高中化学晶格能的应用试题

[化学—选修2：化学与技术]银、铜均属于重金属，从银铜合金废料中回收银并制备含铜化合物产品的工艺如图所示：

（1）熔炼时被氧化的元素是      ，酸浸时反应的离子方程式为      。为提高酸浸时铜元素的浸出率及浸出速率，酸浸前应对渣料进行处理，其处理方法是      。
（2）操作a是      ，固体B转化为CuAlO₂的过程中，存在如下反应，请填写空白处：
CuO+       Al₂O₃      +       ↑。
（3）若残渣A中含有n mol Ag，将该残渣全部与足量的稀HNO₃置于某容器中进行反应，写出反应的化学方程式     。为彻底消除污染，可将反应中产生的气体与V L（标准状况）空气混合通入水中，则V至少为      L（设空气中氧气的体积分数为0．2）。
（4）已知2Cu⁺Cu+Cu²⁺，试分析CuAlO₂分别与足量盐酸、稀硝酸混合后，产生现象的异同点      。
（5）假设粗银中的杂质只有少量的铜，利用电化学方法对其进行精炼，则粗银应与电源的      极相连，当两个电极上质量变化值相差30．4g时，则两个电极上银质量的变化值相差      g。

某种碳酸锰矿的主要成分有MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃等。已知碳酸锰难溶于水。一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰，流程如下：

阴离子膜法电解装置如图所示：

（1）写出用稀硫酸溶解碳酸锰反应的离子方程式                               。
（2）在浸出液里锰元素只以Mn²⁺的形式存在，且滤渣中也无MnO₂，请解释原因                                         .
（3）已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表：

加氨水调节溶液的pH等于6，则滤渣的成分是                             ，滤液中含有的阳离子有H+和                       。
（4）电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向，则A电极是    极。实际生产中，阳极以稀硫酸为电解液，阳极的电极反应式为                     。
（5）该工艺之所以采用阴离子交换膜，是为了防止Mn²⁺进入阳极区发生副反应生成MnO₂造成资浪费，写出该副反应的电极反应式                                  。

工业上以碳酸锰矿为主要原料生产MnO₂的工艺流程如下：
有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表：

氢氧化物	Al（OH）2	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2	Pb（OH）2	Mn（OH）2
开始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2	8.0	8.3
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.7	6.7	8.8	9.8

 
请问答下列问题：
（1）酸浸前将碳酸锰矿粉碎的作用是                  。
（2）酸浸后的溶液中含有Mn²⁺、 SO₄^2-，另含有少量Fe²⁺、Fe³⁺、A1³⁺、Cu²⁺、Pb²⁺等，其除杂过程如下：
①加入MnO₂将Fe²⁺氧化，其离子反应方程式为                     。 ②加入CaO将溶液的pH调到5.2～6.0，其主要目的是               。
③加入BaS，除去Cu²⁺、Pb²⁺后，再加入NaF溶液，除去                    。
（3）从溶液A中回收的主要物质是           ，该物质常用作化肥。（4）MnO₂粗品中含有少量Mn₃O₄，可以用稀硫酸处理，将其转化为MnSO₄和MnO₂，然后再用氧化剂将Mn²⁺转化为MnO₂，制得优质MnO₂，写出Mn₃O₄与稀硫酸反应的化学方程式                     。

碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域,以β—锂辉石(主要成分为Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂)为原料制备Li₂CO₃的工艺流程如下:

已知:Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺和Mg²⁺以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4;Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在303 K下的溶解度分别为34.2 g、12.7 g和1.3 g。
（1）步骤Ⅰ前,β—锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）步骤Ⅰ中,酸浸后得到的酸性溶液中含有Li⁺、SO₄^2-；另含有Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺等杂质,需在搅拌下加入　　　(填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”)以调节溶液的pH到6.0~6.5,沉淀部分杂质离子,然后分离得到浸出液。
（3）步骤Ⅱ中,将适量的H₂O₂溶液、石灰乳和Na₂CO₃溶液依次加入浸出液中,可除去的杂质金属离子有　　　　　　　　　　　　　　　　。
（4）步骤Ⅲ中,生成沉淀的离子方程式为　                                      。
（5）从母液中可回收的主要物质是　　　                                  。

