新高考化学一轮复习考点巩固练习17 金属及其化合物制备流程（Sr）（解析版）

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锶:元素符号Sr，原子序数38，原子量87.62，外围电子排布式5s2，位于第五周期第ⅡA族。
一、物理性质：
Sr是一种银白色有光泽的金属质软，容易传热导电。密度2.54克/厘米3，熔点769℃，沸点1384℃。
二、化学性质：
Sr化学性质活泼，在空气中加热到熔点时即燃烧，呈红色火焰，生成氧化锶SrO，在加压条件下跟氧气化合生成过氧化锶SrO2。跟卤素、硫、硒等容易化合。加热时跟氮化合生成氮化锶Sr3N2。加热时跟氢化合生成氢化锶SrH2。跟盐酸、稀硫酸剧烈反应放出氢气。常温下跟水反应生成氢氧化锶和氢气。
三、用途：
用于制造合金、光电管、照明灯。它的化合物用于制信号弹、烟火等。质量数为90的锶是一种放射性同位素，可做β射线的放射源，半衰期为25年，在医学上有一定的应用。在自然界主要以化合态存在，主要的矿石有天青石SrSO4，菱锶矿SrCO3。锶是碱土金属中丰度最小的元素。1808年英国化学家戴维电解碳酸锶时发现了金属锶。工业用电解熔融的氯化锶制取锶。
*最后附锶的化合物
四、工业制备：
工艺流程
工业上将天青石加工成粗碳酸锶或硫化锶，再进一步加工成其他的锶化合物(见下图)，有两种加工方法。其中碳还原法工艺流程短、成本低，但天青石利用率低，产品质量不易保证，并且废气污染严重。复分解法能克服碳还原法的缺点，但消耗酸、碱量较大。
【专题精练】
1．氯化锶晶体在工业上常用作铝的缓蚀剂。工业上一般用难溶于水的的碳酸锶（SrCO3）为原料（含少量钡和铁的化合物等），制备高纯六水氯化锶晶体（SrCl2•6H2O）的过程为：
已知：Ⅰ．SrCl2•6H2O晶体在61℃时开始失去结晶水，100℃时失去全部结晶水；
Ⅱ．有关氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表：
（1）操作①在实际工业生产中常常把碳酸锶粉碎并加以搅拌，其目的是 。碳酸锶与盐酸反应的化学方程式为__________________。
（2）酸性条件下，加入30% H2O2溶液，将Fe2＋氧化成Fe3＋，其离子方程式为 。能否用新制氯水代替双氧水________（填“能”或“否”）。
（3）在步骤②～③的过程中，将溶液的pH值由1调节至 ；宜用的试剂为_______。
A．1．5 B．4 C．9．7 D．氧化钠
E．氢氧化锶粉末 F．碳酸钠晶体 G．氧化锶粉末
（4）操作③中所得滤渣的主要成分是__________ （填化学式）。
（5）工业上用50～60℃热风吹干六水氯化锶，选择该温度的原因是__________。
（6）步骤⑥中，洗涤氯化锶晶体最好选用___________。
A．水 B．稀硫酸 C．氢氧化钠溶液 D．氯化锶饱和溶液
【答案】（1）加快反应速率；SrCO3＋2HCl＝SrCl2＋H2O＋CO2↑
（2）2Fe2＋+H2O2+2H＋＝2Fe3＋+2H2O；能 （3）B；EG
（4）Fe（OH）3、BaSO4 （5）温度高有利于除去湿存（晶体表面附着的）水，但温度高于61℃时，氯化锶晶体中的结晶水也会失去（6）D
【解析】
试题分析：以SrCO3为原料制备六水氯化锶，由流程图可知，SrCO3和盐酸反应后溶液中除含有Sr2＋和Cl－外，还含有少量Fe2＋、Ba2＋杂质，然后加硫酸生成硫酸钡沉淀，加入过氧化氢，调节溶液pH可生成氢氧化铁沉淀，所以过滤后滤渣为硫酸钡和氢氧化铁，滤液中含SrCl2，最后蒸发、冷却结晶得到SrCl2•6H2O。
