题型一物质制备类
展示了一种从菱铁矿（主要成分为FeCO3，但含有少量SiO2等杂质）制备铁粉的流程。()碳酸亚铁(FeCO3)中，铁元素的化合价为+2。(2)在“酸浸”过程中，为确保反应充分进行，可以采取搅拌或延长反应时间等措施。经过“酸浸”后，所得溶液中除了含有FeSO4外，还可能存在其他溶质，如未反应的酸或其他杂质。(3)在“沉铁”步骤中，FeSO4经过反应转化为FeCO3沉淀，这一过程属于复分解反应。而“焙烧”时，高温条件下的FeCO3与O2发生反应，生成Fe2O3与CO2，其化学方程式为4FeCO3+O2=2Fe2O3+4CO2。(4)“还原”步骤中，高温条件下炭粉能够将铁从氧化铁中还原出来。若在混合物中加入适量的CaCO3，会进一步促进这一还原过程，因为CaCO3在高温下分解产生的CaO能够与铁矿石中的杂质反应，从而降低杂质对还原反应的影响。
一、原料的预处理方法及其目的
在制备碳酸亚铁的过程中，原料的预处理是一个至关重要的环节。其目的是通过适当的物理或化学方法，对原料进行加工处理，以满足后续反应的需求，提高产品的质量和收率。预处理方法的选择和实施，直接影响到最终产品的性能和生产成本。
粉碎或研磨：通过将原料进行粉碎或研磨，可以有效增大固液（或固气、固固）之间的接触面积，从而加速反应（如溶解）的速率，进而提高原料的转化率（或浸取率）。
煅烧或灼烧：此步骤旨在将难以转化的物质转化为易于提取的形式，如将其他矿物转化为氧化物；同时，它还可以用于除去有机物和热不稳定的杂质。
酸浸：酸浸的目的是通过酸性条件来溶解原料中的某些成分，去除氧化物（或薄膜），并通过调节pH值来促进水解（或沉淀）反应的发生。
碱溶：碱溶主要用于去除油污、铝片上的氧化膜，并溶解铝和二氧化硅等成分。同样，通过调节pH值，可以促进水解（或沉淀）反应的进行。
加入氧化剂：在某些情况下，通过加入氧化剂可以将原料中的某些成分转化为更易于被除去（如通过沉淀）的离子形态。
煮沸：煮沸的过程可以有效地除去溶解在溶液中的气体，例如氧气，从而确保反应的纯净度和效率。
二、控制反应条件的方法
在制备碳酸亚铁的过程中，除了上述的原料预处理方法外，还需要严格控制反应条件。这包括控制反应温度、反应时间、反应物的浓度以及反应物的配比等因素，以确保反应能够高效、顺利地进行，从而得到高质量的碳酸亚铁产品。
温度的精准把控在制备过程中，温度是一个至关重要的控制参数。通过加热，我们可以加速反应或溶解的进程，同时还能有效除去热不稳定的杂质，如NaHCO3、Ca(HCO3)2、KMnO4、I2和NH4Cl等。此外，加热还能使沸点较低或易升华的原料得以气化。然而，我们必须谨慎操作，以避免反应物或生成物的过热分解。
另一方面，降温措施也必不可少。它能够防止某些物质在高温时溶解或分解，同时使沸点较高的产物液化，从而与其他物质有效分离。此外，降低晶体的溶解度还有助于减少原料的损失。
在具体操作中，我们通常会采用控温措施来确保反应的顺利进行。这包括使用水浴带温度计等工具来保持恒定的温度，以防止某些物质因温度过高而分解或挥发。同时，通过控温，我们还能使某些物质达到沸点并顺利挥发出来，从而优化催化剂的活性并减少副反应的发生。
值得注意的是，通过降温或减压的方式，我们可以降低能源成本并减少对设备的要求，这完全符合绿色化学的理念。2.调节溶液的pH（）目的：通过调节溶液的pH，使金属阳离子能够完全沉淀并从溶液中去除。
（2）所需物质：引入含主要阳离子的难溶性氧化物、氢氧化物或碳酸盐，这些物质能够与H+发生反应，从而增加溶液的pH值。例如，可以使用MgO或Mg(OH)2等物质。
（3）原理：通过加入这些能与H+反应的物质，降低溶液中H+的浓度，进而提高pH值。
