專題三金屬及其化合物高考

化學(xué)新高考、新教材適用體系透視考點(diǎn)透析題型透析目錄考點(diǎn)1鈉、鐵及其化合物題型

化工流程分析考點(diǎn)2金屬資源的開發(fā)利用考點(diǎn)1鈉、鐵及其化合物一、鈉及其化合物1.鈉及其化合物間的轉(zhuǎn)化關(guān)系

2.Na2O2的性質(zhì)(1)強(qiáng)氧化性

(2)遇KMnO4等強(qiáng)氧化劑時(shí),表現(xiàn)出還原性,氧化產(chǎn)物為O2。(3)遇CO2、H2O發(fā)生歧化反應(yīng):2Na2O2+2CO2

2Na2CO3+O2、2Na2O2+2H2O

4NaOH+O2↑,反應(yīng)中2Na2O2~O2~2e-。3.侯氏制堿法(1)工藝流程

注意氨氣溶解度大,先向飽和食鹽水中通入氨氣,使溶液呈堿性后再通入二氧化碳。(2)反應(yīng)原理①產(chǎn)生NaHCO3的反應(yīng):NH3+NaCl+CO2+H2O

NaHCO3↓+NH4Cl。②產(chǎn)生Na2CO3的反應(yīng):2NaHCO3

Na2CO3+CO2↑+H2O。1.鐵及其化合物間的轉(zhuǎn)化關(guān)系二、鐵及其化合物N

(H+)因發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存。④Fe3+與S2-可能發(fā)生相互促進(jìn)的水解反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)或生成Fe2S3沉淀,反應(yīng)過程較為復(fù)雜,常出現(xiàn)在探究實(shí)驗(yàn)中。注意①Fe遇冷的濃硝酸、濃硫酸發(fā)生鈍化,鈍化屬于化學(xué)變化。②Fe與過量稀硝酸

反應(yīng)生成Fe3+,與少量稀硝酸反應(yīng)生成Fe2+。③Fe3+與I-、S

,Fe2+與ClO-、Mn

(H+)、2.Fe2+、Fe3+的檢驗(yàn)(1)用KSCN溶液和氯水檢驗(yàn)

(2)加堿法

(3)特征試劑法

注意①檢驗(yàn)Fe2+時(shí)不能先加氯水后加KSCN溶液,也不能將加KSCN后的混合溶液加

入足量氯水中(氯水可能氧化SCN-)。②溶液中同時(shí)存在Fe3+和Fe2+時(shí),檢驗(yàn)Fe2+的一種

方法是加入少量酸性KMnO4溶液(觀察到紫色褪去)。但是當(dāng)溶液中同時(shí)存在Cl-時(shí),由

于Cl-也可被酸性KMnO4溶液氧化,故此情況下不能用酸性KMnO4溶液檢驗(yàn)Fe2+,應(yīng)選用

鐵氰化鉀溶液。[認(rèn)清各物質(zhì)性質(zhì),排除干擾,直奔要檢驗(yàn)的離子]考點(diǎn)2金屬資源的開發(fā)利用1.金屬冶煉

冶煉方法適用金屬示例電解法活潑金屬2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑MgCl2(熔融)

Mg+Cl2↑2Al2O3(熔融)

4Al+3O2↑熱還原法較活潑金屬Fe2O3+3CO

2Fe+3CO22Al+Cr2O3

2Cr+Al2O3熱分解法不活潑金屬2HgO

2Hg+O2↑2Ag2O

4Ag+O2↑注意鉀的沸點(diǎn)低于鈉,據(jù)此可冶煉金屬鉀:KCl+Na

K↑+NaCl。2.鎂及其化合物間的轉(zhuǎn)化關(guān)系

3.鋁及其化合物從鋁土礦(主要成分為Al2O3,含F(xiàn)e2O3、MgO、SiO2等雜質(zhì))提取Al的兩種流程

4.銅及其化合物間的轉(zhuǎn)化關(guān)系

注意①常用灼熱的銅網(wǎng)除去N2中的O2,用灼熱的CuO除去CO2中的CO。②白色的無水CuSO4遇水變?yōu)樗{(lán)色晶體(CuSO4·5H2O),可用于檢驗(yàn)水。③過量的Cu和濃硝酸反應(yīng),得到NO2和NO的混合氣體,反應(yīng)后再加入稀硫酸,Cu可繼續(xù)