(除标注外，每空2分，共8分)碱式氧化镍(NiOOH)可用作镍氢电池的正极材料。以含镍(Ni^2＋)废液为原料生产NiOOH的一种工艺流程如下：

（1）加入Na₂CO₃溶液时，确认Ni^2＋已经完全沉淀的实验方法是__ __。
（2）已知K_sp[Ni(OH)₂]＝2×10^－15，欲使NiSO₄溶液中残留c(Ni^2＋)≤2×10^－5 mol·L^－1，调节pH的范围是__ _。
（3）写出在空气中加热Ni(OH)₂制取NiOOH的化学方程式：
____。
(4)若加热不充分，制得的NiOOH中会混有Ni(OH)₂，其组成可表示为xNiOOH·yNi(OH)₂。现称取9.18 g样品溶于稀硫酸，加入100 mL 1.0 mol·L^－1 Fe^2＋标准溶液，搅拌至溶液清亮，定容至200 mL。取出20.00 mL，用0.010 mol·L^－1 KMnO₄标准溶液滴定，用去KMnO₄标准溶液20.00 mL，试通过计算确定x、y的值。涉及反应如下(均未配平)：
NiOOH＋Fe^2＋＋H^＋——Ni^2＋＋Fe^3＋＋H₂O
Fe^2＋＋MnO＋H^＋——Fe^3＋＋Mn^2＋＋H₂O
则x＝____；y＝__。

以黄铁矿为原料制硫酸产生的硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等。实验室模拟工业以硫酸渣制备铁红(Fe₂O₃)，过程如下：

（1）硫酸渣的成分中属于两性氧化物的是        ， 写出酸溶过程Fe₂O₃与稀硫酸反应的离子反应方程式：                                                        ；
（2）生产过程中，为了确保铁红的纯度，氧化过程需要调节溶液的pH的范围是_________；（部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表）

沉淀物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Fe(OH)2	Mg(OH)2
开始沉淀	2.7	3.8	7.5	9.4
完全沉淀	3.2	5.2	9.7	12.4

 
（3）滤渣A的主要成分为      ，滤液B可以回收的物质有______________________；
（4）简述洗涤过程的实验操作                                                                ；
（5）已知硫酸渣质量为w kg，假设铁红制备过程中，铁元素损耗25%，最终得到铁红的质量为m kg，则原来硫酸渣中铁元素质量分数为         （用最简分数表达式表示）。
（已知相对原子质量：O 16  S 32  Fe 56 ）

碱式氯化铝[ Al₂(OH)_nCl_6-n ] 是利用工业铝灰和活性铝矾土为原料（主要含Al、Al₂O₃、SiO₂及铁的氧化物）经过精制加工而成，此产品活性较高，对工业污水具有较好的净化效果。其制备流程如下：

（1）原料需要粉碎，其目的是                    ；滤渣I的主要成分是                   ；
（2）步骤①在煮沸过程中，溶液逐渐变为浅绿色，此时溶液中呈浅绿色的阳离子常采用加入                         试剂进行检验（填化学式）；随后溶液又变为棕黄色，相关反应的离子方程式为                     ；
（3）步骤②中加入适量的Ca(OH)₂并控制pH，其目的：一是生成碱式氯化铝；二是             ；已知碱式氯化铝的分散质粒子大小在1~100 nm之间，则区别滤液I与碱式氯化铝两种液体的物理方法是    ；若Ca(OH)₂溶液过量，则步骤③得到的碱式氯化铝产率偏低，该反应的离子方程式为          ；
（4）某温度下若0.1 mol AlCl₃溶于蒸馏水，当有2.5%水解生成Al(OH)₃溶液时，吸收热量Q kJ ，该过程的热化学反应方程式为                                            。

