2024高考化学一轮复习讲义（步步高版）第3章 热点强化7　金属及其化合物制备流程分析

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热点强化7　金属及其化合物制备流程分析类型一　常见金属及其化合物的制备常见金属及其化合物的制备涉及的内容有：(1)金属冶炼类，如冶炼镁、铝、铁、铜等金属，主要考查产品冶炼条件控制以及混合物的分离和提纯等。(2)中学重要化工产品的制备类，如胆矾、绿矾、明矾、氧化铁、硝酸铜等物质的制备。往往考查物质的性质、分离提纯、反应原理、实验操作等知识点。由于此类试题陌生度高，对学生的能力要求也大，并且有的试题文字信息量大，所以这类题目容易出错。1．(2022·湖南，7)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CO2D．滤液可回收进入吸收塔循环利用答案　C解析　烟气(含HF)通入吸收塔，加入过量的碳酸钠，发生反应：Na2CO3＋HF===NaF＋NaHCO3，向合成槽中通入Na[Al(OH)4]，发生反应：6NaF＋Na[Al(OH)4]＋4NaHCO3===Na3AlF6↓＋4Na2CO3＋4H2O，过滤得到Na3AlF6和含有Na2CO3的滤液。陶瓷的成分中含有SiO2，SiO2能与HF发生反应，因此不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料，故A正确；采用溶液喷淋法可增大反应物的接触面积，提高吸收塔内烟气吸收效率，故B正确；由上述分析知，合成槽内产物主要有Na3AlF6、Na2CO3、H2O，故C错误；滤液的主要成分为Na2CO3，可进入吸收塔循环利用，故D正确。2．(2023·济南模拟)水合肼(N2H4·H2O)的性质类似氨水。利用水合肼处理铜氨{[Cu(NH3)4]2＋}废液回收铜粉的实验流程如图：下列说法错误的是(　　)A．上述三步反应过程均为氧化还原反应B．反应1的目的是制备NaClOC．合成水合肼的反应中每消耗1 mol CO(NH2)2转移电子数为NAD．反应3完成后要用到过滤操作答案　C解析　反应1是氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，氯元素化合价发生变化；反应2是次氯酸钠将尿素氧化为水合肼，氯元素、氮元素化合价发生变化；反应3是[Cu(NH3)4]2＋被水合肼还原为Cu，铜元素、氮元素化合价发生变化，则上述三步反应过程均为氧化还原反应，故A正确；经分析知反应1的目的是制备NaClO，用NaClO将尿素氧化为水合肼，故B正确；次氯酸钠将尿素氧化为水合肼，氮元素化合价由－3价升高至－2价，每消耗1 mol CO(NH2)2转移电子数为2NA，故C错误；反应3完成后要把铜粉分离出来，用到过滤操作，故D正确。3．以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：(1)焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为__________________________________________________________________________________________________。(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃硫去除率＝(1－)×100%①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于________。②700 ℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是__________________________________________________________________________。(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由________(填化学式，下同)转化为________。(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝________。答案　(1)SO2＋OH－===HSO　(2)①FeS2②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中(3)Na[Al(OH)4]　Al(OH)3　(4)1∶16解析　(2)①根据题给已知信息，多数金属硫酸盐的分解温度高于600 ℃，不添加CaO的矿粉低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于FeS2。(3)“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的Na[Al(OH)4]、Na2SiO3，向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，CO2与Na[Al(OH)4]反应生成NaHCO3和Al(OH)3。