高考化学总复习专题五金属及其化合物完美课件PPT

这是一份高考化学总复习专题五金属及其化合物完美课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了考点12，考点13，考点14，考点15，考点16，试做真题，高手必备，萃取高招，对点精练，考点17等内容，欢迎下载使用。

第二部分　元素及其化合物
专题五 金属及其化合物
金属及其化合物专题包含元素较多,对应的单质 及其化合物就更多,而这部分知识又是化学基础知 识较多的专题,特别是化学方程式的书写是多数同 学的软肋,所以,重拾这部分基础知识对我们从容应 对高考综合大题有着至关重要的作用。学长有以下几点心得供参考:(1)学习元素化合物知识切忌死记硬背,否则极易遗忘。要通过理解记住几种核心物质的性质,归纳有哪些反应是这些物质性质的具体体现。(2)自己总结归纳元素单质和化合物的转化图表是一个非常有用也非常重要的复习过程,这是我复习元素化合物专题的时候最常用的方法。所用的表格、图表一定要自己动手做,不要依赖参考书,否则得不到好的效果。
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钠及其化合物的性质及应用1.下列说法正确的是(　　)A.(2015课标全国Ⅱ,10C)钠在空气中燃烧可生成多种氧化物。23 g钠充分燃烧时转移电子数为NAB.(2015天津,2C)灼烧白色粉末,火焰呈黄色,证明原粉末中有Na+,无K+C.(2015山东,7A)金属钠着火时使用泡沫灭火器灭火D.(2013课标全国Ⅱ,10B)钠与CuSO4溶液反应:2Na+Cu2+ Cu+2Na+
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【答案】 A　23 g Na完全反应,无论生成Na2O还是Na2O2,钠元素的化合价均由0价→+1价,均转移1 mol电子,A项正确;灼烧该粉末时的焰色为黄色,则含有Na+,是否含有K+需要透过蓝色钴玻璃片观察焰色,B项错误;金属钠着火生成Na2O2,Na与水反应生成易燃的氢气,Na2O2与泡沫灭火器中的CO2、H2O反应生成助燃的氧气,因而金属钠着火时不能用泡沫灭火器灭火,应用干沙盖灭,C项错误;钠与CuSO4溶液反应,首先是Na与H2O反应,然后是生成的NaOH与CuSO4反应,不会置换出Cu,D项错误。
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2.下列说法正确的是(　　)A.(2015四川,5C)标准状况下,5.6 L CO2与足量Na2O2反应转移的电子数为0.5NAB.(2015山东,10B)Na2O由两种单质直接反应生成,将其加入Ba(HCO3)2溶液中同时有气体和沉淀产生C.(2014山东,7D)Na2O2与水反应是水作还原剂的氧化还原反应D.(2014课标全国Ⅱ,9B)二氧化碳通过Na2O2粉末,反应后固体物质增重
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【答案】 D　CO2与Na2O2发生反应的化学方程式为2CO2+2Na2O2 2Na2CO3+O2,每有2 mol CO2参加反应转移2 mol电子,故标准状况下5.6 L CO2(即0.25 mol CO2)参加反应转移电子数为0.25NA,A项错误;钠与氧气在常温下反应生成Na2O,Na2O与水反应生成NaOH,NaOH与Ba(HCO3)2反应生成BaCO3、Na2CO3和水,整个过程中只能生成沉淀,不会产生气体,B项错误;反应2Na2O2+2H2O 4NaOH+O2↑中,只有Na2O2中氧元素的化合价发生了改变,水中的氢、氧元素化合价都未变,故水既不作氧化剂,也不作还原剂,C项错误;反应2Na2O2+2CO2 2Na2CO3+O2中,固体成分由Na2O2(相对分子质量78)变为等物质的量的Na2CO3(相对分子质量106),固体质量变大,D项正确。
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3.下列说法正确的是(　　)A.(2015安徽,9A)在酒精灯加热条件下,Na2CO3、NaHCO3固体都能发生分解B.(2015北京,7D)不可用元素周期律解释热稳定性:Na2CO3>NaHCO3C.(2015广东,22A)分别加热Na2CO3和NaHCO3固体,试管内壁均有水珠,则两种物质均受热分解D.(2015课标全国Ⅱ,10B)1 L 0.1 mol·L-1的NaHCO3溶液中 和 离子数之和为0.1NA
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【答案】 B　Na2CO3热稳定性强,在酒精灯加热条件下NaHCO3发生分解,Na2CO3不会发生分解,A项错误;正盐与酸式盐的热稳定性与元素的金属性、非金属性无关,B项正确;加热NaHCO3固体会生成Na2CO3、CO2和H2O,试管内壁有水珠,固体Na2CO3受热不分解,试管内壁出现的水珠应是Na2CO3受潮产生的湿存水,C项错误;
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4.下列说法不正确的是(　　)A.(2015山东,7B)用试管加热碳酸氢钠固体时使试管口竖直向上B.(2014课标全国Ⅰ,8C)施肥时,草木灰(有效成分为K2CO3)不能与NH4Cl混合使用,是因为K2CO3与NH4Cl反应生成氨气会降低肥效C.(2014大纲全国,10D)Na2CO3(s)中混有NaHCO3(s)时可用灼烧方法提纯D.(2014福建,6D)小苏打是面包发酵粉的主要成分【答案】 A　加热NaHCO3固体时生成H2O,为了防止生成的水蒸气冷凝倒流使试管炸裂,管口应该略向下倾斜,A项错误;施肥时草木灰与NH4Cl混合使用,由于K2CO3水解使其溶液呈碱性,会使N元素以氨气形式逸出而降低肥效,B项正确;灼烧时NaHCO3(s)可转化为Na2CO3(s),C项正确;小苏打是面包发酵粉的主要成分,D项正确。
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钠及其化合物转化图
1.常见钠的化合物的俗名:火碱、烧碱、苛性钠——NaOH;纯碱、苏打——Na2CO3(纯碱在物质的分类方面的考题中常出现,其俗名为纯碱,但其不属于碱,而属于盐);小苏打——NaHCO3;芒硝——Na2SO4·10H2O;水玻璃——硅酸钠溶液。
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2.金属钠在空气中无论生成单一的Na2O或Na2O2,还是生成二者的混合物,1 mol Na只能转移1 mol电子(常出现在有关NA的选择题中)。常考查过氧化钠电子式的书写或所含化学键的类型:过氧化
2∶1。Na2O2不是碱性氧化物。
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3.Na2O2的氧化性与还原性(1)能氧化I-、Fe2+、S2-、 、SO2、H2S、品红、石蕊等。如Na2O2与FeCl2溶液反应中,Fe2+被氧化成Fe3+,得到Fe(OH)3沉淀;Na2O2与品红溶液反应,能使品红溶液褪色。(2)遇KMnO4等强氧化剂时,表现出还原性,氧化产物为O2(常见考查是KMnO4氧化H2O2)。(3)遇CO2、H2O、H+则发生自身氧化还原反应(歧化反应)。
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4.两种重要的钠盐——Na2CO3和NaHCO3(相关反应用离子方程式表示)
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5.除去CO2中的HCl气体,应选用饱和NaHCO3溶液。6.向饱和的Na2CO3溶液中通入过量CO2,有晶体析出,发生反应Na2CO3+CO2+H2O 2NaHCO3↓。
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7.鉴别钠元素、钾元素一般利用焰色反应,焰色反应是物质(或元素)的物理性质。8.将NaHCO3溶液与NaAlO2溶液混合得到Al(OH)3沉淀,发生反应NaHCO3+NaAlO2+H2O Al(OH)3↓+Na2CO3,此反应并非水解反应。
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典例导引1(2017陕西汉中模拟)将0.05 mol Na分别投入到盛有100 mL水、100 mL盐酸、100 mL硫酸铜溶液的X、Y、Z三个烧杯中,下列有关说法错误的是(　　)A.三个烧杯中一定均会发生的离子反应有:2Na+2H2O 2Na++2OH-+H2↑B.三个烧杯中钠均在液面上剧烈反应,相比而言,X烧杯中的反应平缓些C.Z烧杯中一定会有沉淀生成,但沉淀不是单质铜D.三个烧杯中生成气体的物质的量一定相同
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【解析】 钠投入酸或盐的水溶液中,发生反应的实质是钠与酸或者水电离产生的氢离子的反应,故钠与盐酸反应的实质为2Na+2H+ 2Na++H2↑,A错误;X、Y、Z三种溶液中,氢离子浓度由大到小的顺序为Y>Z>X,氢离子浓度越大,反应越剧烈,水中氢离子浓度最小,所以反应最缓和,B正确;钠与硫酸铜溶液反应的化学方程式为2Na+2H2O 2NaOH+H2↑,2NaOH+CuSO4 Cu(OH)2↓+Na2SO4,C正确;依据得失电子守恒,可知等量的钠完全反应失去的电子数相同,生成氢气物质的量相同,D正确。【答案】 A
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高招1构建金属钠与不同溶液反应的思维模板
(1)共性:因为钠与不同的盐溶液反应均为先与水反应,故有某些共同的现象产生。①浮:钠浮在液面上;②熔:钠熔化成光亮的小球;③游:在液面上不停地游动直至反应完全;④响:反应中发出“嘶嘶”的响声。(2)差异性:与酸及水解呈酸性的盐溶液反应时,由于溶液中H+浓度较大,比与水反应剧烈,导致钠可能在液面上燃烧起来;与盐溶液反应时,还可能会生成沉淀(如生成难溶性碱等)、刺激性气味气体(如NH3)等。
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典例导引2(2017湖南安仁、永兴联考)①氧化钠 ②氢氧化钠　③过氧化钠　④亚硫酸钠,将1 mol上述固体物质长期放置于空气中,下列说法正确的是(　　)A.质量增加的情况是②>①>③>④B.质量增加的情况是①>③>④>②C.上述物质都发生了氧化还原反应D.过氧化钠在反应中转移了2 mol电子
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【解析】 ①氧化钠和水反应生成氢氧化钠,二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠;Na2O~Na2CO3;1 mol Na2O充分反应生成Na2CO3增加的质量为 44 g,各元素化合价均没有变化,不属于氧化还原反应;②氢氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠:NaOH~ Na2CO3,1 mol NaOH充分反应增重13 g,不是氧化还原反应;③过氧化钠和水反应生成氢氧化钠,氢氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠:Na2O2~Na2CO3,1 mol Na2O2充分反应生成Na2CO3增加的质量为28 g,1 mol过氧化钠在反应中转移了1 mol电子;④亚硫酸钠和空气中的氧气反应生成硫酸钠:Na2SO3~Na2SO4,1 mol Na2SO3充分反应生成Na2SO4增重16 g,故质量增加的情况为①>③>④>②,B正确。【答案】 B
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高招2解决Na2O2与H2O、CO2反应计算题的策略(1)物质的量及气体体积的关系。CO2和水蒸气的混合气体(或单一气体)通过足量的Na2O2时,CO2或H2O与放出O2的物质的量之比均为2∶1,气体体积的减少量为原气体体积的 。(2)固体质量关系。凡分子组成符合(CO)m·(H2)n的物质,a g该物质在O2中完全燃烧,将其产物(CO2和水蒸气)通过足量Na2O2后,固体增重必为a g。或者是由C、H、O三种元素组成的物质,只要C、O原子个数比为1∶1,即可满足上述条件。常见符合这一关系的物质有:
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①无机物:H2、CO及H2和CO的混合气体;②有机物:CH3OH(甲醇)、HCHO(甲醛)、CH3COOH(乙酸)、HCOOCH3(甲酸甲酯)、C6H12O6(葡萄糖)等。(3)电子转移关系:当Na2O2与CO2、H2O反应时,每产生1 mol O2转移2 mol e-。(4)先后顺序关系:一定量的Na2O2与一定量CO2和H2O(g)的混合物反应,可以看作Na2O2先与CO2反应,待CO2反应完全后,Na2O2再与H2O(g)发生反应。
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典例导引3为鉴别K2CO3和NaHCO3两种白色固体,有4位同学分别设计了下列四种不同的方法,其中不可行的是(　　)A.分别加入1 mol·L-1的盐酸,看气泡产生的快慢B.分别取样在试管中加热,将可能产生的气体通入澄清石灰水中,观察有无白色浑浊C.分别取样配成溶液,滴加Ba(OH)2溶液,观察有无白色沉淀D.分别配成溶液,做焰色反应实验,观察火焰的颜色【解析】 A项,因K2CO3与盐酸反应分步进行,先生成碳酸氢钾,盐酸足量时才生成气体,故K2CO3的反应较慢,A项可行;B项,K2CO3受热不分解,NaHCO3受热分解产生CO2,故可行;C项,二者与Ba(OH)2溶液反应都产生白色沉淀BaCO3,故不可行;D项,钾的焰色反应为紫色(透过蓝色钴玻璃观察),钠的焰色反应为黄色,可行。【答案】 C
