2022高考化學(xué)一輪專題復(fù)習(xí)15金屬及其化合物的制備流程含解析

PAGE專練15金屬及其化合物的制備流程1．[2021·湖南卷]Ce2(CO3)3可用于催化劑載體及功能材料的制備。天然獨(dú)居石中，鈰(Ce)主要以CePO4形式存在，還含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物質(zhì)。以獨(dú)居石為原料制備Ce2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CO3))3·nH2O的工藝流程如下：回答下列問(wèn)題：(1)鈰的某種核素含有58個(gè)質(zhì)子和80個(gè)中子，該核素的符號(hào)為________；(2)為提高“水浸”效率，可采取的措施有________________________(至少寫兩條)；(3)濾渣Ⅲ的主要成分是________(填化學(xué)式)；(4)加入絮凝劑的目的是________________________；(5)“沉鈰”過(guò)程中，生成Ce2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CO3))3·nH2O的離子方程式為____________________，常溫下加入的NH4HCO3溶液呈________(填“酸性”“堿性”或“中性”)(已知：NH3·H2O的Kb＝1.75×10－5，H2CO3的Ka1＝4.4×10－7，Ka2＝4.7×10－11)；(6)濾渣Ⅱ的主要成分為FePO4，在高溫條件下，Li2CO3、葡萄糖eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(C6H12O6))和FePO4可制備電極材料LiFePO4，同時(shí)生成CO和H2O，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________。2．某研究性學(xué)習(xí)小組將一定濃度的Na2CO3溶液滴入CuSO4溶液中得到藍(lán)色沉淀。甲同學(xué)認(rèn)為沉淀可能是CuCO3；乙同學(xué)認(rèn)為沉淀可能是Cu(OH)2；丙同學(xué)認(rèn)為沉淀可能是CuCO3和Cu(OH)2的混合物。[查閱資料知：CuCO3和Cu(OH)2均不帶結(jié)晶水，受熱均易分解，各生成對(duì)應(yīng)的兩種氧化物]Ⅰ.(1)乙同學(xué)的觀點(diǎn)，你認(rèn)為其原理是(用離子方程式表示)：__________________。(2)在探究沉淀成分前，須將沉淀從溶液中過(guò)濾、洗滌、低溫干燥，檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈的方法是________________________________________。Ⅱ.請(qǐng)用下圖所示裝置，選擇必要的試劑，定性探究生成物的成分。(3)B裝置中試劑的化學(xué)式是________，C裝置中試劑的名稱是____________。(4)能證明乙同學(xué)觀點(diǎn)正確的預(yù)期實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是________________________________。Ⅲ.若丙同學(xué)的觀點(diǎn)正確，可利用下列裝置通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定其組成。(5)實(shí)驗(yàn)裝置的連接順序?yàn)開___________________。(6)裝置C中堿石灰的作用是________________，實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)都要通過(guò)量的空氣，請(qǐng)說(shuō)明結(jié)束時(shí)通入過(guò)量空氣的作用是________________________________________________________________________。(7)若沉淀樣品的質(zhì)量為mg，裝置B質(zhì)量增加了ng，則沉淀中CuCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________。3．以高硫鋁土礦(主要成分為Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金屬硫酸鹽)為原料，生產(chǎn)氧化鋁并獲得Fe3O4的部分工藝流程如下：(1)焙燒過(guò)程均會(huì)產(chǎn)生SO2，用NaOH溶液吸收過(guò)量SO2的離子方程式為________________________________________________________________________。