练习九 过渡金属元素——Cu、Zn、Ag、Co、Ni、V等
1．(2024·湖南名校联考)如图是铜及部分含铜粒子的价荷图。下列推断不合理的是( )
A．在酸性环境中，Cu变成a需要加氧化剂
B．[Cu(OH)4]2－转化成Cu(OH)2需要加碱
C．如果将高铜酸根离子(CuO)填入坐标，应该填在b的位置
D．在酸性环境中，Cu2O可以歧化成a和Cu
解析：a中Cu元素为＋2价，在酸性条件下，Cu变为a需要失去电子，发生氧化反应，故需要加入氧化剂，故A正确；由图可知，Cu(OH)2转化为[Cu(OH)4]2－需要碱性条件，而[Cu(OH)4]2－转化成Cu(OH)2需要酸性条件，故B错误；CuO中铜元素为＋3价，离子带1个单位负电荷，故填入坐标，应该填在b的位置，故C正确；Cu2O中Cu元素为＋1价，在酸性条件下可以发生歧化反应生成Cu2＋和单质铜，故D正确。
答案：B
2．(2023·山东化学)(双选)一种制备Cu2O的工艺路线如图所示，反应Ⅱ所得溶液pH在3～4之间，反应Ⅲ需及时补加NaOH以保持反应在pH＝5条件下进行。常温下，H2SO3的电离平衡常数Ka1＝1.3×10－2，Ka2＝6.3×10－8。下列说法正确的是( )
A．反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为氧化还原反应
B．低温真空蒸发主要目的是防止NaHSO3被氧化
C．溶液Y可循环用于反应Ⅱ所在操作单元吸收气体Ⅰ
D．若Cu2O产量不变，参与反应Ⅲ的X与CuSO4物质的量之比增大时，需补加NaOH的量减少
解析：铜和浓硫酸反应(反应Ⅰ)生成二氧化硫气体(气体Ⅰ)，生成的二氧化硫气体与碳酸钠反应(反应Ⅱ)，所得溶液pH在3～4之间，溶液显酸性，根据H2SO3的电离平衡常数Ka1＝1.3×10－2，Ka2＝6.3×10－8，可知NaHSO3溶液显酸性(电离大于水解)，则反应Ⅱ所得溶液成分是NaHSO3，调节溶液pH至11，使NaHSO3转化为Na2SO3，低温真空蒸发(防止Na2SO3被氧化)，固液分离得到Na2SO3晶体和Na2SO3溶液，Na2SO3和CuSO4反应的离子方程式是SO＋2Cu2＋＋2H2O===SO＋Cu2O↓＋4H＋，反应过程中酸性越来越强，可能使Na2SO3转化成SO2气体，需及时补加NaOH以保持反应在pH＝5条件下进行，据此分析解答。反应Ⅰ是铜和浓硫酸反应生成二氧化硫，是氧化还原反应；反应Ⅱ是SO2和碳酸钠溶液反应生成NaHSO3和二氧化碳，是非氧化还原反应；反应Ⅲ是Na2SO3和CuSO4反应生成Cu2O，是氧化还原反应，故A错误。低温真空蒸发主要目的是防止Na2SO3被氧化，而不是NaHSO3，故B错误。经分析溶液Y是Na2SO3溶液，可循环用于反应Ⅱ的操作单元吸收SO2气体(气体Ⅰ)，故C正确。增大时，过量的Na2SO3会消耗氢离子生成HSO，则需补加NaOH的量减少，故D正确。
答案：CD
3．(2023·湖南化学)处理某铜冶金污水(含Cu2＋、Fe3＋、Zn2＋、Al3＋)的部分流程如图：
已知：①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5
完全沉淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6
②Ksp(CuS)＝6.4×10－36，Ksp(ZnS)＝1.6×10－24。
下列说法错误的是( )
A．“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B．Na2S溶液呈碱性，其主要原因是S2－＋H2O??HS－＋OH－
C．“沉淀池Ⅱ”中，当Cu2＋和Zn2＋完全沉淀时，溶液中＝4.0×10－12
D．“出水”经阴离子交换树脂软化处理后，可用作工业冷却循环用水
解析：当pH＝1.9时氢氧化铁开始沉淀，当pH＝3.5时氢氧化铝开始沉淀，调节pH＝4则会生成氢氧化铝和氢氧化铁，即“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3，A正确；硫化钠溶液中的硫离子可以水解，产生氢氧根离子，使溶液显碱性，其第一步水解的方程式为S2－＋H2O??HS－＋OH－，B正确；当铜离子和锌离子完全沉淀时，则硫化铜和硫化锌都达到了沉淀溶解平衡，则＝＝＝＝4.0×10－12，C正确；污水经过处理后其中含有较多的钙离子，故“出水”应该经过阳离子交换树脂软化处理，达到工业冷却循环用水的标准后，才能使用，D错误。
答案：D
4．(2024·鹰潭模拟)对废催化剂进行回收可有效利用金属资源，某含银废催化剂主要含Ag、α-Al2O3(α-Al2O3为载体，不溶于硝酸)及少量MgO、SiO2、K2O、Fe2O3等，一种回收制备高纯银粉工艺的部分流程如图。下列说法正确的是( )
A．废渣只含SiO2
B．气体B可以通入NaOH溶液除去
C．溶解过程的氨水可以换成氢氧化钠溶液
D．“还原”过程中生成无毒气体C，B与C的物质的量的理论比值为4∶3
解析：含银废催化剂中加入稀硝酸，α-Al2O3、SiO2因不溶而成为废渣，Ag与稀硝酸发生反应：3Ag＋4HNO3(稀)===3AgNO3＋NO↑＋2H2O，所以气体B为NO。加入NaCl，Ag＋转化为AgCl沉淀；加入氨水溶解AgCl，生成[Ag(NH3)2]＋等，加入N2H4·H2O，发生反应：4[Ag(NH3)2]＋＋N2H4·H2O＋4OH－===4Ag↓＋N2↑＋8NH3↑＋5H2O。由分析可知，废渣中含SiO2、α-Al2O3，A错误；气体B为NO，与NaOH溶液不反应，所以不可以通入NaOH溶液除去，B错误；溶解过程中，加入氨水溶解AgCl，生成[Ag(NH3)2]＋等，由于氢氧化钠溶液不能将AgCl溶解，因此氨水不可以换成氢氧化钠溶液，C错误；“还原”过程中生成无毒气体C，则其为N2，设Ag的物质的量为12 mol，则生成NO(B)4 mol，生成N2(C)3 mol，从而得出B与C的物质的量的理论比值为4∶3，D正确。
答案：D
5．(2023·锦州质检)精炼铜工业中阳极泥的综合利用具有重要意义，从中间产品分金渣(主要成分为AgCl、Ag2S、PbSO4、BaSO4)中获取高纯银的流程如图所示。下列说法错误的是( )
已知：在上述反应的温度下
①Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2S)＝6.3×10－50；
②[Ag(SO3)2]3－??Ag＋＋2SO K＝1.0×10－8.68。
A．“分银”时AgCl与Na2SO3反应生成[Ag(SO3)2]3－的离子方程式为AgCl＋2SO??[Ag(SO3)2]3－＋Cl－，该反应的化学平衡常数为1.8×10－1.32
B．“分银渣”的主要成分为PbSO4、BaSO4、Ag2S
C．“沉银”时为防止产生污染性有毒气体，盐酸不宜过量
D．若“还原”时有CO2生成，则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶1
解析：离子方程式为AgCl＋2SO??[Ag(SO3)2]3－＋Cl－，该反应的化学平衡常数表达式为K＝＝＝＝1.8×10－1.32，A项正确；加入氯化铁进行预处理，氯化铁具有氧化性，能与硫化银发生氧化还原反应生成硫单质，“分银”时加入亚硫酸钠，AgCl与Na2SO3反应生成[Ag(SO3)2]3－，则“分银渣”的主要成分为PbSO4、BaSO4、S，B项错误；“沉银”时加入盐酸，使[Ag(SO3)2]3－生成氯化银沉淀，盐酸会与亚硫酸钠反应产生有毒气体二氧化硫，故盐酸不宜过量，C项正确；“还原”时氯化银和甲醛反应生成CO2、单质银和氯化氢，化学方程式为4AgCl＋HCHO＋H2O===4Ag＋CO2＋4HCl，氧化剂为AgCl，还原剂为HCHO，则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶1，D项正确。
答案：B
6．(2024·山东模拟)实验室利用钴渣[含Co(OH)3、Fe(OH)3等]制备Co3O4的流程如图所示。已知：Ksp[Co(OH)2]＝1.6×10－15，Ksp(CoC2O4)＝6.3×10－8。下列说法正确的是( )
A．“溶解还原”过程中得到的Co2＋与消耗的Na2SO3物质的量之比为2∶1
B．“沉钴”时，不用Na2C2O4溶液是为了防止溶液碱性太强而生成Co(OH)2沉淀
C．可以用氢氧化钠溶液检验CoC2O4固体是否洗涤干净
D．“焙烧”的化学方程式为3CoC2O4Co3O4＋4CO↑＋2CO2↑
解析：由题图可知，Co(OH)3、Fe(OH)3加硫酸溶解后转化为Co3＋、Fe3＋，再与亚硫酸钠发生氧化还原反应生成Co2＋、Fe2＋，在浸液中通入氧气、加入氯酸钠，亚铁离子被氧化为铁离子后转化为铁渣，后加草酸铵沉钴得到草酸钴，高温焙烧得到四氧化三钴，据此回答。“溶解还原”过程中Fe3＋和Co3＋均被亚硫酸钠还原为＋2价，2Co(OH)3＋4H＋＋SO===2Co2＋＋SO＋5H2O、2Fe(OH)3＋4H＋＋SO===2Fe2＋＋SO＋5H2O，所以得到的Co2＋与消耗的Na2SO3物质的量之比不为2∶1，A错误；由于Na2C2O4溶液呈碱性，且碱性强于(NH4)2C2O4溶液，故“沉钴”时，若用Na2C2O4溶液代替(NH4)2C2O4溶液，则可能由于溶液碱性太强而生成Co(OH)2沉淀引入杂质，B正确；此实验中生成的CoC2O4表面含有可溶性杂质离子为SO等，故检验CoC2O4固体是否洗净用盐酸酸化的BaCl2溶液，用NaOH溶液无法精确检测出少量的NH，C错误；“焙烧”反应为3CoC2O4＋2O2Co3O4＋6CO2↑，D错误。
答案：B
7．(2024·山东模拟)以红土镍镉矿(NiS、CdO，含SiO2、CuO、PbO、Fe2O3等杂质)为原料回收部分金属单质，其工艺流程如图所示：
已知：电极电位是表示某种离子或原子获得电子而被还原的趋势。在25 ℃下，部分电对的电极电位如表。下列说法错误的是( )
电对 Cu2＋/Cu Pb2＋/Pb Cd2＋/Cd Fe2＋/Fe Ni2＋/Ni
电极电位/V ＋0.337 －0.126 －0.402 －0.442 －0.257
A.“浆化”的目的是增大接触面积，加快酸浸反应速率，提高某些金属元素浸取率
B．“物质A”可以是NiCO3，“调pH”后，经加热得Fe(OH)3沉淀
C．“金属A”是Pb和Cu混合物，“金属B”是Cd
D．该工艺流程中可以循环利用的物质有CO、H2SO4、Ni等
解析：由题给流程可知，镍镉矿浆化后，通入空气、加入稀硫酸酸浸，硫化镍和金属氧化物溶于稀硫酸得到硫酸盐，二氧化硅不与稀硫酸反应，过滤得到含有二氧化硅、硫酸铅的滤渣Ⅰ和滤液；向滤液中加入碳酸镍或氧化镍调节溶液pH，经加热将溶液中铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤得到含有氢氧化铁的滤渣Ⅱ和滤液；向滤液中加入镍，将溶液中铜离子转化为铜，过滤得到含有铜、镍的金属A和含有硫酸镍、硫酸镉的滤液；滤液经电解、过滤得到含有镉和镍的固体和硫酸溶液；固体通入一氧化碳气化分离得到四羰基合镍和镉；四羰基合镍受热分解生成一氧化碳和镍，则该工艺流程中可以循环利用的物质为一氧化碳、硫酸和镍等。由题意可知，浆化的目的是增大反应物的接触面积，加快酸浸反应速率，提高某些金属元素浸取率，故A正确；由分析可知，向滤液中加入碳酸镍或氧化镍调节溶液pH，经加热将溶液中铁离子转化为氢氧化铁沉淀，则物质A可能为碳酸镍，故B正确；由分析可知，金属A为铜、镍的混合物，故C错误；由分析可知，该工艺流程中可以循环利用的物质为一氧化碳、硫酸和镍等，故D正确。
答案：C
8．(2023·辽宁化学)某工厂采用如下工艺制备Cr(OH)3，已知焙烧后Cr元素以＋6价形式存在，下列说法错误的是( )
A．“焙烧”中产生CO2
B．滤渣的主要成分为Fe(OH)2
C．滤液①中Cr元素的主要存在形式为CrO
D．淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