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高招3鉴别碳酸钠与碳酸氢钠的常用方法(1)利用热稳定性不同。
(2)利用和酸反应生成气体的速率不同(相同条件下)。
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(3)利用阴离子的不同。
(4)利用溶液的酸碱性不同。
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(1)不可用Ca(OH)2溶液鉴别Na2CO3溶液和NaHCO3溶液,因为Ca(OH)2溶液与Na2CO3溶液或NaHCO3溶液反应时都产生白色沉淀,现象一样。(2)①用加热法可以将Na2CO3固体粉末中混有的NaHCO3转化为Na2CO3。②向Na2CO3和NaHCO3的混合液中滴加适量的NaOH溶液,可以将其中的NaHCO3转化为Na2CO3。③向Na2CO3和NaHCO3的混合液中通入过量的CO2气体,可以将Na2CO3转化为NaHCO3。
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典例导引4(2017江淮十校联考)向体积均为10 mL且物质的量浓度相同的两份NaOH溶液中分别通入一定量的CO2得到溶液甲和乙;向甲、乙两溶液中分别滴加0.1 mol·L-1盐酸,此时反应生成CO2体积(标准状况)与所加盐酸体积间的关系如图所示。则下列叙述正确的是(　　)A.原NaOH溶液的物质的量浓度为0.5 mol·L-1B.当0试做真题
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【解析】 A项,当加入盐酸50 mL时,甲、乙两溶液均恰好完全反应生成NaCl,根据Na元素和Cl元素守恒,HCl的物质的量等于NaOH
Na2CO3,C项错误;D项,当向乙溶液中加入的盐酸体积40 mLL×0.1 mol·L-1×22.4 L·mol-1=0.022 4 L=22.4 mL,D项错误。【答案】 A
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高招4识别Na2CO3、NaHCO3与酸反应的相关图像(1)向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸,消耗盐酸的体积与产生CO2的体积关系如图1所示。(2)向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸,消耗盐酸的体积与产生CO2的体积关系如图2所示。(3)向NaOH、Na2CO3的混合溶液中逐滴加入盐酸,消耗盐酸的体积与产生CO2的体积关系如图3所示(设NaOH、Na2CO3的物质的量之比为1∶1,其他比例时的图像略)。(4)向Na2CO3、NaHCO3的混合物中逐滴加入盐酸,消耗盐酸的体积与产生CO2的体积关系如图4所示(设Na2CO3、NaHCO3的物质的量之比为1∶1,其他比例时的图像略)。
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1.(2016浙江嘉兴模拟)把一小块金属钠放入下列溶液中,说法正确的是(　　)A.放入饱和NaOH溶液中:有氢气放出,恢复至室温后溶液的pH增大B.放入稀CuSO4溶液中:有氢气放出,有紫红色铜析出C.放入MgCl2溶液中:有氢气放出,有白色沉淀生成D.放入NH4NO3溶液中:有无色无味气体放出
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【答案】 C　A项错误,饱和NaOH溶液中放入钠,钠与水反应消耗水且生成H2和NaOH,恢复至室温会有部分NaOH晶体析出,由于溶液仍是室温下的饱和溶液,故溶液的pH不变;B项错误,钠与水反应生成氢气和NaOH,NaOH与CuSO4反应会出现蓝色沉淀;C项正确,钠与水反应生成H2和NaOH,NaOH与MgCl2反应生成Mg(OH)2白色沉淀;D项错误,钠与水反应放热,生成的NaOH与 反应生成NH3·H2O,NH3·H2O分解产生的氨气会与氢气同时放出,故放出的气体有刺激性气味。
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2.(2017湖北仙桃模拟)下列各组物质发生化学反应时,由于反应物的用量不同而导致生成不同产物的是(　　)①CO2与NaOH溶液　②盐酸与偏铝酸钠溶液③NaHCO3溶液与盐酸　④高温下焦炭与 ⑤AlCl3溶液与氢氧化钠溶液　 ⑥铁与稀硝酸A.除②外 B.除③外C.除②③⑤⑥外 D.除③⑥外
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【答案】 B　①向氢氧化钠溶液中通入二氧化碳,当二氧化碳不足量时,二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠,当二氧化碳过量时,二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸氢钠,反应物用量不同而导致生成不同产物,故①正确;②盐酸与偏铝酸钠溶液反应,盐酸不足生成氢氧化铝和氯化钠,若盐酸过量,则生成氯化铝和氯化钠,反应物用量不同而导致生成不同产物,故②正确;③NaHCO3溶液与盐酸混合,反应只能生成氯化钠、二氧化碳和水,故③错误;④当氧气不足时,碳和氧气反应生成一氧化碳,当氧气过量时,碳和氧气反应生成二氧化碳,反应物用量不同而导致生成不同产物,故④正确;⑤AlCl3溶液与氢氧化钠溶液混合,氢氧化钠不足时生成氢氧化铝沉淀,氢氧化钠过量时生成偏铝酸钠,反应物用量不同而导致生成不同产物,故⑤正确;⑥铁和过量稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水,过量的铁和稀硝酸反应生成硝酸亚铁、一氧化氮和水,反应物用量不同产物不同,⑥正确;故选B。
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3.(2017云南临沧模拟)下列有关Na2CO3和NaHCO3性质的比较中,正确的是(　　)A.与稀盐酸反应放出气体的快慢:Na2CO3>NaHCO3B.相同温度下,配制成同物质的量浓度的溶液时,溶液的pH:Na2CO3>NaHCO3C.106 g Na2CO3和84 g NaHCO3分别与过量的盐酸反应,放出CO2的质量:Na2CO3>NaHCO3D.向Na2CO3和NaHCO3的稀溶液中分别滴加CaCl2溶液,都有白色沉淀生成
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【答案】 B　A项,分别滴加HCl溶液,相同条件下NaHCO3比Na2CO3反应剧烈,A项错误;B项,Na2CO3水解程度大于NaHCO3,Na2CO3溶液碱性较强,pH较大,B项正确;C项,106 g Na2CO3和84 g NaHCO3的物质的量都为1 mol,与盐酸完全反应生成等物质的量的二氧化碳气体,C项错误;D项,向Na2CO3和NaHCO3的稀溶液中分别滴加CaCl2溶液,只有碳酸钠溶液生成沉淀,D项错误。
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1.下列说法不正确的是(　　)A.(2015课标全国Ⅰ,10C)用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热,熔化后的液态铝滴落下来,金属铝的熔点较低B.(2014课标全国Ⅱ,9C)铝与Fe2O3发生铝热反应后固体的质量不变C.(2014北京,9D)Al片溶于NaOH溶液中,产生气体:D.(2014江苏,8A)Al、HCl、NaOH中任意两种物质在一定条件下均能发生反应
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【答案】 A　打磨后的铝箔在酒精灯上灼烧,高熔点的Al2O3兜住了熔融的液态铝,不会滴落,A项错误;铝与Fe2O3发生铝热反应生成铁和氧化铝,反应前后均是固体物质,固体质量不变,B项正确;金属铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气,C项正确;Al既能与HCl溶液反应又能与NaOH溶液反应,HCl和NaOH能发生中和反应,D项正确。
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2.(2015山东,10)某化合物由两种单质直接反应生成,将其加入Ba(HCO3)2溶液中同时有气体和沉淀产生。下列化合物中符合上述条件的是(　　)A.AlCl3 B.Na2O C.FeCl2 D.SiO2
和Cl2反应得到,A项正确;钠与氧气在常温下反应生成Na2O,Na2O与水反应生成NaOH,NaOH与Ba(HCO3)2反应只生成沉淀不产生气体,B项错误;尽管在Ba(HCO3)2溶液中加入FeCl2也有沉淀和气体生成,但Fe与Cl2反应生成的是FeCl3,不能生成FeCl2,C项错误;SiO2与Ba(HCO3)2溶液不反应,D项错误。
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3.下列说法不正确的是 (　　)A.(2016江苏,3D)Al2O3熔点高,可用作耐高温材料B.(2016江苏,5C)向Al2(SO4)3溶液中加入过量氨水:Al3++3NH3·H2O Al(OH)3↓+3C.(2015课标全国Ⅱ,13C)将AlCl3溶液滴入浓NaOH溶液中,将产生大量白色沉淀D.(2014福建,9)常温下,Al(OH)3既能与NaOH溶液反应又能与稀硫酸反应
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【答案】 C　Al2O3的熔点高,不易熔化,故可用作耐高温材料,A项正确;Al(OH)3不溶于氨水,Al2(SO4)3溶液与过量的氨水反应生成Al(OH)3,B项正确;AlCl3溶液滴入NaOH溶液中,开始时NaOH溶液过量,不会出现白色沉淀,随着AlCl3溶液的不断滴入,后来会出现白色沉淀,C项错误;Al(OH)3是两性氢氧化物,常温下既能与NaOH溶液反应又能与稀硫酸反应,D项正确。
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4.(2014安徽,13)室温下,在0.2 mol·L-1 Al2(SO4)3溶液中,逐滴加入1.0 mol·L-1 NaOH溶液,实验测得溶液pH随NaOH溶液体积变化曲线如图,下列有关说法正确的是(　　)A.a点时,溶液呈酸性的原因是Al3+水解,离子方程式为Al3++3OH-Al(OH)3B.a~b段,溶液pH增大,Al3+浓度不变C.b~c段,加入的OH-主要用于生成Al(OH)3沉淀D.d点时,Al(OH)3沉淀开始溶解
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【答案】 C　Al3+水解的离子方程式为Al3++3H2O Al(OH)3+3H+,A项错误;a~b段,Al3+与OH-作用生成Al(OH)3沉淀,Al3+浓度不断减小,B项错误;c点溶液pH<7,说明溶液中还没有NaAlO2生成,因此b~c段,加入的OH-主要用于生成Al(OH)3沉淀,C项正确;c~d段pH逐渐增大,到达d点,Al(OH)3沉淀已完全溶解,D项错误。
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5.(2013山东,9)足量下列物质与相同质量的铝反应,放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是(　　)A.氢氧化钠溶液 B.稀硫酸C.盐酸 D.稀硝酸【答案】 A　相同质量的铝与足量的NaOH溶液、稀硫酸、盐酸反应,放出氢气的物质的量相等,但消耗相应溶液中溶质的物质的量之比为2∶3∶6;稀硝酸与Al反应不能产生氢气,故正确答案为A。
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铝及其化合物转化图1.要熟记有关“Mg、Al”的几个重要反应方程式。
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2.Al、Al2O3、Al(OH)3均既能与强酸反应,又能与强碱溶液反应。弱酸如碳酸、弱碱如NH3·H2O不能与它们反应。
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4.铝盐与强碱溶液或偏铝酸盐与强酸按不同顺序混合产生的现象不同,可利用互滴时产生的现象不同进行鉴别。5.铝热反应可用于冶炼难熔金属,其本质是利用了铝的强还原性,但不能制备金属性比铝强的金属,如镁等。6.氢氧化铝的制备方法(用离子方程式表示)(1)向铝盐溶液中加入氨水:
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【疑难辨析】 (1)1 mol Al与足量的稀硫酸或足量的氢氧化钠溶液反应转移电子数相同。(2)用铝箔包裹钠与水反应求生成H2的物质的量时,既要考虑钠与水的反应,又要考虑铝与生成的NaOH的反应。(3)明矾的净水作用与液氯对自来水的消毒作用原理不同。明矾净水只能除去水中的悬浮杂质,不能杀菌消毒;而液氯只能杀菌消毒,不能沉淀悬浮的杂质。
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典例导引1甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L-1的盐酸和NaOH溶液,向两烧杯中分别加入等质量的铝粉,反应结束后测得生成的气体体积比为V(甲)∶V(乙)=1∶2,则加入铝粉的质量为(　　)A.5.4 g B.3.6 g C.2.7 g D.1.8 g
