水钴矿中除SiO2外,还有9.24% CoO、2.78% Fe2O3、0.96% MgO、0.084 % CaO。从中提取钴的主要工艺流程如下:(1)在一定浓度

水钴矿中除SiO2外,还有9.24% CoO、2.78% Fe2O3、0.96% MgO、0.084 % CaO。从中提取钴的主要工艺流程如下:(1)在一定浓度

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水钴矿中除SiO2外,还有9.24% CoO、2.78% Fe2O3、0.96% MgO、0.084 % CaO。从中提取钴的主要工艺流程如下:

(1)在一定浓度的H2SO4溶液中,钴的浸出率随时间、温度的变化如图所示。考虑生产成本和效率,最佳的浸出时间为       小时,最佳的浸出温度为     ℃。

(2)请配平下列除铁的化学方程式:
Fe2(SO4)3+   H2O+   Na2CO3=   Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓+   Na2SO4+   CO2
(3)“除钙、镁”的原理反应为:MgSO4+2NaF=MgF2↓+Na2SO4 ;CaSO4+2NaF=CaF2↓+Na2SO4
已知Ksp(CaF2)=1.11×10-10,Ksp(MgF2)=7.40×10-11,加入过量NaF溶液反应完全后过滤,则滤液中       
(4)“沉淀”中含杂质离子主要有SO42、F         ;“操作X”包括             
(5)某锂离子电池正极是LiCoO2,含Li+导电固体为电解质。充电时,Li还原为Li,并以原子形式嵌入电池负极材料碳-6(C6)中(如图所示)。电池反应为LiCoO2+C6 CoO2+LiC6,写出该电池放电时的正极反应式                          

答案
(16分)(1)12(2分),90(2分)
(2)3,6,6,1,5,6(2分)
3Fe2(SO4)3+6H2O+6Na2CO3=Na2Fe6 (SO4)4(OH)12↓+5Na2SO4+6CO2
(3)1.5(3分)
(4)NH4(1分)、Na(1分);洗涤(1分)、干燥(1分)
(5)CoO2 + Li + e=LiCoO2(3分)
解析

试题分析:(1)读图可知,升高温度,钴的浸出率逐渐增大,因此60℃时生产效率太低,90℃时的生产效率与120℃时的生产效率相差不明显,但是120℃时生产成本远远大于90℃时生产成本;因此最佳浸出温度为90℃,而最佳浸出时间为12h;(2)观察可知,该反应不涉及氧化还原反应,可以用设1法配平;设Na2Fe6(SO4)4(OH)12的系数为1,根据铁原子守恒可得Fe2(SO4)3的系数为3;根据硫原子守恒可得Na2SO4的系数为5,根据钠原子守恒可得Na2CO3的系数为6,根据碳原子守恒可得CO2的系数为6,根据氢原子守恒可得H2O的系数为6,即3Fe2(SO4)3+6H2O+6Na2CO3=Na2Fe6 (SO4)4(OH)12↓+5Na2SO4+6CO2↑;(3)c(Ca2+)/c(Mg2+)=[c(Ca2+)•c2(F)]/[c(Mg2+)•c2(F)]= Ksp(CaF2)/ Ksp(MgF2)=(1.11×10-10)/( 7.40×10-11)=1.5;(4)沉淀中所含杂质离子来自可溶性盐电离,可溶性盐来自沉淀步骤之前发生的反应,即加入稀硫酸酸浸时引入的硫酸根离子,加入碳酸钠除铁时引入的钠离子,加入氟化钠除去钙、镁时引入的氟离子,加入草酸铵沉淀钴离子时引入的铵根离子;除去四水合草酸钴沉淀中混有的可溶性物质,常用洗涤、干燥等操作;(5)放电时电池总反应为CoO2+LiC6=LiCoO2+C6,钴元素由+4降为+3价,锂元素由合金中的0升为+1价,则负极反应式为Li—e=Li+,阳离子移向正极,则锂离子移向正极并参与正极上的反应,所以正极反应式为CoO2+ e+ Li+= LiCoO2
举一反三
铬及其化合物在现代工业上的应用广泛,可用于电镀,鞣制羊毛,皮革;铬还用于照相材料,胶版印刷及化工触媒剂等。但化工废料铬渣对人体健康有很大危害。
Ⅰ:某工厂对制革工业污泥中Cr(III)回收与再利用工艺如下(硫酸浸取液中金属离子主要是Cr3+,其次是Fe3、Al3+、Ca2+、Mg2+):

部分阳离子常温下以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:
阳离子
Fe3+
Fe2+
Mg2+
Al3+
Cu2+
Cr3+
开始沉淀时的pH
1.9
7.0
——
——
4.7
——
沉淀完全时的pH
3.2
9.0
11.1
8
6.7
9 (>9溶解)
 