解析：焙烧过程中铁、铬元素均被氧化，水浸时滤渣主要成分为Fe2O3，滤液中存在铬酸钠，与淀粉的水解产物葡萄糖发生氧化还原反应得到氢氧化铬沉淀。氧化铬与碳酸钠、氧气反应生成铬酸钠和二氧化碳，A正确；焙烧过程中铁元素被氧化，滤渣的主要成分为氧化铁，B错误；滤液①中Cr元素的化合价是＋6价，溶液显碱性，所以Cr 元素主要存在形式为CrO，C正确；由分析知淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用，D正确。
答案：B
9．(2024·广东冲刺)“乌铜走银”是我国非物质文化遗产之一，该工艺将部分氧化的银丝镶嵌于铜器表面，艺人用“出汗的手”边捂边揉搓铜器，铜表面逐渐变黑，银丝变得银光闪闪。下列说法正确的是( )
A．“乌铜走银”可以类推：“乌铜走铝”
B．“乌铜走银”的反应为Ag2O＋Cu===2Ag＋CuO
C．负极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
D．每生成40 g CuO时转移2 mol电子
解析：“乌铜走银”是铜和氧化银构成原电池，Cu的金属活动性大于Ag，使氧化银转化为银，而铝的活动性大于铜，氧化铝不能被铜还原，A项错误；“乌铜走银”是铜和氧化银构成原电池，反应方程式为Ag2O＋Cu===2Ag＋CuO，B项正确；负极上，Cu被氧化为CuO，电极反应式为Cu－2e－＋2OH－===CuO＋H2O，C项错误；40 g CuO的物质的量为＝0.5 mol，根据负极的电极反应式Cu－2e－＋2OH－===CuO＋H2O可知，每生成0.5 mol CuO时，转移1 mol电子，D项错误。
答案：B
10．(2024·北京质检)下列关于铜腐蚀的说法及方程式书写正确的是( )
A．铜在潮湿空气中被腐蚀：2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3
B．铜在NH3环境中被腐蚀：2Cu＋O2＋2NH3·H2O===2Cu2＋＋2NH3＋4OH－
C．HNO3浓度越大，腐蚀反应3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O速率越大
D．利用FeCl3对铜的腐蚀制作印刷线路板：3Cu＋2Fe3＋===2Fe＋3Cu2＋
解析：铜在潮湿空气中被腐蚀生成碱式碳酸铜，化学方程式为2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3，A正确；Cu在NH3环境中被腐蚀，铜充足的情况下发生反应的离子方程式为4Cu＋8NH3＋O2＋2H2O===4[Cu(NH3)2]＋＋4OH－，铜不足的情况下发生反应离子方程式为2Cu＋8NH3＋O2＋2H2O===2[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－，B错误；HNO3浓度较大形成浓硝酸时，Cu与浓硝酸反应的离子方程式为Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O，C错误；FeCl3与Cu反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，D错误。
答案：A
11．(2023·北京检测)钛酸钡(BaTiO3)是电子陶瓷基础母体原料，超细微BaTiO3粉体的制备方法如图。
已知：TiCl4＋(x＋2)H2O??TiO2·xH2O＋4HCl
下列说法不正确的是( )
A．向TiCl4中先加入H2C2O4，可防止其水解生成TiO2·xH2O
B．得到溶液1的反应：TiCl4＋2H2C2O4＋6NH3·H2O===(NH4)2TiO(C2O4)2＋4NH4Cl＋5H2O
C．加入过量氨水，有利于提高BaTiO(C2O4)2·4H2O的产率
D．“煅烧”得到的气体A是CO、CO2和H2O的混合物
解析：TiCl4与草酸先反应生成TiO(C2O4)，再向体系中加入钡离子，发生反应的离子方程式为TiO(C2O4)＋Ba2＋＋4H2O===BaTiO(C2O4)2·4H2O↓，生成的BaTiO(C2O4)2·4H2O再经过隔绝空气煅烧，得到BaTiO3粉体，同时得到CO、CO2及水蒸气，涉及的方程式为BaTiO(C2O4)2·4H2OBaTiO3＋2CO↑＋2CO2↑＋4H2O，据此分析解答。根据已知信息可知，四氯化钛水解显酸性，所以向TiCl4中先加入H2C2O4，可抑制其水解，从而防止生成TiO2·xH2O，A正确；根据分析可知，得到溶液1的反应：TiCl4＋2H2C2O4＋6NH3·H2O===(NH4)2TiO(C2O4)2＋4NH4Cl＋5H2O，B正确；加入过量氨水，则溶液呈碱性，可能会生成TiO(OH)＋，从而降低TiO(C2O4)的浓度，不利于提高BaTiO(C2O4)2·4H2O的产率，C错误；根据分析可知，“煅烧”得到的气体A是CO、CO2和H2O的混合物，D正确。
答案：C
12．(2023·日照模拟)镍电池芯废料中主要含有金属镍，还含有金属钴、铁、铝。一种从镍电池芯废料中回收金属的工艺流程如图。
下列说法正确的是( )
A．“酸溶”时，若改用浓硫酸，反应速率更快，效果更好
B．H2O2在“氧化除杂”和“酸溶”中的作用不同
C．“钴镍分离”时发生反应的离子方程式为ClO－＋2Co2＋＋4OH－＋H2O===2Co(OH)3↓＋Cl－
D．“结晶”时，快速蒸发溶液，得到的晶体颗粒较大
解析：浓硫酸会使得铁、铝钝化，会降低反应速率，A错误。H2O2在“氧化除杂”中是将亚铁离子转化为铁离子，过氧化氢起氧化作用；“酸溶”中是将三价钴转化为二价钴，过氧化氢起还原作用，B正确。“钴镍分离”时为次氯酸根离子、二价钴离子反应转化为氢氧化钴沉淀，反应后所得溶液为酸性，故离子方程式为5H2O＋ClO－＋2Co2＋===2Co(OH)3↓＋Cl－＋4H＋，C错误。“结晶”时，缓慢蒸发溶液，得到的晶体颗粒较大，D错误。
答案：B
13．(2024·广元模拟)一种废催化剂(含V2O5、V2O4、V2O3和杂质Fe2O3、SiO2等)的处理流程如图所示。已知工序①得到的溶液的主要成分是[VO(C2O4)2]2－、[Fe(C2O4)2]2－和H2C2O4。下列说法错误的是( )
A．固体A的主要成分是SiO2
B．含[Fe(C2O4)2]2－的溶液中存在[Fe(C2O4)2]2－??FeC2O4＋C2O K1＝10－1.8，FeC2O4??Fe2＋＋C2O K2＝10－3.0，若c(C2O)＝0.10 mol·L－1，则＝102.8
C．在实验室中进行工序①要用到普通漏斗，进行浓缩要用到蒸发皿
D．加入足量双氧水生成V2O5·H2O，反应的离子方程式为H2O2＋2[VO(C2O4)2]2－===V2O5·H2O↓＋2C2O
解析：向废催化剂中加入草酸溶液，草酸溶液与SiO2不反应，固体A的主要成分是SiO2，A项正确；K1×K2＝＝10－4.8，c(C2O)＝0.10 mol·L－1，则＝102.8，B项正确；在实验室中过滤要用到普通漏斗，浓缩溶液要用到蒸发皿，C项正确；加入足量双氧水将[VO(C2O4)2]2－转化为V2O5·H2O和CO2，反应的离子方程式为5H2O2＋2[VO(C2O4)2]2－＋4H＋===V2O5·H2O↓＋8CO2↑＋6H2O，D项错误。
答案：D
14．(2024·菏泽模拟)某电镀厂废水的pH为0.45，主要含有Sn2＋、Ni2＋和SO，还含有少量的Fe2＋和Co2＋，处理该废水的一种工艺流程如图所示。
下列叙述中错误的是( )
A．“氧化沉铁”时，可适当升高温度加快反应速率
B．调节pH至6.5，进行“氧化沉钴”的离子方程式为ClO－＋2Co2＋＋H2O＋4OH－===2Co(OH)3↓＋Cl－
C．“滤液”中溶质主要为Na2SO4，可回收利用
D．“酸溶”所得SnSO4经电解可回收得到金属Sn
解析：适当升高温度能加快化学反应速率，A正确；pH＝6.5时，溶液呈酸性，离子方程式应为ClO－＋2Co2＋＋5H2O===2Co(OH)3↓＋Cl－＋4H＋，B错误；据题意，废水中主要含有Sn2＋、Ni2＋和SO和少量Fe2＋、Co2＋，其中Sn2＋、Fe2＋和Co2＋分别在沉锡、氧化沉铁、氧化沉钴过程被分离出去，但中途加入的NaOH和NaClO中的Na＋未被分离出去，故“滤液”主要为Na2SO4，C正确；“酸溶”所得SnSO4经电解，Sn2＋在阴极得电子生成Sn，D正确。
答案：B
15．(2024·济南检测)工业上可通过“酸性歧化法”和“电解法”制备KMnO4。“酸性歧化法”中，利用软锰矿(主要成分为MnO2)先生成K2MnO4，进而制备KMnO4的流程如图所示。
实验室中模拟“酸性歧化法”制备KMnO4。下列说法正确的是( )
A．为加快“熔融”反应速率，可将矿石粉碎，并用玻璃棒不断翻炒固体
B．“酸化”时若改用盐酸，则反应为3MnO＋4H＋===2MnO＋MnO2＋2H2O
C．“结晶”获取KMnO4晶体时采用蒸发结晶
D．该流程中涉及到的氧化还原反应至少有2个
解析：制备KMnO4的流程如下：MnO2、KOH和O2在熔融状态下反应生成K2MnO4，反应后加水溶浸，使K2MnO4等可溶性物质溶解，过滤除去不溶性杂质，向滤液中通入过量CO2使溶液酸化，并使K2MnO4发生歧化反应，生成KMnO4和MnO2，过滤除去MnO2，对滤液进行结晶、过滤、洗涤、干燥等操作后可得到KMnO4晶体，据此分析解答。玻璃中含有SiO2，高温下能与强碱反应，因此不能用玻璃棒翻炒固体，A错误；酸化时K2MnO4发生歧化反应生成KMnO4，KMnO4具有强氧化性，能与盐酸反应生成Cl2，因此酸化时不能改用盐酸，B错误；酸化完成后过滤，因为高锰酸钾加热易分解，故通过“结晶”获取KMnO4晶体时应采用蒸发浓缩，冷却结晶的方法，C错误；“熔融”“酸化”过程均发生氧化还原反应，因此该流程中涉及到的氧化还原反应至少有2个，D正确。
答案：D
16．(2023·淮北模拟)常温下，从低品位铜镍矿(含有Fe2O3、FeO、MgO、CuO等杂质)资源中提取镍和铜的一种工艺流程如图。
资料：一些物质的Ksp(25 ℃)如表。
物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Mg(OH)2 Ni(OH)2
Ksp 4.9×10－17 2.8×10－39 5.6×10－12 2.1×10－15
(1)上述流程中，加快反应速率的措施是________。
(2)浸出过程中通入O2的目的是_____________________________________________。
(3)萃取时发生反应：Cu2＋＋2HR??CuR2＋2H＋(HR、CuR2在有机层，Cu2＋、H＋在水层)。
①某种HR的结构简式为，该分子中可能与Cu2＋形成配位键的，原子有________。
②解释反萃取时H2SO4的作用：__________________________________________。
(4)黄钠铁矾[NaFe3(OH)6(SO4)2]比Fe(OH)3更易形成沉淀。反应终点pH与Fe3＋、Ni2＋沉淀率的关系如表。
反应终点pH 沉淀率/%
Fe3＋ Ni2＋
1.5 94.04 0.19
2.5 99.21 0.56
3.8 99.91 3.31
①生成黄钠铁矾的离子方程式是______________________________________________________。
②沉淀Fe3＋时最适宜选用的反应终点pH是________。
(5)第二次使用MgO调节pH使Ni2＋沉淀完全，宜将pH调节至________(填序号)。
a．6～7 b.9～10 c.11～12
解析：铜镍矿研磨后，加入O2和H2SO4浸出，将铜镍矿中的金属氧化物转化为Ni2＋、Fe3＋、Cu2＋、Mg2＋；加入萃取剂后，Cu2＋转化为CuR2进入有机层，再经过反萃取形成含Cu2＋水溶液后，再转化为金属铜；水层中含有Ni2＋、Fe3＋、H＋、Mg2＋等阳离子，加入硫酸钠和MgO后，Fe3＋转化为黄钠铁矾固体从水层中分离，滤液中含有Ni2＋、H＋、Mg2＋等阳离子，再加入MgO后，Ni2＋转化为Ni(OH)2再转化为金属镍。
(1)将铜镍矿研磨，可以将固体颗粒减小，增大固体与溶液接触面积，从而加快浸出阶段反应速率。
