2023届新高考新教材化学人教版一轮训练-专项提能特训(3)　热点金属及其化合物制备的“微流程设计”

专项提能特训(3)热点金属及其化合物制备的“微流程设计”1．图中反应①是制备SiH4的一种方法，其副产物MgCl2·6NH3是优质的镁资源。回答下列问题：(1)MgCl2·6NH3所含元素的简单离子半径由小到大的顺序(H－除外)：________，Mg在元素周期表中的位置：________，Mg(OH)2的电子式：________。(2)A2B的化学式为________。反应②的必备条件是________。上图中可以循环使用的物质有________。解析：(1)MgCl2·6NH3所含元素的简单离子有Mg2＋、Cl－、N3－、H＋，则离子半径由小到大的顺序为H＋＜Mg2＋＜N3－＜Cl－。Mg原子核外有12个电子，分别排布在K、L、M层上，且最外层有2个电子，故Mg元素处于元素周期表中第三周期第ⅡA族。Mg(OH)2是离子化合物，由Mg2＋和OH－构成，其电子式为。(2)A2B与NH3、NH4Cl经反应①生成SiH4和MgCl2·6NH3，结合原子守恒推知A2B为Mg2Si。反应②是由MgCl2制备Mg，应采用电解熔融MgCl2的方法。分析流程可知，MgCl2·6NH3与HCl反应生成的NH4Cl以及MgCl2·6NH3在300℃时反应产生的NH3均可重新参与反应①，故可循环使用的物质有NH4Cl和NH3。答案：(1)r(H＋)＜r(Mg2＋)＜r(N3－)＜r(Cl－)第三周期第ⅡA族2．铬是一种具有战略意义的金属，它具有多种价态，单质铬熔点为1857℃。(1)工业上以铬铁矿[主要成分是Fe(CrO2)2]为原料冶炼铬的流程如图所示：①Fe(CrO2)2中各元素化合价均为整数，则铬为____________________________________价。②高温氧化时反应的化学方程式为______________________________。③操作a由两种均发生了化学反应的过程构成，其内容分别是________、铝热反应。(2)Cr(OH)3是两性氢氧化物，请写出其分别与NaOH、稀硫酸反应时生成的两种盐的化学式：________________、________________。(3)水中的铬元素对水质及环境均有严重的损害作用，必须进行无害化处理。转化为重要产品磁性铁铬氧体(CrxFeyOz)：先向含CrOeq\o\al(2－,4)的污水中加入适量的硫酸及硫酸亚铁，待充分反应后再通入适量空气(氧化部分Fe2＋)并加入NaOH，就可以使铬、铁元素全部转化为磁性铁铬氧体。①写出CrOeq\o\al(2－,4)在酸性条件下被Fe2＋还原为Cr3＋的离子方程式：_______________________________。②若处理含1molCrOeq\o\al(2－,4)(不考虑其他含铬微粒)的污水时恰好消耗10molFeSO4，则当铁铬氧体中n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝3∶2时，铁铬氧体的化学式为________________________。答案：(1)①＋3②4Fe(CrO2)2＋7O2＋8Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8Na2CrO4＋8CO2③灼烧使Cr(OH)3分解(2)NaCrO2Cr2(SO4)3(3)①3Fe2＋＋CrOeq\o\al(2－,4)＋8H＋=3Fe3＋＋Cr3＋＋4H2O②Cr2Fe20O273．金属Co、Ni性质相似，在电子工业以及金属材料上应用十分广泛。现以含钴、镍、铝的废渣(主要成分为CoO、Co2O3、Ni、少量杂质Al2O3)提取钴、镍的工艺如下。(1)酸浸时SO2的作用是______________________________________。(2)除铝时加入碳酸钠产生沉淀的离子方程式：_______________________________________________。(3)有机层提取出的Ni2＋可用于制备氢镍电池，该电池工作原理：NiOOH＋MHeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Ni(OH)2＋M，电池放电时正极的电极反应式为____________________________________。(4)用CoCO3为原料采用微波水热法和常规水热法均可制得H2O2分解的高效催化剂CoxNi(1－x)Fe2O4(其中Co、Ni均为＋2价)。如图是用两种不同方法制得的CoxNi(1－x)Fe2O4在10℃时催化分解6%的H2O2溶液的相对初始速率随x变化曲线。①H2O2的电子式：________。②由图中信息可知：________法制取的催化剂活性更高。③Co2＋、Ni2＋两种离子中催化效果更好的是________。(5)已知煅烧CoCO3时，温度不同，产物不同。在400℃充分煅烧CoCO3，得到固体氧化物的质量为2.41g，CO2的体积为0.672L(标准状况下)，则此时所得固体氧化物的化学式为____________________。解析：(1)从流程图可知，在酸浸过程中Co2O3转化为Co2＋，故SO2为还原剂。(2)Al3＋与COeq\o\al(2－,3)会发生相互促进的水解反应生成Al(OH)3沉淀和CO2气体：2Al3＋＋3COeq\o\al(2－,3)＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑。(3)从电池的总反应方程式可知，该电池为碱性电池，放电过程中正极NiOOH转化为Ni(OH)2：NiOOH＋e－＋H2O=Ni(OH)2＋OH－。(4)②从图可知，微波水热法制取的催化剂的催化效果更好。③x值越大，Co2＋的含量越大，H2O2分解的相对初始速率越大，故Co2＋的催化效果更好。(5)根据原子守恒，n(Co)＝n(CO2)＝eq\f(0.672L,22.4L·mol－1)＝0.03mol，m(Co)＝0.03mol×59g·mol－1＝1.77g；该氧化物中氧原子的质量m(O)＝2.41g－1.77g＝0.64g，n(O)＝eq\f(0.64g,16g·mol－1)＝0.04mol，所以该氧化物的化学式为Co3O4。答案：(1)还原剂(或将Co3＋还原为Co2＋)(2)2Al3＋＋3COeq\o\al(2－,3)＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑(3)NiOOH＋e－＋H2O=Ni(OH)2＋OH－(4)②微波水热③Co2＋(5)Co3O44．对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝(Al)、钼(Mo)、镍(Ni)等元素的氧化物，一种回收利用工艺的部分流程如下：已知：25℃时，H2CO3的Ka1＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11；Ksp(BaMoO4)＝3.5×10－8；Ksp(BaCO3)＝2.6×10－9；该工艺中，pH>6.0时，溶液中Mo元素以MoOeq\o\al(2－,4)的形态存在。(1)“焙烧”中，有Na2MoO4生成，其中Mo元素的化合价为________。(2)“沉铝”中，生成的沉淀X为________。(3)“沉钼”中，pH为7.0。①生成BaMoO4的离子方程式为_________________________。②若条件控制不当，BaCO3也会沉淀。为避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀，溶液中c(HCOeq\o\al(－,3))∶c(MoOeq\o\al(2－,4))＝____________(列出算式)时，应停止加入BaCl2溶液。(4)①滤液Ⅲ中，主要存在的钠盐有NaCl和Y，Y为________。②往滤液Ⅲ中添加适量NaCl固体后，通入足量________(填化学式)气体，再通入足量CO2，可析出Y。(5)高纯AlAs(砷化铝)可用于芯片制造。芯片制造中的一种刻蚀过程如图所示，图中所示致密保护膜为一种氧化物，可阻止H2O2刻蚀液与下层GaAs(砷化镓)反应。①该氧化物为________。②已知：Ga和Al同族，As和N同族。在H2O2与上层GaAs的反应中，As元素的化合价变为＋5价，则该反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为________。解析：(1)根据化合物Na2MoO4中Na为＋1价，O为－2价，由化合物中化合价代数和为0，可计算出Na2MoO4中Mo元素的化合价为＋6。(2)“750℃焙烧”时，废催化剂中的氧化铝发生反应：Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O，“滤液Ⅰ”中主要存在NaAlO2和Na2MoO4，通入过量CO2时，发生反应：NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3，生成的沉淀X为Al(OH)3。(3)由(2)的分析可知“滤液Ⅱ”的主要成分是NaHCO3和Na2MoO4。①“滤液Ⅱ”中加入BaCl2溶液生成BaMoO4的离子方程式为MoOeq\o\al(2－,4)＋Ba2＋=BaMoO4↓。②开始生成BaCO3时，溶液中eq\f(c（COeq\o\al(2－,3)）,c（MoOeq\o\al(2－,4)）)＝eq\f(Ksp（BaCO3）,Ksp（BaMoO4）)＝eq\f(2.6×10－9,3.5×10－8)，又因为Ka2＝eq\f(c（H＋）·c（COeq\o\al(2－,3)）,c（HCOeq\o\al(－,3)）)＝4.7×10－11，由于“沉钼”中，pH为7.0，则eq\f(c（COeq\o\al(2－,3)）,c（HCOeq\o\al(－,3)）)＝eq\f(Ka2,c（H＋）)＝eq\f(4.7×10－11,1.0×10－7)，因此可得eq\f(c（HCOeq\o\al(－,3)）,c（MoOeq\o\al(2－,4)）)＝eq\f(2.6×10－9,3.5×10－8)×eq\f(1.0×10－7,4.7×10－11)。(4)①由于“滤液Ⅱ”的主要成分是NaHCO3和Na2MoO4，加入适量BaCl2溶液“沉钼”后，“滤液Ⅲ”中主要存在的钠盐有NaCl和NaHCO3，则Y为NaHCO3。②由“滤液Ⅲ”制备NaHCO3，原理类似侯氏制碱法，加入NaCl固体后，通入足量碱性气体NH3，再通入足量CO2，发生反应：NH3＋H2O＋CO2=NH4HCO3、NH4HCO3＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl，析出溶解度较小的NaHCO3固体。(5)①由题给芯片制造的刻蚀过程示意图可知，加入H2O2刻蚀液，GaAs逐渐溶解，当H2O2刻蚀液接触AlAs时，反应生成一种致密的氧化膜，由此可知，Ga、As均可溶于H2O2刻蚀液中，形成的致密氧化膜是AlAs中的铝被氧化为致