专题三 [热点题空] 第3练 实验条件的控制与归因分析-【步步高·考前三个月】2025年高考化学复习讲义课件（江苏专用）（课件PPT+word教案）

[热点题空] 专题三　第3练　 实验条件的控制与归因分析 真题演练 模拟预测 内容索引 1.[2023·江苏，16(2)]在催化剂作用下MgSO3被O2氧化为MgSO4。已知MgSO3的溶解度为0.57 g (20 ℃)，O2氧化溶液中的离子方程式为 　　　 　　　 　； 在其他条件相同时，以负载钴的分子筛为催 化剂，浆料中MgSO3被O2氧化的速率随pH的变化如图所示。在pH=6~8范围内，pH增大，浆料中MgSO3的氧化速率增大，其主要原因是 　　　　 。 1 2 3 4 真题演练 PART ONE +O2 pH增大，抑制的水解，反应物的浓度增大，故可加快氧化速率 1 2 3 4 根据题意，O2氧化溶液中的 ，1 mol O2氧化2 mol ，故O2氧化溶液 中的离子方程式为2S+O2； pH增大，抑制的浓度增大，故可加快氧化速率。 2.[2024·江苏，14(1)(2)①]回收磁性合金钕铁硼(Nd2Fe14B)可制备半导体材料铁酸铋和光学材料氧化钕。 (1)钕铁硼在空气中焙烧转化为Nd2O3、Fe2O3等(忽略硼的化合物)，用0.4 mol·L-1盐酸酸浸后过 1 2 3 4 滤得到NdCl3溶液和含铁滤渣。Nd、Fe浸出率( ×100%)随浸取时间变化如图所示。 ①含铁滤渣的主要成分为　　　　(填化学式)。 Fe(OH)3 钕铁硼在空气中焙烧后得到的Nd2O3、Fe2O3均可溶于盐酸，得到含有NdCl3和FeCl3的溶液。由图中信息可知，Nd的浸出率逐渐增大，而Fe的浸出率先增大后逐渐减小，说明随着Nd的浸出率增大，稀盐酸中的H+的浓度逐渐 减小，pH逐渐增大导致Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀，因此，含铁滤渣的主要成分为Fe(OH)3。 1 2 3 4 ②浸出初期Fe浸出率先上升后下降的原因是 ________________________________________________________________________________________________________________。 1 2 3 4 浸出初期，c(H+)较大，铁的浸出率较大，约5 min后，溶液酸性减弱，Fe3+水解生成Fe(OH)3进入滤渣，使铁的浸出率下降 由①中分析可知，浸出初期Fe浸出率先上升后下降的原因是浸出初期，Fe2O3溶解，Fe的浸出率增大，约5 min后随着Nd的浸出率增大，稀盐酸中H+的浓度逐渐减小，pH逐渐增大导致Fe3+水解生成Fe(OH)3进入滤渣，Fe的浸出率又减小。 (2)含铁滤渣用硫酸溶解，经萃取、反萃取提纯后，用于制备铁酸铋。 用含有机胺(R3N)的有机溶剂作为萃取剂提纯一定浓度的Fe2溶液，原理为： SO4+Fe3++H2O H++ Fe(OH)(有机层) 已知：SO4+H++ 2(R3NH·HSO4) 1 2 3 4 其他条件不变，水层初始pH在0.2~0.8范围内，随水层pH增大，有机层中Fe元素含量迅速增多的原因是_______________________________ _______________________________________ 随水层pH增大，H+的浓度减小， SO4+Fe3++H2O H++ Fe(OH)的化学平衡向正反应方向移动，SO4+ H++ 2(R3NH·HSO4)的化学平衡逆向移动，该平衡逆向移动引起SO4浓度的增大，进一步促进萃取平衡向萃取方向移动，导致Fe(OH)的浓度增大，因此，有机层中Fe元素含量迅速增多 _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 1 2 3 4 3.[2022·江苏，16(1)(2)(3)]实验室以二氧化铈(CeO2)废渣为原料制备Cl-含量少的Ce2(CO3)3，其部分实验过程如下： 1 2 3 4 (1)“酸浸”时CeO2与H2O2反应生成Ce3+并放出O2，该反应的离子方程式为　　　 　　 　　。 2CeO2+H2O2+6H+===2Ce3++O2↑+4H2O 1 2 3 4 首先用稀盐酸和过氧化氢溶液酸浸二氧化铈废渣，得到三价铈，加入氨水调节pH后用萃取剂萃取其中的三价铈，增大三价铈浓度，之后加入稀硝酸反萃取其中的三价铈，再加入氨水和碳酸氢铵制备产物，以此解题。根据信息可知反应物为CeO2与H2O2，产物为Ce3+和O2，根据电荷守恒和元素守恒可知其离子方程式为2CeO2+H2O2+6H+=== 2Ce3++O2↑+4H2O。 (2)pH约为7的CeCl3溶液与NH4HCO3 溶液反应可生成Ce2(CO3)3沉淀，该 沉淀中Cl-含量与加料方式有关。得 到含Cl-量较少的Ce2(CO3)3的加料方 式为　　(填序号)。 A.将NH4HCO3溶液滴加到CeCl3溶液中 B.将CeCl3溶液滴加到NH4HCO3溶液中 1 2 3 4 B 反应过程中保持CeCl3少量即可得到含Cl-量较少的Ce2(CO3)3，故选B。 (3)通过中和、萃取、反萃取、沉淀等过程，可制备Cl-含量少的Ce2(CO3)3。