高考化學一輪復習 跟蹤檢測（十六）歸納拓展 高考考查新載體（兩性金屬與變價金屬）（含解析）-人教版高三化學試題

跟蹤檢測（十六）歸納拓展——高考考查新載體（兩性金屬與變價金屬）1．鎢是我國豐產(chǎn)元素，自然界中鎢主要以鎢(＋6)酸鹽的形式存在。黑鎢礦的主要成分是鐵和錳的鎢酸鹽(FeWO4、MnWO4)，黑鎢礦傳統(tǒng)冶煉工藝流程圖如下：(1)已知上述轉化中，除最后一步外，W的化合價未發(fā)生變化，則產(chǎn)品C的化學式為________；如何將其冶煉成單質(用化學方程式表示)：____________________________。根據(jù)金屬的活動性不同，金屬的冶煉方法一般有________________三種。(2)寫出第一步轉化中“Mn2＋→MnO2”的離子方程式______________________________________________________________________________________________。(3)我國鎢化學研究的奠基人顧翼東先生采用另外的反應制得了一種藍色的、非整比的鎢的氧化物WO(3－x)，這種藍色氧化鎢具有比表面大、易還原的優(yōu)點。一般認為，藍色氧化鎢的顏色和非整比暗示了在化合物中存在正五價和正六價兩種價態(tài)的鎢，已知x的值為0.1，則藍色氧化鎢中這兩種價態(tài)的鎢原子數(shù)之比為________。解析：(1)由工藝流程框圖可知MnO2、Fe2O3進入濾渣，濾液A中含Na＋、WOeq\o\al(2－,4)，加入濃鹽酸后沉淀為H2WO4，灼燒H2WO4得WO3，用氫氣還原三氧化鎢得W，即WO3＋3H2eq\o(=,\s\up7(高溫))W＋3H2O，則產(chǎn)品C為三氧化鎢；金屬的冶煉方法有：熱分解法、熱還原法、電解法。(2)轉化中“Mn2＋→MnO2”的過程，Mn元素化合價升高了，所以發(fā)生了氧化反應，被O2氧化，其離子方程式為2Mn2＋＋O2＋4OH－eq\o(=,\s\up7(熔融))2MnO2＋2H2O。(3)鎢的氧化物WO(3－x)中x＝0.1，則鎢的氧化物為WO2.9，可用十字交叉法求算：答案：(1)WO3WO3＋3H2eq\o(=,\s\up7(高溫))W＋3H2O熱分解法、熱還原法、電解法(2)2Mn2＋＋O2＋4OH－eq\o(=,\s\up7(熔融))2MnO2＋2H2O(3)1∶42．堿式碳酸鎳[Nix(OH)y(CO3)z·nH2O]是一種綠色粉末晶體，常用作催化劑和陶瓷著色劑，300℃以上時分解生成3種氧化物。為確定其組成，某同學在實驗室中進行了有關的實驗探究?；卮鹣铝袉栴}：(1)甲、乙兩裝置可分別選取下列裝置________、________(填字母，裝置可重復選取)。(2)稱取一定量的堿式碳酸鎳樣品，放入硬質玻璃管內；安裝好實驗儀器，檢查裝置氣密性；加熱硬質玻璃管，當裝置C中__________________(填實驗現(xiàn)象)時，停止加熱；打開活塞K，緩緩通入空氣，其目的是____________________。(3)裝置A的作用是______________________，若沒有裝置E，則會使eq\f(x,z)______(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。(4)實驗前后測得下表所示數(shù)據(jù)：裝置B中樣品質量/g裝置C質量/g裝置D質量/g實驗前3.77132.0041.00實驗后2.25133.0841.44已知堿式碳酸鎳中Ni化合價為＋2價，則該堿式碳酸鎳分解的化學方程式為________________________________________________________________________。(5)采取上述實驗裝置進行該實驗時，必須小心操作，且保證裝置氣密性良好，否則濃硫酸倒吸，可導致加熱的硬質玻璃管炸裂。為防止?jié)饬蛩岬刮胗操|玻璃管中，提出你的改進措施：_____________________________________________________________。