(2)O2具有氧化性，可将H2SO4溶解后的Fe2＋氧化为Fe3＋，便于转化为沉淀除去。
(3)①分子中，若要与Cu2＋形成配位键，则分子需提供孤电子对，分子中存在孤电子对的原子为N原子和O原子。②反萃取时，加入稀硫酸，增大水层中H＋浓度，使平衡Cu2＋＋2HR??CuR2＋2H＋逆向移动，使水层中Cu2＋浓度增大，得到含Cu2＋水溶液，最后得到金属Cu。
(4)①根据题目信息，水层中含有Ni2＋、Fe3＋、H＋、Mg2＋等阳离子，加入硫酸钠和MgO后，Fe3＋转化为黄钠铁矾固体，对应的离子方程式为Na＋＋3Fe3＋＋2SO＋6H2O===NaFe3(OH)6(SO4)2↓＋6H＋或Na＋＋3Fe3＋＋2SO＋3MgO＋3H2O===NaFe3(OH)6(SO4)2↓＋3Mg2＋。②根据表格信息，pH为1.5时Fe3＋沉淀率不高，Fe3＋沉淀不充分；pH为3.8时Ni2＋沉淀率稍高，但固体中混有的杂质较多，故最适宜的pH为2.5。
(5)第二次使用MgO调节pH使Ni2＋沉淀完全，即溶液中c(Ni2＋)≤1.0×10－5 mol·L－1，根据Ni(OH)2的Ksp＝2.1×10－15，Ni2＋恰好完全沉淀时，c(OH－)＝ mol·L－1≈1.45×10－5 mol·L－1，c(H＋)＝ mol·L－1≈6.90×10－10 mol·L－1，pH＝－lg c(H＋)＝－lg(6.90×10－10)≈9.16,9
17．(2024·河南检测)冶金工业的钒渣含有V2O3、Cr2O3、SiO2、Fe2O3、FeO等，一种利用钒渣提钒并进行钒、铬分离的工艺流程如图所示：
已知：Ksp(BaCO3)＝5.1×10－9，Ksp(BaCrO4)＝1.2×10－10，Ksp(CaCrO4)＝2.3×10－2；“净化液”中溶质只含有NaVO3、Na2CrO4。
请回答下列问题：
(1)在“氧化焙烧”中被氧化的元素是________(填元素符号)。
(2)为提高“水浸”效率，可采取的措施有___________________________________ (答出两条)。
(3)H2SO4“酸浸”得到的副产品①是________，它的一种用途是________________________。
(4)“调pH＝2”，最适宜使用的酸是________。
(5)“沉铬”反应的离子方程式为__________________________________________________，“沉铬”反应的理论转化率为________(保留3位有效数字)。
(6)由于母液①最终返回到________工序循环使用，因此，即使“沉铬”转化率低于理论值也不会对铬的回收产生多大的影响。
(7)用NaHSO4“浸出”时发生反应的化学方程式为________________________________。
解析：钒渣氧化焙烧时，根据物质中元素化合价，可知被氧化的元素是V、Cr、Fe；水浸后得到滤渣和“净化液”，“净化液”中溶质只含有NaVO3、Na2CrO4；加氧化钙沉钒得到Ca(VO3)2，酸浸后得到副产品①CaSO4和浸出液①，浸出液①主要成分为HVO3，调pH＝2后加入硫酸铵，沉钒后煅烧得到V2O5；沉钒后的滤液中加入碳酸钡，由于Ksp(BaCO3)>Ksp(BaCrO4)，沉铬得到BaCrO4，母液①可返回到水浸工序循环使用；滤饼②加NaHSO4浸出，得到BaSO4和Na2Cr2O7。
(1)根据分析，氧化焙烧被氧化的元素是V、Cr、Fe。
(2)为提高“水浸”效率，可采取的措施有将焙烧产物粉碎；适当升高温度；搅拌等。
(3)H2SO4“酸浸”得到的副产品①是CaSO4，它的用途是作为建筑原料，制造水泥、石膏等。
(4)根据流程，阴离子为硫酸根离子，故“调pH＝2”，最适宜使用的酸是H2SO4。
(5)“沉铬”反应的离子方程式为BaCO3＋CrO===BaCrO4＋CO或BaCO3(s)＋CrO(aq)??BaCrO4(s)＋CO(aq)。沉淀转化的Ksp＝＝＝＝42.5，设铬酸根离子的起始浓度为a mol·L－1，转化浓度为ax mol·L－1，生成碳酸根离子的浓度为ax mol·L－1，则＝42.5，解得x≈0.977，故沉铬的理论转化率为×100%＝97.7%。
(6)根据分析，母液①最终返回到“水浸”工序循环使用。
(7)用NaHSO4“浸出”时发生反应的化学方程式为2BaCrO4＋2NaHSO4===Na2Cr2O7＋2BaSO4＋H2O。
答案：(1)V、Cr、Fe (2)将焙烧产物粉碎；适当升高温度；搅拌等
(3)CaSO4 作为建筑原料，制造水泥、石膏等 (4)H2SO4
(5)BaCO3＋CrO===BaCrO4＋CO[或BaCO3(s)＋CrO(aq)??BaCrO4(s)＋CO(aq)] 97.7% (6)“水浸”
(7)2BaCrO4＋2NaHSO4===Na2Cr2O7＋2BaSO4＋H2O
18.(2023·河北化学)闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离，同时得到的CuCl可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下：
已知：室温下的Ksp(CuCl)＝10－6.8。
回答下列问题：
(1)首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到，其主要成分为________(填化学式)。
(2)滤渣的主要成分为________(填化学式)。
(3)浸取工序的产物为[Cu(NH3)2]Cl，该工序发生反应的化学方程式为__________________。浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①，氧化工序发生反应的离子方程式为_______________________________________________。
(4)浸取工序宜在30～40 ℃之间进行，当环境温度较低时，浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是________________________________。
(5)补全中和工序中主反应的离子方程式：
[Cu(NH3)2]＋＋2H＋＋Cl－===________＋________。
(6)真空干燥的目的为_____________________________________________。
答案：(1)[Cu(NH3)4]Cl2 (2)Fe
(3)[Cu(NH3)4]Cl2＋Cu===2[Cu(NH3)2]Cl 8NH3＋4[Cu(NH3)2]＋＋O2＋4H＋===4[Cu(NH3)4]2＋＋2H2O
(4)盐酸和液氨反应放热
(5)CuCl↓ 2NH
(6)防止干燥过程中CuCl被空气中的O2氧化
解析：(1)由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到的深蓝色溶液①为二氯化四氨合铜。(2)滤渣的主要成分为铁。(3)浸取工序发生的反应为二氯化四氨合铜溶液与铜反应生成一氯化二氨合亚铜，反应的化学方程式为[Cu(NH3)4]Cl2＋Cu===2[Cu(NH3)2]Cl；氧化工序中一氯化二氨合亚铜发生的反应为一氯化二氨合亚铜溶液与氨水、氧气、盐酸反应生成二氯化四氨合铜和水，反应的离子方程式为8NH3＋4[Cu(NH3)2]＋＋O2＋4H＋===4[Cu(NH3)4]2＋＋2H2O。(4)浸取工序中盐酸与液氨反应生成氯化铵的反应为放热反应，反应放出的热量可以使反应温度保持在30～40 ℃之间，所以当环境温度较低时，浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取。(5)由题给方程式可知，溶液中二氨合亚铜离子与氯离子、氢离子反应生成氯化亚铜沉淀和铵根离子，反应的离子方程式为[Cu(NH3)2]＋＋2H＋＋Cl－===CuCl↓＋2NH。(6)氯化亚铜易被空气中的氧气氧化，所以为了防止干燥过程中氯化亚铜被氧化，应采用真空干燥的方法干燥。
19．(2023·北京化学)资料显示，I2可以将Cu氧化为Cu2＋。某小组同学设计实验探究Cu被I2氧化的产物及铜元素的价态。
已知：I2易溶于KI溶液，发生反应I2＋I－??I(红棕色)；I2和I氧化性几乎相同。
Ⅰ.将等体积的KI溶液加入到m mol铜粉和n mol I2(n>m)的固体混合物中，振荡。
实验记录如表：
c(KI) 实验现象
实验Ⅰ 0.01 mol·L－1 极少量I2溶解，溶液为淡红色；充分反应后，红色的铜粉转化为白色沉淀，溶液仍为淡红色
实验Ⅱ 0.1 mol·L－1 部分I2溶解，溶液为红棕色；充分反应后，红色的铜粉转化为白色沉淀，溶液仍为红棕色
实验Ⅲ 4 mol·L－1 I2完全溶解，溶液为深红棕色；充分反应后，红色的铜粉完全溶解，溶液为深红棕色
(1)初始阶段，Cu被氧化的反应速率：实验Ⅰ________(填“>”“<”或“＝”)实验Ⅱ。
(2)实验Ⅲ所得溶液中，被氧化的铜元素的可能存在形式有[Cu(H2O)4]2＋(蓝色)或[CuI2]－(无色)，进行以下实验探究：
步骤a.取实验Ⅲ的深红棕色溶液，加入CCl4，多次萃取、分液。
步骤b.取分液后的无色水溶液，滴入浓氨水。溶液颜色变浅蓝色，并逐渐变深。
①步骤a的目的是______________________________________。
②查阅资料，2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2，[Cu(NH3)2]＋(无色)容易被空气氧化。用离子方程式解释步骤b的溶液中发生的变化：__________________________________________。
(3)结合实验Ⅲ，推测实验Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，实验Ⅰ中铜被氧化的化学方程式是_______________________________________________。分别取实验Ⅰ和Ⅱ充分反应后的固体，洗涤后得到白色沉淀，加入浓KI溶液，______________________________________________________________(填实验现象)，观察到少量红色的铜。分析铜未完全反应的原因是__________________ ______________________________________________________。
(4)上述实验结果，I2仅将Cu氧化为＋1价。在隔绝空气的条件下进行电化学实验，证实了I2能将Cu氧化为Cu2＋。装置如图所示，a、b分别是_____________________________________________________。
(5)运用氧化还原反应规律，分析在上述实验中Cu被I2氧化的产物中价态不同的原因：____________________________________________________________ ______________________________________________。
