(5)2FePO4+Li2CO3+H2C2O4
2LiFePO4+3CO2↑+H2O
2.(2018·成都一模)高锰酸钾常用作消毒杀菌剂、水质净化剂等。
某小组用软锰矿(主要含MnO2,还含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等杂质)模拟工业制高锰酸钾流程如下。
试回答下列问题:
(1)配平焙烧时发生的化学反应方程式:
________MnO2+________________+________O2
________K2MnO4+________H2O;工业生产中采用对空气加压的方法提高MnO2利用率,试用碰撞理论解释其原因:
___________
____________________________________________________________。
(2)滤渣Ⅱ的成分有________(化学式);第一次通CO2不能用稀盐酸代替的原因是_______________________________________________________
___________________________________________________________。
(3)第二次通入过量CO2生成MnO2的离子方程式为______________。
(4)将滤液Ⅲ进行一系列操作得KMnO4。
由图像可知,从滤液Ⅲ得到KMnO4需经过______、________、洗涤等操作。
(5)工业上按上述流程连续生产。
用含a%MnO2的软锰矿1吨,理论上最多可制KMnO4________吨。
(保留2位有效数字)
(6)利用电解法可得到更纯的KMnO4。
用惰性电极电解滤液Ⅱ。
①电解槽阳极反应式为________________________________________。
②阳极还可能有气体产生,该气体是________。
【解析】 由流程图可知,软锰矿在空气和碱性环境中焙烧冷却后,得到K2MnO4、硅酸盐、偏铝酸盐和Fe2O3,过滤后,滤液中是K2MnO4、硅酸盐、偏铝酸盐,通入CO2生成H2SiO3和Al(OH)3沉淀,滤液中第二次通入过量CO2生成KMnO4。
(2)滤渣Ⅱ是H2SiO3和Al(OH)3沉淀;盐酸是强酸,易将Al(OH)3沉淀溶解,不宜掌握用量。
(3)第二次通入的CO2和溶液中的K2MnO4反应的离子方程式为3MnO
+4CO2+2H2O===MnO2↓+2MnO
+4HCO
。
(4)由曲线可知,KMnO4溶解度随温度变化较小,故使用蒸发结晶法,趁热过滤。
(5)依据工艺流程,含Mn物质间的定量转化应为:
MnO2~K2MnO4~
KMnO4+
MnO2
但是MnO2循环利用,多次转化,可视为原料中的Mn全部转化为KMnO4所以:
m(KMnO4)=
×158=0.018at。
(6)①电解滤液Ⅱ,阳极被氧化MnO
-e-===MnO
。
②阳极还可能发生4OH--e-===O2↑+2H2O,产生O2。
【答案】
(1)2 4 KOH 1 2 2 加压增大了氧气浓度,使单位体积内的活化分子数增加,有效碰撞次数增多,反应速率加快,使MnO2反应更充分
(2)Al(OH)3、H2SiO3 稀盐酸可溶解Al(OH)3,不易控制稀盐酸的用量
(3)3MnO
+4CO2+2H2O===MnO2↓+2MnO
+4HCO
(4)蒸发结晶 趁热过滤
(5)0.018a
(6)①MnO
-e-===MnO
②O2
3.(2018·蓉城名校一模)3PbO·PbSO4·H2O化学名:
三盐基硫酸铅,简称三盐,M=990g·mol-1。
不溶于水,微黄色粉末,可用作聚氯乙烯稳定剂。
以铅泥(含PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐基硫酸铅的工艺流程如图所示。
已知:
PbSO4的Ksp=1.82×10-8,PbCO3的Ksp=1.462×10-13。
请回答下列问题:
(1)铅蓄电池其工作原理是Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O。
充电时,阳极的电极反应式为_______________________________________
___________________________________________________________。
(2)步骤①转化的目的是______________________________________,
将滤液1、滤液3合并,经蒸发浓缩、降温结晶、过滤等操作,可得到一种结晶水合物(M=322g·mol-1),其化学式为________;滤液2中可循环利用的溶质为________(填化学式)。
(3)沉铅后的滤液中c(Pb2+)=9.10×10-5mol·L-1,则此时c(SO
