2020-2021备战高考化学培优(含解析)之铁及其化合物推断题及答案

2020-2021备战高考化学培优(含解析)之铁及其化合物推断题及答案
一、铁及其化合物
1．利用废旧镀锌铁皮可制备磁性Fe3O4胶体粒子并得到副产物ZnO。

制备流程如图所示：(已知ZnO能溶于强碱)
已知：Zn及其化合物的性质与Al及其化合物的性质相似。

请回答下列问题：
（1）用NaOH溶液处理废旧镀锌铁皮的目的是________（填字母）。

A 去除油污
B 溶解镀锌层
C 去除铁锈
D 钝化铁皮
（2）调节溶液A的pH可产生Zn(OH)2沉淀，为制得ZnO，后续操作步骤是抽滤______。

（3）加适量H2O2 目的是________ 溶液B制得Fe3O4胶体粒子的过程中，须持续通入N2，其原因是_____。

（4）副产物ZnO常用于制备锌单质。

我国早有炼锌技术的记载，明代宋应星著的《天工开物》中有“升炼倭铅”的记载：“每炉甘石十斤，装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红冷定毁罐取出…即倭铅也。

”该炼锌工艺过程涉及主要反应的化学方程式为_________，（注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，“倭铅”是指金属锌）。

（5）用重铬酸钾法(一种氧化还原滴定法)可测定产物Fe3O4中的二价铁含量。

若需配制浓度为0.01 mol·L－1的K2Cr2O7标准溶液250 mL，应准确称取________g K2Cr2O7[保留4位有效数字，已知M r(K2Cr2O7)＝294]。

配制该标准溶液时，下列仪器中用不到的有________（填编号）。

①电子天平②烧杯③量筒④玻璃棒⑤250 mL容量瓶⑥胶头滴管⑦移液管（6）滴定操作中，如果滴定前装有K2Cr2O7标准溶液的滴定管尖嘴部分有气泡，而滴定结束后气泡消失，则测定结果将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。

【答案】AB 洗涤、灼烧将部分亚铁离子氧化成铁离子防止Fe2＋被氧化 ZnCO3＋
2C 高温
Zn＋3CO↑ 0.7350 ③⑦偏大
【解析】
【分析】
【详解】
(1)A．氢氧化钠溶液与油污反应生成高级脂肪酸盐，具有去除油污作用，A符合题意；B．根据Zn及化合物的性质与Al及化合物的性质相似，Zn也能和氢氧化钠溶液反应，氢氧化钠溶液起到溶解镀锌层，B符合题意；
C．氢氧化钠和铁不反应，C不符合题意；
D．氢氧化钠不能钝化铁皮，故D不符合题意；
答案为：AB；
(2)调节溶液A的pH可产生Zn(OH)2沉淀，抽滤就可以得到氢氧化锌沉淀，洗涤除去附着的离子，高温灼烧氢氧化锌分解得到ZnO；
(3)Fe3O4中有+3价铁，因此加适量H2O2目的是将部分亚铁离子氧化成铁离子，将亚铁离子和铁离子达到Fe3O4中+2价铁与+3价铁的比例关系，持续通入N2，主要防止Fe2+被氧化；故答案为：将部分亚铁离子氧化成铁离子；防止Fe2＋被氧化；
(4)该炼锌工艺参加反应的物质是煤炭饼和炉甘石(碳酸锌)，得到的物质是倭铅(金属锌)和CO，联想初中所学高炉炼铁原理，则炼锌过程涉及主要反应的化学方程式为ZnCO3＋
2C 高温
Zn＋3CO↑；
(5)m(K2Cr2O7)=0.01 mol·L-1×0.250 L×294 g·mol-1=0.7350 g，电子天平用于准确称量固体质量，烧杯用于溶解固体，玻璃棒用于搅拌和引流，容量瓶用于配制溶液，胶头滴管用于加水定容。

用不到的仪器为量筒和移液管；故答案为：0.7350g；③⑦；
(6)如果滴定前装有K2Cr2O7标准溶液的滴定管尖嘴部分有气泡，滴定结束后气泡消失，这样就造成读出来的K2Cr2O7标准溶液体积偏大，测定结果将偏大。

