全国通用一轮习题：第三章 微考点21 金属及其化合物制备流程（二）（ V、Cr、Mn、Co、Ni） Word版含解析

全国通用一轮习题：第三章 微考点21 金属及其化合物制备流程（二）（ V、Cr、Mn、Co、Ni） Word版含解析

‎1．(2019·大庆质检)某钒铅锌矿主要含有PbO、ZnO、CaO、V2O5等物质，工业上常用碱性熔炼法回收铅、锌、钒等金属，工艺流程如图1所示：‎ 已知：钒酸铵(NH4VO3)加热至700 K可制得纯度较高的V2O5。‎ ‎(1)流程中操作Ⅰ的名称是________，实验室进行此项操作用到的玻璃仪器主要有________________________________________________________________________。‎ ‎(2)生成金属铅的化学方程式为______________________________________________。‎ ‎(3)熔炼过程中，若纯碱过量，将使更多的锌元素以Na2ZnO2的形式进入到碱熔渣中，此过程的化学方程式为__________________________________________________________。‎ ‎(4)焦炭用量对还原熔炼效果的影响如图2所示。分析图像可知，焦炭用量应取矿石质量的________较为合适。‎ ‎(5)钒浸出过程中，液固比(液体质量∶固体质量)对钒浸出率的影响如图3所示。分析图像可知，浸出过程的液固比取2∶1为宜，理由是_____________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(6)为制取纯度更高的V2O5，往含钒浸出液(主要为NaVO3)中加NH4Cl溶液，可获得________晶体。‎ ‎(7)实验室称取50 g碱熔渣(钒的质量分数为7.5%)，水浸，获得V mL V2O5浓度达60 g·L－1的浸出液，则矾的浸出率为___________________________________________(列计算式)。‎ ‎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：‎ Cr2O＋SO＋________===Cr3＋＋SO＋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：2CrO＋2H＋Cr2O＋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 mol变为b mol，则此时铬酸钠的转化率为________________________________________________________________________。‎ ‎3．(2019·长春质检)干电池是日常生活中常用的电池，原料为Zn和MnO2。某工厂用软锰矿(含MnO2约70%及杂质Al2O3)和闪锌矿(含ZnS约80%及少量FeS杂质)共同生产。流程如下：‎ 已知：①A是ZnSO4、MnSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3的混合液。‎ ‎②Ⅳ中反应的方程式为MnSO4＋ZnSO4＋2H2OMnO2＋Zn＋2H2SO4。‎ ‎(1)混合物A中，属于还原产物的是________(填化学式)。‎ ‎(2)加入X的作用是______________________________________________________。‎ 离子 开始沉淀pH 完全沉淀pH Fe3＋‎ ‎2.3‎ ‎3.2‎ Al3＋‎ ‎4.2‎ ‎5.4‎ Zn2＋‎ ‎7.2‎ ‎8.0‎ Mn2＋‎ ‎8.3‎ ‎9.8‎ 已知溶液中各离子开始沉淀的pH如上表所示，则加入X后，溶液pH应调整到________(填字母)。‎ A．4.5 B．6.0 C．7.5 D．9.0‎ 步骤Ⅱ加热的原因是_________________________________________________________。‎ 适宜作为X加入步骤Ⅱ的物质为________(填字母)。‎ A．MnCO3 B．Zn2(OH)2CO3‎ C．NaOH D．KOH ‎(3)生产过程中除矿石外，还有哪些原料需要购买？‎ ‎__________________(填化学式)。‎ ‎(4)若要从步骤Ⅳ的过滤中得到芒硝晶体(Na2SO4·10H2O)，则需要进行的实验操作有________、________、过滤、洗涤、干燥等。‎ ‎(5)从生产角度看，生成Zn和MnO2的物质的量相等时，经济效益最高，此时原料软锰矿和闪锌矿的投料质量的比值大约是________(结果保留两位小数)。‎ ‎4．(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[Cox(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[Cox(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CoCl2·6H2O的一种实验设计流程如下：‎ 已知：25 ℃时 沉淀物 Fe(OH)3‎ Fe(OH)2‎ Co(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 ‎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。‎ ‎5．(2020·呼和浩特调研)某含镍(Ni)废催化剂中主要含有Ni，还含有Al、Al2O3、Fe及其他不溶于酸、碱的杂质。部分金属氢氧化物Ksp近似值如下表所示：‎ 化学式 Fe(OH)2‎ Fe(OH)3‎ Al(OH)3‎ Ni(OH)2‎ Ksp近似值 ‎10－17‎ ‎10－39‎ ‎10－34‎ ‎10－15‎ 已知溶液中金属离子浓度不大于10－5 mol·L－1时，视为沉淀完全。‎ 现用含镍废催化剂制备NiSO4·7H2O晶体，其流程图如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)“碱浸”时发生反应的离子方程式为Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O，_________________‎ ‎_______________________________________________________。‎ ‎(2)“酸浸”所使用的酸为_______________________________________________________。‎ ‎(3)“净化除杂”需加入H2O2溶液，其作用是_______________________________________‎ ‎______________。