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2022高考化学一轮复习教案：专题突破（三） 以金属及其化合物为主体的化工流程
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这是一份2022高考化学一轮复习教案：专题突破（三） 以金属及其化合物为主体的化工流程，共16页。
专题突破(三) 以金属及其化合物为主体的化工流程
化学工艺流程题是高考热点题型之一，大多以金属及其化合物的性质与转化为主体，此类试题源于化工生产实际，以解决化学实际问题为线索进行设问，使问题情境更加真实。此类试题的情境新颖，信息容量大，涉及化学基础知识、实验基本操作和技能等，要求考生在复杂情境中对必备知识和关键能力进行综合运用，体现“高考命题应坚持理论联系实际的原则，使用贴近时代、贴近社会、贴近生活素材，选取日常生活、工业生产、国家发展、社会进步中的实际问题，考查学生运用知识、能力和素养解决实际问题的能力，让学生充分感受到课堂所学内容中蕴含的应用价值”的指导思想。
1．分析化学工艺流程题的过程解读
(1)读流程图
①箭头：箭头进入的是投料(反应物)、出去的是主产物或副产物(生成物)。
②三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。
(2)解题要点
①审题要点：了解生产目的、原料及产品；了解题目提供的信息；分析各步的反应条件、原理及物质成分；理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。
②答题切入点：原料及产品的分离提纯；生产目的及反应原理；生产要求及反应条件；有关产率、产量及组成的计算；绿色化学理念。
2．化学工艺流程题常见答题方向
工艺操作
(结果)
目的评价(或操作名称)
方法
措施
研磨
(粉碎)
增大接触面积，加快反应(溶解)速率
煅烧
(焙烧)
矿物分解、燃烧，转化为易溶于酸、碱的物质
水浸
利用水溶性把物质进行分离
酸浸
(碱浸)
利用物质与酸(碱)反应除掉杂质或把目标物质转化为可溶性离子
控制
条件
调节溶
液pH
某些金属离子的沉淀，控制物质的溶解
控制温度
加快反应速率，促进平衡移动；物质的溶解、析出、挥发等
增大某反
应物用量
增大另一反应物的转化率(产率)
某种试剂
的选择
是否带入杂质、是否影响产品的纯度
分离
提纯
不相溶
液体
分液
相溶性
液体
蒸馏
难溶性
固体
过滤
易溶性
固体
蒸发结晶、浓缩冷却结晶
趁热过滤
防止温度降低，某物质析出
冰水洗涤
减少晶体的溶解损失
乙醇、有机
溶剂洗涤
减少晶体的水溶性损失
(2020·山东卷)以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下：
已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是( )
A．浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O
B．浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行
C．流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl
D．分离Mg2＋与Al3＋、Fe3＋是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
B [氯化铵溶液显酸性，与MgO反应，相当于MgO促进了氯化铵的水解，生成氨气，A项正确；氨水易分解，故沉镁时温度不可太高，B项错误；由流程图可知氨气可循环使用，沉镁过程中产生氯化铵，故氯化铵也可循环使用，C项正确；浸出过程中产生Fe(OH)3和Al(OH)3，沉镁过程中加氨水调节pH产生Mg(OH)2，利用三种离子氢氧化物Ksp的不同，使其先后沉淀而分离，D项正确。]
(2020·全国卷Ⅰ)钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。
该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Al3＋
Mn2＋
开始沉淀pH
1.9
7.0
3.0
8.1
完全沉淀pH
3.2
9.0
4.7
10.1
回答下列问题：
(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是________________________________________。
(2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VO，同时还有________离子被氧化。写出VO＋转化为VO反应的离子方程式：______________________。
(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，随滤液②可除去金属离子K＋、Mg2＋、Na＋、________，以及部分的____________。
(4)“沉淀转溶”中，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解，滤渣③的主要成分是____________。
(5)“调pH”中有沉淀生成，生成沉淀反应的化学方程式是____________________。
(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是_______________。
解析 (1)由于在常温下，酸浸、氧化反应较慢，所以可加热以加快酸浸和氧化反应速率。(2)因Fe3O4中有Fe2＋，Fe2＋具有较强的还原性，易被MnO2氧化；VO＋转化为VO反应的离子方程式为MnO2＋2H＋＋VO＋===VO＋Mn2＋＋H2O。(3)Mn2＋开始沉淀的pH＝8.1，当pH＝3.2时，Fe3＋完全沉淀，Al3＋开始沉淀的pH＝3.0，完全沉淀的pH＝4.7，故pH＝3.0～3.1时，Mn2＋未沉淀，Fe3＋大部分已经沉淀，Al3＋刚开始沉淀，故可除去Mn2＋，Fe3＋和Al3＋能除去一部分。(4)滤饼②中除含有V2O5·xH2O外，还含有Fe(OH)3和Al(OH)3，沉淀转溶时Fe(OH)3沉淀不会溶解，铝元素以[Al(OH)4]－的形式存在，故滤渣③的主要成分为Fe(OH)3。(5)因在强碱环境中沉淀转溶时，铝元素以[Al(OH)4]－的形式存在，用HCl调节pH＝8.5时，发生反应NaAl(OH)4＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O。(6)增大c(NH)，使反应NH(aq)＋VO(aq)⇌NH4VO3(s)的平衡右移，可提高VO的利用率(或利用同离子效应，使NH4VO3尽可能析出完全)。
答案 (1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)
(2)Fe2＋ VO＋＋MnO2＋2H＋===VO＋Mn2＋＋H2O
(3)Mn2＋ Al3＋和Fe3＋
(4)Fe(OH)3
(5)NaAl(OH)4＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O
(6)利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全
1．(2021·北京首都师大附中检测)工业上应用两矿法浸出软锰矿(主要成分MnO2)和方铅矿(主要成分PbS、FeS2)，制备PbSO4和Mn3O4，转化流程如下。
已知：PbCl2微溶于水，溶液中存在可逆反应：PbCl2＋2Cl－⇌PbCl。
下列说法正确的是( )
A．Ⅰ中可使用浓盐酸代替稀盐酸和NaCl的混合溶液
B．Ⅱ中生成的沉淀Y是Fe(OH)2
C．Ⅳ中试剂X可能作氧化剂
D．Ⅴ中发生反应：Pb2＋＋SO=== PbSO4
