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工业上以钒炉渣(主要含V2O3,还有少量SiO2、P2O5等杂质)为原料可以制备...

工业上以钒炉渣(主要含V2O3,还有少量SiO2、P2O5等杂质)为原料可以制备氧钒碱式碳酸铵晶体[(NH4)5(VO)6(CO3)4(OH)9·10H2O],其生产工艺流程如下。

(1)焙烧过程中V2O3转化为可溶性NaVO3,该反应的化学方程式为_________________________________

(2)滤渣的主要成分是________________(写化学式)。

(3)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3),若滤液中c(VO3-)=0.1mol·L-1,为使钒元素的沉降率达到98%,至少应调节c(NH4+)为____mol·L-1。[已知Ksp(NH4VO3)=1.6×10-3]

(4)“还原”V2O5过程中,生成VOC12和一种无色无污染的气体,该反应的化学方程式为_______________________。用浓盐酸与V2O5反应也可以制得VOC12,该方法的缺点是____________________________

(5)称量a g产品于锥形瓶中,用20mL蒸馏水与30mL稀硫酸溶解后,加入0.02mol·L-1KMnO4溶液至稍过量,充分反应后继续滴加1%的NaNO2溶液至稍过量,再用尿素除去过量NaNO2,最后用c mol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液的体积为b mL。(已知滴定反应为VO2++Fe2++2H+==VO2++Fe3++H2O)

①KMnO4溶液的作用是______________

②粗产品中钒的质量分数表达式为________(以VO2计)。

③若(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液部分变质,会使测定结果_____(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。

 

V2O3+Na2CO3+O22NaVO3+CO2 Mg3(PO4)2、MgSiO3 0.8 N2H4•2HCl+2V2O3+6HCl=4VOCl2+N2↑+6H2O 有氯气生成,污染空气 将VO2+氧化为VO2+ 偏高 【解析】 钒炉渣(主要含V2O3,还有少量SiO2、P2O5等杂质),加入碳酸钠通入空气焙烧,产物加水溶解,向溶液中加入硫酸镁除去硅磷过滤,滤渣的主要成分为Mg3(PO4)2、MgSiO3.滤液中加入氯化铵沉钒生成NH4VO3,其受热分解生成V2O5,再用盐酸酸化的N2H4•2HCl还原V2O5生成VOCl2,最后再向反应后溶液中加入NH4HCO3,即可得到产品氧钒碱式碳酸铵晶体[(NH4)5(VO)6(CO3)4(OH)9·10H2O]; (5)①测定氧钒碱式碳酸铵晶体粗产品中钒的含量的原理为:氧钒碱式碳酸铵晶体溶解后,加0.02mol/LKMnO4溶液至稍过量,氧化其中+4价钒为VO2+,再加入NaNO2溶液除去过量的KMnO4,防止后续对标准液的消耗干扰试验,最后用(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定VO2+; ②根据钒元素的质量守恒,根据滴定反应为:VO2-+Fe2++2H+=VO2++Fe3++H2O,则钒元素的物质的量n=n((NH4)2Fe(SO4)2)=cmol/L×b×10-3L=cb×10-3mol,据此计算; ③若(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液部分变质,则还原能力降低,滴定时消耗的标准液体积偏高,由此判断误差; (1)将钒炉渣和碳酸钠在空气流中焙烧将V2O3转化为可溶性NaVO3,同时得到二氧化碳,发生反应的化学方程式为V2O3+Na2CO3+O22NaVO3+CO2; (2)焙烧时SiO2、P2O5分别与碳酸钠生成可溶于水的Na2SiO3和Na3PO4,除硅、磷时加入硫酸镁溶液生成Mg3(PO4)2、MgSiO3沉淀,则过滤时得到的滤渣的主要成分为Mg3(PO4)2、MgSiO3; (3)已知Ksp(NH4VO3)=c(NH4+)•c(VO3-)=1.6×10-3, 若滤液中c(VO3-)=0.1mol·L-1,为使钒元素的沉降率达到98%,则溶液中剩余c(VO3-)=0.1mol·L-1×2%=0.002 mol·L-1,此时c(NH4+)=mol·L-1=0.8mol·L-1; (4)用盐酸酸化的N2H4•2HCl还原V2O5生成VOCl2和一种无色无污染的气体,根据质量守恒定律,此气体应为N2,则发生反应的化学方程式为N2H4•2HCl+2V2O3+6HCl=4VOCl2+N2↑+6H2O;若改用浓盐酸与V2O5反应也可以制得VOC12,但同时得到的氧化产物为Cl2,此气体有毒,会污染环境; (5)①根据分析,KMnO4溶液的作用是将+4价的钒氧化为VO2+; ②根据钒元素的质量守恒,根据滴定反应为:VO2-+Fe2++2H+=VO2++Fe3++H2O,则钒元素的物质的量n=n[(NH4)2Fe(SO4)2]=cmol/L×b×10-3L=cb×10-3mol,粗产品中钒的质量分数的表达式为=; ③若(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液部分变质,则还原能力降低,滴定时消耗的标准液体积偏高,根据滴定反应为:VO2-+Fe2++2H+=VO2++Fe3++H2O,可知会使测定结果偏高。  
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镍及其化合物用途广泛。某矿渣的主要成分是NiFe2O4(铁酸镍)、NiOFeOCaOSiO2等,以下是从该矿渣中回收NiSO4的工艺路线:

已知:(NH4)2SO4350℃以上会分解生成NH3H2SO4NiFe2O4在焙烧过程中生成NiSO4Fe2(SO4)3。锡(Sn)位于第五周期第ⅣA族。

1)焙烧前将矿渣与(NH4)2SO4混合研磨,混合研磨的目的是______________

2浸泡过程中Fe2(SO4)3生成FeO(OH)的离子方程式为______________浸渣的成分除Fe2O3FeO(OH)外还含有______________(填化学式)。

3)为保证产品纯度,要检测浸出液的总铁量:取一定体积的浸出液,用盐酸酸化后,加入SnCl2Fe3+还原为Fe2+,所需SnCl2的物质的量不少于Fe3+物质的量的________倍;除去过量的SnCl2后,再用酸性K2Cr2O7标准溶液滴定溶液中的Fe2+,还原产物为Cr3+,滴定时反应的离子方程式为______________

4浸出液c(Ca2+) = 1.0×103mol·L1,当除钙率达到99%时,溶液中c(F)=________mol·L1[已知Ksp(CaF2)=4.0×1011]

5)本工艺中,萃取剂与溶液的体积比(V0/VA)对溶液中Ni2+Fe2+的萃取率影响如图所示,V0/VA的最佳取值是________

 

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2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和吉野彰,表彰他们对锂离子电池研究的贡献。磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片(除LiFePO4外,还含有Al箔、少量不溶于酸碱的导电剂)中的资源,部分流程如图:

已知:Ksp ( Li2CO3)=1.6×10-3 。部分物质的溶解度(S)如下表所示:

T

S(Li2CO3)/g

S(Li2SO4)/g

S(Li3PO4)/g

20

1.33

34.2

0.039

80

0.85

30.5

——

100

0.72

——

 

 

 

1)从“正极”可以回收的金属有___

2)写出碱溶时Al箔溶解的离子方程式___

3)磷酸亚铁锂电池在工作时,正极发生LiFePO4FePO4的转化,该电池充电时正极的电极反应式为___

4)酸浸时产生标准状况下3.36LNO时,溶解 LiFePO4___mol(其他杂质不与HNO3反应),若用H2O2代替HNO3,发生反应的离子方程式为___

5)流程中用热水洗涤的原因是___

6)若滤液②中c(Li+)=4mol/L,加入等体积的Na2CO3后,Li+的沉降率到90%,计算滤液③中c(CO32-)=___mol/L

7)“沉淀”时___(填“能”或“不能”)用Na2SO4溶液代替饱和Na2CO3溶液,原因是___

 

