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通用版高考化学考点复习训练六铁铜及其化合物金属的冶炼含答案
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这是一份通用版高考化学考点复习训练六铁铜及其化合物金属的冶炼含答案，共20页。试卷主要包含了85 g NaCl固体，[2021安徽合肥调研]将0等内容，欢迎下载使用。
专题六 铁、铜及其化合物 金属的冶炼
考点1 铁及其重要化合物
1.[2021甘肃酒泉模拟]下列实验操作或方法正确的是( )
A.检验某溶液中是否含有Fe2+时,先加入少量H2O2,再滴加KSCN溶液
B.配制100 mL 1 mol·L-1 NaCl溶液时,用托盘天平称取5.85 g NaCl固体
C.将FeCl3饱和溶液煮沸制备Fe(OH)3胶体
D.用紫色石蕊溶液鉴别乙醇、乙酸和苯
2.[2021山西师大附中模拟]已知:2Fe3++2I-2Fe2++I2,2Fe2++Br22Fe3++2Br-。向含等物质的量浓度的FeI2、FeBr2混合溶液中通入一定量的氯气后,再滴加少量的KSCN溶液,溶液变红,则下列离子方程式书写不合理的是( )
A.2I-+2Fe2++2Cl22Fe3++I2+4Cl-
B.2Br-+2I-+2Fe2++3Cl2I2+Br2+2Fe3++6Cl-
C.2Br-+4I-+2Fe2++4Cl22I2+Br2+2Fe3++8Cl-
D.2Fe2++4I-+3Cl22Fe3++2I2+6Cl-
3.[2021河北衡水调研]以某硫酸渣(含Fe2O3、SiO2等)为原料制备铁黄[FeO(OH)]的一种工艺流程如图所示:
下列说法不正确的是( )
A.“酸溶”中加热或搅拌或适当增大硫酸浓度均可加快溶解速度
B.滤渣含只有SiO2、Fe
C.“沉铁”过程中生成Fe(OH)2的化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3Fe(OH)2↓+(NH4)2SO4+2CO2↑
D.“氧化”Fe(OH)2浆液时,可用氯气代替空气
4.[2021皖赣联考改编]下列实验操作对应的实验现象及实验结论都正确,且两者具有因果关系的是( )
选项
实验操作
实验现象
实验结论
A
向稀硝酸中加入过量铁粉,充分反应后,再滴加KSCN溶液
有气体生成,溶液呈红色
稀硝酸将Fe氧化为Fe3+
B
将适量铜粉加入1.0 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液中
固体溶解,溶液变蓝
金属铁比铜活泼
C
向0.1 mol·L-1 MgSO4溶液中滴加过量NaOH溶液,再滴加0.1 mol·L-1 CuSO4溶液
先生成白色沉淀,后生成蓝色沉淀
Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的小
D
少量铝热剂(只含有一种金属氧化物)溶于足量稀盐酸后,分为两等份,再分别滴加铁氰化钾溶液和KSCN溶液
分别出现蓝色沉淀和溶液变红
铝热剂中可能含有Fe3O4
5.[2019浙江4月选考,28,4分]某同学设计如图装置(气密性已检查)制备Fe(OH)2白色沉淀。
请回答:
(1)仪器1的名称 。装置5的作用 。
(2)实验开始时,关闭K2,打开K1,反应一段时间后,再打开K2,关闭K1,发现3中溶液不能进入4中。请为装置作一处改进,使溶液能进入4中 。
(3)装置改进后,将3中反应后溶液压入4中,在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因 。
6.[2021贵州贵阳摸底考试,14分]铁及其化合物在生产、生活中有重要用途。
(1)常温下,可用铁质容器盛放浓硫酸,原因是 。
(2)鉴别FeCl3溶液和Fe(OH)3胶体,除观察颜色外,还能用到的方法是 。
(3)Fe2+和Fe3+可以相互转化,若要证明溶液中的Fe2+被氧化生成了Fe3+,可选用的试剂是 (填化学式)。
(4)保存1.6 mol·L-1的FeSO4溶液时,为确保溶液中不出现浑浊,应调节溶液的pH不超过 。(已知:常温下,Ksp[Fe(OH)2]=1.6×10-16)
(5)在日常生活和生产中,钢铁的腐蚀普遍存在且危害较大,了解钢铁防腐蚀的措施意义重大。利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护,其中Y为NaCl。
为减缓铁的腐蚀:
①若X为锌、开关K置于M处,这一保护方法叫作 。
②若X为炭棒、开关K置于N处,此时铁极为 (填“阴极”或“阳极”),X极的电极反应式为 。
7.[2021湖北部分重点中学联考,12分]高铁酸盐在污水处理、水体消杀等方面用途广泛。高铁酸钾(K2FeO4)是一种重要的高铁酸盐。某学校化学学习小组通过下列装置制备K2FeO4。回答下列问题:
已知K2FeO4的部分性质如下:
溶解性
溶于水,微溶于浓KOH溶液,难溶于有机物
稳定性
温度为0~5 ℃或强碱性溶液中能稳定存在;酸性或中性溶液中放出O2
(1)仪器a的名称是 。
(2)装置乙可选用下列中的 (填标号)。
(3)连接好装置乙后,需对装置气密性进行检查,写出整套装置气密性检查方法及气密性良好的现象: 。
(4)装置甲中的试剂X为锰的一种化合物,写出装置甲中发生反应的离子方程式: 。
(5)制备过程中,装置丙需采用冰水浴,目的是 ,该装置中以1 mol FeCl3为原料,完全转化为K2FeO4需要消耗KOH g。
(6)装置丁的作用是 。
考点2 铜及其化合物
8.[2021安徽合肥调研]将0.15 mol Cu和Cu2O混合固体投入至800 mL 2 mol·L-1的稀硝酸中,充分反应后无固体剩余,反应过程中只生成NO气体,向反应后溶液中滴加5 mol·L-1 NaOH溶液至金属离子恰好完全沉淀时,所加NaOH溶液体积为( )
A.260 mL B.280 mL C.300 mL D.400 mL
9.[2020湖北部分重点中学新起点考试]以铜银合金(含少量铁)废料为原料回收银和铜的工艺流程如图所示:
下列说法正确的是( )
A.粗铜溶于过量稀硝酸,过滤、低温干燥得纯铜
B.电解时用粗银作阴极,硝酸银溶液为电解质溶液
C.用稀硫酸处理渣料时主要发生了氧化还原反应
D.从滤液B中可以提取绿矾(FeSO4·7H2O)
10.[2021四川成都龙泉中学月考,8分]某校探究性学习小组用已部分生锈的废铁屑制作印刷电路板的腐蚀剂,并回收铜。探究过程如图所示:
(1)步骤①的作用是清洗废铁屑表面的油污,其中加热的目的是 。
(2)写出步骤②中生成Fe2+的离子方程式: 。(写一个即可)
(3)步骤③中“氯气”不引入杂质但有毒,可以用 代替(填化学式)。
(4)溶液B中只含有Fe2+而不含Fe3+,可证明该事实的实验操作是 。
(5)步骤⑤产生金属铜的化学方程式为 。
考点3 金属材料与金属矿物的开发利用
11.[2020湖南三校联考]下列说法不正确的是( )
A.在金属的冶炼方法中,铝热法本质上属于热还原法
B.化学上所说的钢铁,其实钢是钢,铁是铁,钢是混合物,而铁是纯净物
C.反应FeCuS2+SFeS2+CuS中FeS2既是氧化产物又是还原产物
D.已知BrCl的化学性质跟Cl2相似,则BrCl与水的反应(生成HCl和HBrO)也是氧化还原反应
12.[2021广东广州六区质检]一种利用废干电池中黑色粉末(主要成分为MnO2、炭粉,还含有少量含Hg2+、Pb2+等重金属离子的盐)制备MnSO4晶体的工艺流程如图所示:
下列说法错误的是( )
A.反应①中1 mol Fe至多还原1.5 mol MnO2
B.重金属主要在滤渣2中
C.步骤③煮沸可使沉淀颗粒长大,目的是便于固液分离
D.合理处理废旧电池有利于资源再利用并防止汞、铅等重金属污染
一、选择题(每小题6分,共24分)
1.[2020福建福州八县一中联考改编]下列实验操作对应的现象和根据现象得出的结论均正确的是( )
选项
实验操作
现象
结论
A
向FeCl3溶液中加入浓NaOH溶液
溶液由黄色变为红棕色
生成了氢氧化铁胶体
B
向Co2O3中滴入浓盐酸加热
产生黄绿色气体
氧化性:Co2O3
向某溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液
产生蓝色沉淀
溶液中存在亚铁离子
D
向NaHCO3溶液中滴加NaAlO2溶液
有白色沉淀和气体产生
AlO2-与HCO3-发生了相互促进的水解反应
2.[2021湖南平江一中月考]向100 mL稀H2SO4与稀HNO3的混合溶液中逐渐加入铁粉,假设加入铁粉的质量与产生气体的体积(标准状况下)之间的关系如图所示,且曲线中每一段只对应一个反应。下列说法
正确的是( )
A.产生H2的体积为2.24 L
B.m2=8.4
C.所用混合溶液中c(H2SO4)=1.0 mol·L-1
D.AB段发生的反应为置换反应
3.[2020山东师范大学附中第三次模拟]某酸性工业废水中含有一定量的Fe3+、Cu2+、Au3+等。利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑,设计如图所示工艺流程,从废水中回收金,并生产一定量的铁红和氧化铜。
下列说法不正确的是( )
A.标号①②③处发生的反应均为氧化还原反应
B.标号③处加入的相应物质是稀硝酸
C.标号①处发生的离子反应最多有三个
D.铁红的化学式为Fe2O3,工业上常用作红色颜料
4.[2021广东广州六区质检]无水FeCl3在空气中易潮解,加热易升华。实验室利用反应3Cl2(g)+2Fe(s)2FeCl3(g)制取无水FeCl3,实验装置如图所示(加热和夹持装置略去)。下列说法正确的是( )
A.实验开始时应先加热①处,再通入干燥的Cl2
B.②处冷水的作用是降低FeCl3的溶解度
C.装置③可用盛有浓H2SO4的洗气瓶代替
D.实验后④中溶液经蒸发可获得无水FeCl3
二、非选择题(共51分)
5.[2021北京海淀区期中,10分]工业上,处理低品位黄铜矿[二硫化亚铁铜(CuFeS2)含量较低]常采用生物堆浸法。堆浸所得的溶液可用于制备绿矾(FeSO4·7H2O)和胆矾(CuSO4·5H2O)。相关流程如图所示。
已知:①生物堆浸使用的氧化亚铁硫杆菌(T.f细菌)在pH 1.0~6.0范围内可保持活性。
②金属离子沉淀的pH如下表。
Fe3+
Cu2+
Fe2+
开始沉淀时的pH
