高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 【升級(jí)版】微專題17 熱點(diǎn)金屬及其化合物制備流程(V、Cr、Mn、Co、Ni) (原卷版)(全國(guó)版)_第1頁
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微專題17熱點(diǎn)金屬及其化合物制備流程(V、Cr、Mn、Co、Ni)微專題17熱點(diǎn)金屬及其化合物制備流程(V、Cr、Mn、Co、Ni)1.(2023·全國(guó)·統(tǒng)考高考真題)LiMn2O4作為一種新型鋰電池正極材料受到廣泛關(guān)注。由菱錳礦(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制備LiMn2O4的流程如下:已知:Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Ni(OH)2]=5.5×10-16。回答下列問題:(1)硫酸溶礦主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為。為提高溶礦速率,可采取的措施(舉1例)。(2)加入少量MnO2的作用是。不宜使用H2O2替代MnO2,原因是。(3)溶礦反應(yīng)完成后,反應(yīng)器中溶液pH=4,此時(shí)c(Fe3+)=mol·L-1;用石灰乳調(diào)節(jié)至pH≈7,除去的金屬離子是。(4)加入少量BaS溶液除去Ni2+,生成的沉淀有。(5)在電解槽中,發(fā)生電解反應(yīng)的離子方程式為。隨著電解反應(yīng)進(jìn)行,為保持電解液成分穩(wěn)定,應(yīng)不斷。電解廢液可在反應(yīng)器中循環(huán)利用。(6)煅燒窯中,生成LiMn2O4反應(yīng)的化學(xué)方程式是。一、五氧化二釩提取工藝傳統(tǒng)工藝(1)國(guó)內(nèi)目前的提釩工藝多為食鹽鈉化焙燒工藝流程。(2)無鹽焙燒-酸浸-溶劑萃取工藝:無鹽焙燒-酸浸-溶劑萃取工藝一般包括焙燒、酸浸、沉釩、制偏釩酸銨和煅燒幾個(gè)步驟。二、鉻的工業(yè)制備工藝流程:

電解法生產(chǎn)一般用碳素鉻鐵作原料,采用鉻銨礬法電解流程如圖2。三、錳的工業(yè)制備工藝流程四、鈷的工業(yè)制備工藝流程五、鎳的工業(yè)制備工藝流程火法冶煉火法冶煉的冶煉工藝可分為還原熔煉鎳鐵工藝和還原硫化熔煉鎳锍工藝兩種。火法冶煉適合處理硅鎂鎳類型礦(即礦床下部硅、鎂的含量比較高、鐵含量較低、鈷含量也較低的礦石)。其中用的最多的是還原熔煉鎳鐵工藝。1.(2023·全國(guó)·統(tǒng)考高考真題)鉻和釩具有廣泛用途。鉻釩渣中鉻和釩以低價(jià)態(tài)含氧酸鹽形式存在,主要雜質(zhì)為鐵、鋁、硅、磷等的化合物,從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的一種流程如下圖所示:

已知:最高價(jià)鉻酸根在酸性介質(zhì)中以Cr2O存在,在堿性介質(zhì)中以CrO存在?;卮鹣铝袉栴}:(1)煅燒過程中,釩和鉻被氧化為相應(yīng)的最高價(jià)含氧酸鹽,其中含鉻化合物主要為(填化學(xué)式)。(2)水浸渣中主要有SiO2和。(3)“沉淀”步驟調(diào)pH到弱堿性,主要除去的雜質(zhì)是。(4)“除硅磷”步驟中,使硅、磷分別以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀,該步需要控制溶液的pH≈9以達(dá)到最好的除雜效果,若pH<9時(shí),會(huì)導(dǎo)致;pH>9時(shí),會(huì)導(dǎo)致。(5)“分離釩”步驟中,將溶液pH調(diào)到1.8左右得到V2O5沉淀,V2O5在pH<1時(shí),溶解為VO或VO3+在堿性條件下,溶解為VO或VO,上述性質(zhì)說明V2O5具有(填標(biāo)號(hào))。A.酸性

