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2020届二轮复习 元素及其化合物 学案（全国通用）
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专题五 元素及其化合物
最新考纲解读
命题热点透析
1.了解常见金属的活动顺序。
2.了解常见金属及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。
3.了解合金的概念及其重要应用。
4.了解常见非金属元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。
5.了解常见非金属单质及其重要化合物对环境的影响。
6.以上各部分知识的综合应用。
命题热点
考查方式
1.钠及其化合物(Na2O2、NaHCO3、Na2CO3)的性质
2.Al及其化合物的性质
3.Fe2＋与Fe3＋之间的转换关系及鉴别
4.铜的冶炼及铜的化合物[铜绿、CuO、Cu(OH2)]的性质
5.常见非金属元素及其化合物的重要性质和用途
6.常见非金属单质及其重要化合物对环境的影响
本专题在高考中以选择题和非选择题的形式出现，通常以无机工艺流程为载体，考查物质间的转化，也可与实验相联系，考查物质鉴别与性质探究
主干知识梳理
一、金属及其化合物
1．掌握常见物质的颜色
Na2O(白色)、Na2O2(淡黄色)、MgO(白色、熔点高)、Al2O3(白色、熔点高)、Fe2O3(红棕色)、FeO(黑色)、Fe3O4(黑色、具有磁性)、CuO(黑色)、Cu(OH)2(蓝色)、Fe(OH)2(白色)、Fe(OH)3(红褐色)。
2．熟记四种物质的俗名
Na2CO3—纯碱、苏打，NaHCO3—小苏打，
KAl(SO4)2·12H2O—明矾，CuSO4·5H2O—胆矾、蓝矾。
3．知道十一种物质的重要用途
钠——制Na2O2、冶炼Ti等金属、钠钾合金作原子反应堆导热剂
铁粉——袋装食品中的脱氧剂
生石灰(CaO)——袋装食品中的干燥剂
氧化铁(Fe2O3)——红色涂料、冶炼铁
氧化铝(Al2O3)——耐火材料、冶炼铝
氢氧化铝——中和胃酸
明矾(KAl(SO4)2·12H2O)——净水剂
氯化铁——印刷电路板回收铜、净水剂
小苏打(NaHCO3)——治疗胃酸过多、发酵粉、灭火剂
纯碱(Na2CO3)——去油污
高铁酸钠(Na2FeO4)——杀菌、消毒、净水
4．掌握两个数据
等量的铝与足量的NaOH溶液、盐酸反应，产生H2的量相等，消耗NaOH、HCl的物质的量之比为1∶3。
5．掌握常见认识误区
(1)Na2O2的认识误区
①Na2O2不是碱性氧化物。
②Na2O2与CO2或H2O反应时，Na2O2既是氧化剂又是还原剂。
③过氧化钠中阴离子为O。
(2)铝及其重要化合物“两性”的理解
①铝可与强酸、强碱反应，但铝不能叫两性元素。
②Al2O3、Al(OH)3分别属于两性氧化物、两性氢氧化物，但它们只能与强酸、强碱反应。
③既能与酸反应生成气体，又能与碱反应生成气体的物质未必一定是Al，还可能是(NH4)2CO3或NH4HCO3等。
(3)Fe3＋、Fe2＋的检验误区
①溶液中加入KSCN溶液，溶液变红色，只能说明溶液中含有Fe3＋，无法证明是否含有Fe2＋。
②当溶液中含有Fe3＋时，若要检验是否含Fe2＋只能利用Fe2＋的还原性，如加入KMnO4溶液，看紫色是否褪去。
③某溶液中加入碱溶液后，最终得到红褐色沉淀，并不能断定该溶液中一定含有Fe3＋，也可能含有Fe2＋。
二、非金属及其化合物
1．Si与强碱溶液的反应
非金属单质与碱液反应一般无H2放出，但Si除外：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
2．SiO2的性质
二氧化硅存在以下两个反应：①SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；②SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，但二氧化硅不是两性氧化物。
3．浓度变化对反应的影响
(1)Cu＋H2SO4(稀)―→不反应；
Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。
(2)MnO2＋HCl(稀)―→不反应；
MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑。
(3)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。
4．注意区分SO2的还原性和漂白性
如SO2使溴水褪色体现了SO2的还原性；而SO2的漂白性是由于它溶于水与有色物质直接化合，形成不稳定的无色化合物。
5．NH3的实验室制法
(1)反应原理：2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O。
(2)实验装置：固体＋固体气体。
(3)净化措施：用碱石灰干燥。
(4)收集方法：用向下排空气法收集。
(5)验满方法：用湿润的红色石蕊试纸或蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口。
6．氯及其化合物中的热点
(1)HClO、HClO2、HClO3、HClO4酸性依次增强，但氧化性依次减弱；
(2)HCl的特殊制法，浓盐酸中滴加浓H2SO4。
(3)Cl2实验室制法，氧化剂可以为
7．卤素化合物以次氯酸盐为重点
(1)ClO－类似NO，酸性环境氧化性增强，但ClO－又不同于NO，任何环境都体现氧化性，如ClO－与I－、Fe2＋均不能共存。
(2)ClO－体现水解性，因HClO酸性很弱，ClO－水解显示碱性，如Fe3＋＋3ClO－＋3H2O===Fe(OH)3↓＋3HClO。
8．两大强酸与金属反应的有关规律
(1)硝酸与金属反应时存在着如下几条规律，可作为硝酸与金属反应计算的依据：
①反应中生成的NO和NO2气体的物质的量之和等于反应中被还原的硝酸的物质的量。
②反应中生成的NO和NO2的物质的量与生成的硝酸盐中NO的物质的量之和等于参加反应的硝酸的物质的量。
③反应所生成的氮的氧化物与O2混合后被水恰好完全吸收时消耗的O2的量决定于反应的金属的物质的量，定量关系可依据电子得失守恒确定。
(2)硫酸与金属反应的规律
①稀硫酸具有弱氧化性，与金属活动性顺序表中排在氢后面的金属不反应，其氧化性由溶液中的H＋表现；浓硫酸具有强氧化性，能氧化绝大多数金属，其氧化性由H2SO4分子中的＋6价S表现，是强氧化性酸。
②浓硫酸与足量活泼金属反应时，其还原产物除SO2外，还有H2。这是因为随着反应的进行，硫酸不断消耗，水不断生成，硫酸的浓度逐渐变小，浓硫酸变成了稀硫酸，此时由H＋表现氧化性，生成H2。
③浓硫酸与金属活动顺序表中排在氢后面的金属反应时，不论金属是否足量，酸均不可能消耗完，还原产物只有SO2。
高频考点探究
考点1 元素及其化合物的性质与转化
例1 在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是( )
A．NaHCO3(s)Na2CO3(s)NaOH(aq)
B．Al(s)NaAlO2(aq)Al(OH)3(s)
C．AgNO3(aq)[Ag(NH3)2]＋(aq)Ag(s)
D．Fe2O3(s)Fe(s)FeCl3(aq)
答案 A
解析 A项，NaHCO3受热分解生成Na2CO3、CO2和H2O，Na2CO3与饱和石灰水反应生成CaCO3和NaOH，两步反应均能实现；B项，Al与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2，NaAlO2与过量盐酸反应生成NaCl、AlCl3和H2O，第二步反应不能实现；C项，AgNO3 中加入氨水可获得银氨溶液，蔗糖中不含醛基，蔗糖不能发生银镜反应，第二步反应不能实现；D项，Al与Fe2O3高温条件下发生铝热反应生成Al2O3和Fe，Fe与HCl反应生成FeCl2和H2，第二步反应不能实现。
常见元素及其化合物的转化关系
1．钠及其重要化合物
2．铝及其重要化合物
3．铁及其重要化合物
4．铜及其重要化合物
5．氯及其重要化合物
6．硫及其重要化合物
7．氮及其重要化合物
8．碳、硅及其化合物
1．化学在生活中有着广泛的应用，下列对应关系错误的是( )
化学性质
实际应用
A
Al2(SO4)3和小
苏打反应
泡沫灭火器灭火
B
铁比铜金属性强
FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板
C
次氯酸盐具有氧化性
漂白粉漂白织物
D
HF与SiO2反应
氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记
答案 B
解析 FeCl3与Cu的反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2不能用来比较铁与铜的金属性强弱，B错误。
2．下列各组物质中，满足表中图示物质在一定条件下一步转化关系的组合有( )
序号
X
Y
Z
W
①
Cu
CuSO4
Cu(OH)2
CuO
②
Na
NaOH
Na2CO3
NaCl
③
Cl2
Ca(ClO)2
HClO
HCl
④
Fe
FeCl3
FeCl2
Fe(OH)2
A．①②③ B．①③④
C．②③ D．①④
答案 A
解析 ①CuCuSO4Cu(OH)2CuOCu，正确；②NaNaOHNa2CO3NaClNa，正确；③Cl2Ca(ClO)2HClOHClCl2，正确；④FeFeCl3Fe2＋Fe(OH)2，但Fe(OH)2―→Fe不能一步实现，④错误。
3．短周期主族元素V、W、X、Y、Z的原子序数依次增大。由这五种元素组成的九种物质中，n、r、u是气体单质，其余均为化合物；n是黄绿色气体，m是能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的无色气体，p是无色液体，q是淡黄色固体。它们的转化关系如图所示。
下列说法正确的是( )
A．实验室制取m和u时，气体发生装置可以相同
B．原子半径：W>X>Y
C．反应①、②均为置换反应
D．n与t溶液反应时，t作还原剂
答案 A
解析 n、r、u是气体单质，其余均为化合物；n是黄绿色气体，应为氯气；m是能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的无色气体，应为NH3；p是无色液体，应为水；q是淡黄色固体，应为Na2O2；Na2O2与水反应生成的气体u为氧气，t为NaOH；氯气和氨气反应生成的r为氮气，s为氯化铵，氯化铵和氢氧化钠混合加热生成氨气、水和氯化钠，其中v为NaCl。实验室用氯化铵和消石灰混合加热制取NH3，用氯酸钾和二氧化锰混合加热制O2，均可利用大试管加热装置进行，A正确；由分析可知短周期主族元素V、W、X、Y、Z依次为H、N、O、Na、Cl，其中钠的原子半径在短周期主族元素中最大，而N与O的核电荷数越大，原子半径越小，则原子半径：Na>N>O，B错误；反应①是置换反应，而反应②为Na2O2与水反应生成氧气和NaOH的反应，不是置换反应，C错误；Cl2溶于NaOH生成NaCl、NaClO及水，Cl2既作还原剂，又作氧化剂，D错误。
考点2 元素及其化合物的性质实验探究
例2 根据SO2通入不同溶液中的实验现象，所得结论不正确的是( )
实验
现象
结论
A
含HCl、BaCl2的FeCl3溶液
产生白色沉淀
SO2有还原性
B
H2S溶液
产生黄色沉淀
SO2有氧化性
C
酸性KMnO4溶液
紫色溶液褪色
SO2有漂白性
D
Na2SiO3溶液
产生胶状沉淀
酸性：H2SO3>H2SiO3
答案 C
解析 SO2被FeCl3氧化生成SO，再与BaCl2反应产生白色沉淀，体现了SO2的还原性，A正确；SO2与H2S溶液发生反应SO2＋2H2S===3S↓＋2H2O，体现了SO2的氧化性，B正确；SO2使酸性KMnO4溶液褪色，体现了SO2的还原性，C错误；SO2与Na2SiO3溶液反应产生胶状沉淀，根据强酸制弱酸，可得出酸性：H2SO3>H2SiO3，D正确。
1．重要金属及其离子的性质与检验
(1)Na分别与H2O和乙醇发生的反应均属于置换反应，二者现象明显不同，前者剧烈，后者缓慢。
(2)焰色反应是元素的性质，无论游离态还是化合态，均具有相同的焰色反应，它不是化学变化，在观察钾元素的焰色反应时，应通过蓝色的钴玻璃片。
(3)引发铝热反应的操作是高考实验考查的热点，具体操作是先铺一层KClO3，然后插上镁条，最后点燃镁条。
并不是Al与所有金属氧化物均能组成铝热剂，该金属氧化物对应的金属活泼性应比铝弱。
(4)Al2O3、Al(OH)3与NaOH溶液的反应常用于物质的分离提纯。Al(OH)3不溶于氨水，所以实验室常用铝盐和氨水来制备Al(OH)3。
(5)利用偏铝酸盐制备Al(OH)3，一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解。若向偏铝酸盐溶液中通入CO2，生成的Al(OH)3不溶于碳酸，CO2过量时生成HCO，不过量时生成CO，书写离子反应方程式时要特别注意。
(6)向含Fe2＋的溶液中加入硝酸、KMnO4溶液、氯水等具有氧化性的物质时，溶液会出现浅绿色―→黄色的颜色变化，该现象可用于Fe2＋的检验。
