备战高考化学 铁及其化合物推断题 培优练习(含答案)含详细答案

备战高考化学铁及其化合物推断题培优练习(含答案)含详细答案
一、铁及其化合物
1．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。

2．在下列物质转化关系中，反应的条件和部分产物已略去。

已知：甲、乙是两种常见金属，反应Ⅲ是工业制盐酸的反应。

回答下列问题：
(1)反应I中，甲在通常条件下和水剧烈反应，除丙外，还生成一种焰色反应为黄色的物质，写出该物质的电子式：_______，该化合物中存在的化学键有：_________。

与甲在同一周期的金属元素（包括甲），按单质熔点由高到低的顺序排列依次为：_______（元素符号）。

(2)反应Ⅱ中，乙与H2O在高温下反应，除丙外，还生成一种有磁性的物质，则乙在周期表中的位置是_______；写出反应Ⅱ的化学方程式_______。

(3)通过比较反应I、Ⅱ的反应条件，可得出甲的金属性比乙的金属性_______（填“强”或“弱”），比较二者金属性强弱的依据还可以是_______（写出一种即可）。

(4)下列关于第三周期金属元素的单质及其化合物的说法正确的是_______（选填答案编号）
a．工业上一般用电解法进行冶炼，获取单质
b．金属阳离子都具有相同的电子排布式
c．氢氧化物都能容易分解得到相应的氧化物
d．金属氯化物都是电解质，都属于离子化合物
【答案】离子键、共价键 Al、Mg、Na 第四周期Ⅷ族
高温Fe3O4+H2强 NaOH是强碱，而Fe（OH）3是弱碱 ab
3Fe+4H2O−−−→
【解析】
【分析】
已知反应Ⅲ是工业制盐酸的反应，则丙为H2，丁为HCl；反应I中，甲在通常条件下和水剧烈反应，除丙外，还生成一种焰色反应为黄色的物质，则甲为金属钠；反应Ⅱ中，乙与H2O在高温下反应，除丙外，还生成一种有磁性的物质，则乙为铁。

据此解答。

【详解】
(1)由以上分析知，甲为金属钠，则焰色反应为黄色的物质为NaOH，电子式为
，该化合物中存在的化学键有离子键、共价键。

与甲在同一周期的金属元素有Na、Mg、Al三种，它们的离子带电荷数依次增多，离子半径依次减小，所以按单质熔点由高到低的顺序排列依次为Al、Mg、Na。

答案为：；离子键、共价键；Al、Mg、Na；
(2)由以上分析知，乙为铁，与H2O在高温下反应，生成的有磁性的物质为Fe3O4，铁为26号元素，电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则铁在周期表中的位置是第四周期Ⅷ族；反
高温Fe3O4+H2。

答案为：第四周期Ⅷ族；
应Ⅱ的化学方程式为3Fe+4H2O−−−→
高温Fe3O4+H2；
3Fe+4H2O−−−→
(3)钠与水在常温下剧烈反应，铁与水在高温下才能反应，由此可得出钠的金属性比铁的金属性强，比较二者金属性强弱的依据还可以是NaOH是强碱，而Fe(OH)3是弱碱来判断。

答案为：强；NaOH是强碱，而Fe(OH)3是弱碱；
(4)a．工业上一般用电解法冶炼NaCl、MgCl2、Al2O3，获取单质，a正确；
b．Na+、Mg2+、Al3+都具有相同的电子排布式1s22s22p6，b正确；
c．NaOH热稳定性强，很难分解得到相应的氧化物，c不正确；
d．金属氯化物都是电解质，但AlCl3属于共价化合物，d不正确；
答案为：ab。