C [Ⅰ中可使用浓盐酸代替稀盐酸和NaCl的混合溶液，在70 ℃时可与软锰矿中MnO2反应生成Cl2，A错误；MnO2、FeS2和盐酸发生反应：3MnO2＋2FeS2＋12HCl===3MnCl2＋2FeCl3＋4S＋6H2O，步骤Ⅱ调节pH使Fe3＋转化为沉淀，故沉淀Y是Fe(OH)3，B错误；Ⅳ中溶液加入试剂X和氨水，Mn2＋被氧化生成Mn3O4，则试剂X可能作氧化剂，C正确；PbCl2微溶于水，溶液中存在可逆反应：PbCl2＋2Cl－===PbCl，Ⅴ中加入稀硫酸，发生反应：PbCl＋SO===PbSO4＋4Cl－，D错误。]
2．(2020·山东师大附中三模)以铜银合金(含少量铁)废料为原料回收银和铜的工艺流程如下，下列说法正确的是( )
A.粗铜溶于过量稀硝酸，过滤、低温干燥得纯铜
B．电解时用粗银作阴极，硝酸银溶液为电解质溶液
C．用稀硫酸处理渣料时主要发生了氧化还原反应
D．从滤液B中可以提取绿矾(FeSO4·7H2O)
D [Cu可溶于过量稀硝酸，故粗铜溶于过量稀硝酸，过滤、低温干燥不能得到纯铜，A项错误；电解粗银时，用粗银作阳极，纯银作阴极，硝酸银溶液为电解质溶液，B项错误；铜银合金(含少量铁)在高温下与空气中O2反应生成CuO、Fe3O4，用稀硫酸处理渣料时，生成CuSO4、FeSO4和Fe2(SO4)3，发生非氧化还原反应，C项错误；滤液A中含有CuSO4、FeSO4和Fe2(SO4)3，加入适量铁粉过滤，滤液B中含有FeSO4，故从滤液B中可以提取绿矾(FeSO4·7H2O)，D项正确。]
3．(2021·江西南昌二中检测)明矾[KAl(SO4)2·12H2O]是一种重要的化工产品，在生产、生活中都有广泛的用途。某工厂计划利用炼铝厂的废料铝灰(含Al、Al2O3、少量SiO2和FeO·xFe2O3)为原料生产明矾产品，设计的生产工艺流程如下：
已知：Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－36
请回答下列问题：
(1)检验滤液A中是否存在Fe2＋，可用K3[Fe(CN)6]溶液，请写出其检验的离子反应方程式________________________________________________________________________。
(2)沉淀器中加入KMnO4溶液的作用是_________________________________________；
有人认为该生产流程较为复杂，可以用溶液______________________________(填化学式)
代替KMnO4溶液而使操作Ⅰ和操作Ⅱ过程得到优化。
(3)操作Ⅲ是________、________(填操作名称)、过滤、洗涤；在洗涤晶体时采用的洗涤剂最合适的是________(填正确答案标号)。
A．稀硫酸 B．蒸馏水 C．70%酒精
(4)明矾可作净水剂，其净水原理是_______________________________________(用离子方程式表示)。
(5)在沉淀器中调pH＝3，请计算说明Fe3＋是否完全沉淀_________________________。(当Fe3＋离子浓度小于或等于1.0×10－5 mol/L时，可以认为溶液中无该离子)。
解析 (2)铝灰含Al、Al2O3、少量SiO2和FeO·xFe2O3，加入稀硫酸浸出，滤液A中含有Al3＋、Fe2＋、Fe3＋；沉淀器中加入KMnO4溶液，将Fe2＋氧化为Fe3＋，并调节pH＝3，转化为Fe(OH)3沉淀。原流程中为了除去Fe2＋，加入KMnO4引入了MnO，后又加入MnSO4，过于复杂，用H2O2不引入新杂质。
答案 (1)2[Fe(CN)6]3－＋3Fe2＋===Fe3[Fe(CN)6]2↓
(2)将Fe2＋氧化成Fe3＋ H2O2
(3)蒸发浓缩 冷却结晶 C
(4)Al3＋＋3H2O⇌Al(OH)3(胶体)＋3H＋
(5)由Ksp[Fe(OH)3]＝c3(OH－)·c(Fe3＋)＝1.0×10－36可计算c(Fe3＋)＝1.0×10－3 mol·L－1＞1.0×10－5 mol·L－1，所以Fe3＋没有沉淀完全
4．(2020·吉林长春二模)某实验室以含镍废料(主要成分为NiO，还含有少量FeO、Fe2O3、CoO、BaO 和SiO2)为原料制备NixOy和碳酸钴(CoCO3)的工艺流程如下：
已知有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH 如下表：
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Co(OH)2
Ni(OH)2
开始沉淀的pH
1.5
6.5
7.2
7.7
沉淀完全的pH
3.7
9.7
9.4
9.2
请回答以下问题：
(1)“滤渣Ⅰ”主要成分为(填化学式)__________ __________。
(2)“氧化”时(加入NaClO3)的离子方程式为_______________________________。
(3)加入Na2CO3 来“调pH”的目的是生成黄钠铁钒沉淀而除去铁，也可通过加入MO(对应的金属氧化物)来调节 pH 将铁除去，则 pH 控制的范围为_____________。
(4)在实验室萃取操作应该在____________________中完成
(填仪器名称)，向水相中加入NaHCO3时的离子方程式为
________________________________________________________________________。
(5)从NiSO4溶液获得NiSO4·6H2O晶体的操作依次是________，________，过滤，洗涤，干燥。“煅烧”时剩余固体质量与温度变化曲线如图，该曲线中B段所表示氧化物的名称为________。
解析 (1)原料的成分有NiO，FeO，Fe2O3，CoO，BaO和SiO2；加入硫酸酸溶，SiO2不反应，所以会出现在滤渣中，BaO会最终变成BaSO4沉淀，所以也会出现在滤渣中；
(2)氧化步骤的目的是将二价铁转变成三价铁，便于在后续步骤中沉淀法除去，所以离子方程式为6H＋＋ClO＋6Fe2＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O；
(3)加入Na2CO3这一步是为了除去铁，同时也要避免其他元素的损耗，所以选择的pH区间为3.7～7.2；
(4)萃取最关键的仪器是分液漏斗；加入碳酸氢钠后，产物之一是CoCO3沉淀，考虑到NaHCO3是过量的，所以最终的离子方程式为2HCO＋Co2＋===CoCO3↓＋H2O＋CO2↑；
(5)由溶液获取结晶的常规操作是：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤干燥；硫酸镍晶体的摩尔质量是263 g/mol，所以26.3 g即为0.1 mol；280 ℃开始，固体的质量减少，这个时期是因为结晶水丢失导致的，所以A段对应的物质就是0.1 mol的NiSO4；温度到600 ℃，固体的质量再次下降，得到最终的镍的氧化物；根据原子守恒，8.3 g氧化物中Ni的质量为5.9 g，那么O的质量为2.4 g即0.15 mol，所以固体氧化物中n(Ni)∶n(O)＝2∶3，所以固体氧化物即三氧化二镍。
答案 (1)BaSO4和SiO2
(2)6H＋＋ClO＋6Fe2＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O
(3)3.7
(5)蒸发浓缩 冷却结晶 三氧化二镍
章末综合检测(三) 金属及其化合物
一、选择题：本题包括8小题，每小题只有一个选项最符合题意。
1．(2021·山西运城高三调研)《新修本草》中关于“青矾”的描述：“本来绿色，新出窟未见风者，正如琉璃，烧之赤色”。据此推测，“青矾”的主要成分为( )
A．CuSO4·5H2O B．FeSO4·7H2O
C．ZnSO4·7H2O D．KAl(SO4)2·12H2O
B [“青矾”本来绿色，……，烧之赤色，说明“青矾”灼烧过程由绿色变成红色，据此推知“青矾”可能是FeSO4·7H2O。]
2．(2020·北京顺义区期末)下列关于钠、铝、铁、铜和氧气的反应，不正确的是( )
A．铁在氧气中燃烧，产物为Fe2O3
B．钠在空气中易被氧化，所以应该保存在煤油中
C．铝表面很容易被氧气氧化，生成致密的氧化物保护膜
D．铜可以在加热的条件下和氧气反应，生成氧化铜
A [铁在氧气中燃烧生成Fe3O4，A项错误。]
3．(2021·河南鹤壁一中检测)下列反应中，反应后固体物质增重的是( )
A．氢气通过灼热的CuO粉末
