高中 | 配合物理论 题目答案及解析

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选修三

第二章 分子结构与性质

第二节 分子的立体结构

配合物理论

钴、镍是重要的战略物资,但资源匮乏。某冶金厂的废炉渣中含下列化学成分$\rm ($$\rm 1)$。现用如下工艺流程从废炉渣中综合回收$\rm Cu$$\rm Ni$$\rm Co$

$\rm 1$废炉渣的主要化学成分

元素$\rm Cu$$\rm Co$$\rm Ni$$\rm Fe$$\rm Mn$$\rm Ca$$\rm Mg$$\rm Ti$$\rm Zn$
质量百分数$\rm /\%$$\rm 13.38$$\rm 1.53$$\rm 27.25$$\rm 16.8$$\rm \lt 0.01$$\rm 2.0$$\rm \lt 0.03$|$\rm 0.03$$\rm \lt 0.01$

$\rm 2$有机相中$\rm P204$体积分数对萃取除杂效果的影响

$\rm \varphi(P204)/\%$萃余液中金属离子质量浓度$\rm /(g\cdot L$⁻¹$\rm )$
$\rm Co^{2+}$$\rm Ni^{2+}$$\rm Cu^{2+}$$\rm Fe^{2+}$$\rm Zn^{2+}$$\rm Mn^{2+}$
$\rm 10$$\rm 1.45$$\rm 27.2$$\rm 0.017$$\rm \lt 0.005$$\rm 0.004$$\rm 0.01$
$\rm 15$$\rm 1.40$$\rm 26.8$$\rm 0.005$$\rm \lt 0.005$$\rm 0.005$$\rm 0.005$
$\rm 20$$\rm 1.20$$\rm 26.1$$\rm \lt 0.005$$\rm \lt 0.005$$\rm 0.005$$\rm 0.003$

已知:$\rm CaF_{2}$$\rm MgF_{2}$难溶于水。

回答下列问题:

“酸浸”中稀硝酸需要缓慢加入反应液的原因是                

[["

控制反应速率,防止反应过于剧烈,避免液体飞溅或气体产生过快;

"]]

稀硝酸是强氧化剂,可促进金属溶解,与反应液混合时反应剧烈,缓慢加入可控制反应速率,防止反应过于剧烈,避免液体飞溅或气体产生过快;

“除铁$\rm 1$”中发生除杂反应的离子方程式为                ;若省去此步骤,对后续步骤造成的影响是                

[["

$\\rm 3CO_{3}^{2-}+2F{{e}^{3+}}+3{{H}_{2}}O=2Fe{{(OH)}_{3}}\\downarrow +3C{{O}_{2}}\\uparrow $; 用铁粉置换铜步骤会消耗更多的铁粉 ;

"]]

由分析可知,“除铁$\rm 1$”中发生除杂反应的离子方程式为:$\rm 3CO_{3}^{2-}+2F{{e}^{3+}}+3{{H}_{2}}O=2Fe{{(OH)}_{3}}\downarrow +3C{{O}_{2}}\uparrow $;若省去此步骤,用铁粉置换铜步骤会消耗更多的铁粉 ;

“滤渣$\rm 2$”中含有                

[["

铜和铁

"]]

由分析可知,滤渣$\rm 2$中含有铜和铁;

“除铁$\rm 2$”的原理是溶液中的$\rm Fe_{2}(SO_{4})_{3}$$\rm Na_{2}SO_{4}$$\rm 90\ ^\circ\rm C$左右,产生黄钠铁矾晶体$\rm \left[ N{{a}_{2}}F{{e}_{6}}{{(S{{O}_{4}})}_{4}}{{(OH)}_{12}} \right]$请写出该反应的化学方程式:                。该步骤若加入$\rm N{{a}_{2}}C{{O}_{3}}$溶液,可以提高除铁效率,试从化学平衡角度解释原因:                

[["

$\\rm Fe_{2}(SO_{4})_{3}+Na_{2}SO_{4}+12H_{2}O\\begin{matrix} \\underline{\\underline{90\\ ^\\circ \\text{C}}} \\\\ {} \\\\\\end{matrix}Na_{2}Fe_{6}(SO_{4})_{4}(OH)_{12}↓+5H_{2}SO_{4}$$\\rm {CO}_{3}^{2-}$与溶液中的$\\rm H^{+}$反应,降低$\\rm H^{+}$浓度,促使$\\rm Fe^{3+}$水解平衡$\\rm Fe^{3+}+$ $\\rm 3H_{2}O\\rightleftharpoons \\rm Fe(OH)_{3}$ $\\rm +$ $\\rm 3H^{+}$向右移动,更多$\\rm Fe^{3+}$转化为黄钠铁矾晶体,提高除铁效率;

"]]

由分析可知,该反应的化学方程式:$\rm Fe_{2}(SO_{4})_{3}+Na_{2}SO_{4}+12H_{2}O\begin{matrix} \underline{\underline{90\ ^\circ \text{C}}} \\ {} \\\end{matrix}Na_{2}Fe_{6}(SO_{4})_{4}(OH)_{12}↓+5H_{2}SO_{4}$;该步骤若加入$\rm N{{a}_{2}}C{{O}_{3}}$溶液,$\rm \operatorname{CO}_{3}^{2-}$与溶液中的$\rm H^{+}$反应,降低$\rm H^{+}$浓度,促使$\rm Fe^{3+}$水解平衡$\rm Fe^{3+}+$ $\rm 3H_{2}O\rightleftharpoons \rm Fe(OH)_{3}$ $\rm +$ $\rm 3H^{+}$向右移动,更多$\rm Fe^{3+}$转化为黄钠铁矾晶体,提高除铁效率;

“萃取$\rm 1$”中有机相$\rm (P204-$煤油$\rm )$$\rm P204$的体积分数不同,对金属离子的萃取效果也不同。表$\rm 2$是不同体积分数的$\rm P204-$煤油溶液萃取除杂的效果数据,最合适的是                $\rm \%$

[["

$\\rm 20$

"]]

分析表中数据,萃取的目的是使萃余液中金属离子浓度尽可能低,当$\rm \varphi(P204)\%$$\rm 20\%$时,萃余液中多种金属离子质量浓度最低,说明此时萃取效果最佳;

已知下图分别是萃取剂$\rm P204$$\rm P507$的结构$\rm (R$是同一烃基$\rm )$,两物质中$\rm P=O$上的氧原子均可与$\rm Co^{2+}$配位形成配位化合物。请结合物质结构知识分析两者配位能力大小:$\rm O(P204)$                $\rm O(P507)($填“大于”“小于”或“等于”$\rm )$

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小于

"]]

观察结构,$\rm P507$中与$\rm P$相连的基团为烃基$\rm (R)$,烃基给电子能力强,使$\rm P=O$$\rm O$的电子云密度更大;而$\rm P204$中与$\rm P$相连的是$\rm RO$$\rm P=O$$\rm O$的电子云密度相对较小;电子云密度越大,配位能力越强,故$\rm O(P204)$ 小于 $\rm O(P507)$

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