高考化学习题-金属及其化合物的制备(含答案)

高考化学习题-金属及其化合物的制备（含答案）
1．[2022·全国甲卷]硫酸锌(ZnSO4)是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。

硫酸锌可由菱锌矿制备，菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。

其制备流程如下：
本题中所涉及离子的氢氧化物溶度积常数如下表：
回答下列问题：
(1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为____________________________________。

(2)为了提高锌的浸取效果，可采取的措施有__________________、__________________。

(3)加入物质X调溶液pH＝5，最适宜使用的X是________(填标号)。

A．NH3·H2O B．Ca(OH)2C．NaOH
滤渣①的主要成分是________、________、
________。

(4)向80～90℃的滤液①中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤，滤渣
②中有MnO2，该步反应的离子方程式为____________________________________________________。

(5)滤液②中加入锌粉的目的是___________________________________________。

(6)滤渣④与浓H2SO4反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是____________、______________。

2．[2021·湖南卷]Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。

天然独居石中，铈(Ce)主要以CePO4形式存在，还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。

以独居石为原料制备Ce2·n H2O的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子，该核素的符号为________；
(2)为提高“水浸”效率，可采取的措施有________________________(至少写两条)；
(3)滤渣Ⅲ的主要成分是________(填化学式)；
(4)加入絮凝剂的目的是_______________________________________________________；
(5)“沉铈”过程中，生成Ce2·n H2O的离子方程式为________________________，常温下加入的NH4HCO3溶液呈________(填“酸性”“碱性”或“中性”)(已知：NH3·H2O的K b＝1.75×10－5，H2CO3的K a1＝4.4×10－7，K a2＝4.7×10－11)；
(6)滤渣Ⅱ的主要成分为FePO4，在高温条件下，Li2CO3、葡萄糖和FePO4可制备电极材料LiFePO4，同时生成CO和H2O，该反应的化学方程式为______________________________________________________________。

3．[2021·全国乙卷]磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3，为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。

该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：
回答下列问题：
(1)“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐。

写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式______________________________________________________________。

(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是______________________________________________________________。

(3)“母液①”中Mg2＋浓度为________ mol·L－1。

(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最适合的酸是________。

“酸溶渣”的成分是________、________。

(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·x H2O沉淀，该反应的离子方程式是______________________________________________________________。

(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得________，循环利用。

4．[2021·福建卷]四钼酸铵是钼深加工的重要中间产品，具有广泛的用途。

一种以钼精矿(含MoS2，还有Cu、Fe的化合物及SiO2等)为原料制备四钼酸铵的工艺流程如下图所示。

回答下列问题：
(1)“焙烧”产生的气体用________吸收后可制取氮肥。

(2)“浸出”时，MoO3转化为MoO2－4。

提高单位时间内钼浸出率的措施有________________________(任写两种)。

温度对90 min内钼浸出率的影响如图所示。

当浸出温度超过80 ℃后，钼的浸出率反而降低，主要原因是温度升高使水大量蒸发，导致____________。

(3)“净化”时，浸出液中残留的Cu2＋、Fe2＋转化为沉淀除去。

研究表明，该溶液中c(S2－)和pH的关系为：lg c(S2－)＝pH－15.1。

为了使溶液中的杂质离子浓度小于1.0×10－6 mol·L－1，应控制溶液的pH不小于________。

(已知：p K sp＝－lg K sp；CuS和FeS的p K sp分别为35.2和17.2)
(4)“净化”后，溶液中若有低价钼(以MoO2－3表示)，可加入适量H2O2将其氧化为MoO2-4，反应的离子方程式为_________________________________________________。

(5)“沉淀”时，加入NH4NO3的目的是________________________________。

(6)高温下用H2还原(NH4)2Mo4O13可制得金属钼，反应的化学方程式为________________。

[已知：(NH4)2Mo4O13受热分解生成MoO3]
5．[2021·江苏卷]以锌灰(含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2)和Fe2(SO4)3为原料制备的ZnFe2O4脱硫剂，可用于脱除煤气中的H2S。

脱硫剂的制备、硫化、再生过程可表示为：
(1)“除杂”包括加足量锌粉、过滤、加H2O2氧化等步骤。

除Pb2＋和Cu2＋外，与锌粉反应的离子还有________(填化学式)。

(2)“调配比”前，需测定ZnSO4溶液的浓度。

准确量取2.50 mL除去Fe3＋的ZnSO4溶液于100 mL容量瓶中，加水稀释至刻度；准确量取20.00 mL稀释后的溶液于锥形瓶中，滴加氨水调节溶液pH＝10，用0.015 0 mol·L－1 EDTA(Na2H2Y)溶液滴定至终点(滴定反应为Zn2＋＋Y4－===ZnY2－)，平行滴定3次，平均消耗EDTA溶液25.00 mL。