B.堿性

C.兩性(6)“還原”步驟中加入焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)溶液,反應(yīng)的離子方程式為。1.(2023·北京·統(tǒng)考高考真題)以銀錳精礦(主要含、、)和氧化錳礦(主要含)為原料聯(lián)合提取銀和錳的一種流程示意圖如下。

已知:酸性條件下,的氧化性強(qiáng)于。(1)“浸錳”過程是在溶液中使礦石中的錳元素浸出,同時(shí)去除,有利于后續(xù)銀的浸出:礦石中的銀以的形式殘留于浸錳渣中。①“浸錳”過程中,發(fā)生反應(yīng),則可推斷:(填“>”或“<”)。②在溶液中,銀錳精礦中的和氧化錳礦中的發(fā)生反應(yīng),則浸錳液中主要的金屬陽離子有。(2)“浸銀”時(shí),使用過量和的混合液作為浸出劑,將中的銀以形式浸出。①將“浸銀”反應(yīng)的離子方程式補(bǔ)充完整:。②結(jié)合平衡移動(dòng)原理,解釋浸出劑中的作用:。(3)“沉銀”過程中需要過量的鐵粉作為還原劑。①該步反應(yīng)的離子方程式有。②一定溫度下,的沉淀率隨反應(yīng)時(shí)間的變化如圖所示。解釋分鐘后的沉淀率逐漸減小的原因:。

(4)結(jié)合“浸錳”過程,從兩種礦石中各物質(zhì)利用的角度,分析聯(lián)合提取銀和錳的優(yōu)勢(shì):。2.(2023·湖南·統(tǒng)考高考真題)金屬對(duì)有強(qiáng)吸附作用,被廣泛用于硝基或羰基等不飽和基團(tuán)的催化氫化反應(yīng),將塊狀轉(zhuǎn)化成多孔型雷尼后,其催化活性顯著提高。已知:①雷尼暴露在空氣中可以自燃,在制備和使用時(shí),需用水或有機(jī)溶劑保持其表面“濕潤(rùn)”;②鄰硝基苯胺在極性有機(jī)溶劑中更有利于反應(yīng)的進(jìn)行。某實(shí)驗(yàn)小組制備雷尼并探究其催化氫化性能的實(shí)驗(yàn)如下:步驟1:雷尼的制備步驟2:鄰硝基苯胺的催化氫化反應(yīng)反應(yīng)的原理和實(shí)驗(yàn)裝置圖如下(夾持裝置和攪拌裝置略)。裝置Ⅰ用于儲(chǔ)存和監(jiān)測(cè)反應(yīng)過程?;卮鹣铝袉栴}:(1)操作(a)中,反應(yīng)的離子方程式是;(2)操作(d)中,判斷雷尼被水洗凈的方法是;(3)操作(e)中,下列溶劑中最有利于步驟2中氫化反應(yīng)的是_______;A.丙酮 B.四氯化碳 C.乙醇 D.正己烷(4)向集氣管中充入時(shí),三通閥的孔路位置如下圖所示:發(fā)生氫化反應(yīng)時(shí),集氣管向裝置Ⅱ供氣,此時(shí)孔路位置需調(diào)節(jié)為;(5)儀器M的名稱是;(6)反應(yīng)前應(yīng)向裝置Ⅱ中通入一段時(shí)間,目的是;(7)如果將三頸瓶N中的導(dǎo)氣管口插入液面以下,可能導(dǎo)致的后果是;(8)判斷氫化反應(yīng)完全的現(xiàn)象是。3.(2023·湖北·統(tǒng)考高考真題)是生產(chǎn)多晶硅的副產(chǎn)物。利用對(duì)廢棄的鋰電池正極材料進(jìn)行氯化處理以回收Li、Co等金屬,工藝路線如下:

回答下列問題:(1)Co位于元素周期表第周期,第族。(2)燒渣是LiCl、和的混合物,“500℃焙燒”后剩余的應(yīng)先除去,否則水浸時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量煙霧,用化學(xué)方程式表示其原因。(3)鑒別洗凈的“濾餅3”和固體常用方法的名稱是。(4)已知,若“沉鈷過濾”的pH控制為10.0,則溶液中濃度為?!?50℃煅燒”時(shí)的化學(xué)方程式為。(5)導(dǎo)致比易水解的因素有(填標(biāo)號(hào))。a.Si-Cl鍵極性更大

b.Si的原子半徑更大c.Si-Cl鍵鍵能更大

d.Si有更多的價(jià)層軌道4.(2023春·湖北·高三校聯(lián)考階段練習(xí))釩是人體必需的微量元素,對(duì)維持機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育、促進(jìn)造血功能等有重要作用。某釩渣中釩(V)主要以形式存在,還含有、、等物質(zhì)。以釩渣為原料制備的工藝流程如下:

已知:常溫下,溶液中金屬離子沉淀的pH如下表所示:金屬離子開始沉淀pH1.97.03.0完全沉淀pH3.29.04.7(1)“焙燒”過程中發(fā)生的主要反應(yīng)化學(xué)方程式為。(2)“酸浸”時(shí),轉(zhuǎn)化為,反應(yīng)的離子方程式為。濾渣的主要成分為(填化學(xué)式)。(3)“調(diào)pH”時(shí),若溶液中的鋁元素恰好沉淀完全,則(當(dāng)溶液中離子濃度時(shí),認(rèn)為沉淀完全)。(4)“還原”中,逐步被還原成,其中轉(zhuǎn)化為的離子方程式為。(5)副產(chǎn)品中可提取。資料顯示,硫酸鋅結(jié)晶水合物的形態(tài)與溫度有如下關(guān)系:溫度低于39℃39~60℃60~100℃晶體形態(tài)從溶液中獲得穩(wěn)定的晶體的操作是,,過濾,洗滌,干燥。(6)為測(cè)定粗產(chǎn)品中釩的含量,取2.50g粗產(chǎn)品配成500mL溶液,取50.00mL溶液于錐形瓶中,用標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,平行滴定三次,消耗溶液體積的平均值為26.50mL。該反應(yīng)方程式為。則該產(chǎn)品中釩元素的元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為%(結(jié)果保留兩位小數(shù))。5.(2023·山東濰坊·統(tǒng)考三模)可用于油漆顏料及羊毛處理。工業(yè)上以高鐵鉻鐵礦(主要成分為,含、、等雜質(zhì))為原料生產(chǎn)和金屬Al的工藝流程如圖。

已知:I.“焙燒”過程中,反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Ⅱ.若溶液中相關(guān)離子的物質(zhì)的量濃度為c,則常溫時(shí),lgc與溶液pH的關(guān)系如圖所示。Ⅲ.(黃色)(橙色)

?;卮鹣铝袉栴}:

(1)“焙燒”時(shí),發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(2)“水浸”后濾渣主要成分為(填化學(xué)式);“調(diào)pH”時(shí)通入的“氣體X”是。(3)常溫下,圖像上M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溶液。(4)用稀硫酸進(jìn)行“酸浸”,調(diào)節(jié)溶液pH的最大值為。“沉鋁”后的母液Ⅱ的主要成分為。(5)加入“析鉻”時(shí),被還原的離子方程式為。1.(2023·廣東·統(tǒng)考高考真題)均是重要的戰(zhàn)略性金屬。從處理后的礦石硝酸浸取液(含)中,利用氨浸工藝可提取,并獲得高附加值化工產(chǎn)品。工藝流程如下:

已知:氨性溶液由、和配制。常溫下,與形成可溶于水的配離子:;易被空氣氧化為;部分氫氧化物的如下表。氫氧化物回答下列問題:(1)活性可與水反應(yīng),化學(xué)方程式為。(2)常溫下,的氨性溶液中,(填“>”“<”或“=”)。(3)“氨浸”時(shí),由轉(zhuǎn)化為的離子方程式為。(4)會(huì)使濾泥中的一種膠狀物質(zhì)轉(zhuǎn)化為疏松分布的棒狀顆粒物。濾渣的X射線衍射圖譜中,出現(xiàn)了的明銳衍射峰。①屬于(填“晶體”或“非晶體”)。②提高了的浸取速率,其原因是。(5)①“析晶”過程中通入的酸性氣體A為。②由可制備晶體,其立方晶胞如圖。與O最小間距大于與O最小間距,x、y為整數(shù),則在晶胞中的位置為;晶體中一個(gè)周圍與其最近的O的個(gè)數(shù)為。

