2025版新教材高考化学第二轮复习专题练--专题三 金属及其化合物（含答案）
文档属性
| 名称 | 2025版新教材高考化学第二轮复习专题练--专题三 金属及其化合物（含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 2.8MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-02-09 21:22:28 | ||
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文档简介
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2025版新教材高考化学第二轮复习
专题三 金属及其化合物
五年高考
考点1 钠、铁及其化合物
1.(2024安徽,3,3分)青少年帮厨既可培养劳动习惯,也能将化学知识应用于实践。下列有关解释合理的是 ( )
A.清洗铁锅后及时擦干,能减缓铁锅因发生吸氧腐蚀而生锈
B.烹煮食物的后期加入食盐,能避免NaCl长时间受热而分解
C.将白糖熬制成焦糖汁,利用蔗糖高温下充分炭化为食物增色
D.制作面点时加入食用纯碱,利用NaHCO3中和发酵过程产生的酸
2.(2024山东,2,2分)化学品在食品工业中也有重要应用,下列说法错误的是 ( )
A.活性炭可用作食品脱色剂
B.铁粉可用作食品脱氧剂
C.谷氨酸钠可用作食品增味剂
D.五氧化二磷可用作食品干燥剂
3.(2024黑、吉、辽,5,3分)家务劳动中蕴含着丰富的化学知识。下列相关解释错误的是 ( )
A.用过氧碳酸钠漂白衣物:Na2CO4具有较强氧化性
B.酿米酒需晾凉米饭后加酒曲:乙醇受热易挥发
C.用柠檬酸去除水垢:柠檬酸酸性强于碳酸
D.用碱液清洗厨房油污:油脂可碱性水解
4.(2024浙江6月选考,2,3分)下列说法不正确的是 ( )
A.Al(OH)3呈两性,不能用于治疗胃酸过多
B.Na2O2能与CO2反应产生O2,可作供氧剂
C.FeO有还原性,能被氧化成Fe3O4
D.HNO3见光易分解,应保存在棕色试剂瓶中
5.(2024新课标,9,6分)实验室中利用下图装置验证铁与水蒸气的反应。下列说法错误的是 ( )
A.反应为3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)
B.酒精灯移至湿棉花下方实验效果更佳
C.用火柴点燃肥皂泡检验生成的氢气
D.使用硬质玻璃试管盛装还原铁粉
6.(2024湖南,11,3分)中和法生产Na2HPO4·12H2O的工艺流程如下:
已知:①H3PO4的电离常数:=6.9×10-3,=6.2×10-8,=4.8×10-13;
②Na2HPO4·12H2O易风化。
下列说法错误的是 ( )
A.“中和”工序若在铁质容器中进行,应先加入Na2CO3溶液
B.“调pH”工序中X为NaOH或H3PO4
C.“结晶”工序中溶液显酸性
D.“干燥”工序需在低温下进行
7.(2024湖北,10,3分)碱金属的液氨溶液含有的蓝色溶剂化电子[e(NH3)n]-是强还原剂。锂与液氨反应的装置如图(夹持装置略)。下列说法错误的是 ( )
A.碱石灰有利于NH3逸出
B.锂片必须打磨出新鲜表面
C.干燥管中均可选用P2O5
D.双口烧瓶中发生的变化是Li+nNH3 Li++[e(NH3)n]-
8.(2023重庆,3,3分)下列叙述正确的是 ( )
A.Mg分别与空气和氧气反应,生成的产物相同
B.SO2分别与H2O和H2S反应,反应的类型相同
C.Na2O2分别与H2O和CO2反应,生成的气体相同
D.浓H2SO4分别与Cu和C反应,生成的酸性气体相同
9.(2023湖南,7,3分)取一定体积的两种试剂进行反应,改变两种试剂的滴加顺序(试剂浓度均为0.1 mol·L-1),反应现象没有明显差别的是 ( )
选项 试剂① 试剂②
A 氨水 AgNO3溶液
B NaOH溶液 Al2(SO4)3溶液
C H2C2O4溶液 酸性KMnO4溶液
D KSCN溶液 FeCl3溶液
10.(2022广东,6,2分)劳动开创未来。下列劳动项目与所述的化学知识没有关联的是( )
选项 劳动项目 化学知识
A 面包师用小苏打作发泡剂烘焙面包 Na2CO3可与酸反应
B 环保工程师用熟石灰处理酸性废水 熟石灰具有碱性
C 工人将模具干燥后再注入熔融钢水 铁与H2O高温下会反应
D 技术人员开发高端耐腐蚀镀铝钢板 铝能形成致密氧化膜
11.(2021河北,1,3分)“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献,陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁,再锻打成钢。下列说法错误的是 ( )
A.钢是以铁为主的含碳合金
B.钢的含碳量越高,硬度和脆性越大
C.生铁由于含碳量高,熔点比熟铁高
D.冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
12.(2021广东,10,2分)部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是 ( )
A.a可与e反应生成b
B.b既可被氧化,也可被还原
C.可将e加入浓碱液中制得d的胶体
D.可存在b→c→d→e→b的循环转化关系
13.(2023重庆,15,14分)Fe3O4是一种用途广泛的磁性材料,以FeCl2为原料制备Fe3O4并获得副产物CaCl2水合物的工艺如下。
25 ℃时各物质溶度积见下表:
物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Ca(OH)2
溶度积(Ksp) 4.9×10-17 2.8×10-39 5.0×10-6
回答下列问题:
(1)Fe3O4中Fe元素的化合价是+2和 。O2-的核外电子排布式为 。
(2)反应釜1中的反应需在隔绝空气条件下进行,其原因是 。
(3)反应釜2中,加入CaO和分散剂的同时通入空气。
①反应的离子方程式为 。
②为加快反应速率,可采取的措施有 (写出两项即可)。
(4)①反应釜3中,25 ℃时,Ca2+浓度为5.0 mol/L,理论上pH不超过 。
②称取CaCl2水合物1.000 g,加水溶解,加入过量Na2C2O4,将所得沉淀过滤洗涤后,溶于热的稀硫酸中,用0.100 0 mol/L KMnO4标准溶液滴定,消耗24.00 mL。滴定达到终点的现象为 ,该副产物中CaCl2的质量分数为 。
14.(2022天津,13,14分)金属钠及其化合物在人类生产生活中起着重要作用。回答下列问题:
(1)基态Na原子的价层电子轨道表示式为 。
(2)NaCl熔点为800.8 ℃,工业上采用电解熔融NaCl制备金属Na。电解反应方程式如下:
2NaCl(l) 2Na(l)+Cl2(g)
加入 CaCl2的目的是 。
(3)Na2O2的电子式为 。在25 ℃和101 kPa时,Na与O2反应生成1 mol Na2O2放热510.9 kJ,写出该反应的热化学方程式: 。
(4)采用空气和Na为原料可直接制备Na2O2。空气与熔融金属Na反应前需依次通过 、
(填序号)
a.浓硫酸 b.饱和食盐水 c.NaOH溶液 d.KMnO4溶液
(5)钠的某氧化物晶胞如下图,图中所示钠离子全部位于晶胞内。由晶胞图判断该氧化物的化学式为 。
(6)天然碱的主要成分为Na2CO3·NaHCO3·2H2O,1 mol Na2CO3·NaHCO3·2H2O经充分加热得到Na2CO3的质量为 g。
15.(2021海南,15,10分)无水FeCl3常作为芳烃氯代反应的催化剂。某研究小组设计了如下流程,以废铁屑(含有少量碳和SiO2杂质)为原料制备无水FeCl3(s)。
已知:氯化亚砜()熔点-101 ℃,沸点76 ℃,易水解。
回答问题:
(1)操作①是过滤,用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和 。
(2)为避免引入新的杂质,试剂B可以选用 (填编号)。
a.KMnO4溶液 b.氯水 c.溴水 d.H2O2溶液
(3)操作②是蒸发结晶,加热的同时通入HCl(g)的目的是 。
(4)取少量D晶体,溶于水并滴加KSCN溶液,现象是 。
(5)反应D→E的化学方程式为 。
(6)由D转化成E的过程中可能产生少量亚铁盐,写出一种可能的还原剂 ,并设计实验验证是该还原剂将Fe3+还原: 。
考点2 金属资源的开发利用
类型1 选择型流程题
16.(2024贵州,13,3分)贵州重晶石矿(主要成分BaSO4)储量占全国1/3以上。某研究小组对重晶石矿进行“富矿精开”研究,开发了制备高纯纳米钛酸钡(BaTiO3)工艺。部分流程如下:
下列说法正确的是 ( )
A.“气体”主要成分是H2S,“溶液1”的主要溶质是Na2S
B.“系列操作”可为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
C.“合成反应”中生成BaTiO3的反应是氧化还原反应
D.“洗涤”时可用稀H2SO4去除残留的碱,以提高纯度
17.(2024黑、吉、辽,13,3分)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn,流程如下。“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是 ( )
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子 Zn2+ Cu2+ Cl-
浓度(g·L-1) 145 0.03 1
A.“浸铜”时应加入足量H2O2,确保铜屑溶解完全
B.“浸铜”反应:2Cu+4H++H2O2 2Cu2++H2↑+2H2O
C.“脱氯”反应:Cu+Cu2++2Cl- 2CuCl
D.脱氯液净化后电解,可在阳极得到Zn
18.(2024江西,8,3分)从CPU针脚(含有铜、镍和钴等金属)中回收金的实验步骤如下图。下列说法错误的是 ( )
A.将CPU针脚粉碎可加速溶解
B.除杂和溶金步骤需在通风橱中进行
C.富集后,K[AuBr4]主要存在于滤液中
D.还原步骤中有S生成
19.(2023辽宁,10,3分)某工厂采用如下工艺制备Cr(OH)3,已知焙烧后Cr元素以+6价形式存在,下列说法错误的是 ( )
A.“焙烧”中产生CO2
B.滤渣的主要成分为Fe(OH)2
C.滤液①中Cr元素的主要存在形式为Cr
D.淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
20.(2023福建,7,4分)从炼钢粉尘(主要含Fe3O4、Fe2O3和ZnO)中提取锌的流程如下:
“盐浸”过程ZnO转化为[Zn(NH3)4]2+,并有少量Fe2+和Fe3+浸出。下列说法错误的是( )
A.“盐浸”过程若浸液pH下降,需补充NH3
B.“滤渣”的主要成分为Fe(OH)3
C.“沉锌”过程发生反应[Zn(NH3)4]2++4H2O+S2- ZnS↓+4NH3·H2O
D.应合理控制(NH4)2S用量,以便滤液循环使用
21.(2023湖南,9,3分)处理某铜冶金污水(含Cu2+、Fe3+、Zn2+、Al3+)的部分流程如下:
已知:①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5
完全沉淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6
②Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24。
下列说法错误的是 ( )
A.“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B.Na2S溶液呈碱性,其主要原因是S2-+H2O HS-+OH-
C.“沉淀池Ⅱ”中,当Cu2+和Zn2+完全沉淀时,溶液中=4.0×10-12
D.“出水”经阴离子交换树脂软化处理后,可用作工业冷却循环用水
22.(2023河北,10,3分)一种以锰尘(主要成分为Mn3O4,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯MnCO3的清洁生产新工艺流程如下:
已知:室温下相关物质的Ksp如下表。
Al(OH)3 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Fe(OH)2
10-32.9 10-11.3 10-5.3 10-16.3
Fe(OH)3 Mn(OH)2 MgF2 CaF2
10-38.6 10-12.7 10-10.3 10-8.3
下列说法错误的是 ( )
A.酸浸工序中产生的气体①为氯气
B.滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3
C.除杂②工序中逐渐加入NaF溶液时,若Ca2+、Mg2+浓度接近,则CaF2先析出
D.沉淀工序中发生反应的离子方程式为Mn2++2HC MnCO3↓+CO2↑+H2O
23.(2022湖南,7,3分)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下:
下列说法错误的是 ( )
A.不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料
B.采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C.合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2
D.滤液可回收进入吸收塔循环利用
24.(2022福建,6,4分)用铬铁合金(含少量Ni、Co单质)生产硫酸铬的工艺流程如下:
下列说法错误的是 ( )
A.“浸出”产生的气体含有H2
B.“除杂”的目的是除去Ni、Co元素
C.流程中未产生六价铬化合物
D.“滤渣2”的主要成分是Fe2(C2O4)3
类型2 矿物的开发利用
25.(2024江西,15,14分)稀土是国家的战略资源之一。以下是一种以独居石[主要成分为CePO4,含有Th3(PO4)4、U3O8和少量镭杂质]为原料制备CeCl3·nH2O的工艺流程图。
已知:ⅰ.Ksp[Th(OH)4]=4.0×10-45,Ksp[Ce(OH)3]=1.6×10-20,Ksp[Ce(OH)4]=2.0×10-48
ⅱ.镭为第ⅡA族元素
回答下列问题:
(1)关于独居石的热分解,以下说法正确的是 (填标号)。
a.降低压强,分解速率增大
b.降低温度,分解速率降低
c.反应时间越长,分解速率越大
d.提高搅拌速度,分解速率降低
(2)Na2U2O7中铀元素的化合价为 ,热分解阶段U3O8生成Na2U2O7的化学反应方程式为 。
(3)浓缩结晶后,得到的晶体产物化学式为 。滤液可用于 阶段循环利用,避免产生大量的高碱度废水。
(4)溶解阶段,将溶液pH先调到1.5~2.0,反应后再回调至4.5。
①盐酸溶解Ce(OH)4的离子方程式为 。
②当溶液pH=4.5时,c(Th4+)= mol/L,此时完全转化为氢氧化钍沉淀。
(5)以BaSO4为载体形成共沉淀,目的是去除杂质 。
26.(2024山东,18,12分)以铅精矿(含PbS、Ag2S等)为主要原料提取金属Pb和Ag的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“热浸”时,难溶的PbS和Ag2S转化为[PbCl4]2-和[AgCl2]-及单质硫。溶解等物质的量的PbS和Ag2S时,消耗Fe3+物质的量之比为 ;溶液中盐酸浓度不宜过大,除防止“热浸”时HCl挥发外,另一目的是防止产生 (填化学式)。
(2)将“过滤Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反复用饱和食盐水热溶,电解所得溶液可制备金属Pb。“电解Ⅰ”阳极产物用尾液吸收后在工艺中循环使用,利用该吸收液的操作单元为 。
(3)“还原”中加入铅精矿的目的是 。
(4)“置换”中可选用的试剂X为 (填标号);
A.Al B.Zn C.Pb D.Ag
“置换”反应的离子方程式为 。
(5)“电解Ⅱ”中将富银铅泥制成电极板,用作 (填“阴极”或“阳极”)。
27.(2023海南,15,14分)铍的氧化物广泛应用于原子能、航天、电子、陶瓷等领域,是重要的战略物资。利用绿柱石(主要化学成分为(Be3Al2Si6O18,还含有一定量的FeO和Fe2O3)生产BeO的一种工艺流程如下。
回答问题:
(1)Be3Al2Si6O18中Be的化合价为 。
(2)粉碎的目的是 ;残渣的主要成分是 (填化学式)。
(3)该流程中能循环使用的物质是 (填化学式)。
(4)无水BeCl2可用作聚合反应的催化剂。BeO、Cl2与足量C在600~800 ℃制备BeCl2的化学方程式为 。
(5)沉铍时,将pH从8.0提高到8.5,则铍的损失降低至原来的 %。
28.(2023北京,18,13分)以银锰精矿(主要含Ag2S、MnS、FeS2)和氧化锰矿(主要含MnO2)为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如下。
已知:酸性条件下, MnO2的氧化性强于Fe3+。
(1)“浸锰”过程是在H2SO4溶液中使矿石中的锰元素浸出,同时去除FeS2,有利于后续银的浸出;矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中。
①“浸锰”过程中,发生反应MnS+2H+ Mn2++H2S↑,则可推断:Ksp(MnS) Ksp(Ag2S)(填“>”或“<”)。
②在H2SO4溶液中,银锰精矿中的FeS2和氧化锰矿中的MnO2发生反应,则浸锰液中主要的金属阳离子有 。
(2)“浸银”时,使用过量FeCl3、HCl和CaCl2的混合液作为浸出剂,将Ag2S中的银以[AgCl2]-形式浸出。
①将“浸银”反应的离子方程式补充完整:
2Fe3++Ag2S+4 2 +2[AgCl2]-+S
②结合平衡移动原理,解释浸出剂中Cl-、H+的作用: 。
(3)“沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂。
①该步反应的离子方程式有 。
②一定温度下,Ag的沉淀率随反应时间的变化如图所示。解释t分钟后Ag的沉淀率逐渐减小的原因: 。
(4)结合“浸锰”过程,从两种矿石中各物质利用的角度,分析联合提取银和锰的优势: 。
29.(2021福建,11,13分)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(主要含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Mo。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,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lgc(S2-)=pH-15.1。为了使溶液中的杂质离子浓度小于1.0×10-6 mol·L-1,应控制溶液的pH不小于 。 (已知:pKsp=-lgKsp;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Mo表示),可加入适量H2O2将其氧化为Mo,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:(NH4)2Mo4O13受热分解生成MoO3]
30.(2021山东,17,11分)工业上以铬铁矿(FeCr2O4,含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7·2H2O)的工艺流程如下。回答下列问题:
(1)焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2CrO4,并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐。焙烧时气体与矿料逆流而行,目的是 。
(2)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为已除尽。
中和时pH的理论范围为 ;酸化的目的是 ;Fe元素在 (填操作单元的名称)过程中除去。
(3)蒸发结晶时,过度蒸发将导致 ;冷却结晶所得母液中,除Na2Cr2O7外,可在上述流程中循环利用的物质还有 。
(4)利用膜电解技术(装置如图所示),以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为:
4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑
则Na2Cr2O7在 (填“阴”或“阳”)极室制得,电解时通过膜的离子主要为 。
类型3 废料或中间体的回收利用
31.(2024贵州,16,15分)煤气化渣属于大宗固废,主要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2及少量MgO等。一种利用“酸浸—碱沉—充钠”工艺,制备钠基正极材料NaFePO4和回收Al2O3的流程如下:
已知:
①25 ℃时,Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12;
②2Na[Al(OH)4](aq) Al2O3·3H2O(s)+2NaOH(aq)。
回答下列问题:
(1)“滤渣”的主要成分为 (填化学式)。
(2)25 ℃时,“碱沉”控制溶液pH至3.0,此时溶液中c(Fe3+)= mol·L-1。
(3)“除杂”时需加入的试剂X是 。
(4)“水热合成”中,NH4H2PO4作为磷源,“滤液2”的作用是 ,水热合成NaFePO4的离子方程式为 。
(5)“煅烧”得到的物质也能合成钠基正极材料NaFeO2,其工艺如下:
①该工艺经碳热还原得到Fe3O4,“焙烧”生成NaFeO2的化学方程式为 。
②NaFeO2的晶胞结构示意图如甲所示。每个晶胞中含有NaFeO2的单元数有 个。
甲 乙 丙
③若“焙烧”温度为700 ℃,n(Na2CO3)∶n(Fe3O4)=9∶8时,生成纯相Na1-xFeO2,则x= ,其可能的结构示意图为 (选填“乙”或“丙”)。
32.(2024全国甲,26,14分)钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的+2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。
注:加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于10-5 mol·L-1,其他金属离子不沉淀,即认为完全分离。
已知:①Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(ZnS)=2.5×10-22,Ksp(CoS)=4.0×10-21。
②以氢氧化物形式沉淀时,lg[c(M)/(mol·L-1)]和溶液pH的关系如图所示。
回答下列问题:
(1)“酸浸”前,需将废渣磨碎,其目的是 。
(2)“酸浸”步骤中,CoO发生反应的化学方程式是 。
(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.10 mol·L-1,向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全,此时溶液中c(Co2+)= mol·L-1,据此判断能否实现Zn2+和Co2+的完全分
离 (填“能”或“不能”)。
(4)“沉锰”步骤中,生成1.0 mol MnO2,产生H+的物质的量为 。
(5)“沉淀”步骤中,用NaOH调pH=4,分离出的滤渣是 。
(6)“沉钴”步骤中,控制溶液pH=5.0~5.5,加入适量的NaClO氧化Co2+,其反应的离子方程式为 。
(7)根据题中给出的信息,从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是 。
33.(2024安徽,15,14分)精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等多种元素。研究人员设计了一种从铜阳极泥中分离提取金和银的流程,如下图所示。
回答下列问题:
(1)Cu位于元素周期表第 周期第 族。
(2)“浸出液1”中含有的金属离子主要是 。
(3)“浸取2”步骤中,单质金转化为HAuCl4的化学方程式为 。
(4)“浸取3”步骤中,“浸渣2”中的 (填化学式)转化为[Ag(S2O3)2]3-。
(5)“电沉积”步骤中阴极的电极反应式为 。“电沉积”步骤完成后,阴极区溶液中可循环利用的物质为 (填化学式)。
(6)“还原”步骤中,被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为 。
(7)Na2S2O3可被I2氧化为Na2S4O6。从物质结构的角度分析S4的结构为(a)而不是(b)的原因: 。
