题目内容

2．高炉炼铁的烟尘中主要含有锌、铁、铜等金属元素．从烟尘中提取硫酸锌，可以变废为宝，减少其对环境的危害．下图是用高炉烟尘制取硫酸锌的工业流程．

已知：
①20℃时，0.1mol．L-1的金属离子沉淀时的pH
pHFe3+Zn2+Mn2+Cu2+
开始沉淀1.96.08.14.7
沉淀完全3.78.010.16.7
沉淀溶解不溶解10.5不溶解/
②过二硫酸铵是一种强氧化剂．
③ZnSO4+4NH3═[Zn（NH3）4]SO4，[Zn（NH3）4]SO4易溶于水．
回答下列问题：
（1）为提高烟尘中金属离子的浸出率，除了适度增加硫酸浓度外，还可以采取什么措施？（举出1种）增大硫酸浓度/升高温度/边加硫酸边搅拦/增加浸出时间等．
（2）上述流程测得溶液pH=5.0，此处可以选择的测量仪器是pH计（或者酸度计或试纸）．
（3）加入MnO2的目的是将Fe2+氧化成Fe3+．
（4）写出过二硫酸铵把硫酸锰（MnSO4）氧化的化学方程式MnSO4+（NH4）2S2O8+2H2O=MnO2+（NH4）2SO4+2H2SO4．
（5）写出还原过程发生的主要反应的离子方程式Zn+Cu2+=Zn2++Cu．
（6）操作甲中为使锌离子完全沉淀，添加的最佳试剂是C
A锌粉    B氨水    C（ NH4）2CO3    D NaOH
（7）若pH=5.0时，溶液中的Cu2+尚未开始沉淀，求溶液中允许的Cu2+浓度的最大值．

分析 高炉炼铁的烟尘中主要含有锌、铁、铜等金属元素，用硫酸酸浸后过滤得到滤液中含有锌离子、亚铁离子等，用二氧化锰氧化亚铁离子生成铁离子，再加氨水调节pH值除去铁离子，再加入过二硫酸铵生成二氧化锰除去锰，再加入足量的锌除去铜离子得硫酸铵、硫酸锌的混合溶液，在溶液中加足量的（ NH4）2CO3 使锌离子完全沉淀，
（1）提高浸出率可从浓度、温度、搅拌等影响化学反应速率的角度解答；
（2）测量溶液pH可以用pH计（或者酸度计或试纸）；
（3）加入MnO2可以将亚铁离子氧化成铁离子；
（4）根据电子得失守恒和元素守恒书写过二硫酸铵和硫酸锰反应的化学方程式；
（5）还原过程中锌置换出铜；
（6）使锌离子完全沉淀，要调节溶液的pH值且要不引入新的杂质；
（7）根据0.1mol．L-1Cu2+开始沉淀时，pH=4.7，可计算出Ksp[Cu（OH）2]，根据Ksp可计算出pH=5.0时，溶液中的Cu2+浓度的最大值．

解答 解：高炉炼铁的烟尘中主要含有锌、铁、铜等金属元素，用硫酸酸浸后过滤得到滤液中含有锌离子、亚铁离子等，用二氧化锰氧化亚铁离子生成铁离子，再加氨水调节pH值除去铁离子，再加入过二硫酸铵生成二氧化锰除去锰，再加入足量的锌除去铜离子得硫酸铵、硫酸锌的混合溶液，在溶液中加足量的（ NH4）2CO3 使锌离子完全沉淀，
（1）要提高浸出率，可增大硫酸浓度、升高温度、边加硫酸边搅拦、增加浸出时间等，
故答案为：增大硫酸浓度/升高温度/边加硫酸边搅拦/增加浸出时间等；
（2）测量溶液pH可以用pH计（或者酸度计或试纸），
故答案为：pH计（或者酸度计或试纸）；
（3）加入MnO2可以将亚铁离子氧化成铁离子，便于除去铁元素，
故答案为：将Fe2+氧化成Fe3+；
（4）过二硫酸铵和硫酸锰反应生成二氧化锰、硫酸铵、硫酸，反应的化学方程式为MnSO4+（NH4）2S2O8+2H2O=MnO2+（NH4）2SO4+2H2SO4，
故答案为：MnSO4+（NH4）2S2O8+2H2O=MnO2+（NH4）2SO4+2H2SO4；
（5）还原过程中锌置换出铜，反应的离子方程式为Zn+Cu2+=Zn2++Cu，
故答案为：Zn+Cu2+=Zn2++Cu；
（6）由于在前面的步骤中已经加过锌，所以锌不能使锌离子完全沉淀，氨水与锌离子形成配合离子溶于水，氢氧化钠会引入新杂质，所以要使锌离子完全沉淀，只能用碳酸铵，故选C；
（7）根据0.1mol．L-1Cu2+开始沉淀时，pH=4.7，可知Ksp[Cu（OH）2]=0.1×（10-9.3）=10-19.6，根据Ksp可知pH=5.0时，所以溶液中的Cu2+浓度的最大值为$\frac{1{0}^{-19.6}}{（1{0}^{-9}）^{2}}$mol/L=10-1.6mol/L，
答：溶液中允许的Cu2+浓度的最大值为10-1.6mol/L．

