主题排查5 化学工艺流程
1. 某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)，实现镍、钴、镁元素的回收。
(1)在一定温度下，用硫酸浸取已粉碎的镍钴矿时，提高浸取速率的方法为 适当增大硫酸浓度(或其他合理答案) (答出一条即可)。
(2)“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)，写出H2SO5的结构式： 。
(3)“氧化”中，用石灰乳调节pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为 H2O＋Mn2＋＋HSO===MnO2＋SO＋3H＋ (该条件下，Co2＋不被氧化；H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱)。
(4)“氧化”中保持空气通入速率不变，Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如图所示。SO2体积分数为9%时，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是 SO2有还原性，过多将会降低H2SO5的浓度，降低Mn(Ⅱ)氧化速率 。
(5)将“钴镍渣”酸溶后，进行如下流程：
①写出“钴镍分离”时发生反应的离子方程式： ClO－＋2Co2＋＋5H2O===2Co(OH)3↓＋Cl－＋4H＋ 。
②“镍钴分离”后溶液中c(Ni2＋)＝1.0 mol/L，若“滤液1”中c(CO)＝10－5 mol/L，则沉镍率＝ 99%(计算过程见解析) (要求写出计算过程)[已知：Ksp(NiCO3)＝1.0×10－7，沉镍率＝×100%]。
【解析】 (1)提高浸取率可以适当增大硫酸浓度或适当升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面积等方法增大化学反应速率。(2)过一硫酸可以看做过氧化氢中的一个氢原子被磺酸基取代，因此结构式为。(3)H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱，S元素主要以HSO存在，－1价的O将Mn2＋氧化为二氧化锰。(4)二氧化硫有还原性，二氧化硫的体积分数较大时，二氧化硫将H2SO5还原，Mn(Ⅱ)氧化速率减小。(5)①滤液中加NaClO将Co2＋氧化为Co(OH)3，反应的离子方程式为ClO－＋2Co2＋＋5H2O===2Co(OH)3↓＋Cl－＋4H＋；再加Na2CO3，将Ni2＋转化为NiCO3沉淀，离子方程式为Ni2＋＋CO===NiCO3↓；NiCO3中加H2SO4，反应生成NiSO4，经蒸发浓缩、冷却结晶，可得NiSO4·7H2O；钴镍分离后得到的Co(OH)3加浓盐酸，可将＋3价的Co还原为＋2价，得到CoCl2溶液，经蒸发浓缩、冷却结晶，可得CoCl2·6H2O。②根据Ksp(NiCO3)＝1.0×10－7可知，c(Ni2＋)＝＝mol/L＝0.01 mol/L，沉镍率＝×100%＝×100%＝99%。
2. 以含钼(Mo)废催化剂(含MoS2，以及Al2O3、Fe2O3、CuO等)为原料制备MoO3，其过程表示如下：
(1)焙烧。将废催化剂和足量NaOH固体置于焙烧炉中，通入足量空气加热至750 ℃充分反应。焙烧过程中MoS2转化为Na2MoO4的化学方程式为 2MoS2＋9O2＋12NaOH2Na2MoO4＋4Na2SO4＋6H2O 。
(2)浸取。将焙烧所得固体加水浸泡，然后过滤、洗涤。过滤后所得滤液中存在的阴离子主要有OH－、MoO、 SO、[Al(OH)4]－ 。欲提高单位时间内钼的浸取率，可以采取的措施有 将固体粉碎、适当搅拌、适当升高温度等 (任写一点)。
(3)除杂。向浸取后的滤液中通入过量CO2，过滤。通入过量CO2的目的是 将[Al(OH)4]－全部转化为Al(OH)3沉淀除去 。
(4)制备。向上述(3)所得滤液中加入硝酸调节溶液的pH小于6，使MoO转化为Mo7O，然后加入NH4NO3充分反应，析出(NH4)6Mo7O24·4H2O，灼烧后可得到MoO3。灼烧(NH4)6Mo7O24·4H2O得到MoO3的化学方程式为 (NH4)6Mo7O24·4H2O7MoO3＋6NH3↑＋7H2O 。
(5)应用。将MoO3制成V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化剂，用于氨催化还原氮氧化物，一定压强下，将氨氮比为1.0的混合气体按一定流速通入装有上述催化剂的反应装置，测得NOx的转化率随温度的变化关系如图所示。在温度160～240 ℃之间，NOx转化率不高的原因是 温度160～240 ℃之间，催化剂的活性低，同时温度较低反应速率较慢，所以NOx的转化率不高 。