【解析】 2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2↑,由化学方程式可知,若在等物质的量浓度、等体积的盐酸和NaOH溶液中分别加入足量铝,反应时产生H2的体积之比为1∶3,现在产生H2的体积之比为1∶2,说明铝粉的量相对于盐酸来说是过量的,相对于NaOH溶液来说是不足量的,所以与盐酸反应的铝粉质量为2.7 g,与NaOH溶液反应的铝粉质量为5.4 g。【答案】 A
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高招1依据铝与酸、碱反应的原理研究有关定量关系铝分别与盐酸、NaOH溶液反应的原理:
(1)铝与酸或碱溶液反应的实质
故铝与酸、碱溶液反应时,铝与氢气的定量关系均为2Al~3H2,也可以直接利用得失电子守恒进行相关计算。(2)①等量的铝与足量盐酸和足量氢氧化钠溶液反应,同温同压下产生H2的体积比为 。②足量铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应,同温同压下产生H2的体积比为 。
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③一定量的铝分别与一定量的盐酸和NaOH溶液反应,若同温同压下产生H2的体积比为 ,则必定是:铝与盐酸反应时,铝过量而盐酸不足;铝与NaOH溶液反应时,铝不足而NaOH溶液过量。
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典例导引2(2016上海,12)下列各组混合物,使用氢氧化钠溶液和盐酸两种试剂不能分离的是(　　)A.氧化镁中混有氧化铝 B.氯化铝溶液中混有氯化铁C.氧化铁中混有二氧化硅 D.氯化亚铁溶液中混有氯化铜【解析】 A项,先加足量NaOH溶液,过滤、洗涤、干燥得到氧化镁,滤液中加入盐酸至沉淀量最大,过滤、洗涤、灼烧得到氧化铝,可以分离;B项,先加适量NaOH溶液至生成的氢氧化铝沉淀恰好溶解完全,过滤出Fe(OH)3沉淀,向滤液中加入适量盐酸得AlCl3溶液,向沉淀中加入适量盐酸得FeCl3溶液,可以分离;C项,先加入过量氢氧化钠溶液,过滤、洗涤、干燥得氧化铁固体,向滤液中加入适量盐酸,过滤、洗涤、灼烧固体,得到二氧化硅,可以分离;D选项无法实现分离。【答案】 D
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高招2应用氢氧化铝两性解决的重要问题 (1)检验与鉴别①用过量NaOH溶液检验Al3+的存在。②用过量NaOH溶液鉴别AlCl3溶液和MgCl2溶液。③用互滴法鉴别AlCl3溶液与NaOH溶液或NaAlO2溶液与盐酸。(2)分离用过量NaOH溶液和相应酸溶液分离Al3+、Mg2+或分离MgO、Al2O3等。
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典例导引3(2017甘肃平凉一模)将一定量的钠铝合金置于水中,合金全部溶解,得到20 mL pH=14的溶液,然后用1 mol·L-1的盐酸滴定,沉淀质量与消耗盐酸的体积关系如图所示,则下列选项正确的是(　　)A.原合金质量为0.92 gB.标准状况下产生氢气896 mLC.图中V2=60D.图中m=1.56
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合金溶解后所得溶液中氢氧化钠的物质的量为0.02 L×1 mol·L-1=0.02 mol,
生成沉淀消耗的盐酸的体积为40 mL-20 mL=20 mL,HCl物质的量为0.02 L×1 mol·L-1=0.02 mol,
0.02 mol 0.02 mol 0.02 mol
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AlCl3+3H2O可知,溶解沉淀需要0.06 mol HCl,需1 mol·L-1盐酸的体积为60 mL,则V2=40 mL+60 mL=100 mL,C项错误;由上述计算可知,生成Al(OH)3沉淀的物质的量为0.02 mol,其质量为0.02 mol×78 g·mol-1=1.56 g,D项正确。【答案】 D
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高招3应用铝及其化合物相互转化的图像解决有关问题(1)可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像
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(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像
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(3)拓展图像
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①向AlCl3溶液中逐滴加入氨水或NaAlO2溶液至过量,图像如图(a)所示。②向NaAlO2溶液中逐滴加入AlCl3溶液或通入CO2至过量,图像如图(b)所示。③向MgCl2、AlCl3和盐酸的混合溶液(即将Mg、Al溶于过量盐酸所得的溶液)中逐滴滴入NaOH溶液至过量,图像如图(c)所示。④向MgCl2、AlCl3混合溶液中先加入NaOH溶液,后加入盐酸(NaOH与盐酸的物质的量浓度相等),图像如图(d)所示。
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1.下列各组物质,不能按“ ”(“→”表示反应一步完成)关系转化的是(　　)
【答案】 C　A中a、b、c分别与NaOH溶液反应、与CO2反应、受热分解即可完成所示转化;B中a、b、c分别与氨水、NaOH溶液、盐酸反应即可完成所示转化;C中铝无法通过一步反应生成Al(OH)3,故C符合题目要求;D中a、b、c分别与NaOH溶液反应、加热分解、与盐酸反应即可完成所示转化。
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2.工业上用铝土矿(主要成分是氧化铝,含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:下列叙述正确的是(　　)A.反应①中试剂X是氢氧化钠溶液B.试剂Y是HCl,它与 反应生成氢氧化铝C.图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应D.将试剂X与Y进行对换,最终可以达到相同结果
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误;D项,试剂X为氢氧化钠溶液,沉淀C为氧化铁,溶液A为偏铝酸钠和氢氧化钠的混合溶液,通入过量二氧化碳气体,发生反应NaAlO2+CO2+2H2O Al(OH)3↓+NaHCO3,X和Y不能调换,D项错误。
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3.(2017东北三省三校联考)下列曲线图(纵坐标为沉淀的量,横坐标为加入溶液的体积)与对应的选项相符合的是(　　)
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A.向1 L浓度均为0.1 mol·L-1的Ba(OH)2、NaAlO2混合溶液中加入0.1 mol·L-1的稀硫酸B.向1 L浓度分别为0.1 mol·L-1和0.3 mol·L-1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1 mol·L-1的稀NaOH溶液C.向烧碱溶液中滴加明矾溶液D.向AlCl3溶液中滴加过量氨水
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【答案】 A　A项,Ba(OH)2溶液和NaAlO2溶液中加入稀硫酸,发生
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铁及其化合物的性质及应用1.(2016课标全国Ⅲ,7)化学在生活中有着广泛的应用,下列对应关系错误的是(　　)
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2.(2015课标全国Ⅰ,10)下列实验中,对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是(　　)
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【答案】 D　A项,稀硝酸与过量的Fe充分反应,产物为硝酸亚铁、NO和水,所以加入KSCN溶液后,溶液不变血红色,现象和结论错误;B项,Cu与硫酸铁发生氧化还原反应,生成硫酸铜和硫酸亚铁,无黑色固体出现,现象和结论错误;C项,铝表面有一层氧化铝,其熔点较高,在空气中加热铝箔时内部熔化的铝不会滴落,现象错误;D项,硫酸镁溶液与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化镁沉淀,再加入硫酸铜溶液,则转化成氢氧化铜蓝色沉淀,符合由溶度积较小的沉淀向溶度积更小的沉淀转化,由于二者均为AB2型化合物,所以相同温度下氢氧化铜的溶度积比氢氧化镁的溶度积小,现象和结论都正确。
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3.(2014课标全国Ⅰ,8)化学与社会、生活密切相关。对下列现象或事实的解释正确的是(　　)
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【答案】 C　烧碱是NaOH,A项错误;漂白粉变质是因为Ca(ClO)2与空气中的CO2反应,生成CaCO3、HClO,HClO见光分解,B项错误;FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作,原因是Fe3+与Cu反应生
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4.下列有关Fe3+、Fe2+的性质及应用的说法正确的是　　　(填序号)。 ①(2016课标全国Ⅰ,10C)配制氯化铁溶液时,将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释②(2016课标全国Ⅱ,13A)将NaOH浓溶液滴加到饱和FeCl3溶液中制备Fe(OH)3胶体③(2016江苏,5B)向Fe2(SO4)3溶液中加入过量铁粉:Fe3++Fe 2Fe2+④(2016江苏,13)室温下,向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液,再滴加几滴淀粉溶液,溶液变蓝色,则Fe3+的氧化性比I2的强⑤(2016四川,3C)Fe2+与H2O2在酸性溶液中的反应:2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O
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【答案】 ①④⑤【解析】 为了抑制Fe3+水解,可将FeCl3溶解在浓盐酸中,再加水稀释,①正确;NaOH浓溶液滴加到饱和FeCl3溶液中,生成难溶于水的Fe(OH)3沉淀,制备Fe(OH)3胶体应将饱和FeCl3溶液滴加到沸水中,②错误;③离子方程式前后不符合电荷守恒,错误;Fe3+氧化I-生成I2,I2遇淀粉变蓝色,该过程说明了Fe3+的氧化性强于I2,④正确;⑤所给离子方程式满足电子守恒、电荷守恒且符合实际,正确。
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5.(2016课标全国Ⅱ,28)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题:(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1 mol·L-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是　。 (2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变红,说明Cl2可将Fe2+氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油,再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是　。 
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(4)丙组同学取10 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液,加入6 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液混合。分别取2 mL 此溶液于3支试管中进行如下实验:①第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置,CCl4层显紫色;②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀;③第三支试管中加入1滴KSCN溶液,溶液变红。实验②检验的离子是　　　　(填离子符号);实验①和③说明:在I-过量的情况下,溶液中仍含有　　　　(填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为　　　　。 (5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为　; 一段时间后,溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是 　　;生成沉淀的原因是　  (用平衡移动原理解释)。
