2022新高考化學微題型《加練半小時》第3章微題型26金屬及其化合物制備流程(一)(Li、Sr、Pb、Ti、Mn)

1．(2021·鄭州聯(lián)考)鋰被譽為“金屬味精”，以LiCoO2為正極材料的鋰離子電池已被廣泛用作便攜式電源。工業(yè)上常以β-鋰輝礦(主要成分為LiAlSi2O6，還含有FeO、MgO、CaO等雜質)為原料來制取金屬鋰。其中一種工藝流程如下：已知：①部分金屬氫氧化物開始沉淀和完全沉淀時的pH：氫氧化物Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2開始沉淀時的pH1.93.49.1完全沉淀時的pH3.24.711.1②Li2CO3在不同溫度下的溶解度如下表：溫度/℃010205075100Li2CO3的溶解度/g1.5391.4061.3291.1810.8660.728請回答下列問題：(1)用氧化物形式表示LiAlSi2O6的組成______________________________________。(2)反應Ⅱ加入碳酸鈣的作用是_______________________________________________________________________________________________________________________。(3)寫出反應Ⅲ中生成沉淀A的離子方程式：___________________________________________________________________________________________________________。(4)洗滌所得Li2CO3沉淀要使用________(填“熱水”或“冷水”)，理由是_________________________________________________________________________________。(5)流程中兩次使用了Na2CO3溶液，第一次濃度小，第二次濃度大的原因是________________________________________________________________________________。(6)該工藝中，電解熔融氯化鋰生產鋰時，陽極產生的氯氣中會混有少量氧氣，原因是________________________________________________________________________。2．(2020·廣州質檢)高純六水氯化鍶晶體(SrCl2·6H2O)具有很高的經濟價值，工業(yè)上用碳酸鍶(SrCO3)粉為原料(含少量鋇和鐵的化合物等)制備高純六水氯化鍶晶體的過程如下：已知：①M(SrCl2·6H2O)＝267g·mol－1②Ksp(SrSO4)＝3.3×10－7、Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10③經鹽酸浸取后，溶液中除含有Sr2＋和Cl－外，還含有少量Ba2＋、Fe2＋、Fe3＋雜質④SrCl2·6H2O晶體在61℃時開始失去結晶水，100℃時失去全部結晶水請回答下列問題：(1)已知Sr為第五周期ⅡA族元素，則不符合Sr>Ca的是________(填序號)。①原子半徑②最外層電子數(shù)③金屬性④最高價氧化物對應的水化物的堿性(2)寫出碳酸鍶與鹽酸反應的離子方程式：_____________________________________________________________________________________________________________。(3)工業(yè)上用熱風吹干六水氯化鍶，適宜的溫度是______(填字母)。A．50～60℃ B．70～80℃C．80～100℃ D．100℃以上(4)步驟④的操作是________________、____________、過濾。(5)加入硫酸的目的是_____________________________________________________。(6)若濾液中Ba2＋的濃度為1×10－5mol·L－1，依據(jù)題給信息計算濾液中Sr2＋的物質的量濃度為________mol·L－1。3．(2020·大連模擬)用廢鉛蓄電池的鉛泥(含PbSO4、PbO和Pb等)制備精細化工產品PbSO4·3PbO·H2O(三鹽)的主要流程如下：已知：常溫下，Ksp(PbSO4)≈2.0×10－8，Ksp(PbCO3)≈1.0×10－13?；卮鹣铝袉栴}：(1)鉛蓄電池在生活中有廣泛應用，其工作原理是Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2PbSO4＋2H2O。鉛蓄電池在充電時，陽極的電極反應式為________________。若鉛蓄電池放電前，正、負極電極質量相等，如果放電時轉移了1mol電子，則理論上兩電極質量之差為________。(2)將濾液1、濾液3合并，經蒸發(fā)濃縮、降溫結晶、過濾等操作，得到一種結晶水合物(Mr＝322)，其化學式為________________________________。(3)步驟③酸溶時鉛與硝酸反應生成Pb(NO3)2及NO的離子方程式為________________；濾液2中溶質的主要成分為____________(寫化學式)。(4)步驟⑥合成三鹽的化學方程式為____________________________________________________________________________________________________________________。