• 无机非金属材料的主角——硅
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题型:填空题
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填空题

化学实验室产生的废液中含有大量会污染环境的物质,为了保护环境,化学实验室里的废液必须经处理后才能排放.某化学实验室里的废液中含有Fe3+、Cu2+、Ag+三种金属离子,实验室设计了下列方案对废液进行处理:

(1)废液经操作①得到的沉淀中含有的金属单质是______

(2)在操作②中所观察到的实验现象是______

(3)操作③中所发生反应的离子方程式为______

正确答案

铜、银、铁

溶液由浅绿色变为黄色

Fe3++3OH-=Fe(OH)3

解析

解:(1)废液中含有Fe3+、Cu2+、Ag+三种金属离子,加入过量的铁粉后,铜离子、银离子被还原成金属铜、银和铁粉,所以在第①得到的沉淀中含有金属铜、银和过量的铁,

故答案为:铜、银、铁;

(2)Fe2+能被过氧化氢生成Fe3+,溶液由浅绿色变为黄色,

故答案为:溶液由浅绿色变为黄色;

(3)滤液中含有亚铁离子,加入双氧水后溶液中亚铁离子氧化成铁离子,铁离子与氢氧根离子反应生成氢氧化铁沉淀,反应的离子方程式为Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓,

故答案为:Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓.

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题型:简答题
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简答题

七铝十二钙(12CaO•7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料,用白云石(主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下:

(1)锻粉主要含MgO和______,用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶,或滤液Ⅰ中c(Mg2+)小于5×10-6mol•L-1,则溶液pH大于______(Mg(OH)2的Ksp=5×10-12);该工艺中不能用(NH42SO4代替NH4NO3,原因是______

(2)滤液Ⅰ中阴离子有______(忽略杂质成分的影响);若滤液Ⅰ中仅通入CO2,会生成______,从而导致CaCO3产率降低.

(3)用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜,反应的离子方程式为______

(4)电解制备Al(OH)3时,电极分别为Al片和石墨,电解总反应方程式为______

(5)一种可超快充电的新型铝电池,充放电时AlCl4-和Al2Cl7-两种离子在Al电极上相互转化,其它离子不参与电极反应,放电时负极Al的电极反应式为______

正确答案

解:(1)锻粉是由白云石高温煅烧而来,在煅烧白云石时,发生反应:CaCO3CaO+CO2↑,MgCO3MgO+CO2↑,故所得锻粉主要含MgO和CaO;用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶,即得Mg(OH)2的饱和溶液,根据Mg(OH)2的Ksp可知:Ksp=c(Mg2+)•c2(OH-)=5×10-12,而c(Mg2+)小于5×10-6mol•L-1,故c(OH-)大于10-3mol/L,则溶液中的c(H+)小于10-11mol/L,溶液的pH大于11;CaSO4微溶于水,如果用(NH42SO4代替NH4NO3,会生成CaSO4沉淀引起Ca2+的损失,

故答案为:CaO;11;CaSO4微溶于水,用(NH42SO4代替NH4NO3,会生成CaSO4沉淀引起Ca2+的损失;

(2)在锻粉中加入适量的NH4NO3溶液后,镁化合物几乎不溶,由于NH4NO3溶液水解显酸性,与CaO反应生成Ca(NO32和NH3•H2O,故过滤后溶液中含Ca(NO32和NH3•H2O,将CO2和NH3通入滤液I中后发生反应:Ca(NO32+2NH3+CO2+H2O=CaCO3↓+2NH4NO3,故滤液中的阴离子主要为NO3-,还含有OH-;若滤液Ⅰ中仅通入CO2,会造成CO2过量,则会生成Ca(HCO32,从而导致CaCO3产率降低,故答案为:NO3-,OH-;Ca(HCO32

(3)氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水,离子反应为Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O,故答案为:Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O;

(4)用Al片和石墨作电极来制备Al(OH)3,故Al做阳极,石墨做阴极,阳极反应为:Al-3e-=Al3+①,阴极上是来自于水的H+放电:2H2O+2e-=2OH-+H2↑ ②

将①×2+②×3可得总反应:2Al+6H2O2Al(OH)3↓+3H2↑,故答案为:2Al+6H2O2Al(OH)3↓+3H2↑;

