主题七 金属及其化合物（教师用书）-【新高考方案】2026年高考化学一轮总复习（江苏专版）

　 主题分层教学课时安排 基础 落实 第一讲(2课时) 钠及其化合物 第二讲(2课时) 铁及其化合物 第三讲(2课时) 金属材料　金属的冶炼 综合 应用 第四讲　高考常考查的过渡金属 第五讲　化学工艺流程题解题策略 第一讲　钠及其化合物(基础落实课) |内|容|与|目|标| 1.了解Na及其重要化合物(Na2O2、Na2CO3、NaHCO3)的性质、转化及应用。 2.掌握侯氏制碱法的原理及方法。 3.了解碱金属的相似性和递变性。 第1课时　钠及其氧化物 逐点清(一)　钠的性质及应用 [再认再现·旧知新学] (一)钠的性质 1.物理性质 ρ=0.971 g·cm-3,比水的密度小、比煤油的密度大,质软,熔点为97.8 ℃,沸点为883 ℃。 2.化学性质 钠原子的最外电子层上只有1个电子,在化学反应中易失去最外电子层的一个电子,表现还原性。 (1)与非金属单质的反应 O2 常温 4Na+O2===2Na2O 加热 2Na+O2Na2O2 Cl2 2Na+Cl22NaCl S S+2NaNa2S (2)与水的反应(填写化学方程式) 2Na+2H2O===2NaOH+H2↑。 钠与水(含酚酞)反应的实验现象分析: (3)与酸的反应 2Na+2H+===2Na++H2↑。 注意:Na先与酸反应,再与水反应——先酸后水。 (4)与盐的反应 ①与盐溶液反应 第一步:钠与水反应生成NaOH和H2; 第二步:生成的NaOH如果能与溶质反应,则发生的是NaOH与溶质的复分解反应。 生成气体型 钠与NH4Cl溶液反应生成H2和NH3 生成沉淀型 钠与铜盐、铁盐等溶液反应生成Cu(OH)2或Fe(OH)3 复杂型 钠与AlCl3稀溶液反应,如果钠量较多,则先生成Al(OH)3沉淀,后沉淀溶解 如钠与CuSO4溶液反应的化学方程式 先发生:2Na+2H2O===2NaOH+H2↑; 再发生:2NaOH+CuSO4===Cu(OH)2↓+Na2SO4; 总反应:2Na+2H2O+CuSO4===Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑。 ②与熔融盐发生置换反应 4Na+TiCl44NaCl+Ti, Na+KClNaCl+K↑。 注意:Na能够制取K并不能说明Na的还原性比K强,因为K的沸点比Na低,使K成为蒸气逸出而使反应进行。 (5)与含羟基或羧基的有机物发生置换反应 ①与乙醇反应的化学方程式为2C2H5OH+2Na→2C2H5ONa+H2↑。 ②与丙酸反应的化学方程式为2C2H5COOH+2Na→2C2H5COONa+H2↑。 (二)钠的保存和用途 1.钠的保存:密封保存,通常在煤油或石蜡油中。 2.钠的用途 (1)钠钾合金(室温下呈液态)可用作核反应堆的传热介质。 (2)用作电光源,制作高压钠灯。 (3)冶炼某些金属。 微点澄清训练 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)钠在自然界只有化合态没有游离态 (√) (2)钠在空气久置最终形成Na2O2 (×) (3)钠可以保存在CCl4中隔绝空气 (×) (4)金属钠着火时,可用泡沫灭火器或干燥的沙土灭火 (×) (5)金属钠具有强还原性,可与TiCl4溶液反应制取金属Ti (×) (6)钠的金属性比钾强,工业上用钠制钾的原理为Na+KClK↑+NaCl (×) (7)实验结束后剩余的金属钠不能随意丢弃,应放回原试剂瓶中 (√) 2.(1)Na与H2O反应的离子方程式为 　。  (2)Na与CuCl2溶液反应的离子方程式为 　。  (3)Na生成Na2O2的化学方程式为 　。  答案:(1)2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑ (2)2Na+Cu2++2H2O===Cu(OH)2↓+2Na++H2↑ (3)2Na+O2Na2O2 3.钠在空气久置的过程中的物质变化情况如何? 答案:Na→Na2O→NaOH→Na2CO3→Na2CO3·10H2O→Na2CO3 [边练边学·实践提能] 1.下列关于钠的实验现象的叙述不正确的是 (　　) 选项 实验操作 实验现象 A 切开一小块钠,观察切面颜色的变化 钠切面颜色变暗,最后呈淡黄色 B 把一小块钠投入CuSO4溶液中 钠熔化成闪亮的小球,在液面上四处游动,发出“嘶嘶”的响声,产生蓝色沉淀 C 把一小块钠投入滴有紫色石蕊溶液的冷水中 钠熔化成闪亮的小球,在液面上四处游动,发出“嘶嘶”的响声,反应后溶液变蓝 D 把一小块钠迅速投入热坩埚中,继续加热坩埚片刻 钠熔成小球,然后剧烈燃烧,发出黄色火焰,生成淡黄色固体 解析:选A　钠切面颜色变暗是因为Na与O2发生反应生成Na2O,颜色为白色,不会在空气中变成淡黄色,A错误。 2.在隔绝空气条件下让钠与FeSO4溶液反应,实验时,往100 mL大试管中先加40 mL煤油,取三粒米粒大小的金属钠放入大试管后塞上橡胶塞,通过长颈漏斗加入FeSO4溶液使煤油的液面至胶塞,并夹紧弹簧夹(如图)。下列叙述错误的是 (　　) A.剩余的钠放回原试剂瓶 B.溶液中有气泡生成,下层溶液出现白色絮状沉淀 C.大试管内和长颈漏斗内的液面都下降 D.钠与硫酸亚铁溶液反应的化学方程式为2Na+FeSO4+2H2O===Fe(OH)2↓+Na2SO4+H2↑ 解析:选C　剩余的金属钠应放回原试剂瓶,A正确;钠与水反应生成NaOH和H2,NaOH与FeSO4反应生成白色絮状沉淀,B正确;由于生成H2,反应一段时间后,大试管内液面下降,长颈漏斗中液面上升,C错误;Na与FeSO4溶液反应生成Fe(OH)2、H2和Na2SO4,D正确。 3.将金属钠放入盛有下列溶液的小烧杯中,既有气体又有白色沉淀产生的是　　　　(填序号)。  ①MgSO4溶液　②BaCl2溶液　③饱和澄清石灰水　④Ca(HCO3)2溶液　⑤CuCl2溶液　⑥饱和食盐水　 ⑦浓盐酸 写出Na放入④中的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  解析:2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,①中Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓;③中反应消耗水,溶液温度升高,Ca(OH)2的溶解度降低,析出Ca(OH)2白色沉淀;④中Ca2++HC+OH-===CaCO3↓+H2O或Ca2++2HC+2OH-===CaCO3↓+C+2H2O;⑥中水减少,溶液过饱和析出NaCl。 答案:①③④⑥ Ca2++2HC+2Na===CaCO3↓+H2↑+2Na++C或2Na+2Ca2++2HC===2CaCO3↓+2Na++H2↑ |归纳拓展| (1)钠与水、酸反应的本质与顺序:本质上均是与H+的反应,反应顺序是有酸酸在前,无酸水为先。 (2)钠与盐溶液的反应 钠与盐溶液反应时一般先考虑与水反应,生成的NaOH与盐可能发生复分解反应。 逐点清(二)　钠的氧化物——Na2O与Na2O2 [再认再现·旧知新学] 1.氧化钠与过氧化钠的性质比较 物质 氧化钠(Na2O) 过氧化钠(Na2O2) 颜色状态 白色固体 淡黄色固体 类别 碱性氧化物 过氧化物 氧元素化合价 -2 -1 化学键类型 只有离子键 有离子键和共价键 电子式 Na+Na+ Na+Na+ 组成结构 由Na+与O2-构成,= 由Na+与构成,= 与水反应 Na2O+H2O===2NaOH 2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑ 与CO2反应 Na2O+CO2===Na2CO3 2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2 与盐酸反应 Na2O+2HCl===2NaCl+H2O 2Na2O2+4HCl===4NaCl+2H2O+O2↑ 主要用途 可制烧碱 漂白剂、消毒剂、供氧剂 保存 密封 密封、远离易燃物 2.Na2O2的强氧化性与还原性 (1)Na2O2的强氧化性 试剂 现象 反应原理并解释 SO2气体 — Na2O2+SO2===Na2SO4 FeCl2溶液 有红褐色沉淀生成 4Na2O2+4FeCl2+6H2O===4Fe(OH)3↓+O2↑+8NaCl Na2SO3溶液 — Na2O2+Na2SO3+H2O===Na2SO4+2NaOH 氢硫酸 溶液变浑浊 Na2O2+H2S===S↓+2NaOH 酚酞溶液 溶液先变红后褪色 与水反应生成NaOH,Na2O2的强氧化性使之褪色 品红溶液 溶液红色褪去 Na2O2的强氧化性使之褪色 (2)遇KMnO4等强氧化剂时,表现出还原性,氧化产物为O2。 (3)遇CO2、H2O、H+时则会发生自身的氧化还原反应。 微点澄清训练 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)Na2O与Na2O2中氧化合价均为-2价 (×) (2)1 mol Na2O2固体中含有阴离子2NA个 (×) (3)Na2O2、Na2O组成元素相同,与CO2反应的产物相同 (×) (4)Na2O与Na2O2和水反应均生成NaOH,二者均为碱性氧化物 (×) (5)Na2O2投入酚酞溶液中,溶液变红且不褪色 (×) (6)Na2O由两种单质直接反应生成,将其加入Ba(HCO3)2溶液中同时有气体和沉淀产生 (×) 2.Na2O2与CO2、H2O的反应中,氧化剂是　　　　,还原剂是　　　　　,当1 mol Na2O2参加反应时,转移电子数为　　　　　。反应中氧化剂与还原剂的质量比为　　　　　。  答案:Na2O2　Na2O2　NA　1∶1 [边练边学·实践提能] 一、Na2O2的性质及其探究 1.下列对Na2O2的叙述正确的是 (　　) A.Na2O2能与酸反应生成盐和水,所以Na2O2是碱性氧化物 B.Na2O2能与水反应,所以Na2O2可以作气体的干燥剂 C.Na2O2与CO2反应产生氧气,可用于呼吸面具中供氧剂 D.Na2O2与CO2反应时,Na2O2只作氧化剂 解析:选C　Na2O2能与酸反应生成盐、水和氧气,所以不是碱性氧化物,A错误;Na2O2能与水反应,但生成氧气,引入杂质,Na2O2不能作气体的干燥剂,B错误;Na2O2与CO2反应时,Na2O2既是氧化剂又是还原剂,D错误。 2.(2025·南通海安实中月考)以CO2和Na2O2为原料,制取纯净干燥的O2,实验装置如图。下列说法正确的是 (　　) A.装置②中试剂可以是饱和NaHCO3溶液 B.装置③的作用是检查CO2是否除尽 C.收集氧气应选择装置a D.装置②、③之间应增加盛澄清石灰水的洗气瓶 解析:选D　装置②的作用为除去过量二氧化碳,则试剂不能为NaHCO3溶液,故A错误;装置③中盛有浓硫酸,作用是干燥O2,故B错误;选向上排空气法收集氧气,导管应长进短出,即选装置b,故C错误;装置②、③之间应增加盛澄清石灰水的洗气瓶,检验CO2是否除尽,D正确。 3.(2025·泰州中学调研)为探究Na2O2与H2O的反应,进行了如下实验。有关说法不正确的是 (　　) A.实验ⅰ中发生反应的化学方程式为2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑ B.实验ⅲ中MnO2做H2O2分解反应的催化剂 C.综合实验ⅰ和ⅲ可以说明Na2O2与H2O反应有H2O2生成 链接拓展 Na2O2与水反应的实质 D.综合实验表明,实验ⅱ酚酞褪色的原因是溶液碱性变弱 解析:选D　 A项,据流程知,实验ⅰ中发生反应的化学方程式为2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑,正确;B项,据流程知,实验ⅰ中有氢氧化钠和双氧水生成、实验ⅲ中MnO2做H2O2分解反应的催化剂,正确;C项,综合实验ⅰ和ⅲ可以说明Na2O2与H2O反应有H2O2生成,正确;D项,综合实验表明,实验ⅱ酚酞褪色的原因是双氧水的漂白性,不正确。 二、Na2O2与CO2、H2O的有关计算 4.将W g某气体与一定量的O2混合后通入装有足量Na2O2固体的密闭容器中,用间断电火花不断地引燃气体,经过足够长的时间后,发现固体质量增加W g,则气体可能是 (　　) ①H2　②CO　③H2和CO的混合气体　④甲醛(HCHO)　⑤乙二醇(CH2OH—CH2OH)蒸气 A.只有①　　　　　 B.只有①② C.只有①②③ D.①②③④⑤ 解析:选D　很容易判断①②③④⑤均符合(CO)m·(H2)n组成的物质,在O2中充分燃烧后,再通入Na2O2固体中,固体增加质量恰好等于该物质的质量。 5.1 mol过氧化钠与2 mol碳酸氢钠固体混合后,在密闭的容器中加热充分反应,排出气体物质后冷却,残留的固体物质是 (　　) A.Na2CO3 B.Na2O2、Na2CO3 C.NaOH、Na2CO3 D.Na2O2、NaOH、Na2CO3 解析:选A 2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O 　　　　　2 mol　 　　1 mol　　1 mol　1 mol 2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2↑ 1 mol　 1 mol |思维建模| Na2O2与CO2、H2O(g)反应的定量模型 (1)气体物质的量或体积关系 若CO2、水蒸气(或两混合气体)通过足量Na2O2,气体体积的减少量是原气体体积的,等于生成氧气的量,即ΔV=V(O2)=V(原气体)。 (2)固体质量关系 相当于固体(Na2O2)只吸收了CO2中的“CO”、H2O(g)中的“H2”。 对于(CxOy)mHn(CO2+H2O)(Na2CO3+NaOH) (CxOy)mHn的质量为m g时,上述过程最终固体增重:Δm (3)电子转移关系 2Na2O2~2H2O(2CO2)~O2~2e-。 注意:Na2O2遇到CO2与H2O(g)的混合气体定量计算时可以按Na2O2先与CO2反应再与H2O(g)反应的顺序分析。 随堂训练——融会贯通本课主干知识 阅读下列材料,完成1~3题。 金属钠及其化合物在人类生产生活中起着重要作用,钠在自然界只以化合态存在。钠有两种氧化物:Na2O和Na2O2,它们都能与H2O、CO2反应生成对应的碱和盐,且Na2O2同时会产生O2,故Na2O2常用于呼吸面具和潜水艇中供氧剂。Na2O2中的氧元素显-1价,在反应中既可作氧化剂又可作还原剂。 1.下列有关Na2O2的说法正确的是 (　　) A.1 mol Na2O2固体中所含有离子总数约为4×6.02×1023 B.SO2和Na2O2反应的产物为Na2SO3和氧气 C.向酚酞溶液中加Na2O2,溶液先变红后褪色 D.取久置的Na2O2粉末,向其中滴加过量的盐酸,产生无色气体,Na2O2没有变质 解析:选C　Na2O2是由2个Na+和1个构成的,1 mol Na2O2固体中所含离子总数为3×6.02×1023,故A项错误;Na2O2具有强氧化性,SO2被Na2O2氧化成硫酸钠,故B项错误;Na2O2具有强氧化性,Na2O2与水反应有碱生成,故可以使酚酞溶液先变红后褪色,故C项正确;久置的Na2O2会变质,含有碳酸钠,滴加过量的盐酸,产生的气体主要为CO2,CO2和O2都是无色,故不能确定是否变质,故D项错误。 2.下列有关物质性质与用途具有对应关系的是 (　　) A.钠的密度较小,可用于制作高压钠灯 B.Na具有强还原性,可用于和TiCl4反应制备Ti C.Na有导电性,可用作快中子反应堆的热交换剂 D.Na2O2与水反应生成碱,可用作胃酸中和剂 解析:选B　钠可以发出穿透力强的黄色光,用于制作高压钠灯,A错误;金属钠具有强还原性,与四氯化钛反应生成单质钛和氯化钠,B正确;钠钾合金导热性好,则可用于快中子反应堆的热交换剂,C错误;Na2O2与水反应生成氢氧化钠(强碱),具有强烈的腐蚀性,不可用作胃酸中和剂,一般使用NaHCO3作胃酸中和剂,D错误。 3.图示为证明过氧化钠可在呼吸面具和潜水艇中作供氧剂的实验装置图,其中a装置是实验室制备二氧化碳的装置,c中盛放的是过氧化钠。下列说法正确的是 (　　) A.a中可以用Na2CO3和稀盐酸来制备CO2 B.b装置中是饱和Na2CO3溶液,作用是除去a中产生的HCl C.c中只发生2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2 D.f中收集的气体是纯净的O2 解析:选A　A项,碳酸钠与盐酸反应生成二氧化碳、氯化钠和水,则a装置可以用碳酸钠和稀盐酸制备CO2,正确;B项,由于a中的盐酸易挥发,制得的二氧化碳中含有HCl,则b装置中应盛放饱和NaHCO3溶液,其作用是除去a中产生的HCl,不能盛放碳酸钠,因为碳酸钠也会与二氧化碳反应,错误;C项,从装置b中出来的气体未干燥,二氧化碳中混有水蒸气,c中不仅仅发生反应2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2,还有反应2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑发生,错误;D项,f中用排水法收集的气体是湿润的O2,不纯,错误。 [课时跟踪检测] (说明:标的为难度题,建议教师重点讲评) 一、选择题 1.下列关于钠的说法不正确的是 (　　) A.切开金属钠,切面会逐渐变暗 B.实验室的单质钠常常保存在石蜡油或煤油中 C.金属钠着火时用湿抹布盖灭 D.固体钠的密度比液体水的密度小 解析:选C　钠与水反应生成氢气,氢气可以燃烧,故金属钠着火时不能用湿抹布盖灭,C不正确。 2.等质量的两块钠,第一块在足量氧气中加热,第二块在足量氧气(常温)中充分反应,则下列说法正确的是 (　　) A.第一块钠失去电子多 B.两块钠失去电子一样多 C.第二块钠的反应产物质量大 D.两块钠的反应产物质量一样大 解析:选B　金属钠失电子均变为+1价的阳离子,等质量的两块钠,失电子数是一样的;根据反应4Na+O2===2Na2O,1 mol金属钠完全反应得氧化钠的质量是31 g,根据反应2Na+O2Na2O2,1 mol金属钠完全反应得过氧化钠的质量是39 g,故等质量的两块钠,生成过氧化钠的质量大,即第一块钠的反应产物质量大。 3.下列叙述正确的是 (　　) A.切开的金属Na暴露在空气中,光亮表面逐渐变暗:2Na+O2===Na2O2 B.一定条件下,2.3 g Na完全与O2反应生成3.6 g产物,失去的电子数为0.2NA C.钠在空气中受热时,熔化为银白色的小球,产生黄色的火焰,生成白色粉末 D.钠在空气中长期放置,最终主要生成物为碳酸钠 解析:选D　钠在常温下反应生成氧化钠,加热条件下生成过氧化钠,故A错误;2.3 g钠的物质的量为0.1 mol,而钠无论反应后产物是什么,钠元素反应后一定变为+1价,故0.1 mol钠失去0.1NA个电子,故B错误;钠在空气中加热,生成了淡黄色的过氧化钠,故C错误;钠在空气中长期放置,开始生成氧化钠,最终变成了碳酸钠,故D正确。 4.在一密闭容器中有CO、H2、O2共16.5 g和足量的Na2O2,用电火花引燃,使其完全反应,Na2O2增重7.5 g,则原混合气体中O2的质量分数是 (　　) A.54.5% B.40% C.36% D.33.3% 解析:选A　根据CO、H2、O2电火花引燃时CO、H2被完全吸收,m(O2)=16.5 g-7.5 g=9 g,ω(O2)=×100%≈54.5%。 5.在指定条件下,下列选项所示的物质间转化不能实现的是 (　　) 解析:选D　Na在O2中加热生成Na2O2,A正确;Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2,B正确;电解NaCl溶液得到NaOH、Cl2、H2,C正确;向NaOH溶液中加入金属铝生成Na[Al(OH)4]和H2,D错误。 6.(2025·南通一模)下列有关钠及其化合物的性质与用途具有对应关系的是 (　　) A.Na具有强还原性,可用于冶炼金属钛 B.NaOH具有强碱性,可用作干燥剂 C.Na2O2具有强氧化性,可用作呼吸面具供氧剂 D.Na2S具有还原性,可用于除去工业废水中的Hg2+ 解析:选A　钠单质可以冶炼金属钛是因为钠的还原性很强,A正确;氢氧化钠可用作干燥剂是因为其易吸水潮解,与其强碱性无关,B错误;Na2O2能与二氧化碳、水反应生成氧气,可用作呼吸面具供氧剂,不是利用其强氧化性,C错误;Na2S与Hg2+反应生成HgS,HgS难溶于水,故Na2S可用于除去工业废水中的Hg2+,与其还原性无关,D错误。 7.(2025·河南南阳模拟)钠及其化合物在工业生产中有重要作用,如图是钠的“价—类”二维图,下列说法正确的是 (　　) A.Na在空气中燃烧生成Na2O B.Na2O和Na2O2都属于碱性氧化物 C.NaOH固体在空气中易变质,需密封保存 D.相同条件下,等物质的量的Na2CO3和NaHCO3分别与足量盐酸反应,生成气体的体积不同 解析:选C　Na在空气中燃烧生成Na2O2,A错误;Na2O属于碱性氧化物,Na2O2属于过氧化物,B错误;NaOH易潮解并与空气中的CO2反应,需要密封保存,C正确;相同条件下,等物质的量的Na2CO3和NaHCO3分别与足量盐酸反应,生成CO2的体积相同,D错误。 8.如图所示,在蒸发皿中放一小块钠,加热至熔化时,用玻璃棒蘸取少量无水CuSO4粉末与熔化的钠接触,瞬间产生耀眼的火花,同时有红色物质生成。据此判断下列说法错误的是 (　　) A.上述反应的化学方程式为2Na+CuSO4Na2SO4+Cu B.上述反应中钠表现了还原性 C.上述反应中若有1 mol钠参与反应,则转移1 mol 电子 D.若将钠投入硫酸铜稀溶液中,也有红色物质生成 解析:选D　A项,由题意知钠与CuSO4反应有铜生成,反应的化学方程式为2Na+CuSO4Na2SO4+Cu,正确;B项,反应中Na由0价升高到+1价,钠作还原剂,表现还原性,正确;C项,反应中1 mol Na失去1 mol电子,则有1 mol Na参加反应转移1 mol电子,正确;D项,若将钠投入CuSO4溶液中,钠先与水发生置换反应生成氢氧化钠和氢气,生成的氢氧化钠与硫酸铜反应生成Cu(OH)2沉淀,无红色物质生成,错误。 9.有关Na2O2性质实验如下: 已知:①Na2O2与水反应经历了 Na2O2+2H2O===2NaOH+H2O2; ②酚酞褪色原因与溶液的强碱性或强氧化性有关。 根据上述实验可以得出的结论是 (　　) A.双氧水能使酚酞褪色 B.浓氢氧化钠能使酚酞褪色 C.双氧水和浓氢氧化钠都能使酚酞褪色 D.可利用二氧化锰和水来完善实验方案 解析:选D　由实验现象和题给信息可知,实验中酚酞褪色可能是过氧化钠和双氧水具有强氧化性将酚酞氧化而漂白褪色,也可能是氢氧化钠溶液浓度过大导致酚酞褪色,所以还必须补充除去过氧化氢、降低氢氧化钠溶液浓度的实验来验证褪色原因。 10.某同学探究金属Na与CO2的反应,实验如下: 编号 实验Ⅰ 实验Ⅱ 操作 将点燃的金属钠伸到盛有CO2的集气瓶中 将实验Ⅰ的集气瓶用水冲洗,过滤。取黑色滤渣灼烧;取滤液分别滴加酚酞和氯化钡溶液 现象 ①火焰呈黄色 ②底部有黑色固体,瓶壁上附有白色固体 ①黑色滤渣可燃 ②滤液能使酚酞溶液变红,滴加氯化钡溶液有白色沉淀生成 下列说法不正确的是 (　　) A.生成的黑色固体中含有C B.白色固体是Na2O C.实验Ⅱ中滤液呈碱性 D.金属Na着火不能用CO2灭火 解析:选B　根据题意可知:钠在CO2气体中燃烧生成Na2CO3和碳单质,反应的化学方程式为4Na+3CO22Na2CO3+C,A正确,B错误;实验Ⅱ中滤液能使酚酞溶液变红,说明滤液呈碱性,C正确;由实验Ⅰ可知钠能够在CO2中燃烧,则金属Na着火不能用CO2灭火,应用沙土覆盖,D正确。 11.倒置的坩埚盖子上放硫粉,在硫粉中央放一小块钠,按图示搭建装置,用胶头滴管向金属钠滴加一滴水,立即倒扣上大烧杯,发现坩埚盖子内火星四溅,烧杯内出现大量白烟。下列说法错误的是 (　　) A.水是钠与硫反应的催化剂 B.酚酞的水溶液可能变为红色 C.钠与硫的反应是放热反应 D.滤纸逐渐变黑 解析:选A　A项,钠与水反应放热,放出的热量引发钠与硫的反应,所以水不是催化剂,错误;B项,硫化钠为强碱弱酸盐,溶于水后,发生水解使溶液显碱性,所以酚酞的水溶液可能变为红色,正确;C项,钠与硫反应引发后,不需要加热就能继续反应,说明其为放热反应,正确;D项,硫化钠与硫酸铜反应生成硫化铜黑色固体,正确。 二、非选择题 12.(13分)某班级化学兴趣小组做如下实验,请回答相关问题: (1)甲组做金属钠在空气中燃烧的实验。实验室取用金属钠的方法是 　。  (2)金属钠燃烧时会生成黑色固体,黑色固体的可能来源是　　　　　　　、　　　　　　　。  (3)某同学想用金属钠和空气制备纯度较高的Na2O2(不考虑空气中的N2),可利用的装置如下。 ①装置Ⅳ中盛放的试剂是　　　　　,若没有该装置可能导致生成的Na2O2中含有　　　　　,其反应的化学方程式为 　。  ②若规定气流的方向为从左到右,各仪器连接的顺序:空气进入　　,　　接　　,　　接　　,　　接　　(填字母)。  ③装置Ⅱ的作用是 　。  解析:(3)要制备高纯度的Na2O2,需要除去空气中的CO2和水蒸气。装置Ⅲ的作用是除去水蒸气,装置Ⅳ的作用是除去CO2,如果不除去CO2,则CO2会与Na2O2反应生成Na2CO3;装置Ⅱ连接在硬质玻璃管末端,作用是防止空气中的水蒸气和CO2进入装置Ⅰ,所以连接顺序为空气→h→g→f→e→a(b)→b(a)→c。 答案:(1)打开盛放金属钠的试剂瓶,用镊子取出一块钠,放在滤纸上吸干表面的煤油,再用小刀切下所需大小的钠块,余下的放回原试剂瓶,盖好即可　(2)来自表面的煤油　来自空气中的二氧化碳　来自酒精灯挥发的酒精　金属钠存在杂质铁元素,燃烧时生成铁的氧化物(答任意两点即可)　(3)①氢氧化钠溶液　Na2CO3 2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2 ②h　g　f　e　a(b)　b(a)　c ③防止空气中的水和二氧化碳进入装置Ⅰ 13.(12分)已知Na2O2可用作漂白剂和呼吸面具中的供氧剂。 (1)写出Na2O2作供氧剂时发生反应的化学方程式: 　。 (2)Na2O2具有强氧化性,H2具有还原性,有同学猜想Na2O2与H2能反应。为了验证此猜想,该小组同学进行如下实验,实验步骤和现象如下。 步骤1:按图组装仪器(图中夹持仪器省略),检查气密性,装入试剂; 步骤2:打开K1、K2,产生的氢气流经装有Na2O2的硬质玻璃管,一段时间后,没有任何现象; 步骤3:……,开始加热,观察到硬质玻璃管内Na2O2开始熔化,淡黄色的粉末变成了白色固体,干燥管内硫酸铜未变蓝色; 步骤4:反应后撤去酒精灯,待硬质玻璃管冷却后关闭K1。 ①盛装稀盐酸的仪器名称是　　　　　　 　　;B装置的作用是 　。  ②步骤3在点燃C处酒精灯前必须进行的操作是　　　　　　　　　　　　。  ③设置装置D的目的是 ④根据实验现象得到的结论是 　(用化学方程式表示)。  答案:(1)2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2、 2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑ (2)①长颈漏斗　吸收氢气中的杂质气体(或除去氢气中的水蒸气和氯化氢气体) ②检验氢气纯度　③检验是否有水生成 ④Na2O2+H22NaOH 第2课时　碳酸钠和碳酸氢钠　碱金属 逐点清(一)　碳酸钠和碳酸氢钠 [再认再现·旧知新学] 1.Na2CO3与NaHCO3的性质比较 Na2CO3 NaHCO3 俗名 纯碱、苏打 小苏打 颜色状态 白色粉末 白色晶体 溶解性 易溶于水 易溶于水(溶解度比Na2CO3小) 水解 C+H2OHC+OH- HC+H2OH2CO3+OH- 与盐酸反应 C+2H+===CO2↑+H2O HC+H+===H2O+CO2↑ 与NaOH反应 不反应 HC+OH-===C+H2O 与足量Ca(OH)2 反应 Ca2++C===CaCO3↓ Ca2++OH-+HC===CaCO3↓+H2O 与BaCl2反应 C+Ba2+===BaCO3↓ 不反应 与CO2反应 C+CO2+H2O===2HC 不反应 热稳定性 较稳定 2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O 2.Na2CO3和NaHCO3的相互转化 Na2CO3NaHCO3 3.联合制碱法——侯氏制碱法 (1)制备原料:食盐、氨气、二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气,其反应为C+H2O(g)CO+H2,CO+H2O(g)CO2+H2。 (2)工艺流程 (3)反应原理 ①产生NaHCO3的反应:NH3+NaCl+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl。 ②产生Na2CO3的反应:2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O。 (4)绿色思想:循环使用的物质为CO2、饱和食盐水。 