(2)添加1%CaO和不添加CaO的礦粉焙燒，其硫去除率隨溫度變化曲線如圖所示。已知：多數(shù)金屬硫酸鹽的分解溫度都高于600℃硫去除率＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(焙燒后礦粉中硫元素總質(zhì)量,焙燒前礦粉中硫元素總質(zhì)量)))×100%①不添加CaO的礦粉在低于500℃焙燒時(shí)，去除的硫元素主要來(lái)源于________。②700℃焙燒時(shí)，添加1%CaO的礦粉硫去除率比不添加CaO的礦粉硫去除率低，其主要原因是________________________________________________。(3)向“過(guò)濾”得到的濾液中通入過(guò)量CO2，鋁元素存在的形式由________(填化學(xué)式)轉(zhuǎn)化為__________(填化學(xué)式)。(4)“過(guò)濾”得到的濾渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3與FeS2混合后在缺氧條件下焙燒生成Fe3O4和SO2，理論上完全反應(yīng)消耗的n(FeS2):n(Fe2O3)＝________。4．[2021·全國(guó)乙卷]磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3，為節(jié)約和充分利用資源，通過(guò)如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。該工藝條件下，有關(guān)金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表：金屬離子Fe3＋Al3＋Mg2＋Ca2＋開始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH3.24.711.113.8回答下列問(wèn)題：(1)“焙燒”中，TiO2、SiO2幾乎不發(fā)生反應(yīng)，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫酸鹽。寫出Al2O3轉(zhuǎn)化為NH4Al(SO4)2的化學(xué)方程式________________________________________________________________________。(2)“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時(shí)用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6，依次析出的金屬離子是________________________________________________________________________。(3)“母液①”中Mg2＋濃度為________mol·L－1。(4)“水浸渣”在160℃“酸溶”，最適合的酸是________。“酸溶渣”的成分是________、________。(5)“酸溶”后，將溶液適當(dāng)稀釋并加熱，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，該反應(yīng)的離子方程式是__________________________________________________________________。(6)將“母液①”和“母液②”混合，吸收尾氣，經(jīng)處理得________，循環(huán)利用。5．草酸亞鐵晶體(FeC2O4·2H2O)是一種淺黃色固體，難溶于水，受熱易分解，是生產(chǎn)鋰電池的原材料，也常用作分析試劑及顯影劑等，其制備流程如下：(1)配制硫酸亞鐵銨[(NH4)2Fe(SO4)2]溶液時(shí)，需加少量硫酸，目的是________________________________________________________________________。(2)加熱到沸騰時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________。(3)向盛有草酸亞鐵晶體的試管中滴入硫酸酸化的KMnO4溶液，振蕩，溶液變?yōu)樽攸S色，同時(shí)有氣體生成。已知反應(yīng)中MnOeq\o\al(－,4)轉(zhuǎn)化為無(wú)色的Mn2＋，則該過(guò)程中被氧化的元素是________，若反應(yīng)中消耗1molFeC2O4·2H2O，則參加反應(yīng)的n(KMnO4)＝________。