(5)放电时负极电极本身Al放电,失电子,由于AlCl4-中氯元素的含量高于Al2Cl7-中氯元素的含量,故AlCl4-做反应物而Al2Cl7-为生成物,由于其它离子不参与电极反应,故电极反应为:Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-,故答案为:Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-

解析

解:(1)锻粉是由白云石高温煅烧而来,在煅烧白云石时,发生反应:CaCO3CaO+CO2↑,MgCO3MgO+CO2↑,故所得锻粉主要含MgO和CaO;用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶,即得Mg(OH)2的饱和溶液,根据Mg(OH)2的Ksp可知:Ksp=c(Mg2+)•c2(OH-)=5×10-12,而c(Mg2+)小于5×10-6mol•L-1,故c(OH-)大于10-3mol/L,则溶液中的c(H+)小于10-11mol/L,溶液的pH大于11;CaSO4微溶于水,如果用(NH42SO4代替NH4NO3,会生成CaSO4沉淀引起Ca2+的损失,

故答案为:CaO;11;CaSO4微溶于水,用(NH42SO4代替NH4NO3,会生成CaSO4沉淀引起Ca2+的损失;

(2)在锻粉中加入适量的NH4NO3溶液后,镁化合物几乎不溶,由于NH4NO3溶液水解显酸性,与CaO反应生成Ca(NO32和NH3•H2O,故过滤后溶液中含Ca(NO32和NH3•H2O,将CO2和NH3通入滤液I中后发生反应:Ca(NO32+2NH3+CO2+H2O=CaCO3↓+2NH4NO3,故滤液中的阴离子主要为NO3-,还含有OH-;若滤液Ⅰ中仅通入CO2,会造成CO2过量,则会生成Ca(HCO32,从而导致CaCO3产率降低,故答案为:NO3-,OH-;Ca(HCO32

(3)氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水,离子反应为Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O,故答案为:Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O;

(4)用Al片和石墨作电极来制备Al(OH)3,故Al做阳极,石墨做阴极,阳极反应为:Al-3e-=Al3+①,阴极上是来自于水的H+放电:2H2O+2e-=2OH-+H2↑ ②

将①×2+②×3可得总反应:2Al+6H2O2Al(OH)3↓+3H2↑,故答案为:2Al+6H2O2Al(OH)3↓+3H2↑;

(5)放电时负极电极本身Al放电,失电子,由于AlCl4-中氯元素的含量高于Al2Cl7-中氯元素的含量,故AlCl4-做反应物而Al2Cl7-为生成物,由于其它离子不参与电极反应,故电极反应为:Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-,故答案为:Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-

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题型:简答题
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简答题

处理照相胶片的废液中含有大量的NO3-、Ag+、Zn2+、Fe2+,对环境造成严重污染.某同学利用所学化学知识,从上述废液中回收得到贵重金属银,并得到副产品FeSO4•7H2O,不但保护了环境,而且给社会创造了可观的经济效益.其设计的操作流程如下:

请回答:

(1)操作I的名称是______,物质X的化学式是______,固体B化学式是______,晶体E的化学式是______

(2)写出加过量X后发生反应的离子方程式______

正确答案

解:(1)分离混合物的状态液体和固体,所以采取过滤的方法,即操作I的名称是过滤;加入的X物质能和贵重金属离子反应且不产生新的杂质且得到副产品FeSO4•7H2O,所以X物质只能是Fe,铁与银离子反应生成银单质;因为加入过量的X物质,所以固体A是银和铁的混合物;采用倒推的方法,根据题意知,得到副产品FeSO4•7H2O,FeSO4•7H2O是晶体,所以晶体E是FeSO4•7H2O,溶液D是FeSO4溶液,加入的Y是稀硫酸溶液,银和稀硫酸不反应,所以固体B是银单质.

故答案为:过滤; Fe;Ag;  FeSO4•7H2O

(2)通过以上分析知,X是铁,铁能和银离子发生置换反应,所以其离子方程式为 2Ag++Fe=Fe2++2Ag.