点评 本题考查了物质分离提纯的方法和流程分析判断，为高考常见题型，掌握物质性质和实验操作流程是解题关键，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和对基础知识的应用能力．

练习册系列答案
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12．根据物质性质的不同对它们进行分类：①NaCl；②豆浆；③SO2；④Cu（NO3）2溶液；⑤H2SO4；⑥乙醇；⑦KOH；⑧Fe（OH）3胶体．（填序号）
混合物②④⑧；胶体②⑧；化合物①③⑤⑥⑦；电解质①⑤⑦；非电解质③⑥．
13．下列离子方程式正确的是（　　）
A．碳酸氢钠与醋酸反应：HCO3-+H+═CO2↑+H2O
B．等物质的量的硫酸氢钠与氢氧化钡溶液：SO42-+H++Ba2++OH-═H2O+BaSO4↓
C．氯化铝溶液中加入过量氨水：Al3++3OH-═Al（OH）3↓
D．金属钠与H2O 反应：Na+H2O═Na++OH-+H2↑
10．X、Y是同周期的两种非金属元素，不能说明X元素的非金属性比Y元素强的事实有（　　）
（1）X比Y更易与氢气化合形成气态氢化物
（2）分别加热至某一相同的温度，Y的气态氢化物分解，而X的气态氢化物不分解
（3）第一电离能：X＞Y
（4）电负性：X＞Y
（5）X的含氧酸的酸性强于Y的含氧酸的酸性
（6）形成气态氢化物的酸性：X＞Y
（7）X与Y形成的化合物中X元素显负价．
A．5项B．4项C．3项D．2项
17．工业上利用某地磷矿（主要成分是磷酸钙，质量分数为80%，另外还含有石英及少量碳酸镁、氧化铝等不含磷杂质）制取磷铵，并用制磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸、水泥．其生产流程如下：

请分析并回答下列问题：
（1）窑气（SO2）进入接触室前需要净化的目的是防止接触室中的催化剂中毒；
（2）实验室完成操作b的方法是蒸发浓缩、冷却结晶过滤、洗涤和干燥等；
（3）如图1表示接触室和吸收塔的内部构造．吸收塔内安装有许多瓷环作用是增大SO3与吸收剂的接触面积，使SO3充分吸收；

（4）接触室中进行学反应是：2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H=-296.4kJ/mol．接触室内安装热交换器的目的是预热进入接触室的反应混合气体，及时将反应放出的热量吸收，防止接触室温度偏高．图1表示接触室中催化剂随温度变化图象，图2表示SO2的转化率a（SO2）随温度T及压强P的变化图象．你认为接触室中最合适的温度和压强是400℃～500℃、101KPa．

（5）硫酸厂的尾气除了含有N2、O2外，还含有SO2、微量的SO3和酸雾．能用于测定硫酸厂尾气中SO2含量的试剂是BD（填字母代号）：
A．NaOH溶液、酚酞试液                B．KMnO4溶液、稀H2SO4
C．氨水、酚酞试液                      D．碘水、淀粉溶液
（6）在述生产过程中循环利用的物质有H2SO4、SO2（填化学式）；
（7）磷铵是一种常用复合肥，经分析其中氮与磷原子数之比为3：2，在生产过程中平均有7%的磷元素损失，该厂日均生产74.1吨磷铵，要维持正常生产，每天需运入这种磷矿至少125吨．
7．氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途径，某同学用该原理在实验室探究硝酸的制备和性质，设计了如图所示的装置．