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【答案】 (1)防止Fe2+被氧化(2)2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)(4)Fe2+　Fe3+　可逆反应(5)2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O　Fe3+催化H2O2分解产生O2　H2O2分解反应放热,促进Fe3+的水解平衡正向移动【解析】 (1)Fe2+具有还原性,可被空气中的O2氧化,所以配制FeCl2溶液时加少量铁屑可防止Fe2+被氧化。(2)Cl2可将Fe2+氧化为Fe3+,Cl2自身被还原为Cl-,反应的离子方程式为Cl2+2Fe2+ 2Cl-+2Fe3+。(3)煤油不溶于水,且其密度比水的小,可覆盖在FeCl2溶液上面以隔绝空气,防止Fe2+被O2氧化。
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(4)实验②中加入K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀,说明溶液中一定含Fe2+;实验③中加入KSCN溶液,溶液变红,说明溶液中一定含有Fe3+,Fe3+和I-发生反应生成Fe2+和I2,在I-过量的情况下,溶液中仍有Fe3+,说明Fe3+和I-间发生的反应是可逆反应。(5)H2O2与FeCl2在酸性溶液中发生的离子反应为H2O2+2Fe2++2H+ 2Fe3++2H2O。生成的Fe3+可作H2O2分解的催化剂,H2O2分解有氧气产生,同时反应放热又促进Fe3+的水解,从而生成红褐色的Fe(OH)3沉淀。
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铁及其化合物转化图
1.Fe在高温下与O2、H2O(g)反应的产物都是Fe3O4而不是Fe2O3。2.Fe在Cl2中燃烧,无论Cl2过量还是不足均生成FeCl3;Fe与S反应时只能生成FeS。上述事实说明Cl2的氧化性强于S的氧化性(或氯元素的非金属性强于硫元素的非金属性)。3.常温下,Fe、Al在冷的浓硫酸和浓硝酸中发生钝化,钝化属于化学变化,加热后继续反应。
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(2)Fe3+的氧化性Fe3+化合价处于铁的高价态,一般情况下只表现氧化性,Fe3+能氧化Fe、Cu、HI、H2S等;Fe3+与S2-、I-、 因发生氧化还原反应而不能在溶液中大量共存。(3)Fe3+的水解Fe(OH)3是极弱的碱,Fe3+易水解;Fe3+与 等因发生相互促进的水解反应而不能大量共存,配制铁盐溶液时要加少量相应的酸抑制Fe3+水解(或将其溶于较浓的相应酸中,再稀释到所需浓度),制备无水FeCl3时需在HCl气流中加热FeCl3的结晶水合物。
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(4)Fe2+与Fe3+的相互转化
用离子方程式表示其转化关系:
7.Fe3+大量存在的溶液一定呈酸性,因为Fe3+在pH为3.2左右已经沉淀完全[c(Fe3+)<1×10-5 mol·L-1]。8.当Fe2+与Fe3+共存时,检验Fe2+的方法是取少许溶液向其中加入酸性高锰酸钾溶液,酸性高锰酸钾溶液紫红色褪去。9.铁氰化钾{化学式为K3[Fe(CN)6]}法鉴别Fe2+、Fe3+:Fe2+能与[Fe(CN)6]3-形成蓝色沉淀Fe3[Fe(CN)6]2,而Fe3+则不能。
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典例导引1 (2016江苏盐城模拟)用不含Fe3+的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应可制得白色的Fe(OH)2沉淀。(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入　　　。  (2)除去蒸馏水中溶解的O2,常采用　　　　的方法。  (3)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是　　　　　。  【解析】 (1)Fe2+易水解,加入稀硫酸可抑制其水解;Fe2+易被空气中的O2氧化,加铁屑的目的是防止Fe2+被氧化。(2)气体的溶解度随温度升高而降低,故可用煮沸的方法除去水中的O2。【答案】 (1)稀硫酸、铁屑　(2)煮沸　(3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2
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高招1制备Fe(OH)2常用的三种方法
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方法一:有机覆盖层法将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到FeSO4溶液液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与生成的Fe(OH)2接触而使其被氧化,如图1所示。方法二:还原性气体保护法用H2将装置内的空气排尽后,再将亚铁盐溶液与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀。如图2所示。方法三:电解法用铁作阳极,电解NaCl(或NaOH)溶液,并在液面上覆盖苯或煤油,如图3所示。
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典例导引2填写除去下列物质中杂质的试剂和方法(括号中的物质是杂质)。(1)FeCl2溶液(FeCl3):　; (2)FeCl3溶液(FeCl2):　; (3)FeCl2溶液(CuCl2):　; (4)Fe(Al):　; (5)Fe2O3(Al2O3、SiO2):　。 【答案】 (1)加过量铁粉,充分反应后过滤　(2)通入适量氯气　(3)加过量铁粉,充分反应后过滤　(4)加过量强碱溶液,充分反应后过滤　(5)加过量强碱溶液,充分反应后过滤
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高招2合理运用铁三角解决相关问题
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典例导引3用FeCl3溶液溶解铜制印刷线路板后得到一废液,下列根据实验现象得出的结论不正确的是(　　)A.向废液中加入少量的葡萄糖溶液,加热,无红色沉淀产生,说明废液中不含Cu2+B.向废液中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液,产生白色沉淀,说明废液中含有Cl-C.向废液中加少量铁粉,充分反应后无固体剩余,说明废液中含有Fe3+D.向废液中滴加KSCN溶液,无现象,再加入氯水后废液呈红色,说明废液中含有Fe2+
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【解析】 葡萄糖在碱性条件下能与新制Cu(OH)2反应生成红色Cu2O沉淀,但废液显酸性,其中的Cu2+不能与葡萄糖反应,A项错误;Ag+与Cl-反应生成不溶于稀硝酸的AgCl沉淀,B项正确;废液中若无Fe3+,Fe与Cu2+反应则会有铜生成,C项正确;D项所述为Fe2+的检验方法,正确。【答案】 A
(1)检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液;也不能将加KSCN溶液后的混合溶液加入足量的新制氯水中,因为新制氯水可以氧化SCN-;(2)Fe3+、Fe2+、Cl-同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2+,因为Cl-能还原KMnO4,有干扰。
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高招3检验Fe3+、Fe2+的常用方法(1)Fe2+的检验方法一:取少量被检验的溶液,滴加KSCN溶液,无现象,再滴加氯水,若溶液变成红色,说明有Fe2+存在(鉴别时不能先滴加氯水)。发生反应的离子方程式为方法二:取出少量被检验的溶液,加入NaOH溶液产生白色絮状沉淀,白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最终变为红褐色,证明有Fe2+存在。相关反应:
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方法三:取少量溶液,滴加K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液,若生成蓝色沉淀,说明原溶液含有Fe2+。这是检验Fe2+最好、最灵敏的方法。发生反应的离子方程式为(2)Fe3+的检验方法一:取少量被检验的溶液,滴加KSCN溶液,溶液变红色,证明有Fe3+存在。方法二:取少量被检验的溶液,加入NaOH溶液,产生红褐色沉淀,证明有Fe3+存在。
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1.下列试剂中,不能使Fe2+转化为Fe3+的是(　　)①氯气　②NaCl溶液　③KMnO4溶液　④稀硝酸　⑤盐酸　⑥NaNO3溶液A.①②③ B.①③④C.②④⑤ D.②⑤⑥【答案】 D　要实现Fe2+转化为Fe3+,必须加强氧化性物质,②NaCl、⑤HCl均没有强氧化性,⑥中的 在酸性条件下才表现强氧化性。
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2.(2017江苏扬州模拟)下列关于Fe3+、Fe2+性质实验的说法错误的是(　　)A.用如图装置可以制备Fe(OH)2沉淀B.配制FeCl3溶液时,先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中,再加水稀释到所需要的浓度C.向某溶液中滴加KSCN溶液,溶液不变色,滴加氯水后溶液显红色,此现象不能确定溶液中含有Fe2+D.向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2+被氧化
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【答案】 C　A项,反应开始时打开止水夹C,使生成的氢气进入B中,可排出装置中的空气,防止生成的氢氧化亚铁被氧化;一段时间后关闭止水夹C,A中硫酸亚铁溶液进入B中反应生成Fe(OH)2,A项正确;B项,FeCl3易水解,配制其溶液时为抑制Fe3+水解,可先将氯化铁晶体溶于较浓的盐酸中,再加水稀释到所需要的浓度,B项正确;Fe3+与铁反应可生成Fe2+,故向FeCl2溶液中加入少量铁粉是为了防止Fe2+被氧化,D项正确。
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3.(2017江西上饶模拟)将a g铁和氧化铁的混合物加入800 mL pH=1的盐酸中充分反应后,固体无剩余,盐酸全部消耗,放出气体 0.224 L(标准状况下)。下列判断正确的是 (　　)A.原混合物中n(Fe)∶n(Fe2O3)=2∶1B.向溶液中滴入无色的KSCN溶液,显红色C.无法计算出原混合物的质量D.此时溶液中Fe2+和Fe3+的物质的量之比为3∶1
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mol+0.01 mol)∶0.01 mol=2∶1,A项正确;反应后的溶液中溶质为FeCl2,向溶液中滴入无色的KSCN溶液,不显红色,B项错误;铁、氧化铁的物质的量已经算出,可以计算出混合物的质量,C项错误;此时的溶液中没有Fe3+,D项错误。
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4.(2016四川南充模拟)FeSO4·7H2O俗称“绿矾”,是一种蓝绿色晶体。某课外活动小组同学在实验室发现一瓶绿矾已部分变质,拟用该试剂为原料,重新制取FeSO4·7H2O晶体,并测定其纯度。[查阅资料]①绿矾化学性质常不稳定,在潮湿空气中逐渐氧化变质,久置的绿矾溶液逐渐变为黄色,并出现棕黄色浑浊。②硫酸亚铁的溶解度随温度升高而增大。[制备晶体]①取一定量已变质的“绿矾”于烧杯中,加适量水,搅拌,得到棕黄色悬浊液。②加入一定量稀硫酸和过量铁屑,在60 ℃左右水浴中加热,充分反应,待溶液完全变为浅绿色为止。
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③趁热过滤,并用少量热水洗涤,将滤液转入到密闭容器中,静置、冷却结晶。④待结晶完毕后,过滤出晶体,用少量冰水洗涤,再用滤纸吸干水分,最后放入广口瓶中密闭保存。请回答下列问题:(1)完成久置绿矾溶液在空气中变质的离子方程式:
(2)实验步骤②中加入稀硫酸的目的是 　。 (3)实验步骤③中趁热过滤的目的是 　。 (4)实验中两次用到过滤操作,完成该操作的玻璃仪器有烧杯、　　　　　　　　　。 
