2025届高三化学二轮复习 微专题限时训练 [综合题专攻] 金属及其化合物制备大题

2025高考化学二轮复习 微专题限时训练 金属及其化合物制备大题 （时间：40min 总分：100分） 真题演练 1.(15分)(2023·新课标卷，27)铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如图所示： 已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2存在，在碱性介质中以存在。回答下列问题： (1)煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为　　　　　　　(填化学式)。  (2)水浸渣中主要有SiO2和　　　　。  (3)“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是　　　　　　　。  (4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果，若pH<9时，会导致　　　　；  pH>9时，会导致　　　　　　　。  (5)“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V2O5沉淀，V2O5在pH<1时，溶解为或VO3+，在碱性条件下，溶解为或，上述性质说明V2O5具有　　　　　　　(填标号)。  A.酸性　　　B.碱性　　　C.两性 (6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为　　　　　　　　　。  2.(15分)[2024·甘肃，15(1)(2)(3)(4)]我国科研人员以高炉渣(主要成分为CaO，MgO，Al2O3和SiO2等)为原料，对炼钢烟气(CO2和水蒸气)进行回收利用，有效减少了环境污染，主要流程如图所示： 已知：Ksp(CaSO4)=4.9×10-5 Ksp (CaCO3)=3.4×10-9 (1)高炉渣与(NH4)2SO4经焙烧产生的“气体”是　　　　　　　　　　。  (2)“滤渣”的主要成分是CaSO4和　　　　　。  (3)“水浸2”时主要反应的化学方程式为　　　　　　　　，该反应能进行的原因是　　　　　　　　。  (4)铝产品NH4Al(SO4)2·12H2O可用于　　　　。  模拟预测 1.(2024·辽宁统考二模)铊(Tl)广泛应用于电子、军工、航天等领域。一种从铅精矿焙烧产生的富铊灰(主要成分为PbO、ZnO、FeO、Fe2O3、Tl2O)中回收铊的工艺流程如图所示： 已知： ①Tl+易被氧化为Tl3+； ②在氯化物-硫酸水溶液中，Tl元素以形式存在； ③萃取过程的反应原理为H++CH3CONR2+[CH3CONR2H]TlCl4； ④常温下Ksp=2.7×10-39，Ksp=1.0×10-17，lg 3≈0.5。 请回答下列问题： (1)铊(81Tl)与铝同主族，基态Tl原子的价层电子轨道表示式为　　　　　　　　。  (2)“浸取Ⅰ”中Tl2O发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)滤渣的主要成分为　　　　。  (4)常温下，向“萃取分液”后的水相中加入NaOH溶液，调pH回收铁。已知水相中c(Zn2+)=0.1 mol·L-1，控制pH范围为　　　　　　　(已知当溶液中离子浓度小于或等于10-5 mol·L-1时，通常认为该离子沉淀完全，结果保留一位小数)。  (5)请从化学平衡的角度解释“反萃取”过程中加入CH3COONH4溶液的原因：　　　　　　　　　。  (6)“还原、氯化、沉淀”中反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。  (7)铊镉合金是原子能工业重要材料，其一种立方晶胞结构如图所示，已知该铊镉合金密度为ρ g·cm-3，设NA为阿伏加德罗常数的值，则铊原子和镉原子之间的最短距离d=　　 nm(用含ρ、NA的代数式表示)。 2.(18分)(2024·广西柳州统考模拟)我国主要以β型锂辉石(主要成分Li2O、Al2O3、SiO2，含有Fe3O4、MgO等杂质)为原料，通过硫酸锂苛化法生产氢氧化锂(LiOH)并制备锂离子电池的正极材料LiFePO4。流程如下： 已知：①LiFePO4不溶于水，能溶于强酸。 ②部分金属氢氧化物的Ksp如下表。 