题目内容

CoxFe3－xO4磁粉是一种比较好的高矫顽力磁粉。工业上以FeSO4为原料制备CoxFe3－xO4的主要步骤如下：

（1）步骤①是在FeSO4溶液中加入NaOH溶液，在40℃下搅拌生成FeOOH晶种。生成晶种的化学方程式为      ；
（2）步骤②将晶种移到放有FeSO4溶液和铁皮的生长槽中，升温到60℃，吹入空气，待晶种长大到一定尺寸后，过滤、水洗、干燥，得FeOOH粉末。生长槽中放入铁皮的目的是      ，吹入空气的作用为        。
（3）步骤③将FeOOH在200～300℃下加热脱水，生成红色Fe2O3。实验室完成该操作需要下列仪器中的        (填字母)。
a．蒸发皿　　b．烧杯　　c．坩埚　　d．泥三角　　e．酒精灯
（4）步骤④通入H2，加热至300～400℃，生成Fe3O4。通入H2前要向加热炉中通入N2，其作用为        。
（5）步骤⑤加入CoSO4溶液，所得粗产品经过滤、洗涤、干燥即得成品。检验粗产品洗涤干净的实验操作和现象是        。
（6）某研究小组欲用锂离子电池正极废料(含LiCoO2、铝箔、铁的氧化物)制备CoSO4·7H2O晶体。下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)。

金属离子
开始沉淀的pH
沉淀完全的pH
Fe3＋
1.1
3.2
Fe2＋
5.8
8.8
Co2＋
6.9
9.4
 
请完成下列实验步骤(可选用的试剂：H2O2、稀硝酸、稀硫酸、NaOH溶液)：
①用N－甲基吡咯烷酮在120℃下浸洗正极废料，使LiCoO2与铝箔分离，得到LiCoO2粗品并回收铝。
②        。
③向所得粗品CoSO4溶液中加入NaOH溶液，调节pH约为5，过滤。
④        。
⑤将Co(OH)2沉淀溶于稀硫酸中，蒸发浓缩、降温结晶，得到CoSO4·7H2O晶体。


（1）4FeSO4＋8NaOH＋O24FeOOH＋4Na2SO4＋2H2O(2分)
（2）消耗硫酸，生成FeSO4(2分)
氧化FeSO4生成FeOOH，使晶种生长(2分)
（3）cde(2分)
（4）除去空气，防止氢气与氧气混合反应爆炸(1分)
（5）取最后一次洗涤滤出液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，如果不产生白色沉淀，则表明洗涤干净
(2分)
（6）②用稀硫酸溶解LiCoO2，并加入过量H2O2(2分)
④向③所得滤液中加入NaOH溶液，调节pH至9.4，过滤，洗涤得到Co(OH)2沉淀(2分)

解析试题分析：（1）该反应的反应物为FeSO4、NaOH和O2，产物为FeOOH；（2）在此条件下反应生成酸，会对导致晶种溶解，铁反应消耗掉生成的硫酸，同时补充原料FeSO4；溶液中铁为+2价，通入氧气为氧化剂，使其被氧化为+3铁；（3）加热固体用坩埚，与其配套的有泥三角、三脚架、坩埚钳、酒精灯等；（4）氢气易燃，在有氧气存在下加热会发生爆炸，故先用氮气排尽空气；（5）取最后一次洗涤滤出液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，如果不产生白色沉淀，则表明洗涤干净；（6）第①分离出LiCoO2粗品，第③得CoSO4溶液，并沉淀除去铁离子，故第②应用硫酸溶解粗品，且需把生成的杂质亚铁离子氧化为铁离子，可以用双氧化水；第③得到纯净的溶液，第④应得到Co(OH)2沉淀，应加入氢氧化钠溶液调节pH≥9.4,使钴沉淀完全，并洗涤、干燥得到纯净物。
考点：考查工业流程中实验操作与原理有关问题。

