全国通用2021高考化学一轮复习第三章金属及其化合物微考点21金属及其化合物制备流程二VCrMnCoNi练习含解析

全国通用2021高考化学一轮复习第三章金属及其化合物微考点21金属及其化合物制备流程二VCrMnCoNi练习含解析

1 微考点 21 金属及其化合物制备流程（二）（ V、Cr、Mn、Co、Ni） 1．(2019·大庆质检)某钒铅锌矿主要含有 PbO、ZnO、CaO、V2O5 等物质，工业上常用碱性熔 炼法回收铅、锌、钒等金属，工艺流程如图 1 所示： 已知：钒酸铵(NH4VO3)加热至 700K 可制得纯度较高的 V2O5。 (1)流程中 操作Ⅰ的名称 是________，实验 室进行此项 操作用到的 玻璃仪器主 要有 ________________________________________________________________________。 (2)生成金属铅的化学方程式为______________________________________________。 (3)熔炼过程中，若纯碱过量，将使更多的锌元素以 Na2ZnO2 的形式进入到碱熔渣中，此过程 的化学方程式为__________________________________________________________。 (4)焦炭用量对还原熔炼效果的影响如图 2 所示。分析图像可知，焦炭用量应取矿石质量的 ________较为合适。 (5)钒浸出过程中，液固比(液体质量∶固体质量)对钒浸出率的影响如图 3 所示。分析图像可 知，浸出过程的液固比取 2∶1 为宜，理由是_____________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)为制取纯度更高的 V2O5，往含钒浸出液(主要为 NaVO3)中加 NH4Cl 溶液，可获得________ 晶体。 (7)实验室称取 50g 碱熔渣(钒的质量分数为 7.5%)，水浸，获得 VmLV2O5 浓度达 60g·L－1 的浸 出液，则矾的浸出率为___________________________________________(列计算式)。 2．(2020·绵阳高三质检)元素铬(Cr)在自然界主要以＋3 价和＋6 价存在。回答下列问题： Ⅰ.＋6 价的 Cr 能引起细胞的突变而对人体不利，可以用亚硫酸钠将其还原为＋3 价的 Cr。 完成并配平下列离子方程式： Cr2O2－ 7 ＋ SO2－ 3 ＋ ________=== Cr3＋＋ SO2－ 4 ＋ H2O Ⅱ.(1)工业上利用铬铁矿(FeO·Cr2O3)冶炼铬的工艺流程如图所示： 2 a ． 操 作 ① 中 为 加 快 焙 烧 速 率 和 提 高 原 料 的 利 用 率 ， 可 采 取 的 措 施 是 ___________________________________________________________(答一条即可)。 b．浸出液的主要成分为 Na2CrO4，向滤液中加入盐酸酸化的氯化钡溶液有白色沉淀生成，则 操作③发生反应的离子方程式为___________________________________________。 c．由 Cr2O3 冶炼 Cr 可用铝还原，写出该反应的化学方程式：__________________________ ______________________________________________。 (2)Cr(OH)3 和 Al(OH)3 类似，也是两性氢氧化物，写出 Cr(OH)3 溶于浓氢氧化钠溶液的离子方 程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)以铬酸钠(Na2CrO4)为原料，用电化学法可制备重铬酸钠(Na2Cr2O7)，实验装置如图所示(已 知：2CrO2－ 4 ＋2H＋ Cr2O2－ 7 ＋H2O)。 ①阴极的电极反应式为________________________________________________________。 ②电解一段时间后，测得阳极区溶液中 Na＋物质的量由 amol 变为 bmol，则此时铬酸钠的转化 率为________________________________________________________________________。 3．(2019·长春质检)干电池是日常生活中常用的电池，原料为 Zn 和 MnO2。某工厂用软锰矿(含 MnO2 约 70%及杂质 Al2O3)和闪锌矿(含 ZnS 约 80%及少量 FeS 杂质)共同生产。流程如下： 已知：①A 是 ZnSO4、MnSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3 的混合液。 ②Ⅳ中反应的方程式为 MnSO4＋ZnSO4＋2H2O=====电解MnO2＋Zn＋2H2SO4。 3 (1)混合物 A 中，属于还原产物的是________(填化学式)。 (2)加入 X 的作用是______________________________________________________。 离子 开始沉淀 pH 完全沉淀 pH Fe3＋ 2.3 3.2 Al3＋ 4.2 5.4 Zn2＋ 7.2 8.0 Mn2＋ 8.3 9.8 已知溶液中各离子开始沉淀的 pH 如上表所示，则加入 X 后，溶液 pH 应调整到________(填字 母)。 A．4.5B．6.0C．7.5D．9.0 步骤Ⅱ加热的原因是_________________________________________________________。 适宜作为 X 加入步骤Ⅱ的物质为________(填字母)。 A．MnCO3 B．Zn2(OH)2CO3 C．NaOH D．