第27练 无机化合物综合应用(A)
[分值：50分]
1.(12分)(2025·南京开学联考)以钛白副产品(含FeSO4及少量TiOSO4)和H2C2O4为原料制备的超微细FeC2O4·2H2O可广泛用于新型电池材料、感光材料的生产。
已知：①TiO2++2H2O===TiO(OH)2↓+2H+；25 ℃时，Ksp[TiO(OH)2]=1×10-29；Ksp[Fe(OH)2]=1×10-16。
②FeC2O4·2H2O不溶于水，溶于硫酸。
③沉淀速度过快，沉淀的粒径会变大，包裹的杂质会变多。
(1)FeC2O4·2H2O的制备。将一定量的钛白副产品用热水溶解，在搅拌下加入还原铁粉，反应后pH为4~5，过滤得到FeSO4溶液。在搅拌下先后加入氨水和草酸溶液，经H2SO4调节pH、过滤、水洗、烘干后得到超微细FeC2O4·2H2O。
①加入还原铁粉的作用是 ；生成FeC2O4·2H2O的离子方程式为 。
②温度对沉淀粒径的影响如图1所示，加入氨水和草酸溶液过程需控制温度在40 ℃的原因是 。
③pH对产品纯度的影响如图2所示，沉淀过程时pH在2~3.5范围内，pH增大会导致产品纯度降低，产生的杂质为 。
(2)FeC2O4·2H2O的结构。
①FeC2O4·2H2O晶体为片层结构，FeC2O4·2H2O晶体层与层之间的作用力为 。
②每层层内每个Fe2+与2个C2和2个H2O相连，形成1个铁氧八面体。在图3中补全该结构。
(3)FeC2O4·2H2O的性质。将FeC2O4·2H2O在氮气的氛围中加热分解。加热过程中固体残留率[固体残留率=×100%]随温度的变化如图4所示，B点时，固体只含有一种铁的氧化物，则AB段发生反应的化学方程式： 。
2.(12分)(2025·南通联考)实验室以碳酸锰矿(含MnCO3及少量Fe、Al、Si等氧化物)为原料可制得高纯MnCO3。
(1)焙烧：将碳酸锰矿与(NH4)2SO4在温度为300~500 ℃下进行焙烧，写出焙烧时MnCO3所发生反应的化学方程式： 。
(2)制备MnCO3：向净化后的MnSO4溶液在搅拌下缓慢滴加沉淀剂NH4HCO3溶液，过滤、洗涤、干燥，得到MnCO3固体。
①将过滤得到的滤液蒸发浓缩、冷却结晶，可得到的晶体为 (填化学式)。
②沉淀剂不选择Na2CO3溶液的原因是 。
③MnCO3在空气中，一段时间后会生成MnO(OH)2，写出该反应的化学方程式： 。
(3)MnCO3在空气流中热解得到不同价态锰的氧化物，其固体残留率随温度的变化如图1所示。
①770 ℃时，剩余固体中n(Mn)∶n(O)为 。
②图2是MnO2晶胞沿三维坐标z轴方向的晶胞投影图，MnO2晶胞结构如图3所示。用“○”圈出所有位于晶胞体内的原子。
3.(14分)(2025·江苏期中大联考)工业上用锌铜合金灰(含有Cu、Zn、Pb及其氧化物)提取单质Cu和ZnO。
(1)锌铜合金灰在空气中焙烧得到烧渣，主要成分为CuO、ZnO及少量PbO等，用硫酸酸浸后过滤得到ZnSO4溶液和含铜滤渣。Zn、Cu、Pb浸出率随硫酸浓度变化如图1所示。
①用4 mol·L-1稀硫酸溶解时，Zn浸出率远高于Cu、Pb浸出率的原因是 。
②使用2 mol·L-1和5 mol·L-1硫酸溶解时，所得滤渣成分的不同之处为 。
(2)在含有Zn2+、Fe3+、Fe2+的高氯离子浓度的溶液中，先加入适量的Fe粉，后用nLorg萃取剂选择性萃取分离锌、铁。已知Fe2+、Fe3+、Zn2+可以存在多种含氯配离子。
离子 常见配离子
Fe2+ FeCl+
Fe3+
Zn2+ 、、ZnCl2、ZnCl+
萃取原理为H+++nLorgHZnCl3·nLorg(也可以被萃取)。
①该过程中nLorg萃取剂能有效分离锌、铁的原因是 。
②向该溶液中加入浓盐酸能提高锌的萃取率的原因是 。
(3)向有机相中加入草酸溶液，将Zn(Ⅱ)转化为草酸锌(ZnC2O4·2H2O)沉淀，灼烧后得到ZnO。已知Ka1(H2C2O4)=5.9×10-2，Ka2(H2C2O4)=6.4×10-5。
①生成草酸锌(ZnC2O4·2H2O)的化学方程式为 。
②ZnO晶体有立方岩盐、立方闪锌矿等结构，晶胞如图2所示，立方岩盐、立方闪锌矿结构晶胞中锌原子的配位数之比为 。