2．某铁的化合物A存在如下转化关系:
已知B为黄绿色气体单质。

请完成下列问题:
（1）A的化学式________。

（2）向C的溶液中滴加适量KSCN溶液,无明显现象,再滴加几滴B的水溶液,溶液呈血红色。

用离子方程式表示该过程________、________。

（3）若D为金属,则D的化学式________ (写出2种)。

【答案】 FeC13 2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl- Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3 Fe、Cu、Zn等(任选两种,其他答案合理也给分)
【解析】（1）B为Cl2，由题可知A和C的组成元素相同，均含Fe和Cl元素，且C可以与Cl2反应生成A，则A为FeCl3，C为FeCl2，A的化学式为FeCl3。

（2）Fe2+与SCN-无明显现象，加几滴氯水，Fe2+被氧化为Fe3+，Fe3+与SCN-反应生成红色的Fe(SCN )3，对应的离子方程式为：2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-、Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3。

（3）Fe3+转化为Fe2+，加入活泼的金属如Fe、Zn或不活泼金属如Cu，均可将Fe3+还原为Fe2+。

点睛：本题解题的关键是分析出A和C均是铁的氯化物，铁元素化合价可以变化，C可以与氯气反应生成A，说明A中铁元素的化合价高于C中铁元素的化合价，故A是FeCl3，C 是FeCl2。

3．某强酸性溶液 X 中可能含有 Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、Ba2＋、NH4＋、CO32－、NO3－、SO42
－、SiO32－中的若干种，现取 X 溶液进行连续实验，实验过程及产物如图所示。

实验过程中有一种气体为红棕色。

根据以上信息，回答下列问题：
（1）由强酸性条件即可判断 X 溶液中肯定不存在的离子有_____。

（2）溶液 X 中关于硝酸根离子的判断，正确的是_____(填编号，下同)。

a．一定含有 b．一定不含有 c．可能含有
（3）气体 F 的电子式为_____，化合物 I 中含有的化学键类型有_____。

（4）转化①的离子方程式为_____。

转化⑦的离子方程式为_________。

（5）对不能确定是否存在的离子，可以另取 X 溶液，加入下列溶液中的一种，根据现象即可判断，该试剂最好是_____。

①NaOH 溶液②KSCN 溶液③氯水和 KSCN 的混合溶液④pH 试纸⑤KMnO4溶液
【答案】CO32－、SiO32－ b 共价键和离子键 3Fe2+ +4H+ +NO3－= 3Fe3++NO↑ +
2H2O AlO2－＋2H2O＋CO2===HCO3－＋Al(OH) 3↓②
【解析】
【分析】
某强酸性溶液X中一定含有氢离子，一定不含CO32－、SiO32－，加过量的硝酸钡溶液，产生白色沉淀C是硫酸钡，一定含有SO42－，一定不含Ba2+，产生气体A一定是亚铁离子和硝酸根离子、氢离子发生氧化还原反应得到的NO，所以一定含有Fe2+，一定不含NO3－，NO 遇到氧气转化为气体D为二氧化氮，二氧化氮与水、氧气反应生成溶液E为硝酸溶液，溶液B中加入过量氢氧化钠生成气体F，F为氨气，则原溶液中一定含有NH4＋，氨气和硝酸溶液反应生成I为硝酸铵，溶液H中通入过量二氧化碳产生沉淀K和溶液L，沉淀K一定为氢氧化铝，原溶液中一定含有Al3+，L是NaHCO3，溶液B中生成的有铁离子，所以沉淀G是Fe(OH)3，溶于盐酸得到J为氯化铁溶液，但原溶液中不一定含有Fe3＋。