B．二氧化碳通过Na2O2粉末
C．铝与Fe2O3发生铝热反应
D．将锌粒投入Cu(NO3)2溶液
B [氢气通过灼热的CuO粉末发生的反应为CuO＋H2Cu＋H2O，固体由CuO变为Cu，反应后固体质量减小，A项错误；二氧化碳通过Na2O2粉末发生的反应为2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，固体由Na2O2变为Na2CO3，反应后固体质量增加，B项正确；铝与Fe2O3发生铝热反应，化学方程式为2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe，反应前后各物质均为固体，根据质量守恒定律知，反应后固体质量不变，C项错误；将锌粒投入Cu(NO3)2溶液发生的反应为Zn＋Cu(NO3)2===Zn(NO3)2＋Cu，固体由Zn变为Cu，反应后固体质量减小，D项错误。]
4．(2021·河南洛阳一中检测)用如图所示实验装置进行相关实验探究，其中装置不合理的是( )
A．鉴别纯碱与小苏打
B．证明Na2O2与水反应放热
C．证明Cl2能与烧碱溶液反应
D．探究钠与Cl2反应
A [鉴别纯碱与小苏打，试管口略向下倾斜，且铁架台的铁夹要夹在离试管口的三分之一处，故此实验装置错误，A项错误；过氧化钠与水反应放出大量热，则脱脂棉燃烧，B项正确；氯气与烧碱溶液反应时，锥形瓶中氯气被消耗，压强减小，气球会变大，C项正确；氯气与钠反应时，尾气端一定要加上蘸有碱液的棉花除去尾气中残留的氯气，避免氯气污染环境，D项正确。]
5．(2021·安徽六校教育研究会联考)已知A、B、D、E均为中学化学中的常见物质，它们之间的转化关系如图所示(部分产物略去)，则下列有关物质的推断不正确的是( )
A．若A是铁，则E可能为稀硝酸
B．若A是AlCl3溶液，E可能是氨水
C．若A是CuO，E是碳，则B为CO
D．若A是NaOH溶液，E是CO2，则B为NaHCO3
B [铁与过量稀硝酸反应生成Fe(NO3)3，与少量稀硝酸反应生成Fe(NO3)2，Fe(NO3)3与铁生成Fe(NO3)2，Fe(NO3)2与稀硝酸生成Fe(NO3)3，A项正确；AlCl3溶液与氨水反应，无论氨水是否过量均生成Al(OH)3沉淀，B项错误；CuO与过量碳反应生成Cu和CO，与少量碳反应生成Cu和CO2，CO和CO2之间可相互转化，C项正确；NaOH溶液与过量CO2反应生成NaHCO3，与少量CO2反应生成Na2CO3，NaHCO3和Na2CO3之间可相互转化，D项正确。]
6．(2021·山西应县检测)新版人民币的硬币采用镍合金，工业上利用镍矿提取镍的一种流程如下：
已知：镍的金属活动性介于铁和铜之间。下列说法不正确的是( )
A．将镍矿粉碎可以加快“酸浸”速率
B．NaClO的作用是氧化Fe2＋
C．NaxFey(SO4)m(OH)n中，x＋2y＝n＋2m
D．工业上可以用热还原法炼镍
C [将镍矿粉碎，可以增大与硫酸接触面积，加快“酸浸”速率，A项正确；NaClO具有强氧化性，可将酸浸液中Fe2＋氧化成Fe3＋，B项正确；Na、Fe的化合价分别为＋1价、＋3价，根据NaxFey(SO4)m(OH)n中各元素化合价代数和为0推知，x＋3y＝n＋2m，C项错误；镍的金属活动性介于铁和铜之间，而工业上常采用热还原法冶炼铁和铜，据此推知，可用热还原法冶炼镍，D项正确。]
7．(2021·山东师大附中一模)实验室可利用硫酸厂废渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁和绿矾(FeSO4·7H2O)，聚铁的化学式可表示为[Fe2(OH)n(SO4)3－0.5n]m，主要工艺流程如下：
下列说法错误的是( )
A．炉渣中FeS与稀硫酸和氧气反应的离子方程式为：4FeS＋3O2＋12H＋===4Fe3＋＋4S↓＋6H2O
B．气体M的成分是SO2，通入H2O2溶液得到硫酸，可循环使用
C．向溶液X中加入过量铁粉，充分反应后过滤得到溶液Y，再经蒸干即得绿矾
D．溶液Z的pH影响聚铁中铁的质量分数，若其pH偏小，将导致聚铁中铁的质量分数偏小
C [炉渣中FeS与稀硫酸和氧气反应生成硫单质、硫酸铁和水，反应的离子方程式为4FeS＋3O2＋12H＋===4Fe3＋＋4S↓＋6H2O，A项正确；气体M的成分是SO2，通入H2O2溶液得到硫酸，可循环使用，B项正确；溶液X中加入过量铁粉，铁和硫酸铁溶液反应生成硫酸亚铁，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到绿矾，C项错误；若溶液Z的pH偏小，则聚铁中生成的氢氧根离子的含量减少，硫酸根离子的含量偏大，将导致聚铁中铁的质量分数偏小，D项正确。]
8．(2021·北京门头沟区一模)某小组在Fe2＋检验实验中观察到异常现象，为探究“红色褪去”的原因，进行如下实验：
编号
实验步骤
现象
实验Ⅰ
溶液先变红，片刻后红色褪去，有气体生成(经检验为O2)
实验Ⅱ
将实验Ⅰ褪色后的溶液分三份分别进行实验
①无明显现象
②溶液变红
③产生白色沉淀
实验Ⅲ
为进一步探究“红色褪去”的原因，又进行以下实验
①
②取反应后的溶液，滴加盐酸和BaCl2溶液
①溶液变红，一段时间后不褪色
②无白色沉淀产生
分析上述三个实验，下列叙述不正确的是( )
A．在此实验条件下H2O2氧化Fe2＋的速率比氧化SCN－的速率快
B．通过实验Ⅱ推出实验Ⅰ中红色褪去的原因是由于SCN－被氧化
C．通过实验Ⅰ和实验Ⅲ对比推出红色褪去只与H2O2的氧化性有关
D．综上所述，实验Ⅰ中红色褪去的原因与化学平衡移动原理无关
D [对比实验Ⅰ和Ⅱ可知，H2O2可将Fe2＋、SCN－氧化，由于实验Ⅰ中溶液先变红，片刻后红色褪去，说明H2O2氧化Fe2＋的速率比氧化SCN－的速率快，A项正确；实验Ⅱ中滴加盐酸和BaCl2溶液，产生白色沉淀，该沉淀应为BaSO4，说明SCN－被氧化生成了SO，B项正确；对比实验Ⅰ和Ⅲ，说明O2不能将SCN－氧化为SO，溶液红色褪去是由于SCN－被H2O2氧化生成了SO，C项正确；实验Ⅰ中存在平衡：Fe3＋＋3SCN－⇌Fe(SCN)3，SCN－被H2O2氧化生成SO，平衡逆向移动，溶液的红色逐渐褪去，D项错误。]
二、非选择题：本题包括3个小题。
9．(2021·安徽蚌埠质检)实验室由铁泥(主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料αFe2O3。其主要实验流程如下：
→→→→……→αFe2O3
(1)酸浸。用一定浓度的H2SO4溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变，实验中采取下列措施能提高铁元素浸出率的有________(填序号)。
A．适当升高酸浸温度
B．适当缩短酸浸时间
C．适当加快搅拌速度
(2)还原。向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉，使Fe3＋完全转化为Fe2＋。“还原”过程中除生成Fe2＋外，还会生成________(填化学式)；检测Fe3＋是否还原完全的实验操作是________________________________________________________________________。
(3)除杂。向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液，使Ca2＋转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低，将会导致CaF2沉淀不完全，其原因是______________________________。
[Ksp(CaF2)＝5.3×10－9、Ka(HF)＝6.3×10－4]
(4)沉铁。将提纯后的FeSO4溶液与NH3·H2O－NH4HCO3混合溶液反应，生成FeCO3沉淀。
生成FeCO3沉淀的离子方程式为_____________________________________。
答案 (1)AC
(2)H2 取少量清液，向其中滴加几滴KSCN溶液，观察溶液颜色是否呈红色
(3)pH偏低形成HF，导致溶液中F－浓度减小，CaF2沉淀不完全
(4)Fe2＋＋HCO＋NH3·H2O===FeCO3↓＋NH＋H2O或Fe2＋＋HCO＋NH3===FeCO3↓＋NH
