专题九 金属及其化合物
时间:45分钟 分值:100分
一、选择题(本题包括7小题,每小题6分,共42分)
1.(2017云南昆明适应性考试,7)化学与生产、生活密切相关,下列说法正确的是( )
A.冷浓硝酸不能用铝制容器盛装
B.钠可以从钴盐溶液中置换出钴单质
C.食盐中加入碘单质可以预防甲状腺肿大
D.光导纤维遇氢氧化钠溶液易“断路”
2.(2017湖北八所重点中学第一次联考,8)下列离子方程式书写不正确的是( )
A.Fe与稀盐酸反应:2Fe+6H+ 2Fe3++3H2↑
B.Cu与AgNO3溶液反应:2Ag++Cu Cu2++2Ag
C.醋酸与NaOH溶液反应:CH3COOH+OH- CH3COO-+H2O
D.CuSO4与Ba(OH)2溶液反应:Cu2++S+Ba2++2OH- BaSO4↓+Cu(OH)2↓
3.(2017河北武邑中学二调,9)在铝制易拉罐中收集满CO2,加入过量的NaOH溶液,立即封口并振荡,可以发现易拉罐先咔咔作响,变瘪,然后再次鼓起来,其过程中没有涉及的化学反应是( )
A.Al(OH)3分解 B.CO2+OH-
C.Al+OH-+H2O D.Al2O3+OH-
4.已知甲、乙、丙三种物质均含有同种元素X,它们之间的转化关系如下:
甲乙丙
下列说法错误的是( )
A.若A为NaOH溶液,乙为白色沉淀,则X可能为短周期金属元素
B.若A为硝酸,X为金属元素,则甲与乙反应可生成丙
C.若A为氧气,丙在通常状况下为红棕色气体,则甲可能为非金属单质
D.若乙为NaHCO3,则甲或丙可能是CO2
5.(2017四川成都九校联考,11)进行下表中的实验,将①中溶液滴入②中,预测的现象与实际不相符的是( )
选项
①中物质
②中物质
预测②中的现象
A
KSCN溶液
FeCl3溶液
产生红色沉淀
B
浓硝酸
用砂纸打磨过的铝条
产生少量红棕色气泡后,迅速停止
C
稀硫酸
Na2S2O3溶液
逐渐变浑浊
D
稀AlCl3溶液
浓氨水
产生白色沉淀
6.(2017安徽江南十校3月联考,13)根据下列操作和现象所得到的结论正确的是( )
选项
操作和现象
结论
A
分别向盛有1 g Na2CO3和NaHCO3固体的试管中加入几滴水,前者试管外壁变热,后者无明显变化
Na2CO3固体溶于水放热,NaHCO3固体溶于水热效应不明显
B
室温下,用pH试纸测得0.1 mol·L-1 NaHSO3溶液的pH约为5
HS在水溶液中水解程度大于电离程度
C
电解精炼铜时,粗铜作阳极,CuSO4溶液作电解液,阴极析出精铜
电解液中铜离子浓度保持不变
D
向饱和NaHCO3溶液中加入CaCl2溶液,溶液变浑浊
溶液中c(Ca2+)·c(C)
D>E>B
B.工业上常用电解法制得C和D的单质
C.稳定性:A2B>A2E
D.单质D可用于冶炼某些难熔金属
二、非选择题(本题包括4小题,共58分)
8.(2017河南3月测试,26)(15分)PFS是水处理中重要的絮凝剂,下图是以回收的废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程。
(1)酸浸槽以及聚合釜中用到的酸应是 ;PFS中铁元素的化合价为 ;在酸浸槽中,为了提高浸出率,可以采取的措施有 (写两条)。
(2)若废铁屑中含有较多铁锈(Fe2O3·xH2O),则酸浸时反应的化学方程式有
。
(3)如果反应釜中用H2O2作氧化剂,则反应的离子方程式为
;生产过程中,发现反应釜中产生了大量的气体,且温度明显升高,其原因可能是 。
(4)聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内。如果溶液酸性过强,造成的后果是 。如果溶液酸性太弱又会生成大量的氢氧化铁沉淀。若溶液中Fe3+的浓度为1 mol·L-1,当Fe3+开始沉淀时,溶液的pH约为 。[已知Fe(OH)3的Ksp≈1.0×10-39]
9.(15分)某校化学兴趣小组为探究铁与浓硫酸的反应,设计了如图所示装置进行实验。
(1)用“可抽动的铁丝”代替“直接投入铁片”的优点是 ;若实验中某学生先向A中反应后的溶液中加入铜片,再通入一种常见气体单质,铜片全部溶解且仅生成硫酸铜溶液,该反应的化学方程式是 。
(2)反应完毕后,试管中还有一定量的余酸,使用足量的下列药品不能用来证明反应结束后的试管中的确有余酸的是 (填序号)。
a.铁粉 b.BaCl2溶液
c.CuO d.NaHCO3溶液
(3)反应一段时间后,他们对A中溶液的金属阳离子进行了探究。
①提出假设:
假设1:溶液中只存在Fe2+。
假设2: 。
假设3:溶液中存在Fe2+和Fe3+。
②请你设计一种实验验证上述假设1,写出实验操作步骤、实验现象及结论。限选试剂:新制氯水、酸性KMnO4溶液、NaOH溶液、淀粉KI溶液、KSCN溶液。
实验操作步骤
实验现象
结论
