2022新高考化学微题型《加练半小时》第3章微题型26金属及其化合物制备流程(一)(Li、Sr、Pb、Ti、Mn)

1．(2021·郑州联考)锂被誉为“金属味精”，以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以β­锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6，还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下：已知：①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH：氢氧化物Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2开始沉淀时的pH1.93.49.1完全沉淀时的pH3.24.711.1②Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表：温度/℃010205075100Li2CO3的溶解度/g1.5391.4061.3291.1810.8660.728请回答下列问题：(1)用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成______________________________________。(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是_______________________________________________________________________________________________________________________。(3)写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式：___________________________________________________________________________________________________________。(4)洗涤所得Li2CO3沉淀要使用________(填“热水”或“冷水”)，理由是_________________________________________________________________________________。(5)流程中两次使用了Na2CO3溶液，第一次浓度小，第二次浓度大的原因是________________________________________________________________________________。(6)该工艺中，电解熔融氯化锂生产锂时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，原因是________________________________________________________________________。2．(2020·广州质检)高纯六水氯化锶晶体(SrCl2·6H2O)具有很高的经济价值，工业上用碳酸锶(SrCO3)粉为原料(含少量钡和铁的化合物等)制备高纯六水氯化锶晶体的过程如下：已知：①M(SrCl2·6H2O)＝267g·mol－1②Ksp(SrSO4)＝3.3×10－7、Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10③经盐酸浸取后，溶液中除含有Sr2＋和Cl－外，还含有少量Ba2＋、Fe2＋、Fe3＋杂质④SrCl2·6H2O晶体在61℃时开始失去结晶水，100℃时失去全部结晶水请回答下列问题：(1)已知Sr为第五周期ⅡA族元素，则不符合Sr>Ca的是________(填序号)。①原子半径②最外层电子数③金属性④最高价氧化物对应的水化物的碱性(2)写出碳酸锶与盐酸反应的离子方程式：_____________________________________________________________________________________________________________。(3)工业上用热风吹干六水氯化锶，适宜的温度是______(填字母)。A．50～60℃ B．70～80℃C．80～100℃ D．100℃以上(4)步骤④的操作是________________、____________、过滤。(5)加入硫酸的目的是_____________________________________________________。(6)若滤液中Ba2＋的浓度为1×10－5mol·L－1，依据题给信息计算滤液中Sr2＋的物质的量浓度为________mol·L－1。3．(2020·大连模拟)用废铅蓄电池的铅泥(含PbSO4、PbO和Pb等)制备精细化工产品PbSO4·3PbO·H2O(三盐)的主要流程如下：已知：常温下，Ksp(PbSO4)≈2.0×10－8，Ksp(PbCO3)≈1.0×10－13。回答下列问题：(1)铅蓄电池在生活中有广泛应用，其工作原理是Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2PbSO4＋2H2O。铅蓄电池在充电时，阳极的电极反应式为________________。