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2024届人教版高考化学一轮复习专题五金属及其化合物专题作业含答案
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这是一份2024届人教版高考化学一轮复习专题五金属及其化合物专题作业含答案，共18页。试卷主要包含了化学使科技进步,使生活更美好，青矾矿石在《唐本草》中记载，用废铜屑制备胆矾的流程如下等内容，欢迎下载使用。
专题五 金属及其化合物
1.化学使科技进步,使生活更美好。下列说法错误的是( )
A.火箭箭体采用的高强度新型钛合金结构属于金属材料
B.食品包装袋中常有硅胶、生石灰、还原铁粉等,其作用都是防止食品氧化变质
C.北京冬奥会采用的“绿电”来自光伏发电,太阳能电池的主要成分为Si
D.“天问一号”火星车的热控保温材料——纳米气凝胶,具有丁达尔效应
2.合金在生产和科学研究中发挥着重要作用。下列有关合金的性质与用途不具有对应关系的是( )
A.生铁容易被腐蚀,可用于炼钢和制造各种铸件
B.钠钾合金常温下呈液态、导热性好,可用作快中子反应堆的热交换剂
C.镁锂合金密度小、硬度和强度大,可用于制造火箭、导弹、航天器等
D.镍铬铝铜合金具有很高的电阻率,可用于制备电路中的精密元件
答案 A 生铁用于炼钢和制造各种铸件,是因为生铁具有优良的铸造、切削加工和耐磨性能,A不具有对应关系。
3.青矾矿石(主要成分为FeSO4·7H2O)在《唐本草》中记载:“本来绿色,新出窟未见风者,正如琉璃……烧之赤色……”。关于FeSO4·7H2O的说法正确的是 ( )
A.可用于制净水剂
B.溶于水形成无色溶液
C.在干燥空气中稳定存在
D.在空气中加热转化为Fe3O4
答案 A A项,FeSO4在污水处理中可作为絮凝剂、还原剂、沉淀剂等,正确;B项,FeSO4溶液呈浅绿色,错误;C项,亚铁盐不稳定,易被空气中的氧气氧化,错误;D项,Fe3O4为黑色固体,而题述为“烧之赤色”,错误。
4.下列有关物质性质与用途具有对应关系的是( )
A.镁可以和CO2反应,可用于制造信号弹和焰火
B.纳米Fe3O4能与酸反应,可用作铁磁性材料
C.锂单质较钠活泼,可用于制造锂离子电池
D.无水CoCl2呈蓝色,吸水后呈粉红色[CoCl2·6H2O],可用于制造变色硅胶(干燥剂)
答案 D A项,镁燃烧发出耀眼的白光,因此可用于制造信号弹和焰火,与镁可以和CO2反应无关,错误;B项,纳米Fe3O4具有磁性,可用作铁磁性材料,与Fe3O4能和酸反应无关,错误;C项,锂单质不如钠活泼,锂单质可用于制造锂离子电池与其活动性无关,错误。
5.“打造青山常在、绿水长流、空气常新的美丽中国,让锦绣河山造福人民”。下列水处理方法错误的是( )
A.用臭氧进行自来水消毒
B.向酸性废水中加生石灰进行中和
C.用FeS除去工业废水中的Cu2+和Hg2+
D.用Na2SO4除去硬水中的Mg2+和Ca2+
答案 D A项,臭氧氧化性强且无污染,正确;B项,生石灰溶于水生成Ca(OH)2,可中和酸,正确;C项,FeS分别与Cu2+、Hg2+反应生成CuS、HgS沉淀,可除去工业废水中的Cu2+和Hg2+,正确;D项,硫酸镁易溶于水,硫酸钙微溶于水,不能用Na2SO4除去硬水中的Mg2+和Ca2+,错误。
6.下列有关物质性质及其应用叙述正确的是( )
A.利用FeS的还原性,处理废水中的Hg2+
B.利用MgCl2溶液的导电性,电解MgCl2溶液制Mg
C.利用非金属性C>Si,工业上用C与SiO2反应制备粗Si
D.利用H2O2的氧化性处理古画中变黑的颜料(PbS)恢复白色(PbSO4)
答案 D 利用沉淀的转化,使FeS与Hg2+反应,生成更难溶的HgS,故A项错误;利用MgCl2是离子化合物,电解熔融的MgCl2制Mg,故B项错误;工业上用C与SiO2反应制备粗Si,C作还原剂,故C项错误;利用H2O2的氧化性,与古画中变黑的颜料(PbS)发生化学反应:PbS+4H2O2 PbSO4+4H2O,生成白色的PbSO4,故D项正确。
7.用废铜屑(含Cu、CuO、Fe2O3等)制备胆矾的流程如下:
下列说法不正确的是( )
A.“溶解”时,铜发生反应的离子方程式为Cu+4H++O22- Cu2++2H2O
B.“调pH”时,可用Cu2(OH)2CO3代替CuO
C.“滤液”中c(Cu2+)·c2(OH-)≤Ksp[Cu(OH)2]
D.“酸化”时,加入稀硫酸的目的是抑制Cu2+的水解
答案 A A项,H2O2在离子方程式中不可拆开,错误;B项,Fe2O3溶于稀硫酸生成Fe3+,Fe3+发生水解反应:Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+,加入CuO与H+反应,促进Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀,从而除去Fe3+,Cu2(OH)2CO3与H+反应生成Cu2+、H2O、CO2,也无杂质生成,且Cu2(OH)2CO3为难溶物,若过量也可以一并过滤除去,正确;C项,“调pH”时,不可将Cu2+转化为Cu(OH)2沉淀,所以溶液中Q[Cu(OH)2]=c(Cu2+)·c2(OH-)≤Ksp[Cu(OH)2],取等号时,Cu2+与OH-刚好达到Cu(OH)2的沉淀溶解平衡,正确;D项,蒸发CuSO4溶液时,Cu2+会水解生成Cu(OH)2,故加入稀硫酸可抑制Cu2+的水解,正确。
知识拓展 本题中调节pH所加试剂的要求是消耗H+且不引入新杂质,同时不能与Cu2+反应,所以CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3均符合要求。
8.某学习小组探究铁丝(含杂质碳)与浓硫酸的反应,反应装置如图(夹持装置已省略)。下列说法错误的是( )
A.无法直接使用pH试纸来判断反应后硫酸是否剩余
B.可用KSCN和K3[Fe(CN)6]检验反应后溶液中铁元素的价态
C.常温下铁丝与浓硫酸不反应
D.生成的气体通入BaCl2溶液中产生白色浑浊,可能是硫酸蒸气逸出或部分SO2被氧化所致
答案 C A项,浓硫酸具有强氧化性和脱水性,能将pH试纸氧化且使pH试纸脱水,因此不能使用pH试纸来判断反应后硫酸是否剩余,正确;B项,Fe3+遇KSCN溶液显红色,Fe2+遇K3[Fe(CN)6]溶液产生蓝色沉淀,因此可用来检验反应后溶液中铁元素的价态,正确;C项,常温下,铁丝与浓硫酸发生钝化反应,产生致密的氧化膜,阻止反应继续进行,错误;D项,硫酸蒸气逸出或部分SO2被氧化,都能使BaCl2溶液中产生白色浑浊,正确。
9.中药材铁华粉的主要成分是醋酸亚铁,检测的流程如图所示。下列说法错误的是( )
A.气体X中含有醋酸蒸气
B.该铁华粉中可能含有铁单质
C.向滤液中滴入酸性KMnO4溶液,可用于证明Fe2+具有还原性
D.产生蓝色沉淀的反应为3Fe2++2[Fe(CN)6]3- Fe3[Fe(CN)6]2↓
答案 C 加热时醋酸亚铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和醋酸蒸气,则X中含有醋酸蒸气,故A正确;铁华粉中加入稀盐酸,有H2生成说明铁华粉中可能含有铁单质,故B正确;由流程图可知,加入稀盐酸,滤液中含有氯离子,向滤液中滴入酸性高锰酸钾溶液,酸性条件下氯离子也能与高锰酸钾反应,使溶液褪色,则溶液褪色不能证明亚铁离子具有还原性,故C错误;向滤液中加入铁氰化钾溶液,溶液中Fe2+与铁氰化钾溶液反应生成蓝色沉淀,反应的离子方程式为3Fe2++2[Fe(CN)6]3- Fe3[Fe(CN)6]2↓,故D正确。
10.(双选)CuSO4是一种重要的化工原料,其有关制备途径及部分性质如图所示。下列说法错误的是( )
A.Y可以是甲酸乙酯
B.利用途径①制备24 g硫酸铜,消耗的硝酸至少为0.1 mol
C.题图中Cu元素参与了3个氧化还原反应
D.⑤中若n(O2)∶n(Cu2O)=3∶2,则X为SO2
