2022年高考化学一轮复习每日一练 第3章微题型27金属及其化合物制备流程(VCrCoNiMo)

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资料：＋5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系：
(1)焙烧：向石煤中加生石灰焙烧，将V2O3转化为Ca(VO3)2的化学方程式是___________。
(2)酸浸：①Ca(VO3)2难溶于水，可溶于盐酸。若焙砂酸浸时溶液的pH＝4，Ca(VO3)2溶于盐酸的离子方程式是
________________________________________________________________________。
②酸度对钒和铝的溶解量的影响如图所示：酸浸时溶液的酸度控制在大约3.2%，根据下图推测，酸浸时不选择更高酸度的原因是________________________________________。
(3)转沉：将浸出液中的钒转化为NH4VO3固体，其流程如下：
①浸出液中加入石灰乳的作用是__________________。
②已知常温下CaCO3的溶度积常数为Ksp1，Ca3(VO4)2溶度积常数为Ksp2。过滤后的(NH4)3VO4溶液中VOeq \\al(3－,4)的浓度为c ml·L－1，该溶液中COeq \\al(2－,3)的浓度为____________ml·L－1。
③向(NH4)3VO4溶液中加入NH4Cl溶液，控制溶液的pH＝7.5。当pH＞8时，NH4VO3的产量明显降低，原因是______________________。
(4)测定产品中V2O5的纯度：称取a g产品，先用硫酸溶解，得到(VO2)2SO4溶液。再加入b1 mL c1 ml·L－1(NH4)2Fe(SO4)2溶液(VOeq \\al(＋,2)＋2H＋＋Fe2＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O)，最后用c2 ml·L－1 KMnO4溶液滴定过量的(NH4)2Fe(SO4)2至终点，消耗KMnO4溶液的体积为b2 mL。
已知MnOeq \\al(－,4)被还原为Mn2＋，假设杂质不参与反应。则产品中V2O5的质量分数是____________________。(V2O5的摩尔质量：182 g·ml－1)
2．(2020·绵阳高三质检)元素铬(Cr)在自然界主要以＋3价和＋6价存在。回答下列问题：
Ⅰ.＋6价的Cr能引起细胞的突变而对人体不利，可以用亚硫酸钠将其还原为＋3价的Cr。完成并配平下列离子方程式：
eq \x( )Cr2Oeq \\al(2－,7)＋eq \x( )SOeq \\al(2－,3)＋eq \x( )________===eq \x( )Cr3＋＋eq \x( )SOeq \\al(2－,4)＋eq \x( )H2O
Ⅱ.(1)工业上利用铬铁矿(FeO·Cr2O3)冶炼铬的工艺流程如图所示：
a．操作①中为加快焙烧速率和提高原料的利用率，可采取的措施是________________(答一条即可)。
b．浸出液的主要成分为Na2CrO4，向滤液中加入盐酸酸化的氯化钡溶液有白色沉淀生成，则操作③发生反应的离子方程式为_________________________________________________。
c．由Cr2O3冶炼Cr可用铝还原，写出该反应的化学方程式：________________________。
(2)Cr(OH)3和Al(OH)3类似，也是两性氢氧化物，写出Cr(OH)3溶于浓氢氧化钠溶液的离子方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)以铬酸钠(Na2CrO4)为原料，用电化学法可制备重铬酸钠(Na2Cr2O7)，实验装置如图所示(已知：2CrOeq \\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq \\al(2－,7)＋H2O)。
①阴极的电极反应式为________________________________________________________。
②电解一段时间后，测得阳极区溶液中Na＋物质的量由a ml变为b ml，则此时铬酸钠的转化率为________。
3．(2020·济南联考)碱式碳酸钴用作催化剂及制钴盐原料，陶瓷工业着色剂，电子、磁性材料的添加剂。利用以下装置测定碱式碳酸钴[Cx(OH)y(CO3)z·H2O]的化学组成。
已知：碱式碳酸钴中钴为＋2价，受热时可分解生成三种氧化物。
请回答下列问题：
(1)选用以上装置测定碱式碳酸钴[Cx(OH)y(CO3)z·H2O]的化学组成，其正确的连接顺序为a→b→______________(按气流方向，用小写字母表示)。
(2)样品分解完，打开止水夹K，缓缓通入氮气数分钟，通入氮气的目的是_____________。
