《2026年新高考5年真题高中化学全一册通用版广东专版》

18. (14分)我国是金属材料生产大国，绿色生产是必由之路。一种从多金属精矿中提取Fe、Cu、Ni等并探究新型绿色冶铁方法的工艺如下。

已知：多金属精矿中主要含有Fe、Al、Cu、Ni、O等元素。

(1) “酸浸”中，提高浸取速率的措施有搅拌、粉碎多金属精矿、适当提高酸浸温度等(任写一条)(写一条)。
(2) “高压加热”时，生成$\mathrm{Fe_2O_3}$的离子方程式为：
4Fe²⁺$\mathrm{+ O_2 +}$4$\mathrm{H_2O \xrightarrow[\triangle]{高压}}$2$\mathrm{Fe_2O_3 \downarrow +}$8$\mathrm{H^+}$
(3) “沉铝”时，pH最高可调至5.0 (溶液体积变化可忽略)。已知：“滤液1”中$c(\mathrm{Cu^{2+}}) = 0.022$ mol·L⁻¹，$c(\mathrm{Ni^{2+}}) = 0.042$ mol·L⁻¹。
(4) “选择萃取”中，镍形成如图的配合物。镍易进入有机相的原因有AD。

A. 镍与N、O形成配位键
B. 配位时$\mathrm{Ni^{2+}}$被还原
C. 配合物与水能形成分子间氢键
D. 烷基链具有疏水性
(5) $\mathrm{Ni_xCu_yN_z}$晶体的立方晶胞中原子所处位置如图。已知：同种位置原子相同，相邻原子间的最近距离之比$d_{\mathrm{Ni-Cu}}:d_{\mathrm{Ni-N}} = \sqrt{2}:1$，则$x:y:z =$3:1:1；晶体中与Cu原子最近且等距离的原子数目为12。
(6) ①“700 ℃加热”步骤中，混合气体中仅加少量$\mathrm{H_2}$，但借助工业合成氨的逆反应，可使Fe不断生成。该步骤发生反应的化学方程式为$2NH₃\xlongequal{Fe}N₂+3H₂$
和$Fe₂O₃+3H₂\xlongequal{700℃}2Fe+3H₂O$。
②“电解”时，$\mathrm{Fe_2O_3}$颗粒分散于溶液中，以Fe片、石墨棒为电极，在虚线框中，画出电解池示意图并做相应标注。

③与传统高炉炼铁工艺相比，上述两种新型冶铁方法所体现“绿色化学”思想的共同点是污染性气体排放少 (写一条)。

答案：
18.参考答案
(1)搅拌、粉碎多金属精矿、适当提高酸浸温度等(任写一条$) (2)4Fe²⁺ 4 2 8 (3)5.0 (4)AD (5)3:1:1 12 (6)①2NH₃\xlongequal{Fe}N₂+3H₂ Fe₂O₃+3H₂\xlongequal{700℃}2Fe+3H₂O $ ③污染性气体排放少
命题意图本题以多金属矿精矿绿色提取工艺为情境，涉及浸取速率、离子方程式书写、沉淀溶解平衡计算、配合物、晶胞结构与计算等知识，体现了“证据推理与模型认知”“宏观辨识与微观探析”等化学学科核心素养。
解题思路矿粉通入SO₂“酸浸”，浸取液中含有Fe²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Al³⁺等，调节pH=3.0，通入空气“高压加热”得到Fe₂O₃，Fe₂O₃可以通过还原得到Fe单质，也可以通过“电解”得到Fe单质。滤液1在常温下“沉铝”，滤液2中含有Cu²⁺和Ni²⁺，“选择萃取”得到含SO₄²⁻的水溶液、Cu配合物和Ni配合物，最终得到产品NiₓCuₙN₂。
(3)由已知信息中K_sp数据可知，0.022mol·L⁻¹Cu²⁺开始沉淀时所需的$c(OH⁻)=\sqrt{\frac{2.2×10^{-20}}{0.022}}mol·L⁻¹=1×10⁻⁹mol·L⁻¹，$0.042mol·L⁻¹Ni²⁺开始沉淀时所需的$c(OH⁻)=\sqrt{\frac{5.5×10^{-16}}{0.042}}mol·L⁻¹=\sqrt{131×10⁻⁸}mol·L⁻¹＞1×10⁻⁹mol·L⁻¹，$则Cu²⁺会先沉淀，而“沉铝”时，要保证Cu²⁺、Ni²⁺不沉淀，c(OH⁻)=1×10⁻⁹mol·L⁻¹时pH=5.0，所以溶液的pH最高可调至5.0。
(4)镍与N、O形成配位键，可以使镍进入有机相，A项符合题意。配体 中提供孤电子对的O原子带一个单位负电荷，其余配体不带电，整个配合物不显电性，形成配合物后，中心离子还是Ni²⁺，镍元素化合价不变，且与镍易进入有机相无关，B项不符合题意。配合物与水形成分子间氢键，但不能解释镍易进入有机相，C项不符合题意。亲水基磺酸根在水中与Ni²⁺形成配位键，而后Ni被配体包裹，配体外围烷基疏水，与H₂O分层，使镍易进入有机相，D项符合题意。
(5)根据同种位置原子相同，相邻原子间的最近距离之比$d_Ni - Cu:d_Ni - N=\sqrt{2}:1。$晶胞边长为a，由几何关系可知，面心的原子与顶点的原子距离为$\frac{\sqrt{2}}{2}a，$面心的原子与体心的原子距离为$\frac{1}{2}a，$则晶胞中面心原子为Ni，有$6×\frac{1}{2}=3$个；顶点原子为Cu，有$8×\frac{1}{8}=1$个；体心的原子为N，有1个，则x:y:z=3:1:1。1个晶胞中与Cu原子最近且等距离的原子数目为$3×8×\frac{1}{2}=12。$
(6)②“电解”时，Fe₂O₃颗粒分散于溶液中，Fe₂O₃在铁片表面被还原得到铁单质，则Fe片为阴极。石墨棒为阳极，NaOH为电解质溶液。