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填空题

某种碳酸锰矿的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、MgO、SiO2、Al2O3等.已知碳酸锰难溶于水.一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰,流程如图1:阴离子膜法电解装置如图2所示:

(1)写出用稀硫酸溶解碳酸锰反应的离子方程式______

(2)已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如表:

加氨水调节溶液的pH等于6,则滤渣的成分是______,滤液中含有的阳离子有H+______

(3)在浸出液里锰元素只以Mn2+的形式存在,且滤渣中也无MnO2,请解释原因______

(4)电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向,则A电极是直流电源的______极.实际生产中,阳极以稀硫酸为电解液,阳极的电极反应式为______

(5)该工艺之所以采用阴离子交换膜,是为了防止Mn2+进入阳极区发生副反应生成MnO2造成资源浪费,写出该副反应的电极反应式______

正确答案

MnCO3+2H+=Mn2++CO2↑+H2O

Al(OH)3、Fe(OH)3

Mn2+、Mg2+、NH4+

MnO2在酸性条件下被二价铁还原为Mn2+

2H2O-4e-=O2↑+4H+

Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+

解析

解:将碳酸锰矿粉溶于稀硫酸中,MnCO3、FeCO3、MgO、Al2O3都和稀硫酸反应生成硫酸盐,酸性条件下,MnO2被亚铁离子还原生成Mn2+,SiO2以沉淀析出,然后向浸出液中先加双氧水、再加氨水,

并调节溶液的pH到6,根据氢氧化物沉淀需要的pH表知,pH=6时Fe3+、Al3+完全转化为沉淀,溶液中存在 Mn2+、Mg2+、NH4+,则滤渣为Al(OH)3、Fe(OH)3,然后进一步精制,再利用阴离子交换膜电解,

从而得到金属Mn,

(1)碳酸锰和稀硫酸反应生成硫酸锰、二氧化碳和水,离子方程式为MnCO3+2H+=Mn2++CO2↑+H2O,故答案为:MnCO3+2H+=Mn2++CO2↑+H2O;

(2)加入双氧水时将亚铁离子氧化为铁离子,根据氢氧化物沉淀需要的pH表知,pH=6时Fe3+、Al3+完全转化为沉淀,溶液中存在 Mn2+、Mg2+、NH4+,所以滤渣的成分是Al(OH)3、Fe(OH)3,滤液中含有的阳离子有H+和Mn2+、Mg2+、NH4+,故答案为:Al(OH)3、Fe(OH)3;Mn2+、Mg2+、NH4+

(3)酸性条件下,MnO2被亚铁离子还原,亚铁离子被氧化生成Fe3+,所以在浸出液里锰元素只以Mn2+的形式存在,且滤渣中也无MnO2,故答案为:MnO2在酸性条件下被二价铁还原为Mn2+

(4)根据阴离子移动方向知,左边电极是阴极、右边电极是阳极,则连接阴极的电极A是电源负极,阳极上氢氧根离子放电生成氧气,电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+,故答案为:负极;2H2O-4e-=O2↑+4H+

(5)锰离子不稳定,易被氧气氧化生成二氧化锰,所以阳极反应的副反应为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+,故答案为:Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+

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题型:简答题
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简答题

实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4•7H2O),过程如下:

(1)将过程②中的产生的气体通入下列溶液中,溶液会褪色的是______

A.品红溶液    B.紫色石蕊溶液    C.酸性KMnO4溶液   D.溴水

(2)过程③中,需加入的物质是______

(3)过程⑤调节pH可选用下列试剂中的______ (填选项序号);

A.稀硫酸    B.CaCO3    C.NaOH溶液

(4)过程⑥中,将溶液Z加热到70-80℃,目的是______

正确答案

解:硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4•7H2O),烧渣在硫酸溶液中通入足量氧气,反应后过滤得到固体W和溶液X,溶液X加入铁反应生成硫酸亚铁,蒸发浓缩结晶析出得到绿矾,溶液X中加入试剂调节溶液PH得到溶液Z加热制备聚铁胶体得到聚铁;

(1)过程②产生的气体为SO2,具有还原性和漂白性,因具有漂白性而使品红褪色,因具有还原性而使具有氧化性的酸性KMnO4溶液、溴水褪色,故答案为:ACD;

(2)溶液X中含有Fe3+,要制备绿矾,应加入Fe使之还原为Fe2+,加入铁可生成Fe2+,并且不引入新的杂质,故答案为:Fe(或铁);

(3)过程⑤调节pH应使溶液碱性增强,有利于聚铁的生成,

A.加入硫酸不能使溶液PH增大,故A错误;

B.加入碳酸钙生成微溶的硫酸钙,会引入新的杂质,故B错误;

C.加入NaOH可使溶液碱性增强,生成的聚铁中不引入新的杂质,故C正确;

故答案为:C;

(4)过程⑥目的为促进的水解,加热有利于水解的进行,促进Fe3+的水解,故答案为:促进Fe3+的水解.

