（課標通用版）2020版高考化學大一輪復習 專題三 專項提能訓練（一）金屬及其化合物在化工流程中的轉化.docx

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專項提能訓練(一)金屬及其化合物在化工流程中的轉化 1.以赤鐵礦[主要成分為Fe2O3(質量分數約為60.0%),雜質為FeO(質量分數約為3.6%)、Al2O3、MnO2、CuO等]為原料制備高活性鐵單質的主要生產流程如圖所示: 已知部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH如表所示: 沉淀物 Fe(OH)3 Al(OH)3 Fe(OH)2 Cu(OH)2 pH 3.4 5.2 9.7 6.7 請回答下列問題: (1)含雜質的赤鐵礦使用前要將其粉碎,目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　。操作Ⅰ的名稱是　　　　。 (2)將操作Ⅰ后所得的MnO2與KClO3、KOH溶液混合共熱,可得到K2MnO4,此反應的化學方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)將pH控制在3.6的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。已知25 ℃時,Ksp[Cu(OH)2]=210-20,該溫度下反應Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+的平衡常數K=　　　　。 (4)加入雙氧水時發(fā)生反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　。 (5)利用氨氣在500 ℃以上分解得到的氮原子滲透到鐵粉中可制備氮化鐵(FexNy),若消耗氨氣17.0 g,消耗赤鐵礦1 kg,寫出該反應完整的化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案　(1)增大赤鐵礦與稀硫酸的接觸面積,加快浸出反應速率,提高浸出率　過濾 (2)3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O (3)使Fe3+全部形成沉淀而其他金屬離子不形成沉淀　 5.010-9 (4)H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2O (5)16Fe+2NH32Fe8N+3H2 解析　(1)使用前將赤鐵礦粉碎,可以增大酸浸時赤鐵礦與稀硫酸的接觸面積,加快浸出反應速率,提高浸出率。經過操作Ⅰ得到固體和溶液,故操作Ⅰ的名稱為過濾。(2)共熱時MnO2轉化為K2MnO4,Mn元素化合價升高,則Cl元素化合價降低,KClO3轉化為KCl,根據得失電子守恒、原子守恒配平化學方程式:3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O。(3)加入雙氧水,Fe2+被氧化為Fe3+,溶液a中的陽離子為Fe3+、Al3+、Cu2+等,根據表中提供的Fe3+、Al3+、Cu2+完全沉淀時的pH可知,將pH控制在3.6的目的是使Fe3+全部形成沉淀而其他金屬離子不形成沉淀。25 ℃時,該反應的平衡常數K=c2(H+)c(Cu2+)=c2(H+)c2(OH-)c(Cu2+)c2(OH-)=KW2Ksp[Cu(OH)2]=(10-14)2210-20=5.010-9。(4)加入雙氧水時,Fe2+被氧化為Fe3+,發(fā)生反應的離子方程式為H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2O。(5)17.0 g氨氣為1 mol,1 kg赤鐵礦中含有的Fe原子的物質的量為1000g60.0%160gmol-12+1000g3.6%72gmol-1=8 mol,則NH3、Fe按照物質的量之比1∶8參加反應,根據原子守恒配平化學方程式:16Fe+2NH32Fe8N+3H2。 2.硼鎂泥是硼鎂礦生產硼砂晶體(Na2B4O710H2O)時的廢渣,其主要成分是MgO,還含有Na2B4O7、CaO、Fe2O3、FeO、MnO、SiO2等雜質。以硼鎂泥為原料制取MgSO47H2O的工藝流程如下: 回答下列問題: (1)Na2B4O710H2O中B的化合價為　　　　;Na2B4O7可制備強還原劑NaBH4,寫出NaBH4的電子式:　　　　　　　　。 (2)濾渣A中除含有H3BO3外,還含有　　　　;加入硫酸時Na2B4O7發(fā)生反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)濾渣B中含有不溶于稀鹽酸,但加熱時能溶于濃鹽酸的黑色固體,寫出生成黑色固體的離子方程式:　　　　　　　　　　　　;加入MgO的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)堿性條件下,陰極上電解NaBO2溶液也可制得硼氫化鈉,其電極反應式為　; “有效氫含量”(即:每克含氫還原劑的還原能力相當于多少克H2的還原能力)可用來衡量含氫還原劑的還原能力,則NaBH4的有效氫含量為　　　　(保留2位有效數字)。 