【点睛】
在书写铁与H2O在高温下反应，我们易忽视“有磁性的物质”，而把产物写成Fe2O3和
H2，从而产生错误。

3．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+。

4．溴主要以Br- 形式存在于海水（呈弱碱性）中，利用空气吹出法从海水中提溴，工艺流程示意如下。

资料：常温下溴呈液态，深红棕色，易挥发。

（1）酸化：将海水酸化的主要目的是避免___（写离子反应方程式）。

（2）脱氯：除去含溴蒸气中残留的Cl2
①具有脱氯作用的离子是____。

②溶液失去脱氯作用后，补加FeBr2或加入____，脱氯作用恢复。

（3）富集、制取Br2：
用Na2CO3溶液吸收溴，Br2歧化为BrO3-和Br-。

再用H2SO4酸化歧化后的溶液得到Br2，其离子反应方程式为____。

（4）探究(3)中所用H2SO4浓度对Br2生成的影响，实验如下：
序号A B C
试剂组成1 mol/L NaBr
20% H2SO4
1 mol/L NaBr
98% H2SO4
将B中反应后溶液用
水稀释
实验现象无明显现象溶液呈棕红色，放热溶液颜色变得很浅
①B中溶液呈棕红色说明产生了____。

②分析C中溶液颜色变浅的原因，甲同学认为是发生了化学反应所致；乙同学认为是用水稀释所致。

若认为甲同学的分析合理，请用具体的反应说明理由；若认为乙同学的分析合理，进一步设计实验方案说明。

理由或方案：____。

③酸化歧化后的溶液宜选用的酸是____（填“稀硫酸”或“浓硫酸”）。

【答案】Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O Fe2+、Br-铁粉 BrO3-+5Br-+6H+=3Br2+3H2O Br2理由：SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4方案：用CCl4萃取颜色很浅的溶液，观察溶液下层是否呈棕红色稀硫酸
【解析】
【分析】
【详解】
(1)海水中溴元素以Br-存在，从海水中提取溴单质，要用Cl2氧化溴离子得到，但海水呈碱性，若不酸化，就会发生反应：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O，影响溴的提取；
(2) ①将溴蒸气的残留的Cl2脱去，可利用氯气有强的氧化性，要加入能与Cl2反应，但不能与Br2反应的物质，如Fe2+、Br-；
②溶液失去脱氯作用后，补加FeBr2或加入还原铁粉，物质具有还原性，脱氯作用就恢复；
(3)用Na2CO3溶液吸收溴，Br2歧化为BrO3-和Br-。

再用H2SO4酸化，BrO3-和Br-及H+发生归中反应得到Br2，其离子反应方程式为BrO3- +5Br-+6H+=3Br2+3H2O；
(4)①B中溶液呈棕红色是由于Br2是红棕色物质，产生了Br2；
②若甲同学说法正确，则会发生反应：SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4,消耗了溴单质；若乙同学说法正确，则要把颜色很浅的溶液用CCl4萃取，利用CCl4密度比水大，溴单质容易溶于CCl4，观察下层液体颜色否呈棕红色即可；
③歧化后的溶液若用稀硫酸酸化无明显现象，若用浓硫酸酸化，溶液变为红棕色，反应放出热量，会导致溴单质挥发，所以酸化要用稀硫酸。

5．某小组同学用一种铝铁合金为原料，模拟相关的工业生产，反应过程如图所示（部分产物和条件已略去），请回答：
（1）铁铝合金是一种高电磁性能合金，下列有关推测可能正确的是_____（填序号）．A．铁铝合金可由铁和铝熔融混合制成
B．铁铝合金的熔点高于铝和铁
C．铁铝合金硬度高于纯铝
（2）反应①中铝元素发生反应的离子方程式为_______________________。

（3）反应②的化学方程式为____________________________________。

（4）反应③发生时观察到的现象是_____________________________，用化学方程式表示颜色变化的原因_____________________________________。

（5）反应④中的CO2不宜换成HCl，原因是_____________________。

（6）请举出固体A一种用途_________________________。

【答案】AC Al3++4OH﹣=AlO2﹣+2H2O 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑先产生白色沉淀，之后迅速变成灰绿色最后变为红褐色 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3过量的氯化氢会使生成的氢氧化铝溶解做红色油漆和涂料
【解析】
【分析】
分析流程可知，①中的反应有硫酸与氢氧化钠酸碱中和，硫酸铝与过量氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，硫酸亚铁在空气中与氢氧化钠反应生成氢氧化铁；④中二氧化碳能与偏铝酸钠发生反应生成氢氧化铝和碳酸氢钠；固体A为氧化铁，固体B为氧化铝；②中铝单质能与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠；③中硫酸亚铁在空气中与氢氧化钠反应生成氢氧化铁。