1.5
4.2
6.3
完全沉淀时的pH
2.8
6.7
8.3
(1)生物堆浸过程的反应在T.f细菌的作用下进行,主要包括两个阶段,第一阶段的反应为:
CuFeS2+4H++O2Cu2++Fe2++2S+2H2O
第二阶段的反应为Fe2+继续被氧化转变成Fe3+,反应的离子方程式为 。
(2)结合已知推断:生物堆浸过程中,应控制溶液的pH在 范围内。
(3)过程Ⅰ中,加入Na2S2O3固体会还原堆浸液中的Fe3+,得到溶液X。为判断堆浸液中Fe3+是否被还原完全,可取少量溶液X,向其中加入 试剂(填试剂的化学式),观察溶液颜色变化。
(4)过程Ⅱ中,用H2O2和稀硫酸处理后,CuS完全溶解,用离子方程式表示H2O2的作用是 。
(5)绿矾的纯度可通过KMnO4滴定法测定。取m g绿矾加适量稀硫酸溶解。用物质的量浓度为c mol·L-1的KMnO4溶液滴定。至恰好完全反应时,消耗KMnO4溶液的体积为V mL。绿矾质量分数的计算式为 。(已知:FeSO4·7H2O的摩尔质量为278 g·mol-1)
6.[新角度][2020辽宁六校联考,15分]某小组欲探究反应2Fe2++I22Fe3++2I-,完成如下实验。
资料:AgI是黄色固体,不溶于稀硝酸。新制的AgI见光会少量分解。
(1)Ⅰ、Ⅱ中均未检出Fe3+,检验Ⅱ中有无Fe3+的实验操作及现象:取少量Ⅱ中溶液, 。
(2)Ⅲ中的黄色浑浊是 (填化学式)。
(3)经检验,Ⅱ→Ⅲ的过程中产生了Fe3+。
①对Fe3+产生的原因作出如下假设。
假设a:空气中存在O2,由于 (用离子方程式表示),可产生Fe3+。
假设b:酸性溶液中NO3-具有氧化性,可产生Fe3+。
假设c: 。
假设d:该条件下,I2溶液可将Fe2+氧化为Fe3+。
②通过实验进一步证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因,假设d成立。Ⅱ→Ⅲ的过程中I2溶液氧化Fe2+的原因是 。
(4)经检验,Ⅳ中灰黑色浑浊中含有AgI和Ag。
①验证灰黑色浑浊含有Ag的实验操作及现象:取洗净后的灰黑色固体, 。
②为探究Ⅳ中出现灰黑色浑浊的原因,完成了实验1和实验2。
实验1:向1 mL 0.1 mol·L-1 FeSO4溶液中加入1 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液,开始时,溶液无明显变化。几分钟后,出现大量灰黑色浑浊。反应过程中温度几乎无变化。测定溶液中Ag+浓度随反应时间的变化如图所示。
实验2:实验开始时,先向试管中加入几滴Fe2(SO4)3溶液,重复实验1,实验结果与实验1相同。
ⅰ.实验1中发生反应的离子方程式是 。
ⅱ.Ⅳ中迅速出现灰黑色浑浊的可能原因是 。
7.[12分]铝、铁、铜在工业和生产生活中有广泛应用。
(1)铝制品具有很好的耐腐蚀性能,原因是 ;按性质分类,Al2O3属于 氧化物,依据是 (用离子方程式表示)。
(2)某同学用下列实验探究铁与水蒸气的反应。
步骤①反应的化学方程式为 ;步骤③检验Fe2+的方法是 ;
步骤④无明显现象,该同学认为步骤①铁与水蒸气反应只生成Fe2+,该同学的判断是否正确及理由是 。
(3)含铬(Ⅵ)废水能致癌,Cu2O作光催化剂可将酸性废水中的Cr2O72−转化成Cr3+,并伴有无色气体生成,则反应的离子方程式为 。
8.[2021四川绵阳一诊,14分]碱式氯化铜[Cux(OH)yClz·mH2O]是重要的农药、医药中间体,还可用作木材防腐剂、饲料添加剂等。某化学兴趣小组为测定某品牌药品碱式氯化铜的组成,设计了如下两种方案:
方案一:滴定法
取样品4.650 g用适量酸溶解后配成100 mL溶液,用标准AgNO3溶液滴定Cl-,用EDTA标准溶液(pH=4.42)滴定Cu2+。
(1)溶解样品所用酸的化学式为 。配制样品溶液时,所需实验仪器有分析天平、烧杯、玻璃棒、 ,其中玻璃棒的作用是 。
(2)滴定过程中,盛装EDTA标准溶液的仪器名称是 。实验测得样品中n(Cu2+)∶n(Cl-)=2∶1,则x∶y= 。
方案二:热分解法
(3)准确称取a g样品装入石英玻璃管中,实验时A、B、C装置的连接顺序依次是 ,为了准确测定碱式氯化铜的组成,C中应放入的药品是 。
(4)实验过程中需缓缓通入N2,实验开始前通入 N2的目的是 。B中可观察到的现象是 。
(5)实验结束后A中固体由绿色变为黑色,测得A中质量减少b g,B中质量增加c g,C中质量增加d g。碱式氯化铜样品中Cu的质量分数计算式为 。
一、选择题(每小题6分,共12分)
1.[2020北京师范大学实验中学期中考试]Fe和Mg与H2SO4反应的实验记录如表所示:
实
验
现
象
Fe表面产生大量无色气泡
Fe表面产生少量气泡后迅速停止
Mg表面迅速产生大量气泡
Fe表面有大量气泡,Mg表面有少量气泡
关于上述实验说法不合理的是( )
A.Ⅰ中产生气体的原因是Fe+2H+Fe2++H2↑
B.取出Ⅱ中的铁棒放入CuSO4溶液中立即析出亮红色固体
C.Ⅲ中现象说明Mg在浓H2SO4中没被钝化
D.Ⅳ中现象说明Mg的金属性比Fe的强
2.[新题型][2021广东惠州调研]MnO2在电池、玻璃、有机合成等工业生产中应用广泛。利用粗MnO2(含有杂质MnO和MnCO3)制取纯MnO2的流程如下。
下列说法错误的是( )
A.酸浸过程中可以用浓盐酸代替稀硫酸
B.操作X的名称是过滤
C.氧化过程发生反应的离子方程式为:5Mn2++2ClO3-+4H2O5MnO2↓+Cl2↑+8H+
D.Cl2与NaOH溶液加热反应得到的NaClO3可以循环使用
二、非选择题(共22分)
3.[2021湖北武汉部分学校质检,12分]锌是一种应用广泛的金属,目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌。某种含锌矿的主要成分为ZnS(还含少量FeS等其他成分),以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行,所产生焙砂的主要成分的化学式为 。
(2)“焙烧”过程中产生的含尘烟气可净化制酸,该酸可用于后续的 操作。
(3)浸出液“净化”过程中加入过量锌粉,锌粉的作用是 。
(4)“电解沉积”过程中的阴极采用铝板,阳极采用Pb-Ag合金惰性电极,阳极的电极反应式为 。
(5)改进的锌冶炼工艺,采用了“氧压酸浸”的全湿法流程,既省略了易导致空气污染的焙烧过程,又可获得一种有工业价值的非金属单质。“氧压酸浸”中发生主要反应的离子方程式为 。
(6)我国古代曾采用“火法”工艺冶炼锌。明代宋应星著的《天工开物》中有关于“升炼倭铅”的记载:“炉甘石十斤,装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火煅红……冷定毁罐取出……即倭铅也。”该炼锌工艺过程主要反应的化学方程式为 (注:炉甘石的主要成分为碳酸锌,倭铅是指金属锌)。
4.[2021江西南昌摸底,10分]钛是一种重要的金属,以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3),还含有少量Fe2O3]为原料制备钛的工艺流程如图所示。
(1)“溶浸”过程中生成了TiOSO4,其中Ti的化合价为 , “溶浸”过程发生的主要反应的化学方程式为 。
(2)物质A为单质,化学式为 ,“一系列操作”为蒸发浓缩、 和过滤。
(3)将少量FeSO4·7H2O溶于水,加入一定量的NaHCO3溶液,可制得FeCO3,写出反应的离子方程式 。若反应后的溶液中c(Fe2+)=2×10-6 mol·L-1,则溶液中c(CO32−)= mol·L-1。(已知:常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5×10-6 mol·L-1)
答案
专题六 铁、铜及其化合物 金属的冶炼
1.D 应先加KSCN溶液,后加H2O2,以防Fe3+干扰Fe2+的检验,A项错误;用托盘天平称量物质的质量时只能读数至小数点后一位,不能用托盘天平称取5.85 g药品,B项错误;将FeCl3饱和溶液煮沸可促进Fe3+水解,会得到Fe(OH)3沉淀,C项错误;向乙醇、乙酸和苯三种无色液体中分别加入紫色石蕊溶液,变红色的是乙酸,互溶而不变色的是乙醇,分层的是苯(上层无色),即用紫色石蕊溶液可鉴别乙醇、乙酸和苯,D项正确。
2.C 根据氧化还原反应2Fe3++2I-2Fe2++I2和Br2+2Fe2+2Br-+2Fe3+可知,还原性I->Fe2+>Br-,通入氯气后,氯气会按I-、Fe2+、Br-的顺序发生反应。由于滴加少量的KSCN溶液,溶液变为红色,证明溶液中有Fe3+生成。FeBr2和FeI2的物质的量相同,因此溶液中的I-、Fe2+和Br-的物质的量相同。A选项中反应表示溶液中的I-和Fe2+完全被氯气氧化,正确;B选项中反应表示溶液中的I-、Fe2+和Br-完全被氯气氧化,正确;由于Br-参加反应,且FeBr2和FeI2的物质的量相同,溶液中的I-、Fe2+和Br-的物质的量相同,C选项中反应不合理;D选项中反应表示溶液中的I-全部被氯气氧化,而Fe2+部分被氧化,正确。
3.D 硫酸渣用硫酸酸浸时,氧化铁溶解转化为硫酸铁;加入铁粉,则硫酸铁转化为硫酸亚铁;经过滤Ⅰ,滤渣为过量的铁粉和未溶解的二氧化硅;向滤液中加入碳酸氢铵,发生相互促进的水解反应生成二氧化碳和氢氧化亚铁。 “酸溶”中加热或搅拌或适当增大硫酸浓度均可加快溶解速度,A项正确;根据分析可知,滤渣的主要成分是SiO2和Fe,B项正确; “沉铁”过程中硫酸亚铁与碳酸氢铵发生相互促进的水解反应,化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3Fe(OH)2↓+(NH4)2SO4+2CO2↑,C项正确;“氧化”Fe(OH)2浆液时,若用氯气代替空气,会导致产品中含有杂质,铁黄含量偏低,D项错误。
