3类型相同且Al(OH)3的溶度积大于Fe(OH)3的溶度积，使Fe3+、Al3+完全沉淀，只要使Al3+完全沉淀，即c(Al3+)110-5mol/L，c(Al3+)·c3(OH-)=10-35，c(OH-)=110-10mol/L，c(H+)110-4mol/L，pH4，pH至少达到4能使Fe3+、Al3+沉淀完全。（3）加入氨水调节pH至5.4经过滤后滤渣A为Fe(OH)3、Al(OH)3，滤液中含MnSO4、ZnSO4、CuSO4、(NH4)2SO4，向滤液中加入MnS并加热至沸，发生沉淀的转化形成难溶的ZnS、CuS将Zn2+、Cu2+除去，过滤得到的滤渣B的成分为ZnS、CuS。（4）根据题意电解过程中MnSO4被氧化成MnO2，则阳极电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+。（5）MnO2与足量酸性KI反应的离子方程式为：MnO2+4H++2I-=Mn2++I2+2H2O，得出关系式：MnO2~I2~2Na2S2O3，n(MnO2)=n(Na2S2O3)=0.08mol/L0.025L=0.005mol，m(MnO2)=0.005mol87g/mol=0.435g，该样品纯度为100%=47.3%。
6．(14分) 钴酸锂废极片中钴回收的某种工艺流程如下图所示，其中废极片的主要成分为钴酸锂(LiCoO2)和金属铝，最终可得到Co2O3及锂盐。
（1） “还原酸浸”过程中，大部分LiCoO2可转化为CoSO4，请将该反应的化学方程式补充完整：2LiCoO2+3H2SO4+□ ==□CoSO4+□ +□ + □ 。
（2） “还原酸浸”过程中，Co、Al浸出率(进入溶液中的某元素质量占固体中该元素总质量的百分数)受硫酸浓度及温度(t)的影响分别如图1和图2所示。工艺流程中所选择的硫酸浓度为2 mol.L-1，温度为80 oC，推测其原因是_______________。
A．Co的浸出率较高 B．Co和Al浸出的速率较快
C．Al的浸出率较高 D．双氧水较易分解
（3）加入(NH4)2C2O4后得CoC2O4沉淀。写出CoC2O4沉淀在空气中高温煅烧得到Co2O3的反应的化学方程式：_____________________________。
（4）若初始投入钴酸锂废极片的质量为1 kg，煅烧后获得Co2O3的质量为83 g，已知Co的浸出率为90%，则钴酸锂废极片中钴元素的质量分数约为________(小数点后保留两位)。
（5）已知“沉锂”过程中，滤液a中的c(Li+)约为10-1 mol·L-1，部分锂盐的溶解度数据如下表所示。
温度
Li2SO4
Li2CO3
0 oC
36.1 g
1.33 g
100 oC
24.0 g
0.72 g
结合数据分析，沉锂过程所用的试剂b是________(写化学式)，相应的操作方法：向滤液a中加入略过量的试剂b，搅拌，_______________，洗涤干燥。
【答案】（1）2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2== 2CoSO4 + Li2SO4 + O2↑+ 4H2O(2分)
（2）A B (3分) （3）4CoC2O4 + 3O2== 2Co2O3 + 8CO2(2分)
（4）6.56 %(3分) （5）Na2CO3 (2分) 加热浓缩，趁热过滤(2分)
【解析】（1） “还原酸浸”过程中，大部分LiCoO2可转化为CoSO4，Co元素的化合价从+3价降低到+2价，则H2O2中O元素的化合价从－1价升高到0价，根据得失电子守恒和原子守恒，该反应的化学方程式为：2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2= 2CoSO4 + Li2SO4 + O2↑+ 4H2O；（2）由图1可知，当硫酸浓度为2 mol.L-1时，Co的浸出率较高，由图2可知，当温度为80℃，Co和Al浸出的速率较快，故选AB；（3） CoC2O4沉淀在空气中高温煅烧，CoC2O4被氧气氧化得到Co2O3，反应的化学方程式为：4CoC2O4 + 3O2= 2Co2O3 + 8CO2；（4）煅烧后获得Co2O3的质量为83 g，则Co原子的质量为：83× =59g，Co的浸出率为90%，则1 kg钴酸锂废极片中钴元素的质量分数约为×100%=6.56 %；（5）由表中数据可知，在相同温度下，Li2CO3的溶解度更小，且温度越高，Li2CO3的溶解度越小，则沉锂过程所用的试剂b是Na2CO3，相应的操作方法：向滤液a中加入略过量的Na2CO3，搅拌，加热浓缩，趁热过滤，洗涤干燥。
7．(14分) 软锰矿(主要成分为MnO2，还含有少量的Fe2O3、FeO、Al2O3和SiO2)为原料制备马日夫盐[Mn(H2PO4)2·2H2O(磷酸二氢锰)]的主要工艺流程如图：
（1）用MnO2“氧化”时发生反应的离子方程式为________________________。
（2）如何检验“沉锰”己完成___________________________________。
（3）铁离子的萃取率与接触时间和溶液的pH之间的关系如图1、2所示，则应选择的接触时间为_______；pH>1.7，铁离子的萃取率急剧下降的原因可能为____________________。
（4）结合图3的溶解度曲线，请补充完整由浸锰得到的溶液制备MnSO4·H2O的实验方案：边搅拌边向溶液中滴加适量的双氧水，再向滤液中加入MnCO3粉末调节溶液的pH范围为_________，过滤洗涤，将滤液与洗涤液合并，控制温度在80℃～90℃之间蒸发浓缩、______________，(填操作名称)得到MnSO4·H2O，用80℃～90℃的蒸馏水洗涤2～3次，放在真空干燥箱中低温干燥。[已知该溶液中pH=7.8时Mn(OH)2开始沉淀：pH=5.0时Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀完全，pH=8.8时Fe(OH)2沉淀完全]。