已知Ce3+能被有机萃取剂(简称HA)萃取，其萃取原理可表示为 1 2 3 4 Ce3+(水层)+3HA(有机层) CeA3(有机层)+3H+(水层) ①加氨水“中和”去除过量盐酸，使溶液接近中性。去除过量盐酸的目的是___________________________________________________________ ____________。 降低溶液中氢离子的浓度，促进Ce3+的萃取平衡正向移动，提高Ce3+的萃取率 ②反萃取的目的是将有机层Ce3+转移到水层。为使Ce3+尽可能多地发生上述转移，应选择的实验条件或采取的实验操作有　　 　  (填两项)。 1 2 3 4 适当提高稀硝酸浓度，多次萃取 根据萃取原理可知，反萃取应选择的实验条件是酸性条件，为了使Ce3+尽可能多地发生上述转移，可以采用多次萃取。 ③与“反萃取”得到的水溶液比较，过滤Ce2(CO3)3溶液的滤液中，物质的量减小的离子有　　　　(填化学式)。 1 2 3 4 Ce3+、H+ 1 2 3 4 4.[2021·河北，14(4)②]化工专家侯德榜发明的侯氏制碱法为我国纯碱工业和国民经济发展做出了重要贡献，某化学兴趣小组在实验室中模拟并改进侯氏制碱法制备NaHCO3，进一步处理得到产品Na2CO3和NH4Cl，实验流程如图： 1 2 3 4 向滤液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)+NH4Cl(aq)―→NaCl(aq)+NH4Cl(s)过程。为使NH4Cl沉淀充分析出并分离，根据NaCl和NH4Cl溶解度曲线，需采用的操作为　　 　　、 　 　、洗涤、干燥。  冷却结晶 过滤 根据溶解度随温度的变化曲线可以看出，氯化铵的溶解度随着温度的升高而不断增大，而氯化钠的溶解度随着温度的升高变化并不明显，所以要想使NH4Cl沉淀充分析出并分离，需采用的操作为冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。 1 2 3 4 1.(2023·常州期末)以辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)和软锰矿(主要成分为MnO2)为原料制备超细氧化铋的工艺流程如图： 模拟预测 PART TWO 已知：Bi3+易与Cl-形成BiC，BiC易发生水解，其反应的离子方程式为BiC+H2O=== BiOCl↓+5Cl-+2H+。 (1)“联合焙烧”时，Bi2S3和MnO2在空气中反应生成Bi2O3和MnSO4。该 反应的化学方程式为　　 　　。 2Bi2S3+6MnO2+9O2 2Bi2O3+6MnSO4 1 2 3 4 5 6 “联合焙烧”时，Bi2S3和MnO2在空气中反应生成Bi2O3和MnSO4，Mn元素由+4价下降到+2价，O元素由0价下降到-2价，S元素由-2价上升到+6价，根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式为2Bi2S3 +6MnO2+9O2 2Bi2O3+6MnSO4。 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 (2)“酸浸”时需及时补充浓盐酸调 节浸取液的 pH。 ①一般控制浸取液 pH小于1.4，其 目的是________________________　　　  　 　　 　。 增大H+浓度，使Bi3+充分浸 出；同时抑制Bi3+(或BiC)、Fe3+水解 Bi3+易与Cl-形成BiC，BiC易发生水解：BiC+H2O=== BiOCl↓+5Cl-+2H+，增大H+浓度，水解平衡逆向移动，可使Bi3+充分浸出，同时抑制Bi3+(或BiC)、Fe3+水解。 1 2 3 4 5 6 ②为提高酸浸时金属元素的浸出率，除适当增加浓盐酸用量、适当升高酸浸温度外，还可采取的措施有　 　。 加快搅拌速率(答案合理即可) 反应速率的影响因素有温度、浓度、压强、催化剂、表面积等，故提高酸浸时金属元素的浸出率，除适当增加浓盐酸用量、适当升高酸浸温度外，还可加快搅拌速率。 1 2 3 4 5 6 (3)铋离子能被有机萃取剂(简称TBP)萃取，其萃取 原理可表示为BiC(水层)+2TBP(有机层) BiCl3·2TBP(有机层)+3Cl-(水层)。 ①“萃取”时需向溶液中加入NaCl固体调节Cl-浓 度，萃取率随c(Cl-)变化关系如图所示。最佳c(Cl-) 为1.3 mol ·L-1的可能原因是_______________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 c(Cl-)>1.3 mol ·L-1时，铋离子(萃取平衡BiC+2TBP BiCl3·2TBP+3Cl-逆向移动)萃取率下降，铁离子萃取率上升；c(Cl-)<1.3 mol·L-1时，铋离子水解(BiC+H2O===BiOCl↓+5Cl-+2H+)程度增大，不利于铋离子的萃取提纯 1 2 3 4 5 6 ②萃取后分液所得水相中的主要阳离子为 　　　 　(填离子符号)。 Fe3+、H+、Na+ “萃取”时需向溶液中加入NaCl固体调节Cl-浓度，加入萃取剂TBP的目的是使Bi3+和Fe3+分离，则萃取后分液所得水相中的主要阳离子为Fe3+、H+、Na+。 