(7)Fe3＋的检验方法较多，如观察溶液颜色法(黄色)、NaOH溶液法(生成红褐色沉淀)、KSCN溶液法(生成红色溶液)，前面两种方法需溶液中Fe3＋浓度较大时才适用，最好也最灵敏的方法是KSCN溶液法。Fe2＋的检验可采用先加入KSCN溶液后再加入氧化剂的方法；也可用铁氰化钾检验Fe2＋，现象是生成蓝色沉淀Fe3[Fe(CN)6]2。
(8)配制FeCl2溶液既要防氧化(加入Fe粉)，又要防水解(加入盐酸)；配制FeCl3溶液要加入浓盐酸防止水解。
(9)制备Fe(OH)2的方法很多，原则有两点：一是溶液中的溶解氧必须提前除去；二是反应过程中必须与O2隔绝。同时要牢记Fe(OH)2转化为Fe(OH)3时沉淀的颜色变化(白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色)。
(10)Fe(OH)3胶体的制备方法是将饱和FeCl3溶液滴加到沸水中，加热至液体呈红褐色后立即停止加热。胶体不带电，带电的是胶粒。
2．性质探究实验方案设计的一般方法
(1)比较金属的活动性：①与水或酸反应的难易；②利用置换反应；③设计成原电池，其负极活泼性强；④利用电解时的放电顺序；⑤比较最高价氧化物对应水化物的碱性强弱。
(2)比较非金属的活动性：①利用置换反应；②与氢气反应的难易；③气态氢化物的稳定性、还原性；④比较最高价氧化物对应水化物的酸性强弱。
(3)比较酸(碱)的酸(碱)性强弱：较强的酸(碱)能制得较弱的酸(碱)。
4．利用如图所示装置进行下列实验，能得出相应实验结论的是( )
选项
①
②
③
实验结论
A
稀硫酸
Na2S
AgNO3与AgCl的浊液
Ksp(AgCl)> Ksp(Ag2S)
B
浓硫酸
蔗糖
溴水
浓硫酸具有脱水性、氧化性
C
稀盐酸
Na2SO3
Ba(NO3)2溶液
SO2与可溶性钡盐均可生成白色沉淀
D
浓硝酸
Na2CO3
Na2SiO3溶液
酸性：硝酸>碳酸>硅酸
答案 B
解析 A中①②反应生成的气体为H2S，在试管中会首先与③AgNO3中的Ag＋结合生成Ag2S沉淀，与Ksp无关，A错误；B中①②反应生成的二氧化硫气体使溴水褪色，说明浓硫酸有氧化性，蔗糖变黑，说明浓硫酸有脱水性，B正确；C中①②反应生成的气体为SO2，通入Ba(NO3)2溶液后被H＋和NO氧化为SO，SO和Ba2＋生成硫酸钡沉淀，C错误；D中浓硝酸有挥发性，挥发出的硝酸也会与Na2SiO3溶液反应得到硅酸沉淀，因此不能证明酸性：硝酸>碳酸>硅酸，D错误。
5．某同学利用下列装置探究Na与CO2反应的还原产物，已知PdCl2＋CO＋H2O===Pd(黑色)↓＋CO2＋2HCl。下列相关分析错误的是( )
A．Ⅰ中发生反应可以是Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑
B．Ⅱ中浓硫酸的目的是干燥CO2
C．实验时，Ⅲ中石英玻璃管容易受到腐蚀
D．步骤Ⅳ的目的是证明还原产物是否有CO
答案 A
解析 Ⅰ中应该利用大理石和稀盐酸在简易装置中反应制取二氧化碳，发生反应是CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，A错误；钠能与水反应，二氧化碳必须干燥，故Ⅱ中浓硫酸的目的是干燥CO2，B正确；实验时，Ⅲ中高温条件下反应产生的碳酸钠会与二氧化硅反应，故石英玻璃管容易受到腐蚀，C正确；步骤Ⅳ利用PdCl2与一氧化碳反应产生黑色物质，目的是证明还原产物是否有CO，D正确。
考点3 新情境下化学方程式的书写
例3 Ⅰ.化合物Mg5Al3(OH)19(H2O)4可作环保型阻燃材料，受热时按如下化学方程式分解：
2Mg5Al3(OH)19(H2O)427H2O↑＋10MgO＋3Al2O3
(1)写出该化合物作阻燃剂的两条依据________________________。
(2)用离子方程式表示除去固体产物中Al2O3的原理________________。
(3)已知MgO可溶于NH4Cl的水溶液，用化学方程式表示其原理______。
Ⅱ.磁性材料A是由两种元素组成的化合物，某研究小组按如图流程探究其组成：
请回答：
(1)A的组成元素为________(用元素符号表示)，化学式为____________。
(2)溶液C可溶解铜片，例举该反应的一个实际应用_____________________。
(3)已知化合物A能与稀硫酸反应，生成一种淡黄色不溶物和一种气体(标况下的密度为1.518 g·L－1)，该气体分子的电子式为______________________。写出该反应的离子方程式：_________________________________。
(4)写出F→G反应的化学方程式：___________________________________
_________________________________________________________。
设计实验方案探究溶液G中的主要微粒(不考虑H2O、H＋、K＋、I－)
____________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案 Ⅰ.(1)反应吸热降低温度，固体氧化物隔绝空气，水蒸气稀释空气
(2)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
(3)MgO＋2NH4Cl＋H2O===MgCl2＋2NH3·H2O
(或NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl，MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O)
Ⅱ.(1)S，Fe Fe3S4
(2)制印刷电路板
(3) Fe3S4＋6H＋===3H2S↑＋3Fe2＋＋S
(4)H2SO3＋I2＋H2O===H2SO4＋2HI 取溶液G，加入过量BaCl2溶液，若产生白色沉淀，则有SO；过滤后取滤液，滴加H2O2溶液，若再产生白色沉淀，则有H2SO3
解析 Ⅰ.(1)在受热分解过程中需要吸收热量，且MgO和Al2O3熔点较高，覆盖在表面可以起到隔绝空气的作用，生成的水蒸气起到稀释空气的作用。
(2)MgO不能与NaOH溶液反应，而Al2O3能与NaOH溶液反应，所以可用NaOH溶液除去Al2O3：2OH－＋Al2O3===2AlO＋H2O。
(3)NH4Cl溶液由于NH水解使得溶液呈酸性而能与MgO反应：2NH4Cl＋MgO＋H2O===MgCl2＋2NH3·H2O。
Ⅱ.(1)加入KSCN溶液呈血红色可知含有Fe3＋，所以B是Fe2O3，且n(Fe2O3)＝＝0.015 mol，黄色溶液C是FeCl3溶液；无色酸性溶液F能使棕红色的I2的KI溶液变为无色，且酸性变强，所以可知无色气体E是SO2，无色酸性溶液F是H2SO3，I2可与H2SO3发生氧化还原反应生成H2SO4和HI而使溶液酸性变强，所以A中含有Fe和S两种元素，且n(S)＝＝0.04 mol，所以化合物A中n(Fe)∶n(S)＝0.015×2∶0.04＝3∶4，即化学式为Fe3S4。
(2)FeCl3可与Cu反应，所以可用来制印刷电路板。
(3)淡黄色不溶物是S，由标准状况下的密度可知气体的摩尔质量为1.518 g·L－1×22.4 L·mol－1≈34 g·mol－1，所以是H2S，则发生反应的离子方程式为Fe3S4＋6H＋===3Fe2＋＋3H2S↑＋S。
(4)I2可将H2SO3氧化：H2SO3＋H2O＋I2===H2SO4＋2HI；G中主要微粒是SO、I－、H＋，还可能含有未反应的H2SO3，SO可用BaCl2溶液检验，而H2SO3可先用氧化剂如H2O2氧化后再用BaCl2溶液检验。
“四步法”书写氧化还原类信息方程式：
(1)将所给物质按反应物和生成物进行分类。
(2)确立氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物四种物质。
(3)依据得失电子守恒确定上述四种物质的反应系数比。
(4)根据原子守恒及电荷守恒(离子方程式)结合反应所处的环境补充其他反应物或产物，然后配平。
注意介质的酸碱性：一般来说，反应物中有H＋或OH－，则生成物中有水；反之，若反应物中有水，则产物中一般有H＋或OH－。
6．请写出下列不同情境下的化学方程式。
(1)氨气在微生物的作用下与氧气反应生成HNO2，写出该反应的化学方程式：__________________________________________________。
(2)我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器大多受到了环境的腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要的意义。采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O可与有害组分CuCl2发生复分解反应，该反应的化学方程式为___________。
(3)在含低价铁元素的硫酸盐溶液中，加入少量过氧化钠，观察到的现象是有红褐色沉淀产生，溶液变黄色。则有关反应的离子方程式为___________。
(4)工业上常用铝土矿(主要成分为Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质)生产铵明矾[NH4Al(SO4)2·12H2O]，其工艺流程如图所示：
①操作Ⅲ中发生反应的离子方程式为______________________________。
②操作Ⅶ中发生反应的化学方程式为______________________________。
答案 (1)2NH3＋3O22HNO2＋2H2O
(2)Ag2O＋CuCl2===2AgCl＋CuO
(3)6Fe2＋＋3Na2O2＋6H2O===4Fe(OH)3↓＋2Fe3＋＋6Na＋
(4)①AlO＋CO2＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓
②(NH4)2S2O8＋2H2O===2NH4HSO4＋H2O2
7．(1)KClO3可以和草酸(H2C2O4)、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质。写出该反应的化学方程式：_____________。
(2)工业上，通过如下转化可制得KClO3晶体：
NaCl溶液NaClO3溶液KClO3晶体，完成Ⅰ中反应的总化学方程式：
NaCl＋H2ONaClO3＋____________。
(3)硫化氢具有还原性，可以和许多氧化剂反应。在酸性条件下，H2S和KMnO4反应生成S、MnSO4、K2SO4
和H2O，写出该反应的化学方程式：______________________。
答案 (1)2KClO3＋H2C2O4＋2H2SO4===2ClO2↑＋2CO2↑＋2KHSO4＋2H2O
(2)1 3 1 3H2↑
(3)5H2S＋2KMnO4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋8H2O＋5S↓
解析 (2)根据氧化还原反应的规律可知，NaCl中Cl由－1价升高为NaClO3中的＋5价，则必有另一元素化合价降低，即氢元素的化合价从＋1价降低到0价，因此另一产物为H2。
考点4 元素化合物知识的综合应用——无机化工流程
例4 Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为__________________。
(2)“酸浸”后，钛主要以TiOCl形式存在，写出相应反应的离子方程式：
________________________________________________________________。
(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率/%
92
95
97
93
88
分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因：_________________________。
(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为________。
(5)若“滤液②”中c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？__________(列式计算)。[FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10－22、1.0×10－24]
(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式：
____________________________________________________________。
解题关键 ①抓住盐酸、氨水、磷酸、双氧水、氢氧化锂、碳酸、草酸等物质发生的化学反应。
②抓住混合物的分离方法。
答案 (1)100 ℃、2 h，90 ℃、5 h
(2)FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl＋2H2O
(3)低于40 ℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40 ℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降
(4)4
