1、第第 4 讲讲金属材料与金属矿物的开发利用金属材料与金属矿物的开发利用 【2021备考】 最新考纲命题统计 1.了解铜及其重要化合物的制备方法，掌握其性质及应 用。 2.了解金属活动性顺序，合金的概念及其重要应用。 3.了解自然资源综合利用(如金属冶炼)、材料、能源、环 境保护等社会热点问题。 素养落地：从宏观与微观相结合的视角多方面、多层次认识金属材料的多样性； 以实验为手段探究金属材料的性能及组成，结合金属的性质认识金属冶炼的方法 与规律。 考点一铜及其化合物 知识梳理 1.铜 (1)物理性质 紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。 (2)化学性质 常温下，铜在干燥的空气中性质稳定
2、，但在潮湿的空气里则会被锈蚀，在其表 面 逐 渐 形 成 一 层 绿 色 的 铜 锈 。 有 关 化 学 方 程 式 ： 2Cu O2 CO2 H2O=Cu2(OH)2CO3。 写出下列化学方程式： 铜在空气中加热：2CuO2= 2CuO； 铜丝在硫蒸气中反应：2CuS= Cu2S。 2.氧化铜和氧化亚铜 名称氧化铜氧化亚铜 颜色黑色砖红色 与酸反应(H ) CuO2H =Cu2H2O Cu2O2H =Cu2Cu H2O 与 H2反应 CuOH2= CuH2OCu2OH2= 2CuH2O 转化关系 4CuO= 高温 2Cu2OO2 3.氢氧化铜 (1)物理性质：蓝色沉淀 (2)化学性质及应用
3、反应的化学方程式：Cu(OH)2= CuOH2O； 反应的化学方程式：Cu(OH)22H =Cu22H2O。 4.铜盐 (1)Cu2(OH)2CO3：名称为碱式碳酸铜，是铜绿、孔雀石的主要成分。 (2)CuSO45H2O 俗称蓝矾、胆矾。 可发生 CuSO45H2O(蓝色晶体) CuSO4(白色粉末)5H2O，无水 CuSO4 遇水变蓝色，可用于检验水的存在。 (3)铜盐溶液有毒，主要是因为 Cu2 作为一种重金属离子能与蛋白质作用， 使蛋白 质变性失去生理活性，因此可将胆矾、熟石灰、水配成波尔多液，用来杀灭植物 的病毒。 考向突破 考向一铜及其化合物的性质及应用 铜及其化合物性质理解与辨析
4、题目设计 1.判断正误(正确的打“”，错误的打“”) (1)除去铜粉中混有的 CuO，加入稀硝酸，过滤、洗涤、干燥() (2)将铜丝插入浓硫酸加热， 反应后把水加入反应器中， 观察硫酸铜溶液的颜色() (3)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物() (4)无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水() (5)CuSO45H2O 失去结晶水属于物理变化() 铜的化合物性质及应用 题目设计 2.铜及其化合物反应过程中常伴有颜色变化，回答相关问题。 (1)向胆矾晶体中滴加一滴浓硫酸，固体颜色变化为_。 (2)将红热的铜丝伸入盛有氯气的集气瓶中，生成_的烟。 (3)将铜丝在酒精灯火焰上灼烧后伸入盛乙醇
5、的试管中，铜丝颜色变化为 _。 (4)向 CuSO4溶液中滴加过量 NaOH 溶液， 充分反应后加热煮沸， 固体颜色变化为 _。 提示(1)蓝色出现白斑(2)棕黄色(3)红色黑色红色(4)蓝色变为黑色 考向二铜的冶炼 命题素材 铜的冶炼“三方法” (1)湿法炼铜：FeCuSO4=FeSO4Cu。 (2)高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)： 2CuFeS24O2= 800 Cu 2S3SO22FeO(炉渣) 2Cu2S3O2= 1 200 2Cu 2O2SO2 2Cu2OCu2S = 1 200 6CuSO 2 粗铜中铜的含量为 99.5%99.7%，主要含有 Ag、Zn、Fe
6、、Au 等杂质，粗铜通过 电解精炼可得到纯度达 99.95%99.98%的铜。 (3)生物炼铜：“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性，并能利用空气中的氧气氧化 硫化铜矿石，然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。 生物炼铜的优点：a.成本低；b.污染小；c.反应条件简单；d.含量(品位)很低的矿 石也可以被利用。 题目设计 3.工业上由黄铜矿(主要成分为 CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下： 问题讨论： (1)冰铜焙烧过程中变化分两步： Cu2S O2焙烧 Cu2O Cu2S 焙烧 第二步变化中每生成 1 mol Cu 转移电子数为_。 (2)由泡铜冶炼粗铜，反应的化学方程式为_ _。 (3)对
