高考化学二轮复习专题四元素及其化合物含答案

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专题四　元素及其化合物
A组　基础巩固练
1.(2022福建漳州一模)关于化学在生产、生活中的应用,下列说法正确的是(　　)
A.家用电器起火时,用泡沫灭火器进行灭火
B.H2O2溶液、二氧化氯、过氧乙酸等均具有强氧化性,用于杀菌消毒
C.二氧化硫是有毒物质,严禁将其添加到任何食品和饮料中
D.包装食品里常有硅胶、生石灰、还原铁粉三类小包,其作用相同
2.(2022河北邯郸一模)在给定条件下,下列物质间的转化均能一步实现的是(　　)
A.HClO(aq)Cl2(g)FeCl3(aq)
B.Fe2O3(s)Fe(s)Fe3O4(s)
C.NH3(g)N2(g)NO2(g)
D.SO2(s)CaSO3(s)CaSO4(s)
3.(2022福建龙岩一模)科研人员发现,在-50 ℃环境中,用水可制得直径在800 nm~10 μm的光纤,其性能与石英光纤相似。下列说法正确的是(　　)
A.石英光纤的主要成分是硅
B.冰的密度比液态水小,是由于前者含有更多的氢键
C.冰光纤是一种胶体,具有丁达尔现象
D.冰光纤和石英光纤都是分子晶体
4.(2022广东卷,8)实验室用MnO2和浓盐酸反应生成Cl2后,按照净化、收集、性质检验及尾气处理的顺序进行实验。下列装置(“→”表示气流方向)不能达到实验目的的是(　　)

5.(2022广东梅州一模)化学在生活中有着广泛的应用,下列有关物质的性质和用途不具有对应关系的是(　　)
选项
性质
用途
A
NH3易溶于水
用作制冷剂
B
硅胶多孔,吸附性强
用作食品干燥剂
C
NaN3分解产生大量气体
用作汽车安全气囊产气药
D
SO2具有抗氧化性且能杀菌消毒
用作葡萄酒中的添加剂
6.(双选)(2022山东济宁一模)已知甲、乙为单质,丙为化合物,不能实现下述转化关系的是(　　)
甲+乙丙丙的溶液甲
A.若向丙的溶液中滴加NaOH溶液有蓝色沉淀生成,则甲可能为Cu
B.若丙的溶液遇Na2CO3放出气体CO2,则甲可能是H2
C.若向丙的溶液中滴加KSCN溶液显红色,则甲可能为Fe
D.若丙溶于水后得到强碱溶液,则甲可能是Cl2
7.(2022广东江门一模)部分含氮物质的分类与相应氮元素的化合价关系如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.从氮元素的化合价角度考虑:a有还原性
B.b、c都是大气污染物,可引起光化学烟雾
C.d的溶液与金属银反应可生成b、c
D.a与d形成的化合物对水的电离没有影响
8.(双选)(2022山东聊城一模)下列依据实验方案和现象做出的判断合理的是(　　)
实验
方案
实验Ⅰ:

实验Ⅱ:

实验
现象
试纸中心区变黑,边缘变红
黑色固体溶解,溶液接近无色(溶液中锰元素仅以Mn2+存在),产生能使带火星的木条复燃的无色气体
A.由Ⅰ可知,浓硫酸具有脱水性
B.由Ⅰ可知,浓硫酸具有弱酸性
C.由Ⅱ可知,浓硫酸具有酸性
D.由Ⅱ可知,浓硫酸具有吸水性
9.(2022河北名校联盟联考)某兴趣小组利用工业废弃的铁铜合金制备碱式碳酸铜的简易流程如图。下列叙述错误的是(　　)

A.“沉降”反应中溶液与Na2CO3以不同方式或不同用量比混合不影响产品成分
B.“过滤1”所得的滤液中的溶质主要为硫酸铜
C.“滤渣”的主要成分为氢氧化铁
D.“溶解”时发生了氧化还原反应
10.(2022辽宁抚顺一模)如图所示仪器可用于实验室制备少量无水FeCl3(已知:FeCl3遇水易水解),则下列说法正确的是(　　)


