备战高考化学——铝及其化合物推断题的综合压轴题专题复习及详细答案

备战高考化学——铝及其化合物推断题的综合压轴题专题复习及详细答案
一、铝及其化合物
1．Ⅰ.某化工厂以铬铁矿(主要成分为FeO和Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等杂质)为主要原料生产化工原料红矾钠(主要成分Na2Cr2O7·2H2O)，工艺流程如图：
i.常温，NaBiO3不溶于水，有强氧化性，碱性条件下，能将Cr3+转化为CrO42-。

ii.常温时，部分金属离子开始沉淀和完全沉淀时的pH值
（1）步骤①提高酸溶速率的措施__(任填一条即可)。

固体A的成分是___。

（2）步骤③需加氢氧化钠溶液调节pH，调节pH范围为__，目的是__。

（3）写出④反应的离子方程式__。

（4）将溶液H经过__即得红矾钠粗晶体。

Ⅱ.经该工厂的工业废水中含1.00×10-3mol·L-1的Cr2O72-，其毒性较大。

该化工厂的科研人员为了变废为宝，将废水处理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4（Fe的化合价依次为+3、+2），又设计了如下工艺流程：
（5）第①步反应的离子方程式是__。

（6）常温时，如忽略步骤①所加FeSO4·7H2O所引起的溶液体积变化，依据上表数据，则步骤②加入NaOH溶液调节溶液的pH至9时，溶液中Cr3+的浓度为___mol/L
（101/2≈3.2）。

（7）欲使1L该废水中的Cr2O72-完全转化为Cr0.5Fe1.5FeO4。

理论上需要加入FeSO4·7H2O的质量为__g(已知FeSO4·7H2O的摩尔质量为278g/mol)。

【答案】加热/搅拌/粉碎/适当提高稀硫酸的浓度(任写一条) SiO2 4.9≤pH＜5.5 使
Fe3+、Al3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去 3NaBiO3 + 2Cr3+ +7OH－ + H2O =
2Cr2O72− + 3Bi(OH)3↓+3Na+蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥 Cr2O72− + 6Fe2++14H+ = 2Cr3+ + 6Fe3++7H2O 6.4×10−14 2.78
【解析】
【分析】
铬铁矿中的FeO 、Cr 2O 3和Al 2O 3均能溶于硫酸，SiO 2不溶，过滤，向滤液中加入双氧水，氧化亚铁离子，步骤③的目的是使Fe 3+、Al 3+沉淀，过滤，向滤液中加入NaBiO 3、NaOH ，能将Cr 3+转化为Cr 2O 72−，过滤，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥得到Na 2Cr 2O 7·2H 2O 。

【详解】
⑴加热、搅拌、粉碎、适当提高稀硫酸的浓度均可加快化学反应速率，任答一种即可。

按照元素化合物知识，铬铁矿中的FeO 、Cr 2O 3和Al 2O 3均能溶于硫酸，SiO 2不溶，故第①步得到的固体A 为SiO 2；故答案为：加热/搅拌/粉碎/适当提高稀硫酸的浓度(任写一条)；SiO 2。

⑵步骤③的目的是使Fe 3+、Al 3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去，但不能使Cr 3+沉淀，故需要调节的pH 范围为4.9≤pH ＜5.5，故答案为：4.9≤pH ＜5.5；使Fe 3+、Al 3+均完全转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀而除去。

⑶常温下，NaBiO 3不溶于水，有强氧化性，在碱性条件下，能将Cr 3+转化为Cr 2O 72−，则反应的离子方程式为3NaBiO 3 + 2Cr 3+ +7OH － + H 2O = 2Cr 2O 72− + 3Bi(OH)3↓+3Na +；故答案为：3NaBiO 3 + 2Cr 3+ +7OH － + H 2O = 2Cr 2O 72− + 3Bi(OH)3↓+3Na +。

⑷溶液H 得红矾钠粗晶体需经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥；故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥。

⑸Cr 2O 72−有强氧化性，FeSO 4·
7H 2O 中Fe 2+有一定的还原性，在酸性条件下将Fe 2+氧化为Fe 3+，自身被还原为Cr 3+，根据元素守恒及所处环境可知，还有水生成，反应离子方程式为Cr 2O 72− + 6Fe 2++14H + = 2Cr 3+ + 6Fe 3++7H 2O ；故答案为：Cr 2O 72− + 6Fe 2++14H + = 2Cr 3+ + 6Fe 3++7H 2O 。

