2017年化學高考題分類解析考點12 鐵、銅元素單質及其重要化合物

高考試題分類解析PAGE考點12鐵、銅元素單質及其重要化合物一、選擇題1.(2017·江蘇高考·7)在給定條件下,下列選項所示的物質間轉化均能實現(xiàn)的是()A.FeFeCl2Fe(OH)2B.SSO3H2SO4C.CaCO3CaOCaSiO3D.NH3NOHNO3【命題意圖】本題考查物質之間的相互轉化知識,意在考查學生對物質轉化關系的掌握程度?！窘馕觥窟xC。A項,Fe與Cl2反應生成FeCl3,錯誤;B項,S與O2反應生成SO2,錯誤;C項,CaCO3高溫分解生成CaO,堿性氧化物CaO與酸性氧化物SiO2反應生成CaSiO3,正確;D項,NO與H2O不反應,錯誤。二、非選擇題2.（2017?乙卷?27）Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料,可利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3,還含有少量MgO、SiO2等雜質)來制備。工藝流程如下:回答下列問題:(1)“酸浸”實驗中,鐵的浸出率結果如下圖所示。由圖可知,當鐵的浸出率為70%時,所采用的實驗條件為______________。(2)“酸浸”后,鈦主要以形式存在,寫出相應反應的離子方程式__________________。(3)TiO2·xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應40min所得實驗結果如下表所示:溫度/℃3035404550TiO2·xH2O轉化率/%9295979388分析40℃時TiO2·xH2O轉化率最高的原因________________________(4)Li2Ti5O15中Ti的化合價為+4,其中過氧鍵的數(shù)目為________________。(5)若“濾液②”中c(Mg2+)=0.02mol·L-1,加入雙氧水和磷酸(設溶液體積增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5mol·L-1,此時是否有Mg3(PO4)2沉淀生成?________(列式計算)。(FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分別為1.3×10-22、1.0×10-24)(6)寫出“高溫煅燒②”中由FePO4制備LiFePO4的化學方程式________________。【命題意圖】本題考查元素及其化合物的知識,意在考查學生對化工流程題的分析解決問題的能力及對元素化合物知識的理解應用能力。【解析】(1)依題意,讀圖可得浸出率為70%的兩個條件為100℃,2h或90(2)根據(jù)流程可得所加酸為鹽酸,鐵元素價態(tài)應保持不變,依然為+2價,所以答案為FeTiO3+4H++4Cl-Fe2+++2H2O。(3)本題為40min內轉化率,溫度過高時原料分解,即30~40℃,溫度升高,反應速率加快,則40min所得轉化率提高。40℃以上,溫度過高,H2O2及NH3·H(4)以過氧化氫、過氧化鈉等化合物為例,過氧鍵存在于兩個-1價氧原子之間。設化合物中-2價氧為x個,-1價氧為y個,x+y=15,又根據(jù)化合價代數(shù)和為0得出2x+y=22,解得y=8,即4個過氧鍵。(5)先根據(jù)Fe3+完全沉淀計算出此時溶液中磷酸根濃度,進而計算是否滿足Mg3(PO4)2開始沉淀的條件。Fe3+完全沉淀時c()=Ksp/c(Fe3+)=1.3×10-17mol·L-1,此時溶液中c3(Mg2+)·c2()=(0.01)3×(1.3×10-17)2≈1.7×10-40<Ksp[Mg3(PO4)2],不會產生Mg3(PO4)2沉淀。(6)“高溫煅燒②”中由FePO4制備LiFePO4的化學方程式為2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+3CO2↑+H2O↑。答案:(1)100℃,2h或90(2)FeTiO3+4H++4Cl-Fe2+++2H2O(3)低于40℃,TiO2·xH2O轉化率隨溫度升高而增加;超過40℃,雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2·xH(4)4(5)Fe3+恰好沉淀完全時c()=mol·L-1=1.3×10-17mol·L-1,c3(Mg2+)·c2()=(0.01)3×(1.3×10-17)2≈1.7×10-40<Ksp[Mg3(PO4)2],因此不會生成Mg3(PO4)2沉淀(6)2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+3CO2↑+H2O↑3.