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2025版高考化学一轮复习微专题小练习专练15金属及其化合物的制备流程
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这是一份2025版高考化学一轮复习微专题小练习专练15金属及其化合物的制备流程,共6页。试卷主要包含了选择题,非选择题等内容,欢迎下载使用。
1.[2023·辽宁卷]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CrO eq \\al(2-,4)
D.淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
答案:B
解析:焙烧过程中铁、铬元素均被氧化,同时转化为对应的钠盐,水浸时铁酸钠遇水水解生成氢氧化铁沉淀,滤液中存在铬酸钠,与淀粉的水解产物葡萄糖发生氧化还原反应得到氢氧化铬沉淀。铁、铬氧化物与碳酸钠和氧气反应时生成对应的钠盐和二氧化碳,A正确;焙烧过程铁元素被氧化,滤渣的主要成分为氢氧化铁,B错误;滤液①中Cr元素的化合价是+6价,铁酸钠遇水水解生成氢氧化铁沉淀溶液显碱性,所以Cr 元素主要存在形式为CrO eq \\al(2-,4) ,C正确;由分析知淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用,D正确;故选B。
2.[2024·福州市质量检测]废旧铅酸蓄电池的铅膏主要含有PbSO4、PbO2和Pb,从铅膏中回收PbO的流程如图。
已知:Pb(OH)2性质类似Al(OH)3。
下列说法错误的是( )
A.“脱硫”是把PbSO4转化为Na2SO4将硫除去
B.“酸浸”发生的反应有PbCO3+2HAc===Pb(Ac)2+CO2↑+H2O
C.“酸浸”中H2O2会分解,应适当过量
D.“沉铅”时为保证铅完全沉淀,应该加入过量氢氧化钠
答案:D
解析:“脱硫”中发生反应PbSO4(s)+CO eq \\al(2-,3) (aq)⇌PbCO3(s)+SO eq \\al(2-,4) (aq),PbSO4中S元素转化为可溶性Na2SO4,而除去,A项正确;酸浸时PbCO3与HAc反应生成Pb(Ac)2、CO2和H2O[PbCO3+2HAc===Pb(Ac)2+H2O+CO2↑],B项正确;H2O2易分解,为使Pb、PbO2酸浸完全,应加入过量的H2O2,C项正确;由题给已知条件可知,Pb(OH)2会与NaOH反应生成可溶性物质,故加入的NaOH不能过量,D项错误。
3.电池的回收处理不仅可以提取有价值的金属元素,还可以减少环境污染。从废旧铅蓄电池(主要成分为PbO2和PbSO4)中回收铅的一种方法如图所示。
下列说法错误的是( )
A.步骤①中通入的二氧化硫起还原作用
B.步骤②中发生反应的离子方程式为PbSO4(s)+CO eq \\al(2-,3) (aq)⇌PbCO3(s)+SO eq \\al(2-,4) (aq)
C.副产品M的主要成分为可循环利用的(NH4)2CO3
D.BF eq \\al(-,4) 的空间结构为正四面体形,且存在一个配位键
答案:D
解析:
二、非选择题
4.[2024·安徽卷]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S4O eq \\al(2-,6) 的结构为(a)而不是(b)的原因: _________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案:(1)四 ⅠB
(2)Cu2+
(3)2Au+8HCl+3H2O2===2HAuCl4+6H2O
(4)AgCl
(5)[Ag(S2O3)2]3-+e-===Ag↓+2S2O eq \\al(2-,3) Na2S2O3
(6)3∶4
(7)氧氧键中氧的半径比较小,所以负电荷的密度比较高,对相应成键电子对的斥力大,氧氧键的键能小,更易断裂,(b)不稳定(或其他合理答案)
解析:(1)铜元素是29号元素,根据构造原理可写出基态铜原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s1,Cu在元素周期表中位于第四周期第ⅠB族。(2)结合图示流程转化可知,Cu在酸性条件下被H2O2氧化为Cu2+,故“浸出液1”中含有的金属离子主要是Cu2+。(3)“浸取2”步骤中Au在盐酸作用下被H2O2氧化为HAuCl4,根据Au、O元素的化合价变化和得失电子守恒等可写出其化学方程式为2Au+3H2O2+8HCl===2HAuCl4+6H2O。(4)“浸取2”步骤中Ag在盐酸作用下被H2O2氧化为AgCl,“浸取3”中AgCl与Na2S2O3作用生成[Ag(S2O3)2]3-。(5)结合“浸取液3”的主要成分及“电沉积”步骤中得到Ag,可知该步骤中阴极反应式为[Ag(S2O3)2]3-+e-===Ag↓+2S2O eq \\al(2-,3) ,“电沉积”后溶液中含大量的Na+和S2O eq \\al(2-,3) ,形成的Na2S2O3可循环利用。(6)结合图示流程及氧化还原反应规律可写出“还原”步骤的化学方程式为4HAuCl4+3N2H4===4Au+3N2↑+16HCl,则反应中被氧化的N2H4与产物Au的物质的量之比为3∶4。(7)氧的半径比硫小,负电荷的密度更高,对相应成键电子对的斥力大,所以(b)中氧氧键键能比(a)中硫硫键小,更易断裂,(b)不稳定,故Na2S2O3不能被I2氧化成(b)结构。
5.[2022·辽宁卷]某工厂采用辉铋矿(主要成分为Bi2S3,含有FeS2、SiO2杂质)与软锰矿(主要成分为MnO2)联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4,工艺流程如下:
已知:①焙烧时过量的MnO2分解为Mn2O3,FeS2转变为Fe2O3;
②金属活动性:Fe>(H)>Bi>Cu;
③相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下:
回答下列问题:
(1)为提高焙烧效率,可采取的措施为 。
a.进一步粉碎矿石
b.鼓入适当过量的空气
c.降低焙烧温度