⑹常温时，如忽略步骤①所加FeSO 4·
7H 2O 所引起的溶液体积变化，依据上表数据得到Cr 3+开始沉淀时pH =5.5，即14
8.5w 5.15110(OH )110(H )1mol L 10K c c --
-+--⨯===⨯⨯⋅，则()338.5329sp 3Cr OH (Cr )(OH )0.0012(110) 6.410K c c +---⎡⎤⎣
⎦=⋅=⨯⨯⨯=⨯，步骤②加入NaOH 溶液调节溶液的pH 至9时，14
5w 19110(OH )110(H )1mol L 10K c c --
+---⨯==⋅=⨯⨯，则溶液中Cr 3+的浓度为
()3335329sp 3Cr OH (Cr )(OH )(Cr )(110) 6.410K c c c +-+--=⋅=⨯⨯=⨯⎡⎤⎣⎦，
1314(Cr ) 6.41mol L 0c +--⋅=⨯；故答案为；6.4×10−14 mol·
L −1。

⑺欲使1L 该废水中n(Cr 2O 72−)=1×10−3 mol ，根据Cr 原子、Fe 原子守恒，可得Cr 2O 72−～4Cr 0.5Fe 1.5FeO 4～10FeSO 4·7H 2O ，因此理论上n(FeSO 4·7H 2O)=10n(Cr 2O 72−)=10×1×10−3 mol =0.01mol ，所以质量m(FeSO 4·7H 2O) = 0.01mol×278 g∙mol −1=2.78g ；故答案为2.78g 。

2．为了降低电子垃圾对环境构成的影响，将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70％Cu 、25％Al 、4％Fe 及少量Au 、Pt 等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：
（1）第①步Cu与混酸反应的离子方程式为________________。

得到滤渣1的主要成分为___________。

（2）第②步中加入H2O2的作用是__________________，使用H2O2的优点是_________；调溶液pH的目的是_________________。

（3）简述第③步由滤液2得到CuSO4·5H2O的方法是_________________________。

（4）由滤渣2制取Al2(SO4)3·18H2O ，设计了以下三种方案：
上述三种方案中，_______方案不可行，原因是________________；
从原子利用率角度考虑，_______方案更合理。

（5）用滴定法测定CuSO4·5H2O含量。

取a g试样配成100 mL溶液，每次取20.00 mL，消除干扰离子后，用c mol·L-1EDTA（H2Y2－）标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液b mL。

滴定反应如下：Cu2++ H2Y2－→ CuY2－+ 2H+。

写出计算CuSO4·5H2O质量分数的表达式ω＝ __________________ 。

【答案】Cu + 4H++ 2NO3-=Cu2++ 2NO2↑+ 2H2O或3Cu + 8H++ 2 NO3-=3Cu2++ 2NO↑+ 4H2O Au、Pt 将Fe2+氧化为Fe3+不引入杂质，对环境无污染使Fe3+、Al3+沉淀除去加热滤液2，经过蒸发、冷却、结晶、过滤，最终制得硫酸铜晶体甲所得产品中含有较多
Fe2(SO4)3杂质乙
3
102505
c b
a
-
⨯⨯⨯⨯
× 100%
【解析】
【分析】
【详解】
（1）Cu与混酸反应的实质是与H+、NO3-反应，随反应进行离子浓度逐渐减小，所以离子方程式为Cu + 4H++ 2NO3-=Cu2++ 2NO2↑+ 2H2O，3Cu + 8H++ 2 NO3-=3Cu2++ 2NO↑+ 4H2O，Au、Pt不与混酸反应，所以滤渣的主要成分是Au、Pt；
（2）加过氧化氢的目的是把亚铁离子氧化成铁离子，方便除去；而且加入过氧化氢不会引入新的杂质且无污染；调节溶液的pH目的是使Fe3+、Al3+沉淀除去；
（3）由滤液2得到CuSO4·5H2O的方法是把滤液蒸发得浓溶液再冷却结晶，过滤得硫酸铜晶体；
（4）甲方案不可行，因为滤渣2的主要成分是Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀，加入硫酸沉淀全部溶解使制得的产品中含有较多Fe2(SO4)3杂质；从原子利用率角度分析，乙方案更合理，不仅能除去硫酸铁，同时增加了硫酸铝的量，原子利用率较高；
（5）由滴定反应方程式得100mL溶液中n（Cu2+）=b×10-3×a×5mol，所以CuSO4·5H2O质量分数= b×10-3×a×5×250/a×100%。

3．回答下列问题：
（1）锂和镁在元素周期表中有特殊“对角线”关系，它们的性质相似。

下列有关锂及其化合物的叙述正确的是________。

A Li2SO4难溶于水
B Li与N2反应产物是Li3N
C LiOH易溶于水
D LiOH与Li2CO3受热都难分解
（2）与铝位于对角线位置的第二周期元素是________，能区别Be（OH）2和Mg（OH）2的一种试剂是________，反应的化学方程式是_________。