【答案】（1）2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O(2分)
（2）在上层清液中继续滴加Na2CO3溶液，若无沉淀生成则说明沉锰已经完成(3分)
（3）60min(2分) pH>1.7时铁离子水解生成Fe(OH)3沉淀 (2分)
（4）5.0≤pH<7.8(3分) 趁热过滤(2分)
【解析】软锰矿(主要成分为MnO2，还含有少量的Fe2O3、FeO、Al2O3和SiO2)用硫酸和二氧化硫进行酸溶转化为Fe2+、Fe3+、Al3+、Mn2+ SO42-，过滤后得到的滤液中含有Fe2+、Fe3+、Al3+、Mn2+ SO42-，由于SiO2不与硫酸反应，则滤渣1主要含有SiO2，向滤液中加入二氧化锰，主要作用是将滤液中的二价铁离子氧化为三价铁离子，二氧化锰自身转变为锰离子，方便杂质离子除去，再向滤液中加入有机萃取剂，将滤液中的三价铁离子转到有机萃取剂中，此时滤液中还有Al3+、Mn2+ SO42-，为确保三价铁离子除干净，同时把铝离子除净，但又不能减少滤液中锰离子的量，将调节溶液PH值调节为5到7.8之间，可将滤液中可能残留的三价铁和铝离子，全部转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀。再加入碳酸钠，将锰离子转变为碳酸锰沉淀，再用磷酸溶解，最后得到马日夫盐。（1）“氧化”时酸性溶液中二氧化锰与亚铁离子反应生成三价铁离子，离子方程式为2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O；（2）若锰离子全部沉淀，那么溶液中再加入碳酸钠就不会产生沉淀，因此检验方法为在上层清液中继续滴加Na2CO3溶液，若无沉淀生成则说明沉锰已经完成；（3）如图一所示，当接触60分钟时，萃取率达到最大，当pH>1.7时，Fe3+会发生水解转化为氢氧化铁沉淀，导致铁离子萃取率降低；（4）实验目的是制备MnSO4·H2O，要将杂质离子处理干净，当PH=5时铁离子完全沉淀，结合已知条件溶液中pH=7.8时Mn(OH)2开始沉淀，溶液中锰离子的量就会减少，因此溶液的PH控制在5到7.8之间，杂质离子最少，溶液中锰离子的含量最高；根据图三所示，当溶液中温度为23.9℃左右，MnSO4·H2O的溶液度最大，温度越高，MnSO4·H2O晶体析出越多，趁热过滤得到的产品的产率最高。
8．(14分)某科研小组利用工业废料(主要成分NiO，含有少量Al2O3、FeO、CuO、BaO)回收NiO，并制备其他部分产品的工艺流程如下：
已知：①溶液中离子浓度小于等于1.0×10-5 mol·L-1时，认为该离子沉淀完全。
②25℃时，部分难溶物的溶度积常数如下表所示：
难溶物
CuS
Al(OH)3
Ni(OH)2
Fe(OH)3
Fe(OH)2
溶度积常数(Ksp)
6.3×10-36
1.3×10-33
2.0×10-15
4.0×10-38
1.8×10-16
请回答下列问题：
（1）H2S的电子式为_______________________________。
（2）“酸浸”时，Ni的浸出率与温度的关系如图所示。 温度高于70℃，Ni的浸出率降低的主要原因为___________________________________________________________。
（3）“沉淀1”的主要成分为____________________(填化学式)。
（4）“滤液1”中通入H2S的作用为___________________。
（5）“转化”过程中，发生反应的主要离子方程式为________________________。
（6）25℃时，“调节pH2”使沉淀3中金属阳离子沉淀完全后，所得溶液中的c(H+)最大为____________(保留三位有效数字，已知≈1.4)。
（7）“操作I”主要包括蒸发浓缩、__________________、过滤、洗涤、干燥。
（8）NiO可通过铝热反应冶炼Ni，该反应的化学方程式为_________________________。
【答案】 （1） (1分) （2）温度升高，Ni2+的水解程度增大 (2分)
（3）BaSO4(1分) （4）将Cu2+转化为CuS沉淀除去(2分)
（5）2Fe2+ +C1O-+2H+ =2Fe3+ +Cl-+H2O(2分) （6）7.14×10-10 mol·L-1 (2分)
（7）降温结晶(或冷却结晶) (2分) （8）3NiO+2AlAl2O3 + 3Ni(2分)
【解析】（1）H2S是共价化合物，含有2个H-S键，电子式为；（2）温度升高，Ni2+的水解程度增大，生成氢氧化镍的量增大，所以温度高于70℃，Ni的浸出率降低；（3） BaO与硫酸反应生成硫酸钡沉淀，“沉淀1”的主要成分为BaSO4；（4）CuS难溶于水，“滤液1”中通入H2S的作用为将Cu2+转化为CuS沉淀除去；（5）“转化”过程中Fe2+被C1O-氧化为Fe3+，离子方程式为2Fe2+ +C1O-+2H+ =2Fe3+ +Cl-+H2O；（6）根据流程图“调节pH2”析出氢氧化镍沉淀，镍离子沉淀完全后，所得溶液中的C(OH-)= ，C(H+)= 7.14×10-10 mol·L-1 ；（7）根据流程图，沉淀2是CuS，灼烧生成氧化铜，加入硫酸生成硫酸铜溶液；通过蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥，可得硫酸铜晶体；（8）NiO与铝反应生成Ni和氧化铝，方程式为3NiO+2AlAl2O3 + 3Ni。