(4)向水相加入草酸溶液生成草酸亚铁(FeC2O4·2H2O)沉淀，将沉淀置于氮气氛围中焙烧，剩余固体质量随温度变化曲线如图3所示。220~230 ℃时，所得固体产物为 (FeC2O4·2H2O的摩尔质量为180 g·mol-1)。
4.(12分)(2024·苏州模拟)赤铜矿(主要成分为Cu2O，含少量Fe3O4、SiO2)含铜量高达88.8%，是重要的冶金材料，某化学兴趣小组利用其制备CuSO4·5H2O晶体的流程如图：
已知：Cu2O+2H+===Cu+Cu2++H2O。
(1)CuSO4·5H2O晶体结构如图所示。晶体中存在的作用力包括离子键、 。
(2)酸溶。控制矿石为12 g、硫酸为6 g，温度为70 ℃，相同时间内，铜浸出率随液固比变化如图所示。液固比大于5∶1后，铜浸出率下降的原因为 。
(3)氧化。Fe2+发生反应的离子方程式为 。检验氧化完全的试剂为 (填化学式)。
(4)沉铁。离子浓度≤10-5 mol·L-1时，可认为该离子被沉淀完全。若室温下溶液pH应调节至略大于3.7，则Fe(OH)3的Ksp为 。
(5)试从产率、试剂选择角度评价该制备流程并提出修改建议： 。 第27练 无机化合物综合应用(A)
[分值：50分]
1.(12分)(2025·南京开学联考)以钛白副产品(含FeSO4及少量TiOSO4)和H2C2O4为原料制备的超微细FeC2O4·2H2O可广泛用于新型电池材料、感光材料的生产。
已知：①TiO2++2H2O===TiO(OH)2↓+2H+；25 ℃时，Ksp[TiO(OH)2]=1×10-29；Ksp[Fe(OH)2]=1×10-16。
②FeC2O4·2H2O不溶于水，溶于硫酸。
③沉淀速度过快，沉淀的粒径会变大，包裹的杂质会变多。
(1)FeC2O4·2H2O的制备。将一定量的钛白副产品用热水溶解，在搅拌下加入还原铁粉，反应后pH为4~5，过滤得到FeSO4溶液。在搅拌下先后加入氨水和草酸溶液，经H2SO4调节pH、过滤、水洗、烘干后得到超微细FeC2O4·2H2O。
①加入还原铁粉的作用是 ；生成FeC2O4·2H2O的离子方程式为 。
②温度对沉淀粒径的影响如图1所示，加入氨水和草酸溶液过程需控制温度在40 ℃的原因是 。
③pH对产品纯度的影响如图2所示，沉淀过程时pH在2~3.5范围内，pH增大会导致产品纯度降低，产生的杂质为 。
(2)FeC2O4·2H2O的结构。
①FeC2O4·2H2O晶体为片层结构，FeC2O4·2H2O晶体层与层之间的作用力为 。
②每层层内每个Fe2+与2个C2和2个H2O相连，形成1个铁氧八面体。在图3中补全该结构。
(3)FeC2O4·2H2O的性质。将FeC2O4·2H2O在氮气的氛围中加热分解。加热过程中固体残留率[固体残留率=×100%]随温度的变化如图4所示，B点时，固体只含有一种铁的氧化物，则AB段发生反应的化学方程式： 。
答案 (1)①调节pH，促进TiO2+水解，增大Fe2+浓度 Fe2++H2C2O4+2NH3·H2O===FeC2O4·2H2O↓ ②温度过高，氨水挥发(分解)，反应速度增加，产品粒径增大，包裹的杂质会变多；温度过低，反应速率减慢 ③Fe2、Fe(OH)3
(2)①范德华力和氢键(或分子间作用力)
②
(3)3FeC2O4Fe3O4+4CO↑+2CO2↑
解析 (1)③根据pH对产品纯度的影响图可知，pH过高，亚铁离子被氧化的同时发生水解，生成Fe2(C2O4)3、Fe(OH)3沉淀，所以pH>2时会导致产品纯度降低。
(3)设固体物质的量为1 mol，总质量为180 g，则A点固体质量为180 g×80%=144 g，A点恰好为FeC2O4，B点时，固体只含有一种铁的氧化物，B点固体质量为180 g×42.96%=77.328 g，其中Fe的质量为56 g，则n(O)==1.333 mol，n(Fe)∶n(O)=1∶1.333≈3∶4，所以B点固体为Fe3O4，则AB段发生反应的化学方程式为3FeC2O4Fe3O4+4CO↑+2CO2↑。
2.(12分)(2025·南通联考)实验室以碳酸锰矿(含MnCO3及少量Fe、Al、Si等氧化物)为原料可制得高纯MnCO3。
(1)焙烧：将碳酸锰矿与(NH4)2SO4在温度为300~500 ℃下进行焙烧，写出焙烧时MnCO3所发生反应的化学方程式： 。
