2025屆高三化學(xué)二輪專題練習(xí)+-+-+廢物提取物質(zhì)的化工流程

廢物提取物質(zhì)的化工流程1.(2023·北京門頭溝區(qū)一模)為回收利用廢釩催化劑(含有V2O5、VOSO4及不溶性殘?jiān)?,科研人員研制了一種回收V2O5的新工藝,主要流程如下圖。已知:i.部分含釩物質(zhì)常溫下在水中的溶解性如下表所示:物質(zhì)VOSO4V2O5NH4VO3(VO2)2SO4溶解性可溶難溶難溶易溶ii.VO2++2OH回答下列問(wèn)題:(1)用水浸泡廢釩催化劑,為了提高單位時(shí)間內(nèi)廢釩的浸出率,可以采取的措施為;

(寫兩條)。

(2)濾液1和濾液2中含釩的主要物質(zhì)成分相同。在濾渣1中加入Na2SO3和過(guò)量H2SO4溶液發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

(3)生成VO2+的反應(yīng)中消耗1molKClO3時(shí)轉(zhuǎn)移6mol電子,。

(4)結(jié)合化學(xué)用語(yǔ),用平衡移動(dòng)原理解釋加入氨水的作用為。

(5)最后釩以NH4VO3的形式沉淀出來(lái)。以沉釩率(NH4VO3沉淀中V的質(zhì)量和廢催化劑中V的質(zhì)量之比)表示該步反應(yīng)釩的回收率。請(qǐng)解釋下圖溫度超過(guò)80℃以后,沉釩率下降的可能原因是

;

(寫兩條)。

(6)測(cè)定產(chǎn)品中V2O5的純度,稱取ag產(chǎn)品,先用硫酸溶解,得到(VO2)2SO4溶液,再加入b1mLc1mol·L-1H2C2O4溶液(2VO2++H2C2O4+2H+2VO2++2CO2↑+2H2O),最后用c2mol·L-1KMnO4溶液滴定過(guò)量的H2C2O4至終點(diǎn),消耗KMnO4溶液的體積為b2mL。已知MnO4(列出計(jì)算式)。2.可利用煉鋅礦渣(主要含Ga2O3·3Fe2O3,ZnO·Fe2O3)制備半導(dǎo)體材料GaN并分離Fe和Zn,其工藝流程如圖所示:已知:①鎵又稱為“類鋁”,其性質(zhì)與鋁類似;②一些金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH及萃取率如下表所示:金屬離子Fe3+Ga3+Zn2+Fe2+開始沉淀1.73.05.58.0沉淀完全3.24.98.09.6萃取率(%)9997~98.500回答下列問(wèn)題:(1)過(guò)濾后,濾液的主要成分是(填化學(xué)式)。

(2)固體M為,其作用是

。

(3)反萃取的離子方程式為。

(4)合成得到的產(chǎn)物是(CH3)3Ga,經(jīng)化學(xué)氣相沉積(類似于取代反應(yīng)),副產(chǎn)物為(填名稱)。

(5)GaN晶體結(jié)構(gòu)如圖所示,其中Ga原子采取堆積,N原子填在Ga原子所形成的正四面體空隙中,則正四面體空隙的填隙率為。(填隙率=粒子填入的空隙數(shù)空隙總數(shù)3.(2023·滄州二模)合理利用資源有利于促進(jìn)人與自然和諧共生戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。某實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)如下流程,回收模具廠廢料(含F(xiàn)e和少量Fe3O4、WC、Co、Ni等)中的部分金屬資源。已知:Ⅰ.Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10-15,Ksp[Co(OH)2]=1.6×10-15;溶液中離子濃度<10-5mol·L-1時(shí),認(rèn)為該離子沉淀完全;lg2=0.3Ⅱ.Zn與Al性質(zhì)相似回答下列問(wèn)題:(1)“酸浸”前需先將廢料研磨的目的為

;

該工序生成的氣體中還含有NO2和CO2,則WC發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

(2)若浸液中c(Co2+)=0.0016mol·L-1、c(Ni2+)=0.02mol·L-1,則“調(diào)pH”的合理范圍為。

(3)“萃取”反應(yīng)可表示為2HR+Co2+CoR2+2H+,則實(shí)際操作中,該工序控制溶液pH過(guò)大或過(guò)小均會(huì)降低Co2+的萃取率,其原因?yàn)?/p>

;