【解析】 (2)加水浸泡后，氧化铝与氢氧化钠反应生成可溶性的Na[Al(OH)4]，故过滤后所得滤液中存在的阴离子还有SO、[Al(OH)4]－。
3. 回收再利用金属冶炼厂的酸性废水(主要含HAsO2、H3AsO4、Zn2＋、Cd2＋、SO)，制备亚砷酸铜Cu(AsO2)2的流程如下。
(1)基态砷原子的电子排布式为 [Ar]3d104s24p3或1s22s22p63s23p63d104s24p3 。
(2)砷的还原。常温下，As(Ⅴ)溶液中各种微粒的物质的量分数随pH的变化曲线如图所示。向酸性废水中通入SO2，能把As(Ⅴ)转化为As(Ⅲ)。
①H3AsO4的二级电离平衡常数Ka2＝ 1×10－7 。
②pH为1时“还原”的主要反应的离子方程式为
H3AsO4＋SO2===HAsO2＋SO＋2H＋ 。
(3)中和除杂。当溶液中离子浓度小于1×10－5 mol/L，可认为已经完全除去。
已知：Zn(OH)2在pH＝10.5时开始转化为[Zn(OH)4]2－，Ksp[Zn(OH)2]＝1.2×10－17，Ksp[Cd(OH)2]＝2.5×10－14，lg 2＝0.3。
①“一级中和”控制pH为2左右，滤渣X的主要成分有 CaSO4 。
②“二级中和”沉淀重金属离子应控制pH范围为 9.7～10.5 。
(4)应用碘量法可测定亚砷酸铜中的铜含量。称取2.000 g试样溶于稀硫酸搅拌后过滤，洗涤滤渣，将洗涤后的滤液与原滤液合并，配成250 mL溶液，取25.00 mL所配溶液于碘量瓶中加入过量的碘化钾溶液，用0.030 00 mol/L Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗25.00 mL。
①计算样品中铜元素的质量分数(写出计算过程)。
答案：24.00%(计算过程见解析)
②已知纯亚砷酸铜中铜元素的质量分数为23.02%，实际测得样品中铜元素的质量分数有偏差(操作步骤均正确)的原因为 样品中可能含有Cu(OH)2、CuO (已知：Cu2＋＋I－―→CuI↓＋I2；I2＋S2O―→S4O＋I－，未配平)。
【解析】 (2)①由图可知，当c(HAsO)＝c(H2AsO)时，pH＝7.0，c(H＋)＝1×10－7 mol/L，根据Ka2＝，故Ka2＝1×10－7。②pH＝1时，含砷微粒的溶液中主要以H3AsO4存在，向酸性废水中通入SO2，将As(Ⅴ)转化为As(Ⅲ)。(3)①“一级中和”加入的是石灰乳，主要是为了沉淀SO，故滤渣X的主要成分为CaSO4。②由信息可知Zn(OH)2的溶度积更小，更难溶，所以只要满足Cd(OH)2完全沉淀，Zn(OH)2肯定已经完全沉淀，此时c(Cd2＋)＝1×10－5 mol/L，则根据Ksp[Cd(OH)2]＝2.5×10－14，可求得此时c(OH－)＝5×10－5 mol/L，则c(H＋)＝2×10－10 mol/L，所以pH＝9.7；又因为Zn(OH)2在pH＝10.5时开始转化为[Zn(OH)4]2－，所以二级中和沉淀重金属离子应控制pH范围为9.7～10.5。
(4)①n(Na2S2O3)＝25.00×10－3 L×0.030 mol/L＝7.500×10－4 mol，
由题意得关系式：Cu2＋～I2～S2O，n(Cu2＋)＝n(Na2S2O3)＝7.500×10－4 mol，
m(Cu)＝64 g/mol×7.500×10－4 mol×＝0.480 0 g，
铜元素质量分数＝×100%＝24.00%。
②由于“二级中和”加入了氢氧化钠，所以“沉砷”时加入硫酸铜可能会产生氢氧化铜沉淀，后续操作中还有可能生成氧化铜，所以样品中可能含有Cu(OH)2、CuO。
4. 硼化钛(TiB2)常用于制备导电陶瓷材料。
Ⅰ. 高钛渣(主要含TiO2、SiO2、Al2O3和CaO，少量MgO、Fe2O3)为原料制取TiB2的流程如图：
已知：①B2O3高温易挥发；
②TiO2可溶于热的浓硫酸形成TiO2＋。
(1)“酸浸”后的滤液中的阳离子有：H＋、Fe3＋、 Al3＋、Ca2＋、Mg2＋ 。
(2)“水解”需在沸水中进行，离子方程式为 TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋ 。
(3)“热还原”中发生反应的化学方程式为TiO2＋B2O3＋5CTiB2＋5CO↑，B2O3的实际用量超过了理论用量，原因是 B2O3易挥发 。
Ⅱ. 气相沉积法获得硼化钛：以TiCl4和BCl3为原料，在过量的H2参与下，沉积温度为800～1 000 ℃，可制得具有空间网状结构的磨料级硼化钛。
(4)制得硼化钛的化学方程式为 TiCl4＋2BCl3＋5H2TiB2＋10HCl ，硼化钛能作为磨料的原因是 硼化钛是共价晶体，硬度大 。