解析：(1)根據(jù)信息，300℃以上時分解生成3種氧化物，這三種氧化物分別是NiO、CO2、H2O，需要測CO2和H2O的質量，因此必須讓其全部被吸收，根據(jù)(2)甲裝置的作用是吸收空氣中CO2和H2O，甲裝置應是c，B裝置應是加熱堿式碳酸鎳，C裝置應是吸收產(chǎn)生H2O，D裝置應是吸收產(chǎn)生CO2，故乙裝置選c；(2)根據(jù)上述分析，當裝置C中不再有氣泡產(chǎn)生，說明反應完全，打開活塞K，緩慢通入空氣的目的是讓裝置中殘留的氣體產(chǎn)物被C和D裝置全部吸收；(3)根據(jù)(1)的分析，裝置A的作用是吸收空氣中的CO2和水蒸氣；裝置E的作用是防止外界中CO2和H2O進入裝置D，如果沒有此裝置，D裝置吸收空氣中CO2和水，造成CO2的質量增大，根據(jù)原子守恒，eq\f(x,z)偏?。?4)裝置C質量增重(133.08－132.00)g＝1.08g，產(chǎn)生水的質量為1.08g，物質的量為0.06mol，裝置D增重的質量是CO2的質量，即為(41.44－41.00)g＝0.44g，物質的量為0.01mol，裝置B中反應后的物質是NiO，其質量為2.25g，物質的量為0.03mol，化合價代數(shù)和為0，因此推出OH－的物質的量為0.04mol，根據(jù)H原子守恒推出H2O的物質的量為0.04mol，因此x∶y∶z∶n＝0.03∶0.04∶0.01∶0.04＝3∶4∶1∶4，即堿式碳酸鎳的化學式為Ni3(OH)4CO3·4H2O，堿式碳酸鎳受熱分解的化學方程式為Ni3(OH)4CO3·4H2Oeq\o(=,\s\up7(△))3NiO＋6H2O↑＋CO2↑。答案：(1)cc(2)不再有氣泡產(chǎn)生將裝置中殘留的氣體產(chǎn)物吹入吸收裝置中(3)吸收空氣中的CO2和水蒸氣偏小(4)Ni3(OH)4CO3·4H2Oeq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())3NiO＋6H2O↑＋CO2↑(5)在裝置B、C之間連接一個安全瓶(或其他合理答案均可)3．(2019·廣東七校聯(lián)考)硫酸法是現(xiàn)代氧化鈹或氫氧化鈹生產(chǎn)中廣泛應用的方法之一，其原理是利用焙燒熔煉破壞鈹?shù)V物(綠柱石——3BeO·Al2O3·6SiO2及少量FeO等)的結構與晶型，再采用硫酸酸解含鈹?shù)V物，使鈹、鋁、鐵等酸溶性金屬進入溶液相，與硅等脈石礦物初步分離，然后將含鈹溶液進行凈化、除雜，最終得到合格的氧化鈹(或氫氧化鈹)產(chǎn)品，其工藝流程如圖。已知：①鋁銨礬的化學式是NH4Al(SO4)2·12H2O；②鈹元素的化學性質與鋁元素相似。根據(jù)以上信息回答下列問題：(1)熔煉物酸浸前通常要進行粉碎，其目的是_________________________________________________________________________________________________________。(2)“蒸發(fā)結晶離心除鋁”若在中學實驗室中進行，完整的操作過程是__________________、過濾、洗滌。(3)“中和除鐵”過程中“中和”所發(fā)生反應的離子方程式是______________，用平衡原理解釋“除鐵”的過程__________________________________。(4)加入的“熔劑”除了流程中的方解石外，還可以是純堿、石灰等。其中，石灰具有價格與環(huán)保優(yōu)勢，焙燒時配料比(m石灰/m綠柱石)通?？刂茷?∶3，焙燒溫度一般為1400～1500℃。若用純堿作熔劑，SiO2與之反應的化學方程式是______________________________，若純堿加入過多則Al2O3、BeO也會發(fā)生反應，其中BeO與之反應的化學方程式是__________________________，從而會導致酸浸時消耗更多硫酸，使生產(chǎn)成本升高，結合離子方程式回答成本升高的原因：______________________。解析：(1)酸浸前粉碎熔煉物，可以增大熔煉物的表面積，提高鈹元素的浸出速率和浸出率。(2)該完整操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌。(3)“中和除鐵”過程中加入氨水，調節(jié)pH使平衡Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋正向移動，使Fe3＋轉化為Fe(OH)3沉淀而除去。(4)SiO2與純堿反應的化學方程式為SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do5())Na2SiO3＋CO2↑，BeO與純堿反應的化學方程式為BeO＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do5())Na2BeO2＋CO2↑。