有機(jī)相用(填“鹽酸”或“NaOH溶液”)處理后可循環(huán)到萃取工序中再利用。

(4)從含Ni2+水相中提取Ni單質(zhì)的方法為加過(guò)量Zn粉,充分反應(yīng)后過(guò)濾,濾渣經(jīng)洗滌后,進(jìn)行

(填操作方法)分離出Ni。

(5)取一定質(zhì)量CoC2O4·2H2O進(jìn)行煅燒,殘留固體余量與溫度的變化關(guān)系如圖所示。制備Co3O4時(shí),控制的合理溫度范圍為(填選項(xiàng)字母)。

A.低于200℃ B.200~300℃C.300~900℃ D.高于900℃(6)“水解”工序不能在陶瓷容器中進(jìn)行的原因?yàn)椤?/p>

4.(2023·東營(yíng)二模)工業(yè)上從煉銅煙灰(主要成分為CuO、Cu2O、ZnO、PbO及其硫酸鹽)中回收金屬元素,流程如下:(1)酸浸過(guò)程中,金屬元素均由氧化物轉(zhuǎn)化為硫酸鹽,其中生成CuSO4的化學(xué)方程式為CuO+H2SO4CuSO4+H2O、

。

(2)“置換”工序需保持鐵屑過(guò)量,否則生產(chǎn)過(guò)程中銅的產(chǎn)率會(huì)隨時(shí)間延長(zhǎng)而下降,可能原因?yàn)?/p>

。

(3)利用NaCl溶液從“酸浸渣”中浸取鉛元素。已知,25℃時(shí),Ksp(PbSO4)=2.5×10-8;Ksp(PbCl2)=1.6×10-5;PbSO4+2Cl-PbCl2+SO42?、PbCl2+2Cl?PbCl4①提取鉛元素,采取的最佳條件為。

②從“酸浸渣”中獲取PbCl2的操作為控制最佳條件,浸泡酸浸渣,一段時(shí)間后,熱濾,,過(guò)濾、冷水洗滌、干燥,得PbCl2晶體。

③為提高原料NaCl溶液利用率,可向上述濾液中繼續(xù)加入適量NaCl固體,循環(huán)浸取酸浸渣。向循環(huán)一定次數(shù)后的溶液中加入適量BaCl2溶液,目的是。

循環(huán)液經(jīng)BaCl2溶液處理后,后續(xù)加水,使其中NaCl濃度稀釋至1mol·L-1的目的是。

(4)“除鐵”中,MnO2的主要作用為

;

使用ZnO的目的為。

(5)ZnSO4·7H2O的純度可用配位滴定法測(cè)定。準(zhǔn)確稱取一定量的ZnSO4·7H2O晶體,加入250mL的錐形瓶中,依次加入20mL水、2~3滴二甲酚橙、約5mL六亞甲基四胺。用已標(biāo)定的0.0160mol/LEDTA溶液滴定,滴定至溶液由紅紫色變成亮黃色,即為終點(diǎn)(ZnSO4·7H2O與EDTA按物質(zhì)的量之比1∶1反應(yīng))。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表:m(ZnSO4·7H2O)/g起始滴定管讀數(shù)/mL終點(diǎn)滴定管讀數(shù)/mL0.16920.2026.50ZnSO4·7H2O產(chǎn)品的純度為(保留2位有效數(shù)字)。

5.(2023·廣東二模)鋰離子電池廣泛應(yīng)用于便攜式電動(dòng)設(shè)備,某鋰離子電池廢料含Li、Fe、Co等金屬及其氧化物,回收利用其廢料的一種簡(jiǎn)化工藝流程如下:已知:①Fe、Co是中等活潑金屬,氧化性:Co3+>Fe3+;②常溫下Ksp[Co(OH)2]=5.9×10-15,Ksp[Co(OH)3]=1.6×10-44。(1)寫出一種提高“酸浸”浸出率的途徑

。

(2)寫出“酸浸”時(shí)金屬Co與稀H2SO4反應(yīng)的化學(xué)方程式;

“酸浸”后溶液中的金屬陽(yáng)離子主要有Li+、。

(3)“沉鐵”反應(yīng)的離子方程式是

,

“沉鈷”時(shí)NaClO溶液的作用是

。

(4)已知Li2CO3是微溶于水的強(qiáng)電解質(zhì),其飽和水溶液的濃度與溫度關(guān)系如圖所示,在a點(diǎn)對(duì)應(yīng)條件下進(jìn)行“沉鋰”,若“沉鋰”后溶液c(CO32?)為0.40mol·L-1,求c(Li+