（2017·北京高考·28）某小組在驗證反應“Fe+2Ag+Fe2++2Ag”的實驗中檢測到Fe3+,發(fā)現(xiàn)和探究過程如下。向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸銀溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉,攪拌后靜置,燒杯底部有黑色固體,溶液呈黃色。(1)檢驗產物①取出少量黑色固體,洗滌后,______________(填操作和現(xiàn)象),證明黑色固體中含有Ag。②取上層清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,產生藍色沉淀,說明溶液中含有______________。(2)針對“溶液呈黃色”,甲認為溶液中有Fe3+,乙認為鐵粉過量時不可能有Fe3+,乙依據(jù)的原理是______________(用離子方程式表示)。針對兩種觀點繼續(xù)實驗:①取上層清液,滴加KSCN溶液,溶液變紅,證實了甲的猜測。同時發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產生,且溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時間有關,對比實驗記錄如下:序號取樣時間/min現(xiàn)象ⅰ3產生大量白色沉淀;溶液呈紅色ⅱ30產生白色沉淀;較3min時量少;溶液紅色較3min時加深ⅲ120產生白色沉淀;較30min時量少;溶液紅色較30min時變淺(資料:Ag+與SCN-生成白色沉淀AgSCN)②對Fe3+產生的原因作出如下假設:假設a:可能是鐵粉表面有氧化層,能產生Fe3+;假設b:空氣中存在O2,由于____________(用離子方程式表示),可產生Fe3+;假設c:酸性溶液中NO-3具有氧化性,可產生Fe3+;假設d:根據(jù)______________現(xiàn)象,判斷溶液中存在Ag+,可產生Fe3+。③下列實驗Ⅰ可證實假設a、b、c不是產生Fe3+的主要原因。實驗Ⅱ可證實假設d成立。實驗Ⅰ:向硝酸酸化的________溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉,攪拌后靜置,不同時間取上層清液滴加KSCN溶液,3min時溶液呈淺紅色,30min后溶液幾乎無色。實驗Ⅱ:裝置如圖。其中甲溶液是________,操作及現(xiàn)象是__________________。(3)根據(jù)實驗現(xiàn)象,結合方程式推測實驗ⅰ~ⅲ中Fe3+濃度變化的原因:________?！久}意圖】本題考查化學實驗的設計與評價、電化學知識。意在考查學生的探究能力、對實驗設計方案的分析評價能力、利用電化學解決實際問題的能力。【解析】(1)①黑色固體中含有過量鐵,如果同時含有銀,則可以加入HCl或H2SO4溶解Fe,而銀不能溶解。②K3[Fe(CN)6]是檢驗Fe2+的試劑,所以產生藍色沉淀說明含有Fe2+。(2)②過量鐵粉與Fe3+反應生成Fe2+,即Fe+2Fe3+3Fe2+。O2氧化Fe2+反應為4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O。③實驗Ⅰ的目的是證實假設a、b、c非主要原因,可以從后續(xù)現(xiàn)象中看出。Fe3+在30min時幾乎完全消失,故應使a、b、c、中變量全部存在,即溶液中只需不存在Ag+,此時Fe3+可被過量鐵粉還原為Fe2+。故初始時加入Fe(NO3)3溶液,隨時間進行,可看到Fe3+濃度逐漸降低的實驗現(xiàn)象。實驗Ⅱ是為了證實Ag+可能將Fe2+氧化為Fe3+,故甲溶液必為Fe2+溶液。由于的影響已被實驗Ⅰ排除,為了避免其他陰離子干擾,可選用Fe(NO3)2。在原電池結構中,Ag+將Fe2+氧化為Fe3+,電流表應有偏轉。為證實Fe3+產生,應在電流表偏轉后向左池加入KSCN驗證。(3)從(2)的三個時間取上層清液現(xiàn)象不同可以看出Ag+濃度逐漸降低,而Fe3+濃度先升高后降低。由于反應中Fe3+生成的原因已由上述實驗Ⅱ證實為Ag++Fe2+Ag+Fe3+,故3~30min內應是該反應使Fe3+濃度上升,而Fe3+濃度下降則是由于2Fe3++Fe3Fe2+的存在導致的。