根據(jù)BeO＋2H＋=Be2＋＋H2O和BeOeq\o\al(2－,2)＋4H＋=Be2＋＋2H2O可知，BeO轉化成BeOeq\o\al(2－,2)后，消耗硫酸增多。答案：(1)提高鈹元素的浸出速率和浸出率(2)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶(3)H＋＋NH3·H2O=NHeq\o\al(＋,4)＋H2O由于存在平衡Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，氨水中和H＋，使c(H＋)減小，上述平衡正向移動，使Fe3＋轉化為Fe(OH)3沉淀而除去(4)SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do5())Na2SiO3＋CO2↑BeO＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do5())Na2BeO2＋CO2↑由BeO＋2H＋=Be2＋＋H2O和BeOeq\o\al(2－,2)＋4H＋=Be2＋＋2H2O可知，BeO轉化成BeOeq\o\al(2－,2)后將消耗更多硫酸4．利用水鈷礦(主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)可以制取多種化工試劑，以下為草酸鈷晶體和氯化鈷晶體的制備流程圖，回答下列問題：已知：①浸出液中含有的陽離子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Al3＋、Mg2＋、Ca2＋等。②沉淀Ⅰ中只含有兩種沉淀。③流程中部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH如下表所示：沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3Mn(OH)2開始沉淀2.77.67.64.07.7完全沉淀3.79.69.25.29.8(1)浸出過程中Co2O3發(fā)生反應的離子方程式為____________________________________________________________________________________________________。(2)NaClO3在浸出液中發(fā)生反應的離子方程式為___________________________________________________________________________________________________。(3)加入Na2CO3調pH至5.2，目的是__________________________________________；萃取劑層含錳元素，則沉淀Ⅱ的主要成分為___________________________________。(4)操作Ⅰ包括：將水層加入濃鹽酸調整pH為2～3，__________、________、過濾、洗滌、減壓烘干等過程。(5)為測定粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O的含量，稱取一定質量的粗產(chǎn)品溶于水，加入足量硝酸酸化的硝酸銀溶液，過濾、洗滌、干燥，測沉淀質量。通過計算發(fā)現(xiàn)粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O質量分數(shù)大于100%，其原因可能是_____________________________________(回答一條原因即可)。(6)將5.49g草酸鈷晶體(CoC2O4·2H2O)置于空氣中加熱，受熱過程中不同溫度范圍內分別得到一種固體物質，其質量如表。溫度范圍/℃固體質量/g150～2104.41290～3202.41經(jīng)測定，整個受熱過程，只產(chǎn)生水蒸氣和CO2氣體，則290～320℃溫度范圍，剩余的固體物質化學式為______。