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实验室以工业废渣(主要含CaSO4·2H2O,还含少量SiO2、Al2O3、Fe...

实验室以工业废渣(主要含CaSO4·2H2O,还含少量SiO2Al2O3Fe2O3)为原料制取轻质CaCO3(NH4)2SO4晶体,其实验流程如下:

1)室温下,反应CaSO4(s)+(aq)CaCO3(s)+(aq)达到平衡,则溶液中=________[Ksp(CaSO4)=4.8×10−5Ksp(CaCO3)=3×10−9]

2)将氨水和NH4HCO3溶液混合,可制得(NH4)2CO3溶液,其离子方程式为________;浸取废渣时,向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是________

3)废渣浸取在如图所示的装置中进行。控制反应温度在60~70 ℃,搅拌,反应3小时。温度过高将会导致CaSO4的转化率下降,其原因是________;保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,实验中提高CaSO4转化率的操作有________

4)滤渣水洗后,经多步处理得到制备轻质CaCO3所需的CaCl2溶液。设计以水洗后的滤渣为原料,制取CaCl2溶液的实验方案:______[已知pH=5Fe(OH)3Al(OH)3沉淀完全;pH=8.5Al(OH)3开始溶解。实验中必须使用的试剂:盐酸和Ca(OH)2]

 

1.6×104 +NH3·H2O++H2O(或+NH3·H2O++H2O) 增加溶液中的浓度,促进CaSO4的转化 温度过高,(NH4)2CO3分解 加快搅拌速率 在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣,待观察不到气泡产生后,过滤,向滤液中分批加入少量Ca(OH)2,用pH试纸测量溶液pH,当pH介于5~8.5时,过滤 【解析】 (1)反应CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq)的平衡常数表达式为,结合CaSO4和CaCO3的Ksp计算; (2)氨水与NH4HCO3反应生成(NH4)2CO3;加入氨水抑制(NH4)2CO3的水解; (3)温度过高,(NH4)2CO3分解,使CaSO4转化率下降;保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,提高CaSO4转化率即提高反应速率,结合反应的特点从影响反应速率的因素分析; (4)根据工业废渣中的成分知,浸取、过滤后所得滤渣中含CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3;若以水洗后的滤渣为原料制取CaCl2溶液,根据题给试剂,首先要加入足量盐酸将CaCO3完全转化为CaCl2,同时Al2O3、Fe2O3转化成AlCl3、FeCl3,过滤除去SiO2,结合题给已知,再利用Ca(OH)2调节pH除去Al3+和Fe3+。 (1)反应CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq)达到平衡时,溶液中====1.6×104。答案:1.6×104 (2)NH4HCO3属于酸式盐,与氨水反应生成(NH4)2CO3,反应的化学方程式为NH4HCO3+NH3·H2O=(NH4)2CO3+H2O[或NH4HCO3+NH3·H2O(NH4)2CO3+H2O],离子方程式为HCO3-+NH3·H2O=NH4++CO32-+H2O(或HCO3-+NH3·H2ONH4++CO32-+H2O);浸取废渣时,加入的(NH4)2CO3属于弱酸弱碱盐,溶液中存在水解平衡:CO32-+NH4++H2OHCO3-+NH3·H2O,加入适量浓氨水,水解平衡逆向移动,溶液中CO32-的浓度增大,反应CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq)正向移动,促进CaSO4的转化。答案:HCO3-+NH3·H2O=NH4++CO32-+H2O(或HCO3-+NH3·H2ONH4++CO32-+H2O) 增加溶液中CO32-的浓度,促进CaSO4的转化 (3)由于铵盐具有不稳定性,受热易分解,所以温度过高,(NH4)2CO3分解,从而使CaSO4转化率下降;由于浸取过程中的反应属于固体与溶液的反应(或发生沉淀的转化),保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,提高CaSO4转化率即提高反应速率,结合外界条件对化学反应速率的影响,实验过程中提高CaSO4转化率的操作为加快搅拌速率(即增大接触面积,加快反应速率,提高浸取率)。答案:温度过高,(NH4)2CO3分解 加快搅拌速率 (4)工业废渣主要含CaSO4·2H2O,还含有少量SiO2、Al2O3和Fe2O3,加入(NH4)2CO3溶液浸取,其中CaSO4与(NH4)2CO3反应生成CaCO3和(NH4)2SO4,SiO2、Al2O3和Fe2O3都不反应,过滤后所得滤渣中含CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3;若以水洗后的滤渣为原料制取CaCl2溶液,根据题给试剂,首先要加入足量盐酸将CaCO3完全转化为CaCl2,发生的反应为CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑,与此同时发生反应Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,SiO2不反应,经过滤除去SiO2;得到的滤液中含CaCl2、AlCl3、FeCl3,根据“pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全,pH=8.5时Al(OH)3开始溶解”,为了将滤液中Al3+、Fe3+完全除去,应加入Ca(OH)2调节溶液的pH介于5~8.5[加入Ca(OH)2的过程中要边加边测定溶液的pH],然后过滤即可制得CaCl2溶液。答案:在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣,待观察不到气泡产生后,过滤,向滤液中分批加入少量Ca(OH)2,用pH试纸测得溶液pH,当pH介于5~8.5时,过滤
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铁、镍及其化合物在工业上有广泛的应用。从某矿渣 成分为铁酸镍NiOFeOCaO中回收的工艺流程如下:

已知分解生成,回答下列问题:

浸渣的成分有外,还含有_________写化学式

矿渣中部分FeO焙烧时与反应生成的化学方程式为_____________

溶剂萃取可用于对溶液中的金属离子进行富集与分离:水相有机相有机相水相。萃取剂与溶液的体积比对溶液中的萃取率影响如下图所示,的最佳取值为________。在_______强碱性”“强酸性中性介质中反萃取能使有机相再生而循环利用。

