2017年高考化学一轮复习 第3章 金属及其化合物 第4讲 铜及其化合

铜及其化合物 金属材料

(时间：45分钟)

一、选择题

1．下列关于金属的冶炼方法叙述不正确的是( ) 选项 A B C D 金属 金 银 铁 钠 存在形式 游离态 化合态 化合态 化合态 冶炼方法 金子比沙子密度大，利用水洗法直接分离 银的金属性弱，用加热Ag2O的方法冶炼 铝的金属性比铁强，可用铝热法炼铁 钠的金属性强，一般还原剂很难将其还原出来，所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼 解析：钠一般是由电解熔融NaCl的方法来制取，而电解饱和食盐水得到的是NaOH、H2

和Cl2。同时注意，此题易误选C，一般认为铁是由CO还原Fe2O3制得，但在实际生活中，在铁轨焊接等方面时，是用铝热反应来制取的。

答案：D

2．(2014·新课标Ⅱ卷)下列反应中，反应后固体物质增重的是( ) A．氢气通过灼热的CuO粉末 B．二氧化碳通过Na2O2粉末 C．铝与Fe2O3发生铝热反应 D．将锌粒投入Cu(NO3)2溶液

解析：四个选项的反应方程式及固体物质质量变化如下：

△

A．H2＋ ===== ＋H2O，固体质量减小，不正确。 B．2CO2＋2Na2O ===2Na2CO＋O2，固体质量增大，正确。 高温C．2Al＋Fe2O3===== Al2O3＋2Fe，固体质量不变，不正确。

D．Zn＋Cu(NO3) ===＋Zn(NO3)2，固体质量减小，不正确。 答案：B 3．某化学小组为测定一定质量的某铜铝混合物中铜的质量分数，设计了如下实验方案：

下列有关判断中不正确的是( )

A．溶液A和B均可以是盐酸或NaOH溶液 B．溶液A和B均可以选用稀硝酸

C．若溶液B选用浓硝酸，则测得铜的质量分数偏小 D．实验方案Ⅱ更便于实施

解析：铜铝混合物与盐酸或NaOH溶液反应时，均只有Al参加反应，因此A正确；若A、B均选用稀HNO3，则两种金属均可反应，方案Ⅱ中无固体剩余，B错误；当B选用浓HNO3时，铝钝化生成氧化膜，所测铝的质量偏大，则铜的质量分数偏小，C正确；方案Ⅰ需收集气体，

并需要将其转化为标准状况，不如方案Ⅱ称固体质量方便，D正确。

答案：B

4．硝酸铜是一种重要的工业产品，化学上有很多方法可以制取硝酸铜：①将铜溶于硝酸中、②先将铜与O2反应生成CuO，再溶于硝酸中、③将铜溶于N2O4的乙酸乙酯(溶剂，不参加反应)溶液中生成硝酸铜和一氧化氮。下列认识或判断错误的是( )

A．方法③是最经济和环保的

B．方法①中，若从经济和环保的角度考虑，用稀硝酸比用浓硝酸好 C．方法②需要消耗能源，对环境不产生污染 D．方法③中N2O4既是氧化剂又是还原剂

解析：①、③都生成污染性气体，②不生成污染性气体且HNO3全部转化为Cu(NO3)2。 答案：A

5．CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如下图所示。下列说法正确的是( )

A．相对于途径②，途径①更好地体现了绿色化学思想 B．Y可以是葡萄糖溶液

C．X可能是SO2和SO3的混合气体

D．将CuSO4溶液蒸发，利用余热蒸干，可制得胆矾晶体

解析：途径①中会产生有毒物质SO2而途径②不会，A错误；CuSO4与过量NaOH溶液反应会生成新制Cu(OH)2悬浊液，葡萄糖溶液能还原新制Cu(OH)2悬浊液生成Cu2O，B正确；CuSO4热分解过程中，铜元素价态降低，故必有化合价升高的元素，CuSO4中只有氧元素的化合价能升高，故X中必有O2，C错误；D项操作会导致开始得到的胆矾晶体失去结晶水，D错误。

答案：B

6．铅的冶炼大致过程如下：

①富集：将方铅矿(PbS)进行浮选；

高温

②焙烧：2PbS＋3O2===== 2PbO＋2SO2； 高温③制粗铅：PbO＋C===== Pb＋CO↑； 高温PbO＋CO===== Pb＋CO2。

下列说法正确的是( )

A．浮选法富集方铅矿的过程属于化学变化

B．方铅矿焙烧反应中，PbS是还原剂，还原产物只有PbO C．整个冶炼过程中，制取1 mol Pb共转移2 mol电子 D．将1 mol PbS完全冶炼成Pb理论上至少需要6 g碳