由于此前Ag+濃度下降,Fe3+濃度上升,導致2Fe3++Fe3Fe2+的反應速率超過Ag++Fe2+Ag+Fe3+,使Fe3+的消耗快于生成,從而導致30~120min內Fe3+濃度下降。答案:(1)①加入足量稀鹽酸(或稀硫酸)酸化,固體未完全溶解②Fe2+(2)Fe+2Fe3+3Fe2+②4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O生成白色沉淀③Fe(NO3)3Fe(NO3)2當電流表指針偏轉時,向左側甲溶液中加入KSCN溶液;溶液變紅(3)溶液中存在Ag++Fe2+Ag+Fe3+反應,在3~30min,Fe3+濃度增大,Ag+濃度減小,導致AgSCN白色沉淀減少;而Fe3++3SCN-Fe(SCN)3正向移動,紅色變深;隨時間進行,Fe3+濃度增大,導致Fe+2Fe3+3Fe2+速率加快,于是30~120min,Fe3+濃度減小,紅色又變淺4.(2017?丙卷?27)重鉻酸鉀是一種重要的化工原料,一般由鉻鐵礦制備,鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3,還含有硅、鋁等雜質。制備流程如圖所示:回答下列問題:(1)步驟①的主要反應為:FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2上述反應配平后FeO·Cr2O3與NaNO3的系數(shù)比為______。該步驟不能使用陶瓷容器,原因是____________________________________________________。(2)濾渣1中含量最多的金屬元素是________,濾渣2的主要成分是________及含硅雜質。(3)步驟④調濾液2的pH使之變________(填“大”或“小”),原因是____________________(用離子方程式表示)。(4)有關物質的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適量KCl,蒸發(fā)濃縮,冷卻結晶,過濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到________(填標號)得到的K2Cr2O7a.80℃b.60℃c.40步驟⑤的反應類型是________________。(5)某工廠用m1kg鉻鐵礦粉(含Cr2O340%)制備K2Cr2O7,最終得到產品m2kg,產率為【命題意圖】本題考查了物質制備的流程分析判斷,物質性質和實驗操作的分析應用,把握晶體析出的原理和溶解度變化特征的分析是解題關鍵,題目難度中等,側重于考查學生的實驗能力、分析問題、解決問題的能力?！窘馕觥?1)FeO·Cr2O3是還原劑,被完全氧化為Na2CrO4和Fe2O3,每摩爾FeO·Cr2O3被氧化轉移7mol電子,而NaNO3是氧化劑,氧化產物為NaNO3,每摩爾NaNO3被還原轉移2mol電子,根據(jù)轉移電子數(shù)守恒可知,FeO·Cr2O3與NaNO3的系數(shù)比為2∶7;陶瓷容器主要成分為二氧化硅,碳酸鈉與二氧化硅在高溫條件下反應生成硅酸鈉和二氧化碳。(2)操作①中加入碳酸鈉熔融,二氧化硅與碳酸鈉高溫下生成硅酸鈉,硅酸鈉溶于水,而Fe2O3不溶于水,濾渣1的主要成分是Fe2O3,故濾渣1的主要金屬元素為鐵元素;濾液1中含有、、,調節(jié)濾液1的pH并過濾后得濾渣2為Al(OH)3。(3)調節(jié)濾液2的pH的目的是增大溶液的酸性,pH變小;因為溶液中存在2+2H++H2O,增大溶液中H+的濃度,可促進平衡正向移動,提高的濃度。(4)由題干圖示可知,在10℃時,得到K2Cr2O7的固體最多;2KCl+Na2Cr2O7K2Cr2O7+2NaCl的反應類型為復分解反應。(5)樣品中Cr2O3的質量為m1×40%kg,則生成K2Cr2O7的理論質量為m1×40%×kg,則所得產品的產率為×100%=×100%。答案:(1)2∶7陶瓷在高溫下會與Na2CO3反應(2)FeAl(OH)3(3)小2+2H++H2O(4)d復分解反應(5)×100%【考場支招】工藝流程題注意:A.反應物是什么,B.發(fā)生了什么反應,C.造成了什么后果。抓住一個關鍵點,任何反應或操作都是為獲得產品而服務。要獲得重鉻酸鉀,則原料中的鐵元素、鋁元素和硅元素均需通過反應而除去。5.（2017?