(5)步驟⑦洗滌過程中，檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是________________________________________________________________________。(6)在步驟①的轉化中，若硫酸鉛和碳酸鉛在濁液中共存，則eq\f(cSO\o\al(2－,4),cCO\o\al(2－,3))＝________。4．(2019·河北冀州中學高三仿真模擬)工業(yè)由鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3，還含有少量Fe2O3、Al2O3、FeO、SiO2等雜質)制備TiCl4的工藝流程如下：已知：①酸浸FeTiO3(s)＋2H2SO4(aq)=FeSO4(aq)＋TiOSO4(aq)＋2H2O(l)②水解TiOSO4(aq)＋2H2O(l)eq\o(=,\s\up7(90℃))H2TiO3(s)＋H2SO4(aq)③煅燒H2TiO3(s)eq\o(=,\s\up7(煅燒))TiO2(s)＋H2O(g)(1)FeTiO3中鈦元素的化合價為__________，試劑A為____________________。(2)堿浸過程發(fā)生反應的離子方程式為_________________________________________________________________________________________________________________。(3)酸浸后需將溶液溫度冷卻至70℃左右，若溫度過高會導致最終產品吸收率過低，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)上述流程中氯化過程的化學方程式為_______________________________________________________________________________________________________________。已知TiO2(s)＋2Cl2(g)TiCl4(l)＋O2(g)ΔH＝＋151kJ·mol－1。該反應極難進行，當向反應體系中加入碳后，則反應在高溫條件下能順利發(fā)生。從化學平衡的角度解釋原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)TiCl4極易水解，利用此性質可制備納米級TiO2·xH2O，該反應的化學方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。5．[2020·新高考全國卷Ⅰ(山東)，16(2)(3)(4)(5)]用軟錳礦(主要成分為MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制備高純MnCO3的工藝流程如下：已知：MnO2是一種兩性氧化物；25℃時相關物質的Ksp見下表。物質Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2Ksp1×10－16.31×10－38.61×10－32.31×10－12.7回答下列問題：(2)保持BaS投料量不變，隨MnO2與BaS投料比增大，S的量達到最大值后無明顯變化，而Ba(OH)2的量達到最大值后會減小，減小的原因是__________________。(3)濾液Ⅰ可循環(huán)使用，應當將其導入到________操作中(填操作單元的名稱)。(4)凈化時需先加入的試劑X為________(填化學式)，再使用氨水調溶液的pH，則pH的理論最小值為________(當溶液中某離子濃度c≤1.0×10－5mol·L－1時，可認為該離子沉淀完全)。(5)碳化過程中發(fā)生反應的離子方程式為_______________________________________________________________________________________________________________。6．(2020·北京，18)MnO2是重要化工原料，由軟錳礦制備MnO2的一種工藝流程如下：軟錳礦eq\o(→,\s\up7(),\s\do5(研磨))eq\o(→,\s\up7(過量較濃H2SO4，過量鐵屑),\s\do5(溶出20℃))Mn2＋溶出液eq\o(→,\s\up7(),\s\do5(純化))Mn2＋純化液eq\o(→,\s\up7(),\s\do5(電解))MnO2資料：①軟錳礦的主要成分為MnO2，主要雜質有Al2O3和SiO2②金屬離子沉淀的pHFe3＋Al3＋Mn2＋Fe2＋開始沉淀時1.53.45.86.3完全沉淀時2.84.77.88.3③該工藝條件下，MnO2與H2SO4反應。(1)溶出①溶出前，軟錳礦需研磨。目的是______________________________________________。②溶出時，F(xiàn)e的氧化過程及得到Mn2＋的主要途徑如圖所示。ⅰ.步驟Ⅱ是從軟錳礦中溶出Mn2＋的主要反應，反應的離子方程式是________________。ⅱ.若Fe2＋全部來自于反應Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑，完全溶出Mn2＋所需Fe與MnO2的物質的量比值為2。而實際比值(0.9)小于2，原因是__________________________________。(2)純化已知：MnO2的氧化性與溶液pH有關。