答案　(1)+3　Na+[HBHHH]- (2)SiO2　Na2B4O7+H2SO4+5H2O Na2SO4+4H3BO3↓ (3)ClO-+Mn2++H2O MnO2↓+Cl-+2H+　調節(jié)溶液的pH,使Fe3+轉化為氫氧化鐵沉淀除去 (4)BO2-+6H2O+8e- BH4-+8OH-　0.21 解析　由題中信息可知,硼鎂泥經硫酸浸取后過濾除去濾渣A,濾渣A主要含H3BO3和SiO2,濾液中主要含硫酸鎂、硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸錳、硫酸鈣等;濾液中加入次氯酸鈉把亞鐵離子氧化為鐵離子、把錳離子氧化為二氧化錳,過濾除去濾渣B,濾渣B主要為二氧化錳;濾液經蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾,除去濾渣C,經冷卻結晶、過濾,即得到MgSO47H2O。 (1)Na2B4O710H2O中Na、H、O的化合價分別為+1、+1、-2,故B的化合價為+3;NaBH4為離子化合物,其由鈉離子和硼氫根離子組成,其電子式為Na+[HBHHH]-。(2)濾渣A中除含有H3BO3外,還含有SiO2;加入硫酸時Na2B4O7發(fā)生反應的化學方程式為Na2B4O7+H2SO4+5H2O Na2SO4+4H3BO3↓。(3)濾渣B中含有不溶于稀鹽酸,但加熱時能溶于濃鹽酸的黑色固體,則此黑色固體是MnO2,生成黑色固體的離子方程式為ClO-+Mn2++H2O MnO2↓+Cl-+2H+;加入MgO的目的是調節(jié)溶液的pH,使Fe3+水解轉化為氫氧化鐵沉淀除去。(4)堿性條件下,陰極上電解NaBO2溶液也可制得硼氫化鈉,其電極反應式為BO2-+6H2O+8e- BH4-+8OH-;NaBH4作為還原劑時,其中H由-1價降低至+1價,故1 mol NaBH4可以失去8 mol電子,相當于4 mol H2的還原能力,故NaBH4的有效氫含量為4mol2g/mol38g=0.21。 3.海水是寶貴的資源,氯堿工業(yè)、海水提鎂、海水提溴等為人類提供了大量工業(yè)原料。下圖是海水綜合利用的部分流程圖,據圖回答問題: (1)由海水曬制的粗鹽中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等離子,為除去這些離子,所加試劑及其先后順序為　　　　　　　　　(寫化學式)。 (2)①電解飽和食鹽水的化學方程式為　　　　　　　　　　　　。 ②制取MgCl2的過程中涉及反應:MgCl26H2OMgCl2+6H2O,該反應要在HCl氣氛中進行,原因是　　　　　　　　　　　。 (3)苦鹵中通入Cl2置換出Br2,吹出后用SO2吸收,寫出用SO2吸收時發(fā)生反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　,由此判斷Cl2、Br2、SO2的氧化性由強到弱的順序為　　　　　　　　。 (4)也有工藝是在吹出Br2后用碳酸鈉溶液吸收,生成溴化鈉和溴酸鈉,同時有CO2放出,該反應的離子方程式是　　　　　　　　　　　　　　;最后再用H2SO4處理得到Br2,之后加入CCl4萃取Br2,最終用　　　　　的方法得到單質Br2。 答案　(1)BaCl2、CaO、Na2CO3、HCl(合理即可) (2)①2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH ②抑制MgCl2水解 (3)Br2+SO2+2H2O2Br-+4H++SO42-　Cl2>Br2>SO2 (4)3Br2+3CO32-5Br-+BrO3-+3CO2　蒸餾 解析　(1)CaO與水反應生成的Ca(OH)2可以除去Mg2+,Na2CO3溶液可以除去Ca2+,BaCl2溶液可以除去SO42-。除雜過程中試劑均過量,會引入新的雜質離子OH-、CO32-、Ba2+,通過加適量鹽酸可以將CO32-和OH-轉化為CO2和H2O,但過量的Ba2+必須由Na2CO3溶液來除去,因此鹽酸必須最后加入,Na2CO3溶液必須在加入BaCl2溶液之后加入,而CaO和BaCl2溶液加入的順序可以調換。(2)①電解飽和食鹽水的化學方程式為2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH。②加熱MgCl26H2O時MgCl2易發(fā)生水解反應,最終得不到MgCl2,在HCl氣氛中進行,可以抑制MgCl2水解。(3)SO2吸收Br2,發(fā)生氧化還原反應,離子方程式為Br2+SO2+2H2O2Br-+4H++SO42-?？帑u中通入Cl2置換出Br2,說明氧化性:Cl2>Br2,SO2與Br2反應生成SO42-和Br-,說明氧化性:Br2>SO2。 (4)根據提供信息可知,Br2與CO32-反應,生成Br-、BrO3-、CO2,根據得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒配平離子方程式。從Br2的CCl4溶液中分離出Br2,用蒸餾的方法。 4.