【详解】
(1). 由强酸性条件即可判断X溶液中肯定不存在的离子有CO32－、SiO32－，故答案为CO32－、SiO32－；
(2).根据上述分析可知，原溶液中一定会有H+、Fe2＋，则一定不含NO3－，故答案为b；
(3).气体F为NH3，电子式为，氨气和硝酸溶液反应生成化合物I为硝酸铵，硝酸
铵中含有共价键和离子键，故答案为；共价键和离子键；
(4).由上述分析可知，转化①为H+、NO3－和Fe2＋发生氧化还原反应生成Fe3＋、NO和水，离子方程式为3Fe2+ +4H+ +NO3－= 3Fe3++NO↑ + 2H2O，转化⑦为过量CO2与AlO2－、H2O反应生成Al(OH) 3沉淀和HCO3－，离子方程式为AlO2－+2H2O+CO2=HCO3－＋Al(OH) 3↓，故答案为3Fe2+ +4H+ +NO3－= 3Fe3++NO↑ + 2H2O；AlO2－+2H2O+CO2=HCO3－＋Al(OH) 3↓；
(5).由上述分析可知，不能确定X溶液中是否含有Fe3＋，检验Fe3＋最好的是试剂是KSCN溶液，故答案为②。

【点睛】
本题考查离子的检验和推断，明确常见离子的性质是解题的关键，注意加入过量硝酸钡溶液能够生成气体，说明X溶液中一定含有Fe2＋和NO3－，反应生成的溶液B中一定有Fe3＋，所以无法判断X溶液中是否含有Fe3＋，为易错点。

4．某化学小组欲探究铁及其化合物的氧化性和还原性，请回答下列问题：
（1）除胶头滴管外，你认为本实验必不可缺少的一种玻璃仪器是___。

（2）请帮他们完成以下实验报告：
实验目的：探究铁及其化合物的氧化性和还原性。

试剂：铁粉、FeCl3溶液、FeCl2溶液、氯水、锌片。

实验记录（划斜线部分不必填写）：
序号实验内容实验现象离子方程式实验结论
①在FeCl2溶液中滴入适
量氯水
溶液由浅绿色变为
棕黄色
___Fe2+具有还原性
②在FeCl2溶液中加入锌
片
Zn+Fe2+→Zn2++Fe Fe2+具有氧化性
③在FeCl3溶液中加入足
量铁粉
溶液由棕黄色变为
浅绿色
Fe+2Fe3+→3Fe2+Fe3+具有氧化性
④在FeCl3溶液中加入铜
片
___Fe3+具有氧化性
实验结论：___。

（3）亚铁盐在溶液中易被氧化，如何检验亚铁盐溶液是否被氧化？（简述实验操作）___保存亚铁盐溶液时，应该如何防止亚铁盐被氧化：___。

（4）若直接向亚铁盐溶液中滴加烧碱溶液，往往得不到白色絮状Fe（OH）2沉淀，其原因为：___。

（用化学方程式表示）
【答案】试管 Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+ Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+ Fe只有还原性，Fe3+只有氧化性，Fe2+既有氧化性，又有还原性取少许亚铁盐溶液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若溶液显血红色则亚铁盐溶液已变质；若溶液不显血红色则亚铁盐溶液未变质在亚铁盐溶
液中加入铁粉或铁钉 4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3
【解析】
【详解】
(1)探究铁及其化合物的氧化性和还原性，需要在试管中滴加试剂发生反应，则本实验必不可缺少的一种玻璃仪器是试管；
(2)①在FeCl2溶液中滴入适量氯水，生成氯化铁，离子反应为Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+，Fe元素的化合价升高，则Fe2+具有还原性；
②FeCl2中Fe元素的化合价升高，则Fe2+具有氧化性；
③FeCl3中Fe元素的化合价降低，则Fe3+具有氧化性；
④在FeCl3溶液中加入铜片，反应生成氯化亚铁、氯化铜，离子反应为
Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+，FeCl3中Fe元素的化合价降低，则Fe3+具有氧化性，
则得到实验结论为Fe只有还原性，Fe3+只有氧化性，Fe2+既有氧化性，又有还原性；(3)亚铁盐被氧化生成铁盐，铁离子遇KSCN溶液变为红色，则检验亚铁盐溶液是否被氧化的实验操作为取少许亚铁盐溶液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若溶液显血红色则亚铁盐溶液已变质；若溶液不显血红色则亚铁盐溶液未变质；保存亚铁盐溶液时，在亚铁盐溶液中加入铁粉或铁钉防止亚铁盐被氧化；
(4)直接向亚铁盐溶液中滴加烧碱溶液，往往得不到白色絮状Fe(OH)2沉淀，Fe(OH)2易被氧化，发生4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。