答案 C 甲酸乙酯中含有醛基,可以与氢氧化铜在碱性条件下反应得到Cu2O,A正确;铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+2NO3-+8H+ 3Cu2++2NO↑+4H2O,途径①制备24 g硫酸铜(物质的量为0.15 mol),消耗硝酸的物质的量至少为0.1 mol,B正确;Cu元素参与了反应①、②、④、⑤4个氧化还原反应,C错误;当反应⑤中n(O2)∶n(Cu2O)=3∶2,根据得失电子守恒和原子守恒可配平化学方程式:4CuSO4 3O2↑+4SO2↑+2Cu2O,故X为二氧化硫,D正确。
11.设计如下实验流程,探究甲醛与新制Cu(OH)2反应的固体混合产物成分。下列说法错误的是( )
A.由实验流程可知反应的固体混合产物为Cu2O和Cu
B.根据现象,推测红色固体X为Cu2O
C.根据现象可知,Cu+与NH3形成的配合物为无色
D.若产物浸泡过程进行充分振荡,则无法推测出其成分
答案 B Cu2O、CuO均能溶于浓氨水,分别产生[Cu(NH3)2]+(无色)、[Cu(NH3)4]2+(蓝色)。混合产物加入足量浓氨水充分浸泡、过滤后得到无色溶液,充分振荡后得到蓝色溶液,无色溶液中含有[Cu(NH3)2]+,充分振荡时被空气中的氧气氧化,转化为[Cu(NH3)4]2+。红色固体X应该为Cu,加入浓氨水充分振荡时铜、氧气、浓氨水反应生成[Cu(NH3)4]2+(蓝色)。反应的固体混合产物为Cu2O和Cu,选项A正确;红色固体X为Cu,选项B错误;Cu+与NH3形成的配合物为无色的[Cu(NH3)2]+,选项C正确;Cu2O、CuO均能溶于浓氨水,且振荡过程中铜、氧气和浓氨水也能反应产生[Cu(NH3)4]2+,故若产物浸泡过程进行充分振荡,则无法推测出其成分,选项D正确。
12.铁器表面氧化层的成分有多种:致密的Fe3O4、疏松的FeO(OH)和FeOCl,它们均难溶于水。下列说法错误的是( )
A.有氧条件下Fe3O4与Cl-转化为FeOCl,周围环境的pH增大
B.FeOCl可自发转变为FeO(OH),说明FeO(OH)的溶解度小于FeOCl
C.检验FeO(OH)中是否含有FeOCl,可选用的试剂是稀硫酸和KSCN溶液
D.1 mol FeOCl完全转化为Fe3O4时转移13 mol电子
答案 C 有氧条件下Fe3O4与Cl-转化为FeOCl,反应原理为4Fe3O4+12Cl-+O2+6H2O 12FeOCl+12OH-,故pH增大,A正确;一般来说,溶解度小的物质转化为溶解度更小的物质容易实现,FeOCl可自发转变为FeO(OH),说明FeO(OH)的溶解度小于FeOCl,B正确;FeO(OH)和FeOCl均能与稀硫酸反应生成Fe3+,均能使KSCN溶液变为红色,C错误;已知Fe3O4中有13的Fe是+2价,有23的Fe为+3价,则1 mol FeOCl完全转化为Fe3O4时转移13 mol电子,D正确。
13.下列各组物质相互混合反应后,最终有白色沉淀生成的是( )
①NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合
②过量NaOH溶液和明矾溶液混合
③Na2CO3溶液滴入NaAlO2溶液中
④NaAlO2溶液与NaHCO3溶液混合
⑤向饱和Na2CO3溶液中通入足量CO2
A.①③④⑤ B.②③④C.①③⑤ D.①④⑤
答案 D ①NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合,发生反应:Al3++3AlO2-+6H2O4Al(OH)3↓,生成白色沉淀;②过量NaOH溶液和明矾溶液混合,发生反应:Al3++4OH-AlO2-+2H2O,没有白色沉淀生成;③Na2CO3溶液滴入NaAlO2溶液中不发生反应,没有白色沉淀生成;④NaAlO2溶液与NaHCO3溶液混合,发生反应:AlO2-+HCO3-+H2OAl(OH)3↓+CO32-,生成白色沉淀;⑤在相同温度下,Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度,故向饱和Na2CO3溶液中通入足量CO2会有晶体析出:Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3↓。综上,最终有白色沉淀生成的是①④⑤,故选D。
14.我国著名化工实业家侯德榜提出了“联合制碱法”,该生产工艺流程如图所示。下列说法不正确的是( )
A.沉淀池发生的离子反应为Na++CO2+NH3+H2ONH4++NaHCO3↓
B.吸收NH3可使母液中的HCO3-转化为CO32-,以提高NH4Cl纯度
C.该过程充分利用了合成氨工业提供的NH3和CO2
D.向饱和食盐水中先通CO2,再通NH3,更有利于NaHCO3析出
答案 D 侯德榜提出的“联合制碱法”的原理是溶解度大的物质制取溶解度小的物质,沉淀池中发生的反应为CO2+NH3+H2O+NaClNaHCO3↓+NH4Cl,A正确;往母液通氨气能增大溶液中NH4+的浓度,促进NH4Cl更多地析出,NH3能与HCO3-反应生成CO32-,可以提高NH4Cl纯度,B正确;由题图可知,该过程充分利用了合成氨工业提供的NH3和CO2,提高原料利用率,C正确;二氧化碳的溶解度较小,浓度较低不利于析出NaHCO3,应先通氨气后通二氧化碳,D错误。
15.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.常温下,可用R材质容器储运浓硫酸
B.M可用K3[Fe(CN)6]溶液检验
C.若Q为金属阳离子,可通过Fe2O3与稀HI溶液反应生成
D.Fe3+与氧化剂在碱性条件下反应可生成FeO42-
答案 B M不带电,铁元素的化合价为+2,则M可能为FeO;Q带2个单位正电荷,铁元素的化合价为+2,则Q为Fe2+;R不带电,铁元素的化合价为0,则R为Fe。常温下,铁遇浓硫酸会发生钝化,可用铁材质容器储运浓硫酸,A合理;Fe2+和K3[Fe(CN)6]溶液反应生成蓝色沉淀,但M不是Fe2+,B不合理;Fe2O3与稀HI溶液发生氧化还原反应,Fe2O3中的Fe3+被I-还原为Fe2+,C合理;从题图中可以看出,Fe3+在碱性溶液中可以生成FeO42-,FeO42-中铁元素的化合价为+6,所以Fe3+与氧化剂在碱性条件下反应可生成FeO42-,D合理。
16.实验室以含锌废液(主要成分为ZnSO4,含少量的Fe2+、Mn2+)为原料制备ZnCO3·2Zn(OH)2的实验流程如下:
下列说法正确的是( )
A.过二硫酸钠(Na2S2O8)中硫元素的化合价为+7价
B.氧化除锰后的溶液中存在:Na+、Zn2+、Fe2+、SO42-
C.调节pH时试剂X可以选用Zn、ZnO、ZnCO3等物质
D.沉锌时的离子方程式为3Zn2++6HCO3- ZnCO3·2Zn(OH)2↓+5CO2↑+H2O
答案 D 过二硫酸钠中含有过氧键,其中硫元素的化合价为+6价,A错误;氧化除锰后的溶液中存在的离子为Na+、Zn2+、Fe3+、SO42-,B错误;溶液中Fe3+能与锌反应生成Fe2+和Zn2+,所以调节溶液pH时试剂X不能选用锌,C错误;沉锌时溶液中Zn2+与HCO3-反应生成ZnCO3·2Zn(OH)2沉淀、二氧化碳和水,反应的离子方程式为3Zn2++6HCO3- ZnCO3·2Zn(OH)2↓+5CO2↑+H2O,D正确。
17.废旧CPU中的金(Au)、Ag和Cu回收的部分流程如下:
已知:HAuCl4 H++AuCl4-。下列说法正确的是( )
A.“酸溶”时用浓硝酸产生NOx的量比稀硝酸的少
B.“过滤”所得滤液中的Cu2+和Ag+可用过量浓氨水分离
C.用浓盐酸和NaNO3也可以溶解金
D.用过量Zn粉将1 mol HAuCl4完全还原为Au,参加反应的Zn为1.5 mol