（4）pH控制范围：应确保pH值高于金属阳离子完全沉淀所需的pH值，同时低于主要离子开始沉淀的pH值，以确保有效的去除效果。3.催化剂的应用目的在于加速化学反应的进程，然而，在使用过程中必须谨慎控制其活性温度范围，以确保催化剂的有效性和安全性。接下来，我们将探讨产品的分离提纯技术。
获得纯物质溶液的晶体：对于NaCl型的溶液，采用蒸发结晶的方法；而对于KNO3型或含有结晶水的晶体，则应采用冷却结晶的方式。分离混合溶液中的组分A和B：首先通过蒸发结晶将混合溶液浓缩，然后趁热过滤得到NaCl型的晶体。接着，将滤液冷却，使其结晶，再过滤得到KNO3型的晶体。这一过程可以总结为：加热浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥。沉淀洗涤()目的：清除沉淀表面及内部夹带的可溶性离子。(2)方法：将蒸馏水加入漏斗，直至完全浸没沉淀，待水分自然滴干后，重复此步骤2～3次。(3)误差控制：若沉淀未经充分洗涤或洗涤不彻底，会导致沉淀质量偏高。而过多的洗涤次数则可能使部分沉淀溶解，进而降低其质量。(4)判断标准：取最后一次洗涤液，加入适量试剂进行检测，若无特定现象出现，则可判断沉淀已洗涤干净。(5)趁热过滤：此操作有助于减少结晶过程中的损失，进而提升晶体的纯度。工业流程概览：在化学工业中，一系列关键操作不可或缺，包括结晶、洗涤、干燥、灼烧、分液以及重复操作等。这些步骤共同构成了从原料到最终产品的完整流程。农业上常使用波尔多液作为杀菌剂，它是由硫酸铜与生石灰混合后加水配制而成。然而，襄阳某化工厂采用了一种不同的方法，以稀硫酸、氧化铁和铜粉为原料来制备硫酸铜。其工艺流程包括一系列的操作步骤。已知：Cu与Fe2（SO4）3反应生成CuSO4和2FeSO4；同时，Fe2+易被氧化为Fe3+。()操作Ⅰ的名称是过滤。(2)在该工艺流程中，可以循环利用的物质是稀硫酸。(3)稀硫酸与氧化铁反应的化学方程式为：Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O。
接下来，我们转向另一道涉及废旧催化剂处理的真题。某油脂厂废弃的催化剂中包含金属Ni、Al、Fe及其氧化物。通过一系列工艺流程，我们可以有效回收其中的镍，并进一步制备成硫酸镍晶体。这一过程不仅体现了资源的有效利用，还为我们提供了处理废旧催化剂的新思路。()滤饼是由多种物质混合而成的，因此属于混合物。而偏铝酸钠，其化学式为NaAlO2，是一种由金属阳离子和酸根阴离子组成的化合物，因此它属于盐类。
(2)在步骤③中，H2O2的作用是将FeSO4转化为FeSO4，即双氧水将亚铁离子氧化为铁离子。
(3)步骤④中，生成Fe(OH)3的化学方程式为FeSO4+2NaOH=Fe(OH)3↓+Na2SO4，该反应属于复分解反应。
(4)步骤⑤需要进行的操作为：首先进行蒸发浓缩，然后冷却结晶，接着进行过滤以分离出晶体，最后进行洗涤。所得的硫酸镍晶体是含结晶水的化合物，其化学式为NiSO4·7H2O。计算其结晶水的质量分数时，需要注意将结晶水的质量与硫酸镍晶体的总质量进行比较。
(5)已知铁能与硫酸镍溶液发生置换反应，这表明在溶液中，铁的活动性比镍强。同时，由于铝能与热水反应生成氢气，这也证明了铝的活动性比铁强。因此，Ni、Al、Fe三种金属在溶液中的活动性由强到弱的顺序为AlFeNi。()操作Ⅱ的名称是过滤，用于将溶液中的固体物质分离出来。在实验室进行此操作时，通常需要使用烧杯、玻璃棒等玻璃仪器。
(2)由FeOOH制备四氧化三铁的反应方程式为：3FeOOH→Fe3O4+O2。该反应是一个氧化还原反应，其中FeOOH被氧化为Fe3O4，同时释放出氧气。，则X的化学式为FeOOH，其中铁元素的化合价为+3。