(5)Fe3＋恰好沉淀完全时，c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1，c3(Mg2＋)·c2(PO)值为0.013×(1.3×10－17)2≈1.7×10－40＜Ksp[Mg3(PO4)2]，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀
(6)2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O42LiFePO4＋3CO2↑＋H2O
解析 (1)从图像直接可以看出，铁的浸出率为70%时对应的温度、时间为100 ℃、2 h和90 ℃、5 h。
(2)难点为生成物还有什么，FeTiO3中钛为＋4价，铁为＋2价，产物有FeCl2，比较FeTiO3和TiOCl知，产物中一定有H2O。值得注意的是FeTiO3与盐酸反应是非氧化还原反应。
(3)联系化学反应速率、双氧水和氨水性质分析转化率。这类问题要从两个角度分析，即低于40 ℃时，随着温度的升高，反应速率加快；高于40 ℃时，氨水挥发速率加快、双氧水分解速率加快，导致反应物浓度降低，结果转化率降低。
(4)锂元素在化合物中只有一种化合价(＋1)，过氧键中氧显－1价，由化合物中元素化合价代数和等于0，设Li2Ti5O15中－2价、－1价氧原子个数分别为x、y，有，解得x＝7，y＝8。所以，过氧键数目为＝4。
(5)分两步计算：①计算Fe3＋完全沉淀时PO浓度。c(Fe3＋)·c(PO)＝Ksp(FePO4)，c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1；②混合后，溶液中Mg2＋浓度为c(Mg2＋)＝0.01 mol·L－1，c3(Mg2＋)·c2(PO)＝0.013×(1.3×10－17)2≈1.7×10－40
1．原料预处理的五种措施
研磨
减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率
水浸
与水接触反应或溶解
酸浸
与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
灼烧
除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质
煅烧
改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土
2．物质提纯的六种方法
方法
目的
水溶法
除去可溶性杂质
酸溶法
除去碱性杂质
碱溶法
除去酸性杂质
氧化剂或
还原剂法
除去还原性或氧化性杂质
加热灼烧法
除去受热易分解或易挥发的杂质
调节pH法
如除去酸性铜盐溶液中的Fe3＋等
3．审题技巧
无机化工流程题中经常会出现一些表述性词语，这些表述性词语常为隐性信息，它可以暗示我们审题所应考虑的角度。常见的有：
(1)“控制较低温度”——常考虑物质的挥发、物质的不稳定性等。
(2)“加过量试剂”——常考虑反应完全或增大转化率、产率等。
(3)“能否加其他物质”——常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。
(4)“在空气中或在其他气体中”——主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。
(5)“控制pH”——常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。
(6)“用某些有机试剂清洗”——常考虑降低物质溶解度，有利于析出、减少损耗和提高利用率等。
4．无机化工流程题的解题步骤
第一步：要通过学过的化学知识明确原料和产品(包括副产品)间的转化关系，即箭头方向所代表的含义。
第二步：分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务的。
第三步：由于该类试题多与实际的工业生产相联系，有些问题就需要从生产成本、物质的循环利用、环境污染等角度进行考虑。
第四步：注意从题设问题中获取信息，帮助解题。
8．BaCl2可用于电子、仪表等工业。以毒重石(主要成分为BaCO3，含少量CaCO3、MgSO4、Fe2O3、SiO2等杂质)为原料，模拟工业提取BaCl2·2H2O的流程如下：
已知：①Ksp(BaC2O4)＝1.6×10－7，Ksp(CaC2O4)＝2.3×10－9。
②离子浓度小于至1×10－5认为沉淀完全。
Ca2＋
Mg2＋
Fe3＋
开始沉淀时的pH
11.9
9.1
1.9
完全沉淀时的pH
13.9
11.0
3.7
(1)滤渣Ⅰ的成分为________(填化学式)，过滤所需玻璃仪器有___________。
(2)加入NaOH溶液后所得滤液Ⅲ中，含有的Mg2＋浓度为____________；加入H2C2O4时应避免过量，其原因是______________________________________。
(3) BaCl2母液中除了含有Ba2＋、Cl－外，还含有大量的________(填离子符号)。有人从“绿色化学”角度设想将“母液”沿虚线进行循环使用，请分析在实际工业生产中是否可行，__________(填“可行”或“不可行”)，理由是___________
________________________________________________________________。
答案 (1)SiO2、BaSO4 玻璃棒、烧杯、漏斗
(2)1.0×10－8 mol/L 防止生成BaC2O4沉淀
(3)Na＋ 不可行 母液中的NaCl浓度会越来越大，最终产品纯度降低
解析 毒重石(主要成分为BaCO3，含少量CaCO3、MgSO4、Fe2O3、SiO2等杂质)加入盐酸溶解，生成氯化钙、氯化镁、氯化钡和氯化铁，且少量硫酸根离子与钡离子反应生成硫酸钡，滤渣Ⅰ为SiO2、BaSO4；加入氢氧化钠调节pH＝12.5，铁离子、镁离子转化为氢氧化镁、氢氧化铁沉淀进入滤渣Ⅱ，滤液含氯化钡和氯化钙，加入草酸反应生成草酸钙沉淀，即滤渣Ⅲ为草酸钙；滤液Ⅲ蒸发浓缩、冷却结晶得到氯化钡晶体。
(1)滤渣Ⅰ的成分为SiO2、BaSO4，过滤所需玻璃仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗。
(2)镁离子完全沉淀的pH＝11，则Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝10－5×(10－3)2＝1.0×10－11，当pH＝12.5时，c(OH－)＝10－1.5 mol/L，Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝c(Mg2＋)×(10－1.5)2＝1.0×10－11，加入NaOH溶液后所得滤液Ⅲ中，含有的Mg2＋浓度为1.0×10－8 mol/L；加入H2C2O4时应避免过量，其原因是防止生成BaC2O4沉淀。
(3)BaCl2母液中除了含有Ba2＋、Cl－外，过程中加入了氢氧化钠，故还含有大量的Na＋。有人从“绿色化学”角度设想将“母液”沿虚线进行循环使用，在实际工业生产中不可行，因为母液中的NaCl浓度会越来越大，最终产品纯度降低。
9．工业上常用铝土矿(主要成分为Al2O3，还含有SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝氢化钠，铝氢化钠(NaAlH4)是有机合成的重要还原剂，工艺流程如下：
已知：SiO2在“碱液”中转化为铝硅酸钠(Na2Al2SixO8)沉淀。
(1)过量NaOH溶液溶解铝土矿时为了提高浸出率可采取的措施是________
_________________________________。(任写一种)
(2)电解Ⅰ的化学方程式为____________________。
(3)“灼烧”操作用到的主要仪器有________、________、三脚架、玻璃棒、酒精灯、坩埚钳。
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。
物质A为________。(填化学式)
(5)反应Ⅲ的化学方程式为______________________，某同学经过分析认为可以再设计一个电解槽，电解________(填物质名称)溶液，更能实现副产物的循环利用。
(6)某同学认为该制备工艺也可以先酸溶，再加入NaOH溶液，当溶液中铁离子沉淀完全时，此时溶液的pH是________。(一般认为室温下离子浓度小于10－5 mol/L时沉淀完全；Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－35，Ksp[Al(OH)3]＝3×10－34)
答案 (1)加热或粉碎矿石或适当增大NaOH溶液浓度
(2)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
(3)坩埚 泥三角
(4)O2
(5)4NaH＋AlCl3===NaAlH4＋3NaCl 氯化钠(其他合理答案也可)
(6)4
解析 根据图示可以分析出整个流程为：SiO2在“碱液”中转化为铝硅酸钠Na2Al2SixO8沉淀，氧化铁与氢氧化钠不反应，氧化铝转化为偏铝酸钠，则过滤Ⅰ得到的滤渣是Na2Al2SixO8和Fe2O3。加入碳酸氢钠溶液，氢氧化钠转化为碳酸钠，偏铝酸钠转化为氢氧化铝沉淀和碳酸钠，过滤得到氢氧化铝，滤液是碳酸钠溶液；氢氧化铝灼烧转化为氧化铝，电解熔融氧化铝得到金属铝和氧气，铝与氯气化合生成氯化铝，氯化铝与NaH反应生成NaAlH4。
(1)过量NaOH溶液溶解铝土矿时为了提高浸出率可采取的措施有：加热或粉碎矿石或适当增大NaOH溶液浓度等。
(2)根据以上分析可知电解Ⅰ的化学方程式为2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
(3)“灼烧”固体氢氧化铝时用到的主要仪器有坩埚、泥三角、三脚架、玻璃棒、酒精灯、坩埚钳。
(4)阳极是氢氧根离子放电，则物质A为O2。
(5)根据质量守恒定律，反应Ⅲ的化学方程式为4NaH＋AlCl3===NaAlH4＋3NaCl，由于反应中有氯化钠生成，电解氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠，更能实现副产物的循环利用。
(6)根据氢氧化铁的溶度积常数可知当溶液中Fe3＋沉淀完全时，溶液中氢氧根离子的浓度是 mol/L＝10－10 mol/L，因此溶液的pH是4。
1．磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：
下列叙述错误的是( )
A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋
D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
答案 D
解析 废旧电池中含有重金属，随意丢弃容易污染环境，因此合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用，A正确；根据流程的转化可知从正极片中可回收的金属元素有Al、Fe、Li，B正确；HNO3可以将磷酸亚铁锂滤渣中的Fe2＋氧化为Fe3＋，得到含Li、P、Fe等滤液，加入碱液生成氢氧化铁沉淀，因此“沉淀”反应的金属离子是Fe3＋，C正确；硫酸锂能溶于水，因此上述流程中不能用硫酸钠代替碳酸钠，D错误。
2．下列制取SO2、验证其漂白性、收集并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是( )
A.制取SO2
B .验证漂白性
C.收集SO2
D.尾气处理
答案 B
解析 铜片和稀硫酸不反应，无法制备SO2，A错误。SO2能使品红溶液褪色，因此可以验证SO2的漂白性，B正确。SO2密度比空气大，用排空气法收集SO2时，导气管应“长进短出”，C错误。SO2和饱和NaHSO3溶液不反应，因此NaHSO3溶液不能作为吸收液，可用NaOH溶液，D错误。
3．某白色粉末由两种物质组成，为鉴别其成分进行如下实验：
①取少量样品加入足量水仍有部分固体未溶解；再加入足量稀盐酸，有气泡产生，固体全部溶解；
②取少量样品加入足量稀硫酸有气泡产生，振荡后仍有固体存在。
该白色粉末可能为( )
A．NaHCO3、Al(OH)3 B．AgCl、NaHCO3
C．Na2SO3、BaCO3 D．Na2CO3、CuSO4
答案 C
解析 样品加入水NaHCO3溶解，再加入稀盐酸Al(OH)3溶解，HCl与NaHCO3反应放出气体，但样品中加入稀硫酸，不会出现固体，A错误；样品加入水NaHCO3溶解，再加入稀盐酸AgCl不溶解，B错误；样品加入水Na2SO3溶解，再加入稀盐酸BaCO3溶解，产生气体，而加入稀硫酸产生CO2和SO2的混合气体，且生成BaSO4沉淀，C正确；样品加入稀硫酸，不会出现固体，D错误。
4．海水开发利用的部分过程如图所示。下列说法错误的是( )
A．向苦卤中通入Cl2是为了提取溴
B．粗盐可采用除杂和重结晶等过程提纯
C．工业生产中常选用NaOH作为沉淀剂
D．富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收
答案 C
解析 苦卤中含有Br－，通入Cl2可将Br－氧化生成Br2，A正确；粗盐中含有Ca2＋、SO等杂质离子，故先除杂得NaCl和KCl的混合溶液，而NaCl的溶解度随温度变化不大，故采用重结晶可以得到纯净的NaCl，B正确；工业上沉淀海水中的Mg2＋，采用Ca(OH)2，不用NaOH，因为NaOH的价格较贵，C错误；Br2易挥发，用热气吹出后，用SO2吸收，生成H2SO4和HBr，富集后再用Cl2处理HBr生成Br2，D正确。