（3）门捷列夫在研究元素周期表时，科学地预言了11种尚未发现的元素，为它们在周期表中留下空位。

例如，他预测在铝的下方有一个与铝类似的元素“类铝”，后来被法国化学家于1875年发现，命名为镓。

镓的元素符号是________，它在周期表中的位置是
___________。

（4）关于与镓同主族的第6周期元素性质的推测中不正确的是________。

A单质是银白色较软的金属
B其氢氧化物是两性氢氧化物
C在化合物中显＋3价
D单质与盐酸的反应比铝剧烈
【答案】B 铍（Be） NaOH溶液 Be（OH）2＋2NaOH=Na2BeO2＋2H2O Ga 第四周期ⅢA族 B
【解析】
【分析】
【详解】
(1)A．锂和镁在元素周期表中有特殊“对角线”关系，它们的性质非常相似，硫酸镁易溶于水，所以硫酸锂易溶于水，故A错误；
B．锂和镁在元素周期表中有特殊“对角线”关系，它们的性质非常相似，镁和氮气反应生成氮化镁，所以锂和氮气反应生成Li3N，故B正确；
C．氢氧化镁难溶于水，所以氢氧化锂属于难溶物质，故C错误；
D．锂和镁在元素周期表中有特殊“对角线”关系，它们的性质非常相似，氢氧化镁和碳酸镁受热易分解，则氢氧化锂和碳酸锂受热也易分解，故D错误；
故答案为B；
(2)根据对角线规则，与铝位于对角线位置的第二周期元素是铍，有相似的化学性质，氢氧化铝具有两性，Be(OH)2也具有两性，可以与氢氧化钠反应，Mg(OH)2不可以与氢氧化钠反应，故可以用氢氧化钠来鉴别，类比氢氧化铝与氢氧化钠反应的化学方程式，则氢氧化铍与氢氧化钠反应的化学方程式为：Be(OH)2+2NaOH=Na2BeO2+2H2O；
(3)同主族元素性质相似，铝下方的元素为镓，其元素符号为Ga，位于元素周期表中第四
周期ⅢA族；
(4)A．与镓同主族的第六周期元素为铊，单质为银白色，质软，故A正确；
B．氢氧化物为两性的物质位于金属和非金属的临界处，如硼铝硅锗砷等，铊不是两性物质，其氢氧化物也不是两性氢氧化物，故B错误；
C．铊与铝同主族，具有相同的最外层电子数，所以铊在化合物中也显+3价，故C正确；D．同主族元素自上到下金属性递增，该元素金属性大于铝，其单质与盐酸的反应比铝剧烈，故D正确；
故答案为B。

【点睛】
考查位置结构性质的相互关系应用，明确同主族元素性质的递变规律为解答关键，注意掌握对角线规则内容，结合Mg、Al单质及其化合物的性质，类推未知物的性质，试题侧重培养学生的分析、理解能力及知识的迁移能力。

4．(某混合物甲中含有明矾[KAl(SO4)2·12H2O]、Al2O3和Fe2O3。

在一定条件下由甲可实现如图所示的物质之间的转化：
请回答下列问题：
（1）写出A、B的化学式：A___，B___。

（2）试剂a最好
．．选用下列试剂中的（______）
A．NaOH溶液 B．稀盐酸 C．二氧化碳 D．氨水
写出相应的离子方程式___。

（3）写出反应②（生成溶液C和沉淀）的离子方程式___。

（4）固体D可以作为复合性的化学肥料，D中所含物质的化学式为___。

【答案】Fe2O3 Al2O3 D Al3++3NH3·H2O＝Al(OH)3↓+3NH4+ AlO2-+CO2+2H2O＝
Al(OH)3↓+HCO3- K2SO4和(NH4)2SO4
【解析】
【分析】
KAl(SO4)2溶于水，Al2O3和Fe2O3均不溶于水，混合物甲加水溶解后，溶液中是KAl(SO4)2，沉淀是Al2O3和Fe2O3；向沉淀中加NaOH溶液，Fe2O3不反应，Al2O3可与NaOH溶液反应生成NaAlO2，A Fe2O3，为向NaAlO2溶液中通入过量CO2可得Al(OH)3沉淀和碳酸氢钠，Al(OH)3受热分解生成B为Al2O3；向溶液中加过量氨水，溶液与过量氨水反应，Al3+被沉淀，得到氢氧化铝沉淀，溶液中剩余的是K2SO4和(NH4)2SO4，经过蒸发、结晶，得到的是
K 2SO 4和(NH 4)2SO 4，以此来解答。