純化時先加入MnO2，后加入NH3·H2O，調溶液pH≈5，說明試劑加入順序及調節(jié)pH的原因：_________________________________________。(3)電解Mn2＋純化液經電解得MnO2。生成MnO2的電極反應式是_________________________。(4)產品純度測定向ag產品中依次加入足量bgNa2C2O4和足量稀H2SO4，加熱至充分反應，再用cmol·L－1KMnO4溶液滴定剩余Na2C2O4至終點，消耗KMnO4溶液的體積為dL。(已知：MnO2及MnOeq\o\al(－,4)均被還原為Mn2＋。相對分子質量：MnO286.94；Na2C2O4134.0)產品純度為_________________________________________________(用質量分數(shù)表示)。

答案精析1．(1)Li2O·Al2O3·4SiO2(2)除去反應Ⅰ中過量的H2SO4；控制pH，使Fe3＋、Al3＋完全沉淀(3)Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓、Ca2＋＋COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓(4)熱水Li2CO3在較高溫度下溶解度小，用熱水洗滌可減少Li2CO3的溶解損耗(5)第一次濃度過大會使部分Li＋沉淀，第二次濃度大則有利于Li2CO3沉淀的生成(6)加熱蒸干LiCl溶液時，有少量LiCl水解生成LiOH，LiOH受熱分解生成Li2O，電解時產生O2解析(1)硅酸鹽既可以用鹽的形式表示，也可以用氧化物的形式表示。在用氧化物表示時，先寫活潑金屬的氧化物，再寫較活潑金屬的氧化物，最后寫非金屬的氧化物，并且要符合質量守恒定律。LiAlSi2O6可表示為Li2O·Al2O3·4SiO2。(2)反應Ⅱ加入碳酸鈣是為了除去反應Ⅰ中過量的H2SO4；控制pH，使Fe3＋、Al3＋完全沉淀。(3)根據(jù)框圖中物質之間的轉化關系可知，反應Ⅲ中生成沉淀A的離子方程式為Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓、Ca2＋＋COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓。(4)因為Li2CO3的溶解度隨溫度的升高而降低，所以洗滌Li2CO3沉淀要使用熱水，這樣可減少Li2CO3的溶解損耗。(5)若第一次碳酸鈉溶液濃度過大，則部分Li＋會形成沉淀，而第二次碳酸鈉溶液濃度大，則有利于Li2CO3沉淀的生成。(6)因為在加熱蒸干LiCl溶液時，有少量LiCl發(fā)生水解反應生成LiOH，LiOH受熱分解生成Li2O，Li2O在電解時產生O2。因此電解LiCl時，陽極產生的氯氣中常含有少量的O2。2．(1)②(2)SrCO3＋2H＋=Sr2＋＋CO2↑＋H2O(3)A(4)蒸發(fā)濃縮冷卻結晶(5)除去Ba2＋雜質(6)0.03解析(2)SrCO3類似于CaCO3，與鹽酸反應的離子方程式為SrCO3＋2H＋=Sr2＋＋CO2↑＋H2O。(3)根據(jù)題目信息知SrCl2·6H2O晶體在61℃時開始失去結晶水，100℃時失去全部結晶水。工業(yè)上用熱風吹干六水氯化鍶但又不能脫去結晶水，所以選A。(4)第③步過濾后濾液的溶質為SrCl2，從溶液中獲得SrCl2·6H2O晶體，還須進行的操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾。(5)由于BaSO4是難溶于水的物質，所以在操作過程中加入硫酸是使溶液中的Ba2＋形成BaSO4沉淀而除去Ba2＋雜質。(6)Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10，由于溶液中Ba2＋濃度為1×10－5mol·L－1，則c(SOeq\o\al(2－,4))＝eq\f(1.1×10－10,1×10－5)mol·L－1＝1.1×10－5mol·L－1，根據(jù)Ksp(SrSO4)＝3.3×10－7可知，c(Sr2＋)＝eq\f(3.3×10－7,1.1×10－5)mol·L－1＝3.0×10－2mol·L－1＝0.03mol·L－1。3．(1)PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋16g(2)Na2SO4·10H2O(3)3Pb＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Pb2＋＋2NO↑＋4H2OHNO3(4)4PbSO4＋6NaOHeq\o(=,\s\up7(50～60℃))PbSO4·3PbO·H2O＋3Na2SO4＋2H2O(5)取少量最后一次的洗滌液于潔凈的試管中，向其中滴加硝酸酸化的Ba(NO3)2溶液，若產生白色沉淀，則沉淀未洗滌干凈；否則，已洗滌干凈(6)2.0×105解析(1)鉛蓄電池在充電時，陽極上發(fā)生氧化反應，電極反應式為PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋。放電時，正極的電極反應式為PbO2＋2e－＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋=PbSO4＋2H2O；負極的電極反應式為Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4。