4.某化学研究性学习小组通过查阅资料,设计了如下图所示的方法以含镍废催化剂为原料来制备NiSO4•7H2O.已知某化工厂的含镍催化剂主要含有Ni,还含有Al(31%)、Fe(1.3%)的单质及氧化物,其他不溶杂质(3.3%).

部分阳离子以氢氧化物形式开始沉淀和完全沉淀时的pH如下:
回答下列问题:
(1)操作a、c中需使用的仪器除铁架台(带铁圈)、酒精灯、烧杯、玻璃棒外还需要的两种仪器为漏斗、蒸发皿.
(2)“碱浸”过程中发生的离子方程式是2Al+2OH-+2H2O═2AlO2-+3H2↑、Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O.
“酸浸”时所加入的酸是H2SO4(填化学式).酸浸后,经操作a分离出固体①后,溶液中可能含有的金属离子是Ni2+、Fe2+.
(3)调节溶液PH为2~3的目的是防止在浓缩结晶过程中Ni2+水解.
(4)产品晶体中有时会混有少量绿矾(FeSO4•7H2O),其原因可能是H2O2的用量不足(或H2O2失效)、保温时间不足导致Fe2+未被完全氧化造成的.(回答一点即可)
(5)现有100千克含镍催化剂,如果酸浸步骤镍浸出率为a%,其它物质全部参与反应,且假定镍在酸浸后续步骤无损失.操作C后粗晶体中含绿矾b%,则最终能得到粗晶体$\frac{100×64.4%×a%×281}{(1-b%)×59}$千克(Ni-59 NiSO4•7H2O-281)(只要求写出计算表达式).若要进一步提纯晶体,需进行的操作是重结晶.
部分阳离子以氢氧化物形式开始沉淀和完全沉淀时的pH如下:
| 沉淀物 | Al(OH)3 | Fe(OH)3 | Fe(OH)2 | Ni(OH)2 |
| 开始沉淀pH | 3.4 | 1.8 | 7.5 | 7.2 |
| 完全沉淀pH | 5.2 | 3.2 | 9.7 | 9.2 |
(1)操作a、c中需使用的仪器除铁架台(带铁圈)、酒精灯、烧杯、玻璃棒外还需要的两种仪器为漏斗、蒸发皿.
(2)“碱浸”过程中发生的离子方程式是2Al+2OH-+2H2O═2AlO2-+3H2↑、Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O.
“酸浸”时所加入的酸是H2SO4(填化学式).酸浸后,经操作a分离出固体①后,溶液中可能含有的金属离子是Ni2+、Fe2+.
(3)调节溶液PH为2~3的目的是防止在浓缩结晶过程中Ni2+水解.
(4)产品晶体中有时会混有少量绿矾(FeSO4•7H2O),其原因可能是H2O2的用量不足(或H2O2失效)、保温时间不足导致Fe2+未被完全氧化造成的.(回答一点即可)
(5)现有100千克含镍催化剂,如果酸浸步骤镍浸出率为a%,其它物质全部参与反应,且假定镍在酸浸后续步骤无损失.操作C后粗晶体中含绿矾b%,则最终能得到粗晶体$\frac{100×64.4%×a%×281}{(1-b%)×59}$千克(Ni-59 NiSO4•7H2O-281)(只要求写出计算表达式).若要进一步提纯晶体,需进行的操作是重结晶.
3.Cu2O是一种具有良好光电效应的材料,某学习小组探究制备Cu2O的方法.
【查阅资料】
①CuSO4与Na2SO3溶液混合可制备Cu2O.
②Cu2O为砖红色固体;酸性条件下生成Cu2+和Cu.
③Cu2O和Cu(SO3)23-可以相互转化Cu2O$?_{Cu_{2}+}^{SO_{32}-}$ Cu(SO3)23-(无色)
(1)完成CuSO4溶液和Na2SO3溶液反应制Cu2O的离子方程式:
□Cu2++□SO32-+□2H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$□Cu2O↓+□1SO42-+□HSO3-
【实验探究】
(2)证明ii中砖红色沉淀是Cu2O的试剂最好选用D.
A.浓硝酸 B.稀硝酸 C.浓硫酸 D.稀硫酸
(3)经检验i中黄色沉淀含有Cu2SO3,ii中沉淀由黄色变砖红色的化学方程式是Cu2SO3═Cu2O+SO2↑.