10．(2021·河南部分重点校联考)草酸铅(PbC2O4)是某医药的中间体，以废旧铅酸电池的铅膏(PbO、PbO2、PbSO4)为原料，制备草酸铅的工艺流程如下：
已知：①PbO2具有强氧化性，稀硝酸不能氧化H2O。
②PbO可溶于稀硝酸。
回答下列问题：
(1)步骤①的目的是“脱硫”，即将PbSO4转化为PbCO3，“脱硫”过程可在如图所示的装置中进行。仪器X的名称是________，“脱硫”时适宜温度为35 ℃，则可采用的加热方式是______________。
(2)步骤③中H2O2的作用是_________________________，
该反应的离子方程式为_________________________________；
溶解PbO的离子方程式为______________________________。
(3)已知：得到的PbC2O4样品中不可能含有碱式碳酸铅[2PbCO3·Pb(OH)2]，二者受热都易分解生成PbO。请完成如下实验，证明该样品中不存在碱式碳酸铅。
实验步骤
实验现象
取一定量干燥的样品，______________________________________
__________________________________
(4)测定制得的草酸铅固体的纯度：称取5.90 g PbC2O4固体，酸溶后配制成250 mL溶液，然后量取25.00 mL该溶液，用0.05 mol·L－1的EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定(Pb2＋＋H2Y2－===PbY2－＋2H＋，杂质不反应)，至滴定终点时消耗EDTA标准溶液28.00 mL。则草酸铅的纯度为________；若滴定完成时，发现滴定管内有气泡，测定结果将________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
解析 (1)仪器X的名称为三颈烧瓶；根据“脱硫”时适宜温度为35 ℃，所以采用温水浴加热。
(2)PbO2具有强氧化性，能够将双氧水氧化，加双氧水的目的是将PbO2还原为Pb2＋，反应的离子方程式为PbO2＋2H＋＋H2O2===Pb2＋＋2H2O＋O2↑；根据已知信息②可知PbO溶解的离子方程式为PbO＋2H＋===Pb2＋＋H2O。
(3)二者受热都易分解生成PbO，根据元素守恒可知，碱式碳酸铅分解可以生成水，利用无水硫酸铜不变蓝色，证明样品中没有碱式碳酸铅。
(4)根据Pb2＋＋H2Y2－===PbY2－＋2H＋，消耗EDTA标准溶液28.00 mL，则n(PbC2O4)＝n(Pb2＋)＝n(H2Y2－)＝0.028 L×0.05 mol·L－1，则250 mL溶液中n(PbC2O4)＝0.028 L×0.05 mol·L－1×，因此草酸铅的纯度＝×100%＝70%；若滴定完成时发现滴定管内有气泡，则滴定过程中实际消耗的EDTA标准液体积大于滴定管测得的体积，导致测定结果偏低。
答案 (1)三颈烧瓶 温水浴(或水浴加热)
(2)将PbO2还原为Pb2＋ PbO2＋2H＋＋H2O2===Pb2＋＋2H2O＋O2↑ PbO＋2H＋===Pb2＋＋H2O
(3)加热样品使其分解，将产生的气体通过装有无水硫酸铜的干燥管 无水硫酸铜不变蓝色
(4)70% 偏低
11．(2020·北京房山区二模)某小组用实验Ⅰ验证Fe2(SO4)3与Cu的反应，观察到了异常现象，决定对其进行深入探究。
实验Ⅰ：
(1)Fe2(SO4)3溶液常温下呈酸性的原因是____________________________________。
(2)Fe2(SO4)3与KSCN溶液反应的离子方程式为_______________________________。
(3)实验前，小组同学预测经过步骤2后溶液不应该呈现红色，依据是_______________。
(4)实验小组对白色沉淀的产生进行了深入探究
查阅资料：ⅰ.CuSCN为难溶于水的白色固体。
ⅱ.SCN－被称为拟卤素离子，性质与卤素离子相似
经过实验测定白色固体为CuSCN，查阅资料后小组同学猜测CuSCN的生成有如下两种可能
猜测1：Cu2＋与KSCN发生了氧化还原反应
猜测2：亚铁离子将其还原Cu2＋＋Fe2＋===Cu＋＋Fe3＋ Cu＋＋SCN－===CuSCN↓
为证实猜想小组同学做了实验Ⅱ和Ⅲ。
(FeSO4和CuSO4溶液浓度为0.1 mol/L，KSCN溶液浓度为0.4 mol/L)
实验序号
对比实验及试剂
实验步骤
实验现象
Ⅱ
加入1 mL KSCN溶液
开始时溶液的上方变为红色，一段时间后红色向下蔓延，最后充满整支试管
加入1 mL KSCN溶液
溶液变成绿色
①猜测1的离子方程式___________________________________________；
②实验Ⅱ中试管________(填字母)中的现象可以证实猜测1不成立。
实验序号
对比实验及试剂
实验步骤
实验现象
Ⅲ
加入2 mL CuSO4溶液
溶液变为淡蓝色
再加入1 mL KSCN溶液
溶液的上层变为红色，有白色沉淀发生，一段时间后整支试管溶液呈红色
加入4 mL CuSO4溶液
溶液变为淡蓝色
再加入1 mL KSCN溶液
溶液的上层变为红色，有白色沉淀产生，一段时间后整支试管溶液呈浅红色
加入2 mL CuSO4溶液
溶液变为淡蓝色
再加入1 mL KSCN溶液
溶液的上层变为红色，有白色沉淀产生，一段时间后整支试管溶液呈深红色
(5)Fe3＋的氧化性本应强于Cu2＋，结合实验Ⅲ中的现象解释Cu2＋＋Fe2＋===Cu＋＋Fe3＋能正向发生的原因是___________________________。
(6)实验小组查阅资料并讨论后得出：溶液中离子在反应时所表现的氧化性强弱与相应还原产物的价态和状态有关。由此分析生成CuSCN沉淀使Cu2＋的氧化性增强，并补充实验进一步证明。补充的实验是________________________________。
解析 (1)Fe2(SO4)3是强酸弱碱盐，Fe3＋发生水解反应而使溶液呈酸性。
(2)Fe2(SO4)3和KSCN溶液反应生成易溶于水的弱电解质Fe(SCN)3，该反应是可逆反应，离子方程式为Fe3＋＋3SCN－⇌Fe(SCN)3。
(3)2 mL 0.05 mol/L Fe2(SO4)3溶液中含1×10－4 mol Fe2(SO4)3，0.15 g铜粉约为0.002 34 mol，二者发生反应：Fe2(SO4)3＋Cu===2FeSO4＋CuSO4，二者反应后铜粉剩余，溶液中应不含Fe3＋，滴加KSCN溶液后，溶液不应呈现红色。
(5)从平衡移动角度分析反应发生的原因，SCN－与Cu＋形成CuSCN沉淀，SCN－与Fe2＋、Fe3＋、Cu＋形成配合物，大大降低了Cu＋和Fe3＋的浓度，使反应Cu2＋＋Fe2＋===Cu＋＋Fe3＋正向移动。
(6)分析生成CuSCN沉淀使Cu2＋的氧化性增强，可以设计成对比实验：在两支试管中分别加入等体积、等浓度FeSO4溶液，再加入等体积、等浓度CuSO4溶液，最后加入等体积、不同浓度KSCN溶液，根据溶液中颜色深浅进行验证。也可以设计成双液原电池，利用石墨作电极，两个烧杯中分别加入等浓度CuSO4、FeSO4溶液，再在CuSO4溶液中滴加浓KSCN溶液，根据滴加溶液前后，电流计指针的偏转程度进行验证。
答案 (1)Fe3＋＋3H2O⇌Fe(OH)3＋3H＋，Fe3＋水解显酸性
(2)Fe3＋＋3SCN－⇌Fe(SCN)3
(3)依据反应Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，Cu粉过量不应有Fe3＋存在
(4)①2Cu2＋＋4SCN－===2CuSCN↓＋(SCN)2↑
②B
(5)由于SCN－与Cu＋形成沉淀以及SCN－与Fe2＋、Fe3＋、Cu＋形成配合物，大大降低了产物中Cu＋和Fe3＋的浓度，使得该反应平衡得以正向移动
(6)答案不唯一，合理即可得分，可设计对比实验
对比实验及试剂
实验步骤
实验现象
加入4 mL 0.1 mol/L CuSO4溶液
再加入1 mL 0.4 mol/L KSCN溶液
一段时间后整支试管溶液呈红色
加入4 mL 0.1 mol/L CuSO4溶液
再加入1 mL 1 mol/L KSCN溶液