34.(2024广东,18,14分)镓(Ga)在半导体、记忆合金等高精尖材料领域有重要应用。一种从电解铝的副产品炭渣(含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素)中提取镓及循环利用铝的工艺如下。
工艺中,LAEM是一种新型阴离子交换膜,允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用LAEM提取金属离子Mn+的原理如图。
已知:
①pKa(HF)=3.2。
②Na3[AlF6](冰晶石)的 Ksp为4.0×10-10。
③浸取液中,Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m-3)-(m=0~4)微粒形式存在,Fe2+最多可与2个Cl-配位,其他金属离子与Cl-的配位可忽略。
(1)“电解”中,反应的化学方程式为 。
(2)“浸取”中,由Ga3+形成[GaCl4]-的离子方程式为 。
(3)“还原”的目的:避免 元素以 (填化学式)微粒的形式通过LAEM,从而有利于Ga的分离。
(4)“LAEM提取”中,原料液的Cl-浓度越 ,越有利于Ga的提取;研究表明,原料液酸度过高,会降低Ga的提取率。因此,在不提高原料液酸度的前提下,可向Ⅰ室中加入 (填化学式),以进一步提高Ga的提取率。
(5)“调pH”中,pH至少应大于 ,使溶液中c(F-)>c(HF),有利于[AlF6]3-配离子及Na3[AlF6]晶体的生成。若“结晶”后溶液中c(Na+)=0.10 mol·L-1,则[AlF6]3-的浓度为 mol·L-1。
(6)一种含Ga、Ni、Co元素的记忆合金的晶体结构可描述为Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心,形成如图所示的结构单元。该合金的晶胞中,粒子个数最简比Co∶Ga∶Ni= ,其立方晶胞的体积为 nm3。
35.(2024湖南,16,14分)铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一种含贵金属的可再生资源,回收贵金属的化工流程如下:
已知:①当某离子的浓度低于1.0×10-5 mol·L-1时,可忽略该离子的存在;
②AgCl(s)+Cl-(aq) [AgCl2]-(aq) K=2.0×10-5;
③Na2SO3易从溶液中结晶析出;
④不同温度下Na2SO3的溶解度如下:
温度/℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
回答下列问题:
(1)Cu属于 区元素,其基态原子的价电子排布式为 ;
(2)“滤液1”中含有Cu2+和H2SeO3,“氧化酸浸”时Cu2Se反应的离子方程式为 ;
(3)“氧化酸浸”和“除金”工序均需加入一定量的NaCl:
①在“氧化酸浸”工序中,加入适量NaCl的原因是 ;
②在“除金”工序溶液中,Cl-浓度不能超过 mol·L-1;
(4)在“银转化”体系中,[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-浓度之和为0.075 mol·L-1,两种离子分布分数δ[如δ([Ag(SO3)2]3-)=]随S浓度为1.0 mol·L-1,则[Ag(SO3)3]5-的浓度为 mol·L-1;
(5)滤液4中溶质主要成分为 (填化学式);在连续生产的模式下,“银转化”和“银还原”工序需在40 ℃左右进行,若反应温度过高,将难以实现连续生产,原因是 。
36.(2024新课标,27,14分)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下:
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5mol·L-1)时的pH:
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列问题:
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理,目的是 ;“滤渣1”中金属元素主要为 。
(2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是 ,取少量反应后的溶液,加入化学试
剂 检验 ,若出现蓝色沉淀,需补加MnO2。
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为 。
(4)“除钴液”中主要的盐有 (写化学式),残留的Co3+浓度为 mol·L-1。
37.(2023福建,11,20分)白合金是铜钴矿冶炼过程的中间产物,一种从白合金(主要含Fe3O4、CoO、CuS、Cu2S及少量SiO2)中分离回收金属的流程如下:
(1)“酸浸1”中加快反应速率的措施有 (任写一种)。CoO发生反应的离子方程式: 。
(2)“焙烧1”中,晶体[Fe2(SO4)3·xH2O和CoSO4·yH2O]总质量随温度升高的变化情况如下:
温度区间/℃ <227 227~566 566~600 600~630
晶体总质量 变小 不变 变小 不变
①升温至227 ℃过程中,晶体总质量变小的原因是 ;566~600 ℃发生分解的物质是 (填化学式)。
②为有效分离铁、钴元素,“焙烧1”的温度应控制为 ℃。
(3)25 ℃时,Ksp(CuS)=6.3×10-36,H2S的=1.1×10-7,=1.3×10-13。反应CuS(s)+2H+(aq) Cu2+(aq)+H2S(aq)的平衡常数K= (列出计算式即可)。经计算可判断CuS难溶于稀硫酸。
(4)铜的硫化物结构多样。天然硫化铜俗称铜蓝,其晶胞结构如图。
①基态Cu2+的价电子排布式为 。
②晶胞中含有 个,N(Cu+)∶N(Cu2+)= 。
③晶体中微粒间作用力有 (填标号)。
a.氢键 b.离子键 c.共价键 d.金属键
(5)“焙烧2”中Cu2S发生反应的化学方程式为 ;“滤渣2”是 (填化学式)。
38.(2023河北,16,14分)闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离,同时得到的CuCl可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下:
已知:室温下的Ksp(CuCl)=10-6.8。
回答下列问题:
首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到,其主要成分
为 (填化学式)。
(2)滤渣的主要成分为 (填化学式)。
(3)浸取工序的产物为[Cu(NH3)2]Cl,该工序发生反应的化学方程式为 。浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①,氧化工序发生反应的离子方程式为 。
(4)浸取工序宜在30~40 ℃之间进行。当环境温度较低时,浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是 。
(5)补全中和工序中主反应的离子方程式[Cu(NH3)2]++2H++Cl- 。
(6)真空干燥的目的为 。
39.(2022福建,11,13分)粉煤灰是火电厂的大宗固废。以某电厂的粉煤灰为原料(主要含SiO2、Al2O3和CaO等)提铝的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“浸出”时适当升温的主要目的是 ,Al2O3发生反应的离子方程式为 。
(2)“浸渣”的主要成分除残余Al2O3外,还有 。实验测得,5.0 g粉煤灰(Al2O3的质量分数为30%)经浸出、干燥后得到3.0 g “浸渣”(Al2O3的质量分数为8%),Al2O3的浸出率为 。
(3)“沉铝”时,体系中三种物质的溶解度曲线如图所示,加入K2SO4沉铝的目的是 ,“沉铝”的最佳方案为 。
(4)“焙烧”时,主要反应的化学方程式为 。
(5)“水浸”后得到的“滤液2”可返回 工序循环使用。
40.(2021辽宁,16,14分)从钒铬锰矿渣(主要成分为V2O5、Cr2O3、MnO)中提铬的一种工艺流程如下:
已知:pH较大时,二价锰[Mn(Ⅱ)]在空气中易被氧化。回答下列问题:
(1)Cr元素位于元素周期表第 周期 族。
(2)用FeCl3溶液制备Fe(OH)3胶体的化学方程式为 。
(3)常温下,各种形态五价钒粒子总浓度的对数[lgc总(V)]与pH关系如图1所示。已知钒铬锰矿渣硫酸浸液中c总(V)=0.01 mol·L-1,“沉钒”过程控制pH=3.0,则与胶体共沉降的五价钒粒子的存在形态为 (填化学式)。
图1
(4)某温度下,Cr(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)的沉淀率与pH关系如图2所示。“沉铬”过程最佳pH为 ;在该条件下滤液B中c(Cr3+)= mol·L-1[KW近似为1×10-14,Cr(OH)3的Ksp近似为1×10-30]。
图2
(5)“转化”过程中生成MnO2的离子方程式为 。
(6)“提纯”过程中Na2S2O3的作用为 。
41.(2021重庆,15,14分)电镀在工业生产中具有重要作用。某电镀厂生产的废水经预处理后含有Cr2和少量的Cu2+、Ni2+,能够采用以下流程进行逐一分离,实现资源再利用。
已知:Ksp(CuS)=6.3×10-36和Ksp(NiS)=3.0×10-19。回答下列问题:
(1)Cr2中Cr元素的化合价为 。
(2)还原池中有Cr3+生成,反应的离子方程式为 。
(3)沉淀1为Cr(OH)3,其性质与Al(OH)3相似,则Cr(OH)3与NaOH溶液反应的化学方程式为 。
(4)Na2S溶液呈碱性的原因是 (用离子方程式表示),沉淀2为 。
(5)若废水中还含有Cd2+,pH=4时Cd2+的浓度为 mol/L,用该结果说明Cd2+影响上述流程进行分离的原因是 [设H2S平衡浓度为1.0×10-6mol/L,已知:H2S的K1=1.0×10-7,K2=7.0×10-15,Ksp(CdS)=7.0×10-27]。
类型4 其他工艺
42.(2024黑、吉、辽,16,14分)中国是世界上最早利用细菌冶金的国家。已知金属硫化物在“细菌氧化”时转化为硫酸盐,某工厂用细菌冶金技术处理载金硫化矿粉(其中细小的Au颗粒被FeS2、FeAsS包裹),以提高金的浸出率并冶炼金,工艺流程如下:
回答下列问题:
北宋时期我国就有多处矿场利用细菌氧化形成的天然“胆水”冶炼铜,“胆水”的主要溶质
为 (填化学式)。
(2)“细菌氧化”中,FeS2发生反应的离子方程式为 。
(3)“沉铁砷”时需加碱调节pH,生成 (填化学式)胶体起絮凝作用,促进了含As微粒的沉降。
(4)“焙烧氧化”也可提高“浸金”效率,相比“焙烧氧化”,“细菌氧化”的优势为 (填标号)。
A.无需控温 B.可减少有害气体产生
C.设备无需耐高温 D.不产生废液废渣
(5)“真金不怕火炼”表明Au难被O2氧化,“浸金”中NaCN的作用为 。
(6)“沉金”中Zn的作用为 。
(7)滤液②经H2SO4酸化,[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN的化学方程式为 。用碱中和HCN可生成 (填溶质化学式)溶液,从而实现循环利用。
43.(2023湖南,17,15分)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一。近年来,我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术,在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果。工业上以粗镓为原料,制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下:
已知:①金属Ga的化学性质和Al相似,Ga的熔点为29.8 ℃;
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体;
③相关物质的沸点:
物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
回答下列问题:
(1)晶体Ga(CH3)3的晶体类型是 ;
(2)“电解精炼”装置如图所示,电解池温度控制在40~45 ℃的原因是 ,阴极的电极反应式为 ;
(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI,写出该反应的化学方程式 ;
(4)“残渣”经纯水处理,能产生可燃性气体,该气体主要成分是 ;
(5)下列说法错误的是 ;
A.流程中Et2O得到了循环利用
B.流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行
C.“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3),并蒸出Ga(CH3)3
D.用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3,而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是 ;
(7)比较分子中的C—Ga—C键角大小:Ga(CH3)3 Ga(CH3)3(Et2O)(填“>”“<”或“=”),其原因是 。
44.(2021河北,15,14分)绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺,该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料,不产生废弃物,实现了Cr-Fe-Al-Mg的深度利用和Na+内循环。工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是 (填元素符号)。
(2)工序①的名称为 。
(3)滤渣Ⅰ的主要成分是 (填化学式)。
(4)工序③中发生反应的离子方程式为 。
(5)物质Ⅴ可代替高温连续氧化工序中的NaOH,此时发生的主要反应的化学方程式为 ,可代替NaOH的化学试剂还有 (填化学式)。
(6)热解工序产生的混合气体最适宜返回工序 (填“①”“②”“③”或“④”)参与内循环。
(7)工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的pH为 。{通常认为溶液中离子浓度小于10-5 mol·L-1为沉淀完全:Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]- K=100.63;KW=10-14;Ksp[Al(OH)3]=10-33}
三年模拟
题型强化练
题型 化工流程分析
1.(2024湖北十一校二模,9,改编)实验室用MnO2等原料制取少量KMnO4的实验流程如下。下列说法错误的是 ( )
A.通入CO2“歧化”时,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
B.可循环利用的物质是MnO2
C.“过滤”时,为加快分离速率可采用减压过滤
D.向粗品中滴加盐酸若产生气泡则说明含有K2CO3
2.(2024九省联考贵州卷,11)高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色消毒剂,主要用于饮用水处理。某化学兴趣小组用废铁屑(主要成分为Fe,杂质有Al、C及油脂)制备高铁酸钠的主要流程如下。下列说法错误的是 ( )
A.“碱浸”可以除去废铁屑中的油脂
B.“滤渣”的主要成分是Al和C
C.“操作Ⅰ”通入的空气可以用H2O2溶液代替
D.若流程改为先“氧化”后“调pH”,可能会生成Cl2
3.(2024福建泉州一模,9)SrCl2是一种治疗牙本质过敏症的牙膏添加剂。一种用工业碳酸锶(含少量BaCO3、FeO杂质)制取氯化锶晶体(SrCl2·6H2O)的工业流程如下。
下列说法错误的是 ( )
A.Ksp(SrSO4)>Ksp(BaSO4)
B.溶液Ⅰ中发生了反应2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O
C.工业碳酸锶的纯度为×100%
D.系列操作包括蒸发浓缩、冷却结晶等
4.(2024江西鹰潭一模,12)利用含钴废料(主要成分为Co3O4,还含有少量的铝箔、LiCoO2等杂质)制备碳酸钴的工艺流程如图:
已知:萃取Co2+的原理为Co2++2HR CoR2+2H+。下列说法错误的是 ( )
A.“滤液Ⅰ”中溶质的主要成分是Na[Al(OH)4]
B.“酸溶”反应中H2O2作氧化剂
C.“反萃取”中可加入H2SO4分离出Co2+
D.“沉钴”时Na2CO3溶液滴加速率不宜过快,目的是防止生成Co(OH)2
5.(2024安徽皖南八校三联,13)生产镍蓄电池的材料之一为三氧化二镍(Ni2O3),一种从含镍废料(主要成分为镍、铝、氧化铁、碳等)获得Ni2O3的工业流程如图所示:
已知:①NiCl2易溶于水,Fe3+不能氧化Ni2+;②Ksp[Fe(OH)3]=8.0×10-38;③当溶液中离子浓度≤1×10-5 mol·L-1时,认为沉淀完全;④lg 2=0.3。
下列说法错误的是 ( )
A.为除去含镍废料表面的矿物油,X可选用乙醇
B.“酸浸”后的溶液中含有Fe3+、Ni2+、Al3+,可以用KSCN溶液证明Fe3+不能氧化Ni2+
C.常温下,加NiO调节溶液pH=3.3时,溶液中Fe3+刚好沉淀完全
D.“无隔膜电解槽电解”发生的总反应为NaCl+H2ONaClO+H2↑
6.(2024重庆九龙坡二模,15)氧化钪(Sc2O3)可用作半导体镀层的蒸镀材料。可从金属提取工艺中的固体废料“赤泥”(含有Fe2O3、SiO2、Sc2O3、TiO2等)里回收Sc2O3。请结合流程,回答以下问题:
已知:①Sc2O3和TiO2性质较稳定,不易被还原,且TiO2难溶于盐酸;
②“熔炼”过程中,单质硅和大部分单质铁转化为熔融物分离出来;
③草酸可与多种金属离子形成可溶性络合物;
④常温下,部分氢氧化物的溶度积常数如下表所示:
物质 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Sc(OH)3
Ksp 1×10-38 1×10-16 1×10-30
(1)元素Sc在元素周期表中位于 区。
(2)“熔炼”时,请写出生成Fe的反应的化学方程式: 。
(3)“酸浸”时,滤渣的主要成分为 (填化学式)。
(4)“氧化”时,加入H2O2的目的是 (用离子方程式表示)。
(5)常温下,“调pH”时,溶液中c(Sc3+)=0.001 mol·L-1,为除去杂质离子,应控制的pH范围是 ;为检验该杂质离子是否除尽,可选用 (填化学式)溶液进行检验。(当溶液中某离子浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全)
(6)反应过程中,测得钪的沉淀率随的变化情况如图所示。当草酸用量过多时,钪的沉淀率下降的原因是 。
(7)草酸钪晶体[Sc2(C2O4)3·6H2O]在空气中加热,随温度的变化情况如图所示。250 ℃时,晶体的主要成分是 (填化学式){M[Sc2(C2O4)3·6H2O]=462 g·mol-1}。
综合拔高练
建议用时:45分钟
1.(2024湖北名校3月测评,1)湖北盐业历史悠久,早在唐代已有零星的产盐记载。下列说法错误的是 ( )
A.NaCl既可作调味品也可作防腐剂
B.焰色试验可用于区分NaCl和Na2CO3
C.电解食盐水的产物可用于生产漂粉精
D.医疗上生理盐水是含0.9%的NaCl溶液
2.(2024广东湛江一模,10)部分含Fe物质的分类与相应化合价的关系如图所示。下列推断不合理的是 ( )
A.可存在a→e→b的转化
B.e溶液可与KSCN溶液反应生成红色沉淀
C.能用a制作的容器运输浓硫酸
D.a可与稀硝酸恰好反应,生成只含b的溶液
3.(2024陕西宝鸡一模,13)从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下。下列说法正确的是 (C)
A.试剂a是铁、试剂b是稀硫酸
B.操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同
C.试剂c是氯气,相应的反应为2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-
D.用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否含有Fe2+
4.(2024河北张家口一模,10)硫酸镁是一种重要的工业盐,工业上利用矿石废料(主要成分为MgO和SiO2,还含有少量的PbO、FeO、Fe2O3、Al2O3等)制取硫酸镁的工艺流程如下:
下列说法错误的是 ( )
A.滤渣1的成分为SiO2
B.“氧化”时发生反应的离子方程式为H2O2+2H++2Fe2+ 2Fe3++2H2O
C.“净化”时加入MgO是为了调节溶液的pH使杂质离子沉淀
D.“操作2”可直接将MgSO4·7H2O加热失水制备MgSO4
5.(2024湖南长郡中学月考六,11)碘化锂(LiI)在能源、医药等领域有重要应用,某兴趣小组制备LiI·3H2O和LiI,流程如下:
已知:LiI·3H2O在300 ℃以上转变成无水LiI。LiI易溶于水,溶解度随温度升高而增大,在空气中受热易被氧化。Li2CO3难溶于水。下列说法错误的是 ( )
A.步骤①主要发生的离子反应为Li2CO3+2H+ 2Li++CO2↑+H2O
B.步骤②过滤用到的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗
C.步骤④可在空气中加热到300 ℃以上进行转化
D.步骤③中一系列操作包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
6.(2024北京海淀一模,7)分银渣是从阳极泥中提取贵金属后的尾渣,含有PbSO4、BaSO4、SnO2及Au、Ag等,具有较高的综合利用价值。一种从分银渣中提取有用产品的流程如下:
已知:PbCl2(s)+2Cl-(aq) [PbCl4]2-(aq);ⅴ中生成[AuCl4]-和[AgCl3]2-bSO4、PbCO3、BaSO4、BaCO3的Ksp依次为2.5×10-8、7.4×10-14、1.1×10-10、2.6×10-9。
下列说法不正确的是 ( )
A.步骤ⅰ中一定发生反应:PbSO4(s)+C(aq) PbCO3(s)+S(aq)
B.步骤ⅰ、ⅲ后需先过滤再加盐酸
C.步骤ⅱ、ⅳ提取Pb(Ⅱ)、Ba2+时,均有H+和Cl-参加反应
D.试剂a可为NaCl,促进Au、Ag的浸出
7.(2024辽宁沈阳一模,16)马日夫盐[Mn(H2PO4)2·2H2O]是一种用于机械设备的防锈磷化剂,工业上利用软锰矿(主要成分为MnO2,含少量硅、铁、铝等的氧化物)为主要原料,联合处理含SO2的烟气并制备马日夫盐的一种工艺流程如下。请回答下列问题:
已知:①Mn(OH)2不稳定,易被空气氧化;
②有机萃取剂是溶解了一种酸性磷酸酯(表示为H2A2)的磺化煤油,萃取时发生的反应主要为Fe3++3H2A2 Fe(HA2)3+3H+;
③Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33,Ksp[Mn(OH)2]=1.0×10-12.8。
(1)若含SO2的烟气中混有空气,在不同的浸出时间下,浸出液中Mn2+、S的浓度和pH测定结果如下图所示,在“浸锰”步骤中,主反应的化学方程式为 ,2 h后曲线产生明显差异的原因是 (用化学方程式表示)。
(2)萃取可分为扩散萃取和动力学萃取两种类型。萃取率随搅拌速度增加而进一步增加的称为扩散萃取,浸出液受化学反应控制的称为动力学萃取。萃取时搅拌速度和溶液pH对金属离子的萃取率的影响如图所示。萃取时,应采用的最佳实验条件为 ,pH过大或过小都会降低Fe3+萃取率,结合平衡移动原理解释其原因是 。
(3)若浸出液中Mn2+的浓度为1.0 mol/L,则“调pH”的范围为 (当离子浓度小于1.0×10-6 mol/L时认为沉淀完全)。
(4)“沉锰”步骤中为减少副产物Mn(OH)2的生成,正确的操作是将 溶液逐滴加入 溶液中,并不断搅拌。
(5)“酸溶”后的操作步骤包括 、过滤、洗涤、干燥。
8.(2024九省联考广西卷,15)层状结构MoS2薄膜能用于制作电极材料。MoS2薄膜由辉钼矿(主要含MoS2及少量FeO、SiO2)制得MoO3后再与S经气相反应并沉积得到,其流程如下。
回答下列问题:
(1)“焙烧”产生的SO2用NaOH溶液吸收生成NaHSO3的离子方程式为 。
(2)“焙烧”后的固体用氨水“浸取”得到重钼酸铵[(NH4)2Mo2O7]溶液,为提高“浸取”速率,可采用的措施是 (举一例)。
(3)“灼烧”过程中需回收利用的气体是 (填化学式)。
(4)在650 ℃下“气相沉积”生成MoS2的反应需在特定气流中进行,选用Ar而不选用H2形成该气流的原因是 。
