金属钇(Y)具有重要的国防价值，但因过度开采已濒临枯竭。通过硫酸浸泡深海磷灰石矿，可以得到...

金属钇(Y)具有重要的国防价值，但因过度开采已濒临枯竭。通过硫酸浸泡深海磷灰石矿，可以得到Y3+的浸出液：

表1　 浸出液成分

（1）浸出液可用有机溶剂（HR）进行萃取，实现Y3+的富集（已知：Y3+与Fe3+性质相似），原理如下：Fe3+ + 3HR FeR3 + 3H+　　　 Y3+ + 3HR YR3 + 3H+　　　　 （已知：FeR3、YR3均易溶于HR）

浸出液在不同pH下萃取的结果如图1。

①用化学平衡原理解释，随pH增大，Y3+萃取率增大的原因________。

②结合图1解释，工业上萃取Y3+之前，应首先除去Fe3+的原因是________。

（2）采用“中和沉淀法”和“磷酸法”可以除铁。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

表2　 Fe3+、Y3+去除率

中和沉淀法：向浸出液中加入NaOH除Fe3+，去除率如表2所示。

①该实验条件下，Fe3+去除率比Y3+大的可能原因________。

磷酸法：将磷酸（H3PO4：三元弱酸）加入到浸出液中，再加入Na2CO3溶液，调pH为2.5，过滤除去磷酸铁沉淀（FePO4），滤液中剩余的Fe3+、Y3+浓度如表3。　　　　　　　　　　　　　　

表3　 滤液中Fe3+、Y3+的浓度

② 配平“磷酸法”除铁过程中的离子方程式

Fe3+ +　　 　　　　 +　　 　　　 =　　 FePO4↓+　　 CO2↑+　　 　　　　 ，___________________

③ 综合分析表1、表2、表3，工业上采用“磷酸法”除铁的原因________。

（3）经“磷酸法”除铁后，用有机溶剂HR萃取Y3+，可通过________（填操作）收集含Y3+的有机溶液。

（4）综合分析以上材料，下列说法合理的是________。

a. 分析图1可知，pH在0.2～2.0范围内，有机溶剂中的Fe3+多于水溶液中的Fe3+

b. 表2中 Y3+损失率在20%左右的原因可能是生成的Fe(OH)3对Y3+的吸附

c. 表2中 pH在4.5～5.0范围内，Y3+损失率变大的可能原因：Y3+ + 3OH- = Y（OH）3↓

d. 有机溶剂萃取Y3+的优点是Ca2+、Mg2+、Mn2+等金属离子萃取率极低

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锰及其化合物在现代工业和国防建设中具有十分重要的地位。金属锰的提炼方式主要有热还原法和电解法两种，热还原法得到的锰纯度在95-98％之间，电解法得到的锰（简称电解锰），其纯度可达99.7-99.9％以上。

（1）锰锌铁氧体是当前广泛使用的一种隐形涂料，其化学组成为MnxZn1-xFe2O4（铁为+3价），其中当锰锌铁氧体中n(Zn):n(Fe)=2:5时，它对雷达波的吸收能力最强。

① 锰锌铁氧体中锰元素的化合价为_______。

② 当雷达波吸收能力最强时，该物质的化学式为________（改写成氧化物的形式）。

（2）写出以MnO2和Al粉为原料，利用热还原法制备Mn的化学方程式：________.

（3）工业上以菱锰矿（主要成分是MnCO3，含有Fe2＋、Co2＋、Ni2+等杂质金属离子）为原料制备电解锰的流程图如下所示。

生成氢氧化物的pH如下表：

① 浸出槽中发生多个反应：如主要成分与硫酸的反应、MnO2与Fe2＋间的氧化还原反应等，写出这两个反应的离子方程式：___________________、____________________。

② 加入氨水的目的是为除去杂质，根据流程图及表中数据，pH 应调控在_____范围内。常温下，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,当pH=4时溶液中c(Fe3+)=__________。