一段时间后整支试管溶液比F试管颜色更深
也可设计成原电池装置
在左侧烧杯中滴入1滴浓度较大的硫氰化钾溶液，在滴入前与滴入后记录电压表(或电流计)示数的变化
专题突破(三) 以金属及其化合物为主体的化工流程
化学工艺流程题是高考热点题型之一，大多以金属及其化合物的性质与转化为主体，此类试题源于化工生产实际，以解决化学实际问题为线索进行设问，使问题情境更加真实。此类试题的情境新颖，信息容量大，涉及化学基础知识、实验基本操作和技能等，要求考生在复杂情境中对必备知识和关键能力进行综合运用，体现“高考命题应坚持理论联系实际的原则，使用贴近时代、贴近社会、贴近生活素材，选取日常生活、工业生产、国家发展、社会进步中的实际问题，考查学生运用知识、能力和素养解决实际问题的能力，让学生充分感受到课堂所学内容中蕴含的应用价值”的指导思想。
1．分析化学工艺流程题的过程解读
(1)读流程图
①箭头：箭头进入的是投料(反应物)、出去的是主产物或副产物(生成物)。
②三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。
(2)解题要点
①审题要点：了解生产目的、原料及产品；了解题目提供的信息；分析各步的反应条件、原理及物质成分；理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。
②答题切入点：原料及产品的分离提纯；生产目的及反应原理；生产要求及反应条件；有关产率、产量及组成的计算；绿色化学理念。
2．化学工艺流程题常见答题方向
工艺操作
(结果)
目的评价(或操作名称)
方法
措施
研磨
(粉碎)
增大接触面积，加快反应(溶解)速率
煅烧
(焙烧)
矿物分解、燃烧，转化为易溶于酸、碱的物质
水浸
利用水溶性把物质进行分离
酸浸
(碱浸)
利用物质与酸(碱)反应除掉杂质或把目标物质转化为可溶性离子
控制
条件
调节溶
液pH
某些金属离子的沉淀，控制物质的溶解
控制温度
加快反应速率，促进平衡移动；物质的溶解、析出、挥发等
增大某反
应物用量
增大另一反应物的转化率(产率)
某种试剂
的选择
是否带入杂质、是否影响产品的纯度
分离
提纯
不相溶
液体
分液
相溶性
液体
蒸馏
难溶性
固体
过滤
易溶性
固体
蒸发结晶、浓缩冷却结晶
趁热过滤
防止温度降低，某物质析出
冰水洗涤
减少晶体的溶解损失
乙醇、有机
溶剂洗涤
减少晶体的水溶性损失
(2020·山东卷)以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下：
已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是( )
A．浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O
B．浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行
C．流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl
D．分离Mg2＋与Al3＋、Fe3＋是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
B [氯化铵溶液显酸性，与MgO反应，相当于MgO促进了氯化铵的水解，生成氨气，A项正确；氨水易分解，故沉镁时温度不可太高，B项错误；由流程图可知氨气可循环使用，沉镁过程中产生氯化铵，故氯化铵也可循环使用，C项正确；浸出过程中产生Fe(OH)3和Al(OH)3，沉镁过程中加氨水调节pH产生Mg(OH)2，利用三种离子氢氧化物Ksp的不同，使其先后沉淀而分离，D项正确。]
(2020·全国卷Ⅰ)钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。
该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Al3＋
Mn2＋
开始沉淀pH
1.9
7.0
3.0
8.1
完全沉淀pH
3.2
9.0
4.7
10.1
回答下列问题：
(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是________________________________________。
(2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VO，同时还有________离子被氧化。写出VO＋转化为VO反应的离子方程式：______________________。
(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，随滤液②可除去金属离子K＋、Mg2＋、Na＋、________，以及部分的____________。
(4)“沉淀转溶”中，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解，滤渣③的主要成分是____________。
(5)“调pH”中有沉淀生成，生成沉淀反应的化学方程式是____________________。
(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是_______________。
解析 (1)由于在常温下，酸浸、氧化反应较慢，所以可加热以加快酸浸和氧化反应速率。(2)因Fe3O4中有Fe2＋，Fe2＋具有较强的还原性，易被MnO2氧化；VO＋转化为VO反应的离子方程式为MnO2＋2H＋＋VO＋===VO＋Mn2＋＋H2O。(3)Mn2＋开始沉淀的pH＝8.1，当pH＝3.2时，Fe3＋完全沉淀，Al3＋开始沉淀的pH＝3.0，完全沉淀的pH＝4.7，故pH＝3.0～3.1时，Mn2＋未沉淀，Fe3＋大部分已经沉淀，Al3＋刚开始沉淀，故可除去Mn2＋，Fe3＋和Al3＋能除去一部分。(4)滤饼②中除含有V2O5·xH2O外，还含有Fe(OH)3和Al(OH)3，沉淀转溶时Fe(OH)3沉淀不会溶解，铝元素以[Al(OH)4]－的形式存在，故滤渣③的主要成分为Fe(OH)3。(5)因在强碱环境中沉淀转溶时，铝元素以[Al(OH)4]－的形式存在，用HCl调节pH＝8.5时，发生反应NaAl(OH)4＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O。(6)增大c(NH)，使反应NH(aq)＋VO(aq)⇌NH4VO3(s)的平衡右移，可提高VO的利用率(或利用同离子效应，使NH4VO3尽可能析出完全)。
答案 (1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)
(2)Fe2＋ VO＋＋MnO2＋2H＋===VO＋Mn2＋＋H2O
(3)Mn2＋ Al3＋和Fe3＋
(4)Fe(OH)3
(5)NaAl(OH)4＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O
(6)利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全
1．(2021·北京首都师大附中检测)工业上应用两矿法浸出软锰矿(主要成分MnO2)和方铅矿(主要成分PbS、FeS2)，制备PbSO4和Mn3O4，转化流程如下。
已知：PbCl2微溶于水，溶液中存在可逆反应：PbCl2＋2Cl－⇌PbCl。
下列说法正确的是( )
A．Ⅰ中可使用浓盐酸代替稀盐酸和NaCl的混合溶液
B．Ⅱ中生成的沉淀Y是Fe(OH)2
C．Ⅳ中试剂X可能作氧化剂
D．Ⅴ中发生反应：Pb2＋＋SO=== PbSO4
C [Ⅰ中可使用浓盐酸代替稀盐酸和NaCl的混合溶液，在70 ℃时可与软锰矿中MnO2反应生成Cl2，A错误；MnO2、FeS2和盐酸发生反应：3MnO2＋2FeS2＋12HCl===3MnCl2＋2FeCl3＋4S＋6H2O，步骤Ⅱ调节pH使Fe3＋转化为沉淀，故沉淀Y是Fe(OH)3，B错误；Ⅳ中溶液加入试剂X和氨水，Mn2＋被氧化生成Mn3O4，则试剂X可能作氧化剂，C正确；PbCl2微溶于水，溶液中存在可逆反应：PbCl2＋2Cl－===PbCl，Ⅴ中加入稀硫酸，发生反应：PbCl＋SO===PbSO4＋4Cl－，D错误。]