5．我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：
相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Zn2＋
Cd2＋
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
回答下列问题：
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为________________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有__________；氧化除杂工序中ZnO的作用是______________，若不通入氧气，其后果是______________。
(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_______________________________________________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为____________；沉积锌后的电解液可返回__________工序继续使用。
答案 (1)2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2＋
(3)Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd
(4)Zn2＋＋2e－===Zn 溶浸
解析 (1)由于闪锌矿的主要成分是ZnS，因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2。
(2)由于硫酸铅不溶于水，因此滤渣1的主要成分除SiO2外还有PbSO4；要沉淀铁离子，需要调节溶液的pH，又因为不能引入新杂质，所以需要利用氧化锌调节pH，即氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH。根据表中数据可知沉淀亚铁离子的pH较大，所以若不通入氧气，其后果是无法除去杂质Fe2＋。
(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，反应的离子方程式为Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极发生得到电子的还原反应，因此阴极是锌离子放电，则阴极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn；阳极是氢氧根离子放电，破坏了水的电离平衡，产生氢离子，所以电解后还有硫酸产生，因此沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。
6．水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：
回答下列问题：
(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_____________，还可使用______________代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分是________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为______________________________________。
(3)加氨水过程中加热的目的是______________________________。
沉淀B的主要成分为________、________(填化学式)。
(4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为：MnO＋H＋＋H2C2O4―→Mn2＋＋CO2＋H2O。实验中称取0.400 g水泥样品，滴定时消耗了0.0500 mol·L－1的KMnO4溶液36.00 mL，则该水泥样品中钙的质量分数为________。
答案 (1)将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋ 双氧水(H2O2)
(2)SiO2(或H2SiO3) SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(3)防止胶体生成，易沉淀分离 Fe(OH)3 Al(OH)3
(4)45.0%
解析 (1)Fe3＋容易在pH较小时转换为沉淀，所以需要将Fe2＋氧化为Fe3＋。双氧水可以将Fe2＋氧化为Fe3＋且不会引入杂质。
(2)二氧化硅(或H2SiO3)不溶于一般酸溶液，但可以溶于氢氟酸中，所以沉淀A是二氧化硅(或H2SiO3)，发生的反应为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF===SiF4↑＋3H2O)。
(3)加热可以促进Fe3＋、Al3＋水解转换为Fe(OH)3、Al(OH)3。pH 4～5时Ca2＋、Mg2＋不沉淀，Fe3＋、Al3＋沉淀，所以沉淀B为Fe(OH)3、Al(OH)3。
(4)5Ca2＋～5H2C2O4～2KMnO4
n(KMnO4)＝0.0500 mol/L×36.00×10－3 L＝1.80×10－3 mol
n(Ca2＋)＝1.80×10－3× mol＝4.50×10－3 mol
水泥中钙的质量分数为×100%＝45.0%。
7．以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分
数/%
2.2～2.9
2.8～3.1
22～28
60～65
1～2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：
回答下列问题：
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为_________________，同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是________。
(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2＋变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为________mol。
(3)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有__________________。
(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性(填“酸”“碱”或“中”)。
(5)“流出液”中阳离子最多的是________。
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式___________________________________________________________。
答案 (1)V2O5＋2H＋===2VO＋H2O SiO2
(2)0.5
(3)Fe(OH)3和Al(OH)3
(4)碱
(5)K＋
(6)2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑
解析 (1)V2O5及VO中的V均为＋5价，“酸浸”时，发生非氧化还原反应，根据原子守恒及电荷守恒不难写出离子方程式；“酸浸”时，V2O5转化成VO，V2O4转化成VO2＋，K2SO4可溶于水，Fe2O3及Al2O3分别转化成Fe3＋和Al3＋，所以“废渣1”的主要成分是SiO2。
(2)欲使3 mol VO2＋变为VO需转移3 mol e－，1 mol KClO3作氧化剂生成Cl－转移6 mol e－，所以需KClO3至少0.5 mol。
(3)“中和”时加入KOH溶液，钒以V4O形式存在于溶液中，K2SO4可溶，Fe3＋和Al3＋分别转化成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀进入“废渣2”。
(4)该反应的逆反应为洗脱过程，增大c(OH－)，有利于平衡向左移动，所以淋洗液应呈碱性。
(5)由流程图可以看出，H＋在酸浸时损耗，钒转化为V4O(阴离子)，Fe3＋及Al3＋转化为沉淀，所以“流出液”中阳离子最多的是K＋。
(6)“煅烧”时肯定得到V2O5，其他物质自然写出。
8．硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示：
回答下列问题：
(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式：_______________。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有________________(写出两条)。
(2)利用________的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是________________。(写化学式)
(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是__________________。然后再调节溶液的pH约为5，目的是______________________________。
(4)“粗硼酸”中的主要杂质是________(填名称)。
(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为________________。
(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程：_____________________。
答案 (1)Mg2B2O5·H2O＋2H2SO42H3BO3＋2MgSO4 提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径
(2)Fe3O4 SiO2和CaSO4
(3)将Fe2＋氧化成Fe3＋ 使Fe3＋与Al3＋形成氢氧化物沉淀而除去
(4)(七水)硫酸镁
(6)2H3BO3B2O3＋3H2O、B2O3＋3Mg2B＋3MgO
解析 (1)Mg2B2O5·H2O与硫酸反应得到硼酸和硫酸镁：Mg2B2O5·H2O＋2H2SO42H3BO3＋2MgSO4。结合影响反应速率的因素，提高反应速率可以适当升高温度、减小铁硼矿粉粒径或适当提高硫酸的浓度等。
(2)给出的物质中只有Fe3O4有磁性，二氧化硅不溶于硫酸，硫酸钙属于微溶物，所以“浸渣”中还有SiO2和CaSO4。
(3)能与H2O2反应的是Fe2＋，H2O2把Fe2＋氧化成Fe3＋。调节溶液pH约为5时，Fe3＋和Al3＋都形成沉淀，过滤除去。
(6)2H3BO3B2O3＋3H2O，结合铝热反应知识，可写出镁置换出B的化学方程式：B2O3＋3Mg2B＋3MgO。
9．硫酸锰在锰系产品中具有重要地位，由软锰矿(MnO2)和硫铁矿(FeS2)制备流程如下：
(1)从“除质2”后的溶液中得到MnSO4固体的操作为________、降温结晶、过滤和干燥。
(2)下图是在一定条件下，不同浓度的硫酸对各元素浸出率的影响，由此得出的相关结论是：
①____________________；②__________________。
提高软锰矿浸出率的措施还有__________________和__________________。
(3)除铁剂为H2SO5和氨水。
①H2SO5中S的化合价为＋6，其中过氧键的数目为________，加入其目的是________________________。
②写出Fe3＋生成沉淀黄铵铁矾NH4Fe3(SO4)2(OH)6的离子方程式_________
________________________________________________________________。
答案 (1)蒸发浓缩
(2)除锰外，硫酸浓度越低(高)，浸出率越低(高) 硫酸浓度与锰的浸出率相关性不完全一致 升高温度 粉碎矿石
(3)①1 氧化亚铁离子，便于之后除去 ②6NH3·H2O＋3Fe3＋＋2SO===NH4Fe3(SO4)2(OH)6＋5NH
解析 (1)从“除质2”后的溶液中得到MnSO4固体，是由溶液得到固体的过程，实验操作为蒸发浓缩、降温结晶、过滤和干燥。
(2)根据图示，pH越大，即硫酸浓度越小，各元素的浸出率越低，但锰元素有反常，即硫酸浓度与锰的浸出率相关性不完全一致。提高软锰矿浸出率，还可以采取的措施有升高温度、将矿石粉碎、延长浸取时间等。
(3)①根据化合物中正负化合价的代数和为0，可知H2SO5中5个O总化合价为－8。设－2价氧原子个数为x，－1价氧原子个数为y，则x＋y＝5、－2x－y＝－8，解得x＝3，y＝2。2个－1价氧形成一个过氧键。H2SO5含有过氧键，具有强氧化性，加入的目的是氧化亚铁离子，便于之后除去。②生成沉淀黄铵铁矾，是向溶液中加入氨水，离子方程式为6NH3·H2O＋3Fe3＋＋2SO===NH4Fe3(SO4)2(OH)6＋5NH。