(寫出計(jì)算過(guò)程,保留兩位有效數(shù)字)。(5)“沉鈷”產(chǎn)物可用于制備CoO,CoO的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,與Co2+距離最近且相等的Co2+有個(gè);設(shè)Co2+與O2-的最近的核間距為rnm,CoO晶體的密度為g·cm-3(列出計(jì)算式,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值);該晶胞若沿體對(duì)角線投影,則O2-的投影圖為(填字母選項(xiàng))。

廢物提取物質(zhì)的化工流程1.(1)粉碎廢釩、攪拌、適當(dāng)升溫(2)V2O5+Na2SO3+2H2SO42VOSO4+Na2SO4+2H2O(3)6VO2++ClO(4)作用1:溶液中存在平衡:VO2++2OH?VO3?+H2O,加入氨水,使OH-濃度增大,該平衡正移,從而使VO2+盡可能都轉(zhuǎn)化為VO3?;作用2:溶液中存在平衡:NH4VO(5)原因1:溫度升高,NH4VO3溶解度增大,沉釩率下降原因2:溫度升高,氨水受熱分解逸出溶液,使NH4原因3:溫度升高,氨水受熱分解逸出溶液,使OH-濃度下降,VO2++2OH?V原因4:平衡VO2++2OH?V(6)182(c解析廢釩催化劑粉碎、水浸,將溶解性物質(zhì)VOSO4溶于水,然后過(guò)濾得到濾渣和濾液,根據(jù)溶解性表知,濾液中含有VOSO4,濾渣中含有V2O5等不溶性雜質(zhì),向?yàn)V渣中加入亞硫酸鈉和稀硫酸,亞硫酸鈉具有還原性,能將V2O5還原為VOSO4,然后過(guò)濾得到濾渣和濾液,將兩部分濾液混合并加入氯酸鉀,氯酸鉀具有氧化性,能將VOSO4氧化為(VO2)2SO4,加入氨水,得到難溶性的NH4VO3,焙燒NH4VO3得到V2O5,以此解答該題。(1)水浸時(shí),為了提高廢釩的浸出率,可粉碎廢釩、攪拌,適當(dāng)升高溫度,延長(zhǎng)浸泡時(shí)間;(2)濾渣1的成分為V2O5、不溶性硅酸鹽,因?yàn)闉V液1和濾液2中釩的存在形式相同,所以濾渣1的成分中的V2O5與亞硫酸鈉、硫酸反應(yīng)生成VOSO4,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為V2O5+Na2SO3+2H2SO42VOSO4+Na2SO4+2H2O;(3)生成VO2+的反應(yīng)中消耗1molKClO3時(shí)轉(zhuǎn)移6mol電子,故ClO3?被還原為Cl-,反應(yīng)的離子方程式為6VO2++ClO3?+3H2O6VO2++Cl-+6H+;(4)含VO2+的溶液中加入氨水生成NH4VO3,用平衡移動(dòng)原理解釋其作用,作用1:溶液中存在平衡:VO2++2OH?VO3?+H2O,加入氨水,使OH-濃度增大,該平衡正移,從而使VO2+盡可能都轉(zhuǎn)化為VO3?;作用2:溶液中存在平衡:NH4VO3(s)NH4+(aq)+VO3?(aq),加入氨水,使NH4+濃度增大,該平衡逆移,從而使NH4VO3盡可能沉淀析出;(5)隨著溫度的升高,物質(zhì)的溶解度越大,溫度升高氨氣的溶解度降低,故溫度超過(guò)80℃以后,沉釩率下降的可能原因是:原因1:溫度升高,NH4VO3溶解度增大,沉釩率下降;原因2:溫度升高,氨水受熱分解逸出溶液,使NH4+濃度下降,沉釩率下降;原因3:溫度升高,氨水受熱分解逸出溶液,使OH-濃度下降,VO2++2OH?VO3?+H2O,該平衡逆移,導(dǎo)致VO3?濃度下降,沉釩率下降;原因4:平衡VO2++2OH?VO3?+H2O,正反應(yīng)可能是放熱反應(yīng),溫度升高,該平衡逆移,導(dǎo)致VO3?濃度下降,沉釩率下降;(6)根據(jù)元素化合價(jià)升降相同,滴定過(guò)程有2KMnO4~5H2C2O4,則過(guò)量的H2C2O4物質(zhì)的量為n(H2C2O4)=52n(KMnO4)=52b2c2×10-3mol,則與(VO2)2SO4溶液反應(yīng)的H2C22.