2．(2020·山东师大附中三模)以铜银合金(含少量铁)废料为原料回收银和铜的工艺流程如下，下列说法正确的是( )
A.粗铜溶于过量稀硝酸，过滤、低温干燥得纯铜
B．电解时用粗银作阴极，硝酸银溶液为电解质溶液
C．用稀硫酸处理渣料时主要发生了氧化还原反应
D．从滤液B中可以提取绿矾(FeSO4·7H2O)
D [Cu可溶于过量稀硝酸，故粗铜溶于过量稀硝酸，过滤、低温干燥不能得到纯铜，A项错误；电解粗银时，用粗银作阳极，纯银作阴极，硝酸银溶液为电解质溶液，B项错误；铜银合金(含少量铁)在高温下与空气中O2反应生成CuO、Fe3O4，用稀硫酸处理渣料时，生成CuSO4、FeSO4和Fe2(SO4)3，发生非氧化还原反应，C项错误；滤液A中含有CuSO4、FeSO4和Fe2(SO4)3，加入适量铁粉过滤，滤液B中含有FeSO4，故从滤液B中可以提取绿矾(FeSO4·7H2O)，D项正确。]
3．(2021·江西南昌二中检测)明矾[KAl(SO4)2·12H2O]是一种重要的化工产品，在生产、生活中都有广泛的用途。某工厂计划利用炼铝厂的废料铝灰(含Al、Al2O3、少量SiO2和FeO·xFe2O3)为原料生产明矾产品，设计的生产工艺流程如下：
已知：Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－36
请回答下列问题：
(1)检验滤液A中是否存在Fe2＋，可用K3[Fe(CN)6]溶液，请写出其检验的离子反应方程式________________________________________________________________________。
(2)沉淀器中加入KMnO4溶液的作用是_________________________________________；
有人认为该生产流程较为复杂，可以用溶液______________________________(填化学式)
代替KMnO4溶液而使操作Ⅰ和操作Ⅱ过程得到优化。
(3)操作Ⅲ是________、________(填操作名称)、过滤、洗涤；在洗涤晶体时采用的洗涤剂最合适的是________(填正确答案标号)。
A．稀硫酸 B．蒸馏水 C．70%酒精
(4)明矾可作净水剂，其净水原理是_______________________________________(用离子方程式表示)。
(5)在沉淀器中调pH＝3，请计算说明Fe3＋是否完全沉淀_________________________。(当Fe3＋离子浓度小于或等于1.0×10－5 mol/L时，可以认为溶液中无该离子)。
解析 (2)铝灰含Al、Al2O3、少量SiO2和FeO·xFe2O3，加入稀硫酸浸出，滤液A中含有Al3＋、Fe2＋、Fe3＋；沉淀器中加入KMnO4溶液，将Fe2＋氧化为Fe3＋，并调节pH＝3，转化为Fe(OH)3沉淀。原流程中为了除去Fe2＋，加入KMnO4引入了MnO，后又加入MnSO4，过于复杂，用H2O2不引入新杂质。
答案 (1)2[Fe(CN)6]3－＋3Fe2＋===Fe3[Fe(CN)6]2↓
(2)将Fe2＋氧化成Fe3＋ H2O2
(3)蒸发浓缩 冷却结晶 C
(4)Al3＋＋3H2O⇌Al(OH)3(胶体)＋3H＋
(5)由Ksp[Fe(OH)3]＝c3(OH－)·c(Fe3＋)＝1.0×10－36可计算c(Fe3＋)＝1.0×10－3 mol·L－1＞1.0×10－5 mol·L－1，所以Fe3＋没有沉淀完全
4．(2020·吉林长春二模)某实验室以含镍废料(主要成分为NiO，还含有少量FeO、Fe2O3、CoO、BaO 和SiO2)为原料制备NixOy和碳酸钴(CoCO3)的工艺流程如下：
已知有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH 如下表：
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Co(OH)2
Ni(OH)2
开始沉淀的pH
1.5
6.5
7.2
7.7
沉淀完全的pH
3.7
9.7
9.4
9.2
请回答以下问题：
(1)“滤渣Ⅰ”主要成分为(填化学式)__________ __________。
(2)“氧化”时(加入NaClO3)的离子方程式为_______________________________。
(3)加入Na2CO3 来“调pH”的目的是生成黄钠铁钒沉淀而除去铁，也可通过加入MO(对应的金属氧化物)来调节 pH 将铁除去，则 pH 控制的范围为_____________。
(4)在实验室萃取操作应该在____________________中完成
(填仪器名称)，向水相中加入NaHCO3时的离子方程式为
________________________________________________________________________。
(5)从NiSO4溶液获得NiSO4·6H2O晶体的操作依次是________，________，过滤，洗涤，干燥。“煅烧”时剩余固体质量与温度变化曲线如图，该曲线中B段所表示氧化物的名称为________。
解析 (1)原料的成分有NiO，FeO，Fe2O3，CoO，BaO和SiO2；加入硫酸酸溶，SiO2不反应，所以会出现在滤渣中，BaO会最终变成BaSO4沉淀，所以也会出现在滤渣中；
(2)氧化步骤的目的是将二价铁转变成三价铁，便于在后续步骤中沉淀法除去，所以离子方程式为6H＋＋ClO＋6Fe2＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O；
(3)加入Na2CO3这一步是为了除去铁，同时也要避免其他元素的损耗，所以选择的pH区间为3.7～7.2；
(4)萃取最关键的仪器是分液漏斗；加入碳酸氢钠后，产物之一是CoCO3沉淀，考虑到NaHCO3是过量的，所以最终的离子方程式为2HCO＋Co2＋===CoCO3↓＋H2O＋CO2↑；
(5)由溶液获取结晶的常规操作是：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤干燥；硫酸镍晶体的摩尔质量是263 g/mol，所以26.3 g即为0.1 mol；280 ℃开始，固体的质量减少，这个时期是因为结晶水丢失导致的，所以A段对应的物质就是0.1 mol的NiSO4；温度到600 ℃，固体的质量再次下降，得到最终的镍的氧化物；根据原子守恒，8.3 g氧化物中Ni的质量为5.9 g，那么O的质量为2.4 g即0.15 mol，所以固体氧化物中n(Ni)∶n(O)＝2∶3，所以固体氧化物即三氧化二镍。
答案 (1)BaSO4和SiO2
(2)6H＋＋ClO＋6Fe2＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O
(3)3.7
(5)蒸发浓缩 冷却结晶 三氧化二镍
章末综合检测(三) 金属及其化合物
一、选择题：本题包括8小题，每小题只有一个选项最符合题意。
1．(2021·山西运城高三调研)《新修本草》中关于“青矾”的描述：“本来绿色，新出窟未见风者，正如琉璃，烧之赤色”。据此推测，“青矾”的主要成分为( )
A．CuSO4·5H2O B．FeSO4·7H2O
C．ZnSO4·7H2O D．KAl(SO4)2·12H2O
B [“青矾”本来绿色，……，烧之赤色，说明“青矾”灼烧过程由绿色变成红色，据此推知“青矾”可能是FeSO4·7H2O。]
2．(2020·北京顺义区期末)下列关于钠、铝、铁、铜和氧气的反应，不正确的是( )
A．铁在氧气中燃烧，产物为Fe2O3
B．钠在空气中易被氧化，所以应该保存在煤油中
C．铝表面很容易被氧气氧化，生成致密的氧化物保护膜
D．铜可以在加热的条件下和氧气反应，生成氧化铜
A [铁在氧气中燃烧生成Fe3O4，A项错误。]
3．(2021·河南鹤壁一中检测)下列反应中，反应后固体物质增重的是( )
A．氢气通过灼热的CuO粉末
B．二氧化碳通过Na2O2粉末
C．铝与Fe2O3发生铝热反应
D．将锌粒投入Cu(NO3)2溶液