答案 C A项,浓HNO3、稀HNO3与Cu的反应:Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,若均为3 mol Cu参加反应,浓HNO3生成6 mol NO2,稀HNO3生成2 mol NO,所以“酸溶”时用浓硝酸产生NOx的量比稀硝酸的多,错误;B项,Cu2+和Ag+与氨水反应均是先生成沉淀,然后沉淀再溶解生成配合物,无法分离,错误;C项,流程中“溶金”时用的是HNO3和NaCl溶液,溶液中存在的离子为H+、NO3-、Na+和Cl-,若用浓盐酸和NaNO3,溶液中存在的也是这四种离子,故也可以溶解金,正确;D项,Zn与AuCl4-反应,AuCl4-中Au为+3价,生成1 mol Au时转移3 mol e-,而1 mol Zn转移2 mol e-生成Zn2+,根据得失电子守恒知,应消耗的Zn为1.5 mol,又已知:HAuCl4 H++AuCl4-,电离出的H+也要消耗Zn,故消耗Zn大于1.5 mol,错误。
易错易混 分析D项时,除了需要计算还原AuCl4-所消耗的Zn,还需要注意HAuCl4为一元强酸,电离产生的H+也能与Zn反应。
18.工业上可用废铁屑为原料,按如图工业流程制备聚合硫酸铁{[Fe2(OH)m(SO4)p]n},聚合硫酸铁是一种新型絮凝剂,处理污水能力比FeCl3高效,且腐蚀性小。下列说法正确的是( )
A.聚合硫酸铁{[Fe2(OH)m(SO4)p]n}中m=6-2p
B.酸浸槽中加入的酸液可用稀硝酸代替稀硫酸
C.反应釜中的离子方程式为H2O2+Fe2++H+ Fe3++H2O
D.聚合釜中的反应pH控制越大越好
答案 A A项,反应釜中H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,因此聚合硫酸铁中铁元素为+3价,根据电中性原则可得(+3)×2+(-1)×m+(-2)×p=0,解得m=6-2p,正确;B项,酸浸槽中加入的酸液不能用稀硝酸代替稀硫酸,稀硝酸会与废铁屑生成污染性气体,且引入杂质NO3-,错误;C项,原子不守恒,正确的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+ 2Fe3++2H2O,错误;D项,聚合釜中的反应pH控制越大越容易生成Fe(OH)3,而不易生成聚合硫酸铁,错误。
解题技巧 判断离子方程式书写正误时,一般先看电荷是否守恒、原子是否守恒、得失电子是否守恒,再看弱电解质、不溶物等是否拆开,最后看反应的酸碱环境。
19.用磁铁矿(主要成分为Fe3O4,含Al2O3和SiO2等杂质)制取FeCO3的工艺流程如下:
氢氧化物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Fe(OH)2
开始沉淀的pH
1.5
4.0
6.5
完全沉淀的pH
3.3
5.2
9.7
下列说法正确的是( )
A.“酸浸”过程中加入过量硫酸能抑制金属离子水解和提高铁元素的浸出率
B.“调节pH”时应控制溶液的pH大于3.3
C.“沉铁”时应将过滤1的滤液滴加到Na2CO3溶液中,并不断搅拌
D.“过滤2”所得滤液中的溶质为Na2SO4
答案 A “酸浸”过程中加入过量硫酸可以确保硫酸的浓度,加快浸取的反应速率,提高磁铁矿的浸取效率,同时还可以抑制Fe3+等金属离子的水解,A正确;Fe3O4可表示为FeO·Fe2O3,和硫酸反应生成FeSO4和Fe2(SO4)3,再加入铁,将Fe3+还原为Fe2+,离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+,加入20%氨水调节pH,使Al3+沉淀完全,Fe2+不沉淀,pH应大于5.2、小于6.5,B错误;“沉铁”时应将Na2CO3滴加到滤液中,因为Na2CO3溶液显碱性,若将滤液滴加到Na2CO3溶液中,Fe2+与CO32-水解产生的OH-反应生成Fe(OH)2,导致FeCO3产率降低,且搅拌会导致FeCO3被空气中的氧气氧化,C错误;“过滤2”所得滤液中的溶质为Na2SO4、(NH4)2SO4和过量的Na2CO3,D错误。
20.如图是工业利用菱镁矿(主要含MgCO3,还含有Al2O3、FeCO3杂质)制取氯化镁的工艺流程。下列说法错误的是( )
A.酸浸池中加入的X酸是盐酸
B.氧化池中通入氯气的目的是将Fe2+氧化为Fe3+
C.沉淀为Fe(OH)3
D.在工业上常利用电解熔融氯化镁的方法制取金属镁
答案 C 工业利用菱镁矿制取氯化镁,所以酸浸池中加入的X酸是盐酸,A正确;通入氯气将Fe2+氧化为Fe3+,以便于后续调pH除去铁元素,B正确;加MgO调节溶液pH使Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去,C错误;镁是活泼金属,在工业上常利用电解熔融氯化镁的方法制取金属镁,D正确。
21.砷碱渣中含有大量的Na+、AsO43-、OH-、SO42-等,采用无废气、废水、废渣产生的工艺流程如图所示:
下列说法错误的是( )
A.开始通入CO2发生反应的离子方程式为CO2+2OH- CO32-+H2O
B.通入CO2进行脱碳酸盐,脱出的碳酸盐为NaHCO3
C.脱砷的离子方程式为2AsO43-+5S2-+16H+ As2S5↓+8H2O
D.脱硫酸根离子时的离子方程式为Ba2++SO42- BaSO4↓
答案 C 根据题图可知,将CO2通入砷碱渣后得到碳酸盐,开始通入CO2时,CO2与OH-反应的离子方程式为CO2+2OH- CO32-+H2O,A正确;在相同温度下,NaHCO3的溶解度小于Na2CO3,为了使Na+更充分地沉淀,要通入足量的CO2使Na+以NaHCO3形式析出,B正确;溶液显碱性,脱砷的离子方程式应为2AsO43-+5S2-+8H2O As2S5↓+16OH-,C错误;脱硫酸根离子时,溶液中的SO42-与加入的Ba2+反应生成BaSO4沉淀,D正确。
22.工业上,用生物堆浸法处理低品位黄铜矿(主要成分是CuFeS2)制备两“矾”,其简易流程如下。
下列说法正确的是 ( )
A.生物堆浸的温度越高,反应速率越快
B.“转化”中不可能发生歧化反应
C.虚线箭头代表的一系列操作为蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥
D.“氧化”中1 mol CuS完全反应转移8 mol电子,反应方程式为CuS+4H2O2 CuSO4+4H2O
答案 D 黄铜矿经粉碎过筛后,加入T.f细菌生物堆浸,但温度过高,T.f细菌会失去活性,反应速率减慢,A错误。向堆浸液中加入Na2S2O3溶液,Fe3+、Cu2+与Na2S2O3溶液反应的离子方程式分别为①8Fe3++S2O32-+5H2O 8Fe2++2SO42-+10H+,②Cu2++S2O32-+H2O CuS+SO42-+2H+;在反应②中,硫元素的化合价既升高又降低,则“转化”中Na2S2O3发生了歧化反应,B错误。过滤得到含有硫酸亚铁的滤液和硫化铜沉淀;滤液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到绿矾,C错误。“氧化”中硫化铜与稀硫酸和过氧化氢反应生成硫酸铜,化学方程式为CuS+4H2O2 CuSO4+4H2O,1 mol硫化铜完全反应转移8 mol电子,D正确。
23.纳米氧化锌是一种新型无机功能材料。以氧化锌烟灰(含ZnO及少量Fe2O3、FeO、MnO、CuO)为原料制备纳米氧化锌的工艺流程如下:
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为0.1 mol·L-1计算)。
金属离子
Fe3+
Fe2+
Cu2+
Zn2+
Mn2+
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.0
6.2
8.1
完全沉淀的pH
2.8
8.3
8.0
8.2
10.1
(1)基态Cu2+核外电子排布式为 。
(2)“浸取”过程中盐酸不宜过量太多,其可能原因是 。
(3)“滤渣1”的成分是MnO2、Fe(OH)3。“氧化除杂”过程中KMnO4与Mn2+发生反应的离子方程式为 ,溶液pH范围应控制在 。