9．(14分)利用废碱渣(主要成分为Na2CO3)处理硫酸厂尾气中的SO2，可制得无水Na2SO3(成品)，其流程如图所示。
（1）某硫酸厂排放出的尾气中SO2的含量特别髙，而废碱渣的量不足，此时“吸收塔”内发生反应的离子方程式为_______________(不考虑H2O与SO2反应)。
（2）亚硫酸钠的溶解度曲线如图所示，则上述流程中“结晶”的方法是___________(填“蒸发结晶”或“降温结晶”)，图中a点所示分散系类别为_________(填“浊液”“胶体”或“溶液”)。
（3）仅用BaCl2、H2O2和过量稀盐酸的混合溶液难以检出“成品”中的SO32-，原因是“成品”中含有某种杂质阴离子。
①该杂质阴离子为________________(填离子符号)。
②25℃时，部分钡盐的Ksp如下表所示。
化学式
BaSO4
BaSO3
Ksp
1.1×10-10
5.5×10-7
将得到的“成品”溶于水，测得溶液中SO32-的浓度为0.5mol • L-1，为杂质阴离子浓度的10倍，向该溶液中加入等体积、0.5mol·L-1的BaCl2溶液，充分反应后c(Ba2+)=_______mol • L-1。(混合时溶液体积的变化忽略不计)
（4）某同学采用如下方法检验SO32-：
①洗涤时使用的试剂最好为____________(填字母)。
a.稀HNO3 b.蒸馏水 c.稀H2SO4
②根据上述流程中的数据(w、x、y)_____________ (填“能”或“不能”)计算出成品试样中SO32-的百分含量，若能，则SO32-的百分含量为 (若不能，则此空不填)；若不能，则理由是_____________(若能，则此空不填)。
【答案】（1） CO32-+2SO2+H2O=CO2+2HSO3- (2分)
（2）蒸发结晶(2分) 浊液(1分)
（3）①SO42- (2分) ②2.2×10-5 (2分)
（4）①b(2分) ②不能(1分) 白色沉淀B与少量盐酸反应时，BaSO3没有全部溶解(2分)
【解析】（1）某硫酸厂排放出的尾气中SO2的含量特别髙，而废碱渣的量不足，此时“吸收塔”内发生反应生成亚硫酸氢钠和二氧化碳，反应的离子方程式为CO32-+2SO2+H2O=CO2+2HSO3-。（2）上述流程中“结晶”得到无水Na2SO3，无水Na2SO3的溶解度随温度升高变化缓慢，所以“结晶”的方法是蒸发结晶，图中a点饱和溶液中含有晶体，所以图中a点所示分散系类别为浊液。（3）①该杂质阴离子为可以通过H2O2与SO32-反应生成的SO42-。②从钡盐的Ksp和溶液中SO32-的浓度为SO42-的10倍判断，先生成硫酸钡沉淀，后生成亚硫酸钡沉淀。剩余SO32-的浓度为0.025mol • L-1，c(Ba2+)=Ksp(BaSO3)/剩余SO32-的浓度=2.2×10-5mol • L-1。（4）①a项，稀HNO3可将BaSO3氧化为BaSO4；b项，蒸馏水可洗去杂质离子；c项，稀H2SO4可将过量部分BaCl2转化为BaSO4。故选b。②根据上述流程中的数据(w、x、y)不能计算出成品试样中SO32-的百分含量，理由是白色沉淀B与少量盐酸反应时，BaSO3没有全部溶解。
专题11 工艺流程
1．(14分) 下面是某科研小组利用废铁屑还原浸出软锰矿(主要成分为MnO2)制备硫酸锰及电解其溶液制锰的工艺流程图：
已知：①浸出液中主要含有Fe3＋、Fe2＋、Co2＋、Ni2＋等杂质金属离子；
②生成氢氧化物的pH见下表：
物质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ni(OH)2
Co(OH)2
Mn(OH)2
开始沉淀的pH
7.5
2.7
7.7
7.6
8.3
完全沉淀的pH
9.7
3.7
8.4
8.2
9.8
请回答下列问题：
（1）“酸浸”前将原料粉碎的目的是_________________________。
（2）流程图中“①加入MnO2”的作用_________________________，MnO2还可以用其他试剂_________________________(填化学式)代替。
（3）流程图中“②调节pH”可以除去某种金属离子，应将溶液pH调节控制的范围是___～7.6。上述流程中，能循环使用的一种物质是___(填化学式)。
（4）向滤液Ⅰ中加入MnS的作用是除去Co2＋、Ni2＋等离子，其中可以发生反应为MnS(s)＋Ni2＋(aq)=NiS(s)＋Mn2＋(aq)等。当该反应完全后，滤液2中的Mn2＋与Ni2＋的物质的量浓度之比是__________[已知Ksp(MnS)＝2.8×10－10，Ksp(NiS)＝2.0×10－21]。
（5）在适当条件下，在MnSO4、H2SO4和H2O为体系的电解液中电解也可获得MnO2，其阳极电极反应式为_______________________________________。
（6）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。当x=y=时，z=__________。
【答案】（1）增大反应物的接触面积，增大反应速率(2分)
（2）将浸出液中的Fe2＋氧化为Fe3＋(2分) H2O2(2分)
（3）3.7(1分) H2SO4(1分) （4）1.4×1011(2分)
（5）Mn2＋＋2H2O－2e－=MnO2＋4H＋(2分) （6） (2分)