(3)取碱式碳酸钴样品34.9 g，通过实验测得分解生成的水和二氧化碳的质量分别为3.6 g、8.8 g，则该碱式碳酸钴的化学式为________________。
(4)某兴趣小组以含钴废料(含少量Fe、Al等杂质)制取CCl2·6H2O的一种实验设计流程如下：
已知：25 ℃时
①操作Ⅰ用到的玻璃仪器主要有______________________________________________；
②加盐酸调pH为2～3的目的是______________________________________________；
③操作Ⅱ的过程为______________________________________________、洗涤、干燥。
4．(2020·全国卷Ⅲ，27)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)：
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
回答下列问题：
(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是_______________________________________
________________________________________________________________________。
为回收金属，用稀硫酸将“滤液①”调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式________________________。
(2)“滤液②”中含有的金属离子是________________。
(3)“转化”中可替代H2O2的物质是__________。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”，即，“滤液③”中可能含有的杂质离子为_____________。
(4)利用上述表格数据，计算Ni(OH)2的Ksp＝____________________________________
______________________________________________________________(列出计算式)。
如果“转化”后的溶液中Ni2＋浓度为1.0 ml·L－1，则“调pH”应控制的pH范围是________。
(5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式________________________________________________________。
(6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是______________________。
5．(2020·苏州高三月考)钼是一种重要的过渡金属元素，通常用作合金及不锈钢的添加剂，可增强合金的强度、硬度、可焊性等。钼酸钠晶体(Na2MO4·2H2O)可作为无公害型冷却水系统的金属腐蚀抑制剂，如图所示是化工生产中以辉钼矿[主要成分为硫化钼(MS2)]为原料来制备金属钼和钼酸钠晶体的主要流程。
(1)已知反应③为复分解反应，则钼酸中钼元素的化合价为____________________。
(2)反应⑥的离子方程式为________________________________________________。
(3)辉钼矿燃烧时的化学方程式为__________________________________________。
(4)操作X为____________________________________________________________。
已知钼酸钠在一定温度范围内的析出物质及相应物质的溶解度如下表，则在操作X中应控制温度的最佳范围为________(填字母)。
A.0～10 ℃ B．10～100 ℃
C．15.5～50 ℃ D．100 ℃以上
(5)制备钼酸钠晶体还可用通过向精制的辉钼矿中直接加入次氯酸钠溶液氧化的方法，若在氧化过程中还有硫酸钠生成，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为______。
(6)Li、MS2可用作充电电池的电极，其工作原理为xLi＋nMS2eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Lix(MS2)n[Lix(MS2)n附着在电极上]，则电池充电时阳极的电极反应式为______________________________
