练习十 金属材料 金属矿物的开发和利用
1．(2023·重庆化学)重庆市战略性新兴产业发展“十四五”规划(2021—2025年)涉及的下列物质中，属于金属材料的是( )
A.重组蛋白 B.高性能铜箔
C.氮化镓半导体 D.聚氨酯树脂
2．(2023·湖南化学)中华文化源远流长，化学与文化传承密不可分。下列说法错误的是( )
A．青铜器“四羊方尊”的主要材质为合金
B．长沙走马楼出土的竹木简牍主要成分是纤维素
C．蔡伦采用碱液蒸煮制浆法造纸，该过程不涉及化学变化
D．铜官窑彩瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成
3．(2024·福建质检)《黄帝本纪》云：“帝采首山之铜铸剑，以天文古字铭之”。下列说法错误的是( )
A．青铜剑的出现早于铁剑
B．“帝采首山之铜铸剑”包含氧化还原反应
C．越王勾践的青铜剑千年不朽的原因是铜与O2形成了致密的氧化膜
D．流传千古的剑鲜少有铁剑的主要原因是铁制品易发生吸氧腐蚀
4．(2023·黑龙江联考)Mg、Al、Fe、Cu都是重要的金属元素。下列说法正确的是( )
A．上述四种元素对应的二价氢氧化物均能在空气中稳定存在
B．上述四种元素的单质放置在空气中最终产物均为氧化物
C．制备上述四种元素的氯化物晶体均能采用将溶液直接蒸干的方法
D．目前工业上冶炼Cu、Fe可以采用热还原法，Mg、Al采用电解法
5．(2024·福建模拟)铍是航天、航空、电子和核工业等领域不可替代的材料，有“超级金属”之称。以绿柱石[Be3Al2(SiO3)6]为原料制备金属铍的工艺如图：
已知：750 ℃烧结时，Na3FeF6与绿柱石作用生成易溶于水的Na2BeF4，“滤渣1”中含有铁、铝、硅的氧化物，Na3FeF6难溶于水，Be2＋可与过量OH－结合成[Be(OH)4]2－。下列说法正确的是( )
A．提高烧结后的水浸效率可以将烧结固体粉碎处理
B．在过滤1后的滤液中加入过量的NaOH溶液有利于Be元素的沉淀
C．“沉氟”反应的离子方程式为3F－＋Fe3＋===FeF3↓
D．工业上电解NaCl-BeCl2熔融混合物制备金属铍，在阳极析出金属铍
6．(2024·辽宁模拟)以辉锑矿(主要成分为Sb2S3，含少量As2S3、CuO、SiO2等)为原料制备锑白(Sb2O3)的工艺流程如图所示。下列说法错误的是( )
已知：浸出液中除含过量盐酸和SbCl5之外，还含有SbCl3、AsCl3、CuCl2等。
A．该生产过程中，能实现循环利用的物质是SbCl5
B．滤渣1的主要成分是SiO2和S
C．“除砷”时有H3PO3生成，则该反应的化学方程式为2AsCl3＋3NaH2PO2＋3H2O===2As↓＋3H3PO3＋3NaCl＋3HCl
D．为了得到较多的锑白，操作时要将SbCl3缓慢加入大量水中，还要加少量氨水
7．(2023·邯郸模拟)钼酸钠是一种白色结晶粉末，广泛应用于颜料和化工等领域。工业上用钼精矿(主要成分是MoS2，含少量的PbS)制备钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)的简化流程如图所示。下列说法错误的是( )
已知：浸取液溶质主要为Na2MoO4和Na2PbO2。
A．焙烧时发生反应2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2
B．气体X为CO2，废渣的主要成分为PbS
C．从滤液中获得Na2MoO4·2H2O的操作为蒸发结晶
D．利用纯碱吸收SO2(g)，可获得副产品亚硫酸钠
8．(2024·山东模拟)铼高温合金可用于制造喷气发动机的燃烧室、涡轮叶片及排气喷嘴。工业上用冶炼钼的烟道灰(Re2O7、ReO3，含SiO2、CuO、Fe3O4等杂质)制备铼单质的流程如图所示：
已知：过铼酸铵(NH4ReO4)是白色片状晶体，微溶于冷水，溶于热水。
下列说法错误的是( )
A．“滤渣Ⅰ”主要成分是Cu(OH)2和Fe(OH)3
B．“滤液”经电解后产生的CO2和NaOH可循环使用
C．先加热NaReO4溶液再加入NH4Cl，经冰水冷却、过滤得到NH4ReO4晶体
D．实验室模拟“操作Ⅱ”所需主要仪器有坩埚、酒精灯、玻璃棒、泥三角、三脚架等
9．(2023·邯郸模拟)硫酸法是现代工业用绿柱石(主要成分为3BeO·Al2O3·6SiO2，还含有铁等杂质)生产氧化铍的方法之一，其简化的工艺流程如图：
已知几种金属阳离子的氢氧化物沉淀时的pH如表：
金属阳离子 Fe3＋ Al3＋ Fe2＋ Be2＋
开始沉淀时pH 1.5 3.3 6.5 5.2
沉淀完全时pH 3.7 5.0 9.7 —
(1)步骤②中还可以采取什么措施提高反应速率____________________(除粉碎外，任写一点)。
(2)滤渣1成分的化学式为________。
(3)步骤③中加入H2O2的目的是_______________________________________________。
(4)步骤④不宜使用NaOH溶液来沉淀Be2＋，原因是_______________________________(用必要的文字和离子方程式说明)；已知Ksp[Be(OH)2]＝1.6×10－22，则Be2＋沉淀完全时，溶液中c(OH－)＝________mol·L－1(通常认为溶液中离子浓度小于1.0×10－5 mol·L－1时为沉淀完全)。
(5)绿柱石因含有不同杂质而产生不同的颜色。各种绿柱石中最名贵的是祖母绿，这是由铬、钒元素的存在造成的。
①基态Cr3＋的最高能层中成对电子与未成对电子的数目之比为________。
②重铬酸铵[(NH4)2Cr2O7]常用作有机合成催化剂，Cr2O的结构如图。1 mol(NH4)2Cr2O7中σ键数目为________NA。
10.(2024·重庆模拟)铝是人类生活中继铜、铁之后又一种重要的金属。工业上冶炼金属铝的原料来自自然界中重要的矿物质矾土(主要成分为Al2O3，还有SiO2、Fe2O3、FeCO3、MgCO3等杂质)。从矾土中提取得到Al2O3的工艺流程如图所示。
请回答下列问题：
(1)固体A所含物质的化学式是____________________________________。