(5)层状MoS2晶体与石墨晶体结构类似,层状MoS2的晶体类型为 。将Li+嵌入层状MoS2充电后得到的LixMoS2可作电池负极,该负极放电时的电极反应式为 。结合原子结构分析,Li+能嵌入MoS2层间可能的原因是 。
9.(2024吉林延边一模,17)钒(V)被称为钢铁行业的“维生素”。从某钒矿石焙砂中提取钒的主要流程如下:
已知:ⅰ.滤液A中的阳离子主要有H+、V、Fe3+、Al3+等;
ⅱ.“萃取”过程可表示为VO2++2HA(有机相) VOA2(有机相)+2H+。
回答下列问题:
(1)钒矿石焙砂要进行研磨粉碎,研磨粉碎的目的是 。
(2)“浸钒”过程中,V2O5与硫酸反应的化学方程式为 。
(3)用铁粉“还原”过程中,有如下转化:V→VO2+,Fe→Fe2+;写出其转化的离子方程式: 。
(4)“萃取”前,若不用石灰乳先中和,萃取效果不好,原因是 。
(5)滤渣D的主要成分为 (写化学式)。
(6)用以下方法测量“浸钒”过程中钒的浸出率。从滤液A中取出1 mL,用蒸馏水稀释至10 mL,加入适量过硫酸铵,加热,将滤液A中可能存在的VO2+氧化为V,继续加热煮沸,除去过量的过硫酸铵。冷却后加入3滴指示剂,用n mol·L-1的(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液将V滴定为VO2+,共消耗V1 mL (NH4)2Fe(SO4)2溶液。
已知:a.所取钒矿石焙砂中钒元素的质量为m g;所得滤液A的总体积为c mL;
b.3滴指示剂消耗V2 mL (NH4)2Fe(SO4)2溶液。
①用上述方法测得“浸钒”过程中钒的浸出率为 (用含相应字母的代数式表示)。
②若不除去过量的过硫酸铵,钒浸出率的测定结果将 (填“偏高”“不变”或“偏低”)。
10.(2024安徽淮北二模,16,改编)铌(Nb)、钽(Ta)为同族元素,在航空航天、武器装备等领域发挥着重要作用。以含铌、钽的尾矿(主要成分有Nb2O5、Ta2O5、Al2O3、SiO2、MgO、Fe2O3等)为原料制备Nb2O5、Ta2O5的工艺流程如下:
已知:①“碱浸”步骤中Nb2O5、Ta2O5发生的反应为Nb2O5+2NaOH 2NaNbO3+H2O;Ta2O5+2NaOH 2NaTaO3+H2O。
②“转化”步骤中NaNbO3、NaTaO3分别转化成Nb。
回答下列问题:
(1)碱浸后得到的滤液中溶质的主要成分为 (填化学式);
(2)“盐酸预洗”的目的是 ;
(3)①“转化”步骤中NaNbO3转化为Nb ;
②“转化”步骤在90 ℃、硫酸酸化下完成,反应的速率方程为v=kc1.2(H+)c1.1(F),H2SO4的作用是 ;
(4)Nb能被不同的有机溶剂选择性地萃取而与杂质分离,水相1和水相2中加入硫酸可以回收利用 (填化学式),“调节pH”步骤得到的沉淀是铌、钽的氢氧化物,煅烧氢氧化钽发生反应的方程式为 。
11.(2024江西赣州一模,15)钕铁硼永磁材料被广泛应用于汽车、家电、电子产品等领域。以江西赣州某公司的钕铁硼油泥废料(主要物相为RE2O3、Fe2O3)为原料,回收有价金属的工艺流程如图所示。
已知:①用RE表示稀土元素;②配位阴离子的稳定常数越大,配位阴离子越稳定。几种配位阴离子的稳定常数如下:
配位阴离子 FeC FeC2 Fe(C2O4 Fe(C2O4
稳定常数 25.4 9.4 16.2 20.2
回答下列问题:
(1)钕(Nd)属于f区元素,其原子轨道共有 种不同的形状。
(2)Na2CO3溶液能洗涤钕铁硼油泥废料的原因是 (用离子方程式表示)。
(3)浸取后,对浸取液进行紫外可见光光度测试,结果如图所示。写出Fe2O3与盐酸反应的离子方程式: 。
(4)沉淀时,H2C2O4用量及沉淀温度对稀土元素与铁元素选择性分离的影响如图所示。
沉淀时,n(H2C2O4)与n(RE)的最佳物质的量之比为 ,请说明原因: 。最佳沉淀温度为60 ℃,温度继续升高,稀土元素沉淀率略下降的原因可能是 。
(5)在沉淀后的滤液中加入H2C2O4,溶液中主要存在的配位阴离子是 ,该离子在加入铁粉后生成FeC2O4·2H2O的离子方程式为 。
12.(2024九省联考贵州卷,16)钴属于稀缺性金属。利用“微波辅助低共熔溶剂”浸取某废旧锂离子电池中钴酸锂粗品制备LiCoO2产品,实现资源的循环利用,主要工艺流程如下:
已知:①氯化胆碱[HOCH2CH2N+(CH3)3·Cl-]是一种铵盐;
②Co2+在溶液中常以[CoCl4]2-(蓝色)和[Co(H2O)6]2+(粉红色)形式存在;
③25 ℃时,Ksp[Co(OH)2]=1.6×10-15。
回答下列问题:
(1)LiCoO2中Li的化合价为 。
(2)下图为“微波共熔”中氯化胆碱—草酸和LiCoO2粗品以不同的液固比在120 ℃下微波处理10 min后锂和钴的浸取率图,则最佳液固比为 mL/g。
(3)“水浸”过程中溶液由蓝色变为粉红色,该变化的离子方程式为 。
(4)25 ℃时,“沉钴”反应完成后,溶液pH=10,此时c(Co2+)= mol/L。
(5)“滤饼2”在高温烧结前需要洗涤、干燥,检验“滤饼2”是否洗涤干净的操作及现象是 。
(6)“高温烧结”中需要通入空气,其作用是 。
(7)锂离子电池正极材料LiCoO2在多次充放电后由于可循环锂的损失,结构发生改变生成Co3O4,导致电化学性能下降。
①Co3O4晶体(常式尖晶石型)的晶胞示意图如图所示,则顶点上的离子为 (用离子符号表示)。
②使用LiOH和30% H2O2溶液可以实现LiCoO2的修复,则修复过程中的化学反应方程式为 。
专题三 金属及其化合物
五年高考
考点1 钠、铁及其化合物
1.(2024安徽,3,3分)青少年帮厨既可培养劳动习惯,也能将化学知识应用于实践。下列有关解释合理的是 (A)
A.清洗铁锅后及时擦干,能减缓铁锅因发生吸氧腐蚀而生锈
B.烹煮食物的后期加入食盐,能避免NaCl长时间受热而分解
C.将白糖熬制成焦糖汁,利用蔗糖高温下充分炭化为食物增色
D.制作面点时加入食用纯碱,利用NaHCO3中和发酵过程产生的酸
2.(2024山东,2,2分)化学品在食品工业中也有重要应用,下列说法错误的是 (D)
A.活性炭可用作食品脱色剂
B.铁粉可用作食品脱氧剂
C.谷氨酸钠可用作食品增味剂
D.五氧化二磷可用作食品干燥剂
3.(2024黑、吉、辽,5,3分)家务劳动中蕴含着丰富的化学知识。下列相关解释错误的是 (B)
A.用过氧碳酸钠漂白衣物:Na2CO4具有较强氧化性
B.酿米酒需晾凉米饭后加酒曲:乙醇受热易挥发
C.用柠檬酸去除水垢:柠檬酸酸性强于碳酸
D.用碱液清洗厨房油污:油脂可碱性水解
4.(2024浙江6月选考,2,3分)下列说法不正确的是 (A)
A.Al(OH)3呈两性,不能用于治疗胃酸过多
B.Na2O2能与CO2反应产生O2,可作供氧剂
C.FeO有还原性,能被氧化成Fe3O4
D.HNO3见光易分解,应保存在棕色试剂瓶中
5.(2024新课标,9,6分)实验室中利用下图装置验证铁与水蒸气的反应。下列说法错误的是 (B)
A.反应为3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)
B.酒精灯移至湿棉花下方实验效果更佳
C.用火柴点燃肥皂泡检验生成的氢气
D.使用硬质玻璃试管盛装还原铁粉
6.(2024湖南,11,3分)中和法生产Na2HPO4·12H2O的工艺流程如下:
已知:①H3PO4的电离常数:=6.9×10-3,=6.2×10-8,=4.8×10-13;
②Na2HPO4·12H2O易风化。
下列说法错误的是 (C)
A.“中和”工序若在铁质容器中进行,应先加入Na2CO3溶液
B.“调pH”工序中X为NaOH或H3PO4
C.“结晶”工序中溶液显酸性
D.“干燥”工序需在低温下进行
7.(2024湖北,10,3分)碱金属的液氨溶液含有的蓝色溶剂化电子[e(NH3)n]-是强还原剂。锂与液氨反应的装置如图(夹持装置略)。下列说法错误的是 (C)
A.碱石灰有利于NH3逸出
B.锂片必须打磨出新鲜表面
C.干燥管中均可选用P2O5
D.双口烧瓶中发生的变化是Li+nNH3 Li++[e(NH3)n]-
8.(2023重庆,3,3分)下列叙述正确的是 (C)
A.Mg分别与空气和氧气反应,生成的产物相同
B.SO2分别与H2O和H2S反应,反应的类型相同
C.Na2O2分别与H2O和CO2反应,生成的气体相同
D.浓H2SO4分别与Cu和C反应,生成的酸性气体相同
9.(2023湖南,7,3分)取一定体积的两种试剂进行反应,改变两种试剂的滴加顺序(试剂浓度均为0.1 mol·L-1),反应现象没有明显差别的是 (D)
选项 试剂① 试剂②
A 氨水 AgNO3溶液
B NaOH溶液 Al2(SO4)3溶液
C H2C2O4溶液 酸性KMnO4溶液
D KSCN溶液 FeCl3溶液
10.(2022广东,6,2分)劳动开创未来。下列劳动项目与所述的化学知识没有关联的是(A)
选项 劳动项目 化学知识
A 面包师用小苏打作发泡剂烘焙面包 Na2CO3可与酸反应
B 环保工程师用熟石灰处理酸性废水 熟石灰具有碱性
C 工人将模具干燥后再注入熔融钢水 铁与H2O高温下会反应
D 技术人员开发高端耐腐蚀镀铝钢板 铝能形成致密氧化膜
11.(2021河北,1,3分)“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献,陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁,再锻打成钢。下列说法错误的是 (C)
A.钢是以铁为主的含碳合金
B.钢的含碳量越高,硬度和脆性越大
C.生铁由于含碳量高,熔点比熟铁高
D.冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
12.(2021广东,10,2分)部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是 (C)
A.a可与e反应生成b
B.b既可被氧化,也可被还原
C.可将e加入浓碱液中制得d的胶体
D.可存在b→c→d→e→b的循环转化关系
13.(2023重庆,15,14分)Fe3O4是一种用途广泛的磁性材料,以FeCl2为原料制备Fe3O4并获得副产物CaCl2水合物的工艺如下。
25 ℃时各物质溶度积见下表:
物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Ca(OH)2
溶度积(Ksp) 4.9×10-17 2.8×10-39 5.0×10-6
回答下列问题:
(1)Fe3O4中Fe元素的化合价是+2和 +3 。O2-的核外电子排布式为 1s22s22p6 。
(2)反应釜1中的反应需在隔绝空气条件下进行,其原因是 Fe2+易被氧化,得不到Fe(OH)2 。
(3)反应釜2中,加入CaO和分散剂的同时通入空气。
①反应的离子方程式为 4CaO+6H2O+4Fe2++O2 4Fe(OH)3+4Ca2+ 。
②为加快反应速率,可采取的措施有 适当升高温度、搅拌等合理答案 (写出两项即可)。
(4)①反应釜3中,25 ℃时,Ca2+浓度为5.0 mol/L,理论上pH不超过 11 。
②称取CaCl2水合物1.000 g,加水溶解,加入过量Na2C2O4,将所得沉淀过滤洗涤后,溶于热的稀硫酸中,用0.100 0 mol/L KMnO4标准溶液滴定,消耗24.00 mL。滴定达到终点的现象为 加入最后半滴KMnO4标准溶液后,溶液变为浅红色,且半分钟内不变色 ,该副产物中CaCl2的质量分数为 66.6% 。
14.(2022天津,13,14分)金属钠及其化合物在人类生产生活中起着重要作用。回答下列问题:
(1)基态Na原子的价层电子轨道表示式为 (或) 。
(2)NaCl熔点为800.8 ℃,工业上采用电解熔融NaCl制备金属Na。电解反应方程式如下:
2NaCl(l) 2Na(l)+Cl2(g)
加入 CaCl2的目的是 作助熔剂,降低NaCl的熔点,节省能耗 。
(3)Na2O2的电子式为 Na+[······]2-Na+ 。在25 ℃和101 kPa时,Na与O2反应生成1 mol Na2O2放热510.9 kJ,写出该反应的热化学方程式: 2Na(s)+O2(g) Na2O2(s) ΔH=-510.9 kJ·mol-1 。
(4)采用空气和Na为原料可直接制备Na2O2。空气与熔融金属Na反应前需依次通过 c 、 a (填序号)
a.浓硫酸 b.饱和食盐水 c.NaOH溶液 d.KMnO4溶液
(5)钠的某氧化物晶胞如下图,图中所示钠离子全部位于晶胞内。由晶胞图判断该氧化物的化学式为 Na2O 。
(6)天然碱的主要成分为Na2CO3·NaHCO3·2H2O,1 mol Na2CO3·NaHCO3·2H2O经充分加热得到Na2CO3的质量为 159 g。
15.(2021海南,15,10分)无水FeCl3常作为芳烃氯代反应的催化剂。某研究小组设计了如下流程,以废铁屑(含有少量碳和SiO2杂质)为原料制备无水FeCl3(s)。
已知:氯化亚砜()熔点-101 ℃,沸点76 ℃,易水解。
回答问题:
(1)操作①是过滤,用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和 漏斗 。
(2)为避免引入新的杂质,试剂B可以选用 bd (填编号)。
a.KMnO4溶液 b.氯水 c.溴水 d.H2O2溶液
(3)操作②是蒸发结晶,加热的同时通入HCl(g)的目的是 抑制Fe3+水解 。
(4)取少量D晶体,溶于水并滴加KSCN溶液,现象是 溶液呈红色 。
(5)反应D→E的化学方程式为 FeCl3·6H2O+6SOCl2FeCl3+6SO2↑+12HCl↑ 。
(6)由D转化成E的过程中可能产生少量亚铁盐,写出一种可能的还原剂 SO2 ,并设计实验验证是该还原剂将Fe3+还原: 将少量样品溶于水,先滴加足量盐酸无现象,再滴加少量BaCl2溶液,若出现白色沉淀则证明还原剂为SO2(合理答案均可) 。
考点2 金属资源的开发利用
类型1 选择型流程题
16.(2024贵州,13,3分)贵州重晶石矿(主要成分BaSO4)储量占全国1/3以上。某研究小组对重晶石矿进行“富矿精开”研究,开发了制备高纯纳米钛酸钡(BaTiO3)工艺。部分流程如下:
下列说法正确的是 (B)
A.“气体”主要成分是H2S,“溶液1”的主要溶质是Na2S
B.“系列操作”可为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
C.“合成反应”中生成BaTiO3的反应是氧化还原反应
D.“洗涤”时可用稀H2SO4去除残留的碱,以提高纯度
17.(2024黑、吉、辽,13,3分)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn,流程如下。“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是 (C)
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子 Zn2+ Cu2+ Cl-
浓度(g·L-1) 145 0.03 1
A.“浸铜”时应加入足量H2O2,确保铜屑溶解完全
B.“浸铜”反应:2Cu+4H++H2O2 2Cu2++H2↑+2H2O
C.“脱氯”反应:Cu+Cu2++2Cl- 2CuCl
D.脱氯液净化后电解,可在阳极得到Zn
18.(2024江西,8,3分)从CPU针脚(含有铜、镍和钴等金属)中回收金的实验步骤如下图。下列说法错误的是 (C)
A.将CPU针脚粉碎可加速溶解
B.除杂和溶金步骤需在通风橱中进行
C.富集后,K[AuBr4]主要存在于滤液中
D.还原步骤中有S生成
19.(2023辽宁,10,3分)某工厂采用如下工艺制备Cr(OH)3,已知焙烧后Cr元素以+6价形式存在,下列说法错误的是 (B)
A.“焙烧”中产生CO2
B.滤渣的主要成分为Fe(OH)2
C.滤液①中Cr元素的主要存在形式为Cr
D.淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
20.(2023福建,7,4分)从炼钢粉尘(主要含Fe3O4、Fe2O3和ZnO)中提取锌的流程如下:
“盐浸”过程ZnO转化为[Zn(NH3)4]2+,并有少量Fe2+和Fe3+浸出。下列说法错误的是(B)
A.“盐浸”过程若浸液pH下降,需补充NH3
B.“滤渣”的主要成分为Fe(OH)3
C.“沉锌”过程发生反应[Zn(NH3)4]2++4H2O+S2- ZnS↓+4NH3·H2O
D.应合理控制(NH4)2S用量,以便滤液循环使用
21.(2023湖南,9,3分)处理某铜冶金污水(含Cu2+、Fe3+、Zn2+、Al3+)的部分流程如下:
已知:①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5
完全沉淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6
②Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24。
下列说法错误的是 (D)
A.“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B.Na2S溶液呈碱性,其主要原因是S2-+H2O HS-+OH-
C.“沉淀池Ⅱ”中,当Cu2+和Zn2+完全沉淀时,溶液中=4.0×10-12
D.“出水”经阴离子交换树脂软化处理后,可用作工业冷却循环用水
22.(2023河北,10,3分)一种以锰尘(主要成分为Mn3O4,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯MnCO3的清洁生产新工艺流程如下:
已知:室温下相关物质的Ksp如下表。
Al(OH)3 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Fe(OH)2
10-32.9 10-11.3 10-5.3 10-16.3
Fe(OH)3 Mn(OH)2 MgF2 CaF2
10-38.6 10-12.7 10-10.3 10-8.3
下列说法错误的是 (C)
A.酸浸工序中产生的气体①为氯气
B.滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3
C.除杂②工序中逐渐加入NaF溶液时,若Ca2+、Mg2+浓度接近,则CaF2先析出
D.沉淀工序中发生反应的离子方程式为Mn2++2HC MnCO3↓+CO2↑+H2O
23.(2022湖南,7,3分)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下:
下列说法错误的是 (C)
A.不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料
B.采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C.合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2
D.滤液可回收进入吸收塔循环利用
24.(2022福建,6,4分)用铬铁合金(含少量Ni、Co单质)生产硫酸铬的工艺流程如下:
下列说法错误的是 (D)
A.“浸出”产生的气体含有H2
B.“除杂”的目的是除去Ni、Co元素
C.流程中未产生六价铬化合物
D.“滤渣2”的主要成分是Fe2(C2O4)3
类型2 矿物的开发利用
25.(2024江西,15,14分)稀土是国家的战略资源之一。以下是一种以独居石[主要成分为CePO4,含有Th3(PO4)4、U3O8和少量镭杂质]为原料制备CeCl3·nH2O的工艺流程图。
已知:ⅰ.Ksp[Th(OH)4]=4.0×10-45,Ksp[Ce(OH)3]=1.6×10-20,Ksp[Ce(OH)4]=2.0×10-48
ⅱ.镭为第ⅡA族元素
回答下列问题:
(1)关于独居石的热分解,以下说法正确的是 b (填标号)。
a.降低压强,分解速率增大
b.降低温度,分解速率降低
c.反应时间越长,分解速率越大
d.提高搅拌速度,分解速率降低
(2)Na2U2O7中铀元素的化合价为 +6 ,热分解阶段U3O8生成Na2U2O7的化学反应方程式为 O2+2U3O8+6NaOH 3Na2U2O7+3H2O 。
(3)浓缩结晶后,得到的晶体产物化学式为 Na3PO4 。滤液可用于 热分解 阶段循环利用,避免产生大量的高碱度废水。
(4)溶解阶段,将溶液pH先调到1.5~2.0,反应后再回调至4.5。
①盐酸溶解Ce(OH)4的离子方程式为 2Ce(OH)4+8H++2Cl- 2Ce3++Cl2↑+8H2O 。
②当溶液pH=4.5时,c(Th4+)= 4.0×10-7 mol/L,此时完全转化为氢氧化钍沉淀。
(5)以BaSO4为载体形成共沉淀,目的是去除杂质 镭 。
26.(2024山东,18,12分)以铅精矿(含PbS、Ag2S等)为主要原料提取金属Pb和Ag的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“热浸”时,难溶的PbS和Ag2S转化为[PbCl4]2-和[AgCl2]-及单质硫。溶解等物质的量的PbS和Ag2S时,消耗Fe3+物质的量之比为 1∶1 ;溶液中盐酸浓度不宜过大,除防止“热浸”时HCl挥发外,另一目的是防止产生 H2S (填化学式)。
(2)将“过滤Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反复用饱和食盐水热溶,电解所得溶液可制备金属Pb。“电解Ⅰ”阳极产物用尾液吸收后在工艺中循环使用,利用该吸收液的操作单元为 热浸 。
(3)“还原”中加入铅精矿的目的是 还原过量的FeCl3 。
(4)“置换”中可选用的试剂X为 C (填标号);
A.Al B.Zn C.Pb D.Ag
“置换”反应的离子方程式为 Pb+2[AgCl2]- 2Ag+[PbCl4]2- 。
(5)“电解Ⅱ”中将富银铅泥制成电极板,用作 阳极 (填“阴极”或“阳极”)。
27.(2023海南,15,14分)铍的氧化物广泛应用于原子能、航天、电子、陶瓷等领域,是重要的战略物资。利用绿柱石(主要化学成分为(Be3Al2Si6O18,还含有一定量的FeO和Fe2O3)生产BeO的一种工艺流程如下。
回答问题:
(1)Be3Al2Si6O18中Be的化合价为 +2 。
(2)粉碎的目的是 增大反应物的接触面积,加快反应速率,提高浸取率 ;残渣的主要成分是 SiO2 (填化学式)。
(3)该流程中能循环使用的物质是 (NH4)2SO4 (填化学式)。
(4)无水BeCl2可用作聚合反应的催化剂。BeO、Cl2与足量C在600~800 ℃制备BeCl2的化学方程式为 BeO+Cl2+C CO+BeCl2 。
(5)沉铍时,将pH从8.0提高到8.5,则铍的损失降低至原来的 10 %。
28.(2023北京,18,13分)以银锰精矿(主要含Ag2S、MnS、FeS2)和氧化锰矿(主要含MnO2)为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如下。
已知:酸性条件下, MnO2的氧化性强于Fe3+。
(1)“浸锰”过程是在H2SO4溶液中使矿石中的锰元素浸出,同时去除FeS2,有利于后续银的浸出;矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中。
①“浸锰”过程中,发生反应MnS+2H+ Mn2++H2S↑,则可推断:Ksp(MnS) > Ksp(Ag2S)(填“>”或“<”)。
②在H2SO4溶液中,银锰精矿中的FeS2和氧化锰矿中的MnO2发生反应,则浸锰液中主要的金属阳离子有 Fe3+、Mn2+ 。
(2)“浸银”时,使用过量FeCl3、HCl和CaCl2的混合液作为浸出剂,将Ag2S中的银以[AgCl2]-形式浸出。
①将“浸银”反应的离子方程式补充完整:
2Fe3++Ag2S+4 Cl- 2 Fe2+ +2[AgCl2]-+S
②结合平衡移动原理,解释浸出剂中Cl-、H+的作用: H+的作用是抑制Fe3+水解,Cl-的作用是与Ag+生成配合物[AgCl2]-,促使平衡正向移动 。
(3)“沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂。
①该步反应的离子方程式有 2Fe3++Fe 3Fe2+、Fe+2H+ Fe2++H2↑、2[AgCl2]-+Fe 2Ag+4Cl-+Fe2+ 。
②一定温度下,Ag的沉淀率随反应时间的变化如图所示。解释t分钟后Ag的沉淀率逐渐减小的原因: 若反应时间过长,溶液中c(Fe2+)升高,导致平衡2[AgCl2]-+Fe 2Ag+4Cl-+Fe2+逆向移动,Ag溶解 。
(4)结合“浸锰”过程,从两种矿石中各物质利用的角度,分析联合提取银和锰的优势: 在“浸锰”过程中,氧化锰矿中的MnO2作氧化剂,银锰精矿中的FeS2作还原剂,不需要额外加入氧化剂与还原剂即可联合提取 。
