专题3 金属及其化合物--2026版十年高考化学真题分类汇编

专题三 金属及其化合物
考点1 钠、铁及其化合物
1.（2025河南，4,3分）X是自然界中一种常见矿物的主要成分,可以通过如图所示的四步反应转化为Q(略去部分参与反应的物质和反应条件)。已知X和Q的组成元素相同。
下列说法错误的是(　　)
A.Y常用作油漆、涂料等的红色颜料
B.溶液Z加热煮沸后颜色会发生变化
C.R→Q反应需要在强酸性条件下进行
D.Q可以通过单质间化合反应制备
答案 C
2.(2025江苏,6,3分)下列化学反应表示正确的是　(　　)
A.黑火药爆炸:2KNO3+C+3S K2CO3+N2↑+3SO2↑
B.电解饱和NaCl溶液制NaOH:Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+ClO-
C.重油裂解获得的丙烯制聚丙烯:nCH2CH—CH3 CH2—CH—CH3
D.向饱和氨盐水中通入过量CO2:NaCl+NH3+H2O+CO2 NaHCO3↓+NH4Cl
答案 D
3.(2025浙江1月选考,3,3分)化学与生产生活密切相关,下列说法不正确的是(　　)
A.ClO2具有强氧化性,可用于杀菌消毒
B.聚丙烯是高分子材料,可用作吸水剂
C.Na2CO3溶液呈碱性,可用于去除油污
D.硬铝密度小、强度高、抗腐蚀能力强,可用作飞机材料
答案 B
4.(2024北京,8,3分)关于Na2CO3和NaHCO3的下列说法中,不正确的是(　　)
A.两种物质的溶液中,所含微粒的种类相同
B.可用NaOH溶液使NaHCO3转化为Na2CO3
C.利用二者热稳定性差异,可从它们的固体混合物中除去NaHCO3
D.室温下,二者饱和溶液的pH差约为4,主要是由于它们的溶解度差异
答案 D
5.(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
答案 D
6.(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
答案 B
7.(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
答案 A
8.(2024浙江6月选考,5,3分)化学与人类社会可持续发展息息相关。下列说法不正确的是(　　)
A.部分金属可在高温下用焦炭、一氧化碳、氢气等还原金属矿物得到
B.煤的气化是通过物理变化将煤转化为可燃性气体的过程
C.制作水果罐头时加入抗氧化剂维生素C,可延长保质期
D.加入混凝剂聚合氯化铝,可使污水中细小悬浮物聚集成大颗粒
答案 B
9.(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:=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
答案 C
10.(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
答案 B
11.(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
答案 A
12.(2024广东,7,2分)“光荣属于劳动者,幸福属于劳动者。”下列劳动项目与所述化学知识没有关联的是(　　)
选项 劳动项目 化学知识
A 水质检验员:用滴定法测水中Cl-含量 Ag++Cl- AgCl↓
B 化学实验员:检验Na2O2是否失效 2Na2O2+2H2O 4NaOH+O2↑
C 化工工程师:进行顺丁橡胶硫化 碳碳双键可打开与硫形成二硫键
D 考古研究员:通过14C测定化石年代 C60与石墨烯互为同素异形体
答案 D
13.(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
答案 D
14.(2023浙江1月选考,5,3分)下列关于元素及其化合物的性质说法不正确的是(　　)
A.Na和乙醇反应可生成H2
B.工业上煅烧黄铁矿(FeS2)生产SO2
C.工业上用氨的催化氧化制备NO
D.常温下铁与浓硝酸反应可制备NO2
答案 D
15.(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
答案　A
16.(2022广东,14,4分)下列关于Na的化合物之间转化反应的离子方程式书写正确的是 (　　)
A.碱转化为酸式盐:OH-+2H++C HC+2H2O
B.碱转化为两种盐:2OH-+Cl2 ClO-+Cl-+H2O
C.过氧化物转化为碱:2+2H2O 4OH-+O2↑
D.盐转化为另一种盐:Na2SiO3+2H+ H2SiO3↓+2Na+
答案　B
17.(2022海南,1,2分)化学与日常生活息息相关。下列说法错误的是 (　　)
A.使用含氟牙膏能预防龋齿
B.小苏打的主要成分是Na2CO3
C.可用食醋除去水垢中的碳酸钙
D.使用食品添加剂不应降低食品本身营养价值
答案　B
18.(2022湖北,8,3分)硫代碳酸钠能用于处理废水中的重金属离子,可通过如下反应制备:
2NaHS(s)+CS2(l) Na2CS3(s)+H2S(g)
下列说法正确的是 (　　)
A.Na2CS3不能被氧化
B.Na2CS3溶液显碱性
C.该制备反应是熵减过程
D.CS2的热稳定性比CO2的高
答案　B
19.(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
答案　C
20.(2022山东,11,4分)某同学按图示装置进行实验,欲使瓶中少量固体粉末最终消失并得到澄清溶液。下列物质组合不符合要求的是 (　　)
气体 液体 固体粉末
A CO2 饱和Na2CO3溶液 CaCO3
B Cl2 FeCl2溶液 Fe
C HCl Cu(NO3)2溶液 Cu
D NH3 H2O AgCl
答案　A
21.(2022北京,4,3分)下列方程式与所给事实不相符的是 (　　)
A.加热NaHCO3固体,产生无色气体:2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑
B.过量铁粉与稀硝酸反应,产生无色气体:Fe+N+4H+ Fe3++NO↑+2H2O
C.苯酚钠溶液中通入CO2,出现白色浑浊:+CO2+H2O +NaHCO3
D.乙醇、乙酸和浓硫酸混合加热,产生有香味的油状液体:CH3CH2OH+CH3COOH CH3COOCH2CH3+H2O
答案　B
22.(2022浙江1月选考,8,2分)下列说法不正确的是 (　　)
A.镁合金密度较小、强度较大,可用于制造飞机部件
B.还原铁粉可用作食品干燥剂
C.氯气、臭氧、二氧化氯都可用于饮用水的消毒
D.油脂是热值最高的营养物质
答案　B
23.(2022浙江6月选考,22,2分)关于化合物FeO(OCH3)的性质,下列推测不合理的是 (　　)
A.与稀盐酸反应生成FeCl3、CH3OH、H2O
B.隔绝空气加热分解生成FeO、CO2、H2O
C.溶于氢碘酸(HI),再加CCl4萃取,有机层呈紫红色
D.在空气中,与SiO2高温反应能生成Fe2(SiO3)3
答案　B
24.(2022河北,15,14分)以焙烧黄铁矿FeS2(杂质为石英等)产生的红渣为原料制备铵铁蓝Fe(NH4)Fe(CN)6颜料。工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)红渣的主要成分为　　　　　(填化学式);滤渣①的主要成分为　　　　　(填化学式)。
(2)黄铁矿研细的目的是　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)还原工序中,不生成S单质的反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。
(4)工序①的名称为　 　,所得母液循环使用。
(5)沉铁工序产生的白色沉淀Fe(NH4)2Fe(CN)6中Fe的化合价为　 　,氧化工序发生反应的离子方程式为　 　。
(6)若用还原工序得到的滤液制备Fe2O3·xH2O和(NH4)2SO4,所加试剂为　 　和　 　(填化学式,不引入杂质)。
答案　(1)Fe2O3　SiO2
(2)增大固液接触面积,加快反应速率,提高黄铁矿的利用率
(3)7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O 15FeSO4+8H2SO4
(4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤
(5)+2　6Fe(NH4)2Fe(CN)6+Cl+6H+ 6Fe(NH4)Fe(CN)6+3H2O+Cl-+6N
(6)H2O2　NH3·H2O
考点2 金属资源的开发利用
1.（2025广东，1，2分）中华传统技艺,凸显人民智慧。下列选项所涉及材料的主要成分属于合金的是(　　)
A.纸哪吒 B.石印章
C.木活字 D.不锈钢针
答案 D
2.（2025甘肃，11，3分）处理某酸浸液(主要含Li+、Fe2+、Cu2+、Al3+)的部分流程如下:
下列说法正确的是(　　)
A.“沉铜”过程中发生反应的离子方程式:2Fe+3Cu2+ 3Cu+2Fe3+
B.“碱浸”过程中NaOH固体加入量越多,Al(OH)3沉淀越完全
C.“氧化”过程中铁元素化合价降低
D.“沉锂”过程利用了Li2CO3的溶解度比Na2CO3小的性质
答案 D