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某学习小组以电路板刻蚀液(含有大量Cu2+Fe2+Fe3+)为原料制备纳米Cu20,制备流程如下:

已知:①Cu2O在潮湿的空气中会慢慢氧化生成CuO,也易被还原为Cu; Cu2O不溶于水,极易溶于碱性溶液;Cu2O+2H+ =Cu2++Cu+H2O

②生成Cu2O的反应:4Cu(OH)2+N2H4∙H2O=2Cu2O+N2+7H2O

请回答:

1)步骤II,写出生成CuR2反应的离子方程式:____________________________

2)步骤II,需对水层多次萃取并合并萃取液的目的是___________________________

3)步骤III,反萃取剂为_____________

4)步骤IV,①制备纳米Cu2O时,控制溶液的pH5的原因是_______________

A.    B.   C. 

②从溶液中分离出纳米Cu2O采用离心法,下列方法也可分离Cu2O的是_________

Cu2O干燥的方法是_________________

5)为测定产品中Cu2O的含量,称取3.960g产品于锥形瓶中,加入30mL硫酸酸化的Fe2(SO4)3溶液(足量),充分反应后用0.2000 mol·L1标准KMnO4溶液滴定,重复23次,平均消耗KMnO4溶液50.00mL

①产品中Cu2O的质量分数为_______

②若无操作误差,测定结果总是偏高的原因是_____

 

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氯化亚铜是一种重要的化工产品,常用作有机合成催化剂,还可用于颜料、防腐等工业,它不溶于H2SO4HNO3和醇,微溶于水,可溶于浓盐酸和氨水,在潮湿空气中易水解氧化成绿色的碱式氯化铜[Cu2OH4-nCln],随着环境酸度的改变n随之改变。以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料,采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如下:

1)过滤用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、________

2)还原过程中发生的主要反应的离子方程式:__________,若将(NH4)2SO3换成铁粉也可得到CuCl,写出离子方程式___________

3)析出的CuCl晶体水洗后要立即用无水乙醇洗涤,在真空干燥机内于70℃干燥2h,冷却密封包装。真空干燥、密封包装的原因是:______________________________

4)随着PH值减小[Cu2OH4-nCln]Cu% ________(填字母)

A. 增大  B.不变       C. 不能确定       D. 减小

5)如图是各反应物在最佳配比条件下,反应温度对CuCl产率影响。由图可知,溶液温度控制在60℃时,CuCl产率能达到94%,当温度高于65℃ 时,CuCl产率会下降,从生成物的角度分析,其原因可能是_____

6)以碳棒为电极电解CuCl2溶液也可得到CuCl,写出电解时阴极上发生的电极反应式:______

 

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一种以辉铜矿(主要成分为Cu2S,含少量SiO2)为原料制备硝酸铜的工艺流程如图所示:

1)写出“浸取”过程中Cu2S溶解时发生反应的离子方程式:___

2)恒温“浸取”的过程中发现铜元素的浸取速率先增大后减少,有研究指出CuCl2是该反应的催化剂,该过程的反应原理可用化学方程式表示为:①Cu2S +2CuCl2=4CuCl+S;②___

3)“回收S”过程中温度控制在5060℃之间,不宜过高的原因是___

4)向滤液M中加入(或通入)___(填字母),可得到一种可循环利用的物质。

a.    b.氯气    c.高锰酸钾    d.氯化氢

5)“保温除铁”过程中,加入CuO的目的是__;“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中,要用HNO3溶液调节溶液的pH,其理由_

6)辉铜矿可由黄铜矿(主要成分为CuFeS2)通过电化学反应转变而成,有关转化见图,转化时转移0.2mol电子,生成Cu2S___mol

 

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