- 金属资源的开采及其污染治理
- 共94题
（2014秋•七里河区校级月考）硫酸渣是用黄铁矿制造硫酸过程中排出的废渣，主要化学成分为SiO2（约45%）、Fe2O3（约40%）、Al2O3（约10%）和MgO（约5%）．某同学设计了如图1方案，分离样品中各种金属元素．请回答下列问题．
（2）参照如图2形式进一步完成“溶液C”到“Al2O3”的流程（注明试剂、条件和操作）______．
（3）为了分析某硫酸渣中铁元素的含量，先将硫酸渣预处理，把铁元素还原成Fe2+，再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定．写出反应的离方程式：______．
正确答案
MgCl2、AlCl3、FeCl3、HCl
5Fe2++MnO4_+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O
解析
解：（1）废渣主要化学成分为SiO2（约45%）、Fe2O3（约40%）、Al2O3（约10%）和MgO（约5%）；加入过量盐酸，Fe2O3碱性氧化物，Al2O3两性氧化物、MgO碱性氧化物都和过量的盐酸反应生成的溶液中含有溶质为：MgCl2、AlCl3、FeCl3和过量HCl；故答案为：MgCl2、AlCl3、FeCl3、HCl；
（2）依据废渣溶于过量盐酸得到溶液B中含有溶质为：MgCl2、AlCl3、FeCl3和过量HCl；B溶液中加入氢氧化钠溶液，调节溶液PH=3.7后，生成氢氧化铁沉淀；和滤液MgCl2、AlCl3和过量HCl；在加入过量氢氧化钠溶液，过滤得到滤液中为NaCl，NaAlO2；通入二氧化碳气体生成氢氧化铝沉淀，过滤得到氢氧化铝沉淀，灼烧得到Al2O3；依据流程图画出；
故答案为：
（3）KMnO4溶液具有强氧化性，把二价铁氧化成三价铁，本身被还原成二价锰离子，再根据得失电子守恒配平，则离子方程式为：5Fe2++MnO4_+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O，故答案为：5Fe2++MnO4_+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O；
2006年世界锂离子电池总产量超过25亿只，锂电池消耗量巨大，对不可再生的金属资源的消耗是相当大的．因此锂离子电池回收具有重要意义，其中需要重点回收的是正极材料，其主要成分为钴酸锂（LiCoO2）．导电乙炔黑（一种炭黑）．铝箔以及有机粘接剂．某回收工艺流程如下：
（1）上述工艺回收到的产物有______．
（2）废旧电池可能由于放电不完全而残留有原子态的锂，为了安全对拆解环境的要求是______．
（3）碱浸时主要反应的离子方程式为______．
（4）酸浸时反应的化学方程式为______．如果用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液也能达到溶解的目的，但不利之处是______．
（5）生成Li2CO3的化学反应方程式为______．已知Li2CO3在水中的溶解度随着温度升高而减小，最后一步过滤时应______．
正确答案
Al（OH）3．CoSO4．Li2CO3
隔绝空气和水分
2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑
2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O
有氯气生成，污染较大
Li2SO4+Na2CO3=Na2SO4+Li2CO3↓
趁热
解析
解：（1）工艺流程的最终产物为：Al（OH）3、CoSO4、Li2CO3，故答案为：Al（OH）3．CoSO4．Li2CO3；
（2）金属锂性质活泼，易与氧气、水发生反应，应隔绝空气和水分，故答案为：隔绝空气和水分；
（3）铝能与碱反应生成AlO2-，反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，
故答案为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；
（4）酸浸时反应物有硫酸、过氧化氢以及LiCoO2，生成物有Li2SO4和CoSO4，反应方程式为：2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O，由题中信息知LiCoO2具有强氧化性，加入盐酸有污染性气体氯气生成，
故答案为：2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O；有氯气生成，污染较大；
（5））碳酸锂难溶，生成Li2CO3的化学反应属于复分解反应，方程式为Li2SO4+Na2CO3=Na2SO4+Li2CO3↓，
Li2CO3在水中的溶解度随着温度的升高而减小，应趁热过滤，
故答案为：Li2SO4+Na2CO3=Na2SO4+Li2CO3↓；趁热；
（1）小组成员经过检测，发现制得的绿矾不纯，最可能的原因是______；要想由沉淀Ⅰ最终制得纯度较高的绿矾，改进方法是______
（2）小组成员从资料中获知H2O2是一种绿色氧化剂，在滤渣B中加入稀硫酸和H2O2可以使B溶解，则该反应的离子方程式为______
（3）有同学提出可将方案中最初溶解合金的盐酸改用烧碱，重新设计方案，也能制得这三种物质，该方案比前一种方案相对更合理，原因是：______．
正确答案
解：（1）发现制得的绿矾不纯，是因为亚铁离子被氧化为铁离子，要想由沉淀I最终制得纯度较高的绿矾，需要向D溶液中加入过量铁粉还原铁离子为亚铁离子，过滤得到溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到绿矾晶体；
故答案为：反应过程中部分二价铁转化成了三价铁；向溶液D中加入足量铁粉，反应后过滤，取滤液蒸发结晶即可得绿矾；
（2）铜与浓硫酸反应生成有毒有污染的二氧化硫气体，若铜先和氧气反应生成氧化铜，然后氧化铜会和硫酸反应生成硫酸铜，不会产生污染大气的气体，该过程原料利用率高，所以途径②最佳，Cu中加入稀硫酸和H2O2可以制备胆矾晶体，反应的离子方程式为：Cu+2H++H2O2=Cu2++2H2O，
故答案为：Cu+2H++H2O2=Cu2++2H2O；
