(山西專用版)2020版高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 專題三 專項(xiàng)提能訓(xùn)練(一)金屬及其化合物在化工流程中的轉(zhuǎn)化.docx
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專項(xiàng)提能訓(xùn)練(一)金屬及其化合物在化工流程中的轉(zhuǎn)化1.以赤鐵礦主要成分為Fe2O3(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為60.0%),雜質(zhì)為FeO(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為3.6%)、Al2O3、MnO2、CuO等為原料制備高活性鐵單質(zhì)的主要生產(chǎn)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(shí)溶液的pH如表所示:沉淀物Fe(OH)3Al(OH)3Fe(OH)2Cu(OH)2pH3.45.29.76.7請(qǐng)回答下列問題:(1)含雜質(zhì)的赤鐵礦使用前要將其粉碎,目的是。操作的名稱是。(2)將操作后所得的MnO2與KClO3、KOH溶液混合共熱,可得到K2MnO4,此反應(yīng)的化學(xué)方程式是。(3)將pH控制在3.6的目的是。已知25 時(shí),KspCu(OH)2=210-20,該溫度下反應(yīng)Cu2+2H2OCu(OH)2+2H+的平衡常數(shù)K=。(4)加入雙氧水時(shí)發(fā)生反應(yīng)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(yīng)完整的化學(xué)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(yīng)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(shí)赤鐵礦與稀硫酸的接觸面積,加快浸出反應(yīng)速率,提高浸出率。經(jīng)過操作得到固體和溶液,故操作的名稱為過濾。(2)共熱時(shí)MnO2轉(zhuǎn)化為K2MnO4,Mn元素化合價(jià)升高,則Cl元素化合價(jià)降低,KClO3轉(zhuǎn)化為KCl,根據(jù)得失電子守恒、原子守恒配平化學(xué)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(jù)表中提供的Fe3+、Al3+、Cu2+完全沉淀時(shí)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(shí),該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=c2(H+)c(Cu2+)=c2(H+)c2(OH-)c(Cu2+)c2(OH-)=KW2KspCu(OH)2=(10-14)2210-20=5.010-9。(4)加入雙氧水時(shí),Fe2+被氧化為Fe3+,發(fā)生反應(yīng)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(zhì)的量為1000g60.0%160gmol-12+1000g3.6%72gmol-1=8 mol,則NH3、Fe按照物質(zhì)的量之比18參加反應(yīng),根據(jù)原子守恒配平化學(xué)方程式:16Fe+2NH32Fe8N+3H2。2.硼鎂泥是硼鎂礦生產(chǎn)硼砂晶體(Na2B4O710H2O)時(shí)的廢渣,其主要成分是MgO,還含有Na2B4O7、CaO、Fe2O3、FeO、MnO、SiO2等雜質(zhì)。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(jià)為;Na2B4O7可制備強(qiáng)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(shí)Na2B4O7發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(3)濾渣B中含有不溶于稀鹽酸,但加熱時(shí)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(yīng)式為;“有效氫含量”(即:每克含氫還原劑的還原能力相當(dāng)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(shù)字)。答案(1)+3Na+HBHHH-(2)SiO2Na2B4O7+H2SO4+5H2O Na2SO4+4H3BO3(3)ClO-+Mn2+H2O MnO2+Cl-+2H+調(diào)節(jié)溶液的pH,使Fe3+轉(zhuǎn)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(jīng)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(jīng)蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾,除去濾渣C,經(jīng)冷卻結(jié)晶、過濾,即得到MgSO47H2O。(1)Na2B4O710H2O中Na、H、O的化合價(jià)分別為+1、+1、-2,故B的化合價(jià)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(shí)Na2B4O7發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)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(shí)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(diào)節(jié)溶液的pH,使Fe3+水解轉(zhuǎn)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(yīng)式為BO2-+6H2O+8e- BH4-+8OH-;NaBH4作為還原劑時(shí),其中H由-1價(jià)降低至+1價(jià),故1 mol NaBH4可以失去8 mol電子,相當(dāng)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(jù)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?yàn)?