)=________mol·L-1。
(4)步骤⑥合成三盐的化学方程式为________________
____________________________________________________________;
步骤⑦洗涤沉淀时的操作是_____________________________________
____________________________________________________________;
若以100.0t铅泥为原料制得纯净干燥的三盐49.5t,假设铅泥中的铅元素有90%转化为三盐,则铅泥中铅元素的质量分数为________。
【解析】
(1)铅蓄电池充电时,阳极发生氧化反应,其电极反应式为PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+SO
+4H+。
(2)步骤①加入Na2CO3溶液能将PbSO4转化为PbCO3,可以提高铅元素的利用率。
结合上述分析可知滤液1、滤液3中均含有Na2SO4,再结合所得晶体的摩尔质量可知析出的晶体为Na2SO4·10H2O。
滤液2中的HNO3可循环使用。
(3)沉铅后滤液中c(Pb2+)=9.10×10-5mol·L-1,则滤液中c(SO
)=
=
mol·L-1=2.0×10-4mol·L-1。
(4)步骤⑥中加入NaOH溶液,使PbSO4转化成三盐,化学方程式为4PbSO4+6NaOH
3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O。
沉淀表面有Na2SO4等杂质,洗涤沉淀时,向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀,让蒸馏水自然流下,并重复上述操作2~3次即可。
设铅泥中铅元素的质量分数为x,根据关系式:
4Pb ~ 3PbO·PbSO4·H2O
4mol×207g·mol-1 990g
100.0t×x×90% 49.5t
则
=
,解得x=46.0%。
【答案】
(1)PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+SO
+4H+
(2)将PbSO4转化为PbCO3,提高铅的利用率 Na2SO4·10H2O HNO3
(3)2.0×10-4
(4)4PbSO4+6NaOH
3PbO·PbSO4·H2O+3Na2SO4+2H2O 向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀,让蒸馏水自然流下,并重复上述操作2~3次 46.0%
4.(2018·桂林模拟)金属钛被称为“21世纪金属”。
(1)工业上用钛矿石(主要成分为FeTiO3,主要含FeO、Al2O3、SiO2等杂质)经过以下流程制得TiO2:
其中,步骤Ⅱ发生的主要反应为2H2SO4+FeTiO3===TiOSO4+FeSO4+2H2O。
①步骤Ⅰ发生反应的离子方程式是_________________________、
__________________________________________________________。
为提高钛矿石的碱浸出速率,步骤Ⅰ可采取的办法除提高碱的浓度外,还可以采取的办法有________、________(写出两种方法)。
②步骤Ⅱ中加入Fe的目的是___________________________________;
分离出FeSO4晶体的操作是____________________________________。
③步骤Ⅲ形成的TiO2·nH2O为胶体,步骤Ⅲ发生反应的化学方程式为___________________________________________________________。
(2)可利用TiO2通过下述两种方法制备金属钛。
方法一:
将TiO2作阴极,石墨作阳极,熔融CaO为电解液,碳块作电解池槽,电解TiO2制得钛,阳极上一定生成的气体是________,可能生成的气体是________。
方法二:
通过以下反应制备金属钛。
①TiO2(s)+2Cl2(g)
TiCl4(g)+O2(g)
ΔH=+151kJ·mol-1
②TiCl4+2Mg
2MgCl2+Ti
实际生产中,需在反应①过程中加入碳,可以顺利制得TiCl4。
碳的作用除燃烧放热外,还具有的作用是__________________________________
________________________________________________________。
【解析】
(1)①步骤Ⅰ中Al2O3、SiO2均能与浓NaOH溶液反应,其离子方程式分别为Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O、SiO2+2OH-===SiO