7、粗铜进行电解精炼，粗铜连接电源的_极，电解质溶液可选用 _溶液。 提示(1)NA(2)3Cu2O2Al= 高温 Al2O36Cu(3)正CuSO4 考向三含铜化合物的制备 命题素材 实验方案的优劣比较一般考虑以下几个方面 (1)方案可行，能达成目的 (2)原料的利用率高，原料价格低廉 (3)产物、原料对环境无污染 (4)能耗低、步骤少 题目设计 4.某研究小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个实验方案： (1)Cu 稀硫酸 稀硝酸分多次加入硫酸铜溶液 蒸发 结晶 CuSO45H2O (2)Cu O2 灼烧 CuO 稀 H2SO4硫酸铜溶液 蒸发 结晶 CuSO45H2O (3) 问题讨论： (1
8、)方案(1)中硫酸与硝酸的物质的量的最佳配比为_。 (2) 方 案 (3) 中 常 加 入 少 量 FeSO4以 加 快 反 应 速 率 ， FeSO4的 作 用 为 _ _。 (3)方案(3)与方案(1)、方案(2)比较，优点为_ _。 提示(1)32(2)催化作用(3)原料利用率高，不产生污染性气体，耗能低(步 骤少)等 考点二金属材料与金属矿物的开发利用 知识梳理 1.合金 名师提示你 (1)合金的物理性质相比于成分金属有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍 然不变。 (2)形成合金的条件：组分金属能形成共熔体。 2.金属冶炼的一般方法 (1)金属在自然界中的存在 (2)金属冶炼的一般
9、步骤 (3)金属冶炼的实质 金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。 即： Mn ne=M(写 反应通式，用 M 表示金属)。 (4)金属冶炼的方法(用化学方程式表示) 名师提示你 (1)用 H2还原法冶炼得到的金属，纯度高，但成本也高；用 CO 和 C 还原法冶炼 得到的金属，纯度低，冶炼成本也低。 (2)用热还原法制得的铜须用电解精炼法进行提纯。 (3)金属冶炼与金属活动性的关系： 3.铝热反应 实验装置 实验现象 镁带剧烈燃烧，放出一定的热，并发出耀眼的白光，氧化 铁和铝粉在较高温度下发生剧烈反应； 纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中 实验结论 高温下，铝与氧化铁发生反应，
10、放出大量的热，反应的化学 方程式为 2AlFe2O3= 高温 Al2O32Fe 原理应用 制取熔点较高、活泼性弱于 Al 的金属，如铬、锰、钨等； 金属焊接，如野外焊接钢轨等。 链接新教材 (新教材 RJ 第二册 P289 习题变式练) 以金红石(主要成分为 TiO2)为原料生产金属钛(Ti)的步骤如下： .高温下，向金红石与焦炭的混合物中通入 Cl2，得到 TiCl4和一种可燃性气体； .在稀有气体(如 Ar)氛围中加热，用镁与 TiCl4反应可得到钛。 请回答下列有关问题： 写出上述两步反应的化学方程式_ _。 步骤中稀有气体氛围的作用为_ _。 如步骤中有水蒸汽进入则会生成 TiOCl2
11、，试写出该反应的化学方程式为 _。 制得钛中常含有少量镁，可加入盐酸后_(填一种分离方法)得到钛。 答案(1)TiO22Cl22C= 高温 TiCl42CO、TiCl42Mg= 2MgCl2Ti (2)隔绝空气(保护气) (3)TiCl4H2O=TiOCl22HCl (4)过滤 考向突破 考向一合金的成分与性能 合金成分及性能理解与辨析 题目设计 1.判断正误(正确的打“”，错误的打“”) (1)合金材料中不可能含有非金属元素() (2)合金中各种元素的含量一定，所以合金是纯净物() (3)合金的硬度一般大于成分金属，而熔点一般低于成分金属() (4)镧镍合金能大量吸收 H2形成金属氢化物，可
12、作储氢材料() (5)Na(Hg)俗称钠汞剂，其中 Hg 元素化合价为1 价() 合金的形成条件 题目设计 2.所谓合金，就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合 物，根据下列四种金属的熔沸点： NaCuAlFe 熔点97.5 1 083 660 1 535 沸点883 2 595 2 200 3 000 其中能与 Na 形成合金的是_。 提示Al 考向二金属矿物的开发利用 金属的冶炼方法 题目设计 3.黄铜(铜、锌合金)因外观与黄金相似又俗称“药金”。 回答相关问题。 (1)鉴别黄金与“药金”可采用_方法。 (2)古代“药金”冶炼方法如下：将碳酸锌、赤铜(Cu2O)，木炭
