2022新高考化學微題型《加練半小時》第3章微題型27金屬及其化合物制備流程(二)(V、Cr、Co、Ni、Mo)

1．(2020·四川綿陽南山中學高三模擬)工業(yè)上用含三價釩(V2O3)為主的某石煤為原料(含有Al2O3、CaO等雜質(zhì))，鈣化法焙燒制備V2O5，其流程如下：資料：＋5價釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關系：pH4～66～88～1010～12主要離子VOeq\o\al(＋,2)VOeq\o\al(－,3)V2Oeq\o\al(4－,7)VOeq\o\al(3－,4)(1)焙燒：向石煤中加生石灰焙燒，將V2O3轉(zhuǎn)化為Ca(VO3)2的化學方程式是___________。(2)酸浸：①Ca(VO3)2難溶于水，可溶于鹽酸。若焙砂酸浸時溶液的pH＝4，Ca(VO3)2溶于鹽酸的離子方程式是________________________________________________________________________。②酸度對釩和鋁的溶解量的影響如圖所示：酸浸時溶液的酸度控制在大約3.2%，根據(jù)下圖推測，酸浸時不選擇更高酸度的原因是________________________________________。(3)轉(zhuǎn)沉：將浸出液中的釩轉(zhuǎn)化為NH4VO3固體，其流程如下：①浸出液中加入石灰乳的作用是__________________。②已知常溫下CaCO3的溶度積常數(shù)為Ksp1，Ca3(VO4)2溶度積常數(shù)為Ksp2。過濾后的(NH4)3VO4溶液中VOeq\o\al(3－,4)的濃度為cmol·L－1，該溶液中COeq\o\al(2－,3)的濃度為____________mol·L－1。③向(NH4)3VO4溶液中加入NH4Cl溶液，控制溶液的pH＝7.5。當pH＞8時，NH4VO3的產(chǎn)量明顯降低，原因是______________________。(4)測定產(chǎn)品中V2O5的純度：稱取ag產(chǎn)品，先用硫酸溶解，得到(VO2)2SO4溶液。再加入b1mLc1mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2溶液(VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋Fe2＋=VO2＋＋Fe3＋＋H2O)，最后用c2mol·L－1KMnO4溶液滴定過量的(NH4)2Fe(SO4)2至終點，消耗KMnO4溶液的體積為b2mL。已知MnOeq\o\al(－,4)被還原為Mn2＋，假設雜質(zhì)不參與反應。則產(chǎn)品中V2O5的質(zhì)量分數(shù)是____________________。(V2O5的摩爾質(zhì)量：182g·mol－1)2．(2020·綿陽高三質(zhì)檢)元素鉻(Cr)在自然界主要以＋3價和＋6價存在。回答下列問題：Ⅰ.＋6價的Cr能引起細胞的突變而對人體不利，可以用亞硫酸鈉將其還原為＋3價的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，向濾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)生反應的離子方程式為_________________________________________________。c．由Cr2O3冶煉Cr可用鋁還原，寫出該反應的化學方程式：________________________。(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，用電化學法可制備重鉻酸鈉(Na2Cr2O7)，實驗裝置如圖所示(已知：2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O)。①陰極的電極反應式為________________________________________________________。②電解一段時間后，測得陽極區(qū)溶液中Na＋物質(zhì)的量由amol變?yōu)閎mol，則此時鉻酸鈉的轉(zhuǎn)化率為________。3．(2020·濟南聯(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。利用以下裝置測定堿式碳酸鈷[Cox(OH)y(CO3)z·H2O]的化學組成。已知：堿式碳酸鈷中鈷為＋2價，受熱時可分解生成三種氧化物。請回答下列問題：(1)選用以上裝置測定堿式碳酸鈷[Cox(OH)y(CO3)z·H2O]的化學組成，其正確的連接順序為a→b→______________(按氣流方向，用小寫字母表示)。(2)樣品分解完，打開止水夾K，緩緩通入氮氣數(shù)分鐘，通入氮氣的目的是_____________。(3)取堿式碳酸鈷樣品34.9g，通過實驗測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式為________________。(4)某興趣小組以含鈷廢料(含少量Fe、Al等雜質(zhì))制取CoCl2·6H2O的一種實驗設計流程如下：已知：25℃時沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3開始沉淀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的過程為______________________________________________、洗滌、干燥。