(1)实验室用18.4 mol·L-1的浓硫酸配制250 mL 4.8 mol·L-1的硫酸溶液,所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和吸量管(一种能精确量取一定体积液体的仪器)外,还需                     
(2)酸浸时,为了提高浸取率可采取的措施是                 (至少答一点)。
(3)调节溶液的pH=8是为了除去             离子。钠离子交换树脂的原理为:
Mn+nNaR→MRn+nNa,被交换的的杂质离子是             
(4)Cr(OH)3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡:Cr(OH)3(s) Cr3+(aq)+3OH(aq)
常温下,Cr(OH)的溶度积Ksp= c(Cr3+)• c3(OH)=1032,要使c(Cr3+)降至105mol/L,溶液的pH应调至         
(5)还原过程发生以下反应(请配平):    Na2Cr2O7     SO2         
=     Cr(OH) (H2O)5SO4    Na2SO4
Ⅱ:工业废水中常含有一定量的Cr2O72和CrO42,它们会对人类及生态系统产生很大损害,必须进行处理。
其中一种处理方法为电解法:该法用Fe做电极,电解含Cr2O72的酸性废水,随着电解进行,阴极附近溶液pH升高,产生Cr(OH)3沉淀。用Fe做电极的原因为
                                                                         
在阴极附近溶液pH升高的原因是(用电极反应解释)                         
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纳米氧化镁具有特殊的热、光、电、力学和化学等性能,有广泛的应用前景。下图是利用海水制盐的副产品制备纳米氧化镁的流程图。

(1)操作I包括蒸发结晶、____________。
(2)操作I后得到的母液中镁离子浓度为1.8×103 mol·L1,要使镁离子产生沉淀,溶液的pH最低应为_____________。(已知:Ksp[Mg(OH)2]= 1.8×1011)
(3)反应I中CO(NH2)2与H2O反应生成CO2和NH3·H2O,还发生另一主要化学反应的离子方程式为______________________________。
(4)某科研小组研究反应I在378K~398K时的反应时问、反应物的物质的量配比等因素对制备纳米氧化镁产率的影响。请完成以下实验设计表:
实验
编号
T/K
反应
时间/h
反应物的物质的量配比
n[CO(NH2)2]∶n[MgCl2•6H2O]
实验目的

378
3
3∶1
(I)实验①和③探究探究反应物的物质的量配比对产率的影响;
(II)实验②和④探究        
(III)实验②和  探究反应时间对产
率的影响。

378
4
4∶1

378
3
        

398
4
4∶1
 
(5)下图为反应的温度对纳米MgO产率的影响。请归纳出温度对纳米MgO产率的影响规律________________________________。

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下列装置所示的实验中,能达到实验目的的是
A.除去Cl2中的HClB.电解制氯气和氢气
C.实验室制氨气D.分离碘酒中的碘和酒精

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NiSO4•6H2O是一种绿色易溶于水的晶体,广泛用于化学镀镍、生产电池等,可由电镀废渣(除含镍外,还含有:Cu、Zn、Fe、Cr等元素的化合物杂质)为原料获得。有关工艺流程如下:

(1)往废渣中加H2SO4酸漫,要充分搅拌,其目的是                   
(2)加Na2S的目的是除去铜、锌等杂质,请写出除去Cu2+的离子方程式            
(3)加6%的H2O2时,温度不能过高,其目的是                        
(4)除铁方法:用H2O2充分氧化后,再用NaOH控制pH值2~4范围内生成氢氧化铁沉淀。在上述方法中,氧化剂可用NaClO3代替,用NaClO3氧化Fe2+的离子方程式为                                       
(5)上述流程中滤液III的溶质的主要成分是:                   
(6)操作I包括以下过程:过滤,用H2SO4溶解,                             、过滤、洗涤获得产品。
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铜是一种重要的金属元素,位于元素周期表第ⅠB族,+1价的铜与氯离子结合的生成的CuCl是一种难溶物质,但它可与过量的Cl形成可溶于水的络离子[CuCl2]。含铜最丰富的天然资源是黄铜矿(CuFeS2)。
(1)目前有一种湿法冶炼技术,以黄铜矿为主要原料来生产铜、铁红颜料和可用于橡胶硫化的硫单质,原料的综合利用率较高。其主要流程如下:

①请完成反应Ⅰ中FeCl3与CuFeS2反应的化学方程式:
CuFeS2 +       FeCl3 =             +4          + 2S。
②写出反应Ⅳ中发生反应的离子方程式:
                                                                          
③反应Ⅲ是FeCO3在空气中煅烧,其化学方程式是
                                                                          
④已知Cu+在反应V中发生自身氧化还原反应,歧化为Cu2+和Cu。则反应Ⅴ所得溶液A中含有的溶质有                                   
(2)传统工艺从黄铜矿冶炼粗铜的技术,是将精选后的富铜矿砂与空气在高温下煅烧,使其转变为铜。与上面湿法冶炼技术方法比较,新方法的优点是                                                                        
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