金属及其化合物的制备.docx
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金属及其化合物的制备
金属及其化合物的制备
1.铬是一种具有战略意义的金属,它具有多种价态,单质铬熔点为1857℃。
(1)工业上以铬铁矿[主要成分是Fe(CrO2)2]为原料冶炼铬的流程如图所示:
①Fe(CrO2)2中各元素化合价均为整数,则铬为________价。
②高温氧化时反应的化学方程式为____________________________________________。
③操作a由两种均发生了化学反应的过程构成,其内容分别是________、铝热反应。
(2)Cr(OH)3是两性氢氧化物,请写出其分别与NaOH、稀硫酸反应时生成的两种盐的化学式:
______________、______________。
(3)水中的铬元素对水质及环境均有严重的损害作用,必须进行无害化处理。
转化为重要产品磁性铁铬氧体(CrxFeyOz):
先向含CrO
的污水中加入适量的硫酸及硫酸亚铁,待充分反应后再通入适量空气(氧化部分Fe2+)并加入NaOH,就可以使铬、铁元素全部转化为磁性铁铬氧体。
①写出CrO
在酸性条件下被Fe2+还原为Cr3+的离子方程式:
________________________。
②若处理含1molCrO
(不考虑其他含铬微粒)的污水时恰好消耗10molFeSO4,则当铁铬氧体中n(Fe2+)∶n(Fe3+)=3∶2时,铁铬氧体的化学式为____________________________。
2.一种用软锰矿(主要成分MnO2)和黄铁矿(主要成分FeS2)制取MnSO4·H2O并回收单质硫的工艺流程如下:
已知:
本实验条件下,高锰酸钾溶液与硫酸锰溶液混合产生二氧化锰。
回答下列问题:
(1)步骤①混合研磨成细粉的主要目的是________________________;步骤②浸取时若生成S、MnSO4及Fe2(SO4)3,则其反应的化学方程式为______________________________________。
(2)步骤③所得酸性滤液可能含有Fe2+,为了除去Fe2+可先加入________________________;步骤④需将溶液加热至沸,然后在不断搅拌下加入碱调节pH为4~5,再继续煮沸一段时间,“继续煮沸”的目的是________________________________________。
步骤⑤所得滤渣为________________________(填化学式)。
(3)步骤⑦需在90~100℃下进行,该反应的化学方程式为___________________________。
(4)测定产品MnSO4·H2O的方法之一是:
准确称取ag产品于锥形瓶中,加入适量ZnO及H2O煮沸,然后用cmol·L-1KMnO4标准溶液滴定至浅红色且半分钟不褪色,消耗标准溶液VmL,产品中Mn2+的质量分数为w(Mn2+)=________________________________。
3.(2020·日照模拟)铋(83号元素)主要用于制造合金,铋合金具有凝固时不收缩的特性,用于铸造印刷铅字和高精度铸型。
湿法提铋新工艺以氧化铋渣(主要成分为Bi2O3,含有PbO、Ag2O、CuO杂质)为原料提Bi的工艺流程如下:
已知:
Ⅰ.BiOCl不溶于水,加热至700℃就分解生成BiCl3,BiCl3的沸点为447℃;
Ⅱ.25℃时,Ksp[Cu(OH)2]=1.2×10-20;Ksp(PbCl2)=1.17×10-5。
回答下列问题:
(1)“滤渣Ⅰ”的成分为_____________________________________________(填化学式)。
(2)“脱氯”的化学方程式为___________________________________________。
(3)“沉铜”时,向“滤液Ⅱ”中加入NaOH溶液调节pH,促进Cu2+水解生成Cu3(OCl)2,则此过程中Cu2+水解的离子方程式为________________________。
若“滤液Ⅱ”中c(Cu2+)为0.01mol·L-1,当加入等体积的NaOH溶液时,pH恰好为6,出现沉淀Cu(OH)2,此时Cu2+的去除率为________(忽略溶液体积变化)。
(4)“滤液Ⅲ”经加热浓缩后可返回________________工序循环使用。
4.(2020·山东新高考5月模拟)利用钒钛磁铁矿冶炼后产生的钒渣(主要含FeO·V2O3、Al2O3、SiO2及少量可溶性磷酸盐)生产V2O5的工艺流程如下,回答下列问题:
已知:
①V2O5、Al2O3、SiO2可与Na2CO3、NaCl组成的混合钠盐在高温下反应,并转化为NaVO3、NaAlO2、Na2SiO3等可溶性钠盐。
