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- 2021-08-23 发布
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第3章 金属元素及其重要化合物
1.(2019·全国卷Ⅱ)下列化学方程式中,不能正确表达反应颜色变化的是( )
A.向CuSO4溶液中加入足量Zn粉,溶液蓝色消失
Zn+CuSO4===Cu+ZnSO4
B.澄清的石灰水久置后出现白色固体
Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O
C.Na2O2在空气中放置后由淡黄色变为白色
2Na2O2===2Na2O+O2↑
D.向Mg(OH)2悬浊液中滴加足量FeCl3溶液出现红褐色沉淀 3Mg(OH)2+2FeCl3===2Fe(OH)3+3MgCl2
答案 C
解析 加入足量Zn粉,Cu2+被完全还原为Cu,所以溶液蓝色消失,A正确;澄清石灰水与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙白色沉淀,B正确;过氧化钠是淡黄色固体,在空气中久置成为碳酸钠,变为白色,C错误;Mg(OH)2悬浊液中滴加足量三氯化铁溶液,白色Mg(OH)2沉淀可转化为红褐色氢氧化铁沉淀,D正确。
2.(2019·天津高考)下列有关金属及其化合物的应用不合理的是( )
A.将废铁屑加入FeCl2溶液中,可用于除去工业废气中的Cl2
B.铝中添加适量锂,制得低密度、高强度的铝合金,可用于航空工业
C.盐碱地(含较多Na2CO3等)不利于作物生长,可施加熟石灰进行改良
D.无水CoCl2呈蓝色,吸水会变为粉红色,可用于判断变色硅胶是否吸水
答案 C
解析 Na2CO3与Ca(OH)2反应生成NaOH,使土壤碱性增强,C错误。
3.(2018·全国卷Ⅰ)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属,其流程如下:
下列叙述错误的是( )
A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C.“沉淀”反应的金属离子为Fe3+
D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
答案 D
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解析 废旧电池中含有重金属,随意丢弃容易污染环境,因此合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用,A正确;根据流程的转化可知从正极片中可回收的金属元素有Al、Fe、Li,B正确;HNO3可以将磷酸亚铁锂滤渣中的Fe2+氧化为Fe3+,得到含Li、P、Fe等滤液,加入碱液生成氢氧化铁沉淀,因此“沉淀”反应的金属离子是Fe3+,C正确;硫酸锂能溶于水,因此上述流程中不能用硫酸钠代替碳酸钠,D错误。
4.(2018·全国卷Ⅱ)化学与生活密切相关。下列说法错误的是( )
A.碳酸钠可用于去除餐具的油污
B.漂白粉可用于生活用水的消毒
C.氢氧化铝可用于中和过多胃酸
D.碳酸钡可用于胃肠X射线造影检查
答案 D
解析 碳酸钠水解溶液显碱性,因此可用于去除餐具的油污,A正确;漂白粉具有强氧化性,可用于生活用水的消毒,B正确;氢氧化铝是两性氢氧化物,能与酸反应,可用于中和过多胃酸,C正确;碳酸钡难溶于水,但可溶于酸,生成可溶性钡盐而使蛋白质变性,所以不能用于胃肠X射线造影检查,应该用硫酸钡,D错误。
5.(2018·江苏高考)下列有关物质性质的叙述一定不正确的是( )
A.向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液,溶液显红色
B.KAl(SO4)2·12H2O溶于水可形成Al(OH)3胶体
C.NH4Cl与Ca(OH)2混合加热可生成NH3
D.Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2
答案 A
解析 FeCl2溶液中含Fe2+,NH4SCN用于检验Fe3+,向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液,溶液不会显红色,A错误;KAl(SO4)2·12H2O溶于水电离出的Al3+水解形成Al(OH)3胶体,离子方程式为Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+,B正确;实验室可用NH4Cl和Ca(OH)2混合共热制NH3,反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O,C正确;Cu与FeCl3溶液反应生成CuCl2和FeCl2,反应的化学方程式为Cu+2FeCl3===CuCl2+2FeCl2,D正确。
6.(2018·江苏高考)在给定条件下,下列选项所示的物质间转化均能实现的是( )
A.NaHCO3(s)Na2CO3(s)NaOH(aq)
B.Al(s)NaAlO2(aq)Al(OH)3(s)
C.AgNO3(aq)[Ag(NH3)2]+(aq)Ag(s)
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D.Fe2O3(s)Fe(s)FeCl3(aq)
答案 A
解析 A项,NaHCO3受热分解生成Na2CO3、CO2和H2O,Na2CO3与饱和石灰水反应生成CaCO3和NaOH,两步反应均能实现;B项,Al与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2,NaAlO2与过量盐酸反应生成NaCl、AlCl3和H2O,第二步反应不能实现;C项,AgNO3中加入氨水可获得银氨溶液,蔗糖中不含醛基,蔗糖不能发生银镜反应,第二步反应不能实现;D项,Al与Fe2O3高温发生铝热反应生成Al2O3和Fe,Fe与HCl反应生成FeCl2和H2,第二步反应不能实现。
7.(2018·北京高考)下列实验中的颜色变化,与氧化还原反应无关的是( )
A
B
C
D
实
验
NaOH溶液
滴入FeSO4
溶液中
石蕊溶液滴
入氯水中
Na2S溶液
滴入AgCl
浊液中
热铜丝插入稀硝酸中
现
象
产生白色沉淀,随后变为红褐色
溶液变红,随后迅速褪色
沉淀由白色逐渐变为黑色
产生无色气体,随后变为红棕色
答案 C
