2024年全国甲卷T26-工业流程变式题

1．钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。 注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。 已知：①。 ②以氢氧化物形式沉淀时，和溶液的关系如图所示。 回答下列问题： (1)“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是 。 (2)“酸浸”步骤中，发生反应的化学方程式是 。 (3)假设“沉铜”后得到的滤液中和均为，向其中加入至沉淀完全，此时溶液中 ，据此判断能否实现和的完全分离 (填“能”或“不能”)。 (4)“沉锰”步骤中，生成，产生的物质的量为 。 (5)“沉淀”步骤中，用调，分离出的滤渣是 。 (6)“沉钴”步骤中，控制溶液，加入适量的氧化，其反应的离子方程式为 。 (7)根据题中给出的信息，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是 。 2．钴是生产多种合金和钴盐的重要原料，水钴矿主要成分为CoOOH，同时含有少量Fe、Al、Mn、Mg、Ca的氧化物及其他杂质。用水钴矿制取Co的工艺流程如图所示： 已知：①； ②部分阳离子以氢氧化物形成沉淀时，溶液的pH见下表。 沉淀物 开始沉淀时的pH 7.0 2.7 7.6 7.7 4.0 沉淀完全时的pH 9.6 3.7 9.2 9.8 5.2 请回答下列问题： (1)CoOOH中Co的化合价为 ，溶液的作用是 ，请写出“还原酸浸”中发生的主要氧化还原反应的化学方程式： 。 (2)浸出过程中加入溶液调pH的范围是 ≤pH< (3)当加入过量NaF后，所得滤液Ⅱ中与之比为 。 (4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图1所示，加萃取剂的目的是 ，其使用的最佳pH范围是 (填字母代号)。 a．2.0~2.5　　　b．3.0~3.5　　c．4.0~4.5 (5)热分解质量变化过程如图2所示。其中600℃以前是隔绝空气加热，600℃以后是在空气中加热。A、B、C均为纯净物，C点所示产物的化学式是 。 3．硫锰废渣的主要成分是MnS，还含有NiS、CoS以及少量铁的化合物，利用常压酸浸—溶剂萃取法从硫锰废渣中回收有价金属锰、钻、镍的工艺流程如下： 已知：①“溶浸”中的与均稍过量；②溶液中离子浓度小于为沉淀完全；③；④开始沉淀的分别为7.2、7.7、8.1。 回答下列问题： (1)“溶浸”中发生反应的还原产物是 (填化学式)。MnS溶于会生成，但本工艺“浸出”过程中无产生，利用离子方程式说明原因 。 (2)“沉淀”中调节溶液为3.5，此时 。 (3)“滤渣”中主要有和 ，不能通过调节溶液的完成“除钙”的原因是 。 (4)对萃取剂P204和P507萃取金属离子的影响如下图所示。据此推测，“产品1”中主要的金属阳离子是 ，试剂B应选用 (填“P204”或“P507”)。 (5)在介质中，用氧化可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的。写出该反应的离子方程式 。 4．草酸钴是制作氧化钴和金属钴的原料。一种利用含钴废料(主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、MnO2、Al2O3、CaO、MgO、碳及有机物等)制取草酸钴(CoC2O4)的工艺流程如下: 已知:①浸出液中含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等。 ②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀完全时溶液的pH如表(恰好沉淀完全时离子浓度等于1×10-5 mol·L-1): 沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2 沉淀完全时的pH 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8 ③Ksp(MgF2)=7.35×10-11，Ksp(CaF2)=1.05×10-10。 回答下列问题: （1）焙烧的目的是 ；浸钴过程中Co3+转化为Co2+，反应的离子方程式为 。 （2）加入H2O2的目的是 ；加入Na2CO3溶液，调pH至5.2，滤渣Ⅰ的主要成分为 。 （3）加入过量NaF溶液，可将Ca2+、Mg2+除去，若所得滤液中c(Ca2+)=1.0×10-5 mol·L-1，则滤液中c(Mg2+)为 。 （4）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图所示。滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是 ；萃取时，溶液的pH需要控制在一定范围内才比较适宜，其pH范围约为 。 （5）已知含钴废料中含Co2O3的质量分数为a%，若取m g该含钴废料按照上述流程，理论上最多能制得CoC2O4的质量为 g。(列出计算式即可) 5．回收钴废料能有效缓解金属资源浪费、环境污染等问题。一种以含钴催化剂废料(主要含Co、Fe，还含有少量的CoO、FeO、Fe2O3、CaO、SiO2)制备氧化钴(Co2O3)的工艺流程如下图所示： 已知：①有关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下： 金属离子 Fe2+ Fe3+ Co2+ 开始沉淀的pH 7.5 2.2 6.7 完全沉淀的pH 9.5 3.0 8.7 ②在pH为4~6时，Fe3+水解生成含Fe(OH)3·nFe3+·(n-x) 胶粒的胶体； ③金属钴与铁具有相似的化学性质； ④氧化性：Co3+>ClO-。 回答下列问题： (1)酸浸后，“滤渣”的主要成分有 和 (填化学式)。 (2)“除铁”时加入NaClO，主要反应的离子方程式为 ，再加入Na2CO3溶液调节pH，已知溶液pH对除铁率和钴回收率影响如图所示，则该步骤应控制pH范围为 ，图中钴回收率骤降的可能原因是 。 (3)“滤液2”中主要溶质的常见用途为 。 (4)“沉钴2”中加入(NH4)2C2O4使Co2+沉淀完全[c(Co2+)<10-5mol·L-1]，控制的浓度不小于 mol·L-1[已知：Ksp(CoC2O4)=6.3×10-8] 6．钴是生产电池材料、高温合金、磁性材料及催化剂的重要原料。一种以湿法炼锌净化渣(含有Co、Zn、Fe、Cu、Pb等金属及其氧化物)为原料提取钴的工艺流程如图所示： 已知：①常温下，Ksp(CuS)=8.9×10-36，Ksp(CoS)=1.8×10-22。 ②溶液的氧化还原电位为正表示该溶液显示出一定的氧化性。氧化还原电位越高，氧化性越强；电位越低，氧化性越弱。 回答下列问题： (1)基态Co原子的价层电子轨道表示式为 。 (2)“浸出渣”的主要成分为 (填化学式)。工业上，在“浸出”过程中，常选用硫酸浸取，而不用盐酸，原因是 。 (3)Na2S常用作沉淀剂，在“铜渣”中检测不到Co2+，“除铜液”中Co2+浓度为0.18mol•L-1，则此时溶液的pH＜ [已知常温下，饱和H2S水溶液中存在关系式：c2(H+)·c(S2-)=1.0×10-22(mol•L-1)3]。 (4)“氧化”过程中，Na2S2O8与Fe2+发生反应的离子方程式为 。 (5)“沉铁”过程中，Na2CO3的作用是 。 (6)Co元素的存在形式的稳定区域与溶液pH的关系如图(E－pH图)所示，在溶液pH=5时，Na2S2O8能将Co2+氧化，写出该反应的离子方程式： ；以1吨湿法炼锌净化渣(Co的质量分数为w%)为原料提取出mkgCo(OH)3。在提取过程中钴的损失率为 (填含w、m的表达式)%。 7．锰是生产各种合金的重要元素。工业上以含锰矿石(主要成分为，还含有铁、钴、镍、铜等的碳酸盐杂质)为原料生产金属锰的工艺流程如下： 25℃时，部分物质的溶度积常数如下表一所示，几种金属离子沉淀的pH如下表二所示。 表一 物质 Co(OH)2 Ni(OH)2 MnS CoS NiS Ksp 表二 金属离子 Fe2+ Fe3+ Cu2+ Mn2+ 开始沉淀的pH 7.5 3.2 5.2 8.8 完全沉淀的pH 9.7 3.7 6.4 10.4 回答下列问题： (1)用硫酸浸取含锰矿石时，提高浸取速率的方法有 (写两种)。 (2)“氧化”步骤发生反应的离子方程式为 。 (3)滤渣1的主要成分是 ，实验室中为了加快固液混合物的分离，常采用的操作是 。 (4)有同学提出，加入(NH4)2S除钴、除镍的步骤可以放在“除杂1”之前，你是否赞同？请说明理由： 。 (5)由晶体制备CuCl2的方法是 。 (6)25℃时，分离出滤渣3所得的滤液中= ，欲使沉钴后的溶液中，需要控制溶液的pH至少为 。(已知 (7)电解废液中还含有少量Mn2+，向其中加入饱和N溶液，有沉淀和气体生成，该反应的离子方程式为 。 8．铜镉渣主要含锌、铜、铁、镉(Cd)、钴(Co)等单质。