物质 Mg(OH)2 Al(OH)3 Fe(OH)3 Ksp 10-12 10-33 10-38 ③Na2SO4和LiOH的溶解度随温度变化的曲线如图所示，二者结晶时均以水合物形式析出。 (1)“球磨”操作的目的是　　　　　。  (2)加入石灰石中和残酸，调节pH使铁、铝等杂质沉淀完全，则pH至少为　　　。(结果保留一位小数。通常认为溶液中离子浓度小于或等于1×10-5 mol·L-1为沉淀完全)  (3)滤渣2的成分是　　　。  (4)获得Na2SO4·10H2O时，通常“冷冻至0 ℃”，原因是　　 　 　。  (5)LiOH溶液与FeSO4和H3PO4混合溶液制备LiFePO4的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　；两种溶液相互滴加的方式不同会影响产率和纯度，有同学认为应该将FeSO4和H3PO4的混合液滴加到LiOH溶液中，你认为是否合理？　　　(填“是”或“否”)，说明理由：　　　　　。  (6)LiFePO4需要在高温下成型后才能作为电极，高温成型时要加入少量石墨，则石墨的作用是　　　　　(任写一点)。  3.(18分)铵浸法由白云石[主要成分为CaMg(CO3)2，含Fe2O3、SiO2杂质]制备高纯度碳酸钙和氧化镁。其流程如下： 已知： 物质 Ca(OH)2 Mg(OH)2 CaCO3 MgCO3 Ksp 5.5×10-6 5.6×10-12 3.4×10-9 6.8×10-6 (1)煅烧白云石的化学方程式为　　　　　　　。  (2)根据下表数据分析： n(NH4Cl)∶ n(CaO) CaO浸 出率/% MgO浸 出率/% w(CaCO3) 理论值/% w(CaCO3) 实测值/% 2.1∶1 98.4 1.1 99.7 — 2.2∶1 98.8 1.5 99.2 99.5 2.3∶1 98.8 1.8 98.8 99.5 2.4∶1 99.1 6.0 95.6 97.6 已知：ⅰ.MO浸出率=()×100%(M代表Ca或Mg)。 ⅱ.w(CaCO3)为滤液A中钙、镁全部以碳酸盐形式沉淀时计算出的产品中CaCO3纯度。 ①CaO浸出率远高于MgO浸出率的原因为　　　　　　　。  ②“沉钙”反应的离子方程式为　　　　　　　。  ③不宜选用的“n(NH4Cl)∶n(CaO)”数值为　　　　。  ④w(CaCO3)实测值大于理论值的原因为　　　　　　　。  (3)“浸镁”过程中，取固体B与一定浓度的(NH4)2SO4溶液混合，充分反应后MgO的浸出率低于60%，加热蒸馏时，随馏出液体积增大，MgO浸出率可提高至98.9%，结合化学反应原理解释MgO浸出率提高的原因为　　　　　　　。  (4)滤渣C含有的物质是　　　　。  (5)可循环利用的物质为　　　　。  4.(18分)(2024·贵州二模)偏磷酸钡Ba(PO3)2具有耐高温、透光性良好等性能，是制备磷酸盐光学玻璃的基础物质。利用湿法磷酸(主要成分为H3PO4，含有少量Mg2+、Fe3+、、等杂质)制备偏磷酸钡的一种工艺的主要流程如图所示： 已知25 ℃时：①Ksp(As2S3)=2.1×10-22，≈1.28； ②将NH3通入H3PO4溶液中，当pH=3.8~4.5时生成NH4H2PO4，pH=8.0~8.2时生成(NH4)2HPO4。 回答下列问题： (1)“滤渣1”中含硫化合物的化学式为　　　　　。  (2)“滤渣2”的主要成分有FeS、S及As2S3，其中生成FeS的离子方程式为　　　　　　　；25 ℃下，当As3+沉淀完全时，c(S2-)至少为　　　　　 mol·L-1[当c(As3+)≤1.0×10-5 mol·L-1时认为沉淀完全]。  (3)“氨化”的目的之一是通入NH3调节溶液的pH，当溶液pH为4.3时H3PO4转化为　　　　　(填化学式)。  (4)“脱镁”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若将流程中“氨化”与“脱镁”交换，Mg2+沉淀不完全，原因是　　　　　。  (5)“结晶”后得到NH4H2PO4晶体，“煅烧”时生成Ba和SO3等物质，其反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　；比较O—P—O键角：　　　　(填“>”“<”或“=”) ，其原因是　　　　　　　　　　　　　　。  答案解析 真题演练 1.