微点澄清训练 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)烧碱、纯碱均属于碱,可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中 (×) (2)向Na2CO3饱和溶液中通入足量CO2,会有NaHCO3晶体析出 (√) (3)在日常生活中,小苏打常用作食用碱使用而苏打不能 (×) (4)用热的纯碱溶液清洗炊具上的油污时,不涉及化学变化 (×) (5)可以用石灰水鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液 (×) (6)小苏打可用于治疗胃酸过多 (√) 2.选择适当的试剂或方法除去杂质,并完成转化的化学方程式,“[　]”内为杂质。 (1)Na2CO3(s)[NaHCO3] , 　　   (2)NaHCO3(aq)[Na2CO3] , 　 。 (3)Na2CO3(aq)[NaHCO3] 　, 　 。 答案:(1)充分灼烧至恒重 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑ (2)通入足量CO2 Na2CO3+H2O+CO2===2NaHCO3 (3)滴加适量NaOH溶液 NaHCO3+NaOH===Na2CO3+H2O [边练边学·实践提能] 一、Na2CO3与NaHCO3的鉴别 1.(2024·北京卷)关于Na2CO3和NaHCO3的下列说法中,不正确的是 (　　) A.两种物质的溶液中,所含微粒的种类相同 B.可用NaOH溶液使NaHCO3转化为Na2CO3 C.利用二者热稳定性差异,可从它们的固体混合物中除去NaHCO3 D.室温下,二者饱和溶液的pH差约为4,主要是由于它们的溶解度差异 解析:选D　Na2CO3和NaHCO3的溶液中均存在H2O、H2CO3、H+、OH-、Na+、C、HC,A正确;NaHCO3加入NaOH溶液会发生反应:NaOH+NaHCO3===Na2CO3+H2O,B正确;NaHCO3受热易分解,可转化为Na2CO3,而Na2CO3热稳定性较强,利用二者热稳定性差异,可从它们的固体混合物中除去NaHCO3,C正确;室温下Na2CO3和NaHCO3饱和溶液的pH相差较大的主要原因是C的水解程度远大于HC,D错误。 2.某课外小组为了鉴别Na2CO3和NaHCO3两种白色固体,设计了如下几种实验方法。下列说法不正确的是 (　　) A.装置Ⅰ中的Na2CO3和NaHCO3均能与盐酸反应,产生气体速率快的是NaHCO3 B.当稀盐酸足量时,装置Ⅰ中气球鼓起体积较小的是NaHCO3 C.加热装置Ⅱ,澄清石灰水变浑浊一侧的白色固体是NaHCO3 D.装置Ⅲ也可以鉴别Na2CO3和NaHCO3 解析:选B　A项,Na2CO3和NaHCO3均与盐酸反应生成CO2气体,盛放NaHCO3的气球鼓的更快,说明产生气体速率快的是NaHCO3,正确;B项,等质量的Na2CO3和NaHCO3与足量盐酸反应时,NaHCO3产生的CO2量多,故气球鼓起体积较大的是NaHCO3,错误;C项,NaHCO3受热分解生成CO2,使澄清石灰水变浑浊,而Na2CO3加热不反应,正确;D项,Na2CO3受热不反应,NaHCO3受热分解生成CO2,能使澄清石灰水变浑浊,故可以用来鉴别二者,正确。 3.下列方法中不能用于鉴别Na2CO3和NaHCO3的是 (　　) A.分别取两种固体各1 g,滴加几滴水,振荡,用手触摸试管底部 B.取物质的量浓度相同的两种溶液,分别滴加澄清石灰水,观察是否出现白色沉淀 C.向两种物质的饱和溶液中分别通入CO2,观察现象 D.取两种固体分别滴入相同浓度的稀盐酸,观察产生气泡的剧烈程度 解析:选B　Na2CO3溶于水放热、NaHCO3溶于水吸热,分别取两种固体各1 g,滴加几滴水,振荡,用手触摸试管底部,能用于鉴别Na2CO3和NaHCO3,A正确;Na2CO3和NaHCO3都能与澄清石灰水反应生成碳酸钙沉淀,不能用澄清石灰水鉴别Na2CO3和NaHCO3,B错误;向饱和Na2CO3溶液中通入CO2气体溶液变浑浊,向饱和NaHCO3溶液中通入CO2气体无现象,能鉴别Na2CO3和NaHCO3,C正确;NaHCO3与盐酸反应比Na2CO3与盐酸反应更剧烈,取两种固体分别滴入相同浓度的稀盐酸,观察产生气泡的剧烈程度,能鉴别Na2CO3和NaHCO3,D正确。 |思维建模|Na2CO3、NaHCO3的鉴别方法 (1)利用热稳定性不同 (2)相同条件下利用反应速率不同 (3)利用阴离子的不同 (4)利用溶液的碱性不同 二、Na2CO3、NaHCO3与酸反应的图像分析 4.分别取等物质的量浓度的氢氧化钠溶液各100 mL,再通入一定量的CO2,随后分别各取20 mL溶液,向其中逐滴滴入0.2 mol·L-1的盐酸,在标准状况下产生CO2的体积(y轴)与所加入盐酸的体积(x轴)的关系如图(分A、B两种情况): 综合应用 重点加练 (1)在A情况下,溶质是　　　　　　　　　　　(填化学式),其物质的量之比为　　　　。  (2)在B情况下,溶质是　　　　　　　　　　　(填化学式),其物质的量之比为　　　　。  (3)原氢氧化钠溶液的物质的量浓度为 　。 解析:CO2与NaOH溶液反应时,据CO2与NaOH量的相对多少,有这样两个阶段:①CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O,此时溶质可能为NaOH和Na2CO3或只有Na2CO3(刚好反应);②Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3,此时溶质可能为Na2CO3和NaHCO3或只有NaHCO3;据图分析:B情况最终生成的CO2(其实就是最初通入的与NaOH溶液反应的CO2)是A情况的2倍。(3)当加入150 mL盐酸时,恰好完全反应,此时溶液中溶质为NaCl。据物料守恒有n(NaOH)=n(Na+)=n(Cl-)=0.2 mol·L-1×0.15 L=0.03 mol,所以原氢氧化钠溶液的物质的量浓度为=1.5 mol·L-1。 答案:(1)NaOH、Na2CO3　1∶1　(2)Na2CO3、NaHCO3　1∶1　(3)1.5 mol·L-1 |思维建模| Na2CO3、NaHCO3与酸反应图像分析模型 (1)a=0时,溶质为NaHCO3; (2)a=b-a时,溶质为Na2CO3; (3)a>b-a时,溶质为NaOH和Na2CO3; (4)a<b-a时,溶质为Na2CO3和NaHCO3。 三、侯氏制碱法及纯碱中Na2CO3含量测定 5.(2025·南师附中模拟)侯氏制碱法是我国化学工程专家侯德榜将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来生产纯碱的方法。主要过程如图所示(部分物质已略去): 请回答下列问题: (1)纯碱的化学式为　　　　　　　(填“Na2CO3”或“NaHCO3”)。  (2)操作①的名称是　　　　(填“蒸发”或“过滤”)。  (3)上述实验过程中可以循环使用的物质是　　　(填化学式)。  (4)工业上可以用氨生产尿素,其方程式为CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g),一定温度下,将1 mol CO2和2 mol NH3充入体积为1 L的密闭容器中,5 min后测得H2O的物质的量为0.6 mol,则: ①对上述反应,若适当升高温度,化学反应速率会　　　　(填“增大”或“减小”);  ②用H2O的浓度变化表示该反应的平均速率为　　　　mol·L-1·min-1。  解析:将氨气先通入饱和食盐水中,得到氨的饱和溶液,然后通入二氧化碳,得到溶解度较小的碳酸氢钠,过滤出碳酸氢钠后加热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳。滤液中主要含有氯化铵。 (1)纯碱是碳酸钠的俗称,化学式为Na2CO3。 (2)操作①是分离固体和液体的操作,故为过滤。 (3)碳酸氢钠分解产生的二氧化碳可以进入反应Ⅰ循环使用,故CO2可以循环使用。 (4)①温度升高,反应速率加快。 ②5 min后生成H2O(g)的物质的量为0.6 mol,容器体积为1 L,则用水蒸气的浓度变化表示的反应速率为=0.12 mol·L-1·min-1。 答案:(1)Na2CO3　(2)过滤　(3)CO2 (4)①增大　②0.12 6.利用侯氏制碱法的原理制备的纯碱中含有少量NaCl等杂质,下列装置可用来测定纯碱中的Na2CO3的质量分数。实验步骤如下: ①如图所示,组装好实验仪器,并检查其气密性; ②准确称取盛有碱石灰的干燥管D的质量(设为m1 g); ③准确称取一定量的纯碱(设为n g),并将其放进广口瓶B内; ④从分液漏斗中缓缓滴入一定量的稀硫酸,并从前端缓缓地鼓入空气,至B反应器中不再产生气体为止; 考链接拓展 ⑤准确称取干燥管D的总质量(设为m2 g)。 (1)装置A、C的作用是 　。  (2)根据此实验,计算出纯碱中Na2CO3的质量分数为 　 (用m1、m2、n表示)。如果缺少装置E,则实验所得纯碱样品的纯度会　　　(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。  解析:(2)根据此实验,干燥管D增加的是二氧化碳的质量为(m2-m1)g,通过差量法可知,纯碱中Na2CO3的质量分数为×100%;如果缺少装置E,空气中的二氧化碳、水蒸气会被干燥管D吸收,则实验所得纯碱样品的纯度会偏高。 答案:(1)吸收空气中的水和CO2,并将B中产生的气体尽可能地排出;吸收CO2中的H2O(g) (2)×100%　偏高 逐点清(二)　碱金属　焰色试验 [再认再现·旧知新学] 1.碱金属(包括Li、Na、K、Rb、Cs、Fr) (1)物理性质 相似性 除Cs外均为银白色,有光泽,密度较小,熔、沸点较低,较软等 递变性 密度(Li→Cs):增大的趋势,但ρ(Na)>ρ(K);熔、沸点:逐渐减小 (2)化学性质 　碱金属最外层电子数均为1个电子,故具有较强的还原性;原子半径(Li→Cs)逐渐增大,故金属性增强,还原性增强。 与非金属 反应 Li、Na与O2加热时分别反应的化学方程式:4Li+O22Li2O、 2Na+O2Na2O2。K、Rb、Cs与O2反应生成比过氧化物结构更复杂的物质 与H2O 的反应 碱金属单质与水均能发生反应,生成氢氧化物和H2。反应的化学方程式可表示为(用M代表碱金属)2M+2H2O===2MOH+H2↑,但从Li→Cs反应的剧烈程度逐渐增强 注意:①碱金属一般都保存在煤油中,但由于锂的密度小于煤油的密度而将锂保存在石蜡油中。 ②碱金属跟氢气反应生成的碱金属氢化物都是离子化合物,其中氢以H-形式存在,显-1价,碱金属氢化物是强还原剂。 2.焰色试验 (1)概念:根据火焰呈现的特征颜色,可以判断试样所含的金属元素,这样的定性分析操作称为焰色试验。 (2)操作 (3)常见元素的焰色:钠元素黄色;钾元素紫色(透过蓝色钴玻璃观察);铜元素绿色;钙元素砖红色;锂元素紫红色;钡元素黄绿色。 注意:铂丝洗涤时要用盐酸洗(不能用稀H2SO4洗),然后灼烧,火焰为无色时,说明洗净。 微点澄清训练 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)Li、Na在空气中加热都生成过氧化物 (×) (2)KOH的碱性比NaOH的弱 (×) (3)常温下,Rb、Cs露置在空气中不易变质 (×) (4)焰色试验是金属化合物的性质 (×) (5)碱金属元素由Li到Cs,随着核电荷数的递增,单质密度逐渐增大,熔、沸点逐渐降低 (×) (6)用铂丝蘸取某碱金属的盐溶液灼烧,火焰呈黄色,证明其中含有Na+不含K+ (×) 2.碱金属单质及其化合物有广泛应用。回答下列问题。 (1)锂是最轻的活泼金属,常用于制造高效锂电池。电解池中的电解液不能用水作为溶剂,原因是 　　。  (2)金属钾是一种活泼金属,下列有关其性质的说法正确的是　　　　(填字母)。  A.钾在空气中燃烧时,只生成K2O B.钾与水反应,由于反应剧烈可能会发生爆炸 C.1 mol·L-1 KOH溶液比1 mol·L-1 NaOH溶液碱性强 (3)KH是一种野外供氢剂,其电子式为　　　　,与水反应放出氢气,化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　。生成1 mol氢气时,反应中转移电子数为　　　　 　　　　。  (4)NaH在无水条件下可作为某些钢铁制品的脱锈剂(铁锈的主要成分为Fe2O3),脱锈过程中生成两种产物,反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  名师支教 高考热考的锂及其化合物 答案:(1)锂可以与水反应　(2)B　(3) K+[︰H]- KH+H2O===KOH+H2↑　6.02×1023 或NA (4)3NaH+Fe2O3===2Fe+3NaOH [边练边学·实践提能] 1.用光洁的铂丝蘸取某无色溶液在无色火焰上灼烧,直接观察到火焰呈黄色,下列判断正确的是 (　　) A.只含有Na+ B.一定含有Na+,可能含有K+ C.既含有Na+,又含有K+ D.可能含有Na+,可能还含有K+ 解析:选B　钠元素的焰色试验为黄色,钾元素的焰色试验为紫色,但黄色会遮盖紫色,所以不能判断是否含有K+。 2.(2025·常州模拟)下列有关碱金属的说法不正确的是 (　　) A.均为ⅠA族元素,最外层均有1个电子 B.密度:Li<Na<K<Rb<Cs C.元素的金属性:Li<Na<K<Rb<Cs D.由Li到Cs,熔点逐渐降低 解析:选B　碱金属从Li→Cs,密度总体上逐渐增大(但K反常),密度大小为Li<K<Na<Rb<Cs,B错误。 3.利用焰色试验,人们在烟花中有意识地加入特定金属元素,使焰火更加绚丽多彩。下列说法正确的是 (　　) A.非金属单质燃烧时火焰均为无色 B.Na2SO4与NaOH灼烧时火焰颜色相同 C.焰色试验均应透过蓝色钴玻璃观察 D.只有金属单质灼烧时火焰才有颜色 解析:选B　有些非金属单质燃烧时火焰有颜色,如S在燃烧时火焰呈淡蓝色,A错误;只有某些特定元素的焰色试验需透过蓝色钴玻璃观察,如钾,C错误;金属阳离子在灼烧时火焰也会呈现出颜色,D错误。 4.天然存在的Fr(钫)极其微量,它的21种同位素都有放射性,它是碱金属中最重的元素,根据它在周期表中的位置预言其性质,其中不正确的是 (　　) A.在已知碱金属中它具有最多的电子层 B.在空气中燃烧的时候,生成氧化物Fr2O C.氧化物对应的水化物是极强的碱 D.单质的熔点不如Na的高 解析:选B　钫的活泼性强于钠和钾,钠在空气中燃烧生成过氧化钠,钾在空气中燃烧生成超氧化钾,所以钫在空气中燃烧时生成更复杂的物质。 随堂训练——融会贯通本课主干知识 阅读下列材料,完成1~3题。 金属钠及其化合物在人类生产生活中起着重要作用,历史上曾以NaCl为原料生产NaOH作为化学工业开端的标志。钠有两种重要碳酸盐:Na2CO3和NaHCO3。在工农业生产以及生活中应用十分广泛。Na2CO3可由侯氏制碱法获得。NaHCO3常用于治疗胃酸过多,Na2CO3和NaHCO3之间可以相互转化。Na2O2是一种强氧化剂,在呼吸面具和潜水艇中作供氧剂,NaClO常用作漂白剂。 1.下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是 (　　) A.Na2O2具有较高的熔点,可用于潜艇的供氧剂 B.NaHCO3受热易分解,常作烘焙糕点的膨松剂 C.NaClO具有强碱性,可用作漂白液 D.Na2CO3溶液呈碱性,可用于治疗胃酸过多症 解析:选B　Na2O2可用于潜艇的供氧剂,是因为Na2O2与H2O、CO2反应生成O2,与Na2O2熔点无关,A错误;NaHCO3受热分解产生CO2气体,能使糕点疏松多孔,常作烘焙糕点的膨松剂,B正确;NaClO具有强氧化性,可用作漂白液,故C错误;Na2CO3溶液碱性较强,容易造成胃黏膜二次伤害,一般使用NaHCO3作胃酸中和剂,D错误。 2.实验室模拟侯氏制碱法制备Na2CO3,下列装置与原理均正确的是 (　　) A.制取NH3 B.制取CO2 C.吸收CO2 D.灼烧NaHCO3制备Na2CO3 解析:选C　NH4Cl分解生成NH3和HCl气体,而且两种气体一冷却又发生反应,生成NH4Cl,故A错误;不能用稀硫酸和碳酸钙制备CO2,原因是稀硫酸和碳酸钙反应生成硫酸钙,是微溶于水的物质,产生沉淀覆盖在碳酸钙上,会降低反应速率,故B错误;制备纯碱的操作为将CO2通入到氨化的饱和NaCl溶液,故C正确;灼烧操作应该在坩埚中进行,故D错误。 3.过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2),有Na2CO3和H2O2的双重性质,可用作漂白剂和氧化剂,能有效杀灭禽流感病毒。合理组合下列装置能用于测定过碳酸钠中碳酸钠的含量,下列说法不正确的是 (　　) A.连接顺序为Ⅲ→Ⅰ→Ⅱ B.装置b和e中盛放的试剂相同 C.装置d的作用是防止空气中的H2O和CO2进入装置c中 D.若装置b中盛放的是澄清石灰水,只用装置Ⅰ即可验证过碳酸钠与稀硫酸反应是否生成CO2(不考虑空气中CO2的影响) 解析:选B　稀硫酸与过碳酸钠反应生成CO2,由于空气中含有CO2,所以需要除去空气中的CO2,又因为还需要防止空气中的水蒸气进入装置c,所以连接顺序是Ⅲ→Ⅰ→Ⅱ,A项正确;装置b和e中盛放的试剂分别是浓硫酸和氢氧化钠溶液,B项错误;氢氧化钙与CO2反应生成碳酸钙沉淀,因此若装置b中盛放的是澄清石灰水,不考虑空气中CO2的影响,只用装置Ⅰ即可验证过碳酸钠与稀硫酸反应是否生成CO2,D项正确。 [课时跟踪检测] (说明:标的为难度题,建议教师重点讲评) 一、选择题 1.五彩缤纷的焰火表演为各种节日增添了许多喜庆的气氛,这与金属的焰色试验直接相关。下列说法正确的是 (　　) A.只有金属单质在灼烧时才会产生不同的焰色 B.用铂丝蘸取某碱金属的盐溶液灼烧,火焰呈黄色,证明其中含有Na+ C.进行焰色试验时,可用洁净无锈的铜丝代替铂丝 D.某样品的焰色试验呈黄色,则该样品中一定含钠元素而不含钾元素 解析:选B　某些金属单质或其化合物在灼烧时可以产生不同的焰色,A错误;钠的焰色呈黄色,B正确;铜的焰色呈绿色,C错误;观察钾元素的焰色需要透过蓝色钴玻璃,焰色呈黄色,说明样品中一定含钠元素,不能说明不含钾元素,D错误。 2.下列说法正确的是 (　　) A.碳酸氢钠可做食品膨松剂 B.Na2CO3可与酸反应,故面包师用小苏打作发泡剂烘焙面包 C.NaHCO3的热稳定性比Na2CO3强 D.焰火中红色来源于钠盐灼烧 解析:选A　NaHCO3俗名小苏打,受热易分解生成CO2,可作食品膨松剂,A正确,B错误;NaHCO3的热稳定性比Na2CO3弱,C错误;钠盐灼烧时焰色为黄色,D错误。 3.物质的性质决定用途,下列两者对应关系不正确的是 (　　) A.金属钠导热性好,可用作传热介质 B.Na2CO3溶液呈碱性,可用于除油污 C.NaHCO3受热易分解,可用于治疗胃酸过多 D.过氧化钠能与二氧化碳反应生成氧气,可作潜水艇中的供氧剂 解析:选C　钠导热性好,液态钠可用作核反应堆的传热介质,A正确;Na2CO3溶液呈碱性,可使油污水解成易溶于水的物质除去,B正确;NaHCO3能与胃酸中HCl反应生成二氧化碳,因此可以用于治疗胃酸过多,与其不稳定性无关,C错误;过氧化钠能与二氧化碳反应生成氧气,同时可吸收人体呼出的二氧化碳和水蒸气,可作潜水艇中的供氧剂,D正确。 4.有关Na2CO3与NaHCO3性质的比较中不正确的是 (　　) A.热稳定性:Na2CO3>NaHCO3 B.常温下在水中的溶解度:Na2CO3>NaHCO3 C.Na2CO3溶液和NaHCO3溶液均可与澄清石灰水反应产生白色沉淀 D.取等质量的两份碳酸氢钠,一份直接与盐酸反应,最多消耗盐酸a mol;另一份加热使部分固体分解后,再与盐酸反应,最多消耗盐酸b mol,则a>b 解析:选D　碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠,热稳定性:Na2CO3>NaHCO3,A正确;碳酸钠易溶于水、碳酸氢钠可溶于水,常温下在水中的溶解度:Na2CO3>NaHCO3,B正确;Na2CO3溶液和NaHCO3溶液均可与澄清石灰水反应产生碳酸钙白色沉淀,C正确;NaHCO3~HCl,2NaHCO3~Na2CO3~2HCl;由反应关系可知:取等质量的两份碳酸氢钠,一份直接与盐酸反应,最多消耗盐酸a mol;另一份加热使部分固体分解后,再与盐酸反应,最多消耗盐酸b mol,则a=b,D错误。 5.实验室用下列装置模拟侯氏制碱法制取少量NaHCO3固体,不能达到实验目的的是 (　　) A.装置Ⅰ制取CO2 B.装置Ⅱ中Na2CO3溶液可除去CO2中的少量HCl C.装置Ⅲ中冰水浴有利于析出NaHCO3固体 D.装置Ⅳ可获得少量NaHCO3固体 解析:选B　在装置Ⅰ中利用稀盐酸与碳酸钙反应生成氯化钙、二氧化碳和水,可制取CO2,A正确;装置Ⅱ中的Na2CO3溶液可与二氧化碳反应,B错误;装置Ⅲ中冰水浴使温度降低,有利于析出NaHCO3固体,C正确;利用装置Ⅳ通过过滤可获得少量NaHCO3固体,D正确。 6.(2025·无锡一模)钠及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是 (　　) A.金属钠与熔融的TiCl4反应可制备金属钛 B.呼吸面具中的Na2O2吸收人体呼出的CO2和H2O,同时释放出O2 C.侯氏制碱法的原理是将NH3通入到含有CO2的饱和食盐水中制得NaHCO3 D.泡沫灭火器的原理是利用NaHCO3溶液与Al2(SO4)3溶液混合制取CO2 解析:选C　金属钠还原性强于钛,与熔融的TiCl4反应可制备金属钛,故A正确;2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2,2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2,呼吸面具中的Na2O2吸收人体呼出的CO2和H2O,同时释放出O2,故B正确;氨在水中溶解度大,侯氏制碱法的原理是将CO2通入含有NH3的饱和食盐水中制得NaHCO3,故C错误;泡沫灭火器的原理是利用NaHCO3溶液与Al2(SO4)3溶液混合发生反应生成氢氧化铝和CO2,故D正确。 7.下列实验方案中,不能准确测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3的质量分数的是 (　　) A.取a g混合物充分加热,减重b g B.取a g混合物与足量稀盐酸充分反应,加热、蒸干、灼烧,得b g固体 C.取a g混合物与足量稀硫酸充分反应,逸出的气体用碱石灰吸收,增重b g D.取a g混合物与足量Ba(OH)2溶液充分反应,过滤、洗涤、烘干,得b g固体 解析:选C　A选项中采用差量法,固体减少的质量为碳酸氢钠分解生成的二氧化碳和水的质量,由此可求出碳酸氢钠的质量,进而求出碳酸钠的质量分数;B选项中所得b g固体为生成的氯化钠,根据钠原子守恒和混合物总质量可列式计算出碳酸钠的质量,进而求出碳酸钠的质量分数;C选项中碱石灰增加的质量为反应生成的二氧化碳和水蒸气的质量,因此不能通过数据准确计算出碳酸钠的质量分数;D选项中沉淀的质量即为碳酸钡的质量,根据碳酸钡的质量和混合物总质量可以列式计算出碳酸钠的质量,进而求出碳酸钠的质量分数。 8.向100 mL NaOH溶液中通入一定量的CO2气体,经充分反应后,再向所获得的溶液中逐滴加入0.1 mol·L-1的盐酸,产生CO2的体积与所加盐酸体积之间关系如图所示。下列判断不正确的是 (　　) A.原NaOH溶液的物质的量浓度为0.1 mol·L-1 B.通入CO2在标准状况下的体积为224 mL C.V(盐酸)在0~25 mL的范围内发生反应的离子方程式为C+H+===HC D.所得溶液的溶质为Na2CO3和NaHCO3 解析:选B　滴加100 mL盐酸时,碳元素全部转化为二氧化碳,溶液中的溶质只有NaCl,则有n(Na+)=n(Cl-)=0.1 L×0.1 mol·L-1=0.01 mol,n(NaOH)=0.01 mol,故c(NaOH)==0.1 mol·L-1,A正确;由曲线可知从25 mL到100 mL为碳酸氢钠与盐酸反应生成二氧化碳,化学方程式为NaHCO3+HCl===NaCl+CO2↑+H2O,n(CO2)=n(HCl)=(0.1 L-0.025 L)×0.1 mol·L-1=0.007 5 mol,则有CO2气体在标准状况下的体积为0.007 5 mol×22.4 L·mol-1=0.168 L=168 mL,B错误;V(盐酸)在0~25 mL的范围内,Na2CO3转化为NaHCO3,反应的离子方程式为C+H+===HC,C正确;由图像可知,生成二氧化碳消耗盐酸的体积比未生成二氧化碳消耗盐酸的体积大,故NaOH与CO2气体反应所得溶液中的溶质为Na2CO3、NaHCO3,D正确。 二、非选择题 9.(6分)探究Na2CO3和NaHCO3的性质,实验步骤及记录如下(室温20 ℃): ①分别向盛有0.5 g Na2CO3固体、0.5 g NaHCO3固体的烧杯中加入10 mL水(20 ℃),搅拌,测量温度为T1; ②静置恒温后测量温度为T2=20 ℃; ③继续分别加入10 mL密度约为1.1 g·mL-1 20%的盐酸(20 ℃),搅拌,测量温度为T3。CO3)=23.7 ℃,T3(NaHCO3)=20.8 ℃。 溶解度表如下: 温度/℃ 10 20 30 40 Na2CO3 溶解度/g 12.5 21.5 39.7 40.0 NaHCO3 溶解度/g 8.1 9.6 11.1 12.7 (1)步骤①中Na2CO3、NaHCO3固体能否全部溶解?　　　　(填“能”或“否”)。  (2)甲同学分析③有关数据得出:Na2CO3和NaHCO3与盐酸反应都是放热反应。乙同学认为应该增加一个实验,并补做如下实验:向盛有10 mL水(20 ℃)的烧杯中加入10 mL　　　　　　　　　　　　　,搅拌,测量温度为22 ℃。  (3)结合上述探究,下列说法正确的是　　　　　(填字母)。  a.NaHCO3与盐酸的反应是吸热反应 b.不能用稀盐酸鉴别Na2CO3和NaHCO3固体 c.Na2CO3、NaHCO3固体与稀盐酸反应的能量变化与物质溶解等因素有关 解析:(1)根据20 ℃时,Na2CO3、NaHCO3的溶解度可知,10 mL水能溶解2.15 g Na2CO3、0.96 g NaHCO3,则步骤①中Na2CO3、NaHCO3固体能全部溶解。(2)盐酸稀释放热,所以乙同学认为应该增加一个实验:向盛有10 mL水(20 ℃)的烧杯中加入10 mL密度约为1.1 g·mL-1 20%的盐酸(20 ℃),搅拌,测量温度为22 ℃,作对比。(3)向盛有10 mL水(20 ℃)的烧杯中加入10 mL密度约为1.1 g·mL-1 20%的盐酸(20 ℃),搅拌,测量温度为22 ℃;T3(NaHCO3)=20.8 ℃,则NaHCO3与盐酸的反应是吸热反应,故a正确;Na2CO3中加盐酸后溶液的温度大于NaHCO3中加盐酸后溶液的温度,能用稀盐酸鉴别Na2CO3和NaHCO3固体,故b不正确;Na2CO3、NaHCO3固体与稀盐酸反应的能量变化与物质溶解等因素有关,故c正确。 答案:(1)能　(2)密度约为1.1 g·mL-1 20%的盐酸(20 ℃)　(3)ac 10.(10分)实验室欲测定碳酸钠和碳酸氢钠混合物中碳酸钠的质量分数ω(Na2CO3),称取此混合物5.0 g,溶于水中,配成250 mL溶液。 方案一:沉淀法。利用化学反应把HC、C完全转化为沉淀,称量干燥沉淀的质量,由此计算混合物中ω(Na2CO3)。 (1)量取100 mL配制好的溶液于烧杯中,滴加足量沉淀剂,把溶液中HC、C完全转化为沉淀,应选用的试剂是　　　　(填字母)。  A.CaCl2溶液　　　　　 B.MgSO4溶液 C.NaCl溶液 D.Ba(OH)2溶液 (2)过滤,洗涤沉淀,判断沉淀是否洗净的方法是 　。  (3)将所得沉淀充分干燥,称量沉淀的质量为 m g,由此可以计算ω(Na2CO3)。如果此步中,沉淀未充分干燥就称量,则测得ω(Na2CO3)　　　　　(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。  方案二:气体法。某同学用下列实验流程测定。 按如图所示装置进行实验: (1)在装置C中装碱石灰来吸收净化后的气体,装置D的作用是 　。  (2)有的同学认为,为了减小实验误差,应在反应前后都通入N2,反应后通入N2的目的是 　。  解析:方案一:(1)Ba(OH)2溶液与两种离子都可以形成沉淀,D正确。(2)判断沉淀是否洗净的方法是检验洗涤液中是否含有Ba2+。(3)将所得沉淀未充分干燥就称量,则产生的沉淀质量偏大。由于等质量时NaHCO3产生的沉淀质量大,因此测得ω(Na2CO3)偏小。 答案:方案一:(1)D　(2)取少量最后一次洗涤液于试管中,滴加Na2SO4溶液,如无沉淀,则沉淀已洗净,反之则未洗净　(3)偏小 方案二:(1)防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置C中 (2)将装置A、B中残留的CO2全部赶入装置C中 11.(8分)将一定物质的量的Na2CO3、NaHCO3组成的混合物溶于水,配成1 L溶液,取出50 mL溶液,然后滴加一定物质的量浓度的盐酸,得到的图像如图所示。 按要求回答问题: (1)写出依次发生反应的化学方程式: 　。  (2)①代表　　　　的变化曲线;②代表　　　　　的变化曲线;③代表　　　　的变化曲线。  (3)盐酸的物质的量浓度为　　　　　　　　　。  (4)加入盐酸为150 mL时,放出的CO2在标准状况下的体积为　　　　。  