无机化工流程题

无机化工流程题

1．(2019·全国卷Ⅲ，26)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe 、Al 、Mg 、Zn 、Ni 、Si 等元素)制备，工艺如图所示。回答下列问题：

相关金属离子[c 0(M n ＋)＝0.1 mol·L －1]形成氢氧化物沉淀的pH 范围如下：

金属离子 Mn 2＋ Fe 2＋ Fe 3＋ Al 3＋ Mg 2＋ Zn 2＋ Ni 2＋ 开始沉淀的pH

8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的pH

10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9

(1)“滤渣1”含有S 和________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式：__________________________________________________________________________。

(2)“氧化”中添加适量的MnO 2的作用是_____________________________________。

(3)“调pH ”除铁和铝，溶液的pH 范围应调节为________～6之间。

(4)“除杂1”的目的是除去Zn 2＋和Ni 2＋，“滤渣3”的主要成分是_______________。

(5)“除杂2”的目的是生成MgF 2沉淀除去Mg 2＋。若溶液酸度过高，Mg 2＋沉淀不完全，原因是____________________________________________________________________________。

(6)写出“沉锰”的离子方程式：___________________________________。

(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNi x Co y Mn z O 2，其中Ni 、

Co 、Mn 的化合价分别为＋2、＋3、＋4。当x ＝y ＝13

时，z ＝________。 答案 (1)SiO 2(或不溶性硅酸盐) MnO 2＋MnS ＋2H 2SO 4===2MnSO 4＋S ＋2H 2O (2)将Fe 2＋氧化为Fe 3＋ (3)4.7 (4)NiS 和ZnS (5)F －与H ＋结合形成弱电解质HF ，MgF 2(s)

Mg 2＋(aq)＋2F －(aq)平衡向右移动 (6)Mn 2＋＋2HCO －3===MnCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O (7)13

解析 (1)硫化锰矿中硅元素主要以SiO 2或不溶性硅酸盐形式存在，则“滤渣1”的主要成分为S 和SiO 2(或不溶性硅酸盐)。结合“滤渣1”中含S ，可知“溶浸”时MnO 2与MnS 在酸性条件下发生氧化还原反应生成MnSO 4和S ，根据化合价升降法可配平该反应的化学方程式。(2)“溶浸”后溶液中含Fe 2＋，“氧化”中加入的适量MnO 2能将Fe 2＋氧化为Fe 3＋。

(3)“调pH ”除去Fe 3＋和Al 3＋时，结合表格中数据信息可知需控制溶液的pH 在4.7～6之间。

(4)“除杂1”中加入Na 2S 能将Zn 2＋和Ni 2＋分别转化为沉淀除去，故“滤渣3”的主要成分为NiS 和ZnS 。(5)“除杂2”中F －与Mg 2＋反应生成MgF 2沉淀，若溶液酸度过高，则F －与H ＋结合生成弱电解质HF ，导致MgF 2(s)

Mg 2＋(aq)＋2F －(aq)平衡向右移动，Mg 2＋不能完全除去。(6)“沉锰”时Mn 2＋与HCO －3反应生成MnCO 3并放出CO 2，由此可写出离子方程式。

(7)化合物LiNi x Co y Mn z O 2中，当x ＝y ＝13时，根据化合物中正负化合价代数和为0知1＋2×13

＋3×13＋4z －2×2＝0，解得z ＝13

。 2．(2020·济宁模拟)钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc 2O 3)的一种流程如图：

回答下列问题：

(1)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而成。混合的实验操作是__________________________________________。

(2)先加入氨水调节pH ＝3，过滤，滤渣主要成分是____________；再向滤液中加入氨水调节pH ＝6，滤液中Sc 3＋的浓度为__________。(已知：25 ℃时，K sp [Mn (OH)2]＝1.9×10－13，K sp [Fe(OH)3]＝2.6×10－39，K sp [Sc(OH)3]＝9.0×10－31)

(3)用草酸“沉钪”。25 ℃时pH ＝2的草酸溶液中c (C 2O 2－4)c (H 2C 2O 4)

＝________________(保留两位有效数字)。写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式：______________________________。[已知：25 ℃时，K a1(H 2C 2O 4)＝5.9×10－2，K a2(H 2C 2O 4)＝6.4×10－5]

(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为____________________________________________。

(5)废酸中含钪量为15 mg·L －1，V L 废酸最多可提取Sc 2O 3的质量为________________。 答案 (1)将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入双氧水中，并不断搅拌

(2)Fe(OH)3 9.0×10－7mol·L －1

(3)3.8×10－2 2Sc 3＋＋3H 2C 2O 4===Sc 2(C 2O 4)3↓＋6H ＋

(4)2Sc 2(C 2O 4)3＋3O 2=====高温2Sc 2O 3＋12CO 2

(5)0.023V g

解析 (1)在混合不同的液体时，一般先加密度较小、易挥发的，后加密度大、难挥发的，若混合时放热，则最后加受热易分解的，因此混合的实验操作是将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入双氧水中，并不断搅拌。(3)25 ℃时pH ＝