(12分)采用两段焙烧—水浸法从铁锰氧化矿(要含 F e…——2025 高考化学第 17 题答案解析

2025_山东选择性考试

2025 山东 第 17 题 解答题 区分题
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17. (12分)采用两段焙烧—水浸法从铁锰氧化矿(要含 $\mathrm { F e } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 3 } { , } \mathrm { M n O } _ { 2 }$ 及 $\mathrm { C o , C u , C a , S i }$ 等元素的氧化物)分离提取 $\operatorname { C u } , \operatorname { C o } , \operatorname { M n }$ 等元素,工艺流程如下:

已知:该工艺条件下, $\left( \mathrm { N H _ { 4 } } \right) _ { 2 } \mathrm { S O _ { 4 } }$ 低温分解生成 $\mathrm { N H _ { 4 } H S O _ { 4 } }$ ,高温则完全分解为气体; $\mathrm { F e } 2 \left( \mathrm { S O } _ { 4 } \right) _ { 3 }$ 在 $6 5 0 \mathrm { ^ { \circ } C }$ 完全分解,其他金属硫酸盐分解温度均高于 $7 0 0 \%$ 0

回答下列问题:

(1)“低温焙烧”时金属氧化物均转化为硫酸盐。 $\mathbf { M n O } _ { 2 }$ 与 $\mathrm { N H _ { 4 } H S O _ { 4 } }$ 反应转化为 $\mathrm { M n S O _ { 4 } }$ 时有 $\Nu _ { 2 }$ 生成,该反应的化学方程式为 。“高温焙烧”温度为 $6 5 0 ^ { \circ } \mathrm { C }$ ,“水浸”所得滤渣主要成分除 $\mathrm { S i O } _ { 2 }$ 外还含有 (填化学式)。

(2) 在 $\left( \mathrm { N H } _ { 4 } \right) _ { 2 } \mathrm { S O } _ { 4 }$ 投料量不变的情况下,与两段焙烧工艺相比,直接“高温焙烧”,“水浸时金属元素的浸出率 (填“增大”“减小”或“不变”)。

(3) HR 萃取 $\mathrm { C u } ^ { 2 + }$ 反应为:2HR(有机相) $+ \mathrm { C u } ^ { 2 + }$ (水相) $ C u R _ { 2 }$ (有机相) $+ 2 \mathrm { H } ^ { + }$ (水相)。
“反萃取”时加入的试剂为 (填化学式)。

(4)“沉钴”中, $\mathrm { p H } = 4$ 时 $\mathrm { C o } ^ { 2 + }$ 恰好沉淀完全 $\left[ \mathsf { c } \left( \mathsf { C o } ^ { 2 + } \right) = 1 \times 1 0 ^ { - 5 } \mathsf { m o l } \cdot \mathrm { L } ^ { - 1 } \right]$ ,则此时溶液中 $\mathrm { c } \left( \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { S } \right) =$

$\mathrm { m o l } \cdot \mathrm { L } ^ { - 1 }$ 。已知: $\mathrm { K _ { a l } ( H _ { 2 } S ) } = 1 \times 1 0 ^ { - 7 } , \mathrm { K _ { a 2 } \left( H _ { 2 } S \right) } = 1 \times 1 0 ^ { - 1 3 } , \mathrm { K _ { s p } ( C o S ) } = 4 \times 1 0 ^ { - 2 1 }$ 0 $\mathrm { C o S } ^ { \ 6 6 }$ 溶解”时发生反应的离子方程式为 C

(5)“沉锰”所得滤液并入“吸收”液中,经处理后所得产品导入 (填操作单元名称)循环利用。

参考答案

(1) $3 { \bf M } { \bf n } { \bf O } _ { 2 } + 3 { \bf N } { \bf H } _ { 4 } { \bf H } S { \bf O } _ { 4 } = 3 { \bf M } { \bf n } S { \bf O } _ { 4 } + { \bf N } _ { 2 } \uparrow + { \bf N } { \bf H } _ { 3 } \uparrow + 6 { \bf H } _ { 2 } { \bf O } _ { \mathrm { ~ ; ~ } } F e _ { 2 } O _ { 3 }$ >; (2) 减小; (3) $H _ { 2 } S O _ { 4 } ( \mathrm { ( 1 ) ~ } 4 \times 1 0 ^ { - 1 6 } ; { \bf C o S } + 2 { \bf H } ^ { + } + { \bf H } _ { 2 } { \bf O } _ { 2 } = { \bf C o } ^ { 2 + } + { \bf S } \mathrm { ~ } \downarrow + 2 { \bf H } _ { 2 } { \bf O }$ > ## (5) 低温焙烧

题目指纹

这道题真正考什么?

