2017年化学高考题分类解析考点12 铁、铜元素单质及其重要化合物

高考试题分类解析PAGE考点12铁、铜元素单质及其重要化合物一、选择题1.(2017·江苏高考·7)在给定条件下,下列选项所示的物质间转化均能实现的是()A.FeFeCl2Fe(OH)2B.SSO3H2SO4C.CaCO3CaOCaSiO3D.NH3NOHNO3【命题意图】本题考查物质之间的相互转化知识,意在考查学生对物质转化关系的掌握程度。【解析】选C。A项,Fe与Cl2反应生成FeCl3,错误;B项,S与O2反应生成SO2,错误;C项,CaCO3高温分解生成CaO,碱性氧化物CaO与酸性氧化物SiO2反应生成CaSiO3,正确;D项,NO与H2O不反应,错误。二、非选择题2.（2017•乙卷•27）Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下:回答下列问题:(1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图所示。由图可知,当铁的浸出率为70%时,所采用的实验条件为______________。(2)“酸浸”后,钛主要以形式存在,写出相应反应的离子方程式__________________。(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示:温度/℃3035404550TiO2·xH2O转化率/%9295979388分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因________________________(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为________________。(5)若“滤液②”中c(Mg2+)=0.02mol·L-1,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5mol·L-1,此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成?________(列式计算)。(FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10-22、1.0×10-24)(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式________________。【命题意图】本题考查元素及其化合物的知识,意在考查学生对化工流程题的分析解决问题的能力及对元素化合物知识的理解应用能力。【解析】(1)依题意,读图可得浸出率为70%的两个条件为100℃,2h或90(2)根据流程可得所加酸为盐酸,铁元素价态应保持不变,依然为+2价,所以答案为FeTiO3+4H++4Cl-Fe2+++2H2O。(3)本题为40min内转化率,温度过高时原料分解,即30~40℃,温度升高,反应速率加快,则40min所得转化率提高。40℃以上,温度过高,H2O2及NH3·H(4)以过氧化氢、过氧化钠等化合物为例,过氧键存在于两个-1价氧原子之间。设化合物中-2价氧为x个,-1价氧为y个,x+y=15,又根据化合价代数和为0得出2x+y=22,解得y=8,即4个过氧键。(5)先根据Fe3+完全沉淀计算出此时溶液中磷酸根浓度,进而计算是否满足Mg3(PO4)2开始沉淀的条件。Fe3+完全沉淀时c()=Ksp/c(Fe3+)=1.3×10-17mol·L-1,此时溶液中c3(Mg2+)·c2()=(0.01)3×(1.3×10-17)2≈1.7×10-40<Ksp[Mg3(PO4)2],不会产生Mg3(PO4)2沉淀。(6)“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式为2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+3CO2↑+H2O↑。答案:(1)100℃,2h或90(2)FeTiO3+4H++4Cl-Fe2+++2H2O(3)低于40℃,TiO2·xH2O转化率随温度升高而增加;超过40℃,双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH(4)4(5)Fe3+恰好沉淀完全时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],因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀(6)2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+3CO2↑+H2O↑3.（2017·北京高考·28）某小组在验证反应“Fe+2Ag+Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。(1)检验产物①取出少量黑色固体,洗涤后,______________(填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。②取上层清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有______________。