题目内容
【题目】利用水钴矿(主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、A12O3、MnO、MgO、CaO等)制取草酸钴的工艺流程如图:
已知:①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、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:
沉淀物 | Fe(OH)3 | Al(OH)3 | Co(OH)2 | Fe(OH)2 | Mn(OH)2 |
完全沉淀的pH | 3.7 | 5.2 | 9.2 | 9.6 | 9.8 |
(1)浸出过程中加入Na2SO3的目的是_____。
(2)NaClO3在反应中氯元素被还原为最低价,该反应的离子方程式为_____。
(3)加Na2CO3能使浸出液中某些金属离子转化成氢氧化物沉淀。试用离子方程式和必要的文字简述其原理:_____。
(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图所示,在滤液II中适宜萃取的pH为_____左右。
a.2.0~2.5 b.3.0~3.5 c.4.0~4.5
(5)滤液I“除钙、镁”是将其转化为MgF2、CaF2沉淀。已知Ksp(MgF2)=7.35×10-11、Ksp(CaF2)=1.05×10-10,当加入过量NaF后,所得滤液=____。
(6)工业上用氨水吸收废气中的SO2。已知NH3·H2O的电离平衡常数K=1.8×10-5,H2SO3的电离平衡常数K1=1.2×10-2,K2=1.3×10-8。在通废气的过程中,当恰好形成正盐时,溶液中离子浓度的大小关系为____。
【答案】还原Fe3+、Co3+为Fe2+、Co2+ ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O 加入的碳酸钠(或CO32-)与H+反应,c(H+)降低,使Fe3+和Al3+(用M3+代替)的水解平衡M3++3H2OM(OH)3+3H+,向右移动,而产生氢氧化物沉淀 b 0.7 c(NH4+)>c(SO32-)>c(OH-)>c(HSO3-)>c(H+)
【解析】
水钴矿(主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、A12O3、MnO、MgO、CaO等)中加入盐酸溶解,再加入Na2SO3还原,所得浸取液中含有的阳离子为H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等,说明Co3+、Fe3+被Na2SO3还原为Co2+、Fe2+;加入NaClO3,因为NaClO3在反应中氯元素被还原为最低价,所以它作氧化剂,将Fe2+氧化为Fe3+,同时生成Cl-等;加入Na2CO3调节pH=5.2,由表中数据可知,Fe3+、Al3+分别生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀;滤液1中加入NaF,Ca2+、Mg2+分别生成CaF2、MgF2沉淀,此时溶液中还存在的待除离子为Mn2+;加入萃取剂,从表中提取信息,因为我们不能让Co2+大量转化为沉淀,所以需控制溶液的pH达到合适值;最后加入(NH4)2C2O4,让Co2+转化为CoC2O4沉淀。
(1)从分析中可知,为还原Co3+、Fe3+,加入Na2SO3,由此得出浸出过程中加入Na2SO3的目的是还原Fe3+、Co3+为Fe2+、Co2+。答案为:还原Fe3+、Co3+为Fe2+、Co2+;
(2)NaClO3在反应中氯元素被还原为最低价,同时将Fe2+氧化为Fe3+,该反应的离子方程式为ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O。答案为:ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O;
(3)加Na2CO3能使浸出液中Fe3+、Al3+分别生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀。用离子方程式和必要的文字简述其原理为:加入的碳酸钠(或CO32-)与H+反应,c(H+)降低,使Fe3+和Al3+(用M3+代替)的水解平衡M3++3H2OM(OH)3+3H+,向右移动,而产生氢氧化物沉淀。答案为:加入的碳酸钠(或CO32-)与H+反应,c(H+)降低,使Fe3+和Al3+(用M3+代替)的水解平衡M3++3H2OM(OH)3+3H+,向右移动,而产生氢氧化物沉淀;
(4)溶液中待除离子为Mn2+,加入萃取剂,不能让Co2+大量转化为沉淀,所以在滤液II中适宜萃取的pH为3.0~3.5左右,即选择b。答案为:b;
(5)因为当加入过量NaF后,在同一溶液中,c(F-)相同,所得滤液中==0.7。答案为:0.7;
