无机化工流程题1．(2019·全国卷Ⅲ，26)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe 、Al 、Mg 、Zn 、Ni 、Si 等元素)制备，工艺如图所示。
回答下列问题：相关金属离子[c 0(M n ＋)＝0.1 mol·L －1]形成氢氧化物沉淀的pH 范围如下：金属离子 Mn 2＋ Fe 2＋ Fe 3＋ Al 3＋ Mg 2＋ Zn 2＋ Ni 2＋ 开始沉淀的pH8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的pH10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9(1)“滤渣1”含有S 和________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式：__________________________________________________________________________。
(2)“氧化”中添加适量的MnO 2的作用是_____________________________________。
(3)“调pH ”除铁和铝，溶液的pH 范围应调节为________～6之间。
(4)“除杂1”的目的是除去Zn 2＋和Ni 2＋，“滤渣3”的主要成分是_______________。
(5)“除杂2”的目的是生成MgF 2沉淀除去Mg 2＋。
若溶液酸度过高，Mg 2＋沉淀不完全，原因是____________________________________________________________________________。
(6)写出“沉锰”的离子方程式：___________________________________。
(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNi x Co y Mn z O 2，其中Ni 、Co 、Mn 的化合价分别为＋2、＋3、＋4。
当x ＝y ＝13时，z ＝________。
答案 (1)SiO 2(或不溶性硅酸盐) MnO 2＋MnS ＋2H 2SO 4===2MnSO 4＋S ＋2H 2O (2)将Fe 2＋氧化为Fe 3＋ (3)4.7 (4)NiS 和ZnS (5)F －与H ＋结合形成弱电解质HF ，MgF 2(s)Mg 2＋(aq)＋2F －(aq)平衡向右移动 (6)Mn 2＋＋2HCO －3===MnCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O (7)13解析 (1)硫化锰矿中硅元素主要以SiO 2或不溶性硅酸盐形式存在，则“滤渣1”的主要成分为S 和SiO 2(或不溶性硅酸盐)。
结合“滤渣1”中含S ，可知“溶浸”时MnO 2与MnS 在酸性条件下发生氧化还原反应生成MnSO 4和S ，根据化合价升降法可配平该反应的化学方程式。
(2)“溶浸”后溶液中含Fe 2＋，“氧化”中加入的适量MnO 2能将Fe 2＋氧化为Fe 3＋。
(3)“调pH ”除去Fe 3＋和Al 3＋时，结合表格中数据信息可知需控制溶液的pH 在4.7～6之间。
(4)“除杂1”中加入Na 2S 能将Zn 2＋和Ni 2＋分别转化为沉淀除去，故“滤渣3”的主要成分为NiS 和ZnS 。
(5)“除杂2”中F －与Mg 2＋反应生成MgF 2沉淀，若溶液酸度过高，则F －与H ＋结合生成弱电解质HF ，导致MgF 2(s)Mg 2＋(aq)＋2F －(aq)平衡向右移动，Mg 2＋不能完全除去。
(6)“沉锰”时Mn 2＋与HCO －3反应生成MnCO 3并放出CO 2，由此可写出离子方程式。
(7)化合物LiNi x Co y Mn z O 2中，当x ＝y ＝13时，根据化合物中正负化合价代数和为0知1＋2×13＋3×13＋4z －2×2＝0，解得z ＝13。
2．(2020·济宁模拟)钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。
从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc 2O 3)的一种流程如图：回答下列问题：(1)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。
洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而成。
混合的实验操作是__________________________________________。
(2)先加入氨水调节pH ＝3，过滤，滤渣主要成分是____________；再向滤液中加入氨水调节pH ＝6，滤液中Sc 3＋的浓度为__________。
(已知：25 ℃时，K sp [Mn (OH)2]＝1.9×10－13，K sp [Fe(OH)3]＝2.6×10－39，K sp [Sc(OH)3]＝9.0×10－31)(3)用草酸“沉钪”。
25 ℃时pH ＝2的草酸溶液中c (C 2O 2－4)c (H 2C 2O 4)＝________________(保留两位有效数字)。
写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式：______________________________。