13、混合加热至 800 ， 得到金光闪闪的“药金”。 该 冶 炼 方 法 属 于 _ 法 ， 冶 炼 过 程 中 Cu2O 反 应 的 化 学 方 程 式 为 _。 提示(1)灼烧、加盐酸等(2)热还原2Cu2OC= 高温 4CuCO2 冶炼原理分析 题目设计 4.用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。例如： 2Al4BaO= 高温 3BaBaOAl2O3 常温下 Al 的金属性比 Ba 的金属性_(填“强”或“弱”)。利用上述方法 可制取 Ba 的主要原因是_ _。 提示弱Ba 的沸点比 Al 低，高温变成 Ba 蒸气，促进反应向右进行 核心素养：无机化学工艺流程 素养说明： 化
14、学工艺流程题是近几年高考的热点题型。 试题以工农业生产为背景， 与产品提纯、环境保护、生产成本等相融合，依托生产流程，考查物质的制备、 分离、提纯、检验等。通过识图联题培养学生“宏观辨识与微观探析”素养，结 合流程中的初始原料与目的产物分析物质的去向及相关化工措施、化学试剂的选 择，培养学生信息提取、加工、整合、运用能力，借助建模手段突破解题的关键， 同时帮助学生树立绿色环保的化学理念。 1.工艺流程题过程解读 (1)读流程图 箭头：箭头进入的是投料(反应物)、出去的是主产物或副产物(生成物)。 三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。 (2)解题要点 审题要点：a.了解
15、生产目的、原料及产品；b.了解题目提供的信息；c.分析各步 的反应条件、原理及物质成分；d.理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的 及要点。 答题切入点：a.原料及产品的分离提纯，b.生产目的及反应原理；c.生产要求及 反应条件；d.有关产率、产量及组成的计算；e.绿色化学。 2.工艺流程题常见答题方向 工艺操作(结果)目的评价(或操作名称) 方法措施 研磨(粉碎)增大接触面积，加快反应(溶解)速率 煅烧(焙烧) 矿物分解、燃烧，转化为易溶于酸、碱 的物质 水浸利用水溶性把物质进行分离 酸浸(碱浸) 利用物质与酸(碱)反应除掉杂质或把目 标物质转化为可溶性离子 控制条件 调节溶液 pH某些金
16、属离子的沉淀， 控制物质的溶解 控制温度 加快反应速率，促进平衡移动；物质的 溶解、析出、挥发等 增大某反应物用量增大另一反应物的转化率(产率) 某种试剂的选择是否带入杂质、是否影响产品的纯度 分离提纯 不相溶液体分液 相溶性液体蒸馏 难溶性固体过滤 易溶性固体蒸发浓缩、冷却结晶 趁热过滤防止温度降低，某物质析出 冰水洗涤减少晶体的溶解损失 乙醇、有机溶剂洗涤减少晶体的水溶性损失 3.分离提纯中的各种答题规范 判断沉淀剂过量的答题规范 沉淀剂过量的目的是使杂质离子沉淀完全。判断沉淀剂已过量的一般操作规范是 把反应后的混合物静置一段时间，吸取少量上层清液，置于一洁净的试管中，再 滴加少量的沉淀剂
17、，若没有沉淀生成，则证明沉淀剂已过量。 洗涤沉淀时的答题规范 由于沉淀生成时，表面吸附一定量的离子，因此，过滤后要进行沉淀的洗涤。洗 涤规范是向过滤得到的沉淀上慢慢注入适量蒸馏水至刚好浸没沉淀，然后静置， 让其自然流下，重复以上操作 23 次，直至洗涤干净。为了减少沉淀的溶解，可 用冰水或有机溶剂洗涤。 检验沉淀洗涤干净的答题规范 检验沉淀是否洗涤干净，主要是检验洗涤液中是否还含有在溶液中吸附的离子。 一般的检验规范是取少量最后一次的洗涤液，置于一洁净的试管中，再滴加少量 的检验试剂，若没有特征现象出现，则证明沉淀已洗涤干净。 溶液结晶答题规范 从溶液中得到带结晶水的晶体的操作是蒸发浓缩、冷却
18、结晶、过滤、洗涤、干燥。 除杂答题规范 在书写某一步骤是为了除杂时，应该规范回答， “是为了除去杂质” ， “除杂” 等一类万能式的回答是不能得分的。 题型一以物质制备为目的的化学工艺流程 【典例 1】(2019课标全国，26)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应 用于玻璃、 医药、 肥料等工业。 一种以硼镁矿(含 Mg2B2O5H2O、 SiO2及少量 Fe2O3、 Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下： 回答下列问题： (1)在 95 “溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为 _。 (2)“滤渣 1”的主要成分有_。 为检验“过滤 1”后的滤液中
19、是否含有 Fe3 离子，可选用的化学试剂是_。 (3)根据 H3BO3的解离反应：H3BO3H2OH B(OH) 4，Ka5.8110 10，可 判断 H3BO3是_酸；在“过滤 2”前，将溶液 pH 调节至 3.5，目的是 _ _。 (4) 在 “ 沉 镁 ” 中 生 成 Mg(OH)2MgCO3沉 淀 的 离 子 方 程 式 为 _， 母液经加热后可返回_工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方 法是_。 解析(1)硫酸铵溶液中存在平衡：NH 4H2ONH3H2OH ，硼酸镁能与水 解出的 H 反应，促进平衡向右移动，生成的一水合氨浓度增大，因溶液中存在平 衡 NH3H2ONH3H2O