寫化學(xué)式)。(2)電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式為。制取MgCl2的過程中涉及反應(yīng):MgCl26H2OMgCl2+6H2O,該反應(yīng)要在HCl氣氛中進(jìn)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(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:,由此判斷Cl2、Br2、SO2的氧化性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)椤?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(shí)有CO2放出,該反應(yīng)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(zhì)Br2。答案(1)BaCl2、CaO、Na2CO3、HCl(合理即可)(2)2NaCl+2H2OCl2+H2+2NaOH抑制MgCl2水解(3)Br2+SO2+2H2O2Br-+4H+SO42-Cl2Br2SO2(4)3Br2+3CO32-5Br-+BrO3-+3CO2蒸餾解析(1)CaO與水反應(yīng)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(huì)引入新的雜質(zhì)離子OH-、CO32-、Ba2+,通過加適量鹽酸可以將CO32-和OH-轉(zhuǎn)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(diào)換。(2)電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式為2NaCl+2H2OCl2+H2+2NaOH。加熱MgCl26H2O時(shí)MgCl2易發(fā)生水解反應(yīng),最終得不到MgCl2,在HCl氣氛中進(jìn)行,可以抑制MgCl2水解。(3)SO2吸收Br2,發(fā)生氧化還原反應(yīng),離子方程式為Br2+SO2+2H2O2Br-+4H+SO42-。苦鹵中通入Cl2置換出Br2,說明氧化性:Cl2Br2,SO2與Br2反應(yīng)生成SO42-和Br-,說明氧化性:Br2SO2。(4)根據(jù)提供信息可知,Br2與CO32-反應(yīng),生成Br-、BrO3-、CO2,根據(jù)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:相關(guān)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pH1.97.63.06.8完全沉淀的pH3.29.75.09.5Ksp(NiC2O4)=4.0510-10(1)“酸浸”前將廢鎳催化劑粉碎的目的是?!盀V渣”的主要成分為。(2)若試劑a為H2O2溶液,寫出氧化時(shí)反應(yīng)的離子方程式:。(3)調(diào)節(jié)pH的范圍為。(4)寫出“沉鈣”操作中加入NH4F時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:,NH4F的電子式為。(5)如果“沉鎳”操作后測(cè)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(zhì)鎳催化劑。該制備過程的化學(xué)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)5.0pH6.8(寫出5.06.8亦可)(4)Ca2+2F- CaF2HNHHH+F-(5)2.2510-9(6)NiC2O42H2O Ni+2CO2+2H2O解析(1)SiO2不與稀硫酸反應(yīng)。(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(diào)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(jià)降低,則碳元素化合價(jià)升高,故產(chǎn)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(chǎn)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:浸出液中含有的陽離子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Mg2+、Ca2+等。沉淀中只含有兩種沉淀。流程中部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見下表:沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3Mn(OH)2開始沉淀的pH2.77.67.63.47.7完全沉淀的pH3.79.69.25.29.8(1)浸出過程中Co2O3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為。(2)NaClO3加入浸出液中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為。(3)加入Na2CO3調(diào)pH至5.2,目的是;萃取劑層含錳元素,則沉淀的主要成分為。(4)操作包括:向水層加入濃鹽酸調(diào)節(jié)pH為23,、過濾、洗滌、減壓烘干等過程。(5)為測(cè)定粗產(chǎn)品中CoCl26H2O的含量,稱取一定質(zhì)量的粗產(chǎn)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(cè)沉淀質(zhì)量。