2022届高考化学一轮复习讲义学案（新教材人教版）第三章 第18讲　专项提能特训3　热点金属及其化合物的制备大题

专项提能特训3　热点金属及其化合物的制备大题

1．铬是一种具有战略意义的金属，它具有多种价态，单质铬熔点为1 857 ℃。

(1)工业上以铬铁矿[主要成分是Fe(CrO2)2]为原料冶炼铬的流程如图所示：

①Fe(CrO2)2中各元素化合价均为整数，则铬为________价。

②高温氧化时反应的化学方程式为____________________________________________。

③操作a由两种均发生了化学反应的过程构成，其内容分别是________、铝热反应。

(2)Cr(OH)3是两性氢氧化物，请写出其分别与NaOH、稀硫酸反应时生成的两种盐的化学式：______________、______________。

(3)水中的铬元素对水质及环境均有严重的损害作用，必须进行无害化处理。转化为重要产品磁性铁铬氧体(CrxFeyOz)：先向含CrO的污水中加入适量的硫酸及硫酸亚铁，待充分反应后再通入适量空气(氧化部分Fe2＋)并加入NaOH，就可以使铬、铁元素全部转化为磁性铁铬氧体。

①写出CrO在酸性条件下被Fe2＋还原为Cr3＋的离子方程式：________________________。

②若处理含1 mol CrO(不考虑其他含铬微粒)的污水时恰好消耗10 mol FeSO4，则当铁铬氧体中n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝3∶2时，铁铬氧体的化学式为____________________________。

答案　(1)①＋3　②4Fe(CrO2)2＋7O2＋8Na2CO32Fe2O3＋8Na2CrO4＋8CO2　③灼烧使Cr(OH)3分解

(2)NaCrO2　Cr2(SO4)3

(3)①3Fe2＋＋CrO＋8H＋===3Fe3＋＋Cr3＋＋4H2O

②Cr2Fe20O27

解析　(1)①根据化合物中各元素的正负化合价代数和为0分析。②根据流程确定反应物和生成物，用化合价升降法配平书写化学方程式。(2)模仿Al(OH)3与NaOH、稀硫酸的反应确定生成物。(3)①酸性条件下CrO被Fe2＋还原为Cr3＋，Fe2＋被氧化成Fe3＋，反应可写成Fe2＋＋CrO＋H＋―→Fe3＋＋Cr3＋＋H2O，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，配平方程式。②根据Fe守恒，铁铬氧体中n(Fe2＋)＝10 mol×＝6 mol，n(Fe3＋)＝10 mol×＝4 mol，根据Cr守恒，铁铬氧体中n(Cr3＋)＝n(CrO)＝1 mol，根据电荷守恒，铁铬氧体中n(O2－)＝＝13.5 mol，铁铬氧体中n(Cr)∶n(Fe)∶n(O)＝1 mol∶10 mol∶ 13.5 mol＝2∶20∶27，铁铬氧体的化学式为Cr2Fe20O27。

2．一种用软锰矿(主要成分MnO2)和黄铁矿(主要成分FeS2) 制取MnSO4·H2O并回收单质硫的工艺流程如下：

已知：本实验条件下，高锰酸钾溶液与硫酸锰溶液混合产生二氧化锰。

回答下列问题：

(1)步骤①混合研磨成细粉的主要目的是________________________；步骤②浸取时若生成S、MnSO4及Fe2(SO4)3，则其反应的化学方程式为______________________________________。

(2)步骤③所得酸性滤液可能含有Fe2＋，为了除去Fe2＋可先加入________________________；步骤④需将溶液加热至沸，然后在不断搅拌下加入碱调节pH为4～5，再继续煮沸一段时间，“继续煮沸”的目的是________________________________________。步骤⑤所得滤渣为________________________(填化学式)。

