1、1考前强化练 21 化学工艺流程综合题1.(2018 河南许昌一模联考)锌锰干电池为使用一次后就被废弃的电池,因含有汞、酸或碱等物质,废弃后进入环境将造成严重危害。某化学兴趣小组拟采用如下处理方法回收废电池中的各种资源。(1)用 60温水溶解填充物,目的是 。 (2)操作 B 的名称为 。 (3)铜帽溶解的化学方程式为 ;铜帽溶解完全后,可采用 方法除去溶液中过量的 H2O2。 (4)填充物中含有 MnOOH、MnO 2等化合物,向滤渣中加入一定量的稀草酸和 10 mL 稀硫酸,得到MnSO4溶液并收集到 896 mL CO2(标准状况下),所用稀硫酸的物质的量浓度是 。 (5)向一定量水样中
2、加入适量 MnSO4溶液和碱性 KI 溶液,生成 MnO(OH)2沉淀,密封静置,加入适量稀硫酸,待 MnO(OH)2与 I-完全反应生成 Mn2+和 I2后,以淀粉作指示剂,用 Na2S2O3标准溶液滴定至终点,运用此方法可以测定水中溶解氧的浓度。测定过程中物质的转化关系如下:O2 MnO(OH)2 I2 S42-6取一定量的池塘水样 100.00 mL,按上述方法测定水样的溶解氧,消耗 0.010 0 molL-1Na2S2O3标准溶液 13.50 mL,则该水样中的溶解氧的浓度为 mgL -1。 答案 (1)加大溶解速率,同时防止温度过高使氯化铵分解(2)结晶 (3)Cu+H 2O2+H
3、2SO4 CuSO4+2H2O 加热(4)3.0 molL-1 (5)10.80解析 废旧干电池含有铜、石墨、二氧化锰以及填充物等,填充物用 60 温水充分溶解,过滤,滤液中含有氯化铵,蒸发、浓缩、结晶可得到氯化铵晶体;铜与稀硫酸在过氧化氢作用下发生氧化还原2反应生成硫酸铜,加入锌可置换出铜,过滤分离,硫酸锌溶液最终可生成氢氧化锌、氧化锌,冶炼可得到锌。(1)加热,适当升高温度,可促进溶解,同时防止温度过高使氯化铵分解;(2)滤液中含有氯化铵,蒸发、浓缩、结晶可得到氯化铵晶体,所以该操作名称是结晶;(3)酸性条件下,双氧水能将铜氧化,铜帽溶解反应生成铜离子,反应的化学方程式为 Cu+H2O2+
4、H2SO4 CuSO4+2H2O;加热条件下,双氧水易分解生成水和氧气,所以除去双氧水的方法是加热;(4)滤渣的主要成分为含锰混合物,向含锰混合物中加入一定量的稀硫酸、稀草酸,并不断搅拌至无气泡为止。其主要反应为 2MnO(OH)+MnO2+2H2C2O4+3H2SO4 3MnSO4+4CO2+6H 2O,根据反应方程式可知,硫酸的物质的量为 0.896 L22.4 L mol-1 =0.03 mol,c= =3.0 molL-1;(5)根据转化关系:O 2MnO(OH)34 =0.030.01 2I 2Na 2S4O6;在 100.00 mL 水样中,存在 I2+2S2 2I-+S4 ;n(
5、I2)=n(Na2S2O3) =0.010 2-3 2-6 1200 molL-113.50 mL10-3LmL-1 =6.75010-5 mol,根据题中 MnO(OH)2与 I-完全反应生成12Mn2+和 I2,可知发生了氧化还原反应,根据电子得失守恒: nMnO(OH)2=n(I2)=6.75010-5 mol;n(O2)= nMnO(OH)2= 6.75010-5 mol=3.37510-5 mol,水中溶解氧 =3.37510-5 mol32 g mol-12 1211 000 mgg-10.1 L=10.80 mgL-1。2.(2018 江西重点中学协作体高三联考)硫酸镍晶体(Ni