(2)写出溶液A与足量气体B反应的离子方程式____________________________________________。
(3)工业冶炼金属铝通常用石墨碳块做电解槽的阳极，请你根据电解原理解释电解冶炼铝的过程中，需要定期补充阳极碳块的原因_________________________________________。
(4)Al2O3的熔点很高，因而在工业冶炼时，需将Al2O3熔于熔化的冰晶石(Na3AlF6)中进行电解。请写出电解过程中阴极的电极反应式______________________________________。
工业上通常将Al(OH)3和Na2CO3一同溶于氢氟酸来制取冰晶石，反应时放出CO2气体，写出该反应的化学方程式________________________________________________________________。
(5)有一位同学查阅资料发现，AlCl3的熔点很低。他提出：可通过电解熔融状态的AlCl3制取金属铝。你认为他提出的方案是否可行？为什么？__________________。
(6)某企业用上述工艺流程进行生产，每10.0 t矾土可得到金属铝1.35 t。如果不考虑生产过程的损耗，矾土中Al2O3的质量分数为________。
11．铝是一种既能与酸(非氧化性酸)反应又能与强碱溶液反应放出H2的金属，就铝的这一特殊性质回答下列问题：
(1)等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，所得H2的体积之比是________。
(2)足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸和氢氧化钠溶液中，产生H2的体积之比是________。
(3)足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中，二者生成H2的量相等，则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是________。
(4)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L－1的盐酸和NaOH溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后，测得生成的气体体积比为V(甲)∶V(乙)＝1∶2，则加入铝粉的质量为________。
A．5.4 g B.3.6 g
C.2.7 g D.1.8 g
12.(2023·山东化学)盐湖卤水(主要含Na＋、Mg2＋、Li＋、Cl－、SO和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如图：
已知：常温下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－3。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。
回答下列问题：
(1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3＋H2O??H＋＋[B(OH)4]－(常温下，Ka＝10－9.34)；B(OH)3与NaOH溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下，在0.10 mol·L－1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]－，该水解反应的离子方程式为________________________________________________________________，该溶液pH＝________。
(2)滤渣Ⅰ的主要成分是______________(填化学式)；精制Ⅰ后溶液中Li＋的浓度为2.0 mol·L－1，则常温下精制Ⅱ过程中CO浓度应控制在________mol·L－1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收HCl外，还将增加____________(填化学式)的用量。
(3)精制Ⅱ的目的是__________________________________________；进行操作X时应选择的试剂是________，若不进行该操作而直接浓缩，将导致____________________________。
13．(2023·全国甲卷)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状BaTiO3。
回答下列问题：
(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是______________________________________________________。
(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为_________________________________________ _______________________________。
(3)“酸化”步骤应选用的酸是________(填标号)。
a．稀硫酸 b.浓硫酸
c.盐酸 d.磷酸
(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？________，其原因是____________________________。
(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为________________________________________。
(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的nCO2∶nCO＝________。