【详解】
（1）由上述分析可知，A 为Fe 2O 3，B 为Al 2O 3，
故答案为：Fe 2O 3；Al 2O 3；
（2）依据流程分析，向溶液中加入的试剂a 应沉淀铝离子，应向溶液中加过量氨水，溶液
与过量氨水反应，Al 3+被沉淀，得到氢氧化铝沉淀，反应方程式为Al 3++3NH 3·
H 2O ＝Al(OH)3↓+3NH 4+，
A. NaOH 溶液若加入过量会使氢氧化铝沉淀溶解，故A 错误；
B. 加稀盐酸不能得到氢氧化铝沉淀，故B 错误；
C. 通入二氧化碳不能得到氢氧化铝沉淀，故C 错误；
D. 加入氨水可生成氢氧化铝沉淀，且过量氨水不与氢氧化铝反应，故D 正确；
故答案为：D ；Al 3++3NH 3·
H 2O ＝Al(OH)3↓+3NH 4+； （3）反应②中二氧化碳过量，反应生成沉淀和碳酸氢钠，向NaAlO 2溶液中通入过量CO 2可得Al(OH)3沉淀和碳酸氢钠，其离子方程式为AlO 2-+CO 2+2H 2O ＝Al(OH)3↓+HCO 3-， 故答案为：AlO 2-+CO 2+2H 2O ＝Al(OH)3↓+HCO 3-；
（4）向溶液中加入的试剂a 应沉淀铝离子，应向溶液中加过量氨水，溶液与过量氨水反应，Al 3+被沉淀，得到氢氧化铝沉淀，溶液中剩余的是K 2SO 4和(NH 4)2SO 4，经过蒸发、结晶，得到的是K 2SO 4和(NH 4)2SO 4；固体D 可以作为复合性的化学肥料，D 中所含物质的化学式为K 2SO 4和(NH 4)2SO 4；
故答案为：K 2SO 4和(NH 4)2SO 4。

5．甲、乙、丙三种物质之间有如下转化关系：3224NH H O H SO Δ⋅−−−→−−−−→−−→甲乙丙甲
（1）若甲和丙都是不溶于水的白色固体物质，既能溶于盐酸又能溶于氢氧化钠溶液。

则甲
是________（填化学式）。

写出“32NH H O ⋅−−−−→乙丙”转化的离子方程式
______________________。

（2）若乙溶液中加入KSCN 溶液，有血红色出现，则乙溶液中含有的离子是
___________，甲的化学式为_____________。

【答案】23Al O 33234Al
3NH H O=Al(OH)3NH +++⋅↓+ 3Fe + 23Fe O 【解析】
【详解】
（1）甲和丙都是不溶于水的白色固体物质，按信息知甲为23Al O 、乙是硫酸铝，丙为3Al(OH)，则乙与氨水反应的离子方程式为：
33234Al 3NH H O Al(OH)3NH ++
+⋅=↓+；
（2）若乙溶液中加入KSCN 溶液，有血红色出现，则乙为硫酸铁，其溶液中含有铁离子，氧化物甲与硫酸反应得到硫酸铁溶液，因此甲为氧化铁。

【点睛】
铝离子与氨水反应的离子方程式容易出错，同学往往错误地把离子方程式写错成
3-3Al 3OH Al(OH)++=↓。

6．有关物质的转化关系如下图所示。

A 、C 、E 是常见的金属单质，E 为紫红色，反应①可用于焊接铁轨，B 是赤铁矿的主要成分，F 的溶液中加入KSCN 溶液变红。

（部分反应物和生成物省略）
请回答下列问题：
（1）D 的化学式是________。

（2）可选用________（填“字母”）实现反应C→F 的转化。

a ．稀盐酸
b ．氯气/点燃
c ．CuSO 4溶液
（3）反应①的化学方程式为____________。

（4）反应②的离子方程式为______________。

【答案】Al 2O 3 b 2Al+Fe 2O 3
2Fe + Al 2O 3 Cu+2Fe 3+＝Cu 2++2Fe 2+
【解析】
【分析】
A 、C 、E 是常见的金属单质，反应①可用于焊接铁轨，
B 是赤铁矿的主要成分，则A 为Al 、B 为Fe 2O 3，
C 为Fe ，
D 为Al 2O 3，
E 是紫红色的金属单质，则E 为Cu ，
F 的溶液中加入KSCN 溶液变红，F 为铁盐，可以由Fe 与氯气反应得到，反应②为
Cu+2Fe 3+=Cu 2++2Fe 2+。

【详解】
(1)根据分析，D 的化学式是：Al 2O 3；
(2)反应C→F 是Fe 转化为Fe 3+，Fe 与盐酸、CuSO 4溶液生成Fe 2+，Fe 与氯气反应生成FeCl 3，故答案选b ；
(3)反应①的化学方程式为：2Al+Fe 2O 32Fe + Al 2O 3； (4)反应②的离子方程式为：Cu+2Fe 3+=Cu 2++2Fe 2+。