(2)制备MnCO3：向净化后的MnSO4溶液在搅拌下缓慢滴加沉淀剂NH4HCO3溶液，过滤、洗涤、干燥，得到MnCO3固体。
①将过滤得到的滤液蒸发浓缩、冷却结晶，可得到的晶体为 (填化学式)。
②沉淀剂不选择Na2CO3溶液的原因是 。
③MnCO3在空气中，一段时间后会生成MnO(OH)2，写出该反应的化学方程式： 。
(3)MnCO3在空气流中热解得到不同价态锰的氧化物，其固体残留率随温度的变化如图1所示。
①770 ℃时，剩余固体中n(Mn)∶n(O)为 。
②图2是MnO2晶胞沿三维坐标z轴方向的晶胞投影图，MnO2晶胞结构如图3所示。用“○”圈出所有位于晶胞体内的原子。
答案 (1)MnCO3+(NH4)2SO4MnSO4+2NH3↑+CO2↑+H2O↑
(2)①(NH4)2SO4 ②Na2CO3溶液碱性较强，会有部分Mn(OH)2沉淀生成 ③2MnCO3+O2+2H2O===2MnO(OH)2+2CO2
(3)①3∶4 ②
解析 根据碳酸锰矿中所含成分，以及焙烧、制备过程可知，碳酸锰与硫酸铵反应生成硫酸锰、氨气和二氧化碳，铁的氧化物、氧化铝、二氧化硅不与硫酸铵反应，加水溶解后，得到含硫酸锰溶液；向净化后的MnSO4溶液中缓慢滴加沉淀剂NH4HCO3溶液，过滤、洗涤、干燥，得到MnCO3固体。
(3)假设MnCO3 的物质的量为1 mol，即质量为115 g，770 ℃时，由图可知固体残留率为66.38%，则剩余固体的质量为115 g×66.38%=76.337 g，m(Mn)=55 g，则m(O)=76.337 g-55 g=21.337 g，n(Mn)∶n(O)=∶≈3∶4。
3.(14分)(2025·江苏期中大联考)工业上用锌铜合金灰(含有Cu、Zn、Pb及其氧化物)提取单质Cu和ZnO。
(1)锌铜合金灰在空气中焙烧得到烧渣，主要成分为CuO、ZnO及少量PbO等，用硫酸酸浸后过滤得到ZnSO4溶液和含铜滤渣。Zn、Cu、Pb浸出率随硫酸浓度变化如图1所示。
①用4 mol·L-1稀硫酸溶解时，Zn浸出率远高于Cu、Pb浸出率的原因是 。
②使用2 mol·L-1和5 mol·L-1硫酸溶解时，所得滤渣成分的不同之处为 。
(2)在含有Zn2+、Fe3+、Fe2+的高氯离子浓度的溶液中，先加入适量的Fe粉，后用nLorg萃取剂选择性萃取分离锌、铁。已知Fe2+、Fe3+、Zn2+可以存在多种含氯配离子。
离子 常见配离子
Fe2+ FeCl+
Fe3+
Zn2+ 、、ZnCl2、ZnCl+
萃取原理为H+++nLorgHZnCl3·nLorg(也可以被萃取)。
①该过程中nLorg萃取剂能有效分离锌、铁的原因是 。
②向该溶液中加入浓盐酸能提高锌的萃取率的原因是 。
(3)向有机相中加入草酸溶液，将Zn(Ⅱ)转化为草酸锌(ZnC2O4·2H2O)沉淀，灼烧后得到ZnO。已知Ka1(H2C2O4)=5.9×10-2，Ka2(H2C2O4)=6.4×10-5。
①生成草酸锌(ZnC2O4·2H2O)的化学方程式为 。
②ZnO晶体有立方岩盐、立方闪锌矿等结构，晶胞如图2所示，立方岩盐、立方闪锌矿结构晶胞中锌原子的配位数之比为 。
(4)向水相加入草酸溶液生成草酸亚铁(FeC2O4·2H2O)沉淀，将沉淀置于氮气氛围中焙烧，剩余固体质量随温度变化曲线如图3所示。220~230 ℃时，所得固体产物为 (FeC2O4·2H2O的摩尔质量为180 g·mol-1)。
答案 (1)①氧化锌在稀硫酸中溶解速率快于氧化铜和氧化铅 ②硫酸铅(PbSO4)的含量增加
(2)①Fe3+转化为Fe2+，没有形成带负电荷的离子，不能与萃取剂结合 ②提供Cl-，形成和；提供H+使萃取平衡正向进行
(3)①HZnCl3·nLorg+H2C2O4+2H2O===ZnC2O4·2H2O↓+nLorg+3HCl ②3∶2
(4)FeCO3
解析 (2)①在含有Zn2+、Fe3+、Fe2+的高氯离子浓度的溶液中，先加入适量的Fe粉将Fe3+转化成Fe2+，由表中常见配离子可知，Fe2+形成的配离子为FeCl+，在高氯离子浓度的溶液中Zn2+形成的配离子主要为、，根据萃取原理：H+++nLorgHZnCl3 nLorg(也可以被萃取)可知，带负电荷的、能与萃取剂结合，但带正电荷的FeCl+不能与萃取剂结合，故该过程中nLorg萃取剂能有效分离锌、铁。