1 2 3 4 5 6 (4)“沉淀反萃取”时生成草酸铋[Bi2(C2O4)3·7H2O]晶体。为得到含Cl-较少的草酸铋晶体，“萃取”后有机相与草酸溶液的混合方式为 　　　　　　　　　　　　 　　。 边搅拌边将有机相滴入草酸溶液中 2.(2024·南通统考二模)实验室以FeS2为原料制备磷酸亚铁晶体[Fe3(PO4)2·8H2O]，其部分实验过程如右： 1 2 3 4 5 6 (1)将一定体积98%的浓硫酸稀释为200 mL 30%的硫酸，除量筒外，还必须使用的玻璃仪器有　　　　　 　。 (2)检验“还原”已完全的实验操作为______________________________　　　　 　　　　 　　　　　　　　　。 烧杯、玻璃棒 取少量还原后的溶液于试管中，滴加KSCN(或亚铁氰化钾)溶液 FeS2煅烧得到氧化铁，硫酸酸溶后得到硫酸铁，用FeS2还原生成硫酸亚铁和硫沉淀，过滤，滤液用Na2HPO4共沉淀生成Fe3(PO4)2·8H2O。 “还原”时，硫酸铁与FeS2反应生成硫酸亚铁和硫沉淀，完全反应时溶液中无铁离子，实验操作为取少量“还原”后的溶液于试管中，滴加KSCN(或亚铁氰化钾)溶液，溶液不变红(或不生成蓝色沉淀)，说明不含有铁离子，“还原”已完全。 1 2 3 4 5 6 (3)向过滤后的滤液中加入Na2HPO4，并用氨水或CH3COONa调节溶液pH，“共沉淀”生成Fe3(PO4)2·8H2O。 ①若使用CH3COONa调节溶液pH，“共沉淀”反应的离子方程式为______________________ 　　　　　　　　　 　　。 1 2 3 4 5 6 ②不使用NaOH调节溶液pH的原因是_______________________________ 　　　　　　　　　　　。 3Fe2++2HP+2CH3COO- +8H2O===Fe3(PO4)2·8H2O↓+2CH3COOH　 NaOH碱性强，容易造成局部pH过高，生成Fe(OH)2等杂质 ③补充完整利用图示装置(夹持装置已略去)制取Fe3(PO4)2·8H2O的实验方案：向三颈烧瓶中加入抗坏血酸溶液，______________________ 　　　　　　 　至混合液pH≈4，_______________________________ 1 2 3 4 5 6 打开恒压滴液漏斗b的活塞，滴加CH3COONa⁃Na2HPO4混合溶液 _______________________________________________________________，充分搅拌一段时间，过滤，洗涤固体，真空干燥。(已知：所用抗坏血酸溶液pH=2.8，当溶液pH控制在4~6之间时，所得晶体质量最好。恒压滴液漏斗a、b中分别盛放FeSO4溶液和CH3COONa⁃Na2HPO4混合液)  再打开恒压滴液漏斗a的活塞，滴 加FeSO4溶液，通过调节恒压滴液漏斗a、b的活塞，控制溶液pH为4~6 3.(2024·苏锡常镇四市统考二 模)实验室用磷矿脱镁废液制 备MgHPO4·3H2O的实验过程 可表示为 磷矿脱镁废液中主要含H2P及少量Mg2+、Ca2+、Fe3+、Al3+和S。 (1)向废液中加入NaOH溶液调节pH为4.5，可达到Ca2+、Fe3+和Al3+的最佳沉淀效果。其中Ca2+转化为CaHPO4·2H2O的离子方程式为_____________ _________________________。 1 2 3 4 5 6 Ca2++H2P+ OH-+H2O===CaHPO4·2H2O 磷矿脱镁废液含H2P及少量Mg2+、Ca2+、Fe3+、Al3+和S，实验室用磷矿脱镁废液制备MgHPO4·3H2O，先加入NaOH溶液调节pH为4.5，使Ca2+、Fe3+、Al3+转化为沉淀，过滤除去沉淀，将清液控制在一定温度，加入MgO浆液搅拌即可获得MgHPO4固体。 废液中的H2P与NaOH反应生成HP，其与Ca2+生成CaHPO4·2H2O，离子方程式为Ca2++H2P+OH-+H2O===CaHPO4·2H2O。 1 2 3 4 5 6 (2)将除杂净化后的清液控制在一定温度，加入MgO浆液搅拌即可获得MgHPO4固体。实验测得镁回收率、产品纯度与反应后溶液pH关系如图所示。pH小于6时，随着pH增大，镁回收率上升，其原因是_________ 　　　　　　　　　　　 　　。 1 2 3 4 5 6 HP浓 度增大，有利于生成MgHPO4固体 (3)pH大于6时，随着pH增大，产品纯度逐渐下降，其可能原因是 　 　　　　　　　　　　　。 可能生成大量P，进而产生Mg3(PO4)2沉淀 4.(2024·泰州模拟)以方铅矿(主要成分为PbS，含少量FeS)和软锰矿(主要成分为MnO2)为原料制备电池材料PbSO4和Mn3O4，过程可表示为 1 2 3 4 5 6 已知：①Pb2+(aq)+4Cl-(aq)(aq)　K=31.25 ②PbCl2(s) Pb2+(aq)+2Cl-(aq)　Ksp(PbCl2)=1.6×10-5 (1)70 ℃时，“协同浸取”生成和S的离子方程式为_____________ 　　　　　　　　　　　　　 ；“协同浸取”时加入NaCl可避免生成PbCl2沉积在矿石表面，其原因是________________________________ __________________________________________________________________________。 