②AlO
+4H+===Al3++2H2O。
(1)焙烧Ⅰ包括氧化和钠化成盐两个过程,氧化的目的是获得V2O5,写出氧化过程中FeO·V2O3发生反应的化学方程式:
________________________________________________________;
废渣Ⅰ的主要成分是____________________________________________________________;
精制Ⅰ中加盐酸调pH的主要作用是________________________________,加入NH3·H2O后发生反应的离子方程式为________________________________________________________。
(2)精制Ⅱ中加入CaCl2溶液除去磷酸盐,pH过小时影响除磷效果的原因是_______________________________________________________________________________;
pH过大时,沉淀量增大的原因是________________________________。
(3)沉钒所得NH4VO3沉淀需进行洗涤,洗涤时除去的阴离子主要是____________。
NH4VO3在500℃时焙烧脱氨制得产品V2O5,反应的化学方程式为2NH4VO3
V2O5+H2O↑+2NH3↑。
但脱氨过程中,部分V2O5会转化成V2O4,反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3∶2,该反应的化学方程式为_____________________________________________________。
5.高纯MnCO3在电子工业中有重要的应用,工业上利用软锰矿(主要成分是MnO2,还含有Fe2O3、CaCO3、CuO等杂质)制取碳酸锰的流程如图所示:
已知:
还原焙烧主反应为2MnO2+C
2MnO+CO2↑。
可能用到的数据如下:
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
Mn(OH)2
开始沉淀pH
1.5
6.5
4.2
8.1
沉淀完全pH
3.7
9.7
7.4
10.1
根据要求回答下列问题:
(1)在实验室进行步骤A,混合物应放在_______________________中加热;步骤C中的滤渣为____________。
(2)步骤D中氧化剂与还原剂的物质的量之比为____________。
(3)步骤E中调节pH的范围为___________________________________________,其目的是
_____________________________________________________________________________。
(4)步骤G,温度控制在35℃以下的原因是________________________,若Mn2+恰好沉淀完全时测得溶液中CO
的浓度为2.2×10-6mol·L-1,则Ksp(MnCO3)=____________________。
(5)生成的MnCO3沉淀需经充分洗涤,检验洗涤是否干净的方法是_______________________。
(6)现用滴定法测定产品中锰元素的含量。
实验步骤:
称取3.300g试样,向其中加入稍过量的磷酸和硝酸,加热使产品中MnCO3完全转化为[Mn(PO4)2]3-(其中NO
完全转化为NO
);加入稍过量的硫酸铵,发生反应NO
+NH
===N2↑+2H2O以除去NO
;加入稀硫酸酸化,再加入60.00mL0.500mol·L-1硫酸亚铁铵溶液,发生的反应为[Mn(PO4)2]3-+Fe2+===Mn2++Fe3++2PO
;用5.00mL0.500mol·L-1酸性K2Cr2O7溶液恰好除去过量的Fe2+。
①酸性K2Cr2O7溶液与Fe2+反应的离子方程式为_____________________________________。
②试样中锰元素的质量分数为____________________。
6.软锰矿的主要成分为MnO2,还含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等杂质,工业上用软锰矿制取MnSO4·H2O的流程如下:
已知:
①部分金属阳离子完全沉淀时的pH如下表
金属阳离子
Fe3+
Al3+
Mn2+
Mg2+
完全沉淀时的pH
3.2
5.2
10.4
12.4
②温度高于27℃时,MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低。
