题组35以陌生无机物分离、提纯流程为载体的综合题专练1.氟碳铈矿(主要成分为CeFCO3)是提取稀土化合物、冶炼铈的重要矿物原料,以氟碳铈矿为原料提取铈的工艺流程如图所示。回答下列问题:(1)CeFCO3中Ce的化合价为。(2)氧化焙烧时不能使用陶瓷容器,原因是。(3)氧化焙烧后的产物之一为CeO2,则酸浸时发生反应的离子方程式为。(4)HT是一种难溶于水的有机溶剂,则操作1的名称为。(5)为了提高酸浸率,可以适当提高反应温度,但温度偏高浸出率反而会减小,其原因是。(6)有机物HT能将Ce3+从水溶液中提取出来,该过程可表示为Ce3+(水层)+3HT(有机层)CeT3(有机层)+3H+(水层)。向CeT3(有机层)中加入稀硫酸能获得较纯的含Ce3+的水溶液,从平衡角度解释其原因:。(7)已知,298K时,Ksp[Ce(OH)3]=5×10-20,若溶液中c(Ce3+)=0.05mol·L-1,加碱调节pH到时Ce3+开始沉淀(忽略加碱过程中溶液体积变化)。(8)写出向Ce(OH)3悬浊液中通入氧气得到产品Ce(OH)4的化学方程式:。答案(1)+3(2)陶瓷中的SiO2会与生成的HF反应(3)2CeO2+H2O2+6H+2Ce3++O2↑+4H2O(4)分液(5)温度升高,双氧水发生分解,造成浸出率偏小(6)向混合液中加入稀硫酸,使c(H+)增大,平衡向形成Ce3+水溶液方向移动(7)8(8)4Ce(OH)3+O2+2H2O4Ce(OH)4解析(1)CeFCO3中CO32-整体显-2价,F显-1价,根据化合物中各元素正负化合价的代数和为0,推出Ce的价态为+3价。(2)陶瓷容器中含有SiO2,SiO2与HF发生反应:SiO2+4HFSiF4↑+2H2O,因此该流程中氧化焙烧时不能使用陶瓷容器。(3)有机层CeT3中Ce显+3价,CeO2中Ce显+4价,即在酸浸时,Ce的价态降低,CeO2为氧化剂,H2O2为还原剂,反应的离子方程式为2CeO2+H2O2+6H+2Ce3++O2↑+4H2O。(4)经过操作1后得到溶液和有机相,因此操作1的名称为分液。(5)酸浸时加入H2O2,H2O2在高温下会发生分解,导致H2O2的量减少,造成浸出率降低。(6)有机物HT能将Ce3+从水溶液中提取出来,该过程中存在Ce3+(水层)+3HT(有机层)CeT3(有机层)+3H+(水层),加入稀硫酸,c(H+)增大,平衡向逆反应方向进行,生成Ce3+的水溶液,能获得较纯含Ce3+的水溶液。(7)Ce3+开始出现沉淀,c(Ce3+)·c3(OH-)=Ksp[Ce(OH)3],则有c(OH-)=3√Ksp[Ce(OH)3]c(Ce3+¿)¿=3√5×10-200.05mol·L-1=1×10-6mol·L-1,即当pH=8时Ce3+开始沉淀。2.锌锰干电池是最早的实用电池。现用下列工艺回收正极材料中的金属(部分条件未给出)。(1)碱性锌锰电池总反应为Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnO(OH),电解质是KOH,MnO(OH)中Mn的化合价为,正极反应式为。(2)黑粉的主要成分为MnO2和石墨,写出反应①的化学方程式:。(3)MnO2的转化率与温度的关系如下表:温度/℃20406080100转化率/%86.090.091.392.092.1生产中常选反应温度为80℃,其理由是。(4)“沉锰”过程中生成碱式碳酸锰[MnCO3·6Mn(OH)2·5H2O],写出其离子方程式:。滤液③中可回收的物质为(填化学式)。(5)用硫酸酸化的MnO2浆液可吸收工业废气中的SO2生成MnSO4·H2O,已知浆液中MnO2含量为a%,工业废气中SO2含量为bg·m-3,SO2的吸收率可达90%,则处理1000m3工业尾气,可得到MnSO4·H2O的质量为kg(用含字母的代数式表示)。答案(1)+3MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-(2)MnO2+2FeSO4+2H2SO4MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O(3)由表格中的数据可知,MnO2的转化率随温度的升高而升高,80℃时MnO2的转化率已经较高,更高的温度会增加能耗,增大生产成本(4)7Mn2++7CO32-+11H2OMnCO3·6Mn(OH)2·5H2O↓+6CO2↑Na2SO4(5)0.9b·16964或152.1b64解析(1)碱性锌锰电池总反应为Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnO(OH),MnO(OH)中氧元素为-2价,氢元素为+1价,则Mn的化合价为+3价;正极MnO2得到电子产生MnO(OH),电极反应式为MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-。(2)黑粉的主要成分为MnO2和石墨,加入FeSO4-H2SO4混合液后反应的化学方程式为MnO2+2FeSO4+2H2SO4MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O。(3)由题目表格中的数据可知,MnO2的转化率随温度的升高而升高,80℃时MnO2的转化率已经较高,更高的温度会增加能耗,增大生产成本,故生产中常选反应温度为80℃。(4)“沉锰”过程中碳酸钠与硫酸锰反应生成碱式碳酸锰[MnCO3·6Mn(OH)2·5H2O],碳酸钠水解生成氢氧化钠进而生成氢氧化锰沉淀促进水解放出二氧化碳,反应的离子方程式为7Mn2++7CO32-+11H2OMnCO3·6Mn(OH)2·5H2O↓+6CO2↑,根据该离子方程式可知,滤液③中可回收的物质为Na2SO4。(5)用硫酸酸化的MnO2浆液可吸收工业废气中的SO2生成MnSO4·H2O,反应的化学方程式为MnO2+SO2+H2OMnSO4·H2O。1000m3工业尾气中含有SO2的物质的量为1000m3×bg·m-364g·mol-1=1000b64mol,则生成MnSO4·H2O的物质的量为1000b64mol×90%=900b64mol,MnSO4·H2O的质量为900b64mol×169g·mol-1=900b×16964g=0.9b×16964kg或152.1b64kg。