29.(2021福建,11,13分)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(主要含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 氨水 吸收后可制取氮肥。
(2)“浸出”时,MoO3转化为Mo。提高单位时间内钼浸出率的措施有 适当升温、搅拌、增加Na2CO3用量(增大Na2CO3浓度)等 (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,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 Na2MoO4晶体析出,混入浸渣 。
(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lgc(S2-)=pH-15.1。为了使溶液中的杂质离子浓度小于1.0×10-6 mol·L-1,应控制溶液的pH不小于 3.9 。 (已知:pKsp=-lgKsp;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Mo表示),可加入适量H2O2将其氧化为Mo,反应的离子方程式为 H2O2+Mo+H2O 。
(5)“沉淀”时,加入NH4NO3的目的是 提供N,使Mo充分转化为沉淀析出 。
(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 (NH4)2Mo4O13+12H2 4Mo+2NH3+13H2O 。[已知:(NH4)2Mo4O13受热分解生成MoO3]
30.(2021山东,17,11分)工业上以铬铁矿(FeCr2O4,含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7·2H2O)的工艺流程如下。回答下列问题:
(1)焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2CrO4,并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐。焙烧时气体与矿料逆流而行,目的是 使气固反应物充分接触,加快反应速率,使反应充分进行 。
(2)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为已除尽。
中和时pH的理论范围为 4.5~9.3 ;酸化的目的是 使Cr ;Fe元素在 浸取 (填操作单元的名称)过程中除去。
(3)蒸发结晶时,过度蒸发将导致 有Na2Cr2O7析出 ;冷却结晶所得母液中,除Na2Cr2O7外,可在上述流程中循环利用的物质还有 H2SO4 。
(4)利用膜电解技术(装置如图所示),以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为:
4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑
则Na2Cr2O7在 阳 (填“阴”或“阳”)极室制得,电解时通过膜的离子主要为 Na+ 。
类型3 废料或中间体的回收利用
31.(2024贵州,16,15分)煤气化渣属于大宗固废,主要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2及少量MgO等。一种利用“酸浸—碱沉—充钠”工艺,制备钠基正极材料NaFePO4和回收Al2O3的流程如下:
已知:
①25 ℃时,Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12;
②2Na[Al(OH)4](aq) Al2O3·3H2O(s)+2NaOH(aq)。
回答下列问题:
(1)“滤渣”的主要成分为 SiO2 (填化学式)。
(2)25 ℃时,“碱沉”控制溶液pH至3.0,此时溶液中c(Fe3+)= 2.8×10-6 mol·L-1。
(3)“除杂”时需加入的试剂X是 NaOH溶液 。
(4)“水热合成”中,NH4H2PO4作为磷源,“滤液2”的作用是 提供Na+ ,水热合成NaFePO4的离子方程式为 Fe2++Na++H2P+2OH- NaFePO4↓+2H2O 。
(5)“煅烧”得到的物质也能合成钠基正极材料NaFeO2,其工艺如下:
①该工艺经碳热还原得到Fe3O4,“焙烧”生成NaFeO2的化学方程式为 4Fe3O4+6Na2CO3+O2 12NaFeO2+6CO2 。
②NaFeO2的晶胞结构示意图如甲所示。每个晶胞中含有NaFeO2的单元数有 3 个。
甲 乙 丙
③若“焙烧”温度为700 ℃,n(Na2CO3)∶n(Fe3O4)=9∶8时,生成纯相Na1-xFeO2,则x= ,其可能的结构示意图为 乙 (选填“乙”或“丙”)。
32.(2024全国甲,26,14分)钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的+2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。
注:加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于10-5 mol·L-1,其他金属离子不沉淀,即认为完全分离。
已知:①Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(ZnS)=2.5×10-22,Ksp(CoS)=4.0×10-21。
②以氢氧化物形式沉淀时,lg[c(M)/(mol·L-1)]和溶液pH的关系如图所示。
回答下列问题:
(1)“酸浸”前,需将废渣磨碎,其目的是 增大接触面积,加快反应速率,提高原料利用率 。
(2)“酸浸”步骤中,CoO发生反应的化学方程式是 CoO+H2SO4 CoSO4+H2O 。
(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.10 mol·L-1,向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全,此时溶液中c(Co2+)= 1.6×10-4 mol·L-1,据此判断能否实现Zn2+和Co2+的完全分离 不能 (填“能”或“不能”)。
(4)“沉锰”步骤中,生成1.0 mol MnO2,产生H+的物质的量为 4.0 mol 。
(5)“沉淀”步骤中,用NaOH调pH=4,分离出的滤渣是 Fe(OH)3 。
(6)“沉钴”步骤中,控制溶液pH=5.0~5.5,加入适量的NaClO氧化Co2+,其反应的离子方程式为 2Co2++ClO-+5H2O 2Co(OH)3↓+Cl-+4H+ 。
(7)根据题中给出的信息,从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是 向滤液中继续加氢氧化钠至溶液8.233.(2024安徽,15,14分)精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等多种元素。研究人员设计了一种从铜阳极泥中分离提取金和银的流程,如下图所示。
回答下列问题:
(1)Cu位于元素周期表第 四 周期第 ⅠB 族。
(2)“浸出液1”中含有的金属离子主要是 Cu2+ 。
(3)“浸取2”步骤中,单质金转化为HAuCl4的化学方程式为 2Au+8HCl+3H2O2 2HAuCl4+6H2O 。
(4)“浸取3”步骤中,“浸渣2”中的 AgCl (填化学式)转化为[Ag(S2O3)2]3-。
(5)“电沉积”步骤中阴极的电极反应式为 [Ag(S2O3)2]3-+e- Ag↓+2S2 。“电沉积”步骤完成后,阴极区溶液中可循环利用的物质为 Na2S2O3 (填化学式)。
(6)“还原”步骤中,被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为 3∶4 。
(7)Na2S2O3可被I2氧化为Na2S4O6。从物质结构的角度分析S4的结构为(a)而不是(b)的原因: 结构(a)中电子云分布较均衡,结构较稳定,结构(b)正、负电中心不重合,极性较大,且存在过氧键,氧化性大于I2,故Na2S2O3不可被I2氧化为结构(b) 。
34.(2024广东,18,14分)镓(Ga)在半导体、记忆合金等高精尖材料领域有重要应用。一种从电解铝的副产品炭渣(含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素)中提取镓及循环利用铝的工艺如下。
工艺中,LAEM是一种新型阴离子交换膜,允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用LAEM提取金属离子Mn+的原理如图。
已知:
①pKa(HF)=3.2。
②Na3[AlF6](冰晶石)的 Ksp为4.0×10-10。
③浸取液中,Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m-3)-(m=0~4)微粒形式存在,Fe2+最多可与2个Cl-配位,其他金属离子与Cl-的配位可忽略。
(1)“电解”中,反应的化学方程式为 2Al2O3 4Al+3O2↑ 。
(2)“浸取”中,由Ga3+形成[GaCl4]-的离子方程式为 Ga3++4Cl- [GaCl4]- 。
(3)“还原”的目的:避免 Fe 元素以 [FeCl4]- (填化学式)微粒的形式通过LAEM,从而有利于Ga的分离。
(4)“LAEM提取”中,原料液的Cl-浓度越 高 ,越有利于Ga的提取;研究表明,原料液酸度过高,会降低Ga的提取率。因此,在不提高原料液酸度的前提下,可向Ⅰ室中加入 NaCl (填化学式),以进一步提高Ga的提取率。
(5)“调pH”中,pH至少应大于 3.2 ,使溶液中c(F-)>c(HF),有利于[AlF6]3-配离子及Na3[AlF6]晶体的生成。若“结晶”后溶液中c(Na+)=0.10 mol·L-1,则[AlF6]3-的浓度为 4.0×10-7 mol·L-1。
(6)一种含Ga、Ni、Co元素的记忆合金的晶体结构可描述为Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心,形成如图所示的结构单元。该合金的晶胞中,粒子个数最简比Co∶Ga∶Ni= 2∶1∶1 ,其立方晶胞的体积为 8a3 nm3。
35.(2024湖南,16,14分)铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一种含贵金属的可再生资源,回收贵金属的化工流程如下:
已知:①当某离子的浓度低于1.0×10-5 mol·L-1时,可忽略该离子的存在;
②AgCl(s)+Cl-(aq) [AgCl2]-(aq) K=2.0×10-5;
③Na2SO3易从溶液中结晶析出;
④不同温度下Na2SO3的溶解度如下:
温度/℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
回答下列问题:
(1)Cu属于 ds 区元素,其基态原子的价电子排布式为 3d104s1 ;
(2)“滤液1”中含有Cu2+和H2SeO3,“氧化酸浸”时Cu2Se反应的离子方程式为 Cu2Se+4H2O2+4H+ 2Cu2++H2SeO3+5H2O ;
(3)“氧化酸浸”和“除金”工序均需加入一定量的NaCl:
①在“氧化酸浸”工序中,加入适量NaCl的原因是 使Ag+生成AgCl沉淀,同时确保Ag+不转化为[AgCl2]-进入滤液1中造成Ag的损失 ;
②在“除金”工序溶液中,Cl-浓度不能超过 0.50 mol·L-1;
(4)在“银转化”体系中,[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-浓度之和为0.075 mol·L-1,两种离子分布分数δ[如δ([Ag(SO3)2]3-)=]随S浓度为1.0 mol·L-1,则[Ag(SO3)3]5-的浓度为 0.050 mol·L-1;
(5)滤液4中溶质主要成分为 Na2SO3 (填化学式);在连续生产的模式下,“银转化”和“银还原”工序需在40 ℃左右进行,若反应温度过高,将难以实现连续生产,原因是 滤液4中Na2SO3的浓度逐渐变大,温度过高,Na2SO3溶解度变小从而结晶析出 。
36.(2024新课标,27,14分)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下:
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5mol·L-1)时的pH:
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列问题:
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理,目的是 加快浸取速率、提高浸取效率(答案合理即可) ;“滤渣1”中金属元素主要为 Pb 。
(2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是 将Fe2+氧化成Fe3+ ,取少量反应后的溶液,加入化学试剂 K3[Fe(CN)6]溶液 检验 Fe2+ ,若出现蓝色沉淀,需补加MnO2。
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为 Mn+3Co2++7H2O MnO2↓+3Co(OH)3↓+5H+ 、 2Mn+3Mn2++2H2O 5MnO2↓+4H+ 。
(4)“除钴液”中主要的盐有 K2SO4、ZnSO4 (写化学式),残留的Co3+浓度为 10-16.7 mol·L-1。
37.(2023福建,11,20分)白合金是铜钴矿冶炼过程的中间产物,一种从白合金(主要含Fe3O4、CoO、CuS、Cu2S及少量SiO2)中分离回收金属的流程如下:
(1)“酸浸1”中加快反应速率的措施有 将白合金粉碎,搅拌,适当提高酸的浓度,适当提高温度等任写1条 (任写一种)。CoO发生反应的离子方程式: CoO+2H+ Co2++H2O 。
(2)“焙烧1”中,晶体[Fe2(SO4)3·xH2O和CoSO4·yH2O]总质量随温度升高的变化情况如下:
温度区间/℃ <227 227~566 566~600 600~630
晶体总质量 变小 不变 变小 不变
①升温至227 ℃过程中,晶体总质量变小的原因是 晶体失去结晶水 ;566~600 ℃发生分解的物质是 Fe2(SO4)3 (填化学式)。
②为有效分离铁、钴元素,“焙烧1”的温度应控制为 600 ℃。
(3)25 ℃时,Ksp(CuS)=6.3×10-36,H2S的=1.1×10-7,=1.3×10-13。反应CuS(s)+2H+(aq) Cu2+(aq)+H2S(aq)的平衡常数K= (列出计算式即可)。经计算可判断CuS难溶于稀硫酸。
(4)铜的硫化物结构多样。天然硫化铜俗称铜蓝,其晶胞结构如图。
①基态Cu2+的价电子排布式为 3d9 。
②晶胞中含有 2 个,N(Cu+)∶N(Cu2+)= 2∶1(或4∶2或2) 。
③晶体中微粒间作用力有 bc (填标号)。
a.氢键 b.离子键 c.共价键 d.金属键
(5)“焙烧2”中Cu2S发生反应的化学方程式为 Cu2S+2O2 2CuO+SO2 ;“滤渣2”是 SiO2 (填化学式)。
38.(2023河北,16,14分)闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离,同时得到的CuCl可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下:
已知:室温下的Ksp(CuCl)=10-6.8。
回答下列问题:
(1)首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到,其主要成分为 [Cu(NH3)4]Cl2 (填化学式)。
(2)滤渣的主要成分为 Fe (填化学式)。
(3)浸取工序的产物为[Cu(NH3)2]Cl,该工序发生反应的化学方程式为 [Cu(NH3)4]Cl2+Cu 2[Cu(NH3)2]Cl 。浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①,氧化工序发生反应的离子方程式为 8NH3+4[Cu(NH3)2]++O2+4H+ 4[Cu(NH3)4]2++2H2O 。
(4)浸取工序宜在30~40 ℃之间进行。当环境温度较低时,浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是 盐酸和液氨反应放热 。
(5)补全中和工序中主反应的离子方程式[Cu(NH3)2]++2H++Cl- CuCl↓ + 2N 。
(6)真空干燥的目的为 防止干燥过程中CuCl被空气中的O2氧化 。
39.(2022福建,11,13分)粉煤灰是火电厂的大宗固废。以某电厂的粉煤灰为原料(主要含SiO2、Al2O3和CaO等)提铝的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“浸出”时适当升温的主要目的是 提高浸出率(或提高浸出速率) ,Al2O3发生反应的离子方程式为 Al2O3+6H+ 2Al3++3H2O 。
(2)“浸渣”的主要成分除残余Al2O3外,还有 SiO2和CaSO4 。实验测得,5.0 g粉煤灰(Al2O3的质量分数为30%)经浸出、干燥后得到3.0 g “浸渣”(Al2O3的质量分数为8%),Al2O3的浸出率为 84% 。
(3)“沉铝”时,体系中三种物质的溶解度曲线如图所示,加入K2SO4沉铝的目的是 使更多的铝元素转化为晶体析出,同时保证晶体纯度 ,“沉铝”的最佳方案为 高温溶解再冷却结晶 。
(4)“焙烧”时,主要反应的化学方程式为 2KAl(SO4)2 K2SO4+Al2O3+3SO3↑或4KAl(SO4)2 2K2SO4+2Al2O3+6SO2↑+3O2↑ 。
(5)“水浸”后得到的“滤液2”可返回 沉铝 工序循环使用。
40.(2021辽宁,16,14分)从钒铬锰矿渣(主要成分为V2O5、Cr2O3、MnO)中提铬的一种工艺流程如下:
已知:pH较大时,二价锰[Mn(Ⅱ)]在空气中易被氧化。回答下列问题:
(1)Cr元素位于元素周期表第 四 周期 ⅥB 族。
(2)用FeCl3溶液制备Fe(OH)3胶体的化学方程式为 FeCl3+3H2OFe(OH)3(胶体)+3HCl 。
(3)常温下,各种形态五价钒粒子总浓度的对数[lgc总(V)]与pH关系如图1所示。已知钒铬锰矿渣硫酸浸液中c总(V)=0.01 mol·L-1,“沉钒”过程控制pH=3.0,则与胶体共沉降的五价钒粒子的存在形态为 H3V2 (填化学式)。
图1
(4)某温度下,Cr(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)的沉淀率与pH关系如图2所示。“沉铬”过程最佳pH为 6.0 ;在该条件下滤液B中c(Cr3+)= 1×10-6 mol·L-1[KW近似为1×10-14,Cr(OH)3的Ksp近似为1×10-30]。
图2
(5)“转化”过程中生成MnO2的离子方程式为 Mn2++H2O2+2OH- MnO2↓+2H2O 。
(6)“提纯”过程中Na2S2O3的作用为 作还原剂,将Mn(Ⅱ)的氧化产物转化为Mn(Ⅱ) 。
41.(2021重庆,15,14分)电镀在工业生产中具有重要作用。某电镀厂生产的废水经预处理后含有Cr2和少量的Cu2+、Ni2+,能够采用以下流程进行逐一分离,实现资源再利用。
已知:Ksp(CuS)=6.3×10-36和Ksp(NiS)=3.0×10-19。回答下列问题:
(1)Cr2中Cr元素的化合价为 +6 。
(2)还原池中有Cr3+生成,反应的离子方程式为 Cr2+3H2C2O4+8H+ 2Cr3++6CO2↑+7H2O 。
(3)沉淀1为Cr(OH)3,其性质与Al(OH)3相似,则Cr(OH)3与NaOH溶液反应的化学方程式为 Cr(OH)3+NaOH NaCrO2+2H2O 。
(4)Na2S溶液呈碱性的原因是 S2-+H2O HS-+OH- (用离子方程式表示),沉淀2为 CuS 。
(5)若废水中还含有Cd2+,pH=4时Cd2+的浓度为 1.0×10-7 mol/L,用该结果说明Cd2+影响上述流程进行分离的原因是 在沉淀池2中进行的沉淀Cu2+的反应需要调节溶液pH=4,此时c(Cd2+)<1.0×10-5 mol/L,可以认为Cd2+与Cu2+此时均沉淀完全,即沉淀2是CuS和CdS的混合物而无法准确分离开 [设H2S平衡浓度为1.0×10-6mol/L,已知:H2S的K1=1.0×10-7,K2=7.0×10-15,Ksp(CdS)=7.0×10-27]。
类型4 其他工艺
42.(2024黑、吉、辽,16,14分)中国是世界上最早利用细菌冶金的国家。已知金属硫化物在“细菌氧化”时转化为硫酸盐,某工厂用细菌冶金技术处理载金硫化矿粉(其中细小的Au颗粒被FeS2、FeAsS包裹),以提高金的浸出率并冶炼金,工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)北宋时期我国就有多处矿场利用细菌氧化形成的天然“胆水”冶炼铜,“胆水”的主要溶质为 CuSO4 (填化学式)。
(2)“细菌氧化”中,FeS2发生反应的离子方程式为 4FeS2+15O2+2H2O 4Fe3++8S+4H+ 。
(3)“沉铁砷”时需加碱调节pH,生成 Fe(OH)3 (填化学式)胶体起絮凝作用,促进了含As微粒的沉降。
(4)“焙烧氧化”也可提高“浸金”效率,相比“焙烧氧化”,“细菌氧化”的优势为 BC (填标号)。
A.无需控温 B.可减少有害气体产生
C.设备无需耐高温 D.不产生废液废渣
(5)“真金不怕火炼”表明Au难被O2氧化,“浸金”中NaCN的作用为 CN-络合Au+ 。
(6)“沉金”中Zn的作用为 作还原剂 。
(7)滤液②经H2SO4酸化,[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN的化学方程式为 Na2[Zn(CN)4]+2H2SO4 ZnSO4+4HCN+Na2SO4 。用碱中和HCN可生成 NaCN (填溶质化学式)溶液,从而实现循环利用。
43.(2023湖南,17,15分)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一。近年来,我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术,在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果。工业上以粗镓为原料,制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下:
已知:①金属Ga的化学性质和Al相似,Ga的熔点为29.8 ℃;
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体;
③相关物质的沸点:
物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
回答下列问题:
(1)晶体Ga(CH3)3的晶体类型是 分子晶体 ;
(2)“电解精炼”装置如图所示,电解池温度控制在40~45 ℃的原因是 确保Ga处于液态,易于分离 ,阴极的电极反应式为 Ga+3e-+2H2O Ga+4OH-[或Ga(OH+3e- Ga+4OH-] ;
(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI,写出该反应的化学方程式 Ga2Mg5+8CH3I+2Et2O 2Ga(CH3)3(Et2O)+3MgI2+2CH3MgI ;
(4)“残渣”经纯水处理,能产生可燃性气体,该气体主要成分是 CH4 ;
(5)下列说法错误的是 D ;
A.流程中Et2O得到了循环利用
B.流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行
C.“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3),并蒸出Ga(CH3)3
D.用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3,而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是 Ga(CH3)3与Et2O的沸点相近,不易分离,而Ga(CH3)3与NR3的沸点相差较大,将Ga(CH3)3(NR3)分解后,蒸馏时可得到超纯Ga(CH3)3 ;
(7)比较分子中的C—Ga—C键角大小:Ga(CH3)3 > Ga(CH3)3(Et2O)(填“>”“<”或“=”),其原因是 Ga(CH3)3中Ga采取sp2杂化,Ga(CH3)3(Et2O)中Ga采取sp3杂化,前者C—Ga—C的键角大于后者 。