解析:(3)当加入150 mL盐酸时正好生成NaCl溶液,n(HCl)=n(NaCl)=2n(Na2CO3)+n(NaHCO3)=2.5×10-3×2 mol+2.5×10-3 mol=7.5×10-3 mol,c(HCl)==0.05 mol·L-1。 (4)n(CO2)=n(Na2CO3)+n(NaHCO3)=(2.5+2.5)×10-3 mol=5×10-3 mol,标况下V(CO2)=5×10-3 mol×22.4 L·mol-1=0.112 L。 答案:(1)Na2CO3+HCl===NaCl+NaHCO3、 NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑ (2)NaHCO3　NaCl　Na2CO3 (3)0.05 mol·L-1　(4)0.112 L 第二讲　铁及其化合物(基础落实课) |内|容|与|目|标| 1.掌握铁及其化合物的主要性质及应用。 2.知道不同价态铁的相互转化及应用。 3.掌握铁的重要化合物的制备方法。 第1课时　铁及其氧化物　氢氧化物 逐点清(一)　铁及其氧化物 [再认再现·旧知新学] (一)铁的结构与性质 1.铁的结构 铁位于元素周期表中第四周期Ⅷ族。 　 2.铁的性质 (1)物理性质 颜色状态 导电性、导热性、延展性 特性 地壳含量 银白色固体 良好 被磁铁吸引 居第4位 (2)化学性质 ①与非金属反应 在空气中 与O2反应 常温 铁锈(成分为Fe2O3·xH2O) 点燃 3Fe+2O2 Fe3O4 与Cl2反应 加热 2Fe+3Cl22FeCl3 与S、I2反应 Fe+SFeS、Fe+I2FeI2 ②与H2O(g)反应 3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2 ③与酸反应 与H+反应 Fe+2H+===Fe2++H2↑ 与稀HNO3 反应 过量 Fe+4H++N===Fe3++NO↑+2H2O 少量 3Fe+8H++2N===3Fe2++2NO↑+4H2O 与浓H2SO4、 浓HNO3反应 常温下钝化,加热分别生成SO2、NO2 ④与盐(Cu2+、Fe3+)反应 Fe+Cu2+===Fe2++Cu、Fe+2Fe3+===3Fe2+。 注意:铁与弱氧化剂(如S、HCl、FeCl3、CuSO4、I2等)反应时被氧化为Fe2+,铁与强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3等)反应时被氧化为Fe3+。 (二)铁的氧化物 1.物理性质 化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 铁红 磁性氧化铁 颜色状态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体(有磁性) 水溶性 不溶于水 不溶于水 不溶于水 铁的化合价 +2 +3 +2、+3 2.化学性质 (1)FeO、Fe2O3都属于碱性氧化物,能溶于强酸,分别写出它们溶于盐酸的离子方程式: FeO+2H+===Fe2++H2O, Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O。 (2)铁的氧化物还能被CO、Al还原,以氧化铁为例写出化学方程式: Fe2O3+3CO2Fe+3CO2, Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3。 (3)分别写出Fe3O4溶于足量稀硝酸、氢碘酸(HI)的离子方程式: 3Fe3O4+28H++N===9Fe3++NO↑+14H2O、 Fe3O4+8H++2I-===3Fe2++I2+4H2O。 注意:Fe3O4是纯净物,+2价与+3价铁的质量比为1∶2。 微点澄清训练 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)铁位于元素周期表中第四周期ⅧB族d区 (×) (2)铁的化学性质比较活泼,所以铁在自然界中全部以化合态存在 (×) (3)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3,在少量Cl2中燃烧生成FeCl2 (×) (4)Fe与稀HNO3反应后溶液中一定存在Fe3+ (×) (5)Fe3O4中Fe的化合价有+2价和+3价,因而Fe3O4是FeO与Fe2O3的混合物 (×) 2.(1)某市场出售的某种麦片中含有微量、颗粒细小的还原性铁粉,可以治疗缺铁性贫血,其原理为 　 (用离子方程式表示)。  (2)钢铁生产中,炽热的钢铁水注入模具前,模具进行充分干燥,原因是 　(写化学方程式)。  (3)FeO与稀HNO3反应的离子方程式为 　。  答案:(1)Fe+2H+===Fe2++H2↑ (2)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 (3)3FeO+N+10H+===3Fe3++NO↑+5H2O [边练边学·实践提能] 1.下列有关物质的性质与用途不具有对应关系的是 (　　) A.铁粉能与O2反应,可用作食品保存的吸氧剂 B.纳米Fe3O4能与酸反应,可用作铁磁性材料 C.FeCl3具有氧化性,可用于腐蚀印刷电路板上的Cu D.聚合硫酸铁能水解并形成胶体,可用于净水 解析:选B　因为铁粉能与O2反应,所以可用作食品保存的吸氧剂,A正确;纳米Fe3O4具有磁性,可用作铁磁性材料,B错误;FeCl3与Cu反应生成FeCl2和CuCl2,主要利用其氧化性,C正确;聚合硫酸铁能水解并形成胶体,具有吸附性,可用于净水,D正确。 2.(2025·常州月考)在指定条件下,下列有关铁单质的转化不能实现的是 (　　) 解析:选B　Fe在Cl2中燃烧生成FeCl3,A能实现;Fe与水蒸气在高温条件下反应生成Fe3O4,B不能实现;稀硝酸具有强氧化性,Fe与足量的稀硝酸反应生成Fe(NO3)3,C能实现;Fe与CuSO4发生置换反应生成FeSO4,D能实现。 3.铁的氧化物有很多,在中学化学中经常提到的有FeO、Fe2O3和Fe3O4,而且在一定条件下它们之间是可以相互转化的,例如:在1 400 ℃以上的温度下加热Fe2O3时,Fe2O3会部分失去氧,生成Fe3O4。下列有关说法正确的是 (　　) A.FeO在空气中加热只转化为Fe2O3 B.Fe3O4常写成FeO·Fe2O3,其中既有+2价的Fe,又有+3价的Fe,所以Fe3O4是一种混合物 C.热稳定性:Fe2O3<Fe3O4 D.Fe3O4与稀硝酸反应的离子方程式为Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O 解析:选C　FeO在空气中加热可转化为Fe3O4,A项错误;Fe3O4是纯净物,是一种复杂的化合物,B项错误;Fe3O4比Fe2O3稳定,C正确;Fe2+能被稀HNO3氧化成Fe3+,离子方程式为3Fe3O4+28H++N===9Fe3++NO↑+14H2O,D项错误。 4.准确称取某种铁的氧化物2.88 g,用足量的CO进行还原,将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收,得到沉淀4.00 g,计算该氧化物的化学式:　　　　　　　　。  解析:4.00 g CaCO3沉淀的物质的量为0.04 mol,则CO、CO2的物质的量均为0.04 mol,增加的氧元素为0.04 mol,质量为0.04 mol×16 g·mol-1=0.64 g,铁的氧化物中氧元素的质量为0.64 g,铁元素的质量为2.88 g-0.64 g=2.24 g,铁的氧化物中铁元素与氧元素的物质的量之比为∶0.04 mol=1∶1,则这种铁的氧化物的化学式为FeO。 答案:FeO |思维建模|确定铁的氧化物组成的基本方法 　　设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n,则氧化物中n(Fe)∶n(O)=∶=a∶b, 若a∶b=1∶1,则铁的氧化物为FeO; 若a∶b=2∶3,则铁的氧化物为Fe2O3; 若a∶b=3∶4,则铁的氧化物是Fe3O4或FeO与Fe2O3按物质的量之比为1∶1组成的混合物或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3的物质的量之比为1∶1,Fe3O4的物质的量为任意值)。 逐点清(二)　铁的氢氧化物 [再认再现·旧知新学] 1.铁的氢氧化物的性质比较 化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 色态 白色固体 红褐色固体 溶解性 难溶于水 难溶于水 与盐酸反应 Fe(OH)2+2H+===Fe2++2H2O Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O 受热分解 — 2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O 2.Fe(OH)2与Fe(OH)3的转化关系 空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。 3.Fe(OH)2的制备 (1)制备原理 ①制备原理:Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓。 ②成功关键:溶液中不含O2等氧化性物质;制备过程中,保证生成的Fe(OH)2在密闭、隔绝空气的体系中。 (2)常用方法 数字实验室 氢氧化铁、氢氧化亚铁的生成 将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到FeSO4溶液液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与Fe(OH)2发生反应 先在装置Ⅰ中生成FeSO4溶液,并利用生成的H2将装置内的空气排尽后,再把Ⅰ中溶液压入装置Ⅱ中与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀 [边练边学·实践提能] 1.实验室用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2,为使生成的产物不被氧化,下列说法错误的是 (　　) A.配制FeCl2溶液和烧碱溶液所用的蒸馏水要煮沸 B.可在FeCl2溶液的上面加一层苯,以隔绝空气 C.向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,胶头滴管尖嘴不能伸入试管中 D.产生Fe(OH)2沉淀后,不能振荡试管 解析:选C　A项,FeCl2溶液和烧碱溶液要现用现配,且配制溶液的蒸馏水要煮沸以除去氧气,确保Fe(OH)2不被氧化,正确;B项,在FeCl2溶液的上面加一层苯,以隔绝空气,正确;C项,向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,要将胶头滴管的尖嘴伸入FeCl2溶液中,防止氢氧化钠溶液在滴入时溶有氧气,错误;D项,产生Fe(OH)2沉淀后,若振荡试管,会增大沉淀与空气接触的机会,使沉淀更易被氧化,正确。 2.如图所示装置可用来制取Fe(OH)2和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化。实验提供的试剂:铁屑、6 mol·L-1硫酸溶液、NaOH溶液。下列说法错误的是 (　　) A.B中盛有一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是铁屑 B.实验开始时应先将活塞E关闭 C.生成Fe(OH)2的操作为关闭E,使A中溶液压入B中 D.取下装置B中的橡皮塞,使空气进入,有关反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 解析:选B　制取硫酸亚铁需要铁屑,在烧瓶中应该先加入铁屑,A正确;稀硫酸和铁反应生成硫酸亚铁和氢气,实验开始时应打开活塞E,用氢气排出装置中的空气,B错误;铁和硫酸反应有氢气生成,关闭活塞E,导致A装置中压强逐渐增大,将FeSO4溶液压入B中进行反应生成氢氧化亚铁,C正确;氢氧化亚铁不稳定,容易被空气中的氧气氧化生成红褐色的氢氧化铁,反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,D正确。 3.用如图所示装置测定某铁矿石中Fe2O3的含量(杂质不参与反应),称取4.00 g该铁矿石于硬质玻璃管A中,充分反应后测得干燥管B增重2.64 g,C增重0.44 g,下列相关说法中正确的是　 (　　) A.称量干燥管B后,应先加热硬质玻璃管A,再通CO B.在硬质玻璃管A发生的反应中,CO被还原 C.该铁矿石有效成分的质量分数为93.3% D.若撤去干燥管C,会造成测得的有效成分含量偏高 解析:选D　A项,因为硬质玻璃管内有空气,应先通CO能排出O2、CO2和水蒸气,再加热,防止干扰实验结果及出现安全事故,错误;B项,根据反应3CO+Fe2O32Fe+3CO2,Fe2O3为氧化剂,CO被氧化,错误;C项,干燥管B增重2.64 g,即生成0.06 mol CO2,根据方程式可知,铁矿石含有0.02 mol Fe2O3,质量为3.2 g,所以Fe2O3质量分数为×100%=80.0%,错误;D项,没有干燥管C,空气中的CO2和水蒸气会进入干燥管B,导致干燥管B质量增加,实验结果偏大,正确。 4.用如图所示装置(夹持仪器省略)制备氢氧化亚铁。 实验步骤如下: Ⅰ.检查装置气密性后,关闭K2、K5、K6,打开K1、K3、K4,使装置A中产生的气体进入装置B中,排尽装置B中空气。 Ⅱ.待装置B中空气排尽后,关闭K3,打开K2,将装置A中溶液压入装置B中并观察现象。 Ⅲ.关闭K1、K2,打开K5、K6,使装置C中气体通入装置B中并观察现象。 回答下列问题: (1)仪器a的名称是　　　　　　,B中长玻璃管的作用是 　。  (2)装置A中金属离子的检验方法是 　。  (3)步骤Ⅲ装置B中的现象是 　,  其发生反应的化学方程式为 　。  答案:(1)恒压滴液漏斗　平衡气压,辅助排出装置B中的空气 (2)取少量装置A烧瓶中的液体于洁净试管中,滴加几滴KSCN溶液,无红色出现,再滴加H2O2,溶液变为红色,则证明存在Fe2+(合理即可) (3)白色沉淀逐渐变为灰绿色,最后变为红褐色 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 随堂训练——融会贯通本课主干知识 阅读下列材料,完成1~3题。 铁及其化合物在人类生产生活中起着重要作用,铁元素的常见价态有+2、+3价,铁有多种氧化物:FeO、Fe2O3、Fe3O4,Fe2O3、Fe3O4分别是赤铁矿、磁铁矿的主要成分,工业上常用于炼铁。Fe2O3是重要的化工原料,硫铁矿烧渣中含有大量Fe2O3,工业上常用于制取绿矾(FeSO4·7H2O);Fe3O4具有磁性,实验室常用饱和FeCl3溶液制备Fe(OH)3胶体,Fe(OH)3胶体可用于净水。 1.下列铁及其化合物的性质与用途具有对应关系的是 (　　) A.Fe具有还原性,可用作抗氧化剂 B.Fe3O4具有磁性,可用于炼铁 C.Fe(OH)3胶体呈红褐色,可用于净水 D.Fe2(SO4)3易溶于水,可用作净水剂 解析:选A　Fe是比较活泼的金属,可与氧气反应,可用作抗氧化剂,A正确;Fe3O4可用于炼铁,与其具有磁性无关,B错误;Fe(OH)3胶体具有吸附性,可用于净水,C错误;Fe2(SO4)3水解生成Fe(OH)3胶体,可用作净水剂,D错误。 2.用表面有油污的铁屑等原料可以制备FeSO4·7H2O,实验中的部分装置和操作如图所示,其中不能达到实验目的的是 (　　) A.用装置甲去除铁屑表面的油污 B.用装置乙溶解铁屑制备FeSO4 C.用装置丙吸收铁屑溶解过程中产生的H2S D.用装置丁蒸干溶液,获得FeSO4·7H2O 解析:选D　热的纯碱溶液碱性较强可使油脂水解生成溶于水物质,从而去除油污,故A正确;常温下铁屑与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,可用此方法制取FeSO4,故B正确;高锰酸钾具有强氧化性,可用其吸收铁屑溶解过程产生的还原性气体H2S,故C正确;FeSO4·7H2O应通过蒸发浓缩、冷却结晶的方法获得,故D错误。 3.在指定条件下,下列铁及其化合物之间的转化能实现的是 (　　) 解析:选A　铁单质与水蒸气在高温下反应生成Fe3O4,A正确;铁与盐酸反应生成FeCl2,B错误;Fe(OH)2与足量稀硝酸反应生成Fe(NO3)3,C错误;SO2与水反应生成H2SO3,D错误。 [课时跟踪检测] (说明:标的为难度题,建议教师重点讲评) 一、选择题 1.我国清代《本草纲目拾遗》中叙述了“铁线粉”:“粤中洋行有舶上铁丝,……日久起销,用刀刮其销,……,所刮下之销末,名铁线粉”。这里的“铁线粉”是指 (　　) A.Fe　　　　 B.FeCl3 C.FeO D.Fe2O3 解析:选D　Fe在空气中易发生吸氧腐蚀,“销”主要是指铁锈,铁锈的主要成分为Fe2O3。 2.以下转化过程不可以通过化合反应一步实现的是　 (　　) A.Fe→FeCl3 B.FeCl3→FeCl2 C.Fe2O3→Fe(OH)3 D.Fe(OH)2→Fe(OH)3 解析:选C　铁和氯气反应生成FeCl3,铁和FeCl3反应生成FeCl2,Fe(OH)2和O2、水反应生成Fe(OH)3,故都能一步化合实现,Fe2O3不溶于水,不能和水发生化合反应得到Fe(OH)3,故不能一步化合得到。 3.某同学设计的制备氯化铁溶液的方案中,分别采用下列物品,其中能实现的是 (　　) A.氢氧化铁和硫酸 B.铁和盐酸 C.氧化亚铁和盐酸 D.氧化铁和盐酸 解析:选D　氢氧化铁和硫酸反应生成硫酸铁和水,A项错误;铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,B项错误;氧化亚铁和盐酸反应生成氯化亚铁和水,C项错误;氧化铁和盐酸反应生成氯化铁和水,可以制备氯化铁溶液,D项正确。 4.实验过程中不可能产生Fe(OH)3的是 (　　) A.蒸发 FeCl3 溶液 B.FeCl3 溶液中滴入氨水 C.将水蒸气通过灼热的铁 D.FeCl2 溶液中滴入NaOH溶液 解析:选C　蒸发FeCl3溶液,铁离子水解生成氢氧化铁,故A不符合题意;FeCl3溶液中滴入氨水生成氢氧化铁和氯化铵,故B不符合题意;将水蒸气通过灼热的铁生成四氧化三铁和氢气,故C符合题意;FeCl2溶液中滴入NaOH溶液生成氢氧化亚铁和氯化钠,氢氧化亚铁遇到氧气被氧化成氢氧化铁,故D不符合题意。 5.下列有关物质性质的叙述错误的是 (　　) A.铁粉可用作食品脱氧剂 B.FeO有还原性,能被氧化成Fe3O4 C.古壁画颜料中所用的铁红,其成分为Fe2O3 D.擦干已洗净的铁锅,以防生锈的原因是铁丝在O2中燃烧生成Fe3O4 解析:选D　铁粉具有还原性,能与O2反应,可延长食品的保质期,作食品脱氧剂,故A正确;FeO有还原性,其中Fe元素的化合价为+2,用适当的氧化剂可以将其氧化成更高价态的Fe3O4,B正确;古壁画颜料中所用的铁红,其成分为Fe2O3,C正确;擦干已洗净的铁锅,以防生锈的原因是铁丝在O2中发生缓慢氧化生成Fe2O3,D错误。 6.用饱和氯化铁溶液制取氢氧化铁胶体,正确的操作是 (　　) A.将饱和氯化铁溶液滴入蒸馏水中即可 B.将饱和氯化铁溶液滴入热水中,至溶液呈深黄色 C.将饱和氯化铁溶液滴入沸水中,继续煮沸至溶液呈红褐色 D.将饱和氯化铁溶液滴入沸水中,并继续加热煮沸至生成红褐色沉淀 解析:选C　氯化铁在溶液中水解生成氢氧化铁,加热促进水解,生成氢氧化铁胶体,则实验室制备氢氧化铁胶体的操作为把饱和氯化铁溶液滴入沸水中,继续煮沸至溶液呈红褐色。 7.(2025·南京市中华中学期初调研)实验室由废铁屑(含铁及铁的氧化物)制取硫酸铁溶液的实验原理和装置不能达到实验目的的是 (　　) A.用装置甲除去废铁屑表面的油污 B.用装置乙稀释浓硫酸 C.用装置丙过滤得到含Fe2+、Fe3+溶液 D.用装置丁氧化得到含F溶液 解析:选B　碳酸钠溶液水解显碱性,碱性溶液中加热可促进油污的水解,图中装置可除去废铁屑表面的油污,故A正确;装置乙为容量瓶,不可以稀释溶液,故B错误;过滤可分离不溶性杂质与溶液,图中过滤可分离出含Fe2+、Fe3+溶液,故C正确;装置丁中过氧化氢可以将Fe2+氧化为Fe3+溶液,故D正确。 8.下列有关铁及其化合物的说法正确的是 (　　) A.Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3,说明稳定性:Fe(OH)2<Fe(OH)3 B.铁是较活泼的金属,它与卤素单质(X2)反应的生成物均为FeX3 C.氢氧化铁与氢碘酸反应:Fe(OH)3+3HI===FeI3+3H2O D.铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe2O3和H2 解析:选A　Fe(OH)2具有还原性,易被氧化生成稳定的Fe(OH)3,说明稳定性:Fe(OH)2<Fe(OH)3,故A正确;碘的氧化性较弱,铁与碘反应生成FeI2,故B错误;Fe3+具有较强的氧化性,可与I-发生氧化还原反应,生成亚铁离子和碘,故C错误;铁与水蒸气在高温下的反应产物为Fe3O4和H2,故D错误。 9.纳米级四氧化三铁是应用最为广泛的软磁性材料之一。沉淀法是目前制备纳米四氧化三铁的重要方法,其流程如图所示: 下列说法错误的是 (　　) A.保存溶液A时,应加入少量铁粉 B.其制备反应类型不属于氧化还原反应 C.取滤液进行焰色试验,火焰为黄色 D.FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的物质的量之比最好为2∶1 解析:选D　Fe3O4中+2价铁与+3价铁的个数比为1∶2,D错误。 10.(2025·江苏部分重点高中模拟)实验室用如图所示装置(夹持仪器已省略)制备半导体材料纳米二硫化亚铁(FeS2):将一定比例的Fe2O3、硫粉加入三颈烧瓶中,再加入一定量的有机物X(沸点为350 ℃)和有机酸Y;290 ℃条件下搅拌,一段时间后得到黑色悬浊液;冷却、分离、干燥得到产品。下列对实验事实的解释不合理的是 (　　) 实验事实 解释 A 反应的溶剂用有机物X而不用水 有机物X易溶解硫且沸点较高 B 有机酸Y有利于Fe2O3的转化 有机酸Y能与Fe2O3反应,有利于Fe3+参与后续反应 C 冷凝管内出现黄色气体 加热条件下有硫蒸气产生 D 产品中n(Fe)∶n(S)=1∶1.87 产品中与结合的Fe2+部分转化为Fe3+ 解析:选D　由题给信息可知,反应温度为290 ℃,水的沸点为100 ℃,且硫无法溶于水,因此使用沸点为350 ℃的有机物X做溶剂,A正确;氧化铁为固体,不易参与反应,有机酸可与氧化铁反应生成铁离子,有利于铁离子参与后续反应,B正确;硫单质为淡黄色,冷凝管中出现淡黄色气体,说明加热条件下有硫蒸气产生,C正确;二硫化亚铁中铁与硫的物质的量之比为1∶2,若有铁离子存在根据电荷守恒需要更多的,二者比例会小于,而产品中n(Fe)∶n(S)=1∶1.87,D错误。 11.某化学兴趣小组选用试剂:铁粉、稀硫酸、氢氧化钠溶液,利用如图装置制备氢氧化亚铁并观察其颜色。下列有关说法不正确的是 (　　) A.仪器1中应该盛放稀硫酸 B.本实验通过控制A、B、C三个开关,将仪器中的空气排尽后,先关闭开关A,再打开开关B就可观察到氢氧化亚铁的颜色 C.实验时为防止仪器2中铁粉通过导管进入仪器3中,可在仪器2底部放上一块吸铁石 D.本实验制备的氢氧化亚铁可以相对较长时间地保持白色状态 解析:选B　关闭开关A,打开开关B和C,向仪器2中滴加稀H2SO4,让生成的H2排尽仪器3中的空气,然后打开开关A,关闭开关B,让仪器2中溶液流入仪器3中,即可生成Fe(OH)2。 二、非选择题 12.(9分)实验室以 FeCl2溶液为原料制备高密度磁记录材料 Fe/Fe3O4复合物。 (1)在氩气气氛下,向装有50 mL 1 mol·L-1 FeCl2溶液的三颈烧瓶(装置如图)中逐滴加入 100 mL 14 mol·L-1KOH溶液,用磁力搅拌器持续搅拌,在100 ℃下回流3 h,得到成分为Fe和Fe3O4的黑色沉淀。 ①三颈烧瓶发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ②检验反应是否进行完全的操作是 　。  (2)待三颈烧瓶中的混合物冷却后,过滤,再依次用沸水和乙醇洗涤,在40 ℃干燥后焙烧3 h,得到Fe/Fe3O4复合物产品 3.24 g。 ①焙烧需在隔绝空气条件下进行,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ②计算实验所得产品的产率为 。 (3)以FeCl2溶液为原料还可制备软磁性材料α⁃Fe2O3。已知:Fe(OH)2开始沉淀的pH=6.5。请补充完整实验方案:在搅拌下　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,将固体干燥,得到纯净的 FeCO3,将其放入管式炉内煅烧 2 h,获得产品α⁃Fe2O3 (可选用的试剂:氨水⁃NH4HCO3混合溶液、2 mol·L-1盐酸、2 mol·L-1硝酸、AgNO3溶液、蒸馏水)。  解析:(1)①向装有50 mL 1 mol·L-1 FeCl2溶液的三颈烧瓶中逐滴加入 100 mL 14 mol·L-1KOH溶液,得到成分为Fe和Fe3O4的黑色沉淀,反应的离子方程式为4Fe2++8OH-Fe↓+Fe3O4↓+4H2O;②检验反应是否进行完全的方法是检验亚铁离子,则检验方法为从三颈烧瓶中取少量反应后的溶液于试管中,加入2~3滴KSCN溶液,无明显现象,再加入少量新制氯水,若溶液未出现红色,则反应已经进行完全;(2)①由题给信息可知,产品中含有单质铁,故焙烧需要在隔绝空气的条件下进行的原因是防止产品中的铁元素被空气中的氧气氧化;②根据离子方程式4Fe2++8OH-Fe↓+Fe3O4↓+4H2O可知,理论上所得的Fe和Fe3O4的物质的量各自为0.012 5 mol,所以得到的黑色产品质量应为0.012 5 mol×(56 g·mol-1+232 g·mol-1)=3.6 g,实际得到的产品3.24 g,所以其产率为×100%=90.0%。 答案:(1)①4Fe2++8OH-Fe↓+Fe3O4↓+4H2O　②从三颈烧瓶中取少量反应后的溶液于试管中,加入2~3滴KSCN溶液,无明显现象,再加入少量新制氯水,若溶液未出现红色,则反应已经进行完全　(2)①防止产品中的铁元素被空气中的氧气氧化　②90.0%　(3)向FeCl2溶液中缓慢加入氨水⁃NH4HCO3混合溶液,控制溶液pH不大于6.5,静置后过滤,所得沉淀用蒸馏水洗涤2~3次,取出最后一次洗涤的滤液,滴加AgNO3溶液,再滴入2 mol·L-1硝酸,不出现白色沉淀 13.(12分)(2023·重庆卷)Fe3O4是一种用途广泛的磁性材料,以FeCl2为原料制备Fe3O4并获得副产物CaCl2水合物的工艺如下。 25 ℃时各物质溶度积见下表: 物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Ca(OH)2 溶度积(Ksp) 4.9×10-17 2.8×10-39 5.0×10-6 回答下列问题: (1)Fe3O4中Fe元素的化合价是+2和 　。 O2-的核外电子排布式为　　　　。  (2)反应釜1中的反应需在隔绝空气条件下进行,其原因是 　。  (3)反应釜2中,加入CaO和分散剂的同时通入空气。 ①反应的离子方程式为 　。  ②为加快反应速率,可采取的措施有 　(写出两项即可)。  (4)①反应釜3中,25 ℃时,Ca2+浓度为5.0 mol·L-1,理论上pH不超过　　　　。  ②称取CaCl2水合物1.000 g,加水溶解,加入过量Na2C2O4,将所得沉淀过滤洗涤后,溶于热的稀硫酸中,用0.100 0 mol·L-1 KMnO4标准溶液滴定,消耗24.00 mL。滴定达到终点的现象为　 ,  该副产物中CaCl2的质量分数为　　　　。  解析:(1)Fe3O4可以写成FeO·Fe2O3,故Fe元素的化合价是+2和+3。氧原子得到2个电子形成O2-,其核外有10个电子,电子排布式为1s22s22p6。(2)由Fe3O4中Fe元素呈+2价和+3价知,制得的沉淀中需含有Fe(OH)2和Fe(OH)3,由反应釜1和反应釜2中反应的条件知,反应釜1中需生成Fe(OH)2,故为防止二价铁离子被空气中氧气氧化为三价铁离子,反应釜1中的反应需在隔绝空气条件下进行。(3)②根据影响反应速率的因素分析,为加快反应速率,可采取的措施有适当升高温度、搅拌等。(4)①反应釜3中调节pH的目的是使Fe元素形成沉淀,而Ca元素不沉淀,根据已知溶度积知,当Ca2+浓度为5.0 mol·L-1时,溶液中c(OH-)<= mol·L-1=1.0×10-3 mol·L-1,则pH<11,故理论上pH不超过11。②达到滴定终点时,高锰酸钾过量,溶液由无色变成红色,且半分钟内不褪色。实验过程中发生反应:CaCl2+Na2C2O4===CaC2O4↓+2NaCl、CaC2O4+H2SO4===CaSO4+H2C2O4、2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4===2MnSO4+K2SO4+10CO2↑+8H2O,故存在关系式5CaCl2~5CaC2O4~5H2C2O4~2KMnO4,则该副产物中CaCl2的质量分数为×100%=66.6%。 