故答案为:2Ag++Fe=Fe2++2Ag

解析

解:(1)分离混合物的状态液体和固体,所以采取过滤的方法,即操作I的名称是过滤;加入的X物质能和贵重金属离子反应且不产生新的杂质且得到副产品FeSO4•7H2O,所以X物质只能是Fe,铁与银离子反应生成银单质;因为加入过量的X物质,所以固体A是银和铁的混合物;采用倒推的方法,根据题意知,得到副产品FeSO4•7H2O,FeSO4•7H2O是晶体,所以晶体E是FeSO4•7H2O,溶液D是FeSO4溶液,加入的Y是稀硫酸溶液,银和稀硫酸不反应,所以固体B是银单质.

故答案为:过滤; Fe;Ag;  FeSO4•7H2O

(2)通过以上分析知,X是铁,铁能和银离子发生置换反应,所以其离子方程式为 2Ag++Fe=Fe2++2Ag.

故答案为:2Ag++Fe=Fe2++2Ag

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题型:填空题
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填空题

高纯度氧化铝有广泛的用途,某研究小组研究用以下流程制取高纯度氧化铝:

根据上述流程图填空:

(1)“除杂”操作是加入过氧化氢后,用氨水调节溶液的pH约为8.0,以除去硫酸铵溶液中的少量Fe2+.请写出在除去Fe2+离子的过程中,发生的主要反应的离子方程式______

(2)通常条件下Ksp〔Fe(OH)3〕=4.0×10-38,除杂后溶液中c(Fe3+)约为______

(3)配制硫酸铝溶液时,需用硫酸酸化,酸化的目的是______

(4)“结晶”这步操作中,母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层晶体即停止加热,然后冷却结晶,得到铵明矾晶体(含结晶水).母液不能蒸干的原因是______

(5)“分离”操作的名称是______  (填字母代号).A.蒸馏       B.分液       C.过滤

(6)铵明矾晶体的化学式为NH4Al(SO42•12H2O,在0.1mol/L铵明矾的水溶液中,离子浓度最大的离子是______,离子浓度最小的离子是______

正确答案

2Fe2++H2O2+4NH3•H2O=2Fe(OH)3↓+4NH4+

4×10-20mol/L

抑制Al3+水解

减少可溶性杂质的析出及Al3+水解

C

SO42-

OH-

解析

解:(1)亚铁离子具有还原性,双氧水具有强氧化性,在碱性溶液中,亚铁离子被氧化生成铁离子,铁离子与氢氧根结合生成氢氧化铁沉淀,此反应的离子反应方程式为:2Fe2++H2O2+4NH3•H2O=2Fe(OH)3↓+4NH4+,故答案为:2Fe2++H2O2+4NH3•H2O=2Fe(OH)3↓+4NH4+

(2)KSP[Fe(OH)3]=4.0×10-38,PH=8,溶液中氢氧根离子浓度为:1×10-6mol/L,c(Fe3+)= mol/L=4.0×10-20mol/L,故答案为:4.0×10-20mol/L;

(3)由于铝离子在溶液中能够发生水解生成氢氧化铝,所以加入硫酸酸化,抑制了铝离子的水解,故答案为:抑制Al3+水解;

(4)由于蒸干会析出可溶性杂质的析出,且Al3+水解程度增大,所以母液不能蒸干,故答案为:减少可溶性杂质的析出及Al3+水解;

(5)通过过滤,将硫酸铝晶体从溶液中分离,所以C正确;故选C;

(6)铵明矾晶体的化学式为NH4Al(SO42•12H2O,在0.1mol/L铵明矾的水溶液中,未水解前,c(Al3+)=c(NH4+)=0.1mol/L,由于铵根和铝离子均水解,水解结合水电离出的氢氧根,故水解后浓度均小于0.1mol/L,c(SO42-)=0.2mol/L,0.2>0.1,故答案为:SO42-;OH-

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题型:简答题
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简答题

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Al(OH)3______

(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)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______

(4)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的升高而减小,所以在浓缩结晶后要______过滤.

正确答案

解:(1)工艺流程的最终产物为:Al(OH)3、CoSO4、Li2CO3,故答案为:CoSO4、Li2CO3

(2)金属锂性质活泼,易与氧气、水发生反应,故答案为:隔绝空气和水分;

(3)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;

(4)碳酸锂难溶,生成Li2CO3的化学反应属于复分解反应,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.