14．(2023·湖南化学)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑原材料之一，近年来，我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术，在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果，工业上以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如图：
已知：①金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8 ℃；
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体；
③相关物质的沸点：
物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
回答下列问题：
(1)晶体Ga(CH3)3的晶体类型是________________________________________________。
(2)“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40～45 ℃的原因是______________________，阴极的电极反应式为___________________________________________________________。
(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI，写出该反应的化学方程式：_______________________________________________________ _________________。
(4)“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是________。
(5)下列说法错误的是________。
A．流程中Et2O得到了循环利用
B．流程中，“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行
C．“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3)，并蒸出Ga(CH3)3
D．用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是_________________________________________________。
(7)比较分子中的C—Ga—C键角大小：Ga(CH3)3________(填“>”“<”或“＝”)Ga(CH3)3(Et2O)，其原因是______________________________________________________________________。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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练习十 金属材料 金属矿物的开发和利用
1．(2023·重庆化学)重庆市战略性新兴产业发展“十四五”规划(2021—2025年)涉及的下列物质中，属于金属材料的是( )
A.重组蛋白 B.高性能铜箔
C.氮化镓半导体 D.聚氨酯树脂
解析：重组蛋白为有机物，A不符合题意；合金、纯金属均为金属材料，铜为金属材料，B符合题意；氮化镓半导体为新型无机非金属材料，C不符合题意；聚氨酯树脂为有机合成材料，D不符合题意。
答案：B
2．(2023·湖南化学)中华文化源远流长，化学与文化传承密不可分。下列说法错误的是( )
A．青铜器“四羊方尊”的主要材质为合金
B．长沙走马楼出土的竹木简牍主要成分是纤维素
C．蔡伦采用碱液蒸煮制浆法造纸，该过程不涉及化学变化
D．铜官窑彩瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成
解析：青铜是铜锡合金，A说法正确；竹木简牍是由竹子制作而成的，竹子的主要成分为纤维素，B说法正确；蔡伦用碱液蒸煮制浆法造纸，将原料放在碱液中蒸煮，原料在碱性环境下发生反应使原有的粗浆纤维变成细浆，该过程涉及化学变化，C说法错误；陶瓷是以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料，经高温烧结而成的，D说法正确。
答案：C
3．(2024·福建质检)《黄帝本纪》云：“帝采首山之铜铸剑，以天文古字铭之”。下列说法错误的是( )
A．青铜剑的出现早于铁剑
B．“帝采首山之铜铸剑”包含氧化还原反应
C．越王勾践的青铜剑千年不朽的原因是铜与O2形成了致密的氧化膜
D．流传千古的剑鲜少有铁剑的主要原因是铁制品易发生吸氧腐蚀
解析：铜作为青铜剑的主要成分，是一种不活泼的金属，通常条件下一般不容易发生锈蚀，选项C错误。
答案：C
4．(2023·黑龙江联考)Mg、Al、Fe、Cu都是重要的金属元素。下列说法正确的是( )
A．上述四种元素对应的二价氢氧化物均能在空气中稳定存在
B．上述四种元素的单质放置在空气中最终产物均为氧化物
C．制备上述四种元素的氯化物晶体均能采用将溶液直接蒸干的方法
D．目前工业上冶炼Cu、Fe可以采用热还原法，Mg、Al采用电解法
解析：氢氧化镁、氢氧化铜在空气中稳定存在，氢氧化亚铁易被氧化为氢氧化铁，不能稳定存在，故A错误；Mg、Al、Fe长期放置在空气中生成相应的氧化物，即MgO、Al2O3和Fe2O3，Cu长期放置在空气中生成铜绿Cu2(OH)2CO3，故B错误；四种元素的氯化物在溶液中均发生水解，加热蒸发，HCl挥发，水解彻底进行，无法得到氯化物晶体，故C错误；工业上电解熔融氯化镁冶炼镁，电解熔融氧化铝冶炼铝，Cu、Fe可以采用热还原法，如高炉炼铁，火法炼铜，故D正确。
答案：D
5．(2024·福建模拟)铍是航天、航空、电子和核工业等领域不可替代的材料，有“超级金属”之称。以绿柱石[Be3Al2(SiO3)6]为原料制备金属铍的工艺如图：