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[测定纯度]有同学认为,制备过程中可能有少量Fe2+被氧化为Fe3+,导致产品不纯。他们设计了如下方案测定产品的纯度。请回答下列问题:限选试剂:NaOH溶液、KSCN溶液、H2O2溶液、苯酚稀溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、BaCl2溶液(5)检验产品中是否含有Fe3+的无机试剂最好是　　　　　　　　　　　　　。 (6)试剂X是　　　　　　　　。 (7)产品中FeSO4·7H2O(摩尔质量为278 g·mol-1)的含量为　　　　　　　　(用质量分数表示)。
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【答案】 (1)12　3　6　H2O　8　4　Fe(OH)3↓(2)溶解Fe(OH)3沉淀,抑制FeSO4水解(3)减小过滤时FeSO4损失　(4)玻璃棒、漏斗(5)KSCN溶液　(6)K3[Fe(CN)6]溶液
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【解析】 (1)加水溶解后,得到棕黄色悬浊液,因此反应中有氢氧化铁生成,反应物中肯定有水参加,再利用化合价升降法配平即可。(2)加入稀硫酸,既可以溶解Fe(OH)3沉淀,又可以抑制FeSO4水解。(3)趁热过滤,主要是防止硫酸亚铁以晶体的形式析出,减小硫酸亚铁的损失。(4)过滤时除用到烧杯外,还需要的玻璃仪器是玻璃棒和漏斗。(5)检验三价铁离子最好的无机试剂是KSCN溶液。(6)根据题给试剂可判断,X为K3[Fe(CN)6]溶液。(7)Fe2+和K3[Fe(CN)6]反应生
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铜及其化合物的性质及应用1.(2015天津,9)废旧印刷电路板是一种电子废弃物,其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾,流程简图如下:
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回答下列问题:(1)反应Ⅰ是将Cu转化为 ,反应中H2O2的作用是　　　　　　　　　　　　。写出操作①的名称:　　　　　　。 (2)反应Ⅱ是铜氨溶液中的 与有机物RH反应,写出该反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。操作②用到的主要仪器名称为　　　　　　,其目的是　　　(填序号)。 a.富集铜元素b.使铜元素与水溶液中的物质分离c.增加Cu2+在水中的溶解度
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(3)反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和　　　。若操作③使用右图装置,图中存在的错误是　　　　　。 (4)操作④以石墨作电极电解CuSO4溶液。阴极析出铜,阳极产物是　　。操作⑤由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是　　　　　。 (5)流程中有三处实现了试剂的循环使用,已用虚线标出两处,第三处的试剂是　　　。循环使用的NH4Cl在反应Ⅰ中的主要作用是　　　　　　。
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【答案】 (1)作氧化剂　过滤
(3)RH　分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁、分液漏斗中液体过多(4)O2、H2SO4　加热浓缩、冷却结晶、过滤(5)H2SO4　防止由于溶液中c(OH-)过高,生成Cu(OH)2沉淀
【解析】 (1)Cu转化为 ,Cu被氧化,因此H2O2作氧化剂。操作①得到溶液和残渣,为过滤。(2)根据流程图, 与RH反应,生成NH3、 和CuR2,根据原子守恒、电荷守恒配平离子方程式。操作②得到有机层和水溶液,为分液,需要用到的仪器为分液漏斗,目的是富集铜元素,并分离出铜元素。
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(3)CuR2与稀硫酸发生复分解反应,生成CuSO4和HR。图中错误有:分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁,分液漏斗中液体太多。(4)电解CuSO4溶液,阳极反应为OH-放电,阳极产物为H2SO4和O2。由CuSO4溶液制得胆矾的步骤为加热浓缩、冷却结晶、过滤。(5)电解CuSO4溶液制得的H2SO4可以循环利用。循环使用NH4Cl,可以防止Cu2+因水解转化为Cu(OH)2沉淀。
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2.(2015重庆,11)我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀,故对其进行修复和防护具有重要意义。(1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第　　　周期。 (2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119 g、20.7 g,则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为　　　　。 (3)研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用,下列叙述正确的是　　　。 A.降低了反应的活化能B.增大了反应的速率C.降低了反应的焓变D.增大了反应的平衡常数
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(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位,Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应,该化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。①腐蚀过程中,负极是　　　(填图中字母“a”“b”或“c”); ②环境中的Cl-扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,其离子方程式为　; ③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为　　 L(标准状况)。
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【答案】 (1)四(2)10∶1(3)AB
③0.448
【解析】 (1)Cu的原子序数为29,位于元素周期表第四周期。
(3)催化剂能够降低反应的活化能,增大反应速率,A、B正确;催化剂不能改变反应的焓变,不能使平衡移动,不能改变平衡常数,C、D错误。
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(4)Ag2O和CuCl发生复分解反应,化合价不变,化学方程式为Ag2O+2CuCl 2AgCl+Cu2O。(5)①根据图示,青铜基体发生氧化反应,转化为Cu2+,故c作负极。②负极上Cu发生氧化反应,产物为Cu2+,正极上O2发生还原反应,
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3.(2013广东,32)银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下:
[注:Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450 ℃和80 ℃](1)电解精炼银时,阴极反应式为　　　　　　　　　　;滤渣A与稀硝酸反应,产生的气体在空气中迅速变为红棕色,该气体变色的化学反应方程式为　　　　　　　　　　　　。 
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(2)固体混合物B的组成为　　　　　　　　;在生成固体B的过程中,需控制NaOH的加入量。若NaOH过量,则因过量引起的反应的离子方程式为　 　　　　　　　　。 (3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式:(4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5%,理论上5.0 kg 废料中的铜可完全转化为　　　　 mol CuAlO2,至少需要1.0 mol·L-1的Al2(SO4)3溶液　　　　 L(Cu的相对原子质量63.5)。 (5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾,其基本操作是　　　　　　　　　　、过滤、洗涤和干燥。
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(3)4　2　4　O2　(4)50.0　25.0(5)蒸发浓缩、冷却结晶
(2)结合信息和流程图分析可知:硫酸铜、硫酸铝固体与稀氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铜和氢氧化铝,煮沸时氢氧化铜分解为CuO,氢氧化铝不分解,所以固体B为CuO和Al(OH)3,若NaOH过量,Al(OH)3就会溶解:
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(3)依据题给反应物和生成物可以判断:CuO转化为CuAlO2,铜元素化合价由+2价下降为+1价,CuO作氧化剂,所以生成的物质还应有氧气(氧元素化合价-2价→0价),根据氧化还原反应中得失电子守恒
元素守恒可得生成的CuAlO2也是50.0 mol,依据CuAlO2中的铜和铝原子个数关系及铝原子守恒可得,n[Al2(SO4)3]=25.0 mol,则需要硫酸铝溶液的体积是25.0 L。(5)用溶液制备带结晶水的晶体的一般操作步骤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
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铜及其化合物转化图
1.铜在潮湿的空气中生成铜绿[Cu2(OH)2CO3],反应的化学方程式为2Cu+O2+CO2+H2O Cu2(OH)2CO3。2.铜及其化合物大多数为有色物质,如Cu:紫红色;CuO:黑色;Cu2S:黑色;CuS:黑色;Cu2O:红色;CuSO4·5H2O:蓝色。
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3.无水CuSO4为白色固体,吸收空气中的水蒸气或溶于水时为蓝色[无水硫酸铜可用作检验水的试剂,反应原理为CuSO4(白色)+ 5H2O CuSO4·5H2O(蓝色)]。4.新制Cu(OH)2常用来检验醛基,该反应需在碱性环境中进行,加热至沸腾可生成红色沉淀氧化亚铜(Cu2O)。5.联系铜、铁的一个重要反应:2Fe3++Cu 2Fe2++Cu2+(FeCl3溶液腐蚀电路板的反应原理,同时也可以证明氧化性:Fe3+>Cu2+>Fe2+)。
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【疑难辨析】 (1)氢气还原氧化铜时,应“先通氢,后点灯”,以免加热时发生爆炸危险。(2)人类很早就发现,在熊熊燃烧后的林木余烬里有一种红色光亮的金属,这是孔雀石[主要成分是Cu2(OH)2CO3]在林木燃烧过程中发生如下两个反应生成的铜,反应的化学方程式为Cu2(OH)2CO3
(3)反应CuSO4+H2S CuS↓+H2SO4不符合强酸制弱酸的反应规律,其发生原因是CuS极难溶于水,CuS不溶于稀硫酸。(4)CuSO4·5H2O是纯净物,其失去结晶水的过程是化学反应,不是物理变化。但浓硫酸使其变白色是利用了浓硫酸的吸水性。
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典例导引铜及其化合物在生产生活中有着广泛的应用,铜在化合物中的常见化合价有+1、+2。(1)工业上可利用反应Cu2S+O2 2Cu+SO2制取粗铜,反应中被氧化的元素是　　　,当消耗32 g Cu2S时,转移电子数目是　　　　(设NA为阿伏加德罗常数的值)。  (2)将少量铜丝放入适量的稀硫酸中,温度控制在50~60 ℃,通入O2,反应一段时间后可制得硫酸铜,发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3溶液和NaCl溶液加热,生成CuCl沉淀,写出生成CuCl的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
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(3)某小组同学在做铜与浓硫酸反应的实验时,发现铜片表面有黑色固体生成。①甲同学猜想:黑色固体是未来得及溶解于酸的CuO,其猜想可用化学方程式表示为:
②乙同学认为:黑色固体除CuO外,还可能含有Cu2S和CuS,其理由可能是　　　　　　(填字母)。  a.Cu2S和CuS都是黑色的b.铜与浓硫酸在加热条件下反应,还可能放出O2c.浓硫酸是氧化剂,铜是还原剂,Cu的化合价升高与S的化合价降低有多种可能
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(3)该小组同学在做铜与浓硫酸反应的实验时,发现铜片表面有黑色固体生成。①按照甲同学猜想:铜被氧化得CuO,硫酸被还原为SO2,化学方程式为
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②乙同学认为:黑色固体除CuO外,还可能含有Cu2S和CuS,分析可能的理由时,应该从反应现象和氧化还原反应原理入手,ac符合。
