2023版高考化学 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12022全国甲卷硫酸锌(ZnSO4)是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备，菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下：本题中所涉及离子的氢氧化物溶度积常数如下表：离子Fe3Zn2Cu2Fe2Mg2Ksp4.010386.710172.210208.010161.81011回答下列问题：(1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为_。(2)为了提高锌的浸取效果，可采取的措施有_、_。(3)加入物质X调溶液pH5，最适宜使用的X是_(填标号)。ANH3H2OBCa(OH)2

2、CNaOH滤渣的主要成分是_、_、_。(4)向8090的滤液中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤，滤渣中有MnO2，该步反应的离子方程式为_。(5)滤液中加入锌粉的目的是_。(6)滤渣与浓H2SO4反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是_、_。22021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Ce2nH2O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_

3、(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Ce2nH2O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：NH3H2O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_。32021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，

4、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

5、“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。42021福建卷四钼酸铵是钼深加工的重要中间产品，具有广泛的用途。一种以钼精矿(含MoS2，还有Cu、Fe的化合物及SiO2等)为原料制备四钼酸铵的工艺流程如下图所示。回答下列问题：(1)“焙烧”产生的气体用_吸收后可制取氮肥。(2)“浸出”时，MoO3转化为MoO。提高单位时间内钼浸出率的措施有_(任写两种)。温度对90 min内钼浸出率的影响如图所示。当浸出温度超过80 后，

6、钼的浸出率反而降低，主要原因是温度升高使水大量蒸发，导致_。(3)“净化”时，浸出液中残留的Cu2、Fe2转化为沉淀除去。研究表明，该溶液中c(S2)和pH的关系为：lg c(S2)pH15.1。为了使溶液中的杂质离子浓度小于1.0106 molL1，应控制溶液的pH不小于_。(已知：pKsplg Ksp；CuS和FeS的pKsp分别为35.2和17.2)(4)“净化”后，溶液中若有低价钼(以MoO表示)，可加入适量H2O2将其氧化为MoO，反应的离子方程式为_。(5)“沉淀”时，加入NH4NO3的目的是_。(6)高温下用H2还原(NH4)2Mo4O13可制得金属钼，反应的化学方程式为_。已知

7、：(NH4)2Mo4O13受热分解生成MoO352021江苏卷以锌灰(含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2)和Fe2(SO4)3为原料制备的ZnFe2O4脱硫剂，可用于脱除煤气中的H2S。脱硫剂的制备、硫化、再生过程可表示为：(1)“除杂”包括加足量锌粉、过滤、加H2O2氧化等步骤。除Pb2和Cu2外，与锌粉反应的离子还有_(填化学式)。(2)“调配比”前，需测定ZnSO4溶液的浓度。准确量取2.50 mL除去Fe3的ZnSO4溶液于100 mL容量瓶中，加水稀释至刻度；准确量取20.00 mL稀释后的溶液于锥形瓶中，滴加氨水调节溶液pH10，用0.015 0 molL1 EDT

8、A(Na2H2Y)溶液滴定至终点(滴定反应为Zn2Y4=ZnY2)，平行滴定3次，平均消耗EDTA溶液25.00 mL。计算ZnSO4溶液的物质的量浓度_(写出计算过程)。(3)400 时，将一定比例H2、CO、CO2和H2S的混合气体以一定流速通过装有ZnFe2O4脱硫剂的硫化反应器。硫化过程中，ZnFe2O4与H2、H2S反应生成ZnS和FeS，其化学方程式为_。硫化一段时间后，出口处检测到COS。研究表明ZnS参与了H2S与CO2生成COS的反应，反应前后ZnS的质量不变，该反应过程可描述为_。(4)将硫化后的固体在N2O2955(体积比)的混合气体中加热再生，固体质量随温度变化的曲线如

9、图所示。在280400 范围内，固体质量增加的主要原因是_。专练15金属及其化合物的制备流程1(1)ZnCO3ZnOCO2(2)升高温度、不断搅拌、充分粉碎、适当提高硫酸浓度等(任选两个，答案合理即可)(3)BSiO2Fe(OH)3CaSO4(4)MnO3Fe27H2O=MnO23Fe(OH)35H(5)除去铜离子(6)硫酸钙硫酸镁解析：(1)根据产物有氧化锌，参照碳酸钙的高温分解可写出化学方程式。(2)为了提高浸取效果，工业上一般需要加快反应速率，可以从浓度、温度、接触面积等角度考虑。(3)调pH要考虑不能引入不易除去的杂质离子，如Na和NH后期不易除去；加入氢氧化钙，Ca2后期可以被F除去