若轉移2mol電子，則正極材料凈增質量為m(PbSO4)－m(PbO2)，負極材料凈增質量為m(PbSO4)－m(Pb)，二者質量之差為m(O2)＝32g，所以放電時轉移1mol電子，兩極質量之差為16g。(2)濾液1和濾液3的主要溶質是硫酸鈉，由得到的結晶水合物的相對分子質量知，析出的結晶水合物為Na2SO4·10H2O。(3)鉛與硝酸反應類似銅與硝酸反應，離子方程式為3Pb＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Pb2＋＋2NO↑＋4H2O；沉鉛反應為Pb(NO3)2＋H2SO4=PbSO4↓＋2HNO3，故濾液2的溶質主要是HNO3。(4)加入氫氧化鈉溶液，使硫酸鉛轉化成三鹽，化學方程式為4PbSO4＋6NaOHeq\o(=,\s\up7(50～60℃))PbSO4·3PbO·H2O＋3Na2SO4＋2H2O。(5)沉淀表面有Na2SO4等雜質，檢驗沉淀是否洗滌干凈，就是檢驗最后一次的洗滌液是否還含有SOeq\o\al(2－,4)。操作方法是取少量最后一次洗滌液于潔凈的試管中，向其中滴加硝酸酸化的Ba(NO3)2溶液，若產生白色沉淀，則沉淀未洗滌干凈；否則，已洗滌干凈。(6)PbSO4(s)和PbCO3(s)的濁液中：eq\f(cSO\o\al(2－,4),cCO\o\al(2－,3))＝eq\f(KspPbSO4,KspPbCO3)＝eq\f(2.0×10－8,1.0×10－13)＝2.0×105。4．(1)＋4Fe(或鐵)(2)Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O、SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O(3)溫度過高會導致TiOSO4提前水解生成H2TiO3沉淀(4)TiO2＋C＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(900℃))TiCl4＋CO2C與O2反應，O2的濃度減小使平衡向右移動；C與O2反應放熱，溫度升高，使平衡向右移動，促使反應順利進行(5)TiCl4＋(x＋2)H2OTiO2·xH2O＋4HCl解析(1)根據(jù)酸浸反應FeTiO3(s)＋2H2SO4(aq)=FeSO4(aq)＋TiOSO4(aq)＋2H2O(l)可知，F(xiàn)eTiO3中Fe元素化合價為＋2價，則Ti元素為＋4價。然后加入試劑A[Fe(或鐵)]，發(fā)生反應2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋。(2)堿浸的目的是除去Al2O3和SiO2等雜質，發(fā)生反應的離子方程式為Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O、SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O。(3)酸浸后需將溶液溫度冷卻至70℃左右，溫度過高會導致TiOSO4提前發(fā)生水解反應：TiOSO4(aq)＋2H2O(l)eq\o(=,\s\up7(90℃))H2TiO3(s)＋H2SO4(aq)，生成H2TiO3沉淀，導致最終產品吸收率過低。(4)該工業(yè)流程中氯化過程的化學方程式為TiO2＋C＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(900℃))TiCl4＋CO2；由于TiO2(s)＋2Cl2(g)TiCl4(l)＋O2(g)為可逆反應，且正反應為吸熱反應，加入碳粉后，C與O2反應，O2的濃度減小使平衡向右移動；C與O2反應放熱，溫度升高，使平衡向右移動，促使反應順利進行。(5)TiCl4極易水解生成納米級TiO2·xH2O，該反應的化學方程式為TiCl4＋(x＋2)H2OTiO2·xH2O＋4HCl。5．(2)過量的MnO2消耗了產生的Ba(OH)2(3)蒸發(fā)(4)H2O24.9(5)Mn2＋＋HCOeq\o\al(－,3)＋NH3·H2O=MnCO3↓＋NHeq\o\al(＋,4)＋H2O解析(2)增大MnO2與BaS的投料比，S的量達到最大值后不再變化，說明過量的MnO2與S不反應；Ba(OH)2的量達到最大值后會減小，說明過量的MnO2與Ba(OH)2發(fā)生了反應，消耗了產生的Ba(OH)2。(3)濾液Ⅰ中還含有未結晶的Ba(OH)2，可循環(huán)使用，應將其導入蒸發(fā)操作中。(4)軟錳礦中含有的Fe3O4、Al2O3雜質與硫酸反應生成FeSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3，要除去Fe2＋，應先將Fe2＋氧化為Fe3＋，為了不引入其他雜質，加入的氧化劑X可選用H2O2。因Fe(OH)3和Al(OH)3的組成相似，且Fe(OH)3的Ksp小于Al(OH)3的，因此當Al3＋完全沉淀時，F(xiàn)e3＋也完全沉淀，由Ksp[Al(OH)3]＝1×10－32.3可知，c(Al3＋)·c3(OH－)＝1×10－32.3，由題意知，當c(Al3＋)≤1.0×10－5mol·L－1時沉淀完全，可求得c(OH－)≥1×10－9.1mol·L－1，即c(H＋)≤1×10－4.9mol·L－1，pH的理論最小值為4.9。(5)由流程圖提供的信息可知，碳化時的反應物有碳酸氫銨、氨水、Mn2＋，生成物有MnCO3，由此可寫出該反應的離子方程式為Mn2＋＋HCOeq\o\al(－,3)＋NH3·H2O=MnCO3↓＋NHeq\o\al(＋,4)＋H2O。6．(