2024年高考化学一轮复习（新高考版）第4章热点强化8　金属及其化合物制备流程分析_05高考化学_2024年新高考资料_1.2024一轮复习_2024年高考化学一轮复习讲义（新人教新高考版）

热点强化 8 金属及其化合物制备流程分析 类型一 常见金属及其化合物的制备 常见金属及其化合物的制备涉及的内容有： (1)金属冶炼类，如冶炼镁、铝、铁、铜等金属，主要考查产品冶炼条件控制以及混合物的 分离和提纯等。 (2)中学重要化工产品的制备类，如胆矾、绿矾、明矾、氧化铁、硝酸铜等物质的制备。 往往考查物质的性质、分离提纯、反应原理、实验操作等知识点。由于此类试题陌生度高， 对学生的能力要求也大，并且有的试题文字信息量大，所以这类题目容易出错。 1．(2022·湖南，7)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下： 下列说法错误的是( ) A．不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料 B．采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率 C．合成槽中产物主要有NaAlF 和CO 3 6 2 D．滤液可回收进入吸收塔循环利用 答案 C 解析 烟气(含HF)通入吸收塔，加入过量的碳酸钠，发生反应：NaCO ＋HF===NaF＋ 2 3 NaHCO ，向合成槽中通入NaAlO ，发生反应：6NaF＋NaAlO ＋4NaHCO ===NaAlF↓＋ 3 2 2 3 3 6 4NaCO ＋2HO，过滤得到NaAlF 和含有NaCO 的滤液。陶瓷的成分中含有SiO ，SiO 能 2 3 2 3 6 2 3 2 2 与HF发生反应，因此不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料，故A正确；采用溶液喷淋法可增大反 应物的接触面积，提高吸收塔内烟气吸收效率，故B正确；由上述分析知，合成槽内产物 主要有NaAlF 、NaCO 、HO，故C错误；滤液的主要成分为NaCO ，可进入吸收塔循环 3 6 2 3 2 2 3 利用，故D正确。 2．(2022·河北唐山二模)水合肼(N H·H O)的性质类似氨水。利用水合肼处理铜氨{[Cu(NH )]2 2 4 2 3 4 ＋} 废液回收铜粉的实验流程如图：下列说法错误的是( ) A．上述三步反应过程均为氧化还原反应 B．反应1的目的是制备NaClO C．合成水合肼的反应中每消耗1 mol CO(NH ) 转移电子数为N 2 2 A D．反应3完成后要用到过滤操作 答案 C 解析 反应1是氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，氯元素化合价发生变化； 反应 2 是次氯酸钠将尿素氧化为水合肼，氯元素、氮元素化合价发生变化；反应 3 是 [Cu(NH )]2＋被水合肼还原为Cu，铜元素、氮元素化合价发生变化，则上述三步反应过程均 3 4 为氧化还原反应，故A正确；经分析知反应1的目的是制备NaClO，用NaClO将尿素氧化 为水合肼，故B正确；次氯酸钠将尿素氧化为水合肼，氮元素化合价由－3价升高至－2价， 每消耗1 mol CO(NH ) 转移电子数为2N ，故C错误；反应3完成后要把铜粉分离出来，用 2 2 A 到过滤操作，故D正确。 3．以高硫铝土矿(主要成分为Al O、Fe O、SiO，少量FeS 和金属硫酸盐)为原料，生产氧 2 3 2 3 2 2 化铝并获得Fe O 的部分工艺流程如下： 3 4 (1)焙烧过程均会产生SO ，用NaOH溶液吸收过量SO 的离子方程式为__________。 2 2 (2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。 已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃ 硫去除率＝(1－)×100% ①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于________。 ②700 ℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原 因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO ，铝元素存在的形式由________(填化学式，下同) 2转化为________。 (4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe O 。Fe O 与FeS 混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe O 2 3 2 3 2 3 4 和SO ，理论上完全反应消耗的n(FeS )∶n(Fe O)＝________。 2 2 2 3 答案 (1)SO ＋OH－===HSO (2)①FeS 2 2 ②硫元素转化为CaSO 而留在矿粉中 4 (3)NaAlO Al(OH) (4)1∶16 2 3 解析 (2)①根据题给已知信息，多数金属硫酸盐的分解温度高于600 ℃，不添加CaO的矿 粉低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于FeS 。(3)“碱浸”时Al O 、SiO 转化为溶 2 2 3 2 于水的NaAlO 、NaSiO ，向“过滤”得到的滤液中通入过量CO ，CO 与NaAlO 反应生成 2 2 3 2 2 2 NaHCO 和Al(OH) 。