解析

解:(1)工艺流程的最终产物为:Al(OH)3、CoSO4、Li2CO3,故答案为:CoSO4、Li2CO3

(2)金属锂性质活泼,易与氧气、水发生反应,故答案为:隔绝空气和水分;

(3)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;

(4)碳酸锂难溶,生成Li2CO3的化学反应属于复分解反应,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.

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题型:简答题
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简答题

利用某地的闪锌矿(主要成分为ZnS,其杂志主要为铁、铜元素等)冶炼纯锌的传统工艺如下:

注:锌、铁、铜的沸点依次为1180k,2862k,1800k.

(1)高温煅烧时,若氧气足量,则ZnS发生的化学反应方程式为______

(2)工业生产中方案1由锌熔体获得粗锌的操作为______(填:“蒸馏”、“分馏”或“干馏”);

(3)方案2中固相2的成分为______,液相1所含金属阻离子为:______

(4)方案2中从液相1获取粗锌的过程中可用加入单质______除掉其他杂志,对比两种方案,方案2的优点是______

正确答案

解:(1)高温煅烧时,若氧气足量,则ZnS发生的化学反应方程式为2ZnS+3O22ZnO+2SO2

故答案为:2ZnS+3O22ZnO+2SO2

(2)根据锌熔体中组分金属的沸点不同,锌、铁、铜的沸点依次为1180k,2862k,1800k,采取分馏操作由锌熔体获得粗锌,

故答案为:分馏;

(3)锌熔体中的C、Cu不能与稀硫酸发生化学反应,因此固相2的成分为C、Cu,而锌熔体中的Zn、Fe与稀硫酸反应生成Zn2+、Fe2+,因此液相1所含金属离子为:Zn2+、Fe2+

故答案为:C、Cu;Zn2+、Fe2+

(4)液相1中含有Zn2+、Fe2+,要除去Fe2+可加入锌粉,Fe2++Zn=Fe+Zn2+,对比两种方案,方案2的优点是不需要加热,节约能源,

故答案为:Zn;节约能源.

解析

解:(1)高温煅烧时,若氧气足量,则ZnS发生的化学反应方程式为2ZnS+3O22ZnO+2SO2

故答案为:2ZnS+3O22ZnO+2SO2

(2)根据锌熔体中组分金属的沸点不同,锌、铁、铜的沸点依次为1180k,2862k,1800k,采取分馏操作由锌熔体获得粗锌,

故答案为:分馏;

(3)锌熔体中的C、Cu不能与稀硫酸发生化学反应,因此固相2的成分为C、Cu,而锌熔体中的Zn、Fe与稀硫酸反应生成Zn2+、Fe2+,因此液相1所含金属离子为:Zn2+、Fe2+

故答案为:C、Cu;Zn2+、Fe2+

(4)液相1中含有Zn2+、Fe2+,要除去Fe2+可加入锌粉,Fe2++Zn=Fe+Zn2+,对比两种方案,方案2的优点是不需要加热,节约能源,

故答案为:Zn;节约能源.

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题型:简答题
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简答题

镍电池广泛应用于混合动力汽车系统,电极材料由Ni(OH)2、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成.由于电池使用后电极材料对环境有危害,某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究,设计实验流程如下:

已知:①NiCl2易溶于水,Fe3+不能氧化Ni2+

②某温度下一些金属氢氧化物的Kap及沉淀析出的理论pH如下表所示:

回答下列问题:

(1)根据上表数据判断步骤②依次析出沉淀Ⅱ______和沉淀Ⅲ______(填化学式),则pH1______ pH2(填填“>”、“=”或“<”),控制两种沉淀析出可利用______

A.pH试纸B.石蕊指示剂    C.pH计

(2)已知溶解度:NiC2O4>NiC2O4•H2O>NiC2O4•2H2O,则③的化学方程式是______.第③步反应后,过滤沉淀时需要的玻璃仪器有______.若过滤时发现滤液中有少量浑浊,从实验操作的角度给出两种可能的原因____________

