届高考化学三轮冲刺金属元素及其化合物与化学工艺流程考前特训.docx
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届高考化学三轮冲刺金属元素及其化合物与化学工艺流程考前特训
金属元素及其化合物与化学工艺流程
1.高纯氧化铁是现代电子工业的重要材料。
以下是用硫酸厂产生的烧渣(主要成分为Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2)为原料制备高纯氧化铁的生产流程示意图:
(1)酸浸时,常需将烧渣粉碎、并加入过量H2SO4,其目的是;滤渣的主要成分为(填化学式)。
(2)加入FeS2时,发生反应②的离子方程式为。
(3)加入NH4HCO3目的是。
“沉淀”时,pH不宜过高,否则制备的FeCO3中可能混有的杂质是。
检验FeCO3是否洗涤干净的方法是。
(4)煅烧时,发生反应④的化学方程式为。
【答案】
(1)提高铁元素的浸出率,同时抑制铁离子的水解SiO2
(2)FeS2+14Fe3++8H2O===15Fe2++2
+16H+
(3)中和溶液中的酸,调节溶液的pH,使Fe2+全部转化为FeCO3
Fe(OH)2取最后一次洗涤液少量放入试管,滴加盐酸酸化的氯化钡溶液,若无沉淀生成,说明洗涤干净
(4)4FeCO3+O2
2Fe2O3+4CO2
【解析】
(1)酸浸时,常需将烧渣粉碎、增大烧渣与酸的接触面积,并加入过量H2SO4,除了使烧渣中的部分氧化物溶解外,还能抑制铁离子的水解。
酸性氧化物SiO2不与酸反应。
(2)加入FeS2时,把铁离子还原为Fe2+:
FeS2+14Fe3++8H2O===15Fe2++2
+16H+。
(3)加入NH4HCO3目的是中和溶液中的酸,调节溶液的pH,使Fe2+全部转化为FeCO3;亚铁离子的水解能力较强,易发生水解,“沉淀”时,pH不宜过高,否则制备的FeCO3中可能混有的杂质是Fe(OH)2;检验FeCO3固体中附着有硫酸根离子,可以用盐酸和氯化钡溶液进行检验,取最后一次洗涤液少量放入试管,滴加盐酸酸化的氯化钡溶液,若无沉淀生成,说明洗涤干净。
(4)在空气中煅烧FeCO3,二价铁被氧化为三价铁,进一步得到Fe2O3。
4FeCO3+O2
2Fe2O3+4CO2。
2.以粉煤灰(主要成分为Al2O3和SiO2,还含有少量的FeO、Fe2O3等)为原料制备Al2O3的流程如下:
(1)“酸浸”时需加入过量的稀硫酸,目的是提高浸取率和;滤渣的主要成分是。
(2)“氧化”过程中,加入H2O2发生反应的离子方程式为。
(3)“提纯”过程中,当加入NaOH溶液达到沉淀量最大时,溶液中c(SO42−)∶c(Na+)=。
(4)已知Ksp=1×10−39。
“提纯”过程中,当c(Fe3+)<10−6mol·L−1时,溶液中c(OH−)>mol·L−1。
(5)“沉淀”过程中,通入过量CO2时发生反应的化学方程式为。
【答案】
(1)抑制Al3+水解(或为后续反应提供H+)SiO2
(2)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
(3)1∶2
(4)1×10−11
(5)NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3
【解析】
(1)根据含有成分,加入硫酸发生的反应是Al2O3+6H+===2Al3++3H2O,FeO+2H+===Fe2++H2O,Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O,加入硫酸的目的可以提高浸取率和抑制Al3+的水解,SiO2是不溶于水,不溶于酸,因此滤渣是SiO2。
(2)过氧化氢具有强氧化性,能把Fe2+氧化成Fe3+,离子反应方程式为H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O。
(3)加入NaOH溶液,达到沉淀量最大,发生Al3++3OH−===Al(OH)3↓,Fe3++3OH−===Fe(OH)3↓,此时溶液中溶质为Na2SO4,即c(
)∶c(Na2+)=1∶2。
(4)根据Ksp=c(Fe3+)×c3(OH−),因为c(Fe3+)<10−6mol·L−1,c(OH−)>10−11mol·L−1。
(5)利用碳酸的酸性强于偏铝酸,因此有:
NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3。
3.氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂,是一种白色粉末;微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸。
下图是工业上用印刷电路的蚀刻液的废液(含Fe3+、Cu2+、Fe2+、Cl−)生产CuCl的流程:
按要求回答下列问题:
(1)废液①的主要含有的金属阳离子是__________(填化学符号,下同);废渣①的成分是_____________,Y为__________。
(2)废液①与Z反应的离子方程式为:
______________________。
(3)写出废渣②生成二氧化硫的化学方程式_____________________。
(4)为得到纯净的CuCl晶体,可用下列_________(填序号)进行洗涤。
a.纯净水b.乙醇c.稀硫酸d.氯化铜溶液
(5)生产过程中调节溶液的pH不能过大的原因是___________________。
(6)写出产生CuCl的离子方程式_______________________。
(7)氯化亚铜的定量分析:
①称取样品0.25g加入10mL过量的FeCl3溶液250mL锥形瓶中,不断摇动;
②待样品溶解后,加水50mL和2滴指示剂;
③立即用0.10mol·L−1硫酸铈标准溶液滴至绿色出现为终点;
④重复三次,消耗硫酸铈溶液平均体积为25.00mL。
已知:
CuCl的分子式量为99;CuCl+FeCl3===CuCl2+FeCl2;Fe2++Ce4+===Fe3++Ce3+。
则CuCl的纯度为____________。
【答案】
(1)Fe2+Fe、CuHCl
(2)2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl−或2Fe2++2H++H2O2===2Fe3++2H2O
(3)Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O
(4)b
(5)防止生成氢氧化铜沉淀或防止CuCl水解
(6)SO2+2Cu2++2Cl−+2H2O===2CuCl↓+
+4H+
(7)99%
【解析】向工业上以制作印刷电路的废液(含Fe3+、Cu2+、Fe2+、Cl−)加入过量的铁粉,三价铁离子与铁粉反应转化为二价铁离子,铜离子与铁反应生成铜,然后过滤,滤渣为过量的铁和生成的铜,依据铜与铁活泼性,将滤渣溶于盐酸,铜与盐酸不反应,过滤得到滤渣即为铜,废液①中加入Z为氯水或双氧水,氧化亚铁离子为铁离子,得到蚀刻液,然后铜与浓硫酸反应生成硫酸铜和二氧化硫,铜与氯气反应生成氯化铜,硫酸铜、二氧化硫、氯化铜反应生成氯化亚铜。
(1)印刷电路的废液(含Fe3+、Cu2+、Fe2+、Cl−)加入铁,三价铁离子能够原铁反应生成二价铁离子,铜离子能够与铁反应生成铜,过滤后滤渣中含有铜和铁,加入盐酸,铁与盐酸反应生成氯化亚铁,铜与盐酸不反应,将铜分离出来。
(2)根据以上分析可知废液①与Z反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl−或2Fe2++2H++H2O2===2Fe3++2H2O。
(3)废渣②生成二氧化硫的反应是铜和浓硫酸在加热条件下反应生成,反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O。
(4)为减少CuCl的损失,析出的CuCl晶体不用水而用无水乙醇洗涤,答案选b。
(5)生产过程中调节溶液的pH不能过大的原因是防止生成氢氧化铜沉淀或防止CuCl水解。
(6)依据图示可知:
CuCl2、CuSO4、SO2、H2O反应生成H2SO4、CuCl,产生CuCl的化学方程式依据得失电子守恒得到:
CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O===2CuCl↓+2H2SO4,反应的离子方程式为:
SO2+2Cu2++2Cl−+2H2O===2CuCl↓+
+4H+。
(7)滴定0.25g样品消耗硫酸铈标准溶液的平均体积是25.00mL,结合方程式可知:
CuCl+FeCl3===CuCl2+FeCl2,CuCl的纯度为(25.00×10−3L×0.1mol/L×99g/mol)/0.25g×100%=99%。
4、钼酸钠(Na2MoO4)具有广泛的用途.可做新型水处理荆、优良的金属缓蚀剂及可用于局部过热的循环水系统;Al(OH)3工业和医药上都具有重要用途,现从某废钼催化剂(主要成分MoO3、Al2O3、Fe2O3等)中回收Na2MoO4和Al(OH)3,其工艺如图:
回答下列问题:
(1)已知MoO3、Al2O3与SiO2相似,均能在高温下跟Na2CO3发生类似反应,试写出MoO3与Na2CO3反应的化学方程式:
__________________。
(2)第②步操作所后的滤液中,溶质有Na2MoO4、_________和过量的Na2CO3;检验第②步操作所得滤渣中含有三价铁的方法是___________________。
(3)第③步操作H2SO4需要适量,通常是通过_________来调控H2SO4的用量;与Na2SO4相比,Na2MoO4的溶解度受温度的影响变化__________(填“较大”或“较小”)。
(4)利用铝热反应可回收金属钼。
将所得钼酸钠溶液用酸处理得到沉淀,再加热可得MoO3。
写出MoO3发生铝热反应的化学方程式:
_________________。
(5)取废钼催化剂5.00g,加入5.30gNa2CO3(足量),经上述实验操作后,最终得到2.34gAl(OH)3和6.39gNa2SO4晶体,则废钼催化剂中Al2O3、MoO3的物质的量的比值为_______。
【答案】
(1)MoO3+Na2CO3
Na2MoO4+CO2↑
(2)NaAlO2取少量滤渣洗涤液于试管中滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红,则证明含+3价铁
(3)测溶液的pH值较小
(4)4Al+2MoO3
2Mo+2Al2O3
(5)3∶1
【解析】
(1)MoO3、Al2O3与Na2CO3的反应和SiO2与Na2CO3的反应相似,加入碳酸钠焙烧时可生成Na2MoO4和NaAlO2,MoO3与Na2CO3反应的化学方程式为MoO3+Na2CO3
Na2MoO4+CO2↑。
(2)高温条件下,氧化铝和碳酸钠反应生成Na2AlO2,滤液中含有焙烧后生成Na2MoO4、Na2AlO2以及过量的Na2CO3,检验第②步操作所得滤渣中含有三价铁,取少量滤渣洗涤液于试管中滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红,则证明含三价铁。
(3)第③步操作H2SO4需要适量,避免氢氧化铝溶解,通常是通过测溶液的pH来调控H2SO4的用量,转化关系中④蒸发结晶溶液得到硫酸钠晶体和Na2MoO4溶液,与Na2SO4相比,Na2MoO4的溶解度受温度的影响变化较小,硫酸钠溶解度收温度影响大,先析出晶体。
(4)MoO3发生铝热铝反应,高温下和铝反应生成钼和氧化铝,反应的化学方程式为:
4Al+2MoO3
2Mo+2Al2O3。
(5)加入稀硫酸后,滤渣为Al(OH)3,滤液中含有Na2SO4和Na2MoO4,已知:
n(Na2CO3)=
=0.05mol,n(Na2SO4)=
=0.045mol,则由Na守恒可知n(Na2MoO4)=0.005mol,2.34gAl(OH)3的物质的量为
=0.03mol,根据Al元素守恒,Al2O3的物质的量为0.015mol,因此,Al2O3、MoO3的物质的量之比为0.015mol∶0.005mol=3∶1。
5、实验室采用MgCl2、AlCl3的混合溶液与过量氨水反应制备MgAl2O4的主要流程如下:
(1)制备MgAl2O4过程中,高温焙烧时发生反应的化学方程式为________________。
(2)判断流程中沉淀是否洗净所用的试剂是___________。
(3)在25℃下,向浓度均为0.01mol/L的MgCl2和AlCl3混合溶液中逐滴加入氨水,先生成_______沉淀(填化学式),生成该沉淀的离子方程式:
_________________。
(已知25℃时Ksp=1.8×10−11,Ksp=3×10−34)
(4)将Mg、Al组成的9.9g混合物投入一定量稀硝酸中,恰好完全反应,共收集到还原产物NO气体