解析：因I2溶解度较小，Cu与I2接触不充分，将I2转化为I可以提高Cu与I的接触面积，提高反应速率。加入CCl4，反应I2＋I－??I平衡逆向移动，除去I，加入氨水后[CuI2]－转化为[Cu(NH3)2]＋，被氧气氧化为[Cu(NH3)4]2＋，故而产生无色溶液变为蓝色的现象。(1)提高KI浓度，便于提高I的浓度，与Cu接触更加充分，Cu与I的反应速率加快，故反应速率：实验Ⅰ<实验Ⅱ。(2)①加入CCl4，反应I2＋I－??I平衡逆向移动，除去I，防止干扰后续实验。②加入氨水后[CuI2]－转化为[Cu(NH3)2]＋，无色的[Cu(NH3)2]＋被氧气氧化为蓝色的[Cu(NH3)4]2＋，方程式为[CuI2]－＋2NH3·H2O===[Cu(NH3)2]＋＋2H2O＋2I－、4[Cu(NH3)2]＋＋O2＋8NH3·H2O===4[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－＋6H2O。(3)结合实验Ⅲ，推测实验Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，实验Ⅰ中铜被氧化的化学方程式是2Cu＋I2===2CuI或2Cu＋KI3===2CuI＋KI；2Cu＋I2===2CuI反应可逆，加入浓KI溶液，I2与I－结合，浓度减小，CuI转化为Cu和I2，故白色沉淀溶解，溶液变为红棕色，出现红色固体。(4)要验证I2能将Cu氧化为Cu2＋，需设计原电池负极材料为Cu，b为含n mol I2的4 mol·L－1的KI溶液。(5)铜与碘反应的体系在原电池装置中，I2将Cu氧化为Cu2＋；而在实验Ⅰ、实验Ⅱ和实验Ⅲ中Cu被氧化为Cu＋，这是由于在实验Ⅰ、实验Ⅱ、实验Ⅲ中Cu＋可以进一步与I－结合生成CuI沉淀或[CuI2]－，Cu＋浓度减小使得Cu2＋氧化性增强，发生反应2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2和2Cu2＋＋6I－===2[CuI2]－＋I2。
答案：(1)< (2)①除去I，防止干扰后续实验 ②[CuI2]－＋2NH3·H2O===[Cu(NH3)2]＋＋2H2O＋2I－、4[Cu(NH3)2]＋＋O2＋8NH3·H2O===4[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－＋6H2O (3)2Cu＋I2===2CuI(或2Cu＋KI3===2CuI＋KI) 白色沉淀逐渐溶解，溶液变为红棕色 铜与碘的反应为可逆反应(或I浓度小，未能氧化全部的Cu) (4)铜、含n mol I2的4 mol·L－1的KI溶液 (5)在实验Ⅰ、实验Ⅱ、实验Ⅲ中Cu＋可以进一步与I－结合生成CuI沉淀或[CuI2]－，Cu＋浓度减小使得Cu2＋氧化性增强，发生反应2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2和2Cu2＋＋6I－===2[CuI2]－＋I2
20．(2023·湖北化学)学习小组探究了铜的氧化过程及铜的氧化物的组成。回答下列问题。
(1)铜与浓硝酸反应的装置如图，仪器A的名称为________，装置B的作用为________。
(2)铜与过量H2O2反应的探究如下：
实验②中Cu溶解的离子方程式为___________________________________________________；产生的气体为________。比较实验①和②，从氧化还原角度说明H＋的作用是________。
(3)用足量NaOH处理实验②新制的溶液得到沉淀X，元素分析表明X为铜的氧化物，提纯干燥后的X在惰性氛围下加热，m g X完全分解为n g黑色氧化物Y，＝。X的化学式为________。
(4)取含X粗品0.050 0 g(杂质不参加反应)与过量的酸性KI完全反应后，调节溶液至弱酸性。以淀粉为指示剂，用0.100 0 mol·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定，滴定终点时消耗Na2S2O3标准溶液15.00 mL。(已知：2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2，I2＋2S2O===2I－＋S4O)标志滴定终点的现象是__________________，粗品中X的相对含量为________。
解析：(1)由图可知，仪器A的名称为具支试管；铜和浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，其中二氧化氮易溶于水，需要防止倒吸，则装置B的作用为防止倒吸。(2)根据实验现象，铜片溶解，溶液变蓝，可知在酸性条件下铜和过氧化氢发生反应生成硫酸铜，离子方程式为Cu＋H2O2＋2H＋=== Cu2＋＋2H2O；硫酸铜可以催化过氧化氢分解生成氧气，则产生的气体为O2；在铜和过氧化氢的反应过程中，氢元素的化合价没有发生变化，故从氧化还原角度说明H＋既不是氧化剂，也不是还原剂。(3)在该反应中铜的质量m(Cu)＝n g×＝ g，因为＝，则m(O)＝n g×＋(m－n)g＝ g，则X的化学式中铜原子和氧原子的物质的量之比为＝＝，则X为CuO2。(4)滴定结束的时候，单质碘消耗完，则标志滴定终点的现象是溶液蓝色消失，且半分钟内不恢复原来的颜色；在CuO2中铜为＋2价，氧为－1价，根据2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2，I2＋2S2O===2I－＋S4O，可以得到关系式：CuO2～1.5I2～3S2O，则n(CuO2)＝×0.100 0 mol·L－1×0.015 L＝0.000 5 mol，粗品中X的相对含量为×100%＝96%。
答案：(1)具支试管 防止倒吸
(2)Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O O2 既不是氧化剂，也不是还原剂
(3)CuO2
(4)溶液蓝色消失，且半分钟内不恢复原来的颜色 96%
21.(2023·北京化学)以银锰精矿(主要含Ag2S、MnS、FeS2)和氧化锰矿(主要含MnO2)为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如图。
已知：酸性条件下，MnO2的氧化性强于Fe3＋。
(1)“浸锰”过程是在H2SO4溶液中使矿石中的锰元素浸出，同时去除FeS2，有利于后续银的浸出；矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中。
①“浸锰”过程中，发生反应MnS＋2H＋===Mn2＋＋H2S↑，则可推断：Ksp(MnS)________(填“>”或“<”)Ksp(Ag2S)。
②在H2SO4溶液中，银锰精矿中的FeS2和氧化锰矿中的MnO2发生反应，则浸锰液中主要的金属阳离子有________。
(2)“浸银”时，使用过量FeCl3、HCl和CaCl2的混合液作为浸出剂，将Ag2S中的银以[AgCl2]－形式浸出。
①将“浸银”反应的离子方程式补充完整。
Fe3＋＋Ag2S＋________??________＋2[AgCl2]－＋S
②结合平衡移动原理，解释浸出剂中Cl－、H＋的作用：______________________________。
(3) “沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂。
①该步反应的离子方程式有____________________________________________________。
②一定温度下，Ag的沉淀率随反应时间的变化如图所示。解释t分钟后Ag的沉淀率逐渐减小的原因：___________________________________________________________________________。
(4)结合“浸锰”过程，从两种矿石中各物质利用的角度，分析联合提取银和锰的优势：_______________________________________________________。
答案：(1)①> ②Fe3＋、Mn2＋ (2)①2 4 Cl－ 2 Fe2＋ ②Cl－是为了与Ag2S电离出的Ag＋结合生成[AgCl2]－，使平衡正向移动，提高Ag2S的浸出率；H＋是为了抑制Fe3＋水解，防止生成Fe(OH)3沉淀 (3)①2[AgCl2]－＋Fe===Fe2＋＋2Ag＋4Cl－、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
②Fe2＋被氧气氧化为Fe3＋，Fe3＋把Ag氧化为Ag＋ (4)可将两种矿石中的锰元素同时提取到浸锰液中，得到MnSO4，同时将银元素和锰元素分离开；生成的Fe3＋还可以用于浸银，节约氧化剂
解析：(1)①“浸锰”过程中，矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中，MnS发生反应MnS＋2H＋===Mn2＋＋H2S↑，硫化锰溶于强酸而硫化银不溶于强酸，则可推断：Ksp(MnS)>Ksp(Ag2S)。②根据信息，在H2SO4溶液中二氧化锰可将Fe2＋氧化为Fe3＋，自身被还原为Mn2＋，则浸锰液中主要的金属阳离子有Fe3＋、Mn2＋。(2)①Ag2S中S元素化合价升高，Fe元素化合价降低，根据得失电子守恒、元素守恒，该离子方程式为2Fe3＋＋Ag2S＋4Cl－??2Fe2＋＋2[AgCl2]－＋S。②Cl－是为了与Ag2S电离出的Ag＋结合生成[AgCl2]－，使平衡正向移动，提高Ag2S的浸出率；H＋是为了抑制Fe3＋水解，防止生成Fe(OH)3沉淀。(3)①铁粉可将[AgCl2]－还原为单质银，过量的铁粉还可以与铁离子发生反应，因此离子方程式为2[AgCl2]－＋Fe===Fe2＋＋2Ag＋4Cl－、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。②溶液中生成的Fe2＋会被空气中的氧气缓慢氧化为Fe3＋，Fe3＋把部分Ag氧化为Ag＋，因此t分钟后银的沉淀率逐渐降低。(4)联合提取银和锰的优势在于“浸锰”过程可将两种矿石中的锰元素同时提取到浸锰液中，将银元素和锰元素分离开，酸性条件下，MnO2能将FeS2中的Fe2＋氧化为Fe3＋，生成的Fe3＋还可以用于浸银，节约氧化剂，同时得到MnSO4。
22．(2024·衡水模拟)锌是一种重要的金属，在电镀、电池等工业上应用广泛。以废锌催化剂(主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO2)为原料制备锌的工艺流程如图所示。
已知：①“浸取”后溶液中的阳离子主要是[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋。
②25 ℃时Ksp(ZnS)＝1.6×10－24。
③深度除杂标准：溶液中≤2.0×10－6。
回答下列问题：
(1)滤渣①的主要成分是__________________________________________(填化学式)；“浸取”时，ZnO发生反应的离子方程式为_____________________________________________。
(2)萃取时需要进行多次萃取且合并萃取液，其目的是____________________________________。
(3)“深度除铜”时涉及的部分反应为
[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O??Cu2＋＋4NH3·H2O K1＝a
[Cu(NH3)4]2＋＋S2－＋4H2O??CuS↓＋4NH3·H2O K2＝b
(NH4)2S的加入量[×100%]对锌的回收率及铜锌比的影响如图所示。
①当(NH4)2S加入量超过100%时，锌的回收率下降的可能原因是___________________________________________(用离子方程式表示)。
②(NH4)2S较为合理的加入量约为120%，理由是______________________________________。
③室温下，向“浸取”液中加入一定量(NH4)2S固体，“深度除铜”后，测得溶液中c(Cu2＋)为1.0×10－8 mol·L－1，此时溶液中c(S2－)为________ mol·L－1(用含a、b的代数式表示，忽略S2－水解)。
(4)用惰性电极“电解”时，阴极存在竞争反应，该竞争反应的电极反应式为____________________。
解析：废锌催化剂主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO2，浸取时ZnO、CuO溶解并生成[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋，浸取过滤后滤渣①主要成分为Fe2O3、MnO2，深度除铜中[Cu(NH3)4]2＋与S2－反应生成CuS沉淀，过滤后滤液中加入有机萃取剂萃取[Zn(NH3)4]2＋，分液后除去水层及杂质，再用H2SO4反萃取，生成ZnSO4，分液后除去有机层及杂质，最后得到含硫酸的硫酸锌溶液，电解ZnSO4溶液获得单质Zn。
