某化工厂以软锰矿、闪锌矿(除主要成分为MnO2、ZnS外还含有少量的FeS、CuS、Al2O2等物质)为原料制取Zn和MnO2.
(1)在一定条件下,将这两种矿粉在硫酸溶液中相互作用,配平如下的化学方程式:
(2)将所得含有Mn2+、Fe3+、Cu2+、Al3+、Zn2+的酸性溶液按图1的工业流程进行处理得到溶液(Ⅳ)、电解溶液(Ⅳ)即得MnO2和Zn.
a.操作中①中加Zn粉后发生反应的离子方程式为: 、 .
b.操作②中加入MnO2的作用是 ;反应的离子方程式是 .
c.操作③中所加碳酸盐的化学式是 .
(3)电解法制备高锰酸钾的实验装置示意图(图中阳离子交换膜只允许K+离子通过):
①阳极的电极反应式为 .
②若电解开始时阳极区溶液为1.0L0.40mol/LK2MnO4溶液,电解一段时间后,溶液中为6:5,阴极区生成生成KOH的质量为 .(计算结果保留3位有效数字)
(4)已知25℃时,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10﹣12,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10﹣20,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10﹣38,Ksp[Al(OH)3]=1.1×10﹣33,
①在25℃下,向浓度均为0.1mol•L﹣1的AlCl3和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成 沉淀(填化学式)
②用MgCl2和AlCl3的混合溶液(A)与过量氨水(B)反应,为使Mg2+、Al3+同时生成沉淀,应先向沉淀反应器中加入 反应物.
③溶液中某离子物质的量浓度低于1.0×10﹣5mol•L﹣1时,可认为已沉淀完全.现向一定浓度的AlCl3和FeCl3的混合溶液中逐滴加入氨水,当Fe3+完全沉淀时,测定c(Al3+)=0.2mol•L﹣1.此时所得沉淀中 (填“还含有”或“不含有”)Al(OH)3.
新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位。可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂(LiFePO4)是新型锂离子电池的首选电极材料,它的制备方法如下:
方法一:将碳酸锂、乙酸亚铁[(CH3COO) Fe]、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后,在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂,同时生成的乙酸及其它产物均以气体逸出。
方法二:将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液,以铁棒为阳极,石墨为阴极,电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥,在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。
在锂离子电池中,需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子迁移的介质,该有机聚合物的单体之一(用M表示)的结构简式如下:
请回答下列问题:
(1)上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是 。
(2)在方法一所发生的反应中, 除生成磷酸亚铁锂、乙酸外,还有 、 、 (填化学式)生成。
(3)在方法二中,阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为 。
(4)写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式: 。
(5)已知该锂离子电池在充电过程中,阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁,则该电池放电时正极的电极反应式为 。
钛冶炼厂与氯碱厂、甲醇厂组成一个产业链(如图所示),将大大提高资源的利用率,减少环境污染。
请回答下列问题:
(1)Fe位于元素周期表中第________________周期,第_______________族。
(2)写出钛铁矿在高温下与焦炭经氯化得到四氯化钛的化学方程式 。
(3)制备TiO2的方法之一是利用TiCl4水解生成TiO2·x H2O,再经焙烧制得。水解时需加入大量的水并加热,请结合化学方程式和必要的文字说明原因:
(4)反应后得到Mg、MgCl2、Ti的混合物,可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti,依据下表信息,需加热的温度略高于 ℃即可。
|
TiCl4 |
Mg |
MgCl2 |
Ti |
熔点/℃ |
-25.0 |
648.8 |
714 |
1667 |
沸点/℃ |
136.4 |
1090 |
1412 |
3287 |
(5)用氧化还原滴定法测定TiO2的质量分数:一定条件下,将TiO2溶解并还原为Ti3+,再以KSCN溶液作指示剂,用NH4Fe(SO4)2标准溶液滴定Ti3+至全部生成Ti4+。滴定分析时,称取TiO2(摩尔质量为M g/mol)试样w g,消耗c mol/L NH4Fe(SO4)2标准溶液V mL,则TiO2质量分数为___________________。(用代数式表示)
