专题六 [综合题专攻] 第4练 废渣、废料回收利用大题-【步步高·考前三个月】2025年高考化学复习讲义课件（广东专用）（课件PPT+word教案）

[综合题专攻]　第4练　废渣、废料回收利用大题　[分值：100分] 1.(16分)(2021·广东，18)对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝(Al)、钼(Mo)、镍(Ni)等元素的氧化物，一种回收利用工艺的部分流程如下： 已知：25 ℃时，H2CO3的Ka1=4.5×10-7，Ka2=4.7×10-11；Ksp(BaMoO4)=3.5×10-8；Ksp(BaCO3)=2.6×10-9；该工艺中，pH>6.0时，溶液中Mo元素以Mo的形态存在。 (1)“焙烧”中，有Na2MoO4生成，其中Mo元素的化合价为　　　　　。  (2)“沉铝”中，生成的沉淀X为　　　　。  (3)“沉钼”中，pH为7.0。 ①生成 BaMoO4的离子方程式为______________________________________________________。  ②若条件控制不当，BaCO3也会沉淀。为避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀，溶液中c(HC)∶c(Mo)=　　　　　　　　　　　　　　　(列出算式)时，应停止加入BaCl2溶液。  (4)①滤液Ⅲ中，主要存在的钠盐有NaCl和Y，Y为　　　　　。  ②往滤液Ⅲ中添加适量NaCl固体后，通入足量　　　　(填化学式)气体，再通入足量CO2，可析出Y。  (5)高纯AlAs(砷化铝)可用于芯片制造。芯片制造中的一种刻蚀过程如图所示，图中所示致密保护膜为一种氧化物，可阻止H2O2刻蚀液与下层GaAs(砷化镓)反应。 ①该氧化物为　　　　　。  ②已知：Ga和Al同族，As和N同族。在H2O2与上层GaAs的反应中，As元素的化合价变为+5，则该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为　　　。  答案　(1)+6　(2)Al(OH)3 (3)①Mo+Ba2+===BaMoO4↓ ② (4)①NaHCO3　②NH3　(5)①Al2O3　②4∶1 解析　(1)“焙烧”中，有Na2MoO4生成，其中Na和O的化合价分别为+1和-2，根据化合价的代数和为0可知，Mo元素的化合价为+6。 (2)“沉铝”中，四羟基合铝酸钠转化为氢氧化铝，因此，生成的沉淀X为Al(OH)3。 (3)①滤液Ⅱ中含有钼酸钠，加入氯化钡溶液后生成BaMoO4沉淀，该反应的离子方程式为Mo+Ba2+===BaMoO4↓。②若开始生成BaCO3沉淀，则体系中恰好建立如下平衡：HC+BaMoO4BaCO3+Mo+H+，该反应的化学平衡常数K=。为避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀，必须满足，由于“沉钼”中pH为7.0，c(H+)=1×10-7 mol·L-1，所以溶液中时，开始生成BaCO3沉淀， 因此，c(HC)∶c(Mo)=时，应停止加入BaCl2溶液。 (4)①滤液Ⅰ中加入过量的二氧化碳，四羟基合铝酸钠转化为氢氧化铝沉淀，同时生成碳酸氢钠，过滤得到的滤液Ⅱ含有碳酸氢钠和钼酸钠。滤液Ⅱ中加入适量的氯化钡溶液沉钼后，过滤得到的滤液Ⅲ中，主要存在的钠盐有NaCl和NaHCO3，故Y为NaHCO3。②根据侯氏制碱法的原理可知，往滤液Ⅲ中添加适量NaCl固体后，通入足量NH3，再通入足量CO2，可析出NaHCO3。 (5)①由题中信息可知，致密的保护膜为一种氧化物，是由H2O2与AlAs反应生成的，联想到金属铝表面容易形成致密的氧化膜可知，该氧化物为Al2O3。②由Ga和Al同族、As和N同族可知，GaAs中Ga显+3价(其最高价)、As显-3价。在H2O2与上层GaAs的反应中，As元素的化合价变为+5，其化合价升高了8，As元素被氧化，则该反应的氧化剂为H2O2，还原剂为GaAs。H2O2中的氧元素为-1价，其作为氧化剂时，氧元素要被还原到-2价，每个H2O2参加反应，氧元素化合价降低2，根据氧化还原反应中元素化合价升高的总数值等于化合价降低的总数值可知，该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为8∶2=4∶1。 2.(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_____________________。 