金属材料、过渡金属、金属矿物的开发和利用突破训练（五）.doc

金属材料、过渡金属、金属矿物的开发和利用 突破训练（五）‎ ‎1.实验室用含有杂质(FeO、 Fe2O3)的废CuO制备胆矾晶体,经历了下列过程(已知 Fe3+在pH=5时沉淀完全)。其中分析错误的是(　　)‎ 样品溶液Ⅰ溶液Ⅱ……浊液滤液ⅡCuSO4·5H2O晶体 A.步骤②发生的主要反应为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O B.步骤②可用氯水、硝酸等强氧化剂代替H2O2‎ C.步骤③用 CuCO3代替CuO也可调节溶液的pH D.步骤⑤的操作为向漏斗中加入少量冷的蒸馏水至浸没晶体,待水自然流下,重复操作2~3次 ‎[解析] 步骤②的目的是把亚铁离子氧化为铁离子,发生的主要反应为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O,A项正确;步骤②若用氯水、硝酸等强氧化剂代替 H2O2,则氧化剂的还原产物不是水,会引入新的杂质氯离子或硝酸根离子,同时还会造成污染,所以不能将H2O2换为氯气或硝酸,B项错误;步骤③用CuCO3代替CuO也可调节溶液的pH,碳酸铜与过量的硫酸反应生成硫酸铜、水、二氧化碳气体,不会引入新的杂质,C项正确;洗涤固体的操作为向漏斗中加入少量冷的蒸馏水至浸没晶体,待水自然流下,重复操作2~3次,D项正确。‎ ‎2.已知CuO经高温灼烧生成Cu2O,Cu2O与H+发生:Cu2O+2H+Cu+Cu2++H2O。将经高温灼烧后的CuO样品投入足量热的稀硝酸溶液中,下列有关说法中正确的是 (　　)‎ A.如果溶液变为蓝色同时有紫红色固体出现,说明样品全部生成了Cu2O B.溶液中最终可能有紫红色固体出现 C.这种实验的结果无法说明CuO分解的程度 D.如果溶液变成蓝色,最终没有紫红色固体出现,说明CuO没有分解 ‎[解析] CuO经高温灼烧生成Cu2O,因硝酸具有强氧化性,Cu、CuO及Cu2O都可与硝酸发生反应,最终生成Cu(NO3)2,则反应后没有紫红色固体生成,不能说明CuO分解的程度。‎ ‎3. CuSO4是一种重要的化工原料,其有关制备途径及性质如图K13-1所示。下列说法不正确的是 (　　) ‎ A.途径①所用混酸中H2SO4与HNO3物质的量之比最好为3∶2‎ B.相对于途径①、③,途径②更好地体现了绿色化学思想 C.1 mol CuSO4在1100 ℃下所得混合气体X中O2为0.75 mol D.Y可以是葡萄糖 图K13-1‎ ‎[解析] 途径①的反应的离子方程式为3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O,因此硫酸和硝酸的物质的量之比最好为3∶2,A项正确;途径②发生的反应是2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O,途径③Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O,途径①、③均有对环境有污染的气体产生,途径②没有,B项正确;4CuSO42Cu2O+O2↑+4SO3↑,消耗1 mol CuSO4生成0.25 mol氧气,C项错误;这是醛基被新制氢氧化铜悬浊液氧化的过程,葡萄糖中含有醛基,D项正确。‎ ‎4．铜器久置，表面会生成一层绿色固体，为了解铜在空气中的腐蚀情况，某化学兴趣小组收集家中铜器表面的绿色固体进行探究。查阅相关资料后，猜想该绿色物质可能是铜的碳酸盐。‎ 该小组同学利用下图装置进行实验(部分夹持仪器略。)‎ ‎①对试管内的绿色固体进行加热，至完全分解，观察到A装置中绿色固体逐渐变成黑色，B装置中无水硫酸铜变成蓝色，C装置中澄清石灰水变浑浊。‎ ‎②取少量加热后生成的黑色固体于试管中，加入稀硫酸，观察到黑色固体逐渐溶解，溶液变成蓝色。‎ ‎③取少量上述蓝色溶液于试管中，浸入一根洁净的铁丝。观察到铁丝表面有红色物质析出。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)绿色固体中含有的元素是 。‎ ‎(2)加热后试管中剩余的黑色物质是 。‎ ‎(3)假设该绿色物质是一种纯净物，则其化学式可能是 ，加热分解的化学方程式为 ‎ ‎ 。‎ ‎(4)上述实验步骤③中的反应的离子方程式为 ‎ ‎ 。