【详解】
（1）A．铁铝合金可由铁和铝熔融混合制成具有特征性质的混合物，故A正确；
B．合金熔点低于各成分，则铁铝合金的熔点低于铝和铁，故B错误；
C．合金硬度高于各成分，则铁铝合金硬度高于纯铝，故C正确；
综上所述，故答案为：AC；
（2）①中硫酸铝与过量氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，其反应的离子方程式为Al3++4OH﹣=AlO2﹣+2H2O，故答案为：Al3++4OH﹣=AlO2﹣+2H2O；
（3）②中铝单质能与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，其反应的化学方程式为
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，故答案为：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑；
（4）③中硫酸亚铁在空气中与氢氧化钠反应生成氢氧化铁，现象是先产生白色沉淀，之后迅速变成灰绿色最后变为红褐色，其反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3，故答案为：先产生白色沉淀，之后迅速变成灰绿色最后变为红褐色；
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3；
（5）④中二氧化碳能与偏铝酸钠发生反应生成氢氧化铝和碳酸氢钠，若将二氧化碳换成氯化氢，则生成的氢氧化铝会继续与过量的盐酸发生反应而溶解，故答案为：过量的氯化氢会使生成的氢氧化铝溶解；
（6）固体A为红棕色的氧化铁，可以用来做红色油漆和涂料，故答案为：做红色油漆和涂料。

6．从某矿渣（成分为NiFe2O4(铁酸镍)、NiO、FeO、CaO、SiO2等）中回收NiSO4的工艺流程如图：
已知：(NH4)2SO4在350℃分解生成NH3和H2SO4；NiFe2O4在焙烧过程中生成NiSO4、
Fe2(SO4)3。

回答下列问题：
（1）“研磨”的目的是___。

（2）矿渣中部分FeO在空气焙烧时与H2SO4反应生成Fe2(SO4)3的化学方程式为____。

（3）“浸泡”过程中Fe2(SO4)3生成FeO(OH)的离子方程式为___。

“浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH)、CaSO4外还含有___（填化学式）。

（4）向“浸取液”中加入NaF以除去溶液中Ca2+，溶液中c(F-)至少为___mol·L-1时，可使钙离子沉淀完全。

[已知Ca2+浓度小于1.0×10-5mol·L-1时沉淀完全；K sp(CaF2)=4.0×10-11]
（5）萃取可用于对溶液中的金属离子进行富集与分离：Fe2+(水相)+2RH(有机
相)FeR2(有机相)+2H+(水相)。

萃取剂与溶液的体积比（
A
V
V）对溶液中Ni
2+、Fe2+的萃
取率影响如图所示，0
A
V
V的最佳值为___。

在___（填“强碱性”“强酸性”或“中性”）介质中“反萃取”能使有机相再生而循环利用。

（6）若将流程图中浸泡步骤改为如图步骤（前后步骤不变）。

依据下表数据判断，调pH 范围为___。

【答案】增大接触面积，加快反应速率 4FeO+6H2SO4+O2高温2Fe2(SO4)3+6H2O
Fe3++2H2O加热FeO(OH)+3H+ SiO2 2.0×10-3 0.25 强酸性 3.7≤pH<7.1
【解析】
【分析】
某矿渣的主要成分是NiFe2O4(铁酸镍)、NiO、FeO、CaO、SiO2等，加入硫酸铵研磨后，600°C焙烧，已知：(NH4)2SO4在350℃以上会分解生成NH3和H2SO4；NiFe2O4在焙烧过程中生成NiSO4、Fe2(SO4)3，在90°C的热水中浸泡过滤得到浸出液，加入NaF除去钙离子，过滤得到滤液加入萃取剂得到无机相和有机相，无机相通过一系列操作得到硫酸镍，有机相循环使用，据此分析解答。