答案 (1)[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9
(2)防止后续“氧化除杂”步骤消耗更多的KMnO4和产生污染性气体Cl2
(3)2MnO4-+3Mn2++2H2O 5MnO2↓+4H+ 2.8~6.0
解析 (1)Cu为29号元素,基态Cu的核外电子排布式为[Ar]3d104s1,则基态Cu2+的核外电子排布式为[Ar]3d9。(2)KMnO4能氧化HCl生成Cl2,过量的盐酸会消耗KMnO4,浪费药品,同时生成的Cl2会污染环境。(3)KMnO4与Mn2+发生归中反应生成MnO2,根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒配平离子方程式。滤渣1中有Fe(OH)3,所以pH≥2.8,但是Cu2+不能沉淀,所以pH<6.0。
名师点睛 去除Fe2+时,一般思路是先将Fe2+氧化为Fe3+,然后再调节pH,以Fe(OH)3的形式除去。
24.LiMn2O4是一种锂离子电池的正极材料。用高锰酸钾废渣(主要成分为MnO2、Fe2O3、Al2O3、SiO2)和硫铁矿(主要成分为FeS2)制备LiMn2O4的工艺流程如图:
已知:①酸浸液主要含有Mn2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等金属阳离子;
②25 ℃时,相关物质的Ksp见表。
物质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mn(OH)2
Ksp
1×10-16.3
1×10-38.6
1×10-32.3
1×10-12.7
(1)酸浸。MnO2与FeS2反应生成Fe3+和SO42-的离子方程式为 。保持温度、浸取时间不变,能提高锰元素浸出率的措施有 。
(2)除杂。欲使溶液中的Al3+、Fe3+沉淀完全,调节溶液的pH最小值为 (当溶液中某离子浓度c≤1×10-5 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全)。
(3)热解。在真空中加热分解MnSO4·H2O,测得固体的质量随温度变化如图所示。真空热解MnSO4·H2O制备Mn3O4,需控制的温度为 。(写出计算推理过程)。
(4)焙烧。生成LiMn2O4的反应中,还原剂是 (填化学式)。
答案 (1)15MnO2+2FeS2+28H+ 2Fe3++14H2O+4SO42-+15Mn2+ 矿渣粉碎 (2)4.9 (3)1 000~1 200 ℃ 根据质量守恒可知,3MnSO4·H2O~Mn3O4,此时Mn3O4的质量占原固体质量的百分比为3×55+16×43×(55+32+16×4+18)×100%≈45.17%,失重率约为100%-45.17%=54.83%,结合图像可知,需控制温度在1 000~1 200 ℃ (4)Mn3O4
解析 KMnO4废渣和硫铁矿混合酸浸,酸浸液主要含有Mn2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等金属阳离子,滤渣1主要成分为SiO2,向滤液中加入H2O2将Fe2+转化为Fe3+,加入氨水调节pH除去Fe3+、Al3+,滤液结晶得到MnSO4·H2O,MnSO4·H2O热解制备Mn3O4,向Mn3O4中加入Li2CO3、空气焙烧得到LiMn2O4。(1)MnO2与FeS2在酸性条件下发生氧化还原反应生成Fe3+和SO42-、Mn2+,离子方程式为15MnO2+2FeS2+28H+ 2Fe3++14H2O+4SO42-+15Mn2+。保持温度、浸取时间不变,能提高锰元素浸出率的措施有矿渣粉碎、搅拌等。(2)当Al(OH)3沉淀完全时,Fe3+已经沉淀完全,故欲使溶液中的Al3+、Fe3+沉淀完全,c(OH-)=31×10-32.31×10-5 mol·L-1=10-9.1 mol·L-1,pH=4.9,故调节溶液的pH最小值为4.9。(4)热解MnSO4·H2O制得Mn3O4,“焙烧”时加入Li2CO3、空气得到LiMn2O4,反应中锰元素化合价升高,发生氧化反应,故还原剂是Mn3O4。
25.Co2O3主要用作颜料、釉料及磁性材料,利用一种钴矿石(主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、SiO2及铝、镁、钙等金属元素的氧化物)制取Co2O3的工艺流程如图所示。
已知:①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等。
②部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如下表:
沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Co(OH)2
Al(OH)3
完全沉
淀的pH
3.7
9.6
9.2
5.2
回答下列问题:
(1)“溶浸”过程中,可以加快反应速率和提高原料利用率的方法是 (写出一种即可),加入Na2SO3的作用是 。
(2)“氧化”过程中金属阳离子与NaClO3反应的离子方程式为 ,由此推测还原性:Fe2+ Co2+(填“>”或“<”)。
(3)滤渣2的主要成分为 (写化学式),检验铁元素的离子已被完全沉淀的实验操作及现象:取少量待测液于试管中, 。
(4)已知某温度下Ksp(CaF2)=3.4×10-11,Ksp(MgF2)=7.1×10-11。该温度下,“沉淀除杂”时加入足量的NaF溶液可将Ca2+、Mg2+沉淀除去,若所得滤液中c(Mg2+)=1.0×10-5mol·L-1,则滤液中c(Ca2+)= (保留2位有效数字)。
(5)CoC2O4·2H2O在空气中充分煅烧,除得到产品外还生成了CO2,则反应中CoC2O4·2H2O与O2的化学计量数之比为 。
答案 (1)适当升温、粉碎矿石、适当增加稀硫酸浓度、搅拌等 将Co3+、Fe3+还原为Co2+、Fe2+
(2)6Fe2++ClO3-+6H++Cl-+3H2O >
(3)Fe(OH)3、Al(OH)3 滴入几滴KSCN溶液,振荡,溶液不变红
(4)4.8×10-6 mol·L-1
(5)4∶3
解析 由题给流程图及已知①可知加入的Na2SO3主要是将Co3+、Fe3+还原为Co2+、Fe2+,然后向滤液中加入NaClO3将Fe2+氧化为Fe3+,再加入Na2CO3调节溶液pH,使Fe3+、Al3+形成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,过滤后所得滤液中主要含有Co2+、Mg2+、Ca2+,再用NaF溶液除去Ca2+、Mg2+,过滤后,向滤液中加入(NH4)2C2O4溶液得到CoC2O4·2H2O,煅烧后制得Co2O3。
(1)“溶浸”过程中,适当升温、粉碎矿石、适当增加稀硫酸的浓度等均可以加快反应速率和提高原料利用率。
(2)“氧化”过程中在酸性条件下Fe2+与NaClO3反应的离子方程式为6Fe2++ClO3-+6H++Cl-+3H2O;Fe2+与ClO3-发生反应而Co2+不发生反应,说明还原性:Fe2+>Co2+。
(3)用Na2CO3调节溶液pH,使溶液中Fe3+和Al3+转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀,故滤渣2的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3;检验Fe3+的操作为取少量待测液于试管中,滴入几滴KSCN溶液,充分振荡,若溶液不变红,说明溶液中无Fe3+。
(4)c(Ca2+)∶c(Mg2+)=[c(Ca2+)·c2(F-)]∶[c(Mg2+)·c2(F-)]=Ksp(CaF2)∶Ksp(MgF2)=34∶71,所以若所得滤液中c(Mg2+)=1.0×10-5 mol·L-1,则c(Ca2+)=1.0×10-5 mol·L-1× 3471≈4.8×10-6 mol·L-1。