(已知：CoC2O4·2H2O的摩爾質量為183g·mol－1)解析：(1)浸出過程中，Co2O3與鹽酸、Na2SO3發(fā)生反應，Co2O3轉化為Co2＋，Co元素化合價降低，則S元素化合價升高，SOeq\o\al(2－,3)轉化為SOeq\o\al(2－,4)，根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒配平離子方程式：Co2O3＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,3)=2Co2＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2H2O。(2)NaClO3加入浸出液中，將Fe2＋氧化為Fe3＋，ClOeq\o\al(－,3)被還原為Cl－，反應的離子方程式為ClOeq\o\al(－,3)＋6Fe2＋＋6H＋=6Fe3＋＋Cl－＋3H2O。(3)根據(jù)工藝流程圖，結合表格中提供的數(shù)據(jù)可知，加Na2CO3調pH至5.2，目的是使Fe3＋和Al3＋沉淀完全。濾液Ⅰ中含有的金屬陽離子為Co2＋、Mn2＋、Mg2＋、Ca2＋等，萃取劑層含錳元素，結合流程圖中向濾液Ⅰ中加入了NaF溶液，知沉淀Ⅱ為MgF2、CaF2。(4)經(jīng)過操作Ⅰ由溶液得到結晶水合物，故除題中已知過程外，操作Ⅰ還包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶。(5)根據(jù)CoCl2·6H2O的組成及測定過程分析，造成粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O的質量分數(shù)大于100%的原因可能是：含有氯化鈉雜質，使氯離子含量增大或結晶水合物失去部分結晶水，導致相同質量的固體中氯離子含量變大。(6)整個受熱過程中只產(chǎn)生水蒸氣和CO2氣體，5.49gCoC2O4·2H2O為0.03mol，固體質量變?yōu)?.41g時，質量減少1.08g，恰好為0.06molH2O的質量，因此4.41g固體為0.03molCoC2O4。依據(jù)原子守恒知，生成n(CO2)＝0.06mol，m(CO2)＝0.06mol×44g·mol－1＝2.64g。而固體質量由4.41g變?yōu)?.41g時，質量減少2g，說明290～320℃內發(fā)生的不是分解反應，參加反應的物質還有氧氣。則參加反應的m(O2)＝2.64g－2g＝0.64g，n(O2)＝0.02mol；n(CoC2O4)∶n(O2)∶n(CO2)＝0.03∶0.02∶0.06＝3∶2∶6，依據(jù)原子守恒，配平化學方程式：3CoC2O4＋2O2eq\o(=,\s\up7(290～320℃),\s\do5())Co3O4＋6CO2，故290～320℃溫度范圍，剩余固體物質的化學式為Co3O4(或CoO·Co2O3)。答案：(1)Co2O3＋SOeq\o\al(2－,3)＋4H＋=2Co2＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2H2O(2)ClOeq\o\al(－,3)＋6Fe2＋＋6H＋=Cl－＋6Fe3＋＋3H2O(3)使Fe3＋和Al3＋沉淀完全CaF2和MgF2(4)蒸發(fā)濃縮冷卻結晶(5)粗產(chǎn)品中結晶水含量低(或粗產(chǎn)品中混有氯化鈉雜質)(6)Co3O4(或CoO·Co2O3)5．(2019·襄陽調研)鉻及其化合物常被應用于冶金、化工、電鍍、制藥、紡織等行業(yè)，但使用后的廢水因其中含高價鉻的化合物而毒性很強，必須進行處理。(一)工業(yè)上往往采取下列循環(huán)工藝防止鉻的污染：(1)上述各步反應中屬于氧化還原反應的是______(填序號)。(2)第①步，含Cr2Oeq\o\al(2－,7)的廢水在酸性條件下用綠礬FeSO4·7H2O處理，寫出并配平反應的離子方程式：________________________________________________。(3)第②步，向上述反應后的溶液中加入適量的堿石灰，使鉻離子轉變?yōu)镃r(OH)3沉淀。處理后，沉淀物中除了Cr(OH)3外，還有________、________(寫化學式)。已知Cr(OH)3性質類似Al(OH)3，是既能與強酸反應又能與強堿反應的兩性物質，寫出從該沉淀物中分離出Cr(OH)3的離子方程式：__________________、_________________________________。(4)回收所得的Cr(OH)3，經(jīng)③④⑤步處理后又可轉變成K2Cr2O7。