(1)根据“已知①”，浸取时Fe2O3、MnO2没有溶解，过滤后所得滤渣①的主要成分是Fe2O3、MnO2。“浸取”时，ZnO发生反应的离子方程式为2NH3·H2O＋2NH＋ZnO===[Zn(NH3)4]2＋＋3H2O。
(2)萃取时需要进行多次萃取且合并萃取液，其目的是收集尽可能多的Zn2＋，提高Zn2＋的萃取率。
(3)①根据“深度除铜”时涉及的部分反应，当(NH4)2S加入量超过100%时，有可能使c(S2－)增大，S2－与[Zn(NH3)4]2＋反应生成ZnS沉淀而使锌的回收率下降，有关反应的离子方程式为[Zn(NH3)4]2＋＋S2－＋4H2O===ZnS↓＋4NH3·H2O。
②根据图中曲线关系，(NH4)2S较为合理的加入量约为120%，理由是此时锌的回收率高，铜锌比较低、符合深度除杂标准，且高于120%时铜锌比变化较小。
③根据“深度除铜”时涉及的部分反应得：K1＝＝a，K2＝＝b，除铜后溶液中c(Cu2＋)＝1.0×10－8 mol·L－1，代入K1计算式得＝，所得结果再代入K2计算式得：c(S2－)＝×108 mol·L－1。
(4)反萃取时为保证萃取率，硫酸需要过量，因此电解时硫酸锌溶液中含有硫酸，用惰性电极“电解”时，H＋也会在阴极被电解生成H2，故阴极存在的竞争反应的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
答案：(1)Fe2O3、MnO2 2NH3·H2O＋2NH＋ZnO===[Zn(NH3)4]2＋＋3H2O (2)收集尽可能多的Zn2＋，提高Zn2＋的萃取率 (3)①[Zn(NH3)4]2＋＋S2－＋4H2O===ZnS↓＋4NH3·H2O ②锌的回收率高，铜锌比较低、符合深度除杂标准，且高于120%时铜锌比变化较小 ③×108 (4)2H＋＋2e－===H2↑
23.(2023·广东化学)Ni、Co均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Al3＋、Mg2＋)中，利用氨浸工艺可提取Ni、Co，并获得高附加值化工产品。工艺流程如图：
已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常温下，Ni2＋、Co2＋、Co3＋与NH3形成可溶于水的配离子；lg Kb(NH3·H2O)＝－4.7；Co(OH)2易被空气氧化为Co(OH)3；部分氢氧化物的Ksp如表。
氢氧化物 Co(OH)2 Co(OH)3 Ni(OH)2 Al(OH)3 Mg(OH)2
Ksp 5.9×10－15 1.6×10－44 5.5×10－16 1.3×10－33 5.6×10－12
回答下列问题：
(1)活性MgO可与水反应，化学方程式为__________________________ ____________________。
(2)常温下，pH＝9.9的氨性溶液中，c(NH3·H2O)________(填“>”“<”或“＝”)c(NH)。
(3)“氨浸”时，由Co(OH)3转化为[Co(NH3)6]2＋的离子方程式为_____________________。
(4)(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰。
①NH4Al(OH)2CO3属于________(填“晶体”或“非晶体”)。
②(NH4)2CO3提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是_______________________ _____________________。
(5)①“析晶”过程中通入的酸性气体A为________。
②由CoCl2可制备AlxCoOy晶体，其立方晶胞如图。Al与O最小间距大于Co与O最小间距，x、y为整数，则Co在晶胞中的位置为________；晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为________。
(6)①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则所得HNO3溶液中n(HNO3)与n(H2O)的比值，理论上最高为________。
②“热解”对于从矿石提取Ni、Co工艺的意义，在于可重复利用HNO3和________________________________________________________________(填化学式)。
答案：(1)MgO＋H2O===Mg(OH)2 (2)＞ (3)2Co(OH)3＋12NH3·H2O＋SO===2[Co(NH3)6]2＋＋SO＋13H2O＋4OH－或2Co(OH)3＋8NH3·H2O＋4NH＋SO===2[Co(NH3)6]2＋＋SO＋13H2O (4)①晶体 ②减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积 (5)①HCl ②体心 12 (6)①0.4或2∶5 ②MgO
解析：硝酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Al3＋、Mg2＋)中加入活性氧化镁调节溶液pH，过滤，得到滤液1主要含硝酸镁，结晶纯化得到硝酸镁晶体，再热解得到氧化镁和硝酸。滤泥加入氨性溶液氨浸，过滤，滤液2进行镍钴分离，经过一系列操作得到CoCl2和饱和NiCl2溶液，向饱和NiCl2溶液中加入氯化氢气体、结晶得到NiCl2·4H2O晶体。
(1)活性MgO可与水反应，化学方程式为MgO＋H2O===Mg(OH)2。
(2)常温下，pH＝9.9的氨性溶液中，lg Kb(NH3·H2O)＝－4.7，Kb(NH3·H2O)＝10－4.7＝，＝＝＝10－0.6<1，则c(NH3·H2O)＞c(NH)。
(3)“氨浸”时，Co(OH)3与亚硫酸根发生氧化还原反应，并与氨水反应生成[Co(NH3)6]2＋，则由Co(OH)3转化为[Co(NH3)6]2＋的离子方程式为2Co(OH)3＋12NH3·H2O＋SO===2[Co(NH3)6]2＋＋SO＋13H2O＋4OH－或2Co(OH)3＋8NH3·H2O＋4NH＋SO===2[Co(NH3)6]2＋＋SO＋13H2O。
(4)①X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰，则NH4Al(OH)2CO3属于晶体。②根据题意(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物，则(NH4)2CO3提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积。
(5)①“析晶”过程中为了防止Ni2＋水解，因此通入的酸性气体A为HCl。②由CoCl2可制备AlxCoOy晶体，x、y为整数，根据题图中信息Co、Al都只有一个原子，而氧原子(白色小球)有3个，Al与O最小间距大于Co与O最小间距，则Al在顶点，因此Co在晶胞中的位置为体心；Al在顶点，O在面心，因此晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为12。
(6)①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则晶体A为Mg(NO3)2·6H2O，根据Mg(NO3)2＋2H2O??Mg(OH)2＋2HNO3，Mg(OH)2MgO＋H2O，还剩余5个水分子，因此所得HNO3溶液中n(HNO3)与n(H2O)的比值理论上最高为2∶5。②“热解”对于从矿石提取Ni、Co工艺的意义，根据前面分析Mg(NO3)2＋2H2O??Mg(OH)2＋2HNO3，Mg(OH)2MgO＋H2O，在于可重复利用HNO3和MgO。
24．(2023·辽宁化学)某工厂采用如图工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)，实现镍、钴、镁元素的回收。
已知：
物质 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2
Ksp 10－37.4 10－14.7 10－14.7 10－10.8
回答下列问题：
(1)用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为__________________ _____________________________________________________(答出一条即可)。
(2)“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)，1 mol H2SO5中过氧键的数目为________。
(3)“氧化”中，用石灰乳调节pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为________________________________________________(H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱)；滤渣的成分为MnO2、______________(填化学式)。
(4)“氧化”中保持空气通入速率不变，Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如图。SO2体积分数为________时，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是_______________________________________________________________。
(5)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成CoO(OH)，该反应的化学方程式为__________________________________。
(6)“沉镁”中为使Mg2＋沉淀完全(25 ℃)，需控制pH不低于________(精确至0.1)。
解析：(1)用硫酸浸取镍钴矿时，为提高浸取速率可适当增大硫酸浓度、升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面积。(2)H2SO5的结构简式为，所以1 mol H2SO5中过氧键的数目为NA。(3)用石灰乳调节pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为H2O＋Mn2＋＋HSO===MnO2↓＋SO＋3H＋；氢氧化铁的Ksp＝10－37.4，当铁离子完全沉淀时，溶液中c(Fe3＋)＝10－5 mol·L－1，Ksp[Fe(OH)3]＝c3(OH－)·c(Fe3＋)＝c3(OH－)×10－5＝10－37.4，c(OH－)＝10－10.8 mol·L－1，根据Kw＝10－14，pH＝3.2，此时溶液的pH＝4，则铁离子完全水解，生成氢氧化铁沉淀，故滤渣还有氢氧化铁；Ca2＋和SO生成微溶的CaSO4，也进入滤渣中。(4)根据图示可知SO2体积分数为9.0%时，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，由于SO2有还原性，过多将会降低H2SO5的浓度，降低Mn(Ⅱ)氧化速率。(5)“沉钴镍”中得到的Co(OH)2在空气中可被氧化成CoO(OH)，该反应的化学方程式为4Co(OH)2＋O2===4CoO(OH)＋2H2O。(6)氢氧化镁的Ksp＝10－10.8，当镁离子完全沉淀时，c(Mg2＋)＝10－5 mol·L－1，根据Ksp可计算c(OH－)＝10－2.9 mol·L－1，根据Kw＝10－14，c(H＋)＝10－11.1 mol·L－1，所以溶液的pH＝11.1。