【解析】（1）“酸浸”前将原料粉碎，增大了反应物的接触面积，从而加快反应速率；（2）流程图中“①加入MnO2”的作用是将浸出液中的Fe2+氧化为Fe3+，同时自身被还原为Mn2+，MnO2作氧化剂，可以用试剂H2O2代替；（3）流程图中“②调节pH”可以除去铁离子，由表中数据可知：Fe3+完全沉淀时的溶液pH=3.7，则应将溶液pH调节控制的范围是3.7～7.6；上述工艺中，能循环使用的一种物质是电解过程中阳极液含的H2SO4；（4）Ksp(MnS)=2.8×10-10，Ksp(NiS)=2.0×10-21]，沉淀转化的方程式为：MnS+Ni2+=NiS+Mn2+，则Mn2+与Ni2+离子的物质的量浓度之比=c(Mn2+)：c(Ni2+)=Ksp(MnS)：Ksp(NiS)=2.8×10-10：2.0×10-21=1.4×1011； （5）在适当条件下，在MnSO4电解在阳极失去电子获得MnO2，其阳极电极反应式为：Mn2++2H2O-2e-═MnO2 +4H+；（6）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4．当x=y=时，该化合物中各元素的化合价代数和为0，+1+(+2)×+(+3)×+(+4)×z+(-2)×2=0，z=。
2．(14分) 细菌冶金是近年来新兴的绿色冶金工艺，它主要是应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿和炉渣等，以回收某些贵重有色金属和稀有金属，节约矿产资源，最大限度地利用矿藏的一种冶金方法。其中细菌治铜的生产流程为：
（1）上述生产流程中有三步用到了同一种分离方法，实验室中不能用这种分离方法来分离液态胶体中分散质的原因是________________________。
（2）绿矾(FeSO4·7H2O)是一种良好的还原剂，也可用来制取治疗缺铁性贫血的药剂和食品调味剂。在保存绿矾时，必须___。在溶液B中加入适量(NH4)2(SO4)2固体，加热浓缩时，可以得到(NH4)2Fe(SO4)4·6H2O的原因是________________________。
（3）溶液B中一定含有的金属阳离子是________________________。若在溶液A中加入少量铁屑只发生其中的一个反应，则此反应的平衡常数的表达式为__________。
（4）写出黄铜矿中的CuS·FeS在氧化亚铁硫杆菌作用下被空气氧化生成溶液A的离子方程式：________________________。
（5）氧化亚铜可用作船底防污漆，以杀死低级海生动物而保护船体，也可用作陶瓷和搪瓷的着色剂和红色玻璃的染色剂，氧化亚铜也是一种重要的半导体材料。请用浓的强碱溶液，根据反应2Cu+H2OCu2O+H2↑，设计出工业生产氧化亚铜的一种方法：__________(只要求画实验装置图，其他必要材料任选)。
【答案】（1）胶体的分散质(或胶体粒子)能透过滤纸(2分)
（2）密封保存，防止被空气中氧气氧化(2分) 相同温度下，硫酸亚铁铵在水中的溶解度比FeSO4和(NH4)2SO4的溶解度小(2分)
（3）Fe2+(2分) K=(2分)
（4）4CuS·FeS+17O2+4H+4Cu2++4Fe3++8SO42-+2H2O(2分)
（5）(2分)
【解析】（1）题给生产流程中有三步用到了同一种分离方法是过滤，胶体分散质粒子能通过滤纸，所以不能用过滤法来分离液态胶体中的分散质；（2）绿矾是一种良好的还原剂，易被氧化，所以保存绿矾时必须密封保存，防止被空气中的氧气氧化；相同温度下，硫酸亚铁铵在水中的溶解度比FeSO4和(NH4)2SO4的溶解度小，所以在溶液B中加入适量(NH4)2SO4固体，加热浓缩时，可以得到(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O；（3）溶液A中的Fe3+、Cu2+都能与铁屑反应生成Fe2+，所以加入足量铁粉后溶液中一定含有的金属阳离子是Fe2+；氧化性Fe3+>Cu2+，加入少量铁屑只发生Fe和Fe3+的反应，平衡常数的表达式为K=；（4）CuS•FeS在氧化亚铁硫杆菌作用下被空气中的氧气氧化生成Fe3+、Cu2+和SO42-，反应的离子方程式为4CuS·FeS+17O2+4H+4Cu2++4Fe3++8SO42-+2H2O；（5）根据反应2Cu+H2OCu2O+H2↑，铜失电子发生氧化反应，可用电解法制备氧化亚铜，铜作阳极，因此可设计工业生产氧化亚铜的装置图是。
3．(14分)2019年1月7日于深圳，华为宣布推出鲲鹏920芯片，创造了计算性能新记录！组成芯片的核心物质是高纯度硅。下图是以石英砂为原料同时制备硅和金属锂。
已知：LiCl的熔点是605℃、沸点是1350℃；NH4Cl在100℃开始挥发，337.8℃分解完全。常温下，Ksp[Fe(OH)3]=2.64×10－39，Ksp[Al(OH)3]=1×10－33。
（1）粗硅中常含有副产物SiC，请写出反应①中生成SiC的反应方程式______________。
（2）整个制硅过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水能发生剧烈反应，写出该反应的化学方程式 。
（3）假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应②中HCI的利用率为90%，反应③中H2的利用率为93.75%。则在第二轮次的生产中，补充投入HC1和H2的物质的量之比是 。
（4）试剂X是______；请写出操作名称：a_____；b_______。
（5）本生产工艺要求，要控制LiCl和NH4Cl溶液中的杂质离子浓度在1.0×10－6mol·L－1以下，应控制溶液的pH为_____，此时溶液中Fe3+的浓度为_______。
【答案】（1）SiO2+3CSiC+2CO↑(2分)
（2）3SiHCl3+3H2O==H2SiO3+H2↑+3HCl(2分)
（3）5：1(2分) （4）氨水(2分) 过滤(1分) 加热(1分)
（5）pH=5(2分) c(Fe3+)=2.64×10-12mol/L(2分)