③ 加入硫化铵是为除去剩余的Ni2＋，反应的离子方程式为____________________。

④ 写出电解硫酸锰溶液制取金属锰的化学方程式：________________________。

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锰及其化合物在现代工业和国防建设中具有十分重要的地位。金属锰的提炼方式主要有热还原法和电解法两种，热还原法得到的锰纯度在95-98％之间，电解法得到的锰（简称电解锰），其纯度可达99.7-99.9％以上。

(l）锰锌铁氧体是当前广泛使用的一种隐形涂料，其化学组成为MnxZn1-xFe2O4（铁为+3价），其中当锰锌铁氧体中n(Zn):n(Fe)=2:5时，它对雷达波的吸收能力最强。

① 锰锌铁氧体中锰元素的化合价为_______。

② 当雷达波吸收能力最强时，该物质的化学式为________（改写成氧化物的形式）。

(2）写出以MnO2和Al粉为原料，利用热还原法制备Mn的化学方程式：________.

(3）工业上以菱锰矿（主要成分是MnCO3，含有Fe2＋、Co2＋、Ni2+等杂质金属离子）为原料制备电解锰的流程图如下所示。

生成氢氧化物的pH如下表：

① 浸出槽中发生多个反应：如主要成分与硫酸的反应、MnO2与Fe3＋间的氧化还原反应等，写出这两个反应的离子方程式：______

② 加入氨水的目的是为除去杂质，根据流程图及表中数据，pH 应调控在_____范围内。常温下，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,当pH=4时溶液中c(Fe3+)=__________。

③ 加入硫化铵是为除去剩余的Ni2＋，反应的离子方程式为_________。

④ 写出电解硫酸锰溶液制取金属锰的化学方程式：__________。

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2017 年我国承建全球首艘深海采矿船，具2500米深海作业能力，对未来深海矿产资源的开发具有重要战略价值。海洋深处有丰富的锰结核矿(主要成分为MnO2，含少量Fe、Al 等杂质元素)，利用锰结核矿可以制备高纯碳酸锰，请回答下列有关问题:

（1）写出用MnO2和浓盐酸制取氯气的化学方程式________________。

（2）MnO2与过氧化氢的反应十分复杂。在酸性条件下，MnO2可以被H2O2还原成Mn2+，但H2O2又有氧化性，有研究表明，H2O2溶液的氧化性是HO2-所致。其他条件相同时，研究不同初始pH条件下H2O2溶液的漂白效果，结果如图所示:

①写出MnO2在酸性条件下与H2O2反应的离子方程式____________。

②由图可得到的结论是_________，结合平衡移动原理简述理由: __________。

（3）利用锰结核矿在实验室制备高纯碳酸锰的流程如下：

①可用SO2代替植物粉，植物粉的作用是___________。

②使用碳酸锰调pH 的优势是___________。

③加入NH4HCO3时，温度要控制在35℃以下，其目的是___________。

（4）在废水处理中常用H2S将Mn2+转化为MnS 除去，向含有0.020mo/LMn2+的废水中通入一定量的H2S 气体，调节溶液的pH，当c(HS-)=1.0×10-4mol/L 时，Mn2+ 开始沉淀，则此时溶液的pH=______。[已知:Ksp(MnS)=1.4×10-15；H2S的电离常数K1=1.3×10-7，K2=7.0×10-15]

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研究非金属化合物在生产、生活中的应用具有实际意义。

(1) 为了减少空气中SO2的排放，将含SO2的烟气通过洗涤剂X，再加入稀硫酸，既可以回收SO2，同时又可得到化肥。上述洗涤剂X可以是________(选填序号)。

a. Ca(OH)2　　 b. K2CO3　　 c. NaHSO3　 d. NH3·H2O

(2) 磷酸(H3PO4)是一种食品添加剂。它在水溶液中存在的各种微粒的物质的量分数δ随pH的变化曲线如下图。

①向Na3PO4溶液中滴入稀盐酸，溶液pH从10降低到5的过程中发生的主要反应的离子方程式为__________________。

②从图中推断：NaH2PO4和Na3PO4两盐在同一溶液中________大量共存。(填写“能”或者“不能”)

