高中化学探究沉淀溶解试题

下图是某研究性学习小组设计的对一种废旧合金的各成分（含有Cu、Fe、Si 三种成分）进行分离、回收再利用的工业流程，通过该流程将各成分转化为常用的单质及化合物。

已知：298K时，Ksp[Cu(OH)₂]=2.2×10^-20，Ksp[Fe(OH)₃]=4.0×10^-38， Ksp[Mn(OH)₂] =1.9×10^-13，
根据上面流程回答有关问题：
（1）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ指的是                                     。
（2）加入过量FeCl₃溶液过程中可能涉及的化学方程式：                    。
（3）过量的还原剂应是                                                        。
（4）①向溶液b中加入酸性KMnO₄溶液发生反应的离子方程式为                     。
②若用X mol/L KMnO₄溶液处理溶液b，当恰好将溶液中的阳离子完全氧化时消耗KMnO₄溶液YmL，则最后所得红棕色固体C的质量为                 g（用含X、Y的代数式表示）。
（5）常温下,若溶液c中所含的金属阳离子浓度相等，向溶液c中逐滴加入KOH溶液，则三种金属阳离子沉淀的先后顺序为：             ﹥           ﹥            。(填金属阳离子)
（6）最后一步电解若用惰性电极电解一段时间后，析出固体B的质量为Z g，同时测得阴阳两极收集到的气体体积相等，则标况下阳极生成的最后一种气体体积为     L（用含Z的代数式表示）；该电极的反应式为                                                             .

某工厂对制革工业污泥中Cr元素的回收与再利用工艺如下（硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr³⁺，其次是Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺）：

常温下部分阳离子以氢氧化物沉淀形式存在时溶液的pH见下表：

阳离子	Fe^3+	Fe^2+	Mg^2+	Al^3+	Cu^2+	Cr^3+
开始沉淀时的pH	1.9	7.0	9.3	3.7	4.7	---
沉淀完全时的pH	3.2	9.0	11.1	8.0	6.7	9(>9 溶解)

 
（1）酸浸时，为了提高浸取效率可采取的措施是____________________（至少写一条）。
（2）加入H₂O₂ 目的是氧化_______离子，其有关的离子方程式______________________。针铁矿（Coethite）是以德国诗人歌德（Coethe）名字命名的，组成元素是Fe、H、O，化学式量为89，其化学式是______________。
（3）调pH=8是为了将_____________离子（从Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺中选择）以氢氧化物沉淀的形式除去。滤出的沉淀中部分沉淀将溶解于足量的氢氧化钠溶液中，其有关的离子方程式是_____________________________________，取少量上层澄清溶液，向其中通入足量的CO₂，又能重新得到相应的沉淀, 其有关的离子方程式为________________________。
（4）试配平最后一步相关的氧化还原方程式：
_____Na₂Cr₂O₇ + ______SO₂ + _______ H₂O =" ______" Cr(OH)(H₂O)₅SO₄ + ______ Na₂SO₄，每生成1mol Cr(OH)(H₂O)₅SO₄时，该反应中转移的电子数为__________。

炼锌厂产生的工业废渣——锌渣（除了含Zn外，还含有Fe、Al、Cd和SiO₂等杂质），利用锌渣制取并回收ZnSO_4·7H₂O和金属镉（Cd）是一个有益的尝试，其流程如下：

已知：Fe³⁺、Al³⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Fe²⁺以氢氧化物完全沉淀时的pH分别为：3.2，4.7，6.5，9.4，9.7。试回答下列问题：
（1）浸出时用到的试剂X为            ， 写出溶解过程中加快浸出速率和提高浸出率的两点措施：_______________________________，______________________________。
（2）写出加入Ca(ClO)₂反应的离子方程式                                    。
（3）调节pH过程可以选用          （填“ZnO”或“NaOH”）；本流程的pH调节一般调至5，其目的是                                                         。
（4）写出过滤后加入过量的锌粉反应的离子方程式                          。
（5）在蒸发浓缩操作时，要采取实验措施是：                              。

锂被誉为“金属味精”，以LiCoO₂为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以β-锂辉矿(主要成分为LiAlSi₂O₆，还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下：

已知：①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH：

氢氧化物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Mg(OH)2
开始沉淀pH	2．7	3.7	9.6
完全沉淀pH	3.7	4.7	11