(4)Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，反应的化学方程式为FeS2＋16Fe2O311Fe3O4＋2SO2↑。4．[2019·全国卷Ⅰ，26(1)(2)(4)]硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：回答下列问题：(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为____________________________________________________________________________________________。(2)“滤渣1”的主要成分有_______________________________________________________。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3＋离子，可选用的化学试剂是________。(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为___________________________，母液经加热后可返回________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是________。答案　(1)NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3　KSCN溶液(4)2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO[或2Mg2＋＋2CO＋H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑]　溶浸　高温焙烧解析　(1)由流程图加入物质可知，“溶浸”时产生的气体只能是NH3，NH3与NH4HCO3反应生成用于“沉镁”的物质只能是(NH4)2CO3。(2)由流程图可知，在过滤获取H3BO3之前没有除Fe3＋、Al3＋的步骤，推知氧化铁、氧化铝在“溶浸”时没有溶解，而二氧化硅不溶于硫酸铵溶液，因而滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检验Fe3＋的试剂可选用KSCN溶液。(4)“沉镁”中，结合反应物有Mg2＋、CO，生成物为Mg(OH)2·MgCO3，依据离子方程式书写要求，即可写出方程式。母液含硫酸铵，可以将母液返回“溶浸”工序循环使用，体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁，联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁。类型二　过渡金属及其化合物的制备过渡金属元素常具有多种可变化合价，形成化合物种类较多，近年高考题常以Ni、Cr、Mn、V等元素化合物的制备流程为载体，考查不同价态物质转化规律、条件控制、物质的分离提纯等关键能力。1．(2022·湖南长郡中学高三模拟)含铬废水会严重污染环境，一种烟气协同处理含铬废水(含CrO、Cr2O、泥沙等)的流程如图：下列说法不正确的是(　　)A．“沉降”的主要目的是除去泥沙等不溶物B．溶液A通常选用硫酸“调pH”，目的是将CrO转化为Cr2OC．“还原”过程涉及的氧化还原反应，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3D．母液经处理可获得(NH4)2SO4答案　C解析　“沉降”可以除去不溶性物质，主要目的是除去泥沙等不溶物，A正确；Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋，加入稀硫酸，氢离子浓度变大，平衡逆向移动，CrO转化为Cr2O，B正确；“还原”过程涉及的氧化还原反应，二氧化硫生成硫酸根离子，正六价铬转化为正三价铬，根据得失电子守恒可知，3SO2～Cr2O，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶3，C错误；加入氨水得到Cr(OH)3沉淀和硫酸铵，过滤，母液经处理可获得(NH4)2SO4，D正确。2．(2022·山东滨州高三模拟)工业上以碳酸锰矿(主要成分为MnCO3，另含FeO、Fe2O3、CaO等杂质)为主要原料生产锰酸锂(LiMn2O4)，工艺流程如下：下列说法错误的是(　　)A．可采用搅拌的方法提高“酸浸”时碳酸锰矿的浸出速率B．加入CaO的目的是调节pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3除去C．“合成MnO2”的化学方程式为MnSO4＋K2S2O8＋2H2O===MnO2↓＋K2SO4＋2H2SO4D．“气体1”中含两种气体，一种是CO2，另一种可能是CO答案　D解析　搅拌可使反应物之间更充分的接触，从而提高“酸浸”时碳酸锰矿的浸出速率，故A正确；加入CaO生成氢氧化钙，能使铁离子转化成氢氧化铁沉淀除去，故B正确；“合成MnO2”是硫酸锰作还原剂，K2S2O8作氧化剂，根据得失电子守恒可得反应：MnSO4＋K2S2O8＋2H2O===MnO2↓＋K2SO4＋2H2SO4，故C正确；二氧化锰与碳酸锂混合反应生成LiMn2O4，LiMn2O4中Mn的化合价有＋3价、＋4价两种，可知发生了氧化还原反应，二氧化锰作氧化剂，则化合价升高的只能是－2价氧元素，故产物中还有氧气，“气体1”中所含两种气体应为二氧化碳和氧气，故D错误。