________________________________________________________________________。
(7)可用还原性气体(CO和H2)还原MO3制取金属钼，工业上制备还原性气体CO和H2的反应原理之一为CO2＋CH4eq \(=====,\s\up7(高温))2CO＋2H2。含甲烷体积分数为90%的7 L(标准状况)天然气与足量二氧化碳在高温下反应，甲烷转化率为80%，用产生的CO和H2还原MO3制取金属钼，理论上能生产钼的质量为________(M相对原子量为96)。
答案精析
1．(1)CaO＋O2＋V2O3eq \(=====,\s\up7(高温))Ca(VO3)2 (2)①Ca(VO3)2＋4H＋===2VOeq \\al(＋,2)＋Ca2＋＋2H2O ②酸度大于3.2%时，钒的溶解量增大不明显，而铝的溶解量增大明显 (3)①调节溶液的pH，并提供Ca2＋，形成Ca3(VO4)2沉淀 ②Ksp1eq \r(3,\f(c2,Ksp2)) ③当pH＞8时，钒的主要存在形式不是VOeq \\al(－,3) (4)eq \f(91b1c1－5b2c2,1 000a)×100%
解析 (3)焙烧过程将V2O3转化为Ca(VO3)2，用盐酸酸浸，浸出液中含有VOeq \\al(＋,2)、Al3＋、Ca2＋、Cl－、H＋，加入石灰乳调节pH得到Ca3(VO4)2沉淀，由表中数据可知，应控制pH范围为10～12，由Ca(VO3)2→ Ca3(VO4)2，可知氢氧化钙还提供Ca2＋。过滤分离，Ca3(VO4)2与碳酸铵反应转化为更难溶的CaCO3沉淀，c(Ca2＋)降低，使钒从沉淀中转移到溶液中形成(NH4)3VO4溶液，溶液中加入NH4Cl，调节溶液pH，同时溶液中NHeq \\al(＋,4)增大，有利于析出NH4VO3；①浸出液中加入石灰乳的作用是调节溶液的pH，并提供Ca2＋，形成Ca3(VO4)2沉淀。②根据Ksp的表达式计算得：c(COeq \\al(2－,3))＝eq \f(Ksp1,cCa2＋)＝eq \f(Ksp1,\r(3,\f(Ksp2,c2VO\\al(3－,4))))＝Ksp1eq \r(3,\f(c2,Ksp2))。③当pH＞8时，钒的主要存在形式不是VOeq \\al(－,3)，NH4VO3的产量明显降低。(4)加入高锰酸钾发生反应：5Fe2＋＋MnOeq \\al(－,4)＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O，反应消耗KMnO4为b2×10－3 L×c2 ml·L－1＝b2c2×10－3 ml，剩余的Fe2＋物质的量为5b2c2×10－3 ml，与VOeq \\al(＋,2)反应Fe2＋物质的量为b1×10－3 L×c1 ml·L－1－5b2c2×10－3 ml＝(b1c1－5b2c2)×10－3 ml，由关系式：V2O5～2NH4VO3～2VOeq \\al(＋,2)～2Fe2＋，可知n(V2O5)＝eq \f(1,2)(b1c1－5b2c2)×10－3 ml，故产品中V2O5的质量分数为eq \f(\f(1,2)×b1c1－5b2c2×10－3 ml×182 g·ml－1,a g)×100%＝eq \f(91b1c1－5b2c2,1 000a)×100%。
2．Ⅰ.1 3 8 H＋ 2 3 4
Ⅱ.(1)a.将铬铁矿粉碎(或其他合理措施)
b．8CrOeq \\al(2－,4)＋3S2－＋20H2O===8Cr(OH)3↓＋3SOeq \\al(2－,4)＋16OH－
c．Cr2O3＋2Aleq \(=====,\s\up7(高温))2Cr＋Al2O3
(2)Cr(OH)3＋OH－===CrOeq \\al(－,2)＋2H2O
(3)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
②eq \f(2a－b,a)×100%
解析 Ⅰ.根据电子得失守恒的原则进行配平。
Ⅱ.(1)a.影响化学反应速率的因素：固体物质的比表面积大小，比表面积越大，反应速率越快。加快焙烧速率和提高原料的利用率，可采取的措施是将铬铁矿粉碎等；b.浸出液的主要成分为Na2CrO4，具有强氧化性，能将S2－氧化为SOeq \\al(2－,4)，则向滤液中加入盐酸酸化的氯化钡溶液，会发生复分解反应产生白色沉淀硫酸钡。(2)Cr(OH)3为两性氢氧化物，溶于浓NaOH溶液发生非氧化还原反应：Cr(OH)3＋OH－===CrOeq \\al(－,2)＋2H2O。(3)②根据2CrOeq \\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq \\al(2－,7)＋H2O，阳极区Na＋减少的量，即是上述反应消耗H＋的量，迁移的Na＋为(a－b) ml，则转化的铬酸钠也为(a－b) ml，铬酸钠的转化率为eq \f(a－b,\f(a,2))×100%＝eq \f(2a－b,a)×100%。
3．(1)j→k→c→d(或d→c)→e (2)将装置中生成的H2O(g)和CO2全部排入戊、乙装置中 (3)C3(OH)2(CO3)2·H2O