(3)在固体A中加入过量稀硫酸的目的是使其充分反应，生成硫酸亚铁和铜。溶液B中的溶质为硫酸亚铁，而固体C是回收的重金属，其成分是铜。
为保护环境、实现“绿水青山”的目标，对工厂尾气进行无害化处理至关重要。某氮肥厂与炼铁厂携手，采用特定工艺流程对尾气进行处理，旨在确保排放符合环保标准。已知在饱和食盐水处发生的反应为：NH3+CO2+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl。回答下列问题：()由于饱和食盐水是由多种物质组成的，因此它属于混合物。(2)在流程中，“操作Ⅰ”的名称是过滤，其目的是将生成的NaHCO3从混合物中分离出来。(3)当加热NaHCO3固体时，它会分解为碳酸钠、水和二氧化碳，其化学方程式为：2NaHCO3→Na2CO3+H2O+CO2。(4)在流程中，可循环使用的物质是NH3和CO2，它们在反应中不断循环，实现了资源的有效利用。请回答下列问题。()在制备铝的过程中，为何要先将铝土矿粉碎？其目的是什么？同时，滤液A中包含的溶质有哪些？(2)步骤②中，为何需要加入过量的NaOH溶液？其作用是什么？(3)当Al(OH)3受热分解时，会生成两种氧化物。请写出这一反应的化学方程式。(4)在工业上，通过加入冰晶石使Al2O3在约℃时熔化，而不是直接达到其℃的熔点。请问这一做法有何意义？请回答下列问题：()在光解制氢的微观模型图中，反应Ⅰ的化学方程式是什么？(2)从微观角度分析，氢气能被压缩存储于高压罐中的原因是什么？(3)图展示了利用镁镍合金（Mg2Ni）存储氢气的固态储氢方式，请写出该储氢反应的化学方程式。在熔炼镁镍合金的过程中，通入氩气作为保护气的目的是什么？(4)氢氧燃料电池在工作时，其总反应为2H2+O2=2H2O，请问这个过程中的能量转化形式是什么？
为了应对温室效应的挑战，科学家们正在探索一种新的二氧化碳循环体系，如图所示。()液化石油气在钢瓶中是经加压后被压缩的，这是因为分子间存在间隔，加压后分子间隔减小，从而使得气体被压缩。(2)机动车使用汽油为燃料时，其尾气中可能含有的污染空气的物质包括一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、氮的氧化物以及颗粒物等。(3)若将36g水完全分解，根据化学方程式计算，最多能产生的氢气质量为4g。(4)转化大气中的二氧化碳以缓解温室效应的途径包括自然界转化和人为转化。其中，光合作用和海洋吸收属于自然界转化，而工业利用则属于人为转化。因此，答案为AB。
我国科学家利用太阳光在特定催化剂表面高效分解水，随后再利用另一种高效催化剂将二氧化碳转化为有机物X。这一反应过程如图所示，现在我们来回答下列问题：()在反应①和②中，所使用的催化剂在反应前后其物理和化学性质均保持不变。(2)反应①的能量转化过程中，光能被有效地转化为化学能。同时，该反应产生了氢气和氧气，它们的体积比大约为2:。(3)反应②的化学方程式为：，则X的化学式为；为了验证反应后的气体中是否还含有CO2，我们可以使用（填试剂名称）。(4)在反应②中，生成的水被全部循环利用。为了保持这一过程的持续进行，我们需要不断地向反应①中补充水，这是因为。题型一物质制备类()高温(2)硫酸/H2SO4(3)复分解反应
在物质制备过程中，我们经常需要掌握一些关键信息。首先，反应条件对于制备过程至关重要，例如在中，就明确指出了需要高温条件。其次，反应物也是不可或缺的，比如中提到了使用硫酸作为反应物。最后，了解反应类型也是必不可少的，因为不同类型的反应需要不同的处理方法和条件。在中，我们提到了复分解反应这一重要反应类型。通过这些关键信息的掌握，我们可以更好地进行物质制备，确保过程的顺利进行。(4)碳酸钙在高温下可以分解产生二氧化碳，而二氧化碳又能与碳在高温条件下反应，生成一氧化碳。此外，一氧化碳还可以作为还原剂，用于还原氧化铁。这些化学反应在物质制备过程中都有着重要的应用。（4）由于碳酸钙在高温下分解生成二氧化碳，而二氧化碳又能与碳在高温条件下反应生成一氧化碳。此外，一氧化碳还具有还原性，能够还原氧化铁。因此，在物质制备过程中，碳酸钙的这些化学反应特性得到了广泛应用。通过加入适量的碳酸钙，可以更有效地还原氧化铁。g胆矾中结晶水的质量为g×90/×00%=80g，因此固体质量减轻了80g。