计算ZnSO4溶液的物质的量浓度________(写出计算过程)。

(3)400 ℃时，将一定比例H2、CO、CO2和H2S的混合气体以一定流速通过装有ZnFe2O4脱硫剂的硫化反应器。

①硫化过程中，ZnFe2O4与H2、H2S反应生成ZnS和FeS，其化学方程式为________________________________。

②硫化一段时间后，出口处检测到COS。

研究表明ZnS参与了H2S与CO2生成COS的反应，反应前后ZnS的质量不变，该反应过程可描述为________________。

(4)将硫化后的固体在N2∶O2＝95∶5(体积比)的混合气体中加热再生，固体质量随温度变化的曲线如图所示。

在280～400℃范围内，固体质量增加的主要原因是
_______________________________________________________。

金属及其化合物的制备流程答案
1．(1)ZnCO3ZnO＋CO2↑
(2)升高温度、不断搅拌、充分粉碎、适当提高硫酸浓度等(任选两个，答案合理即可)
(3)B SiO2Fe(OH)3CaSO4
(4)MnO－4＋3Fe2＋＋7H2O===MnO2↓＋3Fe(OH)3↓＋5H＋
(5)除去铜离子
(6)硫酸钙硫酸镁
解析：(1)根据产物有氧化锌，参照碳酸钙的高温分解可写出化学方程式。

(2)为了提高浸取效果，工业上一般需要加快反应速率，可以从浓度、温度、接触面积等角度考虑。

(3)调pH要考虑不能引入不易除去的杂质离子，如Na＋和NH＋4后期不易除去；加入氢氧化钙，Ca2＋后期可以被F－除去，同时与硫酸根结合生成微溶的硫酸钙。

在确定滤渣①成分时，利用K sp与Q的大小关系，可知沉淀出Fe(OH)3。

(4)根据题意可知，反应中MnO－4转化为MnO2，说明另一反应物具有还原性，只能是Fe2＋；pH＝5时，产物为Fe(OH)3。

(5)加入锌粉的目的是除去铜离子。

(6)滤渣④为CaF2、MgF2，可与浓H2SO4分别发生反应：CaF2＋H2SO4(浓)CaSO4＋2HF↑、MgF2＋H2SO4(浓)MgSO4＋2HF↑，得到的副产物为硫酸钙和硫酸镁。

2．(1)138 58Ce
(2)搅拌、适当升高温度(合理即可)
(3)Fe(OH)3、Al(OH)3
(4)强化沉降Fe(OH)3和Al(OH)3
(5)2Ce3＋＋6HCO－3＋(n－3)H2O===Ce2(CO3)3·n H2O↓＋3CO2↑碱性
(6)6FePO4＋3Li2CO3＋C6H12O66LiFePO4＋9CO↑＋6H2O↑
解析：(1)由质量数＝质子数＋中子数可知，铈的质量数＝58＋80＝138，因此该核素的符号为138 58Ce。

(2)为提高“水浸”效率，可采取搅拌、适当升高温度、研碎等措施。

(3)“焙烧”后，F－转化为HF而除去，SiO2不溶解，“水浸”后溶液中有Al3＋、Fe3＋、Ce3＋的磷酸盐或硫酸盐，PO3－4在“除磷”过程中被除去，故“聚沉”后所得的滤渣Ⅲ的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3。

(4)Fe(OH)3和Al(OH)3是胶状沉淀，不能完全被过滤掉，故加入絮凝剂强化沉降Fe(OH)3和Al(OH)3。

(5)“沉铈”过程中，Ce3＋与HCO－3反应生成Ce2(CO3)3·n H2O，反应的离子方程式为2Ce3＋＋6HCO－3＋(n－3)H2O===Ce2(CO3)3·n H2O↓＋3CO2↑。

由于NH＋4水解溶液显酸性，HCO－3水解溶液显碱性，根据题中提供的电离平衡常数，可计算出NH＋4的水解平衡常数为＝≈5.71×10－10，HCO－3的水解平衡常数为＝≈2.3×10－8，所以HCO－3的水解程度大于NH＋4的水解程度，所以溶液显碱性。

(6)根据题中信息，可知反应物为Li2CO3、C6H12O6和FePO4，生成物为LiFePO4、CO和H2O，根据化合价变化，C：＋4→＋2，0→＋2，Fe：＋3→＋2，则反应的化学方程式为
6FePO4＋3Li2CO3＋C6H12O66LiFePO4＋9CO↑＋6H2O↑。