(3)①在有机相中，Zn(Ⅱ)以HZnCl3 nLorg形式存在，加入草酸溶液，形成草酸锌沉淀，根据原子守恒，生成草酸锌的化学方程式为HZnCl3 nLorg+H2C2O4+2H2O===ZnC2O4 2H2O↓+3HCl+ nLorg。②根据晶胞结构图可知，立方岩盐结构中锌原子的配位数为6，立方闪锌矿结构中锌原子的配位数为4，则立方岩盐结构、立方闪锌矿结构中锌原子的配位数之比为6∶4=3∶2。
(4)开始FeC2O4 2H2O物质的量为=0.04 mol，其中结晶水质量为0.04 mol×2×18 g·mol-1=1.44 g、n(Fe)=0.04 mol，固体质量从7.20 g→5.76 g过程中失去全部结晶水，即5.76 g固体为FeC2O4；220~230 ℃时固体质量为4.64 g，根据Fe守恒，此温度范围固体的摩尔质量为=116 g·mol-1，固体中剩余的式量为116-56=60，故所得固体产物为FeCO3。
4.(12分)(2024·苏州模拟)赤铜矿(主要成分为Cu2O，含少量Fe3O4、SiO2)含铜量高达88.8%，是重要的冶金材料，某化学兴趣小组利用其制备CuSO4·5H2O晶体的流程如图：
已知：Cu2O+2H+===Cu+Cu2++H2O。
(1)CuSO4·5H2O晶体结构如图所示。晶体中存在的作用力包括离子键、 。
(2)酸溶。控制矿石为12 g、硫酸为6 g，温度为70 ℃，相同时间内，铜浸出率随液固比变化如图所示。液固比大于5∶1后，铜浸出率下降的原因为 。
(3)氧化。Fe2+发生反应的离子方程式为 。检验氧化完全的试剂为 (填化学式)。
(4)沉铁。离子浓度≤10-5 mol·L-1时，可认为该离子被沉淀完全。若室温下溶液pH应调节至略大于3.7，则Fe(OH)3的Ksp为 。
(5)试从产率、试剂选择角度评价该制备流程并提出修改建议： 。
答案 (1)共价键、配位键、范德华力、氢键 (2)硫酸浓度减小，反应速率减慢 (3)2Fe2++2H++ClO-===2Fe3++Cl-+H2O K3[Fe(CN)6]
(4)10-35.9 (5)酸溶产生的部分单质铜进入滤渣，减少了硫酸铜的产率，同时NaClO也可能把Fe2+氧化为氢氧化铁并进一步反应生成高铁酸根离子，从而影响产品纯度，应该改为加入硫酸酸溶后，加入H2O2，将铜转化为铜离子，充分反应后过滤，再加入氧化铜调pH沉铁
解析 赤铜矿粉中加入硫酸酸溶，Cu2O转化为Cu2+和Cu，Fe3O4转化为Fe2+和Fe3+，二氧化硅不溶于硫酸，滤渣1中含有二氧化硅和Cu单质，过滤后滤液中加入次氯酸钠进行氧化，Fe2+被氧化为Fe3+，随后加入CuO调节pH，使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，滤渣2为氢氧化铁，过滤后滤液经过蒸发浓缩、冷却结晶等操作得到五水硫酸铜晶体。(3)检验是否氧化完全，即检验溶液中是否还含有亚铁离子，可用K3[Fe(CN)6]检验。(4)pH约为3.7时，铁离子沉淀完全，此时c(Fe3+)≈10-5mol·L-1，则Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=10-5×10-10.3×3=10-35.9。第28练 无机化合物综合应用(B)
[分值：50分]
1.(16分)(2025·南京考前指导)一种从钴渣中分离回收金属的工艺流程如下：
已知：酸浸液主要含有Co2+、Fe2+、Ni2+、Mn2+等金属阳离子。
(1)“酸浸”时保持温度、浸取时间不变，能提高金属元素浸出率的措施有 。
(2)“沉铁”时，先向酸浸液中加入一定量H2O2，检验Fe2+氧化完全的试剂为 (填化学式)。反应完成后加入CaCO3调节pH至4.0将Fe3+转为Fe(OH)3，反应的化学方程式为 。
(3)“沉钴”时，选用NaHS溶液而不选等浓度Na2S溶液的理由为 。
获得的CoS沉淀经处理可获得一种钴的氧化物，其晶胞如图所示，该氧化物的化学式为 。
(4)“沉镍”时，Ni2+与丁二酮肟()反应生成鲜红色沉淀，结构如图所示。该沉淀中存在的化学键有 (填字母)。
A.氢键 B.共价键