答案　(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。 1.(18分)(2024·广州模拟)对废旧锂离子电池正极材料(主要成分为LiCoO2，还含有少量Al、Fe、Mn、Ni等元素)进行回收可有效利用金属资源，一种回收利用工艺流程如下： 已知：①常温下，丁二酮肟是白色晶体，不溶于水，可溶于乙醇等有机溶剂。 ②常温下，部分氢氧化物的Ksp如下表： 氢氧化物 Co(OH)2 Co(OH)3 Al(OH)3 Fe(OH)3 Ksp 3.0×10-15 1.6×10-44 1.3×10-33 2.8×10-39 回答下列问题： (1)“酸浸还原”中LiCoO2转化为Co2+，氧化产物是，该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为　　　　 。  (2)滤渣2的主要成分是Fe、Al和MnO2，Mn2+转化为MnO2的离子方程式是 ___________________________________________________________；常温下，“氧化调pH”后的滤液中Co2+浓度为17.7 g·L-1，为尽可能多地提取Co2+，应控制溶液中的pH不大于　　　　。  (3)“转化”中由Co2+转化为的离子方程式为_______________________________。  (4)“沉镍”中丁二酮肟与反应生成丁二酮肟镍的过程可表示为 从滤渣3中分离出丁二酮肟固体的方法是　　　　。  (5)“锂钴分离”可产生能重复利用的物质是　　　　。  (6)层状LiCoO2的结构如图所示，层状LiCoO2中一个Co周围与其最近的O的个数是　　　　；以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图中原子1的坐标为，则原子2和原子3的坐标分别为　　　　、　　　　。  答案　(1)8∶1　(2)Mn2++ClO-+H2O===MnO2↓+2H++Cl-　7.0　(3)4Co2++20NH3·H2O+O2+4N===4[Co(NH3)6]3++22H2O　(4)加入盐酸，充分反应后过滤　(5)氨气　(6)6　(0，0，)　(0，1，) 解析　(2)锰离子转化为二氧化锰的反应为溶液中的锰离子与次氯酸根离子反应生成二氧化锰沉淀、氯离子和氢离子，反应的离子方程式为Mn2++ClO-+H2O===MnO2↓+2H++Cl-，“氧化调pH”后的滤液中Co2+的浓度为17.7 g·L-1，设溶液的体积为1 L，则Co2+的浓度为=0.3 mol·L-1，为尽可能多地提取Co2+，由溶度积可知，溶液中的氢氧根离子浓度应小于 mol·L-1=10-7 mol·L-1，则溶液pH应小于7.0。 (4)分析可知，从滤渣3中分离出丁二酮肟固体的操作为向丁二酮肟镍中加入盐酸，充分反应后过滤得到丁二酮肟固体和二氯化镍溶液。 (5)“锂钴分离”中发生的反应为加入盐酸，将溶液中六氨合钴离子转化为钴离子和铵根离子，再加入氢氧化钠溶液，将溶液中的钴离子转化为氢氧化钴沉淀，铵根离子转化为氨气，则能重复利用的物质是氨气。 (6)由层状结构可知，位于六棱柱顶点的钴原子与位于柱内的氧原子距离最近，则一个钴原子周围与其最近的氧原子的个数是6。 2.(18分)(2024·深圳二模)一种从工业锌置换渣(主要含ZnSO4、ZnFe2O4、PbSO4、GeO2、SiO2等)中回收锗、铅的工艺流程如图： 已知：GeO2能溶于强酸浓溶液或强碱溶液；PbCl2可溶于热盐酸中：PbCl2+2Cl-；常温下，Ksp=1.6×10-8，Ksp=1.2×10-5。 (1)“还原浸出”时，SO2的存在可促进ZnFe2O4浸出。 ①SO2的空间结构为　　　　　。  ②该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为　　　　　。  (2)“90 ℃酸浸”所用盐酸的浓度不宜过大或过小，浓度不宜过大的主要原因是___________ __________________________________________________________________________________。  (3)“碱溶”时，GeO2发生反应的离子方程式为_________________________________________。  (4)“降温析铅”过程中，体系温度冷却至常温，且c=2.0 mol·L-1。为防止PbCl2中混有PbSO4杂质，应控制溶液中c≤　　　　　mol·L-1(保留两位有效数字)。  (5)“转化”的意义在于可重复利用　　　　　(填物质名称)。  (6)通过掺杂硅可将锗单质转化为不同掺杂比例的硅锗合金，锗及硅锗合金的立方晶胞如图所示。 ①锗晶体中一个Ge周围与其最近的Ge的个数为　　　　　。  ②若硅锗合金ⅰ的晶胞边长为a pm，设NA为阿伏加德罗常数的值，则硅锗合金ⅰ晶体的密度为___________g·cm-3(列计算式)。  ③硅锗合金ⅱ沿晶胞对角面取得的截图为　　　　　(填字母)。  答案　(1)①V形　②1∶1　(2)防止GeO2大量溶解，导致锗的产率下降　(3)GeO2+2OH-===+H2O　(4)5.3×10-3　(5)盐酸　(6)①4　②　③C 解析　(1)①SO2中S的价层电子对数为2+=3，有1个孤电子对，空间结构为V形。②该反应的化学方程式为SO2+ZnFe2O4+2H2SO4===ZnSO4+2FeSO4+2H2O，氧化剂为ZnFe2O4，还原剂为SO2，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1。 (4)c=2.0 mol·L-1，Ksp=c·c2=1.2×10-5，则c=3×10-6 mol·L-1，由Ksp=c·c可知，c≈5.3×10-3 mol·L-1，即为防止PbCl2中混有PbSO4杂质，应控制溶液中c≤5.3×10-3 mol·L-1。 (5)滤液1中加入适量CaCl2得到CaSO4，过滤得滤液2，滤液2主要含有H+、Cl-，“转化”的意义在于可重复利用盐酸。 (6)②由均摊法得，1个硅锗合金ⅰ晶胞中含有Si原子个数为2×=1，Ge原子的个数为4+8×+4×=7，晶胞边长为a pm，则硅锗合金ⅰ晶体的密度为 g·cm-3。 3.(16分)(2023·韶关统考二模)铟(In)是制备酞菁铟、磷化铟等半导体的重要基础材料，广泛应用于军工、航天航空、平面显示、光电信息、太阳能电池等领域。从铅、锌的冶炼过程中产生的高铟烟灰(主要含In2O3、In2S3、ZnO、PbO、Fe2O3)中提取金属铟的流程如图： 已知：氧化酸浸后铟以In3+的形式存在。“萃取”过程中的萃取剂可用H2A2表示，其在酸性溶液中可萃取三价金属离子。 回答下列问题： (1)“氧化酸浸”过程中In2S3的硫元素被氧化为，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为　　　　　　，滤渣除含过量MnO2外，还有　　　　　　(填化学式)。  (2)一个配体中有两个配位原子的配体叫双齿配体，C2就是一种双齿配体。“净化”时加入H2C2O4的主要作用是络合Fe3+，Fe3+的配位数是6，则“净化”时的离子方程式是___________ _________________________________。  (3)萃取过程的反应方程式为In3++3H2A2In+3H+，平衡常数为K。一定温度下萃取率(E%)与c(H+)的关系为lg =lg K-lg 。当pH=2.30时，萃取率为50%；若将萃取率提升到95%，应调节溶液的pH=　　　　　　[已知lg 19≈1.28。忽略萃取剂浓度c(H2A2)在萃取过程中随pH的变化。结果保留小数点后两位]。  (4)锌可以从　　　　　　中进行回收(填字母，下同)。  a.滤渣　　　b.水相　　　c.有机相 (5)酞菁铟是有机分子酞菁与铟原子形成的复杂分子，结构简式如图所示，该分子中不存在的化学键为　　　　　　。  a.σ键 b.π键 c.离子键 d.配位键 (6)磷化铟的晶胞结构如图所示，晶胞参数为a nm，In的配位数为　　　　　　；与In原子间距离为a nm的In原子有　　　　个。  答案　(1)12∶1　PbSO4 (2)Fe3++3H2C2O4===[Fe(C2O4)3]3-+6H+ (3)2.73　(4)b　(5)c　(6)4　12 解析　(1)氧化酸浸过程中MnO2只将In2S3中的硫元素氧化为硫酸根离子，S的化合价由-2价变为+6价，共失去24个电子， Mn的化合价由+4价变为+2价，得到2个电子，根据得失电子守恒，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为24∶2=12∶1。(3)当pH=2.30时，萃取率为50%，则lg =lg K-lg ，得lg K=lg ，若将萃取率提升到95%，则lg =lg K-lg =lg 19，将lg K代入，则有lg 19=lg -lg =lg ×=lg ，lg c(H+)≈-2.73，则应调节溶液的pH=2.73。