最新考纲解读
命题热点透析
1.了解常见金属的活动顺序。
2.了解常见金属及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。
3.了解合金的概念及其重要应用。
4.了解常见非金属元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。
5.了解常见非金属单质及其重要化合物对环境的影响。
6.以上各部分知识的综合应用。
命题热点
考查方式
1.钠及其化合物(Na2O2、NaHCO3、Na2CO3)的性质
2.Al及其化合物的性质
3.Fe2＋与Fe3＋之间的转换关系及鉴别
4.铜的冶炼及铜的化合物[铜绿、CuO、Cu(OH2)]的性质
5.常见非金属元素及其化合物的重要性质和用途
6.常见非金属单质及其重要化合物对环境的影响
本专题在高考中以选择题和非选择题的形式出现，通常以无机工艺流程为载体，考查物质间的转化，也可与实验相联系，考查物质鉴别与性质探究
主干知识梳理
一、金属及其化合物
1．掌握常见物质的颜色
Na2O(白色)、Na2O2(淡黄色)、MgO(白色、熔点高)、Al2O3(白色、熔点高)、Fe2O3(红棕色)、FeO(黑色)、Fe3O4(黑色、具有磁性)、CuO(黑色)、Cu(OH)2(蓝色)、Fe(OH)2(白色)、Fe(OH)3(红褐色)。
2．熟记四种物质的俗名
Na2CO3—纯碱、苏打，NaHCO3—小苏打，
KAl(SO4)2·12H2O—明矾，CuSO4·5H2O—胆矾、蓝矾。
3．知道十一种物质的重要用途
钠——制Na2O2、冶炼Ti等金属、钠钾合金作原子反应堆导热剂
铁粉——袋装食品中的脱氧剂
生石灰(CaO)——袋装食品中的干燥剂
氧化铁(Fe2O3)——红色涂料、冶炼铁
氧化铝(Al2O3)——耐火材料、冶炼铝
氢氧化铝——中和胃酸
明矾(KAl(SO4)2·12H2O)——净水剂
氯化铁——印刷电路板回收铜、净水剂
小苏打(NaHCO3)——治疗胃酸过多、发酵粉、灭火剂
纯碱(Na2CO3)——去油污
高铁酸钠(Na2FeO4)——杀菌、消毒、净水
4．掌握两个数据
等量的铝与足量的NaOH溶液、盐酸反应，产生H2的量相等，消耗NaOH、HCl的物质的量之比为1∶3。
5．掌握常见认识误区
(1)Na2O2的认识误区
①Na2O2不是碱性氧化物。
②Na2O2与CO2或H2O反应时，Na2O2既是氧化剂又是还原剂。
③过氧化钠中阴离子为O。
(2)铝及其重要化合物“两性”的理解
①铝可与强酸、强碱反应，但铝不能叫两性元素。
②Al2O3、Al(OH)3分别属于两性氧化物、两性氢氧化物，但它们只能与强酸、强碱反应。
③既能与酸反应生成气体，又能与碱反应生成气体的物质未必一定是Al，还可能是(NH4)2CO3或NH4HCO3等。
(3)Fe3＋、Fe2＋的检验误区
①溶液中加入KSCN溶液，溶液变红色，只能说明溶液中含有Fe3＋，无法证明是否含有Fe2＋。
②当溶液中含有Fe3＋时，若要检验是否含Fe2＋只能利用Fe2＋的还原性，如加入KMnO4溶液，看紫色是否褪去。
③某溶液中加入碱溶液后，最终得到红褐色沉淀，并不能断定该溶液中一定含有Fe3＋，也可能含有Fe2＋。
二、非金属及其化合物
1．Si与强碱溶液的反应
非金属单质与碱液反应一般无H2放出，但Si除外：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
2．SiO2的性质
二氧化硅存在以下两个反应：①SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；②SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，但二氧化硅不是两性氧化物。
3．浓度变化对反应的影响
(1)Cu＋H2SO4(稀)―→不反应；
Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。
(2)MnO2＋HCl(稀)―→不反应；
MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑。
(3)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。
4．注意区分SO2的还原性和漂白性
如SO2使溴水褪色体现了SO2的还原性；而SO2的漂白性是由于它溶于水与有色物质直接化合，形成不稳定的无色化合物。
5．NH3的实验室制法
(1)反应原理：2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O。
(2)实验装置：固体＋固体气体。
(3)净化措施：用碱石灰干燥。
(4)收集方法：用向下排空气法收集。
(5)验满方法：用湿润的红色石蕊试纸或蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口。
6．氯及其化合物中的热点
(1)HClO、HClO2、HClO3、HClO4酸性依次增强，但氧化性依次减弱；
(2)HCl的特殊制法，浓盐酸中滴加浓H2SO4。
(3)Cl2实验室制法，氧化剂可以为
7．卤素化合物以次氯酸盐为重点
(1)ClO－类似NO，酸性环境氧化性增强，但ClO－又不同于NO，任何环境都体现氧化性，如ClO－与I－、Fe2＋均不能共存。
(2)ClO－体现水解性，因HClO酸性很弱，ClO－水解显示碱性，如Fe3＋＋3ClO－＋3H2O===Fe(OH)3↓＋3HClO。
8．两大强酸与金属反应的有关规律
(1)硝酸与金属反应时存在着如下几条规律，可作为硝酸与金属反应计算的依据：
①反应中生成的NO和NO2气体的物质的量之和等于反应中被还原的硝酸的物质的量。
②反应中生成的NO和NO2的物质的量与生成的硝酸盐中NO的物质的量之和等于参加反应的硝酸的物质的量。
③反应所生成的氮的氧化物与O2混合后被水恰好完全吸收时消耗的O2的量决定于反应的金属的物质的量，定量关系可依据电子得失守恒确定。
(2)硫酸与金属反应的规律
①稀硫酸具有弱氧化性，与金属活动性顺序表中排在氢后面的金属不反应，其氧化性由溶液中的H＋表现；浓硫酸具有强氧化性，能氧化绝大多数金属，其氧化性由H2SO4分子中的＋6价S表现，是强氧化性酸。
②浓硫酸与足量活泼金属反应时，其还原产物除SO2外，还有H2。这是因为随着反应的进行，硫酸不断消耗，水不断生成，硫酸的浓度逐渐变小，浓硫酸变成了稀硫酸，此时由H＋表现氧化性，生成H2。
③浓硫酸与金属活动顺序表中排在氢后面的金属反应时，不论金属是否足量，酸均不可能消耗完，还原产物只有SO2。
高频考点探究
考点1 元素及其化合物的性质与转化
例1 在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是( )
A．NaHCO3(s)Na2CO3(s)NaOH(aq)
B．Al(s)NaAlO2(aq)Al(OH)3(s)
C．AgNO3(aq)[Ag(NH3)2]＋(aq)Ag(s)
D．Fe2O3(s)Fe(s)FeCl3(aq)
答案 A
解析 A项，NaHCO3受热分解生成Na2CO3、CO2和H2O，Na2CO3与饱和石灰水反应生成CaCO3和NaOH，两步反应均能实现；B项，Al与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2，NaAlO2与过量盐酸反应生成NaCl、AlCl3和H2O，第二步反应不能实现；C项，AgNO3 中加入氨水可获得银氨溶液，蔗糖中不含醛基，蔗糖不能发生银镜反应，第二步反应不能实现；D项，Al与Fe2O3高温条件下发生铝热反应生成Al2O3和Fe，Fe与HCl反应生成FeCl2和H2，第二步反应不能实现。
常见元素及其化合物的转化关系
1．钠及其重要化合物
2．铝及其重要化合物
3．铁及其重要化合物
4．铜及其重要化合物
5．氯及其重要化合物
6．硫及其重要化合物
7．氮及其重要化合物
8．碳、硅及其化合物
1．化学在生活中有着广泛的应用，下列对应关系错误的是( )
化学性质
实际应用
A
Al2(SO4)3和小
苏打反应
泡沫灭火器灭火
B
铁比铜金属性强
FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板
C
次氯酸盐具有氧化性
漂白粉漂白织物
D
HF与SiO2反应
氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记
答案 B
解析 FeCl3与Cu的反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2不能用来比较铁与铜的金属性强弱，B错误。
2．下列各组物质中，满足表中图示物质在一定条件下一步转化关系的组合有( )
序号
X
Y
Z
W
①
Cu
CuSO4
Cu(OH)2
CuO
②
Na
NaOH
Na2CO3
NaCl
③
Cl2
Ca(ClO)2
HClO
HCl
④
Fe
FeCl3
FeCl2
Fe(OH)2
A．①②③ B．①③④
C．②③ D．①④
答案 A
解析 ①CuCuSO4Cu(OH)2CuOCu，正确；②NaNaOHNa2CO3NaClNa，正确；③Cl2Ca(ClO)2HClOHClCl2，正确；④FeFeCl3Fe2＋Fe(OH)2，但Fe(OH)2―→Fe不能一步实现，④错误。
3．短周期主族元素V、W、X、Y、Z的原子序数依次增大。由这五种元素组成的九种物质中，n、r、u是气体单质，其余均为化合物；n是黄绿色气体，m是能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的无色气体，p是无色液体，q是淡黄色固体。它们的转化关系如图所示。
下列说法正确的是( )
A．实验室制取m和u时，气体发生装置可以相同
B．原子半径：W>X>Y
C．反应①、②均为置换反应
D．n与t溶液反应时，t作还原剂
答案 A
解析 n、r、u是气体单质，其余均为化合物；n是黄绿色气体，应为氯气；m是能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的无色气体，应为NH3；p是无色液体，应为水；q是淡黄色固体，应为Na2O2；Na2O2与水反应生成的气体u为氧气，t为NaOH；氯气和氨气反应生成的r为氮气，s为氯化铵，氯化铵和氢氧化钠混合加热生成氨气、水和氯化钠，其中v为NaCl。实验室用氯化铵和消石灰混合加热制取NH3，用氯酸钾和二氧化锰混合加热制O2，均可利用大试管加热装置进行，A正确；由分析可知短周期主族元素V、W、X、Y、Z依次为H、N、O、Na、Cl，其中钠的原子半径在短周期主族元素中最大，而N与O的核电荷数越大，原子半径越小，则原子半径：Na>N>O，B错误；反应①是置换反应，而反应②为Na2O2与水反应生成氧气和NaOH的反应，不是置换反应，C错误；Cl2溶于NaOH生成NaCl、NaClO及水，Cl2既作还原剂，又作氧化剂，D错误。
考点2 元素及其化合物的性质实验探究
例2 根据SO2通入不同溶液中的实验现象，所得结论不正确的是( )
实验
现象
结论
A
含HCl、BaCl2的FeCl3溶液
产生白色沉淀
SO2有还原性
B
H2S溶液
产生黄色沉淀
SO2有氧化性
C
酸性KMnO4溶液
紫色溶液褪色
SO2有漂白性
D
Na2SiO3溶液
产生胶状沉淀
酸性：H2SO3>H2SiO3
答案 C
解析 SO2被FeCl3氧化生成SO，再与BaCl2反应产生白色沉淀，体现了SO2的还原性，A正确；SO2与H2S溶液发生反应SO2＋2H2S===3S↓＋2H2O，体现了SO2的氧化性，B正确；SO2使酸性KMnO4溶液褪色，体现了SO2的还原性，C错误；SO2与Na2SiO3溶液反应产生胶状沉淀，根据强酸制弱酸，可得出酸性：H2SO3>H2SiO3，D正确。
1．重要金属及其离子的性质与检验
(1)Na分别与H2O和乙醇发生的反应均属于置换反应，二者现象明显不同，前者剧烈，后者缓慢。
(2)焰色反应是元素的性质，无论游离态还是化合态，均具有相同的焰色反应，它不是化学变化，在观察钾元素的焰色反应时，应通过蓝色的钴玻璃片。
(3)引发铝热反应的操作是高考实验考查的热点，具体操作是先铺一层KClO3，然后插上镁条，最后点燃镁条。
并不是Al与所有金属氧化物均能组成铝热剂，该金属氧化物对应的金属活泼性应比铝弱。
(4)Al2O3、Al(OH)3与NaOH溶液的反应常用于物质的分离提纯。Al(OH)3不溶于氨水，所以实验室常用铝盐和氨水来制备Al(OH)3。
(5)利用偏铝酸盐制备Al(OH)3，一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解。若向偏铝酸盐溶液中通入CO2，生成的Al(OH)3不溶于碳酸，CO2过量时生成HCO，不过量时生成CO，书写离子反应方程式时要特别注意。
(6)向含Fe2＋的溶液中加入硝酸、KMnO4溶液、氯水等具有氧化性的物质时，溶液会出现浅绿色―→黄色的颜色变化，该现象可用于Fe2＋的检验。
(7)Fe3＋的检验方法较多，如观察溶液颜色法(黄色)、NaOH溶液法(生成红褐色沉淀)、KSCN溶液法(生成红色溶液)，前面两种方法需溶液中Fe3＋浓度较大时才适用，最好也最灵敏的方法是KSCN溶液法。Fe2＋的检验可采用先加入KSCN溶液后再加入氧化剂的方法；也可用铁氰化钾检验Fe2＋，现象是生成蓝色沉淀Fe3[Fe(CN)6]2。
