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工艺流程中的主族金属元素
【复习目标】
1．了解常考主族金属及其重要化合物
2．能依据信息及化合价解答主族金属及其化合物制备流程中的有关问题
考点一 锂、铍、硼及其化合物
【知识拓展】
1．锂、铍、硼在周期表的位置及常见化合价
元素 3Li 4Be 5B
电子排布式 1s22s1 1s22s2 1s22s22p1
位置 第二周期第IA族 第二周期第ⅡA族 第二周期第ⅢA族
常见化合价 ＋1 ＋2 ＋3
2．锂及其化合物
物质 性质
锂(Li) (1)Li与氧气反应：4Li＋O22Li2O (Li与氧气不管常温还是加热都只能生成Li2O)(2)Li与卤素单质的反应：2Li＋X22LiX (X＝F、Cl、Br、I)(3)Li与氮气反应：6Li＋N22Li3N (锂和镁处于对角线位置，化学性质相似)(4)Li与水反应：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
锂的化合物 (1)LiF、Li2CO3、Li3PO4都是难溶盐，而其他碱金属的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都易溶于水。如，氟化钠的溶解度约是氟化锂的10倍，磷酸钠的溶解度约是磷酸锂的200倍(2)LiOH，Li2CO3都不稳定，加热分解：2LiOHLi2O＋H2O，Li2CO3Li2O＋CO2↑，其他碱金属元素对应的碱和碳酸盐加热不易分解(3)LiNO3加热分解生成氧化物：4LiNO3Li2O＋4NO2↑＋O2↑；其他碱金属硝酸盐分解成亚硝酸盐和O2(4)LiCl·nH2O受热分解时发生水解，生成LiOH(5)LiCoO2一般作为锂离子电池的正极材料，发生如下反应，放电时Li1－xCoO2＋LixCeq \o(
,\s\up7(放电) ,\s\do6(充电))LiCoO2＋C(6)LiAiH4与水反应生成氢气；LiAiH4也是有机合成中重要的还原剂，可以还原醛、酮、酸中的不饱和碳氧双键()，也可以将硝基(－NO2)还原成氨基(－NH2)
3．铍及其化合物
物质 性质
铍(Be) (1)与非金属反应：2Be＋O22BeO，3Be＋N2Be3N2，Be＋SBeS(2)既能与酸又能与碱反应：不仅能溶于酸溶液，也能溶于碱溶液，放出H2，但铍和铝相似，与冷的浓硝酸接触，发生“钝化”现象①与酸反应：Be＋2HCl===BeCl2＋H2↑②与碱反应：Be＋2NaOH＋2H2O===Na2[Be(OH)4]＋H2↑或Be＋2NaOH===Na2BeO2＋H2↑
氧化铍(BeO) 与酸反应：BeO＋2HCl===BeCl2＋H2O与碱反应：BeO＋2NaOH＋H2O===Na2[Be(OH)4]或BeO＋2NaOH===Na2BeO2＋H2O
氢氧化铍(Be(OH)2) 与酸反应：Be(OH)2＋2HCl===BeCl2＋2H2O与碱反应：Be(OH)2＋2NaOH===Na2[Be(OH)4]或Be(OH)2＋2NaOH===Na2BeO2＋2H2O
4．硼及其化合物
物质 性质
硼(B) (1)与非金属反应：2B＋3F2===2BF3 4B＋3O2 2B2O3 2B＋N22BN(2)与酸的反应：不与盐酸作用，能与热的浓硫酸或浓硝酸反应2B＋3H2SO4(浓)2H3BO3＋3SO2↑ B＋3HNO3(浓)H3BO3＋3NO2↑(3)与强碱反应：无定形硼与NaOH有类似硅那样的反应；有强氧化剂存在时与强碱共熔可得偏硼酸盐①硼和NaOH溶液反应生成NaBO2(或Na[B(OH)4])和H22B＋2NaOH＋2H2O===2NaBO2＋3H2↑或2B＋2NaOH＋6H2O===2Na[B(OH)4]＋3H2↑②强氧化剂(KNO3)时：2B＋2NaOH＋3KNO32NaBO2＋3KNO2＋H2O(4)与水蒸气反应：2B＋6H2O(g)2B(OH)3＋3H2(5)高温下同金属反应生成金属硼化物
氧化硼(B2O3) (1)易溶于水，形成硼酸： B2O3＋3H2O===2H3BO3
(2)遇热的水蒸气可生成易挥发的偏硼酸：B2O3＋H2O(g)===2HBO2(g)
硼酸(H3BO3) (1)与碱反应a．在碱性较弱的条件下则得到四硼酸盐：4H3BO3＋2NaOH===Na2B4O7＋7H2Ob．碱过量时，Na2B4O7转化为偏硼酸钠(NaBO2)：Na2B4O7＋2NaOH===4NaBO2＋H2O(2)H3BO3受热时会逐渐脱水，首先生成偏硼酸(HBO2)，继续升温可进一步脱水生成四硼酸(H2B4O7)，更高温度时则转变为硼酸的酸酐(B2O3)
乙硼烷(B2H6) (1)乙硼烷B2H6受热容易分解：2B2H6 B4H10＋H2(2)遇水立即发生水解：B2H6＋6H2O===2H3BO3↓＋6H2↑ (3)乙硼烷制取万能还原剂：B2H6＋2NaH===2NaBH4
硼氢化钠(NaBH4) NaBH4中的H为－1价，具有还原性，故其可用作醛类、酮类和酰氯类的还原剂
【精准训练1】
1．Be2+和Al3+的电荷与半径之比相近，导致两元素性质相似。下列说法错误的是(　　)
A．Be2+与Al3+都能在水中与氨形成配合物 B．BeCl2和AlCl3的熔点都比MgCl2的低
C．Be(OH)2和Al(OH)3均可表现出弱酸性 D．Be和Al的氢化物都不能在酸中稳定存在
3．第ⅡA的铍在一定条件下可形成化合物Na2[Be(OH)4]。下列有关铍及其化合物的叙述正确的是(　　)
A．氧化铍不能溶于盐酸 B．氢氧化铍易溶于水
C．单质铍可溶于氢氧化钠溶液生成氢气 D．Na2[Be(OH)4]溶液呈酸性
3．硼氢化钠(NaBH4)具有强还原性，在工业生产上广泛用于非金属及金属材料的化学镀膜、贵金属回收、工业废水处理等。工业上采用的Bayer法制备NaBH4通常分两步(如图)。下列说法错误的是(　　)
A．用B2O3代替Na2B4O7也可制得NaBH4
B．两步的总反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1
C．将SiO2粉碎能增大得到熔体的速率
D．由图可知该工艺过程中无污染性物质产生，符合绿色化学理念
考点二 镁及其化合物
【知识拓展】
1．镁在周期表的位置及常见化合价
元素 12Mg
电子排布式 1s22s22p63s2
位置 第三周期第ⅡA族
常见化合价 ＋2
2．镁的性质
(1)镁元素在自然界中的存在形式：在自然界中全部以化合态的形式存在 (地壳和海水中)
(2)物理性质：具有银白色金属光泽的固体，密度、硬度均较小，熔点较低，有良好的导电、传热和延展性
(3)化学性质
①与非金属反应——O2、Cl2、N2、S等
与O2反应 2Mg＋O22MgO (发出耀眼的白光)
与Cl2反应 Mg＋Cl2MgCl2
与N2反应 3Mg＋N2Mg3N2
与S反应 Mg＋SMgS
②与H2O反应：Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑ (冷水慢，沸水快)
③与非氧化性酸(如：稀盐酸、稀硫酸)的反应：Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑ Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
④与CO2反应：2Mg＋CO22MgO＋C (剧烈燃烧，生成白色粉末和黑色固体)
⑤与盐溶液反应：Mg＋CuSO4===MgSO4＋Cu Mg＋Cu2+===Mg2+＋Cu
(4)镁的用途
镁合金 用于制造火箭、导弹和飞机的部件
镁 制造信号弹和焰火；冶金工业上用作还原剂和脱氧剂
【微点拨】
①Mg在CO2中能够燃烧，所以活泼金属镁着火不能用干粉灭火器和泡沫灭火器灭火
②镁也可在氮气中燃烧，生成氮化镁(Mg3N2)，氮化镁能与水剧烈反应生成Mg(OH)2沉淀并放出氨气
Mg3N2＋6H2O===3Mg(OH)2↓＋2NH3↑
3．氧化镁
(1)物理性质：白色固体，难溶于水，熔点较高，是优良的耐火材料
(2)化学性质：属于碱性氧化物，具有碱性氧化物的通性
①与水能缓慢反应：MgO＋H2O===Mg(OH)2
②能与酸反应：MgO＋2H＋===Mg2＋＋H2O
(3)工业制备(煅烧碳酸镁)：MgCO3MgO＋CO2↑
(4)主要用途：氧化镁熔沸点高，可制造耐火、耐高温器材
4．氢氧化镁
(1)物理性质：白色固体，难溶于水的中强碱，能使酚酞试液变为浅红色