解析 A项,NaOH溶液滴入FeSO4溶液中产生白色Fe(OH)2沉淀,白色沉淀变为红褐色沉淀时的反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,该反应前后元素化合价有升降,为氧化还原反应;B项,氯水中存在反应Cl2+H2OHCl+HClO,由于氯水呈酸性,石蕊溶液滴入后溶液先变红,红色褪色是HClO表现强氧化性,与有色物质发生氧化还原反应;C项,白色沉淀变为黑色时的反应为2AgCl+Na2S===Ag2S+2NaCl,反应前后元素化合价不变,不是氧化还原反应;D项,Cu与稀HNO3反应生成Cu(NO3)2、NO气体和H2O,气体由无色变为红棕色时的反应为2NO+O2===2NO2,反应前后元素化合价有升降,为氧化还原反应。
8.(2017·全国卷Ⅱ)由下列实验及现象不能推出相应结论的是( )
实验
现象
结论
A
向2 mL 0.1 mol·L-1的FeCl3溶液中加足量铁粉,振荡,加1滴KSCN溶液
黄色逐渐消失,加KSCN溶液颜色不变
还原性:
Fe>Fe2+
B
将金属钠在燃烧匙中点燃,迅速伸入集满CO2的集气瓶
集气瓶中产生大量白烟,瓶内有黑色颗粒产生
CO2具有氧化性
C
加热盛有少量NH4HCO3
石蕊试纸变蓝
NH4HCO3显碱性
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固体的试管,并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸
D
向2支盛有2 mL相同浓度银氨溶液的试管中分别加入2滴相同浓度的NaCl和NaI溶液
一支试管中产生黄色沉淀,另一支中无明显现象
Ksp(AgI)<
Ksp(AgCl)
答案 C
解析 A项,加入过量的铁粉,黄色消失,加入KSCN溶液,溶液不变色,说明Fe3+完全被消耗,即Fe+2Fe3+===3Fe2+,根据氧化还原反应的规律,还原剂的还原性大于还原产物的还原性,Fe化合价升高,Fe作还原剂,Fe2+既是还原产物又是氧化产物,因此还原性Fe>Fe2+,故A正确;B项,瓶内有黑色颗粒产生,说明生成C,发生反应是4Na+CO22Na2O+C,CO2中C元素化合价降低,因此CO2作氧化剂被还原,故B正确;C项,碳酸氢铵受热分解,NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O,氨气使湿润的红色石蕊试纸变蓝,而不是NH4HCO3的缘故,故C错误;D项,产生黄色沉淀,说明生成AgI,AgI和AgCl形式相同,溶度积小的先沉淀,即Ksp(AgCl)>Ksp(AgI),故D正确。
9.(2017·天津高考)下列有关水处理方法不正确的是( )
A.用石灰、碳酸钠等碱性物质处理废水中的酸
B.用可溶性的铝盐和铁盐处理水中的悬浮物
C.用氯气处理水中的Cu2+、Hg2+等重金属离子
D.用烧碱处理含高浓度NH的废水并回收利用氨
答案 C
解析 石灰和Na2CO3均可以与酸反应,可以用来处理废水中的酸,故A正确;铝盐和铁盐溶液中的Al3+、Fe3+均可水解,分别生成Al(OH)3胶体、Fe(OH)3胶体,吸附水中的悬浮物,故B正确;烧碱(NaOH)可与高浓度的NH溶液反应产生NH3,可回收利用NH3,故D正确。因CuCl2、HgCl2可溶,氯气不能使Cu2+、Hg2+从溶液中析出除去,故C错误。
10.(2017·江苏重组)下列说法正确的是( )
A.明矾的化学式:Al2(SO4)3
B.Na2O2吸收CO2产生O2,可用作呼吸面具供氧剂
C.能实现FeFeCl2Fe(OH)2的转化
D.无色透明的溶液中Fe3+、Mg2+、SCN-、Cl-可大量共存
答案 B
解析 明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O,故A错误;FeFeCl3,故C错误;Fe3+和SCN-不能共存,且Fe3+显棕黄色,故D错误。
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11.(2019·全国卷Ⅰ)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源,变废为宝,在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵,具体流程如下:
回答下列问题:
(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污,方法是_________________。
(2)步骤②需要加热的目的是________________,温度保持80~95 ℃,采用的合适加热方式是________。铁屑中含有少量硫化物,反应产生的气体需要净化处理,合适的装置为________(填标号)。
(3)步骤③中选用足量的H2O2,理由是___________________________,分批加入H2O2,同时为了________,溶液要保持pH小于0.5。
(4)步骤⑤的具体实验操作有_____________________________________,
经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数,将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水,失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为________。
答案 (1)碱煮水洗 (2)加快反应 热水浴 C
(3)将Fe2+全部氧化为Fe3+;不引入杂质 防止Fe3+水解 (4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O
解析 (1)铁屑表面的油污可以用热的氢氧化钠溶液洗涤,然后用蒸馏水洗净。
(2)铁与硫酸反应,加热的目的是加快反应速率,由于温度要控制在80~95 ℃,应选择水浴加热。铁中含有少量的硫化物,与酸反应后生成酸性气体H2S,应该用碱溶液吸收H2S气体,为了防止倒吸,应选用C装置。
(3)铁与硫酸反应后生成硫酸亚铁,加入足量的过氧化氢溶液将亚铁离子氧化为铁离子,离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。Fe3+在水中易水解生成氢氧化铁沉淀,为了抑制Fe3+水解,溶液要保持较强的酸性,使用H2O2的优点是不引入新的杂质。
(4)硫酸铁溶液与固体硫酸铵反应生成硫酸铁铵,为了从溶液中得到硫酸铁铵应将溶液经加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铁铵晶体。
(5)由于样品失去1.5个结晶水,失重5.6%,即
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M[NH4Fe(SO4)2·xH2O]×5.6%=1.5×18 g·mol-1,可以求得M[NH4Fe(SO4)2·xH2O]≈482 g·mol-1,利用硫酸铁铵晶体的摩尔质量减去