解析：富集方铅矿的过程属于物理变化，A错；B项中还原产物除PbO外还有SO2；整个

－

冶炼过程中，根据Pb原子守恒，则PbS转化为PbO转移电子是6 mol e，PbO转化为Pb

－

转移电子是2 mol e，制取1 mol Pb共转移8 mol电子，C错。根据方程式得出：2PbS～

2PbO～C～2Pb，则理论上1 mol PbS冶炼成Pb至少需要0.5 mol C，即需要6 g碳，故D正确。

答案：D

H2＋

7．已知酸性条件下有如下反应：2Cu=====Cu＋Cu。由于反应温度不同，用氢气还原

＋

＋

氧化铜时，可能产生Cu或Cu2O，两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物做了验证，实验操作和实验现象记录如下：

由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物是( ) A．Cu B．Cu2O

C．一定有Cu，可能有Cu2O D．一定有Cu2O，可能有Cu 解析：H2还原CuO生成红色固体，可能是Cu和Cu2O中的一种或两种，产物中加入稀H2SO4

H2＋

溶液变蓝和得到红色固体，证明产物中含Cu2O，在酸性条件下2Cu=====Cu＋Cu，故不能

＋

＋

证明产物中是否含有Cu。

答案：D

二、非选择题

8．金属材料是使用最广泛的一种材料，从古代到现代，金属材料经历了几次较大的变革。请回答下列问题：

(1)下面表格中的数据(铁和铜的某些物理数据)摘自某化学手册。

由表可推知，人类最早使用的金属材料是________，请写出判断的理由：_____________________________。

(2)考古中出土的青铜器、铁剑等往往锈迹斑斑。请完成下面铜、铁制品在自然条件下发生锈蚀的化学方程式：

① Cu＋ O2＋ H2O＋ CO2=== Cu2(OH)2CO3 ② Fe＋ O2＋ H2O=== Fe2O3·nH2O

(3)镁、铝是现代人常用的金属材料，这些活泼金属的冶炼方法是________法，工业生产中，镁的冶炼采用的反应物是_________________，铝的冶炼采用的反应物是_______________。

解析：(1)由于铜的熔点低于铁的熔点，限于当时人类的冶炼条件，熔点低的铜先被人类利用。

(2)采用氧化还原反应的配平方法可以配平两个化学方程式。

(3)活泼金属可采用电解法冶炼，冶炼不同的金属时，采用的原料的类别可能不同，但都是在熔融状态下进行的。

答案：(1)铜 铜的熔点低于铁的熔点 (2)①2 1 1 1 1 ②4 3 2n 2

(3)电解 熔融氯化镁(或MgCl2) 熔融氧化铝(或Al2O3)

9．(2015·临汾市模拟)CuCl是有机合成的重要催化剂，并用于颜料、防腐等工业。工业上由废铜料(含Fe、Al及其化合物、SiO2杂质)，生产CuCl的工艺流程如下：

物质 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Al(OH)3 开始沉淀时的pH 沉淀完全时的pH 2.7 5.6 3.8 －－3.7 6.7 4.7 已知：CuCl溶于NaCl的浓溶液可生成CuCl2，CuCl2的溶液用水稀释后可生成CuCl沉淀。

(1)煅烧的主要目的是_______________________________。

(2)操作Ⅰ为调节溶液的pH值，范围为__________________，加入的物质X可以是________(填字母)。

A．CuO B．Cu(OH)2 C．NaOH溶液 D．CaCO3

(3)滤渣Ⅱ的主要成分是___________________。

(4)往滤液Ⅱ中加入食盐并通入SO2可生成CuCl，请写出反应的离子方程式：________________________________。

解析：(1)铜在废铜料中主要以铜单质的形式存在，综观整个流程图可知，CuCl需从溶液中提取，故煅烧的目的是将铜转化为溶于酸的氧化物。

3＋3＋2＋

(2)调节溶液中的pH时，应保证使Fe和Al完全沉淀，而Cu不能沉淀，故溶液的pH应4.7≤pH<5.6，加入的物质能消耗，但不能在含铜离子的溶液中引入新的杂质，再结合后面反应Ⅰ中需加入NaCl，符合要求的有ABC三项。

3＋3＋

(3)溶液的pH应4.7≤pH<5.6时，Fe和Al完全转化为相应的氢氧化物沉淀，滤渣Ⅱ

的主要成分为：Fe(OH)3和Al(OH)3。

(4)根据题给的反应物和生成物，再结合氧化还原反应的基本规律可写出反应的方程式：

2＋－－2－＋

2H2O＋2Cu＋SO2＋4Cl===2CuCl2＋SO4＋4H。

答案：(1)使铜转化为可溶于酸的氧化物 (2)4.7≤pH<5.6 ABC (3)Fe(OH)3和Al(OH)3

2＋－－2－＋

(4)2H2O＋2Cu＋SO2＋4Cl===2CuCl2＋SO4＋4H 9．合金是建造航空母舰的主体材料。 (1)航母升降机可由铝合金制造。

①铝元素在周期表中的位置为___________________________，工业炼铝的原料由铝土矿提取而得，提取过程中通入的气体为________。

②Al-Mg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜，其化学方程式为_______________________。焊接过程中使用的保护气为________(填化学式)。