(8)配制FeCl2溶液既要防氧化(加入Fe粉)，又要防水解(加入盐酸)；配制FeCl3溶液要加入浓盐酸防止水解。
(9)制备Fe(OH)2的方法很多，原则有两点：一是溶液中的溶解氧必须提前除去；二是反应过程中必须与O2隔绝。同时要牢记Fe(OH)2转化为Fe(OH)3时沉淀的颜色变化(白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色)。
(10)Fe(OH)3胶体的制备方法是将饱和FeCl3溶液滴加到沸水中，加热至液体呈红褐色后立即停止加热。胶体不带电，带电的是胶粒。
2．性质探究实验方案设计的一般方法
(1)比较金属的活动性：①与水或酸反应的难易；②利用置换反应；③设计成原电池，其负极活泼性强；④利用电解时的放电顺序；⑤比较最高价氧化物对应水化物的碱性强弱。
(2)比较非金属的活动性：①利用置换反应；②与氢气反应的难易；③气态氢化物的稳定性、还原性；④比较最高价氧化物对应水化物的酸性强弱。
(3)比较酸(碱)的酸(碱)性强弱：较强的酸(碱)能制得较弱的酸(碱)。
4．利用如图所示装置进行下列实验，能得出相应实验结论的是( )
选项
①
②
③
实验结论
A
稀硫酸
Na2S
AgNO3与AgCl的浊液
Ksp(AgCl)> Ksp(Ag2S)
B
浓硫酸
蔗糖
溴水
浓硫酸具有脱水性、氧化性
C
稀盐酸
Na2SO3
Ba(NO3)2溶液
SO2与可溶性钡盐均可生成白色沉淀
D
浓硝酸
Na2CO3
Na2SiO3溶液
酸性：硝酸>碳酸>硅酸
答案 B
解析 A中①②反应生成的气体为H2S，在试管中会首先与③AgNO3中的Ag＋结合生成Ag2S沉淀，与Ksp无关，A错误；B中①②反应生成的二氧化硫气体使溴水褪色，说明浓硫酸有氧化性，蔗糖变黑，说明浓硫酸有脱水性，B正确；C中①②反应生成的气体为SO2，通入Ba(NO3)2溶液后被H＋和NO氧化为SO，SO和Ba2＋生成硫酸钡沉淀，C错误；D中浓硝酸有挥发性，挥发出的硝酸也会与Na2SiO3溶液反应得到硅酸沉淀，因此不能证明酸性：硝酸>碳酸>硅酸，D错误。
5．某同学利用下列装置探究Na与CO2反应的还原产物，已知PdCl2＋CO＋H2O===Pd(黑色)↓＋CO2＋2HCl。下列相关分析错误的是( )
A．Ⅰ中发生反应可以是Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑
B．Ⅱ中浓硫酸的目的是干燥CO2
C．实验时，Ⅲ中石英玻璃管容易受到腐蚀
D．步骤Ⅳ的目的是证明还原产物是否有CO
答案 A
解析 Ⅰ中应该利用大理石和稀盐酸在简易装置中反应制取二氧化碳，发生反应是CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，A错误；钠能与水反应，二氧化碳必须干燥，故Ⅱ中浓硫酸的目的是干燥CO2，B正确；实验时，Ⅲ中高温条件下反应产生的碳酸钠会与二氧化硅反应，故石英玻璃管容易受到腐蚀，C正确；步骤Ⅳ利用PdCl2与一氧化碳反应产生黑色物质，目的是证明还原产物是否有CO，D正确。
考点3 新情境下化学方程式的书写
例3 Ⅰ.化合物Mg5Al3(OH)19(H2O)4可作环保型阻燃材料，受热时按如下化学方程式分解：
2Mg5Al3(OH)19(H2O)427H2O↑＋10MgO＋3Al2O3
(1)写出该化合物作阻燃剂的两条依据________________________。
(2)用离子方程式表示除去固体产物中Al2O3的原理________________。
(3)已知MgO可溶于NH4Cl的水溶液，用化学方程式表示其原理______。
Ⅱ.磁性材料A是由两种元素组成的化合物，某研究小组按如图流程探究其组成：
请回答：
(1)A的组成元素为________(用元素符号表示)，化学式为____________。
(2)溶液C可溶解铜片，例举该反应的一个实际应用_____________________。
(3)已知化合物A能与稀硫酸反应，生成一种淡黄色不溶物和一种气体(标况下的密度为1.518 g·L－1)，该气体分子的电子式为______________________。写出该反应的离子方程式：_________________________________。
(4)写出F→G反应的化学方程式：___________________________________
_________________________________________________________。
设计实验方案探究溶液G中的主要微粒(不考虑H2O、H＋、K＋、I－)
____________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案 Ⅰ.(1)反应吸热降低温度，固体氧化物隔绝空气，水蒸气稀释空气
(2)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
(3)MgO＋2NH4Cl＋H2O===MgCl2＋2NH3·H2O
(或NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl，MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O)
Ⅱ.(1)S，Fe Fe3S4
(2)制印刷电路板
(3) Fe3S4＋6H＋===3H2S↑＋3Fe2＋＋S
(4)H2SO3＋I2＋H2O===H2SO4＋2HI 取溶液G，加入过量BaCl2溶液，若产生白色沉淀，则有SO；过滤后取滤液，滴加H2O2溶液，若再产生白色沉淀，则有H2SO3
解析 Ⅰ.(1)在受热分解过程中需要吸收热量，且MgO和Al2O3熔点较高，覆盖在表面可以起到隔绝空气的作用，生成的水蒸气起到稀释空气的作用。
(2)MgO不能与NaOH溶液反应，而Al2O3能与NaOH溶液反应，所以可用NaOH溶液除去Al2O3：2OH－＋Al2O3===2AlO＋H2O。
(3)NH4Cl溶液由于NH水解使得溶液呈酸性而能与MgO反应：2NH4Cl＋MgO＋H2O===MgCl2＋2NH3·H2O。
Ⅱ.(1)加入KSCN溶液呈血红色可知含有Fe3＋，所以B是Fe2O3，且n(Fe2O3)＝＝0.015 mol，黄色溶液C是FeCl3溶液；无色酸性溶液F能使棕红色的I2的KI溶液变为无色，且酸性变强，所以可知无色气体E是SO2，无色酸性溶液F是H2SO3，I2可与H2SO3发生氧化还原反应生成H2SO4和HI而使溶液酸性变强，所以A中含有Fe和S两种元素，且n(S)＝＝0.04 mol，所以化合物A中n(Fe)∶n(S)＝0.015×2∶0.04＝3∶4，即化学式为Fe3S4。
(2)FeCl3可与Cu反应，所以可用来制印刷电路板。
(3)淡黄色不溶物是S，由标准状况下的密度可知气体的摩尔质量为1.518 g·L－1×22.4 L·mol－1≈34 g·mol－1，所以是H2S，则发生反应的离子方程式为Fe3S4＋6H＋===3Fe2＋＋3H2S↑＋S。
(4)I2可将H2SO3氧化：H2SO3＋H2O＋I2===H2SO4＋2HI；G中主要微粒是SO、I－、H＋，还可能含有未反应的H2SO3，SO可用BaCl2溶液检验，而H2SO3可先用氧化剂如H2O2氧化后再用BaCl2溶液检验。
“四步法”书写氧化还原类信息方程式：
(1)将所给物质按反应物和生成物进行分类。
(2)确立氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物四种物质。
(3)依据得失电子守恒确定上述四种物质的反应系数比。
(4)根据原子守恒及电荷守恒(离子方程式)结合反应所处的环境补充其他反应物或产物，然后配平。
注意介质的酸碱性：一般来说，反应物中有H＋或OH－，则生成物中有水；反之，若反应物中有水，则产物中一般有H＋或OH－。
6．请写出下列不同情境下的化学方程式。
(1)氨气在微生物的作用下与氧气反应生成HNO2，写出该反应的化学方程式：__________________________________________________。
(2)我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器大多受到了环境的腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要的意义。采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O可与有害组分CuCl2发生复分解反应，该反应的化学方程式为___________。
(3)在含低价铁元素的硫酸盐溶液中，加入少量过氧化钠，观察到的现象是有红褐色沉淀产生，溶液变黄色。则有关反应的离子方程式为___________。
(4)工业上常用铝土矿(主要成分为Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质)生产铵明矾[NH4Al(SO4)2·12H2O]，其工艺流程如图所示：
①操作Ⅲ中发生反应的离子方程式为______________________________。
②操作Ⅶ中发生反应的化学方程式为______________________________。
答案 (1)2NH3＋3O22HNO2＋2H2O
(2)Ag2O＋CuCl2===2AgCl＋CuO
(3)6Fe2＋＋3Na2O2＋6H2O===4Fe(OH)3↓＋2Fe3＋＋6Na＋
(4)①AlO＋CO2＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓
②(NH4)2S2O8＋2H2O===2NH4HSO4＋H2O2
7．(1)KClO3可以和草酸(H2C2O4)、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质。写出该反应的化学方程式：_____________。
(2)工业上，通过如下转化可制得KClO3晶体：
NaCl溶液NaClO3溶液KClO3晶体，完成Ⅰ中反应的总化学方程式：
NaCl＋H2ONaClO3＋____________。
(3)硫化氢具有还原性，可以和许多氧化剂反应。在酸性条件下，H2S和KMnO4反应生成S、MnSO4、K2SO4
和H2O，写出该反应的化学方程式：______________________。
答案 (1)2KClO3＋H2C2O4＋2H2SO4===2ClO2↑＋2CO2↑＋2KHSO4＋2H2O
(2)1 3 1 3H2↑
(3)5H2S＋2KMnO4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋8H2O＋5S↓
解析 (2)根据氧化还原反应的规律可知，NaCl中Cl由－1价升高为NaClO3中的＋5价，则必有另一元素化合价降低，即氢元素的化合价从＋1价降低到0价，因此另一产物为H2。
考点4 元素化合物知识的综合应用——无机化工流程
例4 Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为__________________。
(2)“酸浸”后，钛主要以TiOCl形式存在，写出相应反应的离子方程式：
________________________________________________________________。
(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率/%
92
95
97
93
88
分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因：_________________________。
(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为________。
(5)若“滤液②”中c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？__________(列式计算)。[FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10－22、1.0×10－24]
(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式：
____________________________________________________________。
解题关键 ①抓住盐酸、氨水、磷酸、双氧水、氢氧化锂、碳酸、草酸等物质发生的化学反应。
②抓住混合物的分离方法。
答案 (1)100 ℃、2 h，90 ℃、5 h
(2)FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl＋2H2O
(3)低于40 ℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40 ℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降
(4)4
(5)Fe3＋恰好沉淀完全时，c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1，c3(Mg2＋)·c2(PO)值为0.013×(1.3×10－17)2≈1.7×10－40＜Ksp[Mg3(PO4)2]，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀
(6)2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O42LiFePO4＋3CO2↑＋H2O
解析 (1)从图像直接可以看出，铁的浸出率为70%时对应的温度、时间为100 ℃、2 h和90 ℃、5 h。
(2)难点为生成物还有什么，FeTiO3中钛为＋4价，铁为＋2价，产物有FeCl2，比较FeTiO3和TiOCl知，产物中一定有H2O。值得注意的是FeTiO3与盐酸反应是非氧化还原反应。
(3)联系化学反应速率、双氧水和氨水性质分析转化率。这类问题要从两个角度分析，即低于40 ℃时，随着温度的升高，反应速率加快；高于40 ℃时，氨水挥发速率加快、双氧水分解速率加快，导致反应物浓度降低，结果转化率降低。
(4)锂元素在化合物中只有一种化合价(＋1)，过氧键中氧显－1价，由化合物中元素化合价代数和等于0，设Li2Ti5O15中－2价、－1价氧原子个数分别为x、y，有，解得x＝7，y＝8。所以，过氧键数目为＝4。
(5)分两步计算：①计算Fe3＋完全沉淀时PO浓度。c(Fe3＋)·c(PO)＝Ksp(FePO4)，c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1；②混合后，溶液中Mg2＋浓度为c(Mg2＋)＝0.01 mol·L－1，c3(Mg2＋)·c2(PO)＝0.013×(1.3×10－17)2≈1.7×10－40
1．原料预处理的五种措施
研磨
减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率
水浸
与水接触反应或溶解
酸浸
与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
灼烧
除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质
煅烧
改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土
2．物质提纯的六种方法
方法
目的
水溶法
除去可溶性杂质
酸溶法
除去碱性杂质
碱溶法
除去酸性杂质
氧化剂或
还原剂法
除去还原性或氧化性杂质
加热灼烧法
除去受热易分解或易挥发的杂质
调节pH法
如除去酸性铜盐溶液中的Fe3＋等
3．审题技巧
无机化工流程题中经常会出现一些表述性词语，这些表述性词语常为隐性信息，它可以暗示我们审题所应考虑的角度。常见的有：
(1)“控制较低温度”——常考虑物质的挥发、物质的不稳定性等。
(2)“加过量试剂”——常考虑反应完全或增大转化率、产率等。
(3)“能否加其他物质”——常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。
(4)“在空气中或在其他气体中”——主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。
(5)“控制pH”——常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。
(6)“用某些有机试剂清洗”——常考虑降低物质溶解度，有利于析出、减少损耗和提高利用率等。
4．无机化工流程题的解题步骤
第一步：要通过学过的化学知识明确原料和产品(包括副产品)间的转化关系，即箭头方向所代表的含义。
第二步：分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务的。
第三步：由于该类试题多与实际的工业生产相联系，有些问题就需要从生产成本、物质的循环利用、环境污染等角度进行考虑。
第四步：注意从题设问题中获取信息，帮助解题。
8．BaCl2可用于电子、仪表等工业。以毒重石(主要成分为BaCO3，含少量CaCO3、MgSO4、Fe2O3、SiO2等杂质)为原料，模拟工业提取BaCl2·2H2O的流程如下：
已知：①Ksp(BaC2O4)＝1.6×10－7，Ksp(CaC2O4)＝2.3×10－9。
②离子浓度小于至1×10－5认为沉淀完全。
Ca2＋
Mg2＋
Fe3＋
开始沉淀时的pH
11.9
9.1
1.9
完全沉淀时的pH
13.9
11.0
3.7
(1)滤渣Ⅰ的成分为________(填化学式)，过滤所需玻璃仪器有___________。
(2)加入NaOH溶液后所得滤液Ⅲ中，含有的Mg2＋浓度为____________；加入H2C2O4时应避免过量，其原因是______________________________________。
(3) BaCl2母液中除了含有Ba2＋、Cl－外，还含有大量的________(填离子符号)。有人从“绿色化学”角度设想将“母液”沿虚线进行循环使用，请分析在实际工业生产中是否可行，__________(填“可行”或“不可行”)，理由是___________
________________________________________________________________。
答案 (1)SiO2、BaSO4 玻璃棒、烧杯、漏斗
(2)1.0×10－8 mol/L 防止生成BaC2O4沉淀
(3)Na＋ 不可行 母液中的NaCl浓度会越来越大，最终产品纯度降低
解析 毒重石(主要成分为BaCO3，含少量CaCO3、MgSO4、Fe2O3、SiO2等杂质)加入盐酸溶解，生成氯化钙、氯化镁、氯化钡和氯化铁，且少量硫酸根离子与钡离子反应生成硫酸钡，滤渣Ⅰ为SiO2、BaSO4；加入氢氧化钠调节pH＝12.5，铁离子、镁离子转化为氢氧化镁、氢氧化铁沉淀进入滤渣Ⅱ，滤液含氯化钡和氯化钙，加入草酸反应生成草酸钙沉淀，即滤渣Ⅲ为草酸钙；滤液Ⅲ蒸发浓缩、冷却结晶得到氯化钡晶体。
(1)滤渣Ⅰ的成分为SiO2、BaSO4，过滤所需玻璃仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗。
(2)镁离子完全沉淀的pH＝11，则Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝10－5×(10－3)2＝1.0×10－11，当pH＝12.5时，c(OH－)＝10－1.5 mol/L，Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝c(Mg2＋)×(10－1.5)2＝1.0×10－11，加入NaOH溶液后所得滤液Ⅲ中，含有的Mg2＋浓度为1.0×10－8 mol/L；加入H2C2O4时应避免过量，其原因是防止生成BaC2O4沉淀。
(3)BaCl2母液中除了含有Ba2＋、Cl－外，过程中加入了氢氧化钠，故还含有大量的Na＋。有人从“绿色化学”角度设想将“母液”沿虚线进行循环使用，在实际工业生产中不可行，因为母液中的NaCl浓度会越来越大，最终产品纯度降低。
9．工业上常用铝土矿(主要成分为Al2O3，还含有SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝氢化钠，铝氢化钠(NaAlH4)是有机合成的重要还原剂，工艺流程如下：
已知：SiO2在“碱液”中转化为铝硅酸钠(Na2Al2SixO8)沉淀。
(1)过量NaOH溶液溶解铝土矿时为了提高浸出率可采取的措施是________
_________________________________。(任写一种)
(2)电解Ⅰ的化学方程式为____________________。
(3)“灼烧”操作用到的主要仪器有________、________、三脚架、玻璃棒、酒精灯、坩埚钳。
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。
物质A为________。(填化学式)
(5)反应Ⅲ的化学方程式为______________________，某同学经过分析认为可以再设计一个电解槽，电解________(填物质名称)溶液，更能实现副产物的循环利用。
(6)某同学认为该制备工艺也可以先酸溶，再加入NaOH溶液，当溶液中铁离子沉淀完全时，此时溶液的pH是________。(一般认为室温下离子浓度小于10－5 mol/L时沉淀完全；Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－35，Ksp[Al(OH)3]＝3×10－34)
答案 (1)加热或粉碎矿石或适当增大NaOH溶液浓度
(2)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
(3)坩埚 泥三角
(4)O2
(5)4NaH＋AlCl3===NaAlH4＋3NaCl 氯化钠(其他合理答案也可)
(6)4
解析 根据图示可以分析出整个流程为：SiO2在“碱液”中转化为铝硅酸钠Na2Al2SixO8沉淀，氧化铁与氢氧化钠不反应，氧化铝转化为偏铝酸钠，则过滤Ⅰ得到的滤渣是Na2Al2SixO8和Fe2O3。加入碳酸氢钠溶液，氢氧化钠转化为碳酸钠，偏铝酸钠转化为氢氧化铝沉淀和碳酸钠，过滤得到氢氧化铝，滤液是碳酸钠溶液；氢氧化铝灼烧转化为氧化铝，电解熔融氧化铝得到金属铝和氧气，铝与氯气化合生成氯化铝，氯化铝与NaH反应生成NaAlH4。
(1)过量NaOH溶液溶解铝土矿时为了提高浸出率可采取的措施有：加热或粉碎矿石或适当增大NaOH溶液浓度等。
(2)根据以上分析可知电解Ⅰ的化学方程式为2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
(3)“灼烧”固体氢氧化铝时用到的主要仪器有坩埚、泥三角、三脚架、玻璃棒、酒精灯、坩埚钳。
(4)阳极是氢氧根离子放电，则物质A为O2。
(5)根据质量守恒定律，反应Ⅲ的化学方程式为4NaH＋AlCl3===NaAlH4＋3NaCl，由于反应中有氯化钠生成，电解氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠，更能实现副产物的循环利用。
(6)根据氢氧化铁的溶度积常数可知当溶液中Fe3＋沉淀完全时，溶液中氢氧根离子的浓度是 mol/L＝10－10 mol/L，因此溶液的pH是4。
1．磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：
下列叙述错误的是( )
A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋
D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
答案 D
解析 废旧电池中含有重金属，随意丢弃容易污染环境，因此合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用，A正确；根据流程的转化可知从正极片中可回收的金属元素有Al、Fe、Li，B正确；HNO3可以将磷酸亚铁锂滤渣中的Fe2＋氧化为Fe3＋，得到含Li、P、Fe等滤液，加入碱液生成氢氧化铁沉淀，因此“沉淀”反应的金属离子是Fe3＋，C正确；硫酸锂能溶于水，因此上述流程中不能用硫酸钠代替碳酸钠，D错误。
2．下列制取SO2、验证其漂白性、收集并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是( )
A.制取SO2
B .验证漂白性
C.收集SO2
D.尾气处理
答案 B
解析 铜片和稀硫酸不反应，无法制备SO2，A错误。SO2能使品红溶液褪色，因此可以验证SO2的漂白性，B正确。SO2密度比空气大，用排空气法收集SO2时，导气管应“长进短出”，C错误。SO2和饱和NaHSO3溶液不反应，因此NaHSO3溶液不能作为吸收液，可用NaOH溶液，D错误。
3．某白色粉末由两种物质组成，为鉴别其成分进行如下实验：
①取少量样品加入足量水仍有部分固体未溶解；再加入足量稀盐酸，有气泡产生，固体全部溶解；
②取少量样品加入足量稀硫酸有气泡产生，振荡后仍有固体存在。
该白色粉末可能为( )
A．NaHCO3、Al(OH)3 B．AgCl、NaHCO3
C．Na2SO3、BaCO3 D．Na2CO3、CuSO4
答案 C
解析 样品加入水NaHCO3溶解，再加入稀盐酸Al(OH)3溶解，HCl与NaHCO3反应放出气体，但样品中加入稀硫酸，不会出现固体，A错误；样品加入水NaHCO3溶解，再加入稀盐酸AgCl不溶解，B错误；样品加入水Na2SO3溶解，再加入稀盐酸BaCO3溶解，产生气体，而加入稀硫酸产生CO2和SO2的混合气体，且生成BaSO4沉淀，C正确；样品加入稀硫酸，不会出现固体，D错误。
4．海水开发利用的部分过程如图所示。下列说法错误的是( )
A．向苦卤中通入Cl2是为了提取溴
B．粗盐可采用除杂和重结晶等过程提纯
C．工业生产中常选用NaOH作为沉淀剂
D．富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收
答案 C
解析 苦卤中含有Br－，通入Cl2可将Br－氧化生成Br2，A正确；粗盐中含有Ca2＋、SO等杂质离子，故先除杂得NaCl和KCl的混合溶液，而NaCl的溶解度随温度变化不大，故采用重结晶可以得到纯净的NaCl，B正确；工业上沉淀海水中的Mg2＋，采用Ca(OH)2，不用NaOH，因为NaOH的价格较贵，C错误；Br2易挥发，用热气吹出后，用SO2吸收，生成H2SO4和HBr，富集后再用Cl2处理HBr生成Br2，D正确。