甲卷?26）水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2,并含有一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實驗室測定水泥樣品中鈣含量的過程如圖所示: 回答下列問題:(1)在分解水泥樣品過程中,以鹽酸為溶劑,氯化銨為助溶劑,還需加入幾滴硝酸。加入硝酸的目的是__________,還可使用____________代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是____________________________,其不溶于強酸但可與一種弱酸反應,該反應的化學方程式為____________________________。(3)加氨水過程中加熱的目的是______________。沉淀B的主要成分為____、__(填化學式)。(4)草酸鈣沉淀經(jīng)稀處理后,用KMnO4標準溶液滴定,通過測定草酸的量可間接獲知鈣的含量,滴定反應為+H++H2C2O4Mn2++CO2+H2O。實驗中稱取0.400g水泥樣品,滴定時消耗了0.0500mol·L-1的KMnO4溶液36.00mL,則該水泥樣品中鈣的質量分數(shù)為________?！久}意圖】本題考查了元素化合物的基礎知識,意在考查考生在化工流程中對元素化合物知識的應用能力和分析問題解決問題的能力?！窘馕觥扛鶕?jù)題目給出的流程可以得出:水泥樣品中的SiO2在用氯化銨、鹽酸和硝酸的處理過程中以沉淀的形式除去,而所得濾液中含有Mg2+、Fe3+、Ca2+、Al3+等,用氨水調節(jié)pH在4~5時Fe3+、Al3+將會轉化為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去,此時在濾液中加入草酸銨溶液會生成草酸鈣沉淀,草酸鈣沉淀經(jīng)稀硫酸處理后,用KMnO4標準溶液滴定,從而根據(jù)KMnO4溶液的用量來計算水泥樣品中鈣的含量。(1)Fe2+和Fe3+相比較,Fe3+在溶液的pH較小時就能形成沉淀,因此需要將溶液中可能存在的Fe2+氧化為Fe3+,以便于以沉淀的形式除去。雙氧水在酸性條件下可以將Fe2+氧化為Fe3+且不會引入雜質。(2)SiO2不溶于一般酸性溶液,所以沉淀A是SiO2,SiO2能與弱酸HF發(fā)生反應,其反應的方程式為SiO2+4HFSiF4↑+2H2O。(3)濾液中含有Mg2+、Fe3+、Ca2+、Al3+等,用氨水調節(jié)pH在4~5時Fe3+、Al3+將會轉化為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,加熱可以促進Fe3+、Al3+水解,防止生成二者的膠體,而膠體微粒能透過濾紙,從而影響分離效果。(4)將題目給出的方程式配平為2+6H++5H2C2O42Mn2++10CO2+8H2O。則有5Ca2+~5H2C2O4~2KMnO4,n(KMnO4)=0.0500mol·L-1×36.00mL×10-3L·mL-1=1.80×10-3mol,n(Ca2+)=4.50×10-3mol,水泥中鈣的質量分數(shù)為×100%=45.0%。答案:(1)將樣品中可能存在的Fe2+氧化為Fe3+雙氧水(或H2O2)(2)SiO2(或H2SiO3)SiO2+4HFSiF4↑+2H2O(或H2SiO3+4HFSiF4↑+3H2O)(3)防止膠體生成,易沉淀分離Fe(OH)3Al(OH)3(4)45.0%6.(2017·江蘇高考·18)堿式氯化銅是重要的無機殺菌劑。(1)堿式氯化銅有多種制備方法①方法1:45～50℃時,向CuCl懸濁液中持續(xù)通入空氣得到Cu2(OH)2Cl2·3H2O,該反應的化學方程式為____________________。②方法2:先制得CuCl2,再與石灰乳反應生成堿式氯化銅。Cu與稀鹽酸在持續(xù)通入空氣的條件下反應生成CuCl2,Fe3+對該反應有催化作用,其催化原理如圖所示。M'的化學式為________________________。(2)堿式氯化銅有多種組成,可表示為Cua(OH)bClc·xH2O。為測定某堿式氯化銅的組成,進行下列實驗:①稱取樣品1.1160g,用少量稀HNO3溶解后配成100.00mL溶液A;②取25.00mL溶液A,加入足量AgNO3溶液,得AgCl0.1722g;③另取25.00mL溶液A,調節(jié)pH4~5,用濃度為0.08000mol·L-1的EDTA(Na2H2Y·2H2O)標準溶液滴定Cu2+(離子方程式為Cu2++H2Y2-CuY2-+2H+),滴定至終點,