(3)步骤⑦需在90～100 ℃下进行，该反应的化学方程式为___________________________。

(4)测定产品MnSO4·H2O的方法之一是：准确称取a g产品于锥形瓶中，加入适量ZnO及H2O煮沸，然后用c mol·L－1KMnO4标准溶液滴定至浅红色且半分钟不褪色，消耗标准溶液V mL，产品中Mn2＋的质量分数为w(Mn2＋)＝________________________________。

答案　(1) 增大接触面积，提高硫酸浸取时的浸取速率和浸取率　3MnO2＋2FeS2＋6H2SO4===3MnSO4＋Fe2(SO4)3＋4S＋6H2O

(2)软锰矿粉或H2O2溶液　破坏Fe(OH)3胶体并使沉淀颗粒长大，便于过滤分离　Fe(OH)3

(3)(NH4)2Sx＋12NH3↑＋H2S↑＋xS↓

(4)%

解析　(2)由于Fe2＋具有较强的还原性，在酸性条件下可用软锰矿粉(MnO2)或H2O2将其氧化为Fe3＋，既不引入杂质，又能达到除去的目的；用碱液处理时，需将溶液加热至沸，然后在不断搅拌下调节pH为4～5，再继续煮沸一段时间，以破坏Fe(OH)3胶体并使沉淀颗粒增大，便于过滤分离，得到的滤渣为Fe(OH)3。

(4)已知本实验条件下，高锰酸钾溶液与硫酸锰溶液混合产生二氧化锰。根据得失电子守恒可得二者反应的化学方程式为2KMnO4＋3MnSO4·H2O===5MnO2＋K2SO4＋2H2SO4＋H2O，已知n(KMnO4)＝c mol·L－1×V×10－3L＝cV×10－3mol，则n(MnSO4·H2O)＝1.5cV×10－3mol，产品中Mn2＋的质量分数为w(Mn2＋)＝×100%＝%。

3．(2020·日照模拟)铋(83号元素)主要用于制造合金，铋合金具有凝固时不收缩的特性，用于铸造印刷铅字和高精度铸型。湿法提铋新工艺以氧化铋渣(主要成分为Bi2O3，含有PbO、Ag2O、CuO杂质)为原料提Bi的工艺流程如下：

已知：Ⅰ.BiOCl不溶于水，加热至700 ℃就分解生成BiCl3，BiCl3的沸点为447 ℃；

Ⅱ.25 ℃时，Ksp[Cu(OH)2]＝1.2×10－20；Ksp(PbCl2)＝1.17×10－5。

回答下列问题：

(1)“滤渣Ⅰ”的成分为_____________________________________________(填化学式)。

(2)“脱氯”的化学方程式为___________________________________________。

(3)“沉铜”时，向“滤液Ⅱ”中加入NaOH溶液调节pH，促进Cu2＋水解生成Cu3(OCl)2，则此过程中Cu2＋水解的离子方程式为________________________。若“滤液Ⅱ”中c(Cu2＋)为0.01 mol·L－1，当加入等体积的NaOH溶液时，pH恰好为6，出现沉淀Cu(OH)2，此时Cu2＋的去除率为________(忽略溶液体积变化)。

(4)“滤液Ⅲ”经加热浓缩后可返回________________工序循环使用。

答案　(1)AgCl、PbCl2　(2)2BiOCl＋2NaOHBi2O3＋2NaCl＋H2O

(3)3Cu2＋＋2H2O＋2Cl－===Cu3(OCl)2↓＋4H＋　97.6%　(4)浸出

解析　(1)根据工艺流程图分析可知，铋渣中加入盐酸和饱和NaCl溶液，滤渣Ⅰ的成分是AgCl和PbCl2。(2)“脱氯”时，BiOCl与热的NaOH反应得到Bi2O3和NaCl，反应的化学方程式为2BiOCl＋2NaOHBi2O3＋2NaCl＋H2O。(3)“沉铜”时，向滤液Ⅱ中加入NaOH溶液调节pH，促进Cu2＋水解生成Cu3(OCl)2，反应的离子方程式为3Cu2＋＋2H2O＋2Cl－===Cu3(OCl)2↓＋4H＋，加入等体积的NaOH溶液时，pH＝6，溶液中c(H＋)＝10－6mol·L－1，则c(OH－)＝10－8mol·L－1，由于Ksp[Cu(OH)2]＝c(Cu2＋)·c2(OH－)，则c(Cu2＋)＝0.000 12 mol·

