- 金属资源的开采及其污染治理
- 共94题
废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境．实验室利用废旧电池的铜帽（Cu、Zn 总含量约为99%）回收Cu并制备ZnO 的部分实验过程如下：
（1）①铜帽溶解时加入H2O2 的目的是______（用化学方程式表示）．②铜帽溶解完全后，需将溶液中过量的H2O2 除去．除去H2O2 的简便方法是______．
（2）为确定加入锌灰（主要成分为Zn、ZnO，杂质为铁及其氧化物）的量，实验中需测定除去H2O2 后溶液中Cu2+的含量．实验操作为：准确量取一定体积的含有Cu2+的溶液于带塞锥形瓶中，加适量水稀释，调节溶液pH=3～4，加入过量的KI，用Na2S2O3标准溶液滴定至终点．上述过程中反应的离子方程式如下：摇摇2Cu2++4I-=2CuI（白色）↓+I2 2S2O32-+I2=2I-+S4O62-
①滴定选用的指示剂为______，滴定终点观察到的现象为______．
②若滴定前溶液中的H2O2 没有除尽，所测定的Cu2+含量将会______（填“偏高”、“偏低”或“不变”）．
（3）已知pH＞11 时Zn（OH）2 能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）4]2-．下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH 按金属离子浓度为1.0mol•L-1计算）．
实验中可选用的试剂：30%H2O2、1.0mol•L-1HNO3、1.0mol•L-1NaOH．由除去铜的滤液制备ZnO 的实验步骤依次为：
①______；②______；③过滤；④______；⑤过滤、洗涤、干燥；⑥900℃煅烧．
正确答案
Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O
加热至沸
淀粉溶液
蓝色褪去
偏高
向滤液中加入30%H2O2，使其充分反应
滴加1.0mol•L-1NaOH，调节溶液PH约为5（或3.2≤pH＜5.9），使Fe3+沉淀完全
向滤液中滴加1.0mol•L-1NaOH，调节溶液PH约为10（或8.9≤pH≤11），使Zn2+沉淀完全
解析
解：（1）①因为双氧水在酸性溶液中先把铜氧化成氧化铜，当然这是一个微弱的反应，形成一个平衡，但是形成的氧化铜马上就会被稀硫酸溶解，平衡被打破，反应朝正方向进行，故而逐渐溶解，反应的化学方程式为：Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O；
故答案为：Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O；
②过氧化氢性质比较稳定，若加热到153℃便猛烈的分解为水和氧气，将溶液中过量的H2O2 除去可加热至沸，
故答案为：加热至沸；
（2）①淀粉溶液为指示剂，当最后一滴Na2S2O3溶液滴入时，溶液蓝色褪去，半分钟颜色不变，说明滴定到达终点，故答案为：淀粉溶液，蓝色褪去；
②若留有H2O2，加入KI后，会有以下反应：H2O2+2I-+2H+=I2+2H2O误当成2Cu2++4I-=2CuI（白色）↓+I2 生成的碘，使测定结果偏高，
故答案为：偏高；
（3）①向滤液中加入30%H2O2，使其充分反应，目的使Fe2+转化完全为Fe3+，滴加NaOH溶液，调节溶液PH约为5（或3.2≤pH＜5.9），使Fe3+沉淀完全，向滤液中滴加1.0mol•L-1NaOH，调节溶液PH约为10（或8.9≤pH≤11），使Zn2+沉淀完全，900℃煅烧，制得氧化锌，
故答案为：向滤液中加入30%H2O2，使其充分反应；滴加1.0mol•L-1NaOH，调节溶液PH约为5（或3.2≤pH＜5.9），使Fe3+沉淀完全；向滤液中滴加1.0mol•L-1NaOH，调节溶液PH约为10（或8.9≤pH≤11），使Zn2+沉淀完全；
（2014•玉山县校级模拟）为探索工业含铝、铁、铜合金废料的再利用，甲同学设计的实验方案如下：
请回答下列问题：
（1）铁在元素周期表中的位置是______．
（2）写出反应①的化学方程式______，反应②生成沉淀的离子反应方程式______．