(4)iii中砖红色沉淀消失的原因是c(SO32-)增大,使Cu2O?Cu(SO3)23-平衡正向移动,砖红色沉淀消失.
(5)在加热条件下,若向2mL0.25mol•L-1Na2SO3溶液中滴加0.25mol•L-1CuSO4溶液至过量,预期观察到的现象是得到无色溶液,后来产生砖红色沉淀,并有刺激性气味气体生成.
(6)由上述实验得出结论:CuSO4溶液和Na2SO3溶液反应制备Cu2O,应控制的条件是反应温度、CuSO4和Na2SO3的物质的量之比.
(7)若先向KOH溶液中加入一定量的CuSO4溶液,再加入一定量的肼(N2H4),加热并保持反应体系的温度在90℃,反应完全后,分离、洗涤、真空干燥所得到的固体为纳米氧化亚铜.检验反应混合体系内纳米Cu2O已经生成的实验方法是丁达尔效应.
【查阅资料】
①CuSO4与Na2SO3溶液混合可制备Cu2O.
②Cu2O为砖红色固体;酸性条件下生成Cu2+和Cu.
③Cu2O和Cu(SO3)23-可以相互转化Cu2O$?_{Cu_{2}+}^{SO_{32}-}$ Cu(SO3)23-(无色)
(1)完成CuSO4溶液和Na2SO3溶液反应制Cu2O的离子方程式:
□Cu2++□SO32-+□2H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$□Cu2O↓+□1SO42-+□HSO3-
【实验探究】
| 操作 | 现象 |
| i有黄色沉淀出现,随着Na2SO3溶液的滴入,沉淀增加,当加到5mL时,溶液的蓝色消失. ii将试管加热,黄色沉淀变为砖红色,有刺激性气味气体产生. iii在加热条件下,继续滴入Na2SO3溶液,砖红色沉淀减少,当加到10mL时,沉淀完全溶解,得无色溶液. |
A.浓硝酸 B.稀硝酸 C.浓硫酸 D.稀硫酸
(3)经检验i中黄色沉淀含有Cu2SO3,ii中沉淀由黄色变砖红色的化学方程式是Cu2SO3═Cu2O+SO2↑.
(4)iii中砖红色沉淀消失的原因是c(SO32-)增大,使Cu2O?Cu(SO3)23-平衡正向移动,砖红色沉淀消失.
(5)在加热条件下,若向2mL0.25mol•L-1Na2SO3溶液中滴加0.25mol•L-1CuSO4溶液至过量,预期观察到的现象是得到无色溶液,后来产生砖红色沉淀,并有刺激性气味气体生成.
(6)由上述实验得出结论:CuSO4溶液和Na2SO3溶液反应制备Cu2O,应控制的条件是反应温度、CuSO4和Na2SO3的物质的量之比.
(7)若先向KOH溶液中加入一定量的CuSO4溶液,再加入一定量的肼(N2H4),加热并保持反应体系的温度在90℃,反应完全后,分离、洗涤、真空干燥所得到的固体为纳米氧化亚铜.检验反应混合体系内纳米Cu2O已经生成的实验方法是丁达尔效应.
2.工业上利用电镀污泥 (主要含有Fe2O3、CuO、Cr2O3及部分难溶杂质) 回收铜和铬等金属,回收流程如图1:

已知部分物质沉淀的pH及CaSO4的溶解度曲线如图2:
(1)在浸出过程中除了生成Fe2(SO4)3、Cr2(SO4)3外,主要还有CuSO4.
(2)在除铁操作中,需要除去Fe3+和CaSO4,请完成相关操作:
①加入石灰乳调节pH到约3.2~4.3,检验Fe3+已经除尽的操作是取适量滤液,加KSCN溶液,若不变红,则说明Fe3+已除;
②将浊液加热到80℃,趁热过滤.
(3)写出还原步骤中加入NaHSO3生成Cu2O固体反应的离子方程式:,此步骤中加入NaHSO3得到Cu2O的产率为95%,若NaHSO3过量,除了浪费试剂外,还会出现的问题是产生SO2污染环境.
(4)当离子浓度小于或等于1×10-5mol•L-1时可认为沉淀完全,若要使Cr3+完全沉淀则要保持 c(OH-)≥4.0×10-9 mol•L-1.[已知:Ksp[Cr(OH)3]=6.3×10-31,$\root{3}{63}$≈4.0].