练习册系列答案
相关题目

(14分)已知X、Y、Z、M、G、Q是六种短周期元素，原子序数依次增大。X、Z、Q的单质在常温下呈气态；Y的原子最外层电子数是其电子层数的2倍；X与M同主族；Z、G分别是地壳中含量最高的非金属元素和金属元素。
请回答下列问题：
(1)Y、Z、M、G四种元素原子半径由大到小的顺序是(写元素符号)          。
(2)Z在元素周期表中的位置为             。
(3)上述元素的最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是(写化学式)          。
(4)X与Y能形成多种化合物，其中既含极性键又含非极性键，且相对分子质量最小的物质是(写分子式)            ，在实验室中，制取该物质的反应原理是(写化学方程式)                。
(5)M2Z的电子式为         。MX与水反应可放出气体，该反应的化学方程式为         。
(6)常温下，不能与G的单质发生反应的是(填序号)        。
a．CuSO4溶液  b．Fe2O3    c．浓硫酸  d．NaOH溶液    e．Na2CO3固体
工业上用电解法制G的单质的化学方程式是                         ，若以石墨为电极，阳极产生的混合气体的成分是(写化学式)                 。

四氯化钛(TiCl4)是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料。由钛铁矿(主要成分是FeTiO3)制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意如下：

回答下列问题：
(1)往①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生：
2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋
2TiO2＋(无色)＋Fe＋4H＋=2Ti3＋(紫色)＋Fe2＋＋2H2O
Ti3＋(紫色)＋Fe3＋＋H2O=TiO2＋(无色)＋Fe2＋＋2H＋
加入铁屑的作用是                               。
(2)在②→③工艺过程中需要控制条件以形成TiO2·nH2O溶胶，该溶胶的分散质颗粒直径大小在       范围。
(3)若把③中制得的固体TiO2·nH2O用酸清洗除去其中的Fe(OH)3杂质，还可制得钛白粉。已知25 ℃时，Ksp[Fe(OH)3]＝2.79×10－39，该温度下反应Fe(OH)3＋3H＋??Fe3＋＋3H2O的平衡常数K＝       。
(4)已知：TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(l)＋O2(g)  ΔH＝＋140 kJ·mol－1
2C(s)＋O2(g)=2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol－1
写出④中TiO2和焦炭、氯气反应生成液态TiCl4和CO气体的热化学方程式：                               。
(5)上述工艺具有成本低、可用低品位矿物为原料等优点。依据绿色化学理念，该工艺流程中存在的不足之处是       (只要求写出一项)。
(6)依据下表信息，要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4，可采用       方法。

 
TiCl4
SiCl4
熔点/℃
－25.0
－68.8
沸点/℃
136.4
57.6
 

工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：
（1）将已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是           。
（2）另称取铁钉6．0g放入15．0ml浓硫酸中，加热，充分应后得到溶液X并收集到气体Y。
①甲同学认为X中除Fe3+外还可能含有Fe2+。写出生成Fe2+所有可能的离子反应方程式：       。若要确认其中有Fe2+，应选用       （选填序号）。
a．KSCN溶液和氯水         b．铁粉和KSCN溶液
c．浓氨水                  d．酸性KMnO4溶液
②乙同学取336ml（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应的化学方程式为：      。然后加入足量BaCl2溶液，经适当操作后得干燥固体2．33g。由于此推知气体Y中SO2的体积分数为 。

日常生活中使用的铝合金中的铝来自于电解氧化铝。工业上电解氧化铝要求其纯度不得低于98.2%，而天然铝土矿的氧化铝含量为50%～70%，杂质主要为SiO2、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O等。工业生产铝锭的工艺流程示意图如下。

一些氢氧化物沉淀的pH如下表。

沉淀物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Mg(OH)2
开始沉淀pH(离子初始浓度0.01 mol/L)
4
2.3
10.4
完全沉淀pH(离子浓度＜10－5mol/L)
5.2
4.1
12.4
 
请回答下列问题。
(1)实验室进行步骤④的操作名称为________。
(2)固体A的化学式为________，物质C的化学式为________。
(3)步骤④调节pH的范围为________。
(4)步骤⑥反应的化学方程式为________。

