2024届人教版高考化学一轮复习专题五金属及其化合物十年高考题作业含答案

这是一份2024届人教版高考化学一轮复习专题五金属及其化合物十年高考题作业含答案，共24页。试卷主要包含了劳动开创未来，化学与日常生活息息相关，9%，0×10-4等内容，欢迎下载使用。

1.(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( )
答案 A 小苏打是碳酸氢钠,小苏打作发泡剂,是因为碳酸氢钠受热分解产生二氧化碳气体,A项符合题意。
2.(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++CO32- HCO3-+2H2O
B.碱转化为两种盐:2OH-+Cl2ClO-+Cl-+H2O
C.过氧化物转化为碱:2O22-+2H2O 4OH-+O2↑
D.盐转化为另一种盐:Na2SiO3+2H+ H2SiO3↓+2Na+
答案 B 离子方程式左右两边氢原子、氧原子不守恒,A项错误;氢氧化钠溶液中通入氯气生成氯化钠、次氯酸钠和水,B项正确;在溶液中进行的离子反应,书写离子方程式时,过氧化钠应写化学式,不能拆成离子形式,C项错误;Na2SiO3是一种易溶于水、易电离的强电解质,在书写离子方程式时,应写成离子形式,D项错误。
归纳总结 书写离子方程式时应注意:①把易溶于水、易电离的强电解质拆成离子形式;②把难溶于水的物质、单质、氧化物、难电离的物质写成化学式的形式。
3.(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 小苏打为NaHCO3的俗称。
4.(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 A项,Na2CS3中硫元素为-2价,处于最低价态,能被氧化,错误;B项,类比Na2CO3溶液可知Na2CS3溶液显碱性,正确;C项,该反应中固体与液体生成了硫化氢气体,是熵增的过程,错误;D项,键的键长大于键,故键的键能更小,CS2的热稳定性比CO2的低,错误。
疑难突破 O与S同主族,Na2CO3中的O被S取代即可得到硫代碳酸钠(Na2CS3),Na2CS3的某些性质类似Na2CO3。
5.(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 烟气中的HF会腐蚀陶瓷,A正确;采用溶液喷淋法可以增大气液接触面积,提高烟气吸收效率,B正确;吸收塔内的反应为HF+Na2CO3 NaF+NaHCO3,合成槽内的反应为6NaF+4NaHCO3+NaAlO2 Na3AlF6+4Na2CO3+2H2O,C不正确、D正确。
拓展延伸 工业制冰晶石的反应原理为2Al(OH)3+12HF+3Na2CO3 2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O。
6.(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( )
答案 A A项,通入CO2依次发生反应CO2+Na2CO3+H2O 2NaHCO3、CaCO3+H2O+CO2 Ca(HCO3)2,由于在相同温度下NaHCO3的溶解度小于Na2CO3,最终瓶中仍有白色固体,不会得到澄清溶液;B项,通入Cl2,发生反应Cl2+2FeCl2 2FeCl3、2FeCl3+Fe 3FeCl2,最终Fe消失得到澄清溶液;C项,通入HCl,NO3-在酸性条件下会表现强氧化性,发生反应3Cu+8H++2NO3- 3Cu2++2NO↑+4H2O,最终Cu消失得到澄清溶液;D项,AgCl在水中存在沉淀溶解平衡AgCl(s) Ag+(aq)+Cl-(aq),通入NH3后,Ag+与NH3结合成[Ag(NH3)2]+,使沉淀溶解平衡正向移动,最终AgCl消失得到澄清溶液。
7.(2022山东,17节选)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(SiF62-)=1∶1加入Na2CO3脱氟,充分反应后,c(Na+)= ml·L-1;再分批加入一定量的BaCO3,首先转化为沉淀的离子是 。
答案 (1)6HF+SiO2 2H++SiF62-+2H2O
(2)2.0×10-2 SO42-
解析 (1)H2SiF6为二元强酸,故离子方程式为6HF+SiO2 2H++SiF62-+2H2O。