3．(2022·重庆八中高三模拟)黏土钒矿(主要成分为钒的＋3、＋4、＋5价的化合物以及SiO2、Al2O3等)中钒的化合物溶于酸后多以VO＋、VO2＋、VO形式存在，采用如图所示工艺流程可由黏土钒矿制备V2O5。已知：V2O5在碱性条件下以VO形式存在。下列说法不正确的是(　　)A．“酸浸氧化”中欲使3 mol VO＋被氧化成VO，至少需要1 mol KClO3B．滤液1中主要的阴离子有[Al(OH)4]－、VO、Cl－、OH－、SOC．“煅烧”时需要的仪器主要有蒸发皿、玻璃棒、三脚架、酒精灯D．“煅烧”时，NH4VO3受热分解：2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O答案　C解析　黏土钒矿中，钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在，还包括SiO2、Al2O3等，加入稀硫酸，使Al2O3生成Al3＋；加入KClO3将VO＋和VO2＋氧化成VO，滤渣1为SiO2，滤液含有VO、K＋、Cl－、Al3＋、SO；加入KOH溶液至pH>13，滤液1含有K＋、[Al(OH)4]－、VO、Cl－、OH－、SO，通入CO2生成氢氧化铝沉淀，滤液中加入NH4HCO3沉钒得到NH4VO3，最后煅烧得到V2O5。VO＋中V元素为＋3价，VO中V元素为＋5价，3 mol VO＋被氧化成VO，失去6 mol电子，1 mol KClO3变为KCl得到6 mol电子，得失电子守恒，故A正确；由上述分析可知，滤液1中主要的阴离子有[Al(OH)4]－、VO、Cl－、OH－、SO，故B正确；“煅烧”时需要的仪器主要有坩埚、玻璃棒、三脚架、酒精灯、泥三角等，故C错误；NH4VO3煅烧生成V2O5，化学方程式为2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O，故D正确。4．(2022·湖北高三模拟)草酸钴主要用作制氧化钴的原料，也可用于制取其他钴化合物。利用废料铝钴膜(含有LiCoO2、Al、Fe)制备草酸钴的工艺如下：下列有关说法错误的是(　　)A．碱浸的目的是溶解除铝B．氢碘酸在流程中体现酸性和还原性C．滤渣的主要成分是氢氧化铁D．沉钴时检验沉淀是否洗涤干净可用的试剂为盐酸答案　D解析　碱浸时Al溶于氢氧化钠溶液生成Na[Al(OH)4]和氢气，碱浸的目的是溶解除铝，故A正确；氢碘酸溶解LiCoO2和Fe，发生反应的离子方程式为2LiCoO2＋2I－＋8H＋===2Li＋＋2Co2＋＋I2＋4H2O、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，在流程中氢碘酸体现酸性和还原性，故B正确；净化过程，氧气把Fe2＋氧化为Fe3＋，用氢氧化钠溶液调节pH生成氢氧化铁沉淀，除去铁元素，滤渣的主要成分是氢氧化铁，故C正确；沉淀表面有碘化铵，可向最后一次洗涤液中加硝酸和硝酸银溶液，若没有淡黄色沉淀生成，说明不含碘离子，沉淀已经洗涤干净，故D错误。5．锆(40Zr)是现代工业中重要的金属原料，具有良好的可塑性，其抗蚀性能强于钛。以锆英石(主要成分是ZrSiO4，还含有少量Al2O3、SiO2、Fe2O3等杂质)为原料生产锆及其化合物的流程如图所示：(1)分馏属于________________________________________________________(填“物理变化”或“化学变化”)。(2)锆英石________(填“能”或“不能”)直接用稀盐酸浸取后再分馏，理由是____________________________________________________________________________________________。(3)“高温气化”中ZrSiO4发生反应得到ZrCl4的反应的化学方程式为__________________________________________________________________________________________________。(4)流程中ZrCl4与水反应后经过滤、洗涤、干燥等操作可获得ZrOCl2·8H2O，检验该物质是否洗涤干净的实验操作为________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)物理变化　(2)不能　ZrSiO4难溶于盐酸，后续依然需要用氯气和石油焦与锆英石反应，浪费药品　(3)ZrSiO4＋4Cl2＋4CZrCl4＋SiCl4＋4CO　(4)取少许最后一次的洗涤液于试管中，加入适量硝酸酸化的AgNO3溶液，若无沉淀产生，则已洗涤干净解析　(1)分馏是利用互溶液体中各组分沸点的不同将各组分分离的过程，没有新物质的生成，故属于物理变化。(3)由题干流程图可知，“高温气化”中ZrSiO4与C、Cl2发生反应得到ZrCl4和SiCl4，根据元素守恒可知另一种产物是CO，故该反应的化学方程式为ZrSiO4＋4Cl2＋4CZrCl4＋SiCl4＋4CO。