2020届一轮复习全国非新高考地区版第三章微题型21金属及其化合物的制备流程（二）作业

2020届一轮复习全国非新高考地区版第三章微题型21金属及其化合物的制备流程（二）作业

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．(2018·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： Cr2O2－7 ＋ SO2－3 ＋ ________=== Cr3＋＋ SO2－4 ＋ 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：2CrO2－4 ＋2H＋Cr2O2－7 ＋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 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＋2H2O =====电解 MnO2＋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．(2018·河北重点高中联考)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．(2018·武汉 4 月调研)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 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－2 ＋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＋CO =====△ Pb＋CO2 (3)Na2CO3＋ZnO =====△ Na2ZnO2＋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) V × 10－3 × 60 × 102 182 50 × 7.5% ×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＋CO =====△ Pb＋ 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＋ZnO =====△ Na2ZnO2＋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×10－3×102 182 g，碱熔渣 中含钒 50×7.5% g，则钒的浸出率为 V × 10－3 × 60 × 102 182 50 × 7.5% ×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．8CrO2－4 ＋3S2－＋20H2O===8Cr(OH)3↓＋3SO2－4 ＋16OH－ c．Cr2O3＋2Al =====高温 2Cr＋Al2O3 (2)Cr(OH)3＋OH－===CrO－2 ＋2H2O (3)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ ②2(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：固体物质的表面积大小，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 SO2－4 ，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－===CrO－2 ＋2H2O。(3)②根据 2CrO2－4 ＋2H＋Cr2O2－7 ＋ 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) mol，则转化 的铬酸钠也为(a－b) mol，铬酸钠的转化率为a－b a 2 ×100%＝2(a－b) a ×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 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3.6 18 mol＝0.2 mol， 生成的 CO2 的质量为 8.8 g，物质的量为8.8 44 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 22.5 75 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－2 ＋3H2↑ (2)稀硫酸(或硫酸、H2SO4) (3)将 Fe2＋氧化为 Fe3＋　c3(OH－)＝Ksp[Fe(OH)3] c(Fe3＋) ＝10－39 10－5 ＝10－34，c(OH－)≈10－11.3 mol·L－1， 则 c(H＋)＝ Kw c(OH－)＝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－2 ＋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－)＝Ksp[Fe(OH)3] c(Fe3＋) ＝10－39 10－5 ＝10－34，c(OH－)≈10－11.3 mol·L－1，所以 c(H＋)＝ Kw c(OH－)＝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－。