2020高考化学二轮复习专题限时集训9元素及其化合物（含解析）

专题限时集训(九)　元素及其化合物

(限时：45分钟)

(对应学生用书第149页)

1．(2019·长沙模拟)已知：金属铈(稀土元素)在空气中易氧化变暗，受热时燃烧，遇水很快反应(注：铈常见的化合价为＋3和＋4，氧化性：Ce4＋>Fe3＋)。下列说法正确的是(　　)

A．铈有四种核素，它们互为同素异形体

B．在一定条件下，电解熔融状态的CeO2制Ce，在阴极获得铈

C．铈溶于氢碘酸的化学方程式可表示为Ce＋4HI===CeI4＋2H2↑

D．用Ce(SO4)2溶液滴定硫酸亚铁溶液，其离子方程式为Ce4＋＋2Fe2＋===Ce3＋＋2Fe3＋

B　[同一元素的不同核素互为同位素，A项错误；在一定条件下，电解熔融CeO2，阳离子在阴极得电子得到Ce单质，B项正确；由Ce4＋的氧化性强于Fe3＋可知，Ce4＋可和I－发生氧化还原反应，C项错误；根据得失电子守恒和电荷守恒，可知用Ce(SO4)2溶液滴定FeSO4溶液的离子方程式为Ce4＋＋Fe2＋===Ce3＋＋Fe3＋，D项错误。]

2．(2019·福州模拟)水泥的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如下图所示：

以下判断不正确的是(　　)

A．沉淀A的主要成分是SiO2

B．沉淀B的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3

C．KMnO4法测定的离子方程式为2MnO＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O

D．草酸钙沉淀生成后必须过滤、洗涤，因为附在沉淀上的草酸铵溶液会导致测定结果偏低

D　[附在沉淀上的草酸铵溶液会导致消耗的KMnO4溶液的体积偏大，使测定结果偏高，D项错误。]

3．(2019·郑州模拟)某学习小组以废催化剂(主要成分为SiO2、ZnO、ZnS和CuS)为原料，制备锌和铜的硫酸盐晶体。设计的实验方案如下：

下列说法不正确的是(　　)

A．步骤①中能溶于稀硫酸的是ZnO、ZnS

B．步骤①、③中发生的反应均为氧化还原反应

C．步骤③涉及的离子反应可能为CuS＋H2O2＋2H＋Cu2＋＋S＋2H2O

D．步骤②和④，采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后均可获取粗晶体

B　[向废催化剂中加入0.5 mol·L－1 H2SO4，由于SiO2和CuS均不与H2SO4反应，故步骤①中主要发生反应：ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O、ZnS＋H2SO4===ZnSO4＋H2S↑，过滤后滤液1中含有ZnSO4，将滤液1蒸发浓缩、冷却结晶、过滤即可得到粗ZnSO4·7H2O；滤渣1中含有SiO2、CuS，向滤渣1中加入H2SO4和H2O2，CuS与H2O2在酸性条件下发生氧化还原反应，生成硫酸铜和硫，过滤后滤渣2中含有硫和二氧化硅，滤液2中含有硫酸铜，滤液2经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤即可得到粗晶体。]

4．用如图装置制取并收集气体，对应的装置和试剂均正确的是(　　)

B　[A项，稀硫酸与Cu不反应；C项，浓硫酸氧化HBr，浓硫酸不能干燥HBr；D项，CO不能用向上排空气法，不能被酸性KMnO4吸收。]

5．(2019·潍坊模拟)某化学学习小组用如图所示装置制备、收集Cl2，并进行性质验证实验(夹持装置略去)。下列说法正确的是(　　)

A．用KMnO4和浓盐酸制备Cl2时，只选①

B．③用于Cl2收集时，a为进气口

C．④中加入NaBr溶液和CCl4，通入Cl2反应后振荡、静置，下层溶液呈橙红色

D．⑤中通入Cl2使品红溶液褪色后，取出溶液加热可恢复红色

C　[KMnO4为粉状且易溶于水，不能用①，A错误；收集Cl2，应从b口进，B错误；Cl2使品红溶液褪色后，加热不能恢复红色，D错误。]