(3) BrF3是优良的电解溶剂，具有强氧化性，与水反应的化学方程式为：

3BrF3＋5H2O===HBrO3＋Br2＋9HF＋O2↑，若反应中产生了1.5 mol O2，则被水还原的BrF3的物质的量是________mol。

(4) 二茂铁是一种金属有机配合物，可作燃料油的添加剂。二茂铁中配离子为C5H，其对应的环状分子C5H6的核磁共振氢谱如图1所示。C5H6与等物质的量Br2进行加成后的产物有M、N两种，M的核磁共振氢谱如图2所示。

图1　　　　　　　　　　　　　　　 　　图2

写出C5H6的结构简式________；分子M发生加聚反应产物的结构简式________。

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钛及钛合金在航空航天领城具有重要的应用价值。钛铁矿主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)，另含有少量SiO2、Fe2O3等杂质。以钛铁矿为原料制备钛的工艺流程如下图所示。

(1)为提高钛铁矿酸浸时的浸出率，除了采用循环浸取、延长时间、熔块粉碎外，还可以采用______________________(写一种方法)。

(2)硫酸质量分数对钛、铁浸出率的影响如图所示，据此判断，酸浸时所加硫酸的质量分数应为___________。

钛铁矿主要成分与浓硫酸反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4，该反应的化学方程式：______________________。

(3)查阅资料可知：TiO2+与Fe3+水解转化为沉淀的pH接近；反应①Fe3++H2Y2===FeY－+2H+，K=1024.3)；反应②TiO2++H2Y2－=== TiO Y2－+2H+，K=1017.3。含钛铁溶液经EDTA(H2Y2－)处理后再调节pH，TiO2+水解生成偏钛酸[TiO (OH)2]沉淀，则TiO2+水解的离子方程式为：___________；Fe3+未转化为沉淀的原因是______________________。

(4)若将滤液2经___________冷却结晶、过滤一系列操作还可获得副产品绿矾(FsO4·7H2O)。滤液2经处理后，还可返回流程中使用的物质是______________________。

(5)利用下图所示装置在一定条件下由TiO2制取金属钛的化学方程式为__________________。阳极的电极反应式为______________________。

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非线性光学晶体在信息、激光技术、医疗、国防等领域具有重要应用价值。我国科学家利用Ca2CO3， XO2（X= Si、Ge）和H3BO3首次合成了组成为CsXB3O7的非线性光学晶体。回答下列问题：

(1)基态硼原子的价电子排布图是____________，与硼处于同周期的非金属主族元素的第一电离能由大到小的顺序为________________。

(2)B的简单氢化物BH3，不能游离存在，常倾向于形成较稳定的B2H6或与其他分子结合。

①B2H6分子结构如图，则B原子的杂化方式为____________________。

②氨硼烷（NH3BH3）被认为是最具潜力的新型储氢材料之一，分子中存在配位键，提供孤电子对的成键原子是______________，写出一种与氨硼烷互为等电子体的分子_________（填分子式）。

(3)如图为H3BO3晶体的片层结构，其中B的杂化方式为_______；硼酸在热水中比在冷水中溶解度显著增大的主要原因是____________。

(4)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子分数坐标。CsSiB3O7属于正交晶系（长方体形），晶胞参数为anm、bnm和cnm．如图为沿y轴投影的晶胞中所有Cs原子的分布图和原子分数坐标。据此推断该晶胞中Cs原子的数目为_________；CsSiB3O7的摩尔质量为Mg·mol－1，设NA为阿伏加德罗常数的值，则CsSiB3O7晶体的密度为_____g·cm－3（用含字母的代数式表示）。

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锰是一种非常重要的金属元素，在很多领域有着广泛的应用。利用废铁屑还原浸出低品位软锰矿制备硫酸锰，然后进行电解，是制备金属锰的新工艺，其流程简图如下：

已知：

i. 低品位软锰矿主要成份有MnO2、Al2O3、Fe2O3、Cu2(OH)2CO3、CaCO3、SiO2等。

ii. 部分金属离子以氢氧化物沉淀时的pH

iii. 几种化合物的溶解性或溶度积(Ksp)