反應(yīng)。題型化工流程分析一、化工流程圖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

解題技巧

①讀題時(shí)可先對比原料與產(chǎn)品的成分,初步分析生產(chǎn)過程中保留了哪些元素或物質(zhì),

除去了哪些元素或物質(zhì),引入了哪些成分,結(jié)合流程圖分析雜質(zhì)元素在哪些工序中被

除去。②比較原料與產(chǎn)品中主要元素的化合價(jià)是否一致,若升高或降低,要結(jié)合流程圖找出

生產(chǎn)過程中可能用到的氧化劑或還原劑;若不變,中間過程中加入的氧化劑或還原劑

一般是為了除去雜質(zhì)等。1.原料的預(yù)處理

二、化工流程中的操作(1)水浸:溶解、過濾,分離溶解性不同的物質(zhì)。(2)酸浸:原料中的堿性氧化物、兩性化合物、不溶性堿類、部分不溶性鹽類、部分金屬等進(jìn)入溶液。注意酸的性質(zhì)以及對后續(xù)操作的影響,如用硫酸溶液浸取,若體系中

存在Ba2+、Ca2+等會(huì)形成相應(yīng)的沉淀,過濾除去,但因CaSO4微溶,可能會(huì)進(jìn)行二次除雜

(除盡Ca2+)。(3)堿浸:原料中的酸性氧化物、兩性化合物、部分金屬或Si等溶解進(jìn)入溶液;油污一

般也在堿浸環(huán)節(jié)被除去。(4)鹽浸:調(diào)節(jié)pH沉淀或者直接沉淀某些離子,發(fā)生氧化還原反應(yīng)除去雜質(zhì)或得到某些

物質(zhì)。如分離Fe3+和Cu2+時(shí)加入堿式碳酸銅調(diào)節(jié)溶液pH使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀。(5)高溫焙燒、煅燒等:改變物質(zhì)的結(jié)構(gòu),使提取更加容易;使一些雜質(zhì)被氧化、熱穩(wěn)定

性差的物質(zhì)分解而被除去。如將硫化物等轉(zhuǎn)化為金屬氧化物,便于提取,注意反應(yīng)后“S”的存在形式。(6)提高浸取效率的措施:升溫、攪拌、粉碎、適當(dāng)提高酸或堿的濃度、適當(dāng)加入過量

的酸或者堿等。2.反應(yīng)條件的控制(1)改變溫度:①改變反應(yīng)速率;②改變物質(zhì)的溶解度(注意氣體溶解度隨溫度升高而減

小);③防止物質(zhì)分解或揮發(fā)(H2O2、NH3·H2O、銨鹽、硝酸等易分解,有機(jī)溶劑、氣體

等易揮發(fā));④促進(jìn)或抑制平衡移動(dòng)(例如水解平衡);⑤催化劑的活性在某溫度下達(dá)到

最好;⑥防止副反應(yīng)發(fā)生。方法技巧回答溫度過高、過低時(shí)的思路

(2)改變壓強(qiáng):①減壓蒸餾,降低溫度,防止物質(zhì)分解;②改變氣體溶解度;③促進(jìn)或抑制

平衡移動(dòng);④真空防氧化(也可充入氬氣、氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣)。

注意①Cu2+、Ag+、Pb2+的混合體系中常用H2S或Na2S等作沉淀劑;②Mg2+、Ca2+常用

HF或NaF等作沉淀劑;③在調(diào)節(jié)溶液pH的過程中常涉及關(guān)于Ksp的有關(guān)計(jì)算。(3)調(diào)節(jié)溶液的pH3.濾渣、濾液成分的確定方法要考慮樣品中原料和雜質(zhì)的成分在每一步驟中與每一種試劑反應(yīng)的情況:(1)反應(yīng)過程中哪些物質(zhì)(離子)消失了?(2)所加試劑是否過量或離子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)又產(chǎn)生了哪些新離子?要考慮這些離子