5．我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：
相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Zn2＋
Cd2＋
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
回答下列问题：
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为________________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有__________；氧化除杂工序中ZnO的作用是______________，若不通入氧气，其后果是______________。
(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_______________________________________________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为____________；沉积锌后的电解液可返回__________工序继续使用。
答案 (1)2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2＋
(3)Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd
(4)Zn2＋＋2e－===Zn 溶浸
解析 (1)由于闪锌矿的主要成分是ZnS，因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2。
(2)由于硫酸铅不溶于水，因此滤渣1的主要成分除SiO2外还有PbSO4；要沉淀铁离子，需要调节溶液的pH，又因为不能引入新杂质，所以需要利用氧化锌调节pH，即氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH。根据表中数据可知沉淀亚铁离子的pH较大，所以若不通入氧气，其后果是无法除去杂质Fe2＋。
(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，反应的离子方程式为Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极发生得到电子的还原反应，因此阴极是锌离子放电，则阴极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn；阳极是氢氧根离子放电，破坏了水的电离平衡，产生氢离子，所以电解后还有硫酸产生，因此沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。
6．水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：
回答下列问题：
(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_____________，还可使用______________代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分是________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为______________________________________。
(3)加氨水过程中加热的目的是______________________________。
沉淀B的主要成分为________、________(填化学式)。
(4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为：MnO＋H＋＋H2C2O4―→Mn2＋＋CO2＋H2O。实验中称取0.400 g水泥样品，滴定时消耗了0.0500 mol·L－1的KMnO4溶液36.00 mL，则该水泥样品中钙的质量分数为________。
答案 (1)将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋ 双氧水(H2O2)
(2)SiO2(或H2SiO3) SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(3)防止胶体生成，易沉淀分离 Fe(OH)3 Al(OH)3
(4)45.0%
解析 (1)Fe3＋容易在pH较小时转换为沉淀，所以需要将Fe2＋氧化为Fe3＋。双氧水可以将Fe2＋氧化为Fe3＋且不会引入杂质。
(2)二氧化硅(或H2SiO3)不溶于一般酸溶液，但可以溶于氢氟酸中，所以沉淀A是二氧化硅(或H2SiO3)，发生的反应为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF===SiF4↑＋3H2O)。
(3)加热可以促进Fe3＋、Al3＋水解转换为Fe(OH)3、Al(OH)3。pH 4～5时Ca2＋、Mg2＋不沉淀，Fe3＋、Al3＋沉淀，所以沉淀B为Fe(OH)3、Al(OH)3。
(4)5Ca2＋～5H2C2O4～2KMnO4
n(KMnO4)＝0.0500 mol/L×36.00×10－3 L＝1.80×10－3 mol
n(Ca2＋)＝1.80×10－3× mol＝4.50×10－3 mol
水泥中钙的质量分数为×100%＝45.0%。
7．以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分
数/%
2.2～2.9
2.8～3.1
22～28
60～65
1～2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：
回答下列问题：
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为_________________，同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是________。
(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2＋变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为________mol。
(3)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有__________________。
(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性(填“酸”“碱”或“中”)。
(5)“流出液”中阳离子最多的是________。
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式___________________________________________________________。
答案 (1)V2O5＋2H＋===2VO＋H2O SiO2
(2)0.5
(3)Fe(OH)3和Al(OH)3
(4)碱
(5)K＋
(6)2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑
解析 (1)V2O5及VO中的V均为＋5价，“酸浸”时，发生非氧化还原反应，根据原子守恒及电荷守恒不难写出离子方程式；“酸浸”时，V2O5转化成VO，V2O4转化成VO2＋，K2SO4可溶于水，Fe2O3及Al2O3分别转化成Fe3＋和Al3＋，所以“废渣1”的主要成分是SiO2。
(2)欲使3 mol VO2＋变为VO需转移3 mol e－，1 mol KClO3作氧化剂生成Cl－转移6 mol e－，所以需KClO3至少0.5 mol。
(3)“中和”时加入KOH溶液，钒以V4O形式存在于溶液中，K2SO4可溶，Fe3＋和Al3＋分别转化成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀进入“废渣2”。
(4)该反应的逆反应为洗脱过程，增大c(OH－)，有利于平衡向左移动，所以淋洗液应呈碱性。
(5)由流程图可以看出，H＋在酸浸时损耗，钒转化为V4O(阴离子)，Fe3＋及Al3＋转化为沉淀，所以“流出液”中阳离子最多的是K＋。
(6)“煅烧”时肯定得到V2O5，其他物质自然写出。
8．硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示：
回答下列问题：
(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式：_______________。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有________________(写出两条)。
(2)利用________的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是________________。(写化学式)
(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是__________________。然后再调节溶液的pH约为5，目的是______________________________。
(4)“粗硼酸”中的主要杂质是________(填名称)。
(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为________________。
(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程：_____________________。
答案 (1)Mg2B2O5·H2O＋2H2SO42H3BO3＋2MgSO4 提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径
(2)Fe3O4 SiO2和CaSO4
(3)将Fe2＋氧化成Fe3＋ 使Fe3＋与Al3＋形成氢氧化物沉淀而除去
(4)(七水)硫酸镁
(6)2H3BO3B2O3＋3H2O、B2O3＋3Mg2B＋3MgO
解析 (1)Mg2B2O5·H2O与硫酸反应得到硼酸和硫酸镁：Mg2B2O5·H2O＋2H2SO42H3BO3＋2MgSO4。结合影响反应速率的因素，提高反应速率可以适当升高温度、减小铁硼矿粉粒径或适当提高硫酸的浓度等。
(2)给出的物质中只有Fe3O4有磁性，二氧化硅不溶于硫酸，硫酸钙属于微溶物，所以“浸渣”中还有SiO2和CaSO4。
(3)能与H2O2反应的是Fe2＋，H2O2把Fe2＋氧化成Fe3＋。调节溶液pH约为5时，Fe3＋和Al3＋都形成沉淀，过滤除去。
(6)2H3BO3B2O3＋3H2O，结合铝热反应知识，可写出镁置换出B的化学方程式：B2O3＋3Mg2B＋3MgO。
9．硫酸锰在锰系产品中具有重要地位，由软锰矿(MnO2)和硫铁矿(FeS2)制备流程如下：
(1)从“除质2”后的溶液中得到MnSO4固体的操作为________、降温结晶、过滤和干燥。
(2)下图是在一定条件下，不同浓度的硫酸对各元素浸出率的影响，由此得出的相关结论是：
①____________________；②__________________。
提高软锰矿浸出率的措施还有__________________和__________________。
(3)除铁剂为H2SO5和氨水。
①H2SO5中S的化合价为＋6，其中过氧键的数目为________，加入其目的是________________________。
②写出Fe3＋生成沉淀黄铵铁矾NH4Fe3(SO4)2(OH)6的离子方程式_________
________________________________________________________________。
答案 (1)蒸发浓缩
(2)除锰外，硫酸浓度越低(高)，浸出率越低(高) 硫酸浓度与锰的浸出率相关性不完全一致 升高温度 粉碎矿石
(3)①1 氧化亚铁离子，便于之后除去 ②6NH3·H2O＋3Fe3＋＋2SO===NH4Fe3(SO4)2(OH)6＋5NH
解析 (1)从“除质2”后的溶液中得到MnSO4固体，是由溶液得到固体的过程，实验操作为蒸发浓缩、降温结晶、过滤和干燥。
(2)根据图示，pH越大，即硫酸浓度越小，各元素的浸出率越低，但锰元素有反常，即硫酸浓度与锰的浸出率相关性不完全一致。提高软锰矿浸出率，还可以采取的措施有升高温度、将矿石粉碎、延长浸取时间等。
(3)①根据化合物中正负化合价的代数和为0，可知H2SO5中5个O总化合价为－8。设－2价氧原子个数为x，－1价氧原子个数为y，则x＋y＝5、－2x－y＝－8，解得x＝3，y＝2。2个－1价氧形成一个过氧键。H2SO5含有过氧键，具有强氧化性，加入的目的是氧化亚铁离子，便于之后除去。②生成沉淀黄铵铁矾，是向溶液中加入氨水，离子方程式为6NH3·H2O＋3Fe3＋＋2SO===NH4Fe3(SO4)2(OH)6＋5NH。
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