湿法炼锌产生的铜镉渣用于生产金属镉的工艺流程如图： 表中列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(金属离子的起始浓度为0.1mol·L-1) 氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Cd(OH)2 开始沉淀的pH 1.5 6.5 7.2 沉淀完全的pH 3.3 9.9 9.5 （1）酸浸时粉碎铜镉渣的目的是 。 （2）操作Ⅰ产生的滤渣主要成分为 (填化学式)。 （3）①操作Ⅲ中先加入适量H2O2，发生反应的离子方程式为 。 ②再加入ZnO控制反应液的pH，pH范围为 ，判断依据是 。 ③若加入的H2O2不足，加入ZnO后所得的电解液中会含有Fe元素。请设计实验方案加以鉴别： 。 （4）处理含镉废水常用加入碳酸钙实现沉淀转化，该沉淀转化的反应方程式为 。除去工业废水中的Cd2+时，若反应达到平衡后溶液中c(Ca2+)=0.1mol·L-1，溶液中c(Cd2+)= mol·L-1[已知25℃，Ksp(CdCO3)=5.6×10-12，Ksp(CaCO3)=2.8×10-9]。 9．工业废料的回收是重要的研究课题，铁钴渣其主要成分为Co、Fe、Zn，含少量Pb和，图是一种分类回收的工艺流程。 已知：相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下。 沉淀物 开始沉淀pH 8.3 2.7 7.6 7.6 完全沉淀pH 9.8 3.2 9.7 9.2 回答下列问题： (1)提高酸浸出速率的措施有 (任写两条），铅渣的成分为 (填化学式）。 (2)“除铁”时，加入试剂A的目的是 ，生成铁渣需要控制的pH范围为 。 (3)“氧化沉钴”时将转化为CoOOH，则该反应的离子方程式为 。由流程可知，和的氧化性强弱关系为 (填“>”或“<”）。 (4)已知常温下，溶度积常数：，，且常温下“沉锌”后滤液中，则滤液中的 。 (5)已知： 温度/℃ 20 30 40 50 60 70 80 溶解度/g 78 82 90 83 72 60 40 则“系列操作”得到晶体的步骤为 、洗涤、低温干燥。 10．钴是生产电池材料、耐高温合金、防腐合金、磁性材料及催化剂的重要原料。一种以湿法炼锌的净化渣(含有Co、Zn、Fe、Cu、Pb等金属的单质及其氧化物)为原料提取钴的工艺流程如图所示： 已知： ①常温下，，，。 ②相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下表： 金属离子 开始沉淀时的pH 6.2 4.0 7.9 2.2 7.5 沉淀完全时的pH 8.5 5.0 9.2 3.2 9.0 回答下列问题： (1)“浸出渣”的主要成分为 (填化学式)。 (2)常用作沉淀剂，在“铜渣”中检测不到，“除铜液”中浓度为，则此时溶液的 ［已知常温下，饱和水溶液中存在关系式：］。 (3)过硫酸钠能将和氧化，和反应的离子方程式为 。 (4)氧化后，溶液中浓度为，利用碳酸钠溶液调节溶液pH．“沉铁”时，调节溶液pH的范围是 ，“沉铁”后，调节溶液的目的是 。 (5)“沉钴”过程中反应的离子方程式为 。“钴回收后废液”中含有的金属离子主要有 。 (6)以1吨湿法炼锌净化渣(Co的质量分数为)为原料提取出。在提取过程中钴的损失率为 %(用含w、m的代数式表示)。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．(1)增大固体与酸反应的接触面积，提高钴元素的浸出效率 (2) (3) 不能 (4) (5) (6) (7)向滤液中滴加溶液，边加边搅拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥 【分析】炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的价氧化物及锌和铜的单质，经稀硫酸酸浸时，铜不溶解，Zn及其他价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外，其他均转化为相应的+2价阳离子进入溶液；然后通入硫化氢沉铜生成CuS沉淀；过滤后，滤液中加入Na2S2O8将锰离子氧化为二氧化锰除去，同时亚铁离子也被氧化为铁离子；再次过滤后，用氢氧化钠调节pH=4，铁离子完全转化为氢氧化铁沉淀除去；第三次过滤后的滤液中加入次氯酸钠沉钴，得到Co(OH)3。 【详解】（1）“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是增大固体与酸反应的接触面积，提高钴元素的浸出效率。 （2）“酸浸”步骤中，Cu不溶解，Zn单质及其他价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外，其他均转化为相应的+2价阳离子进入溶液，即为转化为CoSO4，反应的化学方程式为。 （3）假设“沉铜”后得到的滤液中和均为，向其中加入至沉淀完全，此时溶液中，则，小于，说明大部分也转化为硫化物沉淀，据此判断不能实现Zn2+和Co2+的完全分离。 （4）“沉锰”步骤中，Na2S2O8将Mn2+氧化为二氧化锰除去，发生的反应为，因此，生成，产生的物质的量为。 （5）“沉锰”步骤中，同时将氧化为，“沉淀”步骤中用调pH=4，可以完全沉淀为，因此，分离出的滤渣是。 （6）“沉钴”步骤中，控制溶液pH=5.0~5.5，加入适量的NaClO氧化，为了保证被完全氧化，NaClO要适当过量，其反应的离子方程式为。 （7）根据题中给出的信息，“沉钴”后的滤液的pH=5.0~5.5，溶液中有元素以形式存在，当pH＞12后氢氧化锌会溶解转化为，因此，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是：向滤液中滴加溶液，边加边搅拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥。 2．(1) +3价(或正三价) 还原CoOOH(三价Co)成 (2) 5.2 7.6 (3)2 (4) 除去溶液中的Mn2+ b (5) 【分析】由水钴矿制取Co的工艺流程图可知，向水钴矿中加入硫代硫酸钠溶液和稀硫酸，经还原酸浸、过滤得到含有可溶性硫酸盐的浸出液；向浸出液中加入次氯酸钠溶液，将亚铁离子氧化为铁离子，向氧化后的溶液中加入碳酸钠溶液调节溶液pH在5.2～7.6的范围内，将铁离子和铝离子转化为氢氧化铁沉淀和氢氧化铝沉淀，过滤得到含有氢氧化铁、氢氧化铝的滤渣和除去铁离子、铝离子的滤液Ⅰ；向滤液Ⅰ中加入氟化钠溶液，将溶液中钙离子和镁离子转化为氟化钙沉淀、氟化镁沉淀，过滤得到氟化钙沉淀、氟化镁沉淀和除去钙离子、镁离子的滤液Ⅱ；向滤液Ⅱ中加入有机萃取剂，分液得到除去锰离子的萃后余液；向萃后余液中加入草酸铵溶液，将溶液中钴离子转化为二水草酸钴沉淀，过滤得到Ⅲ和二水草酸钴沉淀；向二水草酸钴沉淀中加入盐酸，将沉淀溶解得到氯化钴溶液；电解氯化钴溶液制得金属钴，以此分析解答。 【详解】（1）CoOOH中O为-2价，H为+1价，故Co化合价为+3价，由分析可知，还原酸浸中发生的氧化还原反应为酸性条件下，CoOOH与硫代硫酸钠溶液反应生成硫酸钠、硫酸钴和水，反应的化学方程式为8CoOOH+Na2S2O3+7H2SO4=8CoSO4+Na2SO4+11H2O，故Na2S2O3溶液的作用是还原CoOOH，故答案为：+3价(正三价)；还原CoOOH(三价Co)成Co2+；8CoOOH+Na2S2O3+7H2SO4=8CoSO4+Na2SO4+11H2O； （2）根据表可知，溶液中加入碳酸钠溶液调节溶液pH在5.2～7.6的范围内，将铁离子和铝离子转化为氢氧化铁沉淀和氢氧化铝沉淀，故答案为：5.2；7.6； （3）由分析可知，浸出过程中加入碳酸钠溶液调节溶液pH在5.2～7.6的范围内，将铁离子和铝离子转化为氢氧化铁沉淀和氢氧化铝沉淀；当加入过量氟化钠溶液后，所得滤液Ⅱ中===2，故答案为：2； （4）由分析可知，向滤液Ⅱ中加入有机萃取剂，分液得到除去锰离子的萃后余液，由图可知，萃取剂pH在3～3.5范围内锰离子的萃取率很大，而钴离子的萃取率较小，则萃取剂合适的pH在3～3.5范围内，故答案为：除去溶液中的Mn2+；b； （5）由图可知，CoC2O4•2H2O热分解质量变化过程，n(CoC2O4•2H2O)==0.1mol，C点钴氧化物质量为8.30g，0.1molCo元素质量为0.1mol×59g/mol=5.9g，氧化物中氧元素质量为8.30g-5.9g=2.40g，则氧化物中Co原子与O原子物质的量之比为0.1mol：=2：3，故C点所示产物的化学式为Co2O3，故答案为：Co2O3。 3．(1) MnSO4 2Fe3+＋H2S= 2Fe2+＋S↓＋2H＋ (2)1.28×10-6或1.25×10-6或4×10-6.5 (3) CaF2 经计算可知，Ca2+完全沉淀时，Ni2+、Co2+、Mn2+均已完全沉淀或氢氧化钙微溶，调pH值无法使Ca2+完全沉淀 (4) Mn2+ P507 (5)2Ni2+＋Br2＋6OH-= 2NiO(OH)↓＋2Br-＋2H2O 【分析】硫锰废渣的主要成分是MnS，还含有NiS、CoS以及少量铁的化合物，先将MnO2，H2SO4，FeSO4混合进行溶浸，生成MnSO4和Fe2(SO4)3，向其中加入硫锰废渣，进行浸出，由于铁离子的氧化性，硫元素被氧化为硫单质沉淀，浸出液加入碳酸钙调节pH使铁离子转化为氢氧化铁沉淀析出，再加入MnF2除去溶液中的钙离子，加入萃取剂萃取，得有机相和水相，根据第4小题图可知水相中主要含Co2+和Ni2+，有机相1中主要含Mn2+，有机相反萃取后得到产品1为MnSO4，水相再次萃取，得到NiSO4溶液和有机相2，有机相2中主要含Co2+。 