课时跟踪检测(十三)　化学微工艺流程——金属及其化合物的转化(题型课)

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1．(2021·郑州模拟)某学习小组以废催化剂(主要成分SiO2、ZnO、ZnS和CuS)为原料，制备锌和铜的硫酸盐晶体。设计的实验方案如下：
下列说法不正确的是( )
A．步骤①中能溶于稀硫酸的是ZnO、ZnS
B．步骤①、③中发生的反应均为氧化还原反应
C．步骤③涉及的离子反应可能为CuS＋H2O2＋2H＋ eq \(=====,\s\up7(△)) Cu2＋＋S＋2H2O
D．步骤②和④，采用蒸发浓缩、冷却结晶，过滤后均可获取粗晶体
解析：选B ZnO、ZnS可与稀硫酸反应，CuS不溶于稀硫酸，故A不符合题意；①中发生的反应ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O、ZnS＋H2SO4===ZnSO4＋H2S↑不是氧化还原反应，故B符合题意；③中发生反应：CuS＋H2O2＋H2SO4 eq \(=====,\s\up7(△)) CuSO4＋S＋2H2O，离子反应为CuS＋H2O2＋2H＋ eq \(=====,\s\up7(△)) Cu2＋＋S＋2H2O，故C不符合题意；步骤②和④均为溶液结晶得到含结晶水的晶体，则均采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤获得晶体，故D不符合题意。
2．(2021·烟台模拟)如今环境保护越来越受重视，某化工集团为减少环境污染，提高资源的利用率，将钛厂、氯碱厂、甲醇厂进行联合生产。其主要生产工艺如下(FeTiO3中Ti为＋4价)：
下列叙述正确的是( )
A．该流程中只有“电解”“氯化”涉及氧化还原反应
B．“合成”反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1
C．“氯化”时反应方程式为7Cl2＋2FeTiO3＋6C===2FeCl3＋2TiCl4＋6CO(条件省略)
D．上述流程中“Mg，Ar”可用“Mg，CO2”代替
解析：选C 由氢气合成甲醇的过程中也涉及氧化还原反应，A项错误；根据CO＋2H2―→CH3OH可以看出，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2，B项错误；根据工艺图不难看出“氯化”即氯气、钛铁矿和焦炭反应得到四氯化钛、一氧化碳和氯化铁的过程，C项正确；二氧化碳和镁会发生反应，因此不能用二氧化碳来作保护气，D项错误。
3．(2021·青岛模拟)铜的氯化物是重要的化工原料，常用作有机合成催化剂。实验室用粗铜(含杂质Fe)制备氯化亚铜、氯化铜晶体的流程如下：
下列说法错误的是( )
A．固体1和固体2中Fe元素的价态相同
B．检验溶液2中的杂质离子是否除尽可以选用KSCN溶液或铁氰化钾溶液
C．试剂X可能是CuO，操作②中结晶时需要通入HCl气体
D．反应②的离子方程式为2Cu2＋＋SO2＋2H2O＋2Cl－===2CuCl↓＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋4H＋
解析：选B 粗铜与足量的氯气反应生成氯化铜、氯化铁，即固体1；在盐酸中固体溶解，得到氯化铜和氯化铁的混合液，即溶液1；加入氧化铜或氢氧化铜调节溶液的pH，使铁离子变为氢氧化铁沉淀，则固体2为氢氧化铁、试剂X为氧化铜或氢氧化铜；氯化铜与二氧化硫反应制取氯化亚铜；通过蒸发浓缩、冷却结晶的方法得到二水合氯化铜晶体。分析可知，固体1为氯化铜、氯化铁，固体2为氢氧化铁，其中Fe元素的价态均为＋3价，A正确；检验溶液2中的杂质Fe3＋是否除尽可以选用KSCN溶液，不能用铁氰化钾溶液，B错误；试剂X可能是CuO或氢氧化铜，操作②中结晶时防止水解程度增大，需要通入HCl气体，C正确；反应②的离子方程式为2Cu2＋＋SO2＋2H2O＋2Cl－===2CuCl↓＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋4H＋，D正确。
4．(2021·合肥模拟)工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2、Fe2O3等杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下，对下述流程中的判断正确的是( )
A．试剂X为稀硫酸，沉淀中含有硅的化合物
B．反应Ⅱ中生成Al(OH)3的反应为CO2＋AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3))
C．结合质子(H＋)的能力由弱到强的顺序是OH－>CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) >AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2))
D．Al2O3熔点很高，工业上还可采用电解熔融AlCl3的方法冶炼Al
解析：选B 由溶液乙通入过量的Y生成氢氧化铝沉淀、碳酸氢钠可知，溶液乙为偏铝酸钠溶液、气体Y为二氧化碳，故试剂X为氢氧化钠溶液，不可能为硫酸，故A错误；过量的二氧化碳与偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢钠，离子方程式为CO2＋AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，故B正确；结合质子的能力越强，相应的酸提供质子的能力就越弱，其对应的酸的酸性就越弱，提供质子的能力：HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) >Al(OH)3>H2O，则结合质子的能力：OH－>AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) >CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ，故C错误；氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，不能采用电解熔融氯化铝的方法冶炼铝，故D错误。