 
②Li₂CO₃在不同温度下的溶解度如下表：

温度/℃	0	10	20	50	75	100
Li2CO3的溶解度/g	1.539	1.406	1.329	1.181	0.866	0.728

 
请回答下列问题：
（1）用氧化物形式表示LiAlSi₂O₆的组成：________________________。
（2）反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是_________________________________。
（3）写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式：______________________________________。
（4）反应Ⅳ生成Li₂CO₃沉淀，写出在实验室中得到Li₂CO₃沉淀的操作名称___________，洗涤所得Li₂CO₃沉淀要使用______________ (选填“热水”或“冷水”)，你选择的理由是________________。
（5）电解熔融氯化锂生产锂时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，原因是：__________________________。

制备锌印刷电路板是用稀硝酸腐蚀锌板，产生的废液称“烂板液”。“烂板液”中含硝酸锌外，还含有自来水带入的Cl^—和Fe³⁺。在实验室里，用“烂板液”制取ZnSO₄·7H₂O的过程如下：

（1）若稀硝酸腐蚀锌板时还原产物为N₂O，氧化剂与还原剂的物质的量之比是       。
（2）若步骤①的pH>12，则Zn(OH)₂溶解生成四羟基合锌酸钠。写出Zn(OH)₂被溶解的离子方程式                                                。
（3）滤液D中除了含有OH^—离子外，还含有的阴离子有             （填离子符号）。
（4）若滤液E的pH=4，c(Zn²⁺)=2mol·L^-1，c(Fe³⁺)=2.6×l0^-9mol·L^-1，能求得的溶度积是       （填选项）。
A.Ksp[Zn(OH)₂]    B.Ksp[Zn(OH)₂]和Ksp[Fe(OH)₃]    C.Ksp[Fe(OH)₃]
（5）步骤③要控制pH在一定范围。实验室用pH试纸测定溶液pH的方法是：                  　　 。
（6）已知：①Fe(OH)₃(s)Fe³⁺(aq)+3OH^-(aq) ； ΔH=" a" kJ•mol^-1
②H₂O(l)  H⁺(aq)+OH^-(aq) ；ΔH=" b" kJ•mol^-1
请写出Fe³⁺发生水解反应的热化学方程式：                             。
若①的溶度积常数为K_SP，②的离子积常数为K_W，Fe³⁺发生水解反应的平衡常数：
K=                 。（用含K_SP、K_W的代数式表示）

氧化铁在工业上具有广泛的应用。
I．据报道，一定条件下利用FeO₂与甲烷反应可制取“纳米级”的金属铁。其反应如下：
Fe₂O₃(s)＋3CH₄(g)＝2Fe(s)＋3CO(g)＋6H₂(g) △H＞0
（1）若反应在2L的密闭容器中进行，5min后达到平衡，测得反应生成Fe的质量为l.12g。则该段时间内CH₄的平均反应速率为 ________________。
（2）反应达到平衡后，保持其他条件不变，仅改变某一相关元素，下列说法正确的是___(选填序号)。
a．若加入催化剂，v_正增大，平衡向右移动
b．若温度升高，平衡常数K减小
c．若增大Fe₂O₃的量，平衡向右移动
d．若从反应体系中移走部分CO，可提高CH₄的转化率
Ⅱ．工业上利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe₂O₃、A1₂O₃、SiO₂等)为原料提取Fe₂O₃，工艺
流程如下：试回答下列问题：
 
（3）步骤i烧渣中A1₂O₃溶解的离子方程式为________________。
（4）步骤i、ⅱ、ⅲ都要进行的操作名称是__________________。
（5）结合下图，判断步骤ⅱ中调节溶液的pH不高于_________________。

（6）已知

计算反应Fe^2＋(aq)＋2HCO₃^－(aq)FeCO₃(s)＋H₂CO₃(aq)的平衡常数为_______。
（7）在空气中煅烧FeCO₃生成氧化铁的化学方程式为____________。
（8）结合所学化学知识，请你设计在实验室里从上述的硫铁矿烧渣中提取氧化铁的另一种简单方案。