精制Ⅰ中,按物质的量之比n(Na2CO3)∶n(SiF62-)=1∶1加入Na2CO3,反应的化学方程式为H2SiF6+Na2CO3 Na2SiF6↓+CO2↑+H2O,析出Na2SiF6的溶液是饱和溶液,存在Na2SiF6(s) 2Na+(aq)+SiF62-(aq),则Na2SiF6的溶度积Ksp=c2(Na+)·c(SiF62-)=4c3(SiF62-),结合题表知,c(SiF62-)=34.0×10-64 ml·L-1=1.0×10-2 ml·L-1,故c(Na+)=2c(SiF62-)=2.0×10-2 ml·L-1;同时溶液中还有硫酸钙的饱和溶液,则c(Ca2+)=c(SO42-)=9.0×10-4 ml·L-1=3.0×10-2 ml·L-1;再分批加入一定量的BaCO3,当BaSiF6沉淀开始生成时,c(Ba2+)=1.0×10-61.0×10-2 ml·L-1=1.0×10-4 ml·L-1,当BaSO4沉淀开始生成时,c(Ba2+)=1.0×10-103.0×10-2 ml·L-1≈3.3×10-9 ml·L-1,因此,首先转化为沉淀的离子是SO42-。
考点二 铁及其化合物
1.(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+NO3-+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 过量铁粉与稀硝酸反应生成硝酸亚铁,B不正确。
2.(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 还原铁粉具有强还原性,可作食品抗氧化剂而非干燥剂,B错误。
3.(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 由CH3OH类比推知,FeO(OCH3)中Fe元素的化合价为+3。该化合物与盐酸反应的化学方程式为FeO(OCH3)+3HCl FeCl3+CH3OH+H2O,A项合理;隔绝空气加热分解应生成Fe2O3,B项不合理;2Fe3++2I- 2Fe2++I2,C项合理;由铁元素的化合价可知D项合理。
4.(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。
(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 ml·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 ml Pt3Y转移 ml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-
解析 (1)矿物中的铁、铝元素与酸反应后转化为Fe2+、Fe3+和Al3+,其中Fe2+能够被氧化为Fe3+。(2)调pH的作用是将Fe3+和Al3+完全沉淀,但RE3+不能沉淀,所以调节pH范围为4.7≤pH<6.2;由于pH未达到8.8,Al(OH)3未溶解转化为NaAlO2,故该过程中Al3+与NaOH反应的离子方程式为Al3++3OH- Al(OH)3↓。(3)加入月桂酸钠的目的是将RE3+转化为难溶物(C11H23COO)3RE,但是为了防止Mg2+转化为(C11H23COO)2Mg,故要求c2(C11H23COO-)·c(Mg2+)方法指导 流程分析是关键,分析加入物质的目的,如酸化MgSO4溶液是利用H+溶解RE、Fe、Al元素,氧化调pH后,得到的滤渣为Fe(OH)3和Al(OH)3,加入月桂酸钠的目的是将RE3+转化为(C11H23COO)3RE沉淀,滤液2主要为MgSO4溶液,最后(C11H23COO)3RE与盐酸发生复分解反应生成RECl3和C11H23COOH,降温过滤分离即可。
5.(2022河北,15节选)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 。
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
解析 (1)红渣的主要成分为Fe2O3,滤渣①的主要成分为SiO2。
(2)黄铁矿研细的主要目的是增大固液接触面积,加快反应速率,提高黄铁矿的利用率。
(3)还原工序中,不产生S单质,则硫元素被氧化为SO42-,反应的化学方程式为7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O 15FeSO4+8H2SO4。
6.(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:
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)MnO4-+3Fe2++7H2O MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+
(5)除去铜离子
(6)硫酸钙 硫酸镁