7．利用含铬废料(主要含 Cr 2O 3，还含有 FeO 、SiO 2、Al 2O 3 等杂质)制备重铬酸钠，实现清洁化工生产，工艺流程如图：
回答下列问题：
(1)焙烧 Cr2O3转化为Na2CrO4的化学反应方程式是_____；
(2)实验室模拟此工业流程①，控制反应温度 60℃的方法是_____；
(3)流程②用石墨做电极电解 Na2CrO4溶液，制备Na2Cr2O7，其原理如图所示，a 是_____极；电极Ⅱ的电极反应式是_____；当生成 2mol Na2Cr2O7时，电路中转移的电子
_____mol；
(4)由下图和下表中的溶解度变化，流程③制备 K2Cr2O7，应先充分加热，然后_____反应才能顺利进行；
重铬酸钠的溶解度表：
温
度℃
1020406080100
溶解度%61.662.865.1
71.
8
78.781.1
(5)为进一步减少制得的 K2Cr2O7晶体中 NaCl 等杂质，应再进行_____操作；
(6)流程④Na2Cr2O7溶液与乙醇反应，乙醇可能被氧化为_____(写一种即可)。

【答案】2Cr2O3+4Na2CO3+3O24Na2CrO4+4CO2水浴加热负极 4OH-―4e-＝2H2O＋O2↑或2H2O－4e-=O2↑+4H+ 4 冷却结晶（降低温度）重结晶乙醛(CH3CHO)、乙酸(CH3COOH)、二氧化碳(CO2)等
【解析】
【分析】
利用含铬废料(主要含 Cr2O3，还含有 FeO、SiO2、Al2O3等杂质)制备重铬酸钠。

将铬铁矿和碳酸钠、空气混合焙烧，发生反应得到Na2CrO4、NaAlO2、Na2SiO3等和CO2，然后在60℃时调节溶液的pH=6.5，用盐酸浸取后过滤，得到的滤渣中主要含有硅酸、氢氧化铁、氢氧化铝等，滤液中含有Na2CrO4和NaCl，然后用石墨做电极电解 Na2CrO4溶液，制备
Na2Cr2O7，在Na2Cr2O7溶液中加入氯化钾固体可以制得K2Cr2O7，在Na2Cr2O7溶液中加入稀硫酸和乙醇，可以制得Na Cr(SO4)2，据此分析解答。

【详解】
(1)Cr2O3与碳酸钠在空气中焙烧反应生成Na2CrO4的化学反应方程式为2Cr2O3+4Na2CO3+3O2
4Na2CrO4+4CO2，故答案为：2Cr2O3+4Na2CO3+3O24Na2CrO4+4CO2；
(2)可以采用水浴加热的方法，控制反应温度 60℃，故答案为：水浴加热；
(3)Na2CrO4溶液中存在2CrO42-+2H+⇌Cr2O72-+H2O，用图示装置(均为石墨电极)电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，需要通过电解生成H+提高溶液的酸性，说明该电极(电极Ⅱ)是阳极，连接电源的正极，即b为正极，则a为负极；电极Ⅱ为阳极，溶液中氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑或2H2O－4e-=O2↑+4H+；由CrO42-+2H +=Cr2O72-+H2O可知，每生成2molNa2Cr2O7时，理论上II电极生成4molH+，根据阳极反应式4OH--4e-=2H2O+O2↑可知，每生成4molH+，转移4mol电子，故答案为：负极；4OH-―4e-＝2H2O ＋O2↑或2H2O－4e-=O2↑+4H+；4；
(4) 根据溶解度曲线和重铬酸钠的溶解度表可知，K2Cr2O7的溶解度随温度的变化较大，而Na2Cr2O7的溶解度受温度的影响不大，且温度较低是由水中的溶解度：Na2Cr2O7＞
K2Cr2O7，因此流程③中向Na2Cr2O7溶液中加入适量KCl，充分加热，蒸发浓缩至表面出现晶膜，然后冷却结晶，析出K2Cr2O7固体，反应才能顺利进行，故答案为：冷却结晶(降低温度)；
(5) 根据溶解度曲线，K2Cr2O7的溶解度随温度的变化较大，而氯化钠的溶解度受温度的影响不大，为进一步减少制得的 K2Cr2O7晶体中 NaCl 等杂质，需要对K2Cr2O7晶体进行重结晶操作，进一步分离提纯，故答案为：重结晶；
(6) Na2Cr2O7溶液具有强氧化性，Na2Cr2O7溶液与乙醇反应，乙醇可能被氧化为乙醛
(CH3CHO)、乙酸(CH3COOH)、甚至可以氧化生成二氧化碳和水，故答案为：乙醛(CH3CHO)、乙酸(CH3COOH)、二氧化碳(CO2)等。

8．马日夫盐[Mn(H2PO4)2·H2O]主要用作磷化剂。

以软锰矿(主要成分为MnO2及少量的FeO、Al2O3和SiO2)为原料制备马日夫盐的主要工艺流程如图：
(1)按照无机物命名规律，马日夫盐[Mn(H2PO4)2·2H2O]的化学名称为______。