(1)“浸出”过程中MnO2转化为Mn2+的离子方程式为_____________________________。
(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是_____________________________________________。
(3)第1步除杂中形成滤渣1的主要成分为__________(填化学式),调pH至5~6所加的试剂,可选择________(填字母)。
a.CaOb.MgOc.Al2O3d.氨水
(4)第2步除杂,主要是将Ca2+、Mg2+转化为相应氟化物沉淀除去,写出MnF2除去Mg2+的离子方程式:
_____________________,该反应的平衡常数为________。
(已知:
MnF2的Ksp=5.3×10-3;CaF2的Ksp=1.5×10-10;MgF2的Ksp=7.4×10-11)
(5)采用“趁热过滤”操作的原因是_______________________________________________。
(6)取少量MnSO4·H2O溶于水,配成溶液,测其pH发现该溶液显酸性,原因是_______________
____________________________________________________________(用离子方程式表示)。
7.工业上由粗锰粉(主要杂质为Fe、Ni、Pb等金属单质)制备高纯碳酸锰。
其主要工艺流程如图:
已知:
①金属活动性:
Mn>Fe>Ni>Pb,
②流程中各步骤中对杂质离子的去除情况如下表:
Fe2+
Ni2+
Pb2+
初始浓度/(mg·L-1)
21.02
4.95
5.86
酸浸后/(mg·L-1)
12.85
3.80
3.39
除铁后/(mg·L-1)
0.25
3.76
3.38
除镍、铅后/(mg·L-1)
0.10(达标)
3.19(未达标)
0.12(达标)
(1)酸浸。
向粗锰粉中加入一定浓度的硫酸,控制溶液的pH约为5,测定离子的初始浓度。
静置一段时间后锰粉仍略有剩余,过滤;此时Fe2+浓度降低,可能的原因为________________________________________________________________________。
(2)氧化。
向“酸浸”后的滤液中加入MnO2,使溶液中的Fe2+转化为Fe3+,反应的离子方程式为_______________________________________________________________________。
(3)除铁。
向“氧化”后的滤液中加入物质X,是为了调节溶液的pH,使Fe3+转化为沉淀而除去。
下列可以作为物质X的是________(填字母)。
A.MnCO3 B.Mn(OH)2 C.NH3·H2O
(4)除镍、铅。
向“除铁”后的滤液中通入H2S气体,待充分反应后加热一段时间,冷却后过滤;此时Ni2+不达标而Pb2+达标。
推测溶解度:
PbS________NiS(填“>”或“<”)。
(5)制备碳酸锰。
已知溶液pH和反应温度对MnCO3的产率影响分别如图1、图2所示。
请设计从提纯后的MnSO4溶液制备MnCO3沉淀的实验方案:
________[实验中须使用的试剂有:
氨水-(NH4)2CO3混合溶液]。
2022届高三化学一轮复习——金属及其化合物的制备大题专题训练
1.铬是一种具有战略意义的金属,它具有多种价态,单质铬熔点为1857℃。
(1)工业上以铬铁矿[主要成分是Fe(CrO2)2]为原料冶炼铬的流程如图所示:
①Fe(CrO2)2中各元素化合价均为整数,则铬为________价。
②高温氧化时反应的化学方程式为____________________________________________。
③操作a由两种均发生了化学反应的过程构成,其内容分别是________、铝热反应。
(2)Cr(OH)3是两性氢氧化物,请写出其分别与NaOH、稀硫酸反应时生成的两种盐的化学式:
______________、______________。
(3)水中的铬元素对水质及环境均有严重的损害作用,必须进行无害化处理。
转化为重要产品磁性铁铬氧体(CrxFeyOz):
先向含CrO
的污水中加入适量的硫酸及硫酸亚铁,待充分反应后再通入适量空气(氧化部分Fe2+)并加入NaOH,就可以使铬、铁元素全部转化为磁性铁铬氧体。
①写出CrO
在酸性条件下被Fe2+还原为Cr3+的离子方程式:
________________________。
②若处理含1molCrO
(不考虑其他含铬微粒)的污水时恰好消耗10molFeSO4,则当铁铬氧体中n(Fe2+)∶n(Fe3+)=3∶2时,铁铬氧体的化学式为____________________________。