(1)研究表明，单质Fe和Fe2+都可以还原MnO2。在硫酸存在的条件下，MnO2将Fe氧化为Fe3+的离子方程式是____________。

(2)清液A先用H2O2处理，然后加入CaCO3，反应后溶液的pH≈5。滤渣a的主要成分中有黄铵铁矾NH4Fe3(SO4)2(OH)6。

①H2O2的作用是____________(用离子方程式表示)。

②滤渣a中除了黄铵铁矾，主要成分还有X。用平衡移动原理解释产生x的原因：____________。

(3)用离子方程式表示MnS固体的作用：____________。

(4)滤渣c的成分是____________。

(5)如下图所示装置，用惰性电极电解中性MnSO4溶液可以制得金属Mn。阴极反应有：

i. Mn2++2e－＝Mn　　　　　　 ii. 2H++2e－＝H2↑

电极上H2的产生会引起锰起壳开裂，影响产品质量。

①电解池阳极的电极方程式是________________。

②清液C需要用氨水调节pH＝7的原因是____________。

③电解时，中性MnSO4溶液中加入(NH4)2SO4的作用除了增大溶液导电性之外，还有___________(结合电极反应式和离子方程式解释)。

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锰是一种非常重要的金属元素，在很多领域有着广泛的应用。利用废铁屑还原浸出低品位软锰矿制备硫酸锰，然后进行电解，是制备金属锰的新工艺，其流程简图如下：

已知：

i. 低品位软锰矿主要成份有MnO2、Al2O3、Fe2O3、Cu2(OH)2CO3、CaCO3、SiO2等。

ii. 部分金属离子以氢氧化物沉淀时的pH

iii. 几种化合物的溶解性或溶度积(Ksp)

(1)研究表明，单质Fe和Fe2+都可以还原MnO2。在硫酸存在的条件下，MnO2将Fe氧化为Fe3+的离子方程式是____________。

(2)清液A先用H2O2处理，然后加入CaCO3，反应后溶液的pH≈5。滤渣a的主要成分中有黄铵铁矾NH4Fe3(SO4)2(OH)6。

①H2O2的作用是____________(用离子方程式表示)。

②滤渣a中除了黄铵铁矾，主要成分还有X。用平衡移动原理解释产生x的原因：____________。

(3)用离子方程式表示MnS固体的作用：____________。

(4)滤渣c的成分是____________。

(5)如下图所示装置，用惰性电极电解中性MnSO4溶液可以制得金属Mn。阴极反应有：

i. Mn2++2e－＝Mn　　　　　　 ii. 2H++2e－＝H2↑

电极上H2的产生会引起锰起壳开裂，影响产品质量。

①电解池阳极的电极方程式是________________。

②清液C需要用氨水调节pH＝7的原因是____________。

③电解时，中性MnSO4溶液中加入(NH4)2SO4的作用除了增大溶液导电性之外，还有___________(结合电极反应式和离子方程式解释)。

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非线性光学晶体在信息、激光技术、医疗、国防等领域具有重要应用价值。我国科学家利用Cs2CO3、XO2（X＝Si、Ge）和H3BO3首次合成了组成为CsXB3O7的非线性光学晶体。回答下列问题：

（1）C、O、Si三种元素电负性由大到小的顺序为__________；第一电离能I1(Si) ____ I1(Ge)（填“＞”或“＜”）。

（2）基态Ge原子核外电子排布式为_____________；SiO2、GeO2具有类似的晶体结构，其中熔点较高的是________，原因是______。

（3）如图为H3BO3晶体的片层结构，其中B的杂化方式为________；硼酸在热水中比在冷水中溶解度显著增大的主要原因是_____________。

（4）以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。CsSiB3O7属于正交晶系（长方体形），晶胞参数为a pm，b pm和c pm。如图为沿y轴投影的晶胞中所有Cs原子的分布图和原子分数坐标。据此推断该晶胞中Cs原子的数目为_______；CsSiB3O7的摩尔质量为M g·mol－1，设NA为阿伏加德罗常数的值，则CsSiB3O7晶体的密度为_____________g·cm－1（用代数式表示）。

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