44.(2021河北,15,14分)绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺,该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料,不产生废弃物,实现了Cr-Fe-Al-Mg的深度利用和Na+内循环。工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是 Cr、Fe (填元素符号)。
(2)工序①的名称为 水浸或溶解 。
(3)滤渣Ⅰ的主要成分是 Fe2O3、MgO (填化学式)。
(4)工序③中发生反应的离子方程
2025版新教材高考化学第二轮复习
专题三 金属及其化合物
五年高考
考点1 钠、铁及其化合物
1.(2024安徽,3,3分)青少年帮厨既可培养劳动习惯,也能将化学知识应用于实践。下列有关解释合理的是 ( )
A.清洗铁锅后及时擦干,能减缓铁锅因发生吸氧腐蚀而生锈
B.烹煮食物的后期加入食盐,能避免NaCl长时间受热而分解
C.将白糖熬制成焦糖汁,利用蔗糖高温下充分炭化为食物增色
D.制作面点时加入食用纯碱,利用NaHCO3中和发酵过程产生的酸
2.(2024山东,2,2分)化学品在食品工业中也有重要应用,下列说法错误的是 ( )
A.活性炭可用作食品脱色剂
B.铁粉可用作食品脱氧剂
C.谷氨酸钠可用作食品增味剂
D.五氧化二磷可用作食品干燥剂
3.(2024黑、吉、辽,5,3分)家务劳动中蕴含着丰富的化学知识。下列相关解释错误的是 ( )
A.用过氧碳酸钠漂白衣物:Na2CO4具有较强氧化性
B.酿米酒需晾凉米饭后加酒曲:乙醇受热易挥发
C.用柠檬酸去除水垢:柠檬酸酸性强于碳酸
D.用碱液清洗厨房油污:油脂可碱性水解
4.(2024浙江6月选考,2,3分)下列说法不正确的是 ( )
A.Al(OH)3呈两性,不能用于治疗胃酸过多
B.Na2O2能与CO2反应产生O2,可作供氧剂
C.FeO有还原性,能被氧化成Fe3O4
D.HNO3见光易分解,应保存在棕色试剂瓶中
5.(2024新课标,9,6分)实验室中利用下图装置验证铁与水蒸气的反应。下列说法错误的是 ( )
A.反应为3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)
B.酒精灯移至湿棉花下方实验效果更佳
C.用火柴点燃肥皂泡检验生成的氢气
D.使用硬质玻璃试管盛装还原铁粉
6.(2024湖南,11,3分)中和法生产Na2HPO4·12H2O的工艺流程如下:
已知:①H3PO4的电离常数:=6.9×10-3,=6.2×10-8,=4.8×10-13;
②Na2HPO4·12H2O易风化。
下列说法错误的是 ( )
A.“中和”工序若在铁质容器中进行,应先加入Na2CO3溶液
B.“调pH”工序中X为NaOH或H3PO4
C.“结晶”工序中溶液显酸性
D.“干燥”工序需在低温下进行
7.(2024湖北,10,3分)碱金属的液氨溶液含有的蓝色溶剂化电子[e(NH3)n]-是强还原剂。锂与液氨反应的装置如图(夹持装置略)。下列说法错误的是 ( )
A.碱石灰有利于NH3逸出
B.锂片必须打磨出新鲜表面
C.干燥管中均可选用P2O5
D.双口烧瓶中发生的变化是Li+nNH3 Li++[e(NH3)n]-
8.(2023重庆,3,3分)下列叙述正确的是 ( )
A.Mg分别与空气和氧气反应,生成的产物相同
B.SO2分别与H2O和H2S反应,反应的类型相同
C.Na2O2分别与H2O和CO2反应,生成的气体相同
D.浓H2SO4分别与Cu和C反应,生成的酸性气体相同
9.(2023湖南,7,3分)取一定体积的两种试剂进行反应,改变两种试剂的滴加顺序(试剂浓度均为0.1 mol·L-1),反应现象没有明显差别的是 ( )
选项 试剂① 试剂②
A 氨水 AgNO3溶液
B NaOH溶液 Al2(SO4)3溶液
C H2C2O4溶液 酸性KMnO4溶液
D KSCN溶液 FeCl3溶液
10.(2022广东,6,2分)劳动开创未来。下列劳动项目与所述的化学知识没有关联的是( )
选项 劳动项目 化学知识
A 面包师用小苏打作发泡剂烘焙面包 Na2CO3可与酸反应
B 环保工程师用熟石灰处理酸性废水 熟石灰具有碱性
C 工人将模具干燥后再注入熔融钢水 铁与H2O高温下会反应
D 技术人员开发高端耐腐蚀镀铝钢板 铝能形成致密氧化膜
11.(2021河北,1,3分)“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献,陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁,再锻打成钢。下列说法错误的是 ( )
A.钢是以铁为主的含碳合金
B.钢的含碳量越高,硬度和脆性越大
C.生铁由于含碳量高,熔点比熟铁高
D.冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
12.(2021广东,10,2分)部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是 ( )
A.a可与e反应生成b
B.b既可被氧化,也可被还原
C.可将e加入浓碱液中制得d的胶体
D.可存在b→c→d→e→b的循环转化关系
13.(2023重庆,15,14分)Fe3O4是一种用途广泛的磁性材料,以FeCl2为原料制备Fe3O4并获得副产物CaCl2水合物的工艺如下。
25 ℃时各物质溶度积见下表:
物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Ca(OH)2
溶度积(Ksp) 4.9×10-17 2.8×10-39 5.0×10-6
回答下列问题:
(1)Fe3O4中Fe元素的化合价是+2和 。O2-的核外电子排布式为 。
(2)反应釜1中的反应需在隔绝空气条件下进行,其原因是 。
(3)反应釜2中,加入CaO和分散剂的同时通入空气。
①反应的离子方程式为 。
②为加快反应速率,可采取的措施有 (写出两项即可)。
(4)①反应釜3中,25 ℃时,Ca2+浓度为5.0 mol/L,理论上pH不超过 。
②称取CaCl2水合物1.000 g,加水溶解,加入过量Na2C2O4,将所得沉淀过滤洗涤后,溶于热的稀硫酸中,用0.100 0 mol/L KMnO4标准溶液滴定,消耗24.00 mL。滴定达到终点的现象为 ,该副产物中CaCl2的质量分数为 。
14.(2022天津,13,14分)金属钠及其化合物在人类生产生活中起着重要作用。回答下列问题:
(1)基态Na原子的价层电子轨道表示式为 。
(2)NaCl熔点为800.8 ℃,工业上采用电解熔融NaCl制备金属Na。电解反应方程式如下:
2NaCl(l) 2Na(l)+Cl2(g)
加入 CaCl2的目的是 。
(3)Na2O2的电子式为 。在25 ℃和101 kPa时,Na与O2反应生成1 mol Na2O2放热510.9 kJ,写出该反应的热化学方程式: 。
(4)采用空气和Na为原料可直接制备Na2O2。空气与熔融金属Na反应前需依次通过 、
(填序号)
a.浓硫酸 b.饱和食盐水 c.NaOH溶液 d.KMnO4溶液
(5)钠的某氧化物晶胞如下图,图中所示钠离子全部位于晶胞内。由晶胞图判断该氧化物的化学式为 。
(6)天然碱的主要成分为Na2CO3·NaHCO3·2H2O,1 mol Na2CO3·NaHCO3·2H2O经充分加热得到Na2CO3的质量为 g。
15.(2021海南,15,10分)无水FeCl3常作为芳烃氯代反应的催化剂。某研究小组设计了如下流程,以废铁屑(含有少量碳和SiO2杂质)为原料制备无水FeCl3(s)。
已知:氯化亚砜()熔点-101 ℃,沸点76 ℃,易水解。
回答问题:
(1)操作①是过滤,用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和 。
(2)为避免引入新的杂质,试剂B可以选用 (填编号)。
a.KMnO4溶液 b.氯水 c.溴水 d.H2O2溶液
(3)操作②是蒸发结晶,加热的同时通入HCl(g)的目的是 。
(4)取少量D晶体,溶于水并滴加KSCN溶液,现象是 。
(5)反应D→E的化学方程式为 。
(6)由D转化成E的过程中可能产生少量亚铁盐,写出一种可能的还原剂 ,并设计实验验证是该还原剂将Fe3+还原: 。
考点2 金属资源的开发利用
类型1 选择型流程题
16.(2024贵州,13,3分)贵州重晶石矿(主要成分BaSO4)储量占全国1/3以上。某研究小组对重晶石矿进行“富矿精开”研究,开发了制备高纯纳米钛酸钡(BaTiO3)工艺。部分流程如下:
下列说法正确的是 ( )
A.“气体”主要成分是H2S,“溶液1”的主要溶质是Na2S
B.“系列操作”可为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
C.“合成反应”中生成BaTiO3的反应是氧化还原反应
D.“洗涤”时可用稀H2SO4去除残留的碱,以提高纯度
17.(2024黑、吉、辽,13,3分)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn,流程如下。“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是 ( )
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子 Zn2+ Cu2+ Cl-
浓度(g·L-1) 145 0.03 1
A.“浸铜”时应加入足量H2O2,确保铜屑溶解完全
B.“浸铜”反应:2Cu+4H++H2O2 2Cu2++H2↑+2H2O
C.“脱氯”反应:Cu+Cu2++2Cl- 2CuCl
D.脱氯液净化后电解,可在阳极得到Zn
18.(2024江西,8,3分)从CPU针脚(含有铜、镍和钴等金属)中回收金的实验步骤如下图。下列说法错误的是 ( )
A.将CPU针脚粉碎可加速溶解
B.除杂和溶金步骤需在通风橱中进行
C.富集后,K[AuBr4]主要存在于滤液中
D.还原步骤中有S生成
19.(2023辽宁,10,3分)某工厂采用如下工艺制备Cr(OH)3,已知焙烧后Cr元素以+6价形式存在,下列说法错误的是 ( )
A.“焙烧”中产生CO2
B.滤渣的主要成分为Fe(OH)2
C.滤液①中Cr元素的主要存在形式为Cr
D.淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
20.(2023福建,7,4分)从炼钢粉尘(主要含Fe3O4、Fe2O3和ZnO)中提取锌的流程如下:
“盐浸”过程ZnO转化为[Zn(NH3)4]2+,并有少量Fe2+和Fe3+浸出。下列说法错误的是( )
A.“盐浸”过程若浸液pH下降,需补充NH3
B.“滤渣”的主要成分为Fe(OH)3
C.“沉锌”过程发生反应[Zn(NH3)4]2++4H2O+S2- ZnS↓+4NH3·H2O
D.应合理控制(NH4)2S用量,以便滤液循环使用
21.(2023湖南,9,3分)处理某铜冶金污水(含Cu2+、Fe3+、Zn2+、Al3+)的部分流程如下:
已知:①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5
完全沉淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6
②Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24。
下列说法错误的是 ( )
A.“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B.Na2S溶液呈碱性,其主要原因是S2-+H2O HS-+OH-
C.“沉淀池Ⅱ”中,当Cu2+和Zn2+完全沉淀时,溶液中=4.0×10-12
D.“出水”经阴离子交换树脂软化处理后,可用作工业冷却循环用水
22.(2023河北,10,3分)一种以锰尘(主要成分为Mn3O4,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯MnCO3的清洁生产新工艺流程如下:
已知:室温下相关物质的Ksp如下表。
Al(OH)3 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Fe(OH)2
10-32.9 10-11.3 10-5.3 10-16.3
Fe(OH)3 Mn(OH)2 MgF2 CaF2
10-38.6 10-12.7 10-10.3 10-8.3
下列说法错误的是 ( )
A.酸浸工序中产生的气体①为氯气
B.滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3
C.除杂②工序中逐渐加入NaF溶液时,若Ca2+、Mg2+浓度接近,则CaF2先析出
D.沉淀工序中发生反应的离子方程式为Mn2++2HC MnCO3↓+CO2↑+H2O
23.(2022湖南,7,3分)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下:
下列说法错误的是 ( )
A.不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料
B.采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C.合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2
D.滤液可回收进入吸收塔循环利用
24.(2022福建,6,4分)用铬铁合金(含少量Ni、Co单质)生产硫酸铬的工艺流程如下:
下列说法错误的是 ( )
A.“浸出”产生的气体含有H2
B.“除杂”的目的是除去Ni、Co元素
C.流程中未产生六价铬化合物
D.“滤渣2”的主要成分是Fe2(C2O4)3
类型2 矿物的开发利用
25.(2024江西,15,14分)稀土是国家的战略资源之一。以下是一种以独居石[主要成分为CePO4,含有Th3(PO4)4、U3O8和少量镭杂质]为原料制备CeCl3·nH2O的工艺流程图。
已知:ⅰ.Ksp[Th(OH)4]=4.0×10-45,Ksp[Ce(OH)3]=1.6×10-20,Ksp[Ce(OH)4]=2.0×10-48
ⅱ.镭为第ⅡA族元素
回答下列问题:
(1)关于独居石的热分解,以下说法正确的是 (填标号)。
a.降低压强,分解速率增大
b.降低温度,分解速率降低
c.反应时间越长,分解速率越大
d.提高搅拌速度,分解速率降低
(2)Na2U2O7中铀元素的化合价为 ,热分解阶段U3O8生成Na2U2O7的化学反应方程式为 。
(3)浓缩结晶后,得到的晶体产物化学式为 。滤液可用于 阶段循环利用,避免产生大量的高碱度废水。
(4)溶解阶段,将溶液pH先调到1.5~2.0,反应后再回调至4.5。
①盐酸溶解Ce(OH)4的离子方程式为 。
②当溶液pH=4.5时,c(Th4+)= mol/L,此时完全转化为氢氧化钍沉淀。
(5)以BaSO4为载体形成共沉淀,目的是去除杂质 。
26.(2024山东,18,12分)以铅精矿(含PbS、Ag2S等)为主要原料提取金属Pb和Ag的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“热浸”时,难溶的PbS和Ag2S转化为[PbCl4]2-和[AgCl2]-及单质硫。溶解等物质的量的PbS和Ag2S时,消耗Fe3+物质的量之比为 ;溶液中盐酸浓度不宜过大,除防止“热浸”时HCl挥发外,另一目的是防止产生 (填化学式)。
(2)将“过滤Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反复用饱和食盐水热溶,电解所得溶液可制备金属Pb。“电解Ⅰ”阳极产物用尾液吸收后在工艺中循环使用,利用该吸收液的操作单元为 。
(3)“还原”中加入铅精矿的目的是 。
(4)“置换”中可选用的试剂X为 (填标号);
A.Al B.Zn C.Pb D.Ag
“置换”反应的离子方程式为 。
(5)“电解Ⅱ”中将富银铅泥制成电极板,用作 (填“阴极”或“阳极”)。
27.(2023海南,15,14分)铍的氧化物广泛应用于原子能、航天、电子、陶瓷等领域,是重要的战略物资。利用绿柱石(主要化学成分为(Be3Al2Si6O18,还含有一定量的FeO和Fe2O3)生产BeO的一种工艺流程如下。
回答问题:
(1)Be3Al2Si6O18中Be的化合价为 。
(2)粉碎的目的是 ;残渣的主要成分是 (填化学式)。
(3)该流程中能循环使用的物质是 (填化学式)。
(4)无水BeCl2可用作聚合反应的催化剂。BeO、Cl2与足量C在600~800 ℃制备BeCl2的化学方程式为 。
(5)沉铍时,将pH从8.0提高到8.5,则铍的损失降低至原来的 %。
28.(2023北京,18,13分)以银锰精矿(主要含Ag2S、MnS、FeS2)和氧化锰矿(主要含MnO2)为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如下。
已知:酸性条件下, MnO2的氧化性强于Fe3+。
(1)“浸锰”过程是在H2SO4溶液中使矿石中的锰元素浸出,同时去除FeS2,有利于后续银的浸出;矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中。
①“浸锰”过程中,发生反应MnS+2H+ Mn2++H2S↑,则可推断:Ksp(MnS) Ksp(Ag2S)(填“>”或“<”)。
②在H2SO4溶液中,银锰精矿中的FeS2和氧化锰矿中的MnO2发生反应,则浸锰液中主要的金属阳离子有 。
(2)“浸银”时,使用过量FeCl3、HCl和CaCl2的混合液作为浸出剂,将Ag2S中的银以[AgCl2]-形式浸出。
①将“浸银”反应的离子方程式补充完整:
2Fe3++Ag2S+4 2 +2[AgCl2]-+S
②结合平衡移动原理,解释浸出剂中Cl-、H+的作用: 。
(3)“沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂。
①该步反应的离子方程式有 。
②一定温度下,Ag的沉淀率随反应时间的变化如图所示。解释t分钟后Ag的沉淀率逐渐减小的原因: 。
(4)结合“浸锰”过程,从两种矿石中各物质利用的角度,分析联合提取银和锰的优势: 。
29.(2021福建,11,13分)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(主要含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Mo。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,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lgc(S2-)=pH-15.1。为了使溶液中的杂质离子浓度小于1.0×10-6 mol·L-1,应控制溶液的pH不小于 。 (已知:pKsp=-lgKsp;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Mo表示),可加入适量H2O2将其氧化为Mo,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:(NH4)2Mo4O13受热分解生成MoO3]
30.(2021山东,17,11分)工业上以铬铁矿(FeCr2O4,含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7·2H2O)的工艺流程如下。回答下列问题:
(1)焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2CrO4,并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐。焙烧时气体与矿料逆流而行,目的是 。
(2)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为已除尽。
中和时pH的理论范围为 ;酸化的目的是 ;Fe元素在 (填操作单元的名称)过程中除去。
(3)蒸发结晶时,过度蒸发将导致 ;冷却结晶所得母液中,除Na2Cr2O7外,可在上述流程中循环利用的物质还有 。
(4)利用膜电解技术(装置如图所示),以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为:
4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑
则Na2Cr2O7在 (填“阴”或“阳”)极室制得,电解时通过膜的离子主要为 。
类型3 废料或中间体的回收利用
31.(2024贵州,16,15分)煤气化渣属于大宗固废,主要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2及少量MgO等。一种利用“酸浸—碱沉—充钠”工艺,制备钠基正极材料NaFePO4和回收Al2O3的流程如下:
已知:
①25 ℃时,Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12;
②2Na[Al(OH)4](aq) Al2O3·3H2O(s)+2NaOH(aq)。
回答下列问题:
(1)“滤渣”的主要成分为 (填化学式)。
(2)25 ℃时,“碱沉”控制溶液pH至3.0,此时溶液中c(Fe3+)= mol·L-1。
(3)“除杂”时需加入的试剂X是 。
(4)“水热合成”中,NH4H2PO4作为磷源,“滤液2”的作用是 ,水热合成NaFePO4的离子方程式为 。
(5)“煅烧”得到的物质也能合成钠基正极材料NaFeO2,其工艺如下:
①该工艺经碳热还原得到Fe3O4,“焙烧”生成NaFeO2的化学方程式为 。
②NaFeO2的晶胞结构示意图如甲所示。每个晶胞中含有NaFeO2的单元数有 个。
甲 乙 丙
③若“焙烧”温度为700 ℃,n(Na2CO3)∶n(Fe3O4)=9∶8时,生成纯相Na1-xFeO2,则x= ,其可能的结构示意图为 (选填“乙”或“丙”)。
32.(2024全国甲,26,14分)钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的+2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。
注:加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于10-5 mol·L-1,其他金属离子不沉淀,即认为完全分离。
已知:①Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(ZnS)=2.5×10-22,Ksp(CoS)=4.0×10-21。
②以氢氧化物形式沉淀时,lg[c(M)/(mol·L-1)]和溶液pH的关系如图所示。
回答下列问题:
(1)“酸浸”前,需将废渣磨碎,其目的是 。
(2)“酸浸”步骤中,CoO发生反应的化学方程式是 。
(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.10 mol·L-1,向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全,此时溶液中c(Co2+)= mol·L-1,据此判断能否实现Zn2+和Co2+的完全分
离 (填“能”或“不能”)。
(4)“沉锰”步骤中,生成1.0 mol MnO2,产生H+的物质的量为 。
(5)“沉淀”步骤中,用NaOH调pH=4,分离出的滤渣是 。
(6)“沉钴”步骤中,控制溶液pH=5.0~5.5,加入适量的NaClO氧化Co2+,其反应的离子方程式为 。
(7)根据题中给出的信息,从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是 。
33.(2024安徽,15,14分)精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等多种元素。研究人员设计了一种从铜阳极泥中分离提取金和银的流程,如下图所示。
回答下列问题:
(1)Cu位于元素周期表第 周期第 族。
(2)“浸出液1”中含有的金属离子主要是 。
(3)“浸取2”步骤中,单质金转化为HAuCl4的化学方程式为 。
(4)“浸取3”步骤中,“浸渣2”中的 (填化学式)转化为[Ag(S2O3)2]3-。
(5)“电沉积”步骤中阴极的电极反应式为 。“电沉积”步骤完成后,阴极区溶液中可循环利用的物质为 (填化学式)。
(6)“还原”步骤中,被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为 。
(7)Na2S2O3可被I2氧化为Na2S4O6。从物质结构的角度分析S4的结构为(a)而不是(b)的原因: 。