在反应中，Mn2+若再失去一个电子比Fe2+再失去一个电子难，从原子结构解释其原因_______。

(2)“浸锰”过程中主要反应的离子方程式为_______。

滤渣X主要成分为_________。

检验“沉锰”已完成的实验操作及现象是_________。

步骤五产生马日夫盐晶体的化学方程式为
_________。

(3)Fe3+的萃取率与溶液的pH和接触时间之间的关系如图，据此分析，萃取的最佳条件为__________。

(4)马日夫盐作防锈磷化剂的原因是利用其较强的酸性以及在防锈处理过程中生成了具有保护作用的FeHPO 4，马日夫盐显酸性的主要原因是__________(用相关化学用语回答)。

【答案】二水合磷酸二氢锰 Mn 2+外围电子为3d 5的半充满稳定状态，而Fe 2+外围电子为3d 6 ，可失去一个电子变为3d 5的半充满稳定状态 2FeO+MnO 2+8H +=2Fe 3++Mn 2++4H 2O 、SO 2+MnO 2=2-
4SO +Mn 2+ Al(OH)3 在上层清液中继续滴加Na 2CO 3溶液，若无沉淀生成则说
明沉锰已经完成 MnCO 3+2H 3PO 4+H 2O=Mn(H 2PO 4)2·2H 2O+CO 2↑ pH=1.7下萃取60 min -
+2-
244H PO H +HPO ƒ
【解析】
【分析】
软锰矿(主要成分为MnO 2，还含有少量的FeO 、Al 2O 3和SiO 2)用稀硫酸浸取，MnO 2、FeO 、Al 2O 3被溶解，同时MnO 2“氧化”Fe 2+，剩余的二氧化锰被通入的二氧化硫还原，反应为2FeO+MnO 2+8H +=2Fe 3++Mn 2++4H 2O 、SO 2+MnO 2= SO 42-+Mn 2+，SiO 2不溶，过滤，滤渣为SiO 2，滤液含有：Mn 2+、Fe 3+、Al 3+，加入有机萃取剂，除去Fe 3+，调节水层的pH 除去Al 3+，滤渣X 为Al(OH)3，滤液主要含有硫酸锰，加入碳酸钠溶液沉锰，得到碳酸锰，碳酸锰与磷酸反应，净化得到Mn(H 2PO 4)2•2H 2O ，据此分析解答。

【详解】
(1)马日夫盐[Mn(H 2PO 4)2•2H 2O 的化学名称为二水合磷酸二氢锰；Mn 2+外围电子为3d 5的半充满稳定状态，而Fe 2+外围电子为3d 6 ，可失去一个电子变为3d 5的半充满稳定状态，因此Mn 2+若再失去一个电子比Fe 2+再失去一个电子难，故答案为：二水合磷酸二氢锰；Mn 2+外围电子为3d 5的半充满稳定状态，而Fe 2+外围电子为3d 6 ，可失去一个电子变为3d 5的半充满稳定状态；
(2)“浸锰”过程中，二氧化锰将亚铁离子氧化生成铁离子，多余的二氧化锰被二氧化硫还原为锰离子，反应的离子方程式为2FeO+MnO 2+8H +=2Fe 3++Mn 2++4H 2O 、SO 2+MnO 2= SO 42-+Mn 2+。

滤渣X 主要成分为Al(OH)3。

“沉锰”过程中加入碳酸钠与硫酸锰反应生成碳酸锰沉淀，检验“沉锰”已完成的实验操作及现象是在上层清液中继续滴加Na 2CO 3溶液，若无沉淀生成则说明沉锰已经完成。

步骤五产生马日夫盐晶体的化学反应方程式为
H 2O+MnCO 3+2H 3PO 4=Mn(H 2PO 4)2•2H 2O+CO 2↑，故答案为：
2FeO+MnO 2+8H +=2Fe 3++Mn 2++4H 2O 、SO 2+MnO 2= SO 42-+Mn 2+；Al(OH)3；在上层清液中继续滴加Na 2CO 3溶液，若无沉淀生成则说明沉锰已经完成；
MnCO 3+2H 3PO 4+H 2O=Mn(H 2PO 4)2·2H 2O+CO 2↑；
(3)由Fe 3+的萃取率与溶液的pH 和接触时间之间的关系图，可知萃取的最佳条件为pH=1.7下萃取60min ，萃取率最大，故答案为：pH=1.7下萃取60min ；
(4)马日夫盐水解显酸性主要是磷酸二氢根离子能够电离，电离方程式为H 2PO 4-⇌H ++HPO 42-，故答案为：H 2PO 4-⇌H ++HPO 42-。

9．我国某地粉煤灰中主要含有Al 2O 3，除此之外还含有Ga 2O 3及少量Fe 2O 3、CaO 、MgO 和SiO 2等物质。

已知从粉煤灰中回收铝并提取镓的工艺流程如下所示：
回答下列问题：
（1）焙烧前，应将粉煤灰与纯碱粉末充分混合，其原因是____；混合焙烧时，Al 2O 3、Ga 2O 3均发生类似于SiO 2的反应，试写出Ga 2O 3在此过程中发生反应的化学方程式：____。

