专题检测（十） 无机化工流程
1．(2020·无锡一模)工业上以碳酸锰矿(主要成分为MnCO3，另含FeO、Fe2O3、CaO等杂质)为主要原料生产锰酸锂(LiMn2O4)的工艺流程如下： (1)为了提高碳酸锰矿浸出的速率，在“酸浸”时可采取的措施有：①适当升高温度；②搅拌；③_________________________________________________________等。
(2)“除铁”时，加入CaO的目的是______________________________________。
(3)加入MnF2是为了除去溶液中的Ca2＋，若控制溶液中F－浓度为3×10－3 mol·L－1，则Ca2＋的浓度为________mol·L－1[常温时，Ksp(CaF2)＝2.7×10－11]。 (4)“合成MnO2”的化学方程式为____________________________。
(5)“锂化”是将MnO2和Li2CO3按4∶1的物质的量比配料，球磨3～5 h，然后升温至600～750 ℃，保温24 h，自然冷却至室温得产品。
①升温到515 ℃时，开始有CO2产生，比预计碳酸锂的分解温度(723 ℃)低得多。可能的原因是__________________________________________________。
②写出该反应的化学方程式：______________________________。 解析：(1)为了提高碳酸锰矿浸出的速率，在“酸浸”时可采取的措施有：①适当升高温度；②搅拌；③适当增大硫酸的浓度(或将碳酸锰矿研成粉末等)；(2)“除铁”时，加入CaO的目的是调节溶液的pH，使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀而除去；(3)加入MnF2是为了除去溶液中的Ca2＋，若控制溶液中F－浓度为3×10－3 mol·L－1，则Ca2＋的浓度为＝＝＝3×10－6(mol·L－1)；(4)根据流程图分析可知，滤液中MnSO4用K2S2O8氧化生成MnO2，则“合成MnO湖南御邦大宗农产品交易所
2”的化学方程式为MnSO4＋K2S2O8＋2H2O===MnO2↓＋K2SO4＋2H2SO4；(5)①“锂化”时将MnO2和Li2CO3按4∶1的物质的量比配料，升温到515 ℃时，开始有CO2产生，加快了碳酸锂的分解[比预计碳酸锂的分解温度(723 ℃)低得多]。可能的原因是MnO2是催化剂，加快了碳酸锂分解；②该反应的化学方程式8MnO2＋2Li2CO3===4LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑。 答案：(1)适当增大硫酸的浓度(或将碳酸锰矿研成粉末)
(2)调节溶液的pH，使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀而除去
(3)3×10－6
(4)MnSO4＋K2S2O8＋2H2O===MnO2↓＋K2SO4＋2H2SO4
(5)①MnO2是催化剂 ②8MnO2＋2Li2CO3===4LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑
2．(2020·南京三模)以镍废料(主要成分为镍铁合金，含少量铜)为原料，生产NiO的部分工艺流程如下：
已知：下表列出了几种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)。 | 开始沉淀的pH | 沉淀完全的pH |
Ni2＋ | 6.7 | 9.5 |
Fe3＋ | 1.1 | 3.2 |
Fe2＋ | 5.8 | 8.8 |
Cu2＋ | 4.2 | 7.2 |
| | |
(1)“酸溶”时Ni转化为NiSO4，该过程中温度控制在70～80 ℃的原因是________________________________________________________________________。
(2)“氧化”时，Fe2＋参加反应的离子方程式为__________________________________。
(3)“除铁”时需控制溶液的pH范围为______________。
(4)“滤渣”的主要成分为______________(填化学式)。
(5)“沉镍”时得到碱式碳酸镍[用xNiCO3·yNi(OH)2表示]沉淀。
①在隔绝空气条件下，“煅烧”碱式碳酸镍得到NiO，该反应的化学方程式为____________________________。
②“沉镍”时，溶液pH增大，碱式碳酸镍中Ni元素含量会增加，原因是____________________________________________________________________________。
解析：镍废料(主要成分为镍铁合金，含少量铜)加稀硫酸、稀硝酸进行“酸溶”，其中铁、镍溶于酸，铜也与硝酸反应产生氮氧化物；“氧化”时加入H2O2可将“酸溶”后溶液中的Fe
2＋氧化为Fe3＋，加入氢氧化钠调节溶液pH除去铁离子，过滤得到氢氧化铁滤渣和滤液；向除铁后的滤液中通入H2S气体，发生反应H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋，除去Cu2＋；再向除铜后的滤液中加入碳酸钠溶液沉淀镍离子，过滤、洗涤、干燥得到的固体经煅烧得到NiO。
(1)“酸溶”时温度控制在70～80 ℃的原因是温度低于70 ℃，反应速率降低；温度高于80 ℃，HNO3 分解(或挥发)加快；(2)“氧化”时，Fe2＋被H2O2氧化，离子方程式为