4.D 向稀硝酸中加入过量铁粉,充分反应后,有气体生成,溶液呈浅绿色,再滴加KSCN溶液,溶液不变色,说明稀硝酸与过量Fe反应生成Fe2+,A不正确。将适量铜粉加入1.0 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液中,固体溶解,溶液变蓝,不能说明金属铁比铜活泼,只能说明Fe3+的氧化性强于Cu2+,B不正确。向0.1 mol·L-1 MgSO4溶液中滴加过量NaOH溶液,再滴加0.1 mol·L-1 CuSO4溶液,先生成白色沉淀,后生成蓝色沉淀,因为NaOH溶液过量,故不能说明Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的小,C不正确。少量铝热剂(只含有一种金属氧化物)溶于足量稀盐酸后,分为两等份,再分别滴加铁氰化钾溶液和KSCN溶液,分别出现蓝色沉淀和溶液变红,说明溶液中有Fe2+和Fe3+。由于铝热剂中的铝粉可以把Fe3+还原为Fe2+,所以铝热剂中铁的氧化物可能是Fe2O3或Fe3O4,D正确。
5.(1)分液漏斗(1分) 液封,防止空气进入装置4(1分) (2)在装置2、3之间添加控制开关(1分) (3)装置4内的空气没有排尽(1分)
【解析】 (1)仪器1的名称为分液漏斗。由于Fe(OH)2易被氧气氧化,故装置5的作用是液封,防止空气进入装置4。(2)3中溶液不能进入4中的原因是生成的氢气沿着导管通过2逸出,三颈烧瓶中无法形成高压,故只需在2、3之间加一个控制开关。(3)生成灰绿色沉淀说明氢氧化亚铁部分被氧化,分析原因应该是装置4中的空气未排尽。
6.(1)浓硫酸具有强氧化性,常温下可使铁表面发生钝化而形成致密稳定的氧化膜(2分)
(2)丁达尔效应(2分)
(3)KSCN(2分)
(4)6(2分)
(5)①牺牲阳极的阴极保护法(2分) ②阴极(2分) 2Cl--2e-Cl2↑(2分)
【解析】 (1)常温下,浓硫酸具有强氧化性,可与铁反应生成致密稳定的氧化膜,阻止金属铁与酸的进一步反应,故可用铁质容器盛放浓硫酸。(2)丁达尔效应是胶体的独特性质,可用来区分胶体与溶液。(3)Fe3+与SCN-相遇会产生红色物质,实验现象明显,常用KSCN溶液检验Fe3+。(4)开始形成Fe(OH)2沉淀时,c2(OH-)=Ksp[Fe(OH)2]c(Fe2+)=1.6×10-161.6 mol2·L-2=1.0×10-16 mol2·L-2,则c(OH-)=1.0×10-8 mol·L-1、pH=6,故为确保溶液中不出现浑浊,溶液的pH不能超过6。(5)①X为锌、开关K置于M处时锌、铁、NaCl溶液构成原电池,铁作正极得到保护,该方法称为牺牲阳极的阴极保护法。②开关K置于N处,是外加电源的阴极保护法,铁作阴极,X极为阳极,Cl-在该电极放电。
7.(1)三颈烧瓶 (1分)
(2)d (2分)
(3)关闭分液漏斗活塞,打开止水夹1、2、3,向丁中烧杯内加水至没过球形干燥管,用酒精灯微热甲中圆底烧瓶,若观察到丁中产生气泡,移去酒精灯后,丁中球形干燥管中形成一段稳定水柱,则说明装置气密性良好 (2分)
(4)2MnO4-+16H++10Cl-2Mn2++5Cl2↑+8H2O (2分)
(5)防止产物K2FeO4分解(1分) 448 (2分)
(6)吸收尾气,防止污染(2分)
【解析】
【实验剖析】
根据实验目的可进行如下分析
装置甲:氯气发生装置,2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
装置乙:氯气除杂装置,用饱和NaCl溶液除去Cl2中的HCl
装置丙:反应装置,2FeCl3+3Cl2+16KOH2K2FeO4+12KCl+8H2O
装置丁:尾气处理装置,Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O。
(1)仪器a为三颈烧瓶。(2)装置甲为氯气的发生装置,由于浓盐酸具有挥发性,制得的氯气中含有氯化氢气体,故装置乙的作用是除去氯气中混有的氯化氢气体,应选择饱和食盐水,故选择装置d。(3)检查装置的气密性时,必须形成密闭系统和压强差,则检查装置气密性的方法是连接好装置乙后,关闭分液漏斗活塞,打开止水夹1、2、3,向丁中烧杯内加水至没过球形干燥管形成密闭系统,用酒精灯微热甲中圆底烧瓶,使装置中气体压强增大,若观察到丁中产生气泡,移去酒精灯后,丁中球形干燥管中形成一段稳定水柱,则说明装置气密性良好。(4)装置甲制取氯气时无需加热,则试剂X为高锰酸钾,反应的离子方程式为2MnO4-+ 16H+ + 10Cl-2Mn2+ + 5Cl2↑ +8H2O。(5)根据提供信息,温度为0~5 ℃或强碱性溶液中高铁酸钾能稳定存在可知,制备过程中装置丙采用冰水浴的目的是防止产物高铁酸钾分解;由实验装置图可知,生成高铁酸钾的化学方程式为2FeCl3+3Cl2+16KOH2K2FeO4+12KCl+8H2O,则1 mol氯化铁完全转化为高铁酸钾消耗氢氧化钾的质量为1 mol×162×56 g· mol-1=448 g。(6)装置丁中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收过量的氯气,防止污染环境。
8.C 由CuCu2+、Cu2O2Cu2+,HNO3NO,根据得失电子守恒可得2n(Cu)+2n(Cu2O)=3n(NO),则n(NO)=23[n(Cu)+n(Cu2O)]=0.1 mol;向反应后的溶液中滴加5 mol·L-1 NaOH溶液至金属离子恰好完全沉淀,得到NaNO3溶液,n(Na+)=n(NO3-)。根据氮元素守恒,n(NO3-)=n(HNO3)-n(NO)=2 mol·L-1×0.8 L-0.1 mol=1.5 mol。故n(NaOH)=n(Na+)=1.5 mol,所加NaOH溶液的体积为1.5mol5mol·L-1=0.3 L=300 mL,C项正确。
9.D 铜能溶于稀硝酸,过滤、低温干燥不能得到纯铜,A项错误;电解精炼银时,粗银作阳极,纯银作阴极,B项错误;CuO、Fe2O3与稀硫酸的反应均为非氧化还原反应,C项错误;滤液B中主要含有硫酸亚铁,可用于提取FeSO4·7H2O,D项正确。
10.(1)促进碳酸钠的水解,提高清洗效率(1分) (2)Fe+2H+Fe2++H2↑(或Fe+2Fe3+3Fe2+)(2分) (3)H2O2(1分) (4)取少量溶液B于试管中,先加KSCN溶液,不显红色,再加氯水后显红色(2分) (5)CuCl2Cl2↑+Cu(2分)
【解析】
(1)Na2CO3溶液因CO32−水解呈碱性,加热能促进CO32−水解,使溶液碱性增强,从而提高油污的清洗效率。(2)Fe与FeCl3溶液或与盐酸反应均能生成Fe2+。(3)步骤③通入Cl2是为了将溶液B中的Fe2+氧化成Fe3+,可用绿色氧化剂H2O2代替有毒的Cl2。(4)向溶液B中加入KSCN溶液无明显现象,滴入氯水后出现红色,则可证明溶液B中仅含Fe2+而无Fe3+。(5)步骤⑤电解时,阳极和阴极分别为Cl-和Cu2+放电,相当于电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2。
11.D 在金属的冶炼方法中,铝热法中发生的是置换反应,铝是还原剂,本质上属于热还原法,A项正确;化学上所说的钢铁,其实钢是钢,铁是铁,钢是混合物,而铁是纯净物,B项正确; FeCuS2中硫元素的化合价从-2升高到-1,单质S中硫元素化合价从0降低到-1,因此FeS2既是氧化产物又是还原产物,C项正确;BrCl跟水反应生成HCl和HBrO,反应中元素的化合价均不变化,不是氧化还原反应,D项错误。
12.B
由上述分析可知,Fe由0价变为+3价,1 mol Fe失去3 mol电子,Mn由+4价变为+2价,1 mol MnO2得到2 mol电子,由于Fe也能还原Hg2+、Pb2+,故1 mol Fe至多还原1.5 mol MnO2,A项正确;重金属主要在滤渣1中,B项错误;煮沸可促进Fe3+水解,使沉淀颗粒长大,便于过滤分离,C项正确;汞、铅等重金属能污染水源和土壤,合理处理废旧电池有利于资源再利用,并防止重金属污染,D项正确。
1.C A项,FeCl3和NaOH在溶液中反应生成红褐色氢氧化铁沉淀,不能得到氢氧化铁胶体,应该将饱和氯化铁溶液滴入沸水中加热至液体呈红褐色来制取氢氧化铁胶体,错误;B项,氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,该反应中氧化剂是Co2O3,氧化产物是Cl2,所以氧化性Cl2
3.C 由题图知,E中含有Fe2+,而A为含有铜单质、金单质的混合物,通过过滤将活泼性比铁弱的铜、金分离出来,因此标号①处加入的物质为铁屑,发生的反应为Fe+2H+Fe2++H2↑,2Fe3++Fe3Fe2+,Cu2++FeCu+Fe2+,2Au3++3Fe2Au+3Fe2+;标号②处加入稀硫酸以除去铜、金中过量的铁屑,发生的反应是Fe+2H+Fe2++H2↑,并将过滤后得到的含硫酸亚铁的溶液与含Fe2+的E溶液相混合;标号③处利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开,发生的反应是铜与稀硝酸的反应。标号①②③处发生的反应均为氧化还原反应,A项正确。标号③处加入的相应物质是稀硝酸,B项正确。标号①处发生的离子反应有四个,C项错误。氧化铁是一种红棕色粉末,化学式为Fe2O3,工业上常用作红色颜料,D项正确。
4.C 由于铁屑能与空气中氧气发生反应,因此实验开始时应先通入干燥的氯气一段时间,排尽装置中空气后再加热①处,A项错误;根据FeCl3加热易升华,结合实验装置图可知,②处冷水的作用是冷凝FeCl3蒸气,B项错误;根据无水FeCl3在空气中易潮解,可知装置③的作用是防止水蒸气进入装置②,可以用盛有浓硫酸的洗气瓶代替,C项正确;装置④为吸收尾气氯气的装置,实验后④中溶液含FeCl3,蒸发时水解反应FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl不断正向进行,因此得不到无水FeCl3,D项错误。
5.(每空2分)(1)4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O
(2)1.0到1.5
(3)KSCN
(4)4H2O2+CuSCu2++SO2- 4+4H2O
(5)139cV100m×100%