A.该实验中用于制Cl2的KMnO4也可以换成MnO2
B.仪器的接口顺序为:a→e→d→h→i→c→b→g
C.可将制得的FeCl3先溶于较浓的盐酸中,再加水至指定体积,配成一定浓度的FeCl3溶液
D.用于干燥Cl2的浓硫酸可换成碱石灰
11.(2022湖北黄石二模)二氧化氯(ClO2)是一种高效消毒灭菌剂,可有效灭活新冠病毒,但其稳定性较差,故常采用H2O2和NaOH混合溶液将其吸收转化为NaClO2保存。现利用如下装置及试剂制备NaClO2。
已知:①ClO2的熔点为-59 ℃,沸点为11 ℃。纯ClO2易分解爆炸;ClO2极易溶于水,且在碱性环境中能发生反应2ClO2+2OH-ClO3-+ClO2-+H2O。
②高于60 ℃时NaClO2分解成NaClO3和NaCl

回答下列问题:
(1)仪器A的名称是　　　　　　　　　,其优点是　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)B为ClO2的发生装置,生成ClO2的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　。 
(3)实验过程中持续通入N2的速度不能太快也不能太慢的原因是　　　　　　　　　　　　　;实验室制取N2有多种方法,请根据元素化合物知识和氧化还原反应相关理论,结合下列供选的试剂,选出一种可行的方法,化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。[可供选择的试剂:CuO(s)、NH3(g)、Cl2(g)、O2(g)、饱和NaNO2溶液、饱和NH4Cl溶液] 
(4)装置C需要采用冰水浴,可能的原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;该装置中H2O2和NaOH需要按照一定比例加入,NaOH过量时导致的后果是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(5)NaClO2饱和溶液在温度低于38 ℃时析出的晶体是NaClO2·3H2O,高于38 ℃时析出的晶体是NaClO2。从NaClO2溶液中获得NaClO2固体的操作:
①减压,55 ℃蒸发结晶;②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;③无水乙醇洗涤;④　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,得到成品。 
(6)某同学根据“SO2+2OH-+H2O2SO42-+2H2O”推测产品中含Na2SO4杂质,请设计简单实验证明:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
12.(2022安徽马鞍山一模)钪(Sc)是一种稀土金属。从钛白酸性废水(主要含Ti4+、Fe2+,微量Sc3+)中富集钪,并制备氧化钪(Sc2O3)的工艺流程如下。

回答下列问题:
(1)“有机相”中主要含有Ti4+、Fe2+、Sc3+,酸洗时加入H2O2溶液的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)在实验室中,“操作”需要的玻璃仪器有烧杯、　　　　　　　　　,“滤渣”的主要成分是Ti(OH)4、　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)调pH的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;检验“含Sc3+滤液”中是否含Fe3+的操作为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)写出焙烧草酸钪时反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(5)钛白酸性废水中Sc3+的含量为10.0~20.0 mg·L-1,该工艺日处理钛白酸性废水50.0 m3,理论上能生产含85%氧化钪的产品最多　　　　　 kg。 

B组　能力提升练
1.(2022广东广州一模)中国空间站天和核心舱的主要能量来源是砷化镓(GaAs)太阳电池阵,其中Ga与Al同主族,化学性质相似。下列说法错误的是(　　)
A.砷化镓属于金属材料
B.GaAs中As的化合价是-3价
C.镓既能与盐酸反应,又能与NaOH溶液反应
D.砷化镓电池能将光能转化为电能
2.(2022广东深圳一模)化学改善人类的生活,创造美好的世界。下列生产生活情境中涉及的化学原理不正确的是(　　)
选项
生产生活情境
化学原理
A
国庆节天安门广场燃放烟花,色彩绚丽
利用了某些金属元素的焰色试验
B
用氯化铁溶液刻蚀覆铜板制作印刷电路板
铜与FeCl3发生置换反应
C
汽车尾气催化转化器处理NO和CO
NO和CO发生反应生成无毒气体
D
秸秆、餐厨垃圾等进行密闭发酵提供燃料
发酵过程中产生CH4
3.(2022广东卷,5)若将铜丝插入热浓硫酸中进行如图(a~d均为浸有相应溶液的棉花)所示的探究实验,下列分析正确的是(　　)