核心知识
流程条件的控制与解释
核心考法
三段式守恒法
关键能力
综合工业流程题
最容易错
方程式未配平有效数字与单位错误
难度
区分题

完整解析 · 逐步详解

【答案】① $3 { \bf M } { \bf n } { \bf O } _ { 2 } + 3 { \bf N } { \bf H } _ { 4 } { \bf H } S { \bf O } _ { 4 } = 3 { \bf M } { \bf n } S { \bf O } _ { 4 } + { \bf N } _ { 2 } \uparrow + { \bf N } { \bf H } _ { 3 } \uparrow + 6 { \bf H } _ { 2 } { \bf O } _ { \mathrm { ~ ; ~ } } F e _ { 2 } O _ { 3 }$

> (2)减小③ $H _ { 2 } S O _ { 4 } ( \mathrm { ( 1 ) ~ } 4 \times 1 0 ^ { - 1 6 } ; { \bf C o S } + 2 { \bf H } ^ { + } + { \bf H } _ { 2 } { \bf O } _ { 2 } = { \bf C o } ^ { 2 + } + { \bf S } \mathrm { ~ } \downarrow + 2 { \bf H } _ { 2 } { \bf O }$

> ## (5) 低温焙烧

【解析】本题考查了工艺流程分析,陌生氧化还原方程式的书写,平衡移动、 $K _ { s p , } K _ { a }$ 的计算等知识点

> ① $M n O _ { 2 } \bot N H _ { 4 } H S O _ { 4 }$ 反应转化为 $M n S O _ { 4 }$ 时有 $N _ { 2 }$ 生成,判断发生了氧化还原反应,$M n O _ { 2 }$ 为氧化剂, $N H _ { 4 } ^ { + }$ 为还原剂;化学方程式为

$3 { \bf M } { \bf n } { \bf O } _ { 2 } + 3 { \bf N } { \bf H } _ { 4 } { \bf H } S { \bf O } _ { 4 } = 3 { \bf M } { \bf n } S { \bf O } _ { 4 } + { \bf N } _ { 2 } \uparrow + { \bf N } { \bf H } _ { 3 } \uparrow + 6 { \bf H } _ { 2 } { \bf O } _ { \mathrm { ~ e ~ } } 6 5 0 ^ { \circ } C \quad F e _ { 2 } ( S O _ { 4 } ) _ { 3 }$ 完全分解:

$\mathbf { F e } _ { 2 } ( \mathbf { S } \mathbf { O } _ { 4 } ) _ { 3 } \stackrel { 6 5 0 ^ { \circ } \mathbf { C } } { = } \mathbf { F e } _ { 2 } \mathbf { O } _ { 3 } + 3 \mathbf { S } \mathbf { O } _ { 3 } \uparrow$ ,因此滤渣还有 $F e _ { 2 } O _ { 3 }$

> (2) 直接高温焙烧时, $N H _ { 4 } H S O _ { 4 }$ 完全分解为气体, $M n \mathcal { A } o$ 等氧化物无法充分转化为硫酸盐,导致水浸时金属浸出率降低,故答案为减小。

> (3)反萃取时需破坏萃取平衡: $2 H R + C u ^ { 2 + } = C u R _ { 2 } + 2 H ^ { + }$ ,使平衡逆向移动,同时根据产物为 $C u S O _ { 4 }$ 溶液,由此加入 $H _ { 2 } S O _ { 4 }$ o

> ④ $\mathbf { K } _ { s \mathrm { p } } ( \mathbf { C o S } ) = \mathbf { c } ( \mathbf { C o } ^ { 2 + } ) \cdot \mathbf { c } ( \mathbf { S } ^ { 2 - } ) = 4 \times 1 0 ^ { - 2 1 } , \mathbf { c } ( \mathbf { C o } ^ { 2 + } ) = 1 \times 1 0 ^ { - 5 } \mathbf { m o l } / \mathbf { L }$ ,则

$$ \mathbf { c } ( \mathbf { S } ^ { 2 - } ) = { \frac { 4 \times 1 0 ^ { - 2 1 } } { 1 \times 1 0 ^ { - 5 } } } = 4 \times 1 0 ^ { - 1 6 } \mathbf { m o l / L } $$

根据溶解CoS时,加入稀 $H _ { 2 } S O _ { 4 } \chi _ { \parallel } H _ { 2 } O _ { 2 }$ ,得到S和 $C o S O _ { 4 }$ 溶液,可知化学方程式为 $C o S + H _ { 2 } S O _ { 4 } + H _ { 2 } O _ { 2 } = S + C o S O _ { 4 } + 2 H _ { 2 } O$ 离子方程式为 $C o S + 2 H ^ { + } + H _ { 2 } O _ { 2 } = S + C o ^ { 2 + } + 2 H _ { 2 } O$

> ⑤ $( N H _ { 4 } ) _ { 2 } S O _ { 4 }$ 低温分解生成 $N H _ { 4 } H S O _ { 4 } \mathrm { { , } \it { k } _ { \mathrm { { U } } } \mathrm { { } } } N H _ { 3 }$ ;因此“吸收”液为 $( N H _ { 4 } ) _ { 2 } S O _ { 4 }$ 溶液,因此产品需低温焙烧循环利用。

【分值】12分

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