【详解】（1）“溶浸”中二氧化锰和硫酸亚铁发生氧化还原反应，二氧化锰是氧化剂，反应后生成还原产物是MnSO4，浸出”过程在溶浸后的溶液中发生，溶液中有铁离子，有氧化性，氧化生成的硫化氢得硫单质，离子方程式为2Fe3+＋H2S= 2Fe2+＋S↓＋2H＋； （2）根据Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)c3(OH-)=4.0×10−38，溶液pH为3.5，即c(H+)=10-3.5mol/L，c(OH-)=10-10.5mol/L，代入得c(Fe3+)=4×10-6.5mol/L≈1.25×10-6mol/L； （3）加入MnF2除钙，故“滤渣”中主要有过量MnF2和CaF2，氢氧化钙微溶，调pH值无法使Ca2+完全沉淀，若Ca2+完全沉淀，Ni2+、Co2+、Mn2+均已完全沉淀，无法达到分离的目的； （4）由图知，P204对Mn2+萃取率很高，故有机相1中主要含Mn2+，“产品1”中主要的金属阳离子是Mn2+，试剂B萃取后，水相中为Ni2+，故试剂B对Co2+萃取率高，由图知，P507符合； （5）在NaOH介质中，用Br2氧化NiSO4可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiO(OH)，Br2做氧化剂得电子反应后生成Br-，离子方程式为2Ni2+＋Br2＋6OH-= 2NiO(OH)↓＋2Br-＋2H2O。 4． 除去碳和有机物 2Co3++SO32-+ H2O= 2Co2++SO42-+2H+ 将 Fe2+氧化为 Fe3+ Al(OH)3、Fe(OH)3 7.0×10-6 mol ·L-1 除去Mn2+ 3.0～3.5 147ma%/83 或 1.77×10-2ma 【分析】(1) 含钴废料(主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、MnO2、Al2O3、CaO、MgO、碳及有机物等) 焙烧时，使碳和有机物和空气中的氧气反应生成二氧化碳和水；浸钴过程中加入盐酸和亚硫酸钠使Co3+转化为Co2+，反应的离子方程式为2Co3++SO32-+ H2O= 2Co2++ SO42-+2H+； (2)溶液中可能存在的亚铁离子，在调节pH值较小时，不能完全变为沉淀，加入H2O2使亚铁离子全部变为铁离子，在pH=3.2时，完全转化为沉淀，加入Na2CO3溶液，根据题目表中信息，调pH至5.2，滤渣Ⅰ有氢氧化铁、氢氧化铝； (3)根据已知信息，Ksp(MgF2)=7.35×10−11，Ksp(CaF2)=1.05×10−10，则c(Mg2+)/ c(Ca2+)=7.35×10−11/1.05×10−10=0.7，c(Mg2+)=0.7×10−5 mol/L； (4) 滤液Ⅱ中含有二价锰离子、钴离子，根据图中信息，加入萃取剂为了除去二价锰离子；萃取时，既有锰离子较高的萃取率，又使钴离子有较低的萃取率，根据图中信息，应选用pH的范围为3.0~3.5； (5)根据钴原子守恒，m g×a%××=； 【详解】(1) 含钴废料(主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、MnO2、Al2O3、CaO、MgO、碳及有机物等) 焙烧时，使碳和有机物和空气中的氧气反应生成二氧化碳和水；浸钴过程中加入盐酸和亚硫酸钠使Co3+转化为Co2+，反应的离子方程式为2Co3++SO32-+ H2O= 2Co2++ SO42-+2H+，答案为：除去碳和有机物；2Co3++SO32-+ H2O= 2Co2++ SO42-+2H+； (2)溶液中可能存在的亚铁离子，在调节pH值较小时，不能完全变为沉淀，加入H2O2使亚铁离子全部变为铁离子，在pH=3.2时，完全转化为沉淀，加入Na2CO3溶液，根据题目表中信息，调pH至5.2，滤渣Ⅰ有氢氧化铁、氢氧化铝，答案为：将Fe2+氧化为Fe3+；Al(OH)3、Fe(OH)3； (3)根据已知信息，Ksp(MgF2)=7.35×10−11，Ksp(CaF2)=1.05×10−10，则c(Mg2+)/ c(Ca2+)=7.35×10−11/1.05×10−10=0.7，c(Mg2+)=0.7×10−5 mol/L，答案为：7.0×10−6 mol·L−1； (4) 滤液Ⅱ中含有二价锰离子、钴离子，根据图中信息，加入萃取剂为了除去二价锰离子；萃取时，既有锰离子较高的萃取率，又使钴离子有较低的萃取率，根据图中信息，应选用pH的范围为3.0~3.5，答案为：除去Mn2+；3.0~3.5； (5)根据钴原子守恒，m g×a%××=； 【点睛】根据钴元素守恒，废料中的钴的物质的量或质量等于草酸钴中钴的物质的量或质量。 