【解析】 (1)第二阶段Fe2+被空气中的氧气氧化为Fe3+,配平离子方程式为:4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O。(2)根据已知①,T.f细菌在pH 1.0~6.0范围内可保持活性,知pH要在1.0到6.0范围内,结合工艺流程,堆浸过程中不能使Fe3+、Cu2+沉淀,根据已知②知pH要小于1.5,故生物堆浸过程中,应控制溶液的pH在1.0到1.5范围内。(3)检验堆浸液中Fe3+是否被还原完全,可取少量溶液X,向其中加入KSCN溶液,观察溶液是否变为红色。(4)根据工艺流程,过程Ⅱ加入H2O2,将CuS氧化为CuSO4,由CuSCuSO4,1 mol CuS失8 mol电子,而1 mol H2O2得2 mol电子,根据得失电子守恒,CuS、H2O2的化学计量数分别为1、4,再结合电荷守恒和原子守恒,配平离子方程式为:4H2O2+CuSCu2++SO42−+4H2O。(5)根据滴定原理:5Fe2++MnO4-+8H+5Fe3++Mn2++4H2O,可得关系式:5Fe2+~MnO4-,n(绿矾)=5n(KMnO4)=5×c mol·L-1×V×10-3L=5cV×10-3 mol,则绿矾质量分数的计算式为5cV×10-3mol×278g·mol-1mg×100%=139cV100m×100%。
6.(1)滴加几滴KSCN溶液,溶液不变红(2分) (2)AgI(1分) (3)①4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O(2分) 溶液中Ag+具有氧化性,可产生Fe3+(2分) ②Ag+与I-反应生成了AgI沉淀,降低了I-的浓度,使平衡2Fe2++I22Fe3++2I-正向移动,使I2氧化了Fe2+(2分) (4)①加入足量稀硝酸,振荡,固体部分溶解,产生无色气泡,遇空气变成红棕色。静置,取少许上层清液,加入稀盐酸,有白色沉淀生成(2分) ②i.Fe2++Ag+Fe3++Ag↓(2分) ii.AgI分解产生的Ag催化了Fe2+与Ag+的反应(2分)
【解析】 (1)检验Ⅱ中无Fe3+的实验操作及现象:取少量Ⅱ中溶液,滴加几滴KSCN溶液,溶液不变红。(2)分析可知,Ⅲ中的黄色浑浊是AgI。(3)①空气中存在O2,由于发生反应4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O可产生Fe3+;溶液中Ag+具有氧化性,可产生Fe3+;酸性溶液中NO3-具有氧化性,可产生Fe3+;该条件下,I2溶液可将Fe2+氧化为Fe3+。②通过实验进一步证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因,假设d成立。Ⅱ→Ⅲ的过程中I2溶液氧化Fe2+的原因: Ag+与I-反应生成了AgI沉淀,降低了I-的浓度,使平衡2Fe2++I22Fe3++2I-正向移动,使I2氧化了Fe2+。(4)①验证灰黑色浑浊含有Ag的实验操作及现象:取洗净后的灰黑色固体,加入足量稀硝酸,振荡,固体部分溶解,产生无色气泡,遇空气变成红棕色。静置,取少许上层清液,加入稀盐酸,有白色沉淀生成。②ⅰ.向1 mL 0.1 mol·L-1 FeSO4溶液中加入1 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液,开始时,溶液无明显变化。几分钟后,出现大量灰黑色浑浊,说明银离子氧化亚铁离子生成铁离子和银,发生反应Ag++Fe2+Ag↓+Fe3+。ⅱ.经检验,Ⅳ中灰黑色浑浊中含有AgI和Ag,Ⅳ中迅速出现灰黑色浑浊的可能原因是AgI分解产生的Ag催化了Fe2+与Ag+的反应。
7.(1)铝与氧气反应生成致密的氧化膜,对铝起到保护作用(1分) 两性(1分) Al2O3+6H+2Al3++3H2O、Al2O3+2OH-2AlO2-+H2O(2分) (2)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2(2分) 取少许溶液于试管中,滴入几滴K3[Fe(CN)6]溶液,若有蓝色沉淀生成,则溶液中含有Fe2+(2分) 不正确,铁与水蒸气反应生成的Fe3O4溶于酸生成的Fe3+与过量的铁粉反应生成Fe2+,所以加KSCN溶液不变色(2分) (3)2Cr2O72−+16H+4Cr3++3O2↑+8H2O(2分)
【解析】 (1)铝与氧气反应生成致密的氧化膜,对铝起到保护作用,因此铝制品具有很好的耐腐蚀性能;Al2O3既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水,因此Al2O3属于两性氧化物。(2)步骤①铁粉和水蒸气反应生成Fe3O4和H2。步骤③检验Fe2+的实验操作:取少许溶液于试管中,滴入几滴K3[Fe(CN)6]溶液,若有蓝色沉淀生成,则溶液中含有Fe2+。步骤④加入KSCN溶液,无明显现象,这并不能说明铁与水蒸气反应只生成Fe2+,也可能是Fe3O4溶于酸生成的Fe3+与过量的铁粉反应生成Fe2+。(3)Cr2O72−转化成Cr3+,铬元素化合价降低,则氧元素化合价升高,生成的无色气体为O2,根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒配平离子方程式,得2Cr2O72−+16H+4Cr3++3O2↑+8H2O。
8.(1)HNO3(1分) 药匙、量筒、100 mL容量瓶、胶头滴管(2分) 搅拌、引流(2分)
(2)酸式滴定管(1分) 2∶3(1分)
(3)ACB(2分) 无水CaCl2(1分)
(4)排除装置中的空气(1分) 产生白色固体(1分)
(5)64(a-b)80a×100%或80(a-b)a%或64(a-c-d)80a×100%或80(a-c-d)a% (2分)
【解析】 (1)因需用AgNO3溶液滴定Cl-,故用来溶解碱式氯化铜的酸不能与AgNO3反应,应为HNO3。用一定质量的固体准确配制100 mL溶液时,需要用到分析天平、药匙、烧杯、量筒、玻璃棒、100 mL容量瓶、胶头滴管。其中玻璃棒的作用是:溶解固体时搅拌,加速溶解,转移溶液至容量瓶时引流。(2)由于EDTA标准溶液呈酸性,故盛放其的仪器为酸式滴定管。依据化合物中各元素化合价代数和为0,得2x=y+z ①,依据n(Cu2+) ∶n(Cl-)=2 ∶1,得x=2z ②,将①、②联立可得x ∶y=2 ∶3。(3)碱式氯化铜受热会发生分解,产生HCl气体、H2O、CuO,通过AgNO3溶液可测定氯元素含量,则C装置用于测定H2O的含量,因此C装置应在B装置之前,需盛放干燥剂以吸收分解产生的水蒸气,且该干燥剂不能与HCl反应,故可选无水CaCl2。(4)实验开始前通入N2,主要目的是排除装置中的空气,防止空气中的水蒸气影响实验结果。HCl+AgNO3AgCl↓+HNO3,因此会看到B中产生白色沉淀。(5)A中固体由绿色变为黑色,说明加热分解生成了CuO,A中减少的b g为HCl与H2O的总质量,B中增加的c g为HCl的质量,C中增加的d g为H2O的质量,则CuO的质量为(a-b) g或(a-c-d) g。故碱式氯化铜样品中Cu的质量分数计算式为64(a-b)80a×100%或80(a-b)a%或64(a-c-d)80a×100%或80(a-c-d)a%。
1.B 铁和稀硫酸反应生成H2,因此铁表面产生大量无色气泡,合理,故A项不符合题意;铁遇浓硫酸发生钝化,铁的表面产生一层致密的氧化物薄膜,阻碍反应的进一步进行,因此将其放入硫酸铜溶液中不会立即析出亮红色固体,不合理,故B项符合题意;根据实验现象,镁表面迅速产生大量气泡,说明镁遇浓硫酸未发生钝化,合理,故C项不符合题意;根据原电池的工作原理,正极上产生气泡,因此铁作正极,镁作负极,即镁的金属性强于铁,合理,故D项不符合题意。
2.A 浓盐酸能与二氧化锰在加热条件下反应生成氯气,故酸浸时不能用浓盐酸代替稀硫酸,A项错误;将不溶性固体和液体分离用过滤的方法,B项正确;由流程图可知,加入NaClO3氧化Mn2+得到氯气和二氧化锰,离子反应为:5Mn2++2ClO3-+4H2O5MnO2↓+Cl2↑+8H+,C项正确;氯气与NaOH溶液加热反应得到氯化钠、氯酸钠和水,氯酸钠可循环使用,D项正确。
3.(1)ZnO(2分)
(2)浸出(2分)
(3)将Fe还原出来(2分)
(4)2H2O-4e-4H++O2↑(2分)
(5)2ZnS+4H++O22Zn2++2S+2H2O(2分)
(6)ZnCO3+2CZn+3CO↑(2分)
【解析】 (1)硫化锌精矿焙烧时主要发生反应:2ZnS+3O22ZnO+2SO2,则所产生的焙砂的主要成分的化学式为ZnO。(2)“焙烧”过程中产生的含尘烟气净化后可制成硫酸,用于后续的浸出操作。(3)浸出液的主要成分为ZnSO4、Fe2(SO4)3,“净化”过程中加入过量锌粉,锌粉可以将Fe置换出来。(4)“电解沉积”过程即电解ZnSO4溶液的过程,阳极上H2O放电,电极反应为:2H2O-4e-4H++O2↑。(5)根据题意知,“氧压酸浸”时通入氧气或空气,将ZnS转化为Zn2+和S,由1 mol ZnS失去2 mol电子,1 mol O2得到4 mol电子,根据得失电子守恒,知ZnS和O2的化学计量数分别为2、1,再结合电荷守恒和原子守恒,配平离子方程式为:2ZnS+O2+4H+2Zn2++2S+2H2O。(6)由“炉甘石十斤”“用煤炭饼垫盛”知,该炼锌工艺过程主要发生碳酸锌和碳的反应,得到单质锌和CO,化学方程式为ZnCO3+2CZn+3CO↑。
4.(1)+4(1分) FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O(2分)
(2)Fe(1分) 冷却结晶(2分)
(3)Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O(2分) 1.0×10-5(2分)
【解析】 (1)TiOSO4中S的化合价为+6,O的化合价为-2,根据化合物中各元素化合价的代数和为0,可知TiOSO4中Ti的化合价为+4。结合钛铁矿的成分及“溶浸”过程中生成了TiOSO4,知该过程发生的主要反应的化学方程式为FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O。(2)该流程中还有副产物FeSO4·7H2O,故需将溶浸产物中的Fe3+转化为Fe2+,物质A为Fe。“一系列操作”包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。(3)HCO3-能电离出H+和CO32−,Fe2+与CO32−结合形成难溶的FeCO3沉淀,H+与另一分子HCO3-反应生成CO2和H2O,故反应的离子方程式为Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O。常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5×10-6 mol·L-1,则Ksp(FeCO3)=4.5×10-6×4.5×10-6≈2×10-11。当反应后的溶液中c(Fe2+)=2×10-6 mol·L-1时,c(CO32−)=2.0×10-112×10-6 mol·L-1=1.0×10-5 mol·L-1。