【化学──化学与技术】硼镁泥是一种工业废料，主要成份是MgO（占40%），还有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质，以此为原料制取的硫酸镁，可用于印染、造纸、医药等工业。从硼镁泥中提取MgSO₄·7H₂O的流程如下：

根据题意回答第（1）～（6）题：
（1）实验中需用1mol/L的硫酸800 mL，若用98%的浓硫酸（ρ=" 1.84" g/mL）来配制，量取浓硫酸时，需使用的量筒的规格为

A．10 mL

B．20 mL

C．50 mL

D．100 mL

（2）加入的NaClO可与Mn²⁺反应：Mn²⁺ + ClO^- + H₂O ＝ MnO₂↓ + 2H⁺ + Cl^-，还有一种离子也会被NaClO氧化，该反应的离子方程式为               。
（3）滤渣的主要成份除含有Fe(OH)₃、Al(OH)₃外，还有                。
（4）在“除钙”前，需检验滤液中Fe³⁺是否被除尽，简述检验方法             。
（5）已知MgSO₄、CaSO₄的溶解度如下表：

温度（℃）	40	50	60	70
MgSO4	30.9	33.4	35.6	36.9
CaSO4	0.210	0.207	0.201	0.193

“除钙”是将MgSO₄和CaSO₄混合溶液中的CaSO₄除去，根据上表数据，简要说明操作步骤              。“操作I”是将滤液继续蒸发浓缩，冷却结晶，          ，便得到了MgSO₄·7H₂O。
（6）实验中提供的硼镁泥共100 g，得到的MgSO₄·7H₂O为172.2 g，则MgSO₄·7H₂O的产率为      。

软锰矿（主要成分为MnO₂）可用于制备锰及其化合物。
（1）早期冶炼金属锰的一种方法是先煅烧软锰矿生成Mn₃O₄，再利用铝热反应原理制得锰，该铝热反应的化学方程式为              。
（2）现代冶炼金属锰的一种工艺流程如下图所示：

下表为t℃时，有关物质的pK_sp（注：pK_sp =－lgK_sp）。

物质	Fe(OH)3	Cu(OH)2	Ca(OH)2	Mn(OH)2	CuS	CaS	MnS	MnCO3
pKsp	37.4	19.32	5.26	12.7	35.2	5.86	12.6	10.7

软锰矿还原浸出的反应为：12MnO₂ + C₆H₁₂O₆ + 12H₂SO₄＝12MnSO₄ + CO₂↑+18H₂O
①该反应中，还原剂为__________。写出一种能提高还原浸出速率的措施：              。
②滤液1的pH              （填“＞”、“＜”或“＝”）MnSO₄浸出液的pH。
③加入MnF₂的主要目的是除去                （填Ca²⁺、Fe³⁺或Cu²⁺）
（3）由MnSO₄制取MnCO₃
往MnSO₄溶液中加入过量NH₄HCO₃溶液，，该反应的离子方程式为_____________________；若往MnSO₄溶液中加入(NH₄)₂CO₃溶液，还会产生Mn(OH)₂，可能的原因有：MnCO₃(s) + 2OH^－(aq)Mn(OH)₂(s) + CO₃^2-(aq)，t℃时，计算该反应的平衡常数K＝               （填数值）。

CoCl₂·6H₂O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿（主要成分为Co₂O₃、Co（OH）₃，还含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO等）制取CoCl₂·6H₂O的工艺流程如下：

已知：①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：（金属离子浓度为：0.01mol/L）

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Co（OH）2	Al（OH）3	Mn（OH）2
开始沉淀	2.7	7.6	7.6	4.0	7.7
完全沉淀	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