(2)航母舰体材料为合金钢。

①舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为_________________。

②航母用钢可由低硅生铁冶炼而成，则在炼铁过程中为降低硅含量需加入的物质为________________。

(3)航母螺旋浆主要用铜合金制造。

①80.0 g Cu-Al合金用酸完全溶解后，加入过量氨水，过滤得白色沉淀39.0 g，则合金中Cu的质量分数为________。

②为分析某铜合金的成分，用酸将其完全溶解后，用NaOH溶液调节pH，当pH＝3.4时开始出现沉淀，分别在pH为7.0、8.0时过滤沉淀。结合下图信息推断该合金中除铜外一定含有____________。

2＋

解析：(3)①因加入过量的氨水会发生反应Cu＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]＋4H2O，故得到的白色沉淀为Al(OH)3，物质的量为0.5 mol，据Al原子守恒可知Al的质量为13.5 g，

3＋

则Cu的质量为66.5 g，Cu的质量分数约为83.1%。②由图象可知，Fe在pH≈1.9时开始

3

沉淀，在pH≈3.2时沉淀完全，依次类推。pH＝3.4时才开始出现沉淀，说明溶液中没有Fe＋2＋2＋3＋

，则一般也无Fe，因为Fe在空气中会被氧化成Fe，此时的沉淀为Al(OH)3；pH＝7.0时过滤出的沉淀为Al(OH)3和Cu(OH)2；pH＝8.0时过滤出的沉淀为Ni(OH)2。

答案：(1)①第三周期ⅢA族 CO2

②Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O Ar(其他合理答案均可) (2)①吸氧腐蚀 ②CaCO3或CaO (3)①83.1% ②Al、Ni

10．某化学研究性学习小组设计实验探究铜的常见化学性质，过程设计如下。 [提出猜想]

2＋

问题1：在周期表中，铜与铝的位置很接近，铜不如铝活泼，氢氧化铝具有两性，氢氧化铜也有两性吗？

问题2：铁和铜都有变价，一般情况下，正二价铁的稳定性小于正三价的铁，正一价铜的稳定性也小于正二价的铜吗？

问题3：氧化铜有氧化性，能被H2、CO还原，它也能被氮的某种气态氢化物还原吗？ [实验探究]

Ⅰ.解决问题1。

－1

(1)需用到的药品除铜、铝、1 mol·L CuSO4溶液、稀H2SO4外还需________(填试剂的化学式)溶液。

－1

(2)配制1 mol·L CuSO4溶液250 mL，选用的仪器除烧杯、托盘天平、玻璃棒、量筒、胶头滴管外，还有________________(填仪器名称)。

(3)为达到实验目的，你认为应进行哪些相关实验？ 实验内容和步骤： ①Cu与稀H2SO4反应；

②____________________； ③____________________。 Ⅱ.解决问题2。

取一定量制得的氢氧化铜固体，于坩埚中灼烧，当温度达到80～100 ℃得到黑色固体粉末；继续加热至1 000 ℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末氧化亚铜；取适量红色氧化亚铜粉末于洁净试管中，加入过量的稀硫酸(或盐酸)，得到蓝色溶液，同时观察到试管底部还有红色固体存在。根据以上实验现象回答问题。

(1)写出氧化亚铜与稀硫酸(或盐酸)反应的离子方程式：________________。 (2)从实验Ⅱ可得出的结论是____________________________。 Ⅲ.解决问题3。

设计如下装置(夹持装置未画出)：

当氮的某种气态氢化物(X)缓缓通过灼热的氧化铜时，观察到氧化铜由黑色变成了红色，无水硫酸铜变成蓝色，生成物中还有一种无污染的气体Y；将X通入灼热的CuO燃烧管完全反应后，消耗0.01 mol X，测得B装置增重0.27 g，并收集到0.14 g单质气体Y。

(1)研究小组同学验证燃烧管生成的红色物质是铜，你认为他们验证的方法是____________________。

(2)X气体的摩尔质量是____________。

(3)C中发生反应的化学方程式为______________________。 解析：Ⅰ.(1)验证氢氧化铜具有两性，也就是验证其既能溶于酸溶液，又能溶于碱溶液，故还需NaOH溶液。