【点睛】
直接向亚铁盐溶液中滴加烧碱溶液，往往得不到白色絮状Fe(OH)2沉淀，可以看到生成白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变成红褐色。

5．铁的氧化物成分不一样，性质也不一样， H2还原Fe2O3，发现温度不同，产物也不同。

（1）往产物中滴加盐酸，观察到有气泡产生，生成气泡主要成分的电子式是________。

（2）再滴加KSCN溶液，可观察到________，所得溶液中一定含有的铁的化合价是
________。

【答案】H∶H 无明显变化＋2
【解析】
【分析】
（1）产物中滴加盐酸，观察到有气泡产生，说明产生中含有Fe，所以气体成分为H2；（2）再滴加KSCN溶液，没有出现血红色现象，产物中有过量的铁，铁能还原Fe3＋，所得溶液中一定含有Fe2+。

【详解】
（1）产物中滴加盐酸，铁的氧化物首先与盐酸反应，生成相应的铁的氯化物和水，若生成Fe3+，则会被Fe还原为Fe2+。

观察到有气泡产生，说明最后发生的是Fe与盐酸的反应，所以气体成分为H2，电子式为；答案为；
（2）再滴加KSCN溶液，因为不含有Fe3+，所以没有明显现象产生；产物中有过量的铁，铁能还原Fe3＋，所得溶液中一定含有Fe2+，铁的化合价是＋2。

答案为：无明显现象；+2。

【点睛】
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，FeO+2HCl＝FeCl2+H2O，Fe3O4+8HCl=2FeCl3+FeCl2+4H2O，2FeCl3+Fe＝3FeCl2，最后发生Fe+2HCl＝FeCl2+H2↑。

所以，只要有气泡产生，说明在前面反应中，Fe有剩余，则溶液中不存在Fe3+。

6．2019年10月9日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2019年诺贝尔化学奖颁发给来自美国、英国、日本的三位科学家，表彰他们在锂离子电池方面的研究贡献。

高度评价他们“创造了一个可充电的世界”。

锂离子电池与传统电池相比，充电更快，功率密度更高，使用时间更长，在手机和笔记本电脑等便携式电子产品上广泛应用。

工业上常以锂辉矿(主要成分为 LiAlSi2O6，还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂，其中一种工艺流程如下：
已知：①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH：
②Li2CO3的溶解度随温度变化如图所示：
试回答下列问题：
（1）酸浸时，为了提高浸取率可采取升高温度、粉碎矿石、搅拌、过滤后再次浸取等措施还可通过_______来提高浸取率。

（2）反应I中应调节pH范围为_______，沉淀A的成分除H2SiO3、CaCO3、Al(OH)3外，还有___________。

（3）反应Ⅱ的离子方程式为_________________。

（4）“操作I＂的名称为______；洗涤Li2CO3沉淀要使用_______ (选填“热水”或“冷水”)，理由是___________________________________________________。

【答案】延长浸取时间（或：增大酸的浓度） 4.7~9.6（或4.7≤ pH < 9.6）Fe(OH)3、CaSO4Mg2＋＋Ca(OH)2＝Ca2+＋Mg(OH)2↓ (或：Mg2＋＋2OH－＝Mg(OH)2↓) CO32-＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋2OH－(或：Ca2+＋CO32-= CaCO3↓)过滤热水碳酸锂的溶解度随温度升高而降低，热水洗涤可以减少碳酸锂的溶解损失
【解析】
【分析】
锂辉矿(主要成分为 LiAlSi2O6，还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂，加入过量硫酸溶解锂辉矿，再加入碳酸钙调节溶液的pH，加入双氧水将溶液里的亚铁离子氧化
为铁离子，使铁离子和铝离子沉淀完全，过滤除去沉淀，然后加入氢氧化钙和碳酸钠除去溶液中的钙离子和镁离子，过滤得到的溶液中主要是锂离子的水溶液，蒸发浓缩，加入饱和的碳酸钠溶液沉淀锂离子生成碳酸锂，洗涤后加入盐酸溶解得到氯化锂溶液，加热蒸干得到氯化锂，电解氯化锂得到金属锂。

