高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第三章 金屬及其化合物 微考點(diǎn)21 金屬及其化合物制備流程（二）（ V、Cr、Mn、Co、Ni）練習(xí)（含解析）試題

微考點(diǎn)21金屬及其化合物制備流程（二）（V、Cr、Mn、Co、Ni）1．(2019·大慶質(zhì)檢)某釩鉛鋅礦主要含有PbO、ZnO、CaO、V2O5等物質(zhì)，工業(yè)上常用堿性熔煉法回收鉛、鋅、釩等金屬，工藝流程如圖1所示：已知：釩酸銨(NH4VO3)加熱至700K可制得純度較高的V2O5。(1)流程中操作Ⅰ的名稱是________，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行此項(xiàng)操作用到的玻璃儀器主要有________________________________________________________________________。(2)生成金屬鉛的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________________________________________。(3)熔煉過(guò)程中，若純堿過(guò)量，將使更多的鋅元素以Na2ZnO2的形式進(jìn)入到堿熔渣中，此過(guò)程的化學(xué)方程式為_(kāi)_________________________________________________________。(4)焦炭用量對(duì)還原熔煉效果的影響如圖2所示。分析圖像可知，焦炭用量應(yīng)取礦石質(zhì)量的________較為合適。(5)釩浸出過(guò)程中，液固比(液體質(zhì)量∶固體質(zhì)量)對(duì)釩浸出率的影響如圖3所示。分析圖像可知，浸出過(guò)程的液固比取2∶1為宜，理由是_____________________________________________________________________________________________________________。(6)為制取純度更高的V2O5，往含釩浸出液(主要為NaVO3)中加NH4Cl溶液，可獲得________晶體。(7)實(shí)驗(yàn)室稱取50g堿熔渣(釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%)，水浸，獲得VmLV2O5濃度達(dá)60g·L－1的浸出液，則礬的浸出率為_(kāi)__________________________________________(列計(jì)算式)。2．(2020·綿陽(yáng)高三質(zhì)檢)元素鉻(Cr)在自然界主要以＋3價(jià)和＋6價(jià)存在?；卮鹣铝袉?wèn)題：Ⅰ.＋6價(jià)的Cr能引起細(xì)胞的突變而對(duì)人體不利，可以用亞硫酸鈉將其還原為＋3價(jià)的Cr。完成并配平下列離子方程式：eq\x()Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋eq\x()SOeq\o\al(2－,3)＋eq\x()________=eq\x()Cr3＋＋eq\x()SOeq\o\al(2－,4)＋eq\x()H2OⅡ.(1)工業(yè)上利用鉻鐵礦(FeO·Cr2O3)冶煉鉻的工藝流程如圖所示：a．操作①中為加快焙燒速率和提高原料的利用率，可采取的措施是___________________________________________________________(答一條即可)。b．浸出液的主要成分為Na2CrO4，向?yàn)V液中加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液有白色沉淀生成，則操作③發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)__________________________________________。c．由Cr2O3冶煉Cr可用鋁還原，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________。(2)Cr(OH)3和Al(OH)3類似，也是兩性氫氧化物，寫出Cr(OH)3溶于濃氫氧化鈉溶液的離子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)以鉻酸鈉(Na2CrO4)為原料，用電化學(xué)法可制備重鉻酸鈉(Na2Cr2O7)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示(已知：2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O)。①陰極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________________________________。②電解一段時(shí)間后，測(cè)得陽(yáng)極區(qū)溶液中Na＋物質(zhì)的量由amol變?yōu)閎mol，則此時(shí)鉻酸鈉的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______________________________________________________________________。3．(2019·長(zhǎng)春質(zhì)檢)干電池是日常生活中常用的電池，原料為Zn和MnO2。某工廠用軟錳礦(含MnO2約70%及雜質(zhì)Al2O3)和閃鋅礦(含ZnS約80%及少量FeS雜質(zhì))共同生產(chǎn)。流程如下：已知：①A是ZnSO4、MnSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3的混合液。