突破03 控制溶液的pH值(二)-备战2021年高考化学《工艺流程》专题突破系列

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无机综合及工艺流程(三)

1、二氧化锆(ZrO2)是最重要的氧离子固体电解质，用于制造燃料电池、氧气含量测定仪等。可由锆英砂(主要成分为 ZrSiO4，也可

表示为 ZrO2·SiO2；含有少量 Fe2O3、Al2O3、SiO2杂质)通过如工艺流程法制得

已知：① ZrO2具有两性，高温与纯碱共熔生成可溶于水的 Na2ZrO3，与酸反应生成 ZrO2+

②部分金属离子在实验条件下开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表

金属离子 Fe3+ Al3+ ZrO2+

开始沉淀时 pH 1.9 3.3 6.2

沉淀完全时 pH 3.2 5.2 8.0

请回答下列问题：

(1)已知 Zr 元素的原子序数是 40，请写出它在周期表中的位置：____________________________

(2)烧结时 ZrSiO4发生反应的化学方程式为__________________________；滤渣 1的化学式为__________

(3)调节 pH=a 时，a的范围应该是__________________；用氨水调节 pH=b 时，所发生反应的离子方程式为________________

(4)本题的流程中，一共有三步过滤操作，北中最后一步过滤所得的 Zr(OH)4沉淀需要洗涤，证明该沉淀已经洗涤干净的最佳操作

方法是：______________________________________

(5)工业上用铝热法冶炼锆，写出以 ZrO2 通过铝热法制取锆的化学方程式：________________

(6)一种新型燃料电池用掺杂 Y2O3 的ZrO2 晶体作电解质在熔融状态下传导 O2-，一极通入空气，另一极通入乙烷，写出负极的电

极反应式：________________________________

2、金属锰主要用在航空、冶金及化工等行业。采用“两矿一步法”浸出高硫高铁碳酸锰矿(主要含有 FeS2、FeCO3、SiO2、CuO 等

杂质)制备金属锰的工艺流程如下：

已知：Ⅰ.福美钠的化学式为(CH3)2CNS2Na,采用福美钠对 MnSO4溶液中重金属进行净化去除效果良好:

Ⅱ.部分金属离子形成氢氧化物沉淀的 pH 如下表所示：

Fe2+ Cu2+ Fe3+ Mn2+

pH(开始沉淀) 7.5 5.2 1.7 7.2

pH(完全沉淀) 9.7 7.8 3.2 10.4

回答下列问题：

(1)FeS2中S元素的化合价为_____价

(2)浸出时，软锰矿中的主要成分 MnO2与FeS2发生氧化还原反应，写出该反应的化学方程式___________________________

(3)向浸出液中吹入空气的目的是___________________________________________(用离子方程式表示)

(4)调节 pH 的最佳范围是__________，沉淀的成分是_________(填化学式)

(5)(CH3)2CNS2H可由(CH3)2NH 与CS2通过加成反应得到,1mol(CH3)2NH 中,共价键的数目为_____NA

(6)工业上采用如图所示的方法获得金属 Mn，B极为_______极，若没有阴离子交换膜,Mn2+将在 D极发生反应生成 MnO2,则电极反

应式为_________________________________

3、CoCO3可用作选矿剂、催化剂及伪装涂料的颜料。以含钴废渣(主要成份 CoO、Co2O3，还含有 Al2O3、ZnO 等杂质)为原料制备

CoCO3和ZnSO4溶液的一种工艺流程如下：

下表是相关金属离子生成氢氧化物沉淀的 pH(按金属离子浓度为 1.0mol·L-1 计算)：

金属离子开始沉淀的 pH 完全沉淀的 pH

Co2+ 7.6 9.4

Al3+ 3.0 5.0

Zn2+ 5.4 8.0

(1)写出“酸浸”时发生氧化还原反应的化学方程式________________________

(2)“除铝”过程中需要调节溶液 pH 的范围为_________，形成沉渣时发生反应的离子方程式为______________________

(3)在实验室里，萃取操作用到的玻璃仪器主要有_________________；上述“萃取”过程可表示为 ZnSO4(水层)+2HX(有机层)

ZnX2(有机层)+H2SO4(水层)，由有机层获取 ZnSO4溶液的操作是______________

(4)“沉钴”时，Na2CO3溶液滴加过快会导致产品不纯，请解释原因___________________

(5)在空气中煅烧CoCO3生成某种钴氧化物和 CO2，若充分煅烧一定量 CoCO3后测定所得固体质量为 2.41g，CO2的体积为

0.672L(标准状况)，假设固体为纯净物，其化学式为__________

4、马日夫盐(Mn(H2PO4)2）是一种白色晶体，易溶于水，常用于机械设备的磷化处理。以软锰矿（主要成分为 MnO2，还含有少量

的Fe2O3、FeO 和Al2O3）为原料制备马日夫盐的流程如下：

(1)粉碎软锰矿制成矿浆的目的是_________________________________________，葡萄糖（C6H12O6）与MnO2反应时，产物为

MnSO4、CO2和H2O，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________

(2)用H2O2溶液“氧化”时发生反应的离子方程式为_______________________________

(3)已知几种金属离子的氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表所示、“调 pH 并过滤”时，应调整的pH 范围为____________，

滤渣 1的主要成分为_________(填化学式)