答案：(1)适当增大硫酸浓度、适当升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面积(任写一条) (2)NA (3)H2O＋Mn2＋＋HSO===MnO2↓＋SO＋3H＋ Fe(OH)3、CaSO4 (4)9.0% SO2有还原性，过多将会降低H2SO5的浓度，降低Mn(Ⅱ)氧化速率 (5)4Co(OH)2＋O2===4CoO(OH)＋2H2O (6)11.1
25.(2023·全国乙卷)LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿(MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制备LiMn2O4的流程如图：
已知：Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10－39，Ksp[Al(OH)3]＝1.3×10－33，Ksp[Ni(OH)2]＝5.5×10－16。
回答下列问题：
(1)硫酸溶矿主要反应的化学方程式为_____________________________ ___________________________________________。为提高溶矿速率，可采取的措施为________________________________________________(举1例)。
(2)加入少量MnO2的作用是____________________________________。不宜使用H2O2替代MnO2，原因是___________________________________。
(3)溶矿反应完成后，反应器中溶液pH＝4，此时c(Fe3＋)＝______mol·L－1；用石灰乳调节至pH≈7，除去的金属离子是________。
(4)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，生成的沉淀有________________。
(5)在电解槽中，发生电解反应的离子方程式为________________________ ________________________________________________。随着电解反应进行，为保持电解液成分稳定，应不断________________。电解废液可在反应器中循环利用。
(6)煅烧窑中，生成LiMn2O4反应的化学方程式是_____________________ ___________________________________________________。
答案：(1)MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋H2O＋CO2↑ 粉碎菱锰矿(合理即可)
(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋ Fe3＋可以催化H2O2分解
(3)2.8×10－9 Al3＋
(4)BaSO4、NiS
(5)Mn2＋＋2H2OH2↑＋MnO2↓＋2H＋ 加入MnCO3等
(6)2Li2CO3＋8MnO24LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑
解析：(1)菱锰矿中主要含有MnCO3，加入硫酸后可以与其反应，硫酸溶矿主要反应的化学方程式为MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋H2O＋CO2↑；为提高溶矿速率，可以将菱锰矿粉碎。
(2)根据分析，加入MnO2的作用是将酸溶后溶液中含有的Fe2＋氧化为Fe3＋，但不宜使用H2O2氧化Fe2＋，因为氧化后生成的Fe3＋可以催化H2O2分解，不能使溶液中的Fe2＋全部氧化为Fe3＋。
(3)溶矿完成以后，反应器中溶液pH＝4，此时溶液中c(OH－)＝1.0×10－10 mol·L－1，此时体系中含有的c(Fe3＋)＝＝ mol·L－1＝2.8×10－9 mol·L－1，这时，溶液中的c(Fe3＋)小于1.0×10－5 mol·L－1，认为Fe3＋已经沉淀完全；用石灰乳调节至pH≈7，这时溶液中c(OH－)＝1.0×10－7 mol·L－1，由溶度积数据可知，溶液中c(Al3＋)＝1.3×10－12 mol·L－1，c(Ni2＋)＝5.5×10－2 mol·L－1，c(Al3＋)小于1.0×10－5 mol·L－1，Al3＋沉淀完全，这一阶段除去的金属离子是Al3＋。
(4)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，此时溶液中反应的离子方程式为Ba2＋＋SO===BaSO4↓、S2－＋Ni2＋===NiS↓，生成的沉淀有BaSO4、NiS。
(5)在电解槽中，Mn2＋发生反应生成MnO2，反应的离子方程式为Mn2＋＋2H2OH2↑＋MnO2↓＋2H＋；电解时电解液中Mn2＋大量减少，需要加入MnCO3等以保持电解液成分的稳定。
(6)煅烧窑中MnO2与Li2CO3发生反应生成LiMn2O4，反应的化学方程式为2Li2CO3＋8MnO24LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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练习九 过渡金属元素——Cu、Zn、Ag、Co、Ni、V等
1．(2024·湖南名校联考)如图是铜及部分含铜粒子的价荷图。下列推断不合理的是( )
A．在酸性环境中，Cu变成a需要加氧化剂
B．[Cu(OH)4]2－转化成Cu(OH)2需要加碱
C．如果将高铜酸根离子(CuO)填入坐标，应该填在b的位置
D．在酸性环境中，Cu2O可以歧化成a和Cu
2．(2023·山东化学)(双选)一种制备Cu2O的工艺路线如图所示，反应Ⅱ所得溶液pH在3～4之间，反应Ⅲ需及时补加NaOH以保持反应在pH＝5条件下进行。常温下，H2SO3的电离平衡常数Ka1＝1.3×10－2，Ka2＝6.3×10－8。下列说法正确的是( )
A．反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为氧化还原反应
B．低温真空蒸发主要目的是防止NaHSO3被氧化
C．溶液Y可循环用于反应Ⅱ所在操作单元吸收气体Ⅰ
D．若Cu2O产量不变，参与反应Ⅲ的X与CuSO4物质的量之比增大时，需补加NaOH的量减少
3．(2023·湖南化学)处理某铜冶金污水(含Cu2＋、Fe3＋、Zn2＋、Al3＋)的部分流程如图：
已知：①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5
完全沉淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6
②Ksp(CuS)＝6.4×10－36，Ksp(ZnS)＝1.6×10－24。
下列说法错误的是( )
A．“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B．Na2S溶液呈碱性，其主要原因是S2－＋H2O??HS－＋OH－
C．“沉淀池Ⅱ”中，当Cu2＋和Zn2＋完全沉淀时，溶液中＝4.0×10－12
D．“出水”经阴离子交换树脂软化处理后，可用作工业冷却循环用水
4．(2024·鹰潭模拟)对废催化剂进行回收可有效利用金属资源，某含银废催化剂主要含Ag、α-Al2O3(α-Al2O3为载体，不溶于硝酸)及少量MgO、SiO2、K2O、Fe2O3等，一种回收制备高纯银粉工艺的部分流程如图。下列说法正确的是( )
A．废渣只含SiO2
B．气体B可以通入NaOH溶液除去
C．溶解过程的氨水可以换成氢氧化钠溶液
D．“还原”过程中生成无毒气体C，B与C的物质的量的理论比值为4∶3
5．(2023·锦州质检)精炼铜工业中阳极泥的综合利用具有重要意义，从中间产品分金渣(主要成分为AgCl、Ag2S、PbSO4、BaSO4)中获取高纯银的流程如图所示。下列说法错误的是( )
已知：在上述反应的温度下
①Ksp(AgCl)＝1.8×10－10，Ksp(Ag2S)＝6.3×10－50；
②[Ag(SO3)2]3－??Ag＋＋2SO K＝1.0×10－8.68。
A．“分银”时AgCl与Na2SO3反应生成[Ag(SO3)2]3－的离子方程式为AgCl＋2SO??[Ag(SO3)2]3－＋Cl－，该反应的化学平衡常数为1.8×10－1.32
B．“分银渣”的主要成分为PbSO4、BaSO4、Ag2S
C．“沉银”时为防止产生污染性有毒气体，盐酸不宜过量
D．若“还原”时有CO2生成，则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶1
6．(2024·山东模拟)实验室利用钴渣[含Co(OH)3、Fe(OH)3等]制备Co3O4的流程如图所示。已知：Ksp[Co(OH)2]＝1.6×10－15，Ksp(CoC2O4)＝6.3×10－8。下列说法正确的是( )
A．“溶解还原”过程中得到的Co2＋与消耗的Na2SO3物质的量之比为2∶1
B．“沉钴”时，不用Na2C2O4溶液是为了防止溶液碱性太强而生成Co(OH)2沉淀
C．可以用氢氧化钠溶液检验CoC2O4固体是否洗涤干净
D．“焙烧”的化学方程式为3CoC2O4Co3O4＋4CO↑＋2CO2↑
7．(2024·山东模拟)以红土镍镉矿(NiS、CdO，含SiO2、CuO、PbO、Fe2O3等杂质)为原料回收部分金属单质，其工艺流程如图所示：
已知：电极电位是表示某种离子或原子获得电子而被还原的趋势。在25 ℃下，部分电对的电极电位如表。下列说法错误的是( )
电对 Cu2＋/Cu Pb2＋/Pb Cd2＋/Cd Fe2＋/Fe Ni2＋/Ni
电极电位/V ＋0.337 －0.126 －0.402 －0.442 －0.257
A.“浆化”的目的是增大接触面积，加快酸浸反应速率，提高某些金属元素浸取率
B．“物质A”可以是NiCO3，“调pH”后，经加热得Fe(OH)3沉淀
C．“金属A”是Pb和Cu混合物，“金属B”是Cd
D．该工艺流程中可以循环利用的物质有CO、H2SO4、Ni等
8．(2023·辽宁化学)某工厂采用如下工艺制备Cr(OH)3，已知焙烧后Cr元素以＋6价形式存在，下列说法错误的是( )
A．“焙烧”中产生CO2
B．滤渣的主要成分为Fe(OH)2
C．滤液①中Cr元素的主要存在形式为CrO
D．淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
9．(2024·广东冲刺)“乌铜走银”是我国非物质文化遗产之一，该工艺将部分氧化的银丝镶嵌于铜器表面，艺人用“出汗的手”边捂边揉搓铜器，铜表面逐渐变黑，银丝变得银光闪闪。下列说法正确的是( )
A．“乌铜走银”可以类推：“乌铜走铝”
B．“乌铜走银”的反应为Ag2O＋Cu===2Ag＋CuO
C．负极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
D．每生成40 g CuO时转移2 mol电子
10．(2024·北京质检)下列关于铜腐蚀的说法及方程式书写正确的是( )
A．铜在潮湿空气中被腐蚀：2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3
B．铜在NH3环境中被腐蚀：2Cu＋O2＋2NH3·H2O===2Cu2＋＋2NH3＋4OH－
C．HNO3浓度越大，腐蚀反应3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O速率越大
D．利用FeCl3对铜的腐蚀制作印刷线路板：3Cu＋2Fe3＋===2Fe＋3Cu2＋
11．(2023·北京检测)钛酸钡(BaTiO3)是电子陶瓷基础母体原料，超细微BaTiO3粉体的制备方法如图。