1 2 3 4 5 6 4H++4Cl-===+S+Mn2++2H2O PbS+MnO2+ 增大氯离子浓度，有利于平衡PbCl2(s)+2Cl-(aq) PbC(aq)(由已知①、②反应相加可得)正向移动，将PbCl2溶解 (2)“沉降分铅”的目的是将滤液中的沉降为PbCl2沉淀。沉降反应(aq) PbCl2(s)+2Cl-(aq)的平衡常数K=　 　。 1 2 3 4 5 6 2 000 1 2 3 4 5 6 利用盖斯定律，将①+②得到PbCl2(s)+2Cl-(aq) (aq)　K= 31.25×1.6×10-5=5×10-4，则沉降反应(aq) PbCl2(s)+2Cl-(aq)的平衡常数K==2×103。 (3)络合萃取剂全氟聚醚⁃二(甲基吡啶)胺通过氮原子与Pb2+形成配位键的方式萃取铅。已知氮原子的电子云密度越大配位能力越强，全氟聚醚⁃二(甲基吡啶)胺中氮原子和含氟基团相连使得配位能力下降，若在氮原子和含氟基团间引入—CH2CH2CH2—基团，配位能力会增强， 1 2 3 4 5 6 其原因分别是___________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 1 2 3 4 5 6 氟的电负性大，将氮原子的孤电子对吸引，使得氮原子的电子云密度减小，因此氮与Pb2+形成配位键的能力减弱；含氟基团与氮原子之间引入的—CH2CH2CH2—是推电子基团且较大，会减弱含氟基团对氮原子的影响，使得氮与Pb2+形成配位键的能力增强 (4)制备Mn3O4。Mn3O4(难溶于水的黑色晶体)可通过空气氧化Mn2+制得，制备时溶液的温度和pH对Mn3O4的产率影响如图所示。请补充完整由净化后的含Mn2+的滤液制备较纯净的Mn3O4的实验方案：取一定量的含Mn2+的滤液于三颈烧瓶中， ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________，真空40 ℃干燥得产品Mn3O4。(必须使用的试剂：空气、蒸馏水、氨水、稀硝酸、AgNO3溶液) 加热维持在温度50 ℃，不断搅拌下边通空气边加氨水调节溶液的pH并维持在8.5左右，直至有大量黑色沉淀生成时，静置，过滤，用蒸馏水洗涤沉淀，取最后一次洗涤液少量于试管中，滴加稀硝酸酸化的AgNO3溶液，若无沉淀生成 1 2 3 4 5 6 5.CoCl2·6H2O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3，还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2·6H2O的工艺流程如图： 已知： ①浸出液中含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等； 1 2 3 4 5 6 ②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示： 1 2 3 4 5 6 沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2 开始沉淀 1.8 7.0 7.2 3.4 8.1 完全沉淀 3.2 9.0 9.2 5.2 10.1 ③CoCl2·6H2O的熔点为86 ℃，加热至110~120 ℃时，失去结晶水生成无水氯化钴。 (1)浸出液中加入NaClO3的作用是　　　 　。 将Fe2+氧化为Fe3+ (2)“加Na2CO3调pH至5.2”，过滤所得到的沉淀成分为　　 　　　　　。 (3)“操作1”中包含3个基本实验操作，它们依次是　 　　、 　　 　 和过滤。制得的CoCl2·6H2O在烘干时需减压的原因是 　　　 　 　　　。 1 2 3 4 5 6 Fe(OH)3、Al(OH)3 蒸发浓缩 冷却结晶 降低烘干温度，防止产品分解失去结晶水 (4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图。向“滤液”中加入萃取剂的目的是 　　　 　；萃取剂使用的最佳pH范围是　　(填字母)。 A.2.0~2.5 B.3.0~3.5 C.4.0~4.5 D.5.0~5.5 1 2 3 4 5 6 除去“滤液”中的Mn2+ B 6.氯化亚铜(CuCl)广泛应用于化工、印染、电镀等行业。CuCl难溶于醇和水，在潮湿空气中易水解、氧化，且在氯离子浓度较大的体系中存在CuCl+Cl- [CuCl2]-。 1 2 3 4 5 6 工业上用低品铜矿(主要含CuS、Cu2S、FeO等)制备CuCl的一种工艺流程如图： (1)写出反应Ⅱ中发生反应的离子方程式：__________________________ 　　　 　　 　　。 2CuCl↓+S+4H+ 2Cu2++SO2+2Cl-+2H2O=== 由加入的物质和目标产品可知，氧化剂是Cu2+，还原剂是SO2，氧化产物是H2SO4，还原产物是CuCl，根据氧化还原反应配平的原则即可写出离子方程式。 