(6)磷周围有4个In原子形成正四面体结构，磷的配位数为4，晶胞中In的数目为8×+6×=4，磷原子数为4，磷原子和In个数相等，故In的配位数也为4，晶胞参数为a nm，与In原子间距离为a nm的In原子在晶胞面对角线上，由图可知，与In原子间距离为a nm的In原子数为12。 4.(16分)(2023·广州统考二模)氮化镓(GaN)具有优异的光电性能。一种利用炼锌矿渣[主要含铁酸镓Ga2、铁酸锌ZnFe2O4、SiO2]制备GaN的工艺流程如下： 已知： ①Ga与Al同主族，化学性质相似。 ②常温下，Ksp[Zn(OH)2]=10-16.6，Ksp[Ga(OH)3]=10-35.1，Ksp[Fe(OH)3]=10-38.5。 ③Ga3+、Fe3+在该工艺条件下的反萃取率(进入水相中金属离子的百分数)与盐酸浓度的关系见下表。 盐酸浓度/(mol·L-1) 反萃取率/% Ga3+ Fe3+ 2 86.9 9.4 4 69.1 52.1 6 17.5 71.3 回答下列问题： (1)“酸浸”时，Ga2发生反应的离子方程式为________________________________________。 “酸溶”所得滤渣的主要成分是　　　　(填化学式)。  (2)“酸浸”所得浸出液中Ga3+、Zn2+浓度分别为0.21 g·L-1、65 g·L-1。常温下，为尽可能多地提取Ga3+并确保不混入Zn(OH)2，“调pH”时需用CaO调pH至　　　　　(假设调pH时溶液体积不变)。  (3)“脱铁”和“反萃取”时，所用盐酸的浓度a=　　　，b=　　　(选填上表中盐酸的浓度)。  (4)“沉镓”时，若加入NaOH的量过多，会导致Ga3+的沉淀率降低，原因是　　　　　　　　(用离子方程式表示)。  (5)利用CVD(化学气相沉积)技术，将热分解得到的Ga2O3与NH3在高温下反应可制得GaN，同时生成另一种产物，该反应的化学方程式为 　。 (6)①GaN的熔点为1 700 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，它们的晶体类型依次为　　　　　、　　　　　。  ②GaN晶体的一种立方晶胞如图所示。该晶体中与Ga原子距离最近且相等的N原子个数为　　　　。该晶体密度为ρ g·cm-3，GaN的式量为Mr，则晶胞边长为　　　　nm(列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。  答案　(1)Ga2(Fe2O4)3+24H+===2Ga3++6Fe3++12H2O　CaSO4　(2)略小于5.7　(3)6　2 (4)Ga(OH)3+OH-===[Ga(OH)4]- (5)Ga2O3+2NH32GaN+3H2O (6)①共价晶体　分子晶体　②4　×107 解析　(2)酸浸所得浸出液中Ga3+、Zn2+浓度分别为0.21 g·L-1和65 g·L-1即0.003 mol·L-1和1 mol·L-1，根据Ksp[Zn(OH)2]=10-16.6，Zn2+开始沉淀时c(OH-)=10-8.3 mol·L-1，pH为5.7，根据Ksp[Ga(OH)3]=10-35.1，Ga3+开始沉淀时c(OH-)≈6.93×10-11.7 mol·L-1，Ga3+开始沉淀的pH约为3.14，则调节pH略小于5.7即可。(3)脱铁时盐酸浓度较高，促使Fe3+更多地进入水相被除去，盐酸浓度为6 mol·L-1，反萃取中要保证Ga3+更可能多地进入水相，则此时盐酸浓度为2 mol·L-1。(6)②根据均摊法，该晶胞中N原子个数为4，Ga原子个数为×8+×6=4，设晶胞边长为a nm，则ρ= g·cm-3，则a=×107。 学科网（北京）股份有限公司 $$ [综合题专攻] 专题六　第4练　 废渣、废料回收利用大题 真题演练 模拟预测 内容索引 1.(2021·广东，18)对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝(Al)、钼(Mo)、镍(Ni)等元素的氧化物，一种回收利用工艺的部分流程如下： 1 2 真题演练 PART ONE 已知：25 ℃时，H2CO3的Ka1=4.5×10-7，Ka2=4.7×10-11；Ksp(BaMoO4)= 3.5×10-8；Ksp(BaCO3)=2.6×10-9；该工艺中，pH>6.0时，溶液中Mo元素以Mo的形态存在。 1 2 (1)“焙烧”中，有Na2MoO4生成，其中Mo元素的化合价为　　　。 “焙烧”中，有Na2MoO4生成，其中Na和O的化合价分别为+1和-2，根据化合价的代数和为0可知，Mo元素的化合价为+6。 +6 1 2 (2)“沉铝”中，生成的沉淀X为　　　　。  “沉铝”中，四羟基合铝酸钠转化为氢氧化铝，因此，生成的沉淀X为Al(OH)3。 Al(OH)3 1 2 (3)“沉钼”中，pH为7.0。 ①生成 BaMoO4的离子方程式为_________________________。  滤液Ⅱ中含有钼酸钠，加入氯化钡溶液后生成BaMoO4沉淀，该反应的离子方程式为Mo+Ba2+===BaMoO4↓。 Mo+Ba2+===BaMoO4↓ 1 2 ②若条件控制不当，BaCO3也会沉淀。为避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀， 溶液中c(HC)∶c(Mo)=　　　　　　　　　(列出算式)时，应停止 加入BaCl2溶液。  　 若开始生成BaCO3沉淀，则体系中恰好建立如下平衡：HC+BaMoO4 BaCO3+Mo+H+，该反应的化学平衡常数 K=。 为避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀，必须满足， 1 2 由于“沉钼”中pH为7.0，c(H+)=1×10-7 mol·L-1，所以溶液中时，开始生成BaCO3沉淀， 因此，c(HC)∶c(Mo)= 时，应停止加入BaCl2溶液。 1 2 1 2 (4)①滤液Ⅲ中，主要存在的钠盐有NaCl和Y，Y为　　　　　。  滤液Ⅰ中加入过量的二氧化碳，四羟基合铝酸钠转化为氢氧化铝沉淀，同时生成碳酸氢钠，过滤得到的滤液Ⅱ含有碳酸氢钠和钼酸钠。滤液Ⅱ中加入适量的氯化钡溶液沉钼后，过滤得到的滤液Ⅲ中，主要存在的钠盐有NaCl和NaHCO3，故Y为NaHCO3。 NaHCO3 1 2 ②往滤液Ⅲ中添加适量NaCl固体后，通入足量　　　　(填化学式)气体，再通入足量CO2，可析出Y。  根据侯氏制碱法的原理可知，往滤液Ⅲ中添加适量NaCl固体后，通入足量NH3，再通入足量CO2，可析出NaHCO3。 NH3 1 2 (5)高纯AlAs(砷化铝)可用于芯片制造。芯片制造中的一种刻蚀过程如图所示，图中所示致密保护膜为一种 氧化物，可阻止H2O2刻蚀液与下层 GaAs(砷化镓)反应。 ①该氧化物为　　　　。  由题中信息可知，致密的保护膜为一种氧化物，是由H2O2与AlAs反应生成的，联想到金属铝表面容易形成致密的氧化膜可知，该氧化物为Al2O3。 Al2O3 1 2 ②已知：Ga和Al同族，As和N同族。在H2O2与上层GaAs的反应中，As元素的化合价变为+5，则该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为　　　。  4∶1 由Ga和Al同族、As和N同族可知，GaAs中Ga显+3价(其最高价)、As显-3价。在H2O2与上层GaAs的反应中，As元素的化合价变为+5，其化合价升高了8，As 元素被氧化，则该反应的氧化剂为H2O2，还原剂为GaAs。H2O2中的氧元素为-1价，其作为氧化剂时，氧元素要被还原到-2价，每个H2O2参加反应，氧元素化合价降低2，根据氧化还原反应中元素化合价升高的总数值等于化合价降低的总数值可知，该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为8∶2=4∶1。 1 2 1 2 2.(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。 1 2 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。 1 2 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___________________ ____________。 增大固体与酸的接触面积，加 快“酸浸”速率 CoO+H2SO4=== CoSO4+H2O 1 2 (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”)。  1.6×10-4 不能 1 2 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。 1 2 (4)“沉锰”步骤中，生成1.0 mol MnO2，产生H+的物质的量为　　　　。 4.0 mol “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+。 1 2 (5)“沉淀”步骤中，用NaOH调pH=4，分离出的滤渣是　　　　　。  Fe(OH)3 “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。 