‎ ‎(5)实验装置最后的干燥管的作用是 。‎ ‎(6)如果将B、C两装置对调，能否达到实验目的 (填“能”或“不能”)，为什么？ ‎ ‎ 。‎ ‎【解析】根据无水硫酸铜变蓝，可知反应中有水生成，根据澄清石灰水变浑浊，可知有CO2生成，根据黑色固体溶于稀H2SO4，插入铁丝后有红色物质析出，知黑色物质应是CuO。若该绿色固体是纯净物，根据组成元素和各元素的化合价分析该物质应是碱式盐，化学式可能是Cu2(OH)2CO3‎ ‎。(5)该实验装置中最后的干燥管中装有碱石灰，目的是防止空气中的CO2进入广口瓶，干扰实验。(6)若将B、C对调，气体先通过石灰水，则无法证明绿色物质分解时是否有水生成。‎ ‎【答案】(1)Cu、H、O、C　(2) CuO ‎(3)Cu2(OH)2CO3　Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑‎ ‎(4)Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋‎ ‎(5)防止空气中的CO2进入广口瓶 ‎(6)不能　因为对调后无法说明反应中有水生成 ‎5．某课外兴趣小组探究利用废铜屑制取CuSO4溶液，设计了以下几种实验方案。完成下列填空：‎ ‎(1)方案一：以铜和浓硫酸反应制备硫酸铜溶液。方案二：将废铜屑在空气中灼烧后再投入稀硫酸中。和方案一相比，方案二的优点是 ；方案二的实验中，发现容器底部残留少量紫红色固体，再加入稀硫酸依然不溶解，该固体为 。‎ ‎(2)方案三的实验流程如图所示。‎ 溶解过程中有气体放出，该气体是 。随着反应的进行，生成气体速率加快，推测可能的原因是 。‎ 设计实验证明你的推测： 。‎ ‎(3)方案四的实验流程如图所示。‎ 为了得到较纯净的硫酸铜溶液，硫酸和硝酸的物质的量之比应为 ‎ ‎；对方案四进行补充完善，设计一个既能防止污染，又能实现物料循环的实验方案(用流程图表示)。‎ ‎【解析】(1)第一个方案中放出的有毒气体二氧化硫会造成空气污染；第二个方案中铜和氧气加热生成氧化铜，氧化铜和硫酸反应产生硫酸铜和水，因此反应过程中没有污染物，且原料的利用率高。方案二的实验中，发现容器底部残留少量紫红色固体为铜，不溶于稀硫酸。(2)方案三中H2O2发生还原反应生成O2；随着反应的进行，生成气体速率加快，可能是反应产生的Cu2＋对H2O2分解有催化作用；取H2O2溶液，向其中滴加CuSO4溶液，如果产生气泡的速率加快，则证明Cu2＋对H2O2分解有催化作用。(3)根据离子方程式：3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，反应消耗2 mol硝酸，生成3 mol硫酸铜，故为了得到较纯净的硫酸铜溶液，硫酸和硝酸的物质的量之比应为3∶2；设计实验方案时，为防止NO污染空气，应通入空气氧化NO为NO2，用水吸收后，生成的HNO3再循环利用。‎ ‎【答案】(1)不产生污染空气的SO2气体，制取等量的CuSO4溶液，消耗的硫酸量少　Cu ‎(2)O2　反应产生的Cu2＋对H2O2分解有催化作用　取H2O2溶液，向其中滴加CuSO4溶液，观察产生气泡的速率是否加快 ‎(3)3∶2‎ ‎6.电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜箔,制造印刷电路板。‎ ‎(1)检验溶液中Fe3+存在的试剂是　　　,证明Fe3+存在的现象是　。 ‎ ‎(2)写出FeCl3溶液与金属铜发生反应的化学方程式:　　　　　。 ‎ ‎(3)某工程师为了从使用过的腐蚀废液中回收铜,并重新获得纯净的FeCl3溶液,准备采用如图K13-2所示流程:‎ 图K13-2‎ ‎①请写出上述实验中③的化学式:　　　　。 ‎ ‎②配制并保存硫酸亚铁溶液时,常在其中加入　。 ‎ ‎③要证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+,进行如下实验操作时的最佳顺序为　　　　。 ‎ a.加入足量氯水　b.加入足量NaOH溶液 c.加入少量KSCN溶液 A.ac B.cb C.ca D.abc ‎④写出向②⑤的合并液中通入⑥的离子方程式:　 。 ‎ ‎【答案】(1)KSCN溶液　溶液变为红色 ‎(2)2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2‎ ‎(3)①Cu、Fe　②铁粉　③C　④2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-‎ ‎[解析] (3)通过流程图可知单质铜来自于滤渣③,则第一步为置换单质铜,故过量物质①为Fe,滤渣③为Fe和Cu的混合物,滤液②为FeCl2溶液,分开滤渣③中的Fe和Cu,又要得到滤液⑤,所以过量的④为稀盐酸,滤液⑤为盐酸与FeCl2溶液的混合物,②⑤混合最终要得到FeCl3溶液,则通入⑥为过量的Cl2;配制并保存硫酸亚铁溶液需考虑防止Fe2+被氧化,防止被氧化需加入铁粉。要证明某溶液中不存在Fe3+,而可能存在Fe2+则需先加入KSCN溶液,溶液无现象,再加入过量的氯水若溶液变红则含有Fe2+。‎ ‎7.铜是生活中常见的金属,请回答下列问题:‎ ‎(1)Cu不活泼, 通常情况下不与稀硫酸反应,但向Cu和稀硫酸的混合物中滴入H2O2溶液后,溶液很快变蓝色,试写出该反应的离子方程式:　　　　　　。 ‎ ‎(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合,会析出Cu2(OH)2CO3绿色固体,试写出该反应的离子方程式:　　　　　　　。 ‎ ‎(3)火法炼铜的原理:Cu2S+O22Cu+SO2,在该反应中每生成1 mol Cu,转移　　　　‎ mol e-。 ‎ ‎(4)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是　　　　(填选项字母)。 ‎ a.粗铜接电源正极,发生氧化反应 b.溶液中Cu2+向阴极移动 c.电解过程中,阳极和阴极的质量变化相等 d.利用阳极泥可回收Al、Zn等金属 ‎(5)据报道,有一种叫Thibacillus Ferroxidans的细菌在有氧气存在的酸性溶液中,可将黄铜矿中CuFeS2氧化成硫酸盐:4CuFeS2+2H2SO4+17O24CuSO4+2Fe2(SO4)3+2H2O。利用反应后的溶液,按如图K13-3流程可制备胆矾(CuSO4·5H2O):‎ 图K13-3‎ ‎①检验溶液B中Fe3+是否被除尽的实验方法:　　　　。 ‎ ‎②在实验室中,设计两个原理不同的方案,从溶液B中提炼金属铜(要求:一种方案只用一个反应来完成)。写出两种方案中涉及的化学方程式:‎ 方案一:　 ; ‎ 方案二:　 。 ‎ ‎【答案】(1)Cu+H2O2+2H+Cu2++2H2O ‎(2)2Cu2++C+2H2OCu2(OH)2CO3↓+2H+‎ ‎(3)3　(4)ab ‎(5)①取少量溶液B于试管中,加入KSCN溶液若变红证明含有铁离子,若加入后溶液不变红证明不含铁离子 ‎②CuSO4+FeFeSO4+Cu　2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4‎ ‎[解析]‎ ‎ (1)金属铜投入稀硫酸中不发生反应,但再加入H2O2溶液后铜开始溶解,溶液逐渐变为蓝色,说明过氧化氢在酸性溶液中具有氧化性,能溶解铜,离子方程式为Cu+H2O2+2H+Cu2++2H2O。(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合,会析出Cu2(OH)2CO3,反应的离子方程式为2Cu2++C+2H2OCu2(OH)2CO3↓+2H+。(3)反应中铜元素化合价由+1降低到0,氧元素化合价由0降低到-2,硫元素化合价由-2升高到+4,由方程式可知生成2 mol Cu,转移6 mol电子,则该反应中每生成1 mol Cu,转移3 mol电子。(4)电解精炼铜时,粗铜作阳极,连接电源正极,发生氧化反应,故a正确;溶液中Cu2+向阴极移动,故b正确;在阳极比铜活泼的金属先放电,所以阳极和阴极的质量变化不相等,故c错误;Ag、Pt、Au不如铜活泼,铜放电后,Ag、Pt、Au从粗铜上脱落,利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属,故d错误。(5)检验溶液B中Fe3+是否被除尽的试剂是KSCN溶液,取少量溶液B于试管中,加入KSCN溶液,若溶液变红,则证明含有铁离子,若加入KSCN后溶液不变红,则证明不含铁离子。②从硫酸铜溶液中得到金属铜,可以加入铁粉置换铜,反应的化学方程式为CuSO4+FeFeSO4+Cu;也可用惰性电极电解硫酸铜溶液,反应的化学方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4。