(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是______________(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验:①取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:序号取样时间/min现象ⅰ3产生大量白色沉淀;溶液呈红色ⅱ30产生白色沉淀;较3min时量少;溶液红色较3min时加深ⅲ120产生白色沉淀;较30min时量少;溶液红色较30min时变浅(资料:Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN)②对Fe3+产生的原因作出如下假设:假设a:可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+;假设b:空气中存在O2,由于____________(用离子方程式表示),可产生Fe3+;假设c:酸性溶液中NO-3具有氧化性,可产生Fe3+;假设d:根据______________现象,判断溶液中存在Ag+,可产生Fe3+。③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。实验Ⅰ:向硝酸酸化的________溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加KSCN溶液,3min时溶液呈浅红色,30min后溶液几乎无色。实验Ⅱ:装置如图。其中甲溶液是________,操作及现象是__________________。(3)根据实验现象,结合方程式推测实验ⅰ~ⅲ中Fe3+浓度变化的原因:________。【命题意图】本题考查化学实验的设计与评价、电化学知识。意在考查学生的探究能力、对实验设计方案的分析评价能力、利用电化学解决实际问题的能力。【解析】(1)①黑色固体中含有过量铁,如果同时含有银,则可以加入HCl或H2SO4溶解Fe,而银不能溶解。②K3[Fe(CN)6]是检验Fe2+的试剂,所以产生蓝色沉淀说明含有Fe2+。(2)②过量铁粉与Fe3+反应生成Fe2+,即Fe+2Fe3+3Fe2+。O2氧化Fe2+反应为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O。③实验Ⅰ的目的是证实假设a、b、c非主要原因,可以从后续现象中看出。Fe3+在30min时几乎完全消失,故应使a、b、c、中变量全部存在,即溶液中只需不存在Ag+,此时Fe3+可被过量铁粉还原为Fe2+。故初始时加入Fe(NO3)3溶液,随时间进行,可看到Fe3+浓度逐渐降低的实验现象。实验Ⅱ是为了证实Ag+可能将Fe2+氧化为Fe3+,故甲溶液必为Fe2+溶液。由于的影响已被实验Ⅰ排除,为了避免其他阴离子干扰,可选用Fe(NO3)2。在原电池结构中,Ag+将Fe2+氧化为Fe3+,电流表应有偏转。为证实Fe3+产生,应在电流表偏转后向左池加入KSCN验证。(3)从(2)的三个时间取上层清液现象不同可以看出Ag+浓度逐渐降低,而Fe3+浓度先升高后降低。由于反应中Fe3+生成的原因已由上述实验Ⅱ证实为Ag++Fe2+Ag+Fe3+,故3~30min内应是该反应使Fe3+浓度上升,而Fe3+浓度下降则是由于2Fe3++Fe3Fe2+的存在导致的。由于此前Ag+浓度下降,Fe3+浓度上升,导致2Fe3++Fe3Fe2+的反应速率超过Ag++Fe2+Ag+Fe3+,使Fe3+的消耗快于生成,从而导致30~120min内Fe3+浓度下降。答案:(1)①加入足量稀盐酸(或稀硫酸)酸化,固体未完全溶解②Fe2+(2)Fe+2Fe3+3Fe2+②4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O生成白色沉淀③Fe(NO3)3Fe(NO3)2当电流表指针偏转时,向左侧甲溶液中加入KSCN溶液;溶液变红(3)溶液中存在Ag++Fe2+Ag+Fe3+反应,在3~30min,Fe3+浓度增大,Ag+浓度减小,导致AgSCN白色沉淀减少;而Fe3++3SCN-Fe(SCN)3正向移动,红色变深;随时间进行,Fe3+浓度增大,导致Fe+2Fe3+3Fe2+速率加快,于是30~120min,Fe3+浓度减小,红色又变浅4.(2017•丙卷•27)重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示:回答下列问题:(1)步骤①的主要反应为:FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为______。该步骤不能使用陶瓷容器,原因是____________________________________________________。(2)滤渣1中含量最多的金属元素是________,滤渣2的主要成分是________及含硅杂质。(3)步骤④调滤液2的pH使之变________(填“大”或“小”),原因是____________________(用离子方程式表示)。(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到________(填标号)得到的K2Cr2O7a.80℃b.60℃c.40步骤⑤的反应类型是________________。(5)某工厂用m1kg铬铁矿粉(含Cr2O340%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2kg,产率为【命题意图】本题考查了物质制备的流程分析判断,物质性质和实验操作的分析应用,把握晶体析出的原理和溶解度变化特征的分析是解题关键,题目难度中等,侧重于考查学生的实验能力、分析问题、解决问题的能力。【解析】(1)FeO·Cr2O3是还原剂,被完全氧化为Na2CrO4和Fe2O3,每摩尔FeO·Cr2O3被氧化转移7mol电子,而NaNO3是氧化剂,氧化产物为NaNO3,每摩尔NaNO3被还原转移2mol电子,根据转移电子数守恒可知,FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为2∶7;陶瓷容器主要成分为二氧化硅,碳酸钠与二氧化硅在高温条件下反应生成硅酸钠和二氧化碳。