专题六 铁、铜及其化合物 金属的冶炼
考点1 铁及其重要化合物
1.[2021甘肃酒泉模拟]下列实验操作或方法正确的是( )
A.检验某溶液中是否含有Fe2+时,先加入少量H2O2,再滴加KSCN溶液
B.配制100 mL 1 mol·L-1 NaCl溶液时,用托盘天平称取5.85 g NaCl固体
C.将FeCl3饱和溶液煮沸制备Fe(OH)3胶体
D.用紫色石蕊溶液鉴别乙醇、乙酸和苯
2.[2021山西师大附中模拟]已知:2Fe3++2I-2Fe2++I2,2Fe2++Br22Fe3++2Br-。向含等物质的量浓度的FeI2、FeBr2混合溶液中通入一定量的氯气后,再滴加少量的KSCN溶液,溶液变红,则下列离子方程式书写不合理的是( )
A.2I-+2Fe2++2Cl22Fe3++I2+4Cl-
B.2Br-+2I-+2Fe2++3Cl2I2+Br2+2Fe3++6Cl-
C.2Br-+4I-+2Fe2++4Cl22I2+Br2+2Fe3++8Cl-
D.2Fe2++4I-+3Cl22Fe3++2I2+6Cl-
3.[2021河北衡水调研]以某硫酸渣(含Fe2O3、SiO2等)为原料制备铁黄[FeO(OH)]的一种工艺流程如图所示:
下列说法不正确的是( )
A.“酸溶”中加热或搅拌或适当增大硫酸浓度均可加快溶解速度
B.滤渣含只有SiO2、Fe
C.“沉铁”过程中生成Fe(OH)2的化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3Fe(OH)2↓+(NH4)2SO4+2CO2↑
D.“氧化”Fe(OH)2浆液时,可用氯气代替空气
4.[2021皖赣联考改编]下列实验操作对应的实验现象及实验结论都正确,且两者具有因果关系的是( )
选项
实验操作
实验现象
实验结论
A
向稀硝酸中加入过量铁粉,充分反应后,再滴加KSCN溶液
有气体生成,溶液呈红色
稀硝酸将Fe氧化为Fe3+
B
将适量铜粉加入1.0 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液中
固体溶解,溶液变蓝
金属铁比铜活泼
C
向0.1 mol·L-1 MgSO4溶液中滴加过量NaOH溶液,再滴加0.1 mol·L-1 CuSO4溶液
先生成白色沉淀,后生成蓝色沉淀
Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的小
D
少量铝热剂(只含有一种金属氧化物)溶于足量稀盐酸后,分为两等份,再分别滴加铁氰化钾溶液和KSCN溶液
分别出现蓝色沉淀和溶液变红
铝热剂中可能含有Fe3O4
5.[2019浙江4月选考,28,4分]某同学设计如图装置(气密性已检查)制备Fe(OH)2白色沉淀。
请回答:
(1)仪器1的名称 。装置5的作用 。
(2)实验开始时,关闭K2,打开K1,反应一段时间后,再打开K2,关闭K1,发现3中溶液不能进入4中。请为装置作一处改进,使溶液能进入4中 。
(3)装置改进后,将3中反应后溶液压入4中,在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因 。
6.[2021贵州贵阳摸底考试,14分]铁及其化合物在生产、生活中有重要用途。
(1)常温下,可用铁质容器盛放浓硫酸,原因是 。
(2)鉴别FeCl3溶液和Fe(OH)3胶体,除观察颜色外,还能用到的方法是 。
(3)Fe2+和Fe3+可以相互转化,若要证明溶液中的Fe2+被氧化生成了Fe3+,可选用的试剂是 (填化学式)。
(4)保存1.6 mol·L-1的FeSO4溶液时,为确保溶液中不出现浑浊,应调节溶液的pH不超过 。(已知:常温下,Ksp[Fe(OH)2]=1.6×10-16)
(5)在日常生活和生产中,钢铁的腐蚀普遍存在且危害较大,了解钢铁防腐蚀的措施意义重大。利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护,其中Y为NaCl。
为减缓铁的腐蚀:
①若X为锌、开关K置于M处,这一保护方法叫作 。
②若X为炭棒、开关K置于N处,此时铁极为 (填“阴极”或“阳极”),X极的电极反应式为 。
7.[2021湖北部分重点中学联考,12分]高铁酸盐在污水处理、水体消杀等方面用途广泛。高铁酸钾(K2FeO4)是一种重要的高铁酸盐。某学校化学学习小组通过下列装置制备K2FeO4。回答下列问题:
已知K2FeO4的部分性质如下:
溶解性
溶于水,微溶于浓KOH溶液,难溶于有机物
稳定性
温度为0~5 ℃或强碱性溶液中能稳定存在;酸性或中性溶液中放出O2
(1)仪器a的名称是 。
(2)装置乙可选用下列中的 (填标号)。
(3)连接好装置乙后,需对装置气密性进行检查,写出整套装置气密性检查方法及气密性良好的现象: 。
(4)装置甲中的试剂X为锰的一种化合物,写出装置甲中发生反应的离子方程式: 。
(5)制备过程中,装置丙需采用冰水浴,目的是 ,该装置中以1 mol FeCl3为原料,完全转化为K2FeO4需要消耗KOH g。
(6)装置丁的作用是 。
考点2 铜及其化合物
8.[2021安徽合肥调研]将0.15 mol Cu和Cu2O混合固体投入至800 mL 2 mol·L-1的稀硝酸中,充分反应后无固体剩余,反应过程中只生成NO气体,向反应后溶液中滴加5 mol·L-1 NaOH溶液至金属离子恰好完全沉淀时,所加NaOH溶液体积为( )
A.260 mL B.280 mL C.300 mL D.400 mL
9.[2020湖北部分重点中学新起点考试]以铜银合金(含少量铁)废料为原料回收银和铜的工艺流程如图所示:
下列说法正确的是( )
A.粗铜溶于过量稀硝酸,过滤、低温干燥得纯铜
B.电解时用粗银作阴极,硝酸银溶液为电解质溶液
C.用稀硫酸处理渣料时主要发生了氧化还原反应
D.从滤液B中可以提取绿矾(FeSO4·7H2O)
10.[2021四川成都龙泉中学月考,8分]某校探究性学习小组用已部分生锈的废铁屑制作印刷电路板的腐蚀剂,并回收铜。探究过程如图所示:
(1)步骤①的作用是清洗废铁屑表面的油污,其中加热的目的是 。
(2)写出步骤②中生成Fe2+的离子方程式: 。(写一个即可)
(3)步骤③中“氯气”不引入杂质但有毒,可以用 代替(填化学式)。
(4)溶液B中只含有Fe2+而不含Fe3+,可证明该事实的实验操作是 。
(5)步骤⑤产生金属铜的化学方程式为 。
考点3 金属材料与金属矿物的开发利用
11.[2020湖南三校联考]下列说法不正确的是( )
A.在金属的冶炼方法中,铝热法本质上属于热还原法
B.化学上所说的钢铁,其实钢是钢,铁是铁,钢是混合物,而铁是纯净物
C.反应FeCuS2+SFeS2+CuS中FeS2既是氧化产物又是还原产物
D.已知BrCl的化学性质跟Cl2相似,则BrCl与水的反应(生成HCl和HBrO)也是氧化还原反应
12.[2021广东广州六区质检]一种利用废干电池中黑色粉末(主要成分为MnO2、炭粉,还含有少量含Hg2+、Pb2+等重金属离子的盐)制备MnSO4晶体的工艺流程如图所示:
下列说法错误的是( )
A.反应①中1 mol Fe至多还原1.5 mol MnO2
B.重金属主要在滤渣2中
C.步骤③煮沸可使沉淀颗粒长大,目的是便于固液分离
D.合理处理废旧电池有利于资源再利用并防止汞、铅等重金属污染
一、选择题(每小题6分,共24分)
1.[2020福建福州八县一中联考改编]下列实验操作对应的现象和根据现象得出的结论均正确的是( )
选项
实验操作
现象
结论
A
向FeCl3溶液中加入浓NaOH溶液
溶液由黄色变为红棕色
生成了氢氧化铁胶体
B
向Co2O3中滴入浓盐酸加热
产生黄绿色气体
氧化性:Co2O3
向某溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液
产生蓝色沉淀
溶液中存在亚铁离子
D
向NaHCO3溶液中滴加NaAlO2溶液
有白色沉淀和气体产生
AlO2-与HCO3-发生了相互促进的水解反应
2.[2021湖南平江一中月考]向100 mL稀H2SO4与稀HNO3的混合溶液中逐渐加入铁粉,假设加入铁粉的质量与产生气体的体积(标准状况下)之间的关系如图所示,且曲线中每一段只对应一个反应。下列说法
正确的是( )
A.产生H2的体积为2.24 L
B.m2=8.4
C.所用混合溶液中c(H2SO4)=1.0 mol·L-1
D.AB段发生的反应为置换反应
3.[2020山东师范大学附中第三次模拟]某酸性工业废水中含有一定量的Fe3+、Cu2+、Au3+等。利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑,设计如图所示工艺流程,从废水中回收金,并生产一定量的铁红和氧化铜。
下列说法不正确的是( )
A.标号①②③处发生的反应均为氧化还原反应
B.标号③处加入的相应物质是稀硝酸
C.标号①处发生的离子反应最多有三个
D.铁红的化学式为Fe2O3,工业上常用作红色颜料
4.[2021广东广州六区质检]无水FeCl3在空气中易潮解,加热易升华。实验室利用反应3Cl2(g)+2Fe(s)2FeCl3(g)制取无水FeCl3,实验装置如图所示(加热和夹持装置略去)。下列说法正确的是( )
A.实验开始时应先加热①处,再通入干燥的Cl2
B.②处冷水的作用是降低FeCl3的溶解度
C.装置③可用盛有浓H2SO4的洗气瓶代替
D.实验后④中溶液经蒸发可获得无水FeCl3
二、非选择题(共51分)
5.[2021北京海淀区期中,10分]工业上,处理低品位黄铜矿[二硫化亚铁铜(CuFeS2)含量较低]常采用生物堆浸法。堆浸所得的溶液可用于制备绿矾(FeSO4·7H2O)和胆矾(CuSO4·5H2O)。相关流程如图所示。
已知:①生物堆浸使用的氧化亚铁硫杆菌(T.f细菌)在pH 1.0~6.0范围内可保持活性。
②金属离子沉淀的pH如下表。
Fe3+
Cu2+
Fe2+
开始沉淀时的pH
1.5
4.2
6.3
完全沉淀时的pH
2.8
6.7
8.3
(1)生物堆浸过程的反应在T.f细菌的作用下进行,主要包括两个阶段,第一阶段的反应为:
CuFeS2+4H++O2Cu2++Fe2++2S+2H2O
