2024届高考化学一轮复习 课时跟踪检测（十三） 高考常考查的两性金属及变价金属（含答案）
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1．铍铜是力学、化学综合性能良好的合金，广泛应用于制造高级弹性元件。如图是从某废旧铍铜元件(含BeO 25%、CuS 71%、少量FeS和SiO2)中回收铍和铜两种金属的流程。
已知：铍、铝元素处于元素周期表中的对角线位置，化学性质相似。
请回答下列问题：
(1)滤液A的主要成分除NaOH外，还有__________(填化学式)，写出反应Ⅰ中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式：_____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)滤液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl，为提纯BeCl2，选择合理步骤并排序：________。
a．加入过量的NaOH b．通入过量的CO2
c．加入过量的氨水 d．加入适量的盐酸
e．过滤 f．洗涤
(3)①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为单质硫，写出反应Ⅱ中CuS发生反应的化学方程式：__________________________________________。
②若用浓HNO3溶解金属硫化物，缺点是______________________________(任写一条)。
2．铬及其化合物常被应用于冶金、化工、电镀、制药、纺织等行业，但使用后的废水因其中含高价铬的化合物而毒性很强，必须进行处理。
工业上往往采取下列循环工艺防止铬的污染：
(1)上述各步反应中属于氧化还原反应的是______(填序号)。
(2)第①步，含Cr2O的废水在酸性条件下用绿矾FeSO4·7H2O处理，写出并配平反应的离子方程式：_____________________________________________。
(3)第②步，向上述反应后的溶液中加入适量的碱石灰，使铬离子转变为Cr(OH)3沉淀。处理后，沉淀物中除了Cr(OH)3外，还有________、________(写化学式)。已知Cr(OH)3性质类似Al(OH)3，是既能与强酸反应又能与强碱反应的两性物质，写出从该沉淀物中分离出Cr(OH)3的离子方程式：_____________________________、___________________________。
(4)回收所得的Cr(OH)3，经③④⑤步处理后又可转变成K2Cr2O7。纯净的K2Cr2O7常用于准确测定Na2S2O3溶液的物质的量浓度，方法如下：
①Cr2O＋6I－＋14H＋===3I2＋2Cr3＋＋7H2O
②2S2O＋I2===S4O＋2I－
准确称取纯净的K2Cr2O7 0.122 5 g，配成溶液，用上述方法滴定，消耗Na2S2O3溶液25.00 mL。则Na2S2O3溶液的物质的量浓度为____________(保留四位有效数字)。
3．(2023·武汉模拟)钨酸(H2WO4)是一种重要的化工原料，常用作媒染剂、催化剂，制造防火材料等。一种以黑钨矿(主要成分是FeWO4和MnWO4，还含有含Si、P、As等元素的杂质)为原料制备钨酸的工艺流程如图所示。
已知：①“滤渣1”的成分是Mn3O4和Fe2O3。
②“水浸”后滤液中主要阴离子为WO、PO、AsO、AsO和SiO。
回答下列问题：
(1)基态Mn原子中未成对的电子数为________。
(2)FeWO4“焙烧”时的化学方程式为_______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)“滤渣2”的主要成分是__________，加入盐酸“调节pH”要在加热煮沸条件下进行，煮沸的目的是__________________________________________________。
(4)“除磷、砷”过程中P、As元素以Mg3(PO4)2和Mg3(AsO4)2形式沉淀，则“氧化”过程中加入NaClO溶液的目的是________________________________________________。
4.NiSO4·6H2O晶体易溶于水，在280 ℃时可完全失去结晶水。为节约和重复利用资源，从某矿渣[成分为NiFe2O4(铁酸镍)、NiO、FeO、CaO、SiO2等]中回收NiSO4的工艺流程如图。
已知：①(NH4)2SO4在350 ℃分解生成NH3和H2SO4。
②常温下Ksp(CaF2)＝4.0×10－11。
③萃取剂(RH)萃取Ni2＋的原理为
Ni2＋＋2RHNiR2＋2H＋。
回答下列问题：
(1)Ni位于元素周期表________区(填“s”“p”“d”或“ds”)，其基态原子的核外电子有________种空间运动状态。