1 2 (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_________________________________________。 2Co2++5ClO-+5H2O===2Co(OH)3↓+Cl-+4HClO 1 2 (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______________________________________________________________________________。 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 1.(2024·广州模拟)对废旧锂离子电池正极材料(主要成分为LiCoO2，还含有少量Al、Fe、Mn、Ni等元素) 进行回收可有效利用金属资源， 一种回收利用工艺流程如右： 已知：①常温下，丁二酮肟是 白色晶体，不溶于水，可溶于 乙醇等有机溶剂。 1 2 3 4 模拟预测 PART TWO ②常温下，部分氢氧化物的Ksp如下表： 1 2 3 4 氢氧化物 Co(OH)2 Co(OH)3 Al(OH)3 Fe(OH)3 Ksp 3.0×10-15 1.6×10-44 1.3×10-33 2.8×10-39 回答下列问题： (1)“酸浸还原”中LiCoO2转化为 Co2+，氧化产物是，该反应 的氧化剂与还原剂物质的量之比 为　　　 。  1 2 3 4 8∶1 (2)滤渣2的主要成分是Fe、Al和MnO2，Mn2+转化为 MnO2的离子方程式是__________ ________________________；常温下，“氧化调pH”后的滤液中Co2+浓度为17.7 g·L-1，为尽可能多地提取Co2+，应控制溶液中的pH不大于　　　。  1 2 3 4 Mn2++ClO- +H2O===MnO2↓+2H++Cl- 7.0 1 2 3 4 锰离子转化为二氧化锰的反应为溶液中的锰离子与次氯酸根离子反应生成二氧化锰沉淀、氯离子和氢离子，反应的离子方程式为Mn2++ClO-+H2O=== MnO2↓+2H++Cl-，“氧化调pH” 后的滤液中Co2+的浓度为17.7 g·L-1， 1 2 3 4 设溶液的体积为1 L，则Co2+的浓度为=0.3 mol·L-1，为尽可能多地提取Co2+，由溶度积可知，溶液中的氢氧根离子浓度应小于 mol·L-1= 10-7 mol·L-1，则溶液pH应小于7.0。 (3)“转化”中由Co2+转化为的离子方程式为____________ _____________________________________。  1 2 3 4 4Co2++20NH3· H2O+O2+4N===4[Co(NH3)6]3++22H2O (4)“沉镍”中丁二酮肟与反应生成丁二酮肟镍的过程可表示为 1 2 3 4 从滤渣3中分离出丁二酮肟固体的方法是_______________________ ______。  加入盐酸，充分反应后 过滤 分析可知，从滤渣3中分离出丁二酮肟固体的操作为向丁二酮肟镍中加入盐酸，充分反应后过滤得到丁二酮肟固体和二氯化镍溶液。 1 2 3 4 (5)“锂钴分离”可产生能重复利用的物质是　　　　。  1 2 3 4 氨气 “锂钴分离”中发生的反应为加入盐酸，将溶液中六氨合钴离子转化为钴离子和铵根离子，再加入氢氧化钠溶液，将溶液中的钴离子转化为氢氧化钴沉淀，铵根离子转化为氨气，则能重复利用的物质是氨气。 (6)层状LiCoO2的结构如图所示，层状LiCoO2中一个Co周围与其最近的O的个数是　 　；以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图中原子1的坐标为，则原子2和原子3的坐标 分别为　　 　　、　　 　　。  1 2 3 4 6 (0，0，) (0，1，) 由层状结构可知，位于六棱柱顶点的钴原子与位于柱内的氧原子距离最近，则一个钴原子周围与其最近的氧原子的个数是6。 2.(2024·深圳二模)一种从工业锌置换渣(主要含ZnSO4、ZnFe2O4、PbSO4、GeO2、SiO2等)中回收锗、铅的工艺流程如图： 已知：GeO2能溶于强酸浓溶液或强碱溶液；PbCl2可溶于热盐酸中：PbCl2+ 2Cl- ；常温下，Ksp =1.6×10-8，Ksp=1.2×10-5。 1 2 3 4 (1)“还原浸出”时，SO2的存在可促进ZnFe2O4浸出。 ①SO2的空间结构为　　　。  