第二阶段的反应为Fe2+继续被氧化转变成Fe3+,反应的离子方程式为 。
(2)结合已知推断:生物堆浸过程中,应控制溶液的pH在 范围内。
(3)过程Ⅰ中,加入Na2S2O3固体会还原堆浸液中的Fe3+,得到溶液X。为判断堆浸液中Fe3+是否被还原完全,可取少量溶液X,向其中加入 试剂(填试剂的化学式),观察溶液颜色变化。
(4)过程Ⅱ中,用H2O2和稀硫酸处理后,CuS完全溶解,用离子方程式表示H2O2的作用是 。
(5)绿矾的纯度可通过KMnO4滴定法测定。取m g绿矾加适量稀硫酸溶解。用物质的量浓度为c mol·L-1的KMnO4溶液滴定。至恰好完全反应时,消耗KMnO4溶液的体积为V mL。绿矾质量分数的计算式为 。(已知:FeSO4·7H2O的摩尔质量为278 g·mol-1)
6.[新角度][2020辽宁六校联考,15分]某小组欲探究反应2Fe2++I22Fe3++2I-,完成如下实验。
资料:AgI是黄色固体,不溶于稀硝酸。新制的AgI见光会少量分解。
(1)Ⅰ、Ⅱ中均未检出Fe3+,检验Ⅱ中有无Fe3+的实验操作及现象:取少量Ⅱ中溶液, 。
(2)Ⅲ中的黄色浑浊是 (填化学式)。
(3)经检验,Ⅱ→Ⅲ的过程中产生了Fe3+。
①对Fe3+产生的原因作出如下假设。
假设a:空气中存在O2,由于 (用离子方程式表示),可产生Fe3+。
假设b:酸性溶液中NO3-具有氧化性,可产生Fe3+。
假设c: 。
假设d:该条件下,I2溶液可将Fe2+氧化为Fe3+。
②通过实验进一步证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因,假设d成立。Ⅱ→Ⅲ的过程中I2溶液氧化Fe2+的原因是 。
(4)经检验,Ⅳ中灰黑色浑浊中含有AgI和Ag。
①验证灰黑色浑浊含有Ag的实验操作及现象:取洗净后的灰黑色固体, 。
②为探究Ⅳ中出现灰黑色浑浊的原因,完成了实验1和实验2。
实验1:向1 mL 0.1 mol·L-1 FeSO4溶液中加入1 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液,开始时,溶液无明显变化。几分钟后,出现大量灰黑色浑浊。反应过程中温度几乎无变化。测定溶液中Ag+浓度随反应时间的变化如图所示。
实验2:实验开始时,先向试管中加入几滴Fe2(SO4)3溶液,重复实验1,实验结果与实验1相同。
ⅰ.实验1中发生反应的离子方程式是 。
ⅱ.Ⅳ中迅速出现灰黑色浑浊的可能原因是 。
7.[12分]铝、铁、铜在工业和生产生活中有广泛应用。
(1)铝制品具有很好的耐腐蚀性能,原因是 ;按性质分类,Al2O3属于 氧化物,依据是 (用离子方程式表示)。
(2)某同学用下列实验探究铁与水蒸气的反应。
步骤①反应的化学方程式为 ;步骤③检验Fe2+的方法是 ;
步骤④无明显现象,该同学认为步骤①铁与水蒸气反应只生成Fe2+,该同学的判断是否正确及理由是 。
(3)含铬(Ⅵ)废水能致癌,Cu2O作光催化剂可将酸性废水中的Cr2O72−转化成Cr3+,并伴有无色气体生成,则反应的离子方程式为 。
8.[2021四川绵阳一诊,14分]碱式氯化铜[Cux(OH)yClz·mH2O]是重要的农药、医药中间体,还可用作木材防腐剂、饲料添加剂等。某化学兴趣小组为测定某品牌药品碱式氯化铜的组成,设计了如下两种方案:
方案一:滴定法
取样品4.650 g用适量酸溶解后配成100 mL溶液,用标准AgNO3溶液滴定Cl-,用EDTA标准溶液(pH=4.42)滴定Cu2+。
(1)溶解样品所用酸的化学式为 。配制样品溶液时,所需实验仪器有分析天平、烧杯、玻璃棒、 ,其中玻璃棒的作用是 。
(2)滴定过程中,盛装EDTA标准溶液的仪器名称是 。实验测得样品中n(Cu2+)∶n(Cl-)=2∶1,则x∶y= 。
方案二:热分解法
(3)准确称取a g样品装入石英玻璃管中,实验时A、B、C装置的连接顺序依次是 ,为了准确测定碱式氯化铜的组成,C中应放入的药品是 。
(4)实验过程中需缓缓通入N2,实验开始前通入 N2的目的是 。B中可观察到的现象是 。
(5)实验结束后A中固体由绿色变为黑色,测得A中质量减少b g,B中质量增加c g,C中质量增加d g。碱式氯化铜样品中Cu的质量分数计算式为 。
一、选择题(每小题6分,共12分)
1.[2020北京师范大学实验中学期中考试]Fe和Mg与H2SO4反应的实验记录如表所示:
实
验
现
象
Fe表面产生大量无色气泡
Fe表面产生少量气泡后迅速停止
Mg表面迅速产生大量气泡
Fe表面有大量气泡,Mg表面有少量气泡
关于上述实验说法不合理的是( )
A.Ⅰ中产生气体的原因是Fe+2H+Fe2++H2↑
B.取出Ⅱ中的铁棒放入CuSO4溶液中立即析出亮红色固体
C.Ⅲ中现象说明Mg在浓H2SO4中没被钝化
D.Ⅳ中现象说明Mg的金属性比Fe的强
2.[新题型][2021广东惠州调研]MnO2在电池、玻璃、有机合成等工业生产中应用广泛。利用粗MnO2(含有杂质MnO和MnCO3)制取纯MnO2的流程如下。
下列说法错误的是( )
A.酸浸过程中可以用浓盐酸代替稀硫酸
B.操作X的名称是过滤
C.氧化过程发生反应的离子方程式为:5Mn2++2ClO3-+4H2O5MnO2↓+Cl2↑+8H+
D.Cl2与NaOH溶液加热反应得到的NaClO3可以循环使用
二、非选择题(共22分)
3.[2021湖北武汉部分学校质检,12分]锌是一种应用广泛的金属,目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌。某种含锌矿的主要成分为ZnS(还含少量FeS等其他成分),以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行,所产生焙砂的主要成分的化学式为 。
(2)“焙烧”过程中产生的含尘烟气可净化制酸,该酸可用于后续的 操作。
(3)浸出液“净化”过程中加入过量锌粉,锌粉的作用是 。
(4)“电解沉积”过程中的阴极采用铝板,阳极采用Pb-Ag合金惰性电极,阳极的电极反应式为 。
(5)改进的锌冶炼工艺,采用了“氧压酸浸”的全湿法流程,既省略了易导致空气污染的焙烧过程,又可获得一种有工业价值的非金属单质。“氧压酸浸”中发生主要反应的离子方程式为 。
(6)我国古代曾采用“火法”工艺冶炼锌。明代宋应星著的《天工开物》中有关于“升炼倭铅”的记载:“炉甘石十斤,装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火煅红……冷定毁罐取出……即倭铅也。”该炼锌工艺过程主要反应的化学方程式为 (注:炉甘石的主要成分为碳酸锌,倭铅是指金属锌)。
4.[2021江西南昌摸底,10分]钛是一种重要的金属,以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3),还含有少量Fe2O3]为原料制备钛的工艺流程如图所示。
(1)“溶浸”过程中生成了TiOSO4,其中Ti的化合价为 , “溶浸”过程发生的主要反应的化学方程式为 。
(2)物质A为单质,化学式为 ,“一系列操作”为蒸发浓缩、 和过滤。
(3)将少量FeSO4·7H2O溶于水,加入一定量的NaHCO3溶液,可制得FeCO3,写出反应的离子方程式 。若反应后的溶液中c(Fe2+)=2×10-6 mol·L-1,则溶液中c(CO32−)= mol·L-1。(已知:常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5×10-6 mol·L-1)
答案
专题六 铁、铜及其化合物 金属的冶炼
1.D 应先加KSCN溶液,后加H2O2,以防Fe3+干扰Fe2+的检验,A项错误;用托盘天平称量物质的质量时只能读数至小数点后一位,不能用托盘天平称取5.85 g药品,B项错误;将FeCl3饱和溶液煮沸可促进Fe3+水解,会得到Fe(OH)3沉淀,C项错误;向乙醇、乙酸和苯三种无色液体中分别加入紫色石蕊溶液,变红色的是乙酸,互溶而不变色的是乙醇,分层的是苯(上层无色),即用紫色石蕊溶液可鉴别乙醇、乙酸和苯,D项正确。
2.C 根据氧化还原反应2Fe3++2I-2Fe2++I2和Br2+2Fe2+2Br-+2Fe3+可知,还原性I->Fe2+>Br-,通入氯气后,氯气会按I-、Fe2+、Br-的顺序发生反应。由于滴加少量的KSCN溶液,溶液变为红色,证明溶液中有Fe3+生成。FeBr2和FeI2的物质的量相同,因此溶液中的I-、Fe2+和Br-的物质的量相同。A选项中反应表示溶液中的I-和Fe2+完全被氯气氧化,正确;B选项中反应表示溶液中的I-、Fe2+和Br-完全被氯气氧化,正确;由于Br-参加反应,且FeBr2和FeI2的物质的量相同,溶液中的I-、Fe2+和Br-的物质的量相同,C选项中反应不合理;D选项中反应表示溶液中的I-全部被氯气氧化,而Fe2+部分被氧化,正确。
3.D 硫酸渣用硫酸酸浸时,氧化铁溶解转化为硫酸铁;加入铁粉,则硫酸铁转化为硫酸亚铁;经过滤Ⅰ,滤渣为过量的铁粉和未溶解的二氧化硅;向滤液中加入碳酸氢铵,发生相互促进的水解反应生成二氧化碳和氢氧化亚铁。 “酸溶”中加热或搅拌或适当增大硫酸浓度均可加快溶解速度,A项正确;根据分析可知,滤渣的主要成分是SiO2和Fe,B项正确; “沉铁”过程中硫酸亚铁与碳酸氢铵发生相互促进的水解反应,化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3Fe(OH)2↓+(NH4)2SO4+2CO2↑,C项正确;“氧化”Fe(OH)2浆液时,若用氯气代替空气,会导致产品中含有杂质,铁黄含量偏低,D项错误。
4.D 向稀硝酸中加入过量铁粉,充分反应后,有气体生成,溶液呈浅绿色,再滴加KSCN溶液,溶液不变色,说明稀硝酸与过量Fe反应生成Fe2+,A不正确。将适量铜粉加入1.0 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液中,固体溶解,溶液变蓝,不能说明金属铁比铜活泼,只能说明Fe3+的氧化性强于Cu2+,B不正确。向0.1 mol·L-1 MgSO4溶液中滴加过量NaOH溶液,再滴加0.1 mol·L-1 CuSO4溶液,先生成白色沉淀,后生成蓝色沉淀,因为NaOH溶液过量,故不能说明Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的小,C不正确。少量铝热剂(只含有一种金属氧化物)溶于足量稀盐酸后,分为两等份,再分别滴加铁氰化钾溶液和KSCN溶液,分别出现蓝色沉淀和溶液变红,说明溶液中有Fe2+和Fe3+。由于铝热剂中的铝粉可以把Fe3+还原为Fe2+,所以铝热剂中铁的氧化物可能是Fe2O3或Fe3O4,D正确。
