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)为原料获得。操作步骤如下:
(1)①为提高废渣浸出率,下列措施可行的有________。
A.升高反应温度
B.增大压强
C.在反应过程中不断搅拌
②向滤液Ⅰ中加入FeS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)对滤液Ⅱ的操作,回答下列问题:
①往滤液Ⅱ中加H2O2时,温度不能过高,其原因是:______________________。
②调滤液ⅡpH的目的是________________,加入试剂为__________________
_____________________________________________________________________。
(3)滤液Ⅲ溶质的主要成分是NiSO4,加Na2CO3过滤后得到NiCO3固体,检验Ni2+已完全沉淀的实验方法是____________________。
(4)得到的NiSO4溶液经____________、____________、过滤、洗涤、干燥等操作可得到NiSO4·6H2O晶体。
解析 由实验流程及物质的性质可知,酸浸后离子主要有Ni2+、Cu2+、Fe2+、Zn2+,加入硫化亚铁目的是将铜离子转化成更难溶的硫化铜,加入过氧化氢目的是氧化二价铁,但温度过高过氧化氢会分解,根据已有知识加入氧化镍,氢氧化镍或碳酸镍将三价铁转化成氢氧化铁除去。
(1)①升高温度、搅拌均可加快反应速率,而溶液中的反应,增大压强,反应速率无影响,则AC符合;②FeS与Cu2+发生沉淀的转化反应,离子反应为FeS+Cu2+===CuS+Fe2+;
(2)对滤液Ⅱ的操作,①往滤液Ⅱ中加H2O2时,温度不能过高,其原因是温度过高,过氧化氢不稳定受热易分解;②调滤液ⅡpH的目的是除去Fe3+,加入试剂为NiO或Ni(OH)2或NiCO3;
(3)滤液Ⅲ溶质的主要成分是NiSO4,加Na2CO3过滤后得到NiCO3固体,检验Ni2+已完全沉淀的实验方法是静置后向上层清液中再加入Na2CO3溶液,没有浅绿色沉淀生成;
(4)得到的NiSO4溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作可得到NiSO4·6H2O晶体。
答案 (1)①AC ②FeS+Cu2+===CuS+Fe2+
(2)①温度过高,过氧化氢不稳定受热易分解
②除去Fe3+ NiO或Ni(OH)2或NiCO3
(3)静置后向上层清液中再加入Na2CO3溶液,没有浅绿色沉淀生成
(4)蒸发浓缩 冷却结晶
芳香族化合物X是一种天然食用香料,可以从某些植物中提取。X能发生下列转化:
已知:①A的核磁共振氢谱有6个峰;②H为酯类结构,结构中除苯环外还含有一个六元环;③G的产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志
请回答下列问题:
(1)反应①~⑥中,属于加成反应的是________(填序号),③的反应条件是____________。
(2)反应①的化学方程式为______________________________________。检验A中非含氧官能团所用的试剂为_________________________________________。
(3)D的结构简式为____________。
(4)F的同分异构体中,遇FeCl3溶液发生显色反应,且能与碳酸氢钠溶液反应,其苯环上一氯代物只有一种,符合条件的同分异构体数目为________种,写出所有的同分异构体结构简式为:____________、____________。
解析 G的产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志,则G为CH2=CH2,根据B的分子式可知B为CH3CH2OH,B发生消去反应生成乙烯。X在酸性条件下水解得到A与乙醇,则A为羧酸,A的核磁共振氢谱有6个峰,且能与HCl发生加成反应生成D,可知A为,故X为。A与HCl发生加成反应生成D,D发生水解反应生成E,再酸化得到F,H为酯类结构,结构中除苯环外还含有一个六元环,说明F分子中羧基、羟基连接同一碳原子上,故D为,E为,F为,H为。
(1)反应①~⑥中,①属于取代反应,②属于加成反应,③属于消去反应,④属于取代反应,⑤属于复分解反应,⑥属于取代反应,③的反应条件是:浓硫酸、170 ℃;
(2)反应①的化学方程式为:+H2O+CH3CH2OH,检验A中非含氧官能团所用的试剂为:溴水或溴的四氯化碳溶液;
(3)D的结构简式为;
(4)F()的同分异构体中,遇FeCl3溶液发生显色反应,说明含有酚羟基,且能与碳酸氢钠溶液反应,说明含有羧基,且苯环上一氯代物只有一种,可知结构式为、。
答案 (1)② 浓硫酸、170℃