(4)稱取3.80g草酸亞鐵晶體(FeC2O4·2H2O相對(duì)分子質(zhì)量是180)用熱重法對(duì)其進(jìn)行熱分解，得到剩余固體的質(zhì)量隨溫度變化的曲線如圖所示：①過(guò)程Ⅰ發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________________________________________________________________________________________________________。②300℃時(shí)剩余固體只有一種且是鐵的氧化物，試通過(guò)計(jì)算確定該氧化物的化學(xué)式或名稱________(請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程)。6．工業(yè)上以黃銅礦(主要成分CuFeS2)為原料制備CuSO4·5H2O的主要流程如下：(1)圖1裝置可用于吸收氣體X的是________(填代號(hào))。(2)某研究性學(xué)習(xí)小組用泡銅與CO反應(yīng)來(lái)制取粗銅。①圖2裝置B中的藥品為________。②實(shí)驗(yàn)時(shí)，依次進(jìn)行如下操作：組裝儀器、________、加裝藥品、通入氣體、________、點(diǎn)燃酒精燈。(3)熔渣Y的成分為Fe2O3和FeO，選用提供的試劑，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證熔渣中含有FeO，寫出有關(guān)實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象與結(jié)論。提供的試劑：稀鹽酸、稀硫酸、KSCN溶液、KMnO4溶液、NaOH溶液、氯水________。(4)向粗銅中加入硫酸和硝酸的混酸溶液制取硫酸銅時(shí)(雜質(zhì)不參加反應(yīng))，混酸中H2SO4與HNO3的最佳物質(zhì)的量之比為________。(5)用滴定法測(cè)定所得產(chǎn)品中CuSO4·5H2O的含量，稱取ag樣品配成100ml溶液，取出20.00mL，用cmol/L滴定劑EDTA(H2Y2－)標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)(滴定劑不與雜質(zhì)反應(yīng))，消耗滴定劑6mL。滴定反應(yīng)如下：Cu2＋＋H2Y2－=CuY2－＋2H＋。則CuSO4·5H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________。滴定管用蒸餾水洗滌后，直接注入標(biāo)準(zhǔn)溶液，則會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏________。專練15金屬及其化合物的制備流程1．(1)eq\o\al(138,58)Ce(2)攪拌、適當(dāng)升高溫度(合理即可)(3)Al(OH)3(4)促進(jìn)Al(OH)3膠體聚沉，便于分離(5)2Ce3＋＋6HCOeq\o\al(－,3)＋(n－3)H2O=Ce2(CO3)3·nH2O↓＋3CO2↑堿性(6)6FePO4＋3Li2CO3＋C6H12O6eq\o(=,\s\up7(高溫))6LiFePO4＋9CO↑＋6H2O↑解析：(1)由質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)可知，鈰的質(zhì)量數(shù)＝58＋80＝138，因此該核素的符號(hào)為eq\o\al(138,58)Ce。(2)為提高“水浸”效率，可采取攪拌、適當(dāng)升高溫度、研碎等措施。(3)根據(jù)流程及題中信息分析可知，濾渣Ⅰ為SiO2、CaSO4，濾渣Ⅱ?yàn)镕ePO4，濾渣Ⅲ的主要成分為Al(OH)3。(4)加入絮凝劑的目的是使懸浮粒子聚集變大，加快粒子聚沉速度，更快地形成沉淀。(5)“沉鈰”過(guò)程中，Ce3＋與HCOeq\o\al(－,3)反應(yīng)生成Ce2(CO3)3·nH2O，反應(yīng)的離子方程式為2Ce3＋＋6HCOeq\o\al(－,3)＋(n－3)H2O=Ce2(CO3)3·nH2O↓＋3CO2↑。由于NHeq\o\al(＋,4)水解溶液顯酸性，HCOeq\o\al(－,3)水解溶液顯堿性，根據(jù)題中提供的電離平衡常數(shù)，可計(jì)算出NHeq\o\al(＋,4)的水解平衡常數(shù)為eq\f(Kw,Kb)＝eq\f(10－14,1.75×10－5)≈5.71×10－10，HCOeq\o\al(－,3)的水解平衡常數(shù)為eq\f(Kw,Ka1)＝eq\f(10－14,4.4×10－7)≈2.3×10－8，所以HCOeq\o\al(－,3)的水解程度大于NHeq\o\al(＋,4)的水解程度，所以溶液顯堿性。