‎ ‎8．高锰酸钾是常用的消毒剂、除臭剂、水质净化剂以及强氧化剂。下图是在实验室中制备KMnO4晶体的流程：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)操作②的目的是获得K2MnO4，同时还产生了KCl和H2O，试写出该步反应的化学方程式：________________________，操作①和②均需在坩埚中进行，根据实验实际应选择________(填字母)。‎ a．瓷坩埚　　　　　　 B．氧化铝坩埚 c．铁坩埚 D．石英坩埚 ‎(2)操作④是使K2MnO4转化为KMnO4和MnO2，该转化过程中发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________________________。‎ 若溶液碱性过强，则MnO又会转化为MnO，该转化过程中发生反应的离子方程式为__________________________________________________，因此需要通入某种气体调pH＝10～11，在实际操作中一般选择CO2而不是HCl，原因是_________________________。‎ ‎(3)操作⑤过滤时，选择图2所示装置而不用图1所示装置的原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(4)还可采用电解K2MnO4溶液(绿色)的方法制造KMnO4(电解装置如图所示)，电解过程中右侧石墨电极的电极反应式为_____________________，溶液逐渐由绿色变为紫色。但若电解时间过长，溶液颜色又会转变成绿色，可能的原因是________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)由题意知，锰元素化合价升高，氯元素化合价降低，根据得失电子守恒、原子守恒可写出并配平化学方程式。瓷坩埚和石英坩埚中均含有SiO2，在加热条件下SiO2能与KOH反应，Al2O3在加热熔融时也可与KOH反应，故只能选用铁坩埚。(2)K2MnO4发生歧化反应生成KMnO4和MnO2，根据得失电子守恒和电荷守恒可写出离子方程式。在碱性条件下，MnO转化为MnO ‎，锰元素化合价降低，则必有元素化合价升高，推测反应生成了O2。(3)抽滤可加快过滤速度。(4)右侧石墨连接电源正极，作阳极，发生氧化反应：MnO－e－===MnO。要注意题目中的信息：高锰酸钾溶液在强碱性条件下会转变成锰酸钾溶液，溶液颜色发生变化。‎ 答案：(1)KClO3＋3MnO2＋6KOH3K2MnO4＋KCl＋3H2O　c　(2)3MnO＋2H2O===2MnO＋MnO2＋4OH－　4MnO＋4OH－===4MnO＋O2＋2H2O　Cl－具有还原性，可将K2MnO4和KMnO4还原 ‎(3)过滤速度快、效果好　(4)MnO－e－===MnO　电解较长时间后，阳极产生的MnO在阴极被还原，溶液颜色由紫色转变为绿色(或阴极上氢离子放电生成氢气，同时产生大量的氢氧根离子，溶液碱性增强，MnO转化为MnO，溶液颜色由紫色转变为绿色)‎ ‎9．钨是我国丰产元素，自然界中钨主要以钨(＋6)酸盐的形式存在。黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐(FeWO4、MnWO4)，黑钨矿传统冶炼工艺流程图如下：‎ ‎(1)已知上述转化中，除最后一步外，W的化合价未发生变化，则产品C的化学式为________；如何将其冶炼成单质(用化学方程式表示)：____________________________。根据金属的活动性不同，金属的冶炼方法一般有________________三种。‎ ‎(2)写出第一步转化中“Mn2＋→MnO2”的离子方程式______________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)我国钨化学研究的奠基人顾翼东先生采用另外的反应制得了一种蓝色的、非整比的钨的氧化物WO(3－x)，这种蓝色氧化钨具有比表面大、易还原的优点。一般认为，蓝色氧化钨的颜色和非整比暗示了在化合物中存在正五价和正六价两种价态的钨，已知x的值为0.1，则蓝色氧化钨中这两种价态的钨原子数之比为________。