C.配位键 D.金属键
(5)“沉锰”后主要生成Mn2(OH)2SO4和Mn(OH)2两种沉淀，再通入空气氧化得到产品Mn3O4。氧化时间对Mn3O4中锰含量及溶液pH的影响如图所示。
①15~150 min，pH下降较快的原因是 (用离子方程式表示)。
②氧化时间大于225 min时，产品中的锰含量下降，其原因是 。
2.(12分)(2025·无锡阶段检测)金是常见贵金属。自然界中的金以单质形态夹杂在矿石中。
制取方法一：金矿粉经过“氰化”“吸附”和“解吸附”“电解”等步骤得到金单质。氰化工艺中，将金溶解于NaCN溶液生成Na[Au(CN)2]。
制取方法二：利用氰化法从含金矿石(成分为Au、Ag、Fe2O3和其他不溶性杂质)中提取金。
工艺流程如下：
已知：Au++2CN-[Au(CN)2]- K=1.0×1038
Zn+2Au+Zn2++2Au K=1.0×1082.7
Zn2++4CN-[Zn(CN)4]2- K=1.0×1016.7
(1)“浸出Ⅰ”使用硝酸，不可用魔酸[一种由SbF5与HSO3F(结构为，其酸性比硫酸还强)组成的超强酸，可将Au溶解]。从结构角度分析HSO3F的酸性比H2SO4强的原因： 。
(2)“浸出Ⅱ”将单质Au转化为[Au(CN)2]-，Au溶解反应的离子方程式为 。
(3)“置换”时发生的反应为Zn+2[Au(CN)2]-[Zn(CN)4]2-+2Au，该反应的化学平衡常数K= 。
(4)制取方法一：“吸附”步骤中使用了活性炭，“电解”步骤将Na[Au(CN)2]转变为Au。
①“吸附”和“解吸附”的目的是 。
②电解时阴极发生的电极反应式为 。
(5)“脱金贫液”(含CN-)直接排放会污染环境。在Cu2+的催化下，用H2O2溶液处理含氰废水，使有毒的CN-转化为N、C等。
在Cu2+催化下，总氰化物(CN-、HCN等)去除率随溶液初始pH变化如图所示。pH从8变到11，总氰化物去除率变化的原因可能是 。
3.(11分)(2025·南京期中)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。
(1)一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下：
已知溶液中离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5 mol·L-1)时的pH：
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列问题：
①酸浸。保持温度、浸取时间不变，能提高金属元素浸出率的措施有 (写两条)。
②“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是 。
③“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为 。
(2)Co3O4在磁性材料、电化学领域应用广泛，实验室中可以用CoC2O4煅烧后制得。
①请补充完整由某含c(Co2+)=0.1 mol·L-1的浸出液 (含有杂质Fe2+、Fe3+)制备纯净的CoC2O4·2H2O实验方案： ， 干燥，得到CoC2O4·2H2O晶体[须使用的试剂：NaClO3溶液、NaOH溶液、AgNO3溶液、(NH4)2C2O4溶液、蒸馏水]
②CoC2O4·2H2O热分解可制备Co3O4。为确定由CoC2O4·2H2O获得Co3O4的最佳煅烧温度，准确称取4.575 g CoC2O4·2H2O样品，在空气中加热，固体样品的剩余质量随温度的变化如图所示(已知385 ℃以上残留固体均为金属氧化物)。经测定，温度为205~385 ℃的煅烧过程中，产生的气体为CO2，计算AB段消耗O2在标准状况下的体积(写出计算过程，结果保留2位有效数字) 。
4.(11分)(2024·南通二模)沸石分子筛可用于气体、重金属离子的吸附或去除。工业上以粉煤灰(主要含SiO2和3Al2O3·2SiO2，还含有少量CaO、Fe2O3和有机物)为原料制取某种沸石分子筛(Na12Al12Si12O48·27H2O)的过程如下：
粉煤灰煅烧酸浸滤渣碱熔水热合成沸石分子筛