1 2 3 4 5 6 (2)在进行反应Ⅱ时，通入的SO2一般都要适当过量，目的是_______ __________________________________。 1 2 3 4 5 6 将Cu2+全部还原为CuCl，保护CuCl不被氧化 根据SO2是反应物以及目标产品CuCl易被氧化的性质即可判断SO2的作用。 (3)水洗时，检验是否洗涤干净的方法是_______________________ ________________________________________________________________________________。 1 2 3 4 5 6 取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生沉淀，证明已洗涤干净，否则未洗涤干净 水洗时，洗去的是滤饼表面的杂质硫酸和Na2SO4，因而检验最后一次洗涤液中是否还存在S，即可检验是否洗涤干净。 (4)滤饼进行醇洗的目的是_____ 　　　 。 1 2 3 4 5 6 干燥，防止CuCl水解和氧化 加速 乙醇易挥发，可带走滤饼表面的水分，同时CuCl难溶于醇和水，在潮湿空气中易水解、氧化，醇洗可防止CuCl水解和氧化。 $$ [热点题空]　第3练　实验条件的控制与归因分析　[分值：100分] 1.(6分)[2023·江苏，16(2)]在催化剂作用下MgSO3被O2氧化为MgSO4。已知MgSO3的溶解度为0.57 g (20 ℃)，O2氧化溶液中的离子方程式为　　　 　　　　； 在其他条件相同时，以负载钴的分子筛为催化剂，浆料中MgSO3被O2氧化的速率随pH的变化如图所示。在pH=6~8范围内，pH增大，浆料中MgSO3的氧化速率增大，其主要原因是　　　　。  答案　+O2　pH增大，抑制的水解，反应物的浓度增大，故可加快氧化速率 解析　根据题意，O2氧化溶液中的，被氧化为，1 mol O2氧化2 mol ，故O2氧化溶液中的离子方程式为2S+O2；pH增大，抑制的水解，反应物的浓度增大，故可加快氧化速率。 2.(9分)[2024·江苏，14(1)(2)①]回收磁性合金钕铁硼(Nd2Fe14B)可制备半导体材料铁酸铋和光学材料氧化钕。 (1)钕铁硼在空气中焙烧转化为Nd2O3、Fe2O3等(忽略硼的化合物)，用0.4 mol·L-1盐酸酸浸后过滤得到NdCl3溶液和含铁滤渣。Nd、Fe浸出率(×100%)随浸取时间变化如图所示。 ①含铁滤渣的主要成分为　　　　　　　(填化学式)。  ②浸出初期Fe浸出率先上升后下降的原因是　　　 　　　　。  (2)含铁滤渣用硫酸溶解，经萃取、反萃取提纯后，用于制备铁酸铋。 用含有机胺(R3N)的有机溶剂作为萃取剂提纯一定浓度的Fe2溶液，原理为： SO4+Fe3++H2OH++Fe(OH)(有机层) 已知：SO4+H++2(R3NH·HSO4) 其他条件不变，水层初始pH在0.2~0.8范围内，随水层pH增大，有机层中Fe元素含量迅速增多的原因是　　　 　　　　。  答案　(1)①Fe(OH)3　②浸出初期，c(H+)较大，铁的浸出率较大，约5 min后，溶液酸性减弱，Fe3+水解生成Fe(OH)3进入滤渣，使铁的浸出率下降　(2)随水层pH增大，H+的浓度减小，SO4+Fe3++H2OH++Fe(OH)的化学平衡向正反应方向移动，SO4+H++2(R3NH·HSO4)的化学平衡逆向移动，该平衡逆向移动引起SO4浓度的增大，进一步促进萃取平衡向萃取方向移动，导致Fe(OH)的浓度增大，因此，有机层中Fe元素含量迅速增多 解析　(1)①钕铁硼在空气中焙烧后得到的Nd2O3、Fe2O3均可溶于盐酸，得到含有NdCl3和FeCl3的溶液。由图中信息可知，Nd的浸出率逐渐增大，而Fe的浸出率先增大后逐渐减小，说明随着Nd的浸出率增大，稀盐酸中的H+的浓度逐渐减小，pH逐渐增大导致Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀，因此，含铁滤渣的主要成分为Fe(OH)3。②由①中分析可知，浸出初期Fe浸出率先上升后下降的原因是浸出初期，Fe2O3溶解，Fe的浸出率增大，约5 min后随着Nd的浸出率增大，稀盐酸中H+的浓度逐渐减小，pH逐渐增大导致Fe3+水解生成Fe(OH)3进入滤渣，Fe的浸出率又减小。 3.(15分)[2022·江苏，16(1)(2)(3)]实验室以二氧化铈(CeO2)废渣为原料制备Cl-含量少的Ce2(CO3)3，其部分实验过程如下： (1)“酸浸”时CeO2与H2O2反应生成Ce3+并放出O2，该反应的离子方程式为　　　 　　　　。  (2)pH约为7的CeCl3溶液与NH4HCO3溶液反应可生成Ce2(CO3)3沉淀，该沉淀中Cl-含量与加料方式有关。得到含Cl-量较少的Ce2(CO3)3的加料方式为　　　　(填序号)。  A.将NH4HCO3溶液滴加到CeCl3溶液中 B.将CeCl3溶液滴加到NH4HCO3溶液中 (3)通过中和、萃取、反萃取、沉淀等过程，可制备Cl-含量少的Ce2(CO3)3。