高中 | 铁的氧化物 题目答案及解析

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必修一

第三章 金属及其化合物

第二节 几种重要的金属化合物

铁的氧化物

你是否好奇,作为航天器的心脏$\rm ——$发动机是如何承受高温、高压、高速等恶劣的工作环境的呢?有这样一种材料,在高速热气流下具有低的热导率,将其涂覆于发动机高温部位的合金上,能使其在高于合金熔点的温度工作,是发动机的“防护服”,这种材料就是陶瓷热障涂层$\rm (TBC)$,主要成分是氧化锆$\rm (ZrO_{2})$,可见它多么重要!那么如何从自然界中获取它呢?

  

$\rm ZrO_{2}$可由锆英石$\rm ($主要成分为$\rm ZrSiO_{4}$,也可表示为$\rm ZrO_{2}\cdot SiO_{2}$;还含有少量$\rm Fe_{2}O_{3}$$\rm Al_{2}O_{3}$杂质$\rm )$通过如下工艺流程制得:

  

已知:①$\rm ZrO_{2}$具有两性,高温下与纯碱共熔生成可溶于水的$\rm Na_{2}ZrO_{3}$,与酸反应生成$\rm ZrO^{2+}$;②滤渣$\rm I$的成分是硅酸$\rm (H_{2}SiO_{3})$;③部分金属离子开始沉淀和完全沉淀的$\rm pH$如下表:

金属离子$\rm Fe^{3+}$$\rm Al^{3+}$$\rm ZrO^{2+}$
开始沉淀的$\rm pH$$\rm 1.9$$\rm 3.3$$\rm 6.2$
沉淀完全的$\rm pH$$\rm 3.2$$\rm 5.2$$\rm 8.0$

烧结时$\rm ZrSiO_{4}$发生反应的化学方程式为                

[["

$\\rm ZrSiO_{4}+2Na_{2}CO_{3}\\begin{array}{c} {\\underline{\\underline{高温}}}\\\\{} \\end{array}Na_{2}ZrO_{3}+Na_{2}SiO_{3}+2CO_{2}↑$

"]]

据分析,烧结时$\rm ZrSiO_{4}$发生反应的化学方程式为$\rm ZrSiO_{4}+2Na_{2}CO_{3}\begin{array}{c} {\underline{\underline{高温}}}\\{} \end{array}Na_{2}ZrO_{3}+Na_{2}SiO_{3}+2CO_{2}↑$

流程中两次使用氨气来调节$\rm pH$,用氨气调节$\rm pH$ $\rm =$ $\rm a$ 的目的是                ;用氨气调节$\rm pH$ $\rm =$ $\rm b$发生反应的离子方程式为                

[["

完全沉淀$\\rm Fe^{3+}$$\\rm Al^{3+}$,而$\\rm ZrO^{2+}$不沉淀; $\\rm ZrO^{2+}+2NH_{3}+3H_{2}O=Zr(OH)_{4}↓+2NH_{4}^{+}$

"]]

需用氨水调$\rm pH=a$,使$\rm Fe^{3+}$$\rm Al^{3+}$完全转化为氢氧化物沉淀,而$\rm ZrO^{2+}$不能沉淀,根据表中数据可知:$\rm pH$$\rm 5.2\sim 6.2$$\rm Fe^{3+}$$\rm Al^{3+}$完全沉淀,而$\rm ZrO^{2+}$不沉淀;加氨水至$\rm pH=b$时,$\rm ZrO^{2+}$$\rm NH_{3}\cdot H_{2}O$反应生成$\rm Zr(OH)_{4}$沉淀,发生反应的离子方程式为$\rm ZrO^{2+}+2NH_{3}+3H_{2}O=Zr(OH)_{4}↓+2NH_{4}^{+}$

实验室通过如下装置模拟通入氨气调节溶液的$\rm pH($夹持装置省略$\rm )$

  

$\rm (i)$虚线框内为氨气的发生装置,可选择                

$\rm A$                   $\rm B$                       

$\rm C$                $\rm D$  

$\rm (ii)a$的作用是                

$\rm (iii)b$中应盛放                

$\rm A$. 碱石灰         $\rm B$. 五氧化二磷         $\rm C$. 无水氯化钙        $\rm D$. 浓硫

[["