解析

解:硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4•7H2O),烧渣在硫酸溶液中通入足量氧气,反应后过滤得到固体W和溶液X,溶液X加入铁反应生成硫酸亚铁,蒸发浓缩结晶析出得到绿矾,溶液X中加入试剂调节溶液PH得到溶液Z加热制备聚铁胶体得到聚铁;

(1)过程②产生的气体为SO2,具有还原性和漂白性,因具有漂白性而使品红褪色,因具有还原性而使具有氧化性的酸性KMnO4溶液、溴水褪色,故答案为:ACD;

(2)溶液X中含有Fe3+,要制备绿矾,应加入Fe使之还原为Fe2+,加入铁可生成Fe2+,并且不引入新的杂质,故答案为:Fe(或铁);

(3)过程⑤调节pH应使溶液碱性增强,有利于聚铁的生成,

A.加入硫酸不能使溶液PH增大,故A错误;

B.加入碳酸钙生成微溶的硫酸钙,会引入新的杂质,故B错误;

C.加入NaOH可使溶液碱性增强,生成的聚铁中不引入新的杂质,故C正确;

故答案为:C;

(4)过程⑥目的为促进的水解,加热有利于水解的进行,促进Fe3+的水解,故答案为:促进Fe3+的水解.

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题型:简答题
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简答题

被称为“第三金属”的钛在现代科学技术上有着广泛的用途,例如用于制飞机的发动机、坦克、军舰等.工业上常用钛铁矿(主要成分是FeTiO3,含少量Fe2O3、SiO2等杂质)为原料来制取金属钛.工艺流程如下:

已知:2H2SO4+FeTiO3═TiOSO4+FeSO4+2H2O

     TiOSO4+2H2OH2TiO3↓+H2SO4

回答下列问题:

(1)试剂A的名称是______,矿渣的成分是______(填化学式0.

(2)向滤液中加入试剂B时发生化学反应的离子方程式是______

(3)从TiOSO4溶液制H2TiO3需要加热的目的是______

(4)滤液需冷却至60℃左右,若温度过高会导致产品钛的收率降低,原因是______

(5)写出在氩气保护下,有TiCl4制Ti的化学方程式______

(6)点解TiO2来获得Ti是以TiO2作阴极,石墨为阳极,熔融CaO为电解波,用碳块作电解槽池,其阴极反应的电极反应式是______

(7)通常TiO2(s)+2Cl2(g)⇌TiCl4(I)+O2(g)△H=+151KJ/mol反应难以发生,工业上不能直接由TiO2和Cl2反应来制取TiCl4.当反应体系中加入炭后,上述反应就能顺利进行,其原因是______

正确答案

解:(1)钛铁矿[主要成分为FeTiO3(钛酸亚铁,不溶于水)、Fe2O3及少量SiO2杂质]加过量硫酸,FeTiO3溶于过量硫酸,2H2SO4+FeTiO3═TiOSO4+FeSO4+2H2O,生成Fe2+、TiO2+、H2O,Fe2O3溶于过量硫酸,生成Fe3+离子,SiO2杂质不溶于酸,过滤滤渣为SiO2杂质,滤液为Fe2+、TiO2+、Fe3+

故答案为:硫酸;SiO2

(2)经硫酸溶解后得到的Fe2(SO43,而后面过滤得到的是FeSO4•7H2O,所以试剂B是铁粉,把Fe3+还原为Fe2+,2Fe3++Fe=3Fe2+

故答案为:2Fe3++Fe=3Fe2+

(3)从 TiOSO4→H2TiO3是物质水解的过程,加热能够促进水解的进行,

故答案为:促进TiOSO4的水解;

(4)由于TiOSO4容易水解,若温度过高,会导致TiOSO4提前水解,则会有较多TiOSO4水解为固体H2TiO3而经过滤进入FeSO4•7H2O中导致TiO2产率降低,钛元素损失,

故答案为:温度过高,会导致TiOSO4提前水解,钛元素损失;

(5)二氧化钛中,氧元素的化合价为-2价,因此钛元素的化合价为+4价;镁与四氯化钛在高温下反应生成氯化镁和金属钛TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti,

故答案为:TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti;

