2023版新教材高考化学 微专题小练习 专练15 金属及其化合物的制备流程.docx

1、专练15金属及其化合物的制备流程1.2022全国乙卷废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等。为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。一些难溶电解质的溶度积常数如下表：难溶电解质PbSO4PbCO3BaSO4BaCO3Ksp2.51087.410141.110102.6109一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：金属氢氧化物Fe（OH）3Fe（OH）2Al（OH）3Pb（OH）2开始沉淀的pH2.36.83.57.2完全沉淀的pH3.28.34.69.1回答下列问题：（1）在“脱硫”中PbSO4转化反应的离

2、子方程式为，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因。（2）在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是_。（3）在“酸浸”中，除加入醋酸（HAc），还要加入H2O2。（）能被H2O2氧化的离子是；（）H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb（Ac）2，其化学方程式为；（）H2O2也能使PbO2转化为Pb（Ac）2，H2O2的作用是_。（4）“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是。（5）“沉铅”的滤液中，金属离子有。2.2021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，

3、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（c1.0105 molL1）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Al2O3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 “

4、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。3.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）在探究沉淀成分前，须将沉淀从溶

5、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m g，装置B质量增加了n g，则沉淀中CuCO3的质量分数为。4.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

6、析试剂及显影剂等，其制备流程如下：（1）配制硫酸亚铁铵（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1 mol FeC2O42H2O，则参加反应的n（KMnO4）。（4）称取3.80 g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

7、是铁的氧化物，试通过计算确定该氧化物的化学式或名称（请写出计算过程）。专练15金属及其化合物的制备流程1答案：（1）PbSO4（s）CO（aq）=PbCO3（s）SO（aq）存在沉淀溶解平衡PbSO4（s）Pb2（aq）SO（aq），已知Ksp（PbCO3）Ksp（PbSO4），加入Na2CO3，可将PbSO4转化为更难溶的PbCO3，有利于后续溶于酸（2）沉淀转化反应BaSO4（s）CO（aq）BaCO3（s）SO（aq）的平衡常数K0.04，K值较小，说明正向反应程度有限（3）（）Fe2（）PbH2O22HAc=Pb（Ac）22H2O（）H2O2作还原剂，还原PbO2（4）Al（OH）3、

8、Fe（OH）3、BaSO4（5）Ba2、Na解析：（1）结合难溶电解质的Ksp，可知利用Na2CO3“脱硫”发生沉淀转化反应：PbSO4（s）CO（aq）=PbCO3（s）SO（aq）；存在沉淀溶解平衡PbSO4（s）Pb2（aq）SO（aq），已知Ksp（PbCO3）Ksp（PbSO4），加入Na2CO3，可将PbSO4转化为更难溶的PbCO3，有利于后续溶于酸。（2）沉淀转化反应BaSO4（s）CO（aq）BaCO3（s）SO（aq）的平衡常数K0.04，K值较小，说明正向反应程度有限，BaSO4不能完全转化为BaCO3。（3）（）根据铅膏的组成成分中含铁元素可知，H2O2能够氧化的离子为

9、Fe2；（）H2O2将Pb氧化为Pb2，继而Pb2与醋酸反应生成Pb（Ac）2，反应的化学方程式为PbH2O22HAc=Pb（Ac）22H2O；（）PbO2转化为Pb（Ac）2的过程中Pb元素化合价降低，则H2O2作还原剂，起到还原PbO2的作用。（4）“脱硫”时，BaSO4部分转化为BaCO3，Ba元素以BaSO4、BaCO3的形式进入“酸浸”工序，此外还有Al、Fe等金属元素，结合题给金属氢氧化物沉淀时的pH和铅膏的成分，可知滤渣中含有Al（OH）3、Fe（OH）3、BaSO4。（5）“沉铅”后的滤液中有“酸浸”时BaCO3溶于酸产生的Ba2，还有因加入NaOH溶液而引入的Na。2答案：（

10、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。

11、（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） molL11106 molL1。（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。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）H2OT

12、iO2xH2O2H。（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。3答案：（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

13、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CuSO4，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

14、，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）2CuOH2O可知，Cu（OH）2的质量为g，沉淀中CuCO3的质量分数为100%4答案：（1）抑制Fe2水解（2）（NH4）2Fe（SO4）2H2C2O42H2O=FeC2O42H2OH2SO4（NH4）2SO4（3）碳和铁0.6（4）FeC2O42H2OFeC2O42H2OFe2O3

15、解析：（1）配制（NH4）2Fe（SO4）2溶液时，溶液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1 mol FeC2O42H2O，则参加反应的KMnO4为0.6 mol；（4）通过剩余固体的质量可知，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；3.6 g草酸亚铁晶体中的铁元素质量为：3.6 g1.12 g，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：1.60 g1.12 g0.48 g，铁元素和氧元素的物质的量之比为：23，铁的氧化物的化学式为Fe2O3。