KOH (3)生产过程中除矿石外，还有哪些原料需要购买？ __________________(填化学式)。 (4)若要从步骤Ⅳ的过滤中得到芒硝晶体(Na2SO4·10H2O)，则需要进行的实验操作有 ________、________、过滤、洗涤、干燥等。 (5)从生产角度看，生成 Zn 和 MnO2 的物质的量相等时，经济效益最高，此时原料软锰矿和闪 锌矿的投料质量的比值大约是________(结果保留两位小数)。 4．(2020·济南联考)碱式碳酸钴用作催化剂及制钴盐原料，陶瓷工业着色剂，电子、磁性材 料的添加剂。利用以下装置测定碱式碳酸钴[Cox(OH)y(CO3)z·H2O]的化学组成。 已知：碱式碳酸钴中钴为＋2 价，受热时可分解生成三种氧化物。 请回答下列问题： (1)选用以上装置测定碱式碳酸钴[Cox(OH)y(CO3)z·H2O]的化学组成，其正确的连接顺序为 a→b→______________(按气流方向，用小写字母表示)。 (2)样品分解完，打开止水夹 K，缓缓通入氮气数分钟，通入氮气的目的是________________ ________________________________________________________。 (3)取碱式碳酸钴样品 34.9g，通过实验测得分解生成的水和二氧化碳的质量分别为 3.6g、 4 8.8g，则该碱式碳酸钴的化学式为________________。 (4)某兴趣小组以含钴废料(含少量Fe、Al等杂质)制取CoCl2·6H2O的一种实验设计流程如下： 已知：25℃时 沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 开始沉 淀 pH 1.9 7.0 7.6 3.4 完全沉 淀 pH 3.2 9.0 9.2 4.7 ①操作Ⅰ用到的玻璃仪器主要有_______________________________________________； ②加盐酸调 pH 为 2～3 的目的是______________________________________________； ③操作Ⅱ的过程为_______________________________________________、洗涤、干燥。 5．(2020·呼和浩特调研)某含镍(Ni)废催化剂中主要含有 Ni，还含有 Al、Al2O3、Fe 及其他 不溶于酸、碱的杂质。部分金属氢氧化物 Ksp 近似值如下表所示： 化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 Ni(OH)2 Ksp 近似值 10－17 10－39 10－34 10－15 已知溶液中金属离子浓度不大于 10－5mol·L－1 时，视为沉淀完全。 现用含镍废催化剂制备 NiSO4·7H2O 晶体，其流程图如下： 回答下列问题： (1)“碱浸”时发生反应的离子方程式为 Al2O3＋2OH－===2AlO－ 2 ＋H2O，_________________ _______________________________________________________。 (2)“酸浸”所使用的酸为_______________________________________________________。 (3)“净化除杂”需加入 H2O2 溶液，其作用是_______________________________________ ______________。然后调节 pH 使溶液中铁元素恰好完全沉淀，列式计算此时的 pH： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 5 (4)“操作 A”为________________、过滤、洗涤、干燥，即得产品。 (5)NiSO4 在 强 碱 性 溶 液 中 可 被 NaClO 氧 化 为 NiOOH ， 该 反 应 的 离 子 方 程 式 为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)NiOOH 可作为镍氢电池的电极材料，该电池的工作原理如下图所示，其放电时，正极的电 极反应式为________________________________。 6 答案精析 1．(1)过滤 漏斗、烧杯、玻璃棒 (2)PbO＋CO=====△ Pb＋CO2 (3)Na2CO3＋ZnO=====△ Na2ZnO2＋CO2↑ (4)10% (5)液固比为 2∶1 时，钒浸出率在 97.0%以上， 再进一步增大液固比，钒浸出率提高不明显，而且还会导致浸出用水量、废水排放量的增大 等 (6)NH4VO3 (7) V×10－3×60×102 182 50×7.5% ×100% 解析 (1)碱熔渣经过操作Ⅰ得到浸出渣和含钒浸出液，则操作Ⅰ为过滤，过滤所需的玻璃仪 器有漏斗、烧杯、玻璃棒。(2)根据题图知，生成金属铅的化学方程式为 PbO＋CO=====△ Pb＋CO2。 (3)纯碱与氧化锌反应得到 Na2ZnO2，根据原子守恒配平化学方程式：Na2CO3＋ZnO=====△ Na2ZnO2 ＋CO2↑。(4)由题图可知，焦炭用量为矿石质量的 10%时，V、Pb、Zn 的回收率都较高，且继 续增大焦炭用量，V、Pb、Zn 的回收率都没有明显增大，故焦炭用量取矿石质量的 10%较为合 适。(6)由已知条件“钒酸铵(NH4VO3)加热至 700K 可制得纯度较高的 V2O5”，可知获得的是 NH4VO3 晶体。(7)获得的浸出液中含矾 60×V×10－3×102 182 g，碱熔渣中含钒 50×7.5%g，则钒的 浸出率为 V×10－3×60×102 182 50×7.5% ×100%。 2．Ⅰ.1 3 8 H＋ 2 3 4 Ⅱ.(1)a.将铬铁矿粉碎(或其他合理措施) b．