（3）为了检测滤液D中含有的金属离子，可设计实验方案为（试剂自选）：______
______．
（4）在滤渣B中滴加稀硫酸时，发现反应速率比一般的铁粉反应要快，其原因是______．
（5）若考虑绿色化学工艺，在滤渣E中加入稀硫酸和试剂Y制胆矾晶体，试剂Y为无色液体，则反应④的总化学方程式为______；若不考虑绿色化学工艺，所选试剂Y为1mol/L的硝酸，欲使3molCu全部溶解且溶液中含铜元素的溶质仅为CuSO4，则需该硝酸的体积______L．
正确答案
解：合金加入足量的烧碱溶液后，金属铝溶解，滤渣为铁、铜；滤液A中通入二氧化碳气体，得到氢氧化铝沉淀；滤渣B加入稀硫酸，铁与稀硫酸反应，且会形成铁铜原电池，滤渣E溶解于稀硝酸，蒸发结晶得到绿矾，据此分析．
（1）26号元素铁在元素周期表中的位置是：第四周期ⅠB族，
故答案为：第四周期ⅠB族；
（2）金属铝可以和强碱氢氧化钠发生反应生成偏铝酸钠和氢气，即2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，偏铝酸钠溶液中通入过量二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀，即AlO2-+CO2+2H2O═Al（OH）3↓+HCO3-，
故答案为：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑；AlO2-+CO2+2H2O═Al（OH）3↓+HCO3-；
（3）亚铁离子可以和强碱反应生成氢氧化亚铁沉淀，迅速被氧化为氢氧化铁，故亚铁离子的检验方法：取少量滤液D加入NaOH溶液，产生白色沉淀，沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，
故答案为：取少量滤液D加入NaOH溶液，产生白色沉淀，沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色；
（4）在滤渣B中滴加稀硫酸时，溶液中铜、铁与稀硫酸形成了许多微小的原电池，构成了电化学腐蚀，加快了反应速率，
故答案为：铜、铁与稀硫酸形成了原电池；
（5）双氧水是一种绿色氧化剂，在双氧水的作用下，金属铜可以和硫酸发生反应：Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O，铜和硝酸、硫酸反应化学方程式：3Cu+2HNO3+3H2SO=3CuSO4++2NO↑+4H2O，3mol Cu全部溶解消耗硝酸2mol，则该硝酸的体积=
故答案为：Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O；2．
解析
解：合金加入足量的烧碱溶液后，金属铝溶解，滤渣为铁、铜；滤液A中通入二氧化碳气体，得到氢氧化铝沉淀；滤渣B加入稀硫酸，铁与稀硫酸反应，且会形成铁铜原电池，滤渣E溶解于稀硝酸，蒸发结晶得到绿矾，据此分析．
（1）26号元素铁在元素周期表中的位置是：第四周期ⅠB族，
故答案为：第四周期ⅠB族；
（2）金属铝可以和强碱氢氧化钠发生反应生成偏铝酸钠和氢气，即2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，偏铝酸钠溶液中通入过量二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀，即AlO2-+CO2+2H2O═Al（OH）3↓+HCO3-，
故答案为：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑；AlO2-+CO2+2H2O═Al（OH）3↓+HCO3-；
（3）亚铁离子可以和强碱反应生成氢氧化亚铁沉淀，迅速被氧化为氢氧化铁，故亚铁离子的检验方法：取少量滤液D加入NaOH溶液，产生白色沉淀，沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，
故答案为：取少量滤液D加入NaOH溶液，产生白色沉淀，沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色；
（4）在滤渣B中滴加稀硫酸时，溶液中铜、铁与稀硫酸形成了许多微小的原电池，构成了电化学腐蚀，加快了反应速率，
故答案为：铜、铁与稀硫酸形成了原电池；