(5)根据得失电子守恒和原子守恒可得,煅烧时发生反应的化学方程式为4CoC2O4·2H2O+3O2 2Co2O3+8CO2+8H2O,则反应中CoC2O4·2H2O与O2的化学计量数之比为4∶3。
专题五 金属及其化合物
1.化学使科技进步,使生活更美好。下列说法错误的是( )
A.火箭箭体采用的高强度新型钛合金结构属于金属材料
B.食品包装袋中常有硅胶、生石灰、还原铁粉等,其作用都是防止食品氧化变质
C.北京冬奥会采用的“绿电”来自光伏发电,太阳能电池的主要成分为Si
D.“天问一号”火星车的热控保温材料——纳米气凝胶,具有丁达尔效应
2.合金在生产和科学研究中发挥着重要作用。下列有关合金的性质与用途不具有对应关系的是( )
A.生铁容易被腐蚀,可用于炼钢和制造各种铸件
B.钠钾合金常温下呈液态、导热性好,可用作快中子反应堆的热交换剂
C.镁锂合金密度小、硬度和强度大,可用于制造火箭、导弹、航天器等
D.镍铬铝铜合金具有很高的电阻率,可用于制备电路中的精密元件
答案 A 生铁用于炼钢和制造各种铸件,是因为生铁具有优良的铸造、切削加工和耐磨性能,A不具有对应关系。
3.青矾矿石(主要成分为FeSO4·7H2O)在《唐本草》中记载:“本来绿色,新出窟未见风者,正如琉璃……烧之赤色……”。关于FeSO4·7H2O的说法正确的是 ( )
A.可用于制净水剂
B.溶于水形成无色溶液
C.在干燥空气中稳定存在
D.在空气中加热转化为Fe3O4
答案 A A项,FeSO4在污水处理中可作为絮凝剂、还原剂、沉淀剂等,正确;B项,FeSO4溶液呈浅绿色,错误;C项,亚铁盐不稳定,易被空气中的氧气氧化,错误;D项,Fe3O4为黑色固体,而题述为“烧之赤色”,错误。
4.下列有关物质性质与用途具有对应关系的是( )
A.镁可以和CO2反应,可用于制造信号弹和焰火
B.纳米Fe3O4能与酸反应,可用作铁磁性材料
C.锂单质较钠活泼,可用于制造锂离子电池
D.无水CoCl2呈蓝色,吸水后呈粉红色[CoCl2·6H2O],可用于制造变色硅胶(干燥剂)
答案 D A项,镁燃烧发出耀眼的白光,因此可用于制造信号弹和焰火,与镁可以和CO2反应无关,错误;B项,纳米Fe3O4具有磁性,可用作铁磁性材料,与Fe3O4能和酸反应无关,错误;C项,锂单质不如钠活泼,锂单质可用于制造锂离子电池与其活动性无关,错误。
5.“打造青山常在、绿水长流、空气常新的美丽中国,让锦绣河山造福人民”。下列水处理方法错误的是( )
A.用臭氧进行自来水消毒
B.向酸性废水中加生石灰进行中和
C.用FeS除去工业废水中的Cu2+和Hg2+
D.用Na2SO4除去硬水中的Mg2+和Ca2+
答案 D A项,臭氧氧化性强且无污染,正确;B项,生石灰溶于水生成Ca(OH)2,可中和酸,正确;C项,FeS分别与Cu2+、Hg2+反应生成CuS、HgS沉淀,可除去工业废水中的Cu2+和Hg2+,正确;D项,硫酸镁易溶于水,硫酸钙微溶于水,不能用Na2SO4除去硬水中的Mg2+和Ca2+,错误。
6.下列有关物质性质及其应用叙述正确的是( )
A.利用FeS的还原性,处理废水中的Hg2+
B.利用MgCl2溶液的导电性,电解MgCl2溶液制Mg
C.利用非金属性C>Si,工业上用C与SiO2反应制备粗Si
D.利用H2O2的氧化性处理古画中变黑的颜料(PbS)恢复白色(PbSO4)
答案 D 利用沉淀的转化,使FeS与Hg2+反应,生成更难溶的HgS,故A项错误;利用MgCl2是离子化合物,电解熔融的MgCl2制Mg,故B项错误;工业上用C与SiO2反应制备粗Si,C作还原剂,故C项错误;利用H2O2的氧化性,与古画中变黑的颜料(PbS)发生化学反应:PbS+4H2O2 PbSO4+4H2O,生成白色的PbSO4,故D项正确。
7.用废铜屑(含Cu、CuO、Fe2O3等)制备胆矾的流程如下:
下列说法不正确的是( )
A.“溶解”时,铜发生反应的离子方程式为Cu+4H++O22- Cu2++2H2O
B.“调pH”时,可用Cu2(OH)2CO3代替CuO
C.“滤液”中c(Cu2+)·c2(OH-)≤Ksp[Cu(OH)2]
D.“酸化”时,加入稀硫酸的目的是抑制Cu2+的水解
答案 A A项,H2O2在离子方程式中不可拆开,错误;B项,Fe2O3溶于稀硫酸生成Fe3+,Fe3+发生水解反应:Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+,加入CuO与H+反应,促进Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀,从而除去Fe3+,Cu2(OH)2CO3与H+反应生成Cu2+、H2O、CO2,也无杂质生成,且Cu2(OH)2CO3为难溶物,若过量也可以一并过滤除去,正确;C项,“调pH”时,不可将Cu2+转化为Cu(OH)2沉淀,所以溶液中Q[Cu(OH)2]=c(Cu2+)·c2(OH-)≤Ksp[Cu(OH)2],取等号时,Cu2+与OH-刚好达到Cu(OH)2的沉淀溶解平衡,正确;D项,蒸发CuSO4溶液时,Cu2+会水解生成Cu(OH)2,故加入稀硫酸可抑制Cu2+的水解,正确。
知识拓展 本题中调节pH所加试剂的要求是消耗H+且不引入新杂质,同时不能与Cu2+反应,所以CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3均符合要求。
8.某学习小组探究铁丝(含杂质碳)与浓硫酸的反应,反应装置如图(夹持装置已省略)。下列说法错误的是( )
A.无法直接使用pH试纸来判断反应后硫酸是否剩余
B.可用KSCN和K3[Fe(CN)6]检验反应后溶液中铁元素的价态
C.常温下铁丝与浓硫酸不反应
D.生成的气体通入BaCl2溶液中产生白色浑浊,可能是硫酸蒸气逸出或部分SO2被氧化所致
答案 C A项,浓硫酸具有强氧化性和脱水性,能将pH试纸氧化且使pH试纸脱水,因此不能使用pH试纸来判断反应后硫酸是否剩余,正确;B项,Fe3+遇KSCN溶液显红色,Fe2+遇K3[Fe(CN)6]溶液产生蓝色沉淀,因此可用来检验反应后溶液中铁元素的价态,正确;C项,常温下,铁丝与浓硫酸发生钝化反应,产生致密的氧化膜,阻止反应继续进行,错误;D项,硫酸蒸气逸出或部分SO2被氧化,都能使BaCl2溶液中产生白色浑浊,正确。
9.中药材铁华粉的主要成分是醋酸亚铁,检测的流程如图所示。下列说法错误的是( )
A.气体X中含有醋酸蒸气
B.该铁华粉中可能含有铁单质
C.向滤液中滴入酸性KMnO4溶液,可用于证明Fe2+具有还原性
D.产生蓝色沉淀的反应为3Fe2++2[Fe(CN)6]3- Fe3[Fe(CN)6]2↓
答案 C 加热时醋酸亚铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和醋酸蒸气,则X中含有醋酸蒸气,故A正确;铁华粉中加入稀盐酸,有H2生成说明铁华粉中可能含有铁单质,故B正确;由流程图可知,加入稀盐酸,滤液中含有氯离子,向滤液中滴入酸性高锰酸钾溶液,酸性条件下氯离子也能与高锰酸钾反应,使溶液褪色,则溶液褪色不能证明亚铁离子具有还原性,故C错误;向滤液中加入铁氰化钾溶液,溶液中Fe2+与铁氰化钾溶液反应生成蓝色沉淀,反应的离子方程式为3Fe2++2[Fe(CN)6]3- Fe3[Fe(CN)6]2↓,故D正确。
10.(双选)CuSO4是一种重要的化工原料,其有关制备途径及部分性质如图所示。下列说法错误的是( )
A.Y可以是甲酸乙酯
B.利用途径①制备24 g硫酸铜,消耗的硝酸至少为0.1 mol
C.题图中Cu元素参与了3个氧化还原反应
D.⑤中若n(O2)∶n(Cu2O)=3∶2,则X为SO2
答案 C 甲酸乙酯中含有醛基,可以与氢氧化铜在碱性条件下反应得到Cu2O,A正确;铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+2NO3-+8H+ 3Cu2++2NO↑+4H2O,途径①制备24 g硫酸铜(物质的量为0.15 mol),消耗硝酸的物质的量至少为0.1 mol,B正确;Cu元素参与了反应①、②、④、⑤4个氧化还原反应,C错误;当反应⑤中n(O2)∶n(Cu2O)=3∶2,根据得失电子守恒和原子守恒可配平化学方程式:4CuSO4 3O2↑+4SO2↑+2Cu2O,故X为二氧化硫,D正确。