【详解】
(1)焙烧前将矿渣与(NH4)2SO4混合研磨，混合研磨的目的是增大接触面积，加快反应速率，使反应更充分；
(2)矿渣中部分FeO在空气焙烧时与H2SO4反应生成Fe2(SO4)3的化学方程式为
4FeO+6H2SO4+O2高温2Fe2(SO4)3+6H2O；
(3) “浸泡”过程中Fe2(SO4)3生成FeO(OH)的离子方程式为：Fe3++2H2O加热FeO(OH)+3H+；根据分析，浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH) 、CaSO4外还含有 SiO2；
(4)向“浸取液”中加入NaF以除去溶液中Ca2+，已知Ca2+浓度小于1.0×10-5mol·L-1时沉淀完
全，溶液中c (F −)=(
)sp 2K c Ca +=-11-5
4.0101.010⨯⨯≈2×10−3mol/L ，故溶液中c (F -)至少为2×10−3 mol/L ； (5)本工艺中，萃取剂与溶液的体积比(0A
V V )对溶液中Ni 2+、Fe 2+的萃取率影响如图所示，最佳取值是亚铁离子不能被萃取，镍离子被萃取，0A
V V 的最佳取值是0.25；由Fe 2+(水相)+2RH(有机相)⇌FeR(有机相)+2H +(水相)可知，加酸，增大氢离子的浓度，使平衡逆向移动，可生成有机相，则应在强酸性介质中“反萃取”能使有机相再生而循环利用；
(6)若将流程图中浸泡步骤改为如图步骤(前后步骤不变)，亚铁离子被双氧水氧化为铁离子，除杂过程中要将铁离子除去但不能使镍离子沉淀，依据下表数据判断，pH=3.7时铁离子完全沉淀，pH=7.1时镍离子开始沉淀，则调节pH 范围为3.7≤pH<7.1。

7．七水硫酸锌别名皓矾，常用作媒染剂、收敛剂、木材防腐剂。

工业上由氧化锌矿(主要
成分为ZnO ，另含ZnSiO 3、FeCO 3、CuO 等)生产ZnSO 4·
7H 2O 的流程如下：
在该流程中，相关离子生成氢氧化物的pH 如表：
开始沉淀时pH 完全沉淀时pH Zn 2+
5.4
6.4 Fe 3+
1.1 3.2 Fe 2+
5.8 8.8 Cu 2+ 5.6
6.4
请回答下列问题：
(1)粉碎氧化锌矿石的目的是______________；滤渣X 的成分是________________。

(2)步骤Ⅱ中加入H 2O 2目的是：_______________，发生反应的离子方程式为：
______________。

(3)“除铁”步骤中加入试剂M 调节溶液的pH ，试剂M 可以是________(填化学式，一种即可)，控制溶液的pH 范围为：_________。

同时还需要将溶液加热，其目的是：__________。

(4)滤渣Z 的成分是____________。

(5)取28.70 g ZnSO 4·7H 2O(相对分子质量：287)加热至不同温度，剩余固体的质量变化如图所示：
①步骤Ⅳ中的烘干操作需在减压条件下进行，其原因是____________。

②680 ℃时所得固体的化学式为________________。

a.ZnO
b.Zn3O(SO4)2
c.ZnSO4
d.ZnSO4·H2O
【答案】增大比表面积，加快反应速率、提高浸取率 H2SiO3将Fe2+氧化成Fe3+，便于后续步骤中将铁元素除去 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O ZnO或ZnCO3或Zn(OH)2 3.2≤pH＜5.4 防止生成氢氧化铁胶体，便于分离 Cu、Zn 降低烘干温度，防止ZnSO4·7H2O失去结晶水 b
【解析】
【分析】
(1)氧化锌矿石粉碎可增大比表面积，加快反应速率、提高浸取率；在加H2SO4酸溶过程中，ZnSiO3与H2SO4会生成H2SiO3；
(2)在步骤Ⅱ中加入H2O2，会与溶液中的Fe2+发生氧化还原反应；
(3)要中和多余H2SO4并且不引入新杂质，可以加入ZnO或ZnCO3或Zn(OH)2等化合物；根据表格所知，Fe3+全部除尽，pH≥3.2，Zn2+开始沉淀，pH为5.4；加热可以防止生成氢氧化铁胶体，便于分离；
(4)为了将Cu2+全部置换出来，加入的锌粉过量，滤渣Z中包含Cu和Zn；
(5)①由于ZnSO4·7H2O易失去结晶水，烘干时要适当降低温度；
②根据图像分析。