(2)化学性质
①能与酸反应：Mg(OH)2＋2H+===Mg2+＋2H2O
②热稳定性差：Mg(OH)2MgO＋H2O
③溶解度小于碳酸镁：MgCO3＋H2OMg(OH)2＋CO2↑
(3)实验室制法
①将NaOH溶液滴入MgCl2溶液中：Mg2+＋2OH—===Mg(OH)2↓
②将氨水滴入MgSO4溶液中：Mg2+＋2NH3·H2O===Mg(OH)2↓＋2NH4+
5．从海水中提取镁的流程
(1)工艺流程
(2)基本步骤及主要反应
制熟石灰 CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca(OH)2
沉淀Mg2＋ Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca2＋
酸化，制备MgCl2 Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
蒸发浓缩、冷却结晶 析出MgCl2·6H2O
脱水，制备无水MgCl2 在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁
电解熔融的MgCl2，制备镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
【微点拨】
①MgCl2·6H2O加热脱水制无水氯化镁时，为了防止MgCl2水解生成Mg(OH)2，Mg(OH)2加热分解得到MgO需在HCl气流中加热
②因镁在高温下能与O2、N2、CO2等气体发生反应，故工业电解MgCl2得到的镁，应在H2氛围中冷却
【精准训练2】
1．一种工业制备无水氯化镁的工艺流程如下，下列说法错误的是(　　)
A．物质X常选用生石灰
B．工业上常用电解熔融MgCl2制备金属镁
C．“氯化”过程中发生的反应为MgO＋C＋Cl2MgCl2＋CO
D．“煅烧”后的产物中加稀盐酸，将所得溶液加热蒸发也可得到无水MgCl2
2．以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下：
已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是(　　)
A．浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O
B．浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行
C．流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl
D．分离Mg2＋与Al3＋、Fe3＋是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
考点三 锡、铅及其化合物
【知识拓展】
1．锡、铅在周期表的位置及常见化合价
元素 50Sn 82Pb
电子排布式 [Kr]4d105s25p2 [Xe]4f145d106s26p2
位置 第五周期第ⅣA族 第六周期第ⅣA族
常见化合价 ＋2、＋4 ＋2、＋4
2．锡及其化合物
物质 性质
锡(Sn) (1)与稀盐酸缓慢作用，与浓盐酸在加热条件下反应加快：Sn＋2HCl(浓)SnCl2＋H2↑(2)与氢氧化钠反应生成亚锡酸钠和氢气：Sn＋2NaOH===Na2SnO2＋H2↑
氢氧化锡[Sn(OH)2] (1)与酸反应：Sn(OH)2＋2HCl===SnCl2＋2H2O(2)与碱反应：Sn(OH)2＋2NaOH===Na2SnO2＋2H2O
Sn2+与Sn4+ (1)Sn2+水解：SnCl2＋H2OSn(OH)Cl(白色)＋HCl(2)Sn2+在空气中被氧气氧化：2Sn2+＋O2＋4H+===2Sn4+＋2H2O(3)Sn4+水解：SnCl4＋4H2OSn(OH)4↓＋4HCl
3．铅及其化合物
物质 性质
铅(Pb) (1)与非金属反应①常温时Pb在空气中稳定存在，但表面易形成PbO和Pb2(OH)2CO3保护膜而不易被腐蚀2Pb＋O2＋CO2===Pb2(OH)2CO3②与O2反应：熔融的铅空气反应生成一氧化铅 ( https: / / baike. / item / %E4%B8%80%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%93%85 / 2653025" \t "https: / / baike. / item / %E9%93%85 / _blank )，将铅在纯氧中加热可得二氧化铅 ( https: / / baike. / item / %E4%BA%8C%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%93%85 / 10222801" \t "https: / / baike. / item / %E9%93%85 / _blank )③易和卤素、硫化合，生成PbCl4、PbI2、PbS(2)与酸反应①Pb与稀盐酸可以缓慢反应，但因生成难溶的PbCl2覆盖反应物而使反应终止：Pb＋2HCl===PbCl2↓＋H2↑②加热条件下与浓盐酸反应生成氢气Pb＋4HCl(浓)H2[PbCl4]＋H2↑③在氧气存在时可以溶于醋酸，生成弱电解质Pb(CH3COO)22Pb＋4CH3COOH＋O2===2Pb(CH3COO)2＋2H2O④与浓、稀硝酸反应——硝酸不能将Pb氧化到＋4价态Pb＋4HNO3(浓)===Pb(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O3Pb＋8HNO3(稀)===3Pb(NO3)2＋2NO↑＋4H2O(3)与碱反应：Pb＋2OH－===PbO＋H2↑
PbO 两性氧化物，既能溶于酸又能溶于碱PbO＋2HCl===PbCl2＋H2O，PbO＋2NaOH＋H2O===Na2[Pb(OH)4]
PbO2 有强氧化性，是常用的强氧化剂①与H2O2反应：PbO2＋H2O2＋2 H+===Pb2+＋O2↑＋2H2O) ②与浓盐酸反应：PbO2＋4HClPbCl2＋Cl2↑＋2H2O③可以将Mn2+氧化为MnO：5PbO2＋2Mn2+＋4H+===5Pb2+＋2MnO===2H2O④PbO2制备：Pb(OH)＋ClO－===PbO2＋Cl－＋OH－＋H2O
Pb3O4 溶于酸时表现出氧化性：Pb3O4＋8HCl===3PbCl2＋Cl2↑＋4H2O
醋酸铅 实验室里用醋酸铅试纸检验H2S：H2S＋(CH3COO)2Pb===PbS↓(黑色)＋2CH3COOH
【精准训练3】
1．锡为ⅣA族元素，四碘化锡是常用的有机合成试剂(SnI4，熔点114.5℃，沸点364.5℃，易水解)。实验室以过量锡箔为原料通过反应Sn+2I2SnI4制备SnI4，装置如图(夹持、加热装置略去)。下列说法正确的是( )
A．SnI4不溶于CCl4 B．装置Ⅰ中b为冷凝水进水口
C．加入碎瓷片的目的是防止暴沸 D．装置Ⅱ的主要作用是吸收挥发的I2
2．废旧铅蓄电池会导致铅污染，RSR工艺回收铅的化工流程如图所示。下列有关说法错误的是
已知：i.铅膏的主要成分是PbO2和PbSO4；HBF4是强酸
ii.Ksp(PbSO4)＝1.6×10－8、Ksp(PbCO3)＝7.4×10－14
A．步骤②中反应PbSO4(s)＋CO(aq)PbCO3(s)＋SO(aq)的化学平衡常数K约为2.2×105
B．操作③需要用的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒
C．步骤④发生反应的离子方程式为PbCO3＋2H+===Pb2+＋CO2↑＋H2O
D．副产品M的主要成分是(NH4)2SO3
3．硫酸亚锡(SnSO4)是一种重要的能溶于水的硫酸盐，广泛应用于镀锡工业。研究小组设计SnSO4制备路线如下：
查阅资料：Ⅰ．酸性条件下，锡在水溶液中有Sn2+、Sn4+两种主要存在形式，Sn2+易被氧化
Ⅱ．SnCl2易水解生成碱式氯化亚锡
回答下列问题：
(1)操作Ⅰ的步骤为____________、____________、过滤、洗涤、干燥。对沉淀进行洗涤的方法是_______________
(2)SnCl2粉末需加浓盐酸进行溶解，请结合必要的化学方程式用平衡移动原理解释原因_____________________
(3)加入Sn粉的作用有两个：①调节溶液pH；②____________________________________
