特殊金属及其化合物(Li-Sr-Pb-Zn-Ti-Mo)---制备流程综合运用(含解析).doc

2020届高考化学第二轮专题复习课时提升训练
特殊金属及其化合物（Li Sr Pb Zn Ti Mo）
-----制备流程综合运用
1、钼是一种重要的过渡金属元素，通常用作合金及不锈钢的添加剂，可增强合金的强度、硬度、可焊性等。钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)可作为无公害型冷却水系统的金属腐蚀抑制剂，如图所示是化工生产中以辉钼矿[主要成分为硫化钼(MoS2)]为原料来制备金属钼和钼酸钠晶体的主要流程。

(1)已知反应③为复分解反应，则钼酸中钼元素的化合价为____________。
(2)反应⑥的离子方程式为___________________________。
(3)辉钼矿燃烧时的化学方程式为________________。
(4)操作X为_______________。
已知钼酸钠在一定温度范围内的析出物质及相应物质的溶解度如下表，则在操作X中应控制温度的最佳范围为________(填字母)。
温度/℃
0
4
9
10
15.5
32
51.5
100
＞100
析出物质
Na2MoO4·10H2O
Na2MoO4·2H2O
Na2MoO4
溶解度
30.63
33.85
38.16
39.28
39.27
39.82
41.27
45.57
—
A.0～10℃ B．10～100℃
C．15.5～50℃ D．100℃以上
(5)制备钼酸钠晶体还可用通过向精制的辉钼矿中直接加入次氯酸钠溶液氧化的方法，若在氧化过程中还有硫酸钠生成，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(6)Li、MoS2可用作充电电池的电极，其工作原理为xLi＋nMoS2Lix(MoS2)n[Lix(MoS2)n附着在电极上]，则电池充电时阳极的电极反应式为________________________________________。
(7)可用还原性气体(CO和H2)还原MoO3制取金属钼，工业上制备还原性气体CO和H2的反应原理之一为CO2＋CH42CO＋2H2。含甲烷体积分数为90%的7L(标准状况)天然气与足量二氧化碳在高温下反应，甲烷转化率为80%，用产生的CO和H2还原MoO3制取金属钼，理论上能生产钼的质量为________(Mo相对原子量为96)。
答案：(1)＋6　(2)MoO3＋2OH－===MoO＋H2O
(3)2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2
(4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤　C
(5)9∶1
(6)Lix(MoS2)n－xe－===nMoS2＋xLi＋
(7)28.8g
解析　(1)根据钼酸铵的化学式可知，钼元素的化合价为＋6价，由于反应③为复分解反应，则钼酸中钼元素的化合价为＋6价。
(2)MoO3与强碱溶液反应生成Na2MoO4和水，反应的离子方程式为MoO3＋2OH－===MoO＋H2O。
(3)根据流程图可以看出，辉钼矿在空气中焙烧生成MoO3，化学方程式为2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2。
(4)由Na2MoO4溶液得到Na2MoO4·2H2O晶体，需要进行的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；根据表中数据可知，要析出Na2MoO4·2H2O晶体，温度至少要高于15.5 ℃，而温度高于51.5 ℃时该物质溶解度较大，产率较低，因此C选项符合题意。
(5)次氯酸钠作氧化剂，被还原为氯化钠，辉钼矿中MoS2作还原剂，被氧化为MoO和SO，次氯酸钠中Cl元素化合价降低2价，MoS2中Mo元素化合价升高2价，1个S元素化合价升高8价，共升高18价，因此，氧化剂与还原剂的物质的量之比为9∶1。
(6)放电为原电池，充电为电解池，电解池阳极发生氧化反应，Lix(MoS2)n失电子变为MoS2，电极反应式为Lix(MoS2)n－xe－===nMoS2＋xLi＋。
(7)根据反应CO2＋CH42CO＋2H2可知，1体积的甲烷发生反应生成4体积的还原性气体，还原性气体总体积为7 L×90%×80%×4＝20.16 L，在标准状况下还原性气体总物质的量为0.9 mol；生成1 mol Mo消耗3 mol CO和H2，所以生成的n(Mo)＝＝0.3 mol，钼的质量m(Mo)＝0.3 mol×96 g·mol－1＝28.8 g。
2、锂被誉为“金属味精”，以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以β­锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6，还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下：

已知：
①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH：
氢氧化物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mg(OH)2
开始沉淀时的pH
1.9
3.4
9.1
完全沉淀时的pH
3.2
4.7
11.1

②Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表：
温度/℃
0
10
20
50
75
100
Li2CO3的溶解度/g
1.539
1.406
1.329
1.181
0.866
0.728
请回答下列问题：
(1)用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成_______________________________________。
(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是__________________。
(3)写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式： __________________。
(4)洗涤所得Li2CO3沉淀要使用________(填“热水”或“冷水”)，理由是______________________________________________。
(5)流程中两次使用了Na2CO3溶液，第一次浓度小，第二次浓度大的原因是___________________________________________________。
(6)该工艺中，电解熔融氯化锂生产锂时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，原因是_________________________________。
答案：(1)Li2O·Al2O3·4SiO2
(2)除去反应Ⅰ中过量的H2SO4；控制pH，使Fe3＋、Al3＋完全沉淀
(3)Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓、Ca2＋＋CO===CaCO3↓
(4)热水　Li2CO3在较高温度下溶解度小，用热水洗涤可减少Li2CO3的溶解损耗
(5)第一次浓度过大会使部分Li＋沉淀，第二次浓度大则有利于Li2CO3沉淀的生成
(6)加热蒸干LiCl溶液时，有少量LiCl水解生成LiOH，LiOH受热分解生成Li2O，电解时产生O2
3、高纯六水氯化锶晶体(SrCl2·6H2O)具有很高的经济价值，工业上用碳酸锶(SrCO3)粉为原料(含少量钡和铁的化合物等)制备高纯六水氯化锶晶体的过程如下：

已知：①M(SrCl2·6H2O)＝267g·mol－1
②Ksp(SrSO4)＝3.3×10－7、Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10
③经盐酸浸取后，溶液中除含有Sr2＋和Cl－外，还含有少量Ba2＋、Fe2＋、Fe3＋杂质
④SrCl2·6H2O晶体在61℃时开始失去结晶水，100℃时失去全部结晶水
请回答下列问题：
(1)已知Sr为第五周期ⅡA族元素，则不符合Sr>Ca的是________(填序号)。
①原子半径　②最外层电子数　③金属性　④最高价氧化物对应的水化物的碱性
(2)写出碳酸锶与盐酸反应的离子方程式： ___________。
(3)工业上用热风吹干六水氯化锶，适宜的温度是______(填字母)。
A．50～60℃ B．70～80℃
C．80～100℃ D．100℃以上
(4)步骤④的操作是______________、__________、过滤。
(5)加入硫酸的目的是________________。
(6)若滤液中Ba2＋的浓度为1×10－5mol·L－1，依据题给信息计算滤液中Sr2＋的物质的量浓度为________mol·L－1。
答案：(1)②
(2)SrCO3＋2H＋===Sr2＋＋CO2↑＋H2O
(3)A
(4)蒸发浓缩　冷却结晶
(5)除去Ba2＋杂质　
(6)0.03
解析　(1)根据同主族元素性质变化规律不难得出②选项不正确。(2)SrCO3类似于CaCO3，与盐酸反应的离子方程式为SrCO3＋2H＋===Sr2＋＋CO2↑＋H2O。(3)根据题目信息知SrCl2·6H2O晶体在61℃时开始失去结晶水，100℃时失去全部结晶水。工业上用热风吹干六水氯化锶但又不能脱去结晶水，所以选A。(4)第③步过滤后滤液的溶质为SrCl2，从溶液中获得SrCl2·6H2O晶体，还须进行的操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。(5)由于BaSO4是难溶于水的物质，所以在操作过程中加入硫酸是使溶液中的Ba2＋形成BaSO4沉淀而除去Ba2＋杂质。(6)Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10，由于溶液中Ba2＋浓度为1×10－5mol·L－1，则c(SO)＝[1.1×10－10÷(1×10－5)]mol·L－1＝1.1×10－5mol·L－1，根据Ksp(SrSO4)＝3.3×10－7可知，c(Sr2＋)＝[3.3×10－7÷(1.1×10－5)]mol·L－1＝3.0×10－2mol·L－1＝0.03mol·L－1。
4、用废铅蓄电池的铅泥(含PbSO4、PbO和Pb等)制备精细化工产品PbSO4·3PbO·H2O(三盐)的主要流程如下：

已知：常温下，Ksp(PbSO4)≈2.0×10－8，Ksp(PbCO3)≈1.0×10－13。回答下列问题：
(1)铅蓄电池在生活中有广泛应用，其工作原理是Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。铅蓄电池在充电时，阳极的电极反应式为__________________________________________。若铅蓄电池放电前，正、负极电极质量相等，如果放电时转移了1mol电子，则理论上两电极质量之差为________。
(2)将滤液1、滤液3合并，经蒸发浓缩、降温结晶、过滤等操作，得到一种结晶水合物(Mr＝322)，其化学式为______________。
(3)步骤③酸溶时铅与硝酸反应生成Pb(NO3)2及NO的离子方程式为____________；滤液2中溶质的主要成分为________________(写化学式)。
(4)步骤⑥合成三盐的化学方程式为_______________________。
(5)步骤⑦洗涤过程中，检验沉淀是否洗涤干净的方法是
________________________________________。
(6)在步骤①的转化中，若硫酸铅和碳酸铅在浊液中共存，则＝________。
答案：(1)PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋SO＋4H＋　16g
(2)Na2SO4·10H2O
(3)3Pb＋8H＋＋2NO===3Pb2＋＋2NO↑＋4H2O　HNO3
(4)4PbSO4＋6NaOHPbSO4·3PbO·H2O↓＋3Na2SO4＋2H2O
(5)取少量最后一次的洗涤液于洁净的试管中，向其中滴加硝酸酸化的Ba(NO3)2溶液，若产生白色沉淀，则沉淀未洗涤干净；否则，已洗涤干净
(6)2.0×105
5、锌焙砂主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物。如图是工业上利用锌焙砂制取金属锌的流程图。