【解析】（1）由图可确定反应物为二氧化硅、碳，生成物为碳化硅、一氧化碳，配平后反应方程式为：SiO2+3CSiC+2CO↑；（2）SiHCl3遇水剧烈反应，化学反应方程式3SiHCl3+3H2O==H2SiO3+H2↑+3HCl；（3）由题意可知：Si(粗)+ 3HCl == SiHCl3+ H2；SiHCl3+H2==Si(纯)+3HCl；根据方程式，制备1mol纯硅，循环生产中能产生3molHCl，但HCl的利用率是90%，因此需要增加[(3/0.9)-3]molHCl，循环生产中产生1molH2，但H2的利用率为93.75%，因此需增加[(1/0.9375)-1]molH2，因此，补充投入HCl 和H2的物质的量之比为：[(3/0.9)-3]：[(1/0.9375)-1]=5：1。（4）根据流程图，加入X后过滤得到氯化铵和氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，可以推断试剂X是氨水；氢氧化铁、氢氧化铝为沉淀，操作a的名称是过滤；根据“LiCl的熔点是605℃、沸点是1350℃，NH4Cl在100℃开始挥发，337.8℃分解完全”，分离LiCl和NH4Cl的固体混合物应用加热法，操作b的名称是加热；（5）要控制LiCl和NH4Cl溶液中的杂质离子浓度在1.0×10－6mol·L－1以下，Al(OH)3、Fe(OH)3类型相同，由于Ksp[Al(OH)3]> Ksp[Fe(OH)3]，当Al3+在1×10-6mol/L以下时，Fe3+一定在1×10-6mol/L以下，所以控制溶液中c(OH-)=mol/L=1×10-9mol/L，c(H+)=1×10-5mol/L，控制溶液的pH=5；此时溶液中Fe3+的浓度为2.64×10-39÷(1×10-9)3=2.64×10-12(mol/L)，即c(Fe3+)=2.64×10-12mol/L。
4．(14分) Ba(NO3)2可用于生产烟花。某主要生产 BaCl2、BaCO3、BaSO4 的化工厂利用某种钡泥[主要含有 BaCO3、Ba(FeO2)2、极少量 CuCO3 等]制取 Ba(NO3)2 晶体，其部分工艺流程如下：
已知：Fe3+和Fe2+以氢氧化物形式沉淀完全时，溶液的 pH 分别为 3.2 和 9.7。
（1）酸溶时通常不使用浓硝酸的原因是__________。
（2）酸溶后溶液中pH=1，Ba(FeO2)2 与HNO3 的反应化学方程式为____________。
（3）该厂结合本厂实际，中和选用的 X 为__________(填化学式)；中和使溶液中__________(填离子符号)的浓度减少(中和引起的溶液体积变化可忽略)。
（4）滤液得到 Ba(NO3)2 晶体的操作依次为_____、过滤。
（5）该厂生产的 Ba(NO3)2 晶体含有少量 Cu2+ ，可通过洗涤的方法除去。证明晶体已经洗涤干净的操作方法是____________________________________________。
（6）Ba2+致死量为355mg/kg。误食Ba2+可以服用MgSO4 溶液解毒，涉及到的离子反应方程式为___________； 为了减少环境污染，请对上述流程中不合理的设计进行改进，改进措施是_____________________________________________________。
【答案】（1）浓HNO3易挥发、分解(2分)
（2）Ba(FeO2)2＋8HNO3＝Ba(NO3)2＋2Fe(NO3)3＋4H2O (2分)
（3）BaCO3(1分) Fe3+、H+(2分)
（4）蒸发浓缩、冷却结晶(2分)
（5）取最后一次洗涤液 少许于试管中，滴加NaOH溶液无蓝色沉淀产出(2分)
（6）Ba2+ ＋ SO42－＝BaSO4 ↓(1分) 洗涤废渣并回收洗涤液 (2分)
【解析】（1）酸溶时不使用的原因是浓硝酸易挥发，分解；（2）酸溶后溶液中中pH=1，Ba(FeO2)2 与HNO3 的反应生成硝酸钡，硝酸铁和水，反应的化学方程式为Ba(FeO2)2＋8HNO3＝Ba(NO3)2＋2Fe(NO3)3＋4H2O；（3）该厂结合本厂实际，中和选用的 X必须能消耗过量硝酸并使铁离子沉淀而除去，且不引人新的杂质，可为BaCO3；中和使溶液中Fe3+、H+浓度减少；（4）滤液得到硝酸钡晶体的操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶；（5）晶体表面可能有Cu2+ ，如果洗涤干净，说明没有Cu2+ ，所以操作是取最后一次洗涤液 少许于试管中，滴加NaOH溶液无蓝色沉淀产出；（6）误食Ba2+可以服用MgSO4 溶液解毒，涉及到的离子反应方程式为Ba2+ ＋ SO42－＝BaSO4 ↓；避免引起污染，改进措施是洗涤废渣并回收洗涤液。
5．(14分) 二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料，工业上以软锰矿、菱锰矿为原料来制备。某软锰矿主要成分为MnO2，还含有Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物，其处理流程图如下：
化合物
Al(OH)3
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10-35
10-6
10-38
（1）硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为____________________________________。
（2）“氨水、搅拌”，其中“搅拌”不仅能加快反应速率，还能_________________________；滤渣A的成分是Fe(OH)3、Al(OH)3，加入氨水需调节pH 至少达到____________，恰好能使Fe3+、A13+沉淀完全。(当离子浓度降到1.0×10-5mol·L-1时即视为沉淀完全)
