2022届高考化学冲刺新题型大三轮微考点—化学工艺流程题（镍元素）

2022届高考化学冲刺新题型大三轮微考点—化学工艺流程题 Ni元素 1．镍及其化合物在化工生产中有广泛应用。某实验室用工业废弃的NiO催化剂(含有Fe2O3、CaO、CuO、BaO等杂质)为原料制备Ni2O3的实验流程如下： 已知：常温时Ksp(CaF2)＝2.7×10－11，Ksp(CuS)＝1.0×10－36；Fe3＋不能氧化Ni2＋。 有关氢氧化物开始沉淀的pH和完全沉淀的pH如下表所示： 氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Ni(OH)2 开始沉淀的pH 1.5 6.5 7.7 完全沉淀的pH 3.7 9.7 9.2 (1)调节pH最低值为_______。 (2)加入H2O2的目的是_____________________(用离子方程式表示)。 (3)“电解”制备NiOOH时阳极的电极反应式为____________________________。 (4)加入NaF的目的是除去Ca2＋，当c(F－)＝0.001 mol·L－1时，c(Ca2＋)＝____ mol·L－1。 (5)为了探究操作A中发生的反应，设计如下实验： ①写出B中反应的离子方程式：_____________________________________。 ②为了检验B中生成了FeCl2，取少量B中溶液于试管，滴加下列试剂________(填字母)。 A．酸化的双氧水　　　　 B．酸性高锰酸钾溶液 C．K3[Fe(CN)6]溶液 D．加入氯水、KSCN溶液 ③有人认为用燃烧法处理尾气，你是否同意？答：____(填“同意”或“不同意”)，简述理由： ________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ④如果C中盛装100 mL 0.05 mol·L－1CuSO4溶液，通入H2S恰好完全反应，产生黑色沉淀。过滤，得到滤液的pH为________(不考虑体积变化)。 2．(2019·唐山模拟)镍矿渣中主要含有Ni(OH)2和NiS，还有Fe、Cu、Ca、Mg、Zn等元素的杂质，由镍矿渣制备碳酸镍的流程如下： 已知：含镍浸出液中阳离子主要有Ni2＋、Fe3＋、Cu2＋、Ca2＋、Mg2＋、Zn2＋。常温下，部分物质的溶度积常数如下表： 难溶物 NiS ZnS CuS CaF2 MgF2 溶度积常数 1.07×10－21 2.93×10－25 1.27×10－36 4×10－11 7.42×10－11 请回答下列问题： (1)写出含镍矿渣浸取时生成硫单质的离子方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)加入Na2CO3溶液沉铁时生成的沉淀1为难溶于水的黄钠铁矾[NaFe3(SO4)2(OH)6]，同时生成一种无色气体，写出此反应的离子方程式：__________________________________________。 3．(2019·合肥模拟)一种磁性材料的磨削废料的主要成分是铁镍合金(含镍质量分数约21%)，还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该废料制备氢氧化镍，工艺流程如下： 回答下列问题： (1)“酸溶”时，溶液中有Fe3＋、Fe2＋、Ni2＋等生成，废渣的主要成分是________；金属镍溶解的离子方程式为______________________________。 (2)“除铁”时H2O2的作用是______________________，加入碳酸钠的目的是________________________________________________________________________。 (3)“除铜”时，反应的离子方程式为______________________________，若用Na2S代替H2S除铜，优点是______________________。 (4)已知除钙镁过程在陶瓷容器中进行，NaF的实际用量不能过多的理由为________________________________________________________________________。 [流程图解] 流程图中各步主要转换如下： 4．NiSO4·6H2O是一种绿色易溶于水的晶体，可由电镀废渣(除镍外，还含有铜、锌、铁等元素的化合物杂质)为原料获得。操作步骤如下： (1)向滤液Ⅰ中加入FeS固体是为了生成更难溶于水的硫化物沉淀而除去Cu2＋、Zn2＋等杂质，则除去Cu2＋的离子方程式为__________________________________。 (2)根据对滤液Ⅱ的操作作答： ①向滤液Ⅱ中加H2O2发生反应的离子方程式为________________________________________。 ②调滤液ⅡpH的作用是________________________________________________________________________。 ③滤液Ⅱ中杂质金属离子是否除尽的操作和现象是___________________________________________________。 (3)滤液Ⅲ溶质的主要成分是NiSO4，加Na2CO3过滤后得到NiCO3固体，再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO4，这两步操作的目的是________________________________________________________________________。 (4)得到的NiSO4溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等一系列操作可得到NiSO4·6H2O晶体。 ①为了提高产率，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到的母液要循环使用，则应该回流到流程中的________位置。(填a、b、c、d) ②如果得到产品的纯度不够，则应该进行________操作(填序号)。 A．蒸馏　　 B．分液　　　C．重结晶　　　D．过滤 5．(2019·山西六校检测)某化工厂用含NiO的废料(杂质为Fe2O3、CaO、CuO等)制备羟基氧化镍(2NiOOH·H2O)的工艺流程如下： 已知：相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下。 离子 Fe3＋ Fe2＋ Ni2＋ 开始沉淀的pH 2.7 7.6 7.1 沉淀完全的pH 3.7 9.6 9.2 请回答下列问题： (1)①滤渣1的主要成分是________。 ②如图是酸浸时镍的浸出率与温度的关系，则酸浸时合适的浸出温度是________℃，若酸浸时将温度控制在80 ℃左右，则滤渣1中会含有一定量的Ni(OH)2，其原因可能是________________________________________。 (2)操作A中生成S的反应的化学方程式为________________________________，试剂X是一种常见的绿色氧化剂，X参与的反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为________，试剂Y用于调节溶液的pH，则调控pH的范围是____________。 (3)写出氧化过程中反应的离子方程式______________________________________，沉钙时，当溶液中c(F－)＝3.0×10－3 mol·L－1时，通过计算确定溶液中Ca2＋是否沉淀完全______________________________________________________________________________________[常温时，Ksp(CaF2)＝2.7×10－11]。 6．(2019·贵阳模拟)某含镍(Ni)废催化剂中主要含有Ni，还含有Al、Al2O3、Fe及其他不溶于酸、碱的杂质。现用含镍废催化剂制备NiSO4·7H2O，其流程图如下： 部分金属化合物的Ksp近似值如表所示： 化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 Ni(OH)2 NiCO3 Ksp近似值 1.0×10－17 1.0×10－38 1.0×10－34 1.0×10－15 1.0×10－5 回答下列问题： (1)“碱浸”时发生反应的离子方程式为______________________________，______________________________。 (2)“酸浸”所使用的酸为____________。 (3)“净化除杂”时需加入H2O2溶液，其作用是____________________，然后调节pH使溶液中铁元素恰好完全沉淀(铁元素对应离子浓度为1.0×10－5 mol·L－1)，此时溶液的pH为________(填计算所得数值)。 (4)“操作A”为____________、过滤、洗涤、干燥，即得产品。 (5)析出NiSO4·7H2O后的溶液中含有一定浓度的Ni2＋，为避免镍的损失及其对环境造成的影响，可向析出NiSO4·7H2O后的溶液中加入Na2CO3固体将Ni2＋转化为NiCO3沉淀。若c(Ni2＋)＝1.0 mol·L－1，欲使1 L溶液中的Ni2＋沉淀完全，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为________g。