(4)酸性条件下，SnSO4还可以用作双氧水去除剂，发生反应的离子方程式是_________________________
(5)该小组通过下列方法测定所用锡粉的纯度(杂质不参与反应)：取ag锡粉溶于盐酸中，向生成的SnCl2中加入过量的FeCl3溶液，用bmol·L－1K2Cr2O7滴定生成的Fe2+(已知酸性环境下，Cr2O72—可被还原为Cr3+)，共用去K2Cr2O7溶液mmL。则锡粉中锡的质量分数是　　　(Sn的摩尔质量为Mg·mol－1，用含a、b、m、M的代数式表示)
考点四 镓、铟、铊及其化合物
【知识拓展】
1．镓、铟、铊在周期表的位置及常见化合价
原子符号 31Ga 49In 81Tl
电子排布式 [Ar]3d104s24p1 [Kr]4d105s25p1 [Xe]4f145d106s26p1
周期表中的位置 第四周期第ⅢA族 第五周期第ⅢA族 第六周期第ⅢA族
常见化合价 ＋3 ＋1、＋3 ＋1、＋3
2．镓、铟、铊的单质
(1)物理性质：镓是银白色软金属，熔点为29.7646℃，在人的手掌中就能熔化，而其沸点为2229℃，熔点和沸点之差在所有金属中是最大的。基于这一特点，镓被用来制造测量高温的温度计。铟、铊的物理性质和镓近似
(2)化学性质
①镓、铟和铊3种金属都能与非氧化性酸反应
2Ga＋3H2SO4(稀)===Ga2(SO4)3＋3H2↑
2In＋3H2SO4(稀)===In2(SO4)3＋3H2↑
2Tl＋3H2SO4(稀)===Tl2(SO4)3＋3H2↑
②镓、铟和铊3种金属都能与氧化性酸反应，Ga、In被氧化到＋3价，Tl只被氧化到＋1价
Ga＋6HNO3(浓)===Ga(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O
In＋6HNO3(浓)===In(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O
Tl＋2HNO3(浓)===InNO3＋NO2↑＋H2O
③Ga与铝类似，具有两性，金属性弱于铝，既可以与酸反应，也可以与碱反应
2Ga＋2NaOH＋6H2O===2Na[Ga(OH)4]＋3H2↑
④常温下，镓与铟表面存在氧化层，导致其化学性质不活泼
⑤镓、铟和铊与F2反应剧烈，与Cl2、Br2、I2及P，S等反应较慢，有的反应需要加热
3．镓、铟和铊的氧化物和氢氧化物
镓、铟和铊的氢氧化物均不稳定，且按镓、铟、铊的顺序稳定性下降。这些氧化物均易脱水，生成氧化物
(1)Ga(OH)3、In(OH)3微热时脱水，生成氧化物：2M(OH)3M2O3＋3H2O (M＝Ga或In)
(2)Tl(OH)3不稳定到几乎不能存在，向TlCl3溶液中加入强碱，将直接生成Tl2O3沉淀
2TlCl3＋6NaOH===Tl2O3↓＋6NaCl＋3H2O
(3)Tl2O3棕色的受热熔化后发生分解，产物是黑色的Tl2O：Tl2O3Tl2O＋O2↑
(4)Al2O3和Al(OH)3属于典型的两性化合物，而Ga2O3和Ga(OH)3为两性偏酸性。在铝、镓、铟、铊的氢氧化物中，Ga(OH)3酸性最强，比Al(OH)3强，Ga(OH)3可溶于NH3·H2O，而Al(OH)3不溶于NH3·H2O
Ga(OH)3＋3OH－===[Ga(OH)6]3－
(5)In2O3和In(OH)3几乎无两性表现，In2O3溶于酸，但不溶于碱
(6)TlOH尽管的碱性不如KOH强，但仍不失为强碱
(7)镓、铟和铊的氢氧化物(M(OH)3)虽然极不稳定，但它们在水中的溶解度却相当小，其Ksp数量级均在10－44～10－46，可见比Al(OH)3还难溶
4．Tl(Ⅲ)的化合物
(1)Tl(Ⅲ)是较强氧化剂，具有较强的氧化性，可以将许多物质氧化
Tl2(SO4)3＋4FeSO4===Tl2SO4＋2Fe2(SO4)3
Tl(NO3)3＋SO2＋2H2O===TlNO3＋H2SO4＋2HNO3
Tl(NO3)3＋3KI===3KNO3＋TlI↓＋I2↓
(2)由于Tl(Ⅲ)的氧化性强，TlBr3、TlI3难于存在。TlCl3也不稳定，受热时易分解成白色的TlCl
TlCl3TlCl＋Cl2↑
4．Tl(I)的化合物
(1)Tl(I)遇到强氧化剂时可以被氧化成Tl(Ⅲ)
①硝酸亚铊可以被氯气流氧化成硝酸铊和氯化铊：3TlNO3＋3Cl2===Tl(NO3)3＋2TlCl3
②TlCl的悬浊液在氯气流下加热，冷却后生成白色针状结晶水合氯化铊：TlCl＋Cl2＋4H2OTlCl3 4H2O
③H2O2也可以将Tl(I)氧化成Tl2O3
(2)硫酸亚铊溶液中加入NaCl，将生成TlCl沉淀：Tl2SO4＋2NaCl===TlCl↓＋Na2SO4
(3)硫酸亚铊溶液中加入NaHS，将生成黑色Tl2S沉淀：Tl2SO4＋NaHS===Tl2S↓＋NaHSO4
(4)向亚铊盐溶液中加入强碱，虽然可以生成TlOH，但TlOH受热时很容易分解
2Tl2SO4＋2NaOH===TlOH↓＋Na2SO4
2TlOHTl2O＋H2O
(5)TlCl在水中溶解度很小，但可以溶于硫酸，生成硫酸氢亚铊：TlCl＋H2SO4===TlHSO4＋3HCl，TlCl连同其他卤化铊对于光很敏感，见光将其分解成单质
【精准训练4】
1．近年来我国科技研究取得重大成就，科技创新离不开化学。下列相关叙述正确的是( )
A．量子通信材料螺旋碳纳米管TEM与石墨烯互为同位素
B．中国空间站太阳翼使用氮化镓(GaN)半导体材料，GaN属于新型金属材料
C．可再生生物降解餐具的成分为聚乳酸(PLA)，PLA属于有机高分子材料
D．华为Mate60pro手机的CPU基础材料是SiO2
2．从砷化镓废料(主要成分为GaAs、Fe2O3、SiO2和CaCO3)中回收镓和砷的工艺流程如图所示。下列说法错误的是( )
A．“碱浸”时，温度保持在70℃的目的是提高“碱浸”速率，同时防止H2O2过度分解
B．滤渣Ⅲ的主要成分是H2SO4
C．“旋流电积”所得“尾液”溶质主要是H2SO4，可进行循环利用，提高经济效益
D．得到Na3AsO4 12H2O的操作为直接蒸干
3．用“H2SO4浸出一萃取”法从铅烟灰(主要含有In2O3，还含有PbO和SiO2杂质)中回收单质铟(In)的生产工艺流程如图所示。
已知：I．“萃取”反应：In2(SO4)3＋6(HA)2(有机液)2In(HA2)3(有机液)＋3H2SO4
II．“反萃”反应：In(HA2)3(有机液)＋4HCl3(HA)2(有机液)＋HInCl4
下列说法正确的是( )
A．“高温酸浸”时，用浓盐酸代替稀硫酸可提高酸浸速率
B．“萃取”时，等量的萃取剂一次萃取和分多次萃取的效率相同
C．“反萃”时，适当增加盐酸的浓度可提高铟的反萃取率
D．“置换”时，得到海绵铟的化学方程式为：Zn＋2HInCl4===ZnCl2＋H2↑＋2InCl3
【课时精练】
1．铝、铍及其化合物具有相似的化学性质，已知反应：BeCl2＋Na2[Be(OH)4]===2NaCl＋2Be(OH)2↓能完全进行，则下列推断正确的是(　　)
A．Be(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液
B．BeCl2水溶液的导电性强，故BeCl2是离子化合物
C．Na2[Be(OH)4]溶液的pH＞7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物为BeO
D．BeCl2溶液的pH＞7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物是BeCl2
2．铍元素与铝元素的单质及其化合物的性质相似。下列说法错误的是(　　)
A．Be溶于NaOH溶液生成H2
B．BeO、Be(OH)2均难溶于水
C．BeCl2与过量的NaOH溶液反应生成Be(OH)2
D．BeSO4溶液呈酸性
3．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下：
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)。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．对过滤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