已知：750 ℃烧结时，Na3FeF6与绿柱石作用生成易溶于水的Na2BeF4，“滤渣1”中含有铁、铝、硅的氧化物，Na3FeF6难溶于水，Be2＋可与过量OH－结合成[Be(OH)4]2－。下列说法正确的是( )
A．提高烧结后的水浸效率可以将烧结固体粉碎处理
B．在过滤1后的滤液中加入过量的NaOH溶液有利于Be元素的沉淀
C．“沉氟”反应的离子方程式为3F－＋Fe3＋===FeF3↓
D．工业上电解NaCl-BeCl2熔融混合物制备金属铍，在阳极析出金属铍
解析：绿柱石的主要成分Be3Al2(SiO3)6，可表示为3BeO·Al2O3·6SiO2，由流程可知，烧结时发生Be3Al2(SiO3)6＋2Na3FeF63Na2BeF4＋Al2O3＋Fe2O3＋6SiO2，粉碎、水浸后，再过滤，分离出滤渣为Al2O3、Fe2O3、SiO2，滤液中加入NaOH生成Be(OH)2沉淀，若NaOH过量，则OH－与Be(OH)2结合成[Be(OH)4]2－，会降低Be的产率，Be(OH)2煅烧得BeO，BeO与C、Cl2反应得到BeCl2、CO，电解NaCl-BeCl2熔融混合物制备金属铍，沉氟时发生12NaF＋Fe2(SO4)3===2Na3FeF6↓＋3Na2SO4，难溶物循环利用，据此分析解题。接触面积越大反应越充分、浸取效率越高，则提高烧结后的水浸效率可以将烧结固体粉碎处理，A正确；OH－与Be(OH)2结合成[Be(OH)4]2－，则在过滤1后的滤液中加入过量的NaOH溶液不利于Be元素的沉淀，B错误；“沉氟”反应为12NaF＋Fe2(SO4)3===2Na3FeF6↓＋3Na2SO4，则离子方程式为3Na＋＋6F－＋Fe3＋===Na3FeF6↓，C错误；工业上电解NaCl-BeCl2熔融混合物制备金属铍，Be化合价降低发生还原反应，故在阴极析出金属铍，D错误。
答案：A
6．(2024·辽宁模拟)以辉锑矿(主要成分为Sb2S3，含少量As2S3、CuO、SiO2等)为原料制备锑白(Sb2O3)的工艺流程如图所示。下列说法错误的是( )
已知：浸出液中除含过量盐酸和SbCl5之外，还含有SbCl3、AsCl3、CuCl2等。
A．该生产过程中，能实现循环利用的物质是SbCl5
B．滤渣1的主要成分是SiO2和S
C．“除砷”时有H3PO3生成，则该反应的化学方程式为2AsCl3＋3NaH2PO2＋3H2O===2As↓＋3H3PO3＋3NaCl＋3HCl
D．为了得到较多的锑白，操作时要将SbCl3缓慢加入大量水中，还要加少量氨水
解析：辉锑矿(主要成分为Sb2S3，含少量As2S3、CuO、SiO2等)中加入盐酸和SbCl5，浸出液中除含过量盐酸和SbCl5之外，还含有SbCl3、AsCl3、CuCl2等，滤渣1中除了生成的S之外还有未溶解的SiO2；浸出液中加入适量Sb，Sb将SbCl5还原为SbCl3；加入Na2S时使Cu2＋沉淀完全，过滤得到的滤渣2为CuS；滤液中加入NaH2PO2除砷，生成亚磷酸和砷单质，SbCl3经过水解可得到SbOCl，再经过氨解得到Sb2O3。根据分析，工艺流程中没有生成SbCl5的步骤，因此SbCl5不能循环利用，A错误；根据分析，滤渣1的主要成分是S和SiO2，B正确；根据分析，由流程可知，“除砷”时AsCl3和加入的NaH2PO2反应生成As，该反应的化学方程式为2AsCl3＋3NaH2PO2＋3H2O===2As↓＋3H3PO3＋3NaCl＋3HCl，C正确；根据分析，SbCl3中加入大量水，经过水解可得到SbOCl，再经过氨解得到Sb2O3，D正确。
答案：A
7．(2023·邯郸模拟)钼酸钠是一种白色结晶粉末，广泛应用于颜料和化工等领域。工业上用钼精矿(主要成分是MoS2，含少量的PbS)制备钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)的简化流程如图所示。下列说法错误的是( )
已知：浸取液溶质主要为Na2MoO4和Na2PbO2。
A．焙烧时发生反应2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2
B．气体X为CO2，废渣的主要成分为PbS
C．从滤液中获得Na2MoO4·2H2O的操作为蒸发结晶
D．利用纯碱吸收SO2(g)，可获得副产品亚硫酸钠
解析：钼精矿主要成分是MoS2，含少量的PbS，在空气中焙烧，MoS2被氧化成MoO3，PbS生成PbO，S元素变成SO2(g)，再加入纯碱浓溶液浸取，得到Na2MoO4和Na2PbO2，气体X为CO2，加入Na2S，得到PbS而除去Pb元素，最后将Na2MoO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶，得到产品Na2MoO4·2H2O。焙烧时，MoS2被氧化成MoO3，反应的方程式为2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2，A正确；根据分析得气体为CO2气体，滤渣主要成分为PbS，B正确；Na2MoO4·2H2O为含有水分子的结晶水合物，所以将Na2MoO4溶液蒸发浓缩，冷却结晶，得到产品Na2MoO4·2H2O，不能直接蒸发结晶，C错误；利用纯碱吸收SO2(g)可以发生反应：Na2CO3＋SO2===Na2SO3＋CO2，可获得副产品亚硫酸钠，D正确。
答案：C
8．(2024·山东模拟)铼高温合金可用于制造喷气发动机的燃烧室、涡轮叶片及排气喷嘴。工业上用冶炼钼的烟道灰(Re2O7、ReO3，含SiO2、CuO、Fe3O4等杂质)制备铼单质的流程如图所示：
已知：过铼酸铵(NH4ReO4)是白色片状晶体，微溶于冷水，溶于热水。
下列说法错误的是( )
A．“滤渣Ⅰ”主要成分是Cu(OH)2和Fe(OH)3
B．“滤液”经电解后产生的CO2和NaOH可循环使用
C．先加热NaReO4溶液再加入NH4Cl，经冰水冷却、过滤得到NH4ReO4晶体
D．实验室模拟“操作Ⅱ”所需主要仪器有坩埚、酒精灯、玻璃棒、泥三角、三脚架等