（1）把碳酸锶粉碎并加以搅拌，其目的是加快反应速率；碳酸锶与盐酸反应的化学方程式为SrCO3＋2HCl＝SrCl2＋H2O＋CO2↑；
（2）酸性条件下，加入30% H2O2溶液，将Fe2＋氧化成Fe3＋，同时生成水，反应的离子方程式为2Fe2＋+H2O2+2H＋＝2Fe3＋+2H2O；新制氯水也能把亚铁离子氧化铁离子，且不引入杂质，因此可以用新制氯水代替双氧水。
（3）由表中数据可知，Fe3＋在pH＝1．5时开始沉淀，在pH＝3．7时沉淀完全，故在步骤②～③的过程中，将溶液的pH值由1调节至≥3．7，使Fe3+转化氢氧化铁沉淀，且不引入新杂质，可以选择氢氧化锶粉末或氧化锶粉末；
（4）由于前面加入了稀硫酸，故有硫酸钡生成，水解可生成氢氧化铁沉淀，所以沉淀有两种即BaSO4、Fe（OH）3；
（5）由于温度高有利于除去湿存（晶体表面附着的）水，但温度高于61℃时，氯化锶晶体中的结晶水也会失去六水氯化锶晶体，因此用热风吹干六水氯化锶选择的适宜温度范围是50～60℃；
（6）根据溶解平衡，且不能引入新杂质，步骤⑥宜选用的洗涤剂是饱和氯化锶溶液，答案选D。
2．高纯硝酸锶[Sr(NO3)2]可用于制作红色烟火、光学玻璃、电子管阴极材料等。由工业级硝酸锶( 含有硝酸钡、硝酸钙等杂质)提取高纯硝酸锶的流程如下:
（1）滤液1中的主要溶质是___________(填化学式)。
（2）相对于水洗，滤渣1用浓硝酸洗涤的优点是________________________________。
（3）滤液2中过量的铬酸洗液被N2H4还原产生Cr3+和一种不污染环境的气体。该反应的离子方程式为______________________________________。
（4）滤渣3的主要成分是_____(填化学式)；滤液3中c(Cr3+)=_____ml/L(常温下Ksp[Cr(OH)3]=6.3×10-31)。
（5）操作X为_____________；Sr(NO3)2·nH2O转化为高纯硝酸锶的过程温度要控制在100℃，目的是_________________。
（6）为测定Sr(NO3)2·nH2O的数值n，将7.44g Sr(NO3)2·nH2O晶体在100℃加热至恒重为6.36g的高纯硝酸锶。计算得n=______(M[Sr(NO3)2]= 212g/ml)。
【答案】（1）Ca(NO3)2 HNO3 （2） 降低Sr(NO3)2(或硝酸盐)的溶解度，减少损失 （3）2Cr2O72-+3N2H4+16H+==4Cr3++ 3N2↑+ 14H2O （4） Cr(OH)3 6.3×10-13 （5） 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤或结晶、过滤、洗涤 防止Sr(NO3)2分解 （6） 2
【解析】
试题分析：本题以硝酸锶的提纯为依托，主要考查方程式的书写、溶度积的计算、晶体的制备方法等基础知识，考查考生对工业流程的综合分析能力、运用化学知识解决实际问题的能力和计算能力。
（1）流程中Sr元素一直存在于被处理的物质中，且Ba元素在用过量的铬酸洗液处理时才生成钡的化合物沉淀，所以工业级Sr(NO3)2第一步用浓硝酸处理时，Ca(NO3)2溶解在浓硝酸中，而Sr(NO3)2和Ba(NO3)2则沉淀在浓硝酸中。答案：Ca(NO3)2、HNO3。（2）滤渣1需要洗涤的是固体表面浓硝酸中的Ca(NO3)2，而Sr(NO3)2和Ba(NO3)2易溶于水难溶于浓硝酸，因此水洗容易造成Sr(NO3)2的损失。正确答案：降低Sr(NO3)2溶解度，减少损失。（3）滤渣1经过浓硝酸洗涤除去残留中的Ca(NO3)2后，加水溶解后得到Sr(NO3)2、Ba(NO3)2的混合溶液(含有少量HNO3)，再加过量铬酸洗液“沉钡”并分离后，滤液中主要含有Sr(NO3)2和过量的铬酸。