已知：粉煤灰中的硅、铝化合物煅烧时不发生反应，且难溶于酸。
(1)将粉煤灰在空气中煅烧的目的是 。
(2)“酸浸”的操作是向“煅烧”后的固体混合物中加入足量的盐酸，充分搅拌后过滤。检验“酸浸”操作达到目的的方法是 。
(3)“碱熔”时，将“酸浸”后所得滤渣与NaOH固体在高温下混合熔融，可生成易溶于水的Na[Al(OH)4]和Na2SiO3。“水热合成”时，加入水和一定量的Na[Al(OH)4]和Na2SiO3，在90 ℃条件下反应一段时间，可以得到Na12Al12Si12O48·27H2O晶体。写出“水热合成”时反应的化学方程式： 。
(4)沸石分子筛的结构为相邻的硅氧四面体和铝氧四面体相互连接形成的笼状结构，沸石分子筛的结构示意图及部分平面结构分别如图1、图2所示。沸石分子筛中存在一定大小的空隙，其中的Na+可与其他阳离子发生交换。
①沸石分子筛可以用于去除废水中NH3和，原理是 ；
②沸石分子筛对Cu2+去除率随溶液pH的关系如图3所示。pH越大，Cu2+去除率越高的原因是 。 第28练 无机化合物综合应用(B)
[分值：50分]
1.(16分)(2025·南京考前指导)一种从钴渣中分离回收金属的工艺流程如下：
已知：酸浸液主要含有Co2+、Fe2+、Ni2+、Mn2+等金属阳离子。
(1)“酸浸”时保持温度、浸取时间不变，能提高金属元素浸出率的措施有 。
(2)“沉铁”时，先向酸浸液中加入一定量H2O2，检验Fe2+氧化完全的试剂为 (填化学式)。反应完成后加入CaCO3调节pH至4.0将Fe3+转为Fe(OH)3，反应的化学方程式为 。
(3)“沉钴”时，选用NaHS溶液而不选等浓度Na2S溶液的理由为 。
获得的CoS沉淀经处理可获得一种钴的氧化物，其晶胞如图所示，该氧化物的化学式为 。
(4)“沉镍”时，Ni2+与丁二酮肟()反应生成鲜红色沉淀，结构如图所示。该沉淀中存在的化学键有 (填字母)。
A.氢键 B.共价键
C.配位键 D.金属键
(5)“沉锰”后主要生成Mn2(OH)2SO4和Mn(OH)2两种沉淀，再通入空气氧化得到产品Mn3O4。氧化时间对Mn3O4中锰含量及溶液pH的影响如图所示。
①15~150 min，pH下降较快的原因是 (用离子方程式表示)。
②氧化时间大于225 min时，产品中的锰含量下降，其原因是 。
答案 (1)加快搅拌速率(合理即可)
(2)K3[Fe(CN)6] Fe2(SO4)3+3CaCO3+3H2O===2Fe(OH)3+3CaSO4+3CO2↑ (3)Na2S碱性强，OH-浓度更大，容易形成Co(OH)2沉淀 CoO
(4)BC
(5)①3Mn2(OH)2SO4+O2===2Mn3O4+6H++3S ②空气将产品继续氧化生成了Mn2O3或MnO2
解析 (2)检验Fe2+用K3[Fe(CN)6]溶液，反应生成蓝色沉淀。
(3)晶胞中黑球的个数为8×+6×=4，白球的个数为12×+1=4，二者个数比为1∶1，所以该氧化物的化学式为CoO。
(5)15~150 min，主要发生的反应的离子方程式为3Mn2(OH)2SO4+O2===2Mn3O4+6H++3S ，氧化过程中产生了H+，所以pH下降较快。
2.(12分)(2025·无锡阶段检测)金是常见贵金属。自然界中的金以单质形态夹杂在矿石中。
制取方法一：金矿粉经过“氰化”“吸附”和“解吸附”“电解”等步骤得到金单质。氰化工艺中，将金溶解于NaCN溶液生成Na[Au(CN)2]。
制取方法二：利用氰化法从含金矿石(成分为Au、Ag、Fe2O3和其他不溶性杂质)中提取金。
工艺流程如下：
已知：Au++2CN-[Au(CN)2]- K=1.0×1038
Zn+2Au+Zn2++2Au K=1.0×1082.7
Zn2++4CN-[Zn(CN)4]2- K=1.0×1016.7
(1)“浸出Ⅰ”使用硝酸，不可用魔酸[一种由SbF5与HSO3F(结构为，其酸性比硫酸还强)组成的超强酸，可将Au溶解]。从结构角度分析HSO3F的酸性比H2SO4强的原因： 。
(2)“浸出Ⅱ”将单质Au转化为[Au(CN)2]-，Au溶解反应的离子方程式为 。
(3)“置换”时发生的反应为Zn+2[Au(CN)2]-[Zn(CN)4]2-+2Au，该反应的化学平衡常数K= 。