(3)④中阳极反应产生的气体E为______,验证该气体的试剂为______

(4)试写出⑥的离子方程式______

正确答案

解:(1)根据金属氢氧化物的Kap及沉淀析出的理论pH,结合流程图可知,先沉淀的是三价铁离子,随后沉淀的是三价铝离子,控制两种沉淀析出必须准确测定溶液PH,所以用PH计测定,

故答案为:沉淀Ⅱ是Fe(OH)3,沉淀Ⅲ是Al(OH)3,PH1<PH2,C;

(2)由溶解度:NiC2O4>NiC2O4•H2O>NiC2O4•2H2O和流程中的变化可知沉淀为溶解度小的NiC2O4•2H2O,所以根据转化关系写出化学方程式;在过滤装置中用到的玻璃仪器和注意问题,根据装置和操作步骤写出

NiCl2+Na2C2O4+2H2O=NiC2O4.2H2O↓+2NaCl,

故答案为:NiCl2+Na2C2O4+2H2O=NiC2O4.2H2O↓+2NaCl; 漏斗、玻璃棒、烧杯;玻璃棒划破滤纸、滤液超过滤纸边缘;

(3)D溶液时氯化钠溶液,电解反应方程式2NaCI+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑,E气体为Cl2

故答案:Cl2,淀粉碘化钾溶液;

(4)根据转化关系和Ni2+沉淀的PH推知,加入氢氧化钠的主要目的是把NiC2O4.2H2O沉淀转化为Ni(OH)2沉淀,为了使沉淀完全转化,加入的氢氧化钠溶液应过量,根据镍元素化合价变化,结合氧化还原反应的规律写出离子方程

2Ni(OH)2+2OH-+Cl2=2Ni(OH)3+2Cl-,;故答案:2Ni(OH)2+2OH-+Cl2=2Ni(OH)3+2Cl-

解析

解:(1)根据金属氢氧化物的Kap及沉淀析出的理论pH,结合流程图可知,先沉淀的是三价铁离子,随后沉淀的是三价铝离子,控制两种沉淀析出必须准确测定溶液PH,所以用PH计测定,

故答案为:沉淀Ⅱ是Fe(OH)3,沉淀Ⅲ是Al(OH)3,PH1<PH2,C;

(2)由溶解度:NiC2O4>NiC2O4•H2O>NiC2O4•2H2O和流程中的变化可知沉淀为溶解度小的NiC2O4•2H2O,所以根据转化关系写出化学方程式;在过滤装置中用到的玻璃仪器和注意问题,根据装置和操作步骤写出

NiCl2+Na2C2O4+2H2O=NiC2O4.2H2O↓+2NaCl,

故答案为:NiCl2+Na2C2O4+2H2O=NiC2O4.2H2O↓+2NaCl; 漏斗、玻璃棒、烧杯;玻璃棒划破滤纸、滤液超过滤纸边缘;

(3)D溶液时氯化钠溶液,电解反应方程式2NaCI+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑,E气体为Cl2

故答案:Cl2,淀粉碘化钾溶液;

(4)根据转化关系和Ni2+沉淀的PH推知,加入氢氧化钠的主要目的是把NiC2O4.2H2O沉淀转化为Ni(OH)2沉淀,为了使沉淀完全转化,加入的氢氧化钠溶液应过量,根据镍元素化合价变化,结合氧化还原反应的规律写出离子方程

2Ni(OH)2+2OH-+Cl2=2Ni(OH)3+2Cl-,;故答案:2Ni(OH)2+2OH-+Cl2=2Ni(OH)3+2Cl-

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题型:简答题
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简答题

某工厂的酸性废水中含有大量的Fe3+、Cu2+、SO42-和少量Na+.为了减少污染并变废为宝,工程师们设计了如下流程,回收铜和绿矾.