‎ 解析：(1)由工艺流程框图可知MnO2、Fe2O3进入滤渣，滤液A中含Na＋、WO，加入浓盐酸后沉淀为H2WO4，灼烧H2WO4得WO3，用氢气还原三氧化钨得W，即WO3＋3H2W＋3H2O，则产品C为三氧化钨；金属的冶炼方法有：热分解法、热还原法、电解法。(2)转化中“Mn2＋→MnO2”的过程，Mn元素化合价升高了，所以发生了氧化反应，被O2氧化，其离子方程式为2Mn2＋＋O2＋4OH－2MnO2＋2H2O。(3)钨的氧化物WO(3－x)中x＝0.1，则钨的氧化物为WO2.9，可用十字交叉法求算：‎ 答案：(1)WO3　WO3＋3H2W＋3H2O　热分解法、热还原法、电解法 ‎(2)2Mn2＋＋O2＋4OH－2MnO2＋2H2O　(3)1∶4‎ ‎10．碱式碳酸镍[Nix(OH)y(CO3)z·nH2O]是一种绿色粉末晶体，常用作催化剂和陶瓷着色剂，300 ℃以上时分解生成3种氧化物。为确定其组成，某同学在实验室中进行了有关的实验探究。回答下列问题：‎ ‎(1)甲、乙两装置可分别选取下列装置________、________(填字母，装置可重复选取)。‎ ‎(2)称取一定量的碱式碳酸镍样品，放入硬质玻璃管内；安装好实验仪器，检查装置气密性；加热硬质玻璃管，当装置C中__________________(填实验现象)时，停止加热；打开活塞K，缓缓通入空气，其目的是____________________。‎ ‎(3)装置A的作用是______________________，若没有装置E，则会使______(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。‎ ‎(4)实验前后测得下表所示数据：‎ 装置B中样品质量/g 装置C质量/g 装置D质量/g 实验前 ‎3.77‎ ‎132.00‎ ‎41.00‎ 实验后 ‎2.25‎ ‎133.08‎ ‎41.44‎ 已知碱式碳酸镍中Ni化合价为＋2价，则该碱式碳酸镍分解的化学方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎(5)采取上述实验装置进行该实验时，必须小心操作，且保证装置气密性良好，否则浓硫酸倒吸，可导致加热的硬质玻璃管炸裂。为防止浓硫酸倒吸入硬质玻璃管中，提出你的改进措施：_____________________________________________________________。‎ 解析：(1)根据信息，300 ℃以上时分解生成3种氧化物，这三种氧化物分别是NiO、CO2、H2O，需要测CO2和H2O的质量，因此必须让其全部被吸收，根据(2)甲装置的作用是吸收空气中CO2和H2O，甲装置应是c，B装置应是加热碱式碳酸镍，C装置应是吸收产生H2O，D装置应是吸收产生CO2，故乙装置选c；(2)根据上述分析，当装置C中不再有气泡产生，说明反应完全，打开活塞K，缓慢通入空气的目的是让装置中残留的气体产物被C和D装置全部吸收；(3)根据(1)的分析，装置A的作用是吸收空气中的CO2和水蒸气；装置E的作用是防止外界中CO2和H2‎ O进入装置D，如果没有此装置，D装置吸收空气中CO2和水，造成CO2的质量增大，根据原子守恒，偏小；(4)装置C质量增重(133.08－132.00)g＝1.08 g，产生水的质量为1.08 g，物质的量为0.06 mol，装置D增重的质量是CO2的质量，即为(41.44－41.00)g＝0.44 g，物质的量为0.01 mol，装置B中反应后的物质是NiO，其质量为2.25 g，物质的量为0.03 mol，化合价代数和为0，因此推出OH－的物质的量为0.04 mol，根据H原子守恒推出H2O的物质的量为0.04 mol，因此x∶y∶z∶n＝0.03∶0.04∶0.01∶0.04＝3∶4∶1∶4，即碱式碳酸镍的化学式为Ni3(OH)4CO3·4H2O，碱式碳酸镍受热分解的化学方程式为Ni3(OH)4CO3·4H2O3NiO＋6H2O↑＋CO2↑。‎ 答案：(1)c　c　(2)不再有气泡产生　将装置中残留的气体产物吹入吸收装置中　(3)吸收空气中的CO2和水蒸气偏小　(4)Ni3(OH)4CO3·4H2O3NiO＋6H2O↑＋CO2↑‎ ‎(5)在装置B、C之间连接一个安全瓶(或其他合理答案均可)‎