(2)+H2O+CH3CH2OH 溴水或溴的四氯化碳溶液
(3)
(4)2
某工厂对工业生产钛白粉产生的废液进行综合利用,废液中含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2(SO4)3、TiOSO4,可用于生产颜料铁红和补血剂乳酸亚铁。其生产工艺流程如下:
已知:①TiOSO4可溶于水,在水中可以电离为TiO2+和SO;
②TiOSO4水解的反应为:TiOSO4+(x+1)H2O→TiO2·xH2O↓+H2SO4。
请回答:
(1)步骤①所得滤渣的主要成分为________________,分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作中所用的玻璃仪器是__________________;步骤②中得到硫酸亚铁晶体的操作为蒸发浓缩、____________________________________________________。
(2)步骤③硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫,该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为____________。
(3)步骤④的离子方程式是__________________________________________。
(4)已知:FeCO3(s)Fe2+(aq)+CO(aq),试用平衡移动原理解释步骤⑤生成乳酸亚铁的原因_____________________________________________________。
(5)实验室中常用KMnO4滴定法测定晶体中FeSO4·7H2O的质量分数,取步骤②中所得FeSO4·7H2O晶体样品a g,配成500.00 mL溶液,取出25.00 mL溶液,用KMnO4溶液滴定(杂质与KMnO4不反应)。若消耗0.100 0 mol·L-1 KMnO4溶液25.00 mL,则所得晶体中FeSO4·7H2O的质量分数为__________(用a表示)。
解析 废液中含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2(SO4)3、TiOSO4,加铁屑,Fe与H2SO4和少量Fe2(SO4)3反应生成FeSO4,TiOSO4水解生成TiO2·xH2O,过滤,滤渣为TiO2·xH2O、Fe,滤液为FeSO4,FeSO4溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到硫酸亚铁晶体,脱水、煅烧得到氧化铁;FeSO4溶液中加碳酸氢铵反应生成碳酸亚铁沉淀、硫酸铵和二氧化碳,碳酸亚铁沉淀加乳酸溶解生成乳酸亚铁溶液和二氧化碳,乳酸亚铁溶液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到乳酸亚铁晶体;
(1)由流程分析可知,步骤①所得滤渣的主要成分为TiO2·xH2O、Fe;实现固体和液体的分离用过滤的方法,过滤操作使用的仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗;步骤②是从溶液中得到硫酸亚铁晶体,操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤等操作;
(2)硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫的方程式为:4FeSO4+O22Fe2O3+4SO3,氧化剂是氧气,还原剂是硫酸亚铁,所以氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶4;
(3)由流程图可知,硫酸亚铁与碳酸氢铵反应是碳酸亚铁,还生成气体为二氧化碳,溶液B为硫酸铵溶液,反应离子方程式为:Fe2++2HCO===FeCO3↓+H2O+CO2↑;
(4)碳酸亚铁的沉淀存在溶解平衡:FeCO3(s)Fe2+(aq)+CO(aq),加入乳酸,这样CO与乳酸反应浓度降低,平衡向右移动,使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液;
(6)令FeSO4·7H2O的质量分数为x,亚铁离子会被高锰酸钾氧化为三价铁离子,本身被还原为+2价的锰离子,根据电子守恒,则
5FeSO4·7H2O~KMnO4,
5×278 g 1 mol
a g×x× 0.100 0 mol·L-1×0.025 L
所以=
解得x=。
答案 (1)TiO2·xH2O、Fe 玻璃棒、烧杯、漏斗 冷却结晶、过滤洗涤
(2)1∶4 (3)Fe2++2HCO===FeCO3↓+H2O+CO2↑