4．(2020·全國卷Ⅲ，27)某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質(zhì)。采用如下工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體(NiSO4·7H2O)：溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金屬離子Ni2＋Al3＋Fe3＋Fe2＋開始沉淀時(c＝0.01mol·L－1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全時(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH8.74.73.29.0回答下列問題：(1)“堿浸”中NaOH的兩個作用分別是_______________________________________________________________________________________________________________。為回收金屬，用稀硫酸將“濾液①”調(diào)為中性，生成沉淀。寫出該反應的離子方程式________________________。(2)“濾液②”中含有的金屬離子是________________。(3)“轉(zhuǎn)化”中可替代H2O2的物質(zhì)是__________。若工藝流程改為先“調(diào)pH”后“轉(zhuǎn)化”，即，“濾液③”中可能含有的雜質(zhì)離子為_____________。(4)利用上述表格數(shù)據(jù)，計算Ni(OH)2的Ksp＝__________________________________________________________________________________________________(列出計算式)。如果“轉(zhuǎn)化”后的溶液中Ni2＋濃度為1.0mol·L－1，則“調(diào)pH”應控制的pH范圍是________。(5)硫酸鎳在強堿溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作鎳鎘電池正極材料的NiOOH。寫出該反應的離子方程式________________________________________________________。(6)將分離出硫酸鎳晶體后的母液收集、循環(huán)使用，其意義是______________________。5．(2020·蘇州高三月考)鉬是一種重要的過渡金屬元素，通常用作合金及不銹鋼的添加劑，可增強合金的強度、硬度、可焊性等。鉬酸鈉晶體(Na2MoO4·2H2O)可作為無公害型冷卻水系統(tǒng)的金屬腐蝕抑制劑，如圖所示是化工生產(chǎn)中以輝鉬礦[主要成分為硫化鉬(MoS2)]為原料來制備金屬鉬和鉬酸鈉晶體的主要流程。(1)已知反應③為復分解反應，則鉬酸中鉬元素的化合價為____________________。(2)反應⑥的離子方程式為________________________________________________。(3)輝鉬礦燃燒時的化學方程式為__________________________________________。(4)操作X為____________________________________________________________。已知鉬酸鈉在一定溫度范圍內(nèi)的析出物質(zhì)及相應物質(zhì)的溶解度如下表，則在操作X中應控制溫度的最佳范圍為________(填字母)。溫度/℃0491015.53251.5100＞100析出物質(zhì)Na2MoO4·10H2ONa2MoO4·2H2ONa2MoO4溶解度30.6333.8538.1639.2839.2739.8241.2745.57—A.0～10℃ B．10～100℃C．15.5～50℃ D．100℃以上(5)制備鉬酸鈉晶體還可用通過向精制的輝鉬礦中直接加入次氯酸鈉溶液氧化的方法，若在氧化過程中還有硫酸鈉生成，則氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為______。(6)Li、MoS2可用作充電電池的電極，其工作原理為xLi＋nMoS2eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Lix(MoS2)n[Lix(MoS2)n附著在電極上]，則電池充電時陽極的電極反應式為______________________________________________________________________________________________________。(7)可用還原性氣體(CO和H2)還原MoO3制取金屬鉬，工業(yè)上制備還原性氣體CO和H2的反應原理之一為CO2＋CH4eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO＋2H2。含甲烷體積分數(shù)為90%的7L(標準狀況)天然氣與足量二氧化碳在高溫下反應，甲烷轉(zhuǎn)化率為80%，用產(chǎn)生的CO和H2還原MoO3制取金屬鉬，理論上能生產(chǎn)鉬的質(zhì)量為________(Mo相對原子量為96)。