6．某同学设计如下实验装置，测定葡萄糖还原新制氢氧化铜所得红色物质的组成。下列说法中正确的是(　　)

A．将装置a中的Zn换成CaCO3可制备CO2气体

B．若撤去装置b，会导致该物质含氧量测定结果偏低

C．只需称量装置d反应前后的质量就可确定该物质的组成

D．装置e的作用是防止空气中的H2O、CO2进入装置d中

D　[CaSO4微溶于水，不能用CaCO3和稀硫酸反应制备CO2气体，故A项错误；若撤去装置b，则会导致装置d中吸收水的质量偏大，故该物质含氧量测定结果偏高，故B项错误；需称量装置d反应前后的质量和装置c中反应前后固体的质量，即可确定该物质的组成，故C项错误；装置e可防止空气中的H2O、CO2进入装置d中，故D项正确。]

7．(2019·青岛一模)ClO2又称百毒净，可用于水的净化和纸张、纺织品的漂白。用如图所示装置(夹持装置和加热装置省略)制备ClO2并探究ClO2的某些性质。

已知：①高氯酸：沸点90 ℃，浓度低于60%比较稳定，浓度高于60%遇含碳化合物易爆炸。

②饱和NaClO2溶液随温度变化情况：

回答下列问题： 

(1)仪器a的名称为________。实验开始前，胶塞及导管接口必须包锡箔纸，其原因是____________________________________________________

____________________________________________________。

(2)写出装置A制备ClO2同时生成高氯酸的化学方程式：____________________________________________________

____________________________________________________。

(3)关闭止水夹②，打开止水夹①③，通空气一段时间，装置C中生成NaClO2，离子方程式为__________________________。若关闭止水夹③，打开止水夹②，B中可观察到的现象为_______________________________。

(4)从装置C反应后的溶液中获得NaClO2晶体，需控温在________范围内进行减压蒸发结晶，采用减压蒸发的原因_____________________。

(5)城市饮用水处理新技术用NaClO2、高铁酸钠替代Cl2。如果以单位质量的氧化剂得到的电子数来表示消毒效率，那么，NaClO2、Na2FeO4、Cl2三种消毒杀菌剂的消毒效率由大到小的顺序是__________________。

[解析]　(4)根据已知，温度低于38 ℃，得到的晶体含有结晶水，温度高于60 ℃ NaClO2会分解，故从装置C反应后的溶液中获得晶体；需要控制温度在38 ℃～60 ℃进行减压蒸发结晶，采用检验蒸发的原因是减压可降低沸点，较低温度下蒸发，避免晶体高温分解。(5)NaClO2中氯元素由＋3价降低为－1价，则1 mol NaClO2转移电子4 mol，消毒效率为，1 mol Na2FeO4转移电子为3 mol，消毒效率为，1 mol Cl2转移电子为2 mol，消毒效率为，三种消毒杀菌剂的消毒效率由大到小的顺序为NaClO2>Cl2>Na2FeO4。

[答案]　(1)三颈烧瓶(或三颈瓶)　橡胶是含碳化合物，若生成的高氯酸浓度高时遇胶塞及导管易发生爆炸　

(2)3NaClO3＋3H2SO4(浓)===HClO4＋2ClO2↑＋3NaHSO4＋H2O　(3)2ClO2＋2OH－＋H2O2===2ClO＋2H2O＋O2　红色布条褪色　(4)38 ℃～60 ℃　减压可降低沸点，较低温度下蒸发，避免晶体高温分解　

(5)NaClO2>Cl2>Na2FeO4

8．(2019·北京高考)化学小组实验探究SO2与AgNO3溶液的反应。

(1)实验一：用如下装置(夹持、加热仪器略)制备SO2，将足量SO2通入AgNO3溶液中，迅速反应，得到无色溶液A和白色沉淀B。

①浓H2SO4与Cu反应的化学方程式是______________________。

②试剂a是________。

(2)对体系中有关物质性质分析得出：沉淀B可能为Ag2SO3、Ag2SO4或二者混合物。

(资料：Ag2SO4微溶于水；Ag2SO3难溶于水)