(2)配制一定物质的量浓度的溶液，最重要的仪器就是容量瓶，注意容量瓶的规格必须是250 mL。

(3)根据(1)的分析可知，进行本实验需先制备Cu(OH)2，然后分别与稀硫酸、NaOH溶液反应。

Ⅱ.(1)根据信息，Cu在酸性溶液中不稳定，可发生歧化反应，生成单质Cu和Cu。结合氧化还原反应中得失电子守恒及原子守恒即可完成反应的离子方程式。

Ⅲ.(1)根据实验Ⅱ的信息，可用稀硫酸(或盐酸)验证红色物质是铜。因为铜不溶于稀硫酸，而氧化亚铜溶于稀硫酸，得到蓝色溶液。

(2)设X的化学式为NaHb，反应的化学方程式为CuO＋NaHb―→Cu＋H2O＋N2(未配平)。根据题意，NaHb、H2O、N2的物质的量分别为0.01 mol、0.015 mol、0.005 mol，三者物质的量之比为2∶3∶1。假定NaHb、H2O、N2的化学计量数分别为2、3、1，结合原子守恒将化学方

－1

程式配平可知a＝1、b＝3，故X为NH3，其摩尔质量为17 g·mol。

△

(3)根据(2)可写出反应的化学方程式：2NH3＋3CuO===== 3Cu＋3H2O＋N2。

答案：Ⅰ.(1)NaOH (2)250 mL容量瓶 (3)②用CuSO4溶液和NaOH溶液反应制Cu(OH)2 ③将Cu(OH)2分别与稀硫酸、NaOH溶液反应

＋2＋

Ⅱ.(1)Cu2O＋2H===Cu＋Cu＋H2O

2＋＋2＋＋

(2)80～100 ℃时，Cu稳定；1 000 ℃以上Cu稳定；在酸性环境中Cu稳定，Cu不稳定

Ⅲ.(1)将红色物质置于稀硫酸中，若溶液不变蓝，则说明红色物质为Cu (2)17 g·mol－1

△

(3)2NH3＋3CuO===== 3Cu＋3H2O＋N2

＋2＋

热点专题讲座(三) 无机化学工艺流程题的解题策略

[考查特点]__________________________________

工艺流程题就是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图题的创新，题目常常以现代工业生产为基础，将化学工艺流程进行简化，与化工生产成本、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离等基本实验原理在化工生产中的实际应用，是近几年高考化学命题中的常考题型。

[解题指导]__________________________________ 一、题型结构

1．化工流程线路示意图

(1)箭头：箭头进入的是投料(即反应物)、出去的是生成物(包括主产物和副产物)。 (2)三线：物料进出线、操作流程线、循环操作线。 2．涉及问题

(1)原料的预处理。

(2)反应条件的控制(温度、压强、催化剂、原料配比、pH、溶剂等)。 (3)反应原理(化学平衡、水解平衡、化学反应速率、反应热、电化学等)。

(4)绿色化学问题(物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分利用等)。 (5)化工安全(防爆、防污染、防中毒等)。 二、解题思路及方法 1．解题思路

2．解题方法

(1)首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。

(2)分段分析法：对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工业流程题，用分段分析法更容易找到解题的切入点。

(3)交叉分析法：有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品，这种题适合用交叉分析法。就是将提供的工业流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析。

3．答题步骤

(1)从题干中获取有用信息，了解生产的产品。

(2)整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。 (3)分析流程中的每一步骤，并获取以下信息： ①知道“四个什么”。

反应物是什么，发生了什么反应，该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。 ②抓住“一个关键”。

一切反应或操作都是为获得产品而服务。 (4)从问题中获取信息，帮助解题。 4．规范解答

(1)文字叙述类的题目要规范解答，防止出现因叙述不严谨导致的失分，如： ①如何洗涤沉淀：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次。

2－

②如何证明沉淀完全：如向含SO4的溶液中加BaCl2溶液，将沉淀静置，取上层清液，再加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，说明沉淀完全。

③如何从溶液中得到晶体：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—洗涤—干燥。 ④在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去××杂质”，只写“除杂”等一类万能式的回答是不正确的。

(2)认真审题，不要因审题不细致而失分，如： ①填“化学方程式”还是“离子方程式”。

②填“名称”“符号”还是“代号”“序号”等。 ③填“大于”还是“>”“增大”还是“变大”等。

④填“化学式”“分子式”“结构式”“结构简式”“最简式”还是“电子式”等。

⑤书写化学方程式时要注意配平、注明反应条件以及“―→”“===”“

”“↑”

“↓”等。

三、答题的必备知识

1．对原料进行预处理的常用方法及其作用 (1)研磨——减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。 (2)水浸——与水接触反应或溶解。 (3)酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。 (4)灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。

(5)煅烧——改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土。

2．常用的控制反应条件的方法

(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：

＋

①能与H反应，使溶液pH增大。 ②不引入新杂质。

2＋3＋

例如：若要除去Cu中混有的Fe，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。

(2)控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。 (3)控制压强。改变速率，影响平衡。

(4)使用正催化剂。加快反应速率，缩短达到平衡需要的时间。 (5)趁热过滤。防止某些物质降温时析出。

(6)冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。 3．明确常用的提纯方法

(1)水溶法：除去可溶性杂质。 (2)酸溶法：除去碱性杂质。 (3)碱溶法：除去酸性杂质。

(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。 (5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。