(6)由CO和H2合成甲醇的方程式是:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。若不考虑生产过程中物质的任何损失,上述产业链中每合成6mol甲醇,至少需额外补充H2 mol。
钛及其化合物大量应用于航空、造船、电子、化学、医疗器械、电讯器材等各个领域。由钛铁矿(FeTiO3)提取金属钛(海绵钛)的主要工艺流程如下(部分产物省略):
(1)氯化的过程是将二氧化钛、碳粉混合,在高温条件下通入氯气制得TiCl4和一种可燃性气体,该反应的化学方程式为 ;TiCl4在室温下为无色液体,氯化后提纯四氯化钛的方法是过滤、____ 。
(2)还原过程是用过量的镁在高温条件下与TiCl4反应制得海绵钛。写出此反应的化学方程式 。
(3)还原过程必须在1070 K的温度下进行,你认为还应该控制的反应条件是 。
(4)常温下,钛不与水、稀盐酸、稀H2SO4或稀HNO3作用,但易溶于氢氟酸,推测其原因是 。
A.氢氟酸的酸性比其他酸强 |
B.氢氟酸的氧化性比其他酸强 |
C.氢氟酸的还原性比其他酸强 |
D.钛离子易与氟离子形成可溶性难电离物质 |
(5)上述工艺中,得到的海绵钛中可能含有金属镁,常温下除去该杂质应选用的试剂是稀盐酸或稀硫酸,不选择稀硝酸的原因是__ __;若杂质只有金属镁的某海绵钛样品,去除杂质后质量减少十分之一,则该样品中n(Ti):n(Mg)= 。
【选修2:化学与技术】锌是一种应用广泛的金属,目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌。某含锌矿的主要成分为ZnS(还含少量FeS等其他成分),以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行,所产生焙砂的主要成分的化学式为___________。
(2)焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸,该酸可用于后续的____________________操作。
(3)浸出液“净化”过程中加入的主要物质为___________ ,其作用是__________________。
(4)电解沉积过程中的阴极采用铝板,阳极采用Pb-Ag合金惰性电极,阳极逸出的气体是________。
(5)改进的锌冶炼工艺,采用了“氧压酸浸”的全湿法流程,既省略了易导致空气污染的焙烧过程,又可获得一种有工业价值的非金属单质。“氧压酸浸”中发生的主要反应的离子方程式为___________。
氯酸镁[Mg(ClO3)2]常用作催熟剂、除草剂等,实验室制备少量Mg(ClO3)2•6H2O的流程如下:
已知:
①卤块主要成分为MgCl2•6H2O,含有MgSO4、FeCl2等杂质。
②四种化合物的溶解度(S)随温度(T)变化曲线如图所示。
(1)“调节pH=4”可选用的试剂是 (填编号)。
①MgO ②CuO ③MgCO3 ④Mg
(2)加入BaCl2的目的是除去杂质离子,检验杂质离子已沉淀完全的方法是 。
(3)“滤渣”的主要成分为 。
(4)加入NaClO3饱和溶液发生反应为:MgCl2+2NaClO3═===Mg(ClO3)2+2NaCl,再进一步制取Mg(ClO3)2•6H2O的实验步骤依次为:①蒸发、浓缩、结晶;② ;③ ;④过滤、洗涤、干燥。
(5)将产品先用水洗涤,再用无水乙醇清洗。无水乙醇的作用是 。
(6)产品中Mg(ClO3)2•6H2O含量的测定:
步骤1:准确称量3.00g产品配成100mL溶液。
步骤2:取10mL于锥形瓶中,加入10mL稀硫酸和20mL 1.000mol•L-1的FeSO4溶液,微热。
步骤3:冷却至室温,用0.100mol•L-1 K2Cr2O7溶液滴定至终点,此过程中反应的离子方程式为:
Cr2O72-+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O。
步骤4:将步骤2、3重复两次,平均消耗K2Cr2O7溶液15.00mL。
①写出步骤2中发生反应的离子方程式: 。
②产品中Mg(ClO3)2•6H2O的质量分数为 。
七水硫酸镁(MgSO4•7H2O)在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用,利用化工厂生产硼砂的废渣﹣硼镁泥可制取七水硫酸镁。硼镁泥的主要成分是MgCO3,还含有其他杂质(MgO、SiO2、Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3、MnO等).
表1 部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH
沉淀物 |
Al(OH)3 |
Fe(OH)3 |
Fe(OH)2 |
Mn(OH)2 |
Mg(OH)2 |
pH值 |
5.2 |
3.2 |
9.7 |
10.4 |
11.2 |
表2 两种盐的溶解度(单位为g/100g水)
温度/℃ |
10 |
30 |
40 |
50 |
60 |
CaSO4 |
0.19 |
0.21 |
0.21 |
0.20 |
0.19 |
MgSO4•7H2O |
30.9 |
35.5 |
40.8 |
45.6 |
/ |
硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下:
根据以上流程图并参考表格pH数据和溶解度数据,试回答下列问题:
(1)过滤I的滤液中加入硼镁泥,调节溶液的pH=5~6,再加入NaClO溶液加热煮沸,将溶液中的Mn2+氧化成MnO2,反应的离子反应方程式为 .加热煮沸的主要目的是 .
(2)沉淀B中除MnO2、SiO2外还含有 (填化学式)等物质.
(3)检验过滤Ⅱ后的滤液中是否含有Fe3+的实验方法是 ;
(4)沉淀C的化学式是 .过滤Ⅲ需趁热过滤的理由是 .