(5)生产硼化钛，当BCl3和TiCl4投料比[m(BCl3)∶m(TiCl4)]超过1.25时硼化钛的纯度下降，原因是 BCl3过量，被过量的氢气还原为单质硼 。
Ⅲ. 硼砂(Na2B4O7·10H2O)与NaOH的混合溶液中加入H2O2可以制备X(Na2B2O8H4)。已知X的阴离子[B2O8H4]2－只有一种化学环境的B原子，结构中有1个六元环且B和O原子最外层都达到8电子稳定结构。
(6)X阴离子的结构式为 。
【解析】 (1)“酸浸”加入稀盐酸与Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3反应生成AlCl3、CaCl2、MgCl2、FeCl3，“酸浸”后的滤液中的阳离子有H＋、Fe3＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋。(3)“热还原”中B2O3的实际用量超过了理论化学计量所要求的用量，原因是B2O3高温下蒸气压大、易挥发。(4)硼化钛由Ti和B原子相连构成空间网状结构，说明硼化钛是共价晶体，硬度大。(5)当BCl3和TiCl4投料比[m(BCl3)：m(TiCl4)]超过1.25时硼化钛的纯度下降，原因是BCl3过量，被过量的氢气还原为单质硼。(6)X的阴离子[B2O8H4]2－只有一种化学环境的B原子说明结构对称，结构中有1个六元环且B和O原子最外层都达到8电子稳定结构，则B原子与4个O原子相连，X阴离子的结构式见答案。(共20张PPT)
第三篇
考前排查
主题排查
主题排查5 化学工艺流程
1. 某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)，实现镍、钴、镁元素的回收。
(1)在一定温度下，用硫酸浸取已粉碎的镍钴矿时，提高浸取速率的方法为_____________________________________答出一条即可)。
(2)“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸
(H2SO5)，写出H2SO5的结构式：_________________________。
(3)“氧化”中，用石灰乳调节pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为__________________________________________(该条件下，Co2＋不被氧化；H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱)。
适当增大硫酸浓度(或其他合理答案)
(4)“氧化”中保持空气通入速率不变，Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如图所示。SO2体积分数为9%时，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是______________________________________________________ ___________。
SO2有还原性，过多将会降低H2SO5的浓度，降低Mn(Ⅱ)氧化速率
(5)将“钴镍渣”酸溶后，进行如下流程：
①写出“钴镍分离”时发生反应的离子方程式：_________________________ _______________________________。
ClO－＋2Co2＋＋5H2O=== 2Co(OH)3↓＋Cl－＋4H＋
99%(计算过程见解析)
2. 以含钼(Mo)废催化剂(含MoS2，以及Al2O3、Fe2O3、CuO等)为原料制备MoO3，其过程表示如下：
(1)焙烧。将废催化剂和足量NaOH固体置于焙烧炉中，通入足量空气加热至 750 ℃充分反应。焙烧过程中MoS2转化为Na2MoO4的化学方程式为______________
_________________________________________________。
2MoS2＋
将固体粉碎、适当搅拌、适当升高温度等
(3)除杂。向浸取后的滤液中通入过量CO2，过滤。通入过量CO2的目的是______________________________________________。
将[Al(OH)4]－全部转化为Al(OH)3沉淀除去
7MoO3＋6NH3↑＋7H2O
(5)应用。将MoO3制成V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化剂，用于氨催化还原氮氧化物，一定压强下，将氨氮比为1.0的混合气体按一定流速通入装有上述催化剂的反应装置，测得NOx的转化率随温度的变化关系如图所示。在温度160～240 ℃之间，NOx转化率不高的原因是___________________________________________________ _____________________________________。