【详解】
(1)氧化锌矿石粉碎可增大比表面积，加快反应速率、提高浸取率；在加H2SO4酸溶过程中，ZnSiO3与H2SO4会生成H2SiO3，故滤渣X的成分为H2SiO3，故答案为：增大比表面积，加快反应速率、提高浸取率； H2SiO3；
(2)在步骤Ⅱ中加入H2O2，会与溶液中的Fe2+发生氧化还原反应，对应的离子方程式为：
2Fe2＋+H 2O2+2H＋2Fe3＋+2H2O，故答案为：将Fe2+氧化成Fe3+，便于后续步骤中将铁元素除去；2Fe2＋+H 2O2+2H＋2Fe3＋+2H2O；
(3)要中和多余H2SO4并且不引入新杂质，可以加入ZnO或ZnCO3或Zn(OH)2等化合物；根据表格所知，Fe3+全部除尽，pH≥3.2，Zn2+开始沉淀，pH为5.4，故pH的范围为：3.2≤pH ＜5.4；加热可以防止生成氢氧化铁胶体，便于分离，故答案为：ZnO或ZnCO3或
Zn(OH)2；3.2≤pH＜5.4；加热可以防止生成氢氧化铁胶体，便于分离；
(4)为了将Cu2+全部置换出来，加入的锌粉过量，滤渣Z中包含Cu和Zn，故答案为：Cu、
Zn ；
(5)①由于ZnSO 4·7H 2O 易失去结晶水，烘干时要适当降低温度；
②n(ZnSO 4·7H 2O)=-1
28.70g 287g mol ⋅ =0.1 mol ，加热过程中若得ZnSO 4·H 2O 的质量为17.90 g(100 ℃)；若得ZnSO 4的质量为16.10 g(250 ℃)；若得ZnO 的质量为8.10 g(930 ℃)；据此通过排除法确定680 ℃时所得固体的化学式为Zn 3O(SO 4)2，故答案为：降低烘干温度，防止ZnSO 4·7H 2O 失去结晶水；b 。

【点睛】
分析流程题需要掌握的技巧是：浏览全题，确定该流程的目的，看懂生产流程图，了解流程图以外的文字描述、表格信息，后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随时调用。

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、NaAlO2、NaGaO2、Na2SiO3、Na2CO3；加入盐酸后，溶液中溶质为FeCl3、MgCl2、CaCl2、AlCl3、GaCl3、NaCl，生成的硅酸不溶，滤渣为
H2SiO3或H4SiO4，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Fe3+除去，最终通过电解-
2
GaO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；SiO2与Na2CO3固体在加热条件下能够生成Na2SiO3、CO2，因此Ga2O3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。

9．三氯化铁在印刷、医药、颜料、污水处理以及有机合成催化剂方面有重要的应用。

工业
上常以废铁屑（含有SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3等杂质）为原料制备氯化铁。

其生产流程如图：
已知：氢氧化物的K sp如下表：
氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3Mg(OH)2
K sp 1.0×10-36 1.6×10-14 2.0×10-33 1.2×10-11
请回答下列问题：
（1）物质X可以选用下列物质中的____（选填序号）
A．NaCl B．FeCl3 C．H2O2 D．H2SO4
（2）滤液Ⅰ加入NaOH固体的目的是调节溶液的pH（忽略加入NaOH固体以后溶液体积的变化）。