用足量的CO还原14 g铁的氧化物的混合物,将生成的气体通入足量的澄清石灰水中,生成沉淀25 g,则这种混合物组成是①FeO、Fe2O3　②FeO、Fe3O4　③Fe2O3、Fe3O4中的　　　　,其物质的量之比为　　　　　。 

由短周期元素组成的化合物X是某抗酸药的有效成分。甲同学欲探究X的组成。
查阅资料：①由短周期元素组成的抗酸药的有效成分有碳酸氢钠、碳酸镁、氢氧化铝、硅酸镁铝、磷酸铝、碱式碳酸镁铝。
②Al3＋在pH＝5.0时沉淀完全；Mg2＋在pH＝8.8时开始沉淀，在pH＝11.4时沉淀完全。
实验过程：
Ⅰ.向化合物X粉末中加入过量盐酸，产生气体A，得到无色溶液。
Ⅱ.用铂丝蘸取少量I中所得的溶液，在火焰上灼烧，无黄色火焰。
Ⅲ.向Ⅰ中所得的溶液中滴加氨水，调节pH至5～6，产生白色沉淀B，过滤。
Ⅳ.向沉淀B中加过量NaOH溶液，沉淀全部溶解。
Ⅴ.向Ⅲ中得到的滤液中滴加NaOH溶液，调节pH至12，得到白色沉淀C。
(1)Ⅰ中气体A可使澄清石灰水变浑浊，A的化学式是________。
(2)由Ⅰ、Ⅱ判断X一定不含有的元素是磷、________。
(3)Ⅲ中生成B的离子方程式是________________________________
(4)Ⅳ中B溶解的离子方程式是_________________________________
(5)沉淀C的化学式是_____________________________________________________。
(6)若上述n(A)∶n(B)∶n(C)＝1∶1∶3，则X的化学式是______________________

联碱法(侯氏制碱法)和氨碱法的生产流程简要表示如下图：

(1)沉淀池中发生反应的化学方程式为________________。
(2)X是________，Y是________(填化学式)。
(3)Z中除了溶解的氨气、食盐外，其它溶质还有________________；排出液W中的溶质除了氢氧化钙外，还有________________。
(4)从理论上分析，在氨碱法生产过程中________(填“需要”或“不需要”)补充氨气。
(5)根据联碱法中从母液中提取氯化铵晶体的过程推测，所得结论正确是________(填序号)。
a．常温时氯化铵的溶解度比氯化钠小
b．通入氨气目的是使氯化铵更多析出
c．加入食盐细粉目的是提高Na＋的浓度，促进碳酸氢钠结晶析出
(6)联碱法与氨碱法相比，指出联碱法的一项优点___________________。

高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。湿法、干法制备高铁酸盐的原理如下表所示。
（1）工业上用湿法制备高铁酸钾（K2FeO4）的流程如图所示：

①洗涤粗品时选用异丙醇而不用水的理由是：                                 。
②反应II的离子方程式为                                                  。
③高铁酸钾在水中既能消毒杀菌，又能净水，是一种理想的水处理剂．它能消毒杀菌是因为                它能净水的原因是                                  。
④已知25℃时Fe(OH)3的Ksp = 4.0×10-38，反应II后的溶液中c(Fe3+)=4.0×10-5 mol/L,则需要调整        时，开始生成Fe(OH)3（不考虑溶液体积的变化）。
（2）由流程图可见，湿法制备高铁酸钾时，需先制得高铁酸钠，然后再向高铁酸钠中加入饱和KOH溶液，即可析出高铁酸钾。①加入饱和KOH溶液的目的是：         。
②由以上信息可知：高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠   （填“大”或“小”）。

湿法
强碱性介质中，Fe(NO3)3与NaClO反应生成紫红色高铁酸盐溶液
干法
Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物
 
（3）干法制备K2FeO4的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为        。
（4）高铁电池是正在研制中的可充电干电池，高铁电池具有工作电压稳定， 放电时间长等优点，有人以高铁酸钾、二氧化硫和三氧化硫原料，以硫酸酸钾为电解质，用惰性电极设计成高温下使用的电池，写出该电池正极电极反应式：                      。

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