实验二：验证B的成分

①写出Ag2SO3溶于氨水的离子方程式：_______________________。

②加入盐酸后沉淀D大部分溶解，剩余少量沉淀F。推断D中主要是BaSO3，进而推断B中含有Ag2SO3。向滤液E中加入一种试剂，可进一步证实B中含有Ag2SO3。所用试剂及现象是____________________________________。

(3)根据沉淀F的存在，推测SO的产生有两个途径：

途径1：实验一中，SO2在AgNO3溶液中被氧化生成Ag2SO4，随沉淀B进入D。

途径2：实验二中，SO被氧化为SO进入D。

实验三：探究SO的产生途径

①向溶液A中滴入过量盐酸，产生白色沉淀，证明溶液中含有________；取上层清液继续滴加BaCl2溶液，未出现白色沉淀，可判断B中不含Ag2SO4。做出判断的理由：

____________________________________________________

____________________________________________________。

②实验三的结论：___________________________________。

(4)实验一中SO2与AgNO3溶液反应的离子方程式是

____________________________________________________

____________________________________________________。

(5)根据物质性质分析，SO2与AgNO3溶液应该可以发生氧化还原反应。将实验一所得混合物放置一段时间，有Ag和SO生成。

(6)根据上述实验所得结论：________________________________。

[解析]　(1)②由沉淀B的成分可知，反应时混合气体中O2的存在能干扰沉淀的成分，故将SO2通入AgNO3溶液前应除去混在其中的O2，但又不能吸收SO2，故选择饱和NaHSO3溶液。

(2)②若沉淀D中含有BaSO3，则BaSO3＋2HCl===BaCl2＋H2O＋SO2↑，因为SO2在水中溶解度较大，故滤液E中存在一定量的SO2，滴加H2O2溶液，发生反应SO2＋Ba2＋＋H2O2===BaSO4↓＋2H＋，溶液中会出现白色沉淀。

(3)①向溶液A中滴入过量盐酸，产生白色沉淀，说明溶液中含有Ag＋；取上层清液继续滴加BaCl2溶液，无白色沉淀出现，可判断B中不含Ag2SO4，因为Ag2SO4微溶于水，BaSO4难溶于水，若B中含有Ag2SO4，向上层清液中滴加BaCl2溶液，一定会出现白色沉淀。②由以上分析可推断，途径1不产生SO，途径2产生SO。(4)由上述分析可知，SO2与AgNO3溶液反应生成Ag2SO3沉淀，结合质量守恒定律可写出反应的离子方程式。(6)实验条件下：SO2与AgNO3溶液生成Ag2SO3的速率大于生成Ag和SO的速率，碱性溶液中SO更易被氧化为SO。

[答案]　(1)①Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O　②饱和NaHSO3溶液　(2)①Ag2SO3＋4NH3·H2O===2[Ag(NH3)2]＋＋SO＋4H2O　②H2O2溶液，产生白色沉淀　(3)①Ag＋　Ag2SO4溶解度大于BaSO4，没有BaSO4沉淀时，必定没有Ag2SO4　②途径1不产生SO，途径2产生SO　(4)2Ag＋＋SO2＋H2O===Ag2SO3↓＋2H＋　(6)实验条件下：SO2与AgNO3溶液生成Ag2SO3的速率大于生成Ag和SO的速率，碱性溶液中SO更易被氧化为SO

9．(2019·衡阳第一次联考)金属是重要但又匮乏的战略资源。从废旧锂电池的电极材料(主要为附在铝箔上的LiCoO2，还有少量铁的氧化物)中回收钴的一种工艺流程如下

请回答下列问题：

(1)在焰色反应实验中，可用钴玻璃观察钾元素的焰色，该钴玻璃的颜色为________。

(2)溶液A中溶质除NaOH外，还有________。“钴渣”中LiCoO2溶解时的离子方程式为____________________________________。

(3)在“滤液”中加入20% Na2CO3溶液，目的是_____________________；检验“滤液1”中Fe2＋是否完全被氧化、不能用酸性KMnO4溶液，原因是___________________________________。