解析：向烟道灰加入空气、氢氧化钠，其中氧化铜、四氧化三铁不反应成为滤渣Ⅰ，铼、硅氧化物反应进入滤液；滤液通入二氧化碳将硅转化为硅酸沉淀，过滤得到NaReO4溶液，加入氯化铵得到NH4ReO4晶体，灼烧得到Re2O7、ReO2，最终得到Re。“滤渣Ⅰ”主要成分是氧化铜、氧化铁，A错误；“滤液”经电解后产生的CO2在调pH中使用、NaOH在吸收过程中使用，故可循环使用，B正确；过铼酸铵(NH4ReO4)是白色片状晶体，微溶于冷水，溶于热水，先加热NaReO4溶液再加入NH4Cl，经冰水冷却，过滤可以得到NH4ReO4晶体，C正确；“操作Ⅱ”为灼烧操作，所需主要仪器有坩埚、酒精灯、玻璃棒、泥三角、三脚架等，D正确。
答案：A
9．(2023·邯郸模拟)硫酸法是现代工业用绿柱石(主要成分为3BeO·Al2O3·6SiO2，还含有铁等杂质)生产氧化铍的方法之一，其简化的工艺流程如图：
已知几种金属阳离子的氢氧化物沉淀时的pH如表：
金属阳离子 Fe3＋ Al3＋ Fe2＋ Be2＋
开始沉淀时pH 1.5 3.3 6.5 5.2
沉淀完全时pH 3.7 5.0 9.7 —
(1)步骤②中还可以采取什么措施提高反应速率____________________(除粉碎外，任写一点)。
(2)滤渣1成分的化学式为________。
(3)步骤③中加入H2O2的目的是_______________________________________________。
(4)步骤④不宜使用NaOH溶液来沉淀Be2＋，原因是_______________________________(用必要的文字和离子方程式说明)；已知Ksp[Be(OH)2]＝1.6×10－22，则Be2＋沉淀完全时，溶液中c(OH－)＝________mol·L－1(通常认为溶液中离子浓度小于1.0×10－5 mol·L－1时为沉淀完全)。
(5)绿柱石因含有不同杂质而产生不同的颜色。各种绿柱石中最名贵的是祖母绿，这是由铬、钒元素的存在造成的。
①基态Cr3＋的最高能层中成对电子与未成对电子的数目之比为________。
②重铬酸铵[(NH4)2Cr2O7]常用作有机合成催化剂，Cr2O的结构如图。1 mol(NH4)2Cr2O7中σ键数目为________NA。
解析：绿柱石经石灰石熔炼后再粉碎，用硫酸酸浸，得到滤渣H2SiO3和滤液(含有Be2＋、Fe2＋、Al3＋、H＋、SO)，加入H2O2后Fe2＋被氧化为Fe3＋，用氨水调节pH，Fe3＋、Al3＋生成沉淀，Be2＋留在滤液，继续加氨水调节pH可使Be2＋生成Be(OH)2沉淀，灼烧后生成BeO。(1)步骤②中还可以采取适当增加硫酸的浓度、搅拌、适当升高温度等措施提高反应速率。(2)滤渣1成分的化学式为H2SiO3。
(3)步骤③中加入H2O2的目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋。
(4)Be(OH)2能与强碱发生反应：Be(OH)2＋2OH－===[Be(OH)4]2－，难以控制强碱的用量使Be2＋恰好完全沉淀，故不宜使用NaOH溶液来沉淀Be2＋。Be2＋沉淀完全时，c(Be2＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，由c(Be2＋)·c2(OH－)＝Ksp[Be(OH)2]＝1.6×10－22，可得c(OH－)＝＝＝4×10－9 mol·L－1。(5)①基态Cr3＋的最高能层电子排布式为3s23p63d3，其中成对电子数为8，未成对电子数为3，故成对电子与未成对电子的数目之比为8∶3。②1 mol (NH4)2Cr2O7中，阳离子含有8 mol σ键，阴离子含有8 mol σ键，故1 mol (NH4)2Cr2O7中含有16 mol σ键。
答案：(1)适当增加硫酸的浓度、搅拌、适当升高温度等
(2)H2SiO3 (3)将Fe2＋氧化为Fe3＋ (4)Be(OH)2能与强碱发生反应：Be(OH)2＋2OH－===[Be(OH)4]2－，难以控制强碱的用量使Be2＋恰好完全沉淀 4×10－9 (5)①8∶3 ②16
10.(2024·重庆模拟)铝是人类生活中继铜、铁之后又一种重要的金属。工业上冶炼金属铝的原料来自自然界中重要的矿物质矾土(主要成分为Al2O3，还有SiO2、Fe2O3、FeCO3、MgCO3等杂质)。从矾土中提取得到Al2O3的工艺流程如图所示。
请回答下列问题：
(1)固体A所含物质的化学式是____________________________________。
(2)写出溶液A与足量气体B反应的离子方程式____________________________________________。
(3)工业冶炼金属铝通常用石墨碳块做电解槽的阳极，请你根据电解原理解释电解冶炼铝的过程中，需要定期补充阳极碳块的原因_________________________________________。
(4)Al2O3的熔点很高，因而在工业冶炼时，需将Al2O3熔于熔化的冰晶石(Na3AlF6)中进行电解。请写出电解过程中阴极的电极反应式______________________________________。
工业上通常将Al(OH)3和Na2CO3一同溶于氢氟酸来制取冰晶石，反应时放出CO2气体，写出该反应的化学方程式________________________________________________________________。
(5)有一位同学查阅资料发现，AlCl3的熔点很低。他提出：可通过电解熔融状态的AlCl3制取金属铝。你认为他提出的方案是否可行？为什么？__________________。
(6)某企业用上述工艺流程进行生产，每10.0 t矾土可得到金属铝1.35 t。如果不考虑生产过程的损耗，矾土中Al2O3的质量分数为________。
答案：(1)Fe(OH)2、Fe(OH)3、Mg(OH)2 (2)CO2＋OH－===HCO、[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO (3)电解冶炼铝的阳极产物为O2，在高温条件下，O2与C发生反应消耗阳极碳块 (4)Al3＋＋3e－===Al 2Al(OH)3＋3Na2CO3＋12HF===2Na3AlF6＋3CO2↑＋9H2O (5)不可行；AlCl3是共价化合物，熔融状态的AlCl3不导电 (6)25.5%