A.Cu与浓硫酸反应,只体现H2SO4的酸性
B.a处变红,说明SO2是酸性氧化物
C.b或c处褪色,均说明SO2具有漂白性
D.试管底部出现白色固体,说明反应中无H2O生成
4.(2022湖南雅礼中学三模)在下列物质的工业制法中,生产操作和它的主要目的均正确的是(　　)
A.Na2CO3:向分离出NaHCO3后的母液中加入食盐,促进NH4Cl结晶
B.H2SO4:在高温高压下转化SO2,提高转化率和反应速率
C.NH3:氮氢循环操作,提高NH3平衡浓度
D.Cu:电解槽的阳极为精铜,阴极为粗铜
5.(2022广东韶关一模)硫及其化合物的“价—类”二维图体现了化学变化之美。下列有关说法正确的是(　　)

A.硫单质在氧气中燃烧可直接生成c
B.b能使酸性KMnO4溶液褪色,体现其漂白性
C.可存在a→d的转化关系
D.Al与d的浓溶液不反应,可用铝制容器盛装d的浓溶液
6.(2022广东深圳二模)部分含铁微粒所带的电荷数与其中铁元素化合价的关系如图所示,由该图可预测含铁微粒间相互转化时所需的试剂。下列推断不合理的是(　　)

A.M一定为FeO
B.若R为单质,则常温下浓硫酸可使R钝化
C.若Q为金属阳离子,则可用K3[Fe(CN)6]溶液检验
D.Fe3+与氧化剂在碱性条件下反应可生成FeO42-
7.(2022山东临沂一模)工业上可用克劳斯工艺处理含H2S的尾气获得硫黄,工艺流程如下:

已知反应炉中部分H2S发生反应:2H2S+3O22SO2+2H2O。下列说法错误的是(　　)
A.可用品红溶液检验排放的气体中是否含有二氧化硫
B.每回收32 g单质硫,理论上消耗氧气的体积为33.6 L(标准状况)
C.催化转化器中发生的反应为SO2+2H2S3S+2H2O
D.为提高H2S转化为S的比例,理论上应控制反应炉中H2S的转化率约为33.3%
8.(双选)(2022湖南部分重点校联考)CuCl为白色固体,难溶于水和乙醇,潮湿时易被氧化,常用于媒染剂。以废铜渣(主要成分为Cu,含少量Ni、Al2O3等)为原料制备CuCl的工艺流程如下:

下列说法正确的是(　　)
A.“碱溶”时发生了Al和NaOH溶液的反应
B.“洗涤”时使用乙醇防止CuCl被氧化
C.“还原”反应所得的溶液中大量存在Cu2+、H+、SO32-、Cl-
D.工艺流程中的主反应不包含分解反应
9.(2022河北唐山一模)镍、钴及其化合物在工业上有广泛的应用。工业上用红土镍矿(主要成分为NiO,还含有CoO、FeO、Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO和SiO2)制备NiSO4·6H2O和钴的工艺流程如图所示。

已知:①Ni、Co的化学性质与Fe相似;
②溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示:
金属离子
Ni2+
Al3+
Fe3+
Fe2+
Co2+
Mg2+
开始沉淀时的pH
6.8
4.1
2.2
7.5
7.2
9.4
沉淀完全时的pH
9.2
5.4
3.2
9.0
9.0
12.4
③“萃取”可将金属离子进行富集与分离,原理如下:X2+(水相)+2RH(有机相)XR2(有机相)+2H+(水相)。
回答下列问题:
(1)滤渣1的主要成分为　　　(填化学式)。 
(2)调pH的目的为沉铁和沉铝。沉铁时发生的氧化还原反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。如何证明NaClO已足量:　　　　　　　　　　　　　　　　　(写出具体操作过程)。 
(3)滤渣3的成分为MgF2和CaF2。若滤液1中c(Ca2+)=1.0×10-3 mol·L-1,当滤液2中c(Mg2+)=1.5×10-6 mol·L-1时,除钙率为　　　　　　　　　　(忽略沉淀前后溶液体积的变化)。[已知:Ksp(CaF2)=1.5×10-10、Ksp(MgF2)=7.5×10-11] 
(4)用25%P507+5%TBP+70%磺化煤油做萃取剂,萃取时,Co、Ni的浸出率和钴/镍分离因素随pH的关系如图所示:

萃取时,选择pH为　　　左右。 
(5)试剂X为　　　　　　　　　。 
(6)资料显示,硫酸镍结晶水合物的形态与温度有如表关系。
温度
低于30.8 ℃
30.8~53.8 ℃
53.8~280 ℃
高于280 ℃
晶体形态
NiSO4·7H2O
NiSO4·6H2O
多种结晶水合物
NiSO4
由NiSO4溶液获得稳定的NiSO4·6H2O晶体的操作M依次是蒸发浓缩、　　　　　、过滤、洗涤、干燥。 
10.(2021山东卷,17节选)工业上以铬铁矿(FeCr2O4,含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7·2H2O)的工艺流程如图。回答下列问题:

(1)焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2CrO4并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐,焙烧时气体与矿料逆流而行,目的是  　。 
(2)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10-5 mol·L-1时,可认为已除尽。

中和时pH的理论范围为　　　　　　　;酸化的目的是　　　　　　　　　　　　;Fe元素在　　　　　　(填操作单元的名称)过程中除去。 
(3)冷却结晶所得母液中,除Na2Cr2O7外,可在上述流程中循环利用的物质还有　　　　　　　　　　　。 



参考答案

专题四　元素及其化合物
A组　基础巩固练
1.B　解析 家用电器起火时,不能用泡沫灭火器进行灭火,否则容易发生触电事故,A错误;H2O2溶液、二氧化氯、过氧乙酸等均具有强氧化性,都能使蛋白质发生变性而起到杀菌消毒的作用,B正确;二氧化硫是有毒物质,但二氧化硫具有较强的还原性,常用作葡萄酒的抗氧化剂,C错误;包装食品里放置硅胶和生石灰的小包主要是用于吸水,起防潮的作用,放置还原铁粉的小包主要起抗氧化的作用,其作用有所不同,D错误。
2.B　解析 HClO不稳定,光照下会分解为O2和HCl,A错误;Fe2O3被CO还原为铁单质,铁和水蒸气在高温时反应生成Fe3O4,B正确;N2(g)与O2(g)在放电条件下只能生成NO,不能生成NO2,C错误;由于酸性:HCl>H2SO3,则SO2不能与CaCl2溶液反应,D错误。
3.B　解析 石英光纤的主要成分是二氧化硅,A错误;水分子间存在氢键,冰中水分子空间排列有规则,分子间存在较多的氢键,增大了水分子之间的距离,因此冰的密度比液态水小,B正确;冰光纤的构成微粒只有水分子一种,属于纯净物,不属于分散系,因此不属于胶体,也不具有丁达尔现象,C错误;冰光纤构成微粒是水分子,属于分子晶体,而石英光纤则属于共价晶体,故二者的晶体类型不相同,D错误。
4.D　解析 A项装置为净化装置,通过饱和食盐水除掉氯化氢杂质,再通过浓硫酸干燥,处理顺序正确,不符合题意;B项装置为收集装置,氯气的密度比空气大,收集氯气时导管应长进短出,装置正确,不符合题意;C项装置为性质检验装置,干燥的氯气通过干燥的红布条时,红布条不褪色,而通过湿润的红布条时,红布条褪色,据此可知氯气不具备漂白性,可以达到实验目的,不符合题意;D项装置为尾气处理装置,氯气在水中的溶解度不大,选用水吸收尾气会使尾气吸收不完全,应选用氢氧化钠溶液吸收,D项不能达到实验目的,符合题意。
5.A　解析 氨气分子易液化得到液氨,液氨汽化时会吸收热量,常用作制冷剂,A错误;硅胶多孔,吸附性强,能吸附水蒸气,常用作食品干燥剂,B正确;NaN3受到撞击会分解产生大量气体起到保护作用,常用作汽车安全气囊产气药,C正确;二氧化硫具有还原性,常用作葡萄酒中的添加剂,葡萄酒中加入二氧化硫能起到抗氧化和杀菌消毒的作用,D正确。
