《2025年5年高考3年模拟高中化学全一册人教B版》

33.(2024安徽，15，14分)精炼铜产生的铜阳极泥富含Cu、Ag、Au等多种元素。研究人员设计了一种从铜阳极泥中分离提取金和银的流程，如下图所示。
　
回答下列问题：
（1）Cu位于元素周期表第____周期第____族。
（2）“浸出液1”中含有的金属离子主要是________。
（3）“浸取2”步骤中，单质金转化为HAuCl₄ 的化学方程式为________________________。
（4）“浸取3”步骤中，“浸渣2”中的________（填化学式）转化为$[Ag(S_{2}O_{3})_{2}]^{2 - }$。
（5）“电沉积”步骤中阴极的电极反应式为______________________________。“电沉积”步骤完成后，阴极区溶液中可循环利用的物质为________（填化学式）。
（6）“还原”步骤中，被氧化的N₂H₄与产物Au的物质的量之比为________。
（7）Na₂S₂O₃可被I₂氧化为Na₂S₄O₆。从物质结构的角度分析S₄O₆²⁻的结构为(a)而不是(b)的原因:__________________________。
　

答案： 答案　
(1)四　　ⅠB　
(2)${Cu^{2+}}$
(3)${2Au + 8HCl + 3H2O2 = 2HAuCl4 + 6H2O}$
(4)${AgCl}$
(5)$[{Ag(S2O3)2}]^{3-} + e^{-} = {Ag↓ + 2S2O3^{2-}}$　　${Na2S2O3}$
(6)$3:4$
(7)结构(a)中电子云分布较均衡，结构较稳定，结构(b)正、负电中心不重合，极性较大，且存在过氧键，氧化性大于${I2}$，故${Na2S2O3}$不可被${I2}$氧化为结构(b)
解析　
(1)${Cu}$是第29号元素，位于元素周期表第四周期第ⅠB族。
(2)浸取1发生反应${Cu + H2SO4 + H2O2 = CuSO4 + 2H2O}$，则“浸出液1”中含有的金属离子主要是${Cu^{2+}}$。
(3)“浸取2”步骤中加入盐酸和${H2O2}$，则在酸性条件下，单质金被${H2O2}$氧化转化为${HAuCl4}$，根据原子守恒、得失电子守恒，可得化学方程式为${2Au + 8HCl + 3H2O2 = 2HAuCl4 + 6H2O}$。
(4)“浸取2”步骤中，${Ag}$转化为${AgCl}$，则“浸渣2"中含有${AgCl}$，与${Na2S2O3}$反应转化为$[{Ag(S2O3)2}]^{3-}$。
(5)“浸出液3”中的$[{Ag(S2O3)2}]^{3-}$在“电沉积”步骤中被还原得到单质${Ag}$，则阴极的电极反应式为$[{Ag(S2O3)2}]^{3-} + e^{-} = {Ag↓ + 2S2O3^{2-}}$，同时阴极区中含有${Na+}$，则电解后阴极区溶液中的${Na2S2O3}$可以循环利用。
(6)“还原”步骤中的反应物为${HAuCl4}$和${N2H4}$，生成物为${Au}$和${N2}$，根据转移电子关系式：${HAuCl4～Au～3e-}$、${N2H4～N2～4e-}$，可知被氧化的${N2H4}$与产物${Au}$的物质的量之比为$3:4$。

34.(2024广东，18，14分)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：
①$pK_{a}(HF)=3.2$。
②$Na_{3}[AlF_{6}]$(冰晶石)的$K_{sp}$为$4.0×10^{-10}$。
③浸取液中，Ga(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)以$[MCl_{m}]^{(m - 3)-}(m = 0～4)$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$[GaCl_{4}]^{-}$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$[AlF_{6}]^{3 - }$配离子及Na₃[AlF₆]晶体的生成。若“结晶”后溶液中$c(Na^{+}) = 0.10mol·L^{-1}$，则$[AlF_{6}]^{3 - }$的浓度为________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。
　　　

答案：
答案　
(1)${2Al2O3\xlongequal[冰晶石]{电解}4Al + 3O2↑}$
(2)${Ga^{3+} + 4Cl^{-} = [GaCl4]^{-}}$
(3)${Fe}$ $[{FeCl4}]^{-}$
(4)高　${NaCl}$
(5)$3.2$ $4.0\times10^{-7}$
(6)$2:1:1$ $8a^{3}$
解析　
(3)根据已知③，浸取液中${Ga}$(Ⅲ)、${Fe}$(Ⅲ)会以$[{MCl_m}]^{(m - 3)-}(m = 0～4)$微粒形式存在，${Fe^{2+}}$也可与${Cl-}$配位，为了更好地分离${Ga}$，要用铝片将${Fe^{3+}}$还原除去。
(4)根据用$\text{LAEM}$提取金属离子的原理可知，在Ⅰ室中要存在高浓度的$[{GaCl4}]^{-}$，则原料液中要有较高浓度的${Cl-}$；为防止原料液的酸度过高，且有较高的${Cl-}$浓度，同时不引入杂质，可向Ⅰ室中加入${NaCl}$。
(5)$K_{a}({HF}) = 10^{-3.2}=\frac{c({H+})\cdot c({F-})}{c({HF})}$，$c({F-})＞c({HF})$，则$\frac{c({F-})}{c({HF})}=\frac{10^{-3.2}}{c({H+})}＞1$，得$c({H+})＜10^{-3.2}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$，$\text{pH}$应大于$3.2$；根据已知②中${Na3[AlF6]}$的$K_{sp}$，将$c({Na+})$代入公式计算即可得到$[{AlF6}]^{3-}$的浓度。
(6)由题中信息可知，晶胞结构如图: ，晶胞中${Co}$原子个数为$8\times\frac{1}{8}+6\times\frac{1}{2}+12\times\frac{1}{4}+1 = 8$，${Ga}$原子个数为$4$，${Ni}$原子个数为$4$，则粒子个数最简比${Co:Ga:Ni}=2:1:1$，其立方晶胞的边长为$2a\ \text{nm}$，体积为$8a^{3}\ \text{nm}^{3}$。