已知Ce3+能被有机萃取剂(简称HA)萃取，其萃取原理可表示为 Ce3+(水层)+3HA(有机层)CeA3(有机层)+3H+(水层) ①加氨水“中和”去除过量盐酸，使溶液接近中性。去除过量盐酸的目的是　　　　。  ②反萃取的目的是将有机层Ce3+转移到水层。为使Ce3+尽可能多地发生上述转移，应选择的实验条件或采取的实验操作有　　　  (填两项)。 ③与“反萃取”得到的水溶液比较，过滤Ce2(CO3)3溶液的滤液中，物质的量减小的离子有　　　　(填化学式)。  答案　(1)2CeO2+H2O2+6H+===2Ce3++O2↑+4H2O　(2)B　(3)①降低溶液中氢离子的浓度，促进Ce3+的萃取平衡正向移动，提高Ce3+的萃取率　②适当提高稀硝酸浓度，多次萃取　③Ce3+、H+　 解析　首先用稀盐酸和过氧化氢溶液酸浸二氧化铈废渣，得到三价铈，加入氨水调节pH后用萃取剂萃取其中的三价铈，增大三价铈浓度，之后加入稀硝酸反萃取其中的三价铈，再加入氨水和碳酸氢铵制备产物，以此解题。(1)根据信息可知反应物为CeO2与H2O2，产物为Ce3+和O2，根据电荷守恒和元素守恒可知其离子方程式为2CeO2+H2O2+6H+===2Ce3++O2↑+4H2O。(2)反应过程中保持CeCl3少量即可得到含Cl-量较少的Ce2(CO3)3，故选B。(3)②根据萃取原理可知，反萃取应选择的实验条件是酸性条件，为了使Ce3+尽可能多地发生上述转移，可以采用多次萃取。 4.(4分)[2021·河北，14(4)②]化工专家侯德榜发明的侯氏制碱法为我国纯碱工业和国民经济发展做出了重要贡献，某化学兴趣小组在实验室中模拟并改进侯氏制碱法制备NaHCO3，进一步处理得到产品Na2CO3和NH4Cl，实验流程如图： 向滤液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)+NH4Cl(aq) ―→NaCl(aq)+NH4Cl(s)过程。为使NH4Cl沉淀充分析出并分离，根据NaCl和NH4Cl溶解度曲线，需采用的操作为　　　　、 　　　　、洗涤、干燥。  答案　冷却结晶　过滤 解析　根据溶解度随温度的变化曲线可以看出，氯化铵的溶解度随着温度的升高而不断增大，而氯化钠的溶解度随着温度的升高变化并不明显，所以要想使NH4Cl沉淀充分析出并分离，需采用的操作为冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。 1.(14分)(2023·常州期末)以辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)和软锰矿(主要成分为MnO2)为原料制备超细氧化铋的工艺流程如图： 已知：Bi3+易与Cl-形成BiC，BiC易发生水解，其反应的离子方程式为BiC+H2O=== BiOCl↓+5Cl-+2H+。 (1)“联合焙烧”时，Bi2S3和MnO2在空气中反应生成Bi2O3和MnSO4。该反应的化学方程式为　　　　。  (2)“酸浸”时需及时补充浓盐酸调节浸取液的 pH。 ①一般控制浸取液 pH小于1.4，其目的是　　　 　 　　　。  ②为提高酸浸时金属元素的浸出率，除适当增加浓盐酸用量、适当升高酸浸温度外，还可采取的措施有　　　 　。  (3)铋离子能被有机萃取剂(简称TBP)萃取，其萃取原理可表示为BiC(水层)+2TBP(有机层)BiCl3·2TBP(有机层)+3Cl-(水层)。 ①“萃取”时需向溶液中加入NaCl固体调节Cl-浓度，萃取率随 c(Cl-)变化关系如图所示。最佳 c (Cl-)为1.3 mol ·L-1的可能原因是　　　  　　　　。  ②萃取后分液所得水相中的主要阳离子为　　　　　　　　　　　　　　(填离子符号)。  (4)“沉淀反萃取”时生成草酸铋[Bi2(C2O4)3·7H2O]晶体。为得到含Cl-较少的草酸铋晶体，“萃取”后有机相与草酸溶液的混合方式为　　　　　　　　　　　　　　。  答案　(1)2Bi2S3+6MnO2+9O22Bi2O3+6MnSO4 (2)①增大H+浓度，使Bi3+充分浸出；同时抑制Bi3+(或BiC)、Fe3+水解　②加快搅拌速率(答案合理即可) (3)①c(Cl-)>1.3 mol ·L-1时，铋离子(萃取平衡BiC+2TBPBiCl3·2TBP+3Cl-逆向移动)萃取率下降，铁离子萃取率上升；c(Cl-)<1.3 mol·L-1时，铋离子水解(BiC+H2O===BiOCl↓+5Cl-+2H+)程度增大，不利于铋离子的萃取提纯　②Fe3+、H+、Na+ (4)边搅拌边将有机相滴入草酸溶液中 解析　(1) “联合焙烧”时，Bi2S3和MnO2在空气中反应生成Bi2O3和MnSO4，Mn元素由+4价下降到+2价，O元素由0价下降到-2价，S元素由-2价上升到+6价，根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式为2Bi2S3+6MnO2+9O22Bi2O3+6MnSO4。(2) ①Bi3+易与Cl-形成BiC，BiC易发生水解：BiC+H2O===BiOCl↓+5Cl-+2H+，增大H+浓度，水解平衡逆向移动，可使Bi3+充分浸出，同时抑制Bi3+(或BiC)、Fe3+水解。②反应速率的影响因素有温度、浓度、压强、催化剂、表面积等，故提高酸浸时金属元素的浸出率，除适当增加浓盐酸用量、适当升高酸浸温度外，还可加快搅拌速率。