(2018陜西漢中一檢)草酸鎳晶體(NiC2O42H2O)難溶于水,工業(yè)上用廢鎳催化劑(主要成分為Ni,含有一定量的Al2O3、Fe、SiO2、CaO等)制備草酸鎳晶體的流程如圖所示: 已知:①相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH見下表: 金屬離子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Ni2+ 開始沉淀的pH 1.9 7.6 3.0 6.8 完全沉淀的pH 3.2 9.7 5.0 9.5 ②Ksp(NiC2O4)=4.0510-10 (1)“酸浸”前將廢鎳催化劑粉碎的目的是　　　　　　　　　　　　　　　。“濾渣Ⅰ”的主要成分為　　　　　。 (2)若試劑a為H2O2溶液,寫出氧化時反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)調節(jié)pH的范圍為　　　　　　　　　　　　。 (4)寫出“沉鈣”操作中加入NH4F時發(fā)生反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　,NH4F的電子式為　　　　　　　　。 (5)如果“沉鎳”操作后測得濾液中C2O42-的濃度為0.18 molL-1,則溶液中c(Ni2+)=　　　　　　molL-1。 (6)將得到的草酸鎳晶體在真空中加熱至320 ℃分解,可重新制得單質鎳催化劑。該制備過程的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案　(1)增大接觸面積,提高酸浸速率(其他合理答案亦可)　SiO2 (2)2Fe2++2H++H2O2 2Fe3++2H2O (3)5.0≤pH<6.8(寫出5.0~6.8亦可) (4)Ca2++2F- CaF2↓　[HNHHH]+[F]- (5)2.2510-9 (6)NiC2O42H2O Ni+2CO2↑+2H2O↑ 解析　(1)SiO2不與稀硫酸反應。(2)酸浸后的溶液中金屬陽離子為Al3+、Fe2+、Ca2+、Ni2+,Fe2+可被H2O2氧化為Fe3+。(3)調節(jié)溶液pH保證Al3+、Fe3+完全沉淀,Ni2+不沉淀。(4)CaF2難溶于水。(5)Ksp(NiC2O4)=c(Ni2+)c(C2O42-),c(Ni2+)=4.0510-100.18 molL-1=2.2510-9 molL-1。(6)NiC2O42H2O在真空中加熱分解,鎳元素化合價降低,則碳元素化合價升高,故產物為Ni、CO2、H2O。 5.利用水鈷礦(主要成分為Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)可以制取多種化工產品,以下為草酸鈷晶體和氯化鈷晶體的制備流程,回答下列問題: 已知:①浸出液中含有的陽離子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Mg2+、Ca2+等。 ②沉淀Ⅰ中只含有兩種沉淀。 ③流程中部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表: 沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2 開始沉淀的pH 2.7 7.6 7.6 3.4 7.7 完全沉淀的pH 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8 (1)浸出過程中Co2O3發(fā)生反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)NaClO3加入浸出液中發(fā)生反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　。 (3)加入Na2CO3調pH至5.2,目的是　　　　　　　　　　;萃取劑層含錳元素,則沉淀Ⅱ的主要成分為　。 (4)操作Ⅰ包括:向水層加入濃鹽酸調節(jié)pH為2~3,　、 　　　　　、過濾、洗滌、減壓烘干等過程。 (5)為測定粗產品中CoCl26H2O的含量,稱取一定質量的粗產品溶于水,加入足量硝酸酸化的硝酸銀溶液,過濾、洗滌、干燥,測沉淀質量。通過計算發(fā)現(xiàn)粗產品中CoCl26H2O的質量分數大于100%,其原因可能是　　　　　　　　　　(回答一條原因即可)。 (6)將5.49 g草酸鈷晶體(CoC2O42H2O)置于空氣中加熱,受熱過程中不同溫度范圍內分別得到一種固體物質,其質量如下表。 溫度范圍/℃ 固體質量/g 150~210 4.41 290~320 2.41 經測定,整個受熱過程中只產生水蒸氣和CO2氣體,則溫度范圍為290~320 ℃時,剩余的固體物質化學式為　　　　　　。