04第四单元05素养提升练(四)科学探究-以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析【答案】

素养提升练(四)科学探究——以金属及其化合物为主体的化学工艺流程分析1.D[解析]流程梳理:物质X常选用生石灰,“沉镁”发生反应:CaO+H2OCa(OH)2,MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2↓+CaCl2,使Mg2+转化成Mg(OH)2,A正确;工业上常用电解熔融MgCl2制备金属镁,B正确;“氯化”过程中发生的反应为MgO+C+Cl2MgCl2+CO,C正确;“煅烧”后的产物中加稀盐酸转化成MgCl2,不能通过加热蒸发MgCl2溶液得到无水MgCl2,需在氯化氢气流中加热得到无水氯化镁,D错误。2.B[解析]由题意可知,“焙烧”过程中FeO、Cr2O3均被O2氧化,同时Cr转化为对应钠盐,“水浸”时Fe2O3不溶,过滤除去滤渣,滤液①中存在Na2CrO4,与淀粉的水解产物葡萄糖发生氧化还原反应得到氢氧化铬沉淀。“焙烧”过程中Cr2O3发生反应产生CO2:2Cr2O3+3O2+4Na2CO34Na2CrO4+4CO2,A正确;“焙烧”过程中FeO被氧化,水浸后滤渣的主要成分为Fe2O3,B错误;滤液①中Cr元素的化合价是+6价,溶液显碱性,所以Cr元素主要存在形式为CrO42-,C正确;“转化”过程中Cr元素由+6价降低为+3价,CrO42-发生还原反应3.C[解析]镉铁矿主要成分为CdO2、Fe2O3、Fe和SiO2,加入稀硫酸“酸浸”,Fe2O3与硫酸发生非氧化还原反应生成Fe2(SO4)3和H2O,Fe2(SO4)3与Fe发生氧化还原反应生成FeSO4,A正确;CH3OH是“还原镉”步骤的还原剂,溶液中Cd4+具有氧化性,可能将CH3OH氧化为CO2,B正确;“氧化”步骤中H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,而Fe3+可催化H2O2的分解反应,故“氧化”步骤产生的气体是O2,不能确定酸性条件下H2O2氧化CH3OH,C错误;“沉镉”后生成CdCO3,存在沉淀溶解平衡,故滤液仍会残留少量的Cd2+,排放前需进一步回收处理以防污染环境,D正确。4.B[解析]“氯化焙烧”时气体与矿料逆流而行的目的是使反应物充分接触,加快反应速率,A正确;“氯化焙烧”和“还原”的操作过程中均有氧化还原反应发生,“酸浸”的过程中各物质的化合价没有发生变化,不属于氧化还原反应,B错误;VO2+易水解,升高温度促进水解,所以“酸浸”的温度不宜过高的目的是防止VO2+过度水解,C正确;“操作X”为反萃取、分液,5.C[解析]由泥浆堆放后由灰色变为疏松的绿色粉状可以得出是铜被氧化,酸浸时可以进入溶液便于后期制备胆矾,A正确;常温下除氯,Cl-进入废液,可以在酸浸时减少HCl挥发,更加环保,B正确;pH=5时,c(OH-)=10-9mol·L-1,经计算c(Fe3+)=Ksp[Fe(OH)3]c3(OH-)=2.79×10-39(1Ksp[Cu(OH)2]c2(OH-)=2.2×10-20(1×10-9)2mol·L-1=2.2×10-2mol·L-1<0.16.C[解析]焙烧时,FeS2与O2反应生成Fe2O3和SO2,反应方程式为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,用赤泥液吸收生成的SO2,反应方程式为Na2CO3+SO2Na2SO3+CO2,A正确;由于“碱浸”造成二氧化硅溶于氢氧化钾溶液,滤液中含硅酸盐,从“滤液”到“明矾”的过程中,需要进行“除硅”步骤,B正确;聚合硫酸铁可用于净化自来水,与其组成中的Fe3+具有水解产生胶体的性质有关,与其组成中的Fe3+具有氧化性无关,C错误;在“聚合”阶段,若增加Fe2O3用量,碱性增强,x变大,D正确。