答案
(1)①+3 ②4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO3
2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2 ③灼烧使Cr(OH)3分解
(2)NaCrO2 Cr2(SO4)3
(3)①3Fe2++CrO
+8H+===3Fe3++Cr3++4H2O
②Cr2Fe20O27
解析
(1)①根据化合物中各元素的正负化合价代数和为0分析。
②根据流程确定反应物和生成物,用化合价升降法配平书写化学方程式。
(2)模仿Al(OH)3与NaOH、稀硫酸的反应确定生成物。
(3)①酸性条件下CrO
被Fe2+还原为Cr3+,Fe2+被氧化成Fe3+,反应可写成Fe2++CrO
+H+―→Fe3++Cr3++H2O,根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒,配平方程式。
②根据Fe守恒,铁铬氧体中n(Fe2+)=10mol×
=6mol,n(Fe3+)=10mol×
=4mol,根据Cr守恒,铁铬氧体中n(Cr3+)=n(CrO
)=1mol,根据电荷守恒,铁铬氧体中n(O2-)=
=13.5mol,铁铬氧体中n(Cr)∶n(Fe)∶n(O)=1mol∶10mol∶13.5mol=2∶20∶27,铁铬氧体的化学式为Cr2Fe20O27。
2.一种用软锰矿(主要成分MnO2)和黄铁矿(主要成分FeS2)制取MnSO4·H2O并回收单质硫的工艺流程如下:
已知:
本实验条件下,高锰酸钾溶液与硫酸锰溶液混合产生二氧化锰。
回答下列问题:
(1)步骤①混合研磨成细粉的主要目的是________________________;步骤②浸取时若生成S、MnSO4及Fe2(SO4)3,则其反应的化学方程式为______________________________________。
(2)步骤③所得酸性滤液可能含有Fe2+,为了除去Fe2+可先加入________________________;步骤④需将溶液加热至沸,然后在不断搅拌下加入碱调节pH为4~5,再继续煮沸一段时间,“继续煮沸”的目的是________________________________________。
步骤⑤所得滤渣为________________________(填化学式)。
(3)步骤⑦需在90~100℃下进行,该反应的化学方程式为___________________________。
(4)测定产品MnSO4·H2O的方法之一是:
准确称取ag产品于锥形瓶中,加入适量ZnO及H2O煮沸,然后用cmol·L-1KMnO4标准溶液滴定至浅红色且半分钟不褪色,消耗标准溶液VmL,产品中Mn2+的质量分数为w(Mn2+)=________________________________。
答案
(1)增大接触面积,提高硫酸浸取时的浸取速率和浸取率 3MnO2+2FeS2+6H2SO4===3MnSO4+Fe2(SO4)3+4S+6H2O
(2)软锰矿粉或H2O2溶液 破坏Fe(OH)3胶体并使沉淀颗粒长大,便于过滤分离 Fe(OH)3
(3)(NH4)2Sx+1
2NH3↑+H2S↑+xS↓
(4)
%
解析
(2)由于Fe2+具有较强的还原性,在酸性条件下可用软锰矿粉(MnO2)或H2O2将其氧化为Fe3+,既不引入杂质,又能达到除去的目的;用碱液处理时,需将溶液加热至沸,然后在不断搅拌下调节pH为4~5,再继续煮沸一段时间,以破坏Fe(OH)3胶体并使沉淀颗粒增大,便于过滤分离,得到的滤渣为Fe(OH)3。
(4)已知本实验条件下,高锰酸钾溶液与硫酸锰溶液混合产生二氧化锰。
根据得失电子守恒可得二者反应的化学方程式为2KMnO4+3MnSO4·H2O===5MnO2+K2SO4+2H2SO4+H2O,已知n(KMnO4)=cmol·L-1×V×10-3L=cV×10-3mol,则n(MnSO4·H2O)=1.5cV×10-3mol,产品中Mn2+的质量分数为w(Mn2+)=
×100%=
%。
3.(2020·日照模拟)铋(83号元素)主要用于制造合金,铋合金具有凝固时不收缩的特性,用于铸造印刷铅字和高精度铸型。
湿法提铋新工艺以氧化铋渣(主要成分为Bi2O3,含有PbO、Ag2O、CuO杂质)为原料提Bi的工艺流程如下:
已知:
Ⅰ.BiOCl不溶于水,加热至700℃就分解生成BiCl3,BiCl3的沸点为447℃;
Ⅱ.25℃时,Ksp[Cu(OH)2]=1.2×10-20;Ksp(PbCl2)=1.17×10-5。
回答下列问题:
(1)“滤渣Ⅰ”的成分为_____________________________________________(填化学式)。
(2)“脱氯”的化学方程式为___________________________________________。
(3)“沉铜”时,向“滤液Ⅱ”中加入NaOH溶液调节pH,促进Cu2+水解生成Cu3(OCl)2,则此过程中Cu2+水解的离子方程式为________________________。
若“滤液Ⅱ”中c(Cu2+)为0.01mol·L-1,当加入等体积的NaOH溶液时,pH恰好为6,出现沉淀Cu(OH)2,此时Cu2+的去除率为________(忽略溶液体积变化)。
(4)“滤液Ⅲ”经加热浓缩后可返回________________工序循环使用。
答案
(1)AgCl、PbCl2
(2)2BiOCl+2NaOH
Bi2O3+2NaCl+H2O
(3)3Cu2++2H2O+2Cl-===Cu3(OCl)2↓+4H+ 97.6% (4)浸出
解析
(1)根据工艺流程图分析可知,铋渣中加入盐酸和饱和NaCl溶液,滤渣Ⅰ的成分是AgCl和PbCl2。
(2)“脱氯”时,BiOCl与热的NaOH反应得到Bi2O3和NaCl,反应的化学方程式为2BiOCl+2NaOH
Bi2O3+2NaCl+H2O。
(3)“沉铜”时,向滤液Ⅱ中加入NaOH溶液调节pH,促进Cu2+水解生成Cu3(OCl)2,反应的离子方程式为3Cu2++2H2O+2Cl-===Cu3(OCl)2↓+4H+,加入等体积的NaOH溶液时,pH=6,溶液中c(H+)=10-6mol·L-1,则c(OH-)=10-8mol·L-1,由于Ksp[Cu(OH)2]=c(Cu2+)·c2(OH-),则c(Cu2+)=0.00012mol·
L-1,n(Cu2+)=0.00012mol·L-1×2VL=0.00024Vmol,则去除的Cu2+的物质的量为0.01Vmol-0.00024Vmol=0.00976Vmol,Cu2+的去除率为
×100%=97.6%。
(4)滤液Ⅲ为NaCl溶液,经加热浓缩后可返回浸出工序循环使用。
4.(2020·山东新高考5月模拟)利用钒钛磁铁矿冶炼后产生的钒渣(主要含FeO·V2O3、Al2O3、SiO2及少量可溶性磷酸盐)生产V2O5的工艺流程如下,回答下列问题:
已知:
①V2O5、Al2O3、SiO2可与Na2CO3、NaCl组成的混合钠盐在高温下反应,并转化为NaVO3、NaAlO2、Na2SiO3等可溶性钠盐。
②AlO
+4H+===Al3++2H2O。
(1)焙烧Ⅰ包括氧化和钠化成盐两个过程,氧化的目的是获得V2O5,写出氧化过程中FeO·V2O3发生反应的化学方程式:
________________________________________________________;
废渣Ⅰ的主要成分是____________________________________________________________;
精制Ⅰ中加盐酸调pH的主要作用是________________________________,加入NH3·H2O后发生反应的离子方程式为________________________________________________________。
(2)精制Ⅱ中加入CaCl2溶液除去磷酸盐,pH过小时影响除磷效果的原因是_______________________________________________________________________________;
pH过大时,沉淀量增大的原因是________________________________。
(3)沉钒所得NH4VO3沉淀需进行洗涤,洗涤时除去的阴离子主要是____________。
NH4VO3在500℃时焙烧脱氨制得产品V2O5,反应的化学方程式为2NH4VO3
V2O5+H2O↑+2NH3↑。
但脱氨过程中,部分V2O5会转化成V2O4,反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3∶2,该反应的化学方程式为_____________________________________________________。
答案
(1)4FeO·V2O3+5O2
2Fe2O3+4V2O5 Fe2O3 除Si并将AlO
转化为Al3+ Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
、H++NH3·H2O===H2O+NH
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- 金属 及其 化合物 制备