解析：(4)用电解法制备Al时，Al3＋在阴极上发生还原反应，阴极反应为Al3＋＋3e－===Al。由该问信息可知，制备冰晶石的反应物是Al(OH)3、Na2CO3、HF，生成物有Na3AlF6、CO2，结合原子守恒可知生成物还有H2O，故反应的化学方程式是2Al(OH)3＋3Na2CO3＋12HF===2Na3AlF6＋3CO2↑＋9H2O。(5)AlCl3是共价化合物，熔融状态下以分子形式存在，不导电，不能用于电解制备Al。(6)由Al原子守恒可知，m(Al2O3)＝1.35 t×＝2.55 t，故矾土中Al2O3的质量分数为×100%＝25.5%。
11．铝是一种既能与酸(非氧化性酸)反应又能与强碱溶液反应放出H2的金属，就铝的这一特殊性质回答下列问题：
(1)等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，所得H2的体积之比是________。
(2)足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸和氢氧化钠溶液中，产生H2的体积之比是________。
(3)足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中，二者生成H2的量相等，则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是________。
(4)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L－1的盐酸和NaOH溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后，测得生成的气体体积比为V(甲)∶V(乙)＝1∶2，则加入铝粉的质量为________。
A．5.4 g B.3.6 g
C.2.7 g D.1.8 g
解析：(1)根据化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，得Al与H2的关系式均为2Al～3H2，酸、碱足量的情况下，只要参加反应的Al的量相等，所得H2的量必相等。(2)因为在反应中Al足量，产生H2的体积由HCl和NaOH的量决定。根据化学反应中的关系式：6HCl～3H2、2NaOH～3H2，故当HCl、NaOH物质的量相等时，二者产生H2的体积之比为1∶3。(3)因为铝足量且产生H2相等，根据关系式可知n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1，又因为两溶液体积相等，故物质的量浓度c(HCl)∶c(NaOH)＝n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1。(4)其反应原理分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑。可见当参加反应的HCl和NaOH的物质的量一样多时，产生H2的体积之比是1∶3，而题设条件体积之比为1∶2，说明此题投入的铝粉对盐酸来说是过量的，而对于NaOH来说是不足的。
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
6 mol 3 mol
3 mol·L－1×0.1 L 0.15 mol
则Al与NaOH反应生成的H2为0.15 mol×2＝0.3 mol。
2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
2×27 g 3 mol
5．4 g 0.3 mol
即投入的铝粉为5.4 g。
答案：(1)1∶1 (2)1∶3 (3)3∶1 (4)A
12.(2023·山东化学)盐湖卤水(主要含Na＋、Mg2＋、Li＋、Cl－、SO和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如图：
已知：常温下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－3。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。
回答下列问题：
(1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3＋H2O??H＋＋[B(OH)4]－(常温下，Ka＝10－9.34)；B(OH)3与NaOH溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下，在0.10 mol·L－1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]－，该水解反应的离子方程式为________________________________________________________________，该溶液pH＝________。
(2)滤渣Ⅰ的主要成分是______________(填化学式)；精制Ⅰ后溶液中Li＋的浓度为2.0 mol·L－1，则常温下精制Ⅱ过程中CO浓度应控制在________mol·L－1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收HCl外，还将增加____________(填化学式)的用量。
(3)精制Ⅱ的目的是__________________________________________；进行操作X时应选择的试剂是________，若不进行该操作而直接浓缩，将导致____________________________。
答案：(1)[B4O5(OH)4]2－＋5H2O??2B(OH)3＋2[B(OH)4]－ 9.34 (2)CaSO4、Mg(OH)2 5.5×10－4 CaO和Na2CO3 (3)将精制Ⅰ所得滤液中的Ca2＋转化为CaCO3(或除去精制Ⅰ所得滤液中的Ca2＋)，提高Li2CO3纯度 盐酸 浓缩结晶得到的NaCl中混有Li2CO3，最终所得Li2CO3的产率减小