答案:(1)+3　1s22s22p6　(2)防止二价铁离子被空气中氧气氧化为三价铁离子　 (3)①4CaO+6H2O+4Fe2++O2===4Fe(OH)3+4Ca2+ ②适当升高温度、搅拌　(4)①11　②最后半滴标准液加入后,溶液变为红色,且半分钟内不变色　66.6% 第2课时　铁盐与亚铁盐　铁及其化合物的转化 逐点清(一)　铁盐、亚铁盐的性质及检验 [再认再现·旧知新学] (一)铁盐和亚铁盐的性质 1.亚铁盐 　含有Fe2+的溶液,呈浅绿色,既有氧化性,又有还原性。 氧化性 Zn+Fe2+===Fe+Zn2+ 还原性 Fe2+与Cl2、HNO3(稀)、酸性KMnO4溶液分别反应的离子方程式:2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-、 3Fe2++4H++N===3Fe3++NO↑+2H2O、 5Fe2++8H++Mn===5Fe3++Mn2++4H2O 沉淀性 Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓(白色沉淀) 水解性 Fe2++2H2OFe(OH)2+2H+ 2.铁盐 (1)氧化性:Fe3+具有较强的氧化性。与Zn、Fe、Cu、SO2、S、S2-、I-等反应的离子方程式: 2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+ 2Fe3++2I-===2Fe2++I2 2Fe3++S2-===2Fe2++S↓ H2O+2Fe3++S===2Fe2++S+2H+ (2)特性:Fe3+遇到KSCN时,溶液变成红色。 (3)显色反应:Fe3+遇到苯酚溶液变成紫色。 (4)FeCl3易水解:将其饱和溶液滴入沸水中制备胶体的化学方程式为FeCl3+3H2OFe(OH)3(胶体)+3HCl。 (5)其他重要的铁盐及应用 绿矾(FeSO4·7H2O) 用作补血剂及植物补铁剂 高铁酸钾(K2FeO4) 用作水处理剂或制作高能电池 莫尔盐(或摩尔盐) 化学式为[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O],常用于冶金、电镀及织物媒染剂 赤血盐K3[Fe(CN)6] 用于检验Fe2+ (二)Fe2+、Fe3+的检验 1.用KSCN溶液和氯水检验 2.用NaOH溶液检验 3.含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验 混合溶液溶液变红色,说明含有Fe3+混合溶液KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+(溶液中不含被酸性KMnO4溶液氧化的其他离子) 4.Fe2+的特征检验方法 溶液产生蓝色沉淀,说明溶液中含有Fe2+,K++Fe2++[Fe(CN)6]3-===KFe[Fe(CN)6]↓。 微点澄清训练 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)Fe3+与Cu可以反应,说明Cu的还原性比Fe的强 (×) (2)中性溶液中可能大量存在Fe3+、Fe2+、Cl-、S (×) (3)FeCl3溶液中滴加KSCN溶液,生成红色沉淀 (×) (4)酸性溶液中滴加KMnO4溶液,若紫色褪去,证明原溶液中含Fe 2+ (×) (5)FeCl2和Fe(OH)3不能利用化合反应制备 (×) (6)含Fe3+的溶液中加入KI、Na2SO3、Cu可以使Fe3+转化为Fe2+ (√) 2.在FeCl3、CuCl2混合溶液中,加入铁粉与铜粉的混合物。 (1)若金属无剩余,则溶液中一定存在的金属阳离子有　　　　　　,可能存在的有　　　　　　。  (2)若剩余固体中有铁和铜,则溶液中一定存在的金属阳离子有　　　　,一定不存在　　　　。  (3)若剩余固体中只有铜,则溶液中一定存在的金属阳离子有　　　　,可能存在的有　　　　　　,一定不存在　　　　　　。  答案:(1)Fe2+、Cu2+　Fe3+　(2)Fe2+　Cu2+、Fe3+　(3)Fe2+　Cu2+　Fe3+ [边练边学·实践提能] 一、Fe2+、Fe3+的主要性质及检验 1.铁及其化合物是中学化学中一类重要的物质。下列关于铁元素的叙述正确的是 (　　) A.采用将FeCl3溶液直接蒸干的方法制备FeCl3固体 B.保存FeCl2溶液常常加一些铁粉,其目的是抑制Fe2+水解 C.25 ℃时,pH=0的溶液中,Al3+、N、N、Fe2+可以大量共存 D.FeSO4溶液中加入H2O2溶液时,Fe2+表现还原性 解析:选D　FeCl3易水解,蒸干FeCl3溶液不能得到FeCl3固体,A错误;加Fe的目的是防止Fe2+被氧化,B错误;酸性条件下N会氧化Fe2+,C错误;H2O2可将Fe2+氧化为Fe3+,Fe2+表现还原性,D正确。 2.以下实验能证明某溶液中不含Fe3+而含有Fe2+的是 (　　) A.滴入KSCN溶液,不显红色 B.滴加足量氯水,再加KSCN溶液,显红色 C.滴入KSCN溶液,不显红色,再加氯水,溶液变红 D.滴入KSCN溶液,不显红色,再加足量高锰酸钾溶液,溶液变红 解析:选C　A项,只滴加KSCN溶液,根据溶液是否显红色,能检验出溶液中是否含有Fe3+,无法证明Fe2+是否存在,错误;B项,若原溶液中含Fe3+,滴加足量氯水后再滴加KSCN溶液后也显红色,无法证明原溶液中含有的是Fe3+还是Fe2+,错误;C项,先滴加KSCN溶液,不显红色,说明原溶液中不含Fe3+,再滴加氯水后显红色,说明滴加氯水后溶液中有Fe3+,证明原溶液中含有Fe2+,正确;D项,滴入KSCN溶液,不显红色,证明不含Fe3+,再加足量高锰酸钾溶液(高锰酸钾溶液的颜色是紫红色),溶液变红无法证明原溶液中含有Fe2+,错误。 |归纳拓展|检验Fe2+和Fe3+时的注意事项 (1)检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液,也不能将加KSCN后的混合溶液加入足量的新制氯水中(新制氯水能氧化SCN-)。 (2)Fe3+、Fe2+、Cl-同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2+(Cl-能还原酸性KMnO4,有干扰)。 二、Fe2+、Fe3+性质探究实验 3.某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。 回答下列问题: (1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1 mol·L-1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是 　。 (2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变红,说明Cl2可将Fe2+氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　。  (3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油,再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是 　。 (4)丙组同学取10 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液,加入6 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验: ①第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置,CCl4层显紫色; ②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀; ③第三支试管中加入1滴KSCN溶液,溶液变红。 实验②检验的离子是　　　　(填离子符号);实验①和③说明:在I-过量的情况下,溶液中仍含有　　　　(填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为　　　　。  (5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　;一段时间后,溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是 　;  生成沉淀的原因是   (用平衡移动原理解释)。 解析:(1)Fe2+具有很强的还原性,易被空气中的O2氧化为Fe3+,在FeCl2溶液中加入少量铁屑,可防止Fe2+被氧化。 (2)Fe2+被氧化为Fe3+,Cl2被还原为Cl-,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。 (3)O2难溶于煤油,加入煤油能隔绝空气,排除O2对实验的影响。 (4)KI溶液与FeCl3溶液反应的离子方程式为2I-+2Fe3+===I2+2Fe2+。K3[Fe(CN)6]是检验Fe2+的试剂。实验③溶液变红,说明溶液中仍存在Fe3+,由此可说明该氧化还原反应为可逆反应。 (5)酸化的FeCl2溶液与H2O2反应,Fe2+被氧化为Fe3+,H2O2被还原为H2O,反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O。Fe3+对H2O2的分解起催化作用,当反应一段时间后,会发生反应:2H2O22H2O+O2↑,故溶液中产生气泡。由于H2O2分解反应放热,促使Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+平衡右移,最终出现Fe(OH)3红褐色沉淀。 答案:(1)防止Fe2+被氧化 (2)2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl- (3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响) (4)Fe2+　Fe3+　可逆反应 (5)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O Fe3+催化H2O2分解产生O2　H2O2分解反应放热,促进Fe3+的水解平衡正向移动 逐点清(二)　铁及其化合物的转化 [再认再现·旧知新学] 由铁的“价—类”二维图理清铁及其化合物的转化 　　横向变化体现了同价态不同类别之间的转化:单质→氧化物→碱→盐;纵向变化体现了不同价态同类别物质之间的转化,主要体现物质的氧化性或还原性。 结合铁的“价—类”二维图,完成下列转化的有关方程式。 名师支教 三角度理清铁及其化合物的转化 (1)化学方程式 (2)离子方程式 [边练边学·实践提能] 一、铁及其化合物的转化及应用 1.(2025·南通如皋期初调研)部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是 (　　) A.a可与e反应生成b B.b既可被氧化,也可被还原 C.可将e加入浓碱液中制得d的胶体 D.可存在b→c→d→e→b的循环转化关系 解析:选C　由题图可知,a为Fe,b中含有Fe2+,c为Fe(OH)2,d为Fe(OH)3,e中含有Fe3+。Fe+2Fe3+===3Fe2+,a可与e反应生成b,A推断合理;Fe2+既可以被氧化为Fe3+,也可以被还原为Fe,B推断合理;可将饱和的Fe3+溶液加入沸水中制得Fe(OH)3胶体,而不是浓碱液中,C推断不合理;可存在Fe2+Fe(OH)2Fe(OH)3Fe3+Fe2+的循环转化关系,D推断合理。 2.(2025·连云港期中调研)铁及其化合物的转化具有重要应用。下列有关表示不正确的是 (　　) C.300 ℃时,密闭容器中将铁粉与NaHCO3溶液反应可以得到FeCO3和H2: Fe+NaHCO3+H2OFeCO3+H2↑+NaOH 综合应用·重点加练 铁及其化合物在高考中的考查 D.向含有N的酸性废水中加入适量的Fe2(SO4)3溶液,得到NH4Fe3(SO4)2(OH)6沉淀,可以除去废水中N: N+3Fe3++2S+6H2O===NH4Fe3(SO4)2(OH)6↓+6H+ 解析:选B　FeSO4溶液先加KSCN溶液不变色,加入H2O2,Fe2+被氧化为Fe3+,与KSCN反应溶液变红,可以检验FeSO4溶液中的Fe2+,A正确;Fe2O3与H2O不能反应,B错误;在300 ℃时,密闭容器中NaHCO3溶液与铁粉反应,生成H2和FeCO3,C正确;Fe3+部分水解,与N、S形成难溶物NH4Fe3(SO4)2(OH)6,除去废水中N,D正确。 3.为了探究铁及其化合物的氧化性或还原性,某同学设计如下实验操作,对应的实验现象、实验结论及离子方程式均正确的是 (　　) 选项 实验操作 实验现象 实验结论 离子方程式 A 向FeCl2溶液中加入Zn片 浅绿色溶液变为无色,溶液中有黑色固体生成 Fe2+具有还原性 Fe2++Zn　===Zn2++Fe　　　　 B 向FeCl2溶液中滴加新制氯水 浅绿色溶液变为棕黄色 Fe2+具有还原性 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-　　　 C 向FeCl3溶液中加入铁粉 棕黄色溶液变为浅绿色 Fe具有还原性 Fe+Fe3+===2Fe2+ D 向FeCl3溶液中加入铜粉 蓝色溶液变为棕黄色 Fe3+具有氧化性 Fe3++Cu===Fe2++Cu2+　　　 解析:选B　锌具有还原性,FeCl2溶液中+2价的铁具有氧化性,能氧化锌,A错误;FeCl2溶液为浅绿色,向FeCl2溶液中滴加新制氯水,+2价的铁被氯水氧化,生成+3价的铁,溶液由浅绿色变为棕黄色,B正确;向FeCl3溶液中加入铁粉,发生反应生成FeCl2,棕黄色溶液变为浅绿色,离子方程式为2Fe3++Fe===3Fe2+,C错误;反应前FeCl3溶液为棕黄色,Fe3+具有氧化性,与铜发生反应生成FeCl2和氯化铜,氯化亚铁溶液为浅绿色,氯化铜溶液为蓝绿色,离子方程式为2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,D错误。 二、涉及铁及其化合物的化工流程 4.高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色消毒剂,主要用于饮用水处理。某化学兴趣小组用废铁屑(主要成分为Fe,杂质有Al、C及油脂)制备高铁酸钠的主要流程如下。下列说法错误的是 (　　) A.“碱浸”可以除去废铁屑中的油脂 B.“滤渣”的主要成分是Al和C C.“操作Ⅰ”通入的空气可以用H2O2溶液代替 D.若流程改为先“氧化”后“调pH”,可能会生成Cl2 解析:选B　废铁屑(主要成分为Fe,杂质有Al、C及油脂)加NaOH碱浸,可以除去废铁屑表面的油脂和Al,过滤后滤液中含有Na[Al(OH)4]和油脂水解后形成的物质,固体中含有Fe、C,加盐酸酸浸,过滤后滤渣为C,滤液为氯化亚铁溶液,通入空气Fe2+被氧化为Fe3+,加NaOH调pH为碱性,NaClO和Fe(OH)3发生氧化还原反应得到Na2FeO4、NaCl,并通过结晶分离出Na2FeO4。根据分析,“碱浸”可以除去废铁屑中的油脂,A正确;根据分析,“滤渣”的主要成分是C,B错误;根据分析,“操作Ⅰ”目的是将Fe2+氧化为Fe3+,用H2O2也可以做氧化剂,且不会引入杂质,因此通入的空气可以用H2O2溶液代替,C正确;若先“氧化”,溶液为酸性,Na2FeO4在酸性条件下有较强的氧化性,能将盐酸中的Cl-氧化为Cl2,D正确。 5.硫酸镍广泛应用于电镀、电池等工业。以红土镍矿(主要成分为NiO,含MgO、Al2O3、Fe2O3、FeOOH、Fe3O4、CuO、ZnO、SiO2等杂质)为原料制备,工艺流程如图。 已知:①相关金属离子[c(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下: 金属离子 Fe2+ Fe3+ Al3+ Mg2+ Zn2+ Ni2+ 开始沉淀的pH 6.3 1.8 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的pH 8.3 3.2 4.7 10.9 8.2 8.9 ②当离子完全沉淀时,c(Mn+)≤10-5 mol·L-1。 回答下列问题: (1)为提高“酸溶”中镍的浸出率,可采取的措施有　　　　　　　　　　　　　　(写一条即可)。“滤渣1”的主要成分为　　　　　　。  (2)写出“硫化除铜”过程中涉及反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　、 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)“氧化除杂”中加入H2O2和Ni(OH)2的作用分别是　　　　　　　　　　　　　,溶液的pH应调节为　　　　~6之间。  解析:(1)为提高酸溶中镍的浸出率,可采取的措施为增大硫酸浓度或加热或将矿石粉碎。分析可知,滤渣1为SiO2;(2)滤液1中能与H2S反应的物质有Fe3+、Cu2+,离子方程式为Cu2++H2S===CuS↓+2H+、2Fe3++H2S===2H++S↓+2Fe2+;(3)氧化除杂中加入H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,加入Ni(OH)2的作用为调节溶液的pH除去Fe3+和Al3+,从表中可知,Al3+完全沉淀的pH为4.7,同时又不能使Ni2+沉淀,因此pH应调节为4.7~6之间。 答案:(1)增大硫酸浓度或加热或将矿石粉碎　SiO2 (2)Cu2++H2S===CuS↓+2H+ 2Fe3++H2S===2H++S↓+2Fe2+ (3)H2O2将Fe2+氧化为Fe3+;加入Ni(OH)2的作用为调节溶液的pH除去Fe3+和Al3+　4.7 随堂训练——融会贯通本课主干知识 阅读下列材料,完成1~3题。 铁及其化合物在人类生产生活中起着重要作用,铁元素主要有+2价、+3价、+6价,形成多种化合物,不同价态的铁之间可以相互转化。高铁酸盐(Fe)具有强氧化性。在酸性或中性溶液中氧化性极强且不稳定,与H2O发生反应产生O2,在碱性溶液中较稳定,在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下发生分解。K2FeO4可溶于水,微溶于KOH溶液,难溶于乙醇。工业制备高铁酸钾的方法有多种:在强碱中氢氧化铁可被一些氧化剂氧化为高铁酸盐(Fe),也可以用电解法制备。 1.如图为铁元素的“价—类”二维图,其中的箭头表示部分物质间的转化关系。下列说法正确的是 (　　) A.铁与高温水蒸气的反应可实现上述转化① B.FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,迅速发生转化②生成红棕色粉末 C.加热Fe(OH)3发生转化⑥,加水溶解可实现转化③ D.由图可预测:高铁酸盐(Fe)具有强氧化性,可用于消毒,Fe与水反应最终可生成Fe(OH)3胶体,从而吸附水中的悬浮物,故高铁酸盐可用作净水剂 解析:选D　铁与高温水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,A错误;FeO是一种黑色粉末,不稳定,在空气中受热,能迅速被氧化成Fe3O4,B错误;加热Fe(OH)3发生转化⑥分解生成氧化铁,氢氧化铁不溶于水,加水不能实现转化③,C错误;高铁酸盐中铁元素为+6价,具有强氧化性,可用于消毒,与水发生氧化还原反应后生成铁离子,铁离子易水解生成Fe(OH)3胶体,胶体具有吸附性,从而吸附水中的悬浮物,故高铁酸盐可用作净水剂,D正确。 2.探究铁及其化合物的性质,下列方案设计、现象和结论都正确的是 (　　) 实验方案 现象 结论 A 往FeCl2溶液中加入Zn片 短时间内无明显现象 Fe2+的氧化能力比Zn2+弱 B 往Fe2(SO4)3溶液中滴加KSCN溶液,再加入少量K2SO4固体 溶液先变成血红色后无明显变化 Fe3+与SCN-的反应不可逆 C 将食品脱氧剂样品中的还原铁粉溶于盐酸,滴加KSCN溶液 溶液呈浅绿色 食品脱氧剂样品中没有+3价铁 D 向沸水中逐滴加5~6滴饱和FeCl3溶液,持续煮沸 溶液先变成红褐色再析出沉淀 Fe3+先水解得Fe(OH)3再聚集成Fe(OH)3沉淀 解析:选D　FeCl2溶液中加入Zn片,短时间内无明显现象,可能是Zn片表面的氧化膜阻碍反应进行,也可能是该反应速率很小,时间短而无明显现象,A项错误;Fe2(SO4)3与KSCN反应的实质是Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,与K+、S无关,所以加K2SO4固体无明显现象,结论不正确,B项错误;如果脱氧剂样品吸收O2时生成Fe2O3,当它溶于盐酸时发生反应:Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O,生成的Fe3+与剩余Fe粉发生反应:2Fe3++Fe===3Fe2+,溶液呈浅绿色,结论不正确,C项错误;向沸水中逐滴加5~6滴饱和FeCl3溶液,生成红褐色氢氧化铁胶体,再煮沸,胶体聚沉生成沉淀,D项正确。 3.在强碱中氢氧化铁可被一些氧化剂氧化为高铁酸根离子(Fe),Fe在酸性条件下氧化性极强且不稳定。隔膜电解法制备K2FeO4的工作原理如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.隔膜为阴离子交换膜 B.该方法中KOH可以循环使用,但需另外补充 C.Fe电极上的反应为Fe-6e-+4H2O===Fe+8H+ D.电路中每转移0.2 mol e-,Pt电极上理论上产生2.24 L气体 解析:选B　该装置为电解池,与直流电源正极相连的铁电极为阳极,碱性条件下,铁失去电子发生氧化反应生成高铁酸根离子,电极反应式为Fe-6e-+8OH-===Fe+4H2O,铂电极为阴极,水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH- ,电解的总反应为Fe+2H2O+2OH-===Fe+3H2↑,则电解时,钾离子通过阳离子交换膜从左池移向右池。电解时,钾离子通过阳离子交换膜从左池移向右池,故A错误;电解的总反应为Fe+2H2O+2OH-===Fe+3H2↑,反应中消耗氢氧根离子,需要补充氢氧化钾,故B正确;Fe电极上的反应为Fe-6e-+8OH-===Fe+4H2O,故C错误;没有说明气体存在的状态,不能计算生成气体的体积,故D错误。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1.青矾矿石(主要成分为FeSO4·7H2O)在《唐本草》中记载:“本来绿色,新出窟未见风者,正如琉璃……烧之赤色……”。下列关于FeSO4·7H2O的说法正确的是 (　　) A.可用于制净水剂 B.溶于水形成无色溶液 C.在干燥空气中稳定存在 D.在空气中加热转化为Fe3O4 解析:选A　FeSO4·7H2O溶于水时最终形成具有净水作用的氢氧化铁胶体,可用于制净水剂,故A正确;溶于水形成FeSO4溶液,Fe2+呈浅绿色,故B错误;FeSO4·7H2O中亚铁离子具有还原性,易被氧气氧化,因此不能在干燥空气中稳定存在,故C错误;FeSO4·7H2O中Fe为+2价,在空气中加热被氧化为Fe2(SO4)3,故D错误。 2.(2025·南通通州模拟预测)铁及其化合物的性质与用途具有对应关系的是 (　　) A.铁粉具有还原性,可用于食品袋中的抗氧化剂 B.FeCl3具有氧化性,可用于除去水中悬浮杂质 C.Fe2O3能与盐酸反应,可用于制作红色涂料 D.FeS难溶于水,可用于除去废水中Cu2+、Hg2+ 解析:选A　铁粉具有还原性,能与空气中的氧气反应,可用于食品袋中的抗氧化剂,延长食品的保质期,故A正确;氯化铁具有水解性,在溶液中水解生成的氢氧化铁胶体能吸附水中悬浮杂质聚沉而达到净水的目的,故B错误;氧化铁是红棕色粉末,常用于制作红色涂料,故C错误;硫化亚铁的溶解度大于硫化铜、硫化汞,常用于除去废水中的铜离子和汞离子,故D错误。 3.下列离子的检验方法合理的是 (　　) A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色,说明不含Fe2+ B.向某溶液中通入Cl2,然后再加入KSCN溶液变红色,说明原溶液中含有Fe2+ C.向某溶液中加入NaOH溶液,得红褐色沉淀,说明溶液中含有Fe3+ D.向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀,又观察到颜色逐渐变为红褐色,说明该溶液中只含有Fe2+,不含有Mg2+ 解析:选C　A项说明溶液中含有Fe3+,不能说明不含Fe2+,错误;B项若原溶液中含有Fe3+也会出现相同现象,错误;Fe3+与NaOH溶液反应生成红褐色沉淀,C项正确;D项只能说明溶液中含有Fe2+,不能说明不含有Mg2+,错误。 4.铁元素是人体重要的微量元素,参与人体血红蛋白的形成,人体内的铁大部分是+2价的铁,Fe2+易被人体吸收,下列有关铁及其化合物的说法正确的是 (　　) A.维生素C具有氧化性,可将难吸收的Fe3+转化为Fe2+,促进人体对铁元素的吸收 B.向FeCl2溶液中加入KSCN溶液,溶液变为红色 C.向FeCl2溶液中加入NaOH溶液,生成红褐色沉淀 D.FeCl3溶液滴在淀粉⁃KI试纸上,试纸变蓝 解析:选D　维生素C具有还原性,能把Fe3+还原成易被人体吸收的Fe2+,A项错误;Fe2+与KSCN不反应,向FeCl2溶液中加入KSCN溶液,无明显现象,B项错误;向FeCl2溶液中加入NaOH溶液,生成白色沉淀,迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,C项错误;Fe3+和I-发生反应生成Fe2+和I2,I2遇淀粉变蓝,D项正确。 5.(2025·苏锡常镇四市一调)实验室由硫铁矿烧渣(含FeO、Fe2O3、SiO2等)制取无水氯化铁的实验原理和装置不能达到实验目的的是 (　　) A.用装置甲溶解硫铁矿烧渣 B.用装置乙过滤得到含Fe2+、Fe3+混合溶液 C.用装置丙氧化得到FeCl3溶液 D.用装置丁蒸干溶液获得无水FeCl3 解析:选D　硫铁矿烧渣(含FeO、Fe2O3、SiO2等)置于烧杯中,加过量盐酸溶解,其中FeO、Fe2O3溶于盐酸生成FeCl2和FeCl3,SiO2不溶于盐酸,故A正确;酸溶后的悬浊液进行过滤分离,得到FeCl2和FeCl3的混合溶液,故B正确;含FeCl2和FeCl3的混合溶液,转移入锥形瓶中加过量的双氧水,将FeCl2氧化为FeCl3,故C正确;所得FeCl3溶液应在HCl氛围中蒸发浓缩、冷却结晶,再将晶体在HCl气氛中脱水得到无水FeCl3,直接蒸发结晶无法得到无水FeCl3,故D错误。 6.(2025·泰州中学模拟预测)铁及其化合物的转化具有重要应用。在指定条件下,下列物质间转化能实现的是 (　　) 解析:选B　Fe2O3溶于稀盐酸生成FeCl3和水,FeCl3为挥发性酸的弱碱盐,蒸发时会发生水解,转化为Fe(OH)3沉淀,A不正确;I2具有弱氧化性,只能将Fe氧化为FeI2,FeI2电离产生的Fe2+和I-都能被Cl2氧化,从而生成FeCl3和I2,B正确;FeS2在高温条件下能被O2氧化,生成Fe2O3和SO2,但Fe2O3难溶于水,与水不能发生反应,C不正确;Fe溶于盐酸生成FeCl2和H2,SO2具有弱氧化性,不能将Fe2+氧化为Fe3+,D不正确。 7.(2023·江苏卷)室温下,探究0.1 mol·L-1 FeSO4溶液的性质,下列实验方案能达到探究目的的是 (　　) 选项 探究目的 实验方案 A 溶液中是否含有Fe3+ 向2 mL FeSO4溶液中滴加几滴新制氯水,再滴加KSCN溶液,观察溶液颜色变化 B Fe2+是否有还原性 向2 mL FeSO4溶液中滴加几滴酸性KMnO4溶液,观察溶液颜色变化 C Fe2+是否水解 向2 mL FeSO4溶液中滴加2~3滴酚酞溶液,观察溶液颜色变化 D Fe2+能否催化H2O2分解 向2 mL 5% H2O2溶液中滴加几滴FeSO4溶液,观察气泡产生情况 解析:选B　检验溶液中是否含有Fe3+应直接向待测液中滴加KSCN溶液,若向待测液中滴加氯水会将Fe2+氧化为Fe3+干扰实验,A错误;向2 mL FeSO4溶液中滴加几滴酸性KMnO4溶液,若观察溶液紫色褪去,说明Fe2+有还原性,B正确;Fe2+发生水解反应Fe2++2H2O2H++Fe(OH)2使溶液显酸性,应向2 mL FeSO4溶液中滴加2~3滴石蕊溶液,观察溶液颜色变化,C错误;向2 mL 5% H2O2溶液中滴加几滴FeSO4溶液,若产生气泡有可能是Fe3+的催化作用,D错误。 8.(2025·淮安中学一模)亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]是一种黄色颜料。以含铁废水[主要成分为Fe2(SO4)3,含少量NiSO4、CuSO4等]为原料合成亚铁氰化钾的工艺流程如下: 下列说法不正确的是 (　　) A.“调pH”时选用的试剂X可以是Fe2O3或者Fe(OH)3 B.“还原”后可用K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe3+是否被完全还原 C.“滤渣Ⅱ”的主要成分是CaCO3 D.