7.(1)Ca2+、Mn2+(2)除去过量的碳酸钠,避免蒸发浓缩时析出碳酸锂(3)Mg(OH)2溶于过量盐酸得到含MgCl2溶液,在HCl的气流中蒸发溶液得到无水MgCl2(4)0.18mol·L-1(5)减少碳酸锂在洗涤过程中的损失(6)2Li2CO3+4CoCO3+O24LiCoO2+6CO2[解析](1)海水中含浓度较大的LiCl,含少量MgCl2、CaCl2、MnCl2等,加入纯碱,根据难溶物质的溶度积,得到滤渣主要成分有Mg(OH)2、CaCO3和MnCO3,故“除杂1”步骤中除去的杂质离子为Mg2+和Ca2+、Mn2+。(3)因镁离子水解生成挥发性HCl,故蒸干MgCl2溶液时需在HCl的气流中进行,抑制水解,由Mg(OH)2沉淀制MgCl2固体的具体操作为Mg(OH)2溶于过量盐酸得到含MgCl2溶液,在HCl的气流中蒸发溶液得到无水MgCl2。(4)20℃时碳酸锂在水中的溶解度为1.295g,即100g水中最多溶解1.295gLi2CO3,n(Li2CO3)=1.295g74g·mol-1=0.0175mol,溶液体积V=(1.295+100)g1.0148g·mol-1≈99.8mL=0.0998L,则c=0.0175mol0.0998.(1)Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O制光导纤维或制玻璃或制纯硅(2)1∶2(3)3.2~7.29(4)草酸钠溶液碱性较强,会生成Ni(OH)2沉淀,草酸铵中草酸根离子和铵根离子都水解,使溶液的酸碱性保持在适合草酸镍生成沉淀而Ni(OH)2不沉淀的环境(NH4)2SO4(5)NiC2O4+H2Ni+CO↑+CO2↑+H2O[解析]向氧化镍废渣中加稀硫酸酸浸,SiO2不溶,过滤除去,滤液中加入H2O2溶液,将Fe2+氧化为Fe3+,再加NiO调节溶液的pH,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去,滤液中加草酸铵,将Ni2+沉淀为NiC2O4,最后用H2还原NiC2O4得到镍。(1)“酸浸”时Fe3O4和稀硫酸发生反应生成硫酸铁、硫酸亚铁和水,离子方程式为Fe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O。“滤渣1”的主要成分是SiO2,可以用来制光导纤维、制玻璃、制纯硅等。(2)“转化”时Fe2+被H2O2氧化为Fe3+,氧化剂是H2O2,1molH2O2得到2mol电子,Fe2+是还原剂,1molFe2+失去1mol电子,根据得失电子守恒,理论上消耗的氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2。(3)“调pH”的目的是使Fe3+完全沉淀,而Ni2+不沉淀,根据表中数据可知应控制的pH范围是3.2~7.2。Fe2+开始沉淀的pH=7.5,则Ksp[Fe(OH)2]=c(Fe2+)c2(OH-)=0.01×(10-6.5)2=1.0×10-15,Fe2+沉淀完全时,c(Fe2+)=1.0×10-5mol·L-1,则此时溶液中c(OH-)=1.0×10-151.0×10-5mol·L-1=1.0×10-5mol·L-1,所以溶液的pOH=5,pH=14-5=9,即a=9。(4)草酸钠溶液碱性较强,可能会生成Ni(OH)2沉淀,草酸铵中草酸根离子和铵根离子都水解,使溶液的酸碱性保持在适合草酸镍生成沉淀而Ni(OH)2不沉淀的环境,所以不能用草酸钠代替草酸铵;根据流程中加入的物质,滤液的主要成分是(NH4)2SO4。