(4)如将硫酸改为盐酸浸取“钴渣”，也可得到Co2＋。

①浸取时，为提高“钴渣”中浸取率，可采取的措施有_______(任写一条)。

②工业生产中一般不用盐酸浸取“钴渣”，其原因是___________。

(5)“钴沉淀”的化学式可表示为CoCO3·yCo(OH)2。称取5.17 g该样品置于硬质玻璃管中，在氮气中加热，使样品完全分解为CoO，生成的气体依次导入足量的浓硫酸和碱石灰中，二者分别增重0.54 g和0.88 g。则“钴沉淀”的化学式为________。

[答案]　(1)蓝色　(2)NaAlO2　8LiCoO2＋S2O＋22H＋===8Li＋＋8Co2＋＋2SO＋11H2O

(3)调节溶液pH，使Fe3＋转换为Fe(OH)3沉淀　Co2＋、S2O也能使KMnO4溶液褪色　(4)①粉碎或搅拌或升高温度　②LiCoO2可氧化盐酸，产生的Cl2会污染环境　(5)2CoCO3·3Co(OH)2

10．(2019·江苏高考)实验室以工业废渣(主要含CaSO4·2H2O，还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3)为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体，其实验流程如下：

(1)室温下，反应CaSO4(s)＋CO(aq)CaCO3(s)＋SO(aq)达到平衡，则溶液中＝________[Ksp(CaSO4)＝4.8×10－5，Ksp(CaCO3)＝3×10－9]。

(2)将氨水和NH4HCO3溶液混合，可制得(NH4)2CO3溶液，其离子方程式为 ______________________________________________；

浸取废渣时，向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是____________________________________________________。

(3)废渣浸取在如图所示的装置中进行。控制反应温度在60～70 ℃，搅拌，反应3小时。温度过高将会导致CaSO4的转化率下降，其原因是____________________________________________________

____________________________________________________；

保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变，实验中提高CaSO4转化率的操作有________。

(4)滤渣水洗后，经多步处理得到制备轻质CaCO3所需的CaCl2溶液。设计以水洗后的滤渣为原料，制取CaCl2溶液的实验方案：

____________________________________________________

____________________________________________________

____________________________________________________

[已知pH＝5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全；pH＝8.5时Al(OH)3开始溶解。实验中必须使用的试剂：盐酸和Ca(OH)2]。

[解析]　(1)室温下，反应CaSO4(s)＋CO(aq)CaCO3(s)＋SO(aq)达到平衡，则溶液中：＝＝＝＝1.6×104。

(2)将氨水和NH4HCO3溶液混合，可制得(NH4)2CO3溶液，其离子方程式为HCO＋NH3·H2O===NH＋CO＋H2O或HCO＋NH3·H2ONH＋CO＋H2O；浸取废渣时，向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是增加溶液中CO的浓度，使CaSO4(s)＋CO(aq)CaCO3(s)＋SO(aq)平衡向正反应方向移动，促进CaSO4的转化。

(3)铵盐的热稳定性差，温度过高，(NH4)2CO3会分解生成CO2逸出体系，使溶液中CO的浓度降低，会导致CaSO4的转化率下降；根据平衡移动原理，实验中保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变，提高转化率的操作是加快搅拌速率。

(4)根据题意知，水洗后的滤渣中有CaCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2，用盐酸溶解滤渣，除去不溶物SiO2，得到CaCl2、FeCl3、AlCl3溶液，通过滴加Ca(OH)2溶液调节溶液的pH将FeCl3、AlCl3转化为Fe(OH)3、Al(OH)3除去，得到纯净的CaCl2溶液。

[答案]　(1)1.6×104　(2)HCO＋NH3·H2O===NH＋CO＋H2O(或HCO＋NH3·H2ONH＋CO＋H2O)　增加溶液中CO的浓度，促进CaSO4的转化　(3)温度过高，(NH4)2CO3分解　加快搅拌速率　(4)在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣，待观察不到气泡产生后，过滤，向滤液中分批加入少量Ca(OH)2，用pH试纸测量溶液pH，当pH介于5～8.5时，过滤