已知部分物质沉淀的pH及CaSO4的溶解度曲线如图2:
| Fe3+ | Cu2+ | Cr3+ | |
| 开始沉淀pH | 2.1 | 4.7 | 4.3 |
| 完全沉淀pH | 3.2 | 6.7 | a |
(2)在除铁操作中,需要除去Fe3+和CaSO4,请完成相关操作:
①加入石灰乳调节pH到约3.2~4.3,检验Fe3+已经除尽的操作是取适量滤液,加KSCN溶液,若不变红,则说明Fe3+已除;
②将浊液加热到80℃,趁热过滤.
(3)写出还原步骤中加入NaHSO3生成Cu2O固体反应的离子方程式:,此步骤中加入NaHSO3得到Cu2O的产率为95%,若NaHSO3过量,除了浪费试剂外,还会出现的问题是产生SO2污染环境.
(4)当离子浓度小于或等于1×10-5mol•L-1时可认为沉淀完全,若要使Cr3+完全沉淀则要保持 c(OH-)≥4.0×10-9 mol•L-1.[已知:Ksp[Cr(OH)3]=6.3×10-31,$\root{3}{63}$≈4.0].
20.(Ⅰ)氨基甲酸铵(NH2COONH4)的制备氨基甲酸铵是一种白色固体,易分解、易水解,难溶于CCl4.可用做肥料.
制备氨基甲酸铵的装置如图1所示.反应的化学方程式如下:2NH3(g)+CO2(g)?NH2COONH4(s)△H<0.

注:四氯化碳与液体石蜡均为惰性介质.
(1)发生器用冰水冷却的原因是降低温度,防止因反应放热造成产物分解.提高反应物转化率.
(2)液体石蜡鼓泡瓶的作用是通过观察气泡,调节NH3与CO2通入比例.
(3)从反应后的混合物中分离出产品的实验方法是过滤(填写操作名称).为了得到干燥产品,应采取的方法是c(填写选项序号).
a.80℃热风下烘干 b.60℃热风下烘干 c.40℃热风下烘干
(4)尾气处理装置如图2所示.双通玻璃管的作用:防止倒吸;
浓硫酸的作用:吸收多余氨气、防止空气中水蒸气进入反应器使氨基甲酸铵水解.
(5)取因部分变质而混有碳酸氢铵的氨基甲酸铵样品0.7820g,用足量石灰水充分处理后,使碳元素完全转化为碳酸钙,过滤、洗涤、干燥,测得质量为1.000g.则样品中氨基甲酸铵的物质的量分数为80%.(精确到2位小数,碳酸氢铵和氨基甲酸铵的相对分子质量分别为79和78)
(Ⅱ) FeSO4•7H2O晶体的制备
(6)已知:
某研究性学习小组欲从硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3)出发,制备绿矾(FeSO4•7H2O),补充完整由硫铁矿烧渣制备FeSO4•7H2O晶体的实验步骤(可选用的试剂:铁粉、稀硫酸和NaOH溶液):
①向一定量烧渣中加入足量的稀硫酸充分反应,充分反应后过滤,
②向滤液加入足量的铁粉,充分搅拌后,过滤,
③滤液中滴加NaOH溶液调节反应液的pH约为5.0~5.8,过滤,
④将得到溶液加热蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,低温干燥,得到FeSO4•7H2O晶体.
制备氨基甲酸铵的装置如图1所示.反应的化学方程式如下:2NH3(g)+CO2(g)?NH2COONH4(s)△H<0.
注:四氯化碳与液体石蜡均为惰性介质.
(1)发生器用冰水冷却的原因是降低温度,防止因反应放热造成产物分解.提高反应物转化率.
(2)液体石蜡鼓泡瓶的作用是通过观察气泡,调节NH3与CO2通入比例.
(3)从反应后的混合物中分离出产品的实验方法是过滤(填写操作名称).为了得到干燥产品,应采取的方法是c(填写选项序号).
a.80℃热风下烘干 b.60℃热风下烘干 c.40℃热风下烘干
(4)尾气处理装置如图2所示.双通玻璃管的作用:防止倒吸;
浓硫酸的作用:吸收多余氨气、防止空气中水蒸气进入反应器使氨基甲酸铵水解.