(忽略溶液体积变化) (6)保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废催化剂进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度和时间分别为________℃、________min。 1.解析：(1)调节pH使Fe3＋完全沉淀而不能使Ni2＋沉淀，所以pH最低值为3.7。(2)加入H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋。(3)阳极上镍离子被氧化，OH－参与反应生成NiOOH和H2O。(4)c(Ca2＋)＝＝ mol·L－1＝2.7×10－5mol·L－1。(5)①硫化氢是强还原剂，会还原Fe3＋。②在Cl－存在下，用铁氰化钾检验Fe2＋，因为氯离子可能还原高锰酸钾，干扰Fe2＋的检验；溶液中可能有未反应的Fe3＋，不能选A、D项。③如果用燃烧法处理硫化氢，会造成二次污染。④H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋，所得溶液中c(H＋)＝0.1 mol·L－1，pH＝－lg c(H＋)＝－lg 0.1＝1。 答案：(1)3.7 (2)2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O (3)Ni2＋－e－＋3OH－===NiOOH＋H2O (4)2.7×10－5 (5)①2Fe3＋＋H2S===S↓＋2Fe2＋＋2H＋ ②C　③不同意　H2S燃烧产生污染物SO2　④1 2.解析：含镍矿渣经稀硫酸、NaClO3溶液浸取，得到含Ni2＋的浸出液的过程中发生的主要反应为Ni(OH)2＋2H＋===Ni2＋＋2H2O、3NiS＋ClO＋6H＋===3Ni2＋＋3S＋Cl－＋3H2O，向含镍浸出液中加入Na2CO3溶液，得到的沉淀1为NaFe3(SO4)2(OH)6，除去Fe3＋；向溶液1中加入NiS，发生沉淀的转化，得到的沉淀2为CuS，除去Cu2＋；向溶液2中加入NaF，得到的沉淀3为CaF2、MgF2，除去Ca2＋、Mg2＋；溶液3中含有Ni2＋、Zn2＋，加入有机萃取剂萃取，Zn2＋进入有机层形成络合物，水层中含有Ni2＋，分液后再向水层中加入Na2CO3，可得到NiCO3。 (1)根据以上分析可知，含镍矿渣浸取时生成硫单质的离子方程式为3NiS＋ClO＋6H＋===3Ni2＋＋3S＋Cl－＋3H2O。(2)加入Na2CO3溶液沉铁时，生成黄钠铁矾[NaFe3(SO4)2(OH)6]沉淀和一种无色气体，该气体为CO2，反应的离子方程式为Na＋＋3Fe3＋＋2SO＋3H2O＋3CO===NaFe3(SO4)2(OH)6↓＋3CO2↑。 答案：(1)3NiS＋ClO＋6H＋===Cl－＋3S＋3Ni2＋＋3H2O (2)Na＋＋3Fe3＋＋2SO＋3H2O＋3CO===NaFe3(SO4)2(OH)6↓＋3CO2↑ 3.解析：(1)“酸溶”时，硅的氧化物与硫酸和硝酸均不反应，故废渣的主要成分为SiO2。“酸溶”时加入的是混酸，金属镍溶解时，Ni与硝酸发生氧化还原反应，离子方程式为5Ni＋12H＋＋2NO===5Ni2＋＋N2↑＋6H2O。(2)“酸溶”后所得溶液中含有Fe3＋、Fe2＋，“除铁”时H2O2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，加入碳酸钠的目的是调节溶液的pH，使Fe3＋完全沉淀为黄钠铁矾渣。(3)“除铜”时通入H2S，将Cu2＋沉淀，反应的离子方程式为H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋。H2S为易挥发有毒气体，若用Na2S代替H2S除铜，可保护环境。(4)“除铜”时生成了CuS和H＋，溶液酸性增强，加入NaF除钙镁，若NaF的实际用量过多，则有HF生成，HF会腐蚀陶瓷容器。 答案：(1)SiO2　5Ni＋12H＋＋2NO===5Ni2＋＋N2↑＋6H2O (2)将Fe2＋氧化为Fe3＋　调节溶液的pH，使Fe3＋完全沉淀为黄钠铁矾渣 (3)H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋　无易挥发的有毒气体H2S逸出，可保护环境 (4)过量的F－生成氢氟酸会腐蚀陶瓷容器 4.解析：废渣(除含镍外，还含有Cu、Zn、Fe等元素的化合物杂质)，在硫酸溶解后过滤后除去不溶性物质，滤液Ⅰ含有Fe2＋、Ni2＋、Zn2＋、Cu2＋等，加入FeS可除去Cu2＋、Zn2＋，然后加H2O2是将Fe2＋氧化成Fe3＋，调节溶液pH使Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀而除去，滤液Ⅲ含有可溶性硫酸盐，为Na2SO4、NiSO4再加Na2CO3沉淀Ni2＋，过滤、洗涤，然后与硫酸反应生成NiSO4晶体。