(4)①烧杯、漏斗、玻璃棒 ②抑制CCl2的水解 ③蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
解析 (1)甲装置为分解装置，用戊装置吸收生成的水，用乙装置吸收生成的二氧化碳，用丙装置防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入实验装置影响实验结果。(2)为了保证数据的准确性，通入氮气使产生的气体全部被吸收。(3)生成的水的质量为3.6 g，物质的量为eq \f(3.6,18) ml＝0.2 ml，生成的CO2的质量为8.8 g，物质的量为eq \f(8.8,44) ml＝0.2 ml，碱式碳酸钴的质量为34.9 g，氧化亚钴的质量为34.9 g－3.6 g－8.8 g＝22.5 g，其物质的量为eq \f(22.5,75) ml＝0.3 ml，N(C)∶N(H)∶N(C)＝0.3∶(0.2×2)∶0.2＝3∶4∶2，化学式为C3(OH)2(CO3)2·H2O。(4)①操作Ⅰ为过滤，用到的玻璃仪器主要有烧杯、漏斗、玻璃棒。②加盐酸调pH为2～3的目的是抑制CCl2的水解。③从溶液中得到CCl2·6H2O晶体需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
4．(1)除去油脂，溶解铝及其氧化物 AlOeq \\al(－,2)＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓
(2)Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋
(3)O2或空气 Fe3＋
(4)0.01×(107.2－14)2[或10－5×(108.7－14)2] 3.2～6.2
(5)2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋ Cl－＋H2O
(6)提高镍的回收率
解析 (4)根据溶度积的表达式得Ksp[Ni(OH)2]＝c(Ni2＋)·c2(OH－)＝0.01×(107.2－14)2[或10－5×(108.7－14)2]。当溶液中c(Ni2＋)＝1.0 ml·L－1时，c(OH－)＝eq \r(\f(Ksp,cNi2＋))＝eq \r(\f(0.01×107.2－142,1))＝10－7.8 ml·L－1，c(H＋)＝eq \f(Kw,cOH－)＝eq \f(10－14,10－7.8)＝10－6.2，pH＝－lg c(H＋)＝－lg 10－6.2＝6.2。所以当pH＝6.2时，Ni2＋开始产生沉淀，根据流程图可知，调pH的目的是让Fe3＋沉淀完全，所以需要调节pH大于3.2，综合分析，应控制pH的范围为3.2～6.2。
(6)分离出硫酸镍晶体后的母液中仍有Ni2＋，采用循环使用的意义是提高镍的回收率。
5．(1)＋6 (2)MO3＋2OH－===MOeq \\al(2－,4)＋H2O (3)2MS2＋7O2eq \(=====,\s\up7(高温))2MO3＋4SO2 (4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 C
(5)9∶1 (6)Lix(MS2)n－xe－===nMS2＋xLi＋ (7)28.8 g
解析 (7)根据反应CO2＋CH4eq \(=====,\s\up7(高温))2CO＋2H2可知，1体积的甲烷发生反应生成4体积的还原性气体，还原性气体总体积为7 L×90%×80%×4＝20.16 L，在标准状况下还原性气体总物质的量为0.9 ml；生成1 ml M消耗3 ml CO和H2，所以生成的n(M)＝eq \f(0.9 ml,3)＝0.3 ml，钼的质量m(M)＝0.3 ml×96 g·ml－1＝28.8 g。pH
4～6
6～8
8～10
10～12
主要离子
VOeq \\al(＋,2)
VOeq \\al(－,3)
V2Oeq \\al(4－,7)
VOeq \\al(3－,4)
沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
C(OH)2
Al(OH)3
开始沉
淀pH
1.9
7.0
7.6
3.4
完全沉
淀pH
3.2
9.0
9.2
4.7
金属离子
Ni2＋
Al3＋
Fe3＋
Fe2＋
开始沉淀时
(c＝0.01 ml·L－1)的pH
7.2
3.7
2.2
7.5
沉淀完全时
(c＝1.0×10－5 ml·L－1)的pH
8.7
4.7
3.2
9.0
温度/℃
0
4
9
10
15.5
32
51.5
100
＞100
析出
物质
Na2MO4·10H2O
Na2MO4·2H2O
Na2MO4
溶解度
30.63
33.85
38.16
39.28
39.27
39.82
41.27
45.57
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