2021高考化学人教版一轮复习规范演练：第三章　金属及其化合物 章末总结提升

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www.ks5u.com 章末总结提升 一、工业制纯碱的方法 ‎1．氨碱法(又称索尔维法)：它是比利时工程师索尔维于1892年发明的纯碱制法。他以食盐(氯化钠)、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)、氨气为原料来制取纯碱。先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。其化学反应原理是NaCl＋NH3＋H2O＋CO2===NaHCO3↓＋NH4Cl，将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品：2NaHCO3===Na2CO3＋H2O＋CO2↑放出的二氧化碳气体可回收循环使用。含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca(OH)2]混合加热，所放出的氨气可回收循环使用：CaO＋H2O===Ca(OH)2，2NH4Cl＋Ca(OH)2===CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。其工业生产的简单流程如图所示。‎ 氨碱法的优点是原料(食盐和石灰石)便宜；产品纯碱的纯度高；副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用；制造步骤简单，适合于大规模生产。但氨碱法也有许多缺点：首先是两种原料的成分都只利用了一半——食盐成分里的钠离子(Na＋)和石灰石成分里的碳酸根离子(CO)结合成了碳酸钠，可是食盐的另一成分氯离子(Cl－)和石灰石的另一成分钙离子(Ca2＋)却结合成了没有多大用途的氯化钙(CaCl2)，因此如何处理氯化钙成为一个很大的负担。氨碱法的最大缺点还在于原料食盐的利用率只有72%～74%，其余的食盐都随着氯化钙溶液作为废液被抛弃了，这是一个很大的损失。‎ ‎2．联合制碱法(又称侯氏制碱法)：它是我国化学工程专家侯德榜于1943年创立的。是将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法。原料是食盐、氨和二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气。其化学反应原理是C＋H2O===CO＋H2，CO＋H2O===CO2＋H2。联合制碱法包括两个过程：第一个过程与氨碱法相同，将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。所以在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液，已基本上被氯化钠饱和，可回收循环使用。其工业生产的简单流程如图所示。‎ 联合制碱法与氨碱法比较，其最大的优点是使食盐的利用率提高到96%以上，应用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱。另外它综合利用了氨厂的二氧化碳和碱厂的氯离子，同时，生产出两种可贵的产品——‎ 纯碱和氯化铵。将氨厂的废气二氧化碳，转变为碱厂的主要原料来制取纯碱，这样就节省了碱厂里用于制取二氧化碳的庞大的石灰窑；将碱厂的无用的成分氯离子(Cl－)来代替价格较高的硫酸固定氨厂里的氨，制取氮肥氯化铵，从而不再生成没有多大用处，又难于处理的氯化钙，减少了对环境的污染，并且大大降低了纯碱和氮肥的成本，充分体现了大规模联合生产的优越性。联合制碱法的缺点是耗氨量大，副产品氯化铵使土地板结盐碱化。‎ ‎　我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：‎ ‎(1)向沉淀池中要通入CO2和氨气，应先通入________(填化学式)，原因是_______________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(2)沉淀池中发生的化学反应方程式是________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(3)母液中的溶质主要是____________。向母液中通氨气加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通入氨气的作用是____________。‎ ‎(4)使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了________(填上述流程中的编号)的循环，物质X是________，从沉淀池中提取沉淀的操作是____________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎(5)写出煅烧炉中发生反应的化学方程式__________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎(6)这样制得的产品碳酸钠中可能含有的杂质是___________(填化学式)，为检验该杂质的存在，具体操作是_________________。‎ 解析：向沉淀池中通入氨气，使溶液显碱性，有利于CO2吸收；母液中的溶质主要是副产品NH4Cl，通氨气及加入细小食盐颗粒都可使NH4Cl的溶解平衡向结晶方向移动；采取循环操作可提高原料的利用率；由于用了饱和食盐水使析出的碳酸氢钠含氯化钠，则纯碱中含氯化钠。‎ 答案：(1)NH3　因为CO2溶解度较小，而NH3易溶于水，先通NH3有利于CO2吸收　(2)NH3＋CO2＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl　(3)NH4Cl　增大NH浓度，使NH4Cl更多析出　(4)循环Ⅰ　CO2　过滤　(5)2NaHCO3===Na2CO3＋CO2↑＋H2O　(6)NaCl　取少量试样溶解，加用HNO3酸化的AgNO3溶液，若有白色沉淀，说明含有NaCl杂质 二、铝土矿的提纯 铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界主要以化合态形式存在于氧化铝中。铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，冶炼金属铝很重要的一个过程是Al2O3的提纯。对于以提纯某一物质为实验目的的流程题，其实就是考查混合物的除杂、分离、提纯的有关知识。当遇到这一类题时，一般的思路是认真地在流程中找出得到的主要物质是什么，混有的杂质有哪些；认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成了什么产物，要用什么样的方法才能将杂质除去。只有这样才能明白每一步所加试剂或操作的目的。由于Al2O3是两性氧化物，而杂质SiO2是酸性氧化物，Fe2O3是碱性氧化物，因而可设计出两种提纯氧化铝的方案。‎ ‎1．碱溶法。‎ ‎2．酸溶法。‎ ‎　从铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺品流程如下，请回答下列问题：‎ ‎(1)流程甲加入盐酸后生成Al3＋的方程式为__________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎(2)流程乙加入烧碱后生成SiO的离子方程式为____________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎(3)验证滤液B含Fe3＋，可取少量滤液并加入________(填试剂名称)。‎ ‎(4)滤液E、K中溶质的主要成分是__________________(填化学式)，写出该溶液的一种用途________________。‎ ‎(5)已知298 K时，Mg(OH)2的溶度积常数Ksp＝5.6×10－12，取适量的滤液B，加入一定量的烧碱达到沉淀溶液平衡，测得pH＝13.00，则此温度下残留在溶液中的c(Mg2＋)＝________________。‎ 解析：(1)与HCl反应生成Al3＋，应为铝土矿中Al2O3。(2)SiO2可以溶于NaOH中生成Na2SiO3。(3)检验Fe3＋的特征反应很多，如与KSCN显红色，与苯酚显紫色，与OH－显红褐色沉淀等。(4)生成E、‎ K时，CO2均是过量的，故应生成NaHCO3。(5)Ksp＝‎ c(Mg2＋)·c2(OH－)，c(Mg2＋)＝＝5.6×10－10。‎ 答案：(1)Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O ‎(2)SiO2＋2OH－===SiO2＋H2O ‎(3)硫氰化钾(或硫氰酸钾、苯酚溶液等其他合理答案)‎ ‎(4)NaHCO3　制纯碱(或作发酵粉等其他合理答案)‎ ‎(5)5.6×10－10 mol·L－1‎ 三、金属冶炼的工艺流程 ‎1．从海水中提取镁的工艺流程。‎ ‎2．由黄铜矿冶炼铜的工艺流程。‎ ‎　工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下。请回答下列问题：‎ ‎(1)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为__________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎(2)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au 等杂质)的电解精炼。下列说法正确的是________(填字母)。‎ a．电能全部转化为化学能 b．粗铜接电源正极，发生氧化反应 c．溶液中Cu2＋向阳极移动 d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属 ‎(3)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为________‎ ‎_____________________________________________________。‎ 解析：(1)图示中可利用铝热反应由泡铜冶炼粗铜。(2)电解精炼铜的过程中电能转变为化学能的同时，部分电能转化为热能，a错误；电解精炼铜时，粗铜作阳极，与电源正极相连，发生氧化反应，b正确；电解过程中Cu2＋向阴极移动，c错误；粗铜中Ag、Pt、Au放电能力比铜弱，形成阳极泥，可以回收，d正确。(3)根据总反应，O2发生还原反应，因此正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。‎ 答案：(1)3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu　(2)bd ‎(3)4H＋＋O2＋4e－===2H2O ‎1．纯碱和小苏打是厨房中两种常见的用品，它们都是白色固体，下列区分这两种物质的方法正确的是(　　)‎ A．分别用砂锅加热两种样品，全部分解挥发没有残留物的是小苏打 B．用洁净铁丝蘸取两种样品在煤气火焰上灼烧，使火焰颜色发生明显变化的是小苏打 C．取两只小玻璃杯，分别加入少量的两种样品，再加入等量的食醋，产生气泡快的是小苏打 D．先将两样品配成溶液，分别加入澄清石灰水，无白色沉淀生成的是小苏打 解析：小苏打(NaHCO3)加热分解生成Na2CO3、H2O和CO2，有Na2CO3固体残留，A错误；纯碱和小苏打的焰色反应的颜色均为黄色，B错误；向二者的溶液中分别加入澄清石灰水，均有CaCO3沉淀生成，D错误。‎ 答案：C ‎2．工业利用冶铜炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3等)制Fe2O3的生产流程示意图如下，经“足量的NaOH溶液”处理后，铝元素的存在形态为(　　)‎ 炉渣滤液沉淀氧化铁 A．Al　　　　　 B．Al(OH)3‎ C．Al3＋ D．AlO 解析：上述生产流程中铝元素发生的变化为Al2O3加入盐酸溶解转化为Al3＋，加入NaOH溶液产生Al(OH)3沉淀，继续加入过量的NaOH溶液，沉淀溶解转化为NaAlO2。‎ 答案：D ‎3．聚合氯化铝是一种新型、高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态的碱式氯化铝[Al2(OH)nCl6－n]。本实验采用铝盐溶液水解絮凝法制碱式氯化铝。