（5）双氧水是一种绿色氧化剂，在双氧水的作用下，金属铜可以和硫酸发生反应：Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O，铜和硝酸、硫酸反应化学方程式：3Cu+2HNO3+3H2SO=3CuSO4++2NO↑+4H2O，3mol Cu全部溶解消耗硝酸2mol，则该硝酸的体积=
故答案为：Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O；2．
随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金的维生素”．为了回收利用含钒催化剂（V2O5、VOSO4及不溶性杂质），科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺．该工艺的主要流程如图所示：
已知：部分含钒物质在水中的溶解性：
请回答下列问题：
（1）由V2O5冶炼金属钒采用铝热剂法，反应的化学方程式为______．
（2）V2O5通常用作为反应2SO2+O2⇌2SO3的理想催化剂，其催化的机理可能是加热时可逆地失去氧的原因，其过程可用两个化学方程式表示：______、4V+5O2⇌2V2O5．
（3）反应①的目的是______．
（4）将滤液1与滤液2混合后用氯酸钾氧化，氯元素被还原为最低价，其反应的离子方程式为：______．
（5）反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关系步骤，沉钒必须控制合适的温度和pH，观察1图，沉钒的最适宜条件是______（填字母代号）．
A．pH 2.0～2.5，95℃B．pH 4.0～4.5，85℃
C．pH 4.5～5.0，85℃D．pH 3.0～3.5，75℃
（6）反应④在NH4VO3的焙烧过程中，固体质量的减少值（纵坐标）随温度变化的曲线如2图所示，则其分解过程中______（填字母代号）．
A．先分解失去H2O，再分解失去NH3 B．先分解失去NH3，再分解失去H2O
C．同时分解失去H2O和NH3 D．同时分解失去H2和N2和H2O
（7）锂钒氧化物（Li-V2O5）非水电池的能量密度远远超过其他材料电池，其总反应式为xLi+V2O5═LixV2O5，则该电池工作时的正极反应式为______．
正确答案
解：（1）铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝，铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝，反应方程式为3V2O5+10Al 6V+5Al2O3
故答案为：3V2O5+10Al
（2）V2O5氧化SO2时，自身被还原为四价钒化合物；四价钒化合物再被氧气氧化，则反应的相关方程式为SO2+V2O5=SO3+2VO2；4VO2+O2=2V2O5，
故答案为：5SO2+V2O5=5SO3+2V；
（3）加入硫酸和亚硫酸钠，目的是利用氧化还原反应，用亚硫酸钠还原V2O5，将V2O5 转化为可溶性的VOSO4，便于提纯，
故答案为：将V2O5转化为可溶性的VOSO4；
（4）含VOSO4的滤液1与主要成分是VOSO4滤液2混合后用氯酸钾氧化，使VOSO4氧化成完全电离可溶于水的（VO2）2SO4，氯元素被还原为Cl-，根据化合价的升降写出离子离子方程式．
故答案为：C1O3-+6VO2++3H2O=6VO2++6H++C1-；
（5）根据图1分析坐标系中的表示含义，看图沉矾率最大在pH 2.0～2.5，95℃；
故答案为：A；
（6）根据NH4VO3在焙烧变化的图象可知：
2NH4VO3═V2O5+2NH3↑+H2O
234g 34g 18g
减少值开始为0～17g，曲线到200℃时（约为16.0g）曲线开始平直；到约为300℃时又开始减少（H2O的质量），到350℃时减少24g时就不再变化，所以NH4VO3在焙烧过程中200℃时左右先失去氨；在300～350℃再失去水，
故答案为：B
（7）V2O5得电子而作正极，正极上电极反应式为：V2O5+xe-+xLi+=LixV2O5，
故答案为：V2O5+xe-+xLi+=LixV2O5
解析