解析 (1)根据产物有氧化锌,参照碳酸钙的高温分解可写出化学方程式。(2)为了提高浸取效果,工业上一般需要加快反应速率,可以从浓度、温度、接触面积等角度考虑。(3)调pH要考虑不能引入不易除去的杂质离子,如Na+和NH4+后期不易除去;加入氢氧化钙,Ca2+后期可以被F-除去,同时与硫酸根离子结合生成微溶的硫酸钙。SiO2不溶于H2SO4,Ca2+和SO42-生成CaSO4沉淀,由题表可知Fe(OH)3的Ksp,当pH=5时,c(Fe3+)=4×10-11 ml·L-1,Fe3+完全沉淀,同理可求出其他阳离子未沉淀完全。(4)根据题意可知,反应中MnO4-转化为MnO2,说明另一反应物具有还原性,只能是Fe2+;pH=5时,产物为Fe(OH)3。(5)加入锌粉的目的是除去铜离子。(6)滤渣④为CaF2、MgF2,可与浓H2SO4分别发生反应:CaF2+H2SO4(浓) CaSO4+2HF↑、MgF2+H2SO4(浓) MgSO4+2HF↑,得到的副产物为硫酸钙和硫酸镁。
知识归纳 化工流程中的调控pH
7.(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:
一定条件下,一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表:
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)+CO32-(aq) PbCO3(s)+SO42-(aq) 存在沉淀溶解平衡PbSO4(s) Pb2+(aq)+SO42-(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)+CO32-(aq) BaCO3(s)+SO42-(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+
解析 (1)结合题给难溶电解质的Ksp,可知利用Na2CO3“脱硫”发生沉淀转化反应:PbSO4(s)+CO32-(aq) PbCO3(s)+SO42-(aq)。体系中存在沉淀溶解平衡PbSO4(s) Pb2+(aq)+SO42-(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)+CO32-(aq) BaCO3(s)+SO42-(aq)的平衡常数K=c(SO42-)c(CO32-)=Ksp(BaSO4)Ksp(BaCO3)=1.1×10-102.6×10-9≈0.04,K值较小,说明正向反应程度有限,BaSO4不能完全转化为BaCO3。(3)(ⅰ)根据铅膏的组成成分中含铁元素可知,H2O2能够氧化的离子为Fe2+;(ⅱ)H2O2将Pb氧化为Pb2+,继而Pb2+与醋酸反应生成Pb(Ac)2,反应的化学方程式为Pb+H2O2+2HAc Pb(Ac)2+2H2O;(ⅲ)PbO2转化为Pb(Ac)2的过程中Pb元素化合价降低,则H2O2作还原剂,起到还原PbO2的作用。(4)“脱硫”时,BaSO4部分转化为BaCO3,Ba元素以BaSO4、BaCO3的形式进入“酸浸”工序,此外还有Al、Fe等金属元素,结合题给金属氢氧化物沉淀时的pH和铅膏的成分,可知滤渣中含有Al(OH)3、Fe(OH)3、BaSO4。(5)“沉铅”后的滤液中有“酸浸”时BaCO3溶于酸产生的Ba2+,还有因加入NaOH溶液而引入的Na+。
考点三 金属冶炼金属材料
1.(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( )
答案 B 青铜是铜锡合金,属于合金材料,B项正确。A、C、D项均不是由合金材料制成的。
2.(2022海南,6,2分)依据下列实验,预测的实验现象正确的是( )
答案 D A项,Mg(OH)2不能溶于NaOH溶液中,错误;B项,Fe2+与SCN-不显色,错误;C项,Ksp(AgI)3.(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 MgCl2、AlCl3都能发生水解反应,A项正确;温度低于180 ℃,AlCl3会发生凝华,B项正确;炭和O2发生反应放出热量,使平衡正向移动,C项正确;炭过量,会和SiO2在高温下发生反应生成Si,过量的炭和生成的Si会造成MgCl2中含有杂质,D项错误。
解题技巧 要充分利用题中的信息,如“ΔH>0”、SiCl4的沸点、AlCl3的升华温度等。
4.(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:
(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。