重铬酸钠(Na2Cr2O7•2H2O)俗称红矾钠,在工业上有广泛的用途。我国目前主要是以铬铁矿(主要成份为FeO•Cr2O3,还含有Al2O3、MgO、SiO2等杂质)为主要原料进行生产,其主要工艺流程如下:
①中涉及的主要反应有:
主反应: 4FeO·Cr2O3+8Na2CO3+7O2 8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2
副反应:SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑、Al2O3+Na2CO3 2NaAlO2+CO2↑
部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH:
沉淀物 |
Al(OH)3 |
Fe(OH)3 |
Mg(OH)2 |
Cr(OH)3 |
完全沉淀时溶液pH |
4.7 |
3.7 |
11.2 |
5.6 |
试回答下列问题:
(1)“①”中反应是在回转窑中进行,反应时需不断搅拌,其作用是 。
(2)“③”中调节pH至4.7,目的是 。
(3)“⑤”中加硫酸酸化的目的是使CrO42-转化为Cr2O72-,请写出该平衡转化的离子方程式: 。
(4)制取红矾钠后的废水中还含有少量的CrO42-,根据有关标准,含CrO42-的废水要经化学处理,使其浓度降至5.0×10-7 mol·L-1以下才能排放。含CrO42-的废水处理可用还原法:
CrO42-Cr3+Cr(OH)3。绿矾还原CrO42-的离子方程式为:
。
用该方法处理10 m3 CrO42-的物质的量浓度为1.5×10-3 mol·L-1的废水,至少需要绿矾(FeSO4•7H2O,相对分子质量为278)的质量是 Kg(保留两位小数)。
步骤⑦的操作是 。为进一步得到较为纯净的红矾钠的操作是
锌是一种应用广泛的金属,目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌。某含锌矿的主要成分为ZnS(还含少量FeS等其他成分),以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行,所产生焙砂的主要成分的化学式为 。
(2)焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸,该酸可用于后续的_______操作。
(3)浸出液“净化”过程中加入的主要物质为锌粉,其作用是__________________,反应的离子方程式为 。
(4)电解沉积过程中的阴极采用铝板,阳极采用Pb-Ag合金惰性电极,阳极逸出的气体是 。
(5)改进的锌冶炼工艺,采用了“氧压酸浸”的全湿法流程,既省略了易导致空气污染的焙烧过程,又可获得一种有工业价值的非金属单质。“氧压酸浸”中发生的主要反应的离子方程式为________。
(6)我国古代曾采用“火法”工艺冶炼锌。明代宋应星著的《天工开物》中有关于 “升炼倭铅”的记载:“炉甘石十斤,装载入一泥罐内,……,然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火煅红,……,冷淀,毁罐取出,……,即倭铅也。”该炼锌工艺过程主要反应的化学方程式为 。(注:炉甘石的主要成分为碳酸锌,倭铅是指金属锌,碳生成CO)
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pKsp(注:pKsp =-lgKsp)。
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) + CO32-(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(Ni2+)≤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______________________________。
磷及其化合物的应用非常广泛,以废铁屑等为原料合成磷酸亚铁锂的前驱体的制备流程如下:
回答下列问题:
(1) H2 O2的电子式为 ;Na2HPO4,的电离方程式为_____________。
(2)废铁屑要用热的Na2CO3溶液洗涤的目的是_____________。
(3)为了加快铁屑的溶解速率,除适当增大硫酸的浓度外,还可采取的措施是 (任写一种);氧化时H2O2作 (填“氧化剂”或“还原剂”)。
(4)沉铁时,溶液中的Fe3+与HPO42-反应生成FePO4·2H2O沉淀的离子方程式为 。
(5) FePO4与Li2CO3及C在高温条件下生成LiFePO4和CO的化学方程式为 ;高温成型前,常向LiFePO4中加入少量活性炭,其作用是可以改善成型后LiFePO4的导电性能和__________。
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)
(16分)硫酸铅(PbSO4)广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等。利用方铅矿精矿(PbS)直接制备硫酸铅粉末的流程如下:
已知:(ⅰ)PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbCl42- (aq) △H>0
(ⅱ)Ksp(PbSO4)=1.08×10-8,Ksp(PbCl2)=1.6×10-5
(ⅲ)Fe3+、Pb2+以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH分别为3.2、7.04
(1)步骤Ⅰ中FeCl3溶液与PbS反应生成PbCl2和S的离子方程式为 ,步骤Ⅰ中另一个反应是H2O2与FeCl2、盐酸反应生成FeCl3,实现FeCl3的重复利用,其离子方程式为 ,加入盐酸的另一个目的是为了控制pH在0.5~1.0,原因是 。
(2)用化学平衡移动的原理解释步骤Ⅱ中使用冰水浴的原因 。
(3)写出PbCl2晶体转化为PbSO4沉淀的离子方程式 。
(4)滤液3是 。
(5)铅蓄电池的电解液是稀硫酸(22%~28%),充电后两个电极上沉积的PbSO4分别转化为PbO2和Pb,铅蓄电池充电时阴极的电极反应式为 。
试题篮
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