因此，滤液2中过量的铬酸洗液被N2H4还原产生Cr3+和一种不污染环境的气体，这种气体是N2H4被Cr2O72-氧化生成的N2，由此得到该反应为：Cr2O72-+N2H4→Cr3++N2，注意到反应前溶液呈酸性，配平之后的反应为：2Cr2O72-+3N2H4+16H+=4Cr3++ 3N2↑+ 14H2O。正确答案：2Cr2O72-+3N2H4+16H+=4Cr3++ 3N2↑+ 14H2O。（4）调节溶液的pH后除去沉淀可以得到Sr(NO3)2，因此该过程中生成Cr(OH)3沉淀。，解得。正确答案：Cr(OH)3 、6.3ｘ10-13。（5）得到的纯净的Sr(NO3)2溶液后，由该溶液制取硝酸锶晶体首先需要蒸发浓缩，但是为了防止硝酸锶水解，需要先加入浓硝酸，然后再冷却结晶、过滤、洗涤、干燥即可得到所需晶体。同时由于硝酸盐的不稳定性，加热过程中温度不宜过高，以防止硝酸锶分解。正确答案：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤；防止Sr(NO3)2分解。（6）Sr(NO3)2·nH2OSr(NO3)2+nH2O。既晶体的物质的量与无水硝酸锶的物质的量相等，所以，解得n=2。正确答案：2。
3．碳酸锶(SrCO3)是一种重要的工业原料，广泛用于生产锶铁氧体磁性材料。一种以菱锶矿(含 80~90%的 SrCO3，少量 MgCO3、CaCO3、BaCO3 等)制备高纯碳酸锶的工艺流程如图：
Sr(OH)2在水中的溶解度见表
(1)菱锶矿、焦炭混合粉碎的目的是_______。
(2)“立窑煅烧”中 SrCO3 与焦炭反应的化学方程式为 _______。进行煅烧反应的立窑衬里应选择_______ (填“石英砂砖”或“碱性耐火砖”)。
(3)“浸取”中用热水浸取而不用冷水的原因是_______；滤渣1含有焦炭、Ca(OH)2和_______。
(4)“滤液”经_______、_______、过滤、洗涤、干燥等操作得到氢氧化锶晶体
(5)“沉锶”中反应的化学方程式为_______。
(6)锶铁氧体是由锶和铁的氧化物组成的复合磁性材料。某种锶铁氧体(xSrO·yFe2O3)中Sr和Fe的质量比为0.13，则为_______ (取整数)。
【答案】(1)增大接触面积，加快反应速率，提高原料的转化率 (2) SrCO3+2CSr+3CO↑ 碱性耐火砖 (3) 为了增大氢氧化锶的浸取率，减少杂质氢氧化钙的溶解 MgO (4) 蒸发浓缩 降温结晶 (5)Sr(OH)2+NH4HCO3=SrCO3+H2O+NH3H2O (6) 6
【分析】
菱锶矿(含80～90% SrCO3，少量MgCO3、CaCO3、BaCO3等)与焦炭经过粉碎后立窑煅烧，转化成Sr、氧化钙等物质，加入热水，将不溶于热水的氧化镁等杂质除去，再加入稀硫酸后，除去钡离子，结晶后析出了氢氧化锶晶体，氢氧化锶和碳酸氢铵反应最终转化成碳酸锶，据此解答。
【解析】
(1)菱锶矿、焦炭混合粉碎，可增大接触面积，加快反应速率，提高原料的转化率，故答案为：增大接触面积，加快反应速率，提高原料的转化率。
(2)“立窑煅烧”中SrCO3与焦炭反应生成Sr和CO，化学方程式为：SrCO3+2CSr+3CO↑；石英砂砖中含有二氧化硅，会与碳酸钙等物质反应，所以进行煅烧反应的立窑衬里应选择碱性耐火砖，故答案为：SrCO3+2CSr+3CO↑；碱性耐火砖。