3.(2025山东,13,4分)钢渣中富含CaO、SiO2、FeO、Fe2O3等氧化物,实验室利用酸碱协同法分离钢渣中的Ca、Si、Fe元素,流程如下。已知:Fe2(C2O4)3能溶于水;Ksp(CaC2O4)=2.3×10-9,Ksp(FeC2O4)=3.2×10-7。
下列说法错误的是(　　)
A.试剂X可选用Fe粉
B.试剂Y可选用盐酸
C.“分离”后Fe元素主要存在于滤液Ⅱ中
D.“酸浸”后滤液Ⅰ的pH过小会导致滤渣Ⅱ质量减少
答案 A
4.(2025黑、吉、辽、蒙,11,3分)某工厂利用生物质(稻草)从高锰钴矿(含MnO2、Co3O4和少量Fe2O3)中提取金属元素,流程如图。已知“沉钴”温度下Ksp(CoS)=10-20.4,下列说法错误的是(　　)
A.硫酸用作催化剂和浸取剂
B.使用生物质的优点是其来源广泛且可再生
C.“浸出”时,3种金属元素均被还原
D.“沉钴”后上层清液中c(Co2+)·c(S2-)=10-20.4
答案 C
5.(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
答案 C
6.(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
答案 B
7.(2024广东,14,4分)部分含Mg或Al或Fe物质的分类与相应化合价关系如图。下列推断合理的是(　　)
A.若a在沸水中可生成e,则a→f的反应一定是化合反应
B.在g→f→e→d转化过程中,一定存在物质颜色的变化
C.加热c的饱和溶液,一定会形成能产生丁达尔效应的红棕色分散系
D.若b和d均能与同一物质反应生成c,则组成a的元素一定位于周期表p区
答案 B
8.(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
答案 D
9.(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
答案 B
10.(2022广东,1,2分)中华文明源远流长,在世界文明中独树一帜,汉字居功至伟。随着时代发展,汉字被不断赋予新的文化内涵,其载体也发生相应变化。下列汉字载体主要由合金材料制成的是 (　　)
汉字 载体
选项 A.兽骨 B.青铜器 C.纸张 D.液晶 显示屏
答案　B
11.(2022海南,6,2分)依据下列实验,预测的实验现象正确的是 (　　)
选项 实验内容 预测的实验现象
A MgCl2溶液中滴加NaOH溶液至过量 产生白色沉淀后沉淀消失
B FeCl2溶液中滴加KSCN溶液 溶液变血红色
C AgI悬浊液中滴加NaCl溶液至过量 黄色沉淀全部转化为白色沉淀
D 酸性KMnO4溶液中滴加乙醇至过量 溶液紫红色褪去
答案　D
12.(2022浙江6月选考,24,2分)尖晶石矿的主要成分为MgAl2O4(含SiO2杂质)。已知:MgAl2O4(s)+4Cl2(g) MgCl2(s)+2AlCl3(g)+2O2(g)　ΔH>0。该反应难以发生,但采用“加炭氯化法”可以制备MgCl2和AlCl3,同时还可得到副产物SiCl4(SiCl4沸点为58 ℃,AlCl3在180 ℃升华):MgAl2O4(s)+4C(s)+4Cl2(g) MgCl2(s)+2AlCl3(g)+4CO(g)。下列说法不正确的是 (　　)
A.制备时要保持无水环境
B.输送气态产物的管道温度要保持在180 ℃以上
C.氯化时加炭,既增大了反应的趋势,又为氯化提供了能量
D.为避免产生大量CO2,反应过程中需保持炭过量
答案　D
13.(2022山东,12,4分)高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下,可能用到的数据见下表。
Fe(OH)3 Cu(OH)2 Zn(OH)2
开始沉淀pH 1.9 4.2 6.2
沉淀完全pH 3.2 6.7 8.2
下列说法错误的是 (　　)
A.固体X主要成分是Fe(OH)3和S;金属M为Zn
B.浸取时,增大O2压强可促进金属离子浸出
C.中和调pH的范围为3.2~4.2
D.还原时,增大溶液酸度有利于Cu的生成
答案　D
14.（2025河南，15,14分）一种从预处理得到的贵金属合金粉[主要成分为Fe、Rh(铑)、Pt,含有少量SiO2]中尽可能回收铑的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“酸溶1”的目的是　　　　　　　　。
(2)已知“酸溶2”中Rh转化为H3[RhCl6],则生成该物质的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　;“滤渣”的主要成分是　　　　(填化学式)。
(3)“沉铑”中得到的沉淀经“灼烧”后分解成铑单质,但夹杂少量Rh2O3和RhCl3,则“高温还原”中发生反应的化学方程式为　。
(4)若“活化还原”在室温下进行,SnCl2初始浓度为1.0×10-4 mol·L-1,为避免生成Sn(OH)2沉淀,溶液适宜的pH为　　　　(填标号)[已知Sn(OH)2的Ksp=5.5×10-28]。
A.2.0　　　　　　　　B.4.0　　　　　　　　C.6.0
(5)“活化还原”中,SnCl2必须过量,其与Rh(Ⅲ)反应可生成[Rh(SnCl3)5]4-,提升了Rh的还原速率,该配离子中Rh的化合价为　　　　;反应中同时生成[SnCl6]2-,Rh(Ⅲ)以[RhCl6]3-计,则理论上SnCl2和Rh(Ⅲ)反应的物质的量之比为　　　　。
(6)“酸溶3”的目的是　。
答案
(1)除去合金粉中的Fe
(2)Rh+6HCl+HNO3 H3[RhCl6]+NO↑+2H2O　SiO2
(3)Rh2O3+3H2 2Rh+3H2O、2RhCl3+3H2 2Rh+6HCl
(4)A　(5)+1　6∶1　(6)将Rh与Zn、Sn分离
15.（2025陕晋青宁，16，14分）一种综合回收电解锰工业废盐(主要成分为Mn2+、Mg2+、N的硫酸盐)的工艺流程如下。
已知:①常温下Ksp(MgCO3)=10-5.17,Ksp[Mg(OH)2]=10-11.25,Ksp[Mn(OH)2]=10-12.72;
②S2结构式为。
回答下列问题:
(1)制备废盐溶液时,为加快废盐溶解,可采取的措施有　　　　、　　　　。(写出两种)
(2)“沉锰Ⅰ”中,写出形成的Mn(OH)2被氧化成Mn3O4的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　。当Mg2+(c=10-0.68 mol·L-1)将要开始沉淀时,溶液中剩余Mn2+浓度为　　　　mol·L-1。
(3)“沉锰Ⅱ”中,过量的(NH4)2S2O8经加热水解去除,最终产物是NH4HSO4和　　　　(填化学式)。
(4)“沉镁Ⅰ”中,当pH为8.0~10.2时,生成碱式碳酸镁[xMgCO3·yMg(OH)2·zH2O],煅烧得到疏松的轻质MgO。pH过大时,不能得到轻质MgO的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)“沉镁Ⅱ”中,加H3PO4至pH=8.0时,Mg2+沉淀完全;若加至pH=4.0时沉淀完全溶解,据图分析,写出沉淀溶解的离子方程式　。
(6)“结晶”中,产物X的化学式为　　　　。
(7)“焙烧”中,Mn元素发生了　　　　(填“氧化”或“还原”)反应。
答案
(1)搅拌　适当升高温度(合理即可)
(2)6Mn(OH)2+O2 2Mn3O4+6H2O 　10-2.15 　(3)O2
(4)pH过大时,MgCO3转化为Mg(OH)2,不能得到碱式碳酸镁
(5)MgNH4PO4·6H2O+2H3PO4 3H2P+Mg2++N+6H2O
(6)(NH4)2SO4 　(7)还原
16.（2025湖北，16，14分）氟化钠是一种用途广泛的氟化试剂,通过以下两种工艺制备:
已知:室温下,TiO2是难溶酸性氧化物,CaTiO3的溶解度极低。
20 ℃时,NaF的溶解度为4.06 g/100 g水,温度对其溶解度影响不大。
回答下列问题:
(1)基态氟离子的电子排布式为　　　　　。
(2)20 ℃时,CaF2饱和溶液的浓度为c mol·L-1,用c表示CaF2的溶度积Ksp=　　　　。
(3)工艺Ⅰ中研磨引发的固相反应为CaF2+2NaOH Ca(OH)2+2NaF。分析混合物Ⅰ,测得反应的转化率为78%。水浸分离,NaF的产率仅为8%。
①工艺Ⅰ的固相反应　　　　(填“正向”或“逆向”)进行程度大。
②分析以上产率变化,推测溶解度S(CaF2)　　　　S[Ca(OH)2](填“>”或“<”)。
(4)工艺Ⅱ水浸后NaF的产率可达81%,写出工艺Ⅱ的总化学反应方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)从滤液Ⅱ获取NaF晶体的操作为　　　　(填标号)。
a.蒸发至大量晶体析出,趁热过滤　b.蒸发至有晶膜出现后冷却结晶
(6)研磨能够促进固相反应的原因可能有　　　　(填标号)。
a.增大反应物间的接触面积 b.破坏反应物的化学键
c.降低反应的活化能 d.研钵表面跟反应物更好接触
答案
(1)1s22s22p6　(2)4c3
(3)①正向　②<
(4)CaF2+2NaOH+TiO2 CaTiO3+2NaF+H2O　(5)a　(6)ab
17.（2025北京，18，13分）利用工业废气中的H2S制备焦亚硫酸钠 (Na2S2O5)的一种流程示意图如下。
已知:
物质 H2CO3 H2SO3
Ka (25 ℃) = 4.5×10-7 = 4.7×10-11 = 1.4×10-2 = 6.0×10-8
