2022新高考化学一轮复习训练专练15金属及其化合物的制备流程

专练15金属及其化合物的制备流程1．[2021·湖南卷]Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中，铈(Ce)主要以CePO4形式存在，还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CO3))3·nH2O的工艺流程如下：回答下列问题：(1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子，该核素的符号为________；(2)为提高“水浸”效率，可采取的措施有________________________(至少写两条)；(3)滤渣Ⅲ的主要成分是________(填化学式)；(4)加入絮凝剂的目的是________________________；(5)“沉铈”过程中，生成Ce2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CO3))3·nH2O的离子方程式为____________________，常温下加入的NH4HCO3溶液呈________(填“酸性”“碱性”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)滤渣Ⅱ的主要成分为FePO4，在高温条件下，Li2CO3、葡萄糖eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(C6H12O6))和FePO4可制备电极材料LiFePO4，同时生成CO和H2O，该反应的化学方程式为________________________。2．某研究性学习小组将一定浓度的Na2CO3溶液滴入CuSO4溶液中得到蓝色沉淀。甲同学认为沉淀可能是CuCO3；乙同学认为沉淀可能是Cu(OH)2；丙同学认为沉淀可能是CuCO3和Cu(OH)2的混合物。[查阅资料知：CuCO3和Cu(OH)2均不带结晶水，受热均易分解，各生成对应的两种氧化物]Ⅰ.(1)乙同学的观点，你认为其原理是(用离子方程式表示)：__________________。(2)在探究沉淀成分前，须将沉淀从溶液中过滤、洗涤、低温干燥，检验沉淀是否洗涤干净的方法是________________________________________。Ⅱ.请用下图所示装置，选择必要的试剂，定性探究生成物的成分。(3)B装置中试剂的化学式是________，C装置中试剂的名称是____________。(4)能证明乙同学观点正确的预期实验现象是________________________________。Ⅲ.若丙同学的观点正确，可利用下列装置通过实验测定其组成。(5)实验装置的连接顺序为____________________。(6)装置C中碱石灰的作用是________________，实验开始和结束时都要通过量的空气，请说明结束时通入过量空气的作用是________________________________________________________________________。(7)若沉淀样品的质量为mg，装置B质量增加了ng，则沉淀中CuCO3的质量分数为________。3．以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：(1)焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为________________________________________________________________________。(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃硫去除率＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(焙烧后矿粉中硫元素总质量,焙烧前矿粉中硫元素总质量)))×100%①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于________。②700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是________________________________________________。(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由________(填化学式)转化为__________(填化学式)。(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n(FeS2):n(Fe2O3)＝________。4．[2021·全国乙卷]磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3，为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：金属离子Fe3＋Al3＋Mg2＋Ca2＋开始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH3.24.711.113.8回答下列问题：(1)“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐。写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式________________________________________________________________________。(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是________________________________________________________________________。(3)“母液①”中Mg2＋浓度为________mol·L－1。(4)“水浸渣”在160℃“酸溶”，最适合的酸是________。“酸溶渣”的成分是________、________。(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是__________________________________________________________________。