6、SO 47H2O)可用于电镀工业,可用含镍废催化剂为原料来制备。已知某化工厂的含镍废催化剂主要含有 Ni,还含有 Al、Fe 的单质及其他不溶杂质(不溶于酸碱)。某小组通过查阅资料,设计了如下图所示的制备流程:已知: KspFe(OH)3=4.010-38,KspNi(OH)2=1.210-15(1)“碱浸”过程中发生反应的离子方程式是 。 (2)操作 a 所用到的玻璃仪器有烧杯、 、 ;操作 c 的名称为 、 、过滤、洗涤。 (3)固体是 ;加 H2O2的目的是(用离子方程式表示) 。 (4)调 pH 为 23 时所加的酸是 。 (5)操作 b 为调节溶液的 pH,若经过操作 b 后溶液中
7、c(Ni2+)=2 molL-1,当铁离子恰好完全沉淀溶液中 c(Fe3+)=1.010-5 molL-1时,溶液中是否有 Ni(OH)2沉淀生成? (填“是”或“否”)。3(6)NiSO47H2O 可用于制备镍氢电池(NiMH),镍氢电池目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH 中的 M 表示储氢金属或合金,该电池在放电过程中总反应的化学方程式是NiOOH+MH Ni(OH)2+M,则 NiMH 电池充电过程中,阳极的电极反应式为 。 答案 (1)2Al+2OH-+2H2O 2Al +3H2-2(2)漏斗 玻璃棒 蒸发浓缩 冷却结晶(3)不溶杂质 2Fe 2+H2O2+2H+ 2
8、Fe3+2H2O(4)硫酸(H 2SO4) (5)否(6)Ni(OH)2+OH-e- NiOOH+H2O解析 镍废样品中只有金属铝与强碱溶液发生反应生成偏铝酸盐和氢气,离子方程式为 2Al+2OH-+2H2O 2Al +3H2;(2)操作 a 为过滤,用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒;从溶液中得到-2硫酸镍晶体(NiSO 47H2O),就需要制成高温时饱和溶液,然后再蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤;(3)铁、镍都溶于酸,只有杂质不溶于酸和碱,所以固体是不溶杂质;溶液中存在有亚铁离子,加入H2O2的目的就是氧化亚铁离子生成铁离子,离子方程式为 2Fe2+H2O2+2H+ 2Fe3+2H2O;(
9、4)最后要得到 NiSO47H2O,为了不引入杂质离子,最好加入硫酸调溶液的 pH;(5)已知 KspFe(OH)3=4.010-38,KspNi(OH)2=1.210-15;根据 KspFe(OH)3=c(Fe3+)c3(OH-)=1.010-5c3(OH-)=4.010-38,可得 c3(OH-)=4.010-33 molL-1,c(OH-)1.610 -11 molL-1,Ni(OH)2的浓度商 Qc=c(Ni2+)c2(OH-)=2(1.610-11)2=5.1210-22KspNi(OH)2=1.210-15,则溶液中没有 Ni(OH)2沉淀生成;(6)放电为原电池,充电为电解池,电
10、解池阳极发生氧化反应,Ni(OH) 2中镍元素由+2 价升高为 NiOOH中的+3 价,发生氧化反应,则阳极的电极反应式为 Ni(OH)2+OH-e- NiOOH+H2O。3.(2018 陕西宝鸡高三教学质量检测)下面是某科研小组利用废铁屑还原浸出软锰矿(主要成分为MnO2)制备硫酸锰及电解其溶液制锰的工艺流程图:已知:浸出液中主要含有 Fe3+、Fe 2+、Co 2+、Ni 2+等杂质金属离子;生成氢氧化物的 pH 见下表:物质Fe(OH)2Fe(OH)3Ni(OH)2Co(OH)2Mn(OH)2开始沉淀的pH7.5 2.7 7.7 7.6 8.3完全沉淀的pH9.7 3.7 8.4 8.2