【答案】 (1)S　1.2NA
(3)①CuO+SO2↑+H2O　②ac
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高招废铜综合利用的常用化工流程
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1.(2017黑龙江哈尔滨模拟)某研究小组通过实验探究铜及其化合物的性质,操作正确且能达到实验目的的是(　　)A.将铜丝插入浓硫酸中并加热,反应后再加入水,观察硫酸铜溶液的颜色B.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,观察氯化铜的生成C.将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干,得到无水CuCl2固体D.将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡,除去铜绿【答案】 D　铜与浓硫酸反应后的剩余物中仍有浓硫酸,将水加入反应器中易发生危险,A项错误;观察氯化铜的生成需要在加热条件下,B项错误;CuCl2水解生成的HCl易挥发,加热蒸干能促进CuCl2的水解而得不到CuCl2固体,C项错误。
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2.(2017山西阳泉模拟)部分氧化的Fe-Cu合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共5.76 g,经如下处理:下列说法正确的是(　　)A.滤液A中的阳离子为Fe2+、Fe3+、H+B.样品中铁元素的质量为2.24 gC.样品中CuO的质量为4.0 gD.V=896
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【答案】 B　根据题意,3.2 g滤渣一定是铜,而铜与Fe3+不共存,A项错误;最后的3.2 g固体为Fe2O3,其中铁元素的质量为2.24 g,B项正确;样品中铜元素和氧元素的质量共5.76 g-2.24 g=3.52 g,C项错误;2.24 g铁元素不可能全是单质铁,故生成氢气的体积小于896 mL,D项错误。
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合金材料　金属矿物的开发利用1.(2014课标全国Ⅱ,9)下列反应中,反应后固体物质增重的是(　　)A.氢气通过灼热的CuO粉末B.二氧化碳通过Na2O2粉末C.铝与Fe2O3发生铝热反应D.将锌粒投入Cu(NO3)2溶液【答案】 B　氢气能夺取灼热的CuO中的氧,使固体质量减小,A项错误;Na2O2与二氧化碳反应生成Na2CO3,固体质量增加,B项正确;铝与Fe2O3发生铝热反应生成铁和氧化铝,反应物和生成物均是固体,固体质量不变,C项错误;锌粒投入Cu(NO3)2溶液中,根据反应方程式可知,质量较大的锌置换出质量较小的铜,固体质量减小,D项错误。
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2.(2014山东,30)离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系。由有机阳离子、 组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。(1)钢制品应接电源的　　　　极,已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极电极反应式为　。 若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极产物为　　　　。 (2)为测定镀层厚度,用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层,当反应转移6 mol电子时,所得还原产物的物质的量为　　　　mol。 (3)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验,需要的试剂还有　　　　。 a.KCl b.KClO3 c.MnO2 d.Mg取少量铝热反应所得的固体混合物,将其溶于足量稀硫酸,滴加KSCN溶液无明显现象,　　　　(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3,理由是　  　　　　　　　　(用离子方程式说明)。
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【解析】 (1)电镀时,镀件应连接电源负极,作阴极;在阴极上发生还原反应,结合题中“电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”可知阴极上的反应是 ;若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极反应是水电离出的H+得电子被还原为H2。(2)用NaOH溶液溶解铝镀层时发生反应:2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2↑,H2是还原产物,当转移6 mol电子时,可得到3 mol H2。(3)引发铝粉和Fe2O3粉末反应的助燃剂为KClO3,然后插入镁条,点燃镁条即可使铝热反应发生;混合物中即使含有Fe2O3,Fe2O3溶于酸后生成的Fe3+与反应生成的Fe发生氧化还原反应生成Fe2+,再加入KSCN溶液后溶液也不显红色,因此不能证明反应后固体不含Fe2O3。
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3.(2013大纲全国,29)铝是一种应用广泛的金属,工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。①铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下:
②以萤石(CaF2)和纯碱为原料制备冰晶石的流程如下:
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回答下列问题:(1)写出反应1的化学方程式: 　。 (2)滤液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是　　　　,反应2的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)E可作为建筑材料,化合物C是　　　　,写出由D制备冰晶石的化学方程式:　 　。 (4)电解制铝的化学方程式是　　　　　　　　　　。以石墨为电极,阳极产生的混合气体的成分是　　　　　　　　。
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(3)E为建筑材料硫酸钙,结合转化关系可确定C为浓硫酸。气体D为HF,再结合转化关系,可完成化学方程式。(4)电解氧化铝制备铝,以石墨为阳极,阳极反应为2O2--4e- O2↑,高温条件下,石墨可能被O2氧化生成CO2或CO,故混合气体为O2、CO2
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常见金属的冶炼方法1.电解法冶炼活泼金属使用的是熔融的金属盐或金属氧化物,不是盐溶液。2.钠、镁的冶炼是电解熔融的NaCl、MgCl2;铝的冶炼是电解加了冰晶石的熔融Al2O3,不是电解熔融AlCl3,因为AlCl3是共价化合物,熔融态不导电。
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3.在金属活动性顺序中,虽然前面的金属能够将后面的金属从其化合物中置换出来,但不一定是从其盐溶液中置换,例如Na由于活泼性太强,不能从CuCl2溶液中置换出Cu,但是可以在其熔融状态下置换出铜。4.“沙里淘金”描述的是“金”的获取为物理法分离。
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典例导引1(2016福建福州质检)以下方法可用于工业冶炼金属的是(　　)A.电解熔融AlCl3获取金属铝B.电解MgCl2溶液获取金属镁C.用CO还原铁矿石来获取金属铁D.电解饱和食盐水来获取金属钠【解析】 工业上是通过电解熔融氧化铝获取金属铝,氯化铝是共价化合物,液态氯化铝不电离,不导电,A项错误;电解熔融MgCl2可以获取金属镁,电解氯化镁溶液得到的是氢氧化镁、氢气和氯气,B项错误;用CO还原铁矿石来获取金属铁是工业炼铁的常用方法,属于热还原法,C项正确;电解饱和食盐水得到的是氢氧化钠、氢气、氯气,电解熔融的氯化钠可以冶炼金属钠,D项错误。【答案】 C
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高招1依据金属的活动性强弱选择合适的冶炼方法(1)热分解法:冶炼的是在金属活动性顺序中排在Cu后面的一些不活泼金属,主要指Hg、Ag等;(2)热还原法:冶炼的是排在Zn和Cu之间的多数金属;(3)电解法:冶炼Al及排在Al之前的活泼金属,如K、Ca、Na、Mg等。
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典例导引2(2017山东聊城模拟)某同学这样描述“铝热反应”的现象:“反应放出大量的热,并发出耀眼的光芒”,“纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知:Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如表所示:
(1)该同学推测,铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化,而铝的熔点比铁低,此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理:　　　　(填“合理”或“不合理”)。 (2)该同学设计实验证明了所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是　　　　　　　,反应的离子方程式为　。 
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(3)实验室溶解该熔融物,下列试剂中最好的是　　　(填字母)。 A.浓硫酸　B.稀硫酸　C.稀硝酸　D.氢氧化钠溶液【解析】 (1)根据铁、铝的熔点和沸点,不难判断在一定温度下Fe、Al能熔合。(2)根据Al与NaOH溶液反应生成H2,可证明Al的存在,故选用NaOH溶液。(3)Fe、Al均为活泼金属,可以用稀硫酸溶解;浓硫酸在常温下使铁、铝钝化,加热时有污染性气体生成,稀硝酸与铁、铝反应有污染性气体生成,故不选A、C;氢氧化钠溶液只能溶解铝,不能溶解铁,故不选D。【答案】 (1)合理　(2)NaOH溶液　(3)B
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高招2突破铝热反应实验中的有关问题
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1.(2017河北石家庄模拟)下列制备金属单质的方法或原理正确的是(　　)A.在高温条件下,用H2还原MgO制备单质MgB.在通电条件下,电解熔融Al2O3与冰晶石(Na3AlF6)混合物制备单质AlC.在通电条件下,电解饱和食盐水制备单质NaD.加强热,使CuO在高温条件下分解制备单质Cu【答案】 B　A项,Mg的还原性强于H2的还原性,H2不能还原MgO;C项,制取钠应电解熔融NaCl;D项,发生的反应为4CuO 2Cu2O+O2↑,得不到单质Cu。
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2.(2017江西赣州模拟)下列是部分矿物资源的利用流程,有关说法不正确的是(　　)A.粗铜电解精炼时,粗铜作阳极B.生产铝、铜、高纯硅及玻璃过程中都涉及氧化还原反应C.利用黄铜矿冶炼铜时,副产物SO2可用于生产硫酸,FeO可用作冶炼铁的原料D.粗硅制高纯硅时,提纯四氯化硅可用多次分馏的方法
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【答案】 B　电解精炼铜时,用粗铜作阳极,纯铜作阴极,A正确。制备铝、铜、硅单质涉及氧化还原反应;制玻璃的主要反应是
各元素化合价未发生变化,均不属于氧化还原反应,B错误。SO2可以转化成SO3,进而生成H2SO4;FeO与CO在高温下反应可生成Fe,故C正确。制备硅的过程中,利用沸点不同通过分馏可以将SiCl4从杂质中提取出来,再与H2发生置换反应得到高纯硅,D正确。
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3.(2017湖南长沙统考)将铝粉与某铁的氧化物FeO·2Fe2O3粉末配制成铝热剂,分成两等份。一份直接放入足量的烧碱溶液中,充分反应后放出气体在标准状况下的体积为3.92 L;另一份在高温下恰好反应完全,反应后的混合物与足量的盐酸反应,放出的气体在标准状况下的体积为(　　)A.2.80 L B.3.92 L C.5.60 L D.7.84 L
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【答案】 A　一份直接放入足量的烧碱溶液中,铝与氢氧化钠溶液发生反应生成氢气3.92 L,氢气的物质的量为 =0.175 mol。在铝热反应中,铁的氧化物FeO·2Fe2O3中的氧原子全部与铝结合生成氧化铝,所以根据关系式可知:3H2　~　2Al　~　3O　~　Al2O3 3 2 3 0.175 mol 0.175 mol由于氧化物为FeO·2Fe2O3,根据氧原子守恒,所以氧化物FeO·2Fe2O3物质的量为0.175 mol× =0.025 mol。根据铁原子守恒,可知另一份生成的铁的物质的量为0.025 mol×5=0.125 mol。根据Fe~H2可知,0.125 mol Fe可生成氢气0.125 mol,所以另一份生成的氢气在标准状况下的体积为0.125 mol×22.4 L·mol-1=2.80 L,答案选A。