(1)制SO2
已知:H2S(g)+O2(g) S(s)+H2O(g)　ΔH=-221.2 kJ·mol-1;
S(s)+O2(g) SO2(g)　ΔH=-296.8 kJ·mol-1。
由H2S制SO2的热化学方程式为 　。
(2)制Na2S2O5
Ⅰ.在多级串联反应釜中,Na2CO3悬浊液与持续通入的SO2进行如下反应。
第一步:2Na2CO3+SO2+H2O Na2SO3+2NaHCO3
第二步:NaHCO3+SO2 NaHSO3+CO2
Na2SO3+SO2+H2O 2NaHSO3
Ⅱ.当反应釜中溶液pH达到3.8~4.1时,形成的NaHSO3悬浊液转化为Na2S2O5固体。
①Ⅱ中生成Na2S2O5的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②配碱槽中,母液和过量Na2CO3配制反应液,发生反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　。
③多次循环后,母液中逐渐增多的杂质离子是　　　　,需除去。
④尾气吸收器中,吸收的气体有　　　　。
(3)理论研究Na2SO3 、NaHCO3与 SO2的反应。一定温度时,在1 L浓度均为1 mol·L-1的 Na2SO3和NaHCO3的混合溶液中,随n(SO2) 的增加,S和HC平衡转化率的变化如图。
①0~a mol,与 SO2优先反应的离子是　　　　。
②a~b mol,HC 平衡转化率上升而S平衡转化率下降,结合方程式解释原因:
答案
(1)H2S(g)+O2(g) SO2(g)+H2O(g)　ΔH=-518 kJ·mol-1
(2)①2NaHSO3 Na2S2O5+H2O
②NaHSO3+Na2CO3 NaHCO3+Na2SO3　③S　④CO2、SO2
(3)①S
②HC+SO2 HS+CO2,生成的CO2逸出使平衡正向移动,故HC平衡转化率上升,同时c(HS)增大使S+SO2+H2O 2HS平衡逆向移动,导致S平衡转化率下降
18.（2025广东，18，14分）我国是金属材料生产大国,绿色生产是必由之路。一种从多金属精矿中提取Fe、Cu、Ni等并探究新型绿色冶铁方法的工艺如下。
已知:多金属精矿中主要含有Fe、Al、Cu、Ni、O等元素。
氢氧化物 Fe(OH)3 Al(OH)3 Cu(OH)2 Ni(OH)2
Ksp(298 K) 2.8×10-39 1.3×10-33 2.2×10-20 5.5×10-16
(1)“酸浸”中,提高浸取速率的措施有　　　　　　　　(写一条)。
(2)“高压加热”时,生成Fe2O3的离子方程式为:
　　+O2+　　H2O 　　Fe2O3↓+　　H+
(3)“沉铝”时,pH最高可调至　　　　(溶液体积变化可忽略)。已知:“滤液1”中c(Cu2+)=0.022 mol/L,c(Ni2+)=0.042 mol/L。
(4)“选择萃取”中,镍形成如图的配合物。镍易进入有机相的原因有　。
A.镍与N、O形成配位键 　　B.配位时Ni2+被还原
C.配合物与水能形成分子间氢键 　　D.烷基链具有疏水性
(5)NixCuyNz晶体的立方晶胞中原子所处位置如图。已知:同种位置原子相同,相邻原子间的最近距离之比dNi-Cu∶dNi-N=∶1,则x∶y∶z=　　　　;晶体中与 Cu 原子最近且等距离的原子的数目为　　　　。
(6)①“700 ℃加热”步骤中,混合气体中仅加少量H2,但借助工业合成氨的逆反应,可使Fe不断生成。该步骤发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　　　　　　。
②“电解”时,Fe2O3颗粒分散于溶液中,以Fe片、石墨棒为电极,画出电解池示意图并做相应标注:　　　　。
③与传统高炉炼铁工艺相比,上述两种新型冶铁方法所体现“绿色化学”思想的共同点是　　　　　　　　　　　　　(写一条)。
答案
(1)适当升高温度、搅拌等(任写一条)
(2)4Fe2+　4　2　8
(3)5　(4)AD　(5)3∶1∶1　12
(6)①2NH3 N2+3H2　Fe2O3+3H2 2Fe+3H2O
②
③工艺相对清洁,可减少有害气体的排放(合理即可)
19.（2025甘肃，16，15分）研究人员设计了一种从铜冶炼烟尘(主要含S、As2O3及Cu、Zn、Pb的硫酸盐)中高效回收砷、铜、锌和铅的绿色工艺,部分流程如下:
已知:As2O3熔点314 ℃,沸点460 ℃
分解温度:CuO 1 100 ℃,CuSO4 560 ℃,ZnSO4 680 ℃,PbSO4高于1 000 ℃
Ksp(PbSO4)=1.8×10-8
(1)设计焙烧温度为600 ℃,理由为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)将SO2通入Na2CO3和Na2S的混合溶液可制得Na2S2O3,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)酸浸的目的为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)从浸出液得到Cu的方法为　　　　　　　　　　(任写一种)。
(5)某含Pb化合物是一种被广泛应用于太阳能电池领域的晶体材料,室温下该化合物晶胞如图所示,晶胞参数a≠b≠c,α=β=γ=90°。Cs与Pb之间的距离为　　　　　　　　pm(用带有晶胞参数的代数式表示);该化合物的化学式为　　　　,晶体密度计算式为　　　　　　　　g/cm3(用带有阿伏加德罗常数NA的代数式表示,MCs、MPb和MBr分别表示Cs、Pb和Br的摩尔质量)。
答案
(1)使As2O3变为蒸气,使CuSO4分解为CuO,便于后续分离
(2)2Na2S+Na2CO3+4SO2 3Na2S2O3+CO2
(3)使CuO溶解形成CuSO4溶液,与PbSO4分离
(4)加入更活泼的金属(如Fe)置换出Cu单质(或以惰性材料为阳极,纯铜作阴极电解浸出液)
(5)　CsPbBr3　
20.（2025河北，16，14分）铬盐产品广泛应用于化工、医药、印染等领域。通过闭环生产工艺将铬铁矿转化为重铬酸钾,同时回收利用钾资源,可实现绿色化学的目标。过程如下:
已知:铬铁矿主要成分是Fe(CrO2)2、Mg(CrO2)2、Al2O3、SiO2。
回答下列问题:
(1)基态铬原子的价层电子排布式:　　　　　　　　　。
(2)煅烧工序中 Fe(CrO2)2反应生成K2CrO4的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)浸取工序中滤渣Ⅰ的主要成分:Fe2O3、H2SiO3、　　　　、　　　　(填化学式)。
(4)酸化工序中需加压的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)滤液Ⅱ的主要成分:　　　　(填化学式)。
(6)补全还原、分离工序中发生反应的化学方程式:Fe(CO)5+　　　　+　　　 Cr(OH)3↓+　　　　+　　　　+　　　　CO↑
(7)滤渣Ⅱ可返回　　　　工序(填工序名称)。
答案
(1)3d54s1　(2)4Fe(CrO2)2+7O2+16KOH 2Fe2O3+8K2CrO4+8H2O
(3)Al(OH)3　MgO　(4)增大CO2的溶解度,保证酸化反应充分进行
(5)KHCO3　(6)Fe(CO)5+K2CrO4+4H2O Cr(OH)3↓+Fe(OH)3↓+2KOH+5CO↑
(7)煅烧
21.(2025山东,17,12分)采用两段焙烧—水浸法从铁锰氧化矿(主要含Fe2O3、MnO2及Co、Cu、Ca、Si等元素的氧化物)分离提取Cu、Co、Mn等元素,工艺流程如下:
已知:该工艺条件下,(NH4)2SO4低温分解生成NH4HSO4,高温则完全分解为气体;Fe2(SO4)3在650 ℃完全分解,其他金属硫酸盐分解温度均高于700 ℃。
回答下列问题:
(1)“低温焙烧”时金属氧化物均转化为硫酸盐。MnO2与NH4HSO4反应转化为MnSO4时有N2生成,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。“高温焙烧”温度为650 ℃,“水浸”所得滤渣主要成分除SiO2外还含有　　　　　　(填化学式)。
(2)在(NH4)2SO4投料量不变的情况下,与两段焙烧工艺相比,直接“高温焙烧”,“水浸”时金属元素的浸出率　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)HR萃取Cu2+反应为2HR(有机相)+Cu2+(水相) CuR2(有机相)+2H+(水相)。“反萃取”时加入的试剂为　　　　(填化学式)。
(4)“沉钴”中,pH=4时Co2+恰好沉淀完全[c(Co2+)=1×10-5 mol·L-1],则此时溶液中c(H2S)=　　　　mol·L-1。已知:(H2S)=1×10-7,(H2S)=1×10-13,Ksp(CoS)=4×10-21。CoS“溶解”时发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　。
(5)“沉锰”所得滤液并入“吸收”液中,经处理后所得产品导入　　　　(填操作单元名称)循环利用。
答案
(1)3MnO2+3NH4HSO4 3MnSO4+N2↑+NH3↑+6H2O　Fe2O3、CaSO4
(2)减小
(3)H2SO4
(4)4×10-4　CoS+H2O2+2H+ Co2++S+2H2O