11.设计如下实验流程,探究甲醛与新制Cu(OH)2反应的固体混合产物成分。下列说法错误的是( )
A.由实验流程可知反应的固体混合产物为Cu2O和Cu
B.根据现象,推测红色固体X为Cu2O
C.根据现象可知,Cu+与NH3形成的配合物为无色
D.若产物浸泡过程进行充分振荡,则无法推测出其成分
答案 B Cu2O、CuO均能溶于浓氨水,分别产生[Cu(NH3)2]+(无色)、[Cu(NH3)4]2+(蓝色)。混合产物加入足量浓氨水充分浸泡、过滤后得到无色溶液,充分振荡后得到蓝色溶液,无色溶液中含有[Cu(NH3)2]+,充分振荡时被空气中的氧气氧化,转化为[Cu(NH3)4]2+。红色固体X应该为Cu,加入浓氨水充分振荡时铜、氧气、浓氨水反应生成[Cu(NH3)4]2+(蓝色)。反应的固体混合产物为Cu2O和Cu,选项A正确;红色固体X为Cu,选项B错误;Cu+与NH3形成的配合物为无色的[Cu(NH3)2]+,选项C正确;Cu2O、CuO均能溶于浓氨水,且振荡过程中铜、氧气和浓氨水也能反应产生[Cu(NH3)4]2+,故若产物浸泡过程进行充分振荡,则无法推测出其成分,选项D正确。
12.铁器表面氧化层的成分有多种:致密的Fe3O4、疏松的FeO(OH)和FeOCl,它们均难溶于水。下列说法错误的是( )
A.有氧条件下Fe3O4与Cl-转化为FeOCl,周围环境的pH增大
B.FeOCl可自发转变为FeO(OH),说明FeO(OH)的溶解度小于FeOCl
C.检验FeO(OH)中是否含有FeOCl,可选用的试剂是稀硫酸和KSCN溶液
D.1 mol FeOCl完全转化为Fe3O4时转移13 mol电子
答案 C 有氧条件下Fe3O4与Cl-转化为FeOCl,反应原理为4Fe3O4+12Cl-+O2+6H2O 12FeOCl+12OH-,故pH增大,A正确;一般来说,溶解度小的物质转化为溶解度更小的物质容易实现,FeOCl可自发转变为FeO(OH),说明FeO(OH)的溶解度小于FeOCl,B正确;FeO(OH)和FeOCl均能与稀硫酸反应生成Fe3+,均能使KSCN溶液变为红色,C错误;已知Fe3O4中有13的Fe是+2价,有23的Fe为+3价,则1 mol FeOCl完全转化为Fe3O4时转移13 mol电子,D正确。
13.下列各组物质相互混合反应后,最终有白色沉淀生成的是( )
①NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合
②过量NaOH溶液和明矾溶液混合
③Na2CO3溶液滴入NaAlO2溶液中
④NaAlO2溶液与NaHCO3溶液混合
⑤向饱和Na2CO3溶液中通入足量CO2
A.①③④⑤ B.②③④C.①③⑤ D.①④⑤
答案 D ①NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合,发生反应:Al3++3AlO2-+6H2O4Al(OH)3↓,生成白色沉淀;②过量NaOH溶液和明矾溶液混合,发生反应:Al3++4OH-AlO2-+2H2O,没有白色沉淀生成;③Na2CO3溶液滴入NaAlO2溶液中不发生反应,没有白色沉淀生成;④NaAlO2溶液与NaHCO3溶液混合,发生反应:AlO2-+HCO3-+H2OAl(OH)3↓+CO32-,生成白色沉淀;⑤在相同温度下,Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度,故向饱和Na2CO3溶液中通入足量CO2会有晶体析出:Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3↓。综上,最终有白色沉淀生成的是①④⑤,故选D。
14.我国著名化工实业家侯德榜提出了“联合制碱法”,该生产工艺流程如图所示。下列说法不正确的是( )
A.沉淀池发生的离子反应为Na++CO2+NH3+H2ONH4++NaHCO3↓
B.吸收NH3可使母液中的HCO3-转化为CO32-,以提高NH4Cl纯度
C.该过程充分利用了合成氨工业提供的NH3和CO2
D.向饱和食盐水中先通CO2,再通NH3,更有利于NaHCO3析出
答案 D 侯德榜提出的“联合制碱法”的原理是溶解度大的物质制取溶解度小的物质,沉淀池中发生的反应为CO2+NH3+H2O+NaClNaHCO3↓+NH4Cl,A正确;往母液通氨气能增大溶液中NH4+的浓度,促进NH4Cl更多地析出,NH3能与HCO3-反应生成CO32-,可以提高NH4Cl纯度,B正确;由题图可知,该过程充分利用了合成氨工业提供的NH3和CO2,提高原料利用率,C正确;二氧化碳的溶解度较小,浓度较低不利于析出NaHCO3,应先通氨气后通二氧化碳,D错误。
15.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.常温下,可用R材质容器储运浓硫酸
B.M可用K3[Fe(CN)6]溶液检验
C.若Q为金属阳离子,可通过Fe2O3与稀HI溶液反应生成
D.Fe3+与氧化剂在碱性条件下反应可生成FeO42-
答案 B M不带电,铁元素的化合价为+2,则M可能为FeO;Q带2个单位正电荷,铁元素的化合价为+2,则Q为Fe2+;R不带电,铁元素的化合价为0,则R为Fe。常温下,铁遇浓硫酸会发生钝化,可用铁材质容器储运浓硫酸,A合理;Fe2+和K3[Fe(CN)6]溶液反应生成蓝色沉淀,但M不是Fe2+,B不合理;Fe2O3与稀HI溶液发生氧化还原反应,Fe2O3中的Fe3+被I-还原为Fe2+,C合理;从题图中可以看出,Fe3+在碱性溶液中可以生成FeO42-,FeO42-中铁元素的化合价为+6,所以Fe3+与氧化剂在碱性条件下反应可生成FeO42-,D合理。
16.实验室以含锌废液(主要成分为ZnSO4,含少量的Fe2+、Mn2+)为原料制备ZnCO3·2Zn(OH)2的实验流程如下:
下列说法正确的是( )
A.过二硫酸钠(Na2S2O8)中硫元素的化合价为+7价
B.氧化除锰后的溶液中存在:Na+、Zn2+、Fe2+、SO42-
C.调节pH时试剂X可以选用Zn、ZnO、ZnCO3等物质
D.沉锌时的离子方程式为3Zn2++6HCO3- ZnCO3·2Zn(OH)2↓+5CO2↑+H2O
答案 D 过二硫酸钠中含有过氧键,其中硫元素的化合价为+6价,A错误;氧化除锰后的溶液中存在的离子为Na+、Zn2+、Fe3+、SO42-,B错误;溶液中Fe3+能与锌反应生成Fe2+和Zn2+,所以调节溶液pH时试剂X不能选用锌,C错误;沉锌时溶液中Zn2+与HCO3-反应生成ZnCO3·2Zn(OH)2沉淀、二氧化碳和水,反应的离子方程式为3Zn2++6HCO3- ZnCO3·2Zn(OH)2↓+5CO2↑+H2O,D正确。
17.废旧CPU中的金(Au)、Ag和Cu回收的部分流程如下:
已知:HAuCl4 H++AuCl4-。下列说法正确的是( )
A.“酸溶”时用浓硝酸产生NOx的量比稀硝酸的少
B.“过滤”所得滤液中的Cu2+和Ag+可用过量浓氨水分离
C.用浓盐酸和NaNO3也可以溶解金
D.用过量Zn粉将1 mol HAuCl4完全还原为Au,参加反应的Zn为1.5 mol
答案 C A项,浓HNO3、稀HNO3与Cu的反应:Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,若均为3 mol Cu参加反应,浓HNO3生成6 mol NO2,稀HNO3生成2 mol NO,所以“酸溶”时用浓硝酸产生NOx的量比稀硝酸的多,错误;B项,Cu2+和Ag+与氨水反应均是先生成沉淀,然后沉淀再溶解生成配合物,无法分离,错误;C项,流程中“溶金”时用的是HNO3和NaCl溶液,溶液中存在的离子为H+、NO3-、Na+和Cl-,若用浓盐酸和NaNO3,溶液中存在的也是这四种离子,故也可以溶解金,正确;D项,Zn与AuCl4-反应,AuCl4-中Au为+3价,生成1 mol Au时转移3 mol e-,而1 mol Zn转移2 mol e-生成Zn2+,根据得失电子守恒知,应消耗的Zn为1.5 mol,又已知:HAuCl4 H++AuCl4-,电离出的H+也要消耗Zn,故消耗Zn大于1.5 mol,错误。