34.(2024广东,18,14分)镓(Ga)在半导体、记忆合金等高精尖材料领域有重要应用。一种从电解铝的副产品炭渣(含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素)中提取镓及循环利用铝的工艺如下。
工艺中,LAEM是一种新型阴离子交换膜,允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用LAEM提取金属离子Mn+的原理如图。
已知:
①pKa(HF)=3.2。
②Na3[AlF6](冰晶石)的 Ksp为4.0×10-10。
③浸取液中,Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m-3)-(m=0~4)微粒形式存在,Fe2+最多可与2个Cl-配位,其他金属离子与Cl-的配位可忽略。
(1)“电解”中,反应的化学方程式为 。
(2)“浸取”中,由Ga3+形成[GaCl4]-的离子方程式为 。
(3)“还原”的目的:避免 元素以 (填化学式)微粒的形式通过LAEM,从而有利于Ga的分离。
(4)“LAEM提取”中,原料液的Cl-浓度越 ,越有利于Ga的提取;研究表明,原料液酸度过高,会降低Ga的提取率。因此,在不提高原料液酸度的前提下,可向Ⅰ室中加入 (填化学式),以进一步提高Ga的提取率。
(5)“调pH”中,pH至少应大于 ,使溶液中c(F-)>c(HF),有利于[AlF6]3-配离子及Na3[AlF6]晶体的生成。若“结晶”后溶液中c(Na+)=0.10 mol·L-1,则[AlF6]3-的浓度为 mol·L-1。
(6)一种含Ga、Ni、Co元素的记忆合金的晶体结构可描述为Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心,形成如图所示的结构单元。该合金的晶胞中,粒子个数最简比Co∶Ga∶Ni= ,其立方晶胞的体积为 nm3。
35.(2024湖南,16,14分)铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一种含贵金属的可再生资源,回收贵金属的化工流程如下:
已知:①当某离子的浓度低于1.0×10-5 mol·L-1时,可忽略该离子的存在;
②AgCl(s)+Cl-(aq) [AgCl2]-(aq) K=2.0×10-5;
③Na2SO3易从溶液中结晶析出;
④不同温度下Na2SO3的溶解度如下:
温度/℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
回答下列问题:
(1)Cu属于 区元素,其基态原子的价电子排布式为 ;
(2)“滤液1”中含有Cu2+和H2SeO3,“氧化酸浸”时Cu2Se反应的离子方程式为 ;
(3)“氧化酸浸”和“除金”工序均需加入一定量的NaCl:
①在“氧化酸浸”工序中,加入适量NaCl的原因是 ;
②在“除金”工序溶液中,Cl-浓度不能超过 mol·L-1;
(4)在“银转化”体系中,[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-浓度之和为0.075 mol·L-1,两种离子分布分数δ[如δ([Ag(SO3)2]3-)=]随S浓度为1.0 mol·L-1,则[Ag(SO3)3]5-的浓度为 mol·L-1;
(5)滤液4中溶质主要成分为 (填化学式);在连续生产的模式下,“银转化”和“银还原”工序需在40 ℃左右进行,若反应温度过高,将难以实现连续生产,原因是 。
36.(2024新课标,27,14分)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下:
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5mol·L-1)时的pH:
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列问题:
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理,目的是 ;“滤渣1”中金属元素主要为 。
(2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是 ,取少量反应后的溶液,加入化学试
剂 检验 ,若出现蓝色沉淀,需补加MnO2。
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为 。
(4)“除钴液”中主要的盐有 (写化学式),残留的Co3+浓度为 mol·L-1。
37.(2023福建,11,20分)白合金是铜钴矿冶炼过程的中间产物,一种从白合金(主要含Fe3O4、CoO、CuS、Cu2S及少量SiO2)中分离回收金属的流程如下:
(1)“酸浸1”中加快反应速率的措施有 (任写一种)。CoO发生反应的离子方程式: 。
(2)“焙烧1”中,晶体[Fe2(SO4)3·xH2O和CoSO4·yH2O]总质量随温度升高的变化情况如下:
温度区间/℃ <227 227~566 566~600 600~630
晶体总质量 变小 不变 变小 不变
①升温至227 ℃过程中,晶体总质量变小的原因是 ;566~600 ℃发生分解的物质是 (填化学式)。
②为有效分离铁、钴元素,“焙烧1”的温度应控制为 ℃。
(3)25 ℃时,Ksp(CuS)=6.3×10-36,H2S的=1.1×10-7,=1.3×10-13。反应CuS(s)+2H+(aq) Cu2+(aq)+H2S(aq)的平衡常数K= (列出计算式即可)。经计算可判断CuS难溶于稀硫酸。
(4)铜的硫化物结构多样。天然硫化铜俗称铜蓝,其晶胞结构如图。
①基态Cu2+的价电子排布式为 。
②晶胞中含有 个,N(Cu+)∶N(Cu2+)= 。
③晶体中微粒间作用力有 (填标号)。
a.氢键 b.离子键 c.共价键 d.金属键
(5)“焙烧2”中Cu2S发生反应的化学方程式为 ;“滤渣2”是 (填化学式)。
38.(2023河北,16,14分)闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离,同时得到的CuCl可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下:
已知:室温下的Ksp(CuCl)=10-6.8。
回答下列问题:
首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到,其主要成分
为 (填化学式)。
(2)滤渣的主要成分为 (填化学式)。
(3)浸取工序的产物为[Cu(NH3)2]Cl,该工序发生反应的化学方程式为 。浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①,氧化工序发生反应的离子方程式为 。
(4)浸取工序宜在30~40 ℃之间进行。当环境温度较低时,浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是 。
(5)补全中和工序中主反应的离子方程式[Cu(NH3)2]++2H++Cl- 。
(6)真空干燥的目的为 。
39.(2022福建,11,13分)粉煤灰是火电厂的大宗固废。以某电厂的粉煤灰为原料(主要含SiO2、Al2O3和CaO等)提铝的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“浸出”时适当升温的主要目的是 ,Al2O3发生反应的离子方程式为 。
(2)“浸渣”的主要成分除残余Al2O3外,还有 。实验测得,5.0 g粉煤灰(Al2O3的质量分数为30%)经浸出、干燥后得到3.0 g “浸渣”(Al2O3的质量分数为8%),Al2O3的浸出率为 。
(3)“沉铝”时,体系中三种物质的溶解度曲线如图所示,加入K2SO4沉铝的目的是 ,“沉铝”的最佳方案为 。
(4)“焙烧”时,主要反应的化学方程式为 。
(5)“水浸”后得到的“滤液2”可返回 工序循环使用。
40.(2021辽宁,16,14分)从钒铬锰矿渣(主要成分为V2O5、Cr2O3、MnO)中提铬的一种工艺流程如下:
已知:pH较大时,二价锰[Mn(Ⅱ)]在空气中易被氧化。回答下列问题:
(1)Cr元素位于元素周期表第 周期 族。
(2)用FeCl3溶液制备Fe(OH)3胶体的化学方程式为 。
(3)常温下,各种形态五价钒粒子总浓度的对数[lgc总(V)]与pH关系如图1所示。已知钒铬锰矿渣硫酸浸液中c总(V)=0.01 mol·L-1,“沉钒”过程控制pH=3.0,则与胶体共沉降的五价钒粒子的存在形态为 (填化学式)。
图1
(4)某温度下,Cr(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)的沉淀率与pH关系如图2所示。“沉铬”过程最佳pH为 ;在该条件下滤液B中c(Cr3+)= mol·L-1[KW近似为1×10-14,Cr(OH)3的Ksp近似为1×10-30]。
图2
(5)“转化”过程中生成MnO2的离子方程式为 。
(6)“提纯”过程中Na2S2O3的作用为 。
41.(2021重庆,15,14分)电镀在工业生产中具有重要作用。某电镀厂生产的废水经预处理后含有Cr2和少量的Cu2+、Ni2+,能够采用以下流程进行逐一分离,实现资源再利用。
已知:Ksp(CuS)=6.3×10-36和Ksp(NiS)=3.0×10-19。回答下列问题:
(1)Cr2中Cr元素的化合价为 。
(2)还原池中有Cr3+生成,反应的离子方程式为 。
(3)沉淀1为Cr(OH)3,其性质与Al(OH)3相似,则Cr(OH)3与NaOH溶液反应的化学方程式为 。
(4)Na2S溶液呈碱性的原因是 (用离子方程式表示),沉淀2为 。
(5)若废水中还含有Cd2+,pH=4时Cd2+的浓度为 mol/L,用该结果说明Cd2+影响上述流程进行分离的原因是 [设H2S平衡浓度为1.0×10-6mol/L,已知:H2S的K1=1.0×10-7,K2=7.0×10-15,Ksp(CdS)=7.0×10-27]。
类型4 其他工艺
42.(2024黑、吉、辽,16,14分)中国是世界上最早利用细菌冶金的国家。已知金属硫化物在“细菌氧化”时转化为硫酸盐,某工厂用细菌冶金技术处理载金硫化矿粉(其中细小的Au颗粒被FeS2、FeAsS包裹),以提高金的浸出率并冶炼金,工艺流程如下:
回答下列问题:
北宋时期我国就有多处矿场利用细菌氧化形成的天然“胆水”冶炼铜,“胆水”的主要溶质
为 (填化学式)。
(2)“细菌氧化”中,FeS2发生反应的离子方程式为 。
(3)“沉铁砷”时需加碱调节pH,生成 (填化学式)胶体起絮凝作用,促进了含As微粒的沉降。
(4)“焙烧氧化”也可提高“浸金”效率,相比“焙烧氧化”,“细菌氧化”的优势为 (填标号)。
A.无需控温 B.可减少有害气体产生
C.设备无需耐高温 D.不产生废液废渣
(5)“真金不怕火炼”表明Au难被O2氧化,“浸金”中NaCN的作用为 。
(6)“沉金”中Zn的作用为 。
(7)滤液②经H2SO4酸化,[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN的化学方程式为 。用碱中和HCN可生成 (填溶质化学式)溶液,从而实现循环利用。
43.(2023湖南,17,15分)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一。近年来,我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术,在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果。工业上以粗镓为原料,制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下:
已知:①金属Ga的化学性质和Al相似,Ga的熔点为29.8 ℃;
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体;
③相关物质的沸点:
物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
回答下列问题:
(1)晶体Ga(CH3)3的晶体类型是 ;
(2)“电解精炼”装置如图所示,电解池温度控制在40~45 ℃的原因是 ,阴极的电极反应式为 ;
(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI,写出该反应的化学方程式 ;
(4)“残渣”经纯水处理,能产生可燃性气体,该气体主要成分是 ;
(5)下列说法错误的是 ;
A.流程中Et2O得到了循环利用
B.流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行
C.“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3),并蒸出Ga(CH3)3
D.用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3,而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是 ;
(7)比较分子中的C—Ga—C键角大小:Ga(CH3)3 Ga(CH3)3(Et2O)(填“>”“<”或“=”),其原因是 。
44.(2021河北,15,14分)绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺,该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料,不产生废弃物,实现了Cr-Fe-Al-Mg的深度利用和Na+内循环。工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是 (填元素符号)。
(2)工序①的名称为 。
(3)滤渣Ⅰ的主要成分是 (填化学式)。
(4)工序③中发生反应的离子方程式为 。
(5)物质Ⅴ可代替高温连续氧化工序中的NaOH,此时发生的主要反应的化学方程式为 ,可代替NaOH的化学试剂还有 (填化学式)。
(6)热解工序产生的混合气体最适宜返回工序 (填“①”“②”“③”或“④”)参与内循环。
(7)工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的pH为 。{通常认为溶液中离子浓度小于10-5 mol·L-1为沉淀完全:Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]- K=100.63;KW=10-14;Ksp[Al(OH)3]=10-33}
三年模拟
题型强化练
题型 化工流程分析
1.(2024湖北十一校二模,9,改编)实验室用MnO2等原料制取少量KMnO4的实验流程如下。下列说法错误的是 ( )
A.通入CO2“歧化”时,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
B.可循环利用的物质是MnO2
C.“过滤”时,为加快分离速率可采用减压过滤
D.向粗品中滴加盐酸若产生气泡则说明含有K2CO3
2.(2024九省联考贵州卷,11)高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色消毒剂,主要用于饮用水处理。某化学兴趣小组用废铁屑(主要成分为Fe,杂质有Al、C及油脂)制备高铁酸钠的主要流程如下。下列说法错误的是 ( )
A.“碱浸”可以除去废铁屑中的油脂
B.“滤渣”的主要成分是Al和C
C.“操作Ⅰ”通入的空气可以用H2O2溶液代替
D.若流程改为先“氧化”后“调pH”,可能会生成Cl2
3.(2024福建泉州一模,9)SrCl2是一种治疗牙本质过敏症的牙膏添加剂。一种用工业碳酸锶(含少量BaCO3、FeO杂质)制取氯化锶晶体(SrCl2·6H2O)的工业流程如下。
下列说法错误的是 ( )
A.Ksp(SrSO4)>Ksp(BaSO4)
B.溶液Ⅰ中发生了反应2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O
C.工业碳酸锶的纯度为×100%
D.系列操作包括蒸发浓缩、冷却结晶等
4.(2024江西鹰潭一模,12)利用含钴废料(主要成分为Co3O4,还含有少量的铝箔、LiCoO2等杂质)制备碳酸钴的工艺流程如图:
已知:萃取Co2+的原理为Co2++2HR CoR2+2H+。下列说法错误的是 ( )
A.“滤液Ⅰ”中溶质的主要成分是Na[Al(OH)4]
B.“酸溶”反应中H2O2作氧化剂
C.“反萃取”中可加入H2SO4分离出Co2+
D.“沉钴”时Na2CO3溶液滴加速率不宜过快,目的是防止生成Co(OH)2
5.(2024安徽皖南八校三联,13)生产镍蓄电池的材料之一为三氧化二镍(Ni2O3),一种从含镍废料(主要成分为镍、铝、氧化铁、碳等)获得Ni2O3的工业流程如图所示:
已知:①NiCl2易溶于水,Fe3+不能氧化Ni2+;②Ksp[Fe(OH)3]=8.0×10-38;③当溶液中离子浓度≤1×10-5 mol·L-1时,认为沉淀完全;④lg 2=0.3。
下列说法错误的是 ( )
A.为除去含镍废料表面的矿物油,X可选用乙醇
B.“酸浸”后的溶液中含有Fe3+、Ni2+、Al3+,可以用KSCN溶液证明Fe3+不能氧化Ni2+
C.常温下,加NiO调节溶液pH=3.3时,溶液中Fe3+刚好沉淀完全
D.“无隔膜电解槽电解”发生的总反应为NaCl+H2ONaClO+H2↑
6.(2024重庆九龙坡二模,15)氧化钪(Sc2O3)可用作半导体镀层的蒸镀材料。可从金属提取工艺中的固体废料“赤泥”(含有Fe2O3、SiO2、Sc2O3、TiO2等)里回收Sc2O3。请结合流程,回答以下问题:
已知:①Sc2O3和TiO2性质较稳定,不易被还原,且TiO2难溶于盐酸;
②“熔炼”过程中,单质硅和大部分单质铁转化为熔融物分离出来;
③草酸可与多种金属离子形成可溶性络合物;
④常温下,部分氢氧化物的溶度积常数如下表所示:
物质 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Sc(OH)3
Ksp 1×10-38 1×10-16 1×10-30
(1)元素Sc在元素周期表中位于 区。
(2)“熔炼”时,请写出生成Fe的反应的化学方程式: 。
(3)“酸浸”时,滤渣的主要成分为 (填化学式)。
(4)“氧化”时,加入H2O2的目的是 (用离子方程式表示)。
(5)常温下,“调pH”时,溶液中c(Sc3+)=0.001 mol·L-1,为除去杂质离子,应控制的pH范围是 ;为检验该杂质离子是否除尽,可选用 (填化学式)溶液进行检验。(当溶液中某离子浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全)
(6)反应过程中,测得钪的沉淀率随的变化情况如图所示。当草酸用量过多时,钪的沉淀率下降的原因是 。
(7)草酸钪晶体[Sc2(C2O4)3·6H2O]在空气中加热,随温度的变化情况如图所示。250 ℃时,晶体的主要成分是 (填化学式){M[Sc2(C2O4)3·6H2O]=462 g·mol-1}。
综合拔高练
建议用时:45分钟
1.(2024湖北名校3月测评,1)湖北盐业历史悠久,早在唐代已有零星的产盐记载。下列说法错误的是 ( )
A.NaCl既可作调味品也可作防腐剂
B.焰色试验可用于区分NaCl和Na2CO3
C.电解食盐水的产物可用于生产漂粉精
D.医疗上生理盐水是含0.9%的NaCl溶液
2.(2024广东湛江一模,10)部分含Fe物质的分类与相应化合价的关系如图所示。下列推断不合理的是 ( )
A.可存在a→e→b的转化
B.e溶液可与KSCN溶液反应生成红色沉淀
C.能用a制作的容器运输浓硫酸
D.a可与稀硝酸恰好反应,生成只含b的溶液
3.(2024陕西宝鸡一模,13)从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下。下列说法正确的是 (C)
A.试剂a是铁、试剂b是稀硫酸
B.操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同
C.试剂c是氯气,相应的反应为2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-
D.用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否含有Fe2+
4.(2024河北张家口一模,10)硫酸镁是一种重要的工业盐,工业上利用矿石废料(主要成分为MgO和SiO2,还含有少量的PbO、FeO、Fe2O3、Al2O3等)制取硫酸镁的工艺流程如下:
下列说法错误的是 ( )
A.滤渣1的成分为SiO2
B.“氧化”时发生反应的离子方程式为H2O2+2H++2Fe2+ 2Fe3++2H2O
C.“净化”时加入MgO是为了调节溶液的pH使杂质离子沉淀
D.“操作2”可直接将MgSO4·7H2O加热失水制备MgSO4
5.(2024湖南长郡中学月考六,11)碘化锂(LiI)在能源、医药等领域有重要应用,某兴趣小组制备LiI·3H2O和LiI,流程如下:
已知:LiI·3H2O在300 ℃以上转变成无水LiI。LiI易溶于水,溶解度随温度升高而增大,在空气中受热易被氧化。Li2CO3难溶于水。下列说法错误的是 ( )
A.步骤①主要发生的离子反应为Li2CO3+2H+ 2Li++CO2↑+H2O
B.步骤②过滤用到的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗
C.步骤④可在空气中加热到300 ℃以上进行转化
D.步骤③中一系列操作包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
6.(2024北京海淀一模,7)分银渣是从阳极泥中提取贵金属后的尾渣,含有PbSO4、BaSO4、SnO2及Au、Ag等,具有较高的综合利用价值。一种从分银渣中提取有用产品的流程如下:
已知:PbCl2(s)+2Cl-(aq) [PbCl4]2-(aq);ⅴ中生成[AuCl4]-和[AgCl3]2-bSO4、PbCO3、BaSO4、BaCO3的Ksp依次为2.5×10-8、7.4×10-14、1.1×10-10、2.6×10-9。
下列说法不正确的是 ( )
A.步骤ⅰ中一定发生反应:PbSO4(s)+C(aq) PbCO3(s)+S(aq)
B.步骤ⅰ、ⅲ后需先过滤再加盐酸
C.步骤ⅱ、ⅳ提取Pb(Ⅱ)、Ba2+时,均有H+和Cl-参加反应
D.试剂a可为NaCl,促进Au、Ag的浸出
7.(2024辽宁沈阳一模,16)马日夫盐[Mn(H2PO4)2·2H2O]是一种用于机械设备的防锈磷化剂,工业上利用软锰矿(主要成分为MnO2,含少量硅、铁、铝等的氧化物)为主要原料,联合处理含SO2的烟气并制备马日夫盐的一种工艺流程如下。请回答下列问题:
已知:①Mn(OH)2不稳定,易被空气氧化;
②有机萃取剂是溶解了一种酸性磷酸酯(表示为H2A2)的磺化煤油,萃取时发生的反应主要为Fe3++3H2A2 Fe(HA2)3+3H+;
③Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33,Ksp[Mn(OH)2]=1.0×10-12.8。
(1)若含SO2的烟气中混有空气,在不同的浸出时间下,浸出液中Mn2+、S的浓度和pH测定结果如下图所示,在“浸锰”步骤中,主反应的化学方程式为 ,2 h后曲线产生明显差异的原因是 (用化学方程式表示)。
(2)萃取可分为扩散萃取和动力学萃取两种类型。萃取率随搅拌速度增加而进一步增加的称为扩散萃取,浸出液受化学反应控制的称为动力学萃取。萃取时搅拌速度和溶液pH对金属离子的萃取率的影响如图所示。萃取时,应采用的最佳实验条件为 ,pH过大或过小都会降低Fe3+萃取率,结合平衡移动原理解释其原因是 。
(3)若浸出液中Mn2+的浓度为1.0 mol/L,则“调pH”的范围为 (当离子浓度小于1.0×10-6 mol/L时认为沉淀完全)。
(4)“沉锰”步骤中为减少副产物Mn(OH)2的生成,正确的操作是将 溶液逐滴加入 溶液中,并不断搅拌。
(5)“酸溶”后的操作步骤包括 、过滤、洗涤、干燥。
8.(2024九省联考广西卷,15)层状结构MoS2薄膜能用于制作电极材料。MoS2薄膜由辉钼矿(主要含MoS2及少量FeO、SiO2)制得MoO3后再与S经气相反应并沉积得到,其流程如下。
回答下列问题:
(1)“焙烧”产生的SO2用NaOH溶液吸收生成NaHSO3的离子方程式为 。
(2)“焙烧”后的固体用氨水“浸取”得到重钼酸铵[(NH4)2Mo2O7]溶液,为提高“浸取”速率,可采用的措施是 (举一例)。
(3)“灼烧”过程中需回收利用的气体是 (填化学式)。
(4)在650 ℃下“气相沉积”生成MoS2的反应需在特定气流中进行,选用Ar而不选用H2形成该气流的原因是 。