20、，一水合氨浓度增大，促进 NH3H2O 分解产生 NH3。 用 NH4HCO3溶液吸收氨气，发生的反应为 NH4HCO3NH3=(NH4)2CO3。(2)二 氧化硅、氧化铁、氧化铝不溶于硫酸铵溶液，滤渣 1 的主要成分是二氧化硅、氧 化铁、氧化铝。检验 Fe3 的试剂可选用 KSCN。(3)由题给硼酸的解离反应方程式 知，硼酸是一元弱酸。“过滤 2”之前，调节 pH3.5 目的是将硼元素转化为硼 酸，促进硼酸析出。(4)“沉镁”中，碳酸铵溶液与硫酸镁溶液发生双水解反应生 成碱式碳酸镁：2MgSO42(NH4)2CO3H2O=Mg(OH)2MgCO32(NH4)2SO4 CO2，或者反应生成碱式
21、碳酸镁和碳酸氢盐。母液含硫酸铵，可以将母液返 回“溶浸”工序循环使用，体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化 成轻质氧化镁，联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁，也可以联系碱 式碳酸铜分解生成氧化铜、水和二氧化碳，可知采用的方法是高温焙烧法， MgCO3Mg(OH)2= 高温 2MgOH2OCO2。 答案(1)NH4HCO3NH3=(NH4)2CO3 (2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN (3)一元弱将硼元素转化为 H3BO3，促进析出 (4)2Mg2 3CO2 32H2O=Mg(OH)2MgCO32HCO 3或 2Mg2 2CO2 3 H2O=Mg(OH)2MgCO3
22、CO2溶浸高温焙烧 题型二以物质分离提纯为目的的化学工艺流程 【典例 2】(2016课标全国，28)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触 法生产硫酸的催化剂。 从废矾催化剂中回收 V2O5既避免污染环境又有利于资源综 合利用。废钒催化剂的主要成分为： 物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3 质量分数/%2.22.92.83.122286065121 以下是一种废钒催化剂回收工艺路线： 回答下列问题： (1)“ 酸 浸 ” 时V2O5转 化 为VO 2， 反 应 的 离 子 方 程 式 为 _ _， 同时 V2O4转化成 VO2 。“废渣 1”的主要成分是_。 (2)
23、“氧化”中欲使3 mol 的 VO2 变为 VO 2， 则需要氧化剂KClO3至少为_ mol。 (3)“中和”作用之一是使钒以 V4O 4 12形式存在于溶液中。“废渣 2”中含有 _。 (4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROHV4O4 12 离子交换 洗脱 R4V4O12 4OH (ROH 为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈 _性(填“酸”、“碱”或“中”)。 (5)“流出液”中阳离子最多的是_。 (6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀， 写出“煅烧”中发生反应的化学方程式 _ _。 解析 答案(1)V2O52H =2VO 2H2OSiO2 (2)0
24、.5(3)Fe(OH)3、Al(OH)3 (4)碱(5)K (6)2NH4VO3= 高温 V2O5H2O2NH3 精准训练 4：无机化学工艺流程 1.(2019课标全国，26)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业 上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含 Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si 等元素)制备， 工艺如图所示。回答下列问题： 相关金属离子c0(Mn )0.1 molL1形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下： 金属离子Mn2 Fe2 Fe3 Al3 Mg2 Zn2 Ni2 开始沉淀 的 pH 8.16.31.53.48.96.26.9 沉淀完全 的 pH 10.18.32.84.
