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单元热点专题突破与常见金属或其化合物提取、制备有关的流程图1.工艺流程图的主要框架分析规律:主线主产品,分支副产品,回头为循环。2.与常见金属或其化合物提取、制备有关的流程(1)饱和NaCl溶液NaHCO3晶体Na2CO3。(2)废铁屑FeSO4·7H2O(绿矾)。纯碱溶液(3)(4)海水浓液Mg(OH)2MgCl2溶液MgCl2·6H2OMgCl2Mg。典例(2015·新课标全国卷Ⅰ)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:回答下列问题:(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式。为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取的措施有(写出两条)。(2)利用的磁性,可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是(写化学式)。(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是。然后再调节溶液的pH约为5,目的是。(4)“粗硼酸”中的主要杂质是(填名称)。(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为。(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程。【解题思路】(1)Mg2B2O5·H2O溶于硫酸会生成硼酸H3BO3,反应的化学方程式为Mg2B2O5·H2O+2H2SO42MgSO4+2H3BO3。为提高浸出速率,可以采用适当加热、将铁硼矿研成粉末增大接触面积等措施。(2)铁硼矿中具有磁性的物质只有Fe3O4。由于SiO2不溶于稀硫酸,故浸渣中含SiO2;CaO与H2SO4反应生成微溶的CaSO4,进入浸渣中。(3)加入H2O2可以将Fe2+氧化为Fe3+,然后调整溶液的pH约为5,促进Fe3+、Al3+水解形成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,达到分离提纯的目的。(4)MgSO4会形成MgSO4·7H2O晶体,混杂在硼酸中。(5)NaBH4中的H化合价是-1价,NaBH4是由Na+和BH4-构成的,故电子式为Na+H··B······HHH-。(6)以硼酸和镁为原料制取单质硼的反应原理:2H3BO3B2O3+3H2O、3Mg+B2O33MgO+2B。【参考答案】(1)Mg2B2O5·H2O+2H2SO42MgSO4+2H3BO3提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(2)Fe3O4SiO2和CaSO4(3)将Fe2+氧化成Fe3+使Fe3+与Al3+形成氢氧化物沉淀而除去(4)(七水)硫酸镁(5)Na+H··B······HHH-(6)2H3BO3B2O3+3H2O、3Mg+B2O33MgO+2B高考全解命题点1:(2015·江苏高考)在给定条件下,下列选项中所示的物质间转化均能一步实现的是(A)A.粗硅SiCl4SiB.Mg(OH)2MgCl2(aq)MgC.Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3D.AgNO3(aq)[Ag(NH3)2]OH(aq)Ag命题点2:(2015·新课标全国卷Ⅱ)富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴,再用SO2将其还原吸收。(√)命题点3:(2014·福建高考节选)用废铁皮制取铁红(Fe2O3)的部分流程示意图如下:上述生产流程中,能体现“绿色化学”思想的是氮氧化物排放少(任写一项)。命题点1:FeCl3溶液在蒸发过程中促进Fe3+水解生成Fe(OH)3,且生成的盐酸易挥发,彻底水解,最终得不到FeCl3;Mg是活泼金属,电解MgCl2溶液不能获得金属Mg,制备金属镁应电解熔融的MgCl2。命题点2:溴具有较强的挥发性,可用空气和水蒸气吹出,再利用其氧化性,用SO2将其还原得到含较高浓度的Br-的溶液,该过程为溴的富集,正确。命题点3:“绿色化学”是防污染,而不是治污染,也就是说从原理上没有污染产生,从流程图看,没有污染性气体,特别是氮氧化物的排放,故该小问可回答为“氮氧化物排放少”等合理答案。