《2025年步步高大二轮专题复习化学》

3. 以软锰矿(主要成分为$MnO_2$，含少量铁的氧化物)制备高纯$MnCO_3$。流程如图：

(1)酸溶还原时，$MnO_2$发生反应的离子方程式为______________________________。
(2)在常温下，已知：$K_{sp}[Mn(OH)_2]=2\times10^{-13}$、$K_{sp}[Fe(OH)_3]=1\times10^{-39}$。工业上，当某离子浓度小于$1\times10^{-6}mol\cdot L^{-1}$时，认为该离子已除净。氧化后所得溶液中$c(Mn^{2 + })=0.2mol\cdot L^{-1}$，为使溶液中$Fe^{3 + }$除净，调节pH的范围应为__________________。
- 特别提醒 -
(1)调节pH所需的物质一般应满足两点：
①能与$H^+$反应，使溶液pH增大；②不引入新杂质。例如：若要除去$Cu^{2 + }$溶液中混有的$Fe^{3 + }$，可加入$CuO$、$Cu(OH)_2$、$Cu_2(OH)_2CO_3$等物质来调节溶液的pH。
(2)调节pH的试剂选取：①选取流程中出现的物质；②未学习过的物质且题目又无信息提示的一般不做考虑；③已学的常见酸、碱(如$HNO_3$、$HCl$、$H_2SO_4$、$NH_3\cdot H_2O$、$NaOH$等)。

答案：
(1)$MnO_{2}+2Fe^{2 + } + 4H^{+}=Mn^{2 + } + 2Fe^{3 + } + 2H_{2}O$
(2)$3\leqslant pH＜8$
解析
(2)当$Fe^{3 + }$除净时，$c(OH^{-})=\sqrt[3]{\frac{K_{sp}[Fe(OH)_{3}]}{c(Fe^{3 + })}}=\sqrt[3]{\frac{1\times10^{-39}}{1\times10^{-6}}}\ mol\cdot L^{-1}=1\times10^{-11}\ mol\cdot L^{-1}$，则$pH = 3$；当锰离子开始沉淀时，$c(OH^{-})=\sqrt{\frac{K_{sp}[Mn(OH)_{2}]}{c(Mn^{2 + })}}=\sqrt{\frac{2\times10^{-13}}{0.2}}\ mol\cdot L^{-1}=10^{-6}\ mol\cdot L^{-1}$，$pH = 8$。

4. 硒和碲在工业上有重要用途。在铜、镍、铅等电解工艺的阳极泥中硒、碲主要以硒化物、碲化物及单质状态存在。一种从阳极泥中提取Se和Te的工艺流程如下：

已知：碲酸钠($Na_2H_4TeO_6$)难溶，碲酸($H_6TeO_6$)可溶。
工艺路线中可以循环利用的物质有______________、________________。

答案： $H_{2}SO_{4}$ $NaOH$

1. (2024·新课标卷，27)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣（主要含$Co$、$Zn$、$Pb$、$Fe$的单质或氧化物）中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下：

已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全（$c\leqslant1.0\times10^{-5}mol\cdot L^{-1}$）时的pH：

回答下列问题：
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是__________；“滤渣1”中金属元素主要为________________。
(2)“过滤1”后的溶液中加入$MnO_2$的作用是______________________________。
取少量反应后的溶液，加入化学试剂__________，若出现蓝色沉淀，需补加$MnO_2$。
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为______________________________、______________________________。
(4)“除钴液”中主要的盐有__________________(写化学式)，残留的$Co^{3 + }$浓度为____________$mol\cdot L^{-1}$。