(5)取因部分变质而混有碳酸氢铵的氨基甲酸铵样品0.7820g,用足量石灰水充分处理后,使碳元素完全转化为碳酸钙,过滤、洗涤、干燥,测得质量为1.000g.则样品中氨基甲酸铵的物质的量分数为80%.(精确到2位小数,碳酸氢铵和氨基甲酸铵的相对分子质量分别为79和78)
(Ⅱ) FeSO4•7H2O晶体的制备
(6)已知:
| 金属离子 | 开始沉淀的pH | 沉淀完全的pH |
| Fe3+ | 1.1 | 3.2 |
| Al3+ | 3.0 | 5.0 |
| Fe2+ | 5.8 | 8.8 |
①向一定量烧渣中加入足量的稀硫酸充分反应,充分反应后过滤,
②向滤液加入足量的铁粉,充分搅拌后,过滤,
③滤液中滴加NaOH溶液调节反应液的pH约为5.0~5.8,过滤,
④将得到溶液加热蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,低温干燥,得到FeSO4•7H2O晶体.
18.锰是冶炼工业中常用的添加剂.以碳酸锰矿(主要成分为MnCO3,还含有铁、镍、钴等碳酸盐杂质)为原料生产金属锰的工艺流程如下:

已知25℃,部分物质的溶度积常数如下:
(1)步骤Ⅰ中,MnCO3与硫酸反应的化学方程式是MnCO3+H2SO4=MnSO4+CO2↑+H2O.
(2)步骤Ⅱ中,MnO2在酸性条件下可将Fe2+离子氧化为Fe3+,则该反应过程中的离子方程式是MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O,加氨水调节溶液的pH为5.0-6.0,以除去Fe3+.
(3)步骤Ⅲ中,滤渣2的主要成分是CoS和NiS.
(4)步骤Ⅳ中,在阴(填“阴”或“阳”)极析出Mn,电极反应方程式为Mn2++2e-=Mn.
(5)已知:S(s)+O2(g)=SO2(g)△H=a kJ•mol-1
Mn(s)+S(s)+2O2(g)=MnSO4(s)△H=b kJ•mol-1
MnO2(s)+SO2(g)=MnSO4(s)△H=c kJ•mol-1,则Mn的燃烧热△H=-( a+c-b) kJ•mol-1.
(6)按照图示流程,含MnCO3质量分数为57.5%的碳酸锰矿a kg,最终得到Mn的质量为110b kg,忽略中间过程的损耗,则除杂质时,所引入的锰元素相当于MnO2174b-0.435akg.[MnCO3摩尔质量115g/mol,MnO2摩尔质量87g/mol].
0 159574 159582 159588 159592 159598 159600 159604 159610 159612 159618 159624 159628 159630 159634 159640 159642 159648 159652 159654 159658 159660 159664 159666 159668 159669 159670 159672 159673 159674 159676 159678 159682 159684 159688 159690 159694 159700 159702 159708 159712 159714 159718 159724 159730 159732 159738 159742 159744 159750 159754 159760 159768 203614
已知25℃,部分物质的溶度积常数如下:
| 物质 | Mn(OH)2 | Co(OH)2 | Ni(OH)2 | MnS | CoS | NiS |
| Ksp | 2.1×10-13 | 3.0×10-16 | 5.0×10-16 | 1.0×10-11 | 5.0×10-22 | 1.0×10-22 |
(2)步骤Ⅱ中,MnO2在酸性条件下可将Fe2+离子氧化为Fe3+,则该反应过程中的离子方程式是MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O,加氨水调节溶液的pH为5.0-6.0,以除去Fe3+.
(3)步骤Ⅲ中,滤渣2的主要成分是CoS和NiS.
(4)步骤Ⅳ中,在阴(填“阴”或“阳”)极析出Mn,电极反应方程式为Mn2++2e-=Mn.
(5)已知:S(s)+O2(g)=SO2(g)△H=a kJ•mol-1
Mn(s)+S(s)+2O2(g)=MnSO4(s)△H=b kJ•mol-1
MnO2(s)+SO2(g)=MnSO4(s)△H=c kJ•mol-1,则Mn的燃烧热△H=-( a+c-b) kJ•mol-1.
(6)按照图示流程,含MnCO3质量分数为57.5%的碳酸锰矿a kg,最终得到Mn的质量为110b kg,忽略中间过程的损耗,则除杂质时,所引入的锰元素相当于MnO2174b-0.435akg.[MnCO3摩尔质量115g/mol,MnO2摩尔质量87g/mol].