4．轻质氧化镁和硼酸(H3BO3)都是重要的化工原料，可采用硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸和轻质氧化镁，其工艺流程如图，下列叙述错误的是(　　)
A．Fe2O3、Al2O3都不能溶于(NH4)2SO4溶液
B．进入“吸收”工序中的气体为NH3
C．若“过滤2”时调节溶液的碱性越强得到的硼酸越多
D．“沉镁”中得到的母液经加热后可返回“溶浸”工序循环使用
5．用硼镁矿(主要成分为2MgO·B2O3·H2O，含SiO2、CaCO3、铁和铝的氧化物等杂质)生产硼酸并回收硫酸镁的工艺流程如图。下列叙述不正确的是(　　)
A．滤渣1的主要成分为SiO2、CaSO4
B．试剂a可选用MgO
C．滤渣2仅含Fe(OH)3
D．母液经系列操作分离出晶体后，乙醇洗涤干燥可得MgSO4·H2O
6．工业上以硼镁矿（主要成分为2MgO·B2O3·H2O，还含有少量Fe2O3、FeO、CaCO3、Al2O3和SiO2等）为原料生产硼酸晶体的工艺流程如图所示。下列说法错误的是(　　)
已知：①H3BO3的溶解度随温度的升高显著增大
②Fe3＋、Fe2＋、Al3＋和Mg2＋以氢氧化物的形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、9.7、5.2和12.4
A．“浸取”时要分批慢慢加入稀硫酸
B．“热过滤”的目的是防止温度降低时H3BO3从溶液中析出
C．“除杂”时需向“浸出液”中依次加入H2O2和NaOH溶液，以除去Fe2＋、Fe3＋、Al3＋等杂质离子
D．“母液”中的溶质主要是硫酸镁
7．利用菱镁矿MgCO3(含杂质Al2O3、FeCO3)制取镁的工艺流程如图，下列说法正确的是(　　)
A．“酸浸”时溶液中有电子转移 B．“氧化”时用稀硝酸代替更好
C．沉淀混合物为Al(OH)3和Fe(OH)3 D．电解MgCl2溶液可得到金属镁
8．以混有SiO2的MgCO3为原料制备氧化镁的实验流程如图，下列说法错误的是(　　)
A．酸浸的离子方程式为CO＋2H＋===CO2↑＋H2O B．浸出渣的成分是SiO2
C．母液的主要溶质是NH4Cl D．固体X是Mg(OH)2
9．某研究小组利用BaS的还原性以HBr溶液(含Br2)和Mg(OH)2为原料制取MgBr2的工艺流程如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．“沉淀”步骤中可使用Na2SO4溶液代替H2SO4溶液
B．滤渣中只有BaSO4
C．“转化”步骤中发生反应的化学方程式为Mg(OH)2＋2HBr===MgBr2＋2H2O
D．将MgBr2·6H2O直接加热得到MgBr2固体
10．铟(In)是一种稀有贵金属，广泛应用于航空航天、太阳能电池等高科技领域。从铜烟灰酸浸渣(主要含PbO、FeAsO4 2H2O、In2O3)中提取铟的工艺流程如图，下列说法错误的是( )
A．整个流程中可循环利用的物质是萃余液
B．亚铁离子在萃取剂中的溶解度大于水中的溶解度
C．“水浸”所得浸渣中还含有PbSO4
D．“还原铁”时发生反应的离子方程式为：2Fe3+＋S2O===2Fe2+＋S4O
10．硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。已知硼镁矿的主要成分为Mg2B2O5·H2O，硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O。一种利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如图所示：
(1)写出硼元素在元素周期表中的位置：________________________________
(2)将硼砂溶于水后，用硫酸调节溶液的pH≈3.5以制取硼酸(H3BO3)，该反应的离子方程式为_________________
(3)由MgCl2·6H2O制备MgCl2时，一定条件是_____________________________________
(4)制得的粗硼在一定条件下反应生成BI3，BI3在一定条件下受热分解可以得到纯净的单质硼。0.200 0 g粗硼制成的BI3完全分解，将生成的I2配制成100 mL碘水，量取10.00 mL碘水于锥形瓶中，向其中滴加几滴淀粉溶液，用0.300 0 mol·L－1 Na2S2O3溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液18.00 mL。(提示：I2＋2S2O===2I－＋S4O)滴定终点的现象为_______________________________________________，该粗硼样品的纯度为________%
(5)H3BO3[也可写成B(OH)3]可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备。工作原理如图所示。
①b膜为_______(填“阴离子”或“阳离子”)交换膜，写出产品室发生反应的离子方程式：_______________，理论上每生成1 mol H3BO3，N室可生成________L(标准状况)气体
②N室中，进口和出口的溶液浓度大小关系为a%______(填“>”或“<”)b%
11．硼酸和硫酸镁是重要的化工原料。以硼铁混合精矿[主要成分为MgBO2(OH)、UO2和Fe3O4，还有少量的Fe2O3、FeO、SiO2]为原料制备硼酸和硫酸镁的工艺流程如下：
已知：①UO在pH为4～5的溶液中生成UO2(OH)2沉淀；②Fe2＋和Fe3＋沉淀完全的pH分别为9.7、3.7
(1)酸浸过程中MgBO2(OH)与硫酸反应的离子方程式为_______________________________
(2)酸浸过程中加入H2O2的目的是_____________________________________________(写出两条)，滤渣1的主要成分是________________(填化学式)
(3)试剂1最好选择______________________(填化学式)。若调节溶液pH前，溶液中c(Mg2＋)＝0.2 mol·L－1，当溶液pH调至5时，UO沉淀完全，此时是否有Mg(OH)2沉淀生成______________________________________。{通过计算说明，Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12}
(4)操作1的名称是________________
(5)MgSO4·H2O加热脱水可以得无水MgSO4，那么MgCl2·6H2O晶体直接加热____________(填“能”或“不能”)得到无水MgCl2，理由是_________________________________
(6)已知：H2CO3的Ka1＝4.4×10－7，Ka2＝4.7×10－11；H3BO3的Ka＝5.8×10－10。向碳酸钠溶液里逐滴加入硼酸溶液__________(填“有”或“无”)气泡产生，理由是________________________
12．铍用于宇航器件的构筑。一种从其铝硅酸盐[Be3Al2(SiO3)6]中提取铍的路径为：
已知：Be2+＋4HABeA2(HA)2＋2H+
回答下列问题：
(1)基态Be2+的轨道表示式为_______
(2)为了从“热熔、冷却”步骤得到玻璃态，冷却过程的特点是_____________
(3)“萃取分液”的目的是分离Be2+和Al3+，向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液，观察到的现象是_______________________________
(4)写出反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化学方程式_______________________________________________________，“滤液2”可以进入_______步骤再利用
(5)电解熔融氯化铍制备金属铍时，加入氯化钠的主要作用是_________________________________
(6)Be(OH)2与醋酸反应得到某含4个Be的配合物，4个Be位于以1个O原子为中心的四面体的4个顶点，且每个Be的配位环境相同，Be与Be间通过CH3COO－相连，其化学式为____________