5．(2021·南昌模拟)轻质氧化镁和硼酸(H3BO3)都是重要的化工原料，可采用硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸和轻质氧化镁，其工艺流程如图：

下列叙述错误的是( )
A．Fe2O3、Al2O3都不能溶于(NH4)2SO4溶液
B．进入“吸收”工序中的气体为NH3
C．若“过滤2”时调节溶液的碱性越强得到的硼酸越多
D．“沉镁”中得到的母液经加热后可返回“溶浸”工序循环使用
解析：选C SiO2、Fe2O3、Al2O3都不与(NH4)2SO4溶液反应，A正确；Mg2B2O5·H2O与(NH4)2SO4溶液反应，其反应方程式为2(NH4)2SO4＋Mg2B2O5·H2O＋2H2O===2MgSO4＋2NH4B(OH)4＋2NH3↑，即进入“吸收”工序中的气体为NH3，B正确；在“过滤2”时，将溶液pH调节至3.5，目的是得到硼酸，促进硼酸的析出，C错误；沉镁时，母液主要含(NH4)2SO4，还有少量的NH4HCO3，故经加热后主要成分为硫酸铵，可返回“溶浸”工序中循环使用，D正确。
6．(2021·杭州模拟)某企业以辉铜矿为原料生产碱式碳酸铜，工艺流程如下所示：
已知：[Cu(NH3)4]2＋(aq)Cu2＋(aq)＋4NH3(aq)
根据以上工艺流程，下列说法不正确的是( )
A．为实现溶液C到溶液D的转化，加入过量NH3·H2O后过滤即可
B．溶液E和碳酸钠混合方式不同对产品的成分没有影响
C．在制备产品时，溶液D中不直接加入Na2CO3溶液的原因是游离的Cu2＋浓度太低
D．蒸氨过程发生总反应的化学方程式为[Cu(NH3)4]Cl2＋H2O eq \(=====,\s\up7(△)) CuO＋2HCl↑＋4NH3↑
解析：选B 为实现溶液C到溶液D的转化，加入过量的NH3·H2O，Cu2＋和过量的氨水形成[Cu(NH3)4]2＋，Fe3＋和氨水生成Fe(OH)3沉淀，过滤即可，故A正确；溶液E中含Cu2＋，Cu2＋和碳酸钠溶液混合制取碱式碳酸铜，若将含Cu2＋的溶液加入碳酸钠溶液中，由于碳酸钠溶液是碱性的，可生成大量的氢氧化铜而不能得到纯净的碱式碳酸铜，所以混合方式不同对产品的成分有影响。制取碱式碳酸铜通常用碳酸钠溶液和硝酸铜溶液，控制两者的比例和反应温度以及溶液的pH，最后可得到比较纯的碱式碳酸铜，故B错误；在制备产品时，溶液D中主要含的离子是[Cu(NH3)4]2＋，游离的Cu2＋浓度太低，直接加入Na2CO3溶液，不能得到较多的产品，故C正确；溶液D中主要含有[Cu(NH3)4]2＋和Cl－，蒸氨后得到氧化铜，所以蒸氨过程发生总反应的化学方程式为[Cu(NH3)4]Cl2＋H2O eq \(=====,\s\up7(△)) CuO＋2HCl↑＋4NH3↑，故D正确。
7．(2021·潍坊模拟)某工厂的一个生产工艺流程如图所示，下列叙述正确的是( )
A.该工艺流程是用来制备Fe2(SO4)3的
B．气体M是H2S
C．气体M参加的反应是化合反应
D．SO2参加反应时氧化剂和还原剂的物质的量之比是1∶1
解析：选D 由工艺流程中的箭头指向可知，该过程中硫酸亚铁和硫酸铁可循环使用，气体M和SO2为反应物，指向流程之外的箭头只有硫酸(部分硫酸又参与循环)，即硫酸铁和二氧化硫作用生成硫酸和硫酸亚铁，气体M和硫酸、硫酸亚铁作用生成硫酸铁。根据上述分析知，该工艺流程是用来制备硫酸的，故A错误；根据反应关系知，气体M、H2SO4和FeSO4作用生成Fe2(SO4)3，Fe元素的化合价升高，M是具有氧化性的气体，如O2等，H2S具有还原性，故B错误；气体M、FeSO4溶液和硫酸作用除生成Fe2(SO4)3外，还有H2O生成，气体M参加的反应不是化合反应，故C错误；SO2参加反应时的化学方程式为SO2＋Fe2(SO4)3＋2H2O===2FeSO4＋2H2SO4，参加反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比是1∶1，故D正确。
8．(2021·合肥模拟)某酸性工业废水中含有一定量的Fe3＋、Cu2＋、Au3＋等离子。利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑，设计如下工艺流程，从废水中回收金，并生产一定量的铁红和氧化铜。下列说法不正确的是( )
A．标号①②③处发生的反应均为氧化还原反应
B．标号③处加入的相应物质是稀硝酸
C．标号①处发生的离子反应最多有三个
D．铁红的化学式为Fe2O3，工业上常用作红色颜料