3＋

(6)调节溶液的pH法：如除去酸性含铜溶液中的Fe等。

4．明确常用的分离方法

(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。

(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4

或苯萃取溴水中的溴。

(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。 (4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。

(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。

(6)冷却法：利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。

5．物质分离、提纯的原则 (1)不增：不引入新的杂质。 (2)不减：不减少被提纯物。

(3)易分离：被提纯物与杂质容易分离。

(4)易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成状态。 6．物质分离、提纯注意事项 (1)除杂试剂需过量。 (2)过量试剂需除去。

(3)除去多种杂质时要考虑加入试剂的顺序。 (4)选择最佳除杂途径。

[考题感悟]__________________________________ 题型一 物质制备类化工流程题

【例1】 (2015·新课标Ⅰ卷)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示：

回答下列问题： (1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式____________________________。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度浓度外，还可采取的措施有____________________(写出两条)。

(2)利用________的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是__________________(化学式)。

(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是________________。 然后在调节溶液的pH约为5，目的是_______________。

(4)“粗硼酸”中的主要杂质是________(填名称)。

(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为__________________。

(6)单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程________________。

解析：B和Al是同主族元素，参考Al的性质推断B及其化合物的性质。可通过搅拌矿粉、升高温度提高浸出率。Fe3O4有磁性，SiO2与硫酸不反应存留于浸渣中，而氧化钙和硫酸反应的产物硫酸钙没有除去；加H2O2溶液使二价铁转化为三价铁，然后调节pH值使三价铁和铝离子形成氢氧化物除去，根据最后过滤后得到含镁盐母液推断；根据元素成键规律可知硼氢化钠电子式，根据题给信息和氧化还原反应规律可知2H3BO3＋3Mg===3MgO＋2B＋3H2O。

△

答案：(1)Mg2B2O5·H2O＋2H2SO4===== 2MgSO4＋2H3BO3 搅拌矿粉、升高温度 (2)Fe3O4 SiO2和CaSO4

2＋3＋3＋3＋

(3)将溶液中的Fe氧化为Fe 使Al和Fe形成氢氧化物沉淀而除去 (4)(七水)硫酸镁

?H∶BH?－

(5)Na??

?H ∶H?

＋

(6)2H3BO3＋3Mg===3MgO＋2B＋3H2O

2＋2＋3＋

1．(2015·山东卷)毒重石的主要成分为BaCO3(含Ca、Mg、Fe等杂质)，实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下：

(1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是_______________。实验室用37%的盐酸配制15%的盐酸，除量筒外还需使用下列仪器中的_______________(填字母)。

a．烧杯 b．容量瓶 c．玻璃棒 d．滴定管 (2)加入NH3·H2O调pH＝8可除去________(填离子符号)，滤渣Ⅱ中含______________(填化学式)。加入H2C2O4时应避免过量，原因是________________________________________________。

Ca Mg Fe 2＋2＋3＋开始沉淀时的pH 11.9 9.1 1.9 完全沉淀时的pH 13.9 11.1 3.2 已知：Ksp(BaC2O4)＝1.6×10，Ksp(CaC2O4)＝2.3×10

2＋

(3)利用间接酸碱滴定法可测定Ba的含量，实验分两步进行。

2－＋2－2＋2－

已知：2CrO4＋2H===Cr2O7＋H2O Ba＋CrO4===BaCrO4↓ 步骤Ⅰ：移取x mL一定浓度的Na2CrO4溶液于锥形瓶中，加入酸碱指示剂，用b mol·L－1

盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V0 mL。 步骤Ⅱ：移取y mL BaCl2溶液于锥形瓶中，加入x mL与步骤Ⅰ相同浓度的Na2CrO4溶液，2＋－1

待Ba完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用b mol·L盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V1 mL。

滴加盐酸标准液时应使用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的________(填“上方”或

－1

“下方”)。BaCl2溶液的浓度为____________mol·L。若步骤Ⅱ中滴加盐酸时有少量待测

2＋

液溅出，Ba浓度测量值将________(填“偏大”或“偏小”)。

解析：(1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是增大与盐酸的接触面积，加快反应速率。实验室配制一定质量分数的溶液时，需用到的仪器是量筒、烧杯和玻璃棒。

3＋2＋

(2)由流程图和表中数据可知，pH＝8时，可除去Fe；调节pH＝12.5时，Mg完全沉2＋

淀，Ca部分沉淀，故滤渣Ⅱ中含有Mg(OH)2和Ca(OH)2；加入H2C2O4的目的是除去溶液中剩

2＋2＋2－2＋2－

余的Ca，使Ca(aq)＋C2O4(aq)===CaC2O4(s)，当H2C2O4过量时，也可能使c(Ba)·c(C2O4)＞Ksp(BaC2O4)，而生成BaC2O4沉淀，导致产品BaCl2·2H2O的量减少。