13．铍的氧化物广泛应用于原子能、航天、电子、陶瓷等领域，是重要的战略物资。利用绿柱石(主要化学成分为(Be3Al2Si6O18，还含有一定量的FeO和Fe2O3)生产BeO的一种工艺流程如下。
回答问题：
(1)Be3Al2Si6O18中Be的化合价为_______
(2)粉碎的目的是___________________________________________；残渣主要成分是_______(填化学式)
(3)该流程中能循环使用的物质是_______(填化学式)
(4)无水BeCl2可用作聚合反应的催化剂。BeO、Cl2与足量C在600～800℃制备BeCl2的化学方程式为_______
(5)沉铍时，将pH从8.0提高到8.5，则铍的损失降低至原来的_______%
14．铍是航天、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。回答下列问题：
已知：“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)
(1)“操作1”是粉碎，目的是________________________________
(2)750 ℃烧结时，Na3FeF6与绿柱石作用生成易溶于水的Na2BeF4，该反应的化学方程式为__________________
(3)“过滤1”的滤液中需加入适量NaOH生成Be(OH)2沉淀，但NaOH不能过量，原因是_____________________
(4)已知Ksp[Be(OH)2]＝4.0×10－21，室温时0.40 mol/L Be2＋开始沉淀时的pH＝_____
(5)“沉氟”反应的离子方程式为_________________________________
(6)工业上电解NaCl－BeCl2熔融混合物制备金属铍，选用加入熔融氯化钠的目的是____________________，电解时电极总反应式为________________________________
15．三盐基硫酸铅(3PbO·PbSO4·H2O，其相对分子质量为990)简称“三盐”，不溶于水及有机溶剂。主要适用于不透明的聚氯乙烯硬质管、注射成型制品，也可用于人造革等软质制品。以铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐的工艺流程如下图所示
已知：Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8，Ksp(PbCO3)＝1.46×10－13
请回答下列问题：
(1)写出步骤①“转化”的离子方程式：____________________________________________
(2)根据下图溶解度曲线，由滤液1得到Na2SO4固体的操作为：将“滤液1”________、________、用乙醇洗涤后干燥
(3)步骤③“酸溶”，为提高酸溶速率，可采取的措施是_______________________________(任意写出一条)
(4)“滤液2”中可循环利用的溶质为________(填化学式)。若步骤④“沉铅”后的滤液中c(Pb2＋)＝1.82×10－5mol·L－1，则此时c(SO)＝________mol·L－1
(5)步骤⑥“合成”三盐的化学方程式为____________________________________________
(6)若消耗100.0 t铅泥，最终得到纯净干燥的三盐49.5 t，假设铅泥中的铅元素有75%转化为三盐，则铅泥中铅元素的质量分数为________
16．钴酸锂电池的正极材料含有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑、铝箔及少量铁，通过如图工艺流程可回收铝、钴、锂。回答下列问题：
(1)钴酸锂电池放电时负极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋，拆解废旧电池前进行放电处理，既可保证安全又有利于回收锂。有利于回收锂的原因是_______________________
(2)“酸浸”时Co、Li元素的浸出率随温度的变化如图所示：
“酸浸”的适宜温度是_______，该过程有多个反应，钴酸锂发生的主要反应的离子方程式为__________________
(3)沉锂过程要对所得滤渣进行洗涤，检验沉淀是否洗净的操作为___________________________________
(4)沉钴的化学方程式为_________________________________________________，将100 mL 0.50 mol·L－1 CoSO4溶液沉钴所得晶体配成溶液，经过一系列处理后通过滴定实验测得消耗0.50 mol·L－1碘标准溶液48.50 mL，则沉钴过程中CoC2O4·2H2O的产率为________(已知：在“一系列处理”过程中二价钴被碘氧化成三价钴)
17．镓(Ga)在半导体、记忆合金等高精尖材料领域有重要应用。一种从电解铝的副产品炭渣(含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素)中提取镓及循环利用铝的工艺如下
工艺中，LAEM是一种新型阴离子交换膜，允许带负电荷的配离子从高浓度区扩散至低浓度区。用LAEM提取金属离子Mn+的原理如图。已知：
①pKa(HF)＝3.2
②Na3[AlF6](冰晶石)的Ksp＝4.0×10－3
③浸取液中，Ga(III)和Fe(III)以[MClm](m—3) (m＝0～4)微粒形式存在，Fe2＋最多可与2个Cl－配位，其他金属离子与Cl－的配位可忽略
(1)“电解”中，反应的化学方程式为___________________________________
(2)“浸取”中，由Ga3＋形成[GaCl4]－的离子方程式为____________________________________________
(3)“还原”的目的：避免_______元素以_______(填化学式)微粒的形式通过LAEM，从而有利于Ga的分离。
(4)“LAEM提取”中，原料液的Cl－浓度越_______，越有利于Ga的提取；研究表明，原料液酸度过高，会降低Ga的提取率。因此，在不提高原料液酸度的前提下，可向I室中加入_______(填化学式)，以进一步提高Ga的提取率。
(5)“调pH”中，pH至少应大于_______，使溶液中c(F－)＞c(HF)，有利于[AlF6]3－配离子及Na3[AlF6]晶体的生成。若“结晶”后溶液中c(Na＋)＝0.1 mol·L－1，则[AlF6]3－浓度为_______mol·L－1
(6)一种含Ga、Ni、Co元素的记忆合金的晶体结构可描述为Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心，形成如图所示的结构单元。该合金的晶胞中，粒子个数最简比Co∶Ga∶Ni＝_______，其立方晶胞的体积为______nm3
18．从砷化镓废料(主要成分为GaAs，含Fe2O3、SiO2和CaCO3等杂质)中回收镓和砷的工艺流程如图所示：
已知：Ga(OH)3是两性氢氧化物。回答下列问题：
(1)写出Ga(OH)3的电离方程式：________________________________________
(2)“浆化”过程将砷化镓废料转变为悬浊液，目的是__________________________________
(3)“碱浸”过程，砷化镓转化为NaGaO2和Na3AsO4，该反应的离子方程式为______________________________
(4)“电解”时，阴极放电的电极反应式为____________________________。
(5)向“调pH”后得到的滤液中加入足量NaOH溶液，使pH大于12，经______________、降温结晶、过滤、洗涤、________后得到Na3AsO4·12H2O
【工艺流程中的主族金属元素】答案
【精准训练1】
1．A。解析：A．Al3+半径小，不能容纳6个氮原子和它配位，则不能在水中与氨形成配合物，A项错误；
B．BeCl2和AlCl3属于分子晶体，而MgCl2属于离子晶体，则BeCl2和AlCl3的熔点都比MgCl2的低，B项正确；