(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得________，循环利用。5．草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O)是一种浅黄色固体，难溶于水，受热易分解，是生产锂电池的原材料，也常用作分析试剂及显影剂等，其制备流程如下：(1)配制硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]溶液时，需加少量硫酸，目的是________________________________________________________________________。(2)加热到沸腾时发生反应的化学方程式为________________________________________________。(3)向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入硫酸酸化的KMnO4溶液，振荡，溶液变为棕黄色，同时有气体生成。已知反应中MnOeq\o\al(－,4)转化为无色的Mn2＋，则该过程中被氧化的元素是________，若反应中消耗1molFeC2O4·2H2O，则参加反应的n(KMnO4)＝________。(4)称取3.80g草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O相对分子质量是180)用热重法对其进行热分解，得到剩余固体的质量随温度变化的曲线如图所示：①过程Ⅰ发生反应的化学方程式为______________________________________________________________________________________________________________________。②300℃时剩余固体只有一种且是铁的氧化物，试通过计算确定该氧化物的化学式或名称________(请写出计算过程)。6．工业上以黄铜矿(主要成分CuFeS2)为原料制备CuSO4·5H2O的主要流程如下：(1)图1装置可用于吸收气体X的是________(填代号)。(2)某研究性学习小组用泡铜与CO反应来制取粗铜。①图2装置B中的药品为________。②实验时，依次进行如下操作：组装仪器、________、加装药品、通入气体、________、点燃酒精灯。(3)熔渣Y的成分为Fe2O3和FeO，选用提供的试剂，设计实验验证熔渣中含有FeO，写出有关实验操作、现象与结论。提供的试剂：稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、KMnO4溶液、NaOH溶液、氯水________。(4)向粗铜中加入硫酸和硝酸的混酸溶液制取硫酸铜时(杂质不参加反应)，混酸中H2SO4与HNO3的最佳物质的量之比为________。(5)用滴定法测定所得产品中CuSO4·5H2O的含量，称取ag样品配成100ml溶液，取出20.00mL，用cmol/L滴定剂EDTA(H2Y2－)标准溶液滴定至终点(滴定剂不与杂质反应)，消耗滴定剂6mL。滴定反应如下：Cu2＋＋H2Y2－=CuY2－＋2H＋。则CuSO4·5H2O质量分数为________。滴定管用蒸馏水洗涤后，直接注入标准溶液，则会导致测定结果偏________。专练15金属及其化合物的制备流程1．(1)eq\o\al(138,58)Ce(2)搅拌、适当升高温度(合理即可)(3)Al(OH)3(4)促进Al(OH)3胶体聚沉，便于分离(5)2Ce3＋＋6HCOeq\o\al(－,3)＋(n－3)H2O=Ce2(CO3)3·nH2O↓＋3CO2↑碱性(6)6FePO4＋3Li2CO3＋C6H12O6eq\o(=,\s\up7(高温))6LiFePO4＋9CO↑＋6H2O↑解析：(1)由质量数＝质子数＋中子数可知，铈的质量数＝58＋80＝138，因此该核素的符号为eq\o\al(138,58)Ce。(2)为提高“水浸”效率，可采取搅拌、适当升高温度、研碎等措施。(3)根据流程及题中信息分析可知，滤渣Ⅰ为SiO2、CaSO4，滤渣Ⅱ为FePO4，滤渣Ⅲ的主要成分为Al(OH)3。(4)加入絮凝剂的目的是使悬浮粒子聚集变大，加快粒子聚沉速度，更快地形成沉淀。(5)“沉铈”过程中，Ce3＋与HCOeq\o\al(－,3)反应生成Ce2(CO3)3·nH2O，反应的离子方程式为2Ce3＋＋6HCOeq\o\al(－,3)＋(n－3)H2O=Ce2(CO3)3·nH2O↓＋3CO2↑。由于NHeq\o\al(＋,4)水解溶液显酸性，HCOeq\o\al(－,3)水解溶液显碱性，根据题中提供的电离平衡常数，可计算出NHeq\o\al(＋,4)的水解平衡常数为eq\f(Kw,Kb)＝eq\f(10－14,1.75×10－5)≈5.71×10－10，HCOeq\o\al(－,3)的水解平衡常数为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，所以溶液显碱性。(6)根据题中信息，可知反应物为Li2CO3、C6H12O6和FePO4，生成物为LiFePO4、CO和H2O，根据化合价变化，C：＋4→＋2,0→＋2，Fe：＋3→＋2，则反应的化学方程式为6FePO4＋3Li2CO3＋C6H12O6eq\o(=,\s\up7(高温))6LiFePO4＋9CO↑＋6H2O↑。2．(1)Cu2＋＋COeq\o\al(2－,3)＋H2O=Cu(OH)2↓＋CO2↑(2)取最后一次洗涤液(或上层清液)，滴加BaCl2(或硝酸钡)溶液，无沉淀生成，说明已洗净。(3)CuSO4、澄清石灰水(4)B中无水硫酸铜变蓝，C中澄清石灰水不变浑浊(5)C→A→B→D→E(6)吸收空气中的水蒸气和CO2结束时通入过量的空气可以将装置中滞留的水蒸气和CO2赶出。(7)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(49n,9m)))×100%解析：(1)乙同学的观点，是考虑到了COeq\o\al(2－,3)的水解，所以离子方程式为Cu2＋＋COeq\o\al(2－,3)＋H2O=Cu(OH)2↓＋CO2↑(2)洗涤干净的标准是不含有SOeq\o\al(2－,4)，故可以加入钡盐来检验，规范做法是取最后一次洗涤液(或上层清液)，滴加BaCl2(或硝酸钡)溶液，无沉淀生成，说明已洗净。