FeNi为电极制取的原理如下图所示。通电后,在铁电极附近生成紫红色的,若pH过高,铁电极区会产生红褐色物质。

电解时阳极的电极反应式为_________,离子交换膜________离子交换膜。

向铁电极区出现的红褐色物质中加入少量的NaClO溶液,沉淀溶解。该反应的离子方程式为__________

 

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为原料合成尿素是利用的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下:

反应Ⅰ:          

反应Ⅱ:      

总反应:     

请回答下列问题:

反应Ⅰ的______________

____高温低温情况下有利于反应Ⅱ的自发进行。

氨法溶浸氧化锌烟灰制取高纯锌的工艺流程如图所示。溶浸后氧化锌烟灰中锌、铜、镉、砷元素分别以的形式存在。

溶浸 ZnO发生反应的离子方程式为 _______

锌浸出率与温度的关系如图所示,分析 时锌浸出率最高的原因为 __________

滤渣 3”的主要成分为_______________

 

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草酸钴是制作氧化钴和金属钴的原料。一种利用含钴废料(主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3MnO2Al2O3CaOMgO、碳及有机物等)制取草酸钴(CoC2O4)的工艺流程如下:

已知:①浸出液中含有的阳离子主要有H+Co2+Fe2+Mn2+Ca2+Mg2+Al3+等。

②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀完全时溶液的pH如表(恰好沉淀完全时离子浓度等于1×10-5 mol·L-1):

沉淀物

Fe(OH)3

Fe(OH)2

Co(OH)2

Al(OH)3

Mn(OH)2

沉淀完全时的pH

3.7

9.6

9.2

5.2

9.8

 

Ksp(MgF2)=7.35×10-11Ksp(CaF2)=1.05×10-10

回答下列问题:

1)焙烧的目的是______;浸钴过程中Co3+转化为Co2+,反应的离子方程式为____________

2)加入H2O2的目的是_________;加入Na2CO3溶液,调pH5.2,滤渣Ⅰ的主要成分为______

3)加入过量NaF溶液,可将Ca2+Mg2+除去,若所得滤液中c(Ca2+)=1.0×10-5 mol·L-1,则滤液中c(Mg2+)____________________________

4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图所示。滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是_____________;萃取时,溶液的pH需要控制在一定范围内才比较适宜,其pH范围约为__________

5)已知含钴废料中含Co2O3的质量分数为a%,若取m g该含钴废料按照上述流程,理论上最多能制得CoC2O4的质量为________g(列出计算式即可)

 

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“海绵镍铝催化剂” 是一种多孔的镍铝合金,常用作有机催化剂。现以某粗镍(含Ni、Fe、Cu及难与酸、碱溶液反应的不溶性杂质)为原料制取该催化剂,主要流程如下:

己知:25℃时,以0.1mol/L金属离子测定得到如下数据:

物质

CuS

Cu(OH)2

Ni(OH)2

NiS

Fe(OH)3

Ksp

6×10-36

 

 

3×10-19

 

pH

开始沉淀

 

4.7

7.2

 

1.9

沉淀完全

 

6.7

9.2

 

3.2

 

根据信息回答:

(1)步骤①常用热浓硫酸进行酸浸,写出酸浸时金属镍发生反应的化学方程式__________

(2)酸浸过程应控制酸的浓度、温度等条件,如图是镍的浸出率与温度的关系,温度高于100℃时,Ni2+浸出率降低的原因可能是______________

(3)滤液l中含有0.8mol/LNi2+、0.1mol/LFe3+、0.1mol/LCu2+,步骤②的连续操作过程需要先分离出铁元素、铜元素,再制得镍硫化合物。为达到此目的,应先加NaOH将溶液调节至_______(填pH的取值范围);再加_______(选填最佳试剂的序号)。当溶液中Ni2+开始形成NiS时,c(Cu2+)_______。(忽略溶液体积变化)

A.硝酸        B.氨水      C. A12S3      D.H2S

(4)步骤③生成的Ni(CO)4中碳的化合价与KCN中碳的化合价相同,则Ni(CO)4中Ni的化合价为______;工业上也常用NaClO氧化NiSO4,将制得的NiOOH热分解后进行还原得到Ni。ClO-在碱性条件下氧化Ni2+生成NiOOH的离子方程式为_____________

(5)步骤⑥的目的是降低铝含量、获得多孔状的“海绵镍铝催化剂”,从而增强对氢气的吸附性,步骤⑥的离子方程式为___________________

 

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ZnFe及其化合物在生产生活中应用比较广泛。工业上利用锌焙砂主要含ZnO,还含有少量FeOCuO等杂质制取金属锌的工艺流程如下:

回答下列问题:

酸浸溶于酸的化学反应方式________

净化I”中加入ZnO的目的____________

净化Ⅱ中反应的离子方程式为__________

电解工艺制锌时利用率较低,废液中有大量的残留。某化工厂拟采用改变酸锌比净化废液的方式来提高原料的利用率,降低成本。下图是工业生产中不同酸锌比时净化液利用率对电解时直流电耗能影响关系图。根据下图分析,该工厂净化废液时的最佳酸锌比为_______填写序号

A      

是一种性能优良的软磁材料,工业上常利用隔绝空气加热分解制备,同时生成CO等,该晶体的受热分解化学方程式为________。测定产品中的质量分数,其方法是取a克产品用溶解后加入足量KI溶液充分反应,调溶液至弱酸性,再加入淀粉指示剂,用标准溶液滴定,用去此标准溶液时,刚好到达滴定终点,则此产品中的质量分数为_______________acv表示已知:

 

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