C．Be(OH)2和Al(OH)3均为两性氢氧化物，则均可表现出弱酸性，C项正确；D．Be和Al的氢化物与酸反应，生成对应的盐和氢气，则都不能在酸中稳定存在，D项正确；答案选A。
2．C。解析：A．在一定条件下能形成化合物Na2[Be(OH)4]，说明铍和铝相似，因此氧化铍是两性氧化物，既能跟强酸反应又能跟强碱反应，故A错误；B．在一定条件下能形成化合物Na2[Be(OH)4]，说明铍和铝相似，因此氢氧化铍不易溶于水，故B错误； C．在一定条件下能形成化合物Na2[Be(OH)4]，说明铍和铝相似，既能跟强酸反应又能跟强碱反应生成氢气，故C正确；D．Na2[Be(OH)4]溶液是强碱弱酸盐的溶液，故溶液呈碱性，故D错误；答案选C。
3．B。解析：Na2B4O7可表示成Na2O·2B2O3的组成形式，则在制备NaBH4过程中，也可用B2O3代替Na2B4O7作原料，故A正确；两步的总反应中B元素化合价未变，氢气中H元素化合价从0价降低到－1价，被还原作氧化剂，而Na元素化合价从0价升高到＋1价，被氧化作还原剂，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，故B错误；将SiO2粉碎，可增大反应中固体的接触面积，从而可增大得到熔体的速率，故C正确；由图可知该工艺整个制备过程中无污染性物质产生，符合绿色化学理念，故D正确。
【精准训练2】
1．D。解析：苦卤水中含有大量镁离子，加入生石灰，生石灰与水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙再与镁离子反应生成氢氧化镁，生石灰来源丰富、价格便宜，常用来做沉镁的沉淀剂，A说法正确；镁为活泼金属，工业上常用电解熔融氯化镁的方法来制备金属镁，B说法正确；根据题给流程图可知，“煅烧”氢氧化镁得到氧化镁，“氯化”过程中，加入碳和氯气与氧化镁反应，生成无水氯化镁和一种气体，根据原子守恒和得失电子守恒可得反应的化学方程式为MgO＋C＋Cl2MgCl2＋CO，C说法正确；向“煅烧”后所得氧化镁中加稀盐酸，得到氯化镁溶液，由于镁离子会发生水解反应Mg2＋＋2H2O?? Mg(OH)2＋2H＋，直接蒸发MgCl2溶液，生成的HCl挥发，最终得到的是氢氧化镁，而不是无水氯化镁，D说法错误。
2．B。解析：结合流程图分析可知浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O，A项正确；浸出可以在较高温度下进行，促进NH4Cl水解和NH3的逸出，但沉镁时应在低温下进行，以减弱氨水分解，B项错误；结合流程图可知浸出得到的NH3可转化为氨水，用于沉镁，滤液中含有过量的NH4Cl，可用于浸出时的反应液，故该流程中NH3和NH4Cl可循环使用，C项正确；本流程中分离Mg2＋时，Al3＋、Fe3＋转化为沉淀，是利用了它们氢氧化物Ksp的不同，D项正确。
【精准训练3】
1．C。解析：A．根据题干中SnI4的熔沸点，从组成分析可知SnI4与CCl4为同族形成的同类物质，依据“相似相溶原理”可知SnI4可溶于CCl4中，故A错误；B．冷凝管的冷凝水为“下进上出”，所以装置Ⅰ中a为泠凝水进水口，故B错误；C．液体加热时，加入碎瓷片目的是防止暴沸，故C正确；D．由题可知：SnI4，易水解，所以装置Ⅱ的主要作用是防止水蒸气进入装置使SnI4水解，故D错误；故选C。
2．D。解析：A．步骤②中反应PbSO4(s)＋CO(aq)PbCO3(s)＋SO(aq)的化学平衡常数K=2.2×105，A正确；B．操作③为分离固液的操作，是过滤，需要用的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒，B正确；C．HBF4是强酸，和碳酸铅反应生成二氧化碳、水、和Pb(BF4)2，故步骤④发生反应的离子方程式为PbCO3＋2H+===Pb2+＋CO2↑＋H2O，C正确；D．副产品M的主要成分是(NH4)2SO4，D错误；故选D。
3．(1)加热浓缩　冷却结晶　将沉淀置于漏斗中，让蒸馏水浸没沉淀,使水自然流下，重复操作2～3次
(2)SnCl2＋H2OSn(OH)Cl＋HCl，加入盐酸，使该平衡向左移动，抑制Sn2+水解
(3)防止Sn2+被氧化
(4)Sn2+＋H2O2＋2H+===Sn4+＋2H2O
(5)
解析：(1)操作1最终得到SnSO4晶体，而过滤之前是加热浓缩、冷却结晶，沉淀的洗涤方法是将沉淀置于漏斗中，让蒸馏水浸没沉淀，使水自然流下，重复操作2～3次；
(2)SnCl2加盐酸的目的是防止其水解:SnCl2+H2OSn(OH)Cl+HCl；
(3)根据资料Ⅰ的信息可知，酸溶后的溶液含Sn4+，加Sn的目的还有防止Sn2+被氧化或还原Sn4+的作用；
(4)SnSO4有还原性,可还原过氧化氢：Sn2+＋H2O2＋2H+===Sn4+＋2H2O；
(5)根据3Sn～3SnCl2～6FeCl3～Cr2O
3×M 1
x bm×10－3
x＝3Mbm×10－3,
则质量分数为 ×100%＝。
【精准训练4】
1．C。解析：A．碳纳米管TEM与石墨烯都是碳元素组成的单质，二者互为同素异形体，A不正确；B．金属材料包括金属及合金，氮化镓(GaN)半导体材料中，GaN属于新型无机非金属材料，B不正确；C．聚乳酸(PLA)为有机高分子化合物，则PLA属于有机高分子材料，C正确；D．手机的CPU基础材料是Si，SiO2用于生产光导纤维，D不正确；故选C。
2．D。解析：A．“碱浸”时，温度保持在70℃可以提高“碱浸”速率，同时防止温度过高过氧化氢分解，故A正确；B．根据流程分析可知，SiO2碱浸时发生反应生成SiO进入溶液，加入H2SO4后又反应生成H2SO4，而Ga元素又溶于过量的硫酸，所以滤渣Ⅲ主要为H2SO4，故B正确；C．“旋流电积”时，Ga2(SO4)3溶液电解生成Ga、O2和H2SO4，所以“尾液”溶质主要是H2SO4，可进行循环利用，故C正确；D．因滤液中有其他物质，直接蒸干会有杂质，且会脱结晶水，故D错误；答案选D。
3．C。解析：A．二氧化锰与浓盐酸加热生成氯气，且高温会造成大量的HCl挥发造成损失，不能提高酸浸速率，A错误；B．每一次萃取都是按照一定比例进行的溶质分配，所以多次萃取的效率更高，B错误；C．“反萃”时，适当增加盐酸的浓度，平衡In(HA2)3(有机液)＋4HCl3(HA)2(有机液)＋HInCl4正向移动，可提高铟的反萃取率，C正确；D．“置换”时锌与HInCl4反应产生In单质而不是氢气，发生反应的化学方程式为
3Zn＋2HInCl4===3ZnCl2＋2HCl＋2In，D错误；综上所述答案为C。
【课时精练】
1．A
2．C。解析：A．Be与Al的性质相似，则Be与NaOH溶液反应的化学方程式为：Be＋2NaOH＋2H2O===Na2[Be(OH)4]＋H2↑，生成H2，故A正确；B．BeO、Be(OH)2类似Al2O3和Al(OH)3，均难溶于水，故B正确；C．AlCl3和过量NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]，则BeCl2与过量的NaOH溶液反应生成Na2[Be(OH)4]，故C错误；D．Al2(SO4)3溶液呈酸性，，则BeSO4为强酸弱碱盐，水解溶液呈酸性，故D正确；故选：C。
3．A。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，碾碎、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、则氢氧根与Be(OH)2反应结合成Be(OH)，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。A．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；B．氢氧根与Be(OH)2反应结合成Be(OH)，则对过滤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；C． “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；
D． 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；答案选A。