1 2 3 4 V形 SO2中S的价层电子对数为2+ =3，有1个孤电子对，空间结构为 V形。 ②该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为　　 　。  1 2 3 4 该反应的化学方程式为SO2+ZnFe2O4 +2H2SO4===ZnSO4+2FeSO4+2H2O，氧化剂为ZnFe2O4，还原剂为SO2，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1。 1∶1 (2)“90 ℃酸浸”所用盐酸的浓度不宜过大或过小，浓度不宜过大的主要原因是__________________________ ___________。  (3)“碱溶”时，GeO2发生反应的离子方程式为______________________ _______。 1 2 3 4 防止GeO2大量溶解，导致锗 的产率下降 GeO2+2OH-=== +H2O (4)“降温析铅”过程中，体系温度冷却至常温，且c=2.0 mol·L-1。为防止PbCl2中混有PbSO4杂质，应控制溶液中c≤　　　　　mol·L-1(保留两位有效数字)。  1 2 3 4 5.3×10-3 c=2.0 mol·L-1，Ksp= c·c2=1.2×10-5，则c=3×10-6 mol·L-1，由Ksp=c·c可知，c≈5.3×10-3 mol·L-1，即为防止PbCl2中混有PbSO4杂质，应控制溶液中c≤5.3× 10-3 mol·L-1。 1 2 3 4 (5)“转化”的意义在于可重复利用 　　　(填物质名称)。  1 2 3 4 盐酸 滤液1中加入适量CaCl2得到CaSO4，过滤得滤液2，滤液2主要含有H+、Cl-，“转化”的意义在于可重复利用盐酸。 (6)通过掺杂硅可将锗单质转化为不同掺杂比例的硅锗合金，锗及硅锗合金的立方晶胞如图所示。 1 2 3 4 ①锗晶体中一个Ge周围与其最近的Ge的个数为　　　。  ②若硅锗合金ⅰ的晶胞边长为a pm，设NA为阿伏加德罗常数的值，则硅 锗合金ⅰ晶体的密度为____________g·cm-3(列计算式)。  4 　 1 2 3 4 由均摊法得，1个硅锗合金ⅰ晶胞中含有Si原子个数为2×=1，Ge原子的个数为4+8×+4×=7，晶胞边长为a pm，则硅锗合金ⅰ晶体的密度为 g·cm-3。 1 2 3 4 ③硅锗合金ⅱ沿晶胞对角面取得的截图为　　　(填字母)。  C 1 2 3 4 3.(2023·韶关统考二模)铟(In)是制备酞菁铟、磷化铟等半导体的重要基础材料，广泛应用于军工、航天航空、平面显示、光电信息、太阳能电池等领域。从铅、锌的冶炼过程 中产生的高铟烟灰(主要含In2O3、 In2S3、ZnO、PbO、Fe2O3)中提 取金属铟的流程如图： 已知：氧化酸浸后铟以In3+的形 式存在。“萃取”过程中的萃取剂可用H2A2表示，其在酸性溶液中可萃取三价金属离子。 1 2 3 4 回答下列问题： (1)“氧化酸浸”过程中In2S3的硫元素被氧化为，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为　　　，滤渣除含过量MnO2外，还有　　　 (填化学式)。  12∶1 PbSO4 氧化酸浸过程中MnO2只将 In2S3中的硫元素氧化为硫 酸根离子，S的化合价由-2 价变为+6价，共失去24个 电子， Mn的化合价由+4价 变为+2价，得到2个电子，根据得失电子守恒，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为24∶2=12∶1。 1 2 3 4 1 2 3 4 (2)一个配体中有两个配位原子的配体叫双齿配体，C2就是一种双齿配体。“净化”时加入H2C2O4的主要作用是络合Fe3+，Fe3+的配位数是6，则“净化”时的离子方程式是___________ ___________________。  Fe3++3H2C2O4 ===[Fe(C2O4)3]3-+6H+ 萃取率为50%；若将萃取率提升到95%，应调节溶液的pH=_______[已知lg 19≈1.28。忽略萃取剂浓度c(H2A2)在萃取过程中随pH的变化。结果保留小数点后两位]。  1 2 3 4 (3)萃取过程的反应方程式为In3++3H2A2 In+3H+，平衡常数为K。一定温度下萃取 率(E%)与c(H+)的关系为lg =lg K-lg 。