B [氢气通过灼热的CuO粉末发生的反应为CuO＋H2Cu＋H2O，固体由CuO变为Cu，反应后固体质量减小，A项错误；二氧化碳通过Na2O2粉末发生的反应为2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，固体由Na2O2变为Na2CO3，反应后固体质量增加，B项正确；铝与Fe2O3发生铝热反应，化学方程式为2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe，反应前后各物质均为固体，根据质量守恒定律知，反应后固体质量不变，C项错误；将锌粒投入Cu(NO3)2溶液发生的反应为Zn＋Cu(NO3)2===Zn(NO3)2＋Cu，固体由Zn变为Cu，反应后固体质量减小，D项错误。]
4．(2021·河南洛阳一中检测)用如图所示实验装置进行相关实验探究，其中装置不合理的是( )
A．鉴别纯碱与小苏打
B．证明Na2O2与水反应放热
C．证明Cl2能与烧碱溶液反应
D．探究钠与Cl2反应
A [鉴别纯碱与小苏打，试管口略向下倾斜，且铁架台的铁夹要夹在离试管口的三分之一处，故此实验装置错误，A项错误；过氧化钠与水反应放出大量热，则脱脂棉燃烧，B项正确；氯气与烧碱溶液反应时，锥形瓶中氯气被消耗，压强减小，气球会变大，C项正确；氯气与钠反应时，尾气端一定要加上蘸有碱液的棉花除去尾气中残留的氯气，避免氯气污染环境，D项正确。]
5．(2021·安徽六校教育研究会联考)已知A、B、D、E均为中学化学中的常见物质，它们之间的转化关系如图所示(部分产物略去)，则下列有关物质的推断不正确的是( )
A．若A是铁，则E可能为稀硝酸
B．若A是AlCl3溶液，E可能是氨水
C．若A是CuO，E是碳，则B为CO
D．若A是NaOH溶液，E是CO2，则B为NaHCO3
B [铁与过量稀硝酸反应生成Fe(NO3)3，与少量稀硝酸反应生成Fe(NO3)2，Fe(NO3)3与铁生成Fe(NO3)2，Fe(NO3)2与稀硝酸生成Fe(NO3)3，A项正确；AlCl3溶液与氨水反应，无论氨水是否过量均生成Al(OH)3沉淀，B项错误；CuO与过量碳反应生成Cu和CO，与少量碳反应生成Cu和CO2，CO和CO2之间可相互转化，C项正确；NaOH溶液与过量CO2反应生成NaHCO3，与少量CO2反应生成Na2CO3，NaHCO3和Na2CO3之间可相互转化，D项正确。]
6．(2021·山西应县检测)新版人民币的硬币采用镍合金，工业上利用镍矿提取镍的一种流程如下：
已知：镍的金属活动性介于铁和铜之间。下列说法不正确的是( )
A．将镍矿粉碎可以加快“酸浸”速率
B．NaClO的作用是氧化Fe2＋
C．NaxFey(SO4)m(OH)n中，x＋2y＝n＋2m
D．工业上可以用热还原法炼镍
C [将镍矿粉碎，可以增大与硫酸接触面积，加快“酸浸”速率，A项正确；NaClO具有强氧化性，可将酸浸液中Fe2＋氧化成Fe3＋，B项正确；Na、Fe的化合价分别为＋1价、＋3价，根据NaxFey(SO4)m(OH)n中各元素化合价代数和为0推知，x＋3y＝n＋2m，C项错误；镍的金属活动性介于铁和铜之间，而工业上常采用热还原法冶炼铁和铜，据此推知，可用热还原法冶炼镍，D项正确。]
7．(2021·山东师大附中一模)实验室可利用硫酸厂废渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁和绿矾(FeSO4·7H2O)，聚铁的化学式可表示为[Fe2(OH)n(SO4)3－0.5n]m，主要工艺流程如下：
下列说法错误的是( )
A．炉渣中FeS与稀硫酸和氧气反应的离子方程式为：4FeS＋3O2＋12H＋===4Fe3＋＋4S↓＋6H2O
B．气体M的成分是SO2，通入H2O2溶液得到硫酸，可循环使用
C．向溶液X中加入过量铁粉，充分反应后过滤得到溶液Y，再经蒸干即得绿矾
D．溶液Z的pH影响聚铁中铁的质量分数，若其pH偏小，将导致聚铁中铁的质量分数偏小
C [炉渣中FeS与稀硫酸和氧气反应生成硫单质、硫酸铁和水，反应的离子方程式为4FeS＋3O2＋12H＋===4Fe3＋＋4S↓＋6H2O，A项正确；气体M的成分是SO2，通入H2O2溶液得到硫酸，可循环使用，B项正确；溶液X中加入过量铁粉，铁和硫酸铁溶液反应生成硫酸亚铁，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到绿矾，C项错误；若溶液Z的pH偏小，则聚铁中生成的氢氧根离子的含量减少，硫酸根离子的含量偏大，将导致聚铁中铁的质量分数偏小，D项正确。]
8．(2021·北京门头沟区一模)某小组在Fe2＋检验实验中观察到异常现象，为探究“红色褪去”的原因，进行如下实验：
编号
实验步骤
现象
实验Ⅰ
溶液先变红，片刻后红色褪去，有气体生成(经检验为O2)
实验Ⅱ
将实验Ⅰ褪色后的溶液分三份分别进行实验
①无明显现象
②溶液变红
③产生白色沉淀
实验Ⅲ
为进一步探究“红色褪去”的原因，又进行以下实验
①
②取反应后的溶液，滴加盐酸和BaCl2溶液
①溶液变红，一段时间后不褪色
②无白色沉淀产生
分析上述三个实验，下列叙述不正确的是( )
A．在此实验条件下H2O2氧化Fe2＋的速率比氧化SCN－的速率快
B．通过实验Ⅱ推出实验Ⅰ中红色褪去的原因是由于SCN－被氧化
C．通过实验Ⅰ和实验Ⅲ对比推出红色褪去只与H2O2的氧化性有关
D．综上所述，实验Ⅰ中红色褪去的原因与化学平衡移动原理无关
D [对比实验Ⅰ和Ⅱ可知，H2O2可将Fe2＋、SCN－氧化，由于实验Ⅰ中溶液先变红，片刻后红色褪去，说明H2O2氧化Fe2＋的速率比氧化SCN－的速率快，A项正确；实验Ⅱ中滴加盐酸和BaCl2溶液，产生白色沉淀，该沉淀应为BaSO4，说明SCN－被氧化生成了SO，B项正确；对比实验Ⅰ和Ⅲ，说明O2不能将SCN－氧化为SO，溶液红色褪去是由于SCN－被H2O2氧化生成了SO，C项正确；实验Ⅰ中存在平衡：Fe3＋＋3SCN－⇌Fe(SCN)3，SCN－被H2O2氧化生成SO，平衡逆向移动，溶液的红色逐渐褪去，D项错误。]
二、非选择题：本题包括3个小题。
9．(2021·安徽蚌埠质检)实验室由铁泥(主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料αFe2O3。其主要实验流程如下：
→→→→……→αFe2O3
(1)酸浸。用一定浓度的H2SO4溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变，实验中采取下列措施能提高铁元素浸出率的有________(填序号)。
A．适当升高酸浸温度
B．适当缩短酸浸时间
C．适当加快搅拌速度
(2)还原。向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉，使Fe3＋完全转化为Fe2＋。“还原”过程中除生成Fe2＋外，还会生成________(填化学式)；检测Fe3＋是否还原完全的实验操作是________________________________________________________________________。
(3)除杂。向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液，使Ca2＋转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低，将会导致CaF2沉淀不完全，其原因是______________________________。
[Ksp(CaF2)＝5.3×10－9、Ka(HF)＝6.3×10－4]
(4)沉铁。将提纯后的FeSO4溶液与NH3·H2O－NH4HCO3混合溶液反应，生成FeCO3沉淀。
生成FeCO3沉淀的离子方程式为_____________________________________。
答案 (1)AC
(2)H2 取少量清液，向其中滴加几滴KSCN溶液，观察溶液颜色是否呈红色
(3)pH偏低形成HF，导致溶液中F－浓度减小，CaF2沉淀不完全
(4)Fe2＋＋HCO＋NH3·H2O===FeCO3↓＋NH＋H2O或Fe2＋＋HCO＋NH3===FeCO3↓＋NH
10．(2021·河南部分重点校联考)草酸铅(PbC2O4)是某医药的中间体，以废旧铅酸电池的铅膏(PbO、PbO2、PbSO4)为原料，制备草酸铅的工艺流程如下：
已知：①PbO2具有强氧化性，稀硝酸不能氧化H2O。