4．C。解析：SiO2、Fe2O3、Al2O3都不与(NH4)2SO4溶液反应，A正确；Mg2B2O5·H2O与(NH4)2SO4溶液反应，其反应方程式为2(NH4)2SO4＋Mg2B2O5·H2O＋2H2O===2MgSO4＋2NH4B(OH)4＋2NH3↑，即进入“吸收”工序中的气体为NH3，B正确；在“过滤2”时，将溶液pH调节至3.5，目的是得到硼酸，促进硼酸的析出，C错误；沉镁时，母液主要含(NH4)2SO4，还有少量的NH4HCO3，故经加热后主要成分为硫酸铵，可返回“溶浸”工序中循环使用，D正确。
5．C。解析：加硫酸溶解只有SiO2不溶，CaCO3转化为微溶于水的CaSO4，趁热过滤，得到滤渣1的主要成分为SiO2、CaSO4，故A正确；试剂a可以是MgO调节溶液pH，除去铁离子和铝离子，不引入杂质离子，则滤渣2含Al(OH)3、Fe(OH)3，故B正确，C错误；母液经系列操作分离出晶体后，为避免晶体损耗，同时洗涤表面的杂质离子，选用乙醇洗涤干燥，减少晶体的溶解，得到MgSO4·H2O，故D正确。
6．C。解析：“浸取”时，因硼镁矿粉中含有少量CaCO3，加入稀硫酸会产生大量泡沫，为避免反应物从反应器中溢出，应分批慢慢加入稀硫酸，A正确。
7．C。解析：“酸浸”时MgCO3、Al2O3、FeCO3与盐酸反应，所得产物有金属氯化物、水和二氧化碳，元素化合价不变，无电子转移，A错误；过氧化氢是绿色氧化剂，若“氧化”时用稀硝酸，则易产生NO气体污染环境且引入新杂质，B错误；“沉淀”环节，加入MgO调节pH使Al3＋、Fe3＋生成Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀，过滤除去，C正确；电解MgCl2溶液得到氢氧化镁沉淀、氢气和氯气，电解熔融氯化镁可得到金属镁，D错误。
8．A。解析：MgCO3是微溶物，不可拆成离子，故A错误；SiO2不溶于盐酸，浸出渣为SiO2，故B正确；加入氨水沉镁：MgCl 2＋2NH3·H2O ===Mg(OH)2↓＋2NH4Cl，母液的主要溶质是NH4Cl，故C、D正确。
9．C。解析：
“沉淀”步骤中若使用Na2SO4溶液代替H2SO4溶液，则得到的滤液中将引入Na＋杂质，导致MgBr2的产率降低，A错误。由于MgBr2水解生成的HBr易挥发，加热促进其水解，故将MgBr2·6H2O直接加热得不到MgBr2固体，需要在HBr的气流中加热脱水才能得到MgBr2固体，D错误。
10．B。解析：A．由流程可知萃余液中主要成分为硫酸，可循环利用，A正确；B．萃取剂加入亚铁离子进入水层，所以得出亚铁离子在萃取剂中溶解度小于水中溶解度，故B错误；C．PbO与H2SO4反应生成难溶于水的PbSO4，C正确；D．根据还原铁的信息，可知铁离子转化为亚铁离子、S2O转化为S4O，反应为：2Fe3+＋S2O===2Fe2+＋S4O，D正确。
故答案选B。
11．(1)第二周期ⅢA族　
(2)B4O＋2H＋＋5H2O===4H3BO3↓　
(3)在HCl氛围中加热　
(4)滴加最后一滴Na2S2O3溶液，锥形瓶中溶液蓝色褪去，且半分钟内不恢复原色　99　
(5)①阴离子　H＋＋B(OH)===H3BO3＋H2O　11.2　②＜
解析：(3)因MgCl2在蒸干灼烧时会发生水解，其水解的化学方程式为MgCl2＋2H2O??Mg(OH)2＋2HCl，所以为了防止氯化镁水解生成氢氧化镁，需要在HCl氛围中加热。(4)消耗的Na2S2O3的物质的量为
0.300 0 mol·L－1×0.018 L＝0.005 4 mol，根据关系式：B～BI3～I2～3S2O得，n(B)＝n(S2O)＝0.001 8 mol，则该粗硼样品中B的物质的量＝0.001 8 mol×＝0.018 mol，则硼的质量为11 g·mol－1×0.018 mol＝0.198 g，该粗硼样品中硼的质量分数为×100%＝99%。(5)①产品室可得到H3BO3的原因是M室的H＋穿过阳离子交换膜扩散至产品室，原料室的B(OH)穿过阴离子交换膜扩散至产品室，二者反应生成H3BO3，其离子方程式为H＋＋B(OH)===H3BO3＋H2O，所以b膜应为阴离子交换膜。阴极的电解液为氢氧化钠溶液，所以N室的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成1 mol H3BO3时，需要M室和原料室分别转入1 mol H＋、1 mol B(OH)，则需转移1 mol e－，所以N室可生成0.5 mol氢气，其体积在标准状况下为11.2 L。②N室溶液中氢氧根离子浓度增大，Na＋从原料室通过阳离子交换膜进入N室，故N室进口溶液浓度比出口的小，即a%12．(1)MgBO2(OH)＋2H＋===Mg2＋＋H3BO3
(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋，将UO2氧化成UO，便于后续过程除去　SiO2
(3)MgO[或Mg(OH)2或MgCO3]　c(Mg2＋)·c2(OH－)＝0.2×(10－9)2＝2×10－19＜Ksp[Mg (OH)2]＝5.6×10－12，因此不会产生Mg (OH)2沉淀
(4)趁热过滤　
(5)不能　加热时促进了MgCl2的水解，最终得到氢氧化镁、氧化镁或碱式碳酸镁　
(6)无　硼酸的酸性比碳酸弱
解析：用硫酸酸化的H2O2溶解硼铁混合精矿，其中SiO2不溶于水和酸，经过滤可除去，所得滤液中主要含有UO、Fe3＋、Mg2＋及H3BO3，用MgO或Mg(OH)2或MgCO3调节溶液pH，使溶液中Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀，UO转化为UO2(OH)2沉淀，并经过滤得滤渣2，将滤液蒸发、浓缩，趁热过滤，获得MgSO4·H2O晶体，将滤液冷却结晶，过滤可得粗硼酸，据此分析解题。
(1)酸浸过程中MgBO2(OH)与硫酸反应，生成硼酸和硫酸镁，发生反应的离子方程式为MgBO2(OH)＋2H＋===Mg2＋＋H3BO3。(2)酸浸过程中加入H2O2，利用H2O2的氧化性，将Fe2＋氧化为Fe3＋，同时将UO2氧化成UO便于后续过程除去；SiO2不溶于水和酸，则滤渣1的主要成分是SiO2。(3)添加试剂1是调节溶液pH，则试剂1能与酸反应，且不引入新的杂质，故最好选择MgO或Mg(OH)2或MgCO3；c(Mg2＋)＝0.2 mol·L－1，当溶液pH调至5时，c(OH－)＝1×10－9mol·L－1，则c(Mg2＋)·c2(OH－)＝0.2×(10－9)2＝2×10－19＜Ksp[Mg (OH) 2]＝5.6×
10－12，因此不会产生Mg (OH) 2沉淀。(4)结合以上分析可知，将滤液蒸发、浓缩，趁热过滤，获得MgSO4·H2O晶体，所以操作1的名称是趁热过滤。(5)MgCl2能水解生成Mg (OH) 2和HCl，MgCl2·6H2O晶体直接加热时，促进Mg2＋水解，且HCl挥发，则最终得到氢氧化镁、氧化镁或碱式碳酸镁，而不能得到无水MgCl2。
12．(1)
(2)快速冷却
(3)无明显现象
(4)BeA2(HA)2＋6NaOH===Na2[Be(OH)4]＋4NaA＋2H2O 反萃取
(5)增强熔融氯化铍的导电性
(6)Be4O(CH3COO)6
解析：本题是化工流程的综合考察，首先铝硅酸盐先加热熔融，然后快速冷却到其玻璃态，再加入稀硫酸酸浸过滤，滤渣的成分为H2SiO3，“滤液1”中有Be2+和Al3+，加入含HA的煤油将Be2+萃取到有机相中，水相1中含有Al3+，有机相为BeA2(HA)2，加入过量氢氧化钠反萃取Be2+使其转化为Na2[Be(OH)4]进入水相2中，分离出含NaA的煤油，最后对水相2加热过滤，分离出Be(OH)2，通过系列操作得到金属铍，据此回答。
(1)基态Be2+的电子排布式为1s2，其轨道表达式为。
(2)熔融态物质冷却凝固时，缓慢冷却会形成晶体，快速冷却会形成非晶态，即玻璃态，所以从“热熔、冷却”中得到玻璃态，其冷却过程的特点为：快速冷却。
(3)“滤液1”中有Be2+和Al3+，加入含HA的煤油将Be2+萃取到有机相中，则水相1中含有Al3+，则向过量烧碱的溶液中逐滴加入少量水相1的溶液，可观察到的现象为：无明显现象。
(4)反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化学方程式为BeA2(HA)2＋6NaOH===Na2[Be(OH)4]＋4NaA＋2H2O，滤液2的主要成分为NaOH，可进入反萃取步骤再利用。
(5)氯化铍的共价性较强，电解熔融氯化铍制备金属铍时，加入氯化钠的主要作用为增强熔融氯化铍的导电性。