(4)利用FeCl3溶液的氧化性可以吸收SO2。
①该反应的离子方程式是 。
②为验证FeCl3溶液与SO2的反应,某同学将SO2通入0.05 mol·L-1 FeCl3溶液中,溶液很快由黄色变为红褐色,将溶液长时间放置后,最终变为浅绿色。关于红褐色的液体,以下是该同学的分析推测和实验步骤及现象。
分析推测
实验步骤及现象
甲:生成了Fe(OH)3胶体
乙:经查阅资料,可能发生反应:
Fe3++6SO2 Fe(SO2(反应a)
ⅰ.制备Fe(OH)3胶体并检验
ⅱ.分别向Fe(OH)3胶体和该红褐色液体中加入适量铁粉,振荡后前者不变色,后者变为浅绿色
利用胶体的 (填性质)可以检验步骤ⅰ中是否得到了Fe(OH)3胶体。根据反应a,说明步骤ⅱ中液体颜色变化的原因是
(用离子方程式并结合必要的文字说明)。
10.(2017安徽江南十校联考,28)(15分)某冶金厂的矿渣含有较多的Al2O3、Fe2O3、MgO、SiO2,现欲提取氧化铝、氧化镁、氧化铁作为工业原料,设计的工艺流程如下:
已知:氧化镁与水反应生成氢氧化镁;硅酸的酸性比氢氧化铝强。饱和氯化铵溶液的pH约为5,氢氧化镁开始沉淀至沉淀完全的pH范围:9.0~12.0。氢氧化铁开始沉淀至沉淀完全的pH 范围:2.7~4.0。
(1)写出过程Ⅱ中氧化铝发生反应的化学方程式: 。
(2)过程Ⅲ的名称是 ,产品乙的俗名是 。
(3)过程Ⅴ中所用适量的B 是一种气体,B是 (填化学式),过程Ⅴ中所发生反应的离子方程式为 。
(4)残渣甲用饱和氯化铵溶液能部分溶解的原因是 (用化学平衡理论解释)。
(5)取适量溶液丙,加入过量盐酸并过滤除去沉淀,再用惰性电极电解滤液,一段时间后,在阴极区有沉淀生成,最后沉淀消失。电解时生成沉淀的化学方程式为 。
11.(2017北京理综,26)(13分)TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物,制备纯TiCl4的流程示意图如下:
钛精矿粗TiCl4纯TiCl4
资料:TiCl4及所含杂质氯化物的性质
化合物
SiCl4
TiCl4
AlCl3
FeCl3
MgCl2
沸点/℃
58
136
181(升华)
316
1 412
熔点/℃
-69
-25
193
304
714
在TiCl4中的溶解性
互溶
——
微溶
难溶
(1)氯化过程:TiO2与Cl2难以直接反应,加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。
已知:TiO2(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=+175.4 kJ·mol-1
2C(s)+O2(g) 2CO(g) ΔH2=-220.9 kJ·mol-1
①沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式:
。
②氯化过程中CO和CO2可以相互转化,根据下图判断:CO2生成CO反应的ΔH 0(填“>”“Ksp(CaCO3),D错误。
7.A A原子在元素周期表中原子半径最小,则A为H元素;B与E同主族,且E 的原子序数是B的两倍,则B为O元素,E为S元素;C、D是金属,它们的氢氧化物均难溶于水,结合原子序数可知,C为Mg元素,D为Al元素。简单离子半径应为S2->O2->Mg2+ >Al3+,A错误;工业上用电解熔融的MgCl2和Al2O3来分别制备Mg和Al,B正确;非金属性:O>S,故稳定性:H2O>H2S,C正确;Al的还原性较强,可以利用铝热反应冶炼某些难熔金属,D正确。
二、非选择题
8.答案 (1)H2SO4 +3 加热、搅拌、多次浸取等(答两条即可)
(2)Fe2O3·xH2O+3H2SO4 Fe2(SO4)3+(3+x)H2O、Fe2(SO4)3+Fe 3FeSO4、Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑
(3)2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O H2O2与Fe2+的反应为放热反应, 加入的H2O2过多,且生成的Fe3+能作H2O2分解的催化剂,H2O2发生分解反应,生成了O2
(4)影响Fe3+与OH-的结合(合理答案均可) 1
解析 (1)PFS中含有硫酸根离子,所以酸浸槽以及聚合釜中用到的酸应为硫酸;根据化合物中各元素正、负化合价的代数和为0得铁元素的化合价为+3。
(4)Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+,酸性过强,Fe3+水解平衡逆向移动,不利于Fe(OH)3 的生成;若溶液中Fe3+的浓度为1 mol·L-1,当Fe3+开始沉淀时,Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-),代入数据解得c(OH-)=10-13mol·L-1,则c(H+)=0.1 mol·L-1, 所以pH=1。