该反应条件下,K4[Fe(CN)6]的溶解度小于Na4[Fe(CN)6] 解析:选B　由于以含铁废水[主要成分为Fe2(SO4)3,含少量NiSO4、CuSO4等],“调pH”时不能引入杂质元素,结合废水成分可知选用的试剂X可以是Fe2O3或者Fe(OH)3,A正确;Fe3+与KSCN作用使溶液变为红色,“还原”后加入KSCN溶液,若溶液不变红色,说明Fe3+被完全还原,据此检验Fe3+的存在,K3[Fe(CN)6]可以检验Fe2+,不能证明Fe3+是否被完全还原,B错误;由分析可知,“滤渣Ⅱ”的主要成分是CaCO3,C正确;由分析可知,K4[Fe(CN)6]的溶解度小于Na4[Fe(CN)6],D正确。 二、非选择题 9.(10分)铁是人体必需的微量元素,治疗缺铁性贫血的常见方法是服用补铁药物。琥珀酸亚铁是市场上一种常见的补铁药物。该药品不溶于水但能溶于人体中的胃酸。某同学为了检测该补铁药物中Fe2+的存在,设计并进行了如下实验: 试回答下列问题: (1)试剂1是　　　　　　,试剂2是　　　　　,加入新制氯水后溶液中发生反应的离子方程式是  　 、 　 。  (2)加入试剂2后溶液中颜色由淡黄色转变成淡红色是因为　　　　　　　　　　　　　　　　,写出+2价Fe在空气中转化为+3价Fe的化学方程式: 　。  (3)该同学猜想红色溶液变为无色溶液的原因是溶液中的+3价铁被还原为+2价铁,你认为该同学的猜想合理吗?　　　　　(填“合理”或“不合理”)。若你认为合理,请说明理由(若你认为不合理,该空不作答): 　　;  若你认为不合理请提出你的猜想并设计一个简单的实验加以验证(若你认为合理,该空不作答): 　 。  解析:(1)该药品不溶于水但能溶于人体中的胃酸,试剂1用于溶解样品,可以选用稀盐酸;试剂2用于检验Fe3+,可以选用KSCN溶液;氯气氧化亚铁离子生成铁离子,离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-;铁离子与硫氰根离子结合生成硫氰化铁,离子方程式为Fe3++3SCN-Fe(SCN)3。(2)加入试剂2之后溶液由淡黄色变为浅红色,说明少量Fe2+被氧化成Fe3+;亚铁离子被空气中的氧气氧化为铁离子,化学方程式为4FeCl2+4HCl+O2===4FeCl3+2H2O。(3)因为氯水氧化性强,不会还原Fe3+,该同学的猜想不合理;可能是SCN-被过量的氯水氧化,可取少量褪色后的溶液,加入FeCl3溶液,不变红色或取少量褪色后的溶液,加入KSCN溶液,变红色。 答案:(1)稀盐酸　KSCN溶液 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl- Fe3++3SCN-Fe(SCN)3 (2)少量的Fe2+转化为Fe3+ 4FeCl2+O2+4HCl===4FeCl3+2H2O (3)不合理　Fe(SCN)3中的SCN-被过量的氯水氧化;在褪色后的溶液中加入FeCl3溶液,不变红色(或在褪色后的溶液中加入KSCN溶液,变红色) 10.(14分)实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。 资料:K2FeO4为紫色固体,易溶于水,微溶于KOH浓溶液;具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在0~5 ℃、强碱性溶液中较稳定。 (1)制备K2FeO4(夹持装置略) ①A为氯气发生装置。A中反应的化学方程式为(Mn被还原为Mn2+): 　。  ②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。 ③C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有:3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH===2K2FeO4+6KCl+8H2O,另外还有 　。  (2)探究K2FeO4的性质 ①取C中紫色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液a,经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl-而产生Cl2,设计以下方案: 方案Ⅰ 取少量a,滴加KSCN溶液至过量,溶液呈红色 方案Ⅱ 用KOH溶液充分洗涤C中所得固体,再用KOH溶液将K2FeO4溶出,得到紫色溶液b,取少量b,滴加盐酸,有Cl2产生 ⅰ.由方案Ⅰ中溶液变红可知,a中含有　　　　,但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl-氧化,还可能由　　　　　　　　　　　　　　　　　　产生(用离子方程式表示)。  ⅱ.方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl-。用KOH溶液洗涤的目的是 　。  ②根据K2FeO4的制备实验可知,氧化性:Cl2　　　　Fe(填“>”或“<”),而方案Ⅱ实验表明,Cl2和Fe的氧化性强弱关系相反,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)湿法制备高铁酸钾 原理:强碱性介质中,Fe(NO3)3与KClO反应生成紫红色的高铁酸钾。 ①制备K2FeO4时,KClO饱和溶液(含KOH)与Fe(NO3)3饱和溶液的混合方式为 　。  ②提纯K2FeO4粗产品[含有Fe(OH)3、KCl等杂质]的实验方案为将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3 mol·L-1 KOH溶液中, (实验中须使用的试剂有:饱和KOH溶液、乙醇)。 解析:(1)①A中浓盐酸和高锰酸钾反应生成氯气,反应的化学方程式是2KMnO4+16HCl(浓) ===2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O。②浓盐酸具有挥发性,制得的氯气中混有氯化氢气体,可通过盛有饱和食盐水的洗气瓶除去。③C中得到紫色固体和溶液,紫色固体为K2FeO4,C中Cl2与Fe(OH)3反应生成K2FeO4,另外,Cl2与过量的KOH反应生成次氯酸钾、氯化钾和水。(2)①ⅰ.由方案Ⅰ中溶液变红可知,a中含有Fe3+,K2FeO4在碱性溶液中稳定,酸性溶液中快速产生O2,自身转化为Fe3+,发生的反应为4Fe+20H+===4Fe3++3O2↑+10H2O,则依据Fe3+的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl-氧化;ⅱ.K2FeO4具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在0~5 ℃、强碱性溶液中较稳定,方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl-,用KOH溶液洗涤的目的是确保K2FeO4在碱性环境中的稳定性,同时排除ClO-对验证的干扰;②在氧化还原反应中,氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,在K2FeO4的制备实验中,氧化性:Cl2>Fe,而方案Ⅱ得出,氧化性:Cl2<Fe,说明物质的氧化性的强弱与溶液的酸碱性有关。(3)①K2FeO4具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在0~5 ℃、强碱性溶液中较稳定,应该把Fe(NO3)3饱和溶液滴加到KClO溶液中,才能保证溶液的强碱性。 答案:(1)①2KMnO4+16HCl(浓) ===2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O　② ③Cl2+2KOH===KCl+KClO+H2O (2)①Fe3+　4Fe+20H+===4Fe3++3O2↑+10H2O　确保K2FeO4在碱性环境中的稳定性,同时排除ClO-对实验的干扰 　②>　物质的氧化性与溶液的酸碱性有关 　(3)①在搅拌下,将Fe(NO3)3饱和溶液缓慢滴加到KClO饱和溶液中　②快速过滤,将滤液置于冰水浴中,边搅拌边向滤液中加入饱和的KOH溶液至不再析出K2FeO4晶体,过滤,用乙醇洗涤晶体2~3次,减压干燥 第三讲　金属材料　金属的冶炼(基础落实课) |内|容|与|目|标| 1.了解金属材料及金属的冶炼方法。 2.了解合金的性能和新型合金的种类。 3.了解铝、镁、铜及其重要化合物的性质及应用。 4.了解海水提镁、铝土矿提铝的方法及原理。 第1课时　合金　镁、铝及其化合物 逐点清(一)　合金与金属材料 [再认再现·旧知新学] 1.合金 概念 合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质 特性 合金具有许多优良的物理、化学或机械性能。 ①熔点:一般比它的各成分金属的低; ②硬度和强度:一般比它的各成分金属的大 注意:①常温下,多数合金是固体,但钠—钾合金是液体。②合金的物理性质相对于各成分金属有所改变,但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。③并非所有的金属都能形成合金。如果一种金属还未熔化时,另一种金属已经汽化,则一般不能熔合在一起,如Cu与Na、Fe与Na等不能形成合金。 2.常见的合金材料 (1) (2) (3)铝合金:如硬铝。它的密度小、强度高,具有较强的抗腐蚀能力,是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。 (4)新型合金:新型储氢材料Ti—Fe合金和La—Ni合金。钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。 [边练边学·实践提能] 1.(2025·南通一模)我国历史文化悠久,流传下许多精美文物。下列文物主要由金属材料制成的是 (　　) 解析:选A　青铜属于合金,属于金属材料,故A正确;丝绸属于蛋白质,不是金属材料,故B错误;陶瓷主要成分为硅酸盐,属于无机非金属材料,故C错误;玉主要成分为硅酸盐,属于无机非金属材料,故D错误。 2.镁铝合金质优体轻,又不易锈蚀,被大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述中,正确的是 (　　) A.此合金的熔点比镁和铝的熔点都高 B.此合金能全部溶解于稀盐酸中 C.此合金能全部溶解于氢氧化钠溶液中 D.此合金的硬度比镁和铝的硬度都小 解析:选B　合金的熔点比各成分金属的低,硬度比各成分金属的大,A、D错误;镁和铝均可溶于稀盐酸,B正确;铝可溶于氢氧化钠溶液而镁不溶,C错误。 3.(2025·姜堰中学、如东中学、前黄中学三校联考)“中国制造”“一带一路”的基础设施建设都需要用到大量钢铁。下列有关钢铁的说法正确的是 (　　) A.钢是纯净物,生铁是合金 B.钢铁在潮湿的空气中容易生锈 C.生铁的熔点比纯铁高 D.生锈的钢铁制品没有回收价值 解析:选B　钢和生铁都是铁的合金,都属于混合物,A不符合题意;铁生锈的条件是铁与氧气和水接触,故钢铁在潮湿的空气中容易生锈,B符合题意;生铁是铁的合金,合金比组成它的纯金属的熔点低,故生铁的熔点比纯铁低,C不符合题意;生锈的钢铁,可以回收利用,D不符合题意。 4.下列成果所涉及的材料为金属材料的是 (　　) A.“神舟十八”号飞船使用的耐辐照光学窗材料——石英玻璃 B.“天宫”空间站使用的太阳能电池板材料——砷化镓 C.“福建号”航母使用的高强度甲板材料——合金钢 D.“C919”飞机使用的机身复合材料——碳纤维和环氧树脂 解析:选C　金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料。石英玻璃主要成分为SiO2,SiO2为新型无机非金属材料,不属于金属材料,故A错误。砷化镓是一种无机化合物,属于半导体材料,不属于金属材料,故B错误。合金钢是指钢除了铁、碳外,加入其他金属元素,所以属于金属材料,故C正确。碳纤维指的是含碳量在百分之九十以上的高强度高模量纤维,不属于金属材料;环氧树脂是一种高分子聚合物,也不属于金属材料,故D错误。 逐点清(二)　铝　铝土矿中提铝 [再认再现·旧知新学] (一)铝及其化合物 1.铝的性质 (1)结构及存在形式 结构 处于周期表的第三周期第ⅢA族,其原子结构示意图为 含量 铝是地壳中含量最多的金属元素 存在 在自然界中以化合态形式存在 (2)化学性质 ①Al在空气中易形成致密的氧化膜(Al2O3)。 ②与H+反应的离子方程式为2Al+6H+===2Al3++3H2↑。 ③与OH-反应的离子方程式为2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑。 ④与Fe2O3发生的铝热反应方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe。 ⑤常温下,铝遇浓H2SO4、浓HNO3发生钝化。 2.Al2O3的性质及应用 (1)Al2O3为两性氧化物,与NaOH、盐酸反应的离子方程式分别为 Al2O3+2OH-+3H2O===2[Al(OH)4]-,Al2O3+6H+===2Al3++3H2O。 (2)重要用途 ①作耐火材料:Al2O3的熔点很高,可制造耐火坩埚等。 ②冶炼金属铝:通过电解熔融氧化铝得到金属铝。 3.Al(OH)3的制备与性质 (1)制备(写出离子方程式) ①向可溶性铝盐溶液中加入足量氨水:Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3N 。  ②向Na[Al(OH)4]溶液中通入足量CO2:[Al(OH)4]-+CO2===Al(OH)3↓+HC。 (2)性质 Al(OH)3为两性氢氧化物,与强酸(H+)、强碱(OH-)反应的离子方程式分别为 Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O,Al(OH)3+OH-=== [Al(OH)4]-。 (二)由铝土矿提取铝的一般流程 　　由铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)提取Al2O3的两大工艺流程 1.酸溶法工艺流程 2.碱溶法工艺流程 [边练边学·实践提能] 一、铝及其化合物的性质及应用 1.(2025·苏锡常镇四市一调)下列有关铝及其化合物的性质和用途具有对应关系的是 (　　) A.Al2O3熔点高,可用作电解制铝 B.Al(OH)3不稳定,可用于治疗胃酸过多 C.明矾水解生成胶体,可用做絮凝剂 D.铝具有导热性,可用于制备铝热剂 解析:选C　Al2O3熔融可以电解生成铝单质,可用作电解制铝,但与其熔点高不具有对应关系,A错误;Al(OH)3能和胃酸反应,可用于治疗胃酸过多,但与Al(OH)3不稳定不具有对应关系,B错误;明矾水解生成胶体从而吸附水中悬浮物加速沉降用于净水,可用做絮凝剂,两者具有对应关系,C正确;铝具有还原性能还原一些金属氧化物,可用于制备铝热剂,但与铝具有导热性不具有对应关系,D错误。 2.(2025·徐州一模)将表面已完全钝化的铝条,插入下列溶液中,不会发生反应的是 (　　) A.稀硝酸　　　　　　　 B.稀盐酸 C.硝酸铜 D.氢氧化钠 解析:选C　表面已完全钝化的铝条,覆盖着致密的氧化膜,氧化膜的成分为氧化铝,氧化铝既可与酸反应又可与强碱反应,A、B、D项都能反应。 3.下列通过制取硫酸铝、氢氧化铝,获得氧化铝的装置和原理能达到实验目的的是 (　　) 解析:选C　常温下浓硫酸能使铝钝化得不到硫酸铝,选项A错误;过量氢氧化钠与硫酸铝反应生成四羟基合铝酸钠而得不到氢氧化铝,选项B错误;氢氧化铝不溶于水,可通过过滤与水分离,且过滤操作正确,选项C正确;灼烧固体用坩埚,不用蒸发皿,选项D错误。 二、涉及铝及其化合物的化工流程 4.某种粉煤灰含有50.19%的Al2O3、37.29%的SiO2,其余为Fe2O3、CaO等。利用该粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝的工艺流程如图所示。下列叙述不正确的是 (　　) A.“滤渣”的主要成分是二氧化硅 B.“树脂净化”的目的是将Al3+与Fe3+、Ca2+分离 C.“蒸发结晶”前应向氯化铝溶液中加入盐酸 D.循环使用X既能降低成本,又能防止污染环境 解析:选C　由流程可知,加盐酸反应后,过滤分离出的“滤渣”主要为SiO2,酸浸液中含Al3+、Fe3+、Ca2+,“树脂净化”除去了Fe3+、Ca2+,AlCl3的酸性溶液可抑制Al3+水解,蒸发结晶分离出X为HCl,焙烧结晶之后所得物质生成Al2O3和X(HCl)。“滤渣”的主要成分是SiO2,A正确;由制备最终产物Al2O3及流程可知,“树脂净化”的目的是将Al3+与Fe3+、Ca2+分离,B正确;“酸浸”时盐酸过量,“蒸发结晶”前溶液显酸性,因此不需要加盐酸,C错误;X为HCl,可在“酸浸”时循环使用,循环使用X既能降低成本,又能防止污染环境,D正确。 5.工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图: 对上述流程的判断不正确的是 (　　) A.试剂X可以为NaOH溶液,沉淀中含有铁的化合物 B.不宜用H2SO4溶液或稀盐酸代替CO2 C.反应Ⅱ为CO2+[Al(OH)4]- ===Al(OH)3↓+HC D.工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al,成本更低 解析:选D　分离氧化铝和氧化铁,要用强碱溶液,A正确;CO2可以和四羟基合铝酸盐反应制得氢氧化铝,用过量H2SO4溶液或稀盐酸代替CO2会导致生成的氢氧化铝溶解,B正确;过量的二氧化碳与四羟基合铝酸盐反应生成氢氧化铝沉淀与碳酸氢盐,C正确;Fe活动性较Al弱,与Al2O3不反应,D错误。 逐点清(三)　镁　海水中提镁 [再认再现·旧知新学] 1.镁及其化合物的转化 写出①~⑥的化学方程式: ①2Mg+CO22MgO+C。 ②MgO+2H+===Mg2++H2O。 ③Mg(OH)2MgO+H2O。 ④Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓。 ⑤Mg+2H+===Mg2++H2↑。 ⑥N2+3MgMg3N2。 2.海水中提镁 注意:在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁,防止MgCl2水解。 [边练边学·实践提能] 1.实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如图所示(夹持和加热装置略去): 下列说法正确的是 (　　) A.装置A、B中可依次加入浓硫酸、NaOH溶液 B.若去掉装置C,对产品纯度无影响 C.实验时应先加热装置C,通入一段时间空气后再加热装置D D.装置E中碱石灰的作用是吸收尾气 解析:选C　要制备氮化镁,需要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气,则装置A、B中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸,A错误;若去掉装置C,镁与氧气反应生成氧化镁,对产品纯度有影响,B错误;实验时,应先加热C,通入一段时间空气除去氧气,然后再加热装置D,C正确;装置E中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳,D错误。 2.(2025·南通通州模拟预测)工业用镁还原TiCl4制备金属Ti,工艺流程如图。下列说法不正确的是 (　　) A.工业上可通过电解熔融MgCl2制取金属Mg B.用金属Mg还原TiCl4过程中需要通入N2作保护气 C.“真空蒸馏”的目的是使Mg、MgCl2汽化,实现与Ti的分离 D.制得海绵钛中含有少量金属Mg,可以用稀盐酸浸泡除Mg 解析:选B　由于MgO的熔点高,电解MgO制备金属Mg能耗大,工业生产一般采用电解熔融的MgCl2方法制镁,故A正确;在点燃下金属镁和N2能反应,则用金属镁还原TiCl4过程中不能用N2作保护气,可通入Ar作保护气,故B错误;真空蒸馏时,需要将金属Mg、MgCl2分离除去,由于金属钛的熔点很高,因此真空蒸馏的目的是降低单质Mg和MgCl2的沸点,使Mg、MgCl2汽化,实现与Ti的分离,故C正确;制得的海绵钛中含有少量金属Mg,Ti常温下不与稀盐酸反应,Mg常温下与稀盐酸反应,因此可以用稀盐酸浸泡除Mg,故D正确。 3.从海水中提取镁的工艺流程如图所示: 回答下列问题: (1)海水通过结晶、过滤得到的固体物质主要是　　　　。  (2)怎样使MgCl2·6H2O失去结晶水得到MgCl2? 　 。  (3)上述工艺流程涉及到的基本反应类型有 　 　　 。  (4)写出流程中①③⑥的化学方程式: ① 　 ③ 　 ⑥ 　 答案:(1)NaCl　(2)将晶体置于HCl气体氛围中脱水 (3)化合反应、分解反应、复分解反应 (4)CaO+H2O===Ca(OH)2　Ca(OH)2+MgCl2===Mg(OH)2↓+CaCl2　MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ 随堂训练——融会贯通本课主干知识 阅读下列材料,完成1~3题。 碱土金属元素位于元素周期表的ⅡA族,它们的化合物应用广泛。历史上曾以格氏试剂(如CH3MgCl)在有机化学中有重要用途,但易与空气中的CO2等发生反应。盐卤水中含有MgCl2,常用于豆制品加工。MgCl2·6H2O受热分解最终生成MgO。钙在自然界中以大理石、石灰石、石膏等存在,实验室用石灰石与盐酸反应制取CO2,工业上用煅烧石灰石的方法制取生石灰。 1.下列物质结构与性质或性质与用途具有对应关系的是 (　　) A.MgCl2易溶于水,可用于制作豆腐的凝固剂 B.MgO是碱性氧化物,可用于吸收燃煤烟气中的SO2 C.MgO难溶于水,可用于制作耐高温材料 D.Mg2+的半径比Ca2+小,MgO的熔点比CaO低 解析:选B　MgCl2用作豆腐制作过程中的凝固剂是利用蛋白质在盐溶液中发生聚沉的性质,与其易溶于水无关,A错误;MgO是碱性氧化物,SO2是酸性氧化物,二者能发生反应:MgO+SO2===MgSO3,故MgO可用于吸收燃煤烟气中的SO2,有对应关系,B正确;氧化镁熔点高,可用于制作耐高温材料,与其难溶于水无关,C错误;离子晶体的熔点取决于金属的半径和电荷,通常半径小电荷大的熔点高,Mg2+和Ca2+所带的电荷数一样,Mg2+的半径比Ca2+小,MgO的熔点比CaO高,D错误。 2.实验室以CaCO3为原料,制备CO2并获得CaCl2·6H2O晶体。下列图示装置和原理能达到实验目的的是 (　　) A.用装置甲制取CO2 B.用装置乙除去CO2中的HCl C.用装置丙干燥并收集CO2 D.用装置丁蒸干溶液获得CaCl2·6H2O 解析:选C　稀硫酸与大理石反应生成微溶的硫酸钙,会覆盖在大理石表面,会阻止反应进一步发生,应该用稀盐酸与大理石反应制取CO2,A项错误;CO2和HCl都可以与饱和碳酸钠溶液反应,应该用饱和碳酸氢钠溶液除去CO2中的HCl,B项错误;CO2通入浓硫酸中干燥后,并用向上排空气法收集,C项正确;CaCl2·6H2O易失去结晶水,因此不能通过加热蒸发皿得到,可由氯化钙的热饱和溶液冷却结晶析出六水氯化钙结晶物,D项错误。 3.实验室模拟以磷石膏(含CaSO4·2H2O及杂质Al2O3、Fe2O3等)为原料制取轻质CaCO3,流程如下: 下列说法错误的是 (　　) A.“浸取1”时,加快搅拌速率、不断升高温度均可提高CaSO4的转化率 B.“浸取1”时,应先通NH3再通CO2,滤液1中浓度最大的阴离子为S C.“浸取2”时,发生反应的离子方程式为CaO+2N+H2O===Ca2++2NH3·H2O D.“浸取2”时,所得滤渣2的主要成分为Al2O3、Fe2O3 解析:选A　A项,“浸取1”用到了气体原料氨气和二氧化碳,气体在水中的溶解度随温度升高而减小,因此温度过高不利于提高浸取率即CaSO4的转化率,错误;B项,由于NH3极易溶于水,CO2相对难溶于水,易溶于氨化后的碱性溶液,故“浸取1”时,应先通NH3再通CO2,发生的反应为CaSO4·2H2O+2NH3+CO2===CaCO3+(NH4)2SO4+H2O,故滤液1中主要溶质为(NH4)2SO4,浓度最大的阴离子为S,正确;滤渣1的成分是碳酸钙、氧化铝和氧化铁,高温加热时碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳,“浸取2”中氯化铵与氧化钙发生反应,反应的离子方程式为CaO+2N+H2O===Ca2++2NH3·H2O,所得滤渣2的主要成分为Al2O3、Fe2O3,C、D正确。 [课时跟踪检测] (说明:标的为难度题,建议教师重点讲评) 一、选择题 1.郑和下西洋,开辟了一条新的贸易之路。下列商品主要成分是合金材料的是 (　　) A.丝绸 B.玉器 C.郑和铜钟 D.纸张 解析:选C　丝绸的材料主要是蚕丝或者人造丝,A错误;玉器的主要成分为硅酸盐或者二氧化硅,B错误;铜钟主要为铜锡合金,C正确;纸张的主要成分为纤维素,D错误。 2.下列有关镁及其化合物物质性质与用途具有对应关系的是 (　　) A.MgCl2易溶于水,可用于电解冶炼镁 B.Mg(OH)2具有两性,可用作胃酸中和剂 C.MgO的熔点高,可制造耐火材料 D.CO2不支持燃烧,可用作镁着火时的灭火剂 解析:选C　MgCl2为离子化合物,电解熔融MgCl2制得Mg,A错误;Mg(OH)2具有碱性,可用于制胃酸中和剂,B错误;镁能在CO2中燃烧,D错误。 3.铝是地壳中含量最高的金属元素,下列关于铝及其化合物的说法错误的是 (　　) A.纯铝的硬度和强度较小,不适合用于制造机器零部件 B.可用NaOH溶液除去Fe2O3粉末中少量的Al2O3 C.铝合金是用来制造飞机和航天飞船的理想材料 D.铝制品廉价易得,适用于厨房蒸煮和长期存放碱性食物 解析:选D　制造机器零部件要求材料硬度高、强度好,而纯铝硬度、强度较小,不适合用于制造机器零部件,A正确;氧化铁不与氢氧化钠溶液反应,氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠,B正确;铝合金硬度高、质量轻,是用来制造飞机和航天飞船的理想材料,C正确;铝能与酸、碱发生反应,铝制品不能长期存放酸性或碱性较强的食物,D错误。 4.(2025·徐州一模)镁、铝都是较活泼的金属,下列描述中正确的是 (　　) A.铝热剂是镁条、铝粉和氧化铁的混合物 B.镁、铝都能跟稀盐酸、稀硫酸、强碱反应 C.镁在点燃条件下可以与二氧化碳反应,铝在一定条件下可以与氧化铁发生氧化还原反应 D.高温下,镁、铝在空气中都有抗腐蚀性 解析:选C　在铝热反应中将铝粉和氧化铁的混合物称为铝热剂,镁条的燃烧提供引发反应所需的热量,故A错误;铝既能与酸又能与强碱反应,则铝能和稀盐酸、稀硫酸、强碱反应,但镁不能与强碱反应,故B错误;镁与二氧化碳在点燃条件下能够反应生成氧化镁和碳,铝与氧化铁在高温条件下生成铁和氧化铝,该反应属于置换反应,也属于氧化还原反应,故C正确;高温下,Mg、铝能与氧气反应生成氧化物,则高温下镁和铝在空气中没有抗腐蚀性,故D错误。 5.下列由废铝粉、稀盐酸和氨气为原料制取Al2O3的实验原理和装置不能达到实验目的的是 (　　) A.用装置甲溶解废铝粉 B.用装置乙制取Al(OH)3固体 C.用装置丙过滤得到Al(OH)3固体 D.用装置丁灼烧Al(OH)3固体制得Al2O3 解析:选D　铝粉与稀盐酸反应制得AlCl3,可以在烧杯中反应,A正确;NH3与AlCl3溶液发生反应生成Al(OH)3沉淀,由于NH3极易溶于水,故需要使用倒置漏斗防止倒吸,B正确;用过滤的方法可以分离固体与液体,C正确;灼烧时,Al(OH)3应放在坩埚中,D错误。 6.(2024·广东卷)部分含Mg或Al或Fe物质的分类与相应化合价关系如图。下列推断合理的是 (　　) A.若a在沸水中可生成e,则a→f的反应一定是化合反应 B.在g→f→e→d转化过程中,一定存在物质颜色的变化 C.加热c的饱和溶液,一定会形成能产生丁达尔效应的红棕色分散系 D.若b和d均能与同一物质反应生成c,则组成a的元素一定位于周期表p区 解析:选B　若a在沸水中可生成e,此时a为Mg,e为Mg(OH)2,即f为镁盐,a→f的反应有多种,可能为Mg+2HCl===MgCl2+H2↑,该反应属于置换反应,可能为Mg+Cl2MgCl2,该反应属于化合反应,综上a→f的反应不一定是化合反应,故A错误。e能转化为d,此时e为白色沉淀Fe(OH)2,d为红褐色沉淀Fe(OH)3,说明在g→f→e→d转化过程中,一定存在物质颜色的变化,故B正确。由题意得,此时能产生丁达尔效应的红棕色分散系为Fe(OH)3胶体,c应为铁盐,加热铁盐的饱和溶液,也有可能直接得到Fe(OH)3沉淀,故C错误。假设b为Al2O3,即d为Al(OH)3,c为铝盐,Al2O3、Al(OH)3与稀盐酸反应均生成铝盐,此时组成a的元素为Al,位于周期表p区;假设b为Fe2O3,即d为Fe(OH)3,c为铁盐,Fe2O3、Fe(OH)3与稀盐酸反应均生成铁盐,此时组成a的元素为Fe,位于周期表d区,故D错误。 7.目前世界上主要依赖镁矿石进行镁生产,但镁矿资源有限,存在供需矛盾。而海水中的镁资源丰富,因此海水提炼镁成为一种重要的补充方式。