[已知：25 ℃时，K a1(H 2C 2O 4)＝5.9×10－2，K a2(H 2C 2O 4)＝6.4×10－5](4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为____________________________________________。
(5)废酸中含钪量为15 mg·L －1，V L 废酸最多可提取Sc 2O 3的质量为________________。
答案 (1)将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入双氧水中，并不断搅拌(2)Fe(OH)3 9.0×10－7mol·L －1(3)3.8×10－2 2Sc 3＋＋3H 2C 2O 4===Sc 2(C 2O 4)3↓＋6H ＋(4)2Sc 2(C 2O 4)3＋3O 2=====高温2Sc 2O 3＋12CO 2(5)0.023V g解析 (1)在混合不同的液体时，一般先加密度较小、易挥发的，后加密度大、难挥发的，若混合时放热，则最后加受热易分解的，因此混合的实验操作是将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入双氧水中，并不断搅拌。
(3)25 ℃时pH ＝2的草酸溶液中c (C 2O 2－4)c (H 2C 2O 4)＝c (C 2O 2－4)·c (H ＋)c (HC 2O －4)×c (HC 2O －4)·c (H ＋)c (H 2C 2O 4)×1c 2(H ＋)＝K a2(H 2C 2O 4)× K a1(H 2C 2O 4)×1c 2(H ＋)＝6.4×10－5×5.9×10－2×1(10－2)2≈3.8×10－2。
“沉钪”得到草酸钪的离子方程式为2Sc 3＋＋3H 2C 2O 4===Sc 2(C 2O 4)3↓＋6H ＋。
(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为2Sc 2(C 2O 4)3＋3O 2=====高温2Sc 2O 3＋12CO 2。
(5)废酸中含钪量为15 mg·L －1，则V L 废酸中含钪的质量为15×10－3 g·L －1×V L ＝0.015V g ，所以最多可提取Sc 2O 3的质量为0.015V g ×13845×2＝0.023V g 。
3．利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。
某工厂对制革工业污泥Cr(Ⅲ)的处理工艺流程如图：已知硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr 3＋，其次是Fe 3＋、Al 3＋、Ca 2＋和Mg 2＋。
(1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有__________、__________。
(答出两点)(2)H 2O 2的作用是将滤液Ⅰ中的Cr 3＋转化为Cr 2O 2－7，则此反应中氧化剂和还原剂物质的量之比为__________。
(3)常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH 如表所示：阳离子Fe 3＋ Al 3＋ Cr 3＋ 开始沉淀时的pH2.7 － － 沉淀完全时的pH3.7 5.4(＞8溶解) 9(＞9溶解)①用NaOH 调节溶液的pH 不能超过8，其理由是_____________________________________。
②当pH ＝8时，Mg 2＋______________ (填“是”或“否”)开始沉淀(溶液中Mg 2＋浓度不超过1 mol·L －1)。
已知：K sp [Mg(OH)2]＝1.8×10－11。
(4)上述流程中，加入NaOH 溶液后，溶液呈碱性，Cr 2O 2－7转化为CrO 2－4，写出上述流程中用SO 2进行还原时发生反应的离子方程式：___________________________________________。
答案 (1)升高温度(加热) 搅拌 (2)3∶2 (3)①pH 超过8会使部分Al(OH)3溶解生成AlO －2，最终影响Cr 回收与再利用②否 (4)3SO 2＋2CrO 2－4＋12H 2O===2Cr(OH)(H 2O)5SO 4↓＋SO 2－4＋2OH －解析 (1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是延长浸取时间、加快溶解速度等措施，可以升高温度增大物质的溶解度或搅拌加快溶解速度。
(2)H 2O 2将Cr 3＋转化为Cr 2O 2－7，H 2O 2作氧化剂。
Cr3＋被氧化，发生的反应为2Cr3＋＋3H2O2＋H2O===Cr2O2－7＋8H＋，氧化剂和还原剂物质的量之比为3∶2。
(3)①pH＝8时，Fe3＋、Al3＋已沉淀完全，pH＞8时，会使部分Al(OH)3溶解生成AlO－2，会影响Cr的回收与再利用。
②当pH＝8时，Q c＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝1×(10－6)2＝10－12<K sp[Mg(OH)2]，因此，此时Mg2＋不沉淀。
(4)流程中用SO2进行还原时，Na2CrO4被还原为Cr(OH)(H2O)5SO4，SO2被氧化为SO2－4，根据原子守恒写出反应的离子方程式：3SO2＋2CrO2－4＋12H2O===2Cr(OH)(H2O)5SO4↓＋SO2－4＋2OH－。
4．(2020·山东济宁模拟)三盐基硫酸铅(3PbO·PbSO4·H2O，其相对分子质量为990)简称“三盐”，不溶于水及有机溶剂。