温度160～240 ℃之间，催化剂的活性低，同时温度较低反应速率较慢，所以NOx的转化率不高
(1)基态砷原子的电子排布式为______________________________________。
[Ar]3d104s24p3或1s22s22p63s23p63d104s24p3
(2)砷的还原。常温下，As(Ⅴ)溶液中各种微粒的物质的量分数随pH的变化曲线如图所示。向酸性废水中通入SO2，能把As(Ⅴ)转化为As(Ⅲ)。
①H3AsO4的二级电离平衡常数Ka2＝________________。
②pH为1时“还原”的主要反应的离子方程式为
__________________________________________。
1×10－7
(3)中和除杂。当溶液中离子浓度小于1×10－5 mol/L，可认为已经完全除去。
已知：Zn(OH)2在pH＝10.5时开始转化为[Zn(OH)4]2－，Ksp[Zn(OH)2]＝1.2× 10－17，Ksp[Cd(OH)2]＝2.5×10－14，lg 2＝0.3。
①“一级中和”控制pH为2左右，滤渣X的主要成分有___________。
②“二级中和”沉淀重金属离子应控制pH范围为_________________。
CaSO4
9.7～10.5
(4)应用碘量法可测定亚砷酸铜中的铜含量。称取2.000 g试样溶于稀硫酸搅拌后过滤，洗涤滤渣，将洗涤后的滤液与原滤液合并，配成250 mL溶液，取25.00 mL所配溶液于碘量瓶中加入过量的碘化钾溶液，用0.030 00 mol/L Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗25.00 mL。
①计算样品中铜元素的质量分数(写出计算过程)。
答案：24.00%(计算过程见解析)
样品中可能含有Cu(OH)2、CuO
4. 硼化钛(TiB2)常用于制备导电陶瓷材料。
Ⅰ. 高钛渣(主要含TiO2、SiO2、Al2O3和CaO，少量MgO、Fe2O3)为原料制取TiB2的流程如图：
已知：①B2O3高温易挥发；
②TiO2可溶于热的浓硫酸形成TiO2＋。
(1)“酸浸”后的滤液中的阳离子有：H＋、Fe3＋、______________________。
(2)“水解”需在沸水中进行，离子方程式为__________________________ _________________________。
Al3＋、Ca2＋、Mg2＋
TiO2·xH2O↓＋2H＋
B2O3易挥发
Ⅱ. 气相沉积法获得硼化钛：以TiCl4和BCl3为原料，在过量的H2参与下，沉积温度为800～1 000 ℃，可制得具有空间网状结构的磨料级硼化钛。
(4)制得硼化钛的化学方程式为________________________________________，硼化钛能作为磨料的原因是____________________________。
(5)生产硼化钛，当BCl3和TiCl4投料比[m(BCl3)∶m(TiCl4)]超过1.25时硼化钛的纯度下降，原因是___________________________________。
Ⅲ. 硼砂(Na2B4O7·10H2O)与NaOH的混合溶液中加入H2O2可以制备X(Na2B2O8H4)。已知X的阴离子[B2O8H4]2－只有一种化学环境的B原子，结构中有1个六元环且B和O原子最外层都达到8电子稳定结构。
(6)X阴离子的结构式为_________________________。
硼化钛是共价晶体，硬度大
BCl3过量，被过量的氢气还原为单质硼
【解析】 (1)“酸浸”加入稀盐酸与Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3反应生成AlCl3、CaCl2、MgCl2、FeCl3，“酸浸”后的滤液中的阳离子有H＋、Fe3＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋。(3)“热还原”中B2O3的实际用量超过了理论化学计量所要求的用量，原因是B2O3高温下蒸气压大、易挥发。(4)硼化钛由Ti和B原子相连构成空间网状结构，说明硼化钛是共价晶体，硬度大。(5)当BCl3和TiCl4投料比[m(BCl3)：m(TiCl4)]超过1.25时硼化钛的纯度下降，原因是BCl3过量，被过量的氢气还原为单质硼。(6)X的阴离子[B2O8H4]2－只有一种化学环境的B原子说明结构对称，结构中有1个六元环且B和O原子最外层都达到8电子稳定结构，则B原子与4个O原子相连，X阴离子的结构式见答案。
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