(1)酸浸时ZnFe2O4会生成两种盐，该反应的化学方程式为______________________。
(2)净化Ⅰ操作分为两步：第一步是将溶液中少量的Fe2＋氧化；第二步是控制溶液pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀。
①写出酸性条件下H2O2与Fe2＋反应的离子方程式：
______________________________________________。
②25℃时，pH＝3的溶液中c(Fe3＋)＝___________mol·L－1。(已知25℃时，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38)
③净化Ⅰ生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是_____________________________________。
(3)本流程中可以循环利用的物质除硫酸锌外还有_
__________________________________________(写化学式)。
(4)若没有净化Ⅱ操作，则对锌的制备带来的影响是_______。
答案：(1)ZnFe2O4＋4H2SO4===ZnSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O
(2)①H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　②4.0×10－5　③Fe(OH)3胶体具有吸附性
(3)H2SO4、Zn　(4)制取的锌含铜、镍等杂质
6、工业由钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量Fe2O3、Al2O3、FeO、SiO2等杂质)制备TiCl4的工艺流程如下：

已知：
①酸浸　FeTiO3(s)＋2H2SO4(aq)===FeSO4(aq)＋TiOSO4(aq)＋2H2O(l)
②水解　TiOSO4(aq)＋2H2O(l)H2TiO3(s)＋H2SO4(aq)
③煅烧　H2TiO3(s)TiO2(s)＋H2O(g)
(1)FeTiO3中钛元素的化合价为__________，试剂A为____________________。
(2)碱浸过程发生反应的离子方程式为____________________。
(3)酸浸后需将溶液温度冷却至70℃左右，若温度过高会导致最终产品吸收率过低，原因是____________________________。
(4)上述流程中氯化过程的化学方程式为
________________________________________。
已知TiO2(s)＋2Cl2(g) TiCl4(l)＋O2(g)　ΔH＝＋151kJ·mol－1。该反应极难进行，当向反应体系中加入碳后，则反应在高温条件下能顺利发生。从化学平衡的角度解释原因是
____________________________________________。
(5)TiCl4极易水解，利用此性质可制备纳米级TiO2·xH2O，该反应的化学方程式是_________________________________________。
答案：(1)＋4　Fe(或铁)
(2)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O、SiO2＋2OH－===SiO＋H2O
(3)温度过高会导致TiOSO4提前水解生成H2TiO3沉淀
(4)TiO2＋C＋2Cl2TiCl4＋CO2　C与O2反应，O2的浓度减小使平衡向右移动；C与O2反应放热，温度升高，使平衡向右移动，促使反应顺利进行
(5)TiCl4＋(x＋2)H2OTiO2·xH2O＋4HCl
解析　(1)根据酸浸反应FeTiO3(s)＋2H2SO4(aq)===FeSO4(aq)＋TiOSO4(aq)＋2H2O(l)可知，FeTiO3中Fe元素化合价为＋2价，则Ti元素为＋4价。然后加入试剂A[Fe(或铁)]，发生反应2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。(2)碱浸的目的是除去Al2O3和SiO2等杂质，发生反应的离子方程式为Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O、SiO2＋2OH－===SiO＋H2O。(3)酸浸后需将溶液温度冷却至70℃左右，温度过高会导致TiOSO4提前发生水解反应：TiOSO4(aq)＋2H2O(l)H2TiO3(s)＋H2SO4(aq)，生成H2TiO3沉淀，导致最终产品吸收率过低。(4)该工业流程中氯化过程的化学方程式为TiO2＋C＋2Cl2TiCl4＋CO2；由于TiO2(s)＋2Cl2(g) TiCl4(l)＋O2(g)为可逆反应，且正反应为吸热反应，加入碳粉后，C与O2反应，O2的浓度减小使平衡向右移动；C与O2反应放热，温度升高，使平衡向右移动，促使反应顺利进行。(5)TiCl4极易水解生成纳米级TiO2·xH2O，该反应的化学方程式为TiCl4＋(x＋2)H2OTiO2·xH2O＋4HCl。