易错易混 分析D项时,除了需要计算还原AuCl4-所消耗的Zn,还需要注意HAuCl4为一元强酸,电离产生的H+也能与Zn反应。
18.工业上可用废铁屑为原料,按如图工业流程制备聚合硫酸铁{[Fe2(OH)m(SO4)p]n},聚合硫酸铁是一种新型絮凝剂,处理污水能力比FeCl3高效,且腐蚀性小。下列说法正确的是( )
A.聚合硫酸铁{[Fe2(OH)m(SO4)p]n}中m=6-2p
B.酸浸槽中加入的酸液可用稀硝酸代替稀硫酸
C.反应釜中的离子方程式为H2O2+Fe2++H+ Fe3++H2O
D.聚合釜中的反应pH控制越大越好
答案 A A项,反应釜中H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,因此聚合硫酸铁中铁元素为+3价,根据电中性原则可得(+3)×2+(-1)×m+(-2)×p=0,解得m=6-2p,正确;B项,酸浸槽中加入的酸液不能用稀硝酸代替稀硫酸,稀硝酸会与废铁屑生成污染性气体,且引入杂质NO3-,错误;C项,原子不守恒,正确的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+ 2Fe3++2H2O,错误;D项,聚合釜中的反应pH控制越大越容易生成Fe(OH)3,而不易生成聚合硫酸铁,错误。
解题技巧 判断离子方程式书写正误时,一般先看电荷是否守恒、原子是否守恒、得失电子是否守恒,再看弱电解质、不溶物等是否拆开,最后看反应的酸碱环境。
19.用磁铁矿(主要成分为Fe3O4,含Al2O3和SiO2等杂质)制取FeCO3的工艺流程如下:
氢氧化物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Fe(OH)2
开始沉淀的pH
1.5
4.0
6.5
完全沉淀的pH
3.3
5.2
9.7
下列说法正确的是( )
A.“酸浸”过程中加入过量硫酸能抑制金属离子水解和提高铁元素的浸出率
B.“调节pH”时应控制溶液的pH大于3.3
C.“沉铁”时应将过滤1的滤液滴加到Na2CO3溶液中,并不断搅拌
D.“过滤2”所得滤液中的溶质为Na2SO4
答案 A “酸浸”过程中加入过量硫酸可以确保硫酸的浓度,加快浸取的反应速率,提高磁铁矿的浸取效率,同时还可以抑制Fe3+等金属离子的水解,A正确;Fe3O4可表示为FeO·Fe2O3,和硫酸反应生成FeSO4和Fe2(SO4)3,再加入铁,将Fe3+还原为Fe2+,离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+,加入20%氨水调节pH,使Al3+沉淀完全,Fe2+不沉淀,pH应大于5.2、小于6.5,B错误;“沉铁”时应将Na2CO3滴加到滤液中,因为Na2CO3溶液显碱性,若将滤液滴加到Na2CO3溶液中,Fe2+与CO32-水解产生的OH-反应生成Fe(OH)2,导致FeCO3产率降低,且搅拌会导致FeCO3被空气中的氧气氧化,C错误;“过滤2”所得滤液中的溶质为Na2SO4、(NH4)2SO4和过量的Na2CO3,D错误。
20.如图是工业利用菱镁矿(主要含MgCO3,还含有Al2O3、FeCO3杂质)制取氯化镁的工艺流程。下列说法错误的是( )
A.酸浸池中加入的X酸是盐酸
B.氧化池中通入氯气的目的是将Fe2+氧化为Fe3+
C.沉淀为Fe(OH)3
D.在工业上常利用电解熔融氯化镁的方法制取金属镁
答案 C 工业利用菱镁矿制取氯化镁,所以酸浸池中加入的X酸是盐酸,A正确;通入氯气将Fe2+氧化为Fe3+,以便于后续调pH除去铁元素,B正确;加MgO调节溶液pH使Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去,C错误;镁是活泼金属,在工业上常利用电解熔融氯化镁的方法制取金属镁,D正确。
21.砷碱渣中含有大量的Na+、AsO43-、OH-、SO42-等,采用无废气、废水、废渣产生的工艺流程如图所示:
下列说法错误的是( )
A.开始通入CO2发生反应的离子方程式为CO2+2OH- CO32-+H2O
B.通入CO2进行脱碳酸盐,脱出的碳酸盐为NaHCO3
C.脱砷的离子方程式为2AsO43-+5S2-+16H+ As2S5↓+8H2O
D.脱硫酸根离子时的离子方程式为Ba2++SO42- BaSO4↓
答案 C 根据题图可知,将CO2通入砷碱渣后得到碳酸盐,开始通入CO2时,CO2与OH-反应的离子方程式为CO2+2OH- CO32-+H2O,A正确;在相同温度下,NaHCO3的溶解度小于Na2CO3,为了使Na+更充分地沉淀,要通入足量的CO2使Na+以NaHCO3形式析出,B正确;溶液显碱性,脱砷的离子方程式应为2AsO43-+5S2-+8H2O As2S5↓+16OH-,C错误;脱硫酸根离子时,溶液中的SO42-与加入的Ba2+反应生成BaSO4沉淀,D正确。
22.工业上,用生物堆浸法处理低品位黄铜矿(主要成分是CuFeS2)制备两“矾”,其简易流程如下。
下列说法正确的是 ( )
A.生物堆浸的温度越高,反应速率越快
B.“转化”中不可能发生歧化反应
C.虚线箭头代表的一系列操作为蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥
D.“氧化”中1 mol CuS完全反应转移8 mol电子,反应方程式为CuS+4H2O2 CuSO4+4H2O
答案 D 黄铜矿经粉碎过筛后,加入T.f细菌生物堆浸,但温度过高,T.f细菌会失去活性,反应速率减慢,A错误。向堆浸液中加入Na2S2O3溶液,Fe3+、Cu2+与Na2S2O3溶液反应的离子方程式分别为①8Fe3++S2O32-+5H2O 8Fe2++2SO42-+10H+,②Cu2++S2O32-+H2O CuS+SO42-+2H+;在反应②中,硫元素的化合价既升高又降低,则“转化”中Na2S2O3发生了歧化反应,B错误。过滤得到含有硫酸亚铁的滤液和硫化铜沉淀;滤液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到绿矾,C错误。“氧化”中硫化铜与稀硫酸和过氧化氢反应生成硫酸铜,化学方程式为CuS+4H2O2 CuSO4+4H2O,1 mol硫化铜完全反应转移8 mol电子,D正确。
23.纳米氧化锌是一种新型无机功能材料。以氧化锌烟灰(含ZnO及少量Fe2O3、FeO、MnO、CuO)为原料制备纳米氧化锌的工艺流程如下:
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为0.1 mol·L-1计算)。
金属离子
Fe3+
Fe2+
Cu2+
Zn2+
Mn2+
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.0
6.2
8.1
完全沉淀的pH
2.8
8.3
8.0
8.2
10.1
(1)基态Cu2+核外电子排布式为 。
(2)“浸取”过程中盐酸不宜过量太多,其可能原因是 。
(3)“滤渣1”的成分是MnO2、Fe(OH)3。“氧化除杂”过程中KMnO4与Mn2+发生反应的离子方程式为 ,溶液pH范围应控制在 。
答案 (1)[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9
(2)防止后续“氧化除杂”步骤消耗更多的KMnO4和产生污染性气体Cl2
(3)2MnO4-+3Mn2++2H2O 5MnO2↓+4H+ 2.8~6.0