(2)“浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH)、CaSO4外，还含有___________________________
(写化学式)。
(3)向“浸取液”中加入NaF以除去溶液中Ca2＋(浓度为1.0×10－3 mol·L－1)，当溶液中c(F－)＝1.0×10－3 mol·L－1时，除钙率为________。
(4)反萃取剂X为________________(填化学式)。“反萃取”得到的NiSO4溶液，可在强碱溶液中被NaClO氧化，得到用作镍镉电池正极材料的NiOOH。此反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(5)操作M为____________、过滤、洗涤、干燥等多步操作。
5．某废钒渣(主要成分为V2O3，含有少量Al2O3、CaO)为原料生产V2O5的工艺流程如下：
已知：钒酸(H3VO4)是强酸，NH4VO3难溶于水；＋5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如下表。
pH | 4～6 | 6～8 | 8～10 | 10～12 |
主要离子 | VO | VO | V2O | VO |
(1)“酸浸”前需将块状固体粉碎，其目的是___________________________________
________________________________________________________________________。
(2)已知Ca(VO3)2难溶于水，可溶于盐酸。若“酸浸”时溶液的pH＝4，则Ca(VO3)2溶于盐酸的离子方程式为____________________________________________。
(3)“沉钒2”的沉钒率随温度的变化如图所示，温度高于80 ℃沉钒率下降的原因是_________________________________________________________。
(4)NH4VO3灼烧脱氨可得V2O5。在硫酸酸化条件下，V2O5可与草酸(H2C2O4)溶液反应得到含VO2＋的溶液，反应的离子方程式为___________________________________________________________。
(5)测定产品中V2O5的纯度：取a g产品用硫酸溶解得(VO2)2SO4溶液，加入b1 mL c1 mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2溶液(VO＋2H＋＋Fe2＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O)，再用c2 mol·L－1KMnO4溶液滴定过量的(NH4)2Fe(SO4)2至终点，消耗KMnO4溶液的体积为b2 mL。已知MnO被还原为Mn2＋，假设杂质不参与反应。则产品中V2O5的质量分数是__________(V2O5的摩尔质量为M g·mol－1)。
课时跟踪检测（十三） 高考常考查的两性金属及变价金属
1．铍铜是力学、化学综合性能良好的合金，广泛应用于制造高级弹性元件。如图是从某废旧铍铜元件(含BeO 25%、CuS 71%、少量FeS和SiO2)中回收铍和铜两种金属的流程。
已知：铍、铝元素处于元素周期表中的对角线位置，化学性质相似。
请回答下列问题：
(1)滤液A的主要成分除NaOH外，还有__________(填化学式)，写出反应Ⅰ中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式：_____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)滤液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl，为提纯BeCl2，选择合理步骤并排序：________。
a．加入过量的NaOH b．通入过量的CO2
c．加入过量的氨水 d．加入适量的盐酸
e．过滤 f．洗涤
(3)①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为单质硫，写出反应Ⅱ中CuS发生反应的化学方程式：__________________________________________。
②若用浓HNO3溶解金属硫化物，缺点是______________________________(任写一条)。
解析：(1)铍与铝的化学性质相似，SiO2为酸性氧化物，因此滤液A中含有的是NaOH、Na2BeO2、Na2SiO3；反应Ⅰ中Na2BeO2与过量盐酸反应的离子方程式为BeO＋4H＋===Be2＋＋2H2O或[Be(OH)4]2－＋4H＋===Be2＋＋4H2O。(2)从含NaCl和HCl的溶液中提纯BeCl2，Be、Al元素的化学性质相似，Be(OH)2为两性氢氧化物，能与过量的NaOH溶液反应，不溶于氨水，故先加过量氨水，使Be2＋转化为Be(OH)2沉淀，过滤，对沉淀进行洗涤，再加入适量的盐酸，得到BeCl2溶液，因此顺序是cefd。(3)①CuS、MnO2在硫酸的作用下发生反应的化学方程式为CuS＋MnO2＋2H2SO4===S＋MnSO4＋CuSO4＋2H2O；②用浓硝酸溶解金属硫化物时硝酸做氧化剂，被还原成NO2等，NO2有毒，对环境有污染。