(6)工业上用氨水吸收废气中的SO2,恰好反应生成(NH4)2SO3,因为NH3·H2O的电离平衡常数K=1.8×10-5,H2SO3的电离平衡常数K2=1.3×10-8,所以(NH4)2SO3溶液中,SO32-的水解程度大于NH4+,则c(NH4+)>c(SO32-),水解生成的HSO3-进一步水解,生成H2SO3和OH-,所以c(OH-)>c(HSO3-),从而得出在通废气的过程中,溶液中离子浓度的大小关系为c(NH4+)>c(SO32-)>c(OH-)>c(HSO3-)>c(H+)。答案为:c(NH4+)>c(SO32-)>c(OH-)>c(HSO3-)>c(H+)。
【题目】炼锌厂的铜镉废渣中含有铜、锌、镉、铁、砷等元素,其含量依次减少。对这些元素进行提取分离会减小环境污染,同时制得ZnSO4·7H2O实现资源的再利用,其流程图如下。已知FeAsO4难溶于水和酸;ZnSO4·7H2O易溶于水,难溶于酒精。
常温下金属离子沉淀的pH
金属离子 | Fe3+ | Zn2+ | Mn2+ | Cu2+ | Cd2+ |
开始沉淀pH | 2.7 | 6.5 | 7.7 | 5.2 | 6.9 |
沉淀完全pH | 3.2 | 8.0 | 9.8 | 6.4 | 9.4 |
请回答下列问题:
(1)提高浸出速率可以采用的方法是(写出其中一点即可)________。
(2)滤液Ⅰ中有少量AsO33—,若不除去,则AsO33—与Cd反应会产生一种有毒氢化物气体,其分子式为____,向滤液Ⅰ中逐滴滴入酸性KMnO4溶液可与AsO33—反应生成FeAsO4,完成并配平下列反应的离子方程式___:Fe2++AsO33—+MnO4—+___=FeAsO4↓+Mn2++__,判断该滴定终点的现象是__________。
(3)流程中②调节pH时可以选用的试剂为________,滤渣Ⅱ的成分为________。
(4)常温下Zn(OH)2的溶度积Ksp=________。
(5)制得的ZnSO4·7H2O需洗涤,洗涤晶体时可选用试剂为________。
【题目】合成气的主要成分是一氧化碳和氢气,可用于合成二甲醚等清洁燃料。从天然气获得合成气过程中可能发生的反应有:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206.1kJ/mol ①
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH2=+247.3kJ/mol ②
请回答下列问题:
(1)在一密闭容器中进行反应①,测得CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示。反应进行的前5min内,v(H2)=____;10min时,改变的外界条件可能是_____。
(2)如图2所示,在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2,使甲、乙两容器初始容积相等。在相同温度下发生反应②,并维持反应过程中温度不变。已知甲容器中CH4的转化率随时间变化的图像如图3所示,请在图3中画出乙容器中CH4的转化率随时间变化的图像_____。
(3)800℃时,反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的化学平衡常数K=1.0,某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见下表,此时反应中正、逆反应速率的关系式是____(填序号)。
a.v(正)>v(逆)
b.v(正)<v(逆)
c.v(正)=v(逆)
d.无法判断
CO | H2O | CO2 | H2 |
0.5mol | 8.5mol | 2.0mol | 2.0mol |
(4)二甲醚(CH3OCH3)可由合成气(CO和H2)在一定条件下制得,写出该反应的化学方程式:____。
(5)以二甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料,石墨为电极构成燃料电池。该电池的负极电极反应方程式是:____。用二甲醚燃料电池为电源,用铂电极电解KCl和CuSO4的混合溶液,当电路中通过0.3mol电子的电量时,阴阳两极都产生2.8L的气体(标准状况),若电解后溶液体积为1L,则阳极气体的成分及物质的量为:____。
【题目】在一体积2L的密闭容器中加入反应物N2、H2,发生如下反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。反应过程中的部分数据如下表所示,下列说法正确的是
物质的量/ mol 时间/min | n(N2) | n(H2) | n(NH3) |
0 | 1.0 | 1.2 | 0 |
2 | 0.9 | ||
4 | 0.75 | ||
6 | 0.3 |
A. 0~2 min内,NH3的反应速率为0.1 mol·Lˉ1·minˉ1
B. 2 min时, H2的物质的量0.3 mol
C. 4 min时,反应已达到平衡状态,此时正、逆反应的速率都为0
D. 4~6 min内,容器内气体分子的总物质的量不变