(6)根據(jù)題中信息，可知反應(yīng)物為L(zhǎng)i2CO3、C6H12O6和FePO4，生成物為L(zhǎng)iFePO4、CO和H2O，根據(jù)化合價(jià)變化，C：＋4→＋2,0→＋2，F(xiàn)e：＋3→＋2，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為6FePO4＋3Li2CO3＋C6H12O6eq\o(=,\s\up7(高溫))6LiFePO4＋9CO↑＋6H2O↑。2．(1)Cu2＋＋COeq\o\al(2－,3)＋H2O=Cu(OH)2↓＋CO2↑(2)取最后一次洗滌液(或上層清液)，滴加BaCl2(或硝酸鋇)溶液，無(wú)沉淀生成，說(shuō)明已洗凈。(3)CuSO4、澄清石灰水(4)B中無(wú)水硫酸銅變藍(lán)，C中澄清石灰水不變渾濁(5)C→A→B→D→E(6)吸收空氣中的水蒸氣和CO2結(jié)束時(shí)通入過(guò)量的空氣可以將裝置中滯留的水蒸氣和CO2趕出。(7)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(49n,9m)))×100%解析：(1)乙同學(xué)的觀點(diǎn)，是考慮到了COeq\o\al(2－,3)的水解，所以離子方程式為Cu2＋＋COeq\o\al(2－,3)＋H2O=Cu(OH)2↓＋CO2↑(2)洗滌干凈的標(biāo)準(zhǔn)是不含有SOeq\o\al(2－,4)，故可以加入鋇鹽來(lái)檢驗(yàn)，規(guī)范做法是取最后一次洗滌液(或上層清液)，滴加BaCl2(或硝酸鋇)溶液，無(wú)沉淀生成，說(shuō)明已洗凈。(3)該裝置一是為了檢驗(yàn)是否有水生成，另一是檢驗(yàn)是否有CO2。若有水生成，說(shuō)明是Cu(OH)2，若有CO2生成，說(shuō)明是CuCO3。故B裝置檢驗(yàn)是否有水生成，采用無(wú)水硫酸銅，化學(xué)式為CuSO4，C裝置是為了檢驗(yàn)是否有二氧化碳生成，故是澄清石灰水。(4)乙同學(xué)的觀點(diǎn)是生成Cu(OH)2，故沉淀加熱后會(huì)生成水，故B裝置變藍(lán)，C裝置沒(méi)明顯變化。(5)結(jié)合所給藥品及實(shí)驗(yàn)儀器，在加熱CuCO3、Cu(OH)2混合物的過(guò)程中，Cu(OH)2分解揮發(fā)出的水蒸氣可用濃硫酸吸收，通過(guò)測(cè)量其質(zhì)量，折算出物質(zhì)的組成及含量，故實(shí)驗(yàn)裝置的連接順序?yàn)镃→A→B→D→E(6)為了排除空氣中水蒸氣和CO2的干擾，用裝置C中堿石灰來(lái)凈化吸收；實(shí)驗(yàn)開始時(shí)通入過(guò)量空氣，可將裝置內(nèi)的水蒸氣和CO2全部排除干凈，而結(jié)束時(shí)通入過(guò)量空氣的目的是可以將裝置中滯留的水蒸氣和CO2趕出，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。(7)由Cu(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))CuO＋H2O可知，Cu(OH)2的質(zhì)量為eq\f(49n,9)g，沉淀中CuCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(49n,9m)))×100%3．(1)SO2＋OH－=HSOeq\o\al(－,3)(2)①FeS2②硫元素轉(zhuǎn)化為CaSO4而留在礦粉中(3)NaAlO2Al(OH)3(4)1:16解析：(1)過(guò)量SO2與NaOH反應(yīng)生成NaHSO3。(2)①根據(jù)題給已知，多數(shù)金屬硫酸鹽的分解溫度高于600℃，不添加CaO的礦粉低于500℃焙燒時(shí)，去除的硫元素主要來(lái)源于FeS2。②添加CaO，CaO起固硫作用，根據(jù)硫去除率的含義，700℃焙燒時(shí)，添加1%CaO的礦粉硫去除率比不添加CaO的礦粉硫去除率低。(3)“堿浸”時(shí)Al2O3、SiO2轉(zhuǎn)化為溶于水的NaAlO2、Na2SiO3，向“過(guò)濾”得到的濾液中通入過(guò)量CO2，CO2與NaAlO2反應(yīng)生成NaHCO3和Al(OH)3。(4)Fe2O3與FeS2混合后在缺氧條件下焙燒生成Fe3O4和SO2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為FeS2＋16Fe2O3eq\o(=,\s\up7(焙燒))11Fe3O4＋2SO2↑。