(4)Fe O 与FeS 混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe O 和SO ，反应的化 3 3 2 3 2 3 4 2 学方程式为FeS＋16Fe O=====11Fe O＋2SO ↑。 2 2 3 3 4 2 4．[2019·全国卷Ⅰ，26(1)(2)(4)]硼酸(H BO)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医 3 3 药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含MgB O·H O、SiO 及少量Fe O 、Al O)为原料生产硼 2 2 5 2 2 2 3 2 3 酸及轻质氧化镁的工艺流程如下： 回答下列问题： (1)在 95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为 ________________________________________________________________________。 (2)“滤渣1”的主要成分有________________________________________________。 为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3＋离子，可选用的化学试剂是________。 (4)在“沉镁”中生成Mg(OH) ·MgCO 沉淀的离子方程式为___________________， 2 3 母液经加热后可返回________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是 ________。 答案 (1)NH HCO ＋NH ===(NH )CO 4 3 3 4 2 3 (2)SiO、Fe O、Al O KSCN溶液 2 2 3 2 3 (4)2Mg2 ＋ ＋ 3CO ＋ 2HO===Mg(OH) ·MgCO ↓ ＋ 2HCO[ 或 2Mg2 ＋ ＋ 2CO ＋ 2 2 3 HO===Mg(OH) ·MgCO ↓＋CO↑] 溶浸 高温焙烧 2 2 3 2 解析 (1)由流程图加入物质可知，“溶浸”时产生的气体只能是NH ，NH 与NH HCO 反 3 3 4 3 应生成用于“沉镁”的物质只能是(NH )CO。(2)由流程图可知，在过滤获取HBO 之前没 4 2 3 3 3 有除Fe3＋、Al3＋的步骤，推知氧化铁、氧化铝在“溶浸”时没有溶解，而二氧化硅不溶于硫 酸铵溶液，因而滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检验Fe3＋的试剂可选用 KSCN溶液。(4)“沉镁”中，结合反应物有Mg2＋、CO，生成物为Mg(OH) ·MgCO ，依据 2 3离子方程式书写要求，即可写出方程式。母液含硫酸铵，可以将母液返回“溶浸”工序循环 使用，体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁，联系碳酸镁、氢 氧化镁受热都能分解生成氧化镁。 类型二 过渡金属及其化合物的制备 过渡金属元素常具有多种可变化合价，形成化合物种类较多，近年高考题常以 Ni、Cr、 Mn、V等元素化合物的制备流程为载体，考查不同价态物质转化规律、条件控制、物质的 分离提纯等关键能力。 1．(2022·湖南长郡中学高三模拟)含铬废水会严重污染环境，一种烟气协同处理含铬废水(含 CrO、Cr O、泥沙等)的流程如图： 2 下列说法不正确的是( ) A．“沉降”的主要目的是除去泥沙等不溶物 B．溶液A通常选用硫酸“调pH”，目的是将CrO转化为Cr O 2 C．“还原”过程涉及的氧化还原反应，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3 D．母液经处理可获得 SO 2 4 答案 C 解析 “沉降”可以除去不溶性物质，主要目的是除去泥沙等不溶物，A正确；Cr O＋ 2 HO2CrO＋2H＋，加入稀硫酸，氢离子浓度变大，平衡逆向移动，CrO转化为Cr O，B 2 2 正确；“还原”过程涉及的氧化还原反应，二氧化硫生成硫酸根离子，正六价铬转化为正三 价铬，根据得失电子守恒可知，3SO ～Cr O，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶3，C 2 2 错误；加入氨水得到Cr(OH) 沉淀和硫酸铵，过滤，母液经处理可获得 SO ，D正确。 3 2 4 2．(2022·山东滨州高三模拟)工业上以碳酸锰矿(主要成分为MnCO ，另含FeO、Fe O 、 3 2 3 CaO等杂质)为主要原料生产锰酸锂(LiMn O)，工艺流程如下： 2 4下列说法错误的是( ) A．可采用搅拌的方法提高“酸浸”时碳酸锰矿的浸出速率 B．加入CaO的目的是调节pH，使Fe3＋转化为Fe(OH) 除去 3 C．“合成MnO ”的化学方程式为MnSO ＋KSO＋2HO===MnO ↓＋KSO ＋2HSO 2 4 2 2 8 2 2 2 4 2 4 D．“气体1”中含两种气体，一种是CO，另一种可能是CO 2 答案 D 解析 搅拌可使反应物之间更充分的接触，从而提高“酸浸”时碳酸锰矿的浸出速率，故A 正确；加入CaO生成氢氧化钙，能使铁离子转化成氢氧化铁沉淀除去，故B正确；“合成 MnO ”是硫酸锰作还原剂，KSO 作氧化剂，根据得失电子守恒可得反应：MnSO ＋ 2 2 2 8 4 KSO ＋2HO===MnO ↓＋KSO ＋2HSO ，故C正确；二氧化锰与碳酸锂混合反应生成 2 2 8 2 2 2 4 2 4 LiMn O ，LiMn O 中Mn的化合价有＋3价、＋4价两种，可知发生了氧化还原反应，二氧 2 4 2 4 化锰作氧化剂，则化合价升高的只能是－2价氧元素，故产物中还有氧气，“气体1”中所 含两种气体应为二氧化碳和氧气，故D错误。 