答案精析1．(1)CaO＋O2＋V2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))Ca(VO3)2(2)①Ca(VO3)2＋4H＋=2VOeq\o\al(＋,2)＋Ca2＋＋2H2O②酸度大于3.2%時，釩的溶解量增大不明顯，而鋁的溶解量增大明顯(3)①調(diào)節(jié)溶液的pH，并提供Ca2＋，形成Ca3(VO4)2沉淀②Ksp1eq\r(3,\f(c2,Ksp2))③當pH＞8時，釩的主要存在形式不是VOeq\o\al(－,3)(4)eq\f(91b1c1－5b2c2,1000a)×100%解析(3)焙燒過程將V2O3轉(zhuǎn)化為Ca(VO3)2，用鹽酸酸浸，浸出液中含有VOeq\o\al(＋,2)、Al3＋、Ca2＋、Cl－、H＋，加入石灰乳調(diào)節(jié)pH得到Ca3(VO4)2沉淀，由表中數(shù)據(jù)可知，應控制pH范圍為10～12，由Ca(VO3)2→Ca3(VO4)2，可知氫氧化鈣還提供Ca2＋。過濾分離，Ca3(VO4)2與碳酸銨反應轉(zhuǎn)化為更難溶的CaCO3沉淀，c(Ca2＋)降低，使釩從沉淀中轉(zhuǎn)移到溶液中形成(NH4)3VO4溶液，溶液中加入NH4Cl，調(diào)節(jié)溶液pH，同時溶液中NHeq\o\al(＋,4)增大，有利于析出NH4VO3；①浸出液中加入石灰乳的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，并提供Ca2＋，形成Ca3(VO4)2沉淀。②根據(jù)Ksp的表達式計算得：c(COeq\o\al(2－,3))＝eq\f(Ksp1,cCa2＋)＝eq\f(Ksp1,\r(3,\f(Ksp2,c2VO\o\al(3－,4))))＝Ksp1eq\r(3,\f(c2,Ksp2))。③當pH＞8時，釩的主要存在形式不是VOeq\o\al(－,3)，NH4VO3的產(chǎn)量明顯降低。(4)加入高錳酸鉀發(fā)生反應：5Fe2＋＋MnOeq\o\al(－,4)＋8H＋=Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O，反應消耗KMnO4為b2×10－3L×c2mol·L－1＝b2c2×10－3mol，剩余的Fe2＋物質(zhì)的量為5b2c2×10－3mol，與VOeq\o\al(＋,2)反應Fe2＋物質(zhì)的量為b1×10－3L×c1mol·L－1－5b2c2×10－3mol＝(b1c1－5b2c2)×10－3mol，由關系式：V2O5～2NH4VO3～2VOeq\o\al(＋,2)～2Fe2＋，可知n(V2O5)＝eq\f(1,2)(b1c1－5b2c2)×10－3mol，故產(chǎn)品中V2O5的質(zhì)量分數(shù)為eq\f(\f(1,2)×b1c1－5b2c2×10－3mol×182g·mol－1,ag)×100%＝eq\f(91b1c1－5b2c2,1000a)×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%解析Ⅰ.根據(jù)電子得失守恒的原則進行配平。Ⅱ.(1)a.影響化學反應速率的因素：固體物質(zhì)的比表面積大小，比表面積越大，反應速率越快。加快焙燒速率和提高原料的利用率，可采取的措施是將鉻鐵礦粉碎等；b.浸出液的主要成分為Na2CrO4，具有強氧化性，能將S2－氧化為SOeq\o\al(2－,4)，則向濾液中加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，會發(fā)生復分解反應產(chǎn)生白色沉淀硫酸鋇。(2)Cr(OH)3為兩性氫氧化物，溶于濃NaOH溶液發(fā)生非氧化還原反應：Cr(OH)3＋OH－=CrOeq\o\al(－,2)＋2H2O。(3)②根據(jù)2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O，陽極區(qū)Na＋減少的量，即是上述反應消耗H＋的量，遷移的Na＋為(a－b)mol，則轉(zhuǎn)化的鉻酸鈉也為(a－b)mol，鉻酸鈉的轉(zhuǎn)化率為eq\f(a－b,\f(a,2))×100%＝eq\f(2a－b,a)×100%。3．(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入實驗裝置影響實驗結(jié)果。(2)為了保證數(shù)據(jù)的準確性，通入氮氣使產(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，化學式為Co3(OH)2(CO3)2·H2O。(4)①操作Ⅰ為過濾，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、過濾、洗滌、干燥。4．(1)除去油脂，溶解鋁及其氧化物AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓(2)Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋(3)O2或空氣Fe3＋(4)0.01×(107.2－14)2[或10－5×(108.7－14)2]3.2～6.2(5)2Ni2＋＋C