4．(1)Al2O3＋4(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(焙燒))2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋(3)1.0×10－6(4)硫酸SiO2CaSO4(5)TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq\o(=,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋(6)(NH4)2SO4解析：結(jié)合題中信息對(duì)該流程進(jìn)行如下梳理：(1)結(jié)合圖示及題給信息可知焙燒時(shí)Al2O3轉(zhuǎn)化為NH4Al(SO4)2，尾氣應(yīng)為NH3，則Al2O3焙燒生成NH4Al(SO4)2的化學(xué)方程式為Al2O3＋4(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(焙燒))2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑。(2)結(jié)合相關(guān)金屬離子開始沉淀以及沉淀完全時(shí)的pH可知，加氨水調(diào)節(jié)pH至11.6的過(guò)程中，F(xiàn)e3＋、Al3＋、Mg2＋依次沉淀。(3)根據(jù)Mg2＋沉淀完全時(shí)的pH＝11.1，可知溶液中c(OH－)＝10－2.9mol·L－1時(shí)，溶液中c(Mg2＋)＝1.0×10－5mol·L－1，則Ksp[Mg(OH)2]＝1.0×10－5×(10－2.9)2＝1×10－10.8，母液①的pH＝11.6，即溶液中c(OH－)＝10－2.4mol·L－1，則此時(shí)溶液中c(Mg2＋)＝eq\f(Ksp[MgOH2],c2OH－)＝eq\f(1.0×10－10.8,10－2.42)mol·L－1＝1×10－6mol·L－1。(4)由于常見的鹽酸和硝酸均具有揮發(fā)性，且水浸渣需在160℃酸溶，因此最適宜的酸為硫酸。由于SiO2不溶于硫酸，焙燒過(guò)程中得到的CaSO4難溶于水，故酸溶渣的成分為SiO2、CaSO4。(5)酸溶后適當(dāng)加熱能促進(jìn)TiO2＋水解生成TiO2·xH2O，反應(yīng)的離子方程式為TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq\o(=,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋。(6)結(jié)合圖示流程可知，母液①中含有氨水、硫酸銨，母液②中含有硫酸，二者混合后再吸收尾氣NH3，經(jīng)處理得到(NH4)2SO4。5．(1)抑制Fe2＋水解(2)(NH4)2Fe(SO4)2＋H2C2O4＋2H2O=FeC2O4·2H2O↓＋H2SO4＋(NH4)2SO4(3)碳和鐵0.6(4)①FeC2O4·2H2Oeq\o(=,\s\up7(△))FeC2O4＋2H2O②Fe2O3解析：(1)配制(NH4)2Fe(SO4)2溶液時(shí)，溶液中亞鐵離子水解顯酸性，加少量硫酸的目的是抑制其水解。(2)硫酸亞鐵銨溶液中加入草酸生成草酸亞鐵沉淀、硫酸和硫酸銨，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：(NH4)2Fe(SO4)2＋H2C2O4＋2H2O=FeC2O4·2H2O↓＋H2SO4＋(NH4)2SO4。(3)向盛有草酸亞鐵晶體的試管中滴入幾滴硫酸酸化的KMnO4溶液，振蕩，發(fā)現(xiàn)溶液顏色逐漸變?yōu)樽攸S色，并檢測(cè)到CO2生成，說(shuō)明草酸亞鐵被氧化為鐵離子、二氧化碳?xì)怏w，說(shuō)明鐵元素和碳元素被氧化，根據(jù)離子方程式5FeC2O4＋3MnOeq\o\al(－,4)＋24H＋=5Fe3＋＋3Mn2＋＋10CO2↑＋12H2O可知，消耗1molFeC2O4·2H2O，則參加反應(yīng)的KMnO4為0.6mol；(4)①通過(guò)剩余固體的質(zhì)量可知，過(guò)程Ⅰ發(fā)生的反應(yīng)是：草酸亞鐵晶體受熱失去結(jié)晶水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：FeC2O4·2H2Oeq\o(=,\s\up7(△))FeC2O4＋2H2O；②3.6g草酸亞鐵晶體中的鐵元素質(zhì)量為：3.6g×eq\f(56,180)＝1.12g，草酸亞鐵晶體中的鐵元素完全轉(zhuǎn)化到氧化物中，氧化物中氧元素的質(zhì)量為：1.60g－1.12g＝0.4