25、710.98.28.9 (1)“滤渣 1”含有 S 和_；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学 方程式_ _。 (2)“氧化”中添加适量的 MnO2的作用是_ _。 (3)“调 pH”除铁和铝，溶液的 pH 范围应调节为_6 之间。 (4)“除杂 1”的目的是除去 Zn2 和 Ni2，“滤渣 3”的主要成分是_。 (5)“除杂 2”的目的是生成 MgF2沉淀除去 Mg2 。若溶液酸度过高，Mg2沉淀不 完全，原因是_ _。 (6)写出“沉锰”的离子方程式_。 (7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料， 其化学式为 LiNixCoyMnzO2， 其中 Ni、Co、Mn 的化合价分别为
26、2、3、4。当 xy1 3时，z_。 解析(1)硫化锰矿中硅元素主要以 SiO2或不溶性硅酸盐形式存在，则“滤渣 1” 的主要成分为 S 和 SiO2(或不溶性硅酸盐)。 结合“滤渣 1”中含 S，可知“溶浸” 时 MnO2与 MnS 在酸性条件下发生氧化还原反应生成 MnSO4和 S， 根据得失电子 守恒可配平该反应。(2)“溶浸”后溶液中含 Fe2 ，“氧化”中加入的适量 MnO2 能将 Fe2 氧化为 Fe3。(3)“调 pH”除去 Fe3和 Al3时，结合表格中数据信息可 知需控制溶液的 pH 在 4.76 之间。(4)“除杂 1”中加入 Na2S 能将 Zn2 和 Ni2 分别转化为
27、沉淀除去， 故“滤渣 3”的主要成分为 NiS 和 ZnS。 (5)“除杂 2”中 F 与 Mg2反应生成 MgF2 沉淀，若溶液酸度过高，则 F 与 H结合生成弱电解质 HF，导致 MgF2(s)Mg2 (aq)2F(aq)平衡向右移动，Mg2不能完全除去。 (6)“沉锰”时 Mn2 与 HCO 3反应生成 MnCO3并放出 CO2， 由此可写出离子方程 式。 (7)化合物 LiNixCoyMnzO2中， 当 xy1 3时， 根据化合价代数和为 0 得 12 1 3 31 34z220，解得 z 1 3。 答案(1)SiO2(不溶性硅酸盐)MnO2MnS2H2SO4=2MnSO4S2H2O(
28、2) 将 Fe2 氧化为 Fe3 (3)4.7(4)NiS 和 ZnS(5)F 与 H结合形成弱电解质 HF，MgF2 Mg2 2F 平衡向右移动 (6)Mn2 2HCO 3=MnCO3CO2H2O (7)1 3 2.铅的单质、氧化物、盐在现代工业中有着重要用途。 .(1)铅能形成多种氧化物，如碱性氧化物 PbO、酸性氧化物 PbO2、类似 Fe3O4 的 Pb3O4。Pb3O4与 HNO3发生非氧化还原反应生成一种盐和一种铅氧化物，其反 应的化学方程式为_。 .以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和 H2SO4为 原料，制备高纯 PbO，实现铅的再生利用。
29、其工作流程如下： (2)“酸溶”时，在 Fe2 催化下，Pb 和 PbO2 反应生成 1 mol PbSO4时转移电子的 物质的量为_mol。“酸溶”时所用试剂为 H2SO4，能否改用盐酸 _(填“是”或“否”)理由是_ _。 (如填“是”，此空可不填。)Fe2 对此过程的催化作用可分为两步反应，第一步反 应中 Fe2 对应的产物(中间产物)为_。 (3)PbO 溶解在 NaOH 溶液中，存在平衡：PbO(s)NaOH(aq)NaHPbO2(aq)， 其溶解度曲线如图所示。 过程的目的是脱硫。滤液 1 经处理后可在过程中重复使用，其目的是 _(选填序号)。 A.减少 PbO 的损失，提高产品的
30、产率 B.重复利用 NaOH，提高原料的利用率 C.增加 Na2SO4浓度，提高脱硫效率 完成由粗品PbO(所含杂质不溶于NaOH溶液)得到高纯PbO的操作： 将粗品PbO 溶解在一定量_(填“35%”或“10%”)的 NaOH 溶液中，加热至 110 ，充分 溶解后，_(填“趁热过滤”或“蒸发浓缩”)，将所得溶液冷却结晶、过 滤、洗涤并干燥得到高纯 PbO 固体。 解析(1)PbO2为酸性氧化物不与 HNO3反应。 (2)反应的方程式为 PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，由此可知生成 1 mol PbSO4时转移电子数为 1 mol。由 PbO2、PbO 分析知 Pb 为变价金
31、属元素，PbO2 具有强氧化性，可转化为Pb 2 ，故可与盐酸反应放出 Cl2，造成环境污染。由金属 活动顺序表知 Fe 比 Pb 活泼，故第一步不可能发生 PbFe2 =FePb2，推知 第一步为 Fe2 与 PbO2 反应，故中间产物为 Fe3 。 (3)滤液的成分为 NaOH、NaHPbO2，循环使用可以提高 NaOH 的利用率，减 少 NaHPbO2的损失。 由图可知为提高 PbO 的溶解度， 需选用 35%的 NaOH 溶液， 为减少产品的损失， 避免其对应物质从溶液中结晶析出，故应趁热过滤。 答案(1)Pb3O44HNO3=2Pb(NO3)2PbO22H2O(2)1否盐酸与 PbO