已知：TiCl4＋(x＋2)H2O??TiO2·xH2O＋4HCl
下列说法不正确的是( )
A．向TiCl4中先加入H2C2O4，可防止其水解生成TiO2·xH2O
B．得到溶液1的反应：TiCl4＋2H2C2O4＋6NH3·H2O===(NH4)2TiO(C2O4)2＋4NH4Cl＋5H2O
C．加入过量氨水，有利于提高BaTiO(C2O4)2·4H2O的产率
D．“煅烧”得到的气体A是CO、CO2和H2O的混合物
12．(2023·日照模拟)镍电池芯废料中主要含有金属镍，还含有金属钴、铁、铝。一种从镍电池芯废料中回收金属的工艺流程如图。
下列说法正确的是( )
A．“酸溶”时，若改用浓硫酸，反应速率更快，效果更好
B．H2O2在“氧化除杂”和“酸溶”中的作用不同
C．“钴镍分离”时发生反应的离子方程式为ClO－＋2Co2＋＋4OH－＋H2O===2Co(OH)3↓＋Cl－
D．“结晶”时，快速蒸发溶液，得到的晶体颗粒较大
13．(2024·广元模拟)一种废催化剂(含V2O5、V2O4、V2O3和杂质Fe2O3、SiO2等)的处理流程如图所示。已知工序①得到的溶液的主要成分是[VO(C2O4)2]2－、[Fe(C2O4)2]2－和H2C2O4。下列说法错误的是( )
A．固体A的主要成分是SiO2
B．含[Fe(C2O4)2]2－的溶液中存在[Fe(C2O4)2]2－??FeC2O4＋C2O K1＝10－1.8，FeC2O4??Fe2＋＋C2O K2＝10－3.0，若c(C2O)＝0.10 mol·L－1，则＝102.8
C．在实验室中进行工序①要用到普通漏斗，进行浓缩要用到蒸发皿
D．加入足量双氧水生成V2O5·H2O，反应的离子方程式为H2O2＋2[VO(C2O4)2]2－===V2O5·H2O↓＋2C2O
14．(2024·菏泽模拟)某电镀厂废水的pH为0.45，主要含有Sn2＋、Ni2＋和SO，还含有少量的Fe2＋和Co2＋，处理该废水的一种工艺流程如图所示。
下列叙述中错误的是( )
A．“氧化沉铁”时，可适当升高温度加快反应速率
B．调节pH至6.5，进行“氧化沉钴”的离子方程式为ClO－＋2Co2＋＋H2O＋4OH－===2Co(OH)3↓＋Cl－
C．“滤液”中溶质主要为Na2SO4，可回收利用
D．“酸溶”所得SnSO4经电解可回收得到金属Sn
15．(2024·济南检测)工业上可通过“酸性歧化法”和“电解法”制备KMnO4。“酸性歧化法”中，利用软锰矿(主要成分为MnO2)先生成K2MnO4，进而制备KMnO4的流程如图所示。
实验室中模拟“酸性歧化法”制备KMnO4。下列说法正确的是( )
A．为加快“熔融”反应速率，可将矿石粉碎，并用玻璃棒不断翻炒固体
B．“酸化”时若改用盐酸，则反应为3MnO＋4H＋===2MnO＋MnO2＋2H2O
C．“结晶”获取KMnO4晶体时采用蒸发结晶
D．该流程中涉及到的氧化还原反应至少有2个
16．(2023·淮北模拟)常温下，从低品位铜镍矿(含有Fe2O3、FeO、MgO、CuO等杂质)资源中提取镍和铜的一种工艺流程如图。
资料：一些物质的Ksp(25 ℃)如表。
物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Mg(OH)2 Ni(OH)2
Ksp 4.9×10－17 2.8×10－39 5.6×10－12 2.1×10－15
(1)上述流程中，加快反应速率的措施是________。
(2)浸出过程中通入O2的目的是_____________________________________________。
(3)萃取时发生反应：Cu2＋＋2HR??CuR2＋2H＋(HR、CuR2在有机层，Cu2＋、H＋在水层)。
①某种HR的结构简式为，该分子中可能与Cu2＋形成配位键的，原子有________。
②解释反萃取时H2SO4的作用：__________________________________________。
(4)黄钠铁矾[NaFe3(OH)6(SO4)2]比Fe(OH)3更易形成沉淀。反应终点pH与Fe3＋、Ni2＋沉淀率的关系如表。
反应终点pH 沉淀率/%
Fe3＋ Ni2＋
1.5 94.04 0.19
2.5 99.21 0.56
3.8 99.91 3.31
①生成黄钠铁矾的离子方程式是______________________________________________________。
②沉淀Fe3＋时最适宜选用的反应终点pH是________。
(5)第二次使用MgO调节pH使Ni2＋沉淀完全，宜将pH调节至________(填序号)。
a．6～7 b.9～10 c.11～12
17．(2024·河南检测)冶金工业的钒渣含有V2O3、Cr2O3、SiO2、Fe2O3、FeO等，一种利用钒渣提钒并进行钒、铬分离的工艺流程如图所示：
已知：Ksp(BaCO3)＝5.1×10－9，Ksp(BaCrO4)＝1.2×10－10，Ksp(CaCrO4)＝2.3×10－2；“净化液”中溶质只含有NaVO3、Na2CrO4。
请回答下列问题：
(1)在“氧化焙烧”中被氧化的元素是________(填元素符号)。
(2)为提高“水浸”效率，可采取的措施有___________________________________ (答出两条)。
(3)H2SO4“酸浸”得到的副产品①是________，它的一种用途是________________________。
(4)“调pH＝2”，最适宜使用的酸是________。
(5)“沉铬”反应的离子方程式为__________________________________________________，“沉铬”反应的理论转化率为________(保留3位有效数字)。
(6)由于母液①最终返回到________工序循环使用，因此，即使“沉铬”转化率低于理论值也不会对铬的回收产生多大的影响。
(7)用NaHSO4“浸出”时发生反应的化学方程式为________________________________。
18.(2023·河北化学)闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离，同时得到的CuCl可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下：
已知：室温下的Ksp(CuCl)＝10－6.8。
回答下列问题：
(1)首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到，其主要成分为________(填化学式)。
(2)滤渣的主要成分为________(填化学式)。
(3)浸取工序的产物为[Cu(NH3)2]Cl，该工序发生反应的化学方程式为__________________。浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①，氧化工序发生反应的离子方程式为_______________________________________________。
(4)浸取工序宜在30～40 ℃之间进行，当环境温度较低时，浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是________________________________。
(5)补全中和工序中主反应的离子方程式：
[Cu(NH3)2]＋＋2H＋＋Cl－===________＋________。
(6)真空干燥的目的为_____________________________________________。
答案：(1)[Cu(NH3)4]Cl2 (2)Fe
(3)[Cu(NH3)4]Cl2＋Cu===2[Cu(NH3)2]Cl 8NH3＋4[Cu(NH3)2]＋＋O2＋4H＋===4[Cu(NH3)4]2＋＋2H2O
(4)盐酸和液氨反应放热
(5)CuCl↓ 2NH
(6)防止干燥过程中CuCl被空气中的O2氧化
19．(2023·北京化学)资料显示，I2可以将Cu氧化为Cu2＋。某小组同学设计实验探究Cu被I2氧化的产物及铜元素的价态。
已知：I2易溶于KI溶液，发生反应I2＋I－??I(红棕色)；I2和I氧化性几乎相同。
Ⅰ.将等体积的KI溶液加入到m mol铜粉和n mol I2(n>m)的固体混合物中，振荡。
实验记录如表：
c(KI) 实验现象
实验Ⅰ 0.01 mol·L－1 极少量I2溶解，溶液为淡红色；充分反应后，红色的铜粉转化为白色沉淀，溶液仍为淡红色
实验Ⅱ 0.1 mol·L－1 部分I2溶解，溶液为红棕色；充分反应后，红色的铜粉转化为白色沉淀，溶液仍为红棕色
实验Ⅲ 4 mol·L－1 I2完全溶解，溶液为深红棕色；充分反应后，红色的铜粉完全溶解，溶液为深红棕色
(1)初始阶段，Cu被氧化的反应速率：实验Ⅰ________(填“>”“<”或“＝”)实验Ⅱ。
(2)实验Ⅲ所得溶液中，被氧化的铜元素的可能存在形式有[Cu(H2O)4]2＋(蓝色)或[CuI2]－(无色)，进行以下实验探究：
步骤a.取实验Ⅲ的深红棕色溶液，加入CCl4，多次萃取、分液。
步骤b.取分液后的无色水溶液，滴入浓氨水。溶液颜色变浅蓝色，并逐渐变深。
①步骤a的目的是______________________________________。
②查阅资料，2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2，[Cu(NH3)2]＋(无色)容易被空气氧化。用离子方程式解释步骤b的溶液中发生的变化：__________________________________________。
(3)结合实验Ⅲ，推测实验Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，实验Ⅰ中铜被氧化的化学方程式是_______________________________________________。分别取实验Ⅰ和Ⅱ充分反应后的固体，洗涤后得到白色沉淀，加入浓KI溶液，______________________________________________________________(填实验现象)，观察到少量红色的铜。分析铜未完全反应的原因是__________________ ______________________________________________________。
(4)上述实验结果，I2仅将Cu氧化为＋1价。在隔绝空气的条件下进行电化学实验，证实了I2能将Cu氧化为Cu2＋。装置如图所示，a、b分别是_____________________________________________________。
(5)运用氧化还原反应规律，分析在上述实验中Cu被I2氧化的产物中价态不同的原因：____________________________________________________________ ______________________________________________。
20．(2023·湖北化学)学习小组探究了铜的氧化过程及铜的氧化物的组成。回答下列问题。
(1)铜与浓硝酸反应的装置如图，仪器A的名称为________，装置B的作用为________。
(2)铜与过量H2O2反应的探究如下：
实验②中Cu溶解的离子方程式为___________________________________________________；产生的气体为________。比较实验①和②，从氧化还原角度说明H＋的作用是________。
(3)用足量NaOH处理实验②新制的溶液得到沉淀X，元素分析表明X为铜的氧化物，提纯干燥后的X在惰性氛围下加热，m g X完全分解为n g黑色氧化物Y，＝。X的化学式为________。