(1)ZnSO4(2)Fe或Zn將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+,避免Fe3+被萃取(3)Ga3++4OH-[Ga(OH)4]-或Ga3++4OH-CaO2?+2H2O(4)甲烷(5)六方最密50%解析由題中工業(yè)流程,鋅礦渣先加入稀硫酸酸浸,使鐵酸鎵Ga2(Fe2O4)3、鐵酸鋅ZnFe2O4轉(zhuǎn)化為Ga3+、Zn2+和Fe3+鹽溶液,過(guò)濾后,濾液加入過(guò)氧化氫使Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+,并調(diào)節(jié)pH使Ga3+和Fe3+轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀,過(guò)濾后,濾餅為Ga(OH)3和Fe(OH)3,濾液為ZnSO4溶液,濾餅加入鹽酸溶解,并加入Fe或Zn單質(zhì)使Fe3+還原為Fe2+,加入萃取劑,由萃取率表,Ga3+進(jìn)入有機(jī)層,Fe2+和Zn2+留在水層,分液后,用氫氧化鈉溶液進(jìn)行反萃取,由于Ga與Al同主族,化學(xué)性質(zhì)相似,Ga3+轉(zhuǎn)化為GaO2?進(jìn)入水層,通過(guò)電解,得到單質(zhì)Ga,通過(guò)與CH3Br反應(yīng)生成三甲基鎵,最后和NH3反應(yīng)得到GaN。(1)由分析可知,過(guò)濾后,濾液的主要成分是ZnSO4。(2)由萃取率表,Fe3+的萃取率為99%,Fe2+為0,故為了使鐵元素不進(jìn)入有機(jī)層而達(dá)到萃取的目的,需要將Fe3+還原為Fe2+,則加入的固體X為還原劑,不引入新雜質(zhì),故X為Fe或Zn,目的為使Fe3+還原為Fe2+,通過(guò)萃取分液除去鐵元素。(3)由分析可知,分液后,用氫氧化鈉溶液進(jìn)行反萃取,由于Ga與Al同主族,化學(xué)性質(zhì)相似,Ga3+轉(zhuǎn)化為GaO2?進(jìn)入水層,該過(guò)程的離子方程式為Ga3++4OH-[Ga(OH)4]-或Ga3++4OH-CaO2?+2H2O。(4)以合成的三甲基鎵[Ga(CH3)3]為原料,使其與NH3.(1)增大接觸面積,提高反應(yīng)速率,使反應(yīng)更充分WC+10HNO3+6HFWF6↑+CO2↑+10NO2↑+8H2O(2)3.2≤pH<7.5(3)pH過(guò)大,Co2+水解程度增大,pH過(guò)小,平衡逆向移動(dòng),均會(huì)降低Co2+萃取率鹽酸(4)向洗滌后的濾渣中加入足量的NaOH溶液,過(guò)濾、洗滌、干燥即可得到鎳(5)C(6)水解時(shí)生成HF,陶瓷容器中含有SiO2和硅酸鹽,能和氫氟酸反應(yīng)解析廢料加入HNO3-HF混酸酸浸,WC和HNO3-HF反應(yīng)生成NO2、CO2、WF6等氣體,WF6和其他氣體分離后水解得到WO3。鐵、Fe3O4、Co、Ni等被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽,調(diào)浸液的pH,將鐵轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀除去,Co2+被萃取到有機(jī)相中和Ni2+分離,有機(jī)相中加入足量草酸銨,Co2+沉淀為CoC2O4,煅燒CoC2O4得到Co3O4。(1)“酸浸”前需先將廢料研磨的目的為增大接觸面積,提高反應(yīng)速率,使反應(yīng)更充分。已知該工序生成的氣體中還含有NO2和CO2,根據(jù)流程可知生成的氣體還有WF6,則WC發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為WC+10HNO3+6HFWF6↑+CO2↑+10NO2↑+8H2O。(2)浸液中c(Co2+)=0.0016mol·L-1,當(dāng)Co2+開始沉淀時(shí),溶液中c(OH-)=1.6×10?150.0016mol/L=10-6mol/L,則溶液的pH=8;c(Ni2+)=0.02mol·L-1,當(dāng)Ni2+開始沉淀時(shí),溶液中c(OH-)=2.0×10?150.02mol/L=10-6.5mol/L,則溶液的pH=7.5;則溶液的pH應(yīng)小于7.5。