2－＋2－2－

(3)由方程式2CrO4＋2H===Cr2O7＋H2O知，步骤Ⅰ中加入的CrO4的总物质的量为b mol·L× L＝ mol。步骤Ⅱ中，加入BaCl2充分反应后，剩余的CrO4的物质的

1 0001 000量为b mol·L× L＝ mol，与Ba反应的CrO4的物质的量为 mol－

1 0001 0001 0001 000mol＝

－1

－1

－7－9

V0bV0

2－

V1bV1

2＋2－

bV0bV1

b（V0－V1）

1 000

mol，由方程式Ba＋CrO4===BaCrO4↓得，n(Ba)＝n(CrO4)，所以BaCl2

2＋2－2＋2－

b（V0－V1）

的浓度：c(BaCl2)＝

1 000

molb（V0－V1）－1＝ mol·L。若步骤Ⅱ中滴加盐酸时，有

yy L1 000

少量待测液溅出，造成V1的用量减小，所以

b（V0－V1）

的测量值将偏大。 y答案：(1)增大接触面积从而使反应速率加快 ac

3＋

(2)Fe Mg(OH)2、Ca(OH)2 H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀，产品BaCl2·2H2O产量减少

(3)上方

b（V0－V1）

偏大 y题型二 以分离、提纯为目的的工艺流程题

【例2】 锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)，导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C＋xLi＋－

＋xe===LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。

回答下列问题：

(1)LiCoO2中，Co元素的化合价为________。

(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式___________。

(3)“酸浸”一般在80 ℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式_______________________________；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是__________________。

(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式______________。

(5)充放电过程中发生LiCoO2与Li1－xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式_________________。

(6)上述工艺中“放电处理”有利于锂在正极的回收。其原因是_______________。在整个回收工艺中，可回收的金属化合物有________________________________(填化学式)

解析：(1)在LiCoO2中，由于Li为＋1，O为－2，根据化合价规则，可知Co的化合价为＋3。

－

(2)在正极碱浸的条件下，正极材料中的铝箔和NaOH溶液发生反应：2Al＋2OH＋

－

2H2O===2AlO2＋3H2↑。

(3)在酸性条件下H2O2既有氧化性又有还原性，在酸浸过程中有H2O2的分解反应：△2H2O2===== 2H2O＋O2↑；另外H2O2具有还原性，＋3的Co可以将H2O2氧化，反应为：2LiCoO2△＋3H2SO4＋H2O2===== Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O，用盐酸代替硫酸和H2O2，在反应过程中盐酸被氧化，会有氯气产生，污染环境。

(4)在CoSO4溶液中加入NH4HCO3，然后过滤得到CoCO3，说明沉钴过程中生成碳酸钴沉淀，

2－－2＋2－－＋

CoCO3中CO3来自HCO3的电离，由于Co结合CO3使HCO3电离平衡正向移动，溶液中c(H)

－－＋

增大，一部分HCO3发生反应：HCO3＋H===H2O＋CO2↑。根据原子守恒可得反应为CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑。

－－

(5)充放电过程中，同一个电极的反应类型相反，在充电时发生反应：6C＋xLi＋xe===LixC6，碳元素化合价降低属于还原反应；则放电时LixC6是反应物，生成C，发生氧化反应，而Li1－xCoO2与LiCoO2相比，Li1－xCoO2中钴的价态较高，可知Li1－xCoO2为反应物，电极反应为：Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C。

＋

(6)在锂离子电池中Li做负极，在放电过程中失电子变成Li从负极脱出，进入溶液经过电解质溶液移向正极。根据流程图可知在整个回收工艺中，回收到的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。

－－

答案：(1)＋3 (2)2Al＋2OH＋2H2O===2AlO2＋3H2↑

△△

(3)2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2=====Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O、2H2O2=====2H2O＋O2↑ 有氯 气生成，污染较大

(4)CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑ (5)Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C

＋

(6)Li从负极脱出，经电解液向正极移动并进入正极材料中 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4

2．氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌[含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等杂质]的流程如下：

提示：在本实验条件下，Ni(Ⅱ)不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2。 回答下列问题：

(1)反应②中除掉的杂质离子是________________，发生反应的离子方程式为___________________________；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是________________________。

(2)反应③的反应类型为________，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有________。 (3)反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是_____________________________________。

(4)反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH)2。取干燥后的滤饼11.2 g，煅烧后可得到产品8.1 g。则x等于________。