NH4Fe(SO4)2的摩尔质量可以求出晶体中水的摩尔质量之和,为216 g·mol-1,由此可以求出x=12。
12.(2019·江苏高考)聚合硫酸铁[Fe2(OH)6-2n(SO4)n]m广泛用于水的净化。以FeSO4·7H2O为原料,经溶解、氧化、水解聚合等步骤,可制备聚合硫酸铁。
(1)将一定量的FeSO4·7H2O溶于稀硫酸,在约70 ℃下边搅拌边缓慢加入一定量的H2O2溶液,继续反应一段时间,得到红棕色黏稠液体。H2O2氧化Fe2+的离子方程式为____________________;水解聚合反应会导致溶液的pH________。
(2)测定聚合硫酸铁样品中铁的质量分数:准确称取液态样品3.000 g,置于250 mL锥形瓶中,加入适量稀盐酸,加热,滴加稍过量的SnCl2溶液(Sn2+将Fe3+还原为Fe2+),充分反应后,除去过量的Sn2+。用5.000×10-2 mol·L-1 K2Cr2O7溶液滴定至终点(滴定过程中Cr2O与Fe2+反应生成Cr3+和Fe3+),消耗K2Cr2O7溶液22.00 mL。
①上述实验中若不除去过量的Sn2+,样品中铁的质量分数的测定结果将________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
②计算该样品中铁的质量分数(写出计算过程)。
答案 (1)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O 减小
(2)①偏大 ②n(Cr2O)=5.000×10-2 mol·L-1×22.00 mL×10-3 L·mL-1=1.100×10-3 mol
由滴定时Cr2O→Cr3+和Fe2+→Fe3+,根据得失电子守恒可得微粒的关系式:Cr2O~6Fe2+
(或Cr2O+14H++6Fe2+===6Fe3++2Cr3++7H2O)
则n(Fe2+)=6n(Cr2O)=6×1.100×10-3 mol=6.600×10-3 mol
样品中铁元素的质量:
m(Fe)=6.600×10-3 mol×56 g·mol-1=0.3696 g
样品中铁元素的质量分数:
w(Fe)=×100%=12.32%
解析 (1)将一定量的FeSO4·7H2O溶于稀硫酸中,缓慢加入H2O2溶液,发生氧化还原反应,反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O;Fe2(SO4)3水解聚合使得溶液酸性增强,即会导致溶液的pH减小。
(2)①实验中滴加过量的SnCl2溶液(Sn2+将Fe3+还原为Fe2+),若不除去过量的Sn2+,滴定过程中Cr2O与Sn2+反应,消耗K2Cr2O7偏多,使结果偏大。
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13.(2018·全国卷Ⅱ)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家,一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子
Fe3+
Fe2+
Zn2+
Cd2+
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
回答下列问题:
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为________________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有__________;氧化除杂工序中ZnO的作用是______________,若不通入氧气,其后果是______________。
(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为____________________________________________________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为______________________________;沉积锌后的电解液可返回__________工序继续使用。
答案 (1)2ZnS+3O22ZnO+2SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2+
(3)Zn+Cd2+===Zn2++Cd
(4)Zn2++2e-===Zn 溶浸
解析 (1)由于闪锌矿的主要成分是ZnS,因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS+3O22ZnO+2SO2。
(2)由于硫酸铅不溶于水,因此滤渣1的主要成分除SiO2外还有PbSO4;要沉淀铁离子,需要调节溶液的pH,又因为不能引入新杂质,所以需要利用氧化锌调节pH,即氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH。根据表中数据可知沉淀亚铁离子的pH较大,所以若不通入氧气,其后果是无法除去杂质Fe2+。
(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,反应的离子方程式为Zn+Cd2+===Zn2++Cd。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极发生得到电子的还原反应,因此阴极是锌离子放电,则阴极的电极反应式为Zn2++2e-===Zn;阳极是氢氧根离子放电,破坏了水的电离平衡,产生氢离子,所以电解后还有硫酸产生,因此沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。
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14.(2018·江苏高考)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金属硫酸盐)为原料,生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下:
(1)焙烧过程均会产生SO2,用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为____________________。
(2)添加1% CaO和不添加CaO的矿粉焙烧,其硫去除率随温度变化曲线如图所示。