(5)低温焙烧
22.(2025江苏,14,14分)ZnS可用于制备光学材料和回收砷。
(1)制备ZnS。由闪锌矿[含ZnS、FeS及少量硫化镉(CdS)等]制备ZnS的过程如下:
已知:Ksp(ZnS)=1.6×10-24,Ksp(CdS)=8.0×10-27,(H2S)=1.0×10-7,(H2S)=1.2×10-13。当离子浓度小于1.0×10-5 mol·L-1时,认为离子沉淀完全。
①酸浸时通入O2可提高Zn2+浸出率的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②通入H2S除镉。通过计算判断当溶液pH=0、c(H2S)=0.01 mol·L-1时,Cd2+是否沉淀完全　　　　(写出计算过程)。
③沉锌前调节溶液的pH至4~5,加入的氧化物为　　　　(填化学式)。
(2)制备光学材料。如图1所示,ZnS晶体中掺入少量CuCl后,会出现能量不同的“正电”区域、“负电”区域,光照下发出特定波长的光。
区域A“”中的离子为　　　　(填离子符号),区域B带　　　(填“正电”或“负电”)。
(3)回收砷。用ZnS去除酸性废液中的三价砷[As(Ⅲ)],并回收生成的As2S3沉淀。
已知:溶液中As(Ⅲ)主要以弱酸H3AsO3形式存在,As2S3+6H2O 2H3AsO3+3H2S。
60 ℃时,按n(S)∶n(As)=7∶1向酸性废液中加入ZnS,砷回收率随反应时间的变化如图2所示。
①写出ZnS与H3AsO3反应生成As2S3的离子方程式: 　　　　　　　　　　。
②反应4 h后,砷回收率下降的原因有　　　　　　　　　　　　　　　。
答案
(1)①通入O2,将-2价硫元素转化为S单质,S2-浓度减小,利于平衡ZnS(s) Zn2+(aq)+S2-(aq)正向移动,提高Zn2+的浸出率　②否　(H2SO3)=,(H2SO3)=,(H2SO3)·(H2SO3)=,pH=0、c(H2S)=0.01 mol·L-1时,反应体系中c(S2-)=≈1.2×10-22 mol·L-1,c(Cd2+)== mol·L-1≈6.67×10-5 mol·L-1>1.0×10-5 mol·L-1,所以Cd2+未沉淀完全　③ZnO　(2)Cl-　负电　(3)①3ZnS+2H3AsO3+6H+ As2S3+3Zn2++6H2O　②生成的As2S3覆盖在ZnS表面,阻碍反应进一步进行,此时主要发生As2S3与H2O的反应,导致砷回收率下降
23.(2025黑、吉、辽、蒙,16,14分)某工厂采用如下工艺回收废渣(含有ZnS、PbSO4、FeS和CuCl)中的Zn、Pb元素。
已知:①“氧化浸出”时,PbSO4不发生变化,ZnS转变为[Zn(NH3)4]2+;
②Ksp[Pb(OH)2]=10-14.8;
③酒石酸(记作H2A)结构简式为HOOC(CHOH)2COOH。
回答下列问题:
(1)H2A分子中手性碳原子数目为　　 　。
(2)“氧化浸出”时,过二硫酸根(S2)转变为　　　　　　(填离子符号)。
(3)“氧化浸出”时,浸出率随温度升高先增大后减小的原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)“除铜”步骤中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　。
(5)滤渣2中的金属元素为　　　　(填元素符号)。
(6)“浸铅”步骤,PbSO4和Na2A反应生成PbA。PbA产率随体系pH升高先增大的原因为　　　　　　　　　　　,pH过高可能生成　　　　(填化学式)。
(7)290 ℃“真空热解”生成2种气态氧化物,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案
(1)2
(2)S
(3)温度升高,化学反应速率加快,浸出率增大;达到一定温度后,继续升高温度,NH3·H2O与(NH4)2S2O8发生分解,浸出率降低
(4)[Cu(NH3)4]2++Zn [Zn(NH3)4]2++Cu
(5)Fe
(6)pH升高,A2-浓度增大,促进生成PbA的反应正向移动,PbA产率增大
Pb(OH)2
(7)Pb[OOC(CHOH)2COO] Pb+2H2O↑+4CO↑
24.(2025安徽,15,14分)某含锶(Sr)废渣主要含有SrSO4、SiO2、CaCO3、SrCO3和MgCO3等,一种提取该废渣中锶的流程如下图所示。
已知25 ℃时,Ksp(SrSO4)=10-6.46,Ksp(BaSO4)=10-9.97。
回答下列问题:
(1)锶位于元素周期表第五周期第ⅡA族。基态锶原子价电子排布式为　　　　。
(2)“浸出液”中主要的金属离子有Sr2+、　　　　(填离子符号)。
(3)“盐浸”中SrSO4转化反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　;25 ℃时,向0.01 mol SrSO4粉末中加入100 mL 0.11 mol·L-1 BaCl2溶液,充分反应后,理论上溶液中c(Sr2+)·c(S)=　　　　mol2·L-2(忽略溶液体积的变化)。
(4)其他条件相同时,盐浸2 h,浸出温度对锶浸出率的影响如图1所示。随温度升高锶浸出率增大的原因是　。
图1
图2
(5)“浸出渣2”中主要含有SrSO4、　　　　(填化学式)。
(6)将窝穴体a(结构如图2所示)与K+形成的超分子加入“浸出液”中,能提取其中的Sr2+,原因是　　　　　　　　　　　　　。
(7)由SrCl2·6H2O制备无水SrCl2的最优方法是　　　　(填标号)。
a.加热脱水 b.在HCl气流中加热
c.常温加压 d.加热加压
答案
(1)5s2　(2)Ca2+、Mg2+　(3)SrSO4+Ba2+ BaSO4+Sr2+　 10-8.97　(4)其他条件相同时,温度升高,SrSO4转化反应的速率加快　(5)BaSO4、SiO2　(6)与Ca2+、Mg2+相比,Sr2+的大小更接近超分子的空腔尺寸,结合能力更强;超分子结构中的O、N可与Sr2+产生相互作用　(7)a
25.(2024北京,18,12分)利用黄铜矿(主要成分为CuFeS2,含有SiO2等杂质)生产纯铜,流程示意图如下。
(1)矿石在焙烧前需粉碎,其作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)(NH4)2SO4的作用是利用其分解产生的SO3使矿石中的铜元素转化为CuSO4。(NH4)2SO4发生热分解的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)矿石和过量(NH4)2SO4按一定比例混合,取相同质量,在不同温度下焙烧相同时间,测得:ⅰ.“吸收”过程氨吸收率和“浸铜”过程铜浸出率变化如图;ⅱ.400 ℃和500 ℃时,固体B中所含铜、铁的主要物质如表。
温度/℃ B中所含铜、铁的主要物质
400 Fe2O3、CuSO4、CuFeS2
500 Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO
①温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,铜浸出率显著增大的原因是 　　　　　　。
②温度高于425 ℃,根据焙烧时可能发生的反应,解释铜浸出率随焙烧温度升高而降低的原因是 　　　　　　　　　　　　。
(4)用离子方程式表示置换过程中加入Fe的目的:　　　　　　　　　　　　　　。
(5)粗铜经酸浸处理,再进行电解精炼;电解时用酸化的CuSO4溶液做电解液,并维持一定的c(H+)和c(Cu2+)。粗铜若未经酸浸处理,消耗相同电量时,会降低得到纯铜的量,原因是 　　　　　　　　　　　。
答案
(1)增大反应物的接触面积,使反应更充分,加快反应速率
(2)(NH4)2SO4 2NH3↑+SO3↑+H2O
(3)①随焙烧温度升高,生成CuSO4的速率加快
②CuSO4发生分解生成难溶于水的CuO
(4)Fe+Cu2+ Cu+Fe2+
(5) 若粗铜未经酸浸，会残留较多Fe，电解时阳极会发生反应Fe-2e-Fe2+，溶液中的Fe2+易被空气中的O2氧化为Fe3+，Fe3+在阴极发生反应Fe3++e-Fe2+
26.(2024河北,16,14分)V2O5是制造钒铁合金、金属钒的原料,也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取V2O5的工艺,具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如下。
已知:ⅰ.石煤是一种含V2O3的矿物,杂质为大量Al2O3和少量CaO等;苛化泥的主要成分为CaCO3、NaOH、Na2CO3等。
ⅱ.高温下,苛化泥的主要成分可与Al2O3反应生成偏铝酸盐;室温下,偏钒酸钙[Ca(VO3)2]和偏铝酸钙均难溶于水。
回答下列问题:
(1)钒原子的价层电子排布式为　　　　;焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为　　,产生的气体①为　　　　(填化学式)。
(2)水浸工序得到滤渣①和滤液,滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙,滤液中杂质的主要成分为　　　　(填化学式)。