答案：(1)Na2SiO3、Na2BeO2 BeO＋4H＋===Be2＋＋2H2O或[Be(OH)4]2－＋4H＋===Be2＋＋4H2O (2)cefd (3)①MnO2＋CuS＋2H2SO4===S＋MnSO4＋CuSO4＋2H2O ②产生污染环境的气体(合理即可)
2．铬及其化合物常被应用于冶金、化工、电镀、制药、纺织等行业，但使用后的废水因其中含高价铬的化合物而毒性很强，必须进行处理。
工业上往往采取下列循环工艺防止铬的污染：
(1)上述各步反应中属于氧化还原反应的是______(填序号)。
(2)第①步，含Cr2O的废水在酸性条件下用绿矾FeSO4·7H2O处理，写出并配平反应的离子方程式：_____________________________________________。
(3)第②步，向上述反应后的溶液中加入适量的碱石灰，使铬离子转变为Cr(OH)3沉淀。处理后，沉淀物中除了Cr(OH)3外，还有________、________(写化学式)。已知Cr(OH)3性质类似Al(OH)3，是既能与强酸反应又能与强碱反应的两性物质，写出从该沉淀物中分离出Cr(OH)3的离子方程式：_____________________________、___________________________。
(4)回收所得的Cr(OH)3，经③④⑤步处理后又可转变成K2Cr2O7。纯净的K2Cr2O7常用于准确测定Na2S2O3溶液的物质的量浓度，方法如下：
①Cr2O＋6I－＋14H＋===3I2＋2Cr3＋＋7H2O
②2S2O＋I2===S4O＋2I－
准确称取纯净的K2Cr2O7 0.122 5 g，配成溶液，用上述方法滴定，消耗Na2S2O3溶液25.00 mL。则Na2S2O3溶液的物质的量浓度为____________(保留四位有效数字)。
解析：(1)①中铬元素由＋6价降至＋3价，④中铬元素由＋3价升至＋6价。(2)亚铁离子具有强还原性，与重铬酸根离子反应生成铬离子和铁离子。(3)第①步反应后，溶液中有铁离子和硫酸根离子，再加入碱石灰，除生成Cr(OH)3外，还会生成氢氧化铁和硫酸钙。氢氧化铬类似氢氧化铝，具有两性，能与氢氧化钠反应生成NaCrO2，NaCrO2类似偏铝酸钠，通入过量的CO2生成氢氧化铬、碳酸氢钠。(4)根据反应得关系式K2Cr2O7～3I2～6Na2S2O3，n(Na2S2O3)＝6n(K2Cr2O7)，c(Na2S2O3)＝＝0.100 0 mol·L－1。
答案：(1)①④ (2)Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O (3)Fe(OH)3 CaSO4 Cr(OH)3＋OH－===CrO＋2H2O
CrO＋CO2＋2H2O===Cr(OH)3↓＋HCO
(4)0.100 0 mol·L－1
3．(2023·武汉模拟)钨酸(H2WO4)是一种重要的化工原料，常用作媒染剂、催化剂，制造防火材料等。一种以黑钨矿(主要成分是FeWO4和MnWO4，还含有含Si、P、As等元素的杂质)为原料制备钨酸的工艺流程如图所示。
已知：①“滤渣1”的成分是Mn3O4和Fe2O3。
②“水浸”后滤液中主要阴离子为WO、PO、AsO、AsO和SiO。
回答下列问题：
(1)基态Mn原子中未成对的电子数为________。
(2)FeWO4“焙烧”时的化学方程式为_______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)“滤渣2”的主要成分是__________，加入盐酸“调节pH”要在加热煮沸条件下进行，煮沸的目的是__________________________________________________。
(4)“除磷、砷”过程中P、As元素以Mg3(PO4)2和Mg3(AsO4)2形式沉淀，则“氧化”过程中加入NaClO溶液的目的是________________________________________________。
解析：焙烧：除Fe、Mn元素，由已知信息①“滤渣1”的成分是Mn3O4和Fe2O3，可知FeWO4和MnWO4与O2、Na2CO3发生反应生成Mn3O4和Fe2O3。
氧化：由信息②和(4)问提示知，加入次氯酸钠可将AsO氧化为AsO，便于除砷。
调pH：加入盐酸调节pH，生成硅酸沉淀。
沉钨：加入氯化钙后生成CaWO4沉淀。
酸解：HCl与CaWO4反应生成H2WO4。
答案：(1)5 (2)4FeWO4＋4Na2CO3＋O24Na2WO4＋4CO2＋2Fe2O3
(3)H2SiO3 防止硅酸胶体生成(或促使硅酸沉淀)，便于过滤除杂
(4)将AsO氧化为AsO，便于除砷
4.NiSO4·6H2O晶体易溶于水，在280 ℃时可完全失去结晶水。为节约和重复利用资源，从某矿渣[成分为NiFe2O4(铁酸镍)、NiO、FeO、CaO、SiO2等]中回收NiSO4的工艺流程如图。