若铅蓄电池放电前，正、负极电极质量相等，如果放电时转移了1mol电子，则理论上两电极质量之差为________。(2)将滤液1、滤液3合并，经蒸发浓缩、降温结晶、过滤等操作，得到一种结晶水合物(Mr＝322)，其化学式为________________________________。(3)步骤③酸溶时铅与硝酸反应生成Pb(NO3)2及NO的离子方程式为________________；滤液2中溶质的主要成分为____________(写化学式)。(4)步骤⑥合成三盐的化学方程式为____________________________________________________________________________________________________________________。(5)步骤⑦洗涤过程中，检验沉淀是否洗涤干净的方法是________________________________________________________________________。(6)在步骤①的转化中，若硫酸铅和碳酸铅在浊液中共存，则eq\f(cSO\o\al(2－,4),cCO\o\al(2－,3))＝________。4．(2019·河北冀州中学高三仿真模拟)工业由钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量Fe2O3、Al2O3、FeO、SiO2等杂质)制备TiCl4的工艺流程如下：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煅烧H2TiO3(s)eq\o(=,\s\up7(煅烧))TiO2(s)＋H2O(g)(1)FeTiO3中钛元素的化合价为__________，试剂A为____________________。(2)碱浸过程发生反应的离子方程式为_________________________________________________________________________________________________________________。(3)酸浸后需将溶液温度冷却至70℃左右，若温度过高会导致最终产品吸收率过低，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)上述流程中氯化过程的化学方程式为_______________________________________________________________________________________________________________。已知TiO2(s)＋2Cl2(g)TiCl4(l)＋O2(g)ΔH＝＋151kJ·mol－1。该反应极难进行，当向反应体系中加入碳后，则反应在高温条件下能顺利发生。从化学平衡的角度解释原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)TiCl4极易水解，利用此性质可制备纳米级TiO2·xH2O，该反应的化学方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。5．[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东)，16(2)(3)(4)(5)]用软锰矿(主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下：已知：MnO2是一种两性氧化物；25℃时相关物质的Ksp见下表。物质Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2Ksp1×10－16.31×10－38.61×10－32.31×10－12.7回答下列问题：(2)保持BaS投料量不变，随MnO2与BaS投料比增大，S的量达到最大值后无明显变化，而Ba(OH)2的量达到最大值后会减小，减小的原因是__________________。(3)滤液Ⅰ可循环使用，应当将其导入到________操作中(填操作单元的名称)。(4)净化时需先加入的试剂X为________(填化学式)，再使用氨水调溶液的pH，则pH的理论最小值为________(当溶液中某离子浓度c≤1.0×10－5mol·L－1时，可认为该离子沉淀完全)。(5)碳化过程中发生反应的离子方程式为_______________________________________________________________________________________________________________。6．(2020·北京，18)MnO2是重要化工原料，由软锰矿制备MnO2的一种工艺流程如下：软锰矿eq\o(→,\s\up7(),\s\do5(研磨))eq\o(→,\s\up7(过量较浓H2SO4，过量铁屑),\s\do5(溶出20℃))Mn2＋溶出液eq\o(→,\s\up7(),\s\do5(纯化))Mn2＋纯化液eq\o(→,\s\up7(),\s\do5(电解))MnO2资料：①软锰矿的主要成分为MnO2，主要杂质有Al2O3和SiO2②金属离子沉淀的pHFe3＋Al3＋Mn2＋Fe2＋开始沉淀时1.53.45.86.3完全沉淀时2.84.77.88.3③该工艺条件下，MnO2与H2SO4反应。