(2)操作①中加入碳酸钠熔融,二氧化硅与碳酸钠高温下生成硅酸钠,硅酸钠溶于水,而Fe2O3不溶于水,滤渣1的主要成分是Fe2O3,故滤渣1的主要金属元素为铁元素;滤液1中含有、、,调节滤液1的pH并过滤后得滤渣2为Al(OH)3。(3)调节滤液2的pH的目的是增大溶液的酸性,pH变小;因为溶液中存在2+2H++H2O,增大溶液中H+的浓度,可促进平衡正向移动,提高的浓度。(4)由题干图示可知,在10℃时,得到K2Cr2O7的固体最多;2KCl+Na2Cr2O7K2Cr2O7+2NaCl的反应类型为复分解反应。(5)样品中Cr2O3的质量为m1×40%kg,则生成K2Cr2O7的理论质量为m1×40%×kg,则所得产品的产率为×100%=×100%。答案:(1)2∶7陶瓷在高温下会与Na2CO3反应(2)FeAl(OH)3(3)小2+2H++H2O(4)d复分解反应(5)×100%【考场支招】工艺流程题注意:A.反应物是什么,B.发生了什么反应,C.造成了什么后果。抓住一个关键点,任何反应或操作都是为获得产品而服务。要获得重铬酸钾,则原料中的铁元素、铝元素和硅元素均需通过反应而除去。5.（2017•甲卷•26）水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2,并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示: 回答下列问题:(1)在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是__________,还可使用____________代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是____________________________,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为____________________________。(3)加氨水过程中加热的目的是______________。沉淀B的主要成分为____、__(填化学式)。(4)草酸钙沉淀经稀处理后,用KMnO4标准溶液滴定,通过测定草酸的量可间接获知钙的含量,滴定反应为+H++H2C2O4Mn2++CO2+H2O。实验中称取0.400g水泥样品,滴定时消耗了0.0500mol·L-1的KMnO4溶液36.00mL,则该水泥样品中钙的质量分数为________。【命题意图】本题考查了元素化合物的基础知识,意在考查考生在化工流程中对元素化合物知识的应用能力和分析问题解决问题的能力。【解析】根据题目给出的流程可以得出:水泥样品中的SiO2在用氯化铵、盐酸和硝酸的处理过程中以沉淀的形式除去,而所得滤液中含有Mg2+、Fe3+、Ca2+、Al3+等,用氨水调节pH在4~5时Fe3+、Al3+将会转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去,此时在滤液中加入草酸铵溶液会生成草酸钙沉淀,草酸钙沉淀经稀硫酸处理后,用KMnO4标准溶液滴定,从而根据KMnO4溶液的用量来计算水泥样品中钙的含量。(1)Fe2+和Fe3+相比较,Fe3+在溶液的pH较小时就能形成沉淀,因此需要将溶液中可能存在的Fe2+氧化为Fe3+,以便于以沉淀的形式除去。双氧水在酸性条件下可以将Fe2+氧化为Fe3+且不会引入杂质。(2)SiO2不溶于一般酸性溶液,所以沉淀A是SiO2,SiO2能与弱酸HF发生反应,其反应的方程式为SiO2+4HFSiF4↑+2H2O。(3)滤液中含有Mg2+、Fe3+、Ca2+、Al3+等,用氨水调节pH在4~5时Fe3+、Al3+将会转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,加热可以促进Fe3+、Al3+水解,防止生成二者的胶体,而胶体微粒能透过滤纸,从而影响分离效果。(4)将题目给出的方程式配平为2+6H++5H2C2O42Mn2++10CO2+8H2O。则有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,水泥中钙的质量分数为×100%=45.0%。答案:(1)将样品中可能存在的Fe2+氧化为Fe3+双氧水(或H2O2)(2)SiO2(或H2SiO3)SiO2+4HFSiF4↑+2H2O(或H2SiO3+4HFSiF4↑+3H2O)(3)防止胶体生成,易沉淀分离Fe(OH)3Al(OH)3(4)45.0%6.(2017·江苏高考·18)碱式氯化铜是重要的无机杀菌剂。(1)碱式氯化铜有多种制备方法①方法1:45～50℃时,向CuCl悬浊液中持续通入空气得到Cu2(OH)2Cl2·3H2O,该反应的化学方程式为____________________。②方法2:先制得CuCl2,再与石灰乳反应生成碱式氯化铜。Cu与稀盐酸在持续通入空气的条件下反应生成CuCl2,Fe3+对该反应有催化作用,其催化原理如图所示。M'的化学式为________________________。(2)碱式氯化铜有多种组成,可表示为Cua(OH)bClc·xH2O。为测定某碱式氯化铜的组成,进行下列实验:①称取样品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,调节pH4~5,用浓度为0.08000mol·L-1的EDTA(Na2H2Y·2H2O)标准溶液滴定Cu2+(离子方程式为Cu2++H2Y2-CuY2-+2H+),滴定至终点,