純凈的K2Cr2O7常用于準確測定Na2S2O3溶液的物質的量濃度，方法如下：①Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6I－＋14H＋=3I2＋2Cr3＋＋7H2O②2S2Oeq\o\al(2－,3)＋I2=S4Oeq\o\al(2－,6)＋2I－準確稱取純凈的K2Cr2O70.1225g，配成溶液，用上述方法滴定，消耗Na2S2O3溶液25.00mL。則Na2S2O3溶液的物質的量濃度為________(保留四位有效數(shù)字)。(二)電解法也是常用的處理廢水的方法之一：用Fe作電極電解含Cr2Oeq\o\al(2－,7)的酸性廢水，隨著電解進行，在陰極附近溶液pH升高，產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀。(5)用Fe作陽極的原因為__________________________；陰極附近溶液pH升高的原因是(用電極反應式解釋)_________________________________________________。解析：(1)①中鉻元素由＋6價降至＋3價，④中鉻元素由＋3價升至＋6價。(2)亞鐵離子具有強還原性，與重鉻酸根離子反應生成鉻離子和鐵離子。(3)第①步反應后，溶液中有鐵離子和硫酸根離子，再加入堿石灰，除生成Cr(OH)3外，還會生成氫氧化鐵和硫酸鈣。氫氧化鉻類似氫氧化鋁，具有兩性，能與氫氧化鈉反應生成NaCrO2：Cr(OH)3＋NaOH=NaCrO2＋2H2O，NaCrO2類似偏鋁酸鈉，通入過量的CO2生成氫氧化鉻、碳酸氫鈉：NaCrO2＋CO2＋2H2O=Cr(OH)3↓＋NaHCO3。(4)根據(jù)反應得關系式K2Cr2O7～3I2～6Na2S2O3，n(Na2S2O3)＝6n(K2Cr2O7)，c(Na2S2O3)＝eq\f(6×0.1225g,294g·mol－1×0.02500L)＝0.1000mol·L－1。(5)陽極的電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋，可提供還原劑Fe2＋；陰極的電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，隨著反應進行，陰極附近溶液pH升高。答案：(1)①④(2)Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O(3)Fe(OH)3CaSO4Cr(OH)3＋OH－=CrOeq\o\al(－,2)＋2H2OCrOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Cr(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)(4)0.1000mol·L－1(5)陽極的電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋，提供還原劑Fe2＋2H＋＋2e－=H2↑6．高錳酸鉀是常用的消毒劑、除臭劑、水質凈化劑以及強氧化劑。下圖是在實驗室中制備KMnO4晶體的流程：回答下列問題：(1)操作②的目的是獲得K2MnO4，同時還產(chǎn)生了KCl和H2O，試寫出該步反應的化學方程式：________________________，操作①和②均需在坩堝中進行，根據(jù)實驗實際應選擇________(填字母)。a．瓷坩堝 b．氧化鋁坩堝c．鐵坩堝 d．石英坩堝(2)操作④是使K2MnO4轉化為KMnO4和MnO2，該轉化過程中發(fā)生反應的離子方程式為_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。若溶液堿性過強，則MnOeq\o\al(－,4)又會轉化為MnOeq\o\al(2－,4)，該轉化過程中發(fā)生反應的離子方程式為__________________________________________________，因此需要通入某種氣體調pH＝10～11，在實際操作中一般選擇CO2而不是HCl，原因是_________________________。(3)操作⑤過濾時，選擇圖2所示裝置而不用圖1所示裝置的原因是________________________________________________________________________。(4)還可采用電解K2MnO4溶液(綠色)的方法制造