3．(2022·重庆八中高三模拟)黏土钒矿(主要成分为钒的＋3、＋4、＋5价的化合物以及 SiO 、Al O 等)中钒的化合物溶于酸后多以VO＋、VO2＋、VO形式存在，采用如图所示工艺 2 2 3 流程可由黏土钒矿制备VO 。已知：VO 在碱性条件下以VO形式存在。下列说法不正确 2 5 2 5 的是( ) A．“酸浸氧化”中欲使3 mol VO＋被氧化成VO，至少需要1 mol KClO 3 B．滤液1中主要的阴离子有AlO、VO、Cl－、OH－、SO C．“煅烧”时需要的仪器主要有蒸发皿、玻璃棒、三脚架、酒精灯 D．“煅烧”时，NH VO 受热分解：2NH VO =====VO＋2NH ↑＋HO 4 3 4 3 2 5 3 2 答案 C 解析 黏土钒矿中，钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在，还包括SiO 、Al O 等，加入稀 2 2 3 硫酸，使Al O 生成Al3＋；加入KClO 将VO＋和VO2＋氧化成VO，滤渣1为SiO，滤液含有 2 3 3 2 VO、K＋、Cl－、Al3＋、SO；加入KOH溶液至pH>13，滤液1含有K＋、AlO、VO、 Cl－、OH－、SO，通入CO 生成氢氧化铝沉淀，滤液中加入NH HCO 沉钒得到NH VO ，最 2 4 3 4 3 后煅烧得到VO 。VO＋中V元素为＋3价，VO中V元素为＋5价，3 mol VO＋被氧化成 2 5 VO，失去6 mol电子，1 mol KClO 变为KCl得到6 mol电子，得失电子守恒，故A正确； 3 由上述分析可知，滤液1中主要的阴离子有AlO、VO、Cl－、OH－、SO，故B正确；“煅 烧”时需要的仪器主要有坩埚、玻璃棒、三脚架、酒精灯、泥三角等，故 C错误；NH VO 4 3 煅烧生成VO，化学方程式为2NH VO =====VO＋2NH ↑＋HO，故D正确。 2 5 4 3 2 5 3 24．(2022·湖北高三模拟)草酸钴主要用作制氧化钴的原料，也可用于制取其他钴化合物。利 用废料铝钴膜(含有LiCoO 、Al、Fe)制备草酸钴的工艺如下： 2 下列有关说法错误的是( ) A．碱浸的目的是溶解除铝 B．氢碘酸在流程中体现酸性和还原性 C．滤渣的主要成分是氢氧化铁 D．沉钴时检验沉淀是否洗涤干净可用的试剂为盐酸 答案 D 解析 碱浸时Al溶于氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠和氢气，碱浸的目的是溶解除铝，故 A正 确；氢碘酸溶解LiCoO 和Fe，发生反应的离子方程式为2LiCoO ＋2I－＋8H＋===2Li＋＋ 2 2 2Co2＋＋I ＋4HO、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H↑，在流程中氢碘酸体现酸性和还原性，故B正确； 2 2 2 净化过程，氧气把Fe2＋氧化为Fe3＋，用氢氧化钠溶液调节pH生成氢氧化铁沉淀，除去铁元 素，滤渣的主要成分是氢氧化铁，故C正确；沉淀表面有碘化铵，可向最后一次洗涤液中 加硝酸和硝酸银溶液，若没有淡黄色沉淀生成，说明不含碘离子，沉淀已经洗涤干净，故D 错误。 5．(2023·昆明模拟)锆( Zr)是现代工业中重要的金属原料，具有良好的可塑性，其抗蚀性能 40 强于钛。以锆英石(主要成分是ZrSiO ，还含有少量Al O 、SiO 、Fe O 等杂质)为原料生产 4 2 3 2 2 3 锆及其化合物的流程如图所示： (1)分馏属于______________________________________________________________(填“物 理变化”或“化学变化”)。 (2)锆英石________(填“能”或“不能”)直接用稀盐酸浸取后再分馏，理由是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)“ 高 温 气 化 ” 中 ZrSiO 发 生 反 应 得 到 ZrCl 的 反 应 的 化 学 方 程 式 为 4 4 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。(4)流程中ZrCl 与水反应后经过滤、洗涤、干燥等操作可获得ZrOCl ·8H O，检验该物质是 4 2 2 否洗涤干净的实验操作为_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)物理变化 (2)不能 ZrSiO 难溶于盐酸，后续依然需要用氯气和石油焦与锆英石 4 反应，浪费药品 (3)ZrSiO ＋4Cl ＋4C=====ZrCl ＋SiCl ＋4CO (4)取少许最后一次的洗涤 4 2 4 4 液于试管中，加入适量硝酸酸化的AgNO 溶液，若无沉淀产生，则已洗涤干净 3 解析 (1)分馏是利用互溶液体中各组分沸点的不同将各组分分离的过程，没有新物质的生 成，故属于物理变化。(3)由题干流程图可知，“高温气化”中ZrSiO 与C、Cl 发生反应得 4 2 到ZrCl 和SiCl ，根据元素守恒可知另一种产物是CO，故该反应的化学方程式为ZrSiO ＋ 4 4 4 4Cl＋4C=====ZrCl＋SiCl ＋4CO。 2 4 4