根据以上分析解答此题。

【详解】
(1)增大酸的浓度、升高温度、增大固体表面积、搅拌或延长浸取时间可以提高浸取率，所以为了提高浸取率可采取升高温度、粉碎矿石、搅拌、过滤后再次浸取等措施还可通过延长浸取时间或增大酸的浓度来提高浸取率；
答案为：延长浸取时间（或：增大酸的浓度）。

(2)反应Ⅰ中调节pH的目的是除去Fe3+、Al3+，由表中数据可知调节pH范围为4.7~9.6（或4.7≤pH<9.6），硫酸钙微溶于水，所以沉淀A的成分除H2SiO3、CaCO3、Al(OH)3外，还有Fe(OH)3、CaSO4 ；
答案为：4.7~9.6（或4.7≤pH<9.6）；Fe(OH)3、CaSO4。

(3)反应Ⅱ调节pH=11，目的是除去Mg2+和Ca2+，根据加入的试剂，主要离子方程式为：Mg2++Ca(OH)2= Ca2++ Mg(OH)2↓(或：Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓)、CO32-+ Ca(OH)2=CaCO3↓+2OH-(或：CO32-+ Ca2+=CaCO3↓)；
答案为：Mg2++Ca(OH)2= Ca2++ Mg(OH)2↓(或：Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓)、CO32-+
Ca(OH)2=CaCO3↓+2OH-(或：CO32-+ Ca2+=CaCO3↓)。

(4)“操作Ⅰ”目的是分离出固体碳酸锂，所以“操作Ⅰ”是过滤；由图可知碳酸锂的溶解度随温度升高而降低，热水洗涤可以减少碳酸锂的溶解损失，所以洗涤碳酸锂沉淀要用热水；
答案为：过滤；热水；碳酸锂的溶解度随温度升高而降低，热水洗涤可以减少碳酸锂的溶解损失。

7．碱性锌锰电池的工作原理:Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2,其中的电解质溶液是KOH溶液。

某课题组用废旧铁壳无汞碱性锌锰电池为原料,制备一种新型材料Mn x Zn(1-
x)Fe2O4,其工艺流程如图所示:
(1)滤液A中溶质的电子式为____________。

(2)已知Mn x Zn(1-x)Fe2O4中锰元素的化合价与实验室用二氧化锰制取氯气时还原产物中锰元素的化合价相同，则铁元素的化合价为_________。

(3)“溶渣”工序中稀硫酸与铁反应生成的硫酸亚铁可将+3价锰的化合物全部还原成Mn2+，写出该反应的离子方程式:_____________________________。

(4)“调铁”工序的目的是调整滤液中铁离子的总浓度，使其中金属元素的物质的量之比与产品的化学式Mn x Zn(1-X)Fe2O4相符合。

①写出“调铁"工序中发生反应的离子方程式:_________________,___________________。

②若测得滤液的成分为c(Mn2+)+c(Zn2+)=amol.L-1,c(Fe2+)+c(Fe3+)=bmol.L-1，滤液体积为
1m3,“调铁”工序中，需加入的铁粉质量为________kg(忽略溶液体积变化，用含a、b的代数式表示)。

(5)在“氧化"工序中，加入双氧水的目的是把Fe2+氧化为Fe3+;生产过程中发现实际消耗双氧水的量大于理论值,其可能原因除温度外，主要是_______________。

(6)用氨水“调pH"后,经“结晶”“过滤”可得到产品和滤液C,从滤液C中还可分离出一种氮肥，该氮肥的溶液中的离子浓度由小到大的顺序为_____________________。