已知滤液Ⅰ中c(Fe3+)为1.0 mol·L-1，c(Al3+)为0.03 mol·L-1，c(Mg2+)为0.01 mol·L-1，当Fe3+恰好沉淀完全时[c(Fe3+)=1×10-5 mol·L-1]，Al3+是否已经开始沉淀______（填“是”或“否”）。

（3）写出滤渣1加NaOH溶液发生反应的离子方程式_____________________。

（4）生产流程中最后“从FeCl3溶液得到无水FeCl3固体”的操作分为两步：第一步，先冷却结晶得到FeCl3·6H2O晶体；第二步，制无水FeCl3固体。

第二步的正确操作是_____。

（5）FeCl3具有净水作用，但易腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，处理污水比FeCl3高效，且腐蚀性小。

①FeCl3净水的原理是____________________（用离子方程式表示）
②通过控制条件生成聚合氯化铁，离子方程式为xFe3＋＋yH2O Fe x(OH)y(3x-y)+＋yH＋，欲增加聚合氯化铁的产率可采取的方法是_____（填字母）。

a．降温 b．加氨水 c．加入NH4Cl d．加入NaHCO3
【答案】C 是 Al(OH)3 + OH- = AlO2- + 2H2O 在HCl气流中加热 Fe3+＋
3H2O3Fe(OH)3+3H+ b、d
【解析】
【分析】
废铁屑中加入盐酸，过滤除去不溶性杂质二氧化硅，滤液1加入过氧化氢溶液将亚铁离子氧化为铁离子，然后加入氢氧化钠固体并控制pH，使铁离子、铝离子转化为沉淀，过滤之后得滤渣1(含有氢氧化铁和氢氧化铝)，加入氢氧化钠溶液除去氢氧化铝，过滤得滤渣2即为氢氧化铁，加入过量的盐酸将其转化为氯化铁，在氯化氢的氛围下加热即可得到无水氯化铁固体。

【详解】
(1)加入H2O2溶液，使滤液Ⅰ中的Fe2+转化为Fe3+，便于制备FeCl3；
(2)当Fe3+恰好沉淀完全时，c(Fe3+)=1×10-5 mol·L-1，根据K sp(Fe(OH)3)=1.0×10-36可知此时
c(OH-)3=
36
31
5
1.010
1.010
1.010
-
-
-
⨯
=⨯
⨯
mol3·L-3，又c(Al3+)为0.03 mol·L-1，所以此时有：
c(Al3+)·c(OH-)3=0.03×1.0×10-31=3×10-33＞Ksp (Al(OH)3)=2.0×10-33，所以当Fe3+恰好沉淀完全时，Al3+已经开始沉淀；
(3)滤渣1加NaOH溶液发生反应的离子方程式：Al(OH)3 + OH- = AlO2- + 2H2O；
(4)由FeCl3·6H2O晶体制无水FeCl3固体时，在加热脱水时为防止铁离子水解，所以正确操作是：在HCl气流中加热；
(5)①FeCl3净水的原理是：Fe3+＋3H2Oƒ3Fe(OH)3+3H+，生成的Fe(OH)3胶体吸附杂质；
②水解是吸热反应，降温会降低聚合氯化铁的产率；加氨水，消耗生成的H+，促使反应向右进行，会增大聚合氯化铁的产率；加入NH4Cl后，NH4+水解会生成H+(NH4+
+H2OƒNH3·H2O+H+)，所以会抑制Fe3+的水解，平衡向左移动，降低聚合氯化铁的产率；加入NaHCO3，HCO3-与溶液中生成的H+反应生成CO2和H2O，平衡向右移动，会增大聚合氯化铁的产率。

【点睛】
判断一种离子是否已经开始沉淀，只要把该条件下的溶度积Q c算出来与K sp进行比较，若Q c=K sp，则刚好处于沉淀溶解平衡状态；若Q c＞K sp，溶液为过饱和溶液，析出沉淀；若Q c ＜K sp，溶液为不饱和溶液，无沉淀析出。