[已知:CoC2O42H2O的摩爾質量為183 gmol-1] 答案　(1)Co2O3+SO32-+4H+2Co2++SO42-+2H2O (2)ClO3-+6Fe2++6H+Cl-+6Fe3++3H2O (3)使Fe3+和Al3+沉淀完全　CaF2和MgF2 (4)蒸發(fā)濃縮　冷卻結晶 (5)粗產品中結晶水含量低(或粗產品中混有氯化鈉雜質) (6)Co3O4(或CoOCo2O3) 解析　(1)浸出過程中,Co2O3與鹽酸、Na2SO3發(fā)生反應,Co2O3轉化為Co2+,Co元素化合價降低,則S元素化合價升高,SO32-轉化為SO42-,根據得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒配平離子方程式:Co2O3+4H++SO32-2Co2++SO42-+2H2O。(2)NaClO3加入浸出液中,將Fe2+氧化為Fe3+,ClO3-被還原為Cl-,反應的離子方程式為ClO3-+6Fe2++6H+6Fe3++Cl-+3H2O。(3)根據工藝流程圖,結合表格中提供的數據可知,加Na2CO3調pH至5.2,目的是使Fe3+和Al3+沉淀完全。濾液Ⅰ中含有的金屬陽離子為Co2+、Mn2+、Mg2+、Ca2+等,萃取劑層含錳元素,結合流程圖中向濾液Ⅰ中加入了NaF溶液,可知沉淀Ⅱ的主要成分為MgF2、CaF2。(4)經過操作Ⅰ由溶液得到結晶水合物,故除題中已知過程外,操作Ⅰ還包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶。(5)根據CoCl26H2O的組成及測定過程分析,造成粗產品中CoCl26H2O的質量分數大于100%的原因可能是:含有氯化鈉雜質或結晶水合物失去部分結晶水,導致相同質量的固體中氯離子含量偏大。(6)整個受熱過程中只產生水蒸氣和CO2氣體,5.49 g CoC2O42H2O為0.03 mol,固體質量為4.41 g時,質量減少1.08 g,恰好為0.06 mol H2O的質量,因此4.41 g固體為0.03 mol CoC2O4。依據原子守恒知,生成的n(CO2)=0.06 mol,m(CO2)=0.06 mol44 gmol-1=2.64 g。而固體質量由4.41 g變?yōu)?.41 g時,質量減少2 g,說明290~320 ℃內發(fā)生的不是分解反應,參加反應的物質還有氧氣。則參加反應的m(O2)=2.64 g-2 g=0.64 g,n(O2)=0.02 mol;n(CoC2O4)∶n(O2)∶n(CO2)=0.03 mol∶0.02 mol∶0.06 mol=3∶2∶6,依據原子守恒,配平化學方程式:3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2,故溫度范圍為290~320 ℃時,剩余固體物質的化學式為Co3O4或CoOCo2O3。 6.某研究性學習小組設計如圖所示流程,綜合處理某工廠印刷電路的廢液(含F(xiàn)e3+、Cu2+、Fe2+、Cl-)和廢氣(H2S),真正做到了變廢為寶:處理廢液、廢氣得到氯化銅、單質硫的同時,還實現(xiàn)了蝕刻液的循環(huán)利用。 根據以上信息回答下列問題: (1)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相同,名稱是　　　　,所需要的玻璃儀器主要有燒杯、玻璃棒、　　　　。 (2)通常用來檢驗蝕刻液中金屬陽離子的化學試劑是　　　　　　　。 (3)向廢液中加入過量X時發(fā)生的主要反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)濾渣①與Y反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)H2S通入蝕刻液中發(fā)生的主要反應為　　　　　　　　　　　　　　。 (6)電解池中H+在陰極放電產生H2,陽極的電極反應式為　　　　　　　　　　　　　。 (7)綜合分析虛線框內所涉及的兩個反應,可知該過程有兩個顯著優(yōu)點:①蝕刻液得到循環(huán)利用;②　　　　　　　　　　　　　。 答案　(1)過濾　漏斗 (2)KSCN溶液(或其他合理答案) (3)2Fe3++Fe3Fe2+、Fe+Cu2+Cu+Fe2+ (4)Fe+2HClFeCl2+H2↑ (5)2Fe3++H2S2Fe2++S↓+2H+ (6)Fe2+-e-Fe3+ (7)H2S的原子利用率為100%(或其他合理答案) 解析　(1)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都得到濾液和濾渣,所以操作名稱是過濾,過濾操作用到的玻璃儀器是燒杯、玻璃棒、漏斗。(2)蝕刻液中主要的金屬陽離子是Fe3+,用KSCN溶液或NH4SCN溶液來檢驗,蝕刻液變成血紅色,即可證明蝕刻液中有Fe3+。(3)根據流程圖,操作Ⅰ是加入過量的鐵,跟溶液中的Fe3+、Cu2+反應,離子方程式是2Fe3++Fe3Fe2+、Fe+Cu2+Fe2++Cu,過濾后濾液①是FeCl2溶液,濾渣①是Fe和Cu。(4)濾渣①中加入過量鹽酸,Cu不反應,Fe與鹽酸反應生成氯化亞鐵和氫氣,反應的化學方程式是Fe+2HClFeCl2+H2↑。(5)向蝕刻液中通入硫化氫氣體,發(fā)生氧化還原反應,化學方程式是2Fe3++H2S2Fe2++S↓+2H+。(6)對通入適量H2S后的蝕刻液進行過濾,不溶物是硫,濾液②是FeCl2溶液,石墨電極電解FeCl2酸性溶液,氫離子在陰極放電,生成氫氣,Fe2+在陽極失去電子生成Fe3+,電極反應式是Fe2+-e-Fe3+。