解析：从分析整个流程图入手，明确每步发生的反应，从而解决相关问题。

2＋3＋2

(1)在反应②中，通过调节溶液的pH，高锰酸钾能将溶液中的Fe氧化为Fe，将Mn＋2＋2＋

氧化为MnO2而除去；若开始溶液的pH过低，Fe、Mn将很难生成沉淀而除去。

2＋2＋＋

(2)第一次过滤后的滤液中含有的阳离子有Zn、Ni、H等，加入锌后可将Ni置换出来，故滤渣中还含有金属镍。

(3)反应④生成的沉淀为ZnCO3，同时生成Na2SO4，若沉淀未洗涤干净，洗涤液中应含有2－＋2－

SO4和Na，故只要对洗涤液中是否含有SO4进行检验即可。

(4)煅烧过程中ZnCO3、Zn(OH)2均发生分解反应生成ZnO，根据关系式ZnCO3·xZn(OH)2～125＋99x11.2 g(x＋1)ZnO，可得＝，故x＝1。

81（x＋1）8.1 g

答案：(1)Fe和Mn MnO4＋3Fe＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H，2MnO4＋3Mn

＋2＋

＋2H2O===5MnO2↓＋4H Fe和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质

(2)置换反应 镍

(3)取少量水洗液于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净 (4)1

3．(2015·临沂一模)工业上用某矿渣(含有Cu2O、Al2O3、Fe2O3、SiO2)制取铜的操作流程如下：

2＋

2＋

－

2＋

＋

－

2＋

已知：Cu2O＋2H===Cu＋Cu＋H2O。

(1)实验操作Ⅰ的名称为________；在空气中灼烧固体混合物D时，用到多种硅酸盐质的仪器，除玻璃棒、酒精灯、泥三角外，还有________(填仪器名称)。

(2)滤液A中铁元素的存在形式为________(填离子符号)，生成该离子的离子方程式为___________________________________，检验滤液A中存在该离子的试剂为_________________(填试剂名称)。

(3)金属E与固体F发生的某一反应可用于焊接钢轨，该反应的化学方程式为______________________。

－

(4)常温下，等pH的NaAlO2和NaOH两份溶液中，由水电离出的c(OH)前者为后者的8

10倍，则两种溶液的pH＝________。

(5)①利用电解法进行粗铜精炼时，下列叙述正确的是________(填字母)。 a．电能全部转化为化学能

b．粗铜接电源正极，发生氧化反应

2＋

c．精铜作阴极，电解后电解液中Cu浓度减小

d．粗铜精炼时通过的电量与阴极析出铜的量无确定关系

②从浓硫酸、浓硝酸、蒸馏水中选用合适的试剂，测定粗铜样品中金属铜的质量分数，涉及的主要步骤为：称取一定质量的样品→______________________________________________________________________________________→过滤、洗涤、干燥→称量剩余固体铜的质量(填缺少的操作步骤，不必描述操作过程的细节)。

解析：矿渣和盐酸反应，Al2O3、Fe2O3与盐酸反应生成AlCl3、FeCl3，Cu2O和盐酸反应生成CuCl2和Cu，SiO2和盐酸不反应，所以固体混合物B有Cu和SiO2，由于2FeCl3＋Cu===2FeCl2

2＋2＋3＋

＋CuCl2，故滤液A含有Fe、Cu、Al；向滤液A中加入过量NaOH溶液，生成Fe(OH)2、Cu(OH)2沉淀，同时生成NaAlO2，由于4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，所以固体混合物D是Fe(OH)3和Cu(OH)2，滤液C是NaAlO2和NaOH溶液；Fe(OH)3和Cu(OH)2在空气中燃烧生成CuO和Fe2O3，所以固体混合物F是CuO和Fe2O3；NaAlO2溶液经一系列操作后得到的单质E是金属铝。

(1)分离固体和液体的方法是过滤；灼烧固体物质用坩埚。

2＋

(2)Fe用KSCN溶液和新制氯水检验。

高温

(3)铝和氧化铁的反应属于铝热反应，反应的化学方程式为2Al＋Fe2O3===== 2Fe＋Al2O3。(4)NaOH溶液中c(OH)水＝c(H)，NaAlO2溶液中c(OH)水＝c(OH)，设溶液中的pH＝x，

－x－14－1－－x－1x则NaAlO2溶液中c(OH)水＝10 mol·L，NaOH溶液中c(OH)水＝10 mol·L，则10

－

＋

－

－

＋

2＋

－14

∶10＝10，解得x＝11。

(5)①a.部分电能转化为热能，错误；b.粗铜接电源正极，发生氧化反应，正确；c.精铜作阴极，阳极上部分其他金属进入溶液导致析出的Cu大于溶解的Cu，故电解后电解液中c(Cu2＋)减小，正确；d.粗铜精炼时通过的电量与阴极析出Cu的量有确定关系，错误。②所缺步骤为：将浓H2SO4用蒸馏水稀释，使样品与足量稀硫酸充分反应。