解析：(1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3＋H2O??[B(OH)4]－＋H＋(常温下，Ka＝10－9.34)；B(OH)3 与NaOH溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下，在0.10 mol·L－1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]－，该水解反应的离子方程式为[B4O5(OH)4]2－＋5H2O??2B(OH)3＋2[B(OH)4]－，由B元素守恒可知，B(OH)3 和[B(OH)4]－的浓度均为0.20 mol·L－1，Ka＝＝c(H＋)＝10－9.34，则该溶液pH＝9.34。(2)由分析可知，滤渣Ⅰ的主要成分是CaSO4和Mg(OH)2；精制Ⅰ后溶液中Li＋的浓度为2.0 mol·L－1，由Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－3可知，常温下精制Ⅱ过程中CO浓度应控制在 mol·L－1＝5.5×10－4 mol·L－1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收HCl外，溶液中大部分Mg2＋也无法除去，还将增加CaO和Na2CO3的用量。(3)由于CaSO4微溶于水，精制Ⅰ所得滤液中还含有一定浓度的Ca2＋，还需要除去Ca2＋，因此，精制Ⅱ的目的是将精制Ⅰ所得滤液中的Ca2＋转化为CaCO3(或除去精制Ⅰ所得滤液中的Ca2＋)，提高Li2CO3纯度。操作X是为了除去剩余的碳酸根离子，为了防止引入杂质离子，应选择的试剂是盐酸；若不进行该操作而直接浓缩，将导致浓缩液中因CO浓度过大使得Li＋过早沉淀，即浓缩结晶得到的NaCl中会混有Li2CO3，最终所得Li2CO3的产率减小。
13．(2023·全国甲卷)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状BaTiO3。
回答下列问题：
(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是______________________________________________________。
(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为_________________________________________ _______________________________。
(3)“酸化”步骤应选用的酸是________(填标号)。
a．稀硫酸 b.浓硫酸
c.盐酸 d.磷酸
(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？________，其原因是____________________________。
(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为________________________________________。
(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的nCO2∶nCO＝________。
解析：由流程和题中信息可知，BaSO4与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；烧渣经水浸取后过滤，滤渣为碳粉和CaS，滤液中有BaCl2和BaS；滤液经酸化后浓缩结晶得到BaCl2晶体；BaCl2晶体溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4将钡离子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2经热分解得到BaTiO3。
(1)“焙烧”步骤中，BaSO4与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、BaS和CaS，BaSO4被还原为BaS，因此，碳粉的主要作用是做还原剂，将BaSO4还原。
(3)“酸化”步骤是为了将BaS转化为另一种易溶于水的钡盐，由于硫酸钡和磷酸钡均不溶于水，而BaCl2可溶于水，因此，应选用的酸是盐酸。
(4)焙烧后的产物直接用酸浸取是不可行的，其原因是CaS也会与盐酸反应生成可溶于水的CaCl2，导致BaCl2溶液中混有CaCl2杂质无法除去，最终所得产品的纯度降低。
(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为BaCl2＋TiCl4＋H2O＋2(NH4)2C2O4===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl。
(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，该反应的化学方程式为BaTiO(C2O4)2BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，产生的nCO2∶nCO＝1∶1。
答案：(1)做还原剂，将BaSO4还原
(2)Ca2＋＋S2－===CaS↓
(3)c
(4)不可行 CaS也会与盐酸反应生成可溶于水的CaCl2，导致BaCl2溶液中混有CaCl2杂质无法除去，最终所得产品的纯度降低
(5)BaCl2＋TiCl4＋H2O＋2(NH4)2C2O4===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl
(6)1∶1