6.CD　解析 若向丙的溶液中滴加NaOH溶液有蓝色沉淀生成,则丙为铜盐,该铜盐可以是CuCl2等,电解氯化铜溶液生成Cu与氯气,Cu在氯气中燃烧生成氯化铜,符合转化关系,即甲可能为Cu,A正确;若丙的溶液遇Na2CO3产生CO2气体,丙可以为HCl,电解盐酸生成氢气与氯气,氢气在氯气中燃烧生成HCl,符合转化关系,即甲可能为H2,B正确;若向丙的溶液中滴加KSCN溶液显红色,则丙中含有Fe3+,但电解铁盐溶液不能生成单质Fe,不符合转化关系,C错误;若丙溶于水后得到强碱溶液,丙的溶液可以是NaOH溶液,丙可以为过氧化钠,电解NaOH溶液生成的是氢气与氧气,得不到Cl2,D错误。
7.D　解析 由题图可知,a为NH3、b为NO,c为NO2或N2O4,d为HNO3。a为NH3,NH3中N元素的化合价为-3价,处于最低价,故从氮元素的化合价角度考虑,a有还原性,A正确;NO、N2O4、NO2都是大气污染物,可引起光化学烟雾,B正确;d为HNO3,则Ag与浓硝酸反应生成NO2,Ag与稀硝酸反应生成NO,故d的溶液与金属银反应可生成b、c,C正确;a为NH3,d为HNO3,a与d形成的化合物NH4NO3为强酸弱碱盐,NH4+能够发生水解,故对水的电离起促进作用,D错误。
8.AC　解析 浓硫酸滴到湿润的蓝色石蕊试纸上,试纸中心区变黑,边缘变红,说明浓硫酸具有脱水性,使试纸脱水炭化,A正确;实验Ⅰ中试纸边缘变红,说明浓硫酸具有酸性,无法证明具有弱酸性,B错误;由实验Ⅱ可知,MnO2被还原为Mn2+,产生能使带火星的木条复燃的无色气体,结合氧化还原反应规律推知,-2价O元素被氧化生成O2,该反应中浓硫酸表现了酸性,C正确,D错误。
9.A　解析 向废弃的铁铜合金中加入稀硫酸和H2O2溶液进行反应,得到硫酸铁、硫酸铜的混合溶液,之后加入CuO调节pH除去Fe3+,过滤掉Fe(OH)3沉淀,向滤液中加入碳酸钠溶液沉降得到碱式碳酸铜,过滤得到产品。“沉降”反应中溶液是CuSO4溶液,与Na2CO3的混合方式应该是将Na2CO3溶液加入CuSO4溶液中,若将CuSO4溶液加入Na2CO3溶液中,将会生成更多的氢氧化铜沉淀,影响碱式碳酸铜的生成,A错误;根据分析可知,加入CuO调节pH可以除去Fe3+,滤液中的溶质主要为硫酸铜,B正确;加入CuO调节pH可以Fe(OH)3沉淀的形式除去Fe3+,C正确;溶解过程中H2O2在酸性环境中可以将Fe、Cu氧化,D正确。
10.C　解析 常温下MnO2与浓盐酸不发生反应,不能换成MnO2,A错误;KMnO4与浓盐酸反应制取的Cl2中混有HCl、H2O(g),先通过饱和NaCl溶液除去HCl,再通过浓硫酸除去H2O(g),干燥的Cl2与铁粉在加热时反应生成FeCl3,用NaOH溶液吸收尾气Cl2。由于FeCl3遇水易水解,在连接盛有NaOH溶液洗气瓶前要接盛有浓硫酸的洗气瓶,防止NaOH溶液中H2O(g)进入,故仪器的接口顺序为a→e→d→c→b→h→i(或i→h)→c→b→g,B错误;FeCl3易发生水解反应,配制其溶液时,要先将FeCl3溶于较浓的盐酸中,再加水稀释,C正确;Cl2可与碱石灰反应,故用于干燥Cl2的浓硫酸不能换成碱石灰,D错误。
11.答案 (1)恒压滴液漏斗　平衡气压,使75%的浓硫酸顺利流下
(2)2ClO3-+SO32-+2H+2ClO2↑+H2O+SO42-或2ClO3-+SO22ClO2+SO42-
(3)N2流速过快时ClO2不能被充分吸收,太慢时装置内的ClO2不能被及时移走,会导致浓度过高而分解爆炸　2NH3+3CuO3Cu+N2+3H2O(或NH4Cl+NaNO2NaCl+2H2O+N2↑)
(4)液化ClO2;防止H2O2在较高温度下分解;防止温度过高时NaClO2分解　产品中含有杂质NaClO3
(5)②趁热过滤　④低于60 ℃干燥
(6)取适量产品置于试管中,加足量稀盐酸溶解后,滴加BaCl2溶液,若产生白色沉淀,说明产品中含Na2SO4杂质,反之,则不含
解析 (2)装置B中的反应为75%的浓硫酸、Na2SO3及NaClO3反应生成ClO2,Cl的化合价由+5价降低为+4价,硫的化合价由+4价变为+6价,根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒,可得配平的离子方程式为2ClO3-+SO32-+2H+2ClO2↑+H2O+SO42-或2ClO3-+SO22ClO2+SO42-。