高铁酸钾（K₂FeO₄）有强氧化性，是一种安全性很高的水处理剂。
（1）高铁酸钾中铁元素的化合价是     ，它可以将废水中的亚硝酸钾（KNO₂）氧化，同时生成具有吸附性的Fe(OH)₃，该反应的化学方程式为                。
（2）某学习小组用废铁泥（主要成分为Fe₃O₃、FeO、CuO和少量Fe）制备高铁酸钾的流程如下：

①操作Ⅰ要在通风橱中进行，其原因是           。
②溶液A中含有的金属阳离子是             。
③25℃时，若将溶液B中的金属离子完全沉淀，应调节c(H⁺)小于      。（已知：i. Ksp[Fe(OH)₃]=2.7×10^-39、Ksp[Fe(OH)₂] =4.0×10^-17、Ksp[Cu(OH)₂] =1.6×10^-20；ii. 溶液中离子浓度小于10^-5 mol·L^-1时，可视为沉淀完全。）
④该小组经多次实验，得到如图结果，他们的实验目的是                。

（3）高铁酸钾还可以用电解法制取，电解池以铁丝网为阳极，电解液使用氢氧化钾溶液，其阳极反应式为               。

二甲醚(CH₃OCH₃)是一种重要的清洁燃料气，其储运、燃烧安全性、理论燃烧温度等性能指标均优于液化石油气，也可用作燃烧电池的燃料，具有很好的好展前景。
（1）已知H₂、CO和CH₃OCH₃的燃烧热(ΔH)分别为-285.5kJ/mol、-283kJ/mol和-1460.0 kJ/mol，则工业上利用水煤气成分按1:1合成二甲醚的热化学方程式为    。
（2）工业上采用电浮远凝聚法处理污水时，保持污水的pH在5.0，通过电解生成Fe(OH)₃胶体，吸附不溶性杂质，同时利用阴极产生的H₂，将悬浮物带到水面，利于除去。实验室以二甲醚燃料电池模拟该方法设计的装置如下图所示：

①乙装置以熔融碳酸盐为电解质，稀土金属材料为电极。写出该燃料电池的正极电极反应式                         ；下列物质可用做电池熔融碳酸盐的是                    。
A.MgCO₃           B.Na₂CO₃           C.NaHCO₃            D.(NH₄)₂CO₃
②写出甲装置中阳极产物离子生成Fe(OH)₃沉淀的离子方程式：                       。
③已知常温下K_ap[Fe(OH)₃]=4.0×10^—38，电解一段时间后，甲装置中c(Fe³⁺)=          。
④已知：H₂S的电离平衡常数：K₁=9.1×10^—8、K₂=1.1×10^—12；H₂CO₃的电离平衡常数：K₁=4.31×10^—7、K₂=5.61×10^—11。测得电极上转移电子为0.24mol时，将乙装置中生成的CO₂通入200mL 0.2mol/L的Na₂S溶液中，下列各项正确的是
A．发生反应的离子方程式为：CO₂+S^2—+H₂O=CO₃^2—+H₂S
B．发生反应的离子方程式为：CO₂+S^2—+H₂O=HCO₃^—+HS^—
C．c(Na⁺)=2[c(H₂S)+c(HS^—)+c(S^2—)]
D．c(Na⁺)+c(H⁺)=2c(CO₃^2—)+2c(S^2—)+c(OH^—)
E．c(Na⁺)>c(HCO₃^—)>c(HS^—)>c(OH^—)

工业生产Na₂S常用方法是无水芒硝(Na₂SO₄)一碳还原法，其流程示意图如下：

(1)若煅烧阶段所得气体为等物质的量的CO和CO₂。写出煅烧时发生的总反应方程式：______________________。
(2)用碱液浸出产品比用热水更好，理由是__________________。
(3)废水中汞常用硫化钠除去，汞的除去率与溶液pH和硫化钠实际用量与理论用量比值x的关系如图所示。为使除汞达到最佳效果，应控制条件是________________。

(4)取Na₂S(含少量NaOH)，加入到CuSO₄溶液中，充分搅拌，若反应后溶液pH＝4，此时溶液中c(S^2－)＝________mol·L^－1[已知：CuS的K_sp＝8.8×10^－36；Cu(OH)₂的K_sp＝2.2×10^－20(保留2位有效数字)]。
(5)纳米Cu₂O常用电解法制备，制备过程用铜棒和石墨棒做电极，Cu(NO₃)₂做电解液。电解生成Cu₂O应在________；该电极pH将________(填“升高”“不变”或“降低”)，用电极方程式解释pH发生变化的原因______________________。