解析：选C 由工艺流程图示知，E为铁元素的离子，而A为铜、金的混合物，通过过滤将铁元素与活泼性比它弱的铜、金分离出来，因此①处加入的物质为铁屑，发生的反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，2Au3＋＋3Fe===2Au＋3Fe2＋；②处发生反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，加入稀硫酸以除去铜、金中过量的铁屑，并将过滤后的硫酸亚铁溶液与含Fe2＋的E溶液相混合；③处发生反应：3Cu＋8H＋＋2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开；④处发生反应：Cu2＋＋2OH－===Cu(OH)2↓，将得到的铜离子用氢氧化钠转化为氢氧化铜沉淀，从而再受热分解为氧化铜；⑤处发生反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，加入氢氧化钠将亚铁离子转化为氢氧化亚铁沉淀，再利用空气将其转化为氢氧化铁沉淀，最终受热分解为铁红(氧化铁)。根据上述分析可知，①为铁屑，②为稀硫酸，③为稀硝酸，④为NaOH，⑤为NaOH。A中含有Fe、Cu、Au，B中含有Cu、Au，C为Cu(NO3)2，D为Cu(OH)2，E中含有FeSO4，F中为Fe(OH)3。由以上分析可知，标号①②③处发生的反应均有元素化合价的变化，均为氧化还原反应，A正确；标号③处加入的相应物质是稀硝酸，目的是分离铜和金单质，B正确；由以上分析可知，标号①处发生的离子反应有Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，2Au3＋＋3Fe===2Au＋3Fe2＋，最多有四个，C错误；Fe2O3的俗名是铁红，工业上常用作红色颜料，D正确。
9．以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·6H2O)的工艺流程如下。下列说法不正确的是( )
A．酸溶过程使用的酸也可以是硝酸，且过量
B．为了防止污染，焙烧过程中产生的SO2要回收利用
C．通氯气的目的是氧化Fe2＋
D．由FeCl3·6H2O制取无水FeCl3需要在氯化氢的气流中加热
解析：选A 本题考查氯化铁晶体的制备流程分析。若酸溶过程用过量硝酸，则会引入NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，A错误；SO2是一种污染气体，必须回收利用，B正确；通入Cl2的目的是将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，C正确；为了防止Fe3＋水解，由FeCl3·6H2O制取无水FeCl3时需要在HCl的气流中加热，D正确。
10．(2021·烟台模拟)MnO2和Zn是制造普通干电池的重要原料，现用软锰矿(主要成分为MnO2)和闪锌矿(主要成分为ZnS)制备MnO2和Zn的工艺流程如图。下列说法错误的是( )
A．干电池是一种将化学能转变为电能的装置
B．原料硫酸可以循环使用，且可用盐酸代替硫酸进行酸溶
C．酸溶时ZnS作还原剂，操作1为过滤
D．通电电解时MnO2在阳极处生成，电极反应为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋
解析：选B 干电池是一次电池，能将化学能转变为电能，A正确；盐酸具有还原性，电离产生的Cl－会被MnO2氧化生成有毒气体Cl2，影响Mn2＋的电解，因此不能用盐酸代替硫酸使用，B错误；ZnS、MnO2、H2SO4发生氧化还原反应，生成ZnSO4、MnSO4、S及H2O，ZnS作还原剂，反应中S被氧化生成难溶于水的S单质，ZnSO4、MnSO4溶解在水中，所以操作1是分离难溶性固体与可溶性液体混合物的操作，名称为过滤，C正确；通电时Mn2＋在阳极失去电子被氧化成MnO2，电极反应为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋，D正确。
11．从银铜合金切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺流程如下：
注：Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450 ℃和80 ℃。
(1)加快渣料(含少量银)溶于稀H2SO4的速率的措施有_______________________
_________________________________________________(写出两种)。
(2)滤渣A与稀HNO3反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，滤渣A与稀HNO3反应的离子方程式为____________________________________________。
(3)固体B的组成为________________；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量发生的反应的离子方程式为___________________________
_________________________________________________________。
(4)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式：
CuO＋____Al2O3 eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( )) ____CuAlO2＋____↑。
(5)硫酸铜溶液可用于浸取硫铁矿中的铁元素，浸取时发生复杂的氧化还原反应。反应体系中除CuSO4和FeS2外，还有H2SO4、Cu2S、FeSO4和H2O，下列对该反应的分析不正确的是________(填字母)。
A．氧化剂为CuSO4和FeS2
B．反应后溶液的pH降低
C．每转移2 ml电子消耗3 ml CuSO4
D．被氧化的FeS2只占总量的30%