5.(1)分液漏斗(1分) 液封,防止空气进入装置4(1分) (2)在装置2、3之间添加控制开关(1分) (3)装置4内的空气没有排尽(1分)
【解析】 (1)仪器1的名称为分液漏斗。由于Fe(OH)2易被氧气氧化,故装置5的作用是液封,防止空气进入装置4。(2)3中溶液不能进入4中的原因是生成的氢气沿着导管通过2逸出,三颈烧瓶中无法形成高压,故只需在2、3之间加一个控制开关。(3)生成灰绿色沉淀说明氢氧化亚铁部分被氧化,分析原因应该是装置4中的空气未排尽。
6.(1)浓硫酸具有强氧化性,常温下可使铁表面发生钝化而形成致密稳定的氧化膜(2分)
(2)丁达尔效应(2分)
(3)KSCN(2分)
(4)6(2分)
(5)①牺牲阳极的阴极保护法(2分) ②阴极(2分) 2Cl--2e-Cl2↑(2分)
【解析】 (1)常温下,浓硫酸具有强氧化性,可与铁反应生成致密稳定的氧化膜,阻止金属铁与酸的进一步反应,故可用铁质容器盛放浓硫酸。(2)丁达尔效应是胶体的独特性质,可用来区分胶体与溶液。(3)Fe3+与SCN-相遇会产生红色物质,实验现象明显,常用KSCN溶液检验Fe3+。(4)开始形成Fe(OH)2沉淀时,c2(OH-)=Ksp[Fe(OH)2]c(Fe2+)=1.6×10-161.6 mol2·L-2=1.0×10-16 mol2·L-2,则c(OH-)=1.0×10-8 mol·L-1、pH=6,故为确保溶液中不出现浑浊,溶液的pH不能超过6。(5)①X为锌、开关K置于M处时锌、铁、NaCl溶液构成原电池,铁作正极得到保护,该方法称为牺牲阳极的阴极保护法。②开关K置于N处,是外加电源的阴极保护法,铁作阴极,X极为阳极,Cl-在该电极放电。
7.(1)三颈烧瓶 (1分)
(2)d (2分)
(3)关闭分液漏斗活塞,打开止水夹1、2、3,向丁中烧杯内加水至没过球形干燥管,用酒精灯微热甲中圆底烧瓶,若观察到丁中产生气泡,移去酒精灯后,丁中球形干燥管中形成一段稳定水柱,则说明装置气密性良好 (2分)
(4)2MnO4-+16H++10Cl-2Mn2++5Cl2↑+8H2O (2分)
(5)防止产物K2FeO4分解(1分) 448 (2分)
(6)吸收尾气,防止污染(2分)
【解析】
【实验剖析】
根据实验目的可进行如下分析
装置甲:氯气发生装置,2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
装置乙:氯气除杂装置,用饱和NaCl溶液除去Cl2中的HCl
装置丙:反应装置,2FeCl3+3Cl2+16KOH2K2FeO4+12KCl+8H2O
装置丁:尾气处理装置,Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O。
(1)仪器a为三颈烧瓶。(2)装置甲为氯气的发生装置,由于浓盐酸具有挥发性,制得的氯气中含有氯化氢气体,故装置乙的作用是除去氯气中混有的氯化氢气体,应选择饱和食盐水,故选择装置d。(3)检查装置的气密性时,必须形成密闭系统和压强差,则检查装置气密性的方法是连接好装置乙后,关闭分液漏斗活塞,打开止水夹1、2、3,向丁中烧杯内加水至没过球形干燥管形成密闭系统,用酒精灯微热甲中圆底烧瓶,使装置中气体压强增大,若观察到丁中产生气泡,移去酒精灯后,丁中球形干燥管中形成一段稳定水柱,则说明装置气密性良好。(4)装置甲制取氯气时无需加热,则试剂X为高锰酸钾,反应的离子方程式为2MnO4-+ 16H+ + 10Cl-2Mn2+ + 5Cl2↑ +8H2O。(5)根据提供信息,温度为0~5 ℃或强碱性溶液中高铁酸钾能稳定存在可知,制备过程中装置丙采用冰水浴的目的是防止产物高铁酸钾分解;由实验装置图可知,生成高铁酸钾的化学方程式为2FeCl3+3Cl2+16KOH2K2FeO4+12KCl+8H2O,则1 mol氯化铁完全转化为高铁酸钾消耗氢氧化钾的质量为1 mol×162×56 g· mol-1=448 g。(6)装置丁中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收过量的氯气,防止污染环境。
8.C 由CuCu2+、Cu2O2Cu2+,HNO3NO,根据得失电子守恒可得2n(Cu)+2n(Cu2O)=3n(NO),则n(NO)=23[n(Cu)+n(Cu2O)]=0.1 mol;向反应后的溶液中滴加5 mol·L-1 NaOH溶液至金属离子恰好完全沉淀,得到NaNO3溶液,n(Na+)=n(NO3-)。根据氮元素守恒,n(NO3-)=n(HNO3)-n(NO)=2 mol·L-1×0.8 L-0.1 mol=1.5 mol。故n(NaOH)=n(Na+)=1.5 mol,所加NaOH溶液的体积为1.5mol5mol·L-1=0.3 L=300 mL,C项正确。
9.D 铜能溶于稀硝酸,过滤、低温干燥不能得到纯铜,A项错误;电解精炼银时,粗银作阳极,纯银作阴极,B项错误;CuO、Fe2O3与稀硫酸的反应均为非氧化还原反应,C项错误;滤液B中主要含有硫酸亚铁,可用于提取FeSO4·7H2O,D项正确。
10.(1)促进碳酸钠的水解,提高清洗效率(1分) (2)Fe+2H+Fe2++H2↑(或Fe+2Fe3+3Fe2+)(2分) (3)H2O2(1分) (4)取少量溶液B于试管中,先加KSCN溶液,不显红色,再加氯水后显红色(2分) (5)CuCl2Cl2↑+Cu(2分)
【解析】
(1)Na2CO3溶液因CO32−水解呈碱性,加热能促进CO32−水解,使溶液碱性增强,从而提高油污的清洗效率。(2)Fe与FeCl3溶液或与盐酸反应均能生成Fe2+。(3)步骤③通入Cl2是为了将溶液B中的Fe2+氧化成Fe3+,可用绿色氧化剂H2O2代替有毒的Cl2。(4)向溶液B中加入KSCN溶液无明显现象,滴入氯水后出现红色,则可证明溶液B中仅含Fe2+而无Fe3+。(5)步骤⑤电解时,阳极和阴极分别为Cl-和Cu2+放电,相当于电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2。
11.D 在金属的冶炼方法中,铝热法中发生的是置换反应,铝是还原剂,本质上属于热还原法,A项正确;化学上所说的钢铁,其实钢是钢,铁是铁,钢是混合物,而铁是纯净物,B项正确; FeCuS2中硫元素的化合价从-2升高到-1,单质S中硫元素化合价从0降低到-1,因此FeS2既是氧化产物又是还原产物,C项正确;BrCl跟水反应生成HCl和HBrO,反应中元素的化合价均不变化,不是氧化还原反应,D项错误。
12.B
由上述分析可知,Fe由0价变为+3价,1 mol Fe失去3 mol电子,Mn由+4价变为+2价,1 mol MnO2得到2 mol电子,由于Fe也能还原Hg2+、Pb2+,故1 mol Fe至多还原1.5 mol MnO2,A项正确;重金属主要在滤渣1中,B项错误;煮沸可促进Fe3+水解,使沉淀颗粒长大,便于过滤分离,C项正确;汞、铅等重金属能污染水源和土壤,合理处理废旧电池有利于资源再利用,并防止重金属污染,D项正确。
1.C A项,FeCl3和NaOH在溶液中反应生成红褐色氢氧化铁沉淀,不能得到氢氧化铁胶体,应该将饱和氯化铁溶液滴入沸水中加热至液体呈红褐色来制取氢氧化铁胶体,错误;B项,氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,该反应中氧化剂是Co2O3,氧化产物是Cl2,所以氧化性Cl2
3.C 由题图知,E中含有Fe2+,而A为含有铜单质、金单质的混合物,通过过滤将活泼性比铁弱的铜、金分离出来,因此标号①处加入的物质为铁屑,发生的反应为Fe+2H+Fe2++H2↑,2Fe3++Fe3Fe2+,Cu2++FeCu+Fe2+,2Au3++3Fe2Au+3Fe2+;标号②处加入稀硫酸以除去铜、金中过量的铁屑,发生的反应是Fe+2H+Fe2++H2↑,并将过滤后得到的含硫酸亚铁的溶液与含Fe2+的E溶液相混合;标号③处利用金不溶于硝酸的性质将铜与金分离开,发生的反应是铜与稀硝酸的反应。标号①②③处发生的反应均为氧化还原反应,A项正确。标号③处加入的相应物质是稀硝酸,B项正确。标号①处发生的离子反应有四个,C项错误。氧化铁是一种红棕色粉末,化学式为Fe2O3,工业上常用作红色颜料,D项正确。
4.C 由于铁屑能与空气中氧气发生反应,因此实验开始时应先通入干燥的氯气一段时间,排尽装置中空气后再加热①处,A项错误;根据FeCl3加热易升华,结合实验装置图可知,②处冷水的作用是冷凝FeCl3蒸气,B项错误;根据无水FeCl3在空气中易潮解,可知装置③的作用是防止水蒸气进入装置②,可以用盛有浓硫酸的洗气瓶代替,C项正确;装置④为吸收尾气氯气的装置,实验后④中溶液含FeCl3,蒸发时水解反应FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl不断正向进行,因此得不到无水FeCl3,D项错误。
5.(每空2分)(1)4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O
(2)1.0到1.5
(3)KSCN
(4)4H2O2+CuSCu2++SO2- 4+4H2O
(5)139cV100m×100%
【解析】 (1)第二阶段Fe2+被空气中的氧气氧化为Fe3+,配平离子方程式为:4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O。(2)根据已知①,T.f细菌在pH 1.0~6.0范围内可保持活性,知pH要在1.0到6.0范围内,结合工艺流程,堆浸过程中不能使Fe3+、Cu2+沉淀,根据已知②知pH要小于1.5,故生物堆浸过程中,应控制溶液的pH在1.0到1.5范围内。(3)检验堆浸液中Fe3+是否被还原完全,可取少量溶液X,向其中加入KSCN溶液,观察溶液是否变为红色。(4)根据工艺流程,过程Ⅱ加入H2O2,将CuS氧化为CuSO4,由CuSCuSO4,1 mol CuS失8 mol电子,而1 mol H2O2得2 mol电子,根据得失电子守恒,CuS、H2O2的化学计量数分别为1、4,再结合电荷守恒和原子守恒,配平离子方程式为:4H2O2+CuSCu2++SO42−+4H2O。(5)根据滴定原理:5Fe2++MnO4-+8H+5Fe3++Mn2++4H2O,可得关系式:5Fe2+~MnO4-,n(绿矾)=5n(KMnO4)=5×c mol·L-1×V×10-3L=5cV×10-3 mol,则绿矾质量分数的计算式为5cV×10-3mol×278g·mol-1mg×100%=139cV100m×100%。