3．(1)Al2O3＋4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑
(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋
(3)1.0×10－6
(4)硫酸SiO2CaSO4
(5)TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·x H2O↓＋2H＋
(6)(NH4)2SO4
解析：结合题中信息对该流程进行如下梳理：
(1)结合图示及题给信息可知焙烧时Al2O3转化为NH4Al(SO4)2，尾气应为NH3，则Al2O3焙烧生成NH4Al(SO4)2的化学方程式为Al2O3＋4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑。

(2)结合相关金属离子开始沉淀以及沉淀完全时的pH可知，加氨水调节pH 至11.6的过程中，Fe3＋、Al3＋、Mg2＋依次沉淀。

(3)根据Mg2＋沉淀完全时的pH＝11.1，可知溶液中c(OH－)＝10－2.9mol·L－1时，溶液中c(Mg2＋)＝1.0×10－5mol·L－1，则K sp[Mg(OH)2]＝1.0×10－5×(10－2.9)2＝1×10－10.8，母液①的pH ＝11.6，即溶液中c(OH－)＝10－2.4mol·L－1，则此时溶液中c(Mg2＋)＝＝ mol·L －1＝1×10－6 mol·L－1。

(4)由于常见的盐酸和硝酸均具有挥发性，且水浸渣需在160 ℃酸溶，因此最适宜的酸为硫酸。

由于SiO2不溶于硫酸，焙烧过程中得到的CaSO4难溶于水，故酸溶渣的成分为SiO2、CaSO4。

(5)酸溶后适当加热能促进TiO2＋水解生成TiO2·x H2O，反应的离子方程式为TiO2＋＋(x ＋1)H2OTiO2·x H2O↓＋2H＋。

(6)结合图示流程可知，母液①中含有氨水、硫酸铵，母液②中含有硫酸，二者混合后再吸收尾气NH3，经处理得到(NH4)2SO4。

4．(1)氨水
(2)适当升温、搅拌、增加Na2CO3用量(增大Na2CO3浓度)等Na2MoO4晶体析出，混入浸渣
(3)3.9
(4)H2O2＋MoO2－3===MoO2－4＋H2O
(5)提供NH＋4，使MoO2－4充分转化为沉淀析出
(6)(NH4)2Mo4O13＋12H24Mo＋2NH3＋13H2O
解析：(1)焙烧产生SO2，题目中有“氮肥”题眼，所以用碱性溶液氨水吸收。

(2)“提高单位时间内钼浸出率”即提高溶液中的反应速率，可适当升温、搅拌、增加Na2CO3用量(增大Na2CO3浓度)等。

钼的浸出率降低，题中已说明“主要原因是温度升高使水大量蒸发”，说明溶剂减少，导致Na2MoO4晶体析出，混入浸渣。

(3)由K sp＝c(S2－)·c(M2＋)，得lg K sp＝lg c(S2－)＋lg c(M2＋)＝lg c(S2－)－6，lg c(S2－)＝lg K sp＋6，代入关系式lg c(S2－)＝pH－15.1，得pH＝lg K sp＋6＋15.1，代入数据，分别计算得pH＝3.9和pH＝－14.1，则pH不应小于3.9。

(4)H2O2将MoO2－3氧化为MoO2－4，自身被还原为H2O，根据得失电子守恒，可得离子方程式为H2O2＋MoO2－3===MoO2－4＋H2O。

(5)加入NH4NO3，增大NH＋4浓度，使沉淀溶解平衡正向移动，有利于MoO2－4充分转化为沉淀析出。

(6)H2还原(NH4)2Mo4O13得金属钼，根据得失电子守恒、原子守恒，可得反应的化学方程式为(NH4)2Mo4O13＋12H24Mo＋2NH3＋13H2O。

5．(1)Fe3＋、H＋(2)稀释后的ZnSO4溶液中：c(Zn2＋)＝1.875×10－2 mol·L－1原ZnSO4溶液中：c(Zn2＋)＝＝0.750 mol·L－1
(3)①ZnFe2O4＋H2＋3H2SZnS＋2FeS＋4H2O
②ZnS与CO2反应生成COS和ZnO，ZnO再与H2S反应转化为ZnS和H2O
(4)ZnS、FeS部分被氧化成硫酸盐
解析：
(1)锌有还原性，Fe3＋有氧化性，可以发生氧化还原反应。

(3)①H2作还原剂，ZnFe2O4作氧化剂，根据得失电子守恒、原子守恒可配平化学方程式。

②因ZnS参与了反应，且质量不变，说明ZnS参与反应后又重新生成了。

(4)在
280～400℃范围内，固体ZnS、FeS部分被氧化成硫酸盐，所以固体质量增加。