（3）滤渣B的成分是___________________。
（4）MnO2也可在MnSO4-H2SO4-H2O为体系的电解液中电解获得，其阳极电极反应式为_____________________________________________________。
（5）工业上采用间接氧化还原滴定法测定MnO2纯度，其操作过程如下：准确称量0.9200g该样品，与足量酸性KI 溶液充分反应后，配制成100mL溶液。取其中20.00mL，恰好与25.00mL 0.0800mol·L-1Na2S2O3溶液反应(I2+2S2O32-=2I-+S4O62-)。计算可得该样品纯度_____%。(小数点后保留1位数字)。
【答案】 （1）MnO2+2FeSO4+2H2SO4=MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O (2分)
（2）充分氧化过量的Fe2+(2分) 4(2分) （3）CuS、ZnS(2分)
（4）Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+(2分) 47.3(4分)
【解析】（1）软锰矿中加入H2SO4和过量FeSO4溶液“酸浸”时MnO2被还原为MnSO4，则FeSO4被氧化成Fe2(SO4)3，“酸浸”时发生的主要反应的化学方程式为：MnO2+2FeSO4+2H2SO4=MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O。（2）“酸浸”时除了MnO2被还原成MnSO4外，Fe、Al、Zn、Cu也溶解转化为FeSO4、Al2(SO4)3、ZnSO4、CuSO4，酸浸后过滤得到的滤液中含MnSO4、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3、ZnSO4、CuSO4；向此滤液中加入氨水并搅拌，其中“搅拌”不仅能加快反应速率，还能将Fe2+充分氧化转化成Fe3+；加入氨水调节pH使Al3+、Fe3+完全转化成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀形成滤渣A，由于Al(OH)3、Fe(OH)3类型相同且Al(OH)3的溶度积大于Fe(OH)3的溶度积，使Fe3+、Al3+完全沉淀，只要使Al3+完全沉淀，即c(Al3+)110-5mol/L，c(Al3+)·c3(OH-)=10-35，c(OH-)=110-10mol/L，c(H+)110-4mol/L，pH4，pH至少达到4能使Fe3+、Al3+沉淀完全。（3）加入氨水调节pH至5.4经过滤后滤渣A为Fe(OH)3、Al(OH)3，滤液中含MnSO4、ZnSO4、CuSO4、(NH4)2SO4，向滤液中加入MnS并加热至沸，发生沉淀的转化形成难溶的ZnS、CuS将Zn2+、Cu2+除去，过滤得到的滤渣B的成分为ZnS、CuS。（4）根据题意电解过程中MnSO4被氧化成MnO2，则阳极电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+。（5）MnO2与足量酸性KI反应的离子方程式为：MnO2+4H++2I-=Mn2++I2+2H2O，得出关系式：MnO2~I2~2Na2S2O3，n(MnO2)=n(Na2S2O3)=0.08mol/L0.025L=0.005mol，m(MnO2)=0.005mol87g/mol=0.435g，该样品纯度为100%=47.3%。
6．(14分) 钴酸锂废极片中钴回收的某种工艺流程如下图所示，其中废极片的主要成分为钴酸锂(LiCoO2)和金属铝，最终可得到Co2O3及锂盐。
（1） “还原酸浸”过程中，大部分LiCoO2可转化为CoSO4，请将该反应的化学方程式补充完整：2LiCoO2+3H2SO4+□ ==□CoSO4+□ +□ + □ 。
（2） “还原酸浸”过程中，Co、Al浸出率(进入溶液中的某元素质量占固体中该元素总质量的百分数)受硫酸浓度及温度(t)的影响分别如图1和图2所示。工艺流程中所选择的硫酸浓度为2 mol.L-1，温度为80 oC，推测其原因是_______________。
A．Co的浸出率较高 B．Co和Al浸出的速率较快
C．Al的浸出率较高 D．双氧水较易分解
（3）加入(NH4)2C2O4后得CoC2O4沉淀。写出CoC2O4沉淀在空气中高温煅烧得到Co2O3的反应的化学方程式：_____________________________。
（4）若初始投入钴酸锂废极片的质量为1 kg，煅烧后获得Co2O3的质量为83 g，已知Co的浸出率为90%，则钴酸锂废极片中钴元素的质量分数约为________(小数点后保留两位)。
（5）已知“沉锂”过程中，滤液a中的c(Li+)约为10-1 mol·L-1，部分锂盐的溶解度数据如下表所示。
温度
Li2SO4
Li2CO3
0 oC
36.1 g
1.33 g
100 oC
24.0 g
0.72 g
结合数据分析，沉锂过程所用的试剂b是________(写化学式)，相应的操作方法：向滤液a中加入略过量的试剂b，搅拌，_______________，洗涤干燥。
【答案】（1）2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2== 2CoSO4 + Li2SO4 + O2↑+ 4H2O(2分)
（2）A B (3分) （3）4CoC2O4 + 3O2== 2Co2O3 + 8CO2(2分)