(3)在弱碱性环境下,偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙,发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　;CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率的原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;浸取后低浓度的滤液①进入　　　　(填工序名称),可实现钒元素的充分利用。
(4)洗脱工序中洗脱液的主要成分为　　　(填化学式)。
(5)下列不利于沉钒过程的两种操作为　　(填序号)。
a.延长沉钒时间
b.将溶液调至碱性
c.搅拌
d.降低NH4Cl溶液的浓度
答案 (1)3d34s2　+5　CO2
(2)Na[Al(OH)4]
(3)Ca(VO3)2+HC+OH- CaCO3+2V+H2O　加压通入CO2可增大溶液中HC的浓度,促使偏钒酸钙转化为碳酸钙,从而提高V的浸出率　离子交换
(4)NaCl
(5)bd
27.(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。
28.(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浓度的变化关系如图所示。若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　。
29.(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。
30.(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”)。
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浙江6月选考,18,10分)矿物资源的综合利用有多种方法,如铅锌矿(主要成分为PbS、ZnS)的利用有火法和电解法等。
已知:①PbCl2(s) PbCl2(aq) H2[PbCl4];②电解前后ZnS总量不变;③AgF易溶于水。
请回答:
(1)根据富氧煅烧(在空气流中煅烧)和通电电解(如图)的结果,PbS中硫元素体现的性质是　还原性　(选填“氧化性”“还原性”“酸性”“热稳定性”之一)。
产物B中有少量Pb3O4,该物质可溶于浓盐酸,Pb元素转化为[PbCl4]2-,写出该反应的化学方程式　Pb3O4+14HCl 3H2[PbCl4]+Cl2↑+4H2O　;从该反应液中提取PbCl2的步骤如下:加热条件下,加入　PbO[或Pb(OH)2或PbCO3]　(填一种反应试剂),充分反应,趁热过滤,冷却结晶,得到产品。
(2)下列说法正确的是　AB　。
A.电解池中发生的总反应是PbS Pb+S(条件省略)
B.产物B主要是铅氧化物与锌氧化物
C.1 mol化合物C在水溶液中最多可中和2 mol NaOH
D.ClF的氧化性弱于Cl2
(3)D的结构为(或Cl),设计实验先除去样品D中的硫元素,再用除去硫元素后的溶液探究X为何种元素。
①实验方案:取D的溶液,加入足量NaOH溶液,加热充分反应,然后　用稀HNO3酸化,加入足量Ba(NO3)2溶液并且过滤除去BaSO4,向滤液中加入AgNO3溶液,若产生白色沉淀,则X为Cl元素,若不产生沉淀,则X为F元素　;
②写出D(用HSO3X表示)的溶液与足量NaOH溶液反应的离子方程式　H++SO3X-+3OH- S+X-+2H2O　。
33.(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8.234.(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)　。
35.(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。
36.(2024江苏,14,15分)回收磁性合金钕铁硼(Nd2Fe14B)可制备半导体材料铁酸铋和光学材料氧化钕。
(1)钕铁硼在空气中焙烧转化为Nd2O3、Fe2O3等(忽略硼的化合物),用0.4mol·L-1盐酸酸浸后过滤得到NdCl3溶液和含铁滤渣。Nd、Fe浸出率(×100%)随浸取时间变化如图1所示。
图1
①含铁滤渣的主要成分为　Fe2O3　(填化学式)。
②浸出初期Fe浸出率先上升后下降的原因是　Fe2O3溶于盐酸,c(H+)减小,Fe3+水解进入滤渣　。
(2)含铁滤渣用硫酸溶解,经萃取、反萃取提纯后,用于制备铁酸铋。
①用含有机胺(R3N)的有机溶剂作为萃取剂提纯一定浓度的Fe2(SO4)3溶液,原理为
(R3NH)2SO4+Fe3++S+H2OH++(R3NH)2Fe(OH)(SO4)2(有机层)
已知:(R3NH)2SO4+H++HS2(R3NH·HSO4)
其他条件不变,水层初始pH在0.2~0.8范围内,随水层pH增大,有机层中Fe元素含量迅速增多的原因是　c(OH-)增大,S量增多,(R3NH)2SO4量增多,萃取正向进行程度增大　。
②反萃取后,Fe2(SO4)3经转化可得到铁酸铋。铁酸铋晶胞如图2所示(图中有4个Fe原子位于晶胞体对角线上,O原子未画出),其中原子数目比N(Fe)∶N(Bi)=　2∶1或8∶4　。
(3)净化后的NdCl3溶液通过沉钕、焙烧得到Nd2O3。
①向NdCl3溶液中加入(NH4)2CO3溶液,Nd3+可转化为Nd(OH)CO3沉淀。该反应的离子方程式为　Nd3++2C+H2ONd(OH)CO3↓+HC　。
②将8.84mgNd(OH)CO3(摩尔质量为221g·mol-1)在氮气氛围中焙烧,剩余固体质量随温度变化曲线如图3所示。550~600℃时,所得固体产物可表示为NdaOb(CO3)c,通过以上实验数据确定该产物中n(Nd3+)∶n(C)的比值　2∶1　(写出计算过程)。
答案　产物中Nd元素守恒,n(Nd3+)=n[Nd(OH)CO3]==0.04 mmol
第二阶段的失重为CO2,m(CO2)=Δm2=7.60 mg-6.72 mg=0.88 mg
550~600 ℃时固体产物中n(C)==0.02 mmol
n(Nd3+)∶n(C)=0.04∶0.02=2∶1
37.(2023全国甲,26,14分)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料,采用下列路线可制备粉状BaTiO3。
回答下列问题:
(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是　　　　　　　　　　。
(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)“酸化”步骤应选用的酸是　　　　(填标号)。
a.稀硫酸　　　　b.浓硫酸
c.盐酸　　　　d.磷酸
(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取,是否可行 其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。
(6)“热分解”生成粉状钛酸钡,产生的∶nCO=　　　　　　。
答案　(1)作还原剂,将BaSO4转化为易溶于水的BaS
(2)Ca2++S2- CaS↓　(3)c
(4)不可行,若直接酸浸,会导致CaS溶解,无法将S元素转化为沉淀除去
(5)TiCl4+3(NH4)2C2O4+BaCl2+H2O BaTiO(C2O4)2↓+H2C2O4+6NH4Cl
(6)1∶1
38.(2023全国乙,27,15分)LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制备LiMn2O4的流程如下:
已知:Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Ni(OH)2]=5.5×10-16。
回答下列问题:
(1)硫酸溶矿主要反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。为提高溶矿速率,可采取的措施是　　　　　　　　　　　　　　　　(举1例)。
(2)加入少量MnO2的作用是　　　　　。不宜使用H2O2替代MnO2,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)溶矿反应完成后,反应器中溶液pH=4,此时c(Fe3+)=　　　　mol·L-1;用石灰乳调节至pH≈7,除去的金属离子是　　　　。
(4)加入少量BaS溶液除去Ni2+,生成的沉淀有　　　　　　　。
(5)在电解槽中,发生电解反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　。随着电解反应进行,为保持电解液成分稳定,应不断　　　　　　　　　　　　。电解废液可在反应器中循环利用。
(6)煅烧窑中,生成LiMn2O4反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)MnCO3+H2SO4 MnSO4+H2O+CO2↑　将矿石粉碎(其他合理答案均可)
(2)将Fe2+氧化为Fe3+　H2O2在Fe3+、Mn2+等的催化作用下会快速分解
(3)2.8×10-9　Al3+
(4)NiS、BaSO4
(5)Mn2++2H2O MnO2+H2↑+2H+　补充MnSO4溶液,及时排出电解废液
(6)8MnO2+2Li2CO3 4LiMn2O4+2CO2↑+O2↑
