适用于新高考新教材广西专版2024届高考化学一轮总复习热点专项练14化工流程中生产条件的控制及Ksp的应用
展开已知:①“浸取”后溶液中的阳离子主要是[Zn(NH3)4]2+、[Cu(NH3)4]2+。
②25 ℃时Ksp(ZnS)=1.6×10-24;深度除杂标准:溶液中≤2.0×10-6。回答下列问题:
(1)滤渣①的主要成分是 (填化学式);“浸取”时,ZnO发生反应的离子方程式为 。
(2)加入过量氨水的作用之一是使ZnO、CuO溶解,另一个作用是 ;“萃取”时需要进行多次萃取且合并萃取液,其目的是 。
(3)“深度除铜”时涉及的部分反应为:
[Cu(NH3)4]2++4H2OCu2++4NH3·H2O K1=a
[Cu(NH3)4]2++S2-+4H2OCuS↓+4NH3·H2O K2=b
(NH4)2S的加入量[×100%]对锌的回收率及铜锌比[]的影响如图所示。
①当(NH4)2S加入量超过100%时,锌的回收率下降的可能原因是 (用离子方程式表示)。
②(NH4)2S较为合理的加入量约为120%,理由是 。
③室温下,向“浸取”液中加入一定量(NH4)2S固体,“深度除铜”后,测得溶液中c(Cu2+)为1.0×10-8 ml·L-1,此时溶液中c(S2-)为 ml·L-1(用含a、b的代数式表示,忽略S2-水解)。
(4)用惰性电极“电解”时,阴极存在竞争反应,该竞争反应的电极反应式为 。
2.锑(Sb)是第五周期第ⅤA族元素,三氧化二锑是一种两性氧化物,俗称锑白,不溶于水,可用作白色颜料、油漆和塑料阻燃剂。以脆硫铅锑矿(主要成分为Pb4FeSb6S14)为原料制备锑白的工艺流程如图所示。
已知常温下,溶液中金属阳离子开始沉淀、完全沉淀的pH如表所示:
回答下列问题:
(1)Pb4FeSb6S14中各元素的化合价均为整数,已知铅元素为+2价,则铁元素的化合价为 ;X的成分是 。
(2)氧化过程中,反应后锑为最高价态,则参加反应的n(Pb4FeSb6S14)∶n(Cl2)= ;还原过程中发生多个反应,其中之一是Fe3+被还原为Fe2+,将Fe3+还原为Fe2+的目的是 。
(3)常温下,Fe(OH)2的Ksp为 (当溶液中某离子浓度c≤1×10-5 ml·L-1时,可认为该离子沉淀完全)。
(4)水解过程中加入热水的原因是 ;写出生成Sb(OH)2Cl的离子方程式: 。
(5)写出加入氨水后SbOCl发生反应的化学方程式: 。
3.以镁铝复合氧化物(MgO-Al2O3)为载体的负载型镍铜双金属催化剂(Ni-Cu/MgO-Al2O3)是一种新型高效加氢或脱氢催化剂,其制备流程如下:
已知:常温下,Ksp[Cu(OH)2]=2.21×10-20,Ksp[Al(OH)3]=1.30×10-33。回答下列问题:
(1)在加热条件下,尿素[CO(NH2)2]在水中发生水解反应,放出 和 两种气体。(写化学式)
(2)“晶化”过程中,需保持恒温60 ℃,可采用的加热方式为 。
(3)“洗涤”过程中,检验滤饼是否洗净的方法是 。
(4)常温下,若“悬浊液”中=1.7×109,则溶液的pH= 。
(5)“还原”过程中所发生反应的化学方程式为 。
(6)NiSO4在强碱溶液中被NaClO氧化可得NiOOH,该物质能用作碱性镍镉电池的正极材料。其电池总反应为Cd(s)+2NiOOH(s)+2H2O(l)Cd(OH)2(s)+2Ni(OH)2(s)。
①放电一段时间后,溶液的pH将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
②充电时,阳极发生的电极反应为 。
参考答案
热点专项练14 化工流程中生产
条件的控制及Ksp的应用