然后调节pH使溶液中铁元素恰好完全沉淀，列式计算此时的pH：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)“操作A”为________________、过滤、洗涤、干燥，即得产品。‎ ‎(5)NiSO4在强碱性溶液中可被NaClO氧化为NiOOH，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(6)NiOOH可作为镍氢电池的电极材料，该电池的工作原理如下图所示，其放电时，正极的电极反应式为________________________________。‎ ‎‎ 答案精析 ‎1．(1)过滤　漏斗、烧杯、玻璃棒　(2)PbO＋COPb＋CO2‎ ‎(3)Na2CO3＋ZnONa2ZnO2＋CO2↑　(4)10%　(5)液固比为2∶1时，钒浸出率在97.0%以上，再进一步增大液固比，钒浸出率提高不明显，而且还会导致浸出用水量、废水排放量的增大等　(6)NH4VO3　(7)×100%‎ 解析　(1)碱熔渣经过操作Ⅰ得到浸出渣和含钒浸出液，则操作Ⅰ为过滤，过滤所需的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒。(2)根据题图知，生成金属铅的化学方程式为PbO＋COPb＋CO2。(3)纯碱与氧化锌反应得到Na2ZnO2，根据原子守恒配平化学方程式：Na2CO3＋ZnONa2ZnO2＋CO2↑。(4)由题图可知，焦炭用量为矿石质量的10%时，V、Pb、Zn的回收率都较高，且继续增大焦炭用量，V、Pb、Zn的回收率都没有明显增大，故焦炭用量取矿石质量的10%较为合适。(6)由已知条件“钒酸铵(NH4VO3)加热至700 K可制得纯度较高的V2O5”，可知获得的是NH4VO3晶体。(7)获得的浸出液中含矾60×V×10－3× g，碱熔渣中含钒50×7.5% g，则钒的浸出率为×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．8CrO＋3S2－＋20H2O===8Cr(OH)3↓＋3SO＋16OH－‎ c．Cr2O3＋2Al2Cr＋Al2O3‎ ‎(2)Cr(OH)3＋OH－===CrO＋2H2O ‎(3)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑‎ ‎②×100%‎ ‎3．(1)MnSO4　(2)增大溶液的pH，使Fe3＋和Al3＋均生成沉淀　B　促进Fe3＋和Al3＋水解　AB ‎(3)Na2CO3和H2SO4　(4)蒸发浓缩　冷却结晶 ‎(5)1.03‎ 解析　(1)结合已知①及反应原料知，MnSO4为还原产物。(2)根据流程图可知，向MnSO4、ZnSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3的混合液中加入X后经过滤、灼烧可以获得氧化铁和氧化铝，所以加入X的作用是增大溶液的pH，使Fe3＋和Al3＋均生成沉淀；欲使Fe3＋、Al3＋沉淀完全，‎ Zn2＋、Mn2＋不沉淀，pH应在5.4～7.2之间。在加热条件下，金属阳离子的水解更彻底，更易形成沉淀而分离，故加热的目的是促进Fe3＋、Al3＋水解。加入X调节pH时，需加入包含所需金属阳离子的弱酸盐且不引入新杂质。(3)根据流程图，浸取时加入了稀硫酸，步骤Ⅲ向B中加入了纯碱，故还需购买的化工原料是碳酸钠和硫酸。(4)要从Na2SO4溶液中得到芒硝(Na2SO4·10H2O)，需进行的操作有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等。(5)MnO2、Zn的物质的量之比为1∶1时，设软锰矿、闪锌矿的质量分别为x g、y g，根据原子守恒有∶＝1∶1，解得≈1.03。‎ ‎4．(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)Co3(OH)2(CO3)2·H2O ‎(4)①烧杯、漏斗、玻璃棒　②抑制CoCl2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 mol＝0.2 mol，生成的CO2的质量为8.8 g，物质的量为 mol＝0.2 mol，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 mol＝0.3 mol，N(Co)∶N(H)∶N(C)＝0.3∶(0.2×2)∶0.2＝3∶4∶2，化学式为Co3(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CoCl2的水解。③从溶液中得到CoCl2·6H2O晶体需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。‎ ‎5．(1)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑‎ ‎(2)稀硫酸(或硫酸、H2SO4)‎ ‎(3)将Fe2＋氧化为Fe3＋　c3(OH－)＝＝＝10－34，c(OH－)≈10－11.3 mol·L－1，则c(H＋)＝＝10－2.7 mol·L－1，pH＝2.7‎ ‎(4)冷却结晶 ‎(5)2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋Cl－＋H2O ‎(6)NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－‎ 解析　(1)“碱浸”时除了氧化铝与碱反应外，还会有金属铝与碱反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。(2)根据流程图可知，最后产物为硫酸盐，所以“酸浸”所使用的酸为稀硫酸(或硫酸、H2SO4)。(3)‎ 从图表信息可知，氢氧化亚铁的Ksp较大，而氢氧化铁Ksp相对较小，因此“净化除杂”需加入H2O2溶液，其作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，易于形成沉淀而除去；然后调节pH使溶液中铁元素恰好完全沉淀，c3(OH－)＝＝＝10－34，c(OH－)≈10－11.3 mol·L－1，所以c(H＋)＝＝10－2.7 mol·L－1，pH＝2.7。(4)从溶液中得到晶体的操作为蒸发浓缩，冷却结晶，过滤、洗涤、干燥，即得产品。(5)NiSO4在强碱性溶液中可被NaClO氧化为NiOOH，该反应的离子方程式为2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋Cl－＋H2O。(6)放电时为原电池，正极发生还原反应，NiOOH被还原为Ni(OH)2，正极的电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。‎