Fe3+沉淀完全時(shí),c(Fe3+)<1×10-5mol/L,此時(shí)溶液中c(OH-)>34.0×10?381×10?5mol/L=34×10-11mol/L,pOH=11-13lg4=11?23lg2,則pH=14-pOH=14-11+23lg2=3.2,則“調(diào)pH”的合理范圍為3.2≤pH<7.5。(3)pH過(guò)大,Co2+水解程度增大,pH過(guò)小,平衡逆向移動(dòng),均會(huì)降低Co2+的萃取率;有機(jī)相中加入鹽酸,可使萃取反應(yīng)的平衡逆向移動(dòng),得到的HR可循環(huán)使用。(4)從含Ni2+水相中提取Ni單質(zhì)的方法為加過(guò)量Zn粉,充分反應(yīng)后過(guò)濾,濾渣中含鋅和鎳,由于鋅的性質(zhì)和鋁相似,可以向洗滌后的濾渣中加入足量的NaOH溶液,鋅會(huì)和NaOH溶液反應(yīng)生成溶于水的Na2ZnO2,然后過(guò)濾、洗滌、干燥即可得到鎳。(5)CoC2O4·2H2O的相對(duì)分子質(zhì)量為183,假設(shè)取183gCoC2O4·2H2O煅燒,得到Co4.(1)2Cu2O+O2+4H2SO44CuSO4+4H2O(2)Fe2+被空氣氧化為Fe3+,Fe3+與Cu反應(yīng)(3)①5mol·L-1NaCl溶液,90℃②將濾液冷卻結(jié)晶③將SO42?轉(zhuǎn)化為BaSO4沉淀,避免影響后續(xù)析出PbCl2的純度使PbCl(4)將Fe2+氧化為Fe3+調(diào)pH(5)71%解析煉銅煙灰主要成分為CuO、Cu2O、ZnO、PbO及其硫酸鹽,用硫酸“酸浸”,同時(shí)通入空氣,得到硫酸銅、硫酸鋅溶液和PbSO4沉淀;濾出PbSO4;濾液中加鐵屑置換出銅,過(guò)濾,濾液中加二氧化錳、氧化鋅生成氫氧化鐵沉淀除鐵,過(guò)濾,濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得ZnSO4·7H2O。(1)氧化銅和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水,氧化亞銅和氧氣、硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、水,反應(yīng)方程式CuO+H2SO4CuSO4+H2O、2Cu2O+O2+4H2SO44CuSO4+4H2O。(2)Fe2+能被空氣氧化為Fe3+,Fe3+與Cu反應(yīng)生成氯化亞鐵和氯化銅,所以“置換”工序需保持鐵屑過(guò)量,否則生產(chǎn)過(guò)程中銅的產(chǎn)率會(huì)隨時(shí)間延長(zhǎng)而下降。(3)①根據(jù)圖示5mol·L-1NaCl溶液,90℃時(shí)鉛元素浸出率最高,所以提取鉛元素,采取的最佳條件為5mol·L-1NaCl溶液,90℃。②根據(jù)圖示,隨溫度升高PbCl2的溶解度增大,從“酸浸渣”中獲取PbCl2的操作為控制最佳條件,浸泡酸浸渣,一段時(shí)間后,熱濾,將濾液冷卻結(jié)晶,過(guò)濾、冷水洗滌、干燥,得PbCl2晶體。③鋇離子和硫酸根離子反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀,向循環(huán)一定次數(shù)后的溶液中加入適量BaCl2溶液,目的是將SO42?轉(zhuǎn)化為BaSO4沉淀,避免影響后續(xù)析出PbCl2的純度。氯離子濃度越小PbCl2溶解度越小,后續(xù)加水,使其中NaCl濃度稀釋至1mol·L-1的目的是使PbCl2充分析出。(4)Fe3+易形成氫氧化物沉淀,“除鐵”中,MnO2的主要作用為將Fe2+氧化為Fe3+;使用ZnO的目的為調(diào)節(jié)pH生成氫氧化鐵沉淀;(5)ZnSO4·7H2O與EDTA按物質(zhì)的量之比1∶1反應(yīng),n(ZnSO4·7H2O)=0.0160mol/L×0.0263L=0.00042mol,ZnSO4·7H2O產(chǎn)品的純度為0.00042mol×287