6.(1)滴加几滴KSCN溶液,溶液不变红(2分) (2)AgI(1分) (3)①4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O(2分) 溶液中Ag+具有氧化性,可产生Fe3+(2分) ②Ag+与I-反应生成了AgI沉淀,降低了I-的浓度,使平衡2Fe2++I22Fe3++2I-正向移动,使I2氧化了Fe2+(2分) (4)①加入足量稀硝酸,振荡,固体部分溶解,产生无色气泡,遇空气变成红棕色。静置,取少许上层清液,加入稀盐酸,有白色沉淀生成(2分) ②i.Fe2++Ag+Fe3++Ag↓(2分) ii.AgI分解产生的Ag催化了Fe2+与Ag+的反应(2分)
【解析】 (1)检验Ⅱ中无Fe3+的实验操作及现象:取少量Ⅱ中溶液,滴加几滴KSCN溶液,溶液不变红。(2)分析可知,Ⅲ中的黄色浑浊是AgI。(3)①空气中存在O2,由于发生反应4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O可产生Fe3+;溶液中Ag+具有氧化性,可产生Fe3+;酸性溶液中NO3-具有氧化性,可产生Fe3+;该条件下,I2溶液可将Fe2+氧化为Fe3+。②通过实验进一步证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因,假设d成立。Ⅱ→Ⅲ的过程中I2溶液氧化Fe2+的原因: Ag+与I-反应生成了AgI沉淀,降低了I-的浓度,使平衡2Fe2++I22Fe3++2I-正向移动,使I2氧化了Fe2+。(4)①验证灰黑色浑浊含有Ag的实验操作及现象:取洗净后的灰黑色固体,加入足量稀硝酸,振荡,固体部分溶解,产生无色气泡,遇空气变成红棕色。静置,取少许上层清液,加入稀盐酸,有白色沉淀生成。②ⅰ.向1 mL 0.1 mol·L-1 FeSO4溶液中加入1 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3溶液,开始时,溶液无明显变化。几分钟后,出现大量灰黑色浑浊,说明银离子氧化亚铁离子生成铁离子和银,发生反应Ag++Fe2+Ag↓+Fe3+。ⅱ.经检验,Ⅳ中灰黑色浑浊中含有AgI和Ag,Ⅳ中迅速出现灰黑色浑浊的可能原因是AgI分解产生的Ag催化了Fe2+与Ag+的反应。
7.(1)铝与氧气反应生成致密的氧化膜,对铝起到保护作用(1分) 两性(1分) Al2O3+6H+2Al3++3H2O、Al2O3+2OH-2AlO2-+H2O(2分) (2)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2(2分) 取少许溶液于试管中,滴入几滴K3[Fe(CN)6]溶液,若有蓝色沉淀生成,则溶液中含有Fe2+(2分) 不正确,铁与水蒸气反应生成的Fe3O4溶于酸生成的Fe3+与过量的铁粉反应生成Fe2+,所以加KSCN溶液不变色(2分) (3)2Cr2O72−+16H+4Cr3++3O2↑+8H2O(2分)
【解析】 (1)铝与氧气反应生成致密的氧化膜,对铝起到保护作用,因此铝制品具有很好的耐腐蚀性能;Al2O3既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水,因此Al2O3属于两性氧化物。(2)步骤①铁粉和水蒸气反应生成Fe3O4和H2。步骤③检验Fe2+的实验操作:取少许溶液于试管中,滴入几滴K3[Fe(CN)6]溶液,若有蓝色沉淀生成,则溶液中含有Fe2+。步骤④加入KSCN溶液,无明显现象,这并不能说明铁与水蒸气反应只生成Fe2+,也可能是Fe3O4溶于酸生成的Fe3+与过量的铁粉反应生成Fe2+。(3)Cr2O72−转化成Cr3+,铬元素化合价降低,则氧元素化合价升高,生成的无色气体为O2,根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒配平离子方程式,得2Cr2O72−+16H+4Cr3++3O2↑+8H2O。
8.(1)HNO3(1分) 药匙、量筒、100 mL容量瓶、胶头滴管(2分) 搅拌、引流(2分)
(2)酸式滴定管(1分) 2∶3(1分)
(3)ACB(2分) 无水CaCl2(1分)
(4)排除装置中的空气(1分) 产生白色固体(1分)
(5)64(a-b)80a×100%或80(a-b)a%或64(a-c-d)80a×100%或80(a-c-d)a% (2分)
【解析】 (1)因需用AgNO3溶液滴定Cl-,故用来溶解碱式氯化铜的酸不能与AgNO3反应,应为HNO3。用一定质量的固体准确配制100 mL溶液时,需要用到分析天平、药匙、烧杯、量筒、玻璃棒、100 mL容量瓶、胶头滴管。其中玻璃棒的作用是:溶解固体时搅拌,加速溶解,转移溶液至容量瓶时引流。(2)由于EDTA标准溶液呈酸性,故盛放其的仪器为酸式滴定管。依据化合物中各元素化合价代数和为0,得2x=y+z ①,依据n(Cu2+) ∶n(Cl-)=2 ∶1,得x=2z ②,将①、②联立可得x ∶y=2 ∶3。(3)碱式氯化铜受热会发生分解,产生HCl气体、H2O、CuO,通过AgNO3溶液可测定氯元素含量,则C装置用于测定H2O的含量,因此C装置应在B装置之前,需盛放干燥剂以吸收分解产生的水蒸气,且该干燥剂不能与HCl反应,故可选无水CaCl2。(4)实验开始前通入N2,主要目的是排除装置中的空气,防止空气中的水蒸气影响实验结果。HCl+AgNO3AgCl↓+HNO3,因此会看到B中产生白色沉淀。(5)A中固体由绿色变为黑色,说明加热分解生成了CuO,A中减少的b g为HCl与H2O的总质量,B中增加的c g为HCl的质量,C中增加的d g为H2O的质量,则CuO的质量为(a-b) g或(a-c-d) g。故碱式氯化铜样品中Cu的质量分数计算式为64(a-b)80a×100%或80(a-b)a%或64(a-c-d)80a×100%或80(a-c-d)a%。
1.B 铁和稀硫酸反应生成H2,因此铁表面产生大量无色气泡,合理,故A项不符合题意;铁遇浓硫酸发生钝化,铁的表面产生一层致密的氧化物薄膜,阻碍反应的进一步进行,因此将其放入硫酸铜溶液中不会立即析出亮红色固体,不合理,故B项符合题意;根据实验现象,镁表面迅速产生大量气泡,说明镁遇浓硫酸未发生钝化,合理,故C项不符合题意;根据原电池的工作原理,正极上产生气泡,因此铁作正极,镁作负极,即镁的金属性强于铁,合理,故D项不符合题意。
2.A 浓盐酸能与二氧化锰在加热条件下反应生成氯气,故酸浸时不能用浓盐酸代替稀硫酸,A项错误;将不溶性固体和液体分离用过滤的方法,B项正确;由流程图可知,加入NaClO3氧化Mn2+得到氯气和二氧化锰,离子反应为:5Mn2++2ClO3-+4H2O5MnO2↓+Cl2↑+8H+,C项正确;氯气与NaOH溶液加热反应得到氯化钠、氯酸钠和水,氯酸钠可循环使用,D项正确。
3.(1)ZnO(2分)
(2)浸出(2分)
(3)将Fe还原出来(2分)
(4)2H2O-4e-4H++O2↑(2分)
(5)2ZnS+4H++O22Zn2++2S+2H2O(2分)
(6)ZnCO3+2CZn+3CO↑(2分)
【解析】 (1)硫化锌精矿焙烧时主要发生反应:2ZnS+3O22ZnO+2SO2,则所产生的焙砂的主要成分的化学式为ZnO。(2)“焙烧”过程中产生的含尘烟气净化后可制成硫酸,用于后续的浸出操作。(3)浸出液的主要成分为ZnSO4、Fe2(SO4)3,“净化”过程中加入过量锌粉,锌粉可以将Fe置换出来。(4)“电解沉积”过程即电解ZnSO4溶液的过程,阳极上H2O放电,电极反应为:2H2O-4e-4H++O2↑。(5)根据题意知,“氧压酸浸”时通入氧气或空气,将ZnS转化为Zn2+和S,由1 mol ZnS失去2 mol电子,1 mol O2得到4 mol电子,根据得失电子守恒,知ZnS和O2的化学计量数分别为2、1,再结合电荷守恒和原子守恒,配平离子方程式为:2ZnS+O2+4H+2Zn2++2S+2H2O。(6)由“炉甘石十斤”“用煤炭饼垫盛”知,该炼锌工艺过程主要发生碳酸锌和碳的反应,得到单质锌和CO,化学方程式为ZnCO3+2CZn+3CO↑。
4.(1)+4(1分) FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O(2分)
(2)Fe(1分) 冷却结晶(2分)
(3)Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O(2分) 1.0×10-5(2分)
【解析】 (1)TiOSO4中S的化合价为+6,O的化合价为-2,根据化合物中各元素化合价的代数和为0,可知TiOSO4中Ti的化合价为+4。结合钛铁矿的成分及“溶浸”过程中生成了TiOSO4,知该过程发生的主要反应的化学方程式为FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O。(2)该流程中还有副产物FeSO4·7H2O,故需将溶浸产物中的Fe3+转化为Fe2+,物质A为Fe。“一系列操作”包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。(3)HCO3-能电离出H+和CO32−,Fe2+与CO32−结合形成难溶的FeCO3沉淀,H+与另一分子HCO3-反应生成CO2和H2O,故反应的离子方程式为Fe2++2HCO3-FeCO3↓+CO2↑+H2O。常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5×10-6 mol·L-1,则Ksp(FeCO3)=4.5×10-6×4.5×10-6≈2×10-11。当反应后的溶液中c(Fe2+)=2×10-6 mol·L-1时,c(CO32−)=2.0×10-112×10-6 mol·L-1=1.0×10-5 mol·L-1。
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