2Fe2＋ ＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；(3)“除铁”时使Fe3＋完全沉淀，而Ni2＋、Cu2＋不沉淀，故需控制溶液的pH范围为 3.2≤pH＜4.2；(4)通入H2S使Cu2＋沉淀生成CuS，“滤渣”的主要成分为CuS；(5)①在隔绝空气条件下，“煅烧”碱式碳酸镍得到NiO、CO2和H2O，该反应的化学方程式为xNiCO3·yNi(OH)2(x＋y)NiO＋xCO2↑＋yH2O；②“沉镍”时，溶液pH增大，碱式碳酸镍中Ni元素含量会增加，原因是Ni(OH)2中 Ni含量高于 NiCO3，pH 越大，碱式碳酸镍中 Ni(OH)2 比例增大。
答案：(1)温度低于70 ℃capsense，反应速率降低；温度高于80 ℃，HNO3 分解(或挥发)加快
(2)2Fe2＋ ＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
(3)3.2≤pH＜4.2
(4)CuS
(5)①xNiCO3·yNi(OH)2(x＋y)NiO＋xCO2↑＋yH2O
②Ni(OH)2 中 Ni含量高于 NiCO3，pH 越大，碱式碳酸镍中 Ni(OH)2 比例增大
3．(2020·常州一模)利用废铅蓄电池的铅泥(PbO、Pb及PbSO4等)可制备精细无机化工产品3PbO·PbSO4·H2O(三盐)，主要制备流程如下：
(1)步骤①PbSO4转化为难溶PbCO3的离子方程式为______________________。
(2)滤液1和滤液3经脱、蒸发、结晶可得到的副产品为__________(写化学式)。
(3)步骤③酸溶时，其中的铅与硝酸生成Pb(NO3)2及NO的离子方程式为____________________________；滤液2中溶质主要成分为______________(写化学式)。
(4)步骤⑥合成三盐的化学方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)步骤⑦洗涤操作时，检验沉淀是否洗涤完全的方法是
________________________________________________________________________。
解析：(1)向铅泥中加入Na2CO3溶液，PbSO4转化为难溶的PbCO3的离子方程式为CO＋PbSO4===PbCO3＋SO。(2)过滤得到滤液1为Na2SO4，向滤渣中加入硝酸，PbO、Pb、PbCO3都与硝酸反应生成Pb(NO3)2，然后加入硫酸，生成PbSO4，过滤，滤液2的主要成分是HNO3，向滤渣中加入NaOH，得到3PbO·PbSO4·H2O(三盐)，同时生成Na2SO4，故滤液3为Na2SO4，因此滤液1和滤液3经脱、蒸发、结晶可得到的副产品为Na2SO4·10H2O(或Na2SO4)。(3)铅与硝酸生成Pb(NO3)2及NO的离子方程式为3Pb＋8H＋＋2NO===3Pb2＋＋2NO↑＋4H2O，滤液2中溶质主要成分为HNO3。(4)步骤⑥合成三盐的化学方程式4PbSO4＋6NaOH===3Na2SO4＋3PbO·PbSO4·H2O无谓空间＋2H2O。(5)该沉淀吸附的离子是硫酸根离子，用盐酸酸化的BaCl2溶液检验。
答案：(1)CO＋PbSO4===PbCO3＋SO
(2)Na2SO4·10H2O(或Na2SO4)
(3)3Pb＋8H＋＋2NO===3Pb2＋＋2NO↑＋4H2O HNO3
(4)4PbSO4＋6NaOH===3Na2SO4＋3PbO·PbSO4·H2O＋2H2O
(5)取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2广西青年干部学院溶液混沌模式，若不产生白沉淀，则表明已洗涤完全
4．(2020·苏锡常镇一调)以菱锰矿(主要成分MnCO3，还含有FeCO3、CaCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgCO3等杂质)为原料制备二氧化锰的工艺流程如下：
已知草酸钙、草酸镁不溶于水。
(1)写出“氧化”时发生反应的离子方程式：____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)“中和”的目的是将铁、铝元素转化为沉淀除去，化合物X可用______________(写一种物质的化学式)。
(3)该工艺流程中固体1和固体2均需用水洗涤，目的是________________________。
(4)“除杂”时，除去的金属离子有______________。
(5)“电解”原理如图所示，阳极的电极反应式为____________________。
(6)该流程中可以循环使用的物质有____________________________________。
解析：(1)酸浸后溶液中含有亚铁离子，能被二氧化锰氧化，则“氧化”时发生反应的离子方程式为MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋2006年高考试题＋2Fe3＋＋2H2O。(2)“中和”的目的是将铁、铝元素转化为沉淀除去，由于不能再引入新杂质，则化合物X可用MnCO3。(3)过滤得到的沉淀表面含有杂质离子，因此该工艺流程中固体1和固体2均需用水洗涤滤渣，洗出液用于酸浸工序，提高锰的回收率。(4)已知草酸钙、草酸镁不溶于水，则“除杂”时，除去的金属离子有Ca2＋、Mg2＋。(5)阳极锰离子失去电子转化为二氧化锰，则阳极的电极反应式为
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