32、2反 应生成 Cl2造成环境污染Fe3 (3)A、B35%趁热过滤 3.利用水钴矿(主要成分为 Co2O3，含少量 Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2 等)可以制取多种化工试剂，以下为草酸钴晶体和氯化钴晶体的制备流程图，回答 下列问题： 已知：浸出液中含有的阳离子主要有 H 、Co2、Fe2、Mn2、Al3、Mg2、 Ca2 等。 沉淀中只含有两种沉淀。 流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的 pH 如下表所示： 沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3Mn(OH)2 开始沉淀2.77.67.64.07.7 完全沉淀3.79.69.25.29.8
33、 (1)浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式为 _ _。 (2)NaClO3在浸出液中发生反应的离子方程式为 _ _。 (3)加入Na2CO3调pH至5.2，目的是 _ _； 萃取剂层含锰元素，则沉淀的主要成分为 _。 (4)操作包括：将水层加入浓盐酸调整 pH 为 23，_、_、过滤、 洗涤、减压烘干等过程。 (5)为测定粗产品中 CoCl26H2O 的含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足 量硝酸酸化的硝酸银溶液，过滤、洗涤、干燥，测沉淀质量。通过计算发现粗产 品 中CoCl26H2O质 量 分 数 大 于100% ， 其 原 因 可 能 是 _ _(回答一条原因 即可)。 (6)将
34、 5.49 g 草酸钴晶体(CoC2O42H2O)置于空气中加热，受热过程中不同温度范 围内分别得到一种固体物质，其质量如表。 温度范围/固体质量/g 1502104.41 2903202.41 经测定，整个受热过程，只产生水蒸气和 CO2气体，则 290320 温度范围， 剩余的固体物质化学式为_。 (已知： CoC2O42H2O 的摩尔质量为 183 gmol 1) 解析(1)浸出过程中，Co2O3与盐酸、Na2SO3发生反应，Co2O3转化为 Co2 ，Co 元素化合价降低，则 S 元素化合价升高，SO 2 3转化为 SO2 4，根据得失电子守恒、 电荷守恒和原子守恒配平离子方程式：Co
35、2O34H SO2 3=2Co2 SO2 4 2H2O。(2)NaClO3加入浸出液中，将 Fe2 氧化为 Fe3，ClO 3被还原为 Cl ，反应 的离子方程式为 ClO 36Fe2 6H=6Fe3Cl3H2O。(3)根据工艺流程图， 结合表格中提供的数据可知，加 Na2CO3调 pH 至 5.2，目的是使 Fe3 和 Al3沉淀 完全。滤液中含有的金属阳离子为 Co2 、Mn2、Mg2、Ca2等，萃取剂层含 锰元素，结合流程图中向滤液中加入了 NaF 溶液，知沉淀为 MgF2、CaF2。 (4)经过操作由溶液得到结晶水合物，故除题中已知过程外，操作还包括蒸发 浓缩、冷却结晶。(5)根据 C
36、oCl26H2O 的组成及测定过程分析，造成粗产品中 CoCl26H2O 的质量分数大于 100%的原因可能是：含有氯化钠杂质，使氯离子含 量增大或结晶水合物失去部分结晶水，导致相同质量的固体中氯离子含量变大。 (6)整个受热过程中只产生水蒸气和 CO2气体，5.49 g CoC2O42H2O 为 0.03 mol， 固体质量变为 4.41 g 时， 质量减少 1.08 g， 恰好为 0.06 mol H2O 的质量， 因此 4.41 g 固体为 0.03 mol CoC2O4。依据原子守恒知，生成 n(CO2)0.06 mol，m(CO2) 0.06 mol44 gmol 12.64 g。
37、而固体质量由 4.41 g 变为 2.41 g 时， 质量减少 2 g， 说明 290320 内发生的不是分解反应， 参加反应的物质还有氧气。 则参加反应 的 m(O2)2.64 g2 g0.64 g，n(O2)0.02 mol；n(CoC2O4)n(O2)n(CO2) 0.030.020.06326，依据原子守恒，配平化学方程式：3CoC2O4 2O2= 290320 Co 3O46CO2，故 290320 温度范围，剩余固体物质的化学式 为 Co3O4(或 CoOCo2O3)。 答案(1)Co2O3SO2 34H =2Co2SO2 42H2O (2)ClO 36Fe2 6H=Cl6Fe33
