高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí)蘇教專用課時(shí)集訓(xùn)專題四第5課時(shí)高考題中常涉及的金屬及其性質(zhì)

第5課時(shí)高考題中常涉及的金屬及其性質(zhì)課時(shí)集訓(xùn)測控導(dǎo)航表知識(shí)點(diǎn)題號(hào)鐵、鈷、鎳化合物制備及性質(zhì)2釩、鉻、錳化合物制備及性質(zhì)3,4兩性金屬及其化合物性質(zhì)1非選擇題1.金屬鎵是廣泛用于電子工業(yè)和通信領(lǐng)域的重要金屬,化學(xué)性質(zhì)與鋁元素相似。(1)工業(yè)上提純鎵的方法很多,其中以電解精煉法為多。具體原理如下:以待提純的粗鎵(內(nèi)含Zn、Fe、Cu雜質(zhì))為陽極,以高純鎵為陰極,以NaOH水溶液為電解質(zhì)溶液。在電流作用下使粗鎵在陽極溶解進(jìn)入電解質(zhì)溶液,并通過某種離子遷移技術(shù)到達(dá)陰極并在陰極放電析出高純鎵。①已知離子氧化性順序?yàn)閆n2+<Ga3+<Fe2+<Cu2+。電解精煉鎵時(shí)陽極泥的成分是。②GaO2-在陰極放電的電極反應(yīng)式是。(2)工業(yè)上利用固態(tài)Ga與NH3高溫條件下合成固體半導(dǎo)體材料氮化鎵(GaN)同時(shí)又有氫氣生成。反應(yīng)中每生成3molH2時(shí)就會(huì)放出30.8kJ熱量。①該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

。②一定條件下,加入一定量的Ga與NH3進(jìn)行上述反應(yīng),下列敘述符合事實(shí)且可作為判斷反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志的是。A.恒溫恒壓下,混合氣體的密度不變B.斷裂3molH—H鍵,同時(shí)斷裂2molN—H鍵C.恒溫恒壓下達(dá)平衡后再加入2molH2使平衡移動(dòng),NH3消耗速率等于原平衡時(shí)NH3的消耗速率D.升高溫度,氫氣的生成速率先增大再減小解析:(1)①已知離子氧化性順序?yàn)閆n2+<Ga3+<Fe2+<Cu2+,則電解精煉鎵時(shí),陽極是Zn和Ga失去電子,而鐵和銅變?yōu)殛枠O泥。②GaO2GaO2-+3e+2H2O(2)①反應(yīng)中每生成3molH2時(shí)就會(huì)放出30.8kJ熱量,因此該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)ΔH=30.8kJ·mol1。②密度是混合氣體的質(zhì)量和容器容積的比值,在反應(yīng)過程中混合氣體質(zhì)量減小,體積增大,密度減小,達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),密度不變,所以恒溫恒壓下,混合氣體的密度不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),A正確;斷裂3molH—H鍵,同時(shí)斷裂6molN—H鍵,說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),B錯(cuò)誤;恒溫恒壓下達(dá)平衡后,再加入2molH2使平衡移動(dòng),由于平衡是等效的,因此NH3的消耗速率等于原平衡時(shí)NH3的消耗速率,C正確;升高溫度,氫氣的生成速率先增大再減小,最后不變,D錯(cuò)誤。答案:(1)①Fe、Cu②GaO2-+3e+2H2O(2)①2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)ΔH=30.8kJ·mol1②AC2.堿式碳酸鈷用作催化劑及制鈷鹽原料,陶瓷工業(yè)著色劑,電子、磁性材料的添加劑。利用以下裝置測定堿式碳酸鈷[Cox(OH)y(CO3)z·H2O]的化學(xué)組成。已知:堿式碳酸鈷中鈷為+2價(jià),受熱時(shí)可分解生成三種氧化物。請回答下列問題:(1)選用以上裝置測定堿式碳酸鈷[Cox(OH)y(CO3)z·H2O]的化學(xué)組成,其正確的連接順序?yàn)閍→b→(按氣流方向,用小寫字母表示)。