②Ⅳ中反應(yīng)的方程式為MnSO4＋ZnSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))MnO2＋Zn＋2H2SO4。(1)混合物A中，屬于還原產(chǎn)物的是________(填化學(xué)式)。(2)加入X的作用是______________________________________________________。離子開(kāi)始沉淀pH完全沉淀pHFe3＋2.33.2Al3＋4.25.4Zn2＋7.28.0Mn2＋8.39.8已知溶液中各離子開(kāi)始沉淀的pH如上表所示，則加入X后，溶液pH應(yīng)調(diào)整到________(填字母)。A．4.5B．6.0C．7.5D．9.0步驟Ⅱ加熱的原因是_________________________________________________________。適宜作為X加入步驟Ⅱ的物質(zhì)為_(kāi)_______(填字母)。A．MnCO3 B．Zn2(OH)2CO3C．NaOH D．KOH(3)生產(chǎn)過(guò)程中除礦石外，還有哪些原料需要購(gòu)買？__________________(填化學(xué)式)。(4)若要從步驟Ⅳ的過(guò)濾中得到芒硝晶體(Na2SO4·10H2O)，則需要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作有________、________、過(guò)濾、洗滌、干燥等。(5)從生產(chǎn)角度看，生成Zn和MnO2的物質(zhì)的量相等時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益最高，此時(shí)原料軟錳礦和閃鋅礦的投料質(zhì)量的比值大約是________(結(jié)果保留兩位小數(shù))。4．(2020·濟(jì)南聯(lián)考)堿式碳酸鈷用作催化劑及制鈷鹽原料，陶瓷工業(yè)著色劑，電子、磁性材料的添加劑。利用以下裝置測(cè)定堿式碳酸鈷[Cox(OH)y(CO3)z·H2O]的化學(xué)組成。已知：堿式碳酸鈷中鈷為＋2價(jià)，受熱時(shí)可分解生成三種氧化物。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)選用以上裝置測(cè)定堿式碳酸鈷[Cox(OH)y(CO3)z·H2O]的化學(xué)組成，其正確的連接順序?yàn)閍→b→______________(按氣流方向，用小寫字母表示)。(2)樣品分解完，打開(kāi)止水夾K，緩緩?fù)ㄈ氲獨(dú)鈹?shù)分鐘，通入氮?dú)獾哪康氖莀_______________________________________________________________________。(3)取堿式碳酸鈷樣品34.9g，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得分解生成的水和二氧化碳的質(zhì)量分別為3.6g、8.8g，則該堿式碳酸鈷的化學(xué)式為_(kāi)_______________。(4)某興趣小組以含鈷廢料(含少量Fe、Al等雜質(zhì))制取CoCl2·6H2O的一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程如下：已知：25℃時(shí)沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3開(kāi)始沉淀pH1.97.07.63.4完全沉淀pH3.29.09.24.7①操作Ⅰ用到的玻璃儀器主要有_______________________________________________；②加鹽酸調(diào)pH為2～3的目的是______________________________________________；③操作Ⅱ的過(guò)程為_(kāi)______________________________________________、洗滌、干燥。5．(2020·呼和浩特調(diào)研)某含鎳(Ni)廢催化劑中主要含有Ni，還含有Al、Al2O3、Fe及其他不溶于酸、堿的雜質(zhì)。部分金屬氫氧化物Ksp近似值如下表所示：化學(xué)式Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Ni(OH)2Ksp近似值10－1710－3910－3410－15已知溶液中金屬離子濃度不大于10－5mol·L－1時(shí)，視為沉淀完全。現(xiàn)用含鎳廢催化劑制備NiSO4·7H2O晶體，其流程圖如下：回答下列問(wèn)題：(1)“堿浸”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O，________________________________________________________________________。(2)“酸浸”所使用的酸為_(kāi)______________________________________________________。(3)“凈化除雜”需加入H2O2溶液，其作用是_____________________________________________________。然后調(diào)節(jié)pH使溶液中鐵元素恰好完全沉淀，列式計(jì)算此時(shí)的pH：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)“操作A”為_(kāi)_______________、過(guò)濾、洗滌、干燥，即得產(chǎn)品。(5)NiSO4在強(qiáng)堿性溶液中可被NaClO氧化為NiOOH，該反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)NiOOH可作為鎳氫電池的電極材料，該電池的工作原理如下圖所示，其放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________。