【答案】+3 MnO(OH)+Fe2++3H+=Mn2++Fe3++2H2O Fe+2Fe3+=3Fe2+
Fe+2H+=Fe2++H2↑ 112a-56b 生成的Fe3+催化了双氧水的分解(OH-)＜c(H+)＜c(SO42-)＜c(NH4+)
【解析】
【分析】
废旧无汞碱性锌锰电池为原料，制备一种新型材料Mn x Zn(1-x)Fe2O4，废旧电池加入水浸取过滤得到滤液A和滤渣，滤渣加入过量稀硫酸熔渣后加入铁，稀硫酸与铁反应生成的硫酸亚铁可将+3价锰的化合物全部还原成Mn2+，过滤得到滤渣B和滤液，测定滤液成分，“调铁”工序的目的是调整溶液中铁离子的总浓度，使其中金属元素的物质的量之比与产品的化学式Mn x Zn(1-x)Fe2O4相符合，加入过氧化氢氧化亚铁离子生成铁离子，用氨水“调pH”后，经“结晶”“过滤”可得到产品和滤液C，从滤液C中还可分离出一种氮肥为硫酸铵，据此解答。

【详解】
(1)滤液A中溶质是KOH，含有离子键和共价键，电子式为。

(2)已知Mn x Zn(1-x)Fe2O4中锰元素的化合价与实验室用二氧化锰制取氯气时的还原产物中的锰的化合价相同，可知Mn为+2价，锌+2价、氧元素-2价，则根据化合价代数和为0可知铁元素的化合价为+3；
(3)“溶渣”工序中稀硫酸与铁反应生成的硫酸亚铁可将+3价锰的化合物全部还原成
Mn2+，该反应的离子方程式为MnO(OH)+Fe2++3H+=Mn2++Fe3++2H2O。

(4)①“调铁"工序中发生反应的离子方程式为Fe+2Fe3+=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑。

②n（Mn2+）+n（Zn2+）=a mol•L-1×1000L=1000amol，已有铁元素
bmol/L×1000L=1000bmol，由电荷守恒可知Mn x Zn(1-x)Fe204中含Fe2O42-为1000amol，其中铁元素的物质的量为1000amol×2=2000amol，还需加入铁的物质的量为2000amol-
1000bmol，质量为（2000amol-1000bmol）mol×56g/mol=（112a-56b）kg。

(5)在“氧化"工序中，加入双氧水的目的是把Fe2+氧化为Fe3+，生产过程中发现实际消耗双氧水的量大于理论值，其可能原因除温度外，主要是生成的Fe3+催化了双氧水的分解。

(6)用氨水“调pH ”后，经“结晶”“过滤”可得到产品和滤液C ，从滤液C 中还可分离出一种氮肥为硫酸铵，铵根离子水解溶液显酸性，离子浓度为c (OH -)＜c (H +)＜c (SO 42-
)＜c (NH 4+)。

8．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×l0-5mol·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：Ga2O3+Na2CO3=焙烧2NaGaO2+CO2↑；
（2）由上述分析可知，滤渣为：H2SiO3或H4SiO4；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。

9．某工厂的工业废水中含有大量的FeSO4和CuSO4，为了减少污染并变废为宝，工厂拟定用以下流程从该废水中回收FeSO4和金属Cu。

请根据以下流程图，回答相关问题：
(1)操作Ⅰ和操作Ⅱ分离固体和溶液的方法是_____________。

(2)为了将CuSO4完全
．．转化，步骤①加入的铁粉应_______(选填“过量”或“少量”)，其对应的
化学方程式
．．．．．为___________。

(3)固体A的成分是铁和__________(填名称)。

(4)步骤②加入试剂B的稀溶液，B的化学式为_________ ，该物质在该反应中作_______剂(选填“氧化”或“还原”)。

(5)取1~2mlFeSO4溶液于试管中，滴加几滴NaOH溶液，生成的白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变成_______________色。

(6)另取1~2ml FeSO4溶液于试管中，滴加几滴氯水，该反应的离子方程式
．．．．．为_______，向反应后的溶液中再滴加几滴__________溶液，溶液变为血红色。