金属离子开始沉淀的 pH 完全沉淀的 pH

Fe3+ 1.8 3.2

Al3+ 3.0 5.0

Fe2+ 5.8 8.8

Mn2+ 7.8 9.8

(4)加入磷酸后发生反应的化学方程式为_____________________________________

(5)某工厂用上述流程制备马日夫盐，已知软锰矿中 MnO2的含量为 87%，整个流程中锰元素的损耗率为9%，则 1t 该软锰矿可制得

马日夫盐__________t

5、硫酸锌可用于制造锌钡白、印染媒染剂等。用锌白矿(主要成分为 ZnO，还含有 Fe2O3、CuO、SiO2等杂质)制备 ZnSO4·7H2O的

流程如下：

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)如表所示：

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

Zn2＋6.4 8.0

(1)“滤渣 1”的主要成分为________(填化学式)，“酸浸”过程中，提高锌元素浸出率的措施有：适当提高酸的浓度、___________

(2)“置换”过程中，加入适量的锌粉，除与溶液中的 Fe3＋、H＋反应外，另一主要反应的化学方程式为_________________________

(3)“氧化”一步中，发生反应的离子方程式为________________________________。溶液 pH 控制在[3.2,6.4)之间的目的是________

_________________

(4)“母液”中含有的盐类物质有____________(填化学式)。

6、碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂，在医药上也可用于治疗消化性溃疡出血。工业上利用废铁屑

(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁的工艺流程如下。请回答下列问题：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的 pH 见下表：

沉淀物 Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3

开始沉淀 2.3 7.5 3.4

完全沉淀 3.2 9.7 4.4

(1)加入少量 NaHCO3的目的是调节 pH 范围在__________________________内，使溶液中的___________________沉淀(写离子符

号)，该反应的离子方程式为_________________________________

(2)反应Ⅱ中的离子方程式为________________________________________________

(3)在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入 O2以减少NaNO2的用量，若参与反应的 O2有11.2 L（标准状况），则相当于节约NaNO2的

物质的量为_____________________

(4)碱式硫酸铁溶于水后产生的 Fe(OH)2+离子，Fe(OH)2+可部分水解生成 Fe2(OH)42+ 聚合离子，该水解反应的离子方程式为________

___________________________

(5)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量标准，产品中不得含有 Fe2+及NO3－。为检验

所得产品中是否含有 Fe2+，应使用的试剂为___________________

A．氯水 B．KSCN 溶液 C．NaOH 溶液 D．酸性 KMnO4溶液

7、Ni 为第Ⅷ 族元素，在许多工业生产中都有涉及。已知草酸镍晶体 (NiC2O4·2H2O)难溶于水，工业上从废镍催化剂（成分主要为

Ni，含有一定量的 Al2O3、Fe、SiO2、CaO 等）制备草酸镍晶体的流程如图所示：

已知：①相关金属离子生成氢氧化物沉淀的 pH 如下表：

金属离子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Ni2+

开始沉淀的 pH 1.1 5.8 3.0 6.8

完全沉淀的 pH 3.2 8.8 5.0 9.5

②Ksp(CaF2)=1.46×10-10 ③ 当某物质浓度小于1.0×10-5 mol/L 时，视为完全沉淀

(1)请写出一种能提高酸浸速率的措施________________

(2)试剂a是一种绿色氧化剂，写出“氧化”时反应的离子方程式__________________________

(3)pH 的调控范围为 __________________，滤渣Ⅱ的成分为_____________________________

(4)写出“沉镍”时反应的离子方程式_____________________________________________________，证明 Ni2＋已经沉淀完全的实

验步骤及现象是______________________________________，当Ca2+沉淀完全时，溶液中 c(F－)>_________ mol/L(写出计算式即

可)

(5)操作 a的内容是____________________________________________

8、工业上利用粗ZnO(含FeO、CuO)制取金属锌的流程如下(部分步骤省略)。请回答下列问题：

已知：几种离子形成氢氧化物沉淀时的 pH 如下表：

待沉淀的离子 Fe2+ Fe3+ Zn2+ Cu2+

开始沉淀时 pH 6.3 1.5 6.2 5.2

沉淀完全时 pH 9.7 3.2 8.0 6.4

(1)酸浸粗氧化锌的过程中，常将粗氧化锌粉碎成细颗粒，适当增加硫酸的浓度，目的是___________________________

(2)步骤A的目的是将 Fe2+氧化为 Fe3+，并全部形成 Fe(OH)3沉淀，为了暂不形成 Cu(OH)2和Zn(OH)2，该步骤需控制溶液 pH 的范

围是____________，该步骤中先加入 H2O2充分反应后再加入氨水，写出加入 H2O2的离子方程式______________________

(3)步骤C的反应离子方程式为____________________________________

(4)若步骤A中加入 H2O2后，室温下将溶液的 pH 调为 4，求Fe3+ 离子浓度为_________(已知 Ksp[Fe(OH)3]= 4.0×10-3 8)

9、铁黄是一种重要的颜料，化学式为 Fe2O3•xH2O，广泛用于涂料、橡胶、塑料、文教用品等工业。实验室模拟工业利用硫酸渣

(含

Fe2O3及少量的 CaO、MgO 等) 和黄铁矿粉(主要成分为 FeS2) 制备铁黄的流程如下。

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