(3)N2流速过快时ClO2不能被充分吸收,太慢时装置内的ClO2不能被及时移走,会导致浓度过高而分解爆炸;实验室中制备少量氮气的基本原理是用适当的氧化剂将氨或铵盐氧化,常见的有氨气和灼热的氧化铜反应,该反应的化学方程式为2NH3+3CuO3Cu+N2+3H2O;还可利用饱和NaNO2(aq)和饱和NH4Cl(aq)在加热条件下发生氧化还原反应制备氮气,反应的化学方程式为NH4Cl+NaNO2NaCl+2H2O+N2↑。
(4)ClO2的熔点为-59 ℃,沸点为11 ℃,冰水浴可使ClO2液化;H2O2不稳定,受热易分解,冰水浴可防止H2O2分解;冰水浴也可防止温度过高时NaClO2分解;ClO2极易溶于水,且在碱性环境中发生反应2ClO2+2OH-ClO3-+ClO2-+H2O,因此NaOH过量时导致产品中含有杂质NaClO3。
(5)从溶液中得到晶体,一般采用蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥的方法,为防止析出晶体NaClO2·3H2O,应趁热过滤,由题目信息可知,应控制温度为38~60 ℃进行洗涤,在低于60 ℃时干燥。
(6)检测产品中是否存在Na2SO4的实验方案为:取适量产品置于试管中,加足量稀盐酸溶解后,滴加BaCl2溶液,若产生白色沉淀,说明产品中含Na2SO4杂质,反之,则不含。
12.答案 (1)将Fe2+氧化为Fe3+
(2)玻璃棒、漏斗　Fe(OH)3、Sc(OH)3
(3)溶解Sc(OH)3转化为含Sc3+的溶液　取少量滤液,向其中滴加KSCN溶液,若未出现红色,证明不含Fe3+,否则,证明含Fe3+
(4)2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2　(5)1.8
解析 (1)“有机相”中主要含有Ti4+、Fe2+、Sc3+,酸洗时加入H2O2溶液的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,有利于后面形成沉淀除去。
(2)根据工艺流程可知,“操作”为过滤,在实验室中过滤时需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗;“滤渣”的主要成分是Ti(OH)4、Fe(OH)3、Sc(OH)3,因为加入氢氧化钠溶液之前溶液中含有Ti4+、Sc3+和Fe3+。
(3)调pH的目的是溶解Sc(OH)3转化为含Sc3+的溶液;检验“含Sc3+滤液”中是否含Fe3+的操作为:取少量滤液,向其中滴加KSCN溶液,若未出现红色,证明不含Fe3+,否则,证明含Fe3+。
(5)废水中Sc3+的含量为10.0~20.0 mg·L-1,该工艺日处理钛白酸性废水50.0 m3,n(Sc3+)=(50.0×103 L×20.0×10-3 g·L-1)÷45 g·mol-1=1 00045 mol,理论上能生产含85%氧化钪的质量最多为1 00045mol×12×(90+48) g·mol-185%≈1.8 kg。
B组　能力提升练
1.A　解析 砷化镓是一种半导体材料,不是金属材料,A错误;Ga与Al同主族,GaAs中Ga为+3价,As的化合价是-3价,B正确;Ga与Al同主族,化学性质相似,因为铝既能与盐酸反应,又能与NaOH溶液反应,故镓既能与盐酸反应,又能与NaOH溶液反应,C正确;砷化镓电池能将光能转化为电能,D正确。
2.B　解析 燃放烟花时出现的色彩即体现了金属元素的焰色试验,A正确;用氯化铁溶液刻蚀覆铜板制作印刷电路板发生的反应为2Fe3++CuCu2++2Fe2+,该反应不属于置换反应,B错误;汽车尾气催化转化器处理NO和CO,可将二者转化为无毒的N2、CO2,C正确;秸秆、餐厨垃圾中含有大量的有机化合物,发酵过程中产生CH4,CH4是一种燃料,D正确。
