2025届高三化学二轮复习 微专题限时训练 [综合题专攻] 废渣、废料回收利用大题

2025高考化学二轮复习 微专题限时训练 废渣、废料回收利用大题 （时间：40min 总分：100分） 真题演练 1.(16分)(2024·全国甲卷，26)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+2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10-5 mol·L-1，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。 已知：①Ksp(CuS)=6.3×10-36，Ksp(ZnS)=2.5×10-22，Ksp(CoS)=4.0×10-21。 ②以氢氧化物形式沉淀时，lg [c(M)/(mol·L-1)]和溶液pH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，CoO发生反应的化学方程式是　　　　。  (3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.10 mol·L-1，向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全，此时溶液中c(Co2+)=　　　　　 mol·L-1，据此判断能否实现Zn2+和Co2+的完全分离？　　　　(填“能”或“不能”)。  (4)“沉锰”步骤中，生成1.0 mol MnO2，产生H+的物质的量为　　　　　　。  (5)“沉淀”步骤中，用NaOH调pH=4，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Co2+，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.(18分)(2024·贵州，16)煤气化渣属于大宗固废，主要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2及少量MgO等。一种利用“酸浸—碱沉—充钠”工艺，制备钠基正极材料NaFePO4和回收Al2O3的流程如下： 已知： ①25 ℃时，Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39，Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12； ②2Na[Al(OH)4](aq)Al2O3·3H2O(s)+2NaOH(aq)。 回答下列问题： (1)“滤渣”的主要成分为　　　　　　　(填化学式)。  (2)25 ℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0，此时溶液中c(Fe3+)=　　　　　　　 mol·L-1。  (3)“除杂”时需加入的试剂X是　　　　　。  (4)“水热合成”中，NH4H2PO4作为磷源，“滤液2”的作用是　　　　　　　，水热合成NaFePO4的离子方程式为　　　　　　　。  (5)“煅烧”得到的物质也能合成钠基正极材料NaFeO2，其工艺如下： ①该工艺经碳热还原得到Fe3O4，“焙烧”生成NaFeO2的化学方程式为　　　　　　　　。  ②NaFeO2的晶胞结构示意图如甲所示。每个晶胞中含有NaFeO2的单元数有　　　　　　个。  ③若“焙烧”温度为700 ℃，n(Na2CO3)∶n(Fe3O4)=9∶8时，生成纯相Na1-xFeO2，则x=　　　　　，其可能的结构示意图为　　　　　(填“乙”或“丙”)。  模拟预测 1.(16分)(2024·四川南充统考模拟)锰废渣的硫酸浸出液含有大量Mn2+、Co2+、Ni2+以及少量的Ca2+、Mg2+、Fe3+、Fe2+。通过沉淀-萃取法可以回收其中的锰、钴、镍，流程如图所示。 已知：萃取剂a和b均为有机物，可用通式HR表示，萃取金属离子时，发生反应：nHR+Mn+MRn+nH+(M代表被萃取的金属)。 (1)MnO2的作用是　　　　　。  (2)该流程中涉及的实验操作有　　　　(填字母)。  A.过滤　B.蒸发结晶　C.分液　D.蒸馏 (3)加入CaCO3调pH的目的是　　　　　　　。  (4)已知：Ksp(CaF2)=5.3×10-9，Ksp(MgF2)=5.2×10-11，向除铁后的溶液中加入MnF2，当溶液中c(Mg2+)=1.0×10-5 mol·L-1时，c(Ca2+)=　　　　　　 mol·L-1(保留1位有效数字)。  (5)写出反萃取出Mn2+的离子方程式：　　　　　　　。  (6)Co2+、Ni2+利用萃取剂b进行分离，二者萃取率随无机相pH变化如图所示。无机相的pH控制在__________左右为宜。  (7)回收液中Ni2+浓度的测定：取50.00 mL Ni2+回收液，滴入几滴紫脲酸胺指示剂(遇Ni2+显橙黄色)，用浓度为0.100 0 mol·L-1的Na2H2Y溶液进行滴定(Ni2++H2Y2-===+2H+)，达到滴定终点时消耗Na2H2Y溶液的体积12.50 mL。Ni2+物质的量浓度为　　　　　。  2.(16分)(2024·西安统考模拟)以硫酸厂矿渣(含 Fe2O3，α⁃Al2O3、SiO2等)为原料制备铁黄 [FeO(OH)]的一种工艺流程如图所示： 资料： ⅰ.α⁃Al2O3化学性质极不活泼，不溶于水也不溶于酸或碱。 ⅱ.Ksp(CaCO3)=2.8×10-9；Ksp(FeCO3)=2×10-11。 (1)向“酸浸”后的溶液中加入KSCN，溶液会变红，变红的原因是　　　 　(用离子方程式表示)。 (2)“滤渣”中主要成分有　　　　(填化学式)。  (3)“沉铁”过程中铁元素大部分转化为FeCO3，但往往有少量副产物Fe(OH)2生成，分析原因是　　　　　。  (4)若用CaCO3“沉铁”，则无副产物Fe(OH)2产生，当Fe2+恰好沉淀完全时(浓度为1×10-5 mol·L-1)，溶液中c(Ca2+)为　　　　 mol·L-1。  (5)写出氧化过程生成铁黄的化学方程式：　　　　 　　　。  (6)检验“滤液”中金属离子的实验操作及现象为　　　　 　　　。  (7)为确定“滤液”中Fe2+的物质的量浓度，选用K2Cr2O7标准溶液滴定溶液中的Fe2+，离子方程式为Cr2+Fe2++H+→Cr3++Fe3++H2O(未配平)。取 25.00 mL“滤液”进行滴定，消耗 0.1 mol·L-1 K2Cr2O7标准溶液 V mL，则滤液中c(Fe2+)=　　　　　　 mol·L-1。  3.(16分)(2024·安徽淮北模拟)铌(Nb)、钽(Ta)为同族元素，在航空航天、武器装备等领域发挥着重要作用。以含铌、钽的尾矿(主要成分Nb2O5、Ta2O5、Al2O3、SiO2、MgO、Fe2O3等)为原料制备Nb2O5、Ta2O5的工艺流程如下： 已知：①“碱浸”步骤中铌、钽发生的反应为Nb2O5+2NaOH===2NaNbO3+H2O；Ta2O5+2NaOH===2NaTaO3+H2O。 ②“转化”步骤中NaNbO3、NaTaO3分别转化成氟铌酸根()、氟钽酸根()。 回答下列问题： (1)“滤液1”中的主要成分为　　　(填化学式)。 (2)“盐酸预洗”的目的是　　　　。  (3)①“转化”步骤中NaNbO3转化为的离子方程式为　　　　。  ②“转化”步骤在90 ℃、硫酸酸化下完成，反应速率方程为v=kc1.2(H+)c1.1(F-)，H2SO4的作用是　　　　　　　　　　　；不能用盐酸代替H2SO4的理由是　　　　　　　　　　　。  (4)、能被不同的有机溶剂选择性地萃取而与杂质分离，水相1和水相2中加入硫酸可以回收利用　　　　(填化学式)，“调节pH”步骤得到的沉淀是铌、钽的氢氧化物，煅烧氢氧化钽发生反应的化学方程式为　　　　　　　　。  4.(18分)(2024·陕西渭南统考二模)被誉为“工业维他命”的铂族金属钌(Ru)广泛用于航天航空、石油化学、信息传感工业、制药等高科技领域。以下工艺实现了电子废弃物中铂族金属钌的回收利用。已知电子废弃物主要成分为Ru、Co、Cr、Si等，请回答以下问题： 已知：①lg 4≈0.6； ②常见物质的Ksp如下表所示： 化合物 Cr(OH)3 Co(OH)2 Ksp 6.4×10-31 1.8×10-15 (1)为加快“酸浸”时的浸取速率，下列措施中无法达到目的是　　　　(填字母)。  a.将样品粉碎 b.延长浸取时间 c.充分搅拌 d.适当增加盐酸浓度 e.适当升高温度 (2)滤渣2为　　　　。  (3)“氧化溶浸”环节生成配离子，反应的离子方程式为　　　　。  (4)“还原1”环节所需氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶1，则CH3CH2OH的氧化产物为　　　　。  (5)滤液1中含Cr3+和Co2+的浓度分别为520 mg·L-1、106.2 mg·L-1，“调节pH”时的范围为　　　　[已知：当c(Mn+)≤10-5 mol·L-1时，可认为Mn+已经沉淀完全]。  (6)“沉钴”。还可向除杂后的CoCl2溶液中加入H2C2O4溶液或C2O4溶液作沉淀剂，可得到CoC2O4·2H2O，不能用同浓度的Na2C2O4溶液代替C2O4溶液的原因是　　　　　　　。  (7)制备Co3O4。将所得的18.3 g草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O M=183 g·mol-1)高温灼烧，其热重分析曲线如图。 写出B点对应的物质的化学式：　　　　，CD段发生反应的化学方程式为　　　　。  答案解析 真题演练 1.