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)粗產(chǎn)品中CoCl26H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(nèi)分別得到一種固體物質(zhì),其質(zhì)量如下表。溫度范圍/固體質(zhì)量/g1502104.412903202.41經(jīng)測(cè)定,整個(gè)受熱過程中只產(chǎn)生水蒸氣和CO2氣體,則溫度范圍為290320 時(shí),剩余的固體物質(zhì)化學(xué)式為。已知:CoC2O42H2O的摩爾質(zhì)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(jié)晶(5)粗產(chǎn)品中結(jié)晶水含量低(或粗產(chǎn)品中混有氯化鈉雜質(zhì))(6)Co3O4(或CoOCo2O3)解析(1)浸出過程中,Co2O3與鹽酸、Na2SO3發(fā)生反應(yīng),Co2O3轉(zhuǎn)化為Co2+,Co元素化合價(jià)降低,則S元素化合價(jià)升高,SO32-轉(zhuǎn)化為SO42-,根據(jù)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(yīng)的離子方程式為ClO3-+6Fe2+6H+6Fe3+Cl-+3H2O。(3)根據(jù)工藝流程圖,結(jié)合表格中提供的數(shù)據(jù)可知,加Na2CO3調(diào)pH至5.2,目的是使Fe3+和Al3+沉淀完全。濾液中含有的金屬陽離子為Co2+、Mn2+、Mg2+、Ca2+等,萃取劑層含錳元素,結(jié)合流程圖中向?yàn)V液中加入了NaF溶液,可知沉淀的主要成分為MgF2、CaF2。(4)經(jīng)過操作由溶液得到結(jié)晶水合物,故除題中已知過程外,操作還包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶。(5)根據(jù)CoCl26H2O的組成及測(cè)定過程分析,造成粗產(chǎn)品中CoCl26H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于100%的原因可能是:含有氯化鈉雜質(zhì)或結(jié)晶水合物失去部分結(jié)晶水,導(dǎo)致相同質(zhì)量的固體中氯離子含量偏大。(6)整個(gè)受熱過程中只產(chǎn)生水蒸氣和CO2氣體,5.49 g CoC2O42H2O為0.03 mol,固體質(zhì)量為4.41 g時(shí),質(zhì)量減少1.08 g,恰好為0.06 mol H2O的質(zhì)量,因此4.41 g固體為0.03 mol CoC2O4。依據(jù)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(zhì)量由4.41 g變?yōu)?.41 g時(shí),質(zhì)量減少2 g,說明290320 內(nèi)發(fā)生的不是分解反應(yīng),參加反應(yīng)的物質(zhì)還有氧氣。則參加反應(yīng)的m(O2)=2.64 g-2 g=0.64 g,n(O2)=0.02 mol;n(CoC2O4)n(O2)n(CO2)=0.03 mol0.02 mol0.06 mol=326,依據(jù)原子守恒,配平化學(xué)方程式:3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2,故溫度范圍為290320 時(shí),剩余固體物質(zhì)的化學(xué)式為Co3O4或CoOCo2O3。6.某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)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(zhì)硫的同時(shí),還實(shí)現(xiàn)了蝕刻液的循環(huán)利用。根據(jù)以上信息回答下列問題:(1)操作、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(yàn)蝕刻液中金屬陽離子的化學(xué)試劑是。(3)向廢液中加入過量X時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為。(4)濾渣與Y反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(5)H2S通入蝕刻液中發(fā)生的主要反應(yīng)為。(6)電解池中H+在陰極放電產(chǎn)生H2,陽極的電極反應(yīng)式為。(7)綜合分析虛線框內(nèi)所涉及的兩個(gè)反應(yīng),可知該過程有兩個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn):蝕刻液得到循環(huán)利用;。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、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(yàn),蝕刻液變成血紅色,即可證明蝕刻液中有Fe3+。(3)根據(jù)流程圖,操作是加入過量的鐵,跟溶液中的Fe3+、Cu2+反應(yīng),離子方程式是2Fe3+Fe3Fe2+、Fe+Cu2+Fe2+Cu,過濾后濾液是FeCl2溶液,濾渣是Fe和Cu。(4)濾渣中加入過量鹽酸,Cu不反應(yīng),Fe與鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣,反應(yīng)的化學(xué)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(yīng),化學(xué)方程式是2Fe3+H2S2Fe2+S+2H+。(6)對(duì)通入適量H2S后的蝕刻液進(jìn)行過濾,不溶物是硫,濾液是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(yīng)式是Fe2+-e-Fe3+。- 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