其制备原料为分布广、价格廉的高岭土，化学组成为Al2O3(25%～34%)、SiO2(40%～50%)、Fe2O3(0.5%～3.0%)以及少量杂质和水分。已知氧化铝有多种结构，化学性质也有差异，且一定条件下可相互转化；高岭土中的氧化铝难溶于酸。制备碱式氯化铝的实验流程如下，根据流程图回答下列问题：‎ ‎(1)“煅烧”的目的是___________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(2)配制质量分数15%的盐酸需要200 mL 30%的浓盐酸(密度约为1.15 g·cm－3)和________g蒸馏水，配制用到的仪器有烧杯、玻璃棒、_____________________________________________。‎ ‎(3)“溶解”过程中发生反应的离子方程式为____________‎ ‎_______________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(4)加少量铝粉的主要作用是________________。‎ ‎(5)“调节溶液pH在4.2～4.5”的过程中，除添加必要的试剂，还需借助的实验用品是________；“蒸发浓缩”需保持温度在90～100 ℃，控制温度的实验方法是________。‎ 解析：高岭土中的氧化铝难溶于酸，所以将高岭土煅烧以改变Al2O3的结构，进而溶解在盐酸中。配制溶液需要容量瓶，定容的时候需要用到胶头滴管。加入铝粉的目的是除去溶液中多余的Fe3＋。水浴加热能使温度控制在100 ℃以下。‎ 答案：(1)改变高岭土中氧化铝的结构，使其能溶于酸　(2)230　1 000 mL容量瓶，胶头滴管　(3)Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O　(4)除去溶液中的铁离子　(5)pH计(或精密pH试纸)　水浴加热 ‎4．工业生产纯碱的工艺流程示意图如下，完成下列填空：‎ ‎(1)粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质(沉淀剂A来源于石灰窑厂)，写出A、B的化学式：A________；B________。‎ ‎(2)实验室提纯粗盐的实验操作依次为取样、________、沉淀、________、________、冷却结晶、________、烘干。‎ ‎(3)工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是____________。碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是_______。‎ ‎(4)碳酸化后过滤，滤液D最主要的成分是________(填写化学式)，检验这一成分中阴离子的具体方法是：___________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(5)氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D中加入石灰水产生氨。加石灰水后发生反应的离子方程式为 ‎_______________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ 滤液D加石灰水前先要加热，原因是______________________‎ ‎_______________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ 解析：此题考查了物质的提纯、化学实验基本操作、对实验结果的处理等知识。(1)沉淀剂A源于石灰窑厂，说明其是生石灰或熟石灰；粗盐中的镁离子和钙离子一般用碳酸钠除去。(2)实验室提纯粗盐的整个操作过程为取样、溶解、沉淀、过滤、蒸发、冷却结晶、过滤、烘干。(3)碳酸化时，会看到溶液中析出晶体，这是由于碳酸氢钠的溶解度小于碳酸钠的溶解度。(4)根据操作过程，碳酸化后溶液中主要是NH4Cl ‎；检验其中的氯离子时，要经过取样，加硝酸酸化，再加硝酸银溶液，有白色沉淀，说明该阴离子是氯离子。(5)滤液中主要含有的是氯化铵，其和石灰水反应时：NH＋OH－===NH3↑＋H2O；由于滤液中还含有一定量的碳酸氢钠，故加石灰水前先加热，是为防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀。‎ 答案：(1)Ca(OH)2或CaO　Na2CO3　(2)溶解　过滤　蒸发　过滤　(3)有晶体析出(或出现浑浊)　碳酸钠的溶解度比碳酸氢钠的大　(4)NH4Cl　取样，加硝酸酸化，加硝酸银，有白色沉淀，该阴离子是氯离子 ‎(5)NH＋OH－===NH3↑＋H2O　防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀 ‎5．孔雀石主要含Cu2(OH)2CO3，还含少量铁的化合物和硅的化合物。以孔雀石为原料可制备CuCl2·3H2O及纯碱，流程如图所示。‎ 已知：溶液A只含Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋三种金属离子，且三种离子沉淀时的pH如表所示。回答下列问题。‎ 金属离子 Fe3＋‎ Fe2＋‎ Cu2＋‎ pH 氢氧化物开始沉淀 ‎1.9‎ ‎7.0‎ ‎4.7‎ 氢氧化物完全沉淀 ‎3.2‎ ‎9.0‎ ‎6.7‎ ‎(1)图中“试剂1”为________。‎ ‎(2)加入CuO的作用是调节溶液pH，则pH的范围为________。‎ ‎(3)气体E、F与饱和食盐水作用生成H和G时，E和F应按一定先后顺序通入饱和食盐水中。其中，应先通入的气体是________(填代号及对应物质的化学式)。‎ ‎(4)由溶液C获得CuCl2·3H2O，需要经过__________、________、过滤等操作。‎ 解析：(1)Fe2＋开始沉淀时的pH为7.0，此时Cu2＋已完全沉淀。所以欲除去Cu2＋中混有的Fe2＋，必须先将其氧化为Fe3＋。为避免引入新杂质，试剂1可以是氯气或H2O2。(2)调节pH的原则是使Fe3＋完全沉淀而Cu2＋不沉淀。(3)CO2在饱和食盐水中的溶解度小，因此必须先通入NH3。‎ 答案：(1)Cl2(或H2O2)　(2)3.2

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