(6)因TiO2作阴极,得到电子,被还原,TiO2 +4e-=Ti+2O2-,得到单质Ti,

故答案为:TiO2 +4e-=Ti+2O2-

(7)TiO2(s)+2Cl2(g)═TiCl4(l)+O2(g)碳单质与氧气反应,因减少生成物的浓度,平衡正向移动,导致反应顺利进行,

故答案为:碳单质与氧气反应减小产物浓度使平衡向右移动,导致反应顺利进行;

解析

解:(1)钛铁矿[主要成分为FeTiO3(钛酸亚铁,不溶于水)、Fe2O3及少量SiO2杂质]加过量硫酸,FeTiO3溶于过量硫酸,2H2SO4+FeTiO3═TiOSO4+FeSO4+2H2O,生成Fe2+、TiO2+、H2O,Fe2O3溶于过量硫酸,生成Fe3+离子,SiO2杂质不溶于酸,过滤滤渣为SiO2杂质,滤液为Fe2+、TiO2+、Fe3+

故答案为:硫酸;SiO2

(2)经硫酸溶解后得到的Fe2(SO43,而后面过滤得到的是FeSO4•7H2O,所以试剂B是铁粉,把Fe3+还原为Fe2+,2Fe3++Fe=3Fe2+

故答案为:2Fe3++Fe=3Fe2+

(3)从 TiOSO4→H2TiO3是物质水解的过程,加热能够促进水解的进行,

故答案为:促进TiOSO4的水解;

(4)由于TiOSO4容易水解,若温度过高,会导致TiOSO4提前水解,则会有较多TiOSO4水解为固体H2TiO3而经过滤进入FeSO4•7H2O中导致TiO2产率降低,钛元素损失,

故答案为:温度过高,会导致TiOSO4提前水解,钛元素损失;

(5)二氧化钛中,氧元素的化合价为-2价,因此钛元素的化合价为+4价;镁与四氯化钛在高温下反应生成氯化镁和金属钛TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti,

故答案为:TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti;

(6)因TiO2作阴极,得到电子,被还原,TiO2 +4e-=Ti+2O2-,得到单质Ti,

故答案为:TiO2 +4e-=Ti+2O2-

(7)TiO2(s)+2Cl2(g)═TiCl4(l)+O2(g)碳单质与氧气反应,因减少生成物的浓度,平衡正向移动,导致反应顺利进行,

故答案为:碳单质与氧气反应减小产物浓度使平衡向右移动,导致反应顺利进行;

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简答题

利用黄铜矿(CuFeS2)生产铜、绿矾的过程如下.根据题意完成下列各题:

(1)CuFeS2中铜的化合价为+2价,则铁的化合价为______

(2)要从溶液中得到绿矾,必须进行的实验操作是______(按前后顺序填写字母序号).

a.过滤洗涤   b.蒸发浓缩   c.冷却结晶  d.灼烧   e.干燥

(3)实验室中配制FeSO4溶液时常将绿矾溶于一定浓度的硫酸中,再加水稀释,这样操作的目的是______

(4)绿矾产品的纯度可用滴定法进行测定,实验步骤如下:

步骤I.秤取6.000g绿矾产品,经溶解、定容等步骤准确配制250mL溶液.

步骤2:从上述容量瓶中量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中.

步骤3:用硫酸酸化的0.0100mol/LKMnO4溶液滴定至终点,记录消耗KMnO4溶液的体积

步骤4:重复步骤2、步骤3两次、三次评价消耗KMnO4溶液40.00ml.

①判断此滴定实验达到终点的现象是______

②写出滴定过程中发生反应的离子方程式______

③计算上述样品中FeSO4•7H2O的质量分数为______(保留四位有效值)

正确答案

解:(1)CuFeS2中铜的化合价为+2价,硫为-2价,根据元素化合价代数和为零可和铁的化合价为+2价,

故答案为:+2;

(2)要从溶液中得到绿矾,可以通过蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,干燥等步骤,所以实验操作的序号为bcae,

故答案为:bcae;

(3)亚铁离子易水解,在配制硫酸亚铁溶液时要防止亚铁离子水解,所以将绿矾溶于一定浓度的硫酸中可以抑制亚铁离子水解,

故答案为:抑制亚铁离子水解;

(4)①根据题中实验步骤可知,滴定实验达到终点时,溶液中的高锰酸钾不完全褪色,溶液呈浅红色,所以判断滴定实验达到终点的现象是滴加最后一滴KMnO4溶液时,溶液变成浅红色且半分钟内不褪色,

故答案为:滴加最后一滴KMnO4溶液时,溶液变成浅红色且半分钟内不褪色;

②酸性KMnO4被FeSO4还原时生成Mn2+,同时生成铁离子,反应的离子方程式为MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O,

故答案为:MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O;

③根据电子得失守恒有关系式MnO4-~5Fe2+,滴定中用去的高锰酸钾的物质的量为0.0100mol/L×0.04L=0.0004mol,所以6.000g绿矾产品中FeSO4•7H2O的物质的量为:×5×0.0004mol=0.02mol,所以样品中FeSO4•7H2O的质量分数为:×100%=92.67%,

故答案为:92.67%.