（2）滤渣的成分是____ ；含铝混合液中除了大量A13+之外，还有Fe 3+和少量Mg 2+，由混合液制取纯净Al (OH )3的实验方案是_____。

（3）洗脱液中往往还有少量Fe 3+，需要进一步分离。

若使Fe 3+恰好完全沉淀[c (Fe 3+)= l×l0-5
mol·L -l ]时，Ga 3+浓度至少为_____mol·L -l 才会开始沉淀。

（已知：
[][]-34-3833sp Ga(OH)=1.410sp Fe(OH)=4.010K K ⨯⨯，。

）
（4）电解过程中，Ga 3+与NaOH 溶液反应生成GaO 2-，GaO 2-在阴极放电，则电解方程式为____；电解过程中需要保持溶液为pH=11以上的原因是 ___。

【答案】增大反应物接触面积，加快化学反应速率 Ga 2O 3+Na 2CO 3=焙烧
2NaGaO 2+CO 2↑ H 2SiO 3或H 4SiO 4 向混合液中加入过量NaOH ，过滤，向滤液中通入足量CO 2，再过滤
3.5×10-2mol/L --2224GaO +2H O =4Ga+3O +4OH
↑通电
抑制-
2GaO 水解，并阻止H +在阴极放电降低电解效率 【解析】 【分析】
混合焙烧时，Al 2O 3、Ga 2O 3、SiO 2与Na 2CO 3反应，生成可溶性盐NaAlO 2、NaGaO 2、Na 2SiO 3，CaO 、MgO 、Fe 2O 3不发生反应；将固体溶解，MgO 、Fe 2O 3不溶于水，CaO 溶于水生成Ca(OH)2，溶液中溶质为Ca(OH)2、NaAlO 2、NaGaO 2、Na 2SiO 3、Na 2CO 3；加入盐酸后，溶液中溶质为FeCl 3、MgCl 2、CaCl 2、AlCl 3、GaCl 3、NaCl ，生成的硅酸不溶，滤渣为H 2SiO 3或H 4SiO 4，然后将滤液进行树脂吸附，得到含铝混合液和洗脱液，然后将洗脱液中的Fe 3+除去，最终通过电解-
2GaO 制备Ga 。

【详解】
（1）将粉煤灰与纯碱粉末充分混合，可以增大反应物接触面积，加快化学反应速率；SiO 2与Na 2CO 3固体在加热条件下能够生成Na 2SiO 3、CO 2，因此Ga 2O 3在此过程中发生反应的化学方程式为：Ga 2O 3+Na 2CO 3=焙烧
2NaGaO 2+CO 2↑；
（2）由上述分析可知，滤渣为：H 2SiO 3或H 4SiO 4；Al(OH)3为两性氢氧化物，能溶于强碱溶液，而Fe(OH)3、Mg(OH)2不溶于强碱溶液，因此可将Al 元素转化为偏铝酸盐，然后通入
CO2制取纯净的Al(OH)3，实验方案为：向混合液中加入过量NaOH，过滤，向滤液中通入足量CO2，再过滤；
（3）当c(Fe3+)恰好为l×l0-5mol·L-l时，()
() (
)
38
sp3
-3
3
5
3
Fe OH410
OH=mol/L
110
Fe
K
c
c
-
-
+
⎡⎤⨯
⎣⎦=
⨯
，若此时Ga3+恰好开始沉淀，则
()()
()
34
sp3
32
38
3-
5
Ga OH 1.410
Ga=mol/L=3.510mol/L
410
OH
110
K
c
c
-
+-
-
-
⎡⎤⨯
⎣⎦
=⨯
⨯
⨯
；
（4）电解过程中，-
2
GaO中Ga元素从+3价降低至0价，发生还原反应生成Ga，阳极为
水失去电子生成氧气，电解总反应为：--
222
4GaO+2H O=4Ga+3O+4OH
↑
通电
；-
2
GaO属于弱酸阴离子，能够发生水解生成Ga(OH)3，会降低产率，若溶液酸度过高，则溶液中H+可能会发生还原反应生成H2，会降低阴极电解效率。

10．轻质碳酸钙是一种广泛应用的工业填料，主要用于塑料、造纸、橡胶和涂料等。

工业
上以磷石膏（主要成分为CaSO4，杂质主要是SiO2、FeO、Fe2O3、Al2O3等）为原料制备轻质碳酸钙。

已知碳酸钙的溶解度比硫酸钙的溶解度小，在一定温度下，钙离子开始沉淀的pH值为12.3，氢氧化铝开始溶解的pH值为12.0，其他金属离子形成氢氧化物沉淀的相关pH的范围如下：
金属离子开始沉淀的pH沉淀完全的pH
Fe3+ 1.5 2.8
Fe2+ 5.58.3
Al3+ 3.0 4.7
制备流程如图：
请问答：
（1）以下说法正确的是__。