(6)①“結(jié)晶純化”過程中,沒有引入新物質(zhì)。晶體A含6個(gè)結(jié)晶水,則所得溶液中與的比值,理論上最高為。②“熱解”對(duì)于從礦石提取工藝的意義,在于可重復(fù)利用和(填化學(xué)式)。2.(2023·重慶·校聯(lián)考三模)黏土釩礦主要成分為釩的+3、+4、+5價(jià)的化合物以及、等,采用如圖所示工藝流程可由黏土釩礦制備。

已知:①釩的化合物溶于酸后多以形式存在。②釩元素的存在形態(tài)較多,部分四價(jià)釩和五價(jià)釩物種的分布分?jǐn)?shù)與的關(guān)系如圖所示。

(1)基態(tài)V原子的價(jià)電子排布圖為:,的空間構(gòu)型為:。(2)寫出“酸浸氧化”時(shí)轉(zhuǎn)化為發(fā)生反應(yīng)的離子方程式。(3)加入控制溶液的,其目的是。(4)“濾液1”中主要的陰離子有以及。寫出形成“濾渣2”主要成分發(fā)生反應(yīng)的離子方程式。(5)“沉釩”時(shí)控制溶液約為7,生成偏釩酸銨固體。沉釩率隨溫度變化如圖,溫度高于,沉釩率下降的原因是。(6)在“煅燒”的過程中,殘留固體的質(zhì)量隨溫度變化的曲線如圖所示,則A點(diǎn)剩余固體的成分為(填化學(xué)式)。

3.(2023·江西新余·統(tǒng)考二模)鉻廣泛應(yīng)用于冶金、化工、航天等領(lǐng)域。工業(yè)上以鉻鐵礦(主要成分為,含有少量)為原料制備金屬鉻的工藝流程如圖所示:

回答下列問題:(1)為提高焙燒效率,可以采取的措施為。(2)亞鉻酸亞鐵()中的化合價(jià)為,“焙燒”中反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(3)“酸化”中反應(yīng)的離子方程式為,已知:酸化”后溶液中,2×10-8。則該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)等于。(4)“沉鋁”需控制的原因?yàn)椤?5)以鉻酸鉀(K2CrO4)為原料,用電化學(xué)法制備重鉻酸鉀的實(shí)驗(yàn)裝置如圖。

測(cè)定陽極液中K和Cr的含量,若K與Cr的物質(zhì)的量之比(nK/nCr)為a,則此時(shí)鉻酸鉀的轉(zhuǎn)化率為。4.(2023·河南安陽·統(tǒng)考三模)Mn3O4可用作電子計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)信息的磁芯、磁盤等。常溫下,以軟錳礦(主要成分是MnO2,還含有少量的Fe2O3、Al2O3)為原料制備Mn3O4的工藝流程如圖所示。

該工藝條件下,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Fe3+Fe2+Al3+Mn2+開始沉淀的pH2.17.03.58.2完全沉淀的pH10.2回答下列問題:(1)“酸浸”后的浸取液中,錳、鐵以Mn2+、Fe2+的形式存在,MnO2參加反應(yīng)的離子方程式為。(2)①“調(diào)pH”的范圍為。該過程中,加入H2O2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為;X試劑最適宜的是(填字母)。a.氨水

b.CaO固體c.MnCO3d.MnO2②若用Mn+表示浸取液中的金屬離子,結(jié)合化學(xué)用語用平衡移動(dòng)原理解釋形成濾渣1的原因:。(3)“沉錳”時(shí),為了加快沉錳的反應(yīng)速率,可升高反應(yīng)溫度,當(dāng)溫度達(dá)到50°C后,隨著溫度升高,Mn2+的沉淀率會(huì)降低,其可能原因是。(4)“沉錳”后的濾液2中存在的主要陽離子是。(填離子符號(hào))。

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