+H2O。
为提高钛矿石的碱浸出速率,可采取适当增加碱的浓度、升高反应温度、粉碎钛矿石或搅拌等措施。
②步骤Ⅱ所得溶液中的Fe2+易被氧化成Fe3+,加入适量铁粉,可将溶液中的Fe3+还原为Fe2+。
从溶液中分离出FeSO4晶体时,可采取的操作为过滤。
③TiOSO4在溶液中加热水解生成TiO2·nH2O(胶体)的化学方程式为TiOSO4+(n+1)H2O
TiO2·nH2O(胶体)+H2SO4。
(2)熔融CaO中的O2-向阳极移动,阳极上O2-失电子被氧化为O2;由于碳块作电解池槽,则阳极还可能生成CO、CO2或二者的混合气体。
反应①的过程中加入适量碳,碳燃烧放出热量提供反应所需的高温,此外碳还可以和生成物O2反应,促使反应①的平衡正向移动。
【答案】
(1)①Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O
SiO2+2OH-===SiO
+H2O 升高温度(或加热) 粉碎钛矿石或搅拌(其他合理答案均可) ②还原Fe3+ 过滤 ③TiOSO4+(n+1)H2O
TiO2·nH2O(胶体)+H2SO4
(2)O2(或氧气) CO2(或CO或CO2、CO) 消耗O2,促进反应①的平衡向正反应方向移动
5.(2018·东北三省联考)铅及其化合物有着优异的性能和广泛的应用。
工业上利用铅浮渣(主要成分是PbO、Pb还含有少量的Ag、CaO)可制备硫酸铅。
制备流程图如下:
已知:
Ksp(PbSO4)=1.6×10-8 Ksp(CaSO4)=4.9×10-5
(1)步骤Ⅰ有NO产生,浸出液中含量最多的金属阳离子为Pb2+,写出Pb参加反应的化学方程式:
____________________________________________
_________________________________________________________,
为防止Ag被溶解进入浸出液,步骤Ⅰ操作时应注意__________________________________。
(2)粗PbSO4产品含有的杂质是________;要得到纯净的PbSO4,需要用试剂进行多次洗涤,再用蒸馏水洗涤。
最好选用的试剂是________________。
A.稀硫酸 B.稀盐酸
C.硝酸铅溶液D.酒精
(3)母液中可循环利用的物质是HNO3,若母液中残留的SO
过多,则循环利用时可能出现的问题是________________________________________
______________________________________________________。
(4)若将步骤Ⅱ中的Pb2+完全沉淀[c(Pb2+)≤1.0×10-5mol·L-1],则溶液中的c(SO
)至少为________mol·L-1。
(5)(CH3COO)2Pb是皮毛行业的染色助剂,可用PbSO4与CH3COONH4反应制备,写出反应的离子方程式___________________________________
________________________________________________________。
【解析】
(1)Pb能与稀HNO3发生氧化还原反应,其化学方程式为3Pb+8HNO3===3Pb(NO3)2+2NO↑+4H2O。
由于金属活泼性:
Pb>Ag,故步骤Ⅰ中为了防止Ag溶解进入浸出液,需控制硝酸的用量并使铅浮渣(或Pb)稍有剩余。
(2)根据题图可知所得粗PbSO4产品中含有CaSO4杂质,根据PbSO4、CaSO4的溶度积常数可知相同条件下PbSO4更难溶,为了得到纯净的PbSO4,可用硝酸铅溶液多次洗涤粗产品,使CaSO4转化为PbSO4,再用蒸馏水洗涤。
(3)若母液中残留的SO
过多,则其会与浸出时生成的Pb2+反应生成PbSO4,PbSO4会随浸出渣排出,从而降低PbSO4的产率。
(4)步骤Ⅱ中Pb2+完全沉淀时溶液中c(Pb2+)≤1.0×10-5mol·L-1,则溶液中c(SO
)至少为
mol·L-1=1.6×10-3mol·L-1。
(5)根据题中信息可知PbSO4与CH3COONH4发生复分解反应得到(CH3COO)2Pb,其离子方程式为PbSO4+2CH3COO-===(CH3COO)2Pb+SO
。
【答案】
(1)3Pb+8HNO3===3Pb(NO3)2+2NO↑+4H2O 控制硝酸的用量并使铅浮渣(或Pb)稍有剩余(其他合理答案均可)
(2)CaSO4 C (3)浸出时部分Pb2+生成PbSO4随浸出渣排出,降低PbSO4的产率 (4)1.6×10-3 (5)PbSO4+2CH3COO-===(CH3COO)2Pb+SO
6.(2018·合肥模拟)二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土化合物。