答案：
(1)增大固液接触面积，加快酸浸速率，提高浸取效率 $Pb$
(2)将溶液中的$Fe^{2 + }$氧化为$Fe^{3 + }$，以便在后续调$pH$时除去$Fe$元素 $K_{3}[Fe(CN)_{6}]$溶液 $Fe^{2 + }$
(3)$3Co^{2 + } + MnO_{4}^{-}+7H_{2}O = 3Co(OH)_{3}\downarrow+MnO_{2}\downarrow+5H^{+}$ $3Mn^{2 + }+2MnO_{4}^{-}+2H_{2}O = 5MnO_{2}\downarrow+4H^{+}$
(4)$ZnSO_{4}$、$K_{2}SO_{4}$ $10^{-16.7}$
解析 由题中信息可知，用硫酸处理含有$Co$、$Zn$、$Pb$、$Fe$的单质或氧化物的废渣，得到含有$Co^{2 + }$、$Zn^{2 + }$、$Fe^{2 + }$、$Fe^{3 + }$、$SO_{4}^{2 - }$等离子的溶液，$Pb$的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的$PbSO_{4}$，则“滤渣1”为$PbSO_{4}$；向滤液中加入$MnO_{2}$将$Fe^{2 + }$氧化为$Fe^{3 + }$，$MnO_{2}$被还原为$Mn^{2 + }$，加入$ZnO$调节$pH = 4$，$Fe^{3 + }$完全转化为$Fe(OH)_{3}$，“滤渣2”的主要成分为$Fe(OH)_{3}$，滤液中的金属离子主要是$Co^{2 + }$、$Zn^{2 + }$和$Mn^{2 + }$；最后“氧化沉钴”，加入强氧化剂$KMnO_{4}$，将溶液中$Co^{2 + }$氧化为$Co^{3 + }$，在$pH = 5$时$Co^{3 + }$形成$Co(OH)_{3}$沉淀，而$KMnO_{4}$则被还原为$MnO_{2}$，$KMnO_{4}$还会与溶液中的$Mn^{2 + }$发生归中反应生成$MnO_{2}$，得到$Co(OH)_{3}$和$MnO_{2}$的混合物，“除钴液”主要含有$ZnSO_{4}$、$K_{2}SO_{4}$，据此解答。
(3)由分析可知，该过程发生两个氧化还原反应，离子方程式为$3Co^{2 + } + MnO_{4}^{-}+7H_{2}O = 3Co(OH)_{3}\downarrow+MnO_{2}\downarrow+5H^{+}$，$3Mn^{2 + }+2MnO_{4}^{-}+2H_{2}O = 5MnO_{2}\downarrow+4H^{+}$。
(4)整个过程中，$Zn^{2 + }$未除，加入$KMnO_{4}$“氧化沉钴”时引入了$K^{+}$，而阴离子是在酸浸时引入的$SO_{4}^{2 - }$，因此除钴液中主要的盐有$ZnSO_{4}$和$K_{2}SO_{4}$。当溶液$pH = 1.1$时，$c(H^{+}) = 10^{-1.1}\ mol\cdot L^{-1}$，$Co^{3 + }$恰好完全沉淀，此时溶液中$c(Co^{3 + })=1.0\times10^{-5}\ mol\cdot L^{-1}$，则$c(OH^{-})=\frac{K_{w}}{c(H^{+})}=10^{-12.9}\ mol\cdot L^{-1}$，则$K_{sp}[Co(OH)_{3}]=1.0\times10^{-5}\times(10^{-12.9})^{3}=10^{-43.7}$。“除钴液”的$pH = 5$，即$c(H^{+}) = 10^{-5}\ mol\cdot L^{-1}$，则$c(OH^{-}) = 10^{-9}\ mol\cdot L^{-1}$，此时溶液中$c(Co^{3 + })=\frac{K_{sp}[Co(OH)_{3}]}{c^{3}(OH^{-})}=\frac{10^{-43.7}}{(10^{-9})^{3}}\ mol\cdot L^{-1}=10^{-16.7}\ mol\cdot L^{-1}$。

2. [2024·全国甲卷，26(1)(2)(4)(5)(6)]钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的+2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。

注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于$10^{-5}mol\cdot L^{-1}$，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。
已知：①$K_{sp}(CuS)=6.3\times10^{-36}$，$K_{sp}(ZnS)=2.5\times10^{-22}$，$K_{sp}(CoS)=4.0\times10^{-21}$。
②以氢氧化物形式沉淀时，$\lg[c(M)/(mol\cdot L^{-1})]$和溶液pH的关系如图所示。

回答下列问题：
(1)“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是________。
(2)“酸浸”步骤中，$CoO$发生反应的化学方程式是______________________________。
(4)“沉锰”步骤中，生成1.0mol$MnO_2$，产生$H^+$的物质的量为______________。
(5)“沉淀”步骤中，用$NaOH$调$pH = 4$，分离出的滤渣是________________。
(6)“沉钴”步骤中，控制溶液$pH = 5.0\sim5.5$，加入适量的$NaClO$氧化$Co^{2 + }$，其反应的离子方程式为______________________________。

答案：
(1)增大固体与酸的接触面积，加快“酸浸”速率
(2)$CoO + H_{2}SO_{4}=CoSO_{4}+H_{2}O$
(4)$4.0\ mol$
(5)$Fe(OH)_{3}$
(6)$2Co^{2 + } + 5ClO^{-}+5H_{2}O = 2Co(OH)_{3}\downarrow+Cl_{2}\uparrow+4HClO$
解析
(4)“沉锰”步骤中，$Na_{2}S_{2}O_{8}$将$Mn^{2 + }$氧化为二氧化锰除去，发生的反应为$S_{2}O_{8}^{2 - }+Mn^{2 + }+2H_{2}O = MnO_{2}\downarrow+4H^{+}+2SO_{4}^{2 - }$，若生成$1.0\ mol\ MnO_{2}$则产生$4.0\ mol\ H^{+}$。
(5)“沉锰”步骤中，$S_{2}O_{8}^{2 - }$将$Fe^{2 + }$氧化为$Fe^{3 + }$，“沉淀”步骤中用$NaOH$调$pH = 4$，$Fe^{3 + }$可以完全形成$Fe(OH)_{3}$沉淀而分离。