38.(2023新课标,27,14分)铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在,主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物。从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示。
已知:最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2存在,在碱性介质中以Cr存在。
回答下列问题:
(1)煅烧过程中,钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐,其中含铬化合物主要为　　　　　　　　(填化学式)。
(2)水浸渣中主要有SiO2和　　　　。
(3)“沉淀”步骤调pH到弱碱性,主要除去的杂质是　　　　。
(4)“除硅磷”步骤中,使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀。该步需要控制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果。若pH<9时,会导致
　;
pH>9时,会导致
　。
(5)“分离钒”步骤中,将溶液pH调到1.8左右得到V2O5沉淀。V2O5在pH<1时,溶解为V或VO3+;在碱性条件下,溶解为V或V。上述性质说明V2O5具有　　　(填标号)。
A.酸性　　　　B.碱性　　　　C.两性
(6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液,反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　 　　　。
答案　(1)Na2CrO4　(2)Fe2O3(氧化铁/三氧化铁,铁红均可)　(3)Al(OH)3
(4)P结合H+生成HP/H2P/H3PO4,不利于形成MgNH4PO4沉淀/不利于除尽磷　Si不能除尽(除净)/生成Mg(OH)2/消耗Mg2+　(5)C　(6)2Cr2+3S2+10H+ 4Cr3++6S+5H2O
40.(2023山东,17,12分)盐湖卤水(主要含Na+、Mg2+、Li+、Cl-、S和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如下:
已知:常温下,Ksp(Li2CO3)=2.2×10-2。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。
回答下列问题:
(1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡:B(OH)3+H2O H++[B(OH)4]-(常温下,Ka=10-9.24);B(OH)3与NaOH溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下,在0.10 mol·L-1硼砂溶液中,[B4O5(OH)4]2-水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]-,该水解反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　,该溶液pH=　　　　。
(2)滤渣Ⅰ的主要成分是　　　　(填化学式);精制Ⅰ后溶液中Li+的浓度为2.0 mol·L-1,则常温下精制Ⅱ过程中C浓度应控制在　　　　mol·L-1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ,除无法回收HCl外,还将增加　　　　的用量(填化学式)。
(3)精制Ⅱ的目的是　　　　　　　　　　　　　;进行操作X时应选择的试剂是　　　　,若不进行该操作而直接浓缩,将导致　　　　　　　　　　　　 　　　。
答案　(1)[B4O5(OH)4]2-+5H2O 2B(OH)3+2[B(OH)4]-　9.24
(2)CaSO4、Mg(OH)2　5.5×10-3　CaO、Na2CO3
(3)除去精制Ⅰ引入的Ca2+　盐酸　Li2CO3、LiOH与NaCl一同析出,造成沉锂步骤制得的Li2CO3减少
41.(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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)分子晶体
(2)确保Ga处于液态,易于分离　Ga+3e-+2H2O Ga+4OH-[或Ga(OH+3e- Ga+4OH-]
(3)Ga2Mg5+8CH3I+2Et2O 2Ga(CH3)3(Et2O)+3MgI2+2CH3MgI
(4)CH4　
(5)D
(6)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)>　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
42.(2023辽宁,16,14分)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)。实现镍、钴、镁元素的回收。
已知:
物质 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2
Ksp 10-37.4 10-14.7 10-14.7 10-10.8
回答下列问题:
(1)用硫酸浸取镍钴矿时,提高浸取速率的方法为　　　　　　　　　　(答出一条即可)。
(2)“氧化”中,混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5),1 mol H2SO5中过氧键的数目为　　　　。
(3)“氧化”中,用石灰乳调节pH=4,Mn2+被H2SO5氧化为MnO2,该反应的离子方程式为
(H2SO5的电离第一步完全,第二步微弱);滤渣的成分为MnO2、　　　　(填化学式)。
(4)“氧化”中保持空气通入速率不变,Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为　　　　时,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;继续增大SO2体积分数时,Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是　
　。
(5)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成CoO(OH),该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(6)“沉镁”中为使Mg2+沉淀完全(25 ℃),需控制pH不低于　　　　(精确至0.1)。
答案　(1)升高温度、充分搅拌、粉碎矿物、适当增大硫酸的浓度等　(2)NA　(3)Mn2++HS+H2O MnO2↓+S+3H+　CaSO4、Fe(OH)3　(4)9.0%　SO2被HS氧化,则与Mn2+反应的HS减少,导致Mn(Ⅱ)氧化速率减小　(5)4Co(OH)2+O2 4CoO(OH)+2H2O　(6)11.1
43.(2023浙江1月选考,18,10分)化合物X由三种元素组成,某学习小组按如下流程进行实验:
已知:白色固体A用0.025 0 mol HCl溶解后,多余的酸用0.015 0 mol NaOH恰好中和。
请回答:
(1)X的组成元素是　　　　,X的化学式是　　　　。
(2)写出B→C溶液呈棕黄色所发生的化学反应方程式　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)写出生成白色固体H的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)设计实验检验溶液I中的阳离子　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)Ca、Cl、O　Ca(ClO4)2
(2)8HI+NaClO4 4I2+NaCl+4H2O或12HI+NaClO4 4HI3+NaCl+4H2O
(3)[Ag(NH3)2]++Cl-+2H+ AgCl↓+2N
(4)用玻璃棒蘸取溶液I,点在蓝色石蕊试纸上,呈红色说明溶液中有H+;取溶液于试管中,加入NaOH至碱性,加热,将湿润的红色石蕊试纸置于试管口,若试纸变蓝说明有N
44.(2022北京,18,14分)白云石的主要化学成分为CaMg(CO3)2,还含有质量分数约为2.1%的Fe2O3和1.0%的SiO2。利用白云石制备高纯度的碳酸钙和氧化镁,流程示意图如下。
已知:
物质 Ca(OH)2 Mg(OH)2 CaCO3 MgCO3
Ksp 5.5×10-6 5.6×10-12 3.4×10-9 6.8×10-6
(1)白云石矿样煅烧完全分解的化学方程式为　　　　　　　　　　　。
(2)NH4Cl用量对碳酸钙产品的影响如下表所示。
n(NH4Cl)/n(CaO) 氧化物(MO)浸出率/% 产品中 CaCO3 纯度/% 产品中Mg杂质含量/%(以MgCO3计)
CaO MgO 计算值 实测值
2.1∶1 98.4 1.1 99.1 99.7 —
2.2∶1 98.8 1.5 98.7 99.5 0.06
2.4∶1 99.1 6.0 95.2 97.6 2.20