以氟碳铈矿(主要含CeCO3F)为原料制备CeO2的一种工艺流程如下:
已知:
i.Ce4+能与F-结合成[CeFx](4-x)+,也能与SO
结合成[CeSO4]2+;
ii.在硫酸体系中Ce4+能被萃取剂[(HA)2]萃取,而Ce3+不能;
iii.常温下,Ce2(CO3)3饱和溶液浓度为1.0×10-6mol·L-1。
回答下列问题:
(1)“氧化焙烧”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法是______________________________(写出2种即可)。
(2)写出“氧化焙烧”产物CeO2与稀H2SO4反应的离子方程式:
__________________________________________________________。
(3)“萃取”时存在反应:
Ce4++n(HA)2Ce(H2n-4A2n)+4H+。
D表示Ce4+分别在有机层中与水层中存在形式的浓度之比的比值(D=
)。
保持其他条件不变,在起始料液中加入不同量的Na2SO4以改变水层中的c(SO
),D随起始料液中c(SO
)增大而减小的原因是__________________________
___________________________________________________________。
(4)浸渣经处理可得Ce(BF4)3,加入KCl溶液发生反应:
Ce(BF4)3(s)+3K+(aq)3KBF4(s)+Ce3+(aq)。
若一定温度时,Ce(BF4)3、KBF4的Ksp分别为a、b,则该反应的平衡常数K=________(用a、b表示)。
(5)“反萃取”中加H2O2发生主要反应的离子方程式为______________________________。
常温下,在“反萃取”后所得水层中加入1.0mol·L-1的NH4HCO3溶液,产生Ce2(CO3)3沉淀,当Ce3+恰好沉淀完全时[c(Ce3+)=1×10-5mol·L-1],溶液中c(CO
)约为________________________。
(6)CeO2是汽车尾气净化催化剂的关键成分,它能在还原气氛中供氧,在氧化气氛中耗氧。
在尾气消除过程中发生着CeO2CeO2(1-x)+xO2↑(0≤x≤0.25)的循环。
写出CeO2消除CO尾气的化学方程式:
____________________
__________________________________________________________。
【解析】
(1)“氧化焙烧”过程中,将矿石粉碎成细颗粒、通入大量空气等均可以加快反应速率和提高原料利用率。
(2)根据Ce4+能与SO
结合成[CeSO4]2+知,CeO2与稀H2SO4反应生成[CeSO4]2+和H2O,离子方程式为CeO2+4H++SO
===[CeSO4]2++2H2O。
(3)水层中的Ce4+会与SO
结合成[CeSO4]2+,随着c(SO
)增大,c([CeSO4]2+)增大,c(Ce4+)减小,导致萃取平衡Ce4++n(HA)2Ce(H2n-4A2n)+4H+向逆反应方向移动,c[Ce(H2n-4A2n)]减小,故D=
减小。
(4)该反应的平衡常数K=
=
=
=
。
(5)在硫酸体系中Ce4+能被萃取剂[(HA)2]萃取,而Ce3+不能,“反萃取”中加H2O2,是为了将Ce4+还原为Ce3+,则H2O2转化为O2,配平离子方程式为2Ce4++H2O2===2Ce3++O2↑+2H+。
常温下,Ce2(CO3)3饱和溶液的浓度为1.0×10-6mol·L-1,根据Ce2(CO3)3(s)2Ce3+(aq)+3CO
(aq),该溶液中c(Ce3+)=2.0×10-6mol·L-1、c(CO
)=3.0×10-6mol·L-1,则Ksp[Ce2(CO3)3]=(2.0×10-6)2×(3.0×10-6)3=1.08×10-28。
当Ce3+恰好沉淀完全时[c(Ce3+)=1×10-5mol·L-1],溶液中c3(CO
)·c2(Ce3+)=Ksp[Ce2(CO3)3],c(CO
)=
≈1×10-6mol·L-1。
(6)CeO2消除CO尾气,可以看作是CeO2的循环产生的氧气将CO转化为CO2,故化学方程式为2xCO+CeO2===CeO2(1-x)+2xCO2。
【答案】
(1)将矿石粉碎成细颗粒、通入大量空气(其他合理答案均可)
(2)CeO2+4H++SO
===[CeSO4]2++2H2O (3)随着c(SO
)增大,水层中的Ce4+与SO
结合成[CeSO4]2+,导致萃取平衡逆向移动,D减小 (4)
(5)2Ce4++H2O2===2Ce3++O2↑+2H+ 1×10-6mol·L-1
(6)2xCO+CeO2===CeO2(1-x)+2xCO2