1.(2015·安徽“皖南八校”联考)为了充分利用铜资源,某工厂拟用黄铜灰(含有Cu、Zn、CuO、ZnO及少量的FeO、Fe2O3、SiO2等)制取金属铜并得副产物锌盐,其生产流程如下:(1)滤渣1的主要成分为Cu和SiO2。稀硫酸溶解黄铜灰过程中,可能发生多个氧化还原反应,其中没有Zn参加的反应的离子方程式是(2)滤渣1及滤渣2用浓硫酸浸取可能产生的有毒气体是SO2,实验室通常用NaOH溶液吸收。(3)稀硫酸通过浓硫酸稀释得到,稀释浓硫酸的正确操作方法是将浓硫酸沿烧杯内壁缓缓注入蒸馏水中,同时不断地用玻璃棒搅拌。过滤操作所需玻璃仪器除玻璃棒外还有烧杯、漏斗。(4)用惰性电极电解滤液4可制取金属铜,若制得金属铜12.8g,则阳极同时得到2.24L气体(标准状况)。2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+。【解析】根据题给信息和生产流程知黄铜灰中加入过量稀硫酸发生的反应为Zn+2H+Zn2++H2↑、ZnO+2H+Zn2++H2O、CuO+2H+Cu2++H2O、FeO+2H+Fe2++H2O、Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O、2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+。滤渣1的主要成分为Cu和SiO2,滤液1为ZnSO4、CuSO4、FeSO4的混合液。向滤液1中加锌粉发生的反应为Zn+Fe2+Fe+Zn2+、Zn+Cu2+Cu+Zn2+,过滤,滤液2为硫酸锌溶液,滤渣2为铁、铜和锌的混合物。铁、铜、锌和二氧化硅的混合物与浓硫酸混合加热产生有毒气体二氧化硫。滤渣3为SiO2,滤液3为CuSO4、FeSO4、ZnSO4和Fe2(SO4)3的混合液,加入稀硫酸、H2O2后Fe2+被氧化为Fe3+,调节pH,Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,Zn2+转化为Zn(OH)2沉淀,过滤,滤渣4为Fe(OH)3和Zn(OH)2,滤液4为CuSO4溶液,处理后得铜单质。(4)滤液4为硫酸铜溶液,用惰性电极电解硫酸铜溶液发生的反应为2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+,若制得金属铜12.8g,则阳极同时得到氧气0.1mol,标准状况下的体积为2.24L。2.(2015·德阳四校联考)硫酸锌被广泛应用于工农业生产和医药领域。工业上由氧化锌矿(主要成分为ZnO,另含ZnSiO3、FeCO3、CuO等)生产ZnSO4·7H2O的一种流程如下:(1)步骤Ⅰ包括酸浸和过滤两个操作。①酸浸时,需不断通入高温水蒸气的目的是升高温度、使反应物充分混合,加快反应速率。②过滤时为防堵塞,过滤装置需常用NaOH溶液清洗,其清洗原理是H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O(用化学方程式表示)。(2)步骤Ⅱ中,在pH约为5.1的滤液中加入高锰酸钾,生成Fe(OH)3和MnO(OH)2两种沉淀,该反应的离子方程式为(3)步骤Ⅲ所得滤渣Z的主要成分是Cu和Zn。3Fe2++MnO4-+8H2O3Fe(OH)3↓+MnO(OH)2↓+5H+。(4)取28.70gZnSO4·7H2O加热至不同温度,剩余固体的质量变化如图所示。①步骤Ⅳ中的烘干操作需在减压条件下进行,其原因是降低烘干的温度,防止ZnSO4·7H2O分解。②在图中C点,680℃时所得固体的化学式为d(填字母序号)。a.ZnOb.ZnSO4c.ZnSO4·H2Od.Zn3O(SO4)2【解析】(1)①酸浸时,不断通入高温水蒸气可使温度升高,同时起到搅拌作用,使反应物充分混合,以加快反应速率。②酸浸过程会形成絮状的硅酸沉淀,其会将滤纸堵塞,造成过滤缓慢,用NaOH溶液清洗时可使硅酸溶解。(2)Fe2+被氧化为Fe3+,+7价锰被还原为+4价,根据电子守恒配平即可。(3)溶液中的Fe2+在步骤Ⅱ中已经除去,步骤Ⅲ加入锌粉的作用是除去溶液中的Cu2+,故步骤Ⅲ所得滤渣Z的主要成分是铜和过量的锌。(4)ZnSO4·7H2O的摩尔质量为287g·mol-1,ZnSO4和ZnO的摩尔质量分别为161g·mol-1和81g·mol-1,28.70gZnSO4·7H2O为0.1mol,根据锌元素守恒,经验证知,d项符合题意。