解析 (1)Cu为29号元素,基态Cu的核外电子排布式为[Ar]3d104s1,则基态Cu2+的核外电子排布式为[Ar]3d9。(2)KMnO4能氧化HCl生成Cl2,过量的盐酸会消耗KMnO4,浪费药品,同时生成的Cl2会污染环境。(3)KMnO4与Mn2+发生归中反应生成MnO2,根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒配平离子方程式。滤渣1中有Fe(OH)3,所以pH≥2.8,但是Cu2+不能沉淀,所以pH<6.0。
名师点睛 去除Fe2+时,一般思路是先将Fe2+氧化为Fe3+,然后再调节pH,以Fe(OH)3的形式除去。
24.LiMn2O4是一种锂离子电池的正极材料。用高锰酸钾废渣(主要成分为MnO2、Fe2O3、Al2O3、SiO2)和硫铁矿(主要成分为FeS2)制备LiMn2O4的工艺流程如图:
已知:①酸浸液主要含有Mn2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等金属阳离子;
②25 ℃时,相关物质的Ksp见表。
物质
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mn(OH)2
Ksp
1×10-16.3
1×10-38.6
1×10-32.3
1×10-12.7
(1)酸浸。MnO2与FeS2反应生成Fe3+和SO42-的离子方程式为 。保持温度、浸取时间不变,能提高锰元素浸出率的措施有 。
(2)除杂。欲使溶液中的Al3+、Fe3+沉淀完全,调节溶液的pH最小值为 (当溶液中某离子浓度c≤1×10-5 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全)。
(3)热解。在真空中加热分解MnSO4·H2O,测得固体的质量随温度变化如图所示。真空热解MnSO4·H2O制备Mn3O4,需控制的温度为 。(写出计算推理过程)。
(4)焙烧。生成LiMn2O4的反应中,还原剂是 (填化学式)。
答案 (1)15MnO2+2FeS2+28H+ 2Fe3++14H2O+4SO42-+15Mn2+ 矿渣粉碎 (2)4.9 (3)1 000~1 200 ℃ 根据质量守恒可知,3MnSO4·H2O~Mn3O4,此时Mn3O4的质量占原固体质量的百分比为3×55+16×43×(55+32+16×4+18)×100%≈45.17%,失重率约为100%-45.17%=54.83%,结合图像可知,需控制温度在1 000~1 200 ℃ (4)Mn3O4
解析 KMnO4废渣和硫铁矿混合酸浸,酸浸液主要含有Mn2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等金属阳离子,滤渣1主要成分为SiO2,向滤液中加入H2O2将Fe2+转化为Fe3+,加入氨水调节pH除去Fe3+、Al3+,滤液结晶得到MnSO4·H2O,MnSO4·H2O热解制备Mn3O4,向Mn3O4中加入Li2CO3、空气焙烧得到LiMn2O4。(1)MnO2与FeS2在酸性条件下发生氧化还原反应生成Fe3+和SO42-、Mn2+,离子方程式为15MnO2+2FeS2+28H+ 2Fe3++14H2O+4SO42-+15Mn2+。保持温度、浸取时间不变,能提高锰元素浸出率的措施有矿渣粉碎、搅拌等。(2)当Al(OH)3沉淀完全时,Fe3+已经沉淀完全,故欲使溶液中的Al3+、Fe3+沉淀完全,c(OH-)=31×10-32.31×10-5 mol·L-1=10-9.1 mol·L-1,pH=4.9,故调节溶液的pH最小值为4.9。(4)热解MnSO4·H2O制得Mn3O4,“焙烧”时加入Li2CO3、空气得到LiMn2O4,反应中锰元素化合价升高,发生氧化反应,故还原剂是Mn3O4。
25.Co2O3主要用作颜料、釉料及磁性材料,利用一种钴矿石(主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、SiO2及铝、镁、钙等金属元素的氧化物)制取Co2O3的工艺流程如图所示。
已知:①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等。
②部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如下表:
沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Co(OH)2
Al(OH)3
完全沉
淀的pH
3.7
9.6
9.2
5.2
回答下列问题:
(1)“溶浸”过程中,可以加快反应速率和提高原料利用率的方法是 (写出一种即可),加入Na2SO3的作用是 。
(2)“氧化”过程中金属阳离子与NaClO3反应的离子方程式为 ,由此推测还原性:Fe2+ Co2+(填“>”或“<”)。
(3)滤渣2的主要成分为 (写化学式),检验铁元素的离子已被完全沉淀的实验操作及现象:取少量待测液于试管中, 。
(4)已知某温度下Ksp(CaF2)=3.4×10-11,Ksp(MgF2)=7.1×10-11。该温度下,“沉淀除杂”时加入足量的NaF溶液可将Ca2+、Mg2+沉淀除去,若所得滤液中c(Mg2+)=1.0×10-5mol·L-1,则滤液中c(Ca2+)= (保留2位有效数字)。
(5)CoC2O4·2H2O在空气中充分煅烧,除得到产品外还生成了CO2,则反应中CoC2O4·2H2O与O2的化学计量数之比为 。
答案 (1)适当升温、粉碎矿石、适当增加稀硫酸浓度、搅拌等 将Co3+、Fe3+还原为Co2+、Fe2+
(2)6Fe2++ClO3-+6H++Cl-+3H2O >
(3)Fe(OH)3、Al(OH)3 滴入几滴KSCN溶液,振荡,溶液不变红
(4)4.8×10-6 mol·L-1
(5)4∶3
解析 由题给流程图及已知①可知加入的Na2SO3主要是将Co3+、Fe3+还原为Co2+、Fe2+,然后向滤液中加入NaClO3将Fe2+氧化为Fe3+,再加入Na2CO3调节溶液pH,使Fe3+、Al3+形成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,过滤后所得滤液中主要含有Co2+、Mg2+、Ca2+,再用NaF溶液除去Ca2+、Mg2+,过滤后,向滤液中加入(NH4)2C2O4溶液得到CoC2O4·2H2O,煅烧后制得Co2O3。
(1)“溶浸”过程中,适当升温、粉碎矿石、适当增加稀硫酸的浓度等均可以加快反应速率和提高原料利用率。
(2)“氧化”过程中在酸性条件下Fe2+与NaClO3反应的离子方程式为6Fe2++ClO3-+6H++Cl-+3H2O;Fe2+与ClO3-发生反应而Co2+不发生反应,说明还原性:Fe2+>Co2+。
(3)用Na2CO3调节溶液pH,使溶液中Fe3+和Al3+转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀,故滤渣2的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3;检验Fe3+的操作为取少量待测液于试管中,滴入几滴KSCN溶液,充分振荡,若溶液不变红,说明溶液中无Fe3+。
(4)c(Ca2+)∶c(Mg2+)=[c(Ca2+)·c2(F-)]∶[c(Mg2+)·c2(F-)]=Ksp(CaF2)∶Ksp(MgF2)=34∶71,所以若所得滤液中c(Mg2+)=1.0×10-5 mol·L-1,则c(Ca2+)=1.0×10-5 mol·L-1× 3471≈4.8×10-6 mol·L-1。
(5)根据得失电子守恒和原子守恒可得,煅烧时发生反应的化学方程式为4CoC2O4·2H2O+3O2 2Co2O3+8CO2+8H2O,则反应中CoC2O4·2H2O与O2的化学计量数之比为4∶3。
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