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↓+2NH4+
③2.4∶1
④Ksp(CaCO3)(3)MgO+H2O Mg(OH)2,Mg(OH)2+2NH4+ 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
解析 白云石矿样煅烧时,CaMg(CO3)2高温分解生成氧化钙和氧化镁,向煅烧后的固体中加入氯化铵溶液,氧化钙和氯化铵溶液反应生成氯化钙、NH3和H2O,过滤得到含有氯化钙、NH3的滤液A和含有MgO、氧化铁、SiO2、Ca(OH)2的固体B;向滤液A中通入CO2,CO2与滤液A反应生成碳酸钙沉淀和氯化铵溶液;向固体B中加入硫酸铵溶液,MgO转化为硫酸镁,Ca(OH)2转化为CaSO4,氧化铁、SiO2与硫酸铵溶液不反应,过滤得到含有氧化铁、SiO2和少量CaSO4、Mg(OH)2、MgO的滤渣C和含有硫酸镁的滤液D;向滤液D中加入碳酸铵溶液,碳酸铵溶液与滤液D反应、过滤得到碳酸镁沉淀和硫酸铵溶液,煅烧碳酸镁得到氧化镁,制备分离过程中氯化铵溶液、硫酸铵溶液、NH3和CO2可以循环利用。
(1)白云石矿样煅烧时,CaMg(CO3)2高温分解生成氧化钙、氧化镁和CO2,反应的化学方程式为CaMg(CO3)2 CaO+MgO+2CO2↑。
(2)①由溶度积数据知,Ksp[Ca(OH)2]≫Ksp[Mg(OH)2],则溶液中Ca(OH)2的浓度大于Mg(OH)2,Ca(OH)2能先与氯化铵溶液反应生成氯化钙、NH3和H2O,而Mg(OH)2不能反应,故“浸钙”过程主要浸出CaO;②“沉钙”时CO2与氯化钙、NH3和H2O发生反应生成碳酸钙和氯化铵,反应的离子方程式为Ca2++2NH3+CO2+H2O CaCO3↓+2NH4+;③由题给数据知,氯化铵和氧化钙的物质的量比为2.4∶1时,氧化镁的浸出率最高,而碳酸钙的纯度无论是计算值还是实测值都最低,故不宜选用的物质的量比为2.4∶1;④由溶度积数据知,CaCO3的溶度积常数小于MgCO3,故CaCO3优先析出,沉钙过程中消耗NH3且少量NH3挥发,使溶液中NH3浓度减小,也能减少MgCO3析出,故CaCO3纯度的实测值高于计算值。
(3)氧化镁与水反应生成Mg(OH)2,硫酸铵是强酸弱碱盐,NH4+在溶液中的水解反应为吸热反应,加热蒸馏时,氨气逸出促进NH4+水解,溶液中c(H+)增大,有利于Mg(OH)2溶解转化为MgSO4,故氧化镁浸出率提高。
(4)由分析知,滤渣C为Fe2O3、SiO2、CaSO4、Mg(OH)2(MgO)。
(5)制备分离过程中氯化铵溶液、硫酸铵溶液、NH3和CO2可以循环利用。
5.(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
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++2HCO3- 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
解析 (1)根据题表中几种化合物的Ksp及LiOH的溶解度可知加入石灰乳后,浓缩卤水中的Mg2+与石灰乳反应生成Mg(OH)2沉淀;(2)滤液1中含有Na+、Li+、Cl-及Ca2+,结合Ksp和沉淀2经过热解、水合能生成石灰乳及后续流程可知,加入适量Li2CO3固体的目的是将Ca2+转化成CaCO3沉淀除去;(3)由Li2CO3的溶解度曲线可知,温度升高Li2CO3的溶解度降低,所以为提高Li2CO3的析出量和纯度,需要在较高温度下得到沉淀,即依次蒸发浓缩、趁热过滤;(4)根据实验现象可知离子方程式为2Li++2HCO3- Li2CO3↓+CO2↑+H2O。
方法技巧
利用信息快速准确答题
(1)“LiOH的溶解度:12.4g/100gH2O”,为易溶物质,故加入石灰乳时Li+转化为LiOH,不是沉淀。
(2)由CaCO3和Li2CO3的Ksp数据可知,加入适量固体Li2CO3的目的是使Ca2+沉淀。
(3)由Li2CO3的溶解度曲线得到其溶解度随温度升高而降低,故要趁热过滤,防止析出。
6.(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:
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:
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