备注:i.MO浸出率=(浸出的MO质量/煅烧得到的MO质量)×100%(M代表Ca或Mg)
ii.CaCO3纯度计算值为滤液A中钙、镁全部以碳酸盐形式沉淀时计算出的产品中CaCO3纯度。
①解释“浸钙”过程中主要浸出CaO的原因是　　　　　　　　　　　　　 　　　。
②沉钙反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。
③“浸钙”过程不适宜选用n(NH4Cl)∶n(CaO)的比例为　　　。
④产品中CaCO3纯度的实测值高于计算值的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　。
(3)“浸镁”过程中,取固体B与一定浓度的(NH4)2SO4溶液混合,充分反应后MgO的浸出率低于60%。加热蒸馏,MgO的浸出率随馏出液体积增大而增大,最终可达98.9%。从化学平衡的角度解释浸出率增大的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　。
(4)滤渣C中含有的物质是　　　　　　。
(5)该流程中可循环利用的物质是　　　。
答案　(1)CaMg(CO3)2 CaO+MgO+2CO2↑
(2)①Ksp[Ca(OH)2] Ksp[Mg(OH)2],在一定量NH4Cl溶液中,CaO先浸出
②Ca2++2NH3+CO2+H2O CaCO3↓+2N
③2.4∶1
④Ksp(CaCO3)(3)MgO+H2O Mg(OH)2,Mg(OH)2+2N Mg2++2NH3+2H2O,随大量氨气逸出,平衡正向移动
(4)Fe2O3、SiO2、CaSO4、Mg(OH)2(MgO)
(5)NH4Cl、(NH4)2SO4、CO2、NH3
45.(2022湖北,18,13分)全球对锂资源的需求不断增长,“盐湖提锂”越来越受到重视。某兴趣小组取盐湖水进行浓缩和初步除杂后,得到浓缩卤水(含有Na+、Li+、Cl-和少量Mg2+、Ca2+),并设计了以下流程通过制备碳酸锂来提取锂。
25 ℃时相关物质的参数如下:
LiOH的溶解度:12.4 g/100 g H2O
化合物 Ksp
Mg(OH)2 5.6×10-12
Ca(OH)2 5.5×10-6
CaCO3 2.8×10-9
Li2CO3 2.5×10-2
回答下列问题:
(1)“沉淀1”为　　　　。
(2)向“滤液1”中加入适量固体Li2CO3的目的是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)为提高Li2CO3的析出量和纯度,“操作A”依次为　　　　、　　　　、洗涤。
(4)有同学建议用“侯氏制碱法”的原理制备Li2CO3。查阅资料后,发现文献对常温下的LiHCO3有不同的描述:①是白色固体;②尚未从溶液中分离出来。为探究LiHCO3的性质,将饱和LiCl溶液与饱和NaHCO3溶液等体积混合,起初无明显变化,随后溶液变浑浊并伴有气泡冒出,最终生成白色沉淀。上述现象说明,在该实验条件下LiHCO3　　　(填“稳定”或“不稳定”),有关反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　。
(5)他们结合(4)的探究结果,拟将原流程中向“滤液2”加入 Na2CO3改为通入CO2。这一改动能否达到相同的效果,作出你的判断并给出理由　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)Mg(OH)2　(2)沉淀Ca2+　
(3)蒸发浓缩　趁热过滤　(4)不稳定　2Li++2HC Li2CO3↓+CO2↑+H2O　
(5)能达到相同效果,通入过量的CO2时LiOH转化为LiHCO3,结合(4)的探究结果,LiHCO3会很快转化成Li2CO3
46.(2022山东,17,13分)工业上以氟磷灰石[Ca5F(PO4)3,含SiO2等杂质]为原料生产磷酸和石膏,工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)酸解时有HF产生。氢氟酸与SiO2反应生成二元强酸H2SiF6,离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)部分盐的溶度积常数见下表。精制Ⅰ中,按物质的量之比n(Na2CO3)∶n(Si)=1∶1加入Na2CO3脱氟,充分反应后,c(Na+)=　　　　　mol·L-1;再分批加入一定量的BaCO3,首先转化为沉淀的离子是　　　　　。
BaSiF6 Na2SiF6 CaSO4 BaSO4
Ksp 1.0×10-6 4.0×10-6 9.0×10-4 1.0×10-10
(3)S浓度(以SO3%计)在一定范围时,石膏存在形式与温度、H3PO4浓度(以P2O5%计)的关系如图甲所示。酸解后,在所得100 ℃、P2O5%为45的混合体系中,石膏存在形式为 (填化学式);洗涤时使用一定浓度的硫酸溶液而不使用水,原因是　 　,回收利用洗涤液X的操作单元是　 　;一定温度下,石膏存在形式与溶液中P2O5%和SO3%的关系如图乙所示,下列条件能实现酸解所得石膏结晶转化的是　 　(填标号)。
图乙
A.65 ℃、P2O5%=15、SO3%=15
B.80 ℃、P2O5%=10、SO3%=20
C.65 ℃、P2O5%=10、SO3%=30
D.80 ℃、P2O5%=10、SO3%=10
答案　(1)6HF+SiO2 2H++Si+2H2O
(2)2.0×10-2　S
(3)CaSO4·0.5H2O　抑制CaSO4的溶解　酸解　AD
47.(2022广东,18,14分)稀土(RE)包括镧、钇等元素,是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理,一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下:
已知:月桂酸(C11H23COOH)熔点为44 ℃;月桂酸和(C11H23COO)3RE均难溶于水。该工艺条件下,稀土离子保持+3价不变;
(C11H23COO)2Mg的Ksp=1.8×10-8;Al(OH)3开始溶解时的pH为8.8;有关金属离子沉淀的相关pH见下表。
离子 Mg2+ Fe3+ Al3+ RE3+
开始沉淀时的pH 8.8 1.5 3.6 6.2~7.4
沉淀完全时的pH / 3.2 4.7 /
(1)“氧化调pH”中,化合价有变化的金属离子是　　　。
(2)“过滤1”前,用NaOH溶液调pH至　　　　　　的范围内,该过程中Al3+发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)“过滤2”后,滤饼中检测不到Mg元素,滤液2中Mg2+浓度为2.7 g·L-1。为尽可能多地提取RE3+,可提高月桂酸钠的加入量,但应确保“过滤2”前的溶液中c(C11H23COO-)低于　　　mol·L-1(保留两位有效数字)。
(4)①“加热搅拌”有利于加快RE3+溶出、提高产率,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②“操作X”的过程为:先　　　　　　　,再固液分离。
(5)该工艺中,可再生循环利用的物质有　　　　　　　　　　　　(写化学式)。
(6)稀土元素钇(Y)可用于制备高活性的合金类催化剂Pt3Y。
①还原YCl3和 PtCl4熔融盐制备Pt3Y时,生成1 mol Pt3Y转移　　　mol电子。
②Pt3Y/C用作氢氧燃料电池电极材料时,能在碱性溶液中高效催化O2的还原,发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)Fe2+
(2)4.7≤pH<6.2　Al3++3OH- Al(OH)3↓
(3)4.0×10-4
(4)①加热可以加快反应速率,并防止生成的月桂酸凝固阻碍反应物相互接触,搅拌可以使(C11H23COO)3RE与盐酸充分接触发生反应,加快RE3+溶出
②降温至44 ℃以下
(5)MgSO4、C11H23COOH(或C11H23COONa)
(6)①15　②O2+2H2O+4e- 4OH-
48.(2022全国甲,26,14分)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 Fe3+ Zn2+ Cu2+ Fe2+ Mg2+
Ksp 4.0× 10-38 6.7× 10-17 2.2× 10-20 8.0× 10-16 1.8× 10-11
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pH=5,最适宜使用的X是　　　　(填标号)。
A.NH3·H2O　　B.Ca(OH)2　　C.NaOH
滤渣①的主要成分是　　　　、　　　　、　　　　。
(4)向80~90 ℃的滤液①中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤,滤渣②中有MnO2,该步反应的离子方程式为　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(5)滤液②中加入锌粉的目的是　　　　。
(6)滤渣④与浓H2SO4反应可以释放HF并循环利用,同时得到的副产物是　　　、　　　　。
答案　 (1)ZnCO3 ZnO+CO2↑
(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)B　SiO2　Fe(OH)3　CaSO4