解：（1）铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝，铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝，反应方程式为3V2O5+10Al 6V+5Al2O3
故答案为：3V2O5+10Al
（2）V2O5氧化SO2时，自身被还原为四价钒化合物；四价钒化合物再被氧气氧化，则反应的相关方程式为SO2+V2O5=SO3+2VO2；4VO2+O2=2V2O5，
故答案为：5SO2+V2O5=5SO3+2V；
（3）加入硫酸和亚硫酸钠，目的是利用氧化还原反应，用亚硫酸钠还原V2O5，将V2O5 转化为可溶性的VOSO4，便于提纯，
故答案为：将V2O5转化为可溶性的VOSO4；
（4）含VOSO4的滤液1与主要成分是VOSO4滤液2混合后用氯酸钾氧化，使VOSO4氧化成完全电离可溶于水的（VO2）2SO4，氯元素被还原为Cl-，根据化合价的升降写出离子离子方程式．
故答案为：C1O3-+6VO2++3H2O=6VO2++6H++C1-；
（5）根据图1分析坐标系中的表示含义，看图沉矾率最大在pH 2.0～2.5，95℃；
故答案为：A；
（6）根据NH4VO3在焙烧变化的图象可知：
2NH4VO3═V2O5+2NH3↑+H2O
234g 34g 18g
减少值开始为0～17g，曲线到200℃时（约为16.0g）曲线开始平直；到约为300℃时又开始减少（H2O的质量），到350℃时减少24g时就不再变化，所以NH4VO3在焙烧过程中200℃时左右先失去氨；在300～350℃再失去水，
故答案为：B
（7）V2O5得电子而作正极，正极上电极反应式为：V2O5+xe-+xLi+=LixV2O5，
故答案为：V2O5+xe-+xLi+=LixV2O5
某工厂的工业废水中含有大量的FeSO4、较多的Cu2+和少量的Na+．为了减少污染并变废为宝，工厂计划从该废水中回收硫酸亚铁和金属铜．请根据流程图，填写物质的化学式或操作方法，完成回收硫酸亚铁和铜的简单实验方案．
（1）A是______，B是______，D是______．（填写物质的化学式）
（2）操作Ⅰ是______；操作Ⅲ是______．
（3）写出加入A后发生的化学方程式______；写出加入B后发生的化学方程式______．
正确答案
解：（1）工业废水中含有大量的FeSO4、较多的Cu2+和少量的Na+，根据流程图中可以知道，完成回收硫酸亚铁和铜，
先加过量铁粉把铜置换出来，Cu2++Fe=Fe2++Cu，过滤，废水中剩下FeSO4和少量的Na+，铁粉、铜中加H2SO4得到FeSO4，
故答案为：Fe；H2SO4；Cu；
（2）根据流程图中可以知道，操作Ⅰ加铁粉，Cu2++Fe=Fe2++Cu，过滤，废水E中剩下FeSO4和少量的Na+，加入C中的B为H2SO4，因为铁粉、铜中加入适量稀硫酸，稀硫酸和铁粉反应，生成硫酸亚铁，分离不溶于水的固体和液体，用过滤，回收硫酸亚铁，需采用冷却结晶，
故答案为：过滤；蒸发结晶；
（3）加入Fe后发生的化学方程式为Fe+CuSO4=FeSO4+Cu； 加入H2SO4后发生的化学方程式Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑；
故答案为：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu；Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑．
解析
解：（1）工业废水中含有大量的FeSO4、较多的Cu2+和少量的Na+，根据流程图中可以知道，完成回收硫酸亚铁和铜，
先加过量铁粉把铜置换出来，Cu2++Fe=Fe2++Cu，过滤，废水中剩下FeSO4和少量的Na+，铁粉、铜中加H2SO4得到FeSO4，
故答案为：Fe；H2SO4；Cu；
（2）根据流程图中可以知道，操作Ⅰ加铁粉，Cu2++Fe=Fe2++Cu，过滤，废水E中剩下FeSO4和少量的Na+，加入C中的B为H2SO4，因为铁粉、铜中加入适量稀硫酸，稀硫酸和铁粉反应，生成硫酸亚铁，分离不溶于水的固体和液体，用过滤，回收硫酸亚铁，需采用冷却结晶，
故答案为：过滤；蒸发结晶；
