新高考2024版高考化学一轮复习微专题小练习专练15金属及其化合物的制备流程

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A．“焙烧”中产生CO2
B．滤渣的主要成分为Fe（OH）2
C．滤液①中Cr元素的主要存在形式为CrO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4))
D．淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
2.[2022·全国乙卷]废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等。为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。
一些难溶电解质的溶度积常数如下表：
一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：
回答下列问题：
（1）在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为 ，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因 。
（2）在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）在“酸浸”中，除加入醋酸（HAc），还要加入H2O2。
（ⅰ）能被H2O2氧化的离子是 ；
（ⅱ）H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb（Ac）2，其化学方程式为 ；
（ⅲ）H2O2也能使PbO2转化为Pb（Ac）2，H2O2的作用是________________________________________________________________________。
（4）“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是 。
（5）“沉铅”的滤液中，金属离子有 。
3.[2022·辽宁卷]某工厂采用辉铋矿（主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质）与软锰矿（主要成分为MnO2）联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4，工艺流程如下：
已知：①焙烧时过量的MnO2分解为Mn2O3，FeS2转变为Fe2O3；
②金属活动性：Fe>（H）>Bi>Cu；
③相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下：
回答下列问题：
（1）为提高焙烧效率，可采取的措施为 。
a.进一步粉碎矿石
b.鼓入适当过量的空气
c.降低焙烧温度
（2）Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）“酸浸”中加入浓盐酸的作用为：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②________________________________________________________________________。
（4）滤渣的主要成分为 （填化学式）。
（5）生成气体A的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（6）加入金属Bi的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（7）将100 kg辉铋矿进行联合焙烧，转化时消耗1.1 kg金属Bi，假设其余各步损失不计，干燥后称量BiOCl产品质量为32 kg，滴定测得产品中Bi的质量分数为78.5%。辉铋矿中Bi元素的质量分数为 。
4.某研究性学习小组将一定浓度的Na2CO3溶液滴入CuSO4溶液中得到蓝色沉淀。
甲同学认为沉淀可能是CuCO3；
乙同学认为沉淀可能是Cu（OH）2；
丙同学认为沉淀可能是CuCO3和Cu（OH）2的混合物。[查阅资料知：CuCO3和Cu（OH）2均不带结晶水，受热均易分解，各生成对应的两种氧化物]
Ⅰ.（1）乙同学的观点，你认为其原理是（用离子方程式表示）：________________________________________________________________________。
（2）在探究沉淀成分前，须将沉淀从溶液中过滤、洗涤、低温干燥，检验沉淀是否洗涤干净的方法是_________________________________________________________________。
Ⅱ.请用下图所示装置，选择必要的试剂，定性探究生成物的成分。
（3）B装置中试剂的化学式是 ，C装置中试剂的名称是 。
（4）能证明乙同学观点正确的预期实验现象是
________________________________________________________________________。
Ⅲ.若丙同学的观点正确，可利用下列装置通过实验测定其组成。
（5）实验装置的连接顺序为__________________________________________________。
（6）装置C中碱石灰的作用是 ，实验开始和结束时都要通过量的空气，请说明结束时通入过量空气的作用是________________________________________________________________________。
（7）若沉淀样品的质量为m g，装置B质量增加了n g，则沉淀中CuCO3的质量分数为 。
5.草酸亚铁晶体（FeC2O4·2H2O）是一种浅黄色固体，难溶于水，受热易分解，是生产锂电池的原材料，也常用作分析试剂及显影剂等，其制备流程如下：
（1）配制硫酸亚铁铵[（NH4）2Fe（SO4）2]溶液时，需加少量硫酸，目的是________________________________________________________________________。