（4）6.56 %(3分) （5）Na2CO3 (2分) 加热浓缩，趁热过滤(2分)
【解析】（1） “还原酸浸”过程中，大部分LiCoO2可转化为CoSO4，Co元素的化合价从+3价降低到+2价，则H2O2中O元素的化合价从－1价升高到0价，根据得失电子守恒和原子守恒，该反应的化学方程式为：2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2= 2CoSO4 + Li2SO4 + O2↑+ 4H2O；（2）由图1可知，当硫酸浓度为2 mol.L-1时，Co的浸出率较高，由图2可知，当温度为80℃，Co和Al浸出的速率较快，故选AB；（3） CoC2O4沉淀在空气中高温煅烧，CoC2O4被氧气氧化得到Co2O3，反应的化学方程式为：4CoC2O4 + 3O2= 2Co2O3 + 8CO2；（4）煅烧后获得Co2O3的质量为83 g，则Co原子的质量为：83× =59g，Co的浸出率为90%，则1 kg钴酸锂废极片中钴元素的质量分数约为×100%=6.56 %；（5）由表中数据可知，在相同温度下，Li2CO3的溶解度更小，且温度越高，Li2CO3的溶解度越小，则沉锂过程所用的试剂b是Na2CO3，相应的操作方法：向滤液a中加入略过量的Na2CO3，搅拌，加热浓缩，趁热过滤，洗涤干燥。
7．(14分) 软锰矿(主要成分为MnO2，还含有少量的Fe2O3、FeO、Al2O3和SiO2)为原料制备马日夫盐[Mn(H2PO4)2·2H2O(磷酸二氢锰)]的主要工艺流程如图：
（1）用MnO2“氧化”时发生反应的离子方程式为________________________。
（2）如何检验“沉锰”己完成___________________________________。
（3）铁离子的萃取率与接触时间和溶液的pH之间的关系如图1、2所示，则应选择的接触时间为_______；pH>1.7，铁离子的萃取率急剧下降的原因可能为____________________。
（4）结合图3的溶解度曲线，请补充完整由浸锰得到的溶液制备MnSO4·H2O的实验方案：边搅拌边向溶液中滴加适量的双氧水，再向滤液中加入MnCO3粉末调节溶液的pH范围为_________，过滤洗涤，将滤液与洗涤液合并，控制温度在80℃～90℃之间蒸发浓缩、______________，(填操作名称)得到MnSO4·H2O，用80℃～90℃的蒸馏水洗涤2～3次，放在真空干燥箱中低温干燥。[已知该溶液中pH=7.8时Mn(OH)2开始沉淀：pH=5.0时Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀完全，pH=8.8时Fe(OH)2沉淀完全]。
【答案】（1）2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O(2分)
（2）在上层清液中继续滴加Na2CO3溶液，若无沉淀生成则说明沉锰已经完成(3分)
（3）60min(2分) pH>1.7时铁离子水解生成Fe(OH)3沉淀 (2分)
（4）5.0≤pH<7.8(3分) 趁热过滤(2分)
【解析】软锰矿(主要成分为MnO2，还含有少量的Fe2O3、FeO、Al2O3和SiO2)用硫酸和二氧化硫进行酸溶转化为Fe2+、Fe3+、Al3+、Mn2+ SO42-，过滤后得到的滤液中含有Fe2+、Fe3+、Al3+、Mn2+ SO42-，由于SiO2不与硫酸反应，则滤渣1主要含有SiO2，向滤液中加入二氧化锰，主要作用是将滤液中的二价铁离子氧化为三价铁离子，二氧化锰自身转变为锰离子，方便杂质离子除去，再向滤液中加入有机萃取剂，将滤液中的三价铁离子转到有机萃取剂中，此时滤液中还有Al3+、Mn2+ SO42-，为确保三价铁离子除干净，同时把铝离子除净，但又不能减少滤液中锰离子的量，将调节溶液PH值调节为5到7.8之间，可将滤液中可能残留的三价铁和铝离子，全部转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀。再加入碳酸钠，将锰离子转变为碳酸锰沉淀，再用磷酸溶解，最后得到马日夫盐。（1）“氧化”时酸性溶液中二氧化锰与亚铁离子反应生成三价铁离子，离子方程式为2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O；（2）若锰离子全部沉淀，那么溶液中再加入碳酸钠就不会产生沉淀，因此检验方法为在上层清液中继续滴加Na2CO3溶液，若无沉淀生成则说明沉锰已经完成；（3）如图一所示，当接触60分钟时，萃取率达到最大，当pH>1.7时，Fe3+会发生水解转化为氢氧化铁沉淀，导致铁离子萃取率降低；（4）实验目的是制备MnSO4·H2O，要将杂质离子处理干净，当PH=5时铁离子完全沉淀，结合已知条件溶液中pH=7.8时Mn(OH)2开始沉淀，溶液中锰离子的量就会减少，因此溶液的PH控制在5到7.8之间，杂质离子最少，溶液中锰离子的含量最高；根据图三所示，当溶液中温度为23.9℃左右，MnSO4·H2O的溶液度最大，温度越高，MnSO4·H2O晶体析出越多，趁热过滤得到的产品的产率最高。
8．(14分)某科研小组利用工业废料(主要成分NiO，含有少量Al2O3、FeO、CuO、BaO)回收NiO，并制备其他部分产品的工艺流程如下：
已知：①溶液中离子浓度小于等于1.0×10-5 mol·L-1时，认为该离子沉淀完全。
②25℃时，部分难溶物的溶度积常数如下表所示：
难溶物
CuS
Al(OH)3
Ni(OH)2
Fe(OH)3
Fe(OH)2
溶度积常数(Ksp)
6.3×10-36
1.3×10-33
2.0×10-15
4.0×10-38
1.8×10-16
请回答下列问题：
（1）H2S的电子式为_______________________________。