(5)“还原”时NiC2O4与H2反应,气体产物为CO、CO2,且物质的量之比为1∶1,则碳元素的化合价既升高,又降低,且升高和降低的数值相等,该反应中Ni的化合价从+2价降低到0价,H的化合价从0价升高到+1价,则NiC2O4和H2的化学计量数相等,该反应的化学方程式为NiC29.(1)CO和SO2SiO2(2)3Fe2(SO4)3+6H2O+6Na2CO35Na2SO4+Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓+6CO2↑若Na2CO3过量,pH超过2.0,会加速Fe3+水解,产生Fe(OH)3沉淀,黄钠铁矾产率降低(3)取适量滤液1于试管中,滴加几滴K3[Fe(CN)6]溶液,无蓝色沉淀产生,说明Fe2+已被完全氧化(4)0.013(5)Fe2+的还原性强于Co2+,优先被NaClO溶液氧化为Fe3+,有利于得到较纯的黄钠铁矾(6)2Co(OH)SO4Co2O3+H2O↑+2SO3↑[解析](1)FeCoS4与焦炭、空气在熔剂作用下焙烧得到金属氧化物,生成SO2和CO气体,SiO2不溶于硫酸,则滤渣1的主要成分为SiO2。(2)滤液1中加入NaClO溶液,Fe2+转化为Fe3+,在溶液A中加入适量的Na2CO3溶液调节pH为1.6~2.0,生成黄钠铁矾[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀,根据原子守恒可知该反应的化学方程式为3Fe2(SO4)3+6H2O+6Na2CO35Na2SO4+Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓+6CO2↑;若Na2CO3过量,pH超过2.0,会加速Fe3+水解,产生Fe(OH)3沉淀,黄钠铁矾产率降低,所以此步骤加入Na2CO3不宜过量。(3)确定滤液1中的Fe2+被氧化完全,即检验滤液中无Fe2+,检验亚铁离子一般用K3[Fe(CN)6]溶液,所以确定滤液1中的Fe2+已被氧化完全的方法为取适量滤液1于试管中,滴加几滴K3[Fe(CN)6]溶液,无蓝色沉淀产生,说明Fe2+已被完全氧化。(4)当溶液中Mg2+刚好沉淀完全时,测得溶液的pH为3.5,c(H+)=10-3.5mol·L-1,根据MgF2的溶度积常数可知溶液中氟离子浓度为6.4×10-91.0×10-5mol·L-1=8×10-2.5mol·L-1,依据HF的电离常数可知此时溶液中HF的浓度为10-3.5×8×10-2.56.3×10-4mol·L-1≈0.013mol·L-1。(5)由于Fe2+的还原性强于Co2+,优先被NaClO溶液氧化为Fe3+,有利于得到较纯的黄钠铁矾,所以流程中NaClO溶液必须分两次加入。(10.(1)d(2)SiO2Cu2++FeSCuS+Fe2+(3)是不合理的稀硝酸被Fe2+还原为NO,污染环境(4)Cr3++4OH-CrO2-+2H2O(5)[解析]含镍废渣(主要成分为NiO、Fe3O4,还含有少量的CuO、Cr2O3、SiO2等杂质)加稀硫酸酸浸,其中SiO2不溶于稀硫酸,过滤除去,滤液中含Ni2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+和Cr3+;酸性滤液中加入FeS,将Cu2+形成沉淀CuS过滤除去;加入过氧化氢溶液,将Fe2+氧化为Fe3+后,加入Na2CO3溶液将Fe3+形成黄钠铁矾沉淀,过滤除去;再加入NaOH溶液将Ni2+形成沉淀,过滤出氢氧化镍后在空气中灼烧生成碱式氧化镍。(1)根据Fe、Ni元素基态原子核外电子排布式可知,二者在周期表中位于d区。(2)酸浸时SiO2不溶于稀硫酸,为滤渣;酸性滤液中加入FeS,将Cu2+形成沉淀CuS过滤除去,离子