②PbO可溶于稀硝酸。
回答下列问题：
(1)步骤①的目的是“脱硫”，即将PbSO4转化为PbCO3，“脱硫”过程可在如图所示的装置中进行。仪器X的名称是________，“脱硫”时适宜温度为35 ℃，则可采用的加热方式是______________。
(2)步骤③中H2O2的作用是_________________________，
该反应的离子方程式为_________________________________；
溶解PbO的离子方程式为______________________________。
(3)已知：得到的PbC2O4样品中不可能含有碱式碳酸铅[2PbCO3·Pb(OH)2]，二者受热都易分解生成PbO。请完成如下实验，证明该样品中不存在碱式碳酸铅。
实验步骤
实验现象
取一定量干燥的样品，______________________________________
__________________________________
(4)测定制得的草酸铅固体的纯度：称取5.90 g PbC2O4固体，酸溶后配制成250 mL溶液，然后量取25.00 mL该溶液，用0.05 mol·L－1的EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定(Pb2＋＋H2Y2－===PbY2－＋2H＋，杂质不反应)，至滴定终点时消耗EDTA标准溶液28.00 mL。则草酸铅的纯度为________；若滴定完成时，发现滴定管内有气泡，测定结果将________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
解析 (1)仪器X的名称为三颈烧瓶；根据“脱硫”时适宜温度为35 ℃，所以采用温水浴加热。
(2)PbO2具有强氧化性，能够将双氧水氧化，加双氧水的目的是将PbO2还原为Pb2＋，反应的离子方程式为PbO2＋2H＋＋H2O2===Pb2＋＋2H2O＋O2↑；根据已知信息②可知PbO溶解的离子方程式为PbO＋2H＋===Pb2＋＋H2O。
(3)二者受热都易分解生成PbO，根据元素守恒可知，碱式碳酸铅分解可以生成水，利用无水硫酸铜不变蓝色，证明样品中没有碱式碳酸铅。
(4)根据Pb2＋＋H2Y2－===PbY2－＋2H＋，消耗EDTA标准溶液28.00 mL，则n(PbC2O4)＝n(Pb2＋)＝n(H2Y2－)＝0.028 L×0.05 mol·L－1，则250 mL溶液中n(PbC2O4)＝0.028 L×0.05 mol·L－1×，因此草酸铅的纯度＝×100%＝70%；若滴定完成时发现滴定管内有气泡，则滴定过程中实际消耗的EDTA标准液体积大于滴定管测得的体积，导致测定结果偏低。
答案 (1)三颈烧瓶 温水浴(或水浴加热)
(2)将PbO2还原为Pb2＋ PbO2＋2H＋＋H2O2===Pb2＋＋2H2O＋O2↑ PbO＋2H＋===Pb2＋＋H2O
(3)加热样品使其分解，将产生的气体通过装有无水硫酸铜的干燥管 无水硫酸铜不变蓝色
(4)70% 偏低
11．(2020·北京房山区二模)某小组用实验Ⅰ验证Fe2(SO4)3与Cu的反应，观察到了异常现象，决定对其进行深入探究。
实验Ⅰ：
(1)Fe2(SO4)3溶液常温下呈酸性的原因是____________________________________。
(2)Fe2(SO4)3与KSCN溶液反应的离子方程式为_______________________________。
(3)实验前，小组同学预测经过步骤2后溶液不应该呈现红色，依据是_______________。
(4)实验小组对白色沉淀的产生进行了深入探究
查阅资料：ⅰ.CuSCN为难溶于水的白色固体。
ⅱ.SCN－被称为拟卤素离子，性质与卤素离子相似
经过实验测定白色固体为CuSCN，查阅资料后小组同学猜测CuSCN的生成有如下两种可能
猜测1：Cu2＋与KSCN发生了氧化还原反应
猜测2：亚铁离子将其还原Cu2＋＋Fe2＋===Cu＋＋Fe3＋ Cu＋＋SCN－===CuSCN↓
为证实猜想小组同学做了实验Ⅱ和Ⅲ。
(FeSO4和CuSO4溶液浓度为0.1 mol/L，KSCN溶液浓度为0.4 mol/L)
实验序号
对比实验及试剂
实验步骤
实验现象
Ⅱ
加入1 mL KSCN溶液
开始时溶液的上方变为红色，一段时间后红色向下蔓延，最后充满整支试管
加入1 mL KSCN溶液
溶液变成绿色
①猜测1的离子方程式___________________________________________；
②实验Ⅱ中试管________(填字母)中的现象可以证实猜测1不成立。
实验序号
对比实验及试剂
实验步骤
实验现象
Ⅲ
加入2 mL CuSO4溶液
溶液变为淡蓝色
再加入1 mL KSCN溶液
溶液的上层变为红色，有白色沉淀发生，一段时间后整支试管溶液呈红色
加入4 mL CuSO4溶液
溶液变为淡蓝色
再加入1 mL KSCN溶液
溶液的上层变为红色，有白色沉淀产生，一段时间后整支试管溶液呈浅红色
加入2 mL CuSO4溶液
溶液变为淡蓝色
再加入1 mL KSCN溶液
溶液的上层变为红色，有白色沉淀产生，一段时间后整支试管溶液呈深红色
(5)Fe3＋的氧化性本应强于Cu2＋，结合实验Ⅲ中的现象解释Cu2＋＋Fe2＋===Cu＋＋Fe3＋能正向发生的原因是___________________________。
(6)实验小组查阅资料并讨论后得出：溶液中离子在反应时所表现的氧化性强弱与相应还原产物的价态和状态有关。由此分析生成CuSCN沉淀使Cu2＋的氧化性增强，并补充实验进一步证明。补充的实验是________________________________。
解析 (1)Fe2(SO4)3是强酸弱碱盐，Fe3＋发生水解反应而使溶液呈酸性。
(2)Fe2(SO4)3和KSCN溶液反应生成易溶于水的弱电解质Fe(SCN)3，该反应是可逆反应，离子方程式为Fe3＋＋3SCN－⇌Fe(SCN)3。
(3)2 mL 0.05 mol/L Fe2(SO4)3溶液中含1×10－4 mol Fe2(SO4)3，0.15 g铜粉约为0.002 34 mol，二者发生反应：Fe2(SO4)3＋Cu===2FeSO4＋CuSO4，二者反应后铜粉剩余，溶液中应不含Fe3＋，滴加KSCN溶液后，溶液不应呈现红色。
(5)从平衡移动角度分析反应发生的原因，SCN－与Cu＋形成CuSCN沉淀，SCN－与Fe2＋、Fe3＋、Cu＋形成配合物，大大降低了Cu＋和Fe3＋的浓度，使反应Cu2＋＋Fe2＋===Cu＋＋Fe3＋正向移动。
(6)分析生成CuSCN沉淀使Cu2＋的氧化性增强，可以设计成对比实验：在两支试管中分别加入等体积、等浓度FeSO4溶液，再加入等体积、等浓度CuSO4溶液，最后加入等体积、不同浓度KSCN溶液，根据溶液中颜色深浅进行验证。也可以设计成双液原电池，利用石墨作电极，两个烧杯中分别加入等浓度CuSO4、FeSO4溶液，再在CuSO4溶液中滴加浓KSCN溶液，根据滴加溶液前后，电流计指针的偏转程度进行验证。
答案 (1)Fe3＋＋3H2O⇌Fe(OH)3＋3H＋，Fe3＋水解显酸性
(2)Fe3＋＋3SCN－⇌Fe(SCN)3
(3)依据反应Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，Cu粉过量不应有Fe3＋存在
(4)①2Cu2＋＋4SCN－===2CuSCN↓＋(SCN)2↑
②B
(5)由于SCN－与Cu＋形成沉淀以及SCN－与Fe2＋、Fe3＋、Cu＋形成配合物，大大降低了产物中Cu＋和Fe3＋的浓度，使得该反应平衡得以正向移动
(6)答案不唯一，合理即可得分，可设计对比实验
对比实验及试剂
实验步骤
实验现象
加入4 mL 0.1 mol/L CuSO4溶液
再加入1 mL 0.4 mol/L KSCN溶液
一段时间后整支试管溶液呈红色
加入4 mL 0.1 mol/L CuSO4溶液
再加入1 mL 1 mol/L KSCN溶液
一段时间后整支试管溶液比F试管颜色更深
也可设计成原电池装置
在左侧烧杯中滴入1滴浓度较大的硫氰化钾溶液，在滴入前与滴入后记录电压表(或电流计)示数的变化
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