L－1，n(Cu2＋)＝0.000 12 mol·L－1×2V L＝0.000 24V mol，则去除的Cu2＋的物质的量为0.01V mol－0.000 24V mol＝0.009 76V mol，Cu2＋的去除率为×100%＝97.6%。

(4)滤液Ⅲ为NaCl溶液，经加热浓缩后可返回浸出工序循环使用。

4．(2020·山东新高考5月模拟)利用钒钛磁铁矿冶炼后产生的钒渣(主要含FeO·V2O3、Al2O3、SiO2及少量可溶性磷酸盐)生产V2O5的工艺流程如下，回答下列问题：

已知：①V2O5、Al2O3、SiO2可与Na2CO3、NaCl组成的混合钠盐在高温下反应，并转化为NaVO3、NaAlO2、Na2SiO3等可溶性钠盐。

②AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O。

(1)焙烧Ⅰ包括氧化和钠化成盐两个过程，氧化的目的是获得V2O5，写出氧化过程中FeO·V2O3发生反应的化学方程式：________________________________________________________；

废渣Ⅰ的主要成分是____________________________________________________________；

精制Ⅰ中加盐酸调pH的主要作用是________________________________，加入NH3·H2O后发生反应的离子方程式为________________________________________________________。

(2)精制Ⅱ中加入CaCl2溶液除去磷酸盐，pH过小时影响除磷效果的原因是_______________________________________________________________________________；

pH过大时，沉淀量增大的原因是________________________________。

(3)沉钒所得NH4VO3沉淀需进行洗涤，洗涤时除去的阴离子主要是____________。NH4VO3在500 ℃时焙烧脱氨制得产品V2O5，反应的化学方程式为2NH4VO3V2O5＋H2O↑＋2NH3↑。但脱氨过程中，部分V2O5会转化成V2O4，反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3∶2，该反应的化学方程式为_____________________________________________________。

答案　(1)4FeO·V2O3 ＋ 5O22Fe2O3＋ 4V2O5　Fe2O3　除Si并将AlO转化为Al3＋　Al3＋ ＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH、H＋＋NH3·H2O===H2O＋NH

(2)形成溶解度较大的酸式盐(或形成溶解度较大的磷酸氢钙或磷酸二氢钙)　产生了Ca(OH)2沉淀

(3)Cl－　3V2O5＋2NH33V2O4＋N2＋3H2O

解析　(1)氧化过程FeO·V2O3生成对应的金属氧化物Fe2O3和V2O5，化学方程式为4FeO·V2O3＋5O22Fe2O3＋4V2O5；经过氧化和钠化后，V2O5、Al2O3、SiO2均转化为可溶性盐，Fe2O3成为滤渣；精制Ⅰ中加盐酸调pH是为了和SiO反应生成硅酸沉淀，并将AlO转化为Al3＋；加入NH3·H2O后与Al3＋发生反应生成Al(OH)3沉淀，还可以中和酸，反应的化学方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH、H＋＋NH3·H2O===H2O＋NH。

(2)精制Ⅱ中加入CaCl2溶液生成磷酸钙沉淀，除去磷酸盐，pH过小时易形成溶解度较大的酸式盐；pH过大时易形成Ca(OH)2沉淀。

(3)沉钒时加入试剂NH4Cl，因此所得NH4VO3沉淀含有的阴离子主要为Cl－；脱氨过程中，部分V2O5会转化成V2O4，且反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3∶2，则V2O5为氧化剂，NH3为还原剂，还原产物为V2O4，氧化产物为N2，则氧化还原方程式为3V2O5 ＋ 2NH33V2O4＋N2＋3H2O。