5．(1) SiO2 CaSO4 (2) 2Fe2+ +ClO- +2H+=2Fe3++Cl- +H2O 3.0~4.0 Fe3+水解生成含Fe(OH)3·nFe3+·(n-x) 胶粒的胶体，吸附大量的Co2+ ，导致回收率下降 (3)作氮肥(或金属除锈剂) (4)6.3×10- 3 【分析】含钴催化剂废料(主要含Co、Fe，还含有少量的CoO、FeO、Fe2O3、CaO、SiO2)预处理用硫酸酸浸过滤后，滤液中含Co2+、Fe2+、Fe3+、Ca2+，滤渣中含不溶于酸的SiO2和微溶于水的硫酸钙，再用次氯酸钠和碳酸钠溶液氧化亚铁离子后得到黄钠铁矾沉淀，从体系中除铁后再加入碳酸钠溶液生成CoCO3，加入盐酸溶解CoCO3富集Co2+，再加入草酸铵，生成草酸钴沉淀，最终灼烧得到氧化钴，据此分析解答。 【详解】（1）根据上述分析可知，酸浸后，“滤渣”的主要成分有SiO2和CaSO4； （2）“除铁”时加入NaClO，目的是氧化溶液中的亚铁离子，主要反应的离子方程式为2Fe2+ +ClO- +2H+=2Fe3++Cl- +H2O；溶液pH对除铁率和钴回收率图像变化趋势可知，pH=3.0~4.0时，除铁率较高，而且钴的回收率也较高； 已知在为4~6时，水解生成含胶粒的胶体；胶体吸附大量的导致回收率下降； （3）“滤液2”中主要溶质为氯化铵，其常见用途为作氮肥(或金属除锈剂)； （4）“沉钴2”中加入(NH4)2C2O4使Co2+沉淀完全时，c(Co2+)<10-5mol·L-1，根据Ksp(CoC2O4)=6.3×10-8及表达式可知，=6.3×10- 3 mol·L-1。 6．(1) (2) Cu、PbSO4 盐酸易挥发，对设备腐蚀性强 (3)0.5 (4)S2O+2Fe2+=2Fe3++2SO (5)调节溶液pH (6) S2O+2Co2++6H2O=2Co(OH)3↓+2SO+6H+ 【分析】“浸出渣”的主要成分为Cu、PbSO4，Co、Zn、Fe均与硫酸反应生成相应的盐，Na2S常用作沉淀剂，铜渣为CuS，“氧化”过程中，Na2S2O8将Fe2+氧化为Fe3+，Na2CO3调节溶液pH，生成氢氧化铁，在溶液pH=5时，Na2S2O8能将Co2+氧化生成Co(OH)3，据此分析解题。 【详解】（1） Co为第27号元素，基态Co原子的价层电子轨道表示式为； （2）“浸出渣”的主要成分为Cu、PbSO4。工业上，在“浸出”过程中，常选用硫酸浸取，而不用盐酸，原因是盐酸易挥发，对设备腐蚀性强； （3）Na2S常用作沉淀剂，在“铜渣”中检测不到Co2+，“除铜液”中Co2+浓度为0.18mol•L-1，Ksp(CoS)=1.8×10-22，，常温下，饱和H2S水溶液中存在关系式：c2(H+)·c(S2-)=1.0×10-22(mol•L-1)3则此时溶液的，pH=-lg=0.5，故pH＜0.5； （4）“氧化”过程中，Na2S2O8与Fe2+发生反应，Fe2+氧化为Fe3+，S2O还原为SO，离子方程式为S2O+2Fe2+=2Fe3++2SO； （5）“沉铁”过程中，Na2CO3的作用是调节溶液pH，生成氢氧化铁； （6）在溶液pH=5时，Na2S2O8能将Co2+氧化，该反应的离子方程式：S2O+2Co2++6H2O=2Co(OH)3↓+2SO+6H+；以1吨湿法炼锌净化渣(Co的质量分数为w%)为原料提取出mkgCo(OH)3。理论生成Co为1000kg×w%=10wkg，实际生成的Co的质量为：，在提取过程中钴的损失率为。 7．(1)将含锰矿石粉碎、适当增大硫酸浓度 (2) (3) Fe(OH)3和MnO2 抽滤 (4)不赞同，因为“除杂1”之前的溶液中H+浓度较大，S2-会与H+反应生成HS-、H2S，不利于除钴、除镍；同时，S2-具有还原性，能将Fe3+还原为Fe2+，不利于除铁 (5)在HCl气氛中加热CuCl₂·2H2O晶体，使其失去结晶水 (6) 5.0 8.74 (7) 【分析】向含锰矿石(主要成分为，还含有铁、钴、镍、铜等的碳酸盐杂质)中加入足量的硫酸酸浸，金属碳酸盐反应生成对应的硫酸盐，再向其中加入过量的氧化剂二氧化锰，将亚铁离子氧化为铁离子，用氨水调pH为3.7，使铁离子以氢氧化铁的形式完全沉淀下来，过滤，向滤液中加氨水调pH=6.4，所得到的滤渣经过一系列处理得CuCl2‧2H2O晶体，滤液中加硫化铵将镍离子、钴离子以硫化物的形式沉淀下来，得到的溶液主要含有锰离子，电解后经一系列处理得金属锰。 