A．溶解的过程中，可以用盐酸代替硝酸
B．滤渣1的主要成分是SiO2，滤渣2的上要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3
C．转化时，可以先通氨气至饱和后再通过量二氧化碳，以提高钙离子的转化率
D．转化时可以适当加热，以加快反应速率
E.洗涤时可以采用滤液3
（2）调节溶液pH范围时，最佳的pH范围是__，理由是__。

（3）碳酸钙产品中钙含量的测定：
用电子天平准确称量产品2.000g于干净的烧杯中，滴加2mol/L的盐酸恰好完全溶解，加蒸馏水继续蒸发除去过量的酸至pH=6～7，转移至250mL的容量瓶中，定容摇匀。

用移液管准确移取25.00mL溶液于锥形瓶中，加入NaOH溶液10mL，摇匀，加入钙指示剂
30mg，用已标定的EDTA（乙二胺四乙酸，可以表示为H4Y）标准溶液进行滴定。

已知：Ca2++Y4-=[CaY]2-，测定数据如下：
①进行整个滴定操作实验的过程中，下列操作方法正确的是__。

A．使用移液管移取溶液的时候，移液管尖嘴不能接触容器壁
B．滴定管水洗后，需要用标准溶液润洗3次，再排出气泡，使液面位于“0”刻度或“0”刻度以下
C．滴定管调液面后，需静置1～2min，再进行读取刻度数据进行记录
D．电子天平读数时，两边侧面应同时处于打开状态，使空气保持流通
②该产品中钙元素的质量分数为__（保留两位有效数字），若滴定结束时仰视读数，则测定的结果__（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。

【答案】BCD 4.7～12 将铁离子铝离子沉淀完全，因此pH要大于等于4.7，但不能溶解氢氧化铝，也不能沉淀钙离子，因此pH小于12 BC 33.63% 偏大
【解析】
【分析】
硝酸与磷石膏反应，将CaSO4、FeO、Fe2O3、Al2O3溶解，将氧化亚铁氧化为硝酸铁，SiO2不溶解，过滤得到滤渣1，滤液调节pH值，将铁离子、铝离子沉淀，过滤得到滤渣
Fe(OH)3、Al(OH)3，滤液先加入氨气至饱和，再通入二氧化碳沉淀钙离子生成碳酸钙，过滤，得到碳酸钙进行洗涤、烘干。

【详解】
⑴A. 溶解的过程中，硝酸要溶解各种物质，还要将亚铁氧化铁离子，而盐酸不能氧化亚铁离子，因此不能用盐酸代替硝酸，故A错误；B. 根据分析滤渣1是难溶于硝酸的沉淀，主要成分是SiO2，调节pH，沉淀铁离子和铝离子，因此滤渣2的上要成分是Fe(OH)3、
Al(OH)3，故B正确；C. 转化时，可以先通氨气至饱和后再通过量二氧化碳，增加二氧化碳的溶解以提高钙离子的转化率， C正确；D. 转化时可以适当加热，以加快反应速率，故D
正确；E. 洗涤时采用滤液3洗涤，则沉淀表面有滤液杂质，因此不能用滤液3洗涤，故E 错误；综上所述，答案为：BCD 。

⑵要将铁离子铝离子沉淀完全，因此pH 要大于等于4.7，但不能溶解氢氧化铝，也不能沉淀钙离子，因此pH 小于12，因此调节溶液pH 范围时，最佳的pH 范围是4.7～12；故答案为：4.7～12；将铁离子铝离子沉淀完全，因此pH 要大于等于4.7，但不能溶解氢氧化铝，也不能沉淀钙离子，因此pH 小于12。

⑶①A. 使用移液管移取溶液的时候，移液管尖嘴要接触容器壁，液体沿器壁缓缓流下，故A 错误；B. 滴定管水洗后，需要用标准溶液润洗3次，再排出气泡，使液面位于“0”刻度或“0”刻度以下，故B 正确；C. 滴定管调液面后，需静置1～2min ，待液面稳定后，再进行读取刻度数据进行记录，故C 正确；D. 电子天平读数时，两边侧面应同时处于关闭状态，故D 错误；综上所述，答案为BC 。

②根据四次测定数据，第二次数据与其他几个数据相差较大，则为错误数据，因此求的其他三个数据的平均值为15.00mL ，根据Ca 2+～Y 4－关系式得到，2.000g 碳酸钙中n(Ca 2+)= n(Y 4
－
) = 0.1121 mol∙L −1 ×0.015L ×10 =0.016815mol ，该产品中钙元素的质量分数为
10.016815mol 40g mol ω=100%33.63%2.000g
-⨯⋅⨯≈，若滴定结束时仰视读数，结束时读数
偏小，得到滴定液偏大，测定的结果偏大；故答案为：33.63%；偏大。