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 WORD版含解析.docx

1、专练15金属及其化合物的制备流程12021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Ce23nH2O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Ce23nH2O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：NH3H

2、2O的Kb1.75105，H2CO3的Ka14.4107，Ka24.71011)；(6)滤渣的主要成分为FePO4，在高温条件下，Li2CO3、葡萄糖和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.(1)乙同学的观点，你认为其原理是(用离子方程式表示)：_。(2)在

3、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_。.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_。.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

4、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100%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_。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，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

5、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)_。42021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Fe3Al3Mg2Ca2开始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全(c1.0105molL1)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Al

6、2O3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”中Mg2浓度为_molL1。(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TiO2xH2O沉淀，该反应的离子方程式是_。(6)将“母液”和“母液”混合，吸收尾气，经处理得_，循环利用。5草酸亚铁晶体(FeC2O42H2O)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

7、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MnO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1molFeC2O42H2O，则参加反应的n(KMnO4)_。(4)称取3.80g草酸亚铁晶体(FeC2O42H2O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：过程发生反应的化学方程式为_。300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

8、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CuSO45H2O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。图2装置B中的药品为_。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

9、最佳物质的量之比为_。(5)用滴定法测定所得产品中CuSO45H2O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：Cu2H2Y2=CuY22H。则CuSO45H2O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)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)2Ce36HCO(n3)H2O=Ce2(CO3)3nH2O3CO2碱性(6)6FeP

10、O43Li2CO3C6H12O66LiFePO49CO6H2O解析：(1)由质量数质子数中子数可知，铈的质量数5880138，因此该核素的符号为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，滤渣为SiO2、CaSO4，滤渣为FePO4，滤渣的主要成分为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HCO反应生成Ce2(CO3)3nH2O，反应的离子方程式为2Ce36HCO(n3)H2O=Ce2(CO3)3nH2O3CO2。由于NH水解溶液显酸性，HCO水解溶液

11、显碱性，根据题中提供的电离平衡常数，可计算出NH的水解平衡常数为5.711010，HCO的水解平衡常数为2.3108，所以HCO的水解程度大于NH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：42,02，Fe：32，则反应的化学方程式为6FePO43Li2CO3C6H12O66LiFePO49CO6H2O。2(1)Cu2COH2O=Cu(OH)2CO2(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

12、无水硫酸铜变蓝，C中澄清石灰水不变浑浊(5)CABDE(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)100%解析：(1)乙同学的观点，是考虑到了CO的水解，所以离子方程式为Cu2COH2O=Cu(OH)2CO2(2)洗涤干净的标准是不含有SO，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CuS

13、O4，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CABDE(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)2CuOH2

14、O可知，Cu(OH)2的质量为g，沉淀中CuCO3的质量分数为100%3(1)SO2OH=HSO(2)FeS2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)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。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

15、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FeS216Fe2O311Fe3O42SO2。4(1)Al2O34(NH4)2SO42NH4Al(SO4)26NH33H2O(2)Fe3、Al3、Mg2(3)1.0106(4)硫酸SiO2CaSO4(5)TiO2(x1)H2OTiO2xH2O2H(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

16、的化学方程式为Al2O34(NH4)2SO42NH4Al(SO4)26NH33H2O。(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pH11.1，可知溶液中c(OH)102.9molL1时，溶液中c(Mg2)1.0105molL1，则KspMg(OH)21.0105(102.9)211010.8，母液的pH11.6，即溶液中c(OH)102.4molL1，则此时溶液中c(Mg2)molL11106molL1。(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

17、。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TiO2xH2O，反应的离子方程式为TiO2(x1)H2OTiO2xH2O2H。(6)结合图示流程可知，母液中含有氨水、硫酸铵，母液中含有硫酸，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)2H2C2O42H2O=FeC2O42H2OH2SO4(NH4)2SO4(3)碳和铁0.6(4)FeC2O42H2OFeC2O42H2OFe2O3解析：(1)配制(NH4)2Fe(SO4)2溶液时，溶液

18、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)2H2C2O42H2O=FeC2O42H2OH2SO4(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5FeC2O43MnO24H=5Fe33Mn210CO212H2O可知，消耗1molFeC2O42H2O，则参加反应的KMnO4为0.6mol；(4)通过剩余固体的

19、质量可知，过程发生的反应是：草酸亚铁晶体受热失去结晶水，反应的化学方程式为：FeC2O42H2OFeC2O42H2O；3.6g草酸亚铁晶体中的铁元素质量为：3.6g1.12g，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：1.60g1.12g0.48g，铁元素和氧元素的物质的量之比为：2:3，铁的氧化物的化学式为Fe2O3。6(1)bd(2)碱石灰检验装置气密性收集CO检验纯度(3)取少量熔渣，加过量稀硫酸溶解，向溶液中加入几滴高锰酸钾溶液，若溶液紫色褪去，则证明熔渣中含有FeO(4)3:2(5)%高解析：(1)根据流程图可以知道X气体是二氧化硫，易溶于水，bd装置能防止倒

20、吸，a装置导管未插入液面以下，且瓶口不应加塞，c中倒扣的漏斗伸入液面以下，不能起到防倒吸的作用。(2)粗铜与CO反应生成二氧化碳，剩余CO有毒，需做燃烧处理，在此之前利用装置B吸收二氧化碳，故B中应盛放碱石灰。组装完仪器，应检验装置的气密性，因为CO点燃容易引起爆炸，故引燃前需验纯。(3)若Fe2O3中含有FeO，利用稀酸(非氧化性)溶解后生成的亚铁离子具有还原性，而给出的试剂中KMnO4溶液具有强氧化性，亚铁离子可使KMnO4溶液褪色，则选择试剂为稀硫酸、KMnO4溶液，操作为取少量固体溶于稀硫酸，然后滴加KMnO4溶液，观察到溶液使KMnO4溶液褪色，则证明含有FeO。(4)当硝酸根离子恰好反应时硫酸和硝酸的物质的量之比最佳，由离子方程式3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O可以知道，反应中消耗2molNO，需要8molH，硝酸电离2molH，另外6mol氢离子由硫酸提供，则硫酸为3mol，所以硫酸和硝酸的物质的量之比为：3:2。(5)根据方程式可以知道20.00mL溶液中n(CuSO4H2O)n(EDTA)c6103mol；所以m(CuSO45H2O)c6103mol250g/mol1.5cg，因此100mL溶液中CuSO45H2O的质量为：1.5c57.5cg，所以w100%，滴定管需要用所盛装溶液润洗，否则会稀释所装溶液的浓度，导致结果偏高。