6.72L(标准状况),向反应后的溶液中加入4mol/L的NaOH溶液300mL时,则形成沉淀的质量为__________g。
【答案】
(1)2Al(OH)3+Mg(OH)2
MgAl2O4+4H2O
(2)AgNO3溶液
(3)Al(OH)3Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3+3
(4)17.4
【解析】
(1)经分析沉淀为Al(OH)3和Mg(OH)2,高温焙烧制备MgAl2O4时发生反应的化学方程式为2Al(OH)3+Mg(OH)2
MgAl2O4+4H2O。
(2)沉淀中应该附着氯离子和铵根离子,若判断是否洗净,可以取少量最后一次洗涤液,加入AgNO3溶液(或硝酸酸化的AgNO3溶液)溶液进行判断,若生成白色沉淀,则说明没有洗涤干净;若没有沉淀生成,则说明已经洗涤干净。
(3)难溶电解质的溶度积越小,加入氨水时越易生成沉淀,已知25℃时Ksp=1.8×10−11,Ksp=3×10−34,氢氧化铝先沉淀,反应的离子方程式为Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3+3
。
(4)硝酸被还原为NO气体且标准状况下体积为6.72L,物质的量为:
=0.3mol,所以转移的电子的物质的量为:
0.3mol×(5−2)=0.9mol,4mol/L的NaOH溶液300mL中含有氢氧化钠1.2mol,设化合物中含有镁和铝的物质的量分别为x、y,则2x+3y=0.9mol,24g/mol×x+27g/mol×y=9.9g,解得:
x=0.3mol,y=0.1mol,0.3molMg2+完全沉淀消耗0.6molNaOH,则0.1molAl3+与0.6molNaOH反应生成偏铝酸钠,因此沉淀的质量为0.3mol×58g/mol=17.4g。
6、以含有Al2O3、Fe2O3等杂质的铬铁矿为主要原料生产重铬酸钠晶体(Na2Cr2O7·2H2O)的主要工艺流程如下:
己知:
铬铁矿在空气中与纯减煅烧生成Na2CrO4和一种红棕色固体,同时释放出CO2气体,且Al2O3+Na2CO3
2NaAlO2+CO2↑。
请回答:
(1)在铬铁矿Fe(CrO2)2中,Cr的化合价为___________。
(2)滤渣2的成分为_____________。
(3)将滤渣1放入稀硫酸溶解后得溶液W,检验该溶液中金属离子的方法是_________。
(4)根据有关国家标准,含
的废水要经化学处理,使其浓度降至5.0×10−7mol/L以下才能排放。
含
的废水处理通常有以下两种方法。
①沉淀法:
加入可溶性钡盐生成BaCrO4沉淀,再加入可溶性硫酸盐处理多余的Ba2+。
加入可溶性钡盐后的废水中Ba2+的浓度应不小于__________mol/L,后续废水处理方能达到国家排放标准。
②还原法:
Cr3+
Cr(OH)3。
写出酸性条件下
与绿巩在溶液中反应的离子方程式:
_________________________________。
(5)某高效净水剂是由K2FeO4得到的,工业上以溶液W、次氯酸钾和氢氧化钾为原料制备K2FeO4,该反应的离子方程式是______________________。
【答案】
(1)+3
(2)Al(OH)3
(3)取少量溶液于试管中,滴加几滴KSCN溶液,溶液变红,证明有Fe3+(其他合理答案也可)
(4)①2.4×10−4②CrO+3Fe2++8H+===Cr3++3Fe3++4H2O
(5)Fe3++3ClO−+10OH−===2
+3Cl−+5H2O
【解析】
(1)在铬铁矿Fe(CrO2)2中,Fe的化合价为+2,所以Cr的化合价为+3。
(2)含杂质的铬铁矿经煅烧、溶于水后,只有氧化铁不溶于水,作为滤渣除去,所以滤渣1的成分是Fe2O3,此时溶液为Na2CrO4和NaAlO2的混合液,通入CO2气体会和NaAlO2反应产生Al(OH)3,所以滤渣2的成分是Al(OH)3。
(3)将滤渣l放入稀硫酸溶解后得溶液W为Fe2(SO4)3,检验Fe3+的方法是取少量溶液于试管中,滴加几滴KSCN溶液,溶液变红,证明有Fe3+。
(4)①Ksp(BaCrO4)=1.2×10−10,c(
)<5.0×10−7mo1/L,所以c(Ba2+)>1.2×10−10/5.0×10−7=2.4×10−4mo1/L。
②酸性条件下
与绿矾FeSO4·7H2O反应,
作氧化剂,绿矾作还原剂,其离子方程式为