解析

解:(1)CuFeS2中铜的化合价为+2价,硫为-2价,根据元素化合价代数和为零可和铁的化合价为+2价,

故答案为:+2;

(2)要从溶液中得到绿矾,可以通过蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,干燥等步骤,所以实验操作的序号为bcae,

故答案为:bcae;

(3)亚铁离子易水解,在配制硫酸亚铁溶液时要防止亚铁离子水解,所以将绿矾溶于一定浓度的硫酸中可以抑制亚铁离子水解,

故答案为:抑制亚铁离子水解;

(4)①根据题中实验步骤可知,滴定实验达到终点时,溶液中的高锰酸钾不完全褪色,溶液呈浅红色,所以判断滴定实验达到终点的现象是滴加最后一滴KMnO4溶液时,溶液变成浅红色且半分钟内不褪色,

故答案为:滴加最后一滴KMnO4溶液时,溶液变成浅红色且半分钟内不褪色;

②酸性KMnO4被FeSO4还原时生成Mn2+,同时生成铁离子,反应的离子方程式为MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O,

故答案为:MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O;

③根据电子得失守恒有关系式MnO4-~5Fe2+,滴定中用去的高锰酸钾的物质的量为0.0100mol/L×0.04L=0.0004mol,所以6.000g绿矾产品中FeSO4•7H2O的物质的量为:×5×0.0004mol=0.02mol,所以样品中FeSO4•7H2O的质量分数为:×100%=92.67%,

故答案为:92.67%.

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简答题

某校探究性学习小组用已部分生锈的废铁屑制作印刷电路板的腐蚀剂,并回收铜.探究过程如下:

请回答下列问题:

(1)步骤①中先加入热的Na2CO3溶液除油污,操作甲的名称是______

(2)步骤②中,除发生反应Fe+2HCl    FeCl2+H2↑外,其他可能反应的离子方程式为:______

(3)溶液C的颜色是______,溶液D中可能含有的金属阳离子有______

(4)可以验证溶液B中是否含有Fe2+的一种试剂是______(填选项序号)

a.稀硫酸    b.铁    c.硫氰化钾    d.酸性高锰酸钾溶液

(5)步骤⑤产生金属铜的化学方程式为______

正确答案

解:(1)废铁屑经①加入热的Na2CO3溶液除油污,可得到固体A,应经过过滤操作,故答案为:过滤;

(2)固体A为Fe2O3和Fe的混合物,加入盐酸,发生Fe2O3+6H+═2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+═3Fe2+

故答案为:Fe2O3+6H+═2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+═3Fe2+

(3)通入适量的氯气,发生2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-,溶液C为FeCl3,呈棕黄色,用于腐蚀印刷电路,发生Cu+2Fe3+═2Fe2++Cu2+,则溶液D中可能含有的金属阳离子有Fe2+、Cu2+、Fe3+

故答案为:棕黄色;Fe2+、Cu2+、Fe3+

(4)Fe2+具有还原性,可用酸性高锰酸钾溶液检验,发生氧化还原反应,酸性高锰酸钾溶液褪色,故答案为:d;

(5)步骤⑤产生金属铜的化学方程式为CuCl2Cu+Cl2↑,

故答案为:CuCl2Cu+Cl2↑.

解析

解:(1)废铁屑经①加入热的Na2CO3溶液除油污,可得到固体A,应经过过滤操作,故答案为:过滤;

(2)固体A为Fe2O3和Fe的混合物,加入盐酸,发生Fe2O3+6H+═2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+═3Fe2+

故答案为:Fe2O3+6H+═2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+═3Fe2+

(3)通入适量的氯气,发生2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-,溶液C为FeCl3,呈棕黄色,用于腐蚀印刷电路,发生Cu+2Fe3+═2Fe2++Cu2+,则溶液D中可能含有的金属阳离子有Fe2+、Cu2+、Fe3+

故答案为:棕黄色;Fe2+、Cu2+、Fe3+

(4)Fe2+具有还原性,可用酸性高锰酸钾溶液检验,发生氧化还原反应,酸性高锰酸钾溶液褪色,故答案为:d;

(5)步骤⑤产生金属铜的化学方程式为CuCl2Cu+Cl2↑,

故答案为:CuCl2Cu+Cl2↑.

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