当pH=2.30时， 2.73 1 2 3 4 当pH=2.30时，萃取率为50%， 则lg =lg K-lg ， 得lg K=lg ，若将萃取 率提升到95%，则lg = lg K-lg =lg 19，将lg K代入，则有lg 19=lg -lg = lg ×=lg ，lg c(H+)≈-2.73，则应调节溶液的pH =2.73。 1 2 3 4 (4)锌可以从　　中进行回收(填字母，下同)。  a.滤渣 b.水相 c.有机相 (5)酞菁铟是有机分子酞菁与铟原子形成的复杂分子，结构简 式如图所示，该分子中不存在的 化学键为　　。  a.σ键 b.π键 c.离子键 d.配位键 b c 1 2 3 4 (6)磷化铟的晶胞结构如图所示，晶胞参数为a nm，In的配位数为　　　；与In原子间距离为a nm的In原子有　　　个。  4 12 磷周围有4个In原子形成正四面体结构，磷的配位数为4，晶胞中In的数目为8×+6×=4，磷原子数为4，磷原子和In个数相等，故In的配位数也为4，晶胞参数为a nm，与In原子间距离为a nm的In原子在晶胞面对角线上，由图可知，与In原子间距离为a nm的In原子数为12。 1 2 3 4 4.(2023·广州统考二模)氮化 镓(GaN)具有优异的光电性 能。一种利用炼锌矿渣[主 要含铁酸镓Ga2、 铁酸锌ZnFe2O4、SiO2]制备 GaN的工艺流程如右： 已知： ①Ga与Al同主族，化学性质相似。 ②常温下，Ksp[Zn(OH)2]=10-16.6，Ksp[Ga(OH)3]=10-35.1，Ksp[Fe(OH)3]=10-38.5。 1 2 3 4 ③Ga3+、Fe3+在该工艺条件下的反萃取率(进入水相中金属离子的百分数)与盐酸浓度的关系见下表。 盐酸浓度/(mol·L-1) 反萃取率/% Ga3+ Fe3+ 2 86.9 9.4 4 69.1 52.1 6 17.5 71.3 1 2 3 4 回答下列问题： (1)“酸浸”时，Ga2发生反应的离子方程式为___________ ___________________________。“酸溶”所得滤渣的主要成分是 　　　　(填化学式)。  (2)“酸浸”所得浸出液中Ga3+、Zn2+浓度分别为0.21 g·L-1、65 g·L-1。常温下，为尽可能多地提取Ga3+并确保不混入Zn(OH)2，“调pH”时需用CaO调pH至　　　　　(假设调pH时溶液体积不变)。  Ga2(Fe2O4)3 +24H+===2Ga3++6Fe3++12H2O CaSO4 略小于5.7 1 2 3 4 酸浸所得浸出液中Ga3+、Zn2+浓度分别为0.21 g·L-1和65 g·L-1即0.003 mol·L-1和1 mol·L-1，根据Ksp[Zn(OH)2]=10-16.6，Zn2+开始沉淀时c(OH-)=10-8.3 mol·L-1，pH为5.7，根据Ksp[Ga(OH)3]=10-35.1， Ga3+开始沉淀时c(OH-)≈6.93× 10-11.7 mol·L-1，Ga3+开始沉淀的pH约为3.14，则调节pH略小于5.7即可。 脱铁时盐酸浓度较高，促使Fe3+更多地进入水相被除去，盐酸浓度为 6 mol·L-1，反萃取中要保证Ga3+更可能多地进入水相，则此时盐酸浓度为2 mol·L-1。 (3)“脱铁”和“反萃取”时，所用盐酸的浓度a=_____，b=_____ (选填题表中盐酸的浓度)。  6 2 1 2 3 4 1 2 3 4 (4)“沉镓”时，若加入NaOH的量过多，会导致Ga3+的沉淀率降低，原因是_______________________ (用离子方程式表示)。  (5)利用CVD(化学气相沉积)技术， 将热分解得到的Ga2O3与NH3在高 温下反应可制得GaN，同时生成另一种产物，该反应的化学方程式为 ___________________________。 Ga(OH)3+OH-===[Ga(OH)4]- Ga2O3+2NH3 2GaN+3H2O 1 2 3 4 (6)①GaN的熔点为1 700 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，它们的晶体类型依次为　　　　　、　　　　　。  ②GaN晶体的一种立方晶胞如图所示。该晶体中与 Ga原子距离最近且相等的N原子个数为　　　。 该晶体密度为ρ g·cm-3，GaN的式量为Mr，则晶胞边 长为　　 　　nm(列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。  共价晶体 分子晶体 4 　×107 1 2 3 4 根据均摊法，该晶胞中N原子个数为4，Ga原子个数为×8+×6=4，设晶胞边长为a nm，则ρ= g·cm-3，则a=×107。 $$