(1)工业废水中加入试剂A后,反应的离子方程式为Fe+Cu2+═Fe2++Cu、Fe+2H+═Fe2++H2↑、______

(2)试剂B是______

(3)①~③中均涉及的实验操作是______

(4)可用绿矾消除工业废水中+6价铬(Cr2O72-)的污染,使之转化为Cr3+,若处理1t废水(含Cr2O72- 10-3 mol/kg),则需加入绿矾的质量至少为______

正确答案

解:工厂的工业废水中含有大量的Fe3+、Cu2+、SO42-和少量Na+,先加过量铁(A),过滤,得到D溶液为FeSO4,C为Cu和多余的铁,再向C中加过量稀硫酸,过滤得到的Cu,E为FeSO4,硫酸亚铁经过蒸发浓缩、冷却结晶可以得到绿矾晶体,

(1)酸性环境Fe3+、Cu2+、SO42-和少量Na+中,能和金属铁发生反应的物质是Fe3+、Cu2+、H+,发生的反应有:Fe+Cu2+═Fe2++Cu、Fe+2H+═Fe2++H2↑、2Fe3++Fe═3Fe2+,故答案为:2Fe3++Fe═3Fe2+

(2)试剂B是将金属铜和金属铁分离开的物质,可以选择稀硫酸,故答案为:H2SO4

(3)①②分析固体和液体,实验操作是过滤;③从FeSO4溶液中提取溶质晶体采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤,最后用少量冷水洗涤晶体,在低温下干燥,防止变质,故答案为:过滤、蒸发浓缩、冷却结晶;

(4)亚铁离子变质会生成铁离子,(Cr2O72-)转化为Cr3+,根据电子守恒得到二者之间的关系式:Cr2O72-~6Fe2+

         Cr2O72-~6Fe2+

          1        6

1000kg×10-3mol/kg  6mol

处理1t废水(含Cr2O72- 10-3mol/kg),则需加入绿矾的质量是6mol×278g/mol=1668g,故答案为:1668g.

解析

解:工厂的工业废水中含有大量的Fe3+、Cu2+、SO42-和少量Na+,先加过量铁(A),过滤,得到D溶液为FeSO4,C为Cu和多余的铁,再向C中加过量稀硫酸,过滤得到的Cu,E为FeSO4,硫酸亚铁经过蒸发浓缩、冷却结晶可以得到绿矾晶体,

(1)酸性环境Fe3+、Cu2+、SO42-和少量Na+中,能和金属铁发生反应的物质是Fe3+、Cu2+、H+,发生的反应有:Fe+Cu2+═Fe2++Cu、Fe+2H+═Fe2++H2↑、2Fe3++Fe═3Fe2+,故答案为:2Fe3++Fe═3Fe2+

(2)试剂B是将金属铜和金属铁分离开的物质,可以选择稀硫酸,故答案为:H2SO4

(3)①②分析固体和液体,实验操作是过滤;③从FeSO4溶液中提取溶质晶体采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤,最后用少量冷水洗涤晶体,在低温下干燥,防止变质,故答案为:过滤、蒸发浓缩、冷却结晶;

(4)亚铁离子变质会生成铁离子,(Cr2O72-)转化为Cr3+,根据电子守恒得到二者之间的关系式:Cr2O72-~6Fe2+

         Cr2O72-~6Fe2+

          1        6

1000kg×10-3mol/kg  6mol

处理1t废水(含Cr2O72- 10-3mol/kg),则需加入绿矾的质量是6mol×278g/mol=1668g,故答案为:1668g.

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题型:简答题
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简答题

锂离子电池的广泛应用使回收利用锂货源成为重要课题:某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料(LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上)进行资源回收研究,设计实验流程如下

(1)第②步反应得到的沉淀X的化学式为______

(2)第③步反应的离子方程式是______

(3)第④步反应后,过滤Li2CO3所需的玻璃仪器有______.若过滤时发现滤液中有少量浑浊,从实验操作的角度给出两种可能的原因:____________

(4)若废旧锂离子电池正极材料含LiNB2O4的质量为18.1g第③步反应中加入20.0mL3.0mol•L-1的H2SO4溶液.定正极材料中的锂经反应③和④完全为Li2CO3,剩至少有______Na2CO3参加了反应.