(1)增大固体与酸的接触面积，加快“酸浸”速率 (2)CoO+H2SO4===CoSO4+H2O　(3)1.6×10-4　不能 (4)4.0 mol　(5)Fe(OH)3　(6)2Co2++5ClO-+5H2O===2Co(OH)3↓+Cl-+4HClO　(7)向滤液中滴加NaOH溶液，控制溶液的pH接近12但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥 解析　(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.10 mol·L-1，向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全，此时溶液中c(S2-)= mol·L-1=2.5×10-17 mol·L-1，则c(Co2+)= mol·L-1=1.6×10-4 mol·L-1，说明大部分Co2+也转化为硫化物沉淀，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S2+Mn2++2H2O===MnO2↓+4H++2，若生成1.0 mol MnO2则产生4.0 mol H+。(5)“沉锰”步骤中，S2将Fe2+氧化为Fe3+，“沉淀”步骤中用NaOH调pH=4，Fe3+可以完全形成Fe(OH)3沉淀而分离。 2.(1)SiO2　(2)2.8×10-6　(3)NaOH溶液　(4)提供Na+和反应所需要的碱性环境　Fe2++N+3OH-+Na++H2PNaFePO4↓+NH3↑+3H2O　(5)①4Fe3O4+6Na2CO3+O212NaFeO2+6CO2　②3　③0.25　乙 解析　向煤气化渣中加浓H2SO4酸浸，SiO2不反应，滤渣主要成分为SiO2。Fe2O3、Al2O3及少量MgO与硫酸反应生成Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3和MgSO4，向其中加入NaOH溶液碱沉，Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，过滤得Fe(OH)3和滤液1，滤液1中主要含Al2(SO4)3和MgSO4，加过量的NaOH溶液，Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀，Al3+转化为Na[Al(OH)4]，过滤除去Mg(OH)2，滤液中含Na[Al(OH)4]和NaOH，向其中加Al(OH)3晶种，过滤得Al(OH)3和滤液2，滤液2中主要含有NaOH，焙烧Al(OH)3得Al2O3。煅烧Fe(OH)3得Fe2O3，Fe2O3中加稀硫酸和足量的铁，铁元素转化为Fe2+，加NH4H2PO4、稳定剂和滤液2，水热合成得NaFePO4。 (2)25 ℃时，“碱沉”控制溶液pH至3.0，c(H+)=10-3 mol·L-1，则c(OH-)=10-11 mol·L-1，故c(Fe3+)== mol·L-1=2.8×10-6 mol·L-1。(3)“除杂”时需要将Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀，并得到Na[Al(OH)4]溶液，所以加入的试剂X是NaOH溶液。(4)“水热合成”中，“滤液2”为NaOH溶液，加入NH4H2PO4，NH4H2PO4与NaOH水热合成NaFePO4的离子方程式为 Fe2++N+3OH-+Na++H2PNaFePO4↓+NH3↑+3H2O。(5)①该工艺经碳热还原得到Fe3O4，“焙烧”时Fe3O4、Na2CO3和O2反应生成NaFeO2，化学方程式为4Fe3O4+6Na2CO3+O212NaFeO2+6CO2。②由NaFeO2的晶胞图甲可知，每个晶胞中含有Fe：4×+2=3，Na：8×+2=3，O：8×+4=6，即每个晶胞中有3个NaFeO2单元。③若“焙烧”温度为700 ℃，n(Na2CO3)∶n(Fe3O4)=9∶8时，==，生成纯相Na1-xFeO2，则=，解得x=0.25；丙图中Na：1+6×=1.75，≠，乙图中Na：2+2×=2.25，=，则其可能的结构示意图为乙。 模拟预测 1.(1)氧化Fe2+　(2)AC (3)使Fe3+转化成Fe(OH)3沉淀除去　(4)0.001 (5)MnR2+2H+2HR+Mn2+　(6)5.4 (7)0.025 0 mol·L-1 解析　(3)在用MnO2将Fe2+氧化为Fe3+后，加入碳酸钙调节pH使Fe3+形成氢氧化铁沉淀。 (4)当溶液中c(Mg2+)=1.0×10-5 mol·L-1时，c(F-)== mol·L-1= mol·L-1，c(Ca2+)== mol·L-1≈0.001 mol·L-1。 (5)根据信息可知，反萃取剂为酸，则反萃取出Mn2+是加入适量的酸将锰离子反萃取出来，相应的方程式为MnR2+2H+2HR+Mn2+。 (6)根据图中信息可知，pH为5.4左右时，Co2+、Ni2+的萃取率相差较大，故无机相的pH控制在5.4左右。 (7)根据滴定原理可知，Ni2+与H2Y2-的物质的量之比为1∶1，则Ni2+的物质的量为0.100 0 mol·L-1×0.012 5 L =0.001 25 mol，则Ni2+的物质的量浓度为=0.025 0 mol·L-1。 2.(1)Fe3++3SCN-Fe(SCN)3 (2)α⁃Al2O3、SiO2和Fe (3)NH4HCO3电离出的HC促进了Fe2+的水解，产生Fe(OH)2 (4)1.4×10-3 (5)4FeCO3+O2+2H2O4FeO(OH)+4CO2 (6)取少量溶液，加入K3[Fe(CN)6]溶液，若出现蓝色沉淀，说明存在亚铁离子(合理即可) (7) 解析　(1)“酸浸”时，Fe2O3溶于硫酸溶液中以铁离子形式存在，加入KSCN检验，溶液变红是铁离子与SCN-发生反应，离子方程式为Fe3++3SCN-Fe(SCN)3。 (2)已知α⁃Al2O3化学性质极不活泼，不溶于水也不溶于酸或碱，SiO2不溶于硫酸，加入的还原铁粉过量，所以滤渣的主要成分有α⁃Al2O3、SiO2和Fe。 (4)用CaCO3“沉铁”，发生反应Fe2+(aq)+CaCO3(s)FeCO3(s)+Ca2+(aq)，K===140，当Fe2+恰好沉淀完全时(浓度为1×10-5 mol·L-1)，溶液中c(Ca2+)=140×c(Fe2+)=1.4×10-3 mol·L-1。 (5)“沉铁”得到的FeCO3被空气中的氧气氧化，生成铁黄，铁元素化合价由+2价变为+3价、氧气中氧元素化合价由0价变为-2价，结合质量守恒可知，同时生成二氧化碳气体，化学方程式为4FeCO3+O2+2H2O4FeO(OH)+4CO2。 (6)“滤液”中金属离子为亚铁离子，亚铁离子和K3[Fe(CN)6]溶液反应会生成蓝色沉淀，故检验亚铁离子的方法为取少量溶液，加入K3[Fe(CN)6]溶液，若出现蓝色沉淀，说明存在亚铁离子。 (7)配平方程式得：6Fe2++Cr2+14H++2Cr3++7H2O，则c(Fe2+)== mol·L-1。 3.(1)Na[Al(OH)4]、Na2SiO3、NaNbO3、NaTaO3 (2)将[Al(OH)4]-转化为Al(OH)3沉淀，转化为H2SiO3沉淀，过滤除去 (3)①+7F-+6H+===+3H2O　②增大H+浓度，加快反应速率　Cl-会被、氧化 (4)HF　2Ta(OH)5Ta2O5+5H2O 解析　“碱浸”步骤中铌、钽发生已知①中反应，Al2O3转化为Na[Al(OH)4]，SiO2转化为Na2SiO3，MgO、Fe2O3不和NaOH溶液反应存在于滤渣中，向滤液1中加入盐酸预洗，[Al(OH)4]-转化为Al(OH)3，转化为H2SiO3沉淀，“转化”步骤中NaNbO3、NaTaO3分别转化成氟铌酸根()、氟钽酸根()，加入萃取剂分离出氟铌酸根()、氟钽酸根()，加入氨水调节pH分离出Nb2O5、Ta2O5。 4.(1)b　(2)Si (3)3Ru+2+12H++16Cl-===+6H2O (4)CH3CHO　(5)5.6≤pH<8 (6)若用草酸钠溶液代替草酸铵溶液，会有Co(OH)2沉淀生成，导致CoC2O4的产率降低 (7)CoO　6CoO+O22Co3O4 解析　滤渣1中含有Ru和Si，滤液1调节pH沉淀Cr3+，过滤后向滤液中加入NH4HCO3得到CoCO3，滤渣1用NaClO3和HCl氧化溶浸，得到H2RuCl6，Si不反应存在于滤渣2中，H2RuCl6氧化后得到Na2RuO4，Na2RuO4被乙醇还原得到Ru(OH)4，再用H2还原得到Ru。 (3)“氧化溶浸”环节中Ru和NaClO3、HCl发生氧化反应得到，根据得失电子守恒和电荷守恒配平离子方程式为3Ru+2+12H++16Cl-===3+6H2O。 (4)Ru元素由+6价降到+4价，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶1时，CH3CH2OH中C元素的平均化合价由-2价升到-1价，说明CH3CH2OH转化为CH3CHO。 (5)滤液1中含Co2+的浓度为×10-3 mol·L-1=1.8×10-3 mol·L-1，则Co2+开始沉淀时c(OH-)== mol·L-1=1×10-6 mol·L-1，c(H+)= mol·L-1=1×10-8 mol·L-1，pH=8，Cr3+完全沉淀时，Cr3+的浓度为1×10-5 mol·L-1，c(OH-)== mol·L-1=4×10-9 mol·L-1，c(H+)= mol·L-1=×10-5 mol·L-1，pH=-lg c(H+)=5-lg=5+lg 4≈5.6，调pH时要求Cr3+完全沉淀，Co2+不沉淀，则pH的范围为5.6≤pH<8。 (7)由钴原子个数守恒可知，B点固体中氧原子的物质的量为=0.1 mol，则B点所得固体的化学式为CoO，同理可得，D点固体中氧原子的物质的量为≈0.133 mol，则D点所得固体的化学式为Co3O4，CD段发生反应的化学方程式为6CoO+O22Co3O4。 学科网（北京）股份有限公司 $$