14．(2023·湖南化学)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑原材料之一，近年来，我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术，在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果，工业上以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如图：
已知：①金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8 ℃；
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体；
③相关物质的沸点：
物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
回答下列问题：
(1)晶体Ga(CH3)3的晶体类型是________________________________________________。
(2)“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40～45 ℃的原因是______________________，阴极的电极反应式为___________________________________________________________。
(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI，写出该反应的化学方程式：_______________________________________________________ _________________。
(4)“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是________。
(5)下列说法错误的是________。
A．流程中Et2O得到了循环利用
B．流程中，“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行
C．“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3)，并蒸出Ga(CH3)3
D．用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是_________________________________________________。
(7)比较分子中的C—Ga—C键角大小：Ga(CH3)3________(填“>”“<”或“＝”)Ga(CH3)3(Et2O)，其原因是______________________________________________________________________。
解析：以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3，粗Ga经过电解精炼得到高纯Ga，高纯Ga和高纯Mg反应生成Ga2Mg5，Ga2Mg5和CH3I、Et2O反应生成Ga(CH3)3(Et2O)、MgI2和CH3MgI，然后经过蒸发溶剂、蒸馏，除去残渣MgI2、CH3MgI，加入NR3进行配体交换、解配，进一步蒸出得到超纯Ga(CH3)3，Et2O重复利用，据此解答。(1)晶体Ga(CH3)3的沸点较低，属于分子晶体。(2)电解池温度控制在40～45 ℃可以保证Ga为液体，便于纯Ga流出；粗Ga在阳极失去电子，阴极得到Ga，阴极的电极反应式为[Ga(OH)4]－＋3e－===Ga＋4OH－。(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI，该反应的化学方程式为8CH3I＋2Et2O＋Ga2Mg5===2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI。(4)“残渣”含CH3MgI，经纯水处理，能产生可燃性气体CH4。(5)根据分析，流程中Et2O得到了循环利用，A正确；Ga、Mg为活泼金属，Ga(CH3)3容易和水反应、容易被氧化，则流程中，“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行，B正确；“配体交换”得到Ga(CH3)3(NR3)，“工序X”先解配Ga(CH3)3(NR3)，后蒸出Ga(CH3)3，C正确；二者甲基的环境不同，核磁共振氢谱中化学位移不同，用核磁共振氢谱能区分Ga(CH3)3和CH3I，D错误。(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)时由于Et2O的沸点较低，会与Ga(CH3)3一起蒸出，不能制备超纯Ga(CH3)3，根据题给相关物质沸点可知，NR3沸点远高于Ga(CH3)3，与Ga(CH3)3易分离，可采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3。(7)Ga(CH3)3中Ga采用sp2杂化，为平面结构，而Ga(CH3)3(Et2O)中Ga采用sp3杂化，为四面体结构，故Ga(CH3)3(Et2O)分子中的C—Ga—C键角较小。
答案：(1)分子晶体 (2)保证Ga为液体，便于纯Ga流出 [Ga(OH)4]－＋3e－===Ga＋4OH－ (3)8CH3I＋2Et2O＋Ga2Mg5===2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI (4)CH4 (5)D (6)NR3沸点较高，易与Ga(CH3)3分离，Et2O的沸点低于Ga(CH3)3，一起汽化，难以得到超纯Ga(CH3)3 (7)> Ga(CH3)3中Ga采用sp2杂化，为平面结构，而Ga(CH3)3(Et2O)中Ga采用sp3杂化，为四面体结构，故夹角较小
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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