③CoCl₂·6H₂O熔点为86℃，加热至110～120℃时，失去结晶生成无水氯化钴。
（1）写出浸出过程中Co₂O₃发生反应的离子方程式                         。
（2）写出NaClO₃发生反应的主要离子方程式                             ；若不慎向“浸出液”中加过量NaClO₃时，可能会生成有毒气体，写出生成该有毒气体的离子方程式                     
（3）“加Na₂CO₃调pH至5.2”，过滤所得到的沉淀成分为                   ，加入萃取剂的目的是                              。
（4）制得的CoCl₂·6H₂O在烘干时需减压烘干的原因是                    。
（5）为测定粗产品中CoCl₂·6H₂O含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量HNO₃酸化的AgNO₃ 溶液，过滤、洗涤，将沉淀烘干后称其质量。通过计算发现粗产品中CoCl₂·6H₂O的质量分数大于100%，其原因可能是                。（答一条即可）

Ni元素化合物在生活中有非常重要的应用。纳米NiO可以制备超级电容器，NiOOH是制作二次电池的重要材料。现以NiSO₄为原料生产纳米NiO和NiOOH流程如下：

（1）制备NiOOH过程中，NiSO₄溶液配制方法__________________；过滤、洗涤后，得到Ni(OH)₂固体，如何证明Ni(OH)₂已经完全洗净______________；NaClO氧化Ni(OH)₂的离子方程式为_________________。
（2） 已知Ksp[Ni(OH)₂] ＝ 2×10^－15。室温下，欲加入一定量 NaOH固体使1L 含有0.001 mol·L^－1的NiSO₄和0.0001 mol·L^－1的H₂SO₄溶液中残留c(Ni^2＋)≤2×10^－7 mol·L^－1，并恢复至室温，所加入的NaOH的固体质量至少为________g。
（3）NH₃·H₂O的浓度对纳米NiO的产率产生很大影响。右图为NiSO₄的物质的量一定时，不同的反应物配比对纳米氧化镍收率的影响。请解释反应物NH₄HCO₃ 和NiSO₄的物质的量比在2.5至4.0时，收率升高的原因__________________。
（4）制备纳米 NiO 时，加入一些可溶于水的有机物（如：吐温—80）能制得更优质的纳米材料，原因是__________________。
（5）沉降体积是超细粉体的一个重要参数，若颗粒在液相中分散性好，则沉降体积较小；若颗粒分散性较差，则易引起絮凝沉降体积较大。右图是吐温—80 的加入量与前体在液体石蜡中沉降体积的关系曲线。
通过右图分析，吐温—80的最佳加入量为__________mL。
（6）NiOOH是制备镍镉电池的原料，某镍镉电池的总反应为
Cd＋2NiOOH + 2H₂OCd(OH)₂+ 2Ni(OH)₂
该电池放电时正极电极反应式为______________________________。

碱式碳酸铜[CuCO₃·Cu(OH)₂]是一种用途广泛的化工原料，可用于作有机催化剂、颜料制造、原油贮存时脱碱等。用废杂铜(主要成分为Cu，还含有少量杂质Fe)制取碱式碳酸铜的工艺流程如图所示。

（1）步骤①浸出时，硝酸浓度不易过大，其原因是____。
（2）步骤②分离前需将溶液pH调节在4左右，其目的是                        ，所得废渣的主要成分为____________。
（3）步骤③合成时，采用将NaHCO₃溶液迅速投入Cu(NO₃)₂溶液中，其主要原因是            ；合成时发生反应的化学方程式为____________。
（4）本实验中两次用到固液分离，本实验中最适合固液分离的设备是____________。
（5）步骤⑤洗涤主要除去的杂质离子是              。
（6）准确称取所得产品m g，放入碘量瓶中，加入2 g KI及5 ml3 mol/L稀硫酸（两试剂均过量）摇匀并静置10 min(2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂)，再加入2 mL淀粉溶液，用c mol/L的Na₂S₂O₃标准溶液滴定(I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-)，到滴定终点时消耗Na₂S₂O₃标准溶液V mL，则样品中铜元素的质量分数为________。