11、 9.84请回答下列问题:(1)“酸浸”前将原料粉碎的目的是 。 (2)流程图中“加入 MnO2”的作用是将浸出液中的 Fe2+氧化为 Fe3+,同时自身被还原为 Mn2+。该反应的离子方程式是 ,其中的 MnO2可以用试剂 (填化学式)代替。 (3)流程图中“调节 pH”可以除去某种金属离子,应将溶液 pH 调节控制的范围是 。下列可用于流程中调节 pH 的试剂是 (填试剂对应的字母编号)。 a.MnCO3 b.Na 2CO3 c.NaOH d.氨水(4)向滤液中加入 MnS 的作用是除去 Co2+、Ni 2+等离子,发生反应为 MnS+Ni2+ NiS+Mn2+等。当该反应完全后,滤液 2
12、 中的 Mn2+与 Ni2+的物质的量浓度之比是 已知 Ksp(MnS)=2.810-10,Ksp(NiS)=2.010-21。 (5)上述流程中,能循环使用的一种物质是 (填化学式)。 (6)上述流程中在电解前需对电解液中 Mn2+的含量进行测定。方法是:取出一定体积的电解液,加入一定质量的 NaBiO3(不溶于水),使二者发生反应,反应的氧化产物和还原产物分别是 Mn 、Bi 3+。-4该反应的离子方程式是 。 (7)在适当条件下,在 MnSO4、H 2SO4和 H2O 为体系的电解液中电解也可获得 MnO2,其阳极电极反应式为 。 答案 (1)增大反应物的接触面积,加快反应速率(2)Mn
13、O2+2Fe2+4H+ Mn2+2Fe3+2H2O H 2O2(3)3.77.6 a (4)1.410 11 (5)H 2SO4(6)2Mn2+5NaBiO3+14H+ 2Mn +5Bi3+5Na+7H2O-4(7)Mn2+2H2O-2e- MnO2+4H+解析 将软锰矿和废铁屑加入过量硫酸浸出,过滤,浸出液中主要含有 Fe3+、Fe 2+、Co 2+、Ni 2+等金属离子,加入 MnO2的作用是将浸出液中的 Fe2+氧化为 Fe3+,同时自身被还原为 Mn2+,加入 MnCO3调节溶液的 pH 以除去铁离子,过滤后的滤液中加入 MnS 净化除去 Co2+、Ni 2+等离子,过滤得到滤液再进行
14、电解可得到金属锰和阳极液,阳极液可循环使用,滤渣 2 为 MnS、CoS、NiS。(1)“酸浸”前将原料粉碎的目的是增大反应物的接触面积,加快反应速率;(2)流程图中“加入 MnO2”的作用是将浸出液中的 Fe2+氧化为 Fe3+,同时自身被还原为 Mn2+。该反应的离子方程式是 MnO2+2Fe2+4H+ Mn2+2Fe3+2H2O,其中的 MnO2作氧化剂,可以用试剂 H2O2代替。(3)流程图中“调节 pH”可以除去铁离子,应将溶液 pH 调节控制的范围是 3.77.6,促进铁离子水解。MnCO 3能与 H+反应,不引入杂质,故可用 MnCO3调节 pH。(4)根据沉淀转化的方程式:Mn
15、S+Ni2+ NiS+Mn2+,Mn2+与 Ni2+的物质的量浓度之比为 c(Mn2+) c(Ni2+)=Ksp(MnS) Ksp(NiS)=(2.810-10)(2.010 -21)=1.41011;(5)在题给工艺中,能循环使用的一种物质是电解过程中阳极液含有的硫酸;(6)电解液中 Mn2+具有还原性,加入一定质量的 NaBiO3(不溶于水),使二者发生反应,反应的氧化产物和还原产物分别是 Mn 、Bi 3+。反应的离子方程式是-45NaBiO3+2Mn2+14H+ 5Bi3+2Mn +5Na+7H2O;(7)在适当条件下,电解 MnSO4时 MnSO4在阳极失去-4电子得到 MnO2,其阳极电极反应式为 Mn2+2H2O-2e- MnO2+4H+。