(6)由题意可知，该配合物中有四个铍位于四面体四个顶点上，四面体中心只有一个O，Be与Be之间总共有六个CH3COO－，则其化学式为：Be4O(CH3COO)6。
13．(1)＋2
(2)增大反应物的接触面积加快反应速率，提高浸取率 SiO2
(3)(NH4)2SO4
(4)BeO＋Cl2＋CCO＋BeCl2
(5)10
解析：绿柱石煅烧生成氧化物，浓硫酸浸取，SiO2不溶于硫酸，残渣是SiO2，加硫酸铵调节pH=1.5除去铝离子，加入氨水调节pH=5.1除去铁离子，再加入氨水到pH=8.0生成Be(OH)2沉淀，滤液硫酸铵循环利用。
(1)按照正负化合价代数和为0，Be的化合价为＋2价；
(2)粉碎的目的是增大反应物接触面积，加快浸取速率，提高浸取率；残渣的成分是不溶于酸的SiO2；
(3)最后的滤液中的硫酸铵可以在除铝步骤中循环利用；
(4)BeO、Cl2与足量C在600~800°C生成BeCl2同时生成CO，化学方程式为BeO＋Cl2＋CCO＋BeCl2 ；
(5)设Be(OH)2的溶度积常数为Ksp，K＝c(Be2+)×c2(OH－)，c(Be2+)＝，当pH＝8.0时，c(OH－)＝10－6mol/L，铍损失浓度为c(Be2+)＝mol/L，当pH＝8.5时，c(OH－)＝10-5.5mol/L，铍损失浓度为c(Be2+)＝mol/L，损失降低至原来的10%。
14．(1)增大固体的表面积，提高水浸的浸取率　
(2)2Na3FeF6＋Be3Al2(SiO3)63Na2BeF4＋Fe2O3＋Al2O3＋6SiO2　
(3)若NaOH溶液过量，Be(OH)2沉淀能与NaOH溶液反应生成Na2Be(OH)4　
(4)4.0　
(5)3Na＋＋6F－＋Fe3＋===Na3FeF6↓　
(6)增强导电性；BeCl2(熔融)Be＋Cl2↑
解析：(1) “操作1”是粉碎，反应物的接触面积越大，反应速率越快，从而提高水浸的浸取率。(2) 750 ℃烧结时，Na3FeF6与绿柱石作用生成易溶于水的Na2BeF4，且“滤渣1”中含有铁、铝、硅的氧化物，故还生成Fe、Al、Si的氧化物。(3) Be2＋可与过量OH－结合成Be(OH)，为防止Be(OH)2被NaOH溶解生成Na2Be(OH)4，所以NaOH不能过量。(4) 已知Ksp[Be(OH)2]＝4.0×10－21，室温时0.40 mol/L Be2＋开始沉淀时c(OH－)＝＝ mol/L＝1.0×10－10 mol/L，c(H＋)＝＝ mol/L＝10－4 mol/L，溶液的pH＝－lg10－4＝4.0。(6) 工业上电解NaCl－BeCl2熔融混合物制备金属铍，选用加入熔融氯化钠的目的是增强导电性，电解时总电解反应方程式为BeCl2(熔融)Be＋Cl2↑。
15．(1)PbSO4(s)＋CO(aq)PbCO3(s)＋SO(aq)
(2)升温结晶　趁热过滤
(3)适当升温(适当增加硝酸浓度等合理答案均可)
(4)HNO3　1×10－3
(5)4PbSO4＋6NaOH3PbO·PbSO4·H2O＋3Na2SO4＋2H2O
(6)55.20%
解析：(1)由于Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8>Ksp(PbCO3)＝1.46×10－13，所以步骤①加入碳酸钠溶液，把硫酸铅转化为碳酸铅，反应的离子方程式为PbSO4(s)＋CO(aq)PbCO3(s)＋SO(aq)。
(2)滤液1的溶质主要是Na2SO4和过量的Na2CO3，将“滤液1”升温结晶、趁热过滤、用乙醇洗涤后干燥得到Na2SO4固体。
(4)Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下转化成Pb(NO3)2，Pb(NO3)2中加硫酸转化成PbSO4和硝酸，HNO3可循环利用；根据Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8，若滤液中c(Pb2＋)＝1.82×10－5mol·L－1，则溶液中的c(SO)＝＝ mol·L－1＝1×10－3mol·L－1。
16．(1)负极生成的锂离子向正极移动，在正极上生成钴酸锂，便于回收　
(2)80 ℃　2LiCoO2＋6H＋＋H2O22Li＋＋2Co2＋＋4H2O＋O2↑　
(3)取少量最后一次洗涤液于试管中，加盐酸酸化，再滴加氯化钡溶液，若不产生白色沉淀，说明已洗涤干净，反之则未洗净　
(4)CoSO4＋(NH4)2C2O4＋2H2O===CoC2O4·2H2O↓＋(NH4)2SO4　97%
解析：(2)由图可知，当温度高于80 ℃时，钴元素的浸出率降低，则“酸浸”的适宜温度是80 ℃；由题意可知，在酸性溶液中，钴酸锂与过氧化氢发生反应的离子方程式为2LiCoO2＋6H＋＋H2O22Li＋＋2Co2＋＋4H2O＋O2↑。
(4)100 mL 0.50 mol·L－1硫酸亚钴理论上可制得CoC2O4·2H2O的物质的量为0.50 mol·L－1×0.1 L＝0.050 mol，由题意可得：2CoC2O4·2H2O～I2，由消耗48.50 mL 0.50 mol·L－1碘标准溶液可知实际制得CoC2O4·2H2O的物质的量为0.50 mol·L－1×0.048 50 L×2＝0.048 5 mol，则沉钴过程中CoC2O4·2H2O的产率为×100%＝97%。
17．(1)2Al2O34Al＋3O2↑
(2)Ga3+＋4Cl－===[GaCl4]－
(3)Fe　[FeClm](m－3)－(m＝0～4)
(4)高 NaCl
(5)3.2 4.0×10－7
(6)2∶1∶1 8a3
解析：电解铝的副产品炭渣(含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素)进行焙烧，金属转化为氧化物，焙烧后的固体加入盐酸浸取，浸取液加入铝片将Fe3＋进行还原，得到原料液，原料液利用LAEM提取，
[GaCl4]－通过交换膜进入Ⅱ室并转化为Ga3＋，Ⅱ室溶液进一步处理得到镓，Ⅰ室溶液加入含F－的废液调pH并结晶得到Na3[AlF6]晶体用于电解铝。
(1)“电解”是电解熔融的氧化铝冶炼铝单质，反应的化学方程式为2Al2O34Al＋3O2↑；
(2))“浸取”中，由Ga3＋形成[GaCl4]－的离子方程式为Ga3＋＋4Cl－===[GaCl4]－；
(3)由已知，浸取液中，Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以[MClm](m－3)－(m＝0～4)微粒形式存在，为了避免Fe元素以[FeClm](m－3)－(m＝0～4)微粒形式通过LAEM，故要加入铝片还原Fe3＋，从而有利于Ga的分离；
(4)“LAEM提取”中，原料液的Cl－浓度越高，越有利于生成[GaCl4]－的反应平衡正向移动，越有利于Ga的提取，在不提高原料液酸度的前提下，同时不引入新杂质，可向Ⅰ室中加入NaCl，提高Cl－浓度，进一步提高Ga的提取率；
(5)由pKa(HF)＝3.2可知，Ka(HF)＝＝10－3.2，为了使溶液中c(F－)＞c(HF)，c(H＋)＝×10－3.2
mol·L－1＜10－3.2 mol·L－1，故pH至少应大于3.2，若“结晶”后溶液中c(Na＋)＝0.10 mol·L－1，根据Na3[AlF6](冰晶石)的Ksp为4.0×10－10，[AlF6]3－浓度为＝ mol·L－1＝4.0×10－7 mol·L－1；
(6)合金的晶体结构可描述为Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心，形成如图所示的结构单元，取Ga为晶胞顶点，晶胞面心也是Ga，Ni处于晶胞棱心和体心，Ga和Ni形成类似氯化钠晶胞的结构，晶胞中Ga和Ni形成的8个小正方体体心为Co，故晶胞中Ga、Ni个数为4，Co个数为8，粒子个数最简比Co∶Ga∶Ni＝2∶1∶1，晶胞棱长为两个最近的Ga之间(或最近的Ni之间)的距离，为2a nm，故晶胞的体积为8a3 nm3
18．(1)H2O＋H＋＋GaOGa(OH)3Ga3＋＋3OH－
(2)增大固液接触面积，提高碱浸速率
(3)GaAs＋4OH－＋4H2O2===GaO＋AsO＋6H2O
(4)Ga3＋＋3e－===Ga　
(5)蒸发浓缩(或加热浓缩)　低温干燥
解析：
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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