(3) ②“萃取”时需向溶液中加入NaCl固体调节Cl-浓度，加入萃取剂TBP的目的是使Bi3+和Fe3+分离，则萃取后分液所得水相中的主要阳离子为Fe3+、H+、Na+。 2.(14分)(2024·南通统考二模)实验室以FeS2为原料制备磷酸亚铁晶体[Fe3(PO4)2·8H2O]，其部分实验过程如下： (1)将一定体积98%的浓硫酸稀释为200 mL 30%的硫酸，除量筒外，还必须使用的玻璃仪器有　　　　　　　　　　。  (2)检验“还原”已完全的实验操作为　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)向过滤后的滤液中加入Na2HPO4，并用氨水或CH3COONa调节溶液pH，“共沉淀”生成Fe3(PO4)2·8H2O。 ①若使用CH3COONa调节溶液pH，“共沉淀”反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　。  ②不使用NaOH调节溶液pH的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ③补充完整利用图示装置(夹持装置已略去)制取Fe3(PO4)2·8H2O的实验方案：向三颈烧瓶中加入抗坏血酸溶液，　　　　　　　至混合液pH≈4，　　　　　　　　　，充分搅拌一段时间，过滤，洗涤固体，真空干燥。(已知：所用抗坏血酸溶液pH=2.8，当溶液pH控制在4~6之间时，所得晶体质量最好。恒压滴液漏斗a、b中分别盛放FeSO4溶液和CH3COONa⁃Na2HPO4混合液)  答案　(1)烧杯、玻璃棒　(2)取少量还原后的溶液于试管中，滴加KSCN(或亚铁氰化钾)溶液　(3)①3Fe2++2HP+2CH3COO-+8H2O===Fe3(PO4)2·8H2O↓+2CH3COOH　②NaOH碱性强，容易造成局部pH过高，生成Fe(OH)2等杂质　③打开恒压滴液漏斗b的活塞，滴加CH3COONa⁃Na2HPO4混合溶液　再打开恒压滴液漏斗a的活塞，滴加FeSO4溶液，通过调节恒压滴液漏斗a、b的活塞，控制溶液pH为4~6 解析　FeS2煅烧得到氧化铁，硫酸酸溶后得到硫酸铁，用FeS2还原生成硫酸亚铁和硫沉淀，过滤，滤液用Na2HPO4共沉淀生成Fe3(PO4)2·8H2O。 (2)“还原”时，硫酸铁与FeS2反应生成硫酸亚铁和硫沉淀，完全反应时溶液中无铁离子，实验操作为取少量“还原”后的溶液于试管中，滴加KSCN(或亚铁氰化钾)溶液，溶液不变红(或不生成蓝色沉淀)，说明不含有铁离子，“还原”已完全。 3.(6分)(2024·苏锡常镇四市统考二模)实验室用磷矿脱镁废液制备MgHPO4·3H2O的实验过程可表示为 磷矿脱镁废液中主要含H2P及少量Mg2+、Ca2+、Fe3+、Al3+和S。 (1)向废液中加入NaOH溶液调节pH为4.5，可达到Ca2+、Fe3+和Al3+的最佳沉淀效果。其中Ca2+转化为CaHPO4·2H2O的离子方程式为　　　　。  (2)将除杂净化后的清液控制在一定温度，加入MgO浆液搅拌即可获得MgHPO4固体。实验测得镁回收率、产品纯度与反应后溶液pH关系如图所示。pH小于6时，随着pH增大，镁回收率上升，其原因是　　　　　　　　　　　　　。  (3)pH大于6时，随着pH增大，产品纯度逐渐下降，其可能原因是　　　　　　　　　　　　。  答案　(1)Ca2++H2P+OH-+H2O===CaHPO4·2H2O　(2)HP浓度增大，有利于生成MgHPO4固体　(3)可能生成大量P，进而产生Mg3(PO4)2沉淀 解析　磷矿脱镁废液含H2P及少量Mg2+、Ca2+、Fe3+、Al3+和S，实验室用磷矿脱镁废液制备MgHPO4·3H2O，先加入NaOH溶液调节pH为4.5，使Ca2+、Fe3+、Al3+转化为沉淀，过滤除去沉淀，将清液控制在一定温度，加入MgO浆液搅拌即可获得MgHPO4固体。(1)废液中的H2P与NaOH反应生成HP，其与Ca2+生成CaHPO4·2H2O，离子方程式为Ca2++H2P+OH-+H2O===CaHPO4·2H2O。 4.(10分)(2024·泰州模拟)以方铅矿(主要成分为PbS，含少量FeS)和软锰矿(主要成分为MnO2)为原料制备电池材料PbSO4和Mn3O4，过程可表示为 已知：①Pb2+(aq)+4Cl-(aq)(aq)　K=31.25 ②PbCl2(s)Pb2+(aq)+2Cl-(aq)　Ksp(PbCl2)=1.6×10-5 (1)70 ℃时，“协同浸取”生成和S的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　；“协同浸取”时加入NaCl可避免生成PbCl2沉积在矿石表面，其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)“沉降分铅”的目的是将滤液中的沉降为PbCl2沉淀。沉降反应(aq)PbCl2(s)+2Cl-(aq)的平衡常数K=　　　　。  (3)络合萃取剂全氟聚醚⁃二(甲基吡啶)胺通过氮原子与Pb2+形成配位键的方式萃取铅。