（2）加热到沸腾时发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入硫酸酸化的KMnO4溶液，振荡，溶液变为棕黄色，同时有气体生成。已知反应中MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 转化为无色的Mn2＋，则该过程中被氧化的元素是 ，若反应中消耗1 ml FeC2O4·2H2O，则参加反应的n（KMnO4）＝ 。
（4）称取3.80 g草酸亚铁晶体（FeC2O4·2H2O相对分子质量是180）用热重法对其进行热分解，得到剩余固体的质量随温度变化的曲线如图所示：
①过程Ⅰ发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②300 ℃时剩余固体只有一种且是铁的氧化物，试通过计算确定该氧化物的化学式或名称（请写出计算过程）。
专练15 金属及其化合物的制备流程
1．B 焙烧过程中铁、铬元素均被氧化，同时转化为对应的钠盐，水浸时铁酸钠遇水水解生成氢氧化铁沉淀，滤液中存在铬酸钠，与淀粉的水解产物葡萄糖发生氧化还原反应得到氢氧化铬沉淀。铁、铬氧化物与碳酸钠和氧气反应时生成对应的钠盐和二氧化碳，A正确；焙烧过程铁元素被氧化，滤渣的主要成分为氢氧化铁，B错误；滤液①中Cr元素的化合价是＋6价，铁酸钠遇水水解生成氢氧化铁沉淀溶液显碱性，所以Cr 元素主要存在形式为CrO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，C正确；由分析知淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用，D正确；故选B。
2．答案：（1）PbSO4（s）＋CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) （aq）===PbCO3（s）＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) （aq） 存在沉淀溶解平衡PbSO4（s）⇌Pb2＋（aq）＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) （aq），已知Ksp（PbCO3）≪Ksp（PbSO4），加入Na2CO3，可将PbSO4转化为更难溶的PbCO3，有利于后续溶于酸
（2）沉淀转化反应BaSO4（s）＋CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) （aq）⇌BaCO3（s）＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) （aq）的平衡常数K≈0.04，K值较小，说明正向反应程度有限
（3）（ⅰ）Fe2＋ （ⅱ）Pb＋H2O2＋2HAc===Pb（Ac）2＋2H2O （ⅲ）H2O2作还原剂，还原PbO2
（4）Al（OH）3、Fe（OH）3、BaSO4
（5）Ba2＋、Na＋
解析：（1）结合难溶电解质的Ksp，可知利用Na2CO3“脱硫”发生沉淀转化反应：PbSO4（s）＋CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) （aq）===PbCO3（s）＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) （aq）；存在沉淀溶解平衡PbSO4（s）⇌Pb2＋（aq）＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) （aq），已知Ksp（PbCO3）≪Ksp（PbSO4），加入Na2CO3，可将PbSO4转化为更难溶的PbCO3，有利于后续溶于酸。（2）沉淀转化反应BaSO4（s）＋CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) （aq）⇌BaCO3（s）＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) （aq）的平衡常数K＝ eq \f(c（SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ）,c（CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ）) ＝ eq \f(Ksp（BaSO4）,Ksp（BaCO3）) ＝ eq \f(1.1×10－10,2.6×10－9) ≈0.04，K值较小，说明正向反应程度有限，BaSO4不能完全转化为BaCO3。（3）（ⅰ）根据铅膏的组成成分中含铁元素可知，H2O2能够氧化的离子为Fe2＋；（ⅱ）H2O2将Pb氧化为Pb2＋，继而Pb2＋与醋酸反应生成Pb（Ac）2，反应的化学方程式为Pb＋H2O2＋2HAc===Pb（Ac）2＋2H2O；（ⅲ）PbO2转化为Pb（Ac）2的过程中Pb元素化合价降低，则H2O2作还原剂，起到还原PbO2的作用。（4）“脱硫”时，BaSO4部分转化为BaCO3，Ba元素以BaSO4、BaCO3的形式进入“酸浸”工序，此外还有Al、Fe等金属元素，结合题给金属氢氧化物沉淀时的pH和铅膏的成分，可知滤渣中含有Al（OH）3、Fe（OH）3、BaSO4。（5）“沉铅”后的滤液中有“酸浸”时BaCO3溶于酸产生的Ba2＋，还有因加入NaOH溶液而引入的Na＋。
3．答案：（1）ab
（2）2Bi2S3＋9O2 eq \(=====,\s\up7(高温)) 2Bi2O3＋6SO2
（3）抑制金属离子水解 （4）SiO2
（5）Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O
（6）将Fe3＋转化为Fe2＋
（7）24.02%
解析：（1）a项，联合焙烧时，进一步粉碎矿石，可以增大矿石与空气的接触面积，能够提高焙烧效率；b项，鼓入适当过量的空气有利于矿石充分反应；c项，降低焙烧温度，反应速率减慢，不利于提高焙烧效率；