(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3,反应的化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)“酸浸”中加入浓盐酸的作用为:①充分浸出Bi3+和Mn2+;
②________________________________________________________________________。
(4)滤渣的主要成分为 (填化学式)。
(5)生成气体A的离子方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)加入金属Bi的目的是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(7)将100 kg辉铋矿进行联合焙烧,转化时消耗1.1 kg金属Bi,假设其余各步损失不计,干燥后称量BiOCl产品质量为32 kg,滴定测得产品中Bi的质量分数为78.5%。辉铋矿中Bi元素的质量分数为 。
答案:(1)ab
(2)2Bi2S3+9O2 eq \(=====,\s\up7(高温)) 2Bi2O3+6SO2
(3)抑制金属离子水解 (4)SiO2
(5)Mn2O3+6H++2Cl-===2Mn2++Cl2↑+3H2O
(6)将Fe3+转化为Fe2+
(7)24.02%
解析:(1)a项,联合焙烧时,进一步粉碎矿石,可以增大矿石与空气的接触面积,能够提高焙烧效率;b项,鼓入适当过量的空气有利于矿石充分反应;c项,降低焙烧温度,反应速率减慢,不利于提高焙烧效率;
(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3,根据原子守恒可知还应生成SO2,结合得失电子守恒,反应的化学方程式为2Bi2S3+9O2 eq \(=====,\s\up7(高温)) 2Bi2O3+6SO2;(3)加入浓盐酸后,溶液中含有的离子主要为Bi3+、Fe3+、Mn2+、H+、Cl-,而酸浸后取滤液进行转化,故要防止金属离子水解生成沉淀,进入滤渣,造成制得的BiOCl产率偏低;(4)滤渣主要为不溶于浓盐酸的SiO2;(5)因Mn2O3有氧化性,会与浓盐酸发生氧化还原反应:Mn2O3+6H++2Cl-===2Mn2++Cl2↑+3H2O;(6)由已知信息③知,调pH=2.6时,Fe3+会水解生成Fe(OH)3沉淀,但Fe2+还没开始沉淀,故要将Fe3+转化为Fe2+,在调pH后获得含FeCl2的滤液,为了不引入新的杂质,加入Bi作还原剂。
(7)根据题目信息可知,32 kg BiOCl产品中Bi元素的质量为32 kg×78.5%=25.12 kg,转化时消耗1.1 kg金属Bi,根据Bi元素守恒可知,100 kg辉铋矿中Bi的质量分数为 eq \f(25.12-1.1,100) ×100%=24.02%。
6.草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O)是一种浅黄色固体,难溶于水,受热易分解,是生产锂电池的原材料,也常用作分析试剂及显影剂等,其制备流程如下:
(1)配制硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]溶液时,需加少量硫酸,目的是
________________________________________________________________________。
(2)加热到沸腾时发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入硫酸酸化的KMnO4溶液,振荡,溶液变为棕黄色,同时有气体生成。已知反应中MnO eq \\al(-,4) 转化为无色的Mn2+,则该过程中被氧化的元素是 ,若反应中消耗1 ml FeC2O4·2H2O,则参加反应的n(KMnO4)= 。
(4)称取3.80 g草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O相对分子质量是180)用热重法对其进行热分解,得到剩余固体的质量随温度变化的曲线如图所示:
①过程Ⅰ发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②300 ℃时剩余固体只有一种且是铁的氧化物,试通过计算确定该氧化物的化学式或名称(请写出计算过程)。
答案:(1)抑制Fe2+水解
(2)(NH4)2Fe(SO4)2+H2C2O4+2H2O===FeC2O4·2H2O↓+H2SO4+(NH4)2SO4
(3)碳和铁 0.6
(4)①FeC2O4·2H2O eq \(=====,\s\up7(△)) FeC2O4+2H2O ②Fe2O3
解析:(1)配制(NH4)2Fe(SO4)2溶液时,溶液中亚铁离子水解显酸性,加少量硫酸的目的是抑制其水解。
(2)硫酸亚铁铵溶液中加入草酸生成草酸亚铁沉淀、硫酸和硫酸铵,反应的化学方程式为:(NH4)2Fe(SO4)2+H2C2O4+2H2O===FeC2O4·2H2O↓+H2SO4+(NH4)2SO4。
(3)向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入几滴硫酸酸化的KMnO4溶液,振荡,发现溶液颜色逐渐变为棕黄色,并检测到CO2生成,说明草酸亚铁被氧化为铁离子、二氧化碳气体,说明铁元素和碳元素被氧化,根据离子方程式5FeC2O4+3MnO eq \\al(-,4) +24H+===5Fe3++3Mn2++10CO2↑+12H2O可知,消耗1 ml FeC2O4·2H2O,则参加反应的KMnO4为0.6 ml;
(4)①通过剩余固体的质量可知,过程Ⅰ发生的反应是:草酸亚铁晶体受热失去结晶水,反应的化学方程式为:
FeC2O4·2H2O eq \(=====,\s\up7(△)) FeC2O4+2H2O;
②3.6 g草酸亚铁晶体中的铁元素质量为:3.6 g× eq \f(56,180) =1.12 g,草酸亚铁晶体中的铁元素完全转化到氧化物中,氧化物中氧元素的质量为:1.60 g-1.12 g=0.48 g,铁元素和氧元素的物质的量之比为:2∶3,铁的氧化物的化学式为Fe2O3。
开始沉淀pH
完全沉淀pH
Fe2+
6.5
8.3
Fe3+
1.6
2.8
Mn2+
8.1
10.1
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