考前强化练21 化学工艺流程综合题1.(2022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、MnO2等化合物,向滤渣中加入一定量的稀草酸和10mL稀硫酸,得到MnSO4溶液并收集到896mLCO2(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:O2MnO(OH)2I2S4O62-取一定量的池塘水样100.00mL,按上述方法测定水样的溶解氧,消耗0.0100mol·L-1Na2S2O3标准溶液13.50mL,则该水样中的溶解氧的浓度为 mg·L-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+H2O2+H2SO4CuSO4+2H2O 加热(4)3.0mol·L-1 (5)10.805\n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+H2SO4CuSO4+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+3H2SO43MnSO4+4CO2↑+6H2O,根据反应方程式可知,硫酸的物质的量为0.896L÷22.4L·mol-1×34=0.03mol,c=nV=0.03mol0.01L=3.0mol·L-1;(5)根据转化关系:O2→MnO(OH)2→I2→Na2S4O6;在100.00mL水样中,存在I2+2S2O32-2I-+S4O62-;n(I2)=n(Na2S2O3)×12=0.01000mol·L-1×13.50mL×10-3L·mL-1×12=6.750×10-5mol,根据题中MnO(OH)2与I-完全反应生成Mn2+和I2,可知发生了氧化还原反应,根据电子得失守恒:n[MnO(OH)2]=n(I2)=6.750×10-5mol;n(O2)=12n[MnO(OH)2]=12×6.750×10-5mol=3.375×10-5mol,水中溶解氧=3.375×10-5mol×32g·mol-1×1000mg·g-1÷0.1L=10.80mg·L-1。2.(2022江西重点中学协作体高三联考)硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)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:Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,Ksp[Ni(OH)2]=1.2×10-15(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①是 ;加H2O2的目的是(用离子方程式表示) 。 (4)调pH为2~3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c(Ni2+)=2mol·L-1,当铁离子恰好完全沉淀溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5mol·L-1时,溶液中是否有Ni(OH)2沉淀生成? (填“是”或“否”)。 5\n(6)NiSO4·7H2O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+MHNi(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-+2H2O2AlO2-+3H2↑(2)漏斗 玻璃棒 蒸发浓缩 冷却结晶(3)不溶杂质 2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O(4)硫酸(H2SO4) (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-+2H2O2AlO2-+3H2↑;(2)操作a为过滤,用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒;从溶液中得到硫酸镍晶体(NiSO4•7H2O),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①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;(4)最后要得到NiSO4·7H2O,为了不引入杂质离子,最好加入硫酸调溶液的pH;(5)已知Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,Ksp[Ni(OH)2]=1.2×10-15;根据Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=1.0×10-5×c3(OH-)=4.0×10-38,可得c3(OH-)=4.0×10-33mol·L-1,c(OH-)≈1.6×10-11mol·L-1,Ni(OH)2的浓度商Qc=c(Ni2+)×c2(OH-)=2×(1.6×10-11)2=5.12×10-22<Ksp[Ni(OH)2]=1.2×10-15,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.(2022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:①浸出液中主要含有Fe3+、Fe2+、Co2+、Ni2+等杂质金属离子;②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pH7.52.77.77.68.39.73.78.48.29.85\n完全沉淀的pH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“①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“②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.Na2CO3 c.NaOH d.氨水(4)向滤液Ⅰ中加入MnS的作用是除去Co2+、Ni2+等离子,发生反应为MnS+Ni2+NiS+Mn2+等。当该反应完全后,滤液2中的Mn2+与Ni2+的物质的量浓度之比是 [已知Ksp(MnS)=2.8×10-10,Ksp(NiS)=2.0×10-21]。 (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MnO4-、Bi3+。该反应的离子方程式是 。 (7)在适当条件下,在MnSO4、H2SO4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)MnO2+2Fe2++4H+Mn2++2Fe3++2H2O H2O2(3)3.7~7.6 a (4)1.4×1011 (5)H2SO4(6)2Mn2++5NaBiO3+14H+2MnO4-+5Bi3++5Na++7H2O(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+、Fe2+、Co2+、Ni2+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+、Ni2+等离子,过滤得到滤液再进行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“①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“②调节pH”可以除去铁离子,应将溶液pH调节控制的范围是3.7~7.6,促进铁离子水解。MnCO3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:MnS+Ni2+NiS+Mn2+,Mn2+与Ni2+的物质的量浓度之比为c(Mn2+)∶c(Ni2+)=Ksp(MnS)∶Ksp(NiS)=(2.8×10-10)∶(2.0×10-21)=1.4×1011;(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MnO4-、Bi3+5\n。反应的离子方程式是5NaBiO3+2Mn2++14H+5Bi3++2MnO4-+5Na++7H2O;(7)在适当条件下,电解MnSO4时MnSO4在阳极失去电子得到MnO2,其阳极电极反应式为Mn2++2H2O-2e-MnO2+4H+。5