$\\rm CD$; 防倒吸; $\\rm BC$

"]]

$\rm (i)$虚线框内为氨气的发生装置:

$\rm A$.按如图装置加热氯化铵,氯化铵“升华”,得不到氨气,$\rm A$错误;                  

$\rm B$.固$\rm +$固加热制气装置时,试管口应略向下倾斜,$\rm B$错误;                     

$\rm C$.加热浓氨水时会分解产生氨气,$\rm C$正确;                   

$\rm D$.浓氨水滴入生石灰,化学方程式为$\rm CaO+NH_{3}·H_{2}O=Ca(OH)_{2}+NH_{3}↑$,能制氨气,$\rm D$正确;故选:$\rm CD$

$\rm (ii)$ $\rm NH_{3}$极易溶于水,溶于水时易倒吸,则$\rm a$的作用是防倒吸。

$\rm (iii)$氨气有毒,不能直接排放,用$\rm b$吸收多余氨气,则$\rm b$中应盛放的是?

$\rm A$. 碱石灰不能吸收氨气,$\rm A$不选;       

$\rm B$. 五氧化二磷是固体酸性干燥剂,可吸收氨气,能放在干燥管中,$\rm B$选;       

$\rm C$. 无水氯化钙是固体,能放在干燥管中,可与氨气生成$\rm CaCl_{2}·8H_{2}O$,可吸收氨气,$\rm C$选;     

$\rm D$. 浓硫酸是液体、不能放在干燥管中,$\rm D$不选;

$\rm BC$

已知:$\rm 25\;\rm ^\circ\rm C$时,$ K_{\rm sp}[\rm Al(OH)_{3}]$ $\rm =$ $\rm 1.4\times 10^{-34}$$ K_{\rm sp}[\rm Fe(OH)_{3}]$ $\rm =$ $\rm 2.64\times 10^{-39.}$$\rm pH$传感器的读数为$\rm 5.00$时,溶液中$\rm Al^{3+}$的浓度为                $\rm \;\rm mol·L^{-1。\rm }$

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$\\rm 1.4\\times 10^{-7}$

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$\rm pH$传感器的读数为$\rm 5.00$时,$c$ $\rm (OH^{-})=1.0\times \text{l}{{0}^{-9}}$ $\rm mol·L^{-1}$,已知:$\rm 25\;\rm ^\circ\rm C$时,$ K_{\rm sp}[\rm Al(OH)_{3}]$ $\rm =$ $\rm 1.4\times 10^{-34}$,则溶液中$\rm Al^{3+}$的浓度为$\dfrac{1.4\times {{10}^{-34}}}{{{\left( 1.0\times {{10}^{-9}} \right)}^{3}}}=1.4\times \text{l}{{0}^{-7}}\rm mol·L^{-1。\rm }$

加热分解$\rm Zr(OH)_{4}$应在                中进行,在此之前需进行洗涤操作,判断$\rm Zr(OH)_{4}$已洗净的方法是                

[["

坩埚; 取最后一次洗涤液,加入$\\rm BaCl_{2}$溶液,若不产生白色沉淀,说明已洗净

"]]

加热分解$\rm Zr(OH)_{4}$固体应在坩埚中进行,在此之前需进行洗涤操作,要判断$\rm Zr(OH)_{4}$是否已洗净,只要检验最后的洗涤液中是否含有硫酸根,则检验$\rm Zr(OH)_{4}$已洗净的方法是:取最后一次洗涤液,加入$\rm BaCl_{2}$溶液,若不产生白色沉淀,说明已洗净。

请画出以滤渣Ⅱ为原料制取铁红的流程图。                

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"]]

滤渣Ⅱ为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀,以滤渣Ⅱ为原料制取铁红,可将滤渣Ⅱ加过量氢氧化钠溶液溶解氢氧化铝、过滤得到氢氧化铁固体,洗涤、干燥后、灼烧,可得到铁红,则流程图为  。

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