【详解】（1）搅拌固体和液体的混合物、升高温度、增大浓度、粉碎矿石增大固体表面积均可加快化学反应速率，所以用硫酸浸取含锰矿石时，提高浸取速率的方法有：将含锰矿石粉碎、适当增大硫酸浓度、适当的升温、搅拌等； （2）“氧化”步骤为加过量的二氧化锰氧化亚铁离子生成铁离子，其发生反应的离子方程式为； （3）加过量的二氧化锰氧化亚铁离子生成铁离子后，加氨水调pH=3.7，表格数据显示此时铁离子以氢氧化铁的形式完全沉淀下来，由于所加二氧化锰过量，所以滤渣1中的主要成分是Fe(OH)3和MnO2；实验室中为了加快固液混合物的分离，常采用的操作是抽滤； （4）不赞同把加入(NH4)2S除钴、除镍的步骤放在“除杂1”之前，因为“除杂1”之前的溶液中H+浓度较大，S2-会与H+反应生成HS-、H2S，不利于除钴、除镍，同时S2-具有还原性，能将Fe3+还原为Fe2+，不利于除铁； （5）CuCl2为强酸弱碱盐，能水解，且盐酸为挥发性酸，若直接加热晶体，不能得到CuCl2，为抑制氯化铜的水解，由晶体制备CuCl2的方法是在HCl气氛中加热晶体，使其失去结晶水； （6）25℃时，分离出滤渣3所得的滤液中；，c(H+)==，pH=-lgc(H+)=8.5+×lg3=8.74，所以需要控制溶液的pH至少为8.74； （7）电解废液中还含有少量Mn2+，向其中加入饱和溶液，有沉淀和气体生成，该反应的离子方程式为。 8． 增大与酸的接触面积，加快反应速率，提高原料的浸出率 Cu 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 3.3≤pH＜7.2 根据表格中的信息可知在3.3≤pH＜7.2时，能确保Fe3+沉淀完全，而Cd2+不会沉淀 取电解液少量于试管中，向其中滴加几滴KSCN溶液后再滴入H2O2溶液，若溶液变红（或向其中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀），则电解液中含有Fe元素 CaCO3(s)+Cd2+(aq)CdCO3(s)+Ca2+(aq) 2.0×10-4 【分析】用湿法炼锌产生的铜镉渣生产金属镉的流程：铜镉渣主要含锌、铜、铁、镉（Cd）、钴（Co）等单质，加入稀硫酸，铜不溶，操作I过滤，滤液含有Zn2＋、Fe2＋、Cd2＋、Zn2＋、Co2＋，向滤液加入锌，活化剂Sb2O3，锌粉会与Sb2O3等形成微电池产生合金CoSb除去钴，操作Ⅱ过滤，向除钴后的溶液中加入H2O2溶液氧化Fe2＋为Fe3＋，加入氧化锌调节pH使Fe3＋沉淀后经操作Ⅲ过滤除去，电解含有Zn2＋、Co2＋的溶液，可得镉单质。 【详解】（1）酸浸时粉碎铜镉渣的目的是是增大与酸的接触面积，加快反应速率，提高原料的浸出率，故答案为：增大与酸的接触面积，加快反应速率，提高原料的浸出率； （2）铜与稀硫酸不反应，操作Ⅰ产生的滤渣主要成分为Cu，故答案为：Cu； （3）①双氧水具有氧化性，能把亚铁离子氧化为铁离子，操作Ⅲ中先加入适量H2O2，发生反应的离子方程式为2Fe2＋+H2O2+2H＋=2Fe3＋+2H2O，故答案为：2Fe2＋+H2O2+2H＋=2Fe3＋+2H2O； ②再加入ZnO控制反应液的pH，根据表格中的信息可知在3.3≤pH＜7.2时，能确保Fe3＋沉淀完全，而Cd2＋不会沉淀，因此pH范围为3.3≤pH＜7.2，故答案为：3.3≤pH＜7.2；根据表格中的信息可知在3.3≤pH＜7.2时，能确保Fe3＋沉淀完全，而Cd2＋不会沉淀； ③若加入的H2O2不足，加入ZnO后所得的电解液中会含有Fe元素。待电解溶液中有亚铁离子残余，检验亚铁离子即可。方法为：取电解液少量于试管中，向其中滴加几滴KSCN溶液后再滴入H2O2溶液，若溶液变红（或向其中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀），则电解液中含有Fe元素，故答案为：取电解液少量于试管中，向其中滴加几滴KSCN溶液后再滴入H2O2溶液，若溶液变红（或向其中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀），则电解液中含有Fe元素； （4）根据溶度积常数大小可知Ksp越小，溶解度越小，沉淀越完全。处理含镉废水常用加入碳酸钙实现沉淀转化，该沉淀转化的反应方程式为CaCO3(s)+Cd2+(aq)CdCO3(s)+Ca2+(aq)。除去工业废水中的Cd2+时，若反应达到平衡后溶液中c(Ca2+)=0.1mol·L-1，Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)×c(CO)=2.8×10-9，可知溶液中碳酸根浓度是2.8×10-8mol·L－1，再根据Ksp(CdCO3)=c(Cd2+)×c(CO)=5.6×10-12，可知c（Cd2＋）=2.0×10-4mol·L-1。