3.B　解析 Cu与浓硫酸反应,既体现浓硫酸的酸性又体现其氧化性,A项错误;紫色石蕊溶液遇到酸会变红,a处变红,说明生成的SO2是酸性氧化物,B项正确;c处是因SO2具有还原性而使酸性高锰酸钾溶液褪色,不是SO2的漂白性,C项错误;试管底部出现的白色固体为CuSO4,不是蓝色固体CuSO4·5H2O的原因是浓硫酸具有吸水性,不能说明反应中没有水生成,D项错误。
4.A　解析 NaHCO3析出后的母液中主要含NH4Cl,加入食盐,根据同离子效应,能促进NH4Cl从溶液中析出,A正确;工业制硫酸中,SO2转化为SO3的反应是放热反应,则高温不能提高转化率,但能提高反应速率,高压能提高转化率和反应速率,但对设备要求很高,一般采用常压,B错误;合成氨反应中氮氢循环操作,只能提高氮气和氢气的利用率,不能提高NH3的平衡浓度,C错误;铜的精炼过程中阴极为精铜,阳极为粗铜,D错误。
5.C　解析 根据硫及其化合物的“价—类”二维图可知,a为H2S、b为SO2、c为SO3、d为H2SO4、e为硫酸盐。硫单质在氧气中燃烧只能生成SO2,不能直接生成SO3,A错误;b为SO2,SO2能使酸性KMnO4溶液褪色,体现其还原性,B错误;-2价的硫在强氧化剂作用下,可直接氧化为硫酸,可存在a→d的转化关系,C正确;Al遇冷的浓硫酸发生钝化,发生氧化还原反应,在铝表面生成致密的氧化膜,阻止内部金属继续反应,可用铝制容器盛装d的浓溶液,D错误。
6.A　解析 M中含有+2价铁,且所含电荷数为0,可能是FeO或Fe(OH)2等,A错误;R应为Fe单质,常温下浓硫酸可以使Fe钝化,B正确;若Q为金属阳离子,化合价为+2价,则Q为Fe2+,Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应会生成蓝色沉淀,可用
K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2+,C正确;FeO42-中Fe元素为+6价,据题图可知FeO42-在碱性环境中稳定存在,则Fe3+与氧化剂在碱性条件下反应可生成FeO42-,D正确。
7.B　解析 反应炉中部分H2S发生反应2H2S+3O22SO2+2H2O,催化转化器中发生反应SO2+2H2S3S+2H2O,生成的硫蒸气经硫冷凝器可将硫冷凝下来,变为固体与气体分离。SO2可使品红溶液褪色,故可用品红溶液检验排放的气体中是否含有二氧化硫,A正确;32 g单质硫的物质的量为1 mol,生成1 mol S需SO2的物质的量为13 mol,生成13 mol SO2需要O2的物质的量为0.5 mol,故理论上消耗氧气的体积为0.5 mol×22.4 L·mol-1=11.2 L,B错误;催化转化器中发生的反应为SO2+2H2S3S+2H2O,C正确;根据反应方程式2H2S+3O22SO2+2H2O和SO2+2H2S3S+2H2O可知,为提高H2S转化为S的比例,理论上应控制反应炉中H2S的转化率约为33.3%,D正确。
8.BD　解析 “碱溶”时发生了Al2O3和NaOH溶液的反应,A错误;乙醇易挥发,可以带走氯化亚铜表面的水分,起干燥作用,而氯化亚铜在潮湿时易被氧化,故乙醇可以使氯化亚铜不潮湿,从而防止CuCl被氧化,B正确;还原前的溶液中大量存在的离子有氢离子和铜离子,还原后的溶液中的铜离子反应生成CuCl,而亚硫酸根离子被氧化为硫酸根离子,故“还原”反应所得的溶液中不会大量存在Cu2+、SO32-,C错误;除镍过程中的原理为Ni+4CONi(CO)4,题给工艺流程中的主反应不涉及分解反应,D正确。
9.答案 (1)CaSO4和SiO2
(2)2Fe2++ClO-+5H2O2Fe(OH)3↓+Cl-+4H+或2Fe2++5ClO-+5H2O2Fe(OH)3↓+Cl-+4HClO
取反应后少量滤液置于试管中,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,若无蓝色沉淀产生,说明NaClO已足量
(3)99.7%　(4)3.5　(5)盐酸