10、，同时与硫酸根结合生成微溶的硫酸钙。在确定滤渣成分时，利用Ksp与Q的大小关系，可知沉淀出Fe(OH)3。(4)根据题意可知，反应中MnO转化为MnO2，说明另一反应物具有还原性，只能是Fe2；pH5时，产物为Fe(OH)3。(5)加入锌粉的目的是除去铜离子。(6)滤渣为CaF2、MgF2，可与浓H2SO4分别发生反应：CaF2H2SO4(浓)CaSO42HF、MgF2H2SO4(浓)MgSO42HF，得到的副产物为硫酸钙和硫酸镁。2(1)Ce(2)搅拌、适当升高温度(合理即可)(3)Fe(OH)3、Al(OH)3(4)强化沉降Fe(OH)3和Al(OH)3(5)2Ce36HCO(n3)H2O

11、=Ce2(CO3)3nH2O3CO2碱性(6)6FePO43Li2CO3C6H12O66LiFePO49CO6H2O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)“焙烧”后，F转化为HF而除去，SiO2不溶解，“水浸”后溶液中有Al3、Fe3、Ce3的磷酸盐或硫酸盐，PO在“除磷”过程中被除去，故“聚沉”后所得的滤渣的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)Fe(OH)3和Al(OH)3是胶状沉淀，不能完全被过滤掉，故加入絮凝剂强化沉降Fe(OH)3和Al(OH)3。(5)“

12、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6FePO43Li2CO3C6H12O66LiFePO49CO

13、6H2O。3(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、M

14、g2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) 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(

15、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。4(1)氨水(2)适当升温、搅拌、增加Na2CO3用量(增大Na2CO3浓度)等Na2MoO4晶体析出，混入浸渣(3)3.9(4)H2O2MoO=MoOH2O(5)提供NH，使MoO充分转化为沉淀析出(6)(NH4)2Mo4O1312H24Mo2NH313H2O解析：(1)焙烧产生SO2，题目中有“氮肥”题眼，所以用碱性溶液氨水吸收。(2)“提高单位时间内钼浸出率”即提高溶液中的反应速率，可适当升温、搅拌、增加Na2CO3用量(增大Na2C

16、O3浓度)等。钼的浸出率降低，题中已说明“主要原因是温度升高使水大量蒸发”，说明溶剂减少，导致Na2MoO4晶体析出，混入浸渣。(3)由Kspc(S2)c(M2)，得lg Ksplg c(S2)lg c(M2)lg c(S2)6，lg c(S2)lg Ksp6，代入关系式lg c(S2)pH15.1，得pHlg Ksp615.1，代入数据，分别计算得pH3.9和pH14.1，则pH不应小于3.9。(4)H2O2将MoO氧化为MoO，自身被还原为H2O，根据得失电子守恒，可得离子方程式为H2O2MoO=MoOH2O。(5)加入NH4NO3，增大NH浓度，使沉淀溶解平衡正向移动，有利于MoO充分转

17、化为沉淀析出。(6)H2还原(NH4)2Mo4O13得金属钼，根据得失电子守恒、原子守恒，可得反应的化学方程式为(NH4)2Mo4O1312H24Mo2NH313H2O。5(1)Fe3、H(2)稀释后的ZnSO4溶液中：c(Zn2)1.875102 molL1原ZnSO4溶液中：c(Zn2)0.750 molL1(3)ZnFe2O4H23H2SZnS2FeS4H2OZnS与CO2反应生成COS和ZnO，ZnO再与H2S反应转化为ZnS和H2O(4)ZnS、FeS部分被氧化成硫酸盐解析：(1)锌有还原性，Fe3有氧化性，可以发生氧化还原反应。(3)H2作还原剂，ZnFe2O4作氧化剂，根据得失电子守恒、原子守恒可配平化学方程式。因ZnS参与了反应，且质量不变，说明ZnS参与反应后又重新生成了。(4)在280400 范围内，固体ZnS、FeS部分被氧化成硫酸盐，所以固体质量增加。