8CrO2－ 4 ＋3S2－＋20H2O===8Cr(OH)3↓＋3SO2－ 4 ＋16OH－ c．Cr2O3＋2Al=====高温2Cr＋Al2O3 (2)Cr(OH)3＋OH－===CrO－ 2 ＋2H2O (3)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ ②2 a－b a ×100% 3．(1)MnSO4 (2)增大溶液的 pH，使 Fe3＋和 Al3＋均生成沉淀 B 促进 Fe3＋和 Al3＋水解 AB (3)Na2CO3 和 H2SO4 (4)蒸发浓缩 冷却结晶 (5)1.03 解析 (1)结合已知①及反应原料知，MnSO4 为还原产物。(2)根据流程图可知，向 MnSO4、ZnSO4、 Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3 的混合液中加入 X 后经过滤、灼烧可以获得氧化铁和氧化铝，所以加入 X 的作用是增大溶液的 pH，使 Fe3＋和 Al3＋均生成沉淀；欲使 Fe3＋、Al3＋沉淀完全，Zn2＋、Mn2＋ 7 不沉淀，pH 应在 5.4～7.2 之间。在加热条件下，金属阳离子的水解更彻底，更易形成沉淀 而分离，故加热的目的是促进 Fe3＋、Al3＋水解。加入 X 调节 pH 时，需加入包含所需金属阳离 子的弱酸盐且不引入新杂质。(3)根据流程图，浸取时加入了稀硫酸，步骤Ⅲ向 B 中加入了纯 碱，故还需购买的化工原料是碳酸钠和硫酸。(4)要从 Na2SO4 溶液中得到芒硝(Na2SO4·10H2O)， 需进行的操作有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等。(5)MnO2、Zn 的物质的量之比为 1∶1 时，设软锰矿、闪锌矿的质量分别为 xg、yg，根据原子守恒有x×70% 87 ∶y×80% 97 ＝1∶1， 解得x y ≈1.03。 4．(1)j→k→c→d(或 d→c)→e (2)将装置中生成的 H2O(g)和 CO2 全部排入戊、乙装置中 (3)Co3(OH)2(CO3)2·H2O (4)①烧杯、漏斗、玻璃棒 ②抑制 CoCl2 的水解 ③蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 解析 (1)甲装置为分解装置，用戊装置吸收生成的水，用乙装置吸收生成的二氧化碳，用丙 装置防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入实验装置影响实验结果。(2)为了保证数据的准确 性，通入氮气使产生的气体全部被吸收。(3)生成的水的质量为 3.6g，物质的量为 3.6 18 mol＝ 0.2mol，生成的 CO2 的质量为 8.8g，物质的量为 8.8 44 mol＝0.2mol，碱式碳酸钴的质量为 34.9g， 氧 化 亚 钴 的 质 量 为 34.9g － 3.6g －8.8g ＝ 22.5g ， 其 物 质 的 量 为 22.5 75 mol ＝ 0.3mol ， N(Co)∶N(H)∶N(C)＝0.3∶(0.2×2)∶0.2＝3∶4∶2，化学式为 Co3(OH)2(CO3)2·H2O。(4)① 操作Ⅰ为过滤，用到的玻璃仪器主要有烧杯、漏斗、玻璃棒。②加盐酸调 pH 为 2～3 的目的 是抑制 CoCl2 的水解。③从溶液中得到 CoCl2·6H2O 晶体需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗 涤、干燥。 5．(1)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－ 2 ＋3H2↑ (2)稀硫酸(或硫酸、H2SO4) (3)将 Fe2＋氧化为 Fe3＋ c3(OH－)＝Ksp[Fe OH 3] c Fe3＋ ＝10－39 10－5 ＝10－34，c(OH－)≈10－11.3mol·L－1，则 c(H＋)＝ Kw c OH－ ＝10－2.7mol·L－1，pH＝2.7 (4)冷却结晶 (5)2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋Cl－＋H2O (6)NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ 解析 (1)“碱浸”时除了氧化铝与碱反应外，还会有金属铝与碱反应生成偏铝酸钠和氢气， 反应的离子方程式为 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－ 2 ＋3H2↑。(2)根据流程图可知，最后产物为硫 8 酸盐，所以“酸浸”所使用的酸为稀硫酸(或硫酸、H2SO4)。(3)从图表信息可知，氢氧化亚铁 的 Ksp 较大，而氢氧化铁 Ksp 相对较小，因此“净化除杂”需加入 H2O2 溶液，其作用是将 Fe2＋ 氧化为 Fe3＋，易于形成沉淀而除去；然后调节 pH 使溶液中铁元素恰好完全沉淀，c3(OH－)＝ Ksp[Fe OH 3] c Fe3＋ ＝10－39 10－5 ＝10－34，c(OH－)≈10－11.3 mol·L－1，所以 c(H＋)＝ Kw c OH－ ＝10－2.7 mol·L －1，pH＝2.7。(4)从溶液中得到晶体的操作为蒸发浓缩，冷却结晶，过滤、洗涤、干燥，即 得产品。(5)NiSO4 在强碱性溶液中可被 NaClO 氧化为 NiOOH，该反应的离子方程式为 2Ni2＋＋ ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋Cl－＋H2O。(6)放电时为原电池，正极发生还原反应，NiOOH 被还原 为 Ni(OH)2，正极的电极反应式为 NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。