专项提能训练(一)金属及其化合物在化工流程中的转化1.以赤铁矿[主要成分为Fe2O3(质量分数约为60.0%),杂质为FeO(质量分数约为3.6%)、Al2O3、MnO2、CuO等]为原料制备高活性铁单质的主要生产流程如图所示:已知部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如表所示:沉淀物Fe(OH)3Al(OH)3Fe(OH)2Cu(OH)2pH3.45.29.76.7请回答下列问题:(1)含杂质的赤铁矿使用前要将其粉碎,目的是。操作Ⅰ的名称是。(2)将操作Ⅰ后所得的MnO2与KClO3、KOH溶液混合共热,可得到K2MnO4,此反应的化学方程式是。(3)将pH控制在3.6的目的是。已知25℃时,Ksp[Cu(OH)2]=2×10-20,该温度下反应Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+的平衡常数K=。(4)加入双氧水时发生反应的离子方程式为。(5)利用氨气在500℃以上分解得到的氮原子渗透到铁粉中可制备氮化铁(FexNy),若消耗氨气17.0g,消耗赤铁矿1kg,写出该反应完整的化学方程式:。答案(1)增大赤铁矿与稀硫酸的接触面积,加快浸出反应速率,提高浸出率过滤(2)3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O(3)使Fe3+全部形成沉淀而其他金属离子不形成沉淀5.0×10-9(4)H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2O(5)16Fe+2NH32Fe8N+3H2解析(1)使用前将赤铁矿粉碎,可以增大酸浸时赤铁矿与稀硫酸的接触面积,加快浸出反应速率,提高浸出率。经过操作Ⅰ得到固体和溶液,故操作Ⅰ的名称为过滤。(2)共热时MnO2转化为K2MnO4,Mn元素化合价升高,则Cl元素化合价降低,KClO3转化为KCl,根据得失电子守恒、原子守恒配平化学方程式:3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O。(3)加入双氧水,Fe2+被氧化为Fe3+,溶液a中的阳离子为Fe3+、Al3+、Cu2+等,根据表中提供的Fe3+、Al3+、Cu2+完全沉淀时的pH可知,将pH控制在3.6的目的是使Fe3+全部形成沉淀而其他金属离子不形成沉淀。25℃时,该反应的平衡常数K=c2(H+¿)c(Cu2+¿)¿¿=c2(H+¿)·c2(OH-)c(Cu2+¿)·c2(OH-)¿¿=KW2Ksp[Cu(OH)2]=(10-14)22×10-20=5.0×10-9。(4)加入双氧水时,Fe2+被氧化为Fe3+,发生反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2O。(5)17.0g氨气为1mol,1kg赤铁矿中含有的Fe原子的物质的量为1000g×60.0%160g·mol-1×2+1000g×3.6%72g·mol-1=8mol,则NH3、Fe按照物质的量之比1∶8参加反应,根据原子守恒配平化学方程式:16Fe+2NH32Fe8N+3H2。2.硼镁泥是硼镁矿生产硼砂晶体(Na2B4O7·10H2O)时的废渣,其主要成分是MgO,还含有Na2B4O7、CaO、Fe2O3、FeO、MnO、SiO2等杂质。以硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O的工艺流程如下:回答下列问题:(1)Na2B4O7·10H2O中B的化合价为;Na2B4O7可制备强还原剂NaBH4,写出NaBH4的电子式:。(2)滤渣A中除含有H3BO3外,还含有;加入硫酸时Na2B4O7发生反应的化学方程式为。(3)滤渣B中含有不溶于稀盐酸,但加热时能溶于浓盐酸的黑色固体,写出生成黑色固体的离子方程式:;加入MgO的目的是。(4)碱性条件下,阴极上电解NaBO2溶液也可制得硼氢化钠,其电极反应式为;“有效氢含量”(即:每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克H2的还原能力)可用来衡量含氢还原剂的还原能力,则NaBH4的有效氢含量为(保留2位有效数字)。答案(1)+3Na+[H··B··HH····H]-(2)SiO2Na2B4O7+H2SO4+5H2ONa2SO4+4H3BO3↓(3)ClO-+Mn2++H2OMnO2↓+Cl-+2H+调节溶液的pH,使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀除去(4)BO2-+6H2O+8e-BH4-+8OH-0.21解析由题中信息可知,硼镁泥经硫酸浸取后过滤除去滤渣A,滤渣A主要含H3BO3和SiO2,滤液中主要含硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸锰、硫酸钙等;滤液中加入次氯酸钠把亚铁离子氧化为铁离子、把锰离子氧化为二氧化锰,过滤除去滤渣B,滤渣B主要为二氧化锰;滤液经蒸发浓缩、趁热过滤,除去滤渣C,经冷却结晶、过滤,即得到MgSO4·7H2O。(1)Na2B4O7·10H2O中Na、H、O的化合价分别为+1、+1、-2,故B的化合价为+3;NaBH4为离子化合物,其由钠离子和硼氢根离子组成,其电子式为Na+[H··B··HH····H]-。(2)滤渣A中除含有H3BO3外,还含有SiO2;加入硫酸时Na2B4O7发生反应的化学方程式为Na2B4O7+H2SO4+5H2ONa2SO4+4H3BO3↓。(3)滤渣B中含有不溶于稀盐酸,但加热时能溶于浓盐酸的黑色固体,则此黑色固体是MnO2,生成黑色固体的离子方程式为ClO-+Mn2++H2OMnO2↓+Cl-+2H+;加入MgO的目的是调节溶液的pH,...