1.答案 (1)Fe2O3、MnO2 2NH3·H2O+2N+ZnOZn[(NH3)4]2++3H2O
(2)使部分NH4HCO3转化为(NH4)2CO3或促进反应正向进行,有利于锌的浸出 收集尽可能多的Zn2+,提高的Zn2+的萃取率
(3)①Zn[(NH3)4]2++S2-ZnS↓+4NH3↑ ②锌的回收率高,铜锌比较低,且高于120%时铜锌比变化较缓慢 ③×108
(4)2H++2e-H2↑
解析 由已知①可知,废锌催化剂(主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO2)中的ZnO及少量CuO经碳酸氢铵和过量氨水浸取后转化为可溶性的[Zn(NH3)4]2+、
[Cu(NH3)4]2+;则Fe2O3、MnO2未被溶解,即滤渣①的主要成分为Fe2O3、MnO2;向浸取液中加入适量的(NH4)2S进行深度除铜——[Cu(NH3)4]2+转化为CuS沉淀,则滤渣②的主要成分为CuS;向滤液中加有机萃取剂,萃取溶液中的Zn2+,分液得到含Zn2+的有机相,再向有机相中加硫酸反萃取Zn2+,分液得到硫酸锌,电解得到Zn。
(1)由已知①可知,废锌催化剂中只有ZnO和CuO与NH4HCO3和NH3·H2O反应可生成可溶的Zn[(NH3)4]2+和Cu[(NH3)4]2+,则滤渣①的主要成分为Fe2O3、MnO2;ZnO与NH4HCO3和NH3·H2O反应可生成Zn[(NH3)4]2+,则其离子方程式为2NH3·H2O+2N+ZnOZn[(NH3)4]2++3H2O。
(2)氨水能与碳酸氢铵反应生成碳酸铵即NH3·H2O+NH4HCO3(NH4)2CO3+H2O,或促进反应正向进行,有利于锌的浸出;“萃取”时需要进行多次萃取且合并萃取液的目的是,收集尽可能多的Zn2+,提高的Zn2+的萃取率。
(3)①过量的(NH4)2S能与Zn[(NH3)4]2+反应生成难溶的ZnS,则其离子方程式为Zn[(NH3)4]2++S2-ZnS↓+4NH3↑。
②由图示分析可知(NH4)2S较为合理的加入量约为120%时,锌的回收率约为99.60%,铜锌比较低,且高于120%时铜锌比变化较缓慢。
③由反应[Cu(NH3)4]2++4H2O4NH3·H2O+Cu2+ K1=a [Cu(NH3)4]2++S2-+4H2OCuS↓+4NH3·H2O K2=b可得CuS(s)Cu2+(aq)+S2-(aq) K3=,则K3=c(Cu2+)·c(S2-)=,由于c(Cu2+)为1.0×10-8ml·L-1,则c(S2-)=×108ml·L-1。
(4)由于锌为活泼金属,所以用惰性电极电解硫酸锌溶液时,溶液中的氢离子在阴极也会发生还原反应,即2H++2e-H2↑。
2.答案 (1)+2价 S (2)2∶41 避免Fe3+与Sb3+一起形成沉淀 (3)1×10-15 (4)稀释、加热均可促进Sb3+的水解 Sb3++2H2O+Cl-Sb(OH)2Cl↓+2H+
(5)2SbOCl+2NH3·H2OSb2O3+2NH4Cl+H2O
解析 以脆硫铅锑矿粉(主要成分为Pb4FeSb6S14)为原料,加入水,通入氯气氧化得到浸出液和含硫、PbCl2的滤渣,浸出液的溶质主要是SbCl5、FeCl3;再加锑粉发生还原反应将Sb5+还原为Sb3+,同时将Fe3+还原为Fe2+避免Fe3+与Sb3+一起沉淀,然后加入热水水解,并过滤得到FeCl2等溶液和含锑沉淀,然后加入氨水,过滤后再经过洗涤干燥得到锑白。
(1)锑是第ⅤA族元素,其主要化合价为+3价、+5价,硫元素为-2价,铅元素为+2价,由化合物中各元素化合价代数和等于0,可求出铁为+2价;根据流程图中各操作过程中涉及物质可知X是单质硫。