解析：(1)提高酸浸速率的方法有搅拌、将渣料粉碎、适当升温、适当增大稀硫酸浓度等。(2)滤渣A与稀硝酸反应生成的气体在空气中迅速变成红棕色，说明滤渣A与稀硝酸反应生成了NO气体，由流程图可知A为银，反应的离子方程式为3Ag＋4H＋＋NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ===3Ag＋＋NO↑＋2H2O。(3)NaOH与Al2(SO4)3、CuSO4反应生成Al(OH)3、Cu(OH)2，由Al(OH)3、Cu(OH)2的分解温度可知，煮沸时Cu(OH)2分解，Al(OH)3不分解，则固体B的组成为CuO和Al(OH)3；若NaOH过量，则Al(OH)3会与NaOH反应生成NaAlO2和H2O。(4)反应前CuO中Cu的化合价为＋2，反应后CuAlO2中Cu为＋1价，反应过程中铝元素的化合价不变，则只能是氧元素被氧化生成O2，根据得失电子守恒、原子守恒可知，反应的化学方程式为4CuO＋2Al2O3 eq \(=====,\s\up7(高温)) 4CuAlO2＋O2↑。(5)由题意可知，硫酸铜得电子，作氧化剂，FeS2一部分被氧化成FeSO4，作还原剂，一部分被还原成Cu2S，作氧化剂，化学方程式为14CuSO4＋5FeS2＋12H2O===7Cu2S＋5FeSO4＋12H2SO4，氧化剂为CuSO4、FeS2，A项正确；反应后有H2SO4生成，溶液pH降低，B项正确；反应中每消耗14 ml CuSO4，转移21 ml电子，则每转移2 ml电子消耗 eq \f(4,3) ml硫酸铜，C项错误；5 ml FeS2参加反应，被氧化的FeS2为1.5 ml，占总量的30%，D项正确。
答案：(1)搅拌、将渣料粉碎、适当升温、适当增大稀H2SO4的浓度等(任写两条)
(2)3Ag＋4H＋＋NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ===3Ag＋＋NO↑＋2H2O
(3)Al(OH)3和CuO Al(OH)3＋OH－===AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋2H2O
(4)4 2 4 O2 (5)C
12．(2021·昆明模拟)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：

相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 ml·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
回答下列问题：
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为___________________________________
________________________________________________________________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是________________________________________________________________________，
若不通入氧气，其后果是___________________________________________________。
(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为____________
____________________________________________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为________________________
________________________________________________；
沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。
解析：(1)由于闪锌矿的主要成分是ZnS，因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS＋3O2 eq \(=====,\s\up7(高温)) 2ZnO＋2SO2。(2)由于硫酸铅不溶于水，因此滤渣1的主要成分除SiO2外还有PbSO4；要除去铁离子，需要调节溶液的pH，又因为不能引入新杂质，所以需要利用氧化锌调节pH，即氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH。根据表中数据可知沉淀亚铁离子的pH较大，所以若不通入氧气，其后果是无法除去杂质Fe2＋。(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，反应的离子方程式为Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极发生得到电子的还原反应，因此阴极是锌离子放电，则阴极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn；阳极是氢氧根离子放电，破坏水的电离平衡，产生氢离子，所以电解后还有硫酸产生，因此沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。
答案：(1)2ZnS＋3O2 eq \(=====,\s\up7(高温)) 2ZnO＋2SO2 (2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2＋ (3)Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd (4)Zn2＋＋2e－===Zn 溶浸
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Zn2＋
Cd2＋
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4