接下来，我们来看变式-2的部分。
（）在化学实验中，过滤是一种常用的分离技术，它可以将不溶性固体从溶液中分离出来。因此，操作Ⅰ的名称是过滤。
（2）在化学反应中，有些物质既是反应物又是生成物，这类物质可以循环使用，提高资源利用率。在该工艺流程中，可以循环利用的物质是Fe2O3。
（3）氧化铁和稀硫酸反应生成硫酸铁和水，这个反应的化学方程式为：Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O。
接下来，我们转向题型二的废物的处理和回收部分。
（）从废弃的催化剂中加入NaOH溶液后，经过一系列反应，最终得到的滤饼包含Ni、Fe及其氧化物以及少量其他不溶性杂质，因此它属于混合物。同时，偏铝酸钠是由金属离子和酸根离子构成的化合物，所以它也属于盐类。
（2）在酸浸过程中，镍和铁都能与稀硫酸反应生成相应的硫酸盐和水，而金属氧化物则会与酸反应生成盐和水。因此，滤液中包含了Ni2+、Fe2+和Fe3+等离子。经过H2O2的氧化作用，亚铁离子被转化为铁离子，即硫酸亚铁被转化为硫酸铁。
（3）加入NaOH调节pH值后，铁离子会与氢氧根离子结合形成氢氧化铁沉淀并被除去。随后，通过浓缩结晶和过滤的方法，可以得到硫酸镍的晶体。（2）在步骤③中，H2O2的主要作用是将硫酸亚铁转化为硫酸铁。
（3）当硫酸铁与氢氧化钠发生反应时，会生成红褐色的氢氧化铁沉淀和硫酸钠。这一反应的化学方程式为：Fe2(SO4)3+6NaOH=2Fe(OH)3↓+3Na2SO4。由于该反应涉及两种化合物互相交换成分，生成另外两种化合物，因此它属于复分解反应的范畴。
（4）经过蒸发浓缩和冷却结晶后，步骤⑤中硫酸镍晶体从含有硫酸钠的溶液中析出，形成固液混合物。为了将这些晶体从溶液中分离出来，我们采用了过滤的方法。接下来，我们可以计算硫酸镍晶体中结晶水的质量分数，以进一步了解其组成。（5）参照金属活动性顺序表，铝的活性超越铁，而铁能与硫酸镍溶液发生置换反应，显示出铁的活动性胜于镍。因此，Ni、Al、Fe这三种金属在溶液中的活动性排序为：AlFeNi。
()过滤漏斗(2)H2SO4+3(3)溶解过量的铁粉/除去过量的铁粉FeSO4/硫酸亚铁Cu/铜
（）操作Ⅱ旨在将固体与液体分离，这通常通过过滤实现。在此过程中，我们使用到的玻璃仪器主要包括烧杯、玻璃棒和漏斗。（2）遵循质量守恒定律，化学反应前后，原子的种类和数量保持不变。因此，在化学反应中，我们可以通过观察反应前后原子的变化来推测反应物的组成。例如，在某个反应中，我们观察到有氢气生成，就可以推测该反应中一定含有氢元素。（3）为了进一步纯化硫酸亚铁，我们可以采用溶解过量的铁粉或除去过量的铁粉的方法，确保得到纯净的硫酸亚铁。同时，为了确保实验的准确性，我们还可以引入其他物质如硫酸铜或铜来参与反应，以验证我们的实验结果。（3）在操作I中，我们加入过量的铁粉。铁与稀硫酸反应，生成硫酸亚铁溶液和氢气；同时，铁也能与硫酸铜反应，生成硫酸亚铁溶液和铜。因此，溶液B中主要含有硫酸亚铁。固体A则包含铁和铜。随后，我们加入过量的稀硫酸，目的是除去固体A中过量的铁粉，因为铁能与稀硫酸反应，而铜则不反应。这样，固体C的成分就只剩下铜了。（4）二氧化碳/CO2