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无机化工流程类题目的解题思路1.(2017课标全国Ⅰ,27)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下:
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回答下列问题:(1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图所示。由图可知,当铁的浸出率为70%时,所采用的实验条件为 　。 (2)“酸浸”后,钛主要以TiOC 形式存在,写出相应反应的离子方程式　。 
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(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示:分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因  　。 (4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为　　　　。 (5)若“滤液②”中c(Mg2+)=0.02 mol·L-1,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5 mol·L-1,此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成?   　(列式计算)。 
FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10-22、1.0×10-24。(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式　　　　　　　。
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【答案】 (1)100 ℃、2 h,90 ℃、5 h
(3)低于40 ℃,TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加;超过40 ℃,双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降(4)4
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【解析】 (1)由图像可知,当铁的浸出率为70%时,对应的条件有2个,一个为100 ℃、2 h,另一个为90 ℃、5 h。(2)此题考查陌生离子方程式的书写,第一步应搞清所写的离子方程式是否为氧化还原反应的离子方程式。在钛铁矿(FeTiO3)中Fe为
第二步依据元素守恒和电荷守恒把离子方程式配平。(3)考查反应温度与反应物浓度对反应速率的影响。温度低于40 ℃时,TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加;超过40 ℃时,H2O2易分解,NH3也易从反应体系中逸出,反应物浓度减小,TiO2·xH2O转化反应速率下降。
(4)设在化合物Li2Ti5O15中有x个O为-2价,y个O为-1价,由化合物中各元素化合价的代数和为零可得: 解得x=7,y=8,即有8个氧原子显-1价,则过氧键的数目为4。
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=1.7×10-40<1.0×10-24即Q试做真题
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2.(2017课标全国Ⅱ,26)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2,并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示:回答下列问题:(1)在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是　　　　　,还可使用　　　　　　　　代替硝酸。 (2)沉淀A的主要成分是　　　　,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为　　　　　　　　。 
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(3)加氨水过程中加热的目的是　　　　　　　　　　。沉淀B的主要成分为　　　　　、　　　　　(写化学式)。 (4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后,用KMnO4标准溶液滴定,通过测定草酸的量可间接获知钙的含量,滴定反应为: +H++H2C2O4→Mn2++CO2+H2O。实验中称取0.400 g水泥样品,滴定时消耗了0.050 0 mol·L-1的KMnO4溶液36.00 mL,则该水泥样品中钙的质量分数为　　　　。【答案】 (1)将Fe2+氧化为Fe3+ 　H2O2溶液(2)SiO2　SiO2+ 4HF SiF4↑+2H2O(3)促进Fe3+与Al3+水解　Fe(OH)3　Al(OH)3(4)45.0%
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【解析】 (1)由于Ksp[Fe(OH)2]≫Ksp[Fe(OH)3],Fe3+在pH较小时就可以转化为Fe(OH)3沉淀,所以需要将Fe2+氧化为Fe3+;双氧水是“绿色”氧化剂可以将Fe2+氧化为Fe3+,而且不会引入杂质。(2)二氧化硅不溶于盐酸和硝酸,因此沉淀A是SiO2,其与氢氟酸反应的化学方程式为SiO2+4HF SiF4↑+2H2O。(3)盐的水解是吸热反应,加热可以促进Fe3+与Al3+水解,有利于使Fe3+和Al3+转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀。沉淀B的主要成分为Fe(OH)3、Al(OH)3。
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3.(2017课标全国Ⅲ,27)重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示:
回答下列问题:(1)步骤①的主要反应为:FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3 Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为　　　　。该步骤不能使用陶瓷容器,原因是　 　。 
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(2)滤渣1中含量最多的金属元素是　　　　,滤渣2的主要成分是　　　　　　及含硅杂质。 (3)步骤④调滤液2的pH使之变　　　　(填“大”或“小”),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用离子方程式表示)。 (4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到　　　　　　　(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。 a.80℃　b.60℃　c.40℃　d.10℃步骤⑤的反应类型是　　　　。 
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(5)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2 kg,产率为　。 【答案】 (1)2∶7　陶瓷在高温下会与Na2CO3反应(2)Fe　Al(OH)3
【解析】 (1)根据反应的化学方程式可知Fe由+2价升至+3价,Cr由+3价升至+6价,1个FeO·Cr2O3共升高1价+3×2价=7价,N由+5价降至+3价,降低2价,根据化合价升降总值相等配平反应的化学方程式,则FeO·Cr2O3前的计量数为2,NaNO3前的计量数为7,即两者的计量数之比为2∶7;陶瓷中的SiO2在高温下可以与Na2CO3反应生成Na2SiO3,因此不能使用陶瓷容器。
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(2)由步骤①知,生成的Na2CrO4和NaNO2均能溶于水,Fe2O3难溶于水,故滤渣1中含量最多的金属为铁。调滤液1的pH使铝杂质会转化为Al(OH)3沉淀,则滤渣2的主要成分是Al(OH)3和含硅杂质。
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4.(2016课标全国Ⅲ,28)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为:
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:
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回答下列问题:
率,淋洗液应该呈　　　　性(填“酸”“碱”或“中”)。 (5)“流出液”中阳离子最多的是　　　　。 (6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学方程式:　。 
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(2)0.5(3)Fe(OH)3、Al(OH)3(4)碱(5)K+
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(3)加入KOH进行中和时,溶液中的Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去,则滤渣2中含有Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)为提高洗脱效率,使钒以 形式存在于溶液中,须使反应逆向进行,因此淋洗液呈碱性。(5)前面依次加入了KClO3、KOH,则“流出液”中阳离子最多的是K+。(6)由题意可知反应物为NH4VO3,产物之一为目标产品V2O5,由原
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5.(2015课标全国Ⅰ,27)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:
回答下列问题:(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式:　　　　　　　　。为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取的措施有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(写出两条)。 (2)利用　　　　　　的磁性,可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是　　　　　　　　　　　(写化学式)。 
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(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。然后再调节溶液的pH约为5,目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)“粗硼酸”中的主要杂质是　　　　　(填名称)。 (5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为　。 (6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程: 　。 
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【答案】 (1)Mg2B2O5·H2O+2H2SO4 2H3BO3+2MgSO4　提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(2)Fe3O4　SiO2和CaSO4(3)将Fe2+氧化成Fe3+　使Fe3+与Al3+形成氢氧化物沉淀而除去(4)(七水)硫酸镁
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【解析】 (1)根据强酸制弱酸的原理以及题干中硼酸的化学式,可完成化学方程式;提高反应速率除增大溶液中反应物浓度外,还可以考虑升高温度、增大固体反应物的接触面积等。(2)Fe3O4有磁性;除Fe3O4外,原料中所含氧化物还有二氧化硅不溶于稀硫酸。(3)由于Al3+和Fe3+在pH约为5时均可沉淀完全,所以要将Fe2+氧化成Fe3+,使Fe3+与Al3+在调溶液pH约为5后形成氢氧化物沉淀一并除去。(4)“硫酸浸出”过程中生成大量硫酸镁,所以在后续的蒸发浓缩、冷却结晶过程中会析出少量的硫酸镁。(5)电子式的书写应注意阴离子应用“[　]”括起来。(6)硼酸高温易分解,镁具有还原性,作还原剂将硼置换出来。