(1)FeS除去Cu2＋的反应是沉淀的转化，发生反应的离子方程式为FeS＋Cu2＋===CuS＋Fe2＋。(2)①向滤液Ⅱ中加H2O2的目的是将Fe2＋氧化Fe3＋，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。②调滤液ⅡpH的目的是除去Fe3＋。③检验Fe3＋是否除尽时，用试管取少量滤液Ⅲ，滴加几滴KSCN溶液，若无颜色变化，则Fe3＋已除净。(3)NiSO4与Na2CO3反应生成NiCO3沉淀，然后过滤，再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO4，这样可提高NiSO4的浓度，有利于蒸发结晶(或富集NiSO4)。(4)①为了提高产率，过滤后得到的母液要循环使用，应该回流到流程中d中循环使用；②产品的纯度不够需要重新溶解、浓缩、结晶析出得到较纯净的晶体，实验操作为重结晶。 答案：(1)FeS＋Cu2＋===CuS＋Fe2＋ (2)①2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　②除去Fe3＋　③用试管取少量滤液Ⅲ，滴加几滴KSCN溶液，若溶液不变红色，则Fe3＋已除尽 (3)增大NiSO4的浓度，利于蒸发结晶(或富集NiSO4) (4)①d　②C 5.解析：(1)①由流程知滤渣1的主要成分是CaSO4。②由图知当温度在70 ℃左右时镍的浸出率较高，故酸浸时适宜的温度为70 ℃。Ni2＋能水解生成Ni(OH)2，而升温能促进水解。(2)酸浸后溶液中的金属离子有Fe3＋、Cu2＋、Ni2＋、Ca2＋等，将H2S氧化为S的是Fe2(SO4)3，由此可写出相应的化学方程式。常见的绿色氧化剂X的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，则它是H2O2，反应中n(H2O2)∶n(FeSO4)＝1∶2。由表中数据及此时溶液中金属离子成分(Fe3＋、Ni2＋、Ca2＋等)知，欲沉淀Fe3＋，而Ni2＋不受影响，则应调控pH的范围是3.7≤pH<7.1。(3)该反应中Ni2＋被氧化为2NiOOH·H2O，ClO－被还原为Cl－，相应的离子方程式为ClO－＋2Ni2＋＋4OH－===2NiOOH·H2O↓＋Cl－。c(Ca2＋)＝＝ mol·L－1＝3.0×10－6 mol·L－1<1.0×10－5 mol·L－1，Ca2＋已沉淀完全。 答案：(1)①CaSO4　②70　随着温度升高，Ni2＋的水解程度增大，从而形成一定量的Ni(OH)2沉淀 (2)Fe2(SO4)3＋H2S===2FeSO4＋H2SO4＋S↓　1∶2　3.7≤pH<7.1 (3)ClO－＋2Ni2＋＋4OH－===2NiOOH·H2O↓＋Cl－　c(Ca2＋)＝ mol·L－1＝3.0×10－6 mol·L－1<1.0×10－5 mol·L－1，Ca2＋已沉淀完全 6.解析：流程图中各步主要转换如下： (1)因含镍废催化剂中含有Ni、Al、Fe、Al2O3及其他不溶于酸、碱的杂质，故“碱浸”时，Al、Al2O3与OH－发生反应。(2)因目标产物为硫酸盐，故“酸浸”时使用的酸是硫酸。(3)过氧化氢具有氧化性，结合Fe(OH)2、Fe(OH)3、Ni(OH)2的Ksp近似值可知，加入H2O2溶液的目的是氧化溶液中的Fe2＋，使其转化成Fe3＋，便于后续除杂。结合题表中数据可知，Fe3＋恰好沉淀完全，即c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1时，c(OH－)＝1.0×10－11 mol·L－1，则此时溶液的pH为3。(4)由流程图可知，经“操作A”可获得硫酸镍晶体，故操作A为冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。(5)1 L该溶液中n(Ni2＋)＝1 mol，生成NiCO3沉淀需1 mol Na2CO3，欲使溶液中的Ni2＋沉淀完全，则需溶液中c(Ni2＋)≤10－5 mol·L－1，故加入碳酸钠固体后溶液中的c(CO)≥Ksp(NiCO3)/c(Ni2＋)＝1.0×10－5/10－5 mol·L－1＝1 mol·L－1，故1 L溶液中的Ni2＋沉淀完全时，至少需要加入2 mol Na2 CO3固体，其质量为212 g。(6)由题图可知，120 min后，镍浸出率随时间变化不显著，故最佳时间为120 min，120 min时，70 ℃与90 ℃的镍浸出率几乎相同，故采用温度较低的70 ℃。 答案：(1)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑　 (2)硫酸(或H2SO4) (3)将Fe2＋氧化为Fe3＋　3　 (4)冷却结晶　(5)212　(6)70　120 ( 8 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$