(3)由于氢氧化锶的溶解度随温度升高而增大，氢氧化钙的溶解度随温度升高而减小，为了增大氢氧化锶的浸取率，减少杂质氢氧化钙的溶解，“浸取”中用热水浸取；煅烧后得到Sr，氧化钙，氧化镁，氧化钡等，加入热水后，氧化钙转化成氢氧化钙析出，氧化镁不与水反应，所以滤渣1含有焦炭、Ca(OH)2和MgO，故答案为：为了增大氢氧化锶的浸取率，减少杂质氢氧化钙的溶解；MgO。
(4)“滤液”经蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥等操作得到氢氧化锶晶体，故答案：蒸发浓缩、降温结晶。
(5)“沉锶”中，氢氧化锶和水，碳酸氢铵反应生成了碳酸锶，化学方程式为：Sr(OH)2+ NH4HCO3= SrCO3+H2O+NH3·H2O，故答案为：Sr(OH)2+NH4HCO3=SrCO3+H2O+NH3·H2O；
(6)xSrO·yFe2O3中Sr与Fe的质量比为88x：112y=0.13，则y：x=6，故答案为：6。
4．天青石(主要含有和少量杂质)是获取锶元素的各种化合物的主要原料。请回答下列问题：
(1)锶与钙在元素周期表中位于同一主族，其原子比钙多一个电子层。
①锶在元素周期表中的位置是_______。
②由元素周期律推测属于_______(填“强碱”或“弱碱”)。
(2)硫化锶可用作发光涂料的原料，和碳的混合粉末在隔绝空气下高温焙烧可生成硫化锶和一种还原性气体，该反应的化学方程式_______
(3)已知：时，的Ka1=4.3×10-7；Ka2=5.6×10-11；Ksp(SrCO3)= 5.6×10-10。在含的的溶液中通入至的浓度为时，开始沉淀，此时溶液的pH为_______。
(4)以天青石生产的工艺如下：
已知：在水中的溶解度如下表：
①写出反应1生成的化学方程式_______。
②滤渣2为_______。
③固体3通过一系列的操作得到了较纯净的晶体，结合上图中信息得知操作主要有：加入适量水，缓慢加热至，_______、过滤、洗涤、干燥。
④取纯净产品溶于水，加入过量溶液后过滤、洗涤、干燥后，得到ng滤渣，则x=_______(用含m、n的式子表示)。
【答案】(1)第五周期第IIA族 强碱 (2) SrSO4+ 4CSrS+4CO↑ (3) 6 (4) ①SrSO4 + 2NH4HCO3 = SrCO3↓+ H2O + CO2↑+ (NH4)2SO4 ② CaCO3和SrCO3 ③ 趁热过滤，冷却至0℃(降温)结晶 ④
【分析】
工业生产的目的，以天青石为原料生成，首先将矿石粉碎，以增大与NH4HCO3溶液的接触面积，提高原料的利用率，同时发生反应SrSO4 + 2NH4HCO3 = SrCO3↓+ H2O + CO2↑+ (NH4)2SO4；过滤后，滤渣为CaCO3和SrCO3的混合物，煅烧后固体分解为CaO、SrO。
【解析】
(1)①钙为第四周期第ⅡA族，则锶在元素周期表中的位置是第五周期第IIA族。
②Mg(OH)2为中强碱，Ca(OH)2为强碱，则依据元素周期律推测属于强碱。答案为：第五周期第IIA族；强碱；
(2)和碳的混合粉末在隔绝空气下高温焙烧可生成硫化锶和CO气体，该反应的化学方程式为SrSO4+ 4CSrS+4CO↑。答案为：SrSO4+ 4CSrS+4CO↑；
(3) 含0.1ml/L的Sr2+的溶液中通入至的浓度为时，Sr2+开始沉淀，此时c()=ml/L=5.6×10-9ml/L，Ka2=5.6×10-11==，c(H+)=10-6ml/L，此时溶液的pH为6。答案为：6；
(4)①由分析知，反应1生成的化学方程式为SrSO4 + 2NH4HCO3 = SrCO3↓+ H2O + CO2↑+ (NH4)2SO4。
②由反应方程式可知，滤渣2为CaCO3和SrCO3。