正确答案

解:第一步就是铝溶解在氢氧化钠溶液中(注意LiMn2O4不溶于水)生成四羟基合铝酸钠,即滤液的主要成分,第二步就是四羟基合铝酸钠与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠的过程,第三步是LiMn2O4在酸性环境下能被空气中的氧气氧化发生的氧化还原反应,得到的滤液中有生成的硫酸锂,可能有过量的硫酸,最后一步加入碳酸钠之后所得的滤液主要成分为硫酸钠;

(1)四羟基合铝酸钠与过量二氧化碳反应得产物是Al(OH)3沉淀和碳酸氢钠,故答案为:Al(OH)3

(2)在酸性环境下,LiMn2O4能被空气中的氧气氧化,离子方程式为:4 LiMn2O4+O2+4H+=4Li++8MnO2+2H2O,故答案为:4 LiMn2O4+O2+4H+=4Li++8MnO2+2H2O;

(3)过滤所用玻璃仪器有:漏斗、玻璃棒、烧杯;过滤时发现滤液中有少量浑浊,原因可能有:滤纸破损、滤液超过滤纸边缘等,故答案为:漏斗、玻璃棒、烧杯;滤纸破损、滤液超过滤纸边缘

(4)根据LiMn2O4~0.5H2SO4~Li+得18.1gLiMn2O4即0.1molLiMn2O4消耗硫酸的量为0.05mol,故硫酸有剩余,剩余的0.01mol硫酸和生成的Li+共消耗碳酸钠0.06mol,即6.36g,故答案为:6.36g.

解析

解:第一步就是铝溶解在氢氧化钠溶液中(注意LiMn2O4不溶于水)生成四羟基合铝酸钠,即滤液的主要成分,第二步就是四羟基合铝酸钠与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠的过程,第三步是LiMn2O4在酸性环境下能被空气中的氧气氧化发生的氧化还原反应,得到的滤液中有生成的硫酸锂,可能有过量的硫酸,最后一步加入碳酸钠之后所得的滤液主要成分为硫酸钠;

(1)四羟基合铝酸钠与过量二氧化碳反应得产物是Al(OH)3沉淀和碳酸氢钠,故答案为:Al(OH)3

(2)在酸性环境下,LiMn2O4能被空气中的氧气氧化,离子方程式为:4 LiMn2O4+O2+4H+=4Li++8MnO2+2H2O,故答案为:4 LiMn2O4+O2+4H+=4Li++8MnO2+2H2O;

(3)过滤所用玻璃仪器有:漏斗、玻璃棒、烧杯;过滤时发现滤液中有少量浑浊,原因可能有:滤纸破损、滤液超过滤纸边缘等,故答案为:漏斗、玻璃棒、烧杯;滤纸破损、滤液超过滤纸边缘

(4)根据LiMn2O4~0.5H2SO4~Li+得18.1gLiMn2O4即0.1molLiMn2O4消耗硫酸的量为0.05mol,故硫酸有剩余,剩余的0.01mol硫酸和生成的Li+共消耗碳酸钠0.06mol,即6.36g,故答案为:6.36g.

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题型:简答题
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简答题

利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理.

(1)染料工业排放的废水中含有大量有毒的NO2¯,可以在碱性条件下加入铝粉除去(加热处理后的废水,会产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体).除去NO2¯离子的离子方程式为______

(2)某工厂对制革工业污泥中Cr3+回收与再利用工艺如下(硫酸浸取液中金属离子主要是Cr3+,其次是Fe2+、Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+):

部分阳离子常温下以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表:

①实验室用18.4mol/L的浓硫酸配制250mL 4.8mol/L的硫酸溶液,所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和吸量管(一种能精确量取一定体积液体的仪器)外,还需______

②酸浸时,为了提高浸取率可采取的措施是______(答2点).

③加入H2O2的作用是______

④钠离子交换树脂的原理为:Mn++nNaR→MRn+nNa+,被交换的杂质离子是______(选填:Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+).

(3)印刷电路铜板腐蚀剂常用FeCl3.腐蚀铜板后的混合溶液中,若Cu2+、Fe3+和Fe2+的浓度均为0.10mol/L,请参照上表给出的数据和提供的试剂(可能用到的试剂:Cl2、浓H2SO4、NaOH溶液、CuO、Cu),简述除去CuCl2溶液中Fe3+和Fe2+的实验步骤①______;②______;③过滤.

正确答案

解:(1)根据题意知,能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体是氨气,铝与强碱能反应生成偏铝酸盐,铝是还原剂,NO2-是氧化剂,所以能发生氧化还原反应生成偏铝酸盐和氨水,

离子方程式为:2Al+OH-+NO2-+2H2O=2AlO2-+NH3•H2O.