故答案为：CaCO3(s)+Cd2+(aq)CdCO3(s)+Ca2+(aq)；2.0×10-4。 【点睛】本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解等，理解工艺流程原理是解题的关键，难点（4）根据溶解平衡原理可实现CaCO3（s）转化 为CdCO3（s）；反应达到平衡后溶液中c(Ca2+)=0.1mol·L-1，Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)×c(CO)，可知溶液中碳酸根浓度，再根据Ksp(CdCO3)=c(Cd2+)×c(CO)，计算c（Cd2＋）。 9．(1) 提高温度，固体粉碎、搅拌，适当提高稀硫酸的浓度（任选两个） PbSO4和 (2) 氧化Fe2+转化为Fe3+ 3.2≤pH＜7.6 (3) MnO+5+6H2O=5CoOOH+Mn2++7H+ ＜ (4)2.4×10-8 (5)蒸发浓缩，趁热过滤（保留滤渣） 【分析】铁钴渣其主要成分为Co、Fe、Zn，含少量Pb和，“酸浸”过程加入稀硫酸，Co、Fe、Zn应转化为Co2+、Fe2+、Zn2+，少量Pb与稀硫酸反应得到沉淀物PbSO4，故过滤后铅渣成分是PbSO4和，滤液中含Co2+、Fe2+、Zn2+的硫酸盐；“除铁”过程，加入氧化剂A使Fe2+转化为Fe3+，加入ZnO调节溶液pH，使其形成更易除去；“氧化沉钴”过程，根据题中问题可知，加入硫酸酸化的KMnO4用于氧化Co2+得到难溶物CoOOH；“沉锌”过程中加入MnS使Zn2+转化为ZnS沉淀，过滤后的滤液中含MnSO4、K2SO4等溶液，经一系列物质分离提纯后得到MnSO4·H2O。 【详解】（1）提高酸浸出速率的措施有提高温度，固体粉碎、搅拌，适当提高稀硫酸的浓度等；“酸浸”过程中，Pb属于氢前金属，少量Pb和能与稀硫酸反应得到沉淀物PbSO4，所以铅渣成分是PbSO4和； （2）根据题中沉淀物的pH范围，使Fe2+转化为Fe3+更易形成除去，所以试剂A是常见的氧化剂，目的是氧化Fe2+转化为Fe3+，防止Co2+沉淀，生成铁渣需要控制的pH范围为3.2≤pH＜7.6； （3）“氧化沉钴”时将转化为CoOOH，则该反应的离子方程式为MnO+5+6H2O=5CoOOH+Mn2++7H+；“除铁”中试剂A是氧化Fe2+转化为Fe3+，不能氧化转化为Co3+，说明氧化性大小是A＞Fe3+，A小于Co3+，则Fe3+＜Co3+； （4）“沉锌”后滤液中各离子形成平衡状态，硫离子浓度一致，故，代入计算得，则滤液中的2.4×10-8； （5）根据题目信息，“系列操作”中需控制好温度，温度较高，MnSO4·H2O溶解度越小，越容易生成MnSO4·H2O。则“系列操作”得到晶体的步骤为蒸发浓缩，趁热过滤（保留滤渣）、洗涤、低温干燥。 10．(1)Cu、 (2)0.5 (3) (4) 使充分沉淀，同时保证不发生沉淀 (5) 和 (6) 【分析】湿法炼锌净化渣经过硫酸的酸浸，生成的硫酸铅沉淀和未反应的铜成为浸出渣，在浸出液中加入硫化钠固体除去铜离子，然后在除铜液中加入过硫酸钠将溶液中的二价铁转化为三价铁，通过加入碳酸钠来调节溶液的pH除去铁元素，在净化液中再加入碳酸钠将溶液中的钴元素转化为氢氧化钴沉淀，从而达到提取钴的目的。 【详解】（1）铅和铅的氧化物可以和硫酸反应生成硫酸铅沉淀，铜单质不溶于稀硫酸，“浸出渣”的主要成分为Cu、PbSO4，故答案为：Cu、PbSO4； （2）除铜液”中Co2+浓度为，，，常温下，饱和H2S水溶液中存在关系式：，则此时溶液中，，故答案为：； （3）过硫酸钠(Na2S2O8)能将Fe2+氧化，Na2S2O8和Fe2+反应的离子方程式为：，故答案为：。 （4）①“沉铁”时，为了使铁离子完全沉淀，钴离子不沉淀，根据表中数据可知，控制溶液pH的范围：，故答案为：。 ②为了使充分沉淀，同时保证不发生沉淀，故答案为：为了使充分沉淀，同时保证不发生沉淀； （5）①“沉钴”过程中反应的离子方程式为：，故答案为：。 ②“钴回收后废液”中含有的金属离子主要有Na+和Zn2+，故答案为：Na+和Zn2+； （6）以1吨湿法炼锌净化渣(Co的质量分数为w%)为原料提取出mkg Co(OH)3，理论生成Co的质量为，实际生成的Co的质量为，在提取过程中钴的损失率为，故答案为：。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$