（1）若分液漏斗中氨水的浓度为9.0mol•L-1，配制该浓度的氨水100mL，用到的玻璃仪器有100mL容量瓶、烧杯、量筒、玻璃棒、胶头滴管
（2）甲装置不需要加热即能同时产生氨气和氧气，烧瓶内固体X为过氧化钠．
（3）乙装置的作用是干燥氧气和氨气的混合气体；；写出受热时丙装置发生反应的化学方程式为4NH3+5O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H2O．
（4）当戊中观察到紫色石蕊试液变红现象，则说明已制得硝酸．某同学按上图组装仪器并检验气密性后进行实验，没有观察到此现象，请分析实验失败的可能原因过量的氨气致使戊中溶液不一定呈酸性．如何改进装置在丙和丁之间连接盛有无水氯化钙的干燥管或盛有浓硫酸的洗气瓶．
（5）改进后待反应结束，将丁装置倒立在盛水的水槽中，会观察到的现象是烧瓶内水面慢慢上升，上升到一定高度不再变化，试管内气体颜色由红棕色逐渐变淡至无色；为测定试管丁内硝酸溶液的浓度，从中取10mL溶液于锥形瓶中，用0.1mol•L-1的NaOH溶液滴定．滴定前发现滴定管尖嘴处有少量气泡，请选择排出气泡的正确操作是b．
14．某兴趣小组在实验室用铜和硫酸为原料多种方法制取硫酸铜．制备方法如下：
Ⅰ．方法一：
（1）浓硫酸试剂瓶上适合贴上的标签是BD（填序号）．

（2）甲同学取6.4 g铜片和10 mL 18 mol•L-1浓硫酸，放在试管中共热时发现，铜与热的浓硫酸反应后并没有得到预期的蓝色溶液，而是在试管底部看到灰白色沉淀．甲同学为了验证其中白色沉淀主要成分．设计下列实验：
实验步骤：倾倒掉上层液体后，向所得灰白色的固体中加入适量蒸馏水，边加边搅拌．
实验现象：沉淀中白色物质溶解，溶液变蓝色；
实验结论：所得白色固体的化学式为CuSO4．
（3）乙还观察到加热过程中，起初液面以上出现大量白色烟雾，在试管内壁上部析出少量淡黄色固体物质，持续加热，淡黄色固体物质又慢慢地溶于浓硫酸而消失．淡黄色固体消失的原因是（用化学反应方程式回答）S+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3SO2↑+2H2O．直到最后反应完毕，发现试管中还有铜片剩余．乙根据自己所学的化学知识，认为试管中还有硫酸剩余．他这样认为的理由是随着反应的进行，浓硫酸的浓度逐渐变小，由浓变稀，稀硫酸不能与铜发生反应．
Ⅱ．方法二：
（4）丙同学认为甲设计的实验方案不好，他自己设计的思路是：2Cu+O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，CuO+H2SO4═CuSO4+H2O．对比甲的方案，你认为丙同学的优点是①产生等量的硫酸铜，乙消耗的硫酸更少，②不产生污染物SO2．
（3）方法三：
（5）丁同学取一铜片和稀硫酸放在试管中，再向其中滴入双氧水，发现溶液逐渐呈蓝色．写出反应的化学反应方程式Cu+H2O2+H2SO4═CuSO4+2H2O．
11．为了测定乙醇的结构式，有人设计了无水酒精与钠反应的实验装置和测定氢气体积的测量装置．

（1）关闭图A装置中的止水夹a，开启活塞b，液体往下滴，直至全部流入烧瓶．试判断B装置是否漏气无法确定（填“漏气”“不漏气”或“无法确定”）；原因由于分液漏斗和烧瓶间有橡皮管相连，使分液漏斗中液面上方和烧瓶中液面上方的压强相同，无论装置是否漏气，都不影响分液漏斗中的液体滴入烧瓶．．
（2）装置B中读数时应该使量筒或右侧玻璃导管的高度使两容器中液面相平，视线与凹液面的最低点相平．
（3）实验前预先将小块钠在二甲苯中融化成小钠珠，冷却后倒入烧瓶中，其目的是增大无水乙醇与钠的接触面积，使之充分反应．
（4）如果将此实验的数据视作标准状况下的数据，无水酒精的密度为ρ g•cm-3，V mL酒精反应完全后，量筒内的液面读数为m mL，则乙醇分子中能被钠取代的氢原子数可表示为$\frac{23m}{5600ρV}$．（用含上述字母的代数式表示即可）
（5）若实验所测定的结果偏高，可能引起的原因是①②（填写编号）．
①反应完毕立刻读数
②无水酒精中混有少量甲醇
③无水酒精与钠的反应不够完全
④排水后量气装置导管内有水残留．
12．有两瓶失去标签的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液，它们的物质的量浓度相同，下列试剂可用于区别这两种溶液的是（　　）
A．NaCl溶液B．BaCl2溶液C．NaOH溶液D．澄清石灰水

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