10．闪锌精矿(含有ZnS、SiO2和少量FeS杂质)，钛白废液(含H2SO4约20%，还有少量
Fe2+、TiO2+)。

利用钛白废液及闪锌精矿联合生产七水合硫酸锌流程简化如下：
回答下列问题：
(1)在焙烧过程中，产生了具有漂白性的气体和金属氧化物，其中气体是_________，滤渣X 的主要成分是_________________。

(2)氧化时，如果鼓入空气不足，其弊端是__________，生成H2TiO3的相关离子反应方程式为____________，从生产实际考虑，调pH时，选择加入石灰乳而不是烧碱的原因是
_________。

(3)常温下，滤液Y中锌离子浓度约为6mol/L，若K sp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，
K sp[Zn(OH)2]=6.0×10-18。

据此分析，加入石灰乳调节的pH应不超过________，此时溶液中还有的杂质阳离子为H+和__________。

(4)工业上，常用电解硫酸四氨合锌(II)溶液（含[Zn(NH3)4]2+）制备单质锌，其阴极的电极反应式为__________。

【答案】SO2（或二氧化硫） SiO2（或二氧化硅） Fe2＋氧化不完全，在调节pH时不能除尽Fe2＋ 2H2O＋TiO2＋=H2TiO3↓＋2H＋或TiO2＋＋Ca(OH)2=H2TiO3＋Ca2＋ Ca(OH)2来源广，价格便宜 5 Ca2＋ [Zn(NH3)4]2＋＋2e－=Zn＋4NH3
【解析】
【分析】
闪锌精矿焙烧过程中ZnS和FeS会与O2反应，生成金属氧化物和SO2，加入钛白废液，金属氧化物会与钛白废液中的H2SO4反应，生成溶于水的硫酸盐。

过滤，不溶于酸的SiO2被除去。

通过空气氧化Fe2＋成Fe3+，加入石灰乳调节pH，以便转化为Fe(OH)3沉淀除去，TiO2＋也转化为H2TiO3沉淀除去，过滤得到ZnSO4溶液，最后得到ZnSO4·7H2O。

【详解】
(1)由信息可知，焙烧过中发生反应：2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2，4FeS＋
7O 22Fe 2O 3＋4SO 2，所以放出的气体是SO 2；由于ZnO 和Fe 2O 3均溶于硫酸，SiO 2不溶于H 2SO 4，因此滤渣X 为SiO 2；
(2)通入空气的目的是为了将Fe 2＋氧化为Fe 3＋从而形成Fe(OH)3除去，如果空气不足，Fe 2＋没有被完全氧化，在调节pH 时，不能完全除去Fe 2＋；
加入石灰乳调节pH ，TiO 2＋转化为H 2TiO 3，分析化合价可知，Ti 的化合价没有发生变化，根据原子守恒配平，则化学方程式为2H 2O ＋TiO 2＋=H 2TiO 3↓＋2H ＋或TiO 2＋＋Ca(OH)2=H 2TiO 3＋Ca 2＋；
生产实际考虑时，必须考虑原料的来源和价格，石灰乳Ca(OH)2来源广，价格便宜；
(3)调节pH 时，Fe 3＋要沉淀完全，而Zn 2＋不能沉淀，假设Fe 3＋沉淀完全的浓度为1×10－5mol·L －1，c (Fe 3＋)3c (OH －)= K sp [Fe(OH)3]=4.0×10-38，可求出c (OH －)=1.6×10－11mol·L －1；当Zn 2＋恰好沉淀时，c (Zn 2＋)2c (OH －)= K sp [Zn(OH)2]=6.0×10-18，c (Zn 2＋)=6mol/L ，可求出c (OH －)=10－9
mol·L －1，则c (OH －)不应超过10－9mol·L －1，可计算最大的pH 值，14
W 9K 10pH=-lg[]lg()=5(OH )10
c ---=-，因此pH 应不超过5； 加入石灰乳Ca(OH)2调节pH 时，生成的CaSO 4是微溶物，因此滤液中还会有Ca 2＋；
(4)根据信息，由[Zn(NH 3)4]2＋制备Zn ，在阴极，得电子发生还原反应，则电极反应为
[Zn(NH 3)4]2＋＋2e －=Zn ＋4NH 3。