(4)Mn+3Fe2++7H2O MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+
(5)除去铜离子
(6)硫酸钙　硫酸镁
49.(2022全国乙,26,14分)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 PbSO4 PbCO3 BaSO4 BaCO3
Ksp 2.5×10-8 7.4×10-14 1.1×10-10 2.6×10-9
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)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 Pb(OH)2
开始沉 淀的pH 2.3 6.8 3.5 7.2
完全沉 淀的pH 3.2 8.3 4.6 9.1
回答下列问题:
(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　,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。
(ⅰ)能被H2O2氧化的离子是　　　　;
(ⅱ)H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb(Ac)2,其化学方程式为
　　　　　　　　;
(ⅲ)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　　　　。
答案　 (1)PbSO4(s)+C(aq) PbCO3(s)+S(aq)　存在沉淀溶解平衡PbSO4(s) Pb2+(aq)+S(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)+C(aq) BaCO3(s)+S(aq)的平衡常数K≈0.04,K值较小,说明正向反应程度有限
(3)(ⅰ)Fe2+　(ⅱ)Pb+H2O2+2HAc Pb(Ac)2+2H2O　(ⅲ)作还原剂,还原PbO2
(4)Al(OH)3、Fe(OH)3、BaSO4
(5)Ba2+、Na+
50.(2022湖南,17,14分)钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为TiO2,含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料,制备金属钛的工艺流程如下:
已知“降温收尘”后,粗TiCl4中含有的几种物质的沸点:
物质 TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3
沸点/℃ 136 127 57 180
回答下列问题:
(1)已知ΔG=ΔH-TΔS,ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态,忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0,则该反应可以自发进行。根据下图判断:600 ℃时,下列反应不能自发进行的是　　　　。
A.C(s)+O2(g) CO2(g)
B.2C(s)+O2(g) 2CO(g)
C.TiO2(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g)
D.TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+CO2(g)
(2)TiO2与C、Cl2在600 ℃的沸腾炉中充分反应后,混合气体中各组分的分压如下表:
物质 TiCl4 CO CO2 Cl2
分压/MPa 4.59×10-2 1.84×10-2 3.70×10-2 5.98×10-9
①该温度下,TiO2与C、Cl2反应的总化学方程式为　;
②随着温度升高,尾气中CO的含量升高,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　。
(3)“除钒”过程中的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　;“除硅、铝”过程中,分离TiCl4中含Si、Al杂质的方法是　　　　　　　　　。
(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序　　　　(填“能”或“不能”)交换,理由是　　　　　　　　　　　　　　。
(5)下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入Mg冶炼Ti的方法相似的是　　　　。
A.高炉炼铁
B.电解熔融氯化钠制钠
C.铝热反应制锰
D.氧化汞分解制汞
答案　(1)C
(2)①5TiO2+6C+10Cl2 2CO+5TiCl4+4CO2
②随着温度升高,生成CO(g)反应的ΔG变小,而生成CO2(g)反应的ΔG几乎不变,则生成CO的反应正向进行趋势大
(3)Al+3VOCl3 AlCl3+3VOCl2
蒸馏或精馏(分馏)
(4)不能　若是工序互换,将引入AlCl3,降低TiCl4的纯度
(5)AC
51.(2017北京理综,26,13分)TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物,制备纯TiCl4的流程示意图如下:
钛精矿粗TiCl4纯TiCl4
资料:TiCl4及所含杂质氯化物的性质
化合物 SiCl4 TiCl4 AlCl3 FeCl3 MgCl2
沸点/℃ 58 136 181(升华) 316 1 412
熔点/℃ -69 -25 193 304 714
在TiCl4中的溶解性 互溶 —— 微溶 难溶
(1)氯化过程:TiO2与Cl2难以直接反应,加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。
已知:TiO2(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g)　ΔH1=+175.4 kJ·mol-1
2C(s)+O2(g) 2CO(g)　ΔH2=-220.9 kJ·mol-1
①沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式: 　　　　　　　　　　　　。
②氯化过程中CO和CO2可以相互转化,根据右图判断:CO2生成CO反应的ΔH　　0(填“>”“<”或“=”),判断依据: 　　　　
③氯化反应的尾气须处理后排放,尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液,则尾气的吸收液依次是　　　　　　　　　　。
④氯化产物冷却至室温,经过滤得到粗TiCl4混合液,则滤渣中含有　。
(2)精制过程:粗TiCl4经两步蒸馏得纯TiCl4。示图如下:
物质a是　　　,T2应控制在 　。
答案　(13分)(1)①TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) TiCl4(g)+2CO(g)
ΔH=-45.5 kJ·mol-1
②>　随温度升高,CO含量增大,说明生成CO的反应是吸热反应
③H2O、FeCl2溶液、NaOH溶液
④MgCl2、AlCl3、FeCl3
(2)SiCl4　高于136 ℃,低于181 ℃
52.(2014课标Ⅱ,27,15分)铅及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料等。回答下列问题:
(1)铅是碳的同族元素,比碳多4个电子层。铅在元素周期表的位置为第　　　　周期、第　　　　族;PbO2的酸性比CO2的酸性　　　　(填“强”或“弱”)。
(2)PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体,反应的化学方程式为　 。
(3)PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　;PbO2也可以通过石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　,阴极上观察到的现象是　　　　　　　　　;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为　　　　 　　　　,这样做的主要缺点是　　　　　　 　　　　　　　。
(4)PbO2在加热过程发生分解的失重曲线如下图所示,已知失重曲线上的a点为样品失重4.0%(即×100%)的残留固体。若a点固体组成表示为PbOx或mPbO2·nPbO,列式计算x值和m∶n值 　 。
答案　(1)六　ⅣA　弱(每空1分,共3分)
(2)PbO2+4HCl(浓) PbCl2+Cl2↑+2H2O(2分)
(3)PbO+ClO- PbO2+Cl-　Pb2++2H2O-2e- PbO2+4H+
石墨上包上铜镀层　Pb2++2e- Pb　不能有效利用Pb2+(1分,2分,1分,1分,1分,共6分)
(4)根据PbO2 PbOx+O2↑,有×32=239×4.0%,
x=2-=1.4(2分)
根据mPbO2·nPbO,=1.4,==(2分)
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