已知氮原子的电子云密度越大配位能力越强，全氟聚醚⁃二(甲基吡啶)胺中氮原子和含氟基团相连使得配位能力下降，若在氮原子和含氟基团间引入—CH2CH2CH2—基团，配位能力会增强，其原因分别是　　　　　　。  (4)制备Mn3O4。Mn3O4(难溶于水的黑色晶体)可通过空气氧化Mn2+制得，制备时溶液的温度和pH对Mn3O4的产率影响如图所示。请补充完整由净化后的含Mn2+的滤液制备较纯净的Mn3O4的实验方案：取一定量的含Mn2+的滤液于三颈烧瓶中，　　　　　　　　　　　　　，真空40 ℃干燥得产品Mn3O4。(必须使用的试剂：空气、蒸馏水、氨水、稀硝酸、AgNO3溶液)  答案　(1)PbS+MnO2+4H++4Cl-===+S+Mn2++2H2O　增大氯离子浓度，有利于平衡PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbC(aq)(由已知①、②反应相加可得)正向移动，将PbCl2溶解　(2)2 000　(3)氟的电负性大，将氮原子的孤电子对吸引，使得氮原子的电子云密度减小，因此氮与Pb2+形成配位键的能力减弱；含氟基团与氮原子之间引入的—CH2CH2CH2—是推电子基团且较大，会减弱含氟基团对氮原子的影响，使得氮与Pb2+形成配位键的能力增强　(4)加热维持在温度50 ℃，不断搅拌下边通空气边加氨水调节溶液的pH并维持在8.5左右，直至有大量黑色沉淀生成时，静置，过滤，用蒸馏水洗涤沉淀，取最后一次洗涤液少量于试管中，滴加稀硝酸酸化的AgNO3溶液，若无沉淀生成 解析　(2)利用盖斯定律，将①+②得到PbCl2(s)+2Cl-(aq)(aq)　K=31.25×1.6×10-5=5×10-4，则沉降反应(aq)PbCl2(s)+2Cl-(aq)的平衡常数K==2×103。 5.(14分)CoCl2·6H2O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3，还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2·6H2O的工艺流程如图： 已知： ①浸出液中含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等； ②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示： 沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2 开始沉淀 1.8 7.0 7.2 3.4 8.1 完全沉淀 3.2 9.0 9.2 5.2 10.1 ③CoCl2·6H2O的熔点为86 ℃，加热至110~120 ℃时，失去结晶水生成无水氯化钴。 (1)浸出液中加入NaClO3的作用是　　　　。  (2)“加Na2CO3调pH至5.2”，过滤所得到的沉淀成分为　　　　　　　　。  (3)“操作1”中包含3个基本实验操作，它们依次是　　　　　　、　　　　　　和过滤。制得的CoCl2·6H2O在烘干时需减压的原因是　　　 　　　　。  (4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图。向“滤液”中加入萃取剂的目的是　　　　；  萃取剂使用的最佳pH范围是　　　　(填字母)。  　　　　　　　　　　　　　　　　 A.2.0~2.5 B.3.0~3.5 C.4.0~4.5 D.5.0~5.5 答案　(1)将Fe2+氧化为Fe3+ (2)Fe(OH)3、Al(OH)3 (3)蒸发浓缩　冷却结晶　降低烘干温度，防止产品分解失去结晶水 (4)除去“滤液”中的Mn2+　B 6.(8分)氯化亚铜(CuCl)广泛应用于化工、印染、电镀等行业。CuCl难溶于醇和水，在潮湿空气中易水解、氧化，且在氯离子浓度较大的体系中存在CuCl+Cl-[CuCl2]-。工业上用低品铜矿(主要含CuS、Cu2S、FeO等)制备CuCl的一种工艺流程如图： (1)写出反应Ⅱ中发生反应的离子方程式：　　　 　　　　。  (2)在进行反应Ⅱ时，通入的SO2一般都要适当过量，目的是　　　　。  (3)水洗时，检验是否洗涤干净的方法是　　　 　　　　。  (4)滤饼进行醇洗的目的是　　　　。  答案　(1)2Cu2++SO2+2Cl-+2H2O===2CuCl↓+S+4H+ (2)将Cu2+全部还原为CuCl，保护CuCl不被氧化 (3)取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生沉淀，证明已洗涤干净，否则未洗涤干净　(4)加速干燥，防止CuCl水解和氧化 解析　(1)由加入的物质和目标产品可知，氧化剂是Cu2+，还原剂是SO2，氧化产物是H2SO4，还原产物是CuCl，根据氧化还原反应配平的原则即可写出离子方程式。 (2)根据SO2是反应物以及目标产品CuCl易被氧化的性质即可判断SO2的作用。 (3)水洗时，洗去的是滤饼表面的杂质硫酸和Na2SO4，因而检验最后一次洗涤液中是否还存在S，即可检验是否洗涤干净。 (4)乙醇易挥发，可带走滤饼表面的水分，同时CuCl难溶于醇和水，在潮湿空气中易水解、氧化，醇洗可防止CuCl水解和氧化。 学科网（北京）股份有限公司 $$