(3)该装置一是为了检验是否有水生成，另一是检验是否有CO2。若有水生成，说明是Cu(OH)2，若有CO2生成，说明是CuCO3。故B装置检验是否有水生成，采用无水硫酸铜，化学式为CuSO4，C装置是为了检验是否有二氧化碳生成，故是澄清石灰水。(4)乙同学的观点是生成Cu(OH)2，故沉淀加热后会生成水，故B装置变蓝，C装置没明显变化。(5)结合所给药品及实验仪器，在加热CuCO3、Cu(OH)2混合物的过程中，Cu(OH)2分解挥发出的水蒸气可用浓硫酸吸收，通过测量其质量，折算出物质的组成及含量，故实验装置的连接顺序为C→A→B→D→E(6)为了排除空气中水蒸气和CO2的干扰，用装置C中碱石灰来净化吸收；实验开始时通入过量空气，可将装置内的水蒸气和CO2全部排除干净，而结束时通入过量空气的目的是可以将装置中滞留的水蒸气和CO2赶出，保证实验的准确性。(7)由Cu(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))CuO＋H2O可知，Cu(OH)2的质量为eq\f(49n,9)g，沉淀中CuCO3的质量分数为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(49n,9m)))×100%3．(1)SO2＋OH－=HSOeq\o\al(－,3)(2)①FeS2②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中(3)NaAlO2Al(OH)3(4)1:16解析：(1)过量SO2与NaOH反应生成NaHSO3。(2)①根据题给已知，多数金属硫酸盐的分解温度高于600℃，不添加CaO的矿粉低于500℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于FeS2。②添加CaO，CaO起固硫作用，根据硫去除率的含义，700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低。(3)“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的NaAlO2、Na2SiO3，向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，CO2与NaAlO2反应生成NaHCO3和Al(OH)3。(4)Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，反应的化学方程式为FeS2＋16Fe2O3eq\o(=,\s\up7(焙烧))11Fe3O4＋2SO2↑。4．(1)Al2O3＋4(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(焙烧))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：结合题中信息对该流程进行如下梳理：(1)结合图示及题给信息可知焙烧时Al2O3转化为NH4Al(SO4)2，尾气应为NH3，则Al2O3焙烧生成NH4Al(SO4)2的化学方程式为Al2O3＋4(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(焙烧))2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑。(2)结合相关金属离子开始沉淀以及沉淀完全时的pH可知，加氨水调节pH至11.6的过程中，Fe3＋、Al3＋、Mg2＋依次沉淀。(3)根据Mg2＋沉淀完全时的pH＝11.1，可知溶液中c(OH－)＝10－2.9mol·L－1时，溶液中c(Mg2＋)＝1.0×10－5mol·L－1，则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，则此时溶液中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)由于常见的盐酸和硝酸均具有挥发性，且水浸渣需在160℃酸溶，因此最适宜的酸为硫酸。由于SiO2不溶于硫酸，焙烧过程中得到的CaSO4难溶于水，故酸溶渣的成分为SiO2、CaSO4。(5)酸溶后适当加热能促进TiO2＋水解生成TiO2·xH2O，反应的离子方程式为TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq\o(=,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋。(6)结合图示流程可知，母液①中含有氨水、硫酸铵，母液②中含有硫酸，二者混合后再吸收尾气NH3，经处理得到(NH4)2SO4。5．(1)抑制Fe2＋水解(2)(NH4)2Fe(SO4)2＋H2C2O4＋2H2O=FeC2O4·2H2O↓＋H2SO4＋(NH4)2SO4(3)碳和铁0.6(4)①FeC2O4·2H2Oeq\o(=,\s\up7(△))FeC2O4＋2H2O②Fe2O3解析：(1)配制(NH4)2Fe(SO4)2溶液时，溶液中亚铁离子水解显酸性，加少量硫酸的目的是抑制其水解。(2)硫酸亚铁铵溶液中加入草酸生成草酸亚铁沉淀、硫酸和硫酸铵，反应的化学方程式为：(NH4)2Fe(SO4)2＋H2C2O4＋2H2O=FeC2O4·2H2O↓＋H2SO4＋(NH4)2SO4。(3)向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入几滴硫酸酸化的KMnO4溶液，振荡，发现溶液颜色逐渐变为棕黄色，并检测到CO2生成，说明草酸亚铁被氧化为铁离子、二氧化碳气体，说明铁元素和碳元素被氧化，根据离子方程式5FeC2O4＋3MnOeq\o\al(－,4)＋24H＋=5Fe3＋＋3Mn2＋＋10CO2↑＋12H2O可知，消耗1molFeC2O4·2H2O，则参加反应的KMnO4为0.6mol；(4)①通过剩余固体的质量可知，过程Ⅰ发生的反应是：草酸亚铁晶体受热失去结晶水，反应的化学方程式为：FeC2O4·2H2Oeq\o(=,\s\up7(△))FeC2O4＋2H2O；②3.6g草酸亚铁晶体中的铁元素质量为：3.6g×eq\f(56,180)＝1.12g，草酸亚铁晶体中的铁元素完全转化到氧化物中，氧化物中氧元素的质量为：1.60g－1.12g＝0.48