高考化学大一轮复习苏教专用课时集训专题四第5课时高考题中常涉及的金属及其性质

第5课时高考题中常涉及的金属及其性质课时集训测控导航表知识点题号铁、钴、镍化合物制备及性质2钒、铬、锰化合物制备及性质3,4两性金属及其化合物性质1非选择题1.金属镓是广泛用于电子工业和通信领域的重要金属,化学性质与铝元素相似。(1)工业上提纯镓的方法很多,其中以电解精炼法为多。具体原理如下:以待提纯的粗镓(内含Zn、Fe、Cu杂质)为阳极,以高纯镓为阴极,以NaOH水溶液为电解质溶液。在电流作用下使粗镓在阳极溶解进入电解质溶液,并通过某种离子迁移技术到达阴极并在阴极放电析出高纯镓。①已知离子氧化性顺序为Zn2+<Ga3+<Fe2+<Cu2+。电解精炼镓时阳极泥的成分是。②GaO2-在阴极放电的电极反应式是。(2)工业上利用固态Ga与NH3高温条件下合成固体半导体材料氮化镓(GaN)同时又有氢气生成。反应中每生成3molH2时就会放出30.8kJ热量。①该反应的热化学方程式为

。②一定条件下,加入一定量的Ga与NH3进行上述反应,下列叙述符合事实且可作为判断反应已达到平衡状态的标志的是。A.恒温恒压下,混合气体的密度不变B.断裂3molH—H键,同时断裂2molN—H键C.恒温恒压下达平衡后再加入2molH2使平衡移动,NH3消耗速率等于原平衡时NH3的消耗速率D.升高温度,氢气的生成速率先增大再减小解析:(1)①已知离子氧化性顺序为Zn2+<Ga3+<Fe2+<Cu2+,则电解精炼镓时,阳极是Zn和Ga失去电子,而铁和铜变为阳极泥。②GaO2GaO2-+3e+2H2O(2)①反应中每生成3molH2时就会放出30.8kJ热量,因此该反应的热化学方程式为2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)ΔH=30.8kJ·mol1。②密度是混合气体的质量和容器容积的比值,在反应过程中混合气体质量减小,体积增大,密度减小,达到平衡状态时,密度不变,所以恒温恒压下,混合气体的密度不变说明反应达到平衡状态,A正确;断裂3molH—H键,同时断裂6molN—H键,说明反应达到平衡状态,B错误;恒温恒压下达平衡后,再加入2molH2使平衡移动,由于平衡是等效的,因此NH3的消耗速率等于原平衡时NH3的消耗速率,C正确;升高温度,氢气的生成速率先增大再减小,最后不变,D错误。答案:(1)①Fe、Cu②GaO2-+3e+2H2O(2)①2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)ΔH=30.8kJ·mol1②AC2.碱式碳酸钴用作催化剂及制钴盐原料,陶瓷工业着色剂,电子、磁性材料的添加剂。利用以下装置测定碱式碳酸钴[Cox(OH)y(CO3)z·H2O]的化学组成。已知:碱式碳酸钴中钴为+2价,受热时可分解生成三种氧化物。请回答下列问题:(1)选用以上装置测定碱式碳酸钴[Cox(OH)y(CO3)z·H2O]的化学组成,其正确的连接顺序为a→b→(按气流方向,用小写字母表示)。

(2)样品分解完,打开活塞K,缓缓通入氮气数分钟,通入氮气的目的是

。(3)取碱式碳酸钴样品34.9g,通过实验测得分解生成的水和二氧化碳的质量分别为3.6g、8.8g,则该碱式碳酸钴的化学式为。(4)某兴趣小组以含钴废料(含少量Fe、Al等杂质)制取CoCl2·6H2O的一种实验设计流程如下:已知:25℃下表:沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3开始沉淀(pH)完全沉淀(pH)①操作Ⅰ用到的玻璃仪器主要有;②加盐酸调整pH为2～3的目的为;③操作Ⅱ的过程为、洗涤、干燥。解析:(1)甲装置为分解装置,用戊装置吸收生成的水,用乙装置吸收生成的二氧化碳,用丙装置防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入实验装置影响实验结果。(2)为了数据的准确性,通入氮气使产生的气体全部被吸收。(3)生成的水的质量为3.6g,物质的量为3.618mol=0.2mol,生成的CO2的质量为8.8g,物质的量为8.844mol=0.2mol,碱式碳酸钴的质量为34.9g,氧化亚钴的质量为34.9g-3.6g-8.8g=22.5g,其物质的量为22=3∶4∶2,化学式为Co3(OH)2(CO3)2·H2O。(4)①操作Ⅰ为过滤,用到的玻璃仪器主要有烧杯、漏斗、玻璃棒。②加盐酸调整pH为2～3的目的为抑制CoCl2的水解。③从溶液中得到CoCl2·6H2O晶体需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。答案:(1)j→k→c→d(或d→c)→e(2)将装置中生成的CO2和H2O(g)全部排入乙、戊装置中(3)Co3(OH)2(CO3)2·H2O(4)①烧杯、漏斗、玻璃棒②抑制CoCl2的水解③蒸发浓缩、冷却结晶、过滤3.钒触媒(V2O5)是催化氧化所常用的催化剂,为综合利用,科研人员研制了一种离子交换法回收废钒的新工艺,回收率达90%以上。已知废钒催化剂中含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣。查阅资料可知:VOSO4可溶于水,V2O5难溶于水,NH4VO3难溶于水。该工艺的流程如图。(1)水浸时,为了提高废钒的浸出率,除了粉碎,还可以采取的措施:

(写出2条)。(2)写出反应①的离子方程式:

。(3)该工艺中反应③的沉矾率是回收钒的关键,沉钒率的高低除受溶液pH影响外,还需要控制氯化铵系数(NH4Cl加入质量与料液中V2O5的质量比)和温度。根据下图建议最合适的氯化铵系数和温度:氯化铵系数为,温度为。(4)反应②发生后,溶液中的氯元素以Cl的形式存在,请写出反应②的化学方程式:

。(5)查阅资料得知:NH4VO3也叫偏钒酸铵,其相对分子质量为117,20℃时,NH4VO3溶解度为0.468g,已知离子交换后溶液中c(VO0.10mol·L1,反应③沉矾时,加入等体积0.10mol·L1的NH4Cl溶液,通过列式计算判断此时是否有NH4VO3沉淀析出?(溶液体积变化忽略不计)

。(6)写出“焙烧反应④”中由NH4VO3制备V2O5的化学方程式:

。解析:(1)水浸时,为了提高废钒的浸出率,除了粉碎,还可以采取的措施有搅拌、适当升高温度、延长浸泡时间等措施。(2)依题意,反应①中V2O5作氧化剂,SO32-作还原剂,反应的离子方程式为V2O5+SO2VO2++SO42-+2H2O。(3)根据图像分析可得,要使沉钒率最高,可控制氯化铵系数为4,温度在80℃。(4)废钒催化剂中可溶性物质为VOSO4,所以反应②的化学方程式为6VOSO4+KClO3+3H2O3(VO2)23H2SO4。(5)根据溶解度的定义可得,在20℃时NH4VO3c(NH4+)=c(VO3-)=0.468g117g·mol-10×103,而此时溶液中Qc=c(NH4+)·c(VO3-)=0.10Ksp(NH4VO3×103,故有沉淀析出。(6)“焙烧反应④”中由NH4VO3制备V2O5的化学方程式为2NH4VO32NH3↑+V2O5+H2O↑。答案:(1)搅拌、适当升高温度、延长浸泡时间(任写2条)(2)V2O5+SO32-+4H+2VO2++SO4(3)480(4)6VOSO4+KClO3+3H2O3(VO2)2SO4+KCl+3H2SO4(5)在20℃时NH4VO3的饱和溶液中,c(NH4+)=c(VO0.04mol·L1,则Ksp(NH4VO3×103,而此时溶液中c(NH4+c(VO3-)=0.102×0.102×103>Ksp(NH(6)2NH4VO32NH3↑+V2O5+H2O↑4.醋酸亚铬水合物[Cr(CH3COO)2]2·2H2O是一种氧气吸收剂,为红棕色晶体,易被氧化,微溶于乙醇,不溶于水和乙醚(易挥发的有机溶剂)。其制备装置及步骤如下:①检查装置气密性后,往三颈烧瓶中依次加入过量锌粒、适量CrCl3溶液。②关闭K2打开K1,旋开分液漏斗的旋塞并控制好滴速。③待三颈烧瓶内的溶液由深绿色(Cr3+)变为亮蓝色(Cr2+)时,把溶液转移到装置乙中,当出现大量红棕色晶体时,关闭分液漏斗的旋塞。④将装置乙中混合物快速过滤、洗涤和干燥,称量。(1)三颈烧瓶中的Zn除了与盐酸反应生成H2外,发生的另一个反应的离子方程式为

。(2)实验步骤③中溶液自动转移至装置乙中的实验操作为。(3)装置丙中导管口水封的目的是

。(4)为洗涤[Cr(CH3COO)2]2·2H2O产品,下列方法中最适合的是。A.先用盐酸洗,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)已知其他反应物足量,实验时取用的CrCl3溶液中含溶质9.51g,取用的醋酸钠溶液为1.5L0.1mol·L1;实验后得干燥纯净的[Cr(CH3COO)2]2·2H2O9.4g,则该实验所得产品的产率为(不考虑溶解的醋酸亚铬水合物)。(6)铬的离子会污染水,常温下要除去上述实验中多余的Cr2+,最好往废液中通入足量的空气,再加入碱液,调节pH至少为才能使铬的离子沉淀完全。

[已知Cr(OH)3×1031,363≈4,lg2≈(7)一定条件下,[Cr(CH3COO)2]2·2H2O受热得到CO和CO2的混合气体,请设计实验检验这两种气体的存在:。解析:(1)装置甲中分液漏斗盛装的是稀盐酸,在三颈烧瓶中和锌反应生成氯化锌和氢气,同时发生锌与氯化铬的反应,该反应的离子方程式为Zn+2Cr3+2Cr2++Zn2+。(2)实验开始生成氢气后,为使生成的CrCl2溶液与醋酸钠溶液顺利混合,打开K2,关闭K1,把生成的CrCl2溶液压入装置乙中反应。(3)二价的铬离子不稳定,极易被氧气氧化,装置丙中导管口水封的目的是防止空气进入装置乙中氧化Cr2+。(4)醋酸亚铬水合物不溶于水和乙醚,微溶于乙醇,易溶于盐酸,所以可以选用冷水和乙醚洗涤,选C。(5)氯化铬为9.51g158.5g·mol-1=0.06mol,得到的氯化亚铬为0.06mol,而醋酸钠为0.15mol,由方程式可知,醋酸钠足量,则理论上得到的[Cr(CH3COO)2]2·2H2O为0.06mol2×376g·mol