(5)层状MoS2晶体与石墨晶体结构类似,层状MoS2的晶体类型为 。将Li+嵌入层状MoS2充电后得到的LixMoS2可作电池负极,该负极放电时的电极反应式为 。结合原子结构分析,Li+能嵌入MoS2层间可能的原因是 。
9.(2024吉林延边一模,17)钒(V)被称为钢铁行业的“维生素”。从某钒矿石焙砂中提取钒的主要流程如下:
已知:ⅰ.滤液A中的阳离子主要有H+、V、Fe3+、Al3+等;
ⅱ.“萃取”过程可表示为VO2++2HA(有机相) VOA2(有机相)+2H+。
回答下列问题:
(1)钒矿石焙砂要进行研磨粉碎,研磨粉碎的目的是 。
(2)“浸钒”过程中,V2O5与硫酸反应的化学方程式为 。
(3)用铁粉“还原”过程中,有如下转化:V→VO2+,Fe→Fe2+;写出其转化的离子方程式: 。
(4)“萃取”前,若不用石灰乳先中和,萃取效果不好,原因是 。
(5)滤渣D的主要成分为 (写化学式)。
(6)用以下方法测量“浸钒”过程中钒的浸出率。从滤液A中取出1 mL,用蒸馏水稀释至10 mL,加入适量过硫酸铵,加热,将滤液A中可能存在的VO2+氧化为V,继续加热煮沸,除去过量的过硫酸铵。冷却后加入3滴指示剂,用n mol·L-1的(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液将V滴定为VO2+,共消耗V1 mL (NH4)2Fe(SO4)2溶液。
已知:a.所取钒矿石焙砂中钒元素的质量为m g;所得滤液A的总体积为c mL;
b.3滴指示剂消耗V2 mL (NH4)2Fe(SO4)2溶液。
①用上述方法测得“浸钒”过程中钒的浸出率为 (用含相应字母的代数式表示)。
②若不除去过量的过硫酸铵,钒浸出率的测定结果将 (填“偏高”“不变”或“偏低”)。
10.(2024安徽淮北二模,16,改编)铌(Nb)、钽(Ta)为同族元素,在航空航天、武器装备等领域发挥着重要作用。以含铌、钽的尾矿(主要成分有Nb2O5、Ta2O5、Al2O3、SiO2、MgO、Fe2O3等)为原料制备Nb2O5、Ta2O5的工艺流程如下:
已知:①“碱浸”步骤中Nb2O5、Ta2O5发生的反应为Nb2O5+2NaOH 2NaNbO3+H2O;Ta2O5+2NaOH 2NaTaO3+H2O。
②“转化”步骤中NaNbO3、NaTaO3分别转化成Nb。
回答下列问题:
(1)碱浸后得到的滤液中溶质的主要成分为 (填化学式);
(2)“盐酸预洗”的目的是 ;
(3)①“转化”步骤中NaNbO3转化为Nb ;
②“转化”步骤在90 ℃、硫酸酸化下完成,反应的速率方程为v=kc1.2(H+)c1.1(F),H2SO4的作用是 ;
(4)Nb能被不同的有机溶剂选择性地萃取而与杂质分离,水相1和水相2中加入硫酸可以回收利用 (填化学式),“调节pH”步骤得到的沉淀是铌、钽的氢氧化物,煅烧氢氧化钽发生反应的方程式为 。
11.(2024江西赣州一模,15)钕铁硼永磁材料被广泛应用于汽车、家电、电子产品等领域。以江西赣州某公司的钕铁硼油泥废料(主要物相为RE2O3、Fe2O3)为原料,回收有价金属的工艺流程如图所示。
已知:①用RE表示稀土元素;②配位阴离子的稳定常数越大,配位阴离子越稳定。几种配位阴离子的稳定常数如下:
配位阴离子 FeC FeC2 Fe(C2O4 Fe(C2O4
稳定常数 25.4 9.4 16.2 20.2
回答下列问题:
(1)钕(Nd)属于f区元素,其原子轨道共有 种不同的形状。
(2)Na2CO3溶液能洗涤钕铁硼油泥废料的原因是 (用离子方程式表示)。
(3)浸取后,对浸取液进行紫外可见光光度测试,结果如图所示。写出Fe2O3与盐酸反应的离子方程式: 。
(4)沉淀时,H2C2O4用量及沉淀温度对稀土元素与铁元素选择性分离的影响如图所示。
沉淀时,n(H2C2O4)与n(RE)的最佳物质的量之比为 ,请说明原因: 。最佳沉淀温度为60 ℃,温度继续升高,稀土元素沉淀率略下降的原因可能是 。
(5)在沉淀后的滤液中加入H2C2O4,溶液中主要存在的配位阴离子是 ,该离子在加入铁粉后生成FeC2O4·2H2O的离子方程式为 。
12.(2024九省联考贵州卷,16)钴属于稀缺性金属。利用“微波辅助低共熔溶剂”浸取某废旧锂离子电池中钴酸锂粗品制备LiCoO2产品,实现资源的循环利用,主要工艺流程如下:
已知:①氯化胆碱[HOCH2CH2N+(CH3)3·Cl-]是一种铵盐;
②Co2+在溶液中常以[CoCl4]2-(蓝色)和[Co(H2O)6]2+(粉红色)形式存在;
③25 ℃时,Ksp[Co(OH)2]=1.6×10-15。
回答下列问题:
(1)LiCoO2中Li的化合价为 。
(2)下图为“微波共熔”中氯化胆碱—草酸和LiCoO2粗品以不同的液固比在120 ℃下微波处理10 min后锂和钴的浸取率图,则最佳液固比为 mL/g。
(3)“水浸”过程中溶液由蓝色变为粉红色,该变化的离子方程式为 。
(4)25 ℃时,“沉钴”反应完成后,溶液pH=10,此时c(Co2+)= mol/L。
(5)“滤饼2”在高温烧结前需要洗涤、干燥,检验“滤饼2”是否洗涤干净的操作及现象是 。
(6)“高温烧结”中需要通入空气,其作用是 。
(7)锂离子电池正极材料LiCoO2在多次充放电后由于可循环锂的损失,结构发生改变生成Co3O4,导致电化学性能下降。
①Co3O4晶体(常式尖晶石型)的晶胞示意图如图所示,则顶点上的离子为 (用离子符号表示)。
②使用LiOH和30% H2O2溶液可以实现LiCoO2的修复,则修复过程中的化学反应方程式为 。
专题三 金属及其化合物
五年高考
考点1 钠、铁及其化合物
1.(2024安徽,3,3分)青少年帮厨既可培养劳动习惯,也能将化学知识应用于实践。下列有关解释合理的是 (A)
A.清洗铁锅后及时擦干,能减缓铁锅因发生吸氧腐蚀而生锈
B.烹煮食物的后期加入食盐,能避免NaCl长时间受热而分解
C.将白糖熬制成焦糖汁,利用蔗糖高温下充分炭化为食物增色
D.制作面点时加入食用纯碱,利用NaHCO3中和发酵过程产生的酸
2.(2024山东,2,2分)化学品在食品工业中也有重要应用,下列说法错误的是 (D)
A.活性炭可用作食品脱色剂
B.铁粉可用作食品脱氧剂
C.谷氨酸钠可用作食品增味剂
D.五氧化二磷可用作食品干燥剂
3.(2024黑、吉、辽,5,3分)家务劳动中蕴含着丰富的化学知识。下列相关解释错误的是 (B)
A.用过氧碳酸钠漂白衣物:Na2CO4具有较强氧化性
B.酿米酒需晾凉米饭后加酒曲:乙醇受热易挥发
C.用柠檬酸去除水垢:柠檬酸酸性强于碳酸
D.用碱液清洗厨房油污:油脂可碱性水解
4.(2024浙江6月选考,2,3分)下列说法不正确的是 (A)
A.Al(OH)3呈两性,不能用于治疗胃酸过多
B.Na2O2能与CO2反应产生O2,可作供氧剂
C.FeO有还原性,能被氧化成Fe3O4
D.HNO3见光易分解,应保存在棕色试剂瓶中
5.(2024新课标,9,6分)实验室中利用下图装置验证铁与水蒸气的反应。下列说法错误的是 (B)
A.反应为3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)
B.酒精灯移至湿棉花下方实验效果更佳
C.用火柴点燃肥皂泡检验生成的氢气
D.使用硬质玻璃试管盛装还原铁粉
6.(2024湖南,11,3分)中和法生产Na2HPO4·12H2O的工艺流程如下:
已知:①H3PO4的电离常数:=6.9×10-3,=6.2×10-8,=4.8×10-13;
②Na2HPO4·12H2O易风化。
下列说法错误的是 (C)
A.“中和”工序若在铁质容器中进行,应先加入Na2CO3溶液
B.“调pH”工序中X为NaOH或H3PO4
C.“结晶”工序中溶液显酸性
D.“干燥”工序需在低温下进行
7.(2024湖北,10,3分)碱金属的液氨溶液含有的蓝色溶剂化电子[e(NH3)n]-是强还原剂。锂与液氨反应的装置如图(夹持装置略)。下列说法错误的是 (C)
A.碱石灰有利于NH3逸出
B.锂片必须打磨出新鲜表面
C.干燥管中均可选用P2O5
D.双口烧瓶中发生的变化是Li+nNH3 Li++[e(NH3)n]-
8.(2023重庆,3,3分)下列叙述正确的是 (C)
A.Mg分别与空气和氧气反应,生成的产物相同
B.SO2分别与H2O和H2S反应,反应的类型相同
C.Na2O2分别与H2O和CO2反应,生成的气体相同
D.浓H2SO4分别与Cu和C反应,生成的酸性气体相同
9.(2023湖南,7,3分)取一定体积的两种试剂进行反应,改变两种试剂的滴加顺序(试剂浓度均为0.1 mol·L-1),反应现象没有明显差别的是 (D)
选项 试剂① 试剂②
A 氨水 AgNO3溶液
B NaOH溶液 Al2(SO4)3溶液
C H2C2O4溶液 酸性KMnO4溶液
D KSCN溶液 FeCl3溶液
10.(2022广东,6,2分)劳动开创未来。下列劳动项目与所述的化学知识没有关联的是(A)
选项 劳动项目 化学知识
A 面包师用小苏打作发泡剂烘焙面包 Na2CO3可与酸反应
B 环保工程师用熟石灰处理酸性废水 熟石灰具有碱性
C 工人将模具干燥后再注入熔融钢水 铁与H2O高温下会反应
D 技术人员开发高端耐腐蚀镀铝钢板 铝能形成致密氧化膜
11.(2021河北,1,3分)“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献,陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁,再锻打成钢。下列说法错误的是 (C)
A.钢是以铁为主的含碳合金
B.钢的含碳量越高,硬度和脆性越大
C.生铁由于含碳量高,熔点比熟铁高
D.冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
12.(2021广东,10,2分)部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是 (C)
A.a可与e反应生成b
B.b既可被氧化,也可被还原
C.可将e加入浓碱液中制得d的胶体
D.可存在b→c→d→e→b的循环转化关系
13.(2023重庆,15,14分)Fe3O4是一种用途广泛的磁性材料,以FeCl2为原料制备Fe3O4并获得副产物CaCl2水合物的工艺如下。
25 ℃时各物质溶度积见下表:
物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Ca(OH)2
溶度积(Ksp) 4.9×10-17 2.8×10-39 5.0×10-6
回答下列问题:
(1)Fe3O4中Fe元素的化合价是+2和 +3 。O2-的核外电子排布式为 1s22s22p6 。
(2)反应釜1中的反应需在隔绝空气条件下进行,其原因是 Fe2+易被氧化,得不到Fe(OH)2 。
(3)反应釜2中,加入CaO和分散剂的同时通入空气。
①反应的离子方程式为 4CaO+6H2O+4Fe2++O2 4Fe(OH)3+4Ca2+ 。
②为加快反应速率,可采取的措施有 适当升高温度、搅拌等合理答案 (写出两项即可)。
(4)①反应釜3中,25 ℃时,Ca2+浓度为5.0 mol/L,理论上pH不超过 11 。
②称取CaCl2水合物1.000 g,加水溶解,加入过量Na2C2O4,将所得沉淀过滤洗涤后,溶于热的稀硫酸中,用0.100 0 mol/L KMnO4标准溶液滴定,消耗24.00 mL。滴定达到终点的现象为 加入最后半滴KMnO4标准溶液后,溶液变为浅红色,且半分钟内不变色 ,该副产物中CaCl2的质量分数为 66.6% 。
14.(2022天津,13,14分)金属钠及其化合物在人类生产生活中起着重要作用。回答下列问题:
(1)基态Na原子的价层电子轨道表示式为 (或) 。
(2)NaCl熔点为800.8 ℃,工业上采用电解熔融NaCl制备金属Na。电解反应方程式如下:
2NaCl(l) 2Na(l)+Cl2(g)
加入 CaCl2的目的是 作助熔剂,降低NaCl的熔点,节省能耗 。
(3)Na2O2的电子式为 Na+[······]2-Na+ 。在25 ℃和101 kPa时,Na与O2反应生成1 mol Na2O2放热510.9 kJ,写出该反应的热化学方程式: 2Na(s)+O2(g) Na2O2(s) ΔH=-510.9 kJ·mol-1 。
(4)采用空气和Na为原料可直接制备Na2O2。空气与熔融金属Na反应前需依次通过 c 、 a (填序号)
a.浓硫酸 b.饱和食盐水 c.NaOH溶液 d.KMnO4溶液
(5)钠的某氧化物晶胞如下图,图中所示钠离子全部位于晶胞内。由晶胞图判断该氧化物的化学式为 Na2O 。
(6)天然碱的主要成分为Na2CO3·NaHCO3·2H2O,1 mol Na2CO3·NaHCO3·2H2O经充分加热得到Na2CO3的质量为 159 g。
15.(2021海南,15,10分)无水FeCl3常作为芳烃氯代反应的催化剂。某研究小组设计了如下流程,以废铁屑(含有少量碳和SiO2杂质)为原料制备无水FeCl3(s)。
已知:氯化亚砜()熔点-101 ℃,沸点76 ℃,易水解。
回答问题:
(1)操作①是过滤,用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和 漏斗 。
(2)为避免引入新的杂质,试剂B可以选用 bd (填编号)。
a.KMnO4溶液 b.氯水 c.溴水 d.H2O2溶液
(3)操作②是蒸发结晶,加热的同时通入HCl(g)的目的是 抑制Fe3+水解 。
(4)取少量D晶体,溶于水并滴加KSCN溶液,现象是 溶液呈红色 。
(5)反应D→E的化学方程式为 FeCl3·6H2O+6SOCl2FeCl3+6SO2↑+12HCl↑ 。
(6)由D转化成E的过程中可能产生少量亚铁盐,写出一种可能的还原剂 SO2 ,并设计实验验证是该还原剂将Fe3+还原: 将少量样品溶于水,先滴加足量盐酸无现象,再滴加少量BaCl2溶液,若出现白色沉淀则证明还原剂为SO2(合理答案均可) 。
考点2 金属资源的开发利用
类型1 选择型流程题
16.(2024贵州,13,3分)贵州重晶石矿(主要成分BaSO4)储量占全国1/3以上。某研究小组对重晶石矿进行“富矿精开”研究,开发了制备高纯纳米钛酸钡(BaTiO3)工艺。部分流程如下:
下列说法正确的是 (B)
A.“气体”主要成分是H2S,“溶液1”的主要溶质是Na2S
B.“系列操作”可为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
C.“合成反应”中生成BaTiO3的反应是氧化还原反应
D.“洗涤”时可用稀H2SO4去除残留的碱,以提高纯度
17.(2024黑、吉、辽,13,3分)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn,流程如下。“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是 (C)
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子 Zn2+ Cu2+ Cl-
浓度(g·L-1) 145 0.03 1
A.“浸铜”时应加入足量H2O2,确保铜屑溶解完全
B.“浸铜”反应:2Cu+4H++H2O2 2Cu2++H2↑+2H2O
C.“脱氯”反应:Cu+Cu2++2Cl- 2CuCl
D.脱氯液净化后电解,可在阳极得到Zn
18.(2024江西,8,3分)从CPU针脚(含有铜、镍和钴等金属)中回收金的实验步骤如下图。下列说法错误的是 (C)
A.将CPU针脚粉碎可加速溶解
B.除杂和溶金步骤需在通风橱中进行
C.富集后,K[AuBr4]主要存在于滤液中
D.还原步骤中有S生成
19.(2023辽宁,10,3分)某工厂采用如下工艺制备Cr(OH)3,已知焙烧后Cr元素以+6价形式存在,下列说法错误的是 (B)
A.“焙烧”中产生CO2
B.滤渣的主要成分为Fe(OH)2
C.滤液①中Cr元素的主要存在形式为Cr
D.淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
20.(2023福建,7,4分)从炼钢粉尘(主要含Fe3O4、Fe2O3和ZnO)中提取锌的流程如下:
“盐浸”过程ZnO转化为[Zn(NH3)4]2+,并有少量Fe2+和Fe3+浸出。下列说法错误的是(B)
A.“盐浸”过程若浸液pH下降,需补充NH3
B.“滤渣”的主要成分为Fe(OH)3
C.“沉锌”过程发生反应[Zn(NH3)4]2++4H2O+S2- ZnS↓+4NH3·H2O
D.应合理控制(NH4)2S用量,以便滤液循环使用
21.(2023湖南,9,3分)处理某铜冶金污水(含Cu2+、Fe3+、Zn2+、Al3+)的部分流程如下:
已知:①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2 3.5
完全沉淀pH 3.2 6.7 8.2 4.6
②Ksp(CuS)=6.4×10-36,Ksp(ZnS)=1.6×10-24。
下列说法错误的是 (D)
A.“沉渣Ⅰ”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3
B.Na2S溶液呈碱性,其主要原因是S2-+H2O HS-+OH-
C.“沉淀池Ⅱ”中,当Cu2+和Zn2+完全沉淀时,溶液中=4.0×10-12
D.“出水”经阴离子交换树脂软化处理后,可用作工业冷却循环用水
22.(2023河北,10,3分)一种以锰尘(主要成分为Mn3O4,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯MnCO3的清洁生产新工艺流程如下:
已知:室温下相关物质的Ksp如下表。
Al(OH)3 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Fe(OH)2
10-32.9 10-11.3 10-5.3 10-16.3
Fe(OH)3 Mn(OH)2 MgF2 CaF2
10-38.6 10-12.7 10-10.3 10-8.3
下列说法错误的是 (C)
A.酸浸工序中产生的气体①为氯气
B.滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3
C.除杂②工序中逐渐加入NaF溶液时,若Ca2+、Mg2+浓度接近,则CaF2先析出
D.沉淀工序中发生反应的离子方程式为Mn2++2HC MnCO3↓+CO2↑+H2O
23.(2022湖南,7,3分)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下:
下列说法错误的是 (C)
A.不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料
B.采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C.合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2
D.滤液可回收进入吸收塔循环利用
24.(2022福建,6,4分)用铬铁合金(含少量Ni、Co单质)生产硫酸铬的工艺流程如下:
下列说法错误的是 (D)
A.“浸出”产生的气体含有H2
B.“除杂”的目的是除去Ni、Co元素
C.流程中未产生六价铬化合物
D.“滤渣2”的主要成分是Fe2(C2O4)3
类型2 矿物的开发利用
25.(2024江西,15,14分)稀土是国家的战略资源之一。以下是一种以独居石[主要成分为CePO4,含有Th3(PO4)4、U3O8和少量镭杂质]为原料制备CeCl3·nH2O的工艺流程图。
已知:ⅰ.Ksp[Th(OH)4]=4.0×10-45,Ksp[Ce(OH)3]=1.6×10-20,Ksp[Ce(OH)4]=2.0×10-48
ⅱ.镭为第ⅡA族元素
回答下列问题:
(1)关于独居石的热分解,以下说法正确的是 b (填标号)。
a.降低压强,分解速率增大
b.降低温度,分解速率降低
c.反应时间越长,分解速率越大
d.提高搅拌速度,分解速率降低
(2)Na2U2O7中铀元素的化合价为 +6 ,热分解阶段U3O8生成Na2U2O7的化学反应方程式为 O2+2U3O8+6NaOH 3Na2U2O7+3H2O 。
(3)浓缩结晶后,得到的晶体产物化学式为 Na3PO4 。滤液可用于 热分解 阶段循环利用,避免产生大量的高碱度废水。
(4)溶解阶段,将溶液pH先调到1.5~2.0,反应后再回调至4.5。
①盐酸溶解Ce(OH)4的离子方程式为 2Ce(OH)4+8H++2Cl- 2Ce3++Cl2↑+8H2O 。
②当溶液pH=4.5时,c(Th4+)= 4.0×10-7 mol/L,此时完全转化为氢氧化钍沉淀。
(5)以BaSO4为载体形成共沉淀,目的是去除杂质 镭 。
26.(2024山东,18,12分)以铅精矿(含PbS、Ag2S等)为主要原料提取金属Pb和Ag的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“热浸”时,难溶的PbS和Ag2S转化为[PbCl4]2-和[AgCl2]-及单质硫。溶解等物质的量的PbS和Ag2S时,消耗Fe3+物质的量之比为 1∶1 ;溶液中盐酸浓度不宜过大,除防止“热浸”时HCl挥发外,另一目的是防止产生 H2S (填化学式)。
(2)将“过滤Ⅱ”得到的PbCl2沉淀反复用饱和食盐水热溶,电解所得溶液可制备金属Pb。“电解Ⅰ”阳极产物用尾液吸收后在工艺中循环使用,利用该吸收液的操作单元为 热浸 。
(3)“还原”中加入铅精矿的目的是 还原过量的FeCl3 。
(4)“置换”中可选用的试剂X为 C (填标号);
A.Al B.Zn C.Pb D.Ag
“置换”反应的离子方程式为 Pb+2[AgCl2]- 2Ag+[PbCl4]2- 。
(5)“电解Ⅱ”中将富银铅泥制成电极板,用作 阳极 (填“阴极”或“阳极”)。
27.(2023海南,15,14分)铍的氧化物广泛应用于原子能、航天、电子、陶瓷等领域,是重要的战略物资。利用绿柱石(主要化学成分为(Be3Al2Si6O18,还含有一定量的FeO和Fe2O3)生产BeO的一种工艺流程如下。
回答问题:
(1)Be3Al2Si6O18中Be的化合价为 +2 。
(2)粉碎的目的是 增大反应物的接触面积,加快反应速率,提高浸取率 ;残渣的主要成分是 SiO2 (填化学式)。
(3)该流程中能循环使用的物质是 (NH4)2SO4 (填化学式)。
(4)无水BeCl2可用作聚合反应的催化剂。BeO、Cl2与足量C在600~800 ℃制备BeCl2的化学方程式为 BeO+Cl2+C CO+BeCl2 。
(5)沉铍时,将pH从8.0提高到8.5,则铍的损失降低至原来的 10 %。
28.(2023北京,18,13分)以银锰精矿(主要含Ag2S、MnS、FeS2)和氧化锰矿(主要含MnO2)为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如下。
已知:酸性条件下, MnO2的氧化性强于Fe3+。
(1)“浸锰”过程是在H2SO4溶液中使矿石中的锰元素浸出,同时去除FeS2,有利于后续银的浸出;矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中。
①“浸锰”过程中,发生反应MnS+2H+ Mn2++H2S↑,则可推断:Ksp(MnS) > Ksp(Ag2S)(填“>”或“<”)。
②在H2SO4溶液中,银锰精矿中的FeS2和氧化锰矿中的MnO2发生反应,则浸锰液中主要的金属阳离子有 Fe3+、Mn2+ 。
(2)“浸银”时,使用过量FeCl3、HCl和CaCl2的混合液作为浸出剂,将Ag2S中的银以[AgCl2]-形式浸出。
①将“浸银”反应的离子方程式补充完整:
2Fe3++Ag2S+4 Cl- 2 Fe2+ +2[AgCl2]-+S
②结合平衡移动原理,解释浸出剂中Cl-、H+的作用: H+的作用是抑制Fe3+水解,Cl-的作用是与Ag+生成配合物[AgCl2]-,促使平衡正向移动 。
(3)“沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂。
①该步反应的离子方程式有 2Fe3++Fe 3Fe2+、Fe+2H+ Fe2++H2↑、2[AgCl2]-+Fe 2Ag+4Cl-+Fe2+ 。
②一定温度下,Ag的沉淀率随反应时间的变化如图所示。解释t分钟后Ag的沉淀率逐渐减小的原因: 若反应时间过长,溶液中c(Fe2+)升高,导致平衡2[AgCl2]-+Fe 2Ag+4Cl-+Fe2+逆向移动,Ag溶解 。
(4)结合“浸锰”过程,从两种矿石中各物质利用的角度,分析联合提取银和锰的优势: 在“浸锰”过程中,氧化锰矿中的MnO2作氧化剂,银锰精矿中的FeS2作还原剂,不需要额外加入氧化剂与还原剂即可联合提取 。
29.(2021福建,11,13分)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(主要含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 氨水 吸收后可制取氮肥。