(4)制取方法一：“吸附”步骤中使用了活性炭，“电解”步骤将Na[Au(CN)2]转变为Au。
①“吸附”和“解吸附”的目的是 。
②电解时阴极发生的电极反应式为 。
(5)“脱金贫液”(含CN-)直接排放会污染环境。在Cu2+的催化下，用H2O2溶液处理含氰废水，使有毒的CN-转化为N、C等。
在Cu2+催化下，总氰化物(CN-、HCN等)去除率随溶液初始pH变化如图所示。pH从8变到11，总氰化物去除率变化的原因可能是 。
答案 (1)F的电负性较大，其吸引电子能力大于羟基，导致H—O极性增强，容易断裂，酸性增强
(2)8CN-+4Au+O2+2H2O===4[Au(CN)2]-+4OH-
(3)1.0×1023.4
(4)①分离和浓缩Na[Au(CN)2] ②[Au(CN)2]-+e-===Au+2CN-
(5)pH从8~10，随着pH升高，c(OH-)逐渐增大，有利于消耗N、有利于HCN转变为CN-，使反应向正反应方向进行的程度增大，提高总氰去除率；pH从10~11，随着pH升高，c(OH-)逐渐增大，Cu2+转化为Cu(OH)2沉淀，催化效率降低
解析 (2)Au与CN-、O2、H2O反应生成[Au(CN)2]-和OH-。
(3)将已知中的三个反应分别标号为①②③，目标反应=反应②+反应③-反应①×2，则目标反应的平衡常数K==1.0×1023.4。
3.(11分)(2025·南京期中)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。
(1)一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下：
已知溶液中离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5 mol·L-1)时的pH：
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列问题：
①酸浸。保持温度、浸取时间不变，能提高金属元素浸出率的措施有 (写两条)。
②“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是 。
③“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为 。
(2)Co3O4在磁性材料、电化学领域应用广泛，实验室中可以用CoC2O4煅烧后制得。
①请补充完整由某含c(Co2+)=0.1 mol·L-1的浸出液 (含有杂质Fe2+、Fe3+)制备纯净的CoC2O4·2H2O实验方案： ， 干燥，得到CoC2O4·2H2O晶体[须使用的试剂：NaClO3溶液、NaOH溶液、AgNO3溶液、(NH4)2C2O4溶液、蒸馏水]
②CoC2O4·2H2O热分解可制备Co3O4。为确定由CoC2O4·2H2O获得Co3O4的最佳煅烧温度，准确称取4.575 g CoC2O4·2H2O样品，在空气中加热，固体样品的剩余质量随温度的变化如图所示(已知385 ℃以上残留固体均为金属氧化物)。经测定，温度为205~385 ℃的煅烧过程中，产生的气体为CO2，计算AB段消耗O2在标准状况下的体积(写出计算过程，结果保留2位有效数字) 。
答案 (1)①粉碎固体原料，加快搅拌速率，适当增加硫酸的浓度(任写两条) ②将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，以便在后续调pH时除去Fe元素 ③3Co2++Mn+7H2O===3Co(OH)3↓+MnO2↓+5H+、3Mn2++2Mn+2H2O===5MnO2↓+4H+
(2)①向浸出液中边搅拌边加入适量NaClO3溶液，将Fe2+氧化为Fe3+，再滴加NaOH溶液调节pH为2.8~7.4，过滤，向滤液中加入(NH4)2C2O4溶液至不再产生沉淀，过滤，用蒸馏水洗涤至取最后一次洗涤的滤液加入AgNO3溶液不再出现沉淀为止