(2)樣品分解完,打開活塞K,緩緩?fù)ㄈ氲獨(dú)鈹?shù)分鐘,通入氮?dú)獾哪康氖?/p>

。(3)取堿式碳酸鈷樣品34.9g,通過實(shí)驗(yàn)測得分解生成的水和二氧化碳的質(zhì)量分別為3.6g、8.8g,則該堿式碳酸鈷的化學(xué)式為。(4)某興趣小組以含鈷廢料(含少量Fe、Al等雜質(zhì))制取CoCl2·6H2O的一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程如下:已知:25℃下表:沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3開始沉淀(pH)完全沉淀(pH)①操作Ⅰ用到的玻璃儀器主要有;②加鹽酸調(diào)整pH為2～3的目的為;③操作Ⅱ的過程為、洗滌、干燥。解析:(1)甲裝置為分解裝置,用戊裝置吸收生成的水,用乙裝置吸收生成的二氧化碳,用丙裝置防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進(jìn)入實(shí)驗(yàn)裝置影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(2)為了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,通入氮?dú)馐巩a(chǎn)生的氣體全部被吸收。(3)生成的水的質(zhì)量為3.6g,物質(zhì)的量為3.618mol=0.2mol,生成的CO2的質(zhì)量為8.8g,物質(zhì)的量為8.844mol=0.2mol,堿式碳酸鈷的質(zhì)量為34.9g,氧化亞鈷的質(zhì)量為34.9g-3.6g-8.8g=22.5g,其物質(zhì)的量為22=3∶4∶2,化學(xué)式為Co3(OH)2(CO3)2·H2O。(4)①操作Ⅰ為過濾,用到的玻璃儀器主要有燒杯、漏斗、玻璃棒。②加鹽酸調(diào)整pH為2～3的目的為抑制CoCl2的水解。③從溶液中得到CoCl2·6H2O晶體需要蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥。答案:(1)j→k→c→d(或d→c)→e(2)將裝置中生成的CO2和H2O(g)全部排入乙、戊裝置中(3)Co3(OH)2(CO3)2·H2O(4)①燒杯、漏斗、玻璃棒②抑制CoCl2的水解③蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾3.釩觸媒(V2O5)是催化氧化所常用的催化劑,為綜合利用,科研人員研制了一種離子交換法回收廢釩的新工藝,回收率達(dá)90%以上。已知廢釩催化劑中含有V2O5、VOSO4及不溶性殘?jiān)?。查閱資料可知:VOSO4可溶于水,V2O5難溶于水,NH4VO3難溶于水。該工藝的流程如圖。(1)水浸時(shí),為了提高廢釩的浸出率,除了粉碎,還可以采取的措施:

(寫出2條)。(2)寫出反應(yīng)①的離子方程式:

。(3)該工藝中反應(yīng)③的沉礬率是回收釩的關(guān)鍵,沉釩率的高低除受溶液pH影響外,還需要控制氯化銨系數(shù)(NH4Cl加入質(zhì)量與料液中V2O5的質(zhì)量比)和溫度。根據(jù)下圖建議最合適的氯化銨系數(shù)和溫度:氯化銨系數(shù)為,溫度為。(4)反應(yīng)②發(fā)生后,溶液中的氯元素以Cl的形式存在,請寫出反應(yīng)②的化學(xué)方程式:

。(5)查閱資料得知:NH4VO3也叫偏釩酸銨,其相對分子質(zhì)量為117,20℃時(shí),NH4VO3溶解度為0.468g,已知離子交換后溶液中c(VO0.10mol·L1,反應(yīng)③沉礬時(shí),加入等體積0.10mol·L1的NH4Cl溶液,通過列式計(jì)算判斷此時(shí)是否有NH4VO3沉淀析出?(溶液體積變化忽略不計(jì))

。(6)寫出“焙燒反應(yīng)④”中由NH4VO3制備V2O5的化學(xué)方程式:

。解析:(1)水浸時(shí),為了提高廢釩的浸出率,除了粉碎,還可以采取的措施有攪拌、適當(dāng)升高溫度、延長浸泡時(shí)間等措施。(2)依題意,反應(yīng)①中V2O5作氧化劑,SO32-作還原劑,反應(yīng)的離子方程式為V2O5+SO2VO2++SO42-+2H2O。(3)根據(jù)圖像分析可得,要使沉釩率最高,可控制氯化銨系數(shù)為4,溫度在80℃。(4)廢釩催化劑中可溶性物質(zhì)為VOSO4,所以反應(yīng)②的化學(xué)方程式為6VOSO4+KClO3+3H2O3(VO2)23H2SO4。(5)根據(jù)溶解度的定義可得,在20℃時(shí)NH4VO3c(NH4+)=c(VO3-)=0.468g117g·mol-10×103,而此時(shí)溶液中Qc=c(NH4+)·c(VO3-)=0.10Ksp(NH4VO3×103,故有沉淀析出。(6)“焙燒反應(yīng)④”中由NH4VO3制備V2O5的化學(xué)方程式為2NH4VO32NH3↑+V2O5+H2O↑。答案:(1)攪拌、適當(dāng)升高溫度、延長浸泡時(shí)間(任寫2條)(2)V2O5+SO32-+4H+2VO2++SO4(3)480(4)6VOSO4+KClO3+3H2O3(VO2)2SO4+KCl+3H2SO4(5)在20℃時(shí)NH4VO3的飽和溶液中,c(NH4+)=c(VO0.04mol·L1,則Ksp(NH4VO3×103,而此時(shí)溶液中c(NH4+c(VO3-)=0.102×0.102×103>Ksp(NH(6)2NH4VO32NH3↑+V2O5+H2O↑4.醋酸亞鉻水合物[Cr(CH3COO)2]2·2H2O是一種氧氣吸收劑,為紅棕色晶體,易被氧化,微溶于乙醇,不溶于水和乙醚(易揮發(fā)的有機(jī)溶劑)。其制備裝置及步驟如下:①檢查裝置氣密性后,往三頸燒瓶中依次加入過量鋅粒、適量CrCl3溶液。②關(guān)閉K2打開K1,旋開分液漏斗的旋塞并控制好滴速。③待三頸燒瓶內(nèi)的溶液由深綠色(Cr3+)變?yōu)榱了{(lán)色(Cr2+)時(shí),把溶液轉(zhuǎn)移到裝置乙中,當(dāng)出現(xiàn)大量紅棕色晶體時(shí),關(guān)閉分液漏斗的旋塞。④將裝置乙中混合物快速過濾、洗滌和干燥,稱量。(1)三頸燒瓶中的Zn除了與鹽酸反應(yīng)生成H2外,發(fā)生的另一個(gè)反應(yīng)的離子方程式為

。(2)實(shí)驗(yàn)步驟③中溶液自動(dòng)轉(zhuǎn)移至裝置乙中的實(shí)驗(yàn)操作為。(3)裝置丙中導(dǎo)管口水封的目的是

。(4)為洗滌[Cr(CH3COO)2]2·2H2O產(chǎn)品,下列方法中最適合的是。A.先用鹽酸洗,后用冷水洗B.先用冷水洗,后用乙醇洗C.先用冷水洗,后用乙醚洗D.先用乙醇洗,后用乙醚洗(5)已知其他反應(yīng)物足量,實(shí)驗(yàn)時(shí)取用的CrCl3溶液中含溶質(zhì)9.51g,取用的醋酸鈉溶液為1.5L0.1mol·L1;實(shí)驗(yàn)后得干燥純凈的[Cr(CH3COO)2]2·2H2O9.4g,則該實(shí)驗(yàn)所得產(chǎn)品的產(chǎn)率為(不考慮溶解的醋酸亞鉻水合物)。(6)鉻的離子會(huì)污染水,常溫下要除去上述實(shí)驗(yàn)中多余的Cr2+,最好往廢液中通入足量的空氣,再加入堿液,調(diào)節(jié)pH至少為才能使鉻的離子沉淀完全。

[已知Cr(OH)3×1031,363≈4,lg2≈(7)一定條件下,[Cr(CH3COO)2]2·2H2O受熱得到CO和CO2的混合氣體,請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)這兩種氣體的存在:。解析:(1)裝置甲中分液漏斗盛裝的是稀鹽酸,在三頸燒瓶中和鋅反應(yīng)生成氯化鋅和氫氣,同時(shí)發(fā)生鋅與氯化鉻的反應(yīng),該反應(yīng)的離子方程式為Zn+2Cr3+2Cr2++Zn2+。(2)實(shí)驗(yàn)開始生成氫氣后,為使生成的CrCl2溶液與醋酸鈉溶液順利混合,打開K2,關(guān)閉K1,把生成的CrCl2溶液壓入裝置乙中反應(yīng)。(3)二價(jià)的鉻離子不穩(wěn)定,極易被氧氣氧化,裝置丙中導(dǎo)管口水封的目的是防止空氣進(jìn)入裝置乙中氧化Cr2+。(4)醋酸亞鉻水合物不溶于水和乙醚,微溶于乙醇,易溶于鹽酸,所以可以選用冷水和乙醚洗滌,選C。(5)氯化鉻為9.51g158.5g·mol-1=0.06mol,得到的氯化亞鉻為0.06mol,而醋酸鈉為0.15mol,由方程式可知,醋酸鈉足量,則理論上得到的[Cr(CH3COO)2]2·2H2O為0.06mol2×376g·mol