（2）“酸浸”时，Ni的浸出率与温度的关系如图所示。 温度高于70℃，Ni的浸出率降低的主要原因为___________________________________________________________。
（3）“沉淀1”的主要成分为____________________(填化学式)。
（4）“滤液1”中通入H2S的作用为___________________。
（5）“转化”过程中，发生反应的主要离子方程式为________________________。
（6）25℃时，“调节pH2”使沉淀3中金属阳离子沉淀完全后，所得溶液中的c(H+)最大为____________(保留三位有效数字，已知≈1.4)。
（7）“操作I”主要包括蒸发浓缩、__________________、过滤、洗涤、干燥。
（8）NiO可通过铝热反应冶炼Ni，该反应的化学方程式为_________________________。
【答案】 （1） (1分) （2）温度升高，Ni2+的水解程度增大 (2分)
（3）BaSO4(1分) （4）将Cu2+转化为CuS沉淀除去(2分)
（5）2Fe2+ +C1O-+2H+ =2Fe3+ +Cl-+H2O(2分) （6）7.14×10-10 mol·L-1 (2分)
（7）降温结晶(或冷却结晶) (2分) （8）3NiO+2AlAl2O3 + 3Ni(2分)
【解析】（1）H2S是共价化合物，含有2个H-S键，电子式为；（2）温度升高，Ni2+的水解程度增大，生成氢氧化镍的量增大，所以温度高于70℃，Ni的浸出率降低；（3） BaO与硫酸反应生成硫酸钡沉淀，“沉淀1”的主要成分为BaSO4；（4）CuS难溶于水，“滤液1”中通入H2S的作用为将Cu2+转化为CuS沉淀除去；（5）“转化”过程中Fe2+被C1O-氧化为Fe3+，离子方程式为2Fe2+ +C1O-+2H+ =2Fe3+ +Cl-+H2O；（6）根据流程图“调节pH2”析出氢氧化镍沉淀，镍离子沉淀完全后，所得溶液中的C(OH-)= ，C(H+)= 7.14×10-10 mol·L-1 ；（7）根据流程图，沉淀2是CuS，灼烧生成氧化铜，加入硫酸生成硫酸铜溶液；通过蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥，可得硫酸铜晶体；（8）NiO与铝反应生成Ni和氧化铝，方程式为3NiO+2AlAl2O3 + 3Ni。
9．(14分)利用废碱渣(主要成分为Na2CO3)处理硫酸厂尾气中的SO2，可制得无水Na2SO3(成品)，其流程如图所示。
（1）某硫酸厂排放出的尾气中SO2的含量特别髙，而废碱渣的量不足，此时“吸收塔”内发生反应的离子方程式为_______________(不考虑H2O与SO2反应)。
（2）亚硫酸钠的溶解度曲线如图所示，则上述流程中“结晶”的方法是___________(填“蒸发结晶”或“降温结晶”)，图中a点所示分散系类别为_________(填“浊液”“胶体”或“溶液”)。
（3）仅用BaCl2、H2O2和过量稀盐酸的混合溶液难以检出“成品”中的SO32-，原因是“成品”中含有某种杂质阴离子。
①该杂质阴离子为________________(填离子符号)。
②25℃时，部分钡盐的Ksp如下表所示。
化学式
BaSO4
BaSO3
Ksp
1.1×10-10
5.5×10-7
将得到的“成品”溶于水，测得溶液中SO32-的浓度为0.5mol • L-1，为杂质阴离子浓度的10倍，向该溶液中加入等体积、0.5mol·L-1的BaCl2溶液，充分反应后c(Ba2+)=_______mol • L-1。(混合时溶液体积的变化忽略不计)
（4）某同学采用如下方法检验SO32-：
①洗涤时使用的试剂最好为____________(填字母)。
a.稀HNO3 b.蒸馏水 c.稀H2SO4
②根据上述流程中的数据(w、x、y)_____________ (填“能”或“不能”)计算出成品试样中SO32-的百分含量，若能，则SO32-的百分含量为 (若不能，则此空不填)；若不能，则理由是_____________(若能，则此空不填)。
【答案】（1） CO32-+2SO2+H2O=CO2+2HSO3- (2分)
（2）蒸发结晶(2分) 浊液(1分)
（3）①SO42- (2分) ②2.2×10-5 (2分)
（4）①b(2分) ②不能(1分) 白色沉淀B与少量盐酸反应时，BaSO3没有全部溶解(2分)
【解析】（1）某硫酸厂排放出的尾气中SO2的含量特别髙，而废碱渣的量不足，此时“吸收塔”内发生反应生成亚硫酸氢钠和二氧化碳，反应的离子方程式为CO32-+2SO2+H2O=CO2+2HSO3-。（2）上述流程中“结晶”得到无水Na2SO3，无水Na2SO3的溶解度随温度升高变化缓慢，所以“结晶”的方法是蒸发结晶，图中a点饱和溶液中含有晶体，所以图中a点所示分散系类别为浊液。（3）①该杂质阴离子为可以通过H2O2与SO32-反应生成的SO42-。②从钡盐的Ksp和溶液中SO32-的浓度为SO42-的10倍判断，先生成硫酸钡沉淀，后生成亚硫酸钡沉淀。剩余SO32-的浓度为0.025mol • L-1，c(Ba2+)=Ksp(BaSO3)/剩余SO32-的浓度=2.2×10-5mol • L-1。（4）①a项，稀HNO3可将BaSO3氧化为BaSO4；b项，蒸馏水可洗去杂质离子；c项，稀H2SO4可将过量部分BaCl2转化为BaSO4。故选b。②根据上述流程中的数据(w、x、y)不能计算出成品试样中SO32-的百分含量，理由是白色沉淀B与少量盐酸反应时，BaSO3没有全部溶解。
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