②4.575 g的CoC2O4·2H2O的物质的量为=0.025 mol ，其中结晶水的质量为0.025 mol×2×18 g·mol-1=0.9 g，m(CoC2O4)=(4.575-0.9) g=3.675 g，则A点为CoC2O4，Co元素的质量为0.025 mol×59 g·mol-1=1.475 g，B点固体为金属氧化物，根据元素守恒，n(O)=≈0.033 mol，n(Co)∶n(O)=0.025∶0.033≈3∶4，则B为Co3O4，205~385 ℃的煅烧过程中，产生的气体为CO2，AB段反应化学方程式为3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2，则消耗氧气的体积为×22.4 L·mol-1≈0.37 L
解析 由题中信息可知，用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有Co2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、S等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO4，向滤液中加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，然后加入ZnO调节pH=4使Fe3+完全转化为Fe(OH)3，滤液中的金属离子主要是Co2+、Zn2+和Mn2+，最后“氧化沉钴”，加入强氧化剂KMnO4，将溶液中Co2+氧化为Co3+，在pH=5时Co3+形成沉淀Co(OH)3，而KMnO4则被还原为MnO2，KMnO4还会与溶液中的Mn2+发生归中反应生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO4、K2SO4。
4.(11分)(2024·南通二模)沸石分子筛可用于气体、重金属离子的吸附或去除。工业上以粉煤灰(主要含SiO2和3Al2O3·2SiO2，还含有少量CaO、Fe2O3和有机物)为原料制取某种沸石分子筛(Na12Al12Si12O48·27H2O)的过程如下：
粉煤灰煅烧酸浸滤渣碱熔水热合成沸石分子筛
已知：粉煤灰中的硅、铝化合物煅烧时不发生反应，且难溶于酸。
(1)将粉煤灰在空气中煅烧的目的是 。
(2)“酸浸”的操作是向“煅烧”后的固体混合物中加入足量的盐酸，充分搅拌后过滤。检验“酸浸”操作达到目的的方法是 。
(3)“碱熔”时，将“酸浸”后所得滤渣与NaOH固体在高温下混合熔融，可生成易溶于水的Na[Al(OH)4]和Na2SiO3。“水热合成”时，加入水和一定量的Na[Al(OH)4]和Na2SiO3，在90 ℃条件下反应一段时间，可以得到Na12Al12Si12O48·27H2O晶体。写出“水热合成”时反应的化学方程式： 。
(4)沸石分子筛的结构为相邻的硅氧四面体和铝氧四面体相互连接形成的笼状结构，沸石分子筛的结构示意图及部分平面结构分别如图1、图2所示。沸石分子筛中存在一定大小的空隙，其中的Na+可与其他阳离子发生交换。
①沸石分子筛可以用于去除废水中NH3和，原理是 ；
②沸石分子筛对Cu2+去除率随溶液pH的关系如图3所示。pH越大，Cu2+去除率越高的原因是 。
答案 (1)除去粉煤灰中的有机物 (2)取少量过滤后的固体，加入适量盐酸，充分搅拌后滴加几滴KSCN溶液，溶液不变红色，则说明“酸浸”操作已达到目的 (3)12Na[Al(OH)4]+12Na2SiO3+15H2ONa12Al12Si12O48·27H2O↓+24NaOH (4)①NH3分子直径小于沸石分子筛中的空隙，沸石分子筛通过吸附去除废水中NH3，废水中的可以与沸石分子筛中Na+发生离子交换而去除 ②H+与Cu2+均可与沸石分子筛中的Na+进行交换，pH较小时，H+浓度较高，与Na+交换的Cu2+较少；随着pH升高，溶液中的Cu2+会生成Cu(OH)2沉淀，Cu2+去除率增大
解析 粉煤灰(主要含SiO2和3Al2O3·2SiO2，还含有少量CaO、Fe2O3和有机物)进行煅烧，有机物转化为无机物，盐酸酸浸过程中，粉煤灰中的硅、铝化合物难溶于酸，所得滤渣与NaOH固体在高温下混合熔融，可生成易溶于水的Na[Al(OH)4]和Na2SiO3，“水热合成”时，加入水和一定量的Na[Al(OH)4]和Na2SiO3，在90 ℃条件下反应一段时间，可以得到Na12Al12Si12O48·27H2O晶体，据此回答。(2)当固体中没有氧化铁，则代表酸浸完成。
