14.无机化工生产流程题

1.【解析】含砷废水(含HAsO2、H2SO4、及少量Fe3+、Cu2+、Bi3+)中加入NaOH溶液调节pH=6,由已知数据和后续除杂过程中不再设置步骤除去Fe3+、Cu2+、Bi3+可知,该步骤中这几种离子已经转化为Fe(OH)3、Cu(OH)2、Bi(OH)3沉淀,过滤后存在于滤渣a中除去,滤液中加入过量CuSO4溶液将AsO2-转化为Cu(AsO2)2沉淀,再用SO2还原Cu(AsO2)2得到HAsO2和H2SO4,经过沉砷得到As2O

(1)滤渣a的成分是Fe(OH)3、Cu(OH)2、Bi(OH)3;

(2)“沉淀”时,CuSO4溶液必须过量的原因是确保HAsO2全部转化为Cu(AsO2)2,使砷完全沉淀;

(3)“还原”时Cu(AsO2)2与H2O、SO2反应生成Cu3(SO3)2?2H2O、HAsO2和H2SO4,化学方程式为3Cu(AsO2)2+3SO2+6H2O===Cu3(SO3)2?2H2O+6HAsO2+H2SO4;

(4)红色还原渣Cu3(SO3)2?2H2O被O2氧化时得到CuSO4,根据得失电子守恒和酸性条件可得出离子方程式为

2[Cu3(SO3)2·2H2O]+4H++3O2===6Cu2++4SO42-

(5)终点pH为8,PFS用量为4时,砷去除率最大,接近100%;

(6)当废水中砷质量浓度为5.0g·L-1时,若实验取75L含砷废水,根据As守恒As2O3~2As,理论上生成As2O3的质量为75L×5.0g·L-

(7)由均摊法,每个晶胞含有8×18+6×12=4个Ga和4个As,晶胞质量为4×145NAg,晶胞参数为anm,晶胞体积为(a×10-7)3cm3,则砷化镓晶体密度为ρ=

1021g·cm-3。

答案:(1)Fe(OH)3、Cu(OH)2、Bi(OH)3(2)使砷完全沉淀

(3)3Cu(AsO2)2+3SO2+6H2O===Cu3(SO3)2·2H2O+6HAsO2+H2SO4

(4)2[Cu3(SO3)2·2H2O]+4H++3O2===6Cu2++4SO42-

(5)终点pH为8,PFS用量为4或n(

(6)96%(7)580NA

2.【解析】钛铁矿加硫酸酸浸后,过滤除去二氧化硅,滤液中加入大量的水使TiO2+发生水解生成TiO2·xH2O沉淀,过滤后往滤液中加入萃取剂,分液,加入双氧水和稀硫酸洗钛时,H2O2可以与TiO2+形成稳定的离子[TiO(H2O2)]2+进入水层,便于除钛,还可以将Fe2+氧化成Fe3+,便于后续调pH时使Fe3+沉淀完全,加入氢氧化钠溶液进行反萃取,在沉淀中加入浓盐酸酸溶后,再加氨水调pH除去Fe3+,加入氟化铵沉钪,脱水除铵后得到ScF3。

(1)为提高酸浸速率,除粉碎钛铁矿外,还可以采取的措施是加热、搅拌或适当增大硫酸浓度;水解时,反应物有TiO2+,生成物有TiO2·xH2O沉淀,其反应的离子方程式为TiO2++(x+1)H2O===TiO2·xH2O↓+2H+;

(2)“萃取”操作使用的仪器为分液漏斗,分液漏斗在使用之前需要检漏;

(3)“洗钛”时加入的H2O2可以与TiO2+形成稳定的离子[TiO(H2O2)]2+进入水层,便于除钛,还可以将Fe2+氧化成Fe3+,便于后续调pH时使Fe3+沉淀完全,从而除铁完全;

(4)“酸溶”所得溶液中含有Sc3+、Fe3+等,若此溶液中Sc3+的浓度为0.01mol·L-1,“氨水调pH”时要使Fe3+沉淀完全,而Sc3+不沉淀,由表格可知,Fe3+沉淀完全时pH≥3.2,Sc3+开始沉淀的c(OH-)=3Ksp[Sc(OH)

10-11mol·L-1,c(H+)=2×10-4mol·L-1,pH≈3.7,所以除杂过程应控制的pH范围是3.2≤pH3.7;

(5)由“脱水除铵”以及最终得ScF3可知,xNH4Cl·yScF3·zH2O在200~300℃时减少的是结晶水的质量,在380~400℃过程中有白烟冒出,保温至无烟气产生,即氯化铵分解完全,所以380~400℃过程中减少的是氯化铵的质量,n(NH4Cl)=(5.31-2.10)g53.5g·mo

答案:(1)加热(或搅拌等,合理即可)TiO2++(x+1)H2O===TiO2·xH2O↓+2H+

(2)分液漏斗

(3)与TiO2+形成稳定的离子[TiO(H2O2)]2+进入水层,便于除钛还可以将Fe2+氧化成Fe3+,便于后续调pH使Fe3+沉淀完全(4)3.2≤pH3.7(5)1∶2

3.【解析】锌精矿主要成分为ZnS,软锰矿主要成分为MnO2,“酸浸”时有大量淡黄色物质生成,则主要物质发生反应的化学方程式为MnO2+ZnS+2H2SO4===

MnSO4+Z