【化学——选修2：化学与技术】
常见锌锰干电池因含有汞、酸或碱等，废弃后进入环境将造成严重危害。某化学兴趣小组拟采用如下处理方法回收废电池中的各种资源。

（1）填充物用60℃温水溶解，目的是                                  。
（2）操作A的名称为             。
（3）铜帽溶解时加入H₂O₂的目的是                            （用化学方程式表示）。铜帽溶解完全后，可采用_________方法除去溶液中过量的H₂O₂。
（4）碱性锌锰干电池电解质为KOH，总反应Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn(OH)₂，其负极的电极反应式为                        。
(5)滤渣的主要成分为含锰混合物，向含锰混合物中加入一定量的稀硫酸、稀草酸，并不断搅拌至无气泡为止。主要反应为2MnO(OH)+MnO₂+2H₂C₂O₄+3H₂SO₄=3MnSO₄+4CO₂↑+6H₂O。
①当1 mol MnO₂参加反应时，共有      mol电子发生转移。
②MnO(OH)与浓盐酸在加热条件下也可发生反应，试写出该应的化学方程式：         。
（6）锌锰干电池所含的汞可用KMnO₄溶液吸收。在不同pH下，KMnO₄溶液对Hg的吸收率及主要产物如下图所示：

根据上图可知：
①pH对Hg吸收率的影响规律是随pH升高，汞的吸收率             。
②在强酸性环境下Hg的吸收率高的原因可能是KMnO₄在酸性条件下       强。

ZnO是电镀、涂料、有机合成等化学工业的重要原料。某课题组设计由含锌工业废料（含Fe、Cu、Mn等杂质）生产ZnO的工艺流程如下：

已知：黄钠铁矾在pH为1.5，温度为90℃时完全沉淀，且易于过滤。
2Cu +O₂ +2H₂SO₄ == 2CuSO₄+2H₂O
（1）步骤①的浸取液里除含有Zn²⁺、Mn²⁺以外，还含有的金属离子有     、     ，所加试剂X为Na₂SO₄和_________的混合液。
（2）步骤②可进一步氧化除铁，还氧化除去了Mn²⁺，试写出相应的除去Mn²⁺的离子方程式_________________________，步骤③加入的试剂是_______，整个工艺流程中可以循环使用的试剂是_____________。
（3）步骤⑤中检验沉淀是否洗涤干净的操作方法是____________________________。
（4）步骤④碳化实际得到的是一种碱式碳酸锌[ZnCO₃·xZn(OH)₂·yH₂O]，取该样品7.18 g，充分灼烧后测得残留物质量为4.86 g，将所得气体通入足量澄清石灰水中，得到2.00 g沉淀，则此碱式碳酸锌的化学式是________________。

某火电厂的脱硫尾气通入饱和K2CO3溶液吸收池后，经分解池制得纯净的CO2，再在合成塔与H2反应生成甲醇。其工艺艺流程示意图如下:

（1）吸收池中饱和K₂CO₃溶液吸收CO₂的离子方程式是                          。
（2）流程示意图中循环使用的物质是                        。
（3）300℃时，合成塔中的反应为CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)，在密闭条件下，下列示意图能说明反应进行到t₁时刻时达到平衡状态的是         (填字母序号)

（4）利用合成塔中失活后的铬锌触媒可制得含有Cl^- 和CrO₄^2- 的溶液，其浓度均为0.01mol/L，向该溶液中逐滴加入0.01mol/L的AgNO₃溶液时，首先产生沉淀的阴离子是      (已知:Ksp(AgCl)=1.56×10^-10，Ksp(Ag₂CrO₄)=9.0×10^-12)
（5）合成塔中失活的铬锌触媒可用于制备锌锰电池。在碱性条件下，该电池的总反应为：Zn(s) ＋2MnO₂(s) ＋H₂O(l) = Zn(OH)₂(s) ＋Mn₂O₃(s) ，该电池正极的电极反应式是                   。若用电池电解(惰性电极)足量的Mg(NO₃)₂和NaCl的混合溶液，电解过程中阴极的现象是                            。