（）饱和食盐水是氯化钠的水溶液，其中包含水和氯化钠两种物质，因此属于混合物。（2）经过“操作Ⅰ”后，我们会得到液体和固体，这一操作的名称为过滤。（3）根据提供的信息，NaHCO3固体在加热时会发生反应，生成Na2CO3（纯碱）、H2O和CO2。这个反应的化学方程式为：
2NaHCO3（加热）→Na2CO3+H2O+CO2
以上是对（4）二氧化碳/CO2及其相关操作的详细解析。（4）由流程图可见，二氧化碳（或CO2）是可循环使用的物质。
()增大反应物接触面积，以促进反应更快、更充分地进行。(2)确保氢氧化铝能够完全溶解在溶液中。(3)氢氧化铝在加热条件下会分解为氧化铝和水，其反应的化学方程式为：2Al(OH)3→Al2O3+3H2O。(4)这一流程有助于节约能源并降低氧化铝的熔点。
()在处理铝土矿时，首先将其粉碎，这样做的目的是增大反应物之间的接触面积，从而加速并充分进行化学反应。(2)接着，加入氢氧化钠溶液，并确保过量，是为了使氢氧化铝能够完全溶解在溶液中，便于后续处理。(3)当氢氧化铝在加热条件下分解时，会生成氧化铝和水。这一反应的化学方程式为2Al(OH)3→Al2O3+3H2O，展示了物质转化的过程。(4)整个流程的设计，不仅节约了能源，还有效地降低了氧化铝的熔点，提高了资源的利用效率。（4）在制备铝的过程中，步骤④涉及到电解熔融状态的Al2O3。由于Al2O3的熔点高达2℃，实现其熔融状态非常困难。然而，工业上通过巧妙地加入冰晶石，使得Al2O3能够在约℃的温度下顺利熔化。这一技术改进不仅节约了大量能源，还成功地降低了氧化铝的熔点，优化了整个生产流程。(2)氢气分子在空间中彼此存在间隔。
(3)这一特性在制备铝的过程中也发挥了关键作用。由于氢气分子间的间隔，使得电解熔融状态的Al2O3时，氢气能够顺利通过，从而确保了电解过程的顺利进行。这一发现，不仅深化了我们对氢气分子特性的理解，也为铝的制备工艺带来了新的启示。(4)化学能转化为电能
从图2所示的光解制氢微观模型图中，我们可以观察到反应Ⅰ，即水在催化剂Ⅰ的作用下，分解产生氢气和过氧化氢。这一过程涉及到化学能的转化，具体而言，就是将水的化学能转化为氢气和过氧化氢的化学能。同时，这一反应也为后续的电能生成提供了基础。（2）由于氢气是由氢气分子构成的，这些分子之间存在着间隔。当氢气被压缩时，这些分子间隔会发生变化。因此，我们可以得出结论：氢气分子之间确实存在间隔。
（3）根据流程图，我们可以观察到镁镍合金与氢气在加热条件下反应，生成了Mg2NiH4。这个反应可以用以下的化学方程式来表示：氩气，作为一种稀有气体，其原子最外层包含8个电子，这样的结构使其化学性质保持稳定且不活泼。正因如此，氩气常被用作保护气，以防止镁和镍等金属在加热时与氧气发生反应。此外，氢氧燃料电池通过化学反应产生电能，这一过程实现了化学能向电能的转化。（4）通过转化大气中的二氧化碳，我们可以有效缓解温室效应。这种转化可以通过自然界和人为两种途径实现，其中光合作用和海洋吸收是自然界的转化方式，而工业利用则属于人为转化。（3）根据质量守恒定律，化学反应前后原子种类和数目保持不变。在给定的反应中，反应前包含2个碳原子、4个氧原子和2个氢原子，而反应后已知物中仅有4个氧原子和8个氢原子。因此，未知物X中必须含有2个碳原子和4个氢原子，从而确定其化学式为C2H4。此外，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，这是检验反应后气体中是否还含有CO2的常用方法。（4）从图中可以看出，在反应①中，水作为反应物被不断消耗；而在反应②中生成的水却得到了全部循环利用。为了确保这一过程能够持续进行，我们需要不断地向反应①中补充水，这样做不仅可以提高原料的利用率，还能确保反应的顺利进行。