(4)FeCO3(s)Fe2+(aq)+CO(aq),CO与乳酸反应浓度降低,平衡向右移动,使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液 (6)
硼酸(H3BO3)大量应用于玻璃制造行业,以硼镁矿(2MgO·B2O3·H2O、 SiO2及少量Fe3O4、CaCO3、 Al2O3)为原料生产硼酸的工艺流程如下:
已知:H3BO3在20℃、40℃、60℃、100℃时的溶解度依次为5.0 g、8.7 g、14.8 g、 40.2 g。Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和 12.4。
(1)由于矿粉中含CaCO3,“浸取”时容易产生大量泡沫使物料从反应器溢出,故应分批加入稀硫酸。该反应的化学方程式为__________________________。
(2)“浸出液”显酸性,含H3BO3和Mg2+、SO,还含有Fe3+、Fe2+、Ca2+、Al3+等杂质。“除杂”时向浸出液中依次加入适量H2O2和MgO,除去的杂质离子是____________。H2O2的作用是__________________ (用离子方程式表示)。
(3)“浸取”后,采用“热过滤”的目的是_____________________________。
(4)“母液”可用于回收硫酸镁,已知硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线如下图,且溶液的沸点随压强增大而升高。为了从“母液”中充分回收MgSO4·H2O,应采取的措施是将“母液”蒸发浓缩,____________________。
答案 (1)CaCO3 (粉末)+H2SO4===CaSO4+H2O+CO2↑ (2)Fe3+、Fe2+、Al3+
H2O2+2H++2Fe2+===2Fe3++2H2O
(3)防止温度下降时H3BO3从溶液中析出
(4)加压升温结晶
用辉铜矿(主要成分为 Cu2S,含少量Fe2O3、SiO2等杂质)制备难溶于水的碱式碳酸铜的流程如图:
(1)下列措施是为了加快浸取速率,其中无法达到目的的是________(填字母)。
A.延长浸取时间 B.将辉铜矿粉碎
C.充分搅拌 D.适当增加硫酸浓度
(2)滤渣I中的主要成分是MnO2、S、SiO2,请写出“浸取”反应中生成S的离子方程式:__________________________________________________________。
(3)研究发现,若先除铁再浸取,浸取速率明显变慢,可能的原因是______________________。
(4)“除铁”的方法是通过调节溶液pH,使Fe3+转化为Fe(OH)3,则加入的试剂A可以是____________________(填化学式);“赶氨”时,最适宜的操作方法是___________________________________________________________________。
(5)“沉锰”(除Mn2+)过程中有关反应的离子方程式为__________________。
(6)滤液Ⅱ经蒸发结晶得到的盐主要是_______________________________(填化学式)。
解析 辉铜矿主要成分为Cu2S,含少量Fe2O3、SiO2等杂质,加入稀硫酸和二氧化锰浸取,过滤得到滤渣为MnO2、SiO2、单质S,滤液中含有Fe3+、Mn2+、Cu2+,调节溶液pH除去铁离子,加入碳酸氢铵溶液沉淀锰过滤得到滤液赶出氨气循环使用,得到碱式碳酸铜。
(1)酸浸时,通过粉碎矿石或者升高温度或者进行搅拌都可以提高浸取率,延长浸取时间并不能提高速率。
(2)“浸取”时:在酸性条件下MnO2氧化Cu2S得到硫沉淀、CuSO4和MnSO4,其反应的离子方程式是:2MnO2+Cu2S+8H+===S↓+2Cu2++2Mn2++4H2O。
(3)浸取时氧化铁溶解于稀硫酸中反应生成硫酸铁和水,若先除铁再浸取,浸取速率明显变慢,Fe2O3在浸取时起媒介作用,Fe3+可催化Cu2S被MnO2氧化。
(4)加入的试剂A应用于调节溶液pH,促进铁离子的水解,但不能引入杂质,因最后要制备碱式碳酸铜,则可加入氧化铜、氢氧化铜等,因氨气易挥发,加热可促进挥发,则可用加热的方法。
(5)“沉锰”(除Mn2+)过程中,加入碳酸氢铵并通氨气,生成碳酸锰沉淀,反应的离子方程式为Mn2++HCO+NH3===MnCO3↓+NH。
(6)滤液Ⅱ主要是硫酸铵溶液通过蒸发浓缩,冷却结晶,过滤洗涤得到硫酸铵晶体。
答案 (1)A (2)2MnO2+Cu2S+8H+===S↓+2Cu2++2Mn2++4H2O
(3)Fe3+可催化Cu2S被MnO2氧化
(4)CuO或Cu(OH)2 加热
(5)Mn2++HCO+NH3===MnCO3↓+NH
(6)(NH4)2SO4
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