模拟从海水中提取镁的实验装置、操作及目的如图所示,能达到实验目的的是 (　　) 选项 装置 操作及目的 A 在石英坩埚中煅烧贝壳至900 ℃,得到生石灰 B 浓缩海水,加生石灰反应后过滤,得到Mg(OH)2 C 蒸发MgCl2溶液,得到无水MgCl2 D 电解MgCl2溶液,制备金属Mg 解析:选B　煅烧可在坩埚中进行,但高温下二氧化硅与碳酸钙反应,应选铁坩埚,故A错误;氢氧化镁不溶于水,可选图中过滤装置分离出氢氧化镁,故B正确;蒸发促进镁离子水解,且生成的盐酸易挥发,应在HCl气流中蒸发得到无水氯化镁,故C错误;惰性电极电解MgCl2溶液,生成氢氧化镁、氯气、氢气,应电解熔融氯化镁制备Mg,故D错误。 8.从海水中提取镁的步骤是将石灰乳加入海水沉淀池中,得到氢氧化镁沉淀,再将氢氧化镁与盐酸反应,得到的溶液蒸发结晶,获得六水合氯化镁晶体(MgCl2·6H2O),进一步操作得到无水氯化镁,电解熔融氯化镁可获得单质镁。下列有关海水提镁的说法正确的是 (　　) A.得到Mg(OH)2沉淀的化学方程式:2NaOH+MgCl2===Mg(OH)2↓+2NaCl B.加入盐酸,Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)平衡正向移动 C.在空气中加热灼烧MgCl2·6H2O可得到无水氯化镁晶体 D.电解熔融氯化镁时金属镁在阳极析出 解析:选B　用石灰乳将海水中的镁离子沉淀,而不是NaOH溶液,故A错误;加入盐酸,H+能中和OH-,使c(OH-)降低,平衡正向移动,故B正确;MgCl2水解为Mg(OH)2和HCl,在空气中加热MgCl2·6H2O时,由于水解是吸热反应,且加热促进HCl的挥发,因此不能得到无水氯化镁晶体,故C错误;电解熔融氯化镁时,镁离子在阴极得到电子变成为金属镁析出,故D错误。 9.(2025·苏州高三开学考试)由工业废渣(主要含Fe、Si、Al等的氧化物)制取聚合硫酸铁铝净水剂的流程如下: 下列有关说法不正确的是 (　　) A.“浸取”时先将废渣粉碎并不断搅拌,有利于提高铁、铝元素的浸取率 B.Al2O3与稀硫酸反应的离子方程式为Al2O3+6H+===2Al3++3H2O C.“过滤”前用K3[Fe(CN)6]检验浸取液中是否存在Fe2+的反应是氧化还原反应 D.聚合硫酸铁铝水解形成的胶体具有吸附作用 解析:选C　将废渣粉碎并不断搅拌,可以增大接触面积、加快反应速率,有利于提高铁、铝元素的浸取率,A正确;Al2O3与稀硫酸反应生成硫酸铝和水,离子方程式为Al2O3+6H+===2Al3++3H2O,B正确;用K3[Fe(CN)6]检验浸取液中是否存在Fe2+,K3[Fe(CN)6]与Fe2+发生反应产生蓝色沉淀:K++Fe2++===KFe[Fe(CN)6]↓,反应中无元素化合价的变化,不是氧化还原反应,C错误;聚合硫酸铁铝水解可以生成氢氧化铝和氢氧化铁胶体,胶体表面积较大,具有吸附作用,D正确。 10.(2025·南通海安高级中学模拟)用镁还原TiCl4可制取高熔点的金属钛,工艺流程如图。下列说法不正确的是 (　　) A.工业上电解熔融MgCl2可制备金属Mg B.“高温还原”时,发生反应的化学方程式为2Mg+TiCl4Ti+2MgCl2 C.用金属镁还原TiCl4过程中需通入N2或Ar作保护气 D.“真空蒸馏”的目的是使Mg、MgCl2汽化,实现与Ti的分离 解析:选C　工业生产一般采用电解熔融MgCl2的方法制镁,所得Mg通过“高温还原”TiCl4、发生反应2Mg+TiCl4Ti+2MgCl2制取金属钛,再经过真空蒸馏提纯钛等步骤得到钛产品。由于MgO的熔点高,电解MgO制备金属Mg能耗大,工业生产一般采用电解熔融MgCl2的方法,A项正确;还原时,发生反应的化学方程式为2Mg+TiCl4Ti+2MgCl2,B项正确;点燃下金属镁和N2能反应,则用金属镁还原TiCl4过程中N2不能用作保护气,可通入Ar作保护气, C项错误;真空蒸馏时,需要将金属Mg、MgCl2分离除去,由于金属钛的熔点很高,因此真空蒸馏的目的是为了降低单质Mg和MgCl2的沸点,使Mg、MgCl2汽化,实现与Ti的分离,D项正确。 二、非选择题 11.(11分)利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备铝鞣剂[主要成分为Al(OH)2Cl]的一种工艺如下: (1)气体A能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。铝灰在90 ℃时水解生成A的化学方程式为 　,  “水解”采用90 ℃而不在室温下进行的原因是　 。  (2)“酸溶”时,Al2O3发生反应的离子方程式为　 。  (3)“氧化”时,发生反应的离子方程式为 　。  (4)“废渣”的成分为　　　　　　(填化学式)。  (5)采用喷雾干燥而不用蒸发的原因是 　。  答案:(1)AlN+3H2OAl(OH)3+NH3↑ 加快AlN的水解反应速率,降低NH3在水中的溶解度,促使NH3逸出 (2)Al2O3+6H+===2Al3++3H2O (3)2Fe2++2H++ClO-===2Fe3++Cl-+H2O (4)Fe(OH)3 (5)防止Al(OH)2Cl水解生成Al(OH)3 12.(9分)锌和铝都是活泼金属,其氢氧化物既能溶于强酸溶液,又能溶于强碱溶液,但是Al(OH)3不溶于氨水,而Zn(OH)2能溶于氨水,生成[Zn(NH3)4]2+。 回答下列问题: (1)单质铝溶于NaOH溶液后,溶液中铝元素的存在形式为　　　　(用化学式表示)。  (2)写出锌和NaOH溶液反应的离子方程式: 　。  (3)下列各组中的两种溶液,用相互滴加的实验方法可以鉴别的是　　　　(填序号)。  ①Al2(SO4)3和NaOH　 ②Al2(SO4)3和氨水 ③ZnSO4和NaOH ④ZnSO4和氨水 (4)写出可溶性铝盐和氨水反应的离子方程式:　 。  试解释实验室不宜用可溶性锌盐与氨水反应制取氢氧化锌的原因: 　。  解析:(1)Al与NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]。(2)锌与NaOH溶液反应的离子方程式为Zn+2OH-+2H2O=== [Zn(OH)4]2-+H2↑。(3)①Al2(SO4)3与NaOH溶液滴加顺序不同,现象不同,可鉴别;②Al2(SO4)3与氨水滴加顺序不同,现象相同,不可鉴别;③ZnSO4与NaOH溶液滴加顺序不同,现象不同,可鉴别;④ZnSO4与氨水滴加顺序不同,现象不同,可鉴别。(4)可溶性铝盐与氨水反应生成Al(OH)3,反应的离子方程式为Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3N,因Zn(OH)2能溶于氨水,故在实验室里不能用可溶性锌盐与氨水反应制取Zn(OH)2。 答案:(1)[Al(OH)4]- (2)Zn+2OH-+2H2O=== [Zn(OH)4]2-+H2↑ (3)①③④ (4)Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3N 可溶性锌盐与氨水反应产生的Zn(OH)2可溶于过量氨水中,生成[Zn(NH3)4]2+,氨水的用量不易控制 第2课时　铜　金属的冶炼 逐点清(一)　铜及其化合物 [再认再现·旧知新学] (一)铜的主要性质 1.与非金属的反应(写出化学方程式) (1)与O2加热反应:2Cu+O22CuO。 (2)在潮湿空气中生锈反应:2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3。 (3)与S加热反应:2Cu+SCu2S。 2.与氧化性酸反应 (1)与浓硫酸共热的化学方程式:Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O。 (2)与稀硝酸反应的离子方程式:3Cu+8H++2N===3Cu2++2NO↑+4H2O。 (3)与浓硝酸反应的离子方程式:Cu+4H++2N===Cu2++2NO2↑+2H2O。 3.与某些盐溶液反应 (1)与硝酸银溶液反应的离子方程式:Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+。 (2)与FeCl3溶液反应的离子方程式:Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+。 注意:Cu与稀H2SO4不反应,但在通入O2的条件下,Cu可在稀H2SO4中逐渐溶解: 2Cu+O2+2H2SO4===2CuSO4+2H2O。 (二)铜的化合物的性质 1.氧化物 CuO 黑色难溶于水的固体,与酸反应,可以用H2、CO、Al还原出Cu Cu2O ①红色难溶于水的固体。 ②与酸(H+)反应为Cu2O+2H+===Cu+Cu2++H2O。 ③Cu2O遇到HNO3发生氧化反应生成Cu2+。 ④与H2反应:Cu2O+H22Cu+H2O。 ⑤CuO加强热的反应:4CuO2Cu2O+O2↑ 注意:Cu+的性质及检验 ①+1价的铜有较强的还原性,易被氧化剂氧化为+2价。②+1价铜在酸性条件下能发生歧化反应生成Cu和Cu2+,利用这一原理可区别Cu和Cu2O。 2.氢氧化铜 3.铜盐 微点精研 重要的含铜配合物 (1)Cu2(OH)2CO3 名称为碱式碳酸铜,呈绿色,是铜锈的主要成分,受热易分解的方程式为Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2↑。 (2)CuSO4 ①CuSO4·5H2O为蓝色晶体,俗称蓝矾或胆矾。受热或遇浓硫酸,蓝色晶体变为白色粉末。 ②无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O),可作为水或水蒸气的检验试剂,不能作为干燥剂。 ③CuSO4溶液中滴加几滴氨水,形成难溶物,离子方程式: Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2N。继续添加氨水,难溶物溶解,得到深蓝色溶液,离子方程式:Cu(OH)2+4NH3=== [Cu(NH3)4]2++2OH-。再向溶液中加入乙醇,析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O,现象为析出深蓝色晶体。  微点澄清训练 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)铁、铜在潮湿的空气中均易形成金属氧化物 (×) (2)Cu2O和CuO在稀硫酸中反应原理相同 (×) (3)清除铜制品表面的铜绿用稀HNO3 (×) (4)铜在潮湿的空气中生成的铜锈为绿色,主要成分为Cu2(OH)2CO3 (√) (5)无水硫酸铜可以检验水蒸气的生成,现象是白色变成蓝色 (√) (6)常温下将Cu投入浓H2SO4和浓HNO3中均可发生反应生成铜盐 (×) 2.铜是人类发现最早并广泛使用的一种金属。回答下列问题: (1)实验室使用稀硫酸和H2O2溶解铜片,该反应的化学方程式为 　。 (2)电子工业使用FeCl3溶液刻蚀印刷电路板铜箔,写出该过程的离子方程式: 　。  配制的CuCl2溶液应保持　　　　(填“酸性”“碱性”或“中性”),原因是 　。  答案:(1)Cu+H2O2+H2SO4===CuSO4+2H2O (2)2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+　酸性　酸性条件下抑制Cu2+水解 [边练边学·实践提能] 一、铜及其化合物的性质 1.下列铜及其化合物性质与用途具有对应关系的是 (　　) A.铜单质具有延展性,可以传输电流 B.Cu2O的熔、沸点较高,可用作催化剂 C.Cu(OH)2具有氧化性,可用于检验醛基 D.CuSO4能使蛋白质变性,可用于饮用水消毒 解析:选C　铜具有导电性,可以传输电流,A错误;Cu2O的熔、沸点较高,与其可用作催化剂无因果关系,B错误;醛基能被新制Cu(OH)2氧化,生成砖红色沉淀Cu2O,C正确;Cu2+是重金属离子,对人体有害,不可用于饮用水消毒,D错误。 2.在指定条件下,下列选项所示的物质间的转化能实现的是 (　　) 解析:选A　由反应Cu2S+O22Cu+SO2,可知物质之间的转化能实现,A符合题意;由反应Cu+Fe2(SO4)3===CuSO4+2FeSO4,可知物质之间的转化不能实现,B不符合题意;由反应2Cu+SCu2S,可知物质之间的转化不能实现,C不符合题意;常温下,Cu和浓硫酸不反应,可知物质之间的转化不能实现,D不符合题意。 3.(2024·山东卷改编)钧瓷是宋代五大名瓷之一,其中红色钧瓷的发色剂为Cu2O。为探究Cu2O的性质,取等量少许Cu2O分别加入甲、乙两支试管,进行如下实验。下列说法正确的是 (　　) 实验操作及现象 试管甲 滴加过量0.3 mol·L-1HNO3溶液并充分振荡,砖红色沉淀转化为另一颜色沉淀,溶液显浅蓝色;倾掉溶液,滴加浓硝酸,沉淀逐渐消失 试管乙 滴加过量6 mol·L-1氨水并充分振荡,沉淀逐渐溶解,溶液颜色为无色;静置一段时间后,溶液颜色变为深蓝色 A.试管甲中新生成的沉淀为金属Cu B.试管甲中沉淀的变化均体现了HNO3的氧化性 C.试管乙实验可证明Cu(Ⅰ)与NH3形成有色配合物 D.上述两个实验表明Cu2O为两性氧化物 解析:选A　Cu2O中滴加过量0.3 mol·L-1 HNO3溶液并充分振荡,砖红色沉淀转化为另一颜色沉淀,溶液显浅蓝色,说明Cu2O转化成Cu2+,Cu元素的化合价由+1价升至+2价,根据氧化还原反应的特点知,另有Cu元素的化合价由+1价降至0价,新生成的沉淀为金属Cu,A项正确;Cu2O与0.3 mol·L-1HNO3发生的反应为Cu2O+2HNO3===Cu(NO3)2+Cu+H2O,该过程中HNO3表现酸性,后滴加浓硝酸发生的反应为Cu+4HNO3(浓) ===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,该过程中HNO3表现氧化性和酸性,B项错误;Cu2O中滴加过量6 mol·L-1氨水充分振荡,沉淀逐渐溶解得到无色溶液,静置一段时间无色溶液变为深蓝色,说明Cu(Ⅰ)与NH3形成无色配合物易被空气中的O2氧化成深蓝色[Cu(NH3)4]2+,C项错误;既能与酸反应又能与碱反应的氧化物为两性氧化物,Cu2O溶于6 mol·L-1氨水形成的是配合物,Cu2O不属于两性氧化物,是碱性氧化物,D项错误。 二、涉及铜的化学工艺流程 4.碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]是一种用途广泛的化工原料,实验室中以废铜屑为原料,制取碱式碳酸铜的流程如下。下列说法错误的是 (　　) A.“加热”步骤可选用水浴加热 B.“酸浸”产生的气体可用NaOH溶液吸收 C.“滤液”中溶质的主要成分为NaNO3 D.可用盐酸和BaCl2溶液检验“滤液”中是否有C 解析:选B　“加热”的温度为70 ℃,可选用水浴加热,A正确;“酸浸”产生的气体为NO,与NaOH溶液不反应,不能用NaOH 溶液吸收,B错误;“滤液”中溶质的主要成分为NaNO3,C正确;C的检验是先加氯化钡溶液,产生白色沉淀,再往白色沉淀中加入盐酸,沉淀完全溶解,且产生无色无味气体,D正确。 5.(2023·河北卷)闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离,同时得到的CuCl可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下: 综合应用·重点加练 聚焦高考题中的铜元素 已知:室温下的Ksp(CuCl)=10-6.8。 回答下列问题: (1)首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到,其主要成分为　　　　　　　　　(填化学式)。  (2)滤渣的主要成分为　　　　(填化学式)。  (3)浸取工序的产物为[Cu(NH3)2]Cl,该工序发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①,氧化工序发生反应的离子方程式为 　。  (4)浸取工序宜在30~40 ℃之间进行,当环境温度较低时,浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是 　　。  (5)补全中和工序中主反应的离子方程式:[Cu(NH3)2]++2H++Cl-===　　　　+　　　　。  (6)真空干燥的目的为 　　　　　　　　　　　。  解析:由题给流程可知,铜包钢用由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到的二氯化四氨合铜深蓝色溶液浸取,将铜转化为一氯化二氨合亚铜,过滤得到含有铁的滤渣和一氯化二氨合亚铜滤液;将滤液的一半经氧化工序将一氯化二氨合亚铜转化为可以循环使用的二氯化四氨合铜;滤液的一半加入硫酸、盐酸中和,将一氯化二氨合亚铜转化为硫酸亚铜和氯化亚铜沉淀,过滤得到含有硫酸铵、硫酸亚铜的滤液和氯化亚铜;氯化亚铜经盐酸、乙醇洗涤后,真空干燥得到氯化亚铜;硫酸亚铜溶液发生置换反应生成海绵铜。 (1)由分析可知,由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到的深蓝色溶液①为二氯化四氨合铜; (2)由分析可知,滤渣的主要成分为铁; (3)由分析可知,浸取工序发生的反应为二氯化四氨合铜溶液与铜反应生成一氯化二氨合亚铜,反应的化学方程式为[Cu(NH3)4]Cl2+Cu===2[Cu(NH3)2]Cl;氧化工序中一氯化二氨合亚铜发生的反应为一氯化二氨合亚铜溶液与氨水、氧气反应生成二氯化四氨合铜和水,反应的离子方程式为8NH3+4[Cu(NH3)2]++O2+4H+===4[Cu(NH3)4]2++2H2O; (4)盐酸与氨水反应生成氯化铵和水的反应为放热反应,反应放出的热量可以使反应温度保持在30~40 ℃之间,所以当环境温度较低时,浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取; (5)由题给方程式可知,溶液中加二氨合亚铜离子与氯离子、氢离子反应生成氯化亚铜沉淀和铵根离子,反应的离子方程式为[Cu(NH3)2]++2H++Cl-===CuCl↓+2N; (6)氯化亚铜易被空气中的氧气氧化,所以为了防止干燥过程中氯化亚铜被氧化,应采用真空干燥的方法干燥。 答案:(1)[Cu(NH3)4]Cl2　(2)Fe (3)[Cu(NH3)4]Cl2+Cu===2[Cu(NH3)2]Cl　8NH3+4[Cu(NH3)2]++O2+4H+===4[Cu(NH3)4]2++2H2O (4)盐酸和液氨反应放热　(5)CuCl↓　2N (6)防止干燥过程中CuCl被空气中的O2氧化 逐点清(二)　金属的冶炼 [再认再现·旧知新学] 1.金属在自然界中的存在形式 2.金属冶炼的实质 金属冶炼的过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程,即:Mn++ne-===M。 3.金属冶炼的方法(用化学方程式表示) 金属活动性与冶炼方法的关系: 电解法 Na 2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ Mg MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ Al 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 热还原法 高炉炼铁 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 铝热反应制铁 2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe 焦炭还原铜 C+2CuO2Cu+CO2↑ 热分解法 Hg 2HgO2Hg+O2↑ 注意:①冶炼Mg时只能电解MgCl2不能电解MgO,原因是MgO的熔点高,熔融时耗费更多能源,增加生产成本。②冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3,原因是AlCl3是共价化合物,熔融态不导电。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。③铝热反应可以制铁,也可以制备难熔的活泼性比Al弱的金属如Cu、Cr、Mn等。 [边练边学·实践提能] 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼,人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质 (×) (2)炼铁时加入的焦炭除了提供热量外,还用来制造还原剂一氧化碳 (√) (3)所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应 (×) (4)电解NaCl溶液可以制备金属钠 (×) 2.冶炼金属一般有下列四种方法:①焦炭法;②水煤气法;③活泼金属置换法;④电解法。四种方法在工业上均有应用,古代有:(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜;(Ⅱ)湿法炼铜。现代有:(Ⅲ)铝热法炼铬;(Ⅳ)从光卤石中炼镁。对它们的冶炼方法的分析不正确的是 (　　) A.(Ⅰ)—①　　　　　 B.(Ⅱ)—② C.(Ⅲ)—③ D.(Ⅳ)—④ 解析:选B　(Ⅰ)火烧孔雀石是采用焦炭法冶炼金属铜,对应方法①,故A正确;(Ⅱ)湿法炼铜是采用金属置换法冶炼金属铜,对应方法③,故B错误;(Ⅲ)铝热反应是采用金属置换法冶炼金属,对应方法③,故C正确;(Ⅳ)从光卤石中冶炼金属镁是采用电解熔融氯化镁的方法,对应方法④,故D正确。 3.明代宋应星著的《天工开物》中有关于“火法”冶炼锌的工艺记载:“炉甘石十斤,装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火煅红……冷淀,毁罐取出……即倭铅也。”下列说法不正确的是(注:炉甘石的主要成分为碳酸锌) (　　) A.该冶炼锌的反应属于置换反应 B.煤炭中起作用的主要成分是C C.冶炼Zn的反应方程式为ZnCO3+2CZn+3CO↑ D.倭铅是指金属锌和铅的混合物 链接拓展 大学教材中的金属冶炼 解析:选D　该冶炼锌的反应属于置换反应,A正确;煤炭中起作用的主要成分是C,做还原剂,B正确;C项,冶炼Zn的反应方程式正确;由题意和方程式知,倭铅是指金属锌,D错误。 4.《秋浦歌》中的一首“炉火照天地,红星乱紫烟。赧郎明月夜,歌曲动寒川”描写的是我国古代劳动人民“冶炼金属”的热烈场面。下列有关金属冶炼的说法错误的是 (　　) A.应用热还原法可以冶炼铁 B.应用铝热法可以冶炼镁 C.应用电解法可以冶炼铝 D.应用热分解法可以冶炼汞 解析:选B　Mg的还原性强于铝,不能采用铝热法冶炼Mg,可采用电解熔融MgCl2的方法冶炼镁。 随堂训练——融会贯通本课主干知识 阅读下列材料,完成1~3题。 信息、能源、材料是化学发展的三大支柱。材料的种类很多,主要包括无机非金属材料、金属材料、有机高分子材料和复合材料等。其中金属材料包括纯金属和它们的合金。日常使用的金属材料,大多数属于合金。金属材料对于促进生产发展、改善人类生活发挥着巨大作用。 1.下列文物的材质属于金属材料的是 (　　) A.青花碗　　　　　B.汉竹简 C.商朝后期陶埙　　　D.垂鳞纹秦公铜鼎 解析:选D　青花碗主要原料是自然界的硅酸盐矿物,如黏土、长石、石英等,属于无机非金属材料,A错误;汉竹简主要成分为纤维素,属于天然有机高分子,B错误;陶瓷主要成分是硅酸盐,属于无机非金属材料,C错误;垂鳞纹秦公铜鼎主要成分为铜,属于金属材料,D正确。 2.下列有关材料的说法正确的是 (　　) A.在钢中加入某些稀土元素,可增强钢的强度、韧性和塑性 B.“深地一号”装备中制造钻头用的金刚石为金属晶体 C.部分汽车机盖上使用的碳纤维是一种新型有机高分子材料 D.用来生产电闸、灯口和开关等产品的酚醛树脂属于聚酯类化合物 解析:选A　在钢中加入某些稀土元素形成的合金,可增强钢的韧性、塑性等,使得钢材具有更好的机械性能,A项正确;金刚石为共价晶体,B项错误;碳纤维属于碳单质,不是新型有机高分子材料,C项错误;酚醛树脂是由酚类和醛类缩聚反应而成的,不属于聚酯,D项错误。 3.化学是材料科学的基础。下列说法不正确的是 (　　) A.新型半导体材料氮化镓的化学式为GaN B.太阳能电池材料钛酸钙(CaTiO3)中钛属于副族元素 C.“玉兔号”月球车的热源材料Pu与Pu互为同素异形体 D.储氢材料镍镧合金中镍元素位于周期表的第四周期第Ⅷ族 解析:选C　氮化镓的化学式为GaN,具有良好的半导体性能,是性能优良的新型半导体材料,A正确; 钛为22号元素,属于第ⅣB族,为副族元素,B正确Pu与Pu是质子数相同、中子数不同的核素,两者互为同位素,不互为同素异形体,C错误;镍为28号元素,该元素位于周期表的第四周期第Ⅷ族,D正确。 [课时跟踪检测] 一、选择题 1.(2025·宿迁一模)材料是人类生存和发展的物质基础。下列属于金属材料的是 (　　) A.普通玻璃　　　　 B.氮化硅陶瓷 C.硬铝 D.酚醛树脂 解析:选C　普通玻璃是传统无机非金属材料,A错误;氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料,B错误;硬铝是合金,属于金属材料,C正确;酚醛树脂是有机高分子材料,D错误。 2.下列关于金属的冶炼方法叙述不正确的是 (　　) 选项 金属 存在形式 冶炼方法 A 金 游离态 金子比沙子密度大,利用水洗法直接分离 B 银 化合态 银的金属性弱,用加热Ag2O的方法冶炼 C 铁 化合态 铝的金属性比铁强,可用铝热法炼铁 D 钠 化合态 钠的金属性强,一般还原剂很难将其还原出来,所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼 解析:选D　通常采用电解熔融NaCl的方法来冶炼钠,D错误。 3.金属的冶炼与生产、生活及国防军事等领域均密切相关。下列有关金属冶炼的原理错误的是 (　　) A.用电解法制取金属钠:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ B.用Na、Mg等活泼金属为还原剂冶炼Ti:2Mg+TiCl4(熔融)Ti+2MgCl2 C.用Al做还原剂冶炼金属V:3V2O5+10Al6V+5Al2O3 D.用H2做还原剂冶炼金属Ag:Ag2O+H22Ag+H2O 解析:选D　电解熔融氯化钠制取金属钠,反应的化学方程式是2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑,故A正确;Na、Mg的活泼性大于Ti,可用Na、Mg等活泼金属为还原剂冶炼Ti,反应的化学方程式是2Mg+TiCl4(熔融)Ti+2MgCl2,故B正确;铝的还原性大于钒,用Al做还原剂可以冶炼金属V,反应的化学方程式是3V2O5+10Al6V+5Al2O3,故C正确;银是不活泼金属,一般采用加热Ag2O的方法冶炼Ag,故D错误。 4.实验室用含有少量氧化铁杂质的废铜粉制取无水硫酸铜的实验步骤如下。 下列有关说法正确的是 (　　) A.溶解废铜粉的“过量酸”是指稀硝酸 B.气体A是Cl2,将亚铁离子氧化为铁离子 C.生成沉淀D的离子方程式可以为3CuO+2Fe3++3H2O===2Fe(OH)3↓+3Cu2+ D.从溶液中得到无水硫酸铜的方法是蒸发浓缩、冷却结晶 解析:选C　“过量酸”应为浓硫酸,不能使用稀硝酸,原因是会引入N杂质,A错误;向混合溶液中通入气体A的作用是将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子,气体A为氧气,不能使用氯气,原因是会引入Cl-杂质,B错误;加入固体B的作用是调节溶液的pH,使Fe3+变为 Fe(OH)3 沉淀而除去,为了不引入新的杂质,可选用CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3,若加入CuO,发生反应的离子方程式为3CuO+2Fe3++3H2O===2Fe(OH)3↓+3Cu2+,C正确;从溶液中蒸发浓缩、冷却结晶得到的是CuSO4·5H2O晶体,D错误。 5.(2025·南通如皋期初检测)利用废蚀刻液(含FeCl2、CuCl2及FeCl3)制备碱性蚀刻液[Cu(NH3)4Cl2溶液]和FeCl3·6H2O的主要步骤:用H2O2氧化废蚀刻液,制备氨气,制备碱性蚀刻液[CuCl2+4NH3===Cu(NH3)4Cl2]、固液分离,用盐酸溶解沉淀并制备FeCl3·6H2O。下列实验原理和装置不能达到实验目的的是 (　　) A.用装置甲制备NH3 B.用装置乙制备Cu(NH3)4Cl2并沉铁 C.用装置丙分离Cu(NH3)4Cl2溶液和Fe(OH)3 D.用装置丁将FeCl3溶液蒸干制备FeCl3·6H2O 解析:选D　实验室制备氨气,可用氢氧化钙、氯化铵在加热条件下进行,故A正确;氨气易溶于水,注意防止倒吸,氨气与溶液反应生成Cu(NH3)4Cl2和氢氧化铁,故B正确;分离固体和液体,可用过滤的方法,故C正确;应在蒸发皿中蒸发,且避免氯化铁水解,更不能直接蒸干,故D错误。 6.(2024·北京卷)可采用Deacon催化氧化法将工业副产物HCl制成Cl2,实现氯资源的再利用。反应的热化学方程式:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)　ΔH=-114.4 kJ·mol-1。