(2)“浸出”时,MoO3转化为Mo。提高单位时间内钼浸出率的措施有 适当升温、搅拌、增加Na2CO3用量(增大Na2CO3浓度)等 (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,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 Na2MoO4晶体析出,混入浸渣 。
(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lgc(S2-)=pH-15.1。为了使溶液中的杂质离子浓度小于1.0×10-6 mol·L-1,应控制溶液的pH不小于 3.9 。 (已知:pKsp=-lgKsp;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Mo表示),可加入适量H2O2将其氧化为Mo,反应的离子方程式为 H2O2+Mo+H2O 。
(5)“沉淀”时,加入NH4NO3的目的是 提供N,使Mo充分转化为沉淀析出 。
(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 (NH4)2Mo4O13+12H2 4Mo+2NH3+13H2O 。[已知:(NH4)2Mo4O13受热分解生成MoO3]
30.(2021山东,17,11分)工业上以铬铁矿(FeCr2O4,含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7·2H2O)的工艺流程如下。回答下列问题:
(1)焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2CrO4,并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐。焙烧时气体与矿料逆流而行,目的是 使气固反应物充分接触,加快反应速率,使反应充分进行 。
(2)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为已除尽。
中和时pH的理论范围为 4.5~9.3 ;酸化的目的是 使Cr ;Fe元素在 浸取 (填操作单元的名称)过程中除去。
(3)蒸发结晶时,过度蒸发将导致 有Na2Cr2O7析出 ;冷却结晶所得母液中,除Na2Cr2O7外,可在上述流程中循环利用的物质还有 H2SO4 。
(4)利用膜电解技术(装置如图所示),以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为:
4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑
则Na2Cr2O7在 阳 (填“阴”或“阳”)极室制得,电解时通过膜的离子主要为 Na+ 。
类型3 废料或中间体的回收利用
31.(2024贵州,16,15分)煤气化渣属于大宗固废,主要成分为Fe2O3、Al2O3、SiO2及少量MgO等。一种利用“酸浸—碱沉—充钠”工艺,制备钠基正极材料NaFePO4和回收Al2O3的流程如下:
已知:
①25 ℃时,Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12;
②2Na[Al(OH)4](aq) Al2O3·3H2O(s)+2NaOH(aq)。
回答下列问题:
(1)“滤渣”的主要成分为 SiO2 (填化学式)。
(2)25 ℃时,“碱沉”控制溶液pH至3.0,此时溶液中c(Fe3+)= 2.8×10-6 mol·L-1。
(3)“除杂”时需加入的试剂X是 NaOH溶液 。
(4)“水热合成”中,NH4H2PO4作为磷源,“滤液2”的作用是 提供Na+ ,水热合成NaFePO4的离子方程式为 Fe2++Na++H2P+2OH- NaFePO4↓+2H2O 。
(5)“煅烧”得到的物质也能合成钠基正极材料NaFeO2,其工艺如下:
①该工艺经碳热还原得到Fe3O4,“焙烧”生成NaFeO2的化学方程式为 4Fe3O4+6Na2CO3+O2 12NaFeO2+6CO2 。
②NaFeO2的晶胞结构示意图如甲所示。每个晶胞中含有NaFeO2的单元数有 3 个。
甲 乙 丙
③若“焙烧”温度为700 ℃,n(Na2CO3)∶n(Fe3O4)=9∶8时,生成纯相Na1-xFeO2,则x= ,其可能的结构示意图为 乙 (选填“乙”或“丙”)。
32.(2024全国甲,26,14分)钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的+2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。
注:加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于10-5 mol·L-1,其他金属离子不沉淀,即认为完全分离。
已知:①Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(ZnS)=2.5×10-22,Ksp(CoS)=4.0×10-21。
②以氢氧化物形式沉淀时,lg[c(M)/(mol·L-1)]和溶液pH的关系如图所示。
回答下列问题:
(1)“酸浸”前,需将废渣磨碎,其目的是 增大接触面积,加快反应速率,提高原料利用率 。
(2)“酸浸”步骤中,CoO发生反应的化学方程式是 CoO+H2SO4 CoSO4+H2O 。
(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.10 mol·L-1,向其中加入Na2S至Zn2+沉淀完全,此时溶液中c(Co2+)= 1.6×10-4 mol·L-1,据此判断能否实现Zn2+和Co2+的完全分离 不能 (填“能”或“不能”)。
(4)“沉锰”步骤中,生成1.0 mol MnO2,产生H+的物质的量为 4.0 mol 。
(5)“沉淀”步骤中,用NaOH调pH=4,分离出的滤渣是 Fe(OH)3 。
(6)“沉钴”步骤中,控制溶液pH=5.0~5.5,加入适量的NaClO氧化Co2+,其反应的离子方程式为 2Co2++ClO-+5H2O 2Co(OH)3↓+Cl-+4H+ 。
(7)根据题中给出的信息,从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是 向滤液中继续加氢氧化钠至溶液8.2
回答下列问题:
(1)Cu位于元素周期表第 四 周期第 ⅠB 族。
(2)“浸出液1”中含有的金属离子主要是 Cu2+ 。
(3)“浸取2”步骤中,单质金转化为HAuCl4的化学方程式为 2Au+8HCl+3H2O2 2HAuCl4+6H2O 。
(4)“浸取3”步骤中,“浸渣2”中的 AgCl (填化学式)转化为[Ag(S2O3)2]3-。
(5)“电沉积”步骤中阴极的电极反应式为 [Ag(S2O3)2]3-+e- Ag↓+2S2 。“电沉积”步骤完成后,阴极区溶液中可循环利用的物质为 Na2S2O3 (填化学式)。
(6)“还原”步骤中,被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为 3∶4 。
(7)Na2S2O3可被I2氧化为Na2S4O6。从物质结构的角度分析S4的结构为(a)而不是(b)的原因: 结构(a)中电子云分布较均衡,结构较稳定,结构(b)正、负电中心不重合,极性较大,且存在过氧键,氧化性大于I2,故Na2S2O3不可被I2氧化为结构(b) 。
34.(2024广东,18,14分)镓(Ga)在半导体、记忆合金等高精尖材料领域有重要应用。一种从电解铝的副产品炭渣(含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素)中提取镓及循环利用铝的工艺如下。
工艺中,LAEM是一种新型阴离子交换膜,允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用LAEM提取金属离子Mn+的原理如图。
已知:
①pKa(HF)=3.2。
②Na3[AlF6](冰晶石)的 Ksp为4.0×10-10。
③浸取液中,Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m-3)-(m=0~4)微粒形式存在,Fe2+最多可与2个Cl-配位,其他金属离子与Cl-的配位可忽略。
(1)“电解”中,反应的化学方程式为 2Al2O3 4Al+3O2↑ 。
(2)“浸取”中,由Ga3+形成[GaCl4]-的离子方程式为 Ga3++4Cl- [GaCl4]- 。
(3)“还原”的目的:避免 Fe 元素以 [FeCl4]- (填化学式)微粒的形式通过LAEM,从而有利于Ga的分离。
(4)“LAEM提取”中,原料液的Cl-浓度越 高 ,越有利于Ga的提取;研究表明,原料液酸度过高,会降低Ga的提取率。因此,在不提高原料液酸度的前提下,可向Ⅰ室中加入 NaCl (填化学式),以进一步提高Ga的提取率。
(5)“调pH”中,pH至少应大于 3.2 ,使溶液中c(F-)>c(HF),有利于[AlF6]3-配离子及Na3[AlF6]晶体的生成。若“结晶”后溶液中c(Na+)=0.10 mol·L-1,则[AlF6]3-的浓度为 4.0×10-7 mol·L-1。
(6)一种含Ga、Ni、Co元素的记忆合金的晶体结构可描述为Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心,形成如图所示的结构单元。该合金的晶胞中,粒子个数最简比Co∶Ga∶Ni= 2∶1∶1 ,其立方晶胞的体积为 8a3 nm3。
35.(2024湖南,16,14分)铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一种含贵金属的可再生资源,回收贵金属的化工流程如下:
已知:①当某离子的浓度低于1.0×10-5 mol·L-1时,可忽略该离子的存在;
②AgCl(s)+Cl-(aq) [AgCl2]-(aq) K=2.0×10-5;
③Na2SO3易从溶液中结晶析出;
④不同温度下Na2SO3的溶解度如下:
温度/℃ 0 20 40 60 80
溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0
回答下列问题:
(1)Cu属于 ds 区元素,其基态原子的价电子排布式为 3d104s1 ;
(2)“滤液1”中含有Cu2+和H2SeO3,“氧化酸浸”时Cu2Se反应的离子方程式为 Cu2Se+4H2O2+4H+ 2Cu2++H2SeO3+5H2O ;
(3)“氧化酸浸”和“除金”工序均需加入一定量的NaCl:
①在“氧化酸浸”工序中,加入适量NaCl的原因是 使Ag+生成AgCl沉淀,同时确保Ag+不转化为[AgCl2]-进入滤液1中造成Ag的损失 ;
②在“除金”工序溶液中,Cl-浓度不能超过 0.50 mol·L-1;
(4)在“银转化”体系中,[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-浓度之和为0.075 mol·L-1,两种离子分布分数δ[如δ([Ag(SO3)2]3-)=]随S浓度为1.0 mol·L-1,则[Ag(SO3)3]5-的浓度为 0.050 mol·L-1;
(5)滤液4中溶质主要成分为 Na2SO3 (填化学式);在连续生产的模式下,“银转化”和“银还原”工序需在40 ℃左右进行,若反应温度过高,将难以实现连续生产,原因是 滤液4中Na2SO3的浓度逐渐变大,温度过高,Na2SO3溶解度变小从而结晶析出 。
36.(2024新课标,27,14分)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下:
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5mol·L-1)时的pH:
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列问题:
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理,目的是 加快浸取速率、提高浸取效率(答案合理即可) ;“滤渣1”中金属元素主要为 Pb 。
(2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是 将Fe2+氧化成Fe3+ ,取少量反应后的溶液,加入化学试剂 K3[Fe(CN)6]溶液 检验 Fe2+ ,若出现蓝色沉淀,需补加MnO2。
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为 Mn+3Co2++7H2O MnO2↓+3Co(OH)3↓+5H+ 、 2Mn+3Mn2++2H2O 5MnO2↓+4H+ 。
(4)“除钴液”中主要的盐有 K2SO4、ZnSO4 (写化学式),残留的Co3+浓度为 10-16.7 mol·L-1。
37.(2023福建,11,20分)白合金是铜钴矿冶炼过程的中间产物,一种从白合金(主要含Fe3O4、CoO、CuS、Cu2S及少量SiO2)中分离回收金属的流程如下:
(1)“酸浸1”中加快反应速率的措施有 将白合金粉碎,搅拌,适当提高酸的浓度,适当提高温度等任写1条 (任写一种)。CoO发生反应的离子方程式: CoO+2H+ Co2++H2O 。
(2)“焙烧1”中,晶体[Fe2(SO4)3·xH2O和CoSO4·yH2O]总质量随温度升高的变化情况如下:
温度区间/℃ <227 227~566 566~600 600~630
晶体总质量 变小 不变 变小 不变
①升温至227 ℃过程中,晶体总质量变小的原因是 晶体失去结晶水 ;566~600 ℃发生分解的物质是 Fe2(SO4)3 (填化学式)。
②为有效分离铁、钴元素,“焙烧1”的温度应控制为 600 ℃。
(3)25 ℃时,Ksp(CuS)=6.3×10-36,H2S的=1.1×10-7,=1.3×10-13。反应CuS(s)+2H+(aq) Cu2+(aq)+H2S(aq)的平衡常数K= (列出计算式即可)。经计算可判断CuS难溶于稀硫酸。
(4)铜的硫化物结构多样。天然硫化铜俗称铜蓝,其晶胞结构如图。
①基态Cu2+的价电子排布式为 3d9 。
②晶胞中含有 2 个,N(Cu+)∶N(Cu2+)= 2∶1(或4∶2或2) 。
③晶体中微粒间作用力有 bc (填标号)。
a.氢键 b.离子键 c.共价键 d.金属键
(5)“焙烧2”中Cu2S发生反应的化学方程式为 Cu2S+2O2 2CuO+SO2 ;“滤渣2”是 SiO2 (填化学式)。
38.(2023河北,16,14分)闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离,同时得到的CuCl可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下:
已知:室温下的Ksp(CuCl)=10-6.8。
回答下列问题:
(1)首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到,其主要成分为 [Cu(NH3)4]Cl2 (填化学式)。
(2)滤渣的主要成分为 Fe (填化学式)。
(3)浸取工序的产物为[Cu(NH3)2]Cl,该工序发生反应的化学方程式为 [Cu(NH3)4]Cl2+Cu 2[Cu(NH3)2]Cl 。浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①,氧化工序发生反应的离子方程式为 8NH3+4[Cu(NH3)2]++O2+4H+ 4[Cu(NH3)4]2++2H2O 。
(4)浸取工序宜在30~40 ℃之间进行。当环境温度较低时,浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是 盐酸和液氨反应放热 。
(5)补全中和工序中主反应的离子方程式[Cu(NH3)2]++2H++Cl- CuCl↓ + 2N 。
(6)真空干燥的目的为 防止干燥过程中CuCl被空气中的O2氧化 。
39.(2022福建,11,13分)粉煤灰是火电厂的大宗固废。以某电厂的粉煤灰为原料(主要含SiO2、Al2O3和CaO等)提铝的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“浸出”时适当升温的主要目的是 提高浸出率(或提高浸出速率) ,Al2O3发生反应的离子方程式为 Al2O3+6H+ 2Al3++3H2O 。
(2)“浸渣”的主要成分除残余Al2O3外,还有 SiO2和CaSO4 。实验测得,5.0 g粉煤灰(Al2O3的质量分数为30%)经浸出、干燥后得到3.0 g “浸渣”(Al2O3的质量分数为8%),Al2O3的浸出率为 84% 。
(3)“沉铝”时,体系中三种物质的溶解度曲线如图所示,加入K2SO4沉铝的目的是 使更多的铝元素转化为晶体析出,同时保证晶体纯度 ,“沉铝”的最佳方案为 高温溶解再冷却结晶 。
(4)“焙烧”时,主要反应的化学方程式为 2KAl(SO4)2 K2SO4+Al2O3+3SO3↑或4KAl(SO4)2 2K2SO4+2Al2O3+6SO2↑+3O2↑ 。
(5)“水浸”后得到的“滤液2”可返回 沉铝 工序循环使用。
40.(2021辽宁,16,14分)从钒铬锰矿渣(主要成分为V2O5、Cr2O3、MnO)中提铬的一种工艺流程如下:
已知:pH较大时,二价锰[Mn(Ⅱ)]在空气中易被氧化。回答下列问题:
(1)Cr元素位于元素周期表第 四 周期 ⅥB 族。
(2)用FeCl3溶液制备Fe(OH)3胶体的化学方程式为 FeCl3+3H2OFe(OH)3(胶体)+3HCl 。
(3)常温下,各种形态五价钒粒子总浓度的对数[lgc总(V)]与pH关系如图1所示。已知钒铬锰矿渣硫酸浸液中c总(V)=0.01 mol·L-1,“沉钒”过程控制pH=3.0,则与胶体共沉降的五价钒粒子的存在形态为 H3V2 (填化学式)。
图1
(4)某温度下,Cr(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)的沉淀率与pH关系如图2所示。“沉铬”过程最佳pH为 6.0 ;在该条件下滤液B中c(Cr3+)= 1×10-6 mol·L-1[KW近似为1×10-14,Cr(OH)3的Ksp近似为1×10-30]。
图2
(5)“转化”过程中生成MnO2的离子方程式为 Mn2++H2O2+2OH- MnO2↓+2H2O 。
(6)“提纯”过程中Na2S2O3的作用为 作还原剂,将Mn(Ⅱ)的氧化产物转化为Mn(Ⅱ) 。
41.(2021重庆,15,14分)电镀在工业生产中具有重要作用。某电镀厂生产的废水经预处理后含有Cr2和少量的Cu2+、Ni2+,能够采用以下流程进行逐一分离,实现资源再利用。
已知:Ksp(CuS)=6.3×10-36和Ksp(NiS)=3.0×10-19。回答下列问题:
(1)Cr2中Cr元素的化合价为 +6 。
(2)还原池中有Cr3+生成,反应的离子方程式为 Cr2+3H2C2O4+8H+ 2Cr3++6CO2↑+7H2O 。
(3)沉淀1为Cr(OH)3,其性质与Al(OH)3相似,则Cr(OH)3与NaOH溶液反应的化学方程式为 Cr(OH)3+NaOH NaCrO2+2H2O 。
(4)Na2S溶液呈碱性的原因是 S2-+H2O HS-+OH- (用离子方程式表示),沉淀2为 CuS 。
(5)若废水中还含有Cd2+,pH=4时Cd2+的浓度为 1.0×10-7 mol/L,用该结果说明Cd2+影响上述流程进行分离的原因是 在沉淀池2中进行的沉淀Cu2+的反应需要调节溶液pH=4,此时c(Cd2+)<1.0×10-5 mol/L,可以认为Cd2+与Cu2+此时均沉淀完全,即沉淀2是CuS和CdS的混合物而无法准确分离开 [设H2S平衡浓度为1.0×10-6mol/L,已知:H2S的K1=1.0×10-7,K2=7.0×10-15,Ksp(CdS)=7.0×10-27]。
类型4 其他工艺
42.(2024黑、吉、辽,16,14分)中国是世界上最早利用细菌冶金的国家。已知金属硫化物在“细菌氧化”时转化为硫酸盐,某工厂用细菌冶金技术处理载金硫化矿粉(其中细小的Au颗粒被FeS2、FeAsS包裹),以提高金的浸出率并冶炼金,工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)北宋时期我国就有多处矿场利用细菌氧化形成的天然“胆水”冶炼铜,“胆水”的主要溶质为 CuSO4 (填化学式)。
(2)“细菌氧化”中,FeS2发生反应的离子方程式为 4FeS2+15O2+2H2O 4Fe3++8S+4H+ 。
(3)“沉铁砷”时需加碱调节pH,生成 Fe(OH)3 (填化学式)胶体起絮凝作用,促进了含As微粒的沉降。
(4)“焙烧氧化”也可提高“浸金”效率,相比“焙烧氧化”,“细菌氧化”的优势为 BC (填标号)。
A.无需控温 B.可减少有害气体产生
C.设备无需耐高温 D.不产生废液废渣
(5)“真金不怕火炼”表明Au难被O2氧化,“浸金”中NaCN的作用为 CN-络合Au+ 。
(6)“沉金”中Zn的作用为 作还原剂 。
(7)滤液②经H2SO4酸化,[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN的化学方程式为 Na2[Zn(CN)4]+2H2SO4 ZnSO4+4HCN+Na2SO4 。用碱中和HCN可生成 NaCN (填溶质化学式)溶液,从而实现循环利用。
43.(2023湖南,17,15分)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一。近年来,我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术,在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果。工业上以粗镓为原料,制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下:
已知:①金属Ga的化学性质和Al相似,Ga的熔点为29.8 ℃;
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体;
③相关物质的沸点:
物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
回答下列问题:
(1)晶体Ga(CH3)3的晶体类型是 分子晶体 ;
(2)“电解精炼”装置如图所示,电解池温度控制在40~45 ℃的原因是 确保Ga处于液态,易于分离 ,阴极的电极反应式为 Ga+3e-+2H2O Ga+4OH-[或Ga(OH+3e- Ga+4OH-] ;
(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI,写出该反应的化学方程式 Ga2Mg5+8CH3I+2Et2O 2Ga(CH3)3(Et2O)+3MgI2+2CH3MgI ;
(4)“残渣”经纯水处理,能产生可燃性气体,该气体主要成分是 CH4 ;
(5)下列说法错误的是 D ;
A.流程中Et2O得到了循环利用
B.流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行
C.“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3),并蒸出Ga(CH3)3
D.用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3,而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是 Ga(CH3)3与Et2O的沸点相近,不易分离,而Ga(CH3)3与NR3的沸点相差较大,将Ga(CH3)3(NR3)分解后,蒸馏时可得到超纯Ga(CH3)3 ;
(7)比较分子中的C—Ga—C键角大小:Ga(CH3)3 > Ga(CH3)3(Et2O)(填“>”“<”或“=”),其原因是 Ga(CH3)3中Ga采取sp2杂化,Ga(CH3)3(Et2O)中Ga采取sp3杂化,前者C—Ga—C的键角大于后者 。
44.(2021河北,15,14分)绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺,该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料,不产生废弃物,实现了Cr-Fe-Al-Mg的深度利用和Na+内循环。工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是 Cr、Fe (填元素符号)。
(2)工序①的名称为 水浸或溶解 。
(3)滤渣Ⅰ的主要成分是 Fe2O3、MgO (填化学式)。
(4)工序③中发生反应的离子方程
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