利用废旧镀锌铁皮可制备磁性Fe₃O₄胶体粒子及副产物ZnO。制备流程图如下：

已知：Zn及其化合物的性质与Al及其化合物的性质相似，请回答下列问题：
(1)用NaOH溶液处理废旧镀锌铁皮的作用有________。

A．去除油污

B．溶解镀锌层

C．去除铁锈

D．钝化

(2)调节溶液A的pH可产生Zn(OH)₂沉淀，为制得ZnO，后续操作步骤是________。
(3)由溶液B制取Fe₃O₄胶体粒子的过程中，须持续通入N₂，其原因是
_______________________________________________________________
(4)Fe₃O₄胶体粒子能否用减压过滤法实现固液分离？__________(填“能”或“不能”)，理由是________________________________。
(5)用重铬酸钾法(一种氧化还原滴定法)可测定产物Fe₃O₄中的二价铁含量。若需配制浓度为0.010 00 mol·L^－1的K₂Cr₂O₇标准溶液250 mL，应准确称取________ g K₂Cr₂O₇(保留4位有效数字，已知MK₂Cr₂O₇＝294.0 g·mol^－1)。配制该标准溶液时，下列仪器中不必要用到的有________(用编号表示)。
①电子天平　②烧杯　③量筒　④玻璃棒
⑤容量瓶 ⑥胶头滴管　⑦移液管
(6) 滴定操作中，如果滴定前装有K₂Cr₂O₇标准溶液的滴定管尖嘴部分有气泡，而滴定结束后气泡消失，则测定结果将________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。

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)3	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

 
请回答下列问题：
(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Mn^2＋、SO₄^2—，另含有少量Fe^2＋、Fe^3＋、Al^3＋、Cu^2＋、Pb^2＋等，其除杂过程如下：
①加入MnO₂将Fe^2＋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Cu^2＋、Pb^2＋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Mn^2＋转化为MnO₂，制得优质MnO₂。写出Mn₃O₄与稀硫酸反应的化学方程式：______________________________。

开发新能源和三废处理都是可持续发展的重要方面。
（1）由碳的氧化物直接合成乙醇燃料已进入大规模生产。如采取以CO和H₂为原料合成乙醇，化学反应方程式：2CO(g)+4H₂(g)CH₃CH₂OH(g)+H₂O(g)；若密闭容器中充有10 mol CO与20mol H₂，在催化剂作用下反应生成乙醇：CO的转化率(α)与温度、压强的关系如下图所示。

①若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态，此时在A点时容器的体积为10L，则该温度下的平衡常数：K＝       ；
②若A、C两点都表示达到的平衡状态，则自反应开始到达平衡状态所需的时间t_A    t_C（填“大于”、“小于”或“等于”）。
③工业上还可以采取以CO₂和H₂为原料合成乙醇，并且更被化学工作者推崇，但是在相同条件下，由CO制取CH₃CH₂OH的平衡常数远远大于由CO₂制取CH₃CH₂OH的平衡常数。请推测化学工作者认可由CO₂制取CH₃CH₂OH的优点主要是：                                    。
（2）目前工业上也可以用CO₂来生产甲醇。一定条件下发生反应CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)。若将6mol CO₂和8 mol H₂充入2L的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化的曲线如右图所示（实线）。

①请在答题卷图中绘出甲醇的物质的量随时间变化曲线。
②仅改变某一实验条件再进行两次实验，测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示，曲线I对应的实验条件改变是           ，曲线Ⅱ对应的实验条件改变是       。
（3）Hg是水体污染的重金属元素之一。水溶液中二价汞的主要存在形态与Clˉ、OHˉ的浓度关系如右图所示［图中的物质或粒子只有Hg(OH)₂为难溶物；pCl=－1gc(Clˉ)］