(1)Na2CrO4　(2)Fe2O3　(3)铝　(4)溶液中c(P)降低，不利于形成MgNH4PO4沉淀　Mg2+形成Mg(OH)2沉淀，不利于形成MgSiO3沉淀　(5)C　(6)2Cr2+3S2+10H+4Cr3++6S+5H2O 解析　(6)分离钒后溶液呈酸性，Cr元素以Cr2存在，还原过程中Cr2被S2还原为Cr3+，S2转化为S，因此反应的离子方程式为2Cr2+3S2+10H+4Cr3++6S+5H2O。 2.(1)NH3　(2)SiO2　(3)CaSO4+(NH4)2CO3CaCO3+(NH4)2SO4　Ksp(CaSO4)>Ksp(CaCO3)，微溶的硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙　(4)净水 解析　(1)高炉渣的主要成分为CaO、MgO、Al2O3和SiO2等，加入(NH4)2SO4在400 ℃下焙烧，生成硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝，同时产生气体，该气体与烟气(CO2和水蒸气)反应，生成(NH4)2CO3，所以该气体为NH3。(2)焙烧后的固体有未反应的SiO2及反应产生的硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝，经过水浸1，然后过滤，滤渣为CaSO4以及未反应的SiO2，滤液溶质主要为硫酸镁、硫酸铝及硫酸铵，将滤液浓缩结晶，析出NH4Al(SO4)2·12H2O，剩余富镁溶液。(3)滤渣含硫酸钙和SiO2，“水浸2”时，由于Ksp(CaSO4)>Ksp (CaCO3)，CaSO4与加入的(NH4)2CO3溶液反应转化为更难溶的碳酸钙，反应的化学方程式为CaSO4+(NH4)2CO3CaCO3+(NH4)2SO4。 模拟预测 1.(1)　(2)5Tl2O+4KMnO4+21H2SO4===2K2SO4+4MnSO4+5Tl2(SO4)3+21H2O　(3)PbSO4 (4)2.8≤pH<6.0　(5)CH3COO-消耗H+，使萃取过程的反应逆向进行，Tl元素以形式重新进入水层 (6)H2O++===TlCl↓++2H++3Cl- (7)××107 解析　富铊灰加入高锰酸钾和硫酸混合溶液、氯化钠溶液浸取时，氧化铅转化为硫酸铅、氧化锌转化为硫酸锌、氧化铁和氧化亚铁转化为硫酸铁、氧化铊转化为四氯合铊离子，过滤得到含有硫酸铅的滤渣和浸取液；向浸取液中加入萃取剂萃取，分液得到水相和含有[CH3CONR2H]TlCl4的有机相；向有机相加入醋酸铵溶液反萃取，分液得到含有四氯合铊离子的溶液；向溶液中加入亚硫酸钠溶液，将四氯合铊离子转化为TlCl沉淀，过滤得到TlCl；向TlCl中加入硫酸，经焙烧、酸浸、水浸得到Tl2SO4溶液，最后用Zn置换Tl2SO4溶液得到金属铊，据此分析回答问题。 (1)铊(81Tl)与铝同主族，即Tl位于第六周期第ⅢA族，故基态Tl原子的价层电子轨道表示式为。 (4)常温下，向“萃取分液”后的水相中加入NaOH溶液，调pH回收铁，即使Fe3+完全沉淀，则c3(OH-)×10-5≥Ksp[Fe(OH)3]，c(OH-)≥ mol·L-1=3× mol·L-1，pH≥2.8，而Zn2+不产生沉淀，已知水相中c(Zn2+)=0.1 mol·L-1，即c2(OH-)×0.1<Ksp[Zn(OH)2]，c(OH-)< mol·L-1=10-8 mol·L-1，则pH<6.0，控制pH范围为2.8≤pH<6.0。(7)由题干铊镉合金的一种立方晶胞结构所示信息可知，一个晶胞中含有Tl的个数为6×=3，含Cd个数为8×=1，则晶胞参数a=×107 nm，铊原子和镉原子之间的最短距离为面对角线长的一半，即d=a=××107 nm。 2.(1)增大反应物的接触面积，加快反应速率，使焙烧更充分　(2)4.7　(3)Mg(OH)2、CaCO3　(4)此温度下Na2SO4的溶解度与LiOH的相差较大　(5)3LiOH+FeSO4+H3PO4LiFePO4+Li2SO4+3H2O　否　碱性环境下会产生Fe(OH)2沉淀，继而被氧化为Fe(OH)3从而影响产品产率和纯度　(6)改善成型后LiFePO4(或电极)的导电性能(或者与空气中的氧气反应，防止LiFePO4中的Fe2+被氧化) 解析　(1)β型锂辉石通过“球磨”被粉碎，从而增大与浓硫酸反应的接触面积，加快反应速率，使焙烧更充分。