(6)冷却至30.8~53.8 ℃之间结晶
解析 红土镍矿的主要成分为NiO,还含有CoO、FeO、Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO和SiO2,向其中加入硫酸,NiO与硫酸反应生成NiSO4,CoO与硫酸反应生成CoSO4,FeO与硫酸反应生成FeSO4,Fe2O3与硫酸反应生成Fe2(SO4)3,Al2O3与硫酸反应生成Al2(SO4)3,MgO与硫酸反应生成MgSO4,CaO与硫酸反应生成CaSO4,SiO2与硫酸不反应,则过滤得到的滤渣1含SiO2和CaSO4;向滤液中加入次氯酸钠将亚铁离子氧化为铁离子,加入碳酸钠调节溶液的pH,将铁离子、铝离子沉淀,过滤,则滤渣2含Fe(OH)3、Al(OH)3;向滤液1中加入氟化钠,将镁离子转化为氟化镁沉淀,将钙离子转化为氟化钙沉淀,滤渣3含MgF2、CaF2;向滤液2中加入萃取剂,将二价钴离子萃取到有机相中,再加盐酸进行反萃取,得到氯化钴溶液,电解氯化钴溶液得到单质钴;而二价镍离子在萃取的水相中,将水相处理得到硫酸镍溶液,硫酸镍溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥可得到NiSO4·6H2O晶体。
(1)根据上述分析可知,滤渣1的主要成分为CaSO4和SiO2。
(2)次氯酸根离子有强氧化性,亚铁离子有还原性,两者发生氧化还原反应生成氯离子和铁离子,而生成的铁离子又水解生成氢氧化铁,依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒,沉铁时发生的氧化还原反应的离子方程式为2Fe2++ClO-+5H2O2Fe(OH)3↓+Cl-+4H+或2Fe2++5ClO-+5H2O2Fe(OH)3↓+Cl-+4HClO;要证明次氯酸钠已足量,只需证明溶液中已经没有亚铁离子,因此方法为:取反应后少量滤液置于试管中,然后滴加K3[Fe(CN)6]溶液,若无蓝色沉淀产生,说明NaClO已足量。
(3)当滤液2中c(Mg2+)=1.5×10-6 mol·L-1时,c2(F-)=Ksp(MgF2)c(Mg2+)=7.5×10-111.5×10-6(mol·L-1)2=5×10-5(mol·L-1)2,此时溶液中c(Ca2+)=Ksp(CaF2)c2(F-)=1.5×10-105×10-5 mol·L-1=3×10-6 mol·L-1,除钙率为1.0×10-3-3×10-61.0×10-3×100%=99.7%。
(4)由图示可知,pH为3.5左右时,Co/Ni分离因素最高,钴和镍的萃取率相差较大,因此,萃取时,选择pH为3.5左右。
(5)由图示可知,反萃取后得到氯化钴溶液,再结合已知信息③,可推知试剂X应为盐酸。
(6)从溶液中获得晶体的操作一般是:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,依据表中数据可知,在30.8~53.8 ℃时,晶体以NiSO4·6H2O形式存在,因此应在30.8~53.8 ℃之间冷却结晶。
10.答案 (1)增大反应物接触面积,提高化学反应速率
(2)4.5~9.3　使CrO42-转化为Cr2O72-　浸取
(3)H2SO4
解析 (1)焙烧时气体与矿料逆流而行,目的是利用热量使O2向上流动,增大固体与气体的接触面积,提高化学反应速率。
(2)中和时调节溶液pH的目的是将[Al(OH)4]-、SiO32-转化为沉淀过滤除去,由图可知,当溶液pH≥4.5时,Al3+被除尽,当溶液pH>9.3时,H2SiO3会再溶解生成SiO32-,因此中和时pH的理论范围为4.5~9.3;将Al元素和Si元素除去后,溶液中Cr元素主要以Cr2O72-和CrO42-的形式存在,溶液中存在平衡2CrO42-+H2OCr2O72-+2OH-,降低溶液pH,可提高Na2Cr2O7的产率;由上述分析可推知,Fe元素应在“浸取”操作中除去。
(3)冷却结晶所得母液中除Na2Cr2O7外,还有H2SO4,可循环使用。