①下列说法中正确的是     。
A．为了防止Hg^2＋水解，配制Hg(NO₃)₂溶液时应将Hg(NO₃)₂固体溶于浓硝酸后再稀释
B．当c(C1ˉ) ＝10ˉ¹ mol·Lˉ¹时，汞元素一定全部以HgCl₄²ˉ形式存在
C．HgCl₂是一种弱电解质，其电离方程式是：HgCl₂＝HgCl^＋ + C1ˉ
D．当溶液pH保持在4，pCl由2改变至6时，可使HgCl₂转化为Hg(OH)₂
②HgCl₂又称“升汞”，熔点549K，加热能升华，其晶体是     （填晶体类型）。

I．利用含锰废水（主要含Mn²⁺、SO、H⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Cu²⁺）可制备高性能磁性材料碳酸锰（MnCO₃）。其中一种工业流程如下：

已知某些物质完全沉淀的pH如下表：

回答下列问题：
（1）过程②中，所得滤渣的主要成分是                            。
（2）过程③中，发生反应的离子方程式是                                     。
（3）过程④中，若生成的气体J可使澄清石灰水变浑浊，则生成MnCO₃的反应的离子方程式是                                                                             。
（4）由MnCO₃可制得重要的催化剂MnO₂：2MnCO₃+O₂=2MnO₂+2CO₂。
现在空气中加热460．0 g MnCO₃，得到332．0 g产品，若产品中杂质只有MnO，则该产品中MnO₂的质量分数是           （用百分数表示，小数点后保留1位）。
Ⅱ．常温下，浓度均为0．1 mol／L的下列六种溶液的pH如下表：

（1）上述盐溶液中的阴离子，结合H⁺能力最强的是                     。
（2）根据表中数据判断，浓度均为0．0l mol／L的下列物质的溶液中，酸性最强的是
（填序号）。
A．HCN     B．HC1O      C．C₆H₅OH      D．CH₃ COOH    E．H₂ CO₃
（3）据上表数据，请你判断下列反应不能成立的是        （填序号）。
A．HCN+ Na₂ CO₃=NaHCO₃+NaCN
B．CH₃ COOH+NaCN=CH₃ COONa+HCN
C．CO₂ +H₂O+2C₆ H₅ONa=Na₂ CO₃ +2C₆ H₅OH
D．CH₃ COONa+HClO=NaClO十CH₃ COOH

工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下：

某软锰矿的主要成分为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。部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表。

回答下列问题：
（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离子方程式为                     。
（2）调节pH时不用氢氧化钠原因是：          ，理论上，调节pH的最小值为         ，滤渣B的主要成分是             。
（3）加入MnS的目的是除去                杂质。
（4）碱性锌锰电池中，MnO₂参与的电极反应方程式为                。回收废旧碱性锰电池中的锰，可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，其主要反应为：2MnO（OH）+MnO₂ +2H₂C₂O₄ +3H₂SO₄=3MnSO₄ +4CO₂ ↑+6H₂O，该方法的优点是                    。

实验室用铜制取硫酸铜，将适量硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中，加热使之反应完全，通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体。
(1)为了节约原料，硫酸和硝酸的最佳物质的量之比为________ ；为了吸收该反应中产生的尾气，可选择的最佳装置是________(填序号)。

(2)为符合绿色化学的要求，某研究性学习小组进行如下设计。
方案1：以空气为氧化剂。将铜粉在仪器N中反复灼烧，使铜与空气充分反应生成氧化铜，再使氧化铜与稀硫酸反应。
方案2：将空气或氧气直接通入到铜粉与烯硫酸的混合物中，发现在常温下几乎不反应。向反应液中加少量FeSO₄，再通入空气或氧气，即发生反应，生成硫酸铜。反应完全后，加入物质甲调节pH，铁元素全部转化为Fe(OH)₃沉淀(一般当铁离子的浓度下降到10^－5mol·L^－1时，就认为沉淀完全)，然后过滤、浓缩、结晶。
(已知：常温下，K_sp[Cu(OH)₂]＝10^－22，K_sp[Fe(OH)₃]＝10^－38)
请回答下列问题：
①方案1中仪器N的名称是________。
②方案2中为了使铁元素全部沉淀，应调节pH至少为________。
③方案2中甲物质可选用________(填序号)。

A．CaO

B．NaOH

C．CuCO3

D．Cu2(OH)2CO3 E．Fe2(SO4)3

④方案2反应中加入少量FeSO₄可加速铜的氧化，用离子方程式解释其原因：___________________________________________。