（3）在实验原方案中，需要的是适量的酸，且步骤繁琐，这很难控制，改用烧碱，首先分离出来铝，然后加入硫酸，分离出铁，最后得铜的化合物，故比较合理，
故答案为：原方案操作步骤多、时间长、消耗试剂量过大．
解析
解：（1）发现制得的绿矾不纯，是因为亚铁离子被氧化为铁离子，要想由沉淀I最终制得纯度较高的绿矾，需要向D溶液中加入过量铁粉还原铁离子为亚铁离子，过滤得到溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到绿矾晶体；
故答案为：反应过程中部分二价铁转化成了三价铁；向溶液D中加入足量铁粉，反应后过滤，取滤液蒸发结晶即可得绿矾；
（2）铜与浓硫酸反应生成有毒有污染的二氧化硫气体，若铜先和氧气反应生成氧化铜，然后氧化铜会和硫酸反应生成硫酸铜，不会产生污染大气的气体，该过程原料利用率高，所以途径②最佳，Cu中加入稀硫酸和H2O2可以制备胆矾晶体，反应的离子方程式为：Cu+2H++H2O2=Cu2++2H2O，
故答案为：Cu+2H++H2O2=Cu2++2H2O；
（3）在实验原方案中，需要的是适量的酸，且步骤繁琐，这很难控制，改用烧碱，首先分离出来铝，然后加入硫酸，分离出铁，最后得铜的化合物，故比较合理，
故答案为：原方案操作步骤多、时间长、消耗试剂量过大．
从经济效益和环境保护考虑，大量制取硝酸铜最宜采用的方法是（ ）
ACu+HNO3（浓）→Cu（NO3）2
BCu+HNO3（稀）→Cu（NO3）2
CCu
DCu
正确答案
解析
解：A、Cu+4 HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O，NO2是有毒气体，污染环境，故A错误．
B、3 Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O，NO是有毒气体，污染环境，故B错误．
C、Cu+2 H2SO4（浓）
故C错误
D、2Cu+O2=2CuO
CuO+2HNO3=Cu（NO3）2+H2O
该反应过程没有有毒气体生成，不污染环境，故D正确．
故选D
铝是重要的金属材料，铝土矿（主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质）是工业上制取铝的原料．实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al2（SO4）3和铵明矾晶体[NH4Al（SO4）2•12H2O]的工艺流程如图所示：
请回答下列问题：
（1）固体a的化学式为______，Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为______．
（2）由Ⅴ制取铵明矾溶液的化学方程式为______．从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为（填操作名称）______、冷却结晶、过滤洗涤．
（3）以1000kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取Al2（SO4）3，需消耗质量分数98%的硫酸（密度1.84g•cm-1）______L（计算结果请保留一位小数）．
（4）若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量．若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1：1，则投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4的物质的量之比为______．
正确答案
解：（1）铝土矿中Al2O3和Fe2O3能溶于盐酸，SiO2不溶于盐酸，所以固体a的化学式为SiO2，Al2O3溶于烧碱生成NaAlO2溶液，在其中通入CO2生成Al（OH）3沉淀，
故答案为：SiO2； AlO2-+CO2+2H2O═HCO3-+Al（OH）3↓；
（2）Al（OH）3分解生成Al2O3，Al2O3与稀硫酸、氨气反应生成铵明矾溶液，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，
故答案为：Al2O3+4H2SO4+2NH3═2NH4Al（SO4）2+3H2O；蒸发浓缩；
（3）m（Al2O3）=1 000 kg×36%=360 kg，
依据：Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O
102 294
360kg m（H2SO4）
故m（H2SO4）=
故答案为：575.4；
（4）设制得的Al2（SO4）3和NH4Al（SO4）2•12H2O的物质的量都是1 mol，则Al3+共3 mol，SO42-共5 mol，根据Al3+和SO42-守恒原理可得，加入Al2O3和H2SO4的物质的量之比为：
解析
解：（1）铝土矿中Al2O3和Fe2O3能溶于盐酸，SiO2不溶于盐酸，所以固体a的化学式为SiO2，Al2O3溶于烧碱生成NaAlO2溶液，在其中通入CO2生成Al（OH）3沉淀，
故答案为：SiO2； AlO2-+CO2+2H2O═HCO3-+Al（OH）3↓；
（2）Al（OH）3分解生成Al2O3，Al2O3与稀硫酸、氨气反应生成铵明矾溶液，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，
故答案为：Al2O3+4H2SO4+2NH3═2NH4Al（SO4）2+3H2O；蒸发浓缩；
（3）m（Al2O3）=1 000 kg×36%=360 kg，
依据：Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O
102 294
360kg m（H2SO4）
故m（H2SO4）=
故答案为：575.4；
（4）设制得的Al2（SO4）3和NH4Al（SO4）2•12H2O的物质的量都是1 mol，则Al3+共3 mol，SO42-共5 mol，根据Al3+和SO42-守恒原理可得，加入Al2O3和H2SO4的物质的量之比为：
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