38、H2O (3)使 Fe3 和 Al3沉淀完全 CaF2和 MgF2 (4)蒸发浓缩冷却结晶 (5)粗产品中结晶水含量低(或粗产品中混有氯化钠杂质) (6)Co3O4(或 CoOCo2O3) 4.(2018课标全国，26)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪 锌矿(ZnS，含有 SiO2和少量 FeS、CdS、PbS 杂质)为原料制备金属锌的流程如图 所示： 相关金属离子c0(Mn )0.1 molL1形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下： 金属离子Fe3 Fe2 Zn2 Cd2 开始沉淀的pH1.56.36.27.4 沉淀完全的pH2.88.38.29.4 回答下列问题： (1)焙烧
39、过程中主要反应的化学方程式为_ _。 (2)滤渣 1 的主要成分除 SiO2外还有_；氧化除杂工序中 ZnO 的作用是 _， 若不通入氧气，其后果是_。 (3)溶液中的 Cd2 可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为 _。 (4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为 _； 沉积锌后的电解液可返回_工序继续使用。 解析(1)在焙烧过程中 ZnS 和 O2反应生成 ZnO 和 SO2。 (2)溶液中的 Pb2 与 SO2 4 不能共存生成 PbSO4沉淀，SiO2不溶于 H2SO4，即滤渣 1 中含 SiO2和 PbSO4。氧 化除杂过程中 O2能将溶液中 Fe2 氧化生成 Fe
40、3， 加入 ZnO 能调节溶液的 pH，促 进 Fe3 完全水解。由题表知 Fe2、Zn2开始沉淀和沉淀完全时的 pH 非常接近， 若不通入 O2使 Fe2 氧化为 Fe3，加入 ZnO 后无法除去 Fe2，会影响 Zn 的纯度。 (3)根据题中信息可知还原除杂工序中涉及的离子反应为 Cd2 Zn=CdZn2。 (4)结合图示可知电解 ZnSO4溶液时生成 Zn，即电解时 Zn2 在阴极被还原，电极 反应式为 Zn2 2e=Zn。沉积 Zn 后的电解液中主要含有 H2SO4，可返回溶浸 工序中继续使用。 答案(1)2ZnS3O2= 焙烧 2ZnO2SO2 (2)PbSO4调节溶液的 pH无法除
41、去杂质 Fe2 (3)Cd2 Zn=CdZn2 (4)Zn2 2e=Zn 溶浸 5.(2019山东烟台一模)从某废催化剂(含 ZnO、CuO、Fe2O3、石墨及 MnO2等)中 回收金属并制取活性氧化锌的工艺流程如下(已知：Zn 及其氧化物、氢氧化物的 性质与 Al 及其相应化合物性质类似)： (1)废催化剂“破碎”的目的是_ _。 (2)“氧化”时 Mn2 被氧化的离子方程式为_ _。 (3)“中和、沉淀”时，若 pH 过高，则碱式碳酸锌的产率偏小。写出其反应的离 子方程式(任写一个即可)：_ _。 (4)测得“粗铜粉”中铜的质量分数的实验步骤如下： .准确称取粗铜粉 m g，加入足量盐酸和
42、 H2O2溶液使其完全溶解。 .将溶液煮沸 12 min，除去过量的 H2O2。 .滴入铁掩蔽剂排除 Fe3 的干扰。然后加入稍过量的 KI 溶液(反应：2Cu24I =2CuII2)，再加入几滴淀粉溶液作指示剂，用 c molL 1 Na2S2O3标准溶液 滴定至蓝色消失(I22S2O2 3=2I S4O2 6)且半分钟内不变色，共消耗 Na2S2O3 标准溶液 V mL。 铜的质量分数为_。 缺少步骤会使测得的铜的质量分数_(填“偏大”、“偏小”或“不 变”)。 解析(2)由流程框图知反应物为 Mn2 、S2O2 8，生成物为 MnO(OH)2、SO2 4，故 反应的离子方程式为 Mn2
43、S2O2 83H2O=MnO(OH)22SO2 44H 。 (3)pH 过 高，Zn(OH)2会溶解，造成碱式碳酸锌产率下降，故产率偏小。Zn(OH)22OH =ZnO2 22H2O。(4)由反应原理 2Cu2 4I=2CuII2，I22S2O2 3=2I S4O2 6可知， Cu2 S2O2 3 11cV10 3 mol cV10 3mol 故铜的质量分数为cV10 3 mol63.5 gmol 1 m g 100%6.35cV m %。 若缺少步骤，H2O2会氧化 I 生成 I2，导致 Na2S2O3 标准液用量增大，故测得 铜的质量分数偏大。 答 案(1) 增 大 固 液 接 触 面 积
44、 ， 加 快 反 应 速 率(2)Mn2 S2O 2 8 3H2O=MnO(OH)22SO2 44H (3)Zn(OH)22OH =ZnO2 22H2O (4)6.35cV m %偏大 基础知识巩固 1.随着科学技术的发展，新材料层出不穷。下列属于金属材料的是() A.生物陶瓷B.钢化玻璃 C.钛合金D.水泥 答案C 2.下列化学反应在冶金工业中没有得到广泛应用的是() A.MgCl2(熔融)= 电解 MgCl2 B.Al2O33C = 2 125 2Al3CO C.Fe2O33CO= 高温 2Fe3CO2 D.HgSO2= 焙烧 HgSO2 答案B 3.镁铝合金质优体轻，又不易锈蚀，被大量用