(1)溶出①溶出前，软锰矿需研磨。目的是______________________________________________。②溶出时，Fe的氧化过程及得到Mn2＋的主要途径如图所示。ⅰ.步骤Ⅱ是从软锰矿中溶出Mn2＋的主要反应，反应的离子方程式是________________。ⅱ.若Fe2＋全部来自于反应Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑，完全溶出Mn2＋所需Fe与MnO2的物质的量比值为2。而实际比值(0.9)小于2，原因是__________________________________。(2)纯化已知：MnO2的氧化性与溶液pH有关。纯化时先加入MnO2，后加入NH3·H2O，调溶液pH≈5，说明试剂加入顺序及调节pH的原因：_________________________________________。(3)电解Mn2＋纯化液经电解得MnO2。生成MnO2的电极反应式是_________________________。(4)产品纯度测定向ag产品中依次加入足量bgNa2C2O4和足量稀H2SO4，加热至充分反应，再用cmol·L－1KMnO4溶液滴定剩余Na2C2O4至终点，消耗KMnO4溶液的体积为dL。(已知：MnO2及MnOeq\o\al(－,4)均被还原为Mn2＋。相对分子质量：MnO286.94；Na2C2O4134.0)产品纯度为_________________________________________________(用质量分数表示)。

答案精析1．(1)Li2O·Al2O3·4SiO2(2)除去反应Ⅰ中过量的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)热水Li2CO3在较高温度下溶解度小，用热水洗涤可减少Li2CO3的溶解损耗(5)第一次浓度过大会使部分Li＋沉淀，第二次浓度大则有利于Li2CO3沉淀的生成(6)加热蒸干LiCl溶液时，有少量LiCl水解生成LiOH，LiOH受热分解生成Li2O，电解时产生O2解析(1)硅酸盐既可以用盐的形式表示，也可以用氧化物的形式表示。在用氧化物表示时，先写活泼金属的氧化物，再写较活泼金属的氧化物，最后写非金属的氧化物，并且要符合质量守恒定律。LiAlSi2O6可表示为Li2O·Al2O3·4SiO2。(2)反应Ⅱ加入碳酸钙是为了除去反应Ⅰ中过量的H2SO4；控制pH，使Fe3＋、Al3＋完全沉淀。(3)根据框图中物质之间的转化关系可知，反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式为Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓、Ca2＋＋COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓。(4)因为Li2CO3的溶解度随温度的升高而降低，所以洗涤Li2CO3沉淀要使用热水，这样可减少Li2CO3的溶解损耗。(5)若第一次碳酸钠溶液浓度过大，则部分Li＋会形成沉淀，而第二次碳酸钠溶液浓度大，则有利于Li2CO3沉淀的生成。(6)因为在加热蒸干LiCl溶液时，有少量LiCl发生水解反应生成LiOH，LiOH受热分解生成Li2O，Li2O在电解时产生O2。因此电解LiCl时，阳极产生的氯气中常含有少量的O2。2．(1)②(2)SrCO3＋2H＋=Sr2＋＋CO2↑＋H2O(3)A(4)蒸发浓缩冷却结晶(5)除去Ba2＋杂质(6)0.03解析(2)SrCO3类似于CaCO3，与盐酸反应的离子方程式为SrCO3＋2H＋=Sr2＋＋CO2↑＋H2O。(3)根据题目信息知SrCl2·6H2O晶体在61℃时开始失去结晶水，100℃时失去全部结晶水。工业上用热风吹干六水氯化锶但又不能脱去结晶水，所以选A。(4)第③步过滤后滤液的溶质为SrCl2，从溶液中获得SrCl2·6H2O晶体，还须进行的操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。(5)由于BaSO4是难溶于水的物质，所以在操作过程中加入硫酸是使溶液中的Ba2＋形成BaSO4沉淀而除去Ba2＋杂质。(6)Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10，由于溶液中Ba2＋浓度为1×10－5mol·L－1，则c(SOeq\o\al(2－,4))＝eq\f(1.1×10－10,1×10－5)mol·L－1＝1.1×10－5mol·L－1，根据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涤液于洁净的试管中，向其中滴加硝酸酸化的Ba(NO3)2溶液，若产生白色沉淀，则沉淀未洗涤干净；否则，已洗涤干净(6)2.0×105解析(1)铅蓄电池在充电时，阳极上发生氧化反应，电极反应式为PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋。放电时，正极的电极反应式为PbO2＋2e－＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋=PbSO4＋2H2O；负极的电极反应式为Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4。