故答案为:2Al+OH-+NO2-+2H2O=2AlO2-+NH3•H2O

(2)①配置一定物质的量浓度的溶液所需的玻璃仪器有:烧杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和胶头滴管.

故答案为:250mL容量瓶、胶头滴管.

②酸浸时,为了提高浸取率可采取的措施是:延长浸取时间、加快溶解速度等措施.

故答案为:增加浸取时间、不断搅拌混合物、滤渣多次浸取等.

③双氧水有强氧化性,能氧化还原性的物质,Fe2+和Cr3+有还原性,Fe2+和Cr3+能被双氧水氧化为高价离子,以便于与杂质离子分离.

故答案为:将Fe2+氧化成Fe3+,将Cr3+转变成较高价态的铬,以便于与杂质离子分离.

④钠离子交换树脂交换 的离子是钙离子和镁离子.

故答案为:Ca2+、Mg2+

(3)①除去CuCl2溶液中Fe3+和Fe2+,根据生成沉淀所需溶液 的PH值知,若使Fe2+转化为沉淀时,铜离子已经完全沉淀,所以不符合题意,故首先把Fe2+转化为Fe3+,加入氧化剂且不引进新的杂质,所以首先要通入足量氯气将Fe2+氧化成Fe3+

故答案为:通入足量氯气将Fe2+氧化成Fe3+

②通入足量氯气后,溶液呈酸性,所以要加入某种物质除去溶液中的酸且不引进新的杂质,所以要加入氧化铜,使酸转化为氯化铜,当溶液的pH值4.7时,铜离子开始出现沉淀,当溶液的pH值为3.2时,三价铁离子沉淀完全,铜离子未产生沉淀,所以要使三价铁离子和铜离子分离,溶液的pH值应为[3.2,4.7).

故答案为:加入CuO调节溶液的pH至[3.2,4.7).

解析

解:(1)根据题意知,能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体是氨气,铝与强碱能反应生成偏铝酸盐,铝是还原剂,NO2-是氧化剂,所以能发生氧化还原反应生成偏铝酸盐和氨水,

离子方程式为:2Al+OH-+NO2-+2H2O=2AlO2-+NH3•H2O.

故答案为:2Al+OH-+NO2-+2H2O=2AlO2-+NH3•H2O

(2)①配置一定物质的量浓度的溶液所需的玻璃仪器有:烧杯、玻璃棒、吸量管、容量瓶和胶头滴管.

故答案为:250mL容量瓶、胶头滴管.

②酸浸时,为了提高浸取率可采取的措施是:延长浸取时间、加快溶解速度等措施.

故答案为:增加浸取时间、不断搅拌混合物、滤渣多次浸取等.

③双氧水有强氧化性,能氧化还原性的物质,Fe2+和Cr3+有还原性,Fe2+和Cr3+能被双氧水氧化为高价离子,以便于与杂质离子分离.

故答案为:将Fe2+氧化成Fe3+,将Cr3+转变成较高价态的铬,以便于与杂质离子分离.

④钠离子交换树脂交换 的离子是钙离子和镁离子.

故答案为:Ca2+、Mg2+

(3)①除去CuCl2溶液中Fe3+和Fe2+,根据生成沉淀所需溶液 的PH值知,若使Fe2+转化为沉淀时,铜离子已经完全沉淀,所以不符合题意,故首先把Fe2+转化为Fe3+,加入氧化剂且不引进新的杂质,所以首先要通入足量氯气将Fe2+氧化成Fe3+

故答案为:通入足量氯气将Fe2+氧化成Fe3+

②通入足量氯气后,溶液呈酸性,所以要加入某种物质除去溶液中的酸且不引进新的杂质,所以要加入氧化铜,使酸转化为氯化铜,当溶液的pH值4.7时,铜离子开始出现沉淀,当溶液的pH值为3.2时,三价铁离子沉淀完全,铜离子未产生沉淀,所以要使三价铁离子和铜离子分离,溶液的pH值应为[3.2,4.7).

故答案为:加入CuO调节溶液的pH至[3.2,4.7).

下一知识点 : 富集在海水中的元素——氯
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