已知:多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃
硫去除率=×100%
①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时,去除的硫元素主要来源于________。
②700 ℃焙烧时,添加1% CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低,其主要原因是____________________________。
(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,铝元素存在的形式由__________(填化学式)转化为__________(填化学式)。
(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=________。
答案 (1)SO2+OH-===HSO
(2)①FeS2 ②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中
(3)NaAlO2 Al(OH)3
(4)1∶16
解析 (2)①根据题给已知,多数金属硫酸盐的分解温度高于600 ℃,不添加CaO的矿粉低于500 ℃焙烧时,去除的硫元素主要来源于FeS2。
②添加CaO,CaO起固硫作用,添加CaO发生的反应为2CaO+2SO2+O2===2CaSO4,根据硫去除率的含义,700 ℃焙烧时,添加1% CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低的原因是:硫元素转化为CaSO4留在矿粉中。
(3)“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的NaAlO2、Na2SiO3
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,向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,CO2与NaAlO2反应生成NaHCO3和Al(OH)3。
(4)Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,反应的化学方程式为FeS2+16Fe2O311Fe3O4+2SO2↑,理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=1∶16。
15.(2016·全国卷Ⅱ)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题:
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1 mol·L-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是__________________。
(2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变红,说明Cl2可将Fe2+氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为____________________。
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油,再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是____________________。
(4)丙组同学取10 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液,加入6 mL 0.1 mol·L-1FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验:
①第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置,CCl4层显紫色;
②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀;
③第三支试管中加入1滴KSCN溶液,溶液变红。
实验②检验的离子是________(填离子符号);实验①和③说明:在I-过量的情况下,溶液中仍含有________(填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为________________。
(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为______________________________________;
一段时间后,溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是___________;生成沉淀的原因是____________________________(用平衡移动原理解释)。
答案 (1)防止Fe2+被氧化
(2)2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)
(4)Fe2+ Fe3+ 可逆反应
(5)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O Fe3+催化H2O2分解产生O2 H2O2分解反应放热,促进Fe3+的水解平衡正向移动
解析 (1)Fe2+易被空气中的O2氧化为Fe3+,加入少量铁屑,可防止Fe2+被氧化。
(2)Cl2可将Fe2+氧化,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
(3)Fe2+易被空气中的O2氧化,加入煤油,覆盖在溶液上面,阻止空气进入溶液干扰实验。
(4)实验②加入K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀,说明含有Fe2+;实验①和③说明在I-
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过量的情况下,溶液中仍含有Fe3+,证明该反应为可逆反应。
(5)H2O2溶液中加入酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,说明Fe2+被H2O2氧化成Fe3+,同时生成的Fe3+对H2O2的分解有催化作用,H2O2的分解反应放热,又对Fe3+的水解起促进作用。
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