45、于航空工业、造船工业、日用化工 等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述中，正确的是() A.此合金的熔点比镁和铝的熔点都高 B.此合金能全部溶解于稀盐酸中 C.此合金能全部溶解于氢氧化钠溶液中 D.此合金的硬度比镁和铝的硬度都小 答案B 4.(2019安徽江淮十校第二次联考)实验探究 Cu 及其化合物的性质， 操作正确且能 达到目的的是() A.将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取 CuS B.向 Cu 与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察 CuSO4溶液的颜色 C.向 CuSO4溶液中加入适量的 NaOH， 过滤、 洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取 CuO D.在淀粉溶液中加入适量稀硫酸微热水解，再加入
46、少量新制 Cu(OH)2悬浊液并加 热，产生砖红色沉淀 解析A 项，铜粉与硫粉混合加热反应生成 Cu2S，错误；B 项，Cu 与过量浓硫 酸反应后的溶液稀释时应将反应后的溶液倒入盛水的烧杯中， 错误； C 项， CuSO4 溶液 NaOHCu(OH) 2 灼烧 CuO， 正确； D 项， 水解后的体系中有稀硫酸， 与 Cu(OH)2 反应，加热时不产生 Cu2O，错误。 答案C 考试能力过关 5.(2018浙江选考)某同学通过如下流程制备氧化亚铜： 已知：CuCl 难溶于水和稀硫酸；Cu2O2H =Cu2CuH2O 下列说法不正确的是() A.步骤中的 SO2可用 Na2SO3替换 B.步骤中
47、为防止 CuCl 被氧化，可用 SO2水溶液洗涤 C.步骤发生反应的离子方程式为 2CuCl2OH = Cu2O2Cl H2O D.如果 Cu2O试样中混有 CuCl 和 CuO 杂质， 用足量稀硫酸与Cu2O 试样充分反应， 根据反应前、后固体质量可计算试样纯度 解析步骤中SO2的主要作用是将CuCl2还原为CuCl， Na2SO3同样具有还原性， 可以替换，A 项正确；SO2水溶液具有还原性，可以防止 CuCl 被氧化，B 项正确； C 项正确；如果 Cu2O 试样中混有 CuCl 和 CuO 杂质，用足量稀硫酸与 Cu2O 试样 充分反应后，得到的固体中含有 CuCl 和 Cu，此时无法
48、计算试样纯度，D 项错误。 答案D 6.某化学兴趣小组设计从铜氨溶液中回收和制取胆矾流程简图如下： (1)反应是铜氨溶液中的 Cu(NH3)2 4与有机物 RH 反应，写出该反应的离子方程 式：_ _。 操作用到的主要仪器名称为_，其目的是(填序号)_。 a.富集铜元素 b.使铜元素与水溶液中的物质分离 c.增加 Cu2 在水中的溶解度 (2)反应是有机溶液中的 CuR2与稀硫酸反应生成 CuSO4和_。若操作 使用如图装置，图中存在的错误是_。 (3)操作以石墨作电极电解 CuSO4溶液。阴极析出铜，阳极产物是_。操 作由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是_。 解析(1)由流程图知，铜氨溶液中的
49、Cu(NH3)2 4与有机物 RH 反应后得到 CuR2 和 NH3、 NH4Cl， 所以该反应的离子方程式为： Cu(NH3)2 42RH=2NH 42NH3 CuR2； 通过操作， 可以富集铜元素， 同时使铜元素与水溶液中其他物质分离， 故选 a、 b。 (2)CuR2中 R 为1 价， 再结合流程图可知反应是有机溶液中的 CuR2 与稀硫酸发生反应生成 CuSO4和 RH。 答案(1)Cu(NH3)2 42RH=2NH 42NH3CuR2分液漏斗ab (2)RH分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁、液体过多 (3)O2、H2SO4加热浓缩、冷却结晶、过滤 7.辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及
50、少量 SiO2。一种以辉铜矿石为原料制备硝 酸铜的工艺流程如图所示。 (1)“浸取”时，为了提高浸取速率可采取的措施有_ _(任写一点)； 写出“浸取”过程中 Cu2S 溶解时发生反应的离子方程式： _ _。 (2)“保温除铁”过程中，加入 CuO 的目的是_； “蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，加入 HNO3溶液，其目的是 _。 (3)气体 NOx与氧气混合后通入水中能生成流程中可循环利用的一种物质， 该反应 的化学方程式为_； 向。 “滤液 M”中加入(或通入)_(填选项字母)， 可得到另一种可循环利用 的物质。 a.铁b.氯气c.高锰酸钾溶液 (4)“回收 S”过程中温度控制在 5060 ，