2＋3＋2＋2＋

答案：(1)过滤 坩埚 (2)Fe Cu＋2Fe===Cu＋2Fe 硫氰化钾溶液和新制氯水 高温

(3)2Al＋Fe2O3=====使样品与足量 2Fe＋Al2O3 (4)11 (5)①bc ②将浓硫酸用蒸馏水稀释，稀硫酸充分反应

4．(2015·合肥模拟)高锰酸钾在饮用水和工业污水处理领域的消费增长较快。实验室可用软锰矿(主要成分为MnO2)为原料制备高锰酸钾。其部分流程如下：

－x8

已知：①流程中所加软锰矿中含50 g MnO2；②生成墨绿色浸出液的反应为：KClO3＋3MnO2

＋6KOH===3K2MnO4＋KCl＋3H2O。

回答下列问题：

(1)实验中采用铁坩埚而不是瓷坩埚的原因是___________________________。

2－－

(2)通入CO2，可使MnO4发生反应，生成MnO4及MnO2，写出该反应的离子方程式：___________________________________；若通入CO2太多，则在加热浓缩时，会有________晶体和KMnO4晶体一起析出。

(3)在加热、浓缩、烘干的过程中温度不宜过高，其原因是_________________；趁热过滤的目的是______________________；

加热时用玻璃棒不断搅拌溶液的目的是_____________________；洗涤KMnO4晶体用冷水洗涤较好的原因是______________________。

(4)计算12.25 g KClO3固体经过上述转化，最多可制得KMnO4的质量为________(结果保留一位小数)。

解析：(1)瓷坩埚的主要成分中含有SiO2，KOH熔融时会与SiO2反应，因此选择铁坩埚。

2－－2－

(2)通入CO2时，一部分MnO4被氧化成MnO4，另一部分MnO4被还原成MnO2；若通入CO2

太多，则有KHCO3生成。

(3)在加热、浓缩、烘干的过程中温度不宜过高，原因是高温下KMnO4容易分解；趁热过滤是为了防止高锰酸钾结晶析出；加热时用玻璃棒不断搅拌溶液的目的是受热均匀利于蒸发溶剂；洗涤高锰酸钾晶体用冷水是为了减少高锰酸钾的溶解。

2－－

(4)根据关系式KClO3～3K2MnO4，3MnO4～2MnO4，可得：KClO3～2KMnO4，则最多可制得12.25 g－1

KMnO4的质量为－1×2×158 g·mol＝31.6 g。

122.5 g·mol

答案：(1)在高温下，瓷坩埚成分中SiO2可以和KOH发生化学反应

2－－2－

(2)3MnO4＋2CO2===2MnO4＋MnO2↓＋2CO3 KHCO3

(3)高温会导致高锰酸钾分解 防止高锰酸钾结晶析出 受热均匀利于蒸发溶剂 减少高锰酸钾的溶解

(4)31.6 g

5．实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4·7H2O)，主要工艺流程如下。

(1)将过程②产生的气体通入下列溶液中，溶液会褪色的是________(填字母)。 A．品红溶液 B．紫色石蕊试液 C．酸性KMnO4溶液 D．溴水

(2)过程①中，FeS、O2和H2SO4反应的化学方程式为____________________。 (3)过程③中需加入的物质是________。

(4)过程④中，蒸发结晶时需使用的仪器除酒精灯、三脚架外，还需要__________________。

(5)过程⑤调节pH可选用下列试剂中的________(填字母)。 A．稀硫酸 B．CaCO3 C．NaOH溶液

(6)过程⑥中，将溶液Z加热到70～80 ℃，目的是_____________。

(7)实验室为测量所得到的聚铁样品中铁元素的质量分数，进行下列实验。①用分析天平称取2.700 0 g样品；②将样品溶于足量的盐酸后，加入过量的BaCl2溶液；③过滤、洗涤、干燥，称重得固体质量为3.495 0 g。若该聚铁的主要成分为[Fe(OH)SO4]n，则该聚铁样品中铁元素的质量分数为________(假设杂质中不含铁元素和硫元素)。

解析：SO2具有漂白性，能使品红溶液褪色，SO2有还原性，能被酸性KMnO4溶液、溴水

3＋2＋

氧化，而使它们褪色。溶液X为Fe2(SO4)3，需加入还原剂将Fe还原为Fe，又不带入杂质离子，故需加入铁粉。过程⑤中需将酸消耗而调高pH，而CaCO3跟硫酸反应会生成微溶于

3＋

水的CaSO4而阻止反应的继续进行，故需选用NaOH溶液。由聚铁的化学式可知：n(Fe)＝

－

n(SO24)＝n(BaSO4)＝

3.495 0 g

－1＝0.015 mol，所以聚铁样品中铁元素的质量分数＝

233 g·mol

－1

0.015 mol×56 g·mol

×100%＝31.1%。

2.700 0 g

答案：(1)ACD (2)4FeS＋3O2＋6H2SO4===2Fe2(SO4)3＋6H2O＋4S (3)铁粉 (4)蒸发皿、玻璃棒

3＋

(5)C (6)促进Fe的水解 (7)31.1%

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/k00r.html