2024届高考化学一轮复习练习第三章金属及其化合物重点强化专栏五化工微流程中常见金属及其化合物的转化

这是一份2024届高考化学一轮复习练习第三章金属及其化合物重点强化专栏五化工微流程中常见金属及其化合物的转化，共6页。
(1)金属冶炼类，如冶炼铁、铜、锰和钨等金属，针对产品纯度测定、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。
应用1.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＋
B [粗铜与足量的氯气反应生成氯化铜、氯化铁，即固体1；在稀盐酸中固体溶解，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Cu2＋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。]
应用2.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
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。]
应用3.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↑
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中主要含有的离子是[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。]
应用4.(2022·山东聊城三模)某矿石中含有硅、铁、铝的氧化物，为综合开发资源提高矿石的利用率，化工厂采取如图工艺制备铁红和AlCl3·6H2O。下列说法错误的是( )
学生用书第65页
A.“酸浸”过程中选择盐酸比硫酸更为合适
B．“氧化”过程中少量多次添加双氧水可有效减少Fe3＋催化H2O2分解
C．“洗涤”的操作是将沉淀转移至洁净的烧杯中，加蒸馏水清洗2～3次
D．将SOCl2与AlCl3·6H2O混合并加热，可得到无水AlCl3
C [矿石酸浸后过滤，除去难溶于酸的硅氧化物，滤液A氧化后调节pH，将铁元素以氢氧化物形式沉淀，再次过滤，滤渣B洗涤灼烧得到铁红，滤液B经结晶得到AlCl3·6H2O。A.由于目标产物是AlCl3·6H2O ，为避免引入硫酸根杂质，“酸浸”过程中选择盐酸比硫酸更为合适，A正确；B.H2O2氧化Fe2＋优先于H2O2分解，“氧化”过程中少量多次添加双氧水可防止H2O2局部过量而分解，有效减少Fe3＋催化H2O2分解，B正确；C.“洗涤”的操作是将沉淀留在漏斗的滤纸中，加蒸馏水自然滤干，清洗2～3次，C错误；D.SOCl2遇水容易水解，与AlCl3·6H2O混合并加热，可吸收结晶水并生成HCl，可有效防止AlCl3水解，得到无水AlCl3，D正确。]
应用5.(双选)(2022·山东高三专题练习)高铁酸钾(K2FeO4)是一种环保、高效、多功能饮用水处理剂，制备流程如图所示：
下列叙述不正确的是( )
A．用K2FeO4作水处理剂时，既能杀菌消毒又能净化水
B．反应Ⅰ中尾气可用FeCl2溶液吸收再利用
C．反应Ⅱ中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3
D．该条件下，物质的溶解性：Na2FeO4＜K2FeO4
CD [铁与氯气反应生成氯化铁，加入NaClO、NaOH，次氯酸钠将铁离子在碱性条件下氧化成Na2FeO4，加入饱和KOH溶液可析出高铁酸钾(K2FeO4)，分离得到粗K2FeO4，采用重结晶、洗涤、低温烘干将其提纯，以此解答该题。A.K2FeO4具有强氧化性，可用于杀菌消毒，生成的铁离子可水解生成具有吸附性的氢氧化铁胶体，可用于净水，故A正确；B.尾气含有氯气，可与氯化亚铁反应生成氯化铁，可再利用，故B正确；C.反应Ⅱ中Cl元素化合价由＋1价降低为－1价，Fe元素化合价由＋3价升高到＋6价，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶2，故C错误；D.结晶过程中加入饱和KOH溶液，增大了K＋浓度，该温度下，高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠的溶解度小，有利于K2FeO4晶体的析出，故D错误。]
应用6.(双选)(2021·山东青岛高三期末)某研究性学习小组从腐蚀印刷电路板的废液(含有FeCl2、FeCl3、CuCl2)中回收铜并制备氯化铁晶体，设计流程如下：
下列说法正确的是( )
A．试剂a是铁、试剂b是稀硫酸
B．操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都用到玻璃棒
C．若试剂c是双氧水和盐酸，相应的反应为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
D．用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否含有Fe2＋
BC [废液中加入试剂a产生沉淀，推测a可能为Fe粉，发生反应Fe＋2FeCl3===3FeCl2、Fe＋CuCl2===Cu＋FeCl2，经过操作Ⅰ过滤得滤渣Y(含Cu、Fe)，滤液X(FeCl2)，向滤渣Y中加入HCl(试剂b)，可将Fe溶解为FeCl2，而Cu不反应，经过过滤(操作Ⅱ)实现与Cu的分离，滤液Z(主要含FeCl2)，由于最终产品为FeCl3，故此处加入的试剂c为一种氧化剂，将FeCl2氧化为FeCl3，可能为H2O2或新制氯水，获得FeCl3溶液后，对其进行操
作Ⅲ(蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥)可获得FeCl3晶体。A.由分析知试剂b为HCl，若用硫酸，则会引入杂质SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，A错误；B.操作Ⅰ、Ⅱ为过滤，需用玻璃棒引流液体，操作Ⅲ涉及蒸发操作，需用玻璃棒搅拌，防止液体飞溅，B正确；C.H2O2可将Fe2＋氧化为
Fe3＋，根据HCl添加H＋配平电荷，相应方程式为：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，C正确；D.溶液W中过量的HCl与KMnO4也反应，故此处不能用KMnO4检验Fe2＋，D错误。]
真题演练 明确考向
1．(2022·湖南卷)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
C [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NaAlO2，发生反应6NaF＋NaAlO2＋4NaHCO3===Na3AlF6↓＋4Na2CO3＋2H2O，过滤得到Na3AlF6和含有Na2CO3的滤液。A.陶瓷的成分中含有SiO2，SiO2能与烟气中的HF发生反应，因此不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料，故A正确；B.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；C.由上述分析可知，合成槽内发生反应6NaF＋NaAlO2＋4NaHCO3===Na3AlF6↓＋4Na2CO3＋2H2O，产物是Na3AlF6和Na2CO3，故C错误；D.由上述分析可知，滤液的主要成分为Na2CO3，可进入吸收塔循环利用，故D正确。]
2．(2022·山东卷，改编)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浓度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
D [CuS精矿(含有杂质Zn、Fe元素)在高压O2作用下，用硫酸溶液浸取，与CuS反应产生CuSO4、S、H2O，Fe2＋被氧化为Fe3＋，然后加入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，过滤得到的固体X中含有S、Fe(OH)3；滤液中含有Cu2＋、Zn2＋；然后向滤液中通入高压H2，根据元素活动性：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。A.经过上述分析可知固体X主要成分是S、Fe(OH)3，金属M为Zn，A正确；B.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，可以反应消耗S2－，使之转化为S，从而使沉淀溶解平衡正向移动，从而可促进金属离子的浸取，B正确；C.根据流程图可知，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，中和时应该调节溶液pH范围为3.2～4.2，C正确；D.在用H2还原Cu2＋变为Cu单质时，H2失去电子被氧化为H＋，与溶液中OH－结合形成H2O，若还原时增大溶液的酸度，c(H＋)增大，不利于H2失去电子还原Cu单质，因此不利于Cu的生成，D错误。]
学生用书第66页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