③固体3通过一系列的操作得到了较纯净的晶体，结合上图中信息得知操作主要有：加入适量水后，CaO、SrO与水反应生成Ca(OH)2、Sr(OH)2，由表中数据可知，缓慢加热至，Sr(OH)2溶解、Ca(OH)2沉淀，为防止Sr(OH)2结晶析出，应趁热过滤，为让Sr(OH)2尽可能结晶析出，应降低温度、然后过滤、洗涤、干燥，所以应趁热过滤，冷却至0℃(降温)结晶。
④由反应可建立如下关系式：——SrCO3，n(SrCO3)=ml，x= =。答案为：SrSO4 + 2NH4HCO3 = SrCO3↓+ H2O + CO2↑+ (NH4)2SO4；CaCO3和SrCO3；趁热过滤，冷却至0℃(降温)结晶；。
5．氮化锶()在工业上广泛应用于生产荧光粉。已知锶和镁位于同主族且锶比镁活泼，锶与氮气在加热条件下反应产生氮化锶，氮化锶遇水剧烈反应。某学习小组拟设计两套方案制备氮化锶并测定产品的纯度。
方案I：根据下列装置制备氮化锶：

已知：实验室用饱和氯化铵溶液和亚硝酸钠溶液共热制备氮气。回答下列问题：
(1)气流从左至右，选择装置并排序为_______(用字母表示)。
(2)写出实验室制备N2的化学方程式：_______。
(3)实验时先点燃_______处酒精灯(填“A”或“D”)，一段时间后，点燃另一只酒精灯。
方案II：某氮气样品可能含有少量的CO、CO2、O2等气体杂质，某同学设计如下装置制备氮化锶(各装置盛装足量试剂)。已知：醋酸二氨合亚铜溶液能定量吸收CO，但易被O2氧化，失去吸收CO能力；连苯三酚碱性溶液能定量吸收O2。
(4)试管II、III、IV盛装的试剂分别是_____(填标号)，装置Ⅵ的作用是______。
a.连苯三酚碱性溶液 b.浓硫酸 c.醋酸二氨合亚铜溶液
测定产品纯度：称取9.0g方案II中所得产品，加入干燥的三颈瓶中，然后由恒压漏斗加入蒸馏水，通入水蒸气，将产生的氨全部蒸出，用的盐酸标准溶液完全吸收(吸收液体体积变化忽略不计)。从烧杯中量取的吸收液，用标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗溶液(图中夹持装置略)
(5)用标准溶液滴定过剩的盐酸时所选指示剂为_______(填标号)。
a.石蕊试液 b.甲基橙 c.酚酞试液
(6)产品纯度为_______%(保留一位小数)。
(7)下列实验操作可能使氮化锶()测定结果偏低的是_______(填标号)。
a.锥形瓶洗涤干净后未干燥，直接装入待测液
b.滴定时未用标准溶液润洗滴定管
c.滴定前滴定管尖嘴处有气泡，滴定结束后气泡消失
d.读数时，滴定前平视，滴定后俯视
【答案】(1)D、B、A、C (2) NH4Cl+NaNO2NaCl+N2↑+2H2O (3) D (4) acb 吸收空气中 CO2 和 H2O(g)，防止进入装置V中影响实验 (5) b (6) 96.9 (7) bc
【分析】
方案I：由图可知，装置D为饱和氯化铵溶液和亚硝酸钠溶液共热制备氮气装置，装置B为干燥氮气的装置，装置A为氮气和锶共热制备制备氮化锶装置，装置C为吸收空气中二氧化碳和水蒸气，起到防止锶与二氧化碳反应和氮化锶遇水剧烈反应的作用，则装置的连接顺序为D、B、A、C；
方案II：由题意可知，氮气中的氧气会与醋酸二氨合亚铜溶液反应，影响一氧化碳的吸收，则吸收一氧化碳前，应先吸收氧气，由图可知，试管Ⅰ中氢氧化钠溶液用于吸收混合气体中的二氧化碳，试管II中连苯三酚碱性溶液用于吸收混合气体中的氧气，试管III中醋酸二氨合亚铜溶液用于吸收混合气体中的一氧化碳，试管IV中浓硫酸用于干燥氮气，硬质试管Ⅴ为氮气和锶共热制备制备氮化锶装置，干燥管Ⅵ中的碱石灰用于吸收空气中二氧化碳和水蒸气，防止进入装置V中影响实验。
【解析】