+3Fe2++8H+===Cr3++3Fe3++4H2O。
(5)W为Fe2(SO4)3,以溶液Fe2(SO4)3、次氯酸钾和氢氧化钾为原料制备K2FeO4,该反应的离子方程式是Fe3++3ClO−+10OH−===2
+3Cl−+5H2O。
7、从某废液(含有Fe2+、Cu2+、Cl−)中回收铜并制得纯净的FeCl3溶液。
现以制得纯净的FeCl3溶液为原料制取优良的水处理剂高铁酸钾(K2FeO4),其流程如下:
已知:
高锰酸钾(K2FeO4)为暗紫色固体,可溶于水。
在中性或酸性溶液中逐渐分解,在碱性溶液中稳定。
高锰酸钾具有强氧化性。
高锰酸钾(K2FeO4)与水作用产生Fe(OH)3。
(1)检验废液中含有Fe2+选用的试剂是________(填化学式);从废液中制得纯净的FeCl3溶液加入的试剂除铁粉外,还需要一种试剂是_________(填化学式),加入时发生反应的离子方程式为__________。
(2)高锰酸钾(K2FeO4)在处理水过程中的作用是_________和__________。
(3)“氧化”过程反应的离子方程式为__________。
(4)过滤时需用的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯和________,上述工艺得到的高锰酸钾常含有杂质,可用重结晶法提纯,操作是:
将粗产品用_________溶解,然后________。
(5)用回收的铜为原料可制得粗制CuSO4·5H2O晶体(含有少量的FeSO4·7H2O),除去CuSO4·5H2O晶体中杂质的方法是:
向溶液中加入H2O2,再调解溶液pH,过滤即可制得纯净的CuSO4溶液,进而制得纯净CuSO4·5H2O的晶体。
8、已知:
室温时一些物质的Ksq如下表。
可认为溶液中的离子浓度小于1×10−6mol·L−1时沉淀完全。
化学式
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
Ksq
8.0×10−16
8.0×10−18
8.0×10−20
加双氧水的目的是__________;若溶液中CuSO4的浓度为3.0mol·L−1,通过计算说明此方法可除去粗制CuSO4·5H2O晶体中FeSO4·7H2O的理由________。
【答案】
(1)KMnO4Cl2、2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl−
(2)强氧化性杀菌消毒
(3)2Fe3++10OH−+3ClO−===2
+3Cl−+5H2O
(4)漏斗稀KOH溶液加入饱和KOH溶液,冷却结晶
(5)使Fe2+氧化为Fe3+通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10−5mol·L−1时就认为沉淀完全,设溶液中CuSO4的浓度为3.0mol·L−1,则Cu(OH)2开始沉淀时溶液的pH为4,Fe3+完全沉淀时溶液的pH为3.3,通过计算确定上述方案可行
【解析】
(1)Fe2+具有还原性,可以被酸性高锰酸钾爱溶液氧化,检验废液中含有选用的试剂是KMnO4;加入足量的铁粉,置换出铜,过滤除去剩余的固体,再加Cl2把亚铁离子氧化为铁离子:
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl−。
(2)高锰酸钾(K2FeO4)具有强氧化性,杀菌消毒;还原出的铁离子水解产生强氧化铁胶体净化水;在处理水过程中的作用是)强氧化性;杀菌消毒,
(3)次氯酸钠把铁离子氧化为高铁酸根离子:
2Fe3++10OH−+3ClO−===2
+3Cl−+5H2O。
(4)璃棒、烧杯和漏斗;高锰酸钾在碱性溶液中稳定,所以用稀KOH溶液洗涤;然后加入饱和KOH溶液,冷却结晶。
(5)双氧水是强氧化剂,把亚铁离子氧化为铁离子;通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10−5mol·L−1时就认为沉淀完全,设溶液中CuSO4的浓度为3.0mol·L−1,则Cu(OH)2开始沉淀时溶液的pH为4,Fe3+完全沉淀时溶液的pH为3.3,通过计算确定上述方案可行。
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