(2)氧化过程中,1mlCl2可得到2ml电子,矿石中Fe2+转化为Fe3+、Sb3+转化为Sb5+、S2-转化为S,则1mlPb4FeSb6S14失去的电子为(1×1+6×2+14×2)ml=41ml,由得失电子守恒得n(Pb4FeSb6S14)∶n(Cl2)=2∶41;由表中各离子开始沉淀时和完全沉淀时的pH可知,Sb3+完全沉淀时,Fe3+也有部分沉淀,但Fe2+尚未开始形成沉淀,故将Fe3+还原为Fe2+的目的是避免Fe3+与Sb3+一起形成沉淀。
(3)当溶液中c(Fe2+)=1×10-5ml·L-1时,可认为Fe2+沉淀完全,此时溶液的pH=9.0,c(OH-)=1×10-5ml·L-1,Ksp[Fe(OH)2]=c(Fe2+)·c2(OH-)=1×10-5×(1×10-5)2=1×10-15。
(4)Sb3+通过水解得到相应的沉淀,稀释、加热均可促进水解;生成Sb(OH)2Cl的离子方程式为Sb3++2H2O+Cl-Sb(OH)2Cl↓+2H+。
(5)由流程图中信息可知,SbOCl与氨水反应的产物之一是Sb2O3,则发生反应的化学方程式为2SbOCl+2NH3·H2OSb2O3+2NH4Cl+H2O。
3.答案 (1)NH3 CO2 (2)水浴加热 (3)取少量最后一次洗涤液放入试管,向试管中加入稀盐酸,再加入氯化钡溶液,若有白色沉淀则未洗净,若无沉淀则已洗净 (4)10 (5)NiO+H2Ni+H2O、CuO+H2Cu+H2O (6)①增大 ②Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O
解析 将MgSO4、Al2(SO4)3、NiSO4、CuSO4混合溶液在90℃下加入尿素发生反应生成Mg(OH)2、Al(OH)3、Ni(OH)2、Cu(OH)2悬浊液,在60℃晶化过滤,得到滤饼,洗涤、干燥,焙烧得到MgO、CuO、NiO、Al2O3,在550℃温度下用氢气还原得到产品。
(1)根据题意,尿素[CO(NH2)2]在加热条件下与水发生水解反应即CO(NH2)2+H2OCO2↑+2NH3↑,因此放出NH3和CO2两种气体。
(2)“晶化”过程中,需保持恒温60℃,温度在100℃以下,因此采用的加热方式为水浴加热。
(3)“洗涤”过程中,检验滤饼是否洗净,主要检验洗涤液中是否还含有S,因此常用的方法是取少量最后一次洗涤液放入试管,向试管中加入稀盐酸,再加入氯化钡溶液,若有白色沉淀则未洗净,若无沉淀则已洗净。
(4)常温下,若“悬浊液”中===1.7×109,则c(OH-)=1×10-4ml·L-1,c(H+)=ml·L-1=1×10-10ml·L-1,则溶液的pH=10。
(5)“还原”过程最终得到Ni-Cu/MgO-Al2O3,说明是NiO、CuO与氢气发生还原反应,因此所发生反应的化学方程式为NiO+H2Ni+H2O、CuO+H2Cu+H2O。
(6)①放电时,负极反应为Cd-2e-+2OH-Cd(OH)2,正极反应为2NiOOH+2e-+2H2O2Ni(OH)2+2OH-,正极生成的OH-的物质的量与负极消耗的OH-的物质的量相等,但是消耗了电解质溶液中的水,使碱性增强,因此溶液的pH将增大。
②放电时正极反应:NiOOH+e-+H2ONi(OH)2+OH-,则充电时,阳极发生的电极反应为Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O。
金属离子
Pb2+
Sb3+
Fe2+
Fe3+
开始沉淀时的pH
7.04
0.53
7.0
1.9
完全沉淀时的pH
9.04
2.05
9.0
3.2
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