已知：①(NH4)2SO4在350 ℃分解生成NH3和H2SO4。
②常温下Ksp(CaF2)＝4.0×10－11。
③萃取剂(RH)萃取Ni2＋的原理为
Ni2＋＋2RHNiR2＋2H＋。
回答下列问题：
(1)Ni位于元素周期表________区(填“s”“p”“d”或“ds”)，其基态原子的核外电子有________种空间运动状态。
(2)“浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH)、CaSO4外，还含有___________________________
(写化学式)。
(3)向“浸取液”中加入NaF以除去溶液中Ca2＋(浓度为1.0×10－3 mol·L－1)，当溶液中c(F－)＝1.0×10－3 mol·L－1时，除钙率为________。
(4)反萃取剂X为________________(填化学式)。“反萃取”得到的NiSO4溶液，可在强碱溶液中被NaClO氧化，得到用作镍镉电池正极材料的NiOOH。此反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(5)操作M为____________、过滤、洗涤、干燥等多步操作。
解析：c2(F－)·c(Ca2＋)＝(1.0×10－3)2·c(Ca2＋)＝4.0×10－11，c(Ca2＋)＝4×10－5mol·L－1，故除钙率为×100%＝96%。
答案：(1)d 15 (2)SiO2 (3)96% (4)H2SO4 2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋Cl－＋H2O (5)蒸发浓缩、冷却结晶
5．某废钒渣(主要成分为V2O3，含有少量Al2O3、CaO)为原料生产V2O5的工艺流程如下：
已知：钒酸(H3VO4)是强酸，NH4VO3难溶于水；＋5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如下表。
pH | 4～6 | 6～8 | 8～10 | 10～12 |
主要离子 | VO | VO | V2O | VO |
(1)“酸浸”前需将块状固体粉碎，其目的是___________________________________
________________________________________________________________________。
(2)已知Ca(VO3)2难溶于水，可溶于盐酸。若“酸浸”时溶液的pH＝4，则Ca(VO3)2溶于盐酸的离子方程式为____________________________________________。
(3)“沉钒2”的沉钒率随温度的变化如图所示，温度高于80 ℃沉钒率下降的原因是_________________________________________________________。
(4)NH4VO3灼烧脱氨可得V2O5。在硫酸酸化条件下，V2O5可与草酸(H2C2O4)溶液反应得到含VO2＋的溶液，反应的离子方程式为____________________________________________________________。
(5)测定产品中V2O5的纯度：取a g产品用硫酸溶解得(VO2)2SO4溶液，加入b1 mL c1 mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2溶液(VO＋2H＋＋Fe2＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O)，再用c2 mol·L－1KMnO4溶液滴定过量的(NH4)2Fe(SO4)2至终点，消耗KMnO4溶液的体积为b2 mL。已知MnO被还原为Mn2＋，假设杂质不参与反应。则产品中V2O5的质量分数是__________(V2O5的摩尔质量为M g·mol－1)。
解析：(5)由滴定原理，根据得失电子守恒，(VO2)2SO4和KMnO4得电子总数等于(NH4)2Fe(SO4)2失电子总数，结合VO→VO2＋得1e－，MnO→Mn2＋得5e－，Fe2＋→Fe3＋失1e－，可得：n[(NH4)2Fe(SO4)2]＝2n[(VO2)2SO4]＋5n(KMnO4)。n[(VO2)2SO4]＝(c1 mol·L－1×b1×10－3 L－c2 mol ·L－1×b2×10－3 L×5)＝ mol，根据V2O5～(VO2)2SO4，则样品中五氧化二钒的纯度为×100%＝×100%。
答案：(1)增大反应物接触面积，加快酸浸速率，使酸浸更加充分 (2)Ca(VO3)2＋4H＋===Ca2＋＋2VO＋2H2O (3)NH水解程度增大，NH浓度减小导致沉钒率下降 (4)V2O5＋H2C2O4＋4H＋===2VO2＋＋2CO2↑＋3H2O
(5)×100%
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