(2)调节pH使铁、铝等杂质沉淀完全，Al(OH)3的Ksp大于Fe(OH)3的Ksp，说明Fe(OH)3更难溶于水，加入石灰石与水调节pH时，Fe3+先生成Fe(OH)3，故Al3+完全沉淀时Fe3+也已完全沉淀，利用Al(OH)3的Ksp计算Al3+完全沉淀时c(OH-)，c(OH-)== mol·L-1≈10-9.3 mol·L-1，则c(H+)=≈ mol·L-1，故pH≈4.7。(3)“净化除杂”工艺中得到滤渣2，该过程加入NaOH调节pH为11，使Mg2+完全转化为Mg(OH)2沉淀除去，加入Na2CO3使前一工艺中引入的Ca2+转化为CaCO3沉淀而除去，故滤渣2的成分是Mg(OH)2、CaCO3。(4)“冷冻析钠”过程是利用Na2SO4和LiOH在不同温度下的溶解度的差异，采用“冷冻至0 ℃”析出Na2SO4·10H2O，从而得到LiOH溶液，在该温度下，Na2SO4溶解度较小，与LiOH的溶解度相差较大。(5)根据流程转化可知，LiOH与FeSO4和H3PO4混合溶液制备LiFePO4，反应中各元素化合价未发生变化，为非氧化还原反应，根据元素守恒，可推知其余生成物为Li2SO4、H2O，故反应的化学方程式为3LiOH+FeSO4+H3PO4LiFePO4+Li2SO4+3H2O；LiOH溶液为碱性溶液，将FeSO4和H3PO4混合液滴加到LiOH溶液中，由于开始时LiOH溶液过量，会生成Fe(OH)2沉淀，进一步被氧化为Fe(OH)3，从而影响产品的纯度和产率，故这种操作不合理。(6)LiFePO4作正极电极材料，石墨本身可以导电，故少量石墨可以改善成型后LiFePO4的导电性能；LiFePO4中铁元素为+2价，具有还原性，可以被氧气氧化，加入少量石墨可以与空气中的氧气反应，防止LiFePO4中的Fe2+被氧化。 3.(1)CaMg(CO3)2CaO+MgO+2CO2↑ (2)①Ksp[Ca(OH)2]大于Ksp[Mg(OH)2]，溶液中Ca(OH)2能与NH4Cl反应，而Mg(OH)2不能 ②Ca2++2NH3·H2O+CO2===CaCO3↓+2N+H2O ③2.4∶1　④Ksp(CaCO3)<Ksp(MgCO3)，Ca2+能完全以碳酸盐的形式沉淀，而Mg2+部分形成Mg(OH)2沉淀，相比于MgCO3质量更小，这共同导致产品中CaCO3纯度的实测值高于计算值 (3)MgO+H2O===Mg(OH)2，Mg(OH)2+2NMg2++2NH3+2H2O，加热蒸馏，随大量氨逸出，平衡正向移动　(4)SiO2、Fe2O3、CaSO4、MgO (5)NH4Cl、(NH4)2SO4、CO2、NH3 4.(1)CaSO4　(2)2Fe3++3S2-2FeS↓+S↓　1.28×10-4　(3)NH4H2PO4　(4)溶液酸性太强，H+浓度太大，直接与F-结合成HF，导致F-的浓度较小，Mg2+沉淀不完全 (5)2NH4H2PO4+BaSO4Ba(PO3)2+SO3↑+2NH3↑+3H2O　>　中中心原子P的价层电子对数为3+×(5+1-3×2)=3，故为平面三角形，O—P—O键角为120°，而中中心原子P的价层电子对数为4+×(5+3-4×2)=4，故为正四面体形，O—P—O键角为109°28' 解析　由题干工艺流程图可知，向湿法磷酸(主要成分为H3PO4，含有少量Mg2+、Fe3+、、等杂质)中加入Ca(OH)2，将、、Mg2+转化为沉淀而除去，滤渣1的主要成分为CaSO4、Ca3(AsO4)2，然后向滤液中继续加入Na2S除砷铁，滤渣2的主要成分为FeS、S和As2S3，然后向滤液中加入NH3进行氨化，加入NH4F进行脱镁，滤渣3的主要成分为MgF2、CaF2，过滤后将滤液蒸发浓缩、冷却结晶，得到NH4H2PO4晶体，将NH4H2PO4晶体与BaSO4一起高温煅烧得到Ba(PO3)2，据此分析解题。 (2)由工艺流程图可知，“滤渣2”的主要成分有FeS、S及As2S3，其中生成FeS的离子方程式为2Fe3++3S2-2FeS↓+S↓，25 ℃下，当As3+沉淀完全时，c(S2-)至少为= mol·L-1≈1.28×10-4 mol·L-1。(4)“脱镁”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+，由(3)分析可知，“氨化”的目的之一是通入NH3调节溶液的pH至4.3，说明氨化之前溶液的酸性太强，若将流程中“氨化”与“脱镁”交换，将因溶液酸性太强，H+浓度太大，直接与F-结合成HF，导致F-的浓度较小，Mg2+沉淀不完全。 学科网（北京）股份有限公司 $$