（2）Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，根据原子守恒可知还应生成SO2，结合得失电子守恒，反应的化学方程式为2Bi2S3＋9O2 eq \(=====,\s\up7(高温)) 2Bi2O3＋6SO2；（3）加入浓盐酸后，溶液中含有的离子主要为Bi3＋、Fe3＋、Mn2＋、H＋、Cl－，而酸浸后取滤液进行转化，故要防止金属离子水解生成沉淀，进入滤渣，造成制得的BiOCl产率偏低；（4）滤渣主要为不溶于浓盐酸的SiO2；（5）因Mn2O3有氧化性，会与浓盐酸发生氧化还原反应：Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O；（6）由已知信息③知，调pH＝2.6时，Fe3＋会水解生成Fe（OH）3沉淀，但Fe2＋还没开始沉淀，故要将Fe3＋转化为Fe2＋，在调pH后获得含FeCl2的滤液，为了不引入新的杂质，加入Bi作还原剂。
（7）根据题目信息可知，32 kg BiOCl产品中Bi元素的质量为32 kg×78.5%＝25.12 kg，转化时消耗1.1 kg金属Bi，根据Bi元素守恒可知，100 kg辉铋矿中Bi的质量分数为 eq \f(25.12－1.1,100) ×100%＝24.02%。
4．答案：（1）Cu2＋＋CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋H2O===Cu（OH）2↓＋CO2↑
（2）取最后一次洗涤液（或上层清液），滴加BaCl2（或硝酸钡）溶液，无沉淀生成，说明已洗净。
（3）CuSO4 澄清石灰水
（4）B中无水硫酸铜变蓝，C中澄清石灰水不变浑浊
（5）C→A→B→D→E
（6）吸收空气中的水蒸气和CO2 结束时通入过量的空气可以将装置中滞留的水蒸气和CO2赶出。
（7） eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1－\f(49n,9m))) ×100%
解析：（1）乙同学的观点，是考虑到了CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 的水解，所以离子方程式为Cu2＋＋CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋H2O===Cu（OH）2↓＋CO2↑
（2）洗涤干净的标准是不含有SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，故可以加入钡盐来检验，规范做法是取最后一次洗涤液（或上层清液），滴加BaCl2（或硝酸钡）溶液，无沉淀生成，说明已洗净。
（3）该装置一是为了检验是否有水生成，另一是检验是否有CO2。若有水生成，说明是Cu（OH）2，若有CO2生成，说明是CuCO3。故B装置检验是否有水生成，采用无水硫酸铜，化学式为CuSO4，C装置是为了检验是否有二氧化碳生成，故是澄清石灰水。
（4）乙同学的观点是生成Cu（OH）2，故沉淀加热后会生成水，故B装置变蓝，C装置没明显变化。
（5）结合所给药品及实验仪器，在加热CuCO3、Cu（OH）2混合物的过程中，Cu（OH）2分解挥发出的水蒸气可用浓硫酸吸收，通过测量其质量，折算出物质的组成及含量，故实验装置的连接顺序为C→A→B→D→E
（6）为了排除空气中水蒸气和CO2的干扰，用装置C中碱石灰来净化吸收；实验开始时通入过量空气，可将装置内的水蒸气和CO2全部排除干净，而结束时通入过量空气的目的是可以将装置中滞留的水蒸气和CO2赶出，保证实验的准确性。
（7）由Cu（OH）2 eq \(=====,\s\up7(△)) CuO＋H2O可知，Cu（OH）2的质量为 eq \f(49n,9) g，沉淀中CuCO3的质量分数为 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1－\f(49n,9m))) ×100%
5．答案：（1）抑制Fe2＋水解
（2）（NH4）2Fe（SO4）2＋H2C2O4＋2H2O===FeC2O4·2H2O↓＋H2SO4＋（NH4）2SO4
（3）碳和铁 0.6
（4）①FeC2O4·2H2O eq \(=====,\s\up7(△)) FeC2O4＋2H2O ②Fe2O3
解析：（1）配制（NH4）2Fe（SO4）2溶液时，溶液中亚铁离子水解显酸性，加少量硫酸的目的是抑制其水解。
（2）硫酸亚铁铵溶液中加入草酸生成草酸亚铁沉淀、硫酸和硫酸铵，反应的化学方程式为：（NH4）2Fe（SO4）2＋H2C2O4＋2H2O===FeC2O4·2H2O↓＋H2SO4＋（NH4）2SO4。
（3）向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入几滴硫酸酸化的KMnO4溶液，振荡，发现溶液颜色逐渐变为棕黄色，并检测到CO2生成，说明草酸亚铁被氧化为铁离子、二氧化碳气体，说明铁元素和碳元素被氧化，根据离子方程式5FeC2O4＋3MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ＋24H＋===5Fe3＋＋3Mn2＋＋10CO2↑＋12H2O可知，消耗1 ml FeC2O4·2H2O，则参加反应的KMnO4为0.6 ml；
（4）①通过剩余固体的质量可知，过程Ⅰ发生的反应是：草酸亚铁晶体受热失去结晶水，反应的化学方程式为：
FeC2O4·2H2O eq \(=====,\s\up7(△)) FeC2O4＋2H2O；
②3.6 g草酸亚铁晶体中的铁元素质量为：3.6 g× eq \f(56,180) ＝1.12 g，草酸亚铁晶体中的铁元素完全转化到氧化物中，氧化物中氧元素的质量为：1.60 g－1.12 g＝0.48 g，铁元素和氧元素的物质的量之比为：2∶3，铁的氧化物的化学式为Fe2O3。
难溶电解质
PbSO4
PbCO3
BaSO4
BaCO3
Ksp
2.5×10－8
7.4×10－14
1.1×10－10
2.6×10－9
金属氢氧化物
Fe（OH）3
Fe（OH）2
Al（OH）3
Pb（OH）2
开始沉淀的pH
2.3
6.8
3.5
7.2
完全沉淀的pH
3.2
8.3
4.6
9.1
开始沉淀pH
完全沉淀pH
Fe2＋
6.5
8.3
Fe3＋
1.6
2.8
Mn2＋
8.1
10.1