9.答案 (1)便于控制铁与浓硫酸反应的发生和停止
2Cu+2H2SO4+O2 2CuSO4+2H2O
(2)b
(3)①溶液中只存在Fe3+
②
实验操作步骤
实验现象
结论
方法一:取少量A中溶液分别放入洁净的甲、乙两支试管中,甲中滴加少量酸性高锰酸钾溶液,乙中滴加少量KSCN溶液
甲中高锰酸钾溶液褪色,乙中KSCN溶液不变红
溶液中存在Fe2+,不存在Fe3+
方法二:取少量A中溶液放入洁净的试管中,滴入少量KSCN溶液,一段时间后再加入少量氯水
加入KSCN溶液不显红色,继续加入少量新制氯水,溶液显红色
溶液中不存在Fe3+,存在Fe2+
(4)①2Fe3++SO2+2H2O 2Fe2++S+4H+ ②丁达尔效应 加入铁粉时发生反应2Fe3++Fe 3Fe2+,c(Fe3+)减小,使反应Fe3++6SO2 Fe(SO2逆向进行
解析 (1)将可抽动的铁丝抽离液面,反应停止;将可抽动的铁丝插入液体中,反应开始,因此用“可抽动的铁丝”可以控制反应的发生与停止。分析可知该学生向A中反应后的溶液中通入了氧气,该反应的化学方程式是2Cu+2H2SO4+O2 2CuSO4+2H2O。(2)BaCl2溶液能与硫酸铜反应生成硫酸钡沉淀,不能用来证明反应结束后的烧瓶中的确有余酸。(4)①该反应的离子方程式为2Fe3++SO2+2H2O 2Fe2++S+4H+。②胶体具有丁达尔效应,因此可利用胶体的丁达尔效应检验步骤ⅰ中是否得到了Fe(OH)3胶体。加入铁粉时发生反应2Fe3++Fe 3Fe2+,c(Fe3+)减小,使反应Fe3++6SO2 Fe(SO2逆向进行,溶液由红褐色变为浅绿色。
10.答案 (1)Al2O3+Na2CO3 2NaAlO2+CO2↑
(2)溶解、过滤 铁红
(3)CO2 CO2+3H2O+2Al 2Al(OH)3↓+C
(4)Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq),氯化铵中N能与OH-反应,c(OH-)降低,平衡右移
(5)2AlCl3+6H2O 2Al(OH)3↓+3H2↑+3Cl2↑
解析 矿渣粉碎后与纯碱混合熔融,Al2O3、SiO2分别生成偏铝酸钠、硅酸钠。产品乙是红棕色固体,应是Fe2O3。根据已知信息MgO与水反应生成Mg(OH)2,则残渣甲是Fe2O3和Mg(OH)2的混合物,其用饱和氯化铵溶液溶解,Mg(OH)2转化为氯化镁,过滤后与氢氧化钠反应生成Mg(OH)2沉淀,灼烧得到MgO,则产品甲是MgO。溶液丙中含有硅酸钠和偏铝酸钠,通入适量CO2,因为硅酸的酸性比Al(OH)3强,则优先生成Al(OH)3沉淀,灼烧得到氧化铝。
(1)根据以上分析可知过程Ⅱ中氧化铝发生的反应类似于SiO2与Na2CO3的反应。
(4)氢氧化镁在水溶液中存在溶解平衡:Mg(OH)2(s) Mg2+(aq)+2OH-(aq),氯化铵电离出的N能与OH-结合,生成一水合氨,使c(OH-)降低,则平衡右移,从而使氢氧化镁溶解。
(5)取适量溶液丙,加入过量盐酸,硅酸钠转化为硅酸沉淀,偏铝酸钠转化为氯化铝和氯化钠,过滤除去沉淀,然后用惰性电极电解滤液,阳极上氯离子放电,阴极上氢离子放电,电解时生成沉淀的化学方程式为2AlCl3+6H2O 2Al(OH)3↓+3H2↑+3Cl2↑。
11.答案 (1)①TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) TiCl4(g)+2CO(g)
ΔH=-45.5 kJ·mol-1
②> 随温度升高,CO含量增大,说明生成CO的反应是吸热反应
③H2O、FeCl2溶液、NaOH溶液
④MgCl2、AlCl3、FeCl3
(2)SiCl4 高于136 ℃,低于181 ℃
解析 (1)①将已知的两个热化学方程式相加,即可得出答案。②观察图像可知,随着温度的升高,CO的含量增大,说明平衡向生成CO的方向移动,所以生成CO的反应是吸热反应,ΔH>0。④在室温下,TiCl4、SiCl4为液态,AlCl3、FeCl3、MgCl2为固态且在TiCl4中微溶或难溶,所以滤渣中应含有AlCl3、FeCl3、MgCl2,但AlCl3、FeCl3在TiCl4中微溶,故粗TiCl4混合液中仍然会存在少量的AlCl3、FeCl3。
(2)TiCl4在蒸馏塔二中被蒸出,说明物质a应是一种沸点比TiCl4低的物质,结合题给资料可知a是SiCl4。T2应控制在136 ℃以上,181 ℃以下,确保TiCl4被蒸出,同时AlCl3
等杂质不能被蒸出。
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