（3）加入Fe后发生的化学方程式为Fe+CuSO4=FeSO4+Cu； 加入H2SO4后发生的化学方程式Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑；
故答案为：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu；Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑．
从粗产品硫酸锌固体除去铁、铜、镉等可溶性硫酸盐，从而得到纯净的硫酸锌，实验流程如下：
部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH参见上表，请回答下列问题：
（1）“酸浸”步骤中，为提高锌的浸出率，可采取的措施有______．“酸浸”时适当补充少量水的原因是______．
（2）滤液I加入酸性KMnO4所发生反应的离子方程式为______．加入ZnO的原因是______．
（3）滤渣III的成份主要是______．
（4）从滤液III得到晶体的操作过程为______、冷却结晶、过滤冼涤、小心干燥．
正确答案
解：（1）“酸浸”步骤中，为提高锌的浸出率可从提高浸出速率和增加浸出时间两方面采取措施，浸出速率越大、浸出时间越长浸出率越高，加热升高温度、增大硫酸浓度、搅拌均可提高浸出速率，“酸浸”要尽量降低目标产物的损失，因此“酸浸”时适当补充少量水的原因防止硫酸锌中从溶液中析出而损失，故答案为：增大硫酸浓度或加热升高温度或边加硫酸边搅拌或增加浸出时间；防止硫酸锌中从溶液中析出；
（2）酸性KMnO4具有强氧化性，可以把氧化亚铁离子氧化为铁离子，本身被还原为Mn2+，离子方程式为：5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O，因为Fe3++3H2O⇌Fe（OH）3+3H+，降低H+浓度可以使水解平衡正向移动，同时还要考虑不能引入新的杂质，所以加入ZnO，利用ZnO+2H+=Zn2++H2O不断降低H+浓度使Fe3+水解几近完全而除掉，故答案为：5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O；因为Fe3++3H2O⇌Fe（OH）3+3H+，ZnO+2H+=Zn2++H2O，加入ZnO能促进Fe3+水解生成Fe（OH）3而除去；
（3）滤液II 中含有的杂质离子有 Mn2+、Cu2+、Cd 2+，利用较活泼金属可把较不活泼金属从其盐溶液中置换出来的原理，从而达到除去三种杂质离子的目的，
故答案为：Mn、Cd、Cu；
（4）溶液得到晶体实验操作为：蒸发浓缩、冷却结晶，故答案为：蒸发浓缩．
解析
解：（1）“酸浸”步骤中，为提高锌的浸出率可从提高浸出速率和增加浸出时间两方面采取措施，浸出速率越大、浸出时间越长浸出率越高，加热升高温度、增大硫酸浓度、搅拌均可提高浸出速率，“酸浸”要尽量降低目标产物的损失，因此“酸浸”时适当补充少量水的原因防止硫酸锌中从溶液中析出而损失，故答案为：增大硫酸浓度或加热升高温度或边加硫酸边搅拌或增加浸出时间；防止硫酸锌中从溶液中析出；
（2）酸性KMnO4具有强氧化性，可以把氧化亚铁离子氧化为铁离子，本身被还原为Mn2+，离子方程式为：5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O，因为Fe3++3H2O⇌Fe（OH）3+3H+，降低H+浓度可以使水解平衡正向移动，同时还要考虑不能引入新的杂质，所以加入ZnO，利用ZnO+2H+=Zn2++H2O不断降低H+浓度使Fe3+水解几近完全而除掉，故答案为：5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O；因为Fe3++3H2O⇌Fe（OH）3+3H+，ZnO+2H+=Zn2++H2O，加入ZnO能促进Fe3+水解生成Fe（OH）3而除去；
（3）滤液II 中含有的杂质离子有 Mn2+、Cu2+、Cd 2+，利用较活泼金属可把较不活泼金属从其盐溶液中置换出来的原理，从而达到除去三种杂质离子的目的，
故答案为：Mn、Cd、Cu；
（4）溶液得到晶体实验操作为：蒸发浓缩、冷却结晶，故答案为：蒸发浓缩．
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