解析 (1)若ΔG<0,则该反应可以自发进行,由题图可知600 ℃时,反应TiO2(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g)的ΔG>0,不能自发进行;TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+CO2(g)的ΔG等于反应①C(s)+O2(g) CO2(g)的ΔG1与反应②TiO2(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g)的ΔG2相加,由题图可知ΔG=ΔG1+ΔG2<0,可以自发进行。(2)①分压之比等于物质的量之比,TiCl4、CO2、CO都是生成物,由题表中数据可得三者分压之比约为5∶4∶2,根据得失电子守恒、原子守恒可写出反应的化学方程式。(3)由题给已知信息可知“除钒”时该工序含钒反应物为VOCl3,与Al发生氧化还原反应,根据得失电子守恒、原子守恒可知反应为Al+3VOCl3 AlCl3+3VOCl2;由题给已知信息可知硅、铝以氯化物形式存在,且其氯化物的沸点与TiCl4的沸点相差较大,可利用蒸馏或精馏(分馏)的方式进行分离提纯。(4)若是工序互换,蒸馏时除去SiCl4和AlCl3,得到TiCl4和VOCl3的混合物,在混合物中加入Al除去了VOCl3,引入了AlCl3。(5)Mg冶炼Ti属于热还原法,故符合题意的有AC。
7.(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。
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 CuS精矿(含Zn、Fe元素的杂质)在高压O2作用下,用硫酸溶液浸取,反应生成CuSO4、S、H2O及Zn2+,Fe2+被氧化为Fe3+,然后通入NH3调节溶液pH,使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀,而Cu2+、Zn2+仍以离子形式存在于溶液中,过滤得到的滤渣中含有S、Fe(OH)3,滤液中含有Cu2+、Zn2+;向滤液中通入高压H2,根据金属活动性顺序:Zn>H>Cu,Cu2+被还原为Cu单质,通过过滤分离出来;而Zn2+仍然以离子形式存在于溶液中,再经一系列处理可得到Zn单质。综上可知,A正确;CuS难溶于硫酸,在溶液中存在沉淀溶解平衡CuS(s) Cu2+(aq)+S2-(aq),增大O2的浓度,反应消耗S2-,使之转化为S,从而使沉淀溶解平衡正向移动,促进金属离子的浸出,B正确;用NH3调节溶液pH时,要使Fe3+转化为沉淀,而Cu2+、Zn2+仍以离子形式存在于溶液中,结合离子沉淀的pH范围,可知调节溶液pH范围为3.2~4.2,C正确;用H2还原Cu2+时,存在平衡Cu2++H2 Cu+2H+,增大c(H+),平衡逆向移动,不利于Cu的生成,D错误。
易错提醒 注意平衡理论在化工流程中的应用。如B项利用沉淀溶解平衡理论分析,D项利用化学平衡理论分析。
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
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
BaSiF6
Na2SiF6
CaSO4
BaSO4
Ksp
1.0×10-6
4.0×10-6
9.0×10-4
1.0×10-10
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
/
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
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
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
汉字
载体
选项
A.兽骨
B.青铜器
C.纸张
D.液晶
显示屏
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
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
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
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
物质
TiCl4
VOCl3
SiCl4
AlCl3
沸点/℃
136
127
57
180
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
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