下图所示为该法的一种催化机理。 下列说法不正确的是 (　　) A.Y为反应物HCl,W为生成物H2O B.反应制得1 mol Cl2,须投入2 mol CuO C.升高反应温度,HCl被O2氧化制Cl2的反应平衡常数减小 D.图中转化涉及的反应中有两个属于氧化还原反应 解析:选B　由该反应的热化学方程式可知,该反应涉及的主要物质有HCl、O2、CuO、Cl2、H2O;CuO与Y反应生成Cu(OH)Cl,则Y为HCl;Cu(OH)Cl分解生成W和Cu2OCl2,则W为H2O;CuCl2分解为X和CuCl,则X为Cl2;CuCl和Z反应生成Cu2OCl2,则Z为O2;综上所述,X、Y、Z、W依次是Cl2、HCl、O2、H2O。由分析可知,A正确。CuO在反应中作催化剂,会不断循环,适量即可,B错误。总反应为放热反应,其他条件一定,升温平衡逆向移动,平衡常数减小,C正确。图中涉及的两个氧化还原反应是CuCl2→CuCl和CuCl→Cu2OCl2,D正确。 7.文物保护讲究“修旧如旧”。古代青铜器铜锈成分非常复杂,主要成分有CO3和Cu2(OH)3Cl。青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀生成Cu2(OH)3Cl的原理示意图如图所示。已知CuCl是白色不溶于水的固体,下列说法正确的是 (　　) A.疏松的Cu2(OH)3Cl属于无害锈 B.过程Ⅰ中负极的电极反应式为Cu-e-===Cu+ C.若生成2.145 g Cu2(OH)3Cl理论上消耗标准状况下氧气的体积为0.224 L D.用HNO3溶液除青铜器上的铜锈,可实现“修旧如旧”,保护文物的艺术价值 解析:选C　疏松的Cu2(OH)3Cl不能隔绝空气和H2O,不能保护Cu,属于有害锈,A错误;CuCl为沉淀,过程Ⅰ中负极反应式应为Cu+Cl--e-===CuCl,B错误;2.145 g Cu2(OH)3Cl的物质的量为0.01 mol,根据电子守恒可求n(O2)=0.01 mol即V(O2)=0.224 L,C正确;HNO3可与Cu反应,腐蚀文物,D错误。 8.(2025·扬州期初调研)某小组用硫铜矿煅烧后的废渣(主要含Fe2O3、CuO、FeO)为原料制取Cu2O,流程如下: 下列说法正确的是 (　　) A.“酸浸”时使用98%的浓硫酸代替稀硫酸有利于提高原料利用率 B.“氧化”后溶液中存在的阳离子有:H+、Fe3+、Fe2+、Cu2+ C.“调节pH”时可以选择CuO或Cu(OH)2 D.“还原”过程中消耗的CuSO4、N2H4的物质的量之比为1∶4 解析:选C　“酸浸”时使用98%的浓硫酸会氧化亚铁离子,产生污染性的气体,消耗的硫酸量会增多,不利于提高原料利用率,故A错误;氧化的目的是将亚铁离子氧化为铁离子,因此“氧化”后溶液中存在的阳离子有:H+、Fe3+、Cu2+,故B错误;“调节pH”时主要是沉淀铁离子,因此选择CuO或Cu(OH)2来消耗氢离子,促进铁离子水解,故C正确;“还原”过程硫酸铜化合价降低1个价态,N2H4化合价升高变为氮气,升高4个价态,因此“还原”中消耗的CuSO4、N2H4的物质的量之比为4∶1,故D错误。 二、非选择题 9.(12分)(2024·北京卷)利用黄铜矿(主要成分为CuFeS2,含有SiO2等杂质)生产纯铜,流程示意图如下。 (1)矿石在焙烧前需粉碎,其作用是 　。  (2)(NH4)2SO4的作用是利用其分解产生的SO3使矿石中的铜元素转化为CuSO4。(NH4)2SO4发生热分解的化学方程式是 　。  (3)矿石和过量(NH4)2SO4按一定比例混合,取相同质量,在不同温度下焙烧相同时间,测得:“吸收”过程氨吸收率和“浸铜”过程铜浸出率变化如图;400 ℃和500 ℃时,固体B中所含铜、铁的主要物质如表。 温度/℃ B中所含铜、铁的主要物质 400 Fe2O3、CuSO4、CuFeS2 500 Fe2(SO4)3、CuSO4、CuO ①温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,铜浸出率显著增大的原因是 　。  ②温度高于425 ℃,根据焙烧时可能发生的反应,解释铜浸出率随焙烧温度升高而降低的原因是 　。  (4)用离子方程式表示置换过程中加入Fe的目的　 。  (5)粗铜经酸浸处理,再进行电解精炼;电解时用酸化的CuSO4溶液做电解液,并维持一定的c(H+)和c(Cu2+)。粗铜若未经酸浸处理,消耗相同电量时,会降低得到纯铜的量,原因是 　。  解析:黄铜矿(主要成分为CuFeS2,含有SiO2等杂质)粉碎后加入硫酸铵通入空气焙烧,黄铜矿在硫酸铵生成的SO3的作用下转化成CuSO4,得到的混合气体中主要含NH3,用硫酸吸收,得到硫酸铵,是溶液A的主要溶质,可以循环利用,固体B为SiO2、CuSO4及含铁的化合物,加水分离,主要形成含硫酸铜的滤液和含SiO2的滤渣,分别为滤液C和滤渣D,向硫酸铜溶液中加入过量的铁,置换得到粗铜和FeSO4,粗铜再精炼可以得到纯铜。 (1)黄铜矿的矿石在焙烧前需粉碎,是为了增大反应物的接触面积,加快反应速率,使反应更充分。 (2)铵盐不稳定,易分解,(NH4)2SO4分解为非氧化还原反应,产物中有NH3和SO3,故化学方程式为(NH4)2SO42NH3↑+SO3↑+H2O。 (3)①根据图知,温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,铜浸出率显著增大,是因为温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,(NH4)2SO4分解产生的SO3增多,可溶物CuSO4含量增加,故铜浸出率显著增加; ②温度高于425 ℃,随焙烧温度升高,CuSO4分解,转化成难溶于水的CuO,铜浸出率降低。 (4)加入Fe置换硫酸铜溶液中的铜,反应的离子方程式为Fe+Cu2+===Cu+Fe2+。 (5)粗铜中含有Fe杂质,加酸可以除Fe,但粗铜若未经酸浸处理,其中杂质Fe会参与放电,则消耗相同电量时,会降低得到纯铜的量。 答案:(1)增大接触面积,加快反应速率,使反应更充分 (2)(NH4)2SO42NH3↑+SO3↑+H2O (3)①温度低于425 ℃,随焙烧温度升高,(NH4)2SO4分解产生的SO3增多,可溶物CuSO4含量增加,故铜浸出率显著增加　②温度高于425 ℃,随焙烧温度升高,CuSO4分解,转化成难溶于水的CuO,铜浸出率降低 (4)Fe+Cu2+===Cu+Fe2+ (5)粗铜若未经酸浸处理,其中杂质Fe会参与放电,则消耗相同电量时,会降低得到纯铜的量 第四讲　高考常考查的过渡金属(综合应用课) 高考“题在书外、理在书中”。高考题中经常涉及一些陌生过渡金属元素及其化合物,如2024年江苏卷第16题涉及元素Ag,2023年江苏卷第14题涉及元素V等,命题者常以陌生元素及其化合物为载体,以“生”考“熟”,考查考生的迁移发散能力和创新思维。解决此类问题,还应追根教材,掌握同类元素及其化合物的通性通法是破题之本。 真题集训——悟创新考法 1.(2024·江苏卷)贵金属银应用广泛。Ag与稀HNO3制得AgNO3,常用于循环处理高氯废水。 (1)沉淀Cl-。在高氯水样中加入K2CrO4使Cr浓度约为5×10-3 mol·L-1,当滴加AgNO3溶液至开始产生Ag2CrO4沉淀(忽略滴加过程的体积增加),此时溶液中Cl-浓度约为　　　　　　　　 mol·L-1。[已知:Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(Ag2CrO4)=2.0×10-12]  (2)还原AgCl。在AgCl沉淀中埋入铁圈并压实,加入足量0.5 mol·L-1盐酸后静置,充分反应得到Ag。 ①铁将AgCl转化为单质Ag的化学方程式为　 。  ②不与铁圈直接接触的AgCl也能转化为Ag的原因是 　。  ③为判断AgCl是否完全转化,补充完整实验方案:取出铁圈,搅拌均匀,取少量混合物过滤,　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　[实验中必须使用的试剂和设备:稀HNO3、AgNO3溶液,通风设备]。  (3)Ag的抗菌性能。纳米Ag表面能产生Ag+杀死细菌(如图所示),其抗菌性能受溶解氧浓度影响。 ①纳米Ag溶解产生Ag+的离子方程式为 　。  ②实验表明溶解氧浓度过高,纳米Ag的抗菌性能下降,主要原因是 　。  解析:(1)高氯水样中c(Cl-)很高,滴加Ag+时会产生AgCl沉淀,则溶液中满足Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-);生成Ag2CrO4沉淀时,溶液中满足Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag+)·c(Cr)。联立两式可得:c(Cl-)=== mol·L-1=9×10-6 mol·L-1。(2)①结合题给信息可知,根据原子守恒和得失电子守恒可得化学方程式为Fe+2AgCl===FeCl2+2Ag。②不与铁圈直接接触的AgCl能还原Ag,说明过程中氧化还原反应能持续进行,Fe失去的电子能被AgCl得到,证明Fe与AgCl之间有传递电子的导体,结合有Ag产生可知该原理为与铁圈直接接触的AgCl被还原成单质Ag,形成以盐酸作电解液的Fe⁃Ag原电池,AgCl继续在单质Ag表面继续得电子被还原,直至完全反应。③若AgCl完全转化,则固体全部为Ag单质,可完全溶于稀硝酸;若AgCl未完全转化,则剩余AgCl不能溶于稀硝酸,因此可使用稀硝酸检验(此过程中会产生污染性气体氮氧化物,需在通风设备中进行)。反应后的溶液中存在Cl-,若未洗净滤渣,残余的Cl-会与Ag、稀硝酸反应生成的Ag+结合生成AgCl沉淀,干扰实验,因此首先需要使用AgNO3溶液检验Cl-是否洗净。完整实验方案为:取出铁圈,搅拌均匀,取少量混合物过滤,洗涤,向洗涤液中滴加AgNO3溶液确保Cl-已洗净。在通风设备中,向滤渣中加入足量稀HNO3,若固体完全溶解,则AgCl完全转化;若固体未完全溶解,则AgCl未完全转化。(3)①根据题图可知,O2为氧化剂,H+也参与反应,结合得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒可得离子方程式为4Ag+4H++O2===4Ag++2H2O。②若溶解氧浓度过高,可能会在纳米Ag表面形成Ag2O,包裹纳米Ag,导致其抗菌性能下降。 答案:(1)9×10-6　 (2)①Fe+2AgCl===FeCl2+2Ag ②Fe还原AgCl形成Fe⁃Ag原电池,AgCl在Ag表面得到电子 ③洗涤,向洗涤液中滴加AgNO3溶液确保Cl-已洗净。在通风设备中,向滤渣中加入足量稀HNO3,若固体完全溶解,则AgCl完全转化;若固体未完全溶解,则AgCl未完全转化　 (3)①4Ag+4H++O2===4Ag++2H2O　 ②纳米Ag表面形成Ag2O,减小Ag+产生 2.(2023·江苏卷)V2O5⁃WO3/TiO2催化剂能催化NH3脱除烟气中的NO,反应为4NH3(g)+O2(g)+4NO(g) ===4N2(g)+6H2O(g)　ΔH=-1 632.4 kJ·mol-1。 (1)催化剂的制备。将预先制备的一定量的WO3/TiO2粉末置于80 ℃的水中,在搅拌下加入一定量的NH4VO3溶液,经蒸发、焙烧等工序得到颗粒状V2O5⁃WO3/TiO2催化剂。在水溶液中V水解为H3VO4沉淀的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　;反应选用NH4VO3溶液而不选用NaVO3溶液的原因是  　 。  (2)催化剂的应用。将一定物质的量浓度的NO、O2、NH3(其余为N2)气体匀速通过装有V2O5⁃WO3/TiO2催化剂的反应器,测得NO的转化率随温度的变化如图所示。 反应温度在320~360 ℃范围内,NO转化率随温度变化不明显的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　;反应温度高于380 ℃,NO转化率下降,除因为进入反应器的NO被还原的量减少外,还有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。  (3)废催化剂的回收。回收V2O5⁃WO3/TiO2废催化剂并制备NH4VO3的过程可表示为 ①酸浸时,加料完成后,以一定速率搅拌反应。提高钒元素浸出率的方法还有 。  ②通过萃取可分离钒和钨,在得到的钒酸中含有H4V4O12。已知H4V4O12具有八元环结构,其结构式可表示为 　。 ③向pH=8的NaVO3溶液中加入过量的NH4Cl溶液,生成NH4VO3沉淀。已知:Ksp(NH4VO3)=1.7×10-3,加过量NH4Cl溶液的目的是 　。  解析:(1)在水溶液中V水解为H3VO4沉淀的离子方程式为V+2H2OH3VO4↓+OH-,反应选用NH4VO3溶液在于NH4VO3发生相互促进的水解反应N+V+H2OH3VO4↓+NH3,N有利于V水解。(2)反应温度在320~360 ℃范围内,NO转化率随温度变化不明显的原因是此温度范围内,催化剂活性已达最佳,对反应速率影响不明显,故NO转化率基本不变。反应温度高于380 ℃,NO转化率下降,有可能体系产生了NO,如4NH3+5O24NO+6H2O、N2+O22NO等。(3)提高钒元素浸出率的方法还有适当增加酸的浓度、升高温度、延长酸浸时间等,已知H4V4O12具有八元环结构,且V连有五个共价键,结构式可表示为。NH4VO3饱和溶液中存在溶解平衡NH4VO3(s)(aq),加过量NH4Cl溶液有利于增加铵根离子浓度,促进平衡向析出沉淀的方向移动,提高NH4VO3的含量。 答案:(1)V+2H2OH3VO4↓+OH-　NH4VO3发生相互促进的水解反应N+V+H2OH3VO4↓+NH3,N有利于V水解　(2)此温度范围内,催化剂活性已达最佳,对反应速率影响不明显,故NO转化率基本不变　4NH3+5O24NO+6H2O、N2+O22NO　(3)①适当增加酸的浓度、升高温度、延长酸浸时间等　②　 ③增加铵根离子浓度,促进平衡向析出沉淀的方向移动,提高NH4VO3的含量 拓展知能(1)——钴、镍、钛及其化合物 1.Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)性质差异 氢氧 化物 还原性 还原性的变化规律:Co(OH)2>Ni(OH)2 ①Co(OH)2在空气中被O2氧化的速度较慢;可以被强氧化剂(H2O2)迅速氧化; ②Ni(OH)2在空气中不易被氧化,只有在更强的氧化剂条件下才会氧化生成Ni(OH)3 与氨水 反应 ①Co(OH)2→[Co(NH3)6]2+ ②Ni(OH)2→[Ni(NH3)6]2+ 2.Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)性质差异 氧化物 氧化钴与氧化镍在酸性溶液中显示出强氧化性: Co2O3+6HCl===2CoCl2+Cl2↑+3H2O,Ni2O3+6HCl===2NiCl2+Cl2↑+3H2O, 但氧化铁与酸只发生复分解反应 氢氧化物 镍、钴的氢氧化物与还原性酸发生氧化还原反应 2Co(OH)3+6H++2Cl-===2Co2++Cl2↑+6H2O 2Ni(OH)3+6H++2Cl-===2Ni2++Cl2↑+6H2O 离子存在状态 Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)仅能够存在于固态物质或配合物中,在水溶液中会发生如下反应4Co3++2H2O===4Co2++4H++O2↑ 4Ni3++2H2O===4Ni2++4H++O2↑ 3.钛及其化合物的性质 Ti 常温时与酸不反应,但可与HF反应(Ti+6HF===H2TiF6+2H2↑),也可与热的浓盐酸反应[2Ti+6HCl(浓)2TiCl3+3H2↑] TiO2 不溶于水和稀酸,可溶解在HF溶液及热的浓硫酸中;可与Cl2反应:TiO2+2Cl2===TiCl4+O2;与碱溶液缓慢反应:TiO2+2NaOH===Na2TiO3+H2O;在高温下与Cl2、C发生反应:TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO TiCl4 暴露在空气中会冒出白烟:TiCl4+3H2O===H2TiO3↓+4HCl;Mg做还原剂时可制备金属钛:2Mg+TiCl42MgCl2+Ti。Zn与TiCl4的盐酸溶液作用,可以生成紫色的TiCl3溶液:2TiCl4+Zn===2TiCl3+ZnCl2 [应用体验] 1.(2024·新课标卷)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下: 已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5 mol·L-1)时的pH: Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+ 开始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2 沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2 回答下列问题: (1)“酸浸”前废渣需粉碎处理,目的是 　 　　　　　　　　　　　,“滤渣1”中金属元素主要为　　　　。  (2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是 　　　　　　　　　　　　。取少量反应后的溶液,加入化学试剂　　　　　　　　检验　　　　 　,若出现蓝色沉淀,需补加MnO2。  (3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为　 、  　　 。  (4)“除钴液”中主要的盐有　　 　　(写化学式),残留的Co3+浓度为　　　　mol·L-1。  解析:(1)将废渣进行粉碎处理,可增大废渣与硫酸的接触面积,增大“酸浸”速率。Pb与冷的硫酸不反应,且Pb的氧化物与硫酸反应生成的硫酸铅的溶解度较小,故“滤渣1”中金属元素主要为Pb。(2)加入MnO2的作用是将滤液中的Fe2+氧化为Fe3+,便于后续除去。为了检验滤液中Fe2+是否完全被氧化为Fe3+,可取少量反应后的溶液,加入铁氰化钾溶液,若出现蓝色沉淀,说明溶液中还存在Fe2+,需补加MnO2。(3)“氧化沉钴”过程中发生反应Mn+3Co2++7H2O===MnO2↓+3Co(OH)3↓+5H+,前面加MnO2生成的Mn2+也可与Mn反应,离子方程式为3Mn2++2Mn+2H2O===5MnO2↓+4H+。(4)原废渣中Zn及添加的ZnO中的Zn一直在溶液中,添加的KMnO4会生成K2SO4,故“除钴液”中主要的盐有ZnSO4和K2SO4。根据表中Co3+沉淀完全时的pH=1.1可知,Ksp[Co(OH)3]=1.0×10-5×(1.0×10-12.9)3=1.0×10-43.7,溶液pH=5时,c(OH-)=1.0×10-9 mol·L-1,则残留的Co3+浓度为=1.0×10-16.7 mol·L-1。 答案:(1)增大“酸浸”速率　Pb　(2)将Fe2+氧化为Fe3+　铁氰化钾溶液　Fe2+　 (3)Mn+3Co2++7H2O===MnO2↓+3Co(OH)3↓+5H+　3Mn2++2H2O+2Mn===5MnO2↓+4H+　 (4)ZnSO4和K2SO4　1.0×10-16.7 拓展知能(2)——钒、铬、锰及其化合物 1.钒及其化合物 钒单质 的性质 银白色金属,熔点高,有延展性,质坚硬,无磁性。具有耐酸性,在空气中不被氧化,可溶于氢氟酸、硝酸和王水 钒的氧 化物 钒能分别以+2、+3、+4、+5价与氧结合,形成四种氧化物,一氧化钒,三氧化二钒,二氧化钒,五氧化二钒 钒盐 钒盐包括V4+、V(偏钒酸盐)、V(正钒酸盐),包括:偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠、焦钒酸钠;四价盐:硫酸氧钒、草酸氧钒。不同价态的钒离子有不同的颜色:V颜色为浅黄色或深绿色,VO2+颜色为蓝色,V3+为绿色,V2+为紫色 2.铬及其化合物 铬元素的常见价态有+6、+3、+2 Cr(Ⅲ) 的还 原性 Cr3+在酸性条件下是稳定的,但在碱性条件下能氧化成Cr。2Cr3++3H2O2+10OH-===2Cr+8H2O 在碱性溶液中,亚铬酸盐(Cr)可以被H2O2或Na2O2氧化成铬酸盐。 2Cr+3H2O2+2OH-===2Cr+4H2O 2Cr+3Na2O2+2H2O===2Cr+6Na++4OH- Cr(Ⅵ) 的氧 化性 铬(Ⅵ)最重要的化合物是K2Cr2O7,在水溶液中Cr2和Cr存在下列平衡: 2Cr+2H+Cr2+H2O (黄色)　　　　　(橙红色) 在酸性溶液中,Cr2具有强氧化性,但在碱性溶液中Cr的氧化性要弱得多 Cr2+3S+8H+===2Cr3++3S+4H2O Cr2+6I-+14H+===2Cr3++3I2+7H2O 3.锰及其化合物 锰元素的常见价态有+7、+6、+4、+3、+2,Mn2+在酸性溶液中的稳定性强于在碱性溶液中的稳定性 Mn2+ 稳定存在于酸性条件;在碱性条件下,Mn2+易被氧化为MnO2等,如ClO-+Mn2++2OH-===Cl-+MnO2↓+H2O Mn(Ⅵ) 化合物 的性质 Mn稳定存在于强碱性溶液中,在酸性、中性环境均发生歧化。 3Mn+2H2O===2Mn+MnO2↓+4OH- 3Mn+4H+===2Mn+MnO2↓+2H2O KMnO4 的性质 ①在酸性介质中,Mn具有强氧化性,本身被还原为Mn2+,如: 2Mn+6H++5H2C2O4===2Mn2++10CO2↑+8H2O 2Mn+6H++5H2O2===2Mn2++5O2↑+8H2O ②在碱性、中性或微弱酸性溶液中,Mn仍旧是氧化剂,本身被还原为MnO2。 2Mn+I-+H2O===2MnO2↓+I+2OH- ③在强碱性溶液中,当Mn过量时,还原产物是Mn, 2Mn+S+2OH-===2Mn+S+H2O [应用体验] 2.一种用软锰矿(主要成分MnO2)和黄铁矿(主要成分FeS2)制取MnSO4·H2O并回收单质硫的工艺流程如图所示: 已知:本实验条件下,高锰酸钾溶液与硫酸锰溶液混合产生二氧化锰。 回答下列问题: (1)步骤①混合研磨成细粉的主要目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;步骤②浸取时生成S、MnSO4及Fe2(SO4)3的化学方程式为 　。  (2)步骤③所得酸性滤液可能含有Fe2+,为了除去Fe2+可先加入　　　　　　　　;步骤④需将溶液加热至沸,然后在不断搅拌下加入碱调节pH为4~5,再继续煮沸一段时间,“继续煮沸”的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。步骤⑤所得滤渣为　　　　　　　　(填化学式)。  (3)步骤⑦需在90~100 ℃下进行,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。  解析:(2)由于Fe2+具有较强的还原性,在酸性条件下可用软锰矿粉(MnO2)或H2O2将其氧化为Fe3+,既不引入杂质,又能达到除去的目的;用碱液处理时,需将溶液加热至沸,然后在不断搅拌下调节pH为4~5,再继续煮沸一段时间,以破坏Fe(OH)3胶体并使沉淀颗粒增大,便于过滤分离,得到的滤渣为Fe(OH)3。 答案:(1)增大接触面积,提高硫酸浸取时的浸取速率和浸取率　3MnO2+2FeS2+6H2SO4===3MnSO4+Fe2(SO4)3+4S↓+6H2O (2)软锰矿粉或H2O2溶液　破坏Fe(OH)3胶体并使沉淀颗粒增大,便于过滤分离　Fe(OH)3 (3)(NH4)2Sx+12NH3↑+H2S↑+xS↓ 3.工业上利用石煤矿粉(主要含V2O3及少量Al2O3、SiO2)为原料生产V2O5,工艺流程如下: 已知:①“水溶”“转沉”“转化”后,所得含钒物质依次为NaVO3、Ca3(VO4)2、(NH4)3VO4; ②不同pH下,V(Ⅴ)在溶液中的主要存在形式见下表: pH 4~6 6~8 8~10 10~12 主要离子 V V V2 V ③25 ℃时,Ksp(NH4VO3)=1.6×10-3。 回答下列问题: (1)“焙烧”时,V2O3发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　。  (2)滤液Ⅰ的成分为　　　　　　　　(填化学式);先“转沉”后“转化”的目的是　　　　　 　　　。  (3)“转化”时,滤渣Ⅱ经高温煅烧后水浸,所得物质可导入到　　　　操作单元中循环使用。  (4)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时,需要加入过量NH4Cl,其原因是①　　　　　　　　　　　　。②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;25 ℃时,测得“转化”后,滤液中c(V)=0.2 mol·L-1,为使“沉钒”时,钒元素的沉降率达到96%,应调节溶液中c(N)至少　　　　 mol·L-1。  (5)“煅烧”时,NH4VO3制得产品V2O5。但反应体系中,若不及时分离气体Ⅱ,部分V2O5会转化成V2O4,反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3∶2,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　。  解析:石煤矿粉加入O2、H2O和NaCl固体,将V2O3氧化成NaVO3,生成的气体为HCl,加水溶解,滤渣Ⅰ为Al2O3、SiO2,滤液为NaVO3水溶液,加入Ca(OH)2将NaVO3转化为沉淀Ca3(VO4)2,可以富集钒元素,再加入(NH4)2CO3除去Ca2+,最后加入过量NH4Cl,可以调节pH,将V转化为V,也可以促进NH4VO3尽可能析出完全,煅烧NH4VO3生成V2O5。(4)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时,需要加入过量NH4Cl,可以调节pH,将V转化为V,也可以利用同离子效应,促进NH4VO3尽可能析出完全;Ksp(NH4VO3)=1.6×10-3,溶液中的c(V)=0.2×(1-0.96)=8×10-3,c(N)===0.2。 答案:(1)V2O3+O2+2NaCl+H2O2NaVO3+2HCl　(2)NaOH　富集钒元素　(3)转沉　 (4)调节pH,将V转化为V　利用同离子效应,促进NH4VO3尽可能析出完全　0.2 (5)3V2O5+2NH33V2O4+N2+3H2O [课时跟踪检测] (说明:标的为难度题,建议教师重点讲评) 一、选择题 1.以废旧锌锰电池中的黑锰粉[MnO2、MnO(OH)、NH4Cl、少量ZnCl2及炭黑、氧化铁等]为原料制备MnCl2的工艺流程如下: 下列说法正确的是 (　　) A.滤液a显中性 B.“酸浸”时消耗的H2O2和MnO2物质的量相等 C.“调pH”步骤中MnO不可用MnCO3替代 D.通入空气的作用是氧化锰元素并除去炭黑 解析:选D　根据流程可知滤液a中含NH4Cl、ZnCl2,呈酸性,A错误;根据“酸浸”反应MnO2+H2O2+2H+===Mn2++O2↑+2H2O,同时二氧化锰还会催化H2O2分解生成水和氧气,B错误;除Mn2+中的Fe3+可以用MnCO3、MnO调节pH而除去Fe3+,C错误;氧气具有氧化性,加热下碳被氧化为二氧化碳而除去,O2氧化MnO(OH)生成二氧化锰和水,故D正确。 2.金属铬(Cr)常用于制造不锈钢和仪器仪表的金属表面镀铬。由FeCr2O4(亚铬酸亚铁)制备Cr的流程如下(+6价铬元素在酸性条件下以Cr2的形式存在)。下列说法错误的是 (　　) A.FeCr2O4中Cr元素的化合价为+3价 B.反应①中参加反应的FeCr2O4和Na2CO3的物质的量之比为3∶1 C.反应③的化学方程式为Na2Cr2O7+2CCr2O3+Na2CO3+CO↑ D.反应④中的Si可用Al代替 解析:选B　根据化合物中各元素正负化合价代数和为0可知,FeCr2O4中Cr元素的化合价为+3价,故A正确;反应①是氧化还原反应,根据得失电子守恒可知,反应的化学方程式为4FeCr2O4+8Na2CO3+7O22Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2,所以FeCr2O4和Na2CO3的物质的量之比为1∶2,故B错误;根据已知条件可知,反应③的化学方程式为Na2Cr2O7+2CCr2O3+Na2CO3+CO↑,故C正确;反应④为3Si+2Cr2O34Cr+3SiO2,Al可以和三氧化二铬发生反应,Si可用Al来代替,通过铝热法冶炼铬,故D正确。 3.某工厂为了提高资源利用率并减少环境污染,设计了如下工艺流程,可以从主要成分为NiO的含镍废料(杂质种类为CuO、FeO和SiO2)中回收金属资源。下列说法正确的是 (　　) A.两次酸溶选择稀硫酸效果都好于98%的浓硫酸 B.操作X是将酸溶所得溶液加热蒸干 C.反应Ⅰ除了产生滤渣外还可能产生可直接排放的气体 D.滤液1、滤液2和滤液3中主要的金属离子均为两种 解析:选A　主要成分为NiO的含镍废料(杂质种类为CuO、FeO和SiO2)经过酸溶,得到Ni2+、Cu2+、Fe2+以及滤渣SiO2,加入铁粉除去Cu2+,加入Na2CO3沉淀Fe2+,滤渣再经过酸溶、加热浓缩、冷却结晶得到FeSO4·7H2O,含有NiSO4的滤液经一系列处理得到NiSO4。