（1）由分析可知，气流从左至右，装置的连接顺序为D、B、A、C，故答案为：D、B、A、C；
（2）实验室制备氮气的反应为饱和氯化铵溶液和亚硝酸钠溶液共热反应生成氯化钠、氮气和水，反应的化学方程式为NH4Cl+NaNO2NaCl+N2↑+2H2O，故答案为：NH4Cl+NaNO2NaCl+N2↑+2H2O；
（3）为防止空气中的氧气、二氧化碳和水蒸气与锶反应，实验时先点燃D出酒精灯，用反应生成的氮气排尽装置中的空气后，再点燃A处酒精灯，故答案为：D；
（4）由分析可知，试管II中连苯三酚碱性溶液用于吸收混合气体中的氧气，试管III中醋酸二氨合亚铜溶液用于吸收混合气体中的一氧化碳，试管IV中浓硫酸用于干燥氮气；干燥管Ⅵ中的碱石灰用于吸收空气中二氧化碳和水蒸气，防止进入装置V中影响实验，故答案为：acb；吸收空气中 CO2和 H2O(g)，防止进入装置V中影响实验；
（5）用1.00ml/L氢氧化钠标准溶液滴定过剩的盐酸时，应防止氢氧化钠溶液与氯化铵溶液反应，所以应选择变色范围在酸性区域的甲基橙做指示剂，故答案为：b；
（6）由题意可知，与氨气反应的盐酸的物质的量为(1.00ml/L×0.200L—1.00ml/L×0.160L)=0.04ml，由氮原子个数守恒可知，氮化锶的物质的量为0.02ml，则产品的纯度为×100%≈96.9%，故答案为：96.9%；
（7）a.锥形瓶洗涤干净后未干燥，直接装入待测液不影响待测液中溶质的物质的量，对实验结果无影响，故不符合题意；
b.滴定时未用标准溶液润洗滴定管会稀释氢氧化钠溶液，导致消耗氢氧化钠溶液的体积偏大，与氨气反应的盐酸物质的量偏小，产品的纯度偏低，故符合题意；
c.滴定前滴定管尖嘴处有气泡，滴定结束后气泡消失导致消耗氢氧化钠溶液的体积偏大，与氨气反应的盐酸物质的量偏小，产品的纯度偏低，故符合题意；
d.读数时，滴定前平视，滴定后俯视导致消耗氢氧化钠溶液的体积偏小，与氨气反应的盐酸物质的量偏大，产品的纯度偏高，故不符合题意；
bc符合题意，故答案为：bc。
【氢氧化锶】化学式Sr(OH)2·8H2O，式量265.76。无色结晶或白色粉末。易潮解，在空气中吸收二氧化碳成碳酸盐，在干燥空气中能失去七个分子结晶水。溶于热水和酸，微溶于冷水。用于制备各种锶盐。
【硝酸锶】化学式Sr(NO3)2，式量211.63。无色晶体或白色粉末。易潮解，易溶于水，微溶于乙醇和丙酮，遇高温或与硫、磷及有机物接触、摩擦或撞击能引起燃烧或爆炸。熔点570℃。用作高纯分析试剂，电子管阴极材料，烟火材料。用硝酸跟氢氧化锶反应可制得本品。
【碳酸锶】化学式SrCO3，式量147.63。白色粉末，不溶于水，微溶于含二氧化碳的水和铵盐溶液。加热至900℃分解成氧化锶和二氧化碳，溶于稀盐酸和稀硝酸并放出二氧化碳。熔点1497℃。用作电子元件材料、光谱试剂、烟火材料、制彩虹玻璃和其它锶盐的制备。
【氯化锶】化学式SrCl2·6H2O，式量266.62。白色针状晶体，味苦，在干燥空气中风化，在潮湿空气中潮解。溶于水，微溶于乙醇和丙酮。热至61.4℃失去四个分子结晶水，100℃成为一水盐，115℃溶于结晶水中，无水盐熔点873℃。用做化学试剂、制药、制锶盐。用盐酸跟氢氧化锶或碳酸锶反应制得。
氢氧化物
Fe（OH）3
Fe（OH）2
开始沉淀的pH
1．5
6．5
沉淀完全的pH
3．7
9．7
温度/℃
10
20
30
40
60
80
90
100
溶解度/(g/100g)
1.25
1.77
2.64
3.95
8.42
20.2
44.5
91.2
温度/
0
20
40
60
80
100
溶解度
0.91
1.77
3.95
8.42
20.2
91.2
0.19
0.17
0.14
0.12
0.09
0.08