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1.以制备某一物质为目的的工艺流程题制备类工艺流程题目在流程上一般分为3个过程:原料处理→分离提纯→获得产品(1)原料处理阶段的常见考点①采取一定措施,增大反应速率(升高温度、增大固体反应物接触面积等)。②溶解:通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。水浸:与水接触,反应或溶解的物质留在水中,既不反应也不溶解的物质通过过滤除去。酸浸:与酸溶液反应,可溶物进入溶液,不溶物通过过滤除去。③灼烧、焙烧、煅烧:改变结构,使一些杂质在高温下氧化、分解。
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(2)分离提纯阶段的常见考点①调pH除杂。a.控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如若要除去Al3+、Mn2+溶液中含有的Fe2+,先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调溶液的pH以生成Fe(OH)3沉淀。b.调节溶液pH所需的物质一般应满足两点:能与H+反应,使溶液pH增大;不引入新杂质。例如:若要除去含Cu2+的溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH,使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀而除去。②加热:增大反应速率或促进平衡向某个方向移动。如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质,则要注意对温度的控制。如:侯德榜制碱过程中NaHCO3的生成;还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质的使用或生成。
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③降温:使化学平衡向着对生成产品有利的方向移动;防止某物质在高温时分解(或溶解)。(3)获得产品阶段的常见考点①洗涤(冰水或热水):洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗;用乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质,又可减少晶体溶解的损耗。②制备无水盐时的气体氛围:如加热结晶水合物制备FeCl3、AlCl3、MgCl2等无水盐时,应在HCl气流中加热,以抑制金属离子的水解。③蒸发浓缩、冷却结晶:如从NaCl(少量)和KNO3混合物中分离出KNO3,首先加水溶解,再将混合溶液加热蒸发,然后再降温,则析出的固体是KNO3。
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④蒸发结晶、趁热过滤:如从NaCl和少量KNO3的混合物中提纯NaCl,首先加水溶解,再将混合溶液蒸发一段时间,析出固体NaCl,趁热过滤可得不含KNO3的NaCl。2.以混合物分离、提纯为目的的工艺流程题这类题目其实就是混合物的除杂、分离、提纯。当遇到这一类题时,一定要认真在题目中找出要得到的目标物质是什么,混有的杂质有哪些,目标物质和杂质的性质差别是什么?认真分析当加入某一试剂后,能与什么物质发生反应,生成了什么产物,要用什么样的方法才能将杂质除去。要相信流程中加入的每一种试剂、每一步操作都是为了得到更多、更纯的产品,在此思路指导下,将工艺流程转化为物质转化流程,就可以使问题得到解决。
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(1)物质分离提纯的原则①不增:不引入新的杂质。②不减:不减少被提纯的物质。③易分离:被提纯物与杂质易于分离。④易复原:被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。(2)明确常用的提纯方法①水溶法:除去可溶性杂质。②酸溶法:除去能与酸发生反应的杂质。③碱溶法:除去能与碱发生反应的杂质。④氧化剂或还原剂法:除去还原性或氧化性杂质。⑤加热灼烧法:除去受热易分解或易挥发的杂质。⑥调节溶液的pH:如除去酸性溶液中的Fe3+等。
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(3)明确常用的分离方法①过滤:分离难溶物和易溶物,根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。②萃取和分液:利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质,如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。③蒸发结晶:提取溶解度随温度变化不大的溶质,如NaCl。④冷却结晶:提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。⑤蒸馏或分馏:分离沸点不同且互溶的液体混合物,如分离乙醇和甘油。⑥冷却法:利用气体液化分离气体,如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。
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典例导引(2016江苏,16)以电石渣[主要成分为Ca(OH)2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如下:
(1)氯化过程控制电石渣过量,在75 ℃左右进行。氯化时存在Cl2与Ca(OH)2作用生成Ca(ClO)2的反应,Ca(ClO)2进一步转化为Ca(ClO3)2,少量Ca(ClO)2分解为CaCl2和O2。①生成Ca(ClO)2的化学方程式为 　。 ②提高Cl2转化为Ca(ClO3)2转化率的可行措施有　　(填序号)。 A.适当减缓通入Cl2的速率B.充分搅拌浆料C.加水使Ca(OH)2完全溶解
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(2)氯化过程中Cl2转化为Ca(ClO3)2的总反应方程式为6Ca(OH)2+6Cl2 Ca(ClO3)2+5CaCl2+6H2O氯化完成后过滤。①滤渣的主要成分为　　　　　　　　(填化学式)。 ②滤液中Ca(ClO3)2与CaCl2的物质的量之比n[Ca(ClO3)2]∶n(CaCl2)　　　　(填“>”“<”或“=”)1∶5。 
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(3)向滤液中加入稍过量KCl固体可将Ca(ClO3)2转化为KClO3。若溶液中KClO3的含量为100 g·L-1,从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 【解析】 (1)①Cl2与Ca(OH)2反应生成Ca(ClO)2,该反应可用于制取漂白粉。②减慢Cl2的通入速率,同时搅拌反应物,有利于反应的充分进行,A、B两项正确;制备Ca(ClO)2时,Ca(OH)2为石灰乳,而不是石灰水,C项错误。(2)①Ca(OH)2为石灰乳,不可能完全反应,会有部分在滤渣中,此外,电石渣中的CaCO3不溶于水,也留在滤渣中。②Cl2与Ca(OH)2反应开始时先生成Ca(ClO)2和CaCl2,接着Ca(ClO)2再转化成Ca(ClO3)2,而在转化过程中Ca(ClO)2不可能反应完全,所以n[Ca(ClO3)2]∶n(CaCl2)<1∶5。(3)KClO3的溶解度随着温度的升高而增大,但相对于Ca(ClO3)2、CaCl2、KCl的溶解度而言,KClO3的溶解度小,所以可采用蒸发浓缩再冷却结晶的方法获得KClO3晶体。
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【答案】 (1)①2Cl2+2Ca(OH)2 Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O　②AB(2)①CaCO3、Ca(OH)2　②<(3)蒸发浓缩、冷却结晶
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高招解决无机化工流程题的基本方法和步骤化学工艺流程题是近几年高考的热点,所占的分值也相对较重,但由于此类试题文字量大,陌生度高,对学生的能力要求也比较大,考生往往在没做之前就会产生畏惧感,导致这类题的得分率不理想。1.解题常用方法首尾分析法:首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(目标产品),从对比分析中找出原料与产品之间的关系,弄清生产流程中原料转化为产品的基本原理和提纯产品的化工工艺,然后再结合题设问题,逐一推敲解答。
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2.解题基本步骤(1)审题:①从题干中获取有用信息,了解目标产品和原料间的相互转化关系,并在流程框图上标出原料中的成分,找出原料中的杂质。②审图:看箭头,进入的是反应物、出去的是生成物(包括主产物和副产物);找三线,物料进出线、操作流程线、循环线。(2)分析:分析流程中的每一步骤,知道“四个什么”:①反应物是什么?②发生了什么反应?③该反应造成了什么后果?④对制备产品有什么作用?抓住一个关键点:一切反应和操作都是为获得目标产品而服务。
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(3)技巧:从问题中获取信息,帮助解题。流程图下面所提的问题,有时对我们分析流程中某一步骤的作用有很大帮助,所以我们在做题时,不仅要审题中所给信息及流程图,还要善于通过题中所提问题获得启发。
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1.工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:对上述流程中的判断正确的是(　　)A.试剂X可以为氨水,沉淀中含有铁的化合物B.CO2可以用H2SO4溶液或稀盐酸代替D.工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制取Al
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【答案】 C　A项,试剂X应为强碱溶液,氨水不能使Al2O3溶解;B项,若用强酸代替CO2,强酸过量时Al(OH)3会溶解,不能保证 完全转化为Al(OH)3沉淀,会导致Al(OH)3产率降低;D项,因Al比Fe活泼,故不能用Fe置换Al。
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2.(2017山东潍坊质检)下列物质之间的转化在给定条件下能实现的是(　　)
A.①③⑤ B.②③④C.②④⑤ D.①④⑤【答案】 A　S燃烧生成SO2,②错误;需要在氯化氢气流中蒸发氯化铁溶液才能得到无水氯化铁,④错误。其余选项均是正确的,答案选A。
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3.(2016北京,27)以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料,制备高纯PbO,实现铅的再生利用。其工艺流程如下:
(1)过程Ⅰ中,在Fe2+催化下,Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是　　　　　　。 (2)过程Ⅰ中,Fe2+催化过程可表示为:
ⅱ:……①写出ⅱ的离子方程式:　。 
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②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液,溶液几乎无色,再加入少量PbO2,溶液变红。b.　。 (3)PbO溶解在NaOH溶液中,存在平衡:PbO(s)+NaOH(aq) NaHPbO2(aq),其溶解度曲线如图所示。
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①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用,其目的是　　　　(选填序号)。 A.减少PbO的损失,提高产品的产率B.重复利用NaOH,提高原料的利用率C.增加Na2SO4浓度,提高脱硫效率②过程Ⅲ的目的是提纯。结合上述溶解度曲线,简述过程Ⅲ的操作:  　。
②b.取a中红色溶液,向其中加入铅粉后,红色褪去(3)①A、B②向PbO粗品中加入一定量的35% NaOH溶液,加热至110 ℃,充分溶解后,趁热过滤,冷却结晶,过滤得到PbO固体
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【解析】 (1)过程Ⅰ中,在Fe2+催化下,Pb、PbO2和H2SO4反应生成PbSO4和水,化学方程式为Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。(2)①催化剂能够改变反应历程,降低反应的活化能,增大化学反应速率,而其本身的质量和化学性质在反应前后保持不变。根据题给信息知反应ⅰ中Fe2+被PbO2氧化为Fe3+,则反应ⅱ中Fe3+被Pb还原
明发生反应ⅰ,则b实验需证明发生反应ⅱ,实验方案为取a中红色溶液少量,加入过量铅粉,充分反应后,红色褪去。(3)②根据PbO的溶解度曲线可知,PbO在35%的NaOH溶液中的溶解度随温度的升高而显著增大,向粗PbO固体中滴加较高温度的35% NaOH溶液,搅拌至固体不再溶解时趁热过滤,将滤液降温至不再析出晶体,过滤并洗涤、干燥所得的晶体,即得较纯净的PbO固体。