若转移2mol电子，则正极材料净增质量为m(PbSO4)－m(PbO2)，负极材料净增质量为m(PbSO4)－m(Pb)，二者质量之差为m(O2)＝32g，所以放电时转移1mol电子，两极质量之差为16g。(2)滤液1和滤液3的主要溶质是硫酸钠，由得到的结晶水合物的相对分子质量知，析出的结晶水合物为Na2SO4·10H2O。(3)铅与硝酸反应类似铜与硝酸反应，离子方程式为3Pb＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Pb2＋＋2NO↑＋4H2O；沉铅反应为Pb(NO3)2＋H2SO4=PbSO4↓＋2HNO3，故滤液2的溶质主要是HNO3。(4)加入氢氧化钠溶液，使硫酸铅转化成三盐，化学方程式为4PbSO4＋6NaOHeq\o(=,\s\up7(50～60℃))PbSO4·3PbO·H2O＋3Na2SO4＋2H2O。(5)沉淀表面有Na2SO4等杂质，检验沉淀是否洗涤干净，就是检验最后一次的洗涤液是否还含有SOeq\o\al(2－,4)。操作方法是取少量最后一次洗涤液于洁净的试管中，向其中滴加硝酸酸化的Ba(NO3)2溶液，若产生白色沉淀，则沉淀未洗涤干净；否则，已洗涤干净。(6)PbSO4(s)和PbCO3(s)的浊液中：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(或铁)(2)Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O、SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O(3)温度过高会导致TiOSO4提前水解生成H2TiO3沉淀(4)TiO2＋C＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(900℃))TiCl4＋CO2C与O2反应，O2的浓度减小使平衡向右移动；C与O2反应放热，温度升高，使平衡向右移动，促使反应顺利进行(5)TiCl4＋(x＋2)H2OTiO2·xH2O＋4HCl解析(1)根据酸浸反应FeTiO3(s)＋2H2SO4(aq)=FeSO4(aq)＋TiOSO4(aq)＋2H2O(l)可知，FeTiO3中Fe元素化合价为＋2价，则Ti元素为＋4价。然后加入试剂A[Fe(或铁)]，发生反应2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋。(2)碱浸的目的是除去Al2O3和SiO2等杂质，发生反应的离子方程式为Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O、SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O。(3)酸浸后需将溶液温度冷却至70℃左右，温度过高会导致TiOSO4提前发生水解反应：TiOSO4(aq)＋2H2O(l)eq\o(=,\s\up7(90℃))H2TiO3(s)＋H2SO4(aq)，生成H2TiO3沉淀，导致最终产品吸收率过低。(4)该工业流程中氯化过程的化学方程式为TiO2＋C＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(900℃))TiCl4＋CO2；由于TiO2(s)＋2Cl2(g)TiCl4(l)＋O2(g)为可逆反应，且正反应为吸热反应，加入碳粉后，C与O2反应，O2的浓度减小使平衡向右移动；C与O2反应放热，温度升高，使平衡向右移动，促使反应顺利进行。(5)TiCl4极易水解生成纳米级TiO2·xH2O，该反应的化学方程式为TiCl4＋(x＋2)H2OTiO2·xH2O＋4HCl。5．(2)过量的MnO2消耗了产生的Ba(OH)2(3)蒸发(4)H2O24.9(5)Mn2＋＋HCOeq\o\al(－,3)＋NH3·H2O=MnCO3↓＋NHeq\o\al(＋,4)＋H2O解析(2)增大MnO2与BaS的投料比，S的量达到最大值后不再变化，说明过量的MnO2与S不反应；Ba(OH)2的量达到最大值后会减小，说明过量的MnO2与Ba(OH)2发生了反应，消耗了产生的Ba(OH)2。(3)滤液Ⅰ中还含有未结晶的Ba(OH)2，可循环使用，应将其导入蒸发操作中。(4)软锰矿中含有的Fe3O4、Al2O3杂质与硫酸反应生成FeSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3，要除去Fe2＋，应先将Fe2＋氧化为Fe3＋，为了不引入其他杂质，加入的氧化剂X可选用H2O2。因Fe(OH)3和Al(OH)3的组成相似，且Fe(OH)3的Ksp小于Al(OH)3的，因此当Al3＋完全沉淀时，Fe3＋也完全沉淀，由Ksp[Al(OH)3]＝1×10－32.3可知，c(Al3＋)·c3(OH－)＝1×10－32.3，由题意知，当c(Al3＋)≤1.0×10－5mol·L－1时沉淀完全，可求得c(OH－)≥1×10－9.1mol·L－1，即c(H＋)≤1×10－4.9mol·L－1，pH的理论最小值为4.9。(5)由流程图提供的信息可知，碳化时的反应物有碳酸氢铵、氨水、Mn2＋，生成物有MnCO3，由此可写出该反应的离子方程式为Mn2＋＋HCOeq\o\al(－,3)＋NH3·H2O=MnCO3↓＋NHeq\o\al(＋,4)＋H2O。6．(