【答案】过滤过量44
Fe CuSO=FeSO Cu
++铜单质 H2SO4氧化红褐色
23
2
2Fe Cl=2Fe2Cl
++-
++ KSCN
【解析】
【分析】
【详解】
(1)分离固体和溶液的操作即过滤；
(2)为了保证CuSO 4反应彻底，就需要加入过量的Fe 粉；Fe 与CuSO 4溶液发生置换反应，方程式为：44Fe CuSO =FeSO Cu ++；
(3)固体A 中除了未反应完的Fe ，还有就是加入铁粉后置换出的Cu 单质；
(4)分析步骤②可知，加入试剂B 后Fe 单质变成了FeSO 4，而Cu 单质不反应，所以B 为稀硫酸；反应过程中，稀硫酸起氧化剂作用将Fe 氧化；
(5)Fe 2+与OH -反应生成白色的不稳定的Fe(OH)2，Fe(OH)2可以迅速被氧化发生反应：22234Fe(OH)O 2H O=4Fe(OH)++；最终生成红褐色的Fe(OH)3；
(6)FeSO 4中加入氯水后发生氧化还原反应，离子方程式为：2322Fe Cl =2Fe 2Cl ++-++；由于反应后的溶液中有Fe 3+，所以加入KSCN 后，溶液会出现血红色；
10．我国某科研团队以软锰矿（主要成分是MnO 2，含有SiO 2、Fe 2O 3等少量杂质）为主要原料，制取高纯碳酸锰，工艺流程如下图:
（1）对矿石进行粉粹的目的是_______；
（2）滤渣Ⅰ、Ⅱ分别为________、________；
（3）采用1％稀硫酸而不采用水混合矿粉制浆的原因是_________；不采用较浓H 2SO 4的原因是______；不直接采用H 2SO 4浸锰的原因是___________。

（4）浸锰的离子方程式为____________；
（5）“系列操作”为过滤、_________、干燥。

（6）取所得的高纯MnCO 311.7g 溶于足量的盐酸中，将产生的气体用足量的Ba （OH ）2浓溶液吸收，得到白色沉淀19.7g ，则所得产品的纯度为________％（保留一位小数）
【答案】加快浸取速率，提矿石高浸出率 SiO 2（二氧化硅） Fe （OH ）3（氢氧化铁） 提高Fe 2O 3、MnO 2的氧化性，易于被SO 2还原溶出（其他合理答案亦可） 会降低SO 2在溶液中的溶解度，从而降低反应速率 MnO 2不能与H 2SO 4直接反应（其他合理答案亦可） MnO 2+SO 2=Mn 2++SO 42-、Fe 2O 3+SO 2+2H +=2Fe 2++SO 42-+H 2O 洗涤 98.3
【解析】
【分析】
软锰矿先加稀硫酸制浆，然后通入SO 2，酸性环境下Fe 2O 3、MnO 2将SO 2氧化，自身被还原成Fe 2+、Mn 2+，过滤得到的滤渣I 主要为SiO 2，滤液中主要为Fe 2+、Mn 2+；加入MnO 2将亚铁离子氧化成铁离子，然后调节pH 得到氢氧化铁沉淀，即滤渣II ；沉锰时可加入可溶性
碳酸氢盐，得到碳酸锰沉淀，经过滤、洗涤、干燥得到高纯碳酸锰。

【详解】
(1)粉碎后可增大接触面积，加快浸取速率，提矿石高浸出率；
(2)根据分析可知滤渣I为SiO2(二氧化硅)，滤渣II为Fe(OH)3(氢氧化铁)；
(3)采用1％稀硫酸而不采用水混合矿粉制浆是酸性环境可以提高Fe2O3、MnO2的氧化性，易于被SO2还原溶出；较浓H2SO4会降低SO2在溶液中的溶解度，从而降低反应速率；MnO2不能与H2SO4直接反应，所以不直接采用H2SO4浸锰；
(4)浸锰时酸性环境下Fe2O3、MnO2将SO2氧化，离子方程式为：MnO2+SO2=Mn2++SO42-，Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+H2O；
(5)沉锰得到碳酸锰沉淀，经过滤、洗涤、干燥得到高纯碳酸锰；
(6)碳酸锰溶于稀盐酸生成的气体为二氧化碳，二氧化碳通入足量的Ba(OH)2浓溶液得到的
是BaCO3沉淀，所以n(BaCO3)=
19.7g
197g/mol
=0.1mol，根据碳元素守恒可知样品中
n(MnCO3)=0.1mol，所以产品纯度为0.1mol115g/mol
100%
11.7g
⨯
⨯=98.3%。