(4)取含X粗品0.050 0 g(杂质不参加反应)与过量的酸性KI完全反应后，调节溶液至弱酸性。以淀粉为指示剂，用0.100 0 mol·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定，滴定终点时消耗Na2S2O3标准溶液15.00 mL。(已知：2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2，I2＋2S2O===2I－＋S4O)标志滴定终点的现象是__________________，粗品中X的相对含量为________。
21.(2023·北京化学)以银锰精矿(主要含Ag2S、MnS、FeS2)和氧化锰矿(主要含MnO2)为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如图。
已知：酸性条件下，MnO2的氧化性强于Fe3＋。
(1)“浸锰”过程是在H2SO4溶液中使矿石中的锰元素浸出，同时去除FeS2，有利于后续银的浸出；矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中。
①“浸锰”过程中，发生反应MnS＋2H＋===Mn2＋＋H2S↑，则可推断：Ksp(MnS)________(填“>”或“<”)Ksp(Ag2S)。
②在H2SO4溶液中，银锰精矿中的FeS2和氧化锰矿中的MnO2发生反应，则浸锰液中主要的金属阳离子有________。
(2)“浸银”时，使用过量FeCl3、HCl和CaCl2的混合液作为浸出剂，将Ag2S中的银以[AgCl2]－形式浸出。
①将“浸银”反应的离子方程式补充完整。
Fe3＋＋Ag2S＋________??________＋2[AgCl2]－＋S
②结合平衡移动原理，解释浸出剂中Cl－、H＋的作用：______________________________。
(3) “沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂。
①该步反应的离子方程式有____________________________________________________。
②一定温度下，Ag的沉淀率随反应时间的变化如图所示。解释t分钟后Ag的沉淀率逐渐减小的原因：___________________________________________________________________________。
(4)结合“浸锰”过程，从两种矿石中各物质利用的角度，分析联合提取银和锰的优势：_______________________________________________________。
22．(2024·衡水模拟)锌是一种重要的金属，在电镀、电池等工业上应用广泛。以废锌催化剂(主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO2)为原料制备锌的工艺流程如图所示。
已知：①“浸取”后溶液中的阳离子主要是[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋。
②25 ℃时Ksp(ZnS)＝1.6×10－24。
③深度除杂标准：溶液中≤2.0×10－6。
回答下列问题：
(1)滤渣①的主要成分是__________________________________________(填化学式)；“浸取”时，ZnO发生反应的离子方程式为_____________________________________________。
(2)萃取时需要进行多次萃取且合并萃取液，其目的是____________________________________。
(3)“深度除铜”时涉及的部分反应为
[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O??Cu2＋＋4NH3·H2O K1＝a
[Cu(NH3)4]2＋＋S2－＋4H2O??CuS↓＋4NH3·H2O K2＝b
(NH4)2S的加入量[×100%]对锌的回收率及铜锌比的影响如图所示。
①当(NH4)2S加入量超过100%时，锌的回收率下降的可能原因是___________________________________________(用离子方程式表示)。
②(NH4)2S较为合理的加入量约为120%，理由是______________________________________。
③室温下，向“浸取”液中加入一定量(NH4)2S固体，“深度除铜”后，测得溶液中c(Cu2＋)为1.0×10－8 mol·L－1，此时溶液中c(S2－)为________ mol·L－1(用含a、b的代数式表示，忽略S2－水解)。
(4)用惰性电极“电解”时，阴极存在竞争反应，该竞争反应的电极反应式为____________________。
23.(2023·广东化学)Ni、Co均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Al3＋、Mg2＋)中，利用氨浸工艺可提取Ni、Co，并获得高附加值化工产品。工艺流程如图：
已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常温下，Ni2＋、Co2＋、Co3＋与NH3形成可溶于水的配离子；lg Kb(NH3·H2O)＝－4.7；Co(OH)2易被空气氧化为Co(OH)3；部分氢氧化物的Ksp如表。
氢氧化物 Co(OH)2 Co(OH)3 Ni(OH)2 Al(OH)3 Mg(OH)2
Ksp 5.9×10－15 1.6×10－44 5.5×10－16 1.3×10－33 5.6×10－12
回答下列问题：
(1)活性MgO可与水反应，化学方程式为__________________________ ____________________。
(2)常温下，pH＝9.9的氨性溶液中，c(NH3·H2O)________(填“>”“<”或“＝”)c(NH)。
(3)“氨浸”时，由Co(OH)3转化为[Co(NH3)6]2＋的离子方程式为_____________________。
(4)(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰。
①NH4Al(OH)2CO3属于________(填“晶体”或“非晶体”)。
②(NH4)2CO3提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是_______________________ _____________________。
(5)①“析晶”过程中通入的酸性气体A为________。
②由CoCl2可制备AlxCoOy晶体，其立方晶胞如图。Al与O最小间距大于Co与O最小间距，x、y为整数，则Co在晶胞中的位置为________；晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为________。
(6)①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则所得HNO3溶液中n(HNO3)与n(H2O)的比值，理论上最高为________。
②“热解”对于从矿石提取Ni、Co工艺的意义，在于可重复利用HNO3和________________________________________________________________(填化学式)。
24．(2023·辽宁化学)某工厂采用如图工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)，实现镍、钴、镁元素的回收。
已知：
物质 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2
Ksp 10－37.4 10－14.7 10－14.7 10－10.8
回答下列问题：
(1)用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为__________________ _____________________________________________________(答出一条即可)。
(2)“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)，1 mol H2SO5中过氧键的数目为________。
(3)“氧化”中，用石灰乳调节pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为________________________________________________(H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱)；滤渣的成分为MnO2、______________(填化学式)。
(4)“氧化”中保持空气通入速率不变，Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如图。SO2体积分数为________时，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是_______________________________________________________________。
(5)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成CoO(OH)，该反应的化学方程式为__________________________________。
(6)“沉镁”中为使Mg2＋沉淀完全(25 ℃)，需控制pH不低于________(精确至0.1)。
25.(2023·全国乙卷)LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿(MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制备LiMn2O4的流程如图：
已知：Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10－39，Ksp[Al(OH)3]＝1.3×10－33，Ksp[Ni(OH)2]＝5.5×10－16。
回答下列问题：
(1)硫酸溶矿主要反应的化学方程式为_____________________________ ___________________________________________。为提高溶矿速率，可采取的措施为________________________________________________(举1例)。
(2)加入少量MnO2的作用是____________________________________。不宜使用H2O2替代MnO2，原因是___________________________________。
(3)溶矿反应完成后，反应器中溶液pH＝4，此时c(Fe3＋)＝______mol·L－1；用石灰乳调节至pH≈7，除去的金属离子是________。
(4)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，生成的沉淀有________________。
(5)在电解槽中，发生电解反应的离子方程式为________________________ ________________________________________________。随着电解反应进行，为保持电解液成分稳定，应不断________________。电解废液可在反应器中循环利用。
(6)煅烧窑中，生成LiMn2O4反应的化学方程式是_____________________ ___________________________________________________。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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