間是否會(huì)發(fā)生反應(yīng)。4.物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中常用的分離、提純方法過濾分離難溶物和可溶物,根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾等方法萃取和分液利用物質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同分離、提純物質(zhì)蒸發(fā)結(jié)晶提取溶解度隨溫度變化不大的物質(zhì),如NaCl蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶提取溶解度隨溫度變化較大的物質(zhì)、易水解的物

質(zhì)或結(jié)晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuSO4·5H2O蒸餾和分餾分離沸點(diǎn)不同(一般相差30℃及以上)且互溶的液體混合物冷卻法利用氣體易液化的特點(diǎn)分離氣體,如合成氨工業(yè)采用冷卻法將氨氣分離反萃取相當(dāng)于萃取的逆過程,此方法中一定要明確“目標(biāo)物”在水層還是在有機(jī)層[見例2]注意①趁熱過濾時(shí),如果目標(biāo)產(chǎn)物是固體,則目的是避免雜質(zhì)因降溫析出造成產(chǎn)品

純度下降;如果目標(biāo)產(chǎn)物是液體,則目的是避免因降溫而析出晶體導(dǎo)致產(chǎn)率降低。②

注意可水解的鹽,要制得其晶體時(shí),要有防水解措施。5.獲得產(chǎn)品階段的常用操作洗滌冷水、熱水、飽和溶液或有機(jī)溶劑洗滌,減少產(chǎn)品

溶解損失。在氣體氛圍中蒸發(fā)如從溶液中析出FeCl3、AlCl3等溶質(zhì)時(shí),應(yīng)在HCl

氣流中加熱,以防水解。蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶如除去KNO3中的少量NaCl,獲得KNO3晶體。蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾如除去NaCl中的少量KNO3,獲得NaCl晶體。例1

(2022山東,12,4分)高壓氫還原法可直接從溶液中提取金屬粉。以硫化銅精礦

(含Zn、Fe元素的雜質(zhì))為主要原料制備Cu粉的工藝流程如下,可能用到的數(shù)據(jù)見下

表。

Fe(OH)3Cu(OH)2Zn(OH)2開始沉淀pH1.94.26.2沉淀完全pH3.26.78.2下列說法錯(cuò)誤的是

(

)A.固體X主要成分是Fe(OH)3和S;金屬M(fèi)為ZnB.浸取時(shí),增大O2壓強(qiáng)可促進(jìn)金屬離子浸出C.中和調(diào)pH的范圍為3.2~4.2D.還原時(shí),增大溶液酸度有利于Cu的生成D

解題思路①根據(jù)題干信息和流程圖可知Cu2+被還原為Cu,可知需要保留Cu元素,除去Fe元素和Zn元素;因Cu2+被還原,過程中需要加入還原劑。②為了使硫化銅精礦更容

易被處理,對其進(jìn)行了酸浸,在酸浸過程中加入了高壓O2,則具有還原性的離子會(huì)被氧

化,浸取后溶液中金屬陽離子有Fe3+、Cu2+、Zn2+。經(jīng)過氨水調(diào)節(jié)pH(不能沉淀Cu2+),結(jié)

合題表可知調(diào)節(jié)的pH范圍為3.2~4.2,固體X中含有Fe(OH)3以及被高壓O2氧化生成的S

單質(zhì)。同時(shí)得出Cu2+、Zn2+還在溶液中,經(jīng)過高壓H2還原,Cu2+被還原為Cu;過濾后Zn2+

在濾液中,經(jīng)過一系列操作得到金屬Zn。③對于D項(xiàng),還原時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為Cu2++H2

Cu+2H+,如果酸度過大,則可認(rèn)為平衡逆向移動(dòng),不利于Cu的生成。例2

(2022江蘇,16,節(jié)選)實(shí)驗(yàn)室以二氧化鈰(CeO2)廢渣為原料制備Cl-含量少的Ce2

(CO3)3,其部分實(shí)驗(yàn)過程如下:

(1)“酸浸”時(shí)CeO2與H2O2反應(yīng)生成Ce3+并放出O2,該反應(yīng)的離子方程式為

。(3)通過中和、萃取、反萃取、沉淀等過程,可制備Cl-含量少的Ce2(CO3)3。已知Ce3+能6H++2CeO2+H2O2

2Ce3++O2↑+4H2O

被有機(jī)萃取劑(簡稱HA)萃取,其萃取原理可表示為Ce3+(水層)+3HA(有機(jī)層)

Ce(A)3(有機(jī)層)+3H+(水層)①加氨水“中和”去除過量鹽酸,使溶液接近中性。去除過量鹽酸的目的是

。②反萃取的目的是將有機(jī)層Ce3+轉(zhuǎn)移到水層。使Ce3+盡可能多地發(fā)生上述轉(zhuǎn)移,應(yīng)選

擇的實(shí)驗(yàn)條件或采取的實(shí)驗(yàn)操作有

(填兩項(xiàng))。③與“反萃取”得到的水溶液比較,濾去Ce2(CO3)3沉淀的濾液中,物質(zhì)的量減小的離子

有

(填化學(xué)式)。降低c(H+),使萃取平衡正向移動(dòng),提高Ce3+的萃取率

適當(dāng)提高稀硝酸的濃度;充分振搖分液

漏斗;用適量萃取劑分多次萃取

Ce3+、H+

解題思路觀察路線不難發(fā)現(xiàn),過程中Ce的化合價(jià)降低,需要加入還原劑。(1)中給出了反應(yīng)物和生成物,觀察反應(yīng)前后的物質(zhì)發(fā)現(xiàn)發(fā)生了氧化還原反應(yīng),根據(jù)得失電子守

恒寫出2CeO2+H2O2

2Ce3++O2↑,再根據(jù)電荷守恒在反應(yīng)物中加上6H+,最后根據(jù)原子守恒配平。(3)根據(jù)信息及流程中反萃取后加入氨水和NH4HCO3得到Ce2(CO3)3,可知

萃取過程中,“Ce”進(jìn)入有機(jī)層,經(jīng)過反萃取后又進(jìn)入水層。①根據(jù)萃取原理可知,除

去過量鹽酸的目的是除去H+,使萃取平衡正向移動(dòng)。③根據(jù)萃取原理可知,萃取后

“Ce”以Ce(A)3的形式進(jìn)入有機(jī)層,反萃取時(shí)加入稀硝酸,萃取平衡逆向移動(dòng),Ce3+進(jìn)入

水層,則水層中含有的離子是Ce3+、H+和N

,加入的氨水與H+反應(yīng),Ce3+以Ce2(CO3)3的形式析出,則物質(zhì)的量減少的離子是Ce3+、H+。例3

(2022全國甲,26,14分)硫酸鋅(ZnSO4)是制備各種含鋅材料的原料,在防腐、電

鍍、醫(yī)學(xué)上有諸多應(yīng)用。硫酸鋅可由菱鋅礦制備,菱鋅礦的主要成分為ZnCO3,雜質(zhì)為

SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制備流程如下:

本題中所涉及離子的氫氧化物溶度積常數(shù)如下表:離子Fe3+Zn2+Cu2+Fe2+Mg2+Ksp4.0×10-386.7×10-172.2×10-208.0×10-161.8×10-11回答下列問題:(1)菱鋅礦焙燒生成氧化鋅的化學(xué)方程式為

。(2)為了提高鋅的浸取效果,可采取的措施有

、

。(3)加入物質(zhì)X調(diào)溶液pH=5,最適宜使用的X是

(填標(biāo)號)。A.NH3·H2OB.Ca(OH)2C.NaOH濾渣①的主要成分是

、

、

。(4)向80~90℃的濾液①中分批加入適量KMnO4溶液充分反應(yīng)后過濾,濾渣②中有MnO2,ZnCO3

ZnO+CO2↑

升高溫度不斷攪拌、粉碎焙燒后固體、適當(dāng)提高硫酸濃度、延長浸取時(shí)間等(任選兩個(gè))

SiO2

Fe(OH)3CaSO4