答案精析1．(1)過(guò)濾漏斗、燒杯、玻璃棒(2)PbO＋COeq\o(=,\s\up7(△))Pb＋CO2(3)Na2CO3＋ZnOeq\o(=,\s\up7(△))Na2ZnO2＋CO2↑(4)10%(5)液固比為2∶1時(shí)，釩浸出率在97.0%以上，再進(jìn)一步增大液固比，釩浸出率提高不明顯，而且還會(huì)導(dǎo)致浸出用水量、廢水排放量的增大等(6)NH4VO3(7)eq\f(V×10－3×60×\f(102,182),50×7.5%)×100%解析(1)堿熔渣經(jīng)過(guò)操作Ⅰ得到浸出渣和含釩浸出液，則操作Ⅰ為過(guò)濾，過(guò)濾所需的玻璃儀器有漏斗、燒杯、玻璃棒。(2)根據(jù)題圖知，生成金屬鉛的化學(xué)方程式為PbO＋COeq\o(=,\s\up7(△))Pb＋CO2。(3)純堿與氧化鋅反應(yīng)得到Na2ZnO2，根據(jù)原子守恒配平化學(xué)方程式：Na2CO3＋ZnOeq\o(=,\s\up7(△))Na2ZnO2＋CO2↑。(4)由題圖可知，焦炭用量為礦石質(zhì)量的10%時(shí)，V、Pb、Zn的回收率都較高，且繼續(xù)增大焦炭用量，V、Pb、Zn的回收率都沒(méi)有明顯增大，故焦炭用量取礦石質(zhì)量的10%較為合適。(6)由已知條件“釩酸銨(NH4VO3)加熱至700K可制得純度較高的V2O5”，可知獲得的是NH4VO3晶體。(7)獲得的浸出液中含礬60×V×10－3×eq\f(102,182)g，堿熔渣中含釩50×7.5%g，則釩的浸出率為eq\f(V×10－3×60×\f(102,182),50×7.5%)×100%。2．Ⅰ.138H＋234Ⅱ.(1)a.將鉻鐵礦粉碎(或其他合理措施)b．8CrOeq\o\al(2－,4)＋3S2－＋20H2O=8Cr(OH)3↓＋3SOeq\o\al(2－,4)＋16OH－c．Cr2O3＋2Aleq\o(=,\s\up7(高溫))2Cr＋Al2O3(2)Cr(OH)3＋OH－=CrOeq\o\al(－,2)＋2H2O(3)①2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑②eq\f(2a－b,a)×100%3．(1)MnSO4(2)增大溶液的pH，使Fe3＋和Al3＋均生成沉淀B促進(jìn)Fe3＋和Al3＋水解AB(3)Na2CO3和H2SO4(4)蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶(5)1.03解析(1)結(jié)合已知①及反應(yīng)原料知，MnSO4為還原產(chǎn)物。(2)根據(jù)流程圖可知，向MnSO4、ZnSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3的混合液中加入X后經(jīng)過(guò)濾、灼燒可以獲得氧化鐵和氧化鋁，所以加入X的作用是增大溶液的pH，使Fe3＋和Al3＋均生成沉淀；欲使Fe3＋、Al3＋沉淀完全，Zn2＋、Mn2＋不沉淀，pH應(yīng)在5.4～7.2之間。在加熱條件下，金屬陽(yáng)離子的水解更徹底，更易形成沉淀而分離，故加熱的目的是促進(jìn)Fe3＋、Al3＋水解。加入X調(diào)節(jié)pH時(shí)，需加入包含所需金屬陽(yáng)離子的弱酸鹽且不引入新雜質(zhì)。(3)根據(jù)流程圖，浸取時(shí)加入了稀硫酸，步驟Ⅲ向B中加入了純堿，故還需購(gòu)買的化工原料是碳酸鈉和硫酸。(4)要從Na2SO4溶液中得到芒硝(Na2SO4·10H2O)，需進(jìn)行的操作有蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等。(5)MnO2、Zn的物質(zhì)的量之比為1∶1時(shí)，設(shè)軟錳礦、閃鋅礦的質(zhì)量分別為xg、yg，根據(jù)原子守恒有eq\f(x×70%,87)∶eq\f(y×80%,97)＝1∶1，解得eq\f(x,y)≈1.03。4．(1)j→k→c→d(或d→c)→e(2)將裝置中生成的H2O(g)和CO2全部排入戊、乙裝置中(3)Co3(OH)2(CO3)2·H2O(4)①燒杯、漏斗、玻璃棒②抑制CoCl2的水解③蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾解析(1)甲裝置為分解裝置，用戊裝置吸收生成的水，用乙裝置吸收生成的二氧化碳，用丙裝置防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進(jìn)入實(shí)驗(yàn)裝置影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(2)為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通入氮?dú)馐巩a(chǎn)生的氣體全部被吸收。(3)生成的水的質(zhì)量為3.6g，物質(zhì)的量為eq\f(3.6,18)mol＝0.2mol，生成的CO2的質(zhì)量為8.8g，物質(zhì)的量為eq\f(8.8,44)mol＝0.2mol，堿式碳酸鈷的質(zhì)量為34.9g，氧化亞鈷的質(zhì)量為34.9g－3.6g－8.8g＝22.5g，其物質(zhì)的量為eq\f(22.5,75)mol＝0.3mol，N(Co)∶N(H)∶N(C)＝0.3∶(0.2×2)∶0.2＝3∶4∶2，化學(xué)式為Co3(OH)2(CO3)2·H2O。(4)①操作Ⅰ為過(guò)濾，用到的玻璃儀器主要有燒杯、漏斗、玻璃棒。②加鹽酸調(diào)pH為2～3的目的是抑制CoCl2的水解。③從溶液中得到CoCl2·6H2O晶體需要蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥。5．(1)2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑(2)稀硫酸(或硫酸、H2SO4)(3)將Fe2＋氧化為Fe3＋c3(OH－)＝eq\f(Ksp[FeOH3],