第一次酸溶若使用浓硫酸会产生污染性气体二氧化硫且消耗硫酸的量更多,第二次酸溶若使用浓硫酸会把亚铁离子氧化成铁离子,不利于最终制得FeSO4·7H2O,A正确;由题图可知,由溶液得到晶体,操作X应该是加热浓缩、冷却结晶,B错误;反应Ⅰ中过量的铁粉会与酸反应产生可燃性气体氢气,不能直接排放到空气中,可收集起来作为燃料或其他工业用途,C错误;滤液1中金属离子有Ni2+、Cu2+、Fe2+三种,D错误。 4.(2025·南通如皋一模)室温时,实验室以含铬废液(主要离子含K+、Fe3+、Cr3+、S)制取含K2Cr2O7溶液的流程如下: 已知: ①室温时,Ksp[Cr(OH)3]=6×10-31,Ksp[Fe(OH)3]=4×10-38 ②“氧化”时Cr(OH)3转化为Cr 下列说法正确的是 (　　) A.“过滤Ⅰ”所得滤液中c(Cr3+)=6×10-7mol·L-1 B.“氧化”时的离子方程式为4OH-+2Cr(OH)3+3H2O2===2Cr+8H2O C.“酸化”时溶液pH越低,Cr转化为Cr2的比例越低 D.将“含K2Cr2O7溶液”蒸干可得纯净的K2Cr2O7固体 解析:选B　含铬废液加入氢氧化钾调节pH,将三价铬转化为Cr(OH)3、将铁离子转化为氢氧化铁,过滤后滤渣加入过氧化氢、氢氧化钾将Cr(OH)3转化为Cr,过滤分离出滤液,加入盐酸酸化得到含有K2Cr2O7的溶液;“过滤Ⅰ”所得滤液中pH=8,则pOH=6,c(OH-)=1×10-6 mol·L-1,c(Cr3+)===6×10-13 mol·L-1,A错误;已知:“氧化”时Cr(OH)3转化为Cr;过氧化氢具有强氧化性,“氧化”时过氧化氢在碱性条件下将Cr(OH)3氧化为Cr,离子方程式为4OH-+2Cr(OH)3+3H2O2===2Cr+8H2O,B正确;Cr2(橙色)+H2O2H++2Cr(黄色),“酸化”时溶液pH越低,氢离子浓度越大,平衡逆向移动,使得Cr转化为Cr2的比例越高,C错误;K2Cr2O7在高温下会分解,将“含K2Cr2O7溶液”蒸干得不到纯净的K2Cr2O7固体,D错误。 二、非选择题 5.(8分)(2025·扬州考前调研)二氧化锰是电池工业的一种非常重要的原料。 (1)电解含纳米Al2O3颗粒的酸性MnSO4溶液可以制备掺铝二氧化锰。悬浮纳米Al2O3颗粒会在电场作用下向电极移动,与生成的MnO2共沉淀。 ①写出生成MnO2的电极反应式: 　。  ②电解液中纳米Al2O3颗粒表面所带电荷的电性为　　　　　　。  (2)MnSO4溶液(含Fe2+、Fe3+等杂质)经除铁、沉锰得MnCO3固体,煅烧MnCO3可得到较纯MnO2。 ①除铁时加入软锰矿(主要成分是MnO2)能除铁,原因是 　。  ②已知Mn(OH)2沉淀是一种白色胶状固体,在空气中受热也可转化为MnO2。沉锰时将MnSO4转化为MnCO3而不转化为Mn(OH)2的原因是　 。  ③如图是MnO2的一种晶型的晶胞,该晶胞中O2-所围成的空间构型是　　　　。  解析:(1)①酸性MnSO4溶液被氧化为二氧化锰,可得电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O===MnO2+4H+。②二氧化锰在阳极产生,电解池中阴离子移向阳极,悬浮纳米Al2O3颗粒与生成的MnO2共沉淀,即Al2O3颗粒在电场作用下向阳极移动,故电解液中纳米Al2O3颗粒表面所带电荷的电性为负电荷。(2)①除铁时加入软锰矿将 Fe2+ 氧化成 Fe3+ ,消耗 H+ 使溶液pH增大,Fe3+形成 Fe(OH)3 沉淀除去。②Mn(OH)2沉淀是一种白色胶状固体,沉锰时将MnSO4转化为Mn(OH)2会导致Mn(OH)2沉淀的过滤速率较慢;Mn(OH)2沉淀易吸附杂质离子,进而所制得的MnO2纯度较低。③MnO2晶胞中灰球为Mn,白球为O2-,每个Mn的配位数为6,故该晶胞中O2-所围成的空间构型是八面体。 答案:(1)①Mn2+-2e-+2H2O===MnO2+4H+ ②负电荷　(2)①将Fe2+氧化成Fe3+,消耗H+使溶液pH增大,形成Fe(OH)3沉淀除去 ②Mn(OH)2沉淀的过滤速率较慢;Mn(OH)2沉淀易吸附杂质离子,进而所制得的MnO2纯度较低　③八面体 6.(13分)(2025·淮安市淮海中学一模)五氧化二钒主要用作合金添加剂,含钒钢具有强度高,韧性大,耐磨性好等优良特性。工业上常用炼钢残渣(主要含V2O3及少量铁粉、Fe2O3、SiO2、Al2O3等杂质)为原料制取V2O5的一种工艺流程如图所示: 已知:NH4VO3难溶于水,Ksp(NH4VO3)=1.6×10-3。 回答下列问题: (1)基态钒原子的价层电子排布式为　　　　。  (2)“焙烧”时通入大量空气的作用是　　　　　　　　　　　　　　。  (3)“碱浸”所得滤渣的主要成分是　　　　。  (4)写出“沉硅、铝”反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　、 　。  (5)若滤液中c(V)=0.1 mol·L-1,为使钒元素沉淀率达到98%,应使“沉钒”后溶液中的c(N)不低于　　　　。  (6)“沉钒”析出的NH4VO3晶体需要洗涤,证明NH4VO3已洗涤干净的实验操作及现象为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (7)在空气中“煅烧”生成的气体可直接排放到空气中,写出反应的化学方程式: 　。 解析:炼钢残渣加入碳酸钠、空气焙烧,空气中氧气具有氧化性,将V2O3氧化为NaVO3,二氧化硅转化为硅酸钠、氧化铝转化为含铝钠盐,焙烧后加入氢氧化钠碱浸,氧化铁不反应成为滤渣,滤液加入碳酸氢铵使得硅、铝转化为沉淀除去,滤液加入硫酸铵得到NH4VO3晶体沉淀,煅烧得到V2O5。(1)钒为23号元素,基态V原子价层电子排布式为3d34s2。(2)空气中氧气具有氧化性,将V2O3氧化为NaVO3。(3)由分析可知,“碱浸”所得滤渣的主要成分是Fe2O3。(4)“沉硅、铝”中加入碳酸氢铵和硅酸钠反应生成硅酸沉淀:Si+2HC===H2SiO3↓+2C,四羟基合铝酸根离子生成氢氧化铝沉淀:[Al(OH)4]-+HC===Al(OH)3↓+C+H2O。(5)若滤液中c(V)=0.1 mol·L-1,为使钒元素沉淀率达到98%,则使“沉钒”后c(V)=0.1 mol·L-1×(1-98%)=0.002 mol·L-1,溶液中的c(N)不低于c(N)== mol·L-1=0.8 mol·L-1。(6)证明NH4VO3已洗涤干净,就是证明洗涤液中不含硫酸根离子,则实验操作及现象为取最后一次洗涤液,加入氯化钡溶液没有生成沉淀,则洗涤干净。(7)在空气中“煅烧”生成的气体可直接排放到空气中,则没有生成污染性的含氮气体,则氮元素被空气中氧气氧化为氮气,故反应为4NH4VO3+3O22N2+8H2O+2V2O5。 答案:(1)3d34s2　(2)将V2O3氧化为NaVO3　(3)Fe2O3 (4)Si+2HC===H2SiO3↓+2C [Al(OH)4]-+HC===Al(OH)3↓+C+H2O (5)0.8 mol·L-1　(6)取最后一次洗涤液,加入氯化钡溶液没有生成沉淀,则洗涤干净 (7)4NH4VO3+3O22N2+8H2O+2V2O5 7.(13分)利用硫酸法生产钛白粉所产生的含锰废水(主要成分为Mn2+、Fe2+、Al3+,还含有Ca2+、Mg2+、Cu2+、Ni2+等离子杂质)制备碳酸锰的工艺流程如下。 已知:25 ℃时,Ksp(CaF2)=1.5×10-10,Ksp(MgF2)=7.5×10-11。 回答下列问题: (1)“除铁铝”过程按一定比例加入30%的H2O2和NaOH调节pH为5~6,并在90 ℃以下反应1小时,加入H2O2的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,滤渣1的主要成分是　　　　　　　　　　　　。  (2)“沉锰过程”中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。滤饼水洗后又进行醇洗的目的是　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)“除钙镁”时,当Ca2+、Mg2+沉淀完全时,=　　　　。  (4)下图为反应温度和溶液pH与锰沉淀率和产物中锰含量的关系图像,反应适宜的温度和pH应为　　　　　　　　,40~60 ℃时,随着温度升高,锰沉淀率下降的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,pH从7.0到8.0时,随着pH的增大,产物中碳酸锰含量下降的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　。  解析:(3)当Ca2+、Mg2+完全转化为CaF2、MgF2沉淀时,溶液中===2。(4)由图像可知30 ℃时锰的沉淀率最高,产物中锰的含量最高。pH<7.0时,随着pH的增大,锰的沉淀率增大,产物中锰的含量升高;pH>7.0时,随着pH的增大,锰的沉淀率增大不明显,但产物中锰的含量明显降低。因此反应适宜的温度和pH应为30 ℃、7.0。随着温度的升高,HC的电离和水解程度增大,C浓度增大有利于碳酸锰的沉淀,因此随着温度的升高,沉淀率增大,但若温度过高,碳酸氢铵在较高温度下易分解为氨气、水和二氧化碳,随着温度升高,二氧化碳溶解度降低,导致溶液中C浓度降低,不足以沉淀大部分的Mn2+,因此沉淀率会下降。随着pH增大,溶液中C浓度增大,所以沉淀率增大,但若pH过大,溶液中OH-浓度较大,导致Mn2+生成Mn(OH)2,影响了碳酸锰沉淀的纯度。 答案:(1)将含锰废水中的Fe2+氧化为Fe3+ Fe(OH)3、Al(OH)3 (2)Mn2++2HC===MnCO3↓+H2O+CO2↑　除去水分,便于碳酸锰干燥　(3)2　(4)30 ℃、7.0　碳酸氢铵在较高温度下易分解为氨气、水和二氧化碳,随着温度升高,二氧化碳溶解度降低,导致溶液中C浓度降低,不足以沉淀大部分的Mn2+　溶液中OH-浓度增大,导致部分Mn2+生成Mn(OH)2 第五讲　化学工艺流程题解题策略(综合应用课) 该题以工艺流程图的形式再现实际生产的关键环节,情境真实而富有意义,旨在引导学生学以致用,解决生产、生活中的实际问题,有利于培养学生的科学精神和社会责任感。考查的知识多为产物的判断,陌生化学方程式、离子方程式或电极反应式的书写,温度控制在一定范围的原因分析,溶度积常数的有关计算等。工艺流程题是高考的热点,试题命制灵活多变,创新力度大,是高考试卷中的拉分题目之一。 真题集训——悟多彩考法 1.(2021·江苏卷)以锌灰(含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2)和Fe2(SO4)3为原料制备的ZnFe2O4脱硫剂,可用于脱除煤气中的H2S。脱硫剂的制备、硫化、再生过程可表示为 (1)“除杂”包括加足量锌粉、过滤加H2O2氧化等步骤。除Pb2+和Cu2+外,与锌粉反应的离子还有　　　　　(填化学式)。  (2)“调配比”前,需测定ZnSO4溶液的浓度。准确量取2.50 mL除去Fe3+的ZnSO4溶液于100 mL容量瓶中,加水稀释至刻度;准确量取20.00 mL稀释后的溶液于锥形瓶中,滴加氨水调节溶液pH=10,用0.015 0 mol·L-1 EDTA(Na2H2Y)溶液滴定至终点(滴定反应为Zn2++Y4-===ZnY2-),平行滴定3次,平均消耗EDTA溶液25.00 mL。计算ZnSO4溶液的物质的量浓度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(写出计算过程)。  (3)400 ℃时,将一定比例H2、CO、CO2和H2S的混合气体以一定流速通过装有ZnFe2O4脱硫剂的硫化反应器。 ①硫化过程中ZnFe2O4与H2、H2S反应生成ZnS和FeS,其化学方程式为 　。  ②硫化一段时间后,出口处检测到COS。研究表明ZnS参与了H2S与CO2生成COS的反应,反应前后ZnS的质量不变,该反应过程可描述为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)将硫化后的固体在N2∶O2=95∶5(体积比)的混合气体中加热再生,固体质量随温度变化的曲线如图所示。在280~400 ℃范围内,固体质量增加的主要原因是　　　　　　　　　　。  解析:(1)“除杂”加足量锌粉,硫酸铅、硫酸铜、硫酸铁、稀硫酸都能与锌反应。(3)①硫化过程中ZnFe2O4与H2、H2S反应生成ZnS和FeS,铁元素化合价由+3降低为+2、氢气中H元素化合价由0价升至+1价,根据得失电子守恒,写出其化学方程式;②ZnS为催化剂,该反应过程可描述为ZnS+CO2===ZnO+COS;ZnO+H2S===ZnS+H2O。(4)在280~400 ℃范围内,ZnS和FeS吸收氧气,ZnS和FeS部分被氧化为硫酸盐,固体质量增加。 答案:(1)Fe3+、H+ (2)根据Zn2++Y4-===ZnY2-,可知20.00 mL稀释后的溶液中含ZnSO4的物质的量为0.025 L×0.015 mol·L-1=3.75×10-4 mol;ZnSO4溶液的物质的量浓度为=0.750 0 mol·L-1 (3)①ZnFe2O4+3H2S+H2ZnS+2FeS+4H2O　②ZnS+CO2===ZnO+COS;ZnO+H2S===ZnS+H2O (4)ZnS和FeS部分被氧化为硫酸盐 2.(2024·湖南卷)铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一种含贵金属的可再生资源,回收贵金属的化工流程如下: 已知:①当某离子的浓度低于1.0×10-5 mol·L-1时,可忽略该离子的存在。 ②AgCl(s)+Cl-(aq)[AgCl2]-(aq) K=2.0×10-5。 ③Na2SO3易从溶液中结晶析出。 ④不同温度下Na2SO3的溶解度如下: 温度/℃ 0 20 40 60 80 溶解度/g 14.4 26.1 37.4 33.2 29.0 回答下列问题: (1)Cu属于　　　　　区元素,其基态原子的价电子排布式为　　　　　。  (2)“滤液1”中含有Cu2+和H2SeO3,“氧化酸浸”时Cu2Se反应的离子方程式为 　。  (3)“氧化酸浸”和“除金”工序均需加入一定量的NaCl: ①在“氧化酸浸”工序中,加入适量NaCl的原因是　 。  ②在“除金”工序溶液中,Cl-浓度不能超过　　　　 mol·L-1。  (4)在“银转化”体系中,[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-浓度之和为0.075 mol·L-1,两种离子分布分数 δ[δ([Ag(SO3)2]3-)=]随S浓度的变化关系如图所示,若S浓度为1.0 mol·L-1,则[Ag(SO3)3]5-的浓度为　　　 mol·L-1。  (5)滤液4中溶质主要成分为　　　　(填化学式);在连续生产的模式下,“银转化”和“银还原”工序需在40 ℃左右进行,若反应温度过高,将难以实现连续生产,原因是 　。  解析:铜阳极泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)加入H2O2、H2SO4、NaCl氧化酸浸,由题中信息可知,滤液1中含有Cu2+和H2SeO3,滤渣1中含有Au、AgCl、PbSO4;滤渣1中加入NaClO3、H2SO4、NaCl,将Au转化为Na[AuCl4]除去,滤液2中含有Na[AuCl4],滤渣2中含有AgCl、PbSO4;在滤渣2中加入Na2SO3,将AgCl转化为[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-,过滤除去PbSO4,滤液3含有[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-;滤液2中加入Na2S2O4,将Ag元素还原为Ag单质,Na2S2O4转化为Na2SO3,滤液4中溶质主要为Na2SO3,可继续进行银转化过程。 (1)Cu的原子序数为29,位于第四周期第ⅠB族,位于ds区,其基态原子的价电子排布式为3d104s1。 (2)滤液1中含有Cu2+和H2SeO3,氧化酸浸时Cu2Se与H2O2、H2SO4发生氧化还原反应,生成CuSO4、H2SeO3和H2O,反应的离子方程式为Cu2Se+4H2O2+4H+===2Cu2++H2SeO3+5H2O。 (3)①在“氧化酸浸”工序中,加入适量NaCl的原因是使银元素转化为AgCl沉淀;②由题目可知AgCl(s)+Cl-(aq)[AgCl2]-(aq),在“除金”工序溶液中,若Cl-加入过多,AgCl则会转化为[AgCl2]-,当某离子的浓度低于1.0×10-5 mol·L-1时,可忽略该离子的存在,为了不让AgCl发生转化,则令c[AgCl2]-=1.0×10-5 mol·L-1,由K==2.0×10-5,可得c(Cl-)=0.5 mol·L-1,即Cl-浓度不能超过0.5 mol·L-1。 (4)在“银转化”体系中,[Ag(SO3)2]3-和[Ag(SO3)3]5-浓度之和为0.075 mol·L-1,溶液中存在平衡关系:[Ag(SO3)2]3-+S[Ag(SO3)3]5-,当c(S)=0.5 mol·L-1时,此时c[Ag(SO3)2]3-=c[Ag(SO3)3]5-=0.037 5 mol·L-1,则该平衡关系的平衡常数K===2,当c(S)=1 mol·L-1时, K===2,解得此时=0.05 mol·L-1。 (5)由分析可知滤液4中溶质主要成分为Na2SO3;由不同温度下Na2SO3的溶解度可知,高于 40 ℃后,Na2SO3的溶解度下降,“银转化”和“银还原”的效率降低,难以实现连续生产。 答案:(1)ds　3d104s1　 (2)Cu2Se+4H2O2+4H+===2Cu2++H2SeO3+5H2O (3)①使银元素转化为AgCl沉淀　②0.5 (4)0.05　(5)Na2SO3　高于40 ℃后,Na2SO3的溶解度下降,“银转化”和“银还原”的效率降低,难以实现连续生产 思维建模——内化解题流程 1.流程图建模——理清流程图的各环节 2.解题思维建模——通过“三审”掌握解题流程 (1)审题干——明确原料成分和目的要求 (2)审流程——明确各步转化原理和目的 看箭头 进入的是原料(即反应物);出去的是生成物(包括主产物和副产物) 看三线 主线主产品、分支副产品、回头为循环 找信息 明确反应条件控制和分离提纯方法 关注所加物质的可能作用 参与反应、提供反应氛围、满足定量要求 (3)审问题——明确答什么 不要 答非所问 要看清题目要求,按要求答题,防止答非所问 规范答题 回答问题要准确全面,注意语言表达的规范性,特别是化学用语的书写与表示要准确、规范 　　[例1]　硫酸锌(ZnSO4)是制备各种含锌材料的原料,在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备。菱锌矿的主要成分为ZnCO3,杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下: 本题中所涉及离子的氢氧化物溶度积常数如下表: 离子 Fe3+ Zn2+ Cu2+ Fe2+ Mg2+ Ksp 4.0×10-38 6.7×10-17 2.2×10-20 8.0×10-16 1.8×10-11 　　回答下列问题: (1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为 　。  (2)为了提高锌的浸取效果,可采取的措施有　　　　　　、　　　　　　。  (3)加入物质X调溶液pH=5,最适宜使用的X是　　　　(填标号)。  A.NH3·H2O　　B.Ca(OH)2　　C.NaOH 滤渣①的主要成分是　　　　　、　　　　　、　　　　　　。  (4)向80~90 ℃的滤液①中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤,滤渣②中有MnO2,该步反应的离子方程式为 　。  (5)滤液②中加入锌粉的目的是 。 (6)滤渣④与浓H2SO4反应可以释放HF并循环利用,同时得到的副产物是　　　 　、　　　 　。  　　[方法演示]　 　　1.整体分析流程图的含义 　　2.逐一分析三个关键环节 　　[答案]　(1)ZnCO3ZnO+CO2↑ (2)将菱锌矿焙烧后的产物碾碎　升高浸取时的反应温度、增大硫酸的浓度等 (3)B　Fe(OH)3　CaSO4　SiO2 (4)3Fe2+++7H2O===3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+ (5)除去Cu2+　(6)CaSO4　MgSO4 例析考法——把握二类题型 题型(一)　以物质制备为主体的化工流程 1.工艺流程中的常见专业术语 释义 研磨、 雾化 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴,增大反应物接触面积,以加快反应速率或使反应更充分 灼烧 (煅烧) 使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿 浸取 向固体中加入适当溶剂或溶液,使其中可溶性的物质溶解,包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等 酸浸 在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去的过程 浸出率 固体溶解后,离子在溶液中的含量的多少 滴定 定量测定,可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定 酸作用 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等 碱作用 去油污、去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅、调节pH、促进水解(沉淀) 2.物质制备过程中的条件控制 控制体系 的环境 氛围 ①需要在酸性气流中干燥FeCl3、AlCl3、MgCl2等含水晶体,抑制水解并带走因分解产生的水汽。 ②营造还原性氛围,防止还原性物质被氧化。如加入铁粉防止Fe2+被氧化。 ③加入氧化剂进行氧化。如加入绿色氧化剂H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,绿色氧化剂H2O2的优点:不引入新杂质,对环境无污染 控制反应 温度 ①加热:加速溶解、加快反应速率或促使平衡向某个方向移动(如促进水解生成沉淀)。 ②降温:防止某物质在某温度时会溶解或分解,或促使平衡向某个方向移动。 ③控制温度在一定范围内:综合多方面因素考虑。如使反应速率不至于太慢、抑制或促进平衡移动、防止反应物分解、防止副反应发生、使催化剂的催化活性最高等。 ④如题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息,则要根据它们溶解度随温度升高而改变的情况,寻找合适的结晶分离方法 控制溶液 的pH ①调节溶液的酸碱性,抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)。 ②“酸作用”还可除去氧化物(膜)。 ③“碱作用”还可除去油污,除去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅等。 ④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件) 外界条件 对可逆反 应的控制 ①使催化剂的活性达到最高:如工业合成氨或SO2的催化氧化反应,选择的温度是500 ℃左右,原因之一就是该温度下可使催化剂的活性达到最高。 ②对于一些工艺来说,降温或减压都可以减少能源成本,降低对设备的要求,达到绿色化学的目的 　　[例2]　氧化铈(CeO2)是一种应用非常广泛的稀土氧化物。现以氟碳铈矿(含CeFCO3、BaO、SiO2等)为原料制备氧化铈,其工艺流程如图所示: 已知:①稀土离子易与S形成复盐沉淀,Ce3+和S发生反应:Ce2(SO4)3+Na2SO4+nH2O===Ce2(SO4)3·Na2SO4·nH2O↓;②硫脲:具有还原性,酸性条件下易被氧化为(SCN2H3)2;③Ce3+在空气中易被氧化为Ce4+,两者均能形成氢氧化物沉淀;④Ce2(CO3)3为白色粉末,难溶于水。 回答下列问题: (1)滤渣A的主要成分是　　　　　　　　(填写化学式)。  (2)在另一种生产工艺中,在氟碳铈矿矿石粉中加入碳酸氢钠同时通入氧气焙烧,焙烧得到NaF和CeO2两种固体以及两种高温下的气态物质,请写出焙烧过程中相应的化学方程式 　。  (3)加入硫脲的目的是将Ce还原为Ce3+,反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)步骤③加入盐酸后,通常还需加入另一种化学试剂X,根据题中信息推测,加入X的作用为　　　　　　　　　　。  (5)下列关于步骤④的说法正确的是　　　(填字母)。  A.过滤后的滤液中仍含有较多Ce3+,需要将滤液循环以提高产率 B.可以用Na2CO3溶液代替NH4HCO3溶液,不影响产品纯度 C.过滤时选择减压过滤能够大大提高过滤效率 D.该步骤发生的反应是2Ce3++6HC===Ce2(CO3)3↓+3CO2↑+3H2O (6)若常温下,Ka2(H2CO3)=5.0×10-11,Ksp[Ce2(CO3)3]=1.0×10-28,Ce3+恰好沉淀完全c(Ce3+)=1.0×10-5 mol·L-1,此时测得溶液的pH=5,则溶液中c(HC)=　　　mol·L-1。  [解析]　氟碳铈矿(含CeFCO3、BaO、SiO2等)在空气中焙烧,Ce3+在空气中氧化为Ce4+,加稀硫酸浸取,Ce4+进入溶液,SiO2不反应,BaO与硫酸反应生成BaSO4沉淀,过滤分离,滤渣A为SiO2、BaSO4;含Ce滤液中加入硫脲将Ce4+还原为Ce3+,Ce2(SO4)3与Na2SO4形成复盐沉淀B为Ce2(SO4)3·Na2SO4·nH2O,过滤分离。复盐沉淀加入NaOH,再加入稀盐酸,Ce3+被转移到溶液中,加入碳酸氢铵使Ce3+沉淀为Ce2(CO3)3,最后灼烧分解生成CeO2。(1)根据分析,滤渣A的主要成分是BaSO4、SiO2。(2)在氟碳铈矿矿石粉(CeFCO3)中加入碳酸氢钠同时通入氧气焙烧,焙烧得到NaF和CeO2两种固体以及两种高温下的气态物质,根据质量守恒得到两种高温气态物质为二氧化碳和水蒸气,则焙烧过程中反应的化学方程式为4CeFCO3+4NaHCO3+O24NaF+4CeO2+8CO2+2H2O。(3)根据信息硫脲()具有还原性,酸性条件下易被氧化为(SCN2H3)2,则加入硫脲的目的是将Ce还原为Ce3+,反应的离子方程式为2Ce+===2Ce3++(SCN2H3)2+2HF+2F-。(4)步骤③加入盐酸后,通常还需加入另一种化学试剂X,根据题中信息Ce3+在空气中易被氧化为Ce4+推测,加入X的作用是防止Ce3+被空气氧化。(5)由于加入的碳酸氢铵过量,沉淀比较充分,因此过滤后的滤液中含有的Ce3+很少,A错误;碳酸钠的碱性强,碳酸钠与Ce3+反应生成Ce(OH)3沉淀,因此不可以用Na2CO3溶液代替NH4HCO3溶液,会影响产品纯度,B错误;减压过滤能够大大提高过滤效率,C正确;Ce3+加入碳酸氢铵反应生成Ce2(CO3)3沉淀,同时生成二氧化碳和水,则该步骤发生的反应是2Ce3++6HC===Ce2(CO3)3↓+3CO2↑+3H2O,D正确。(6)若Ce3+恰好沉淀完全时,c(Ce3+)=1.0×10-5 mol·L-1,则Ksp[Ce2(CO3)3]=1.0×1=c2(Ce3+)·c3(C)=(1×10-5)2·c3(C),解得c(C)=1.0×10-6 mol·L-1,测得溶液的pH=5,根据Ka2(H2CO3)=5.0×10-11==,解得c(HC)=0.2 mol·L-1。 [答案]　(1)BaSO4、SiO2　(2)4CeFCO3+4NaHCO3+O24NaF+4CeO2+8CO2+2H2O (3)2Ce+2===2Ce3++(SCN2H3)2+2HF+2F- (4)防止Ce3+被空气氧化　(5)CD　(6)0.2 题型(二)　以物质分离、提纯为主体的化工流程 1.常用的分离方法 过滤 分离难溶物和易溶物,根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法 萃取和 分液 利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质,如用CCl4或苯萃取溴水中的溴 蒸发结晶 提取溶解度随温度变化不大的溶质,如NaCl 冷却结晶 提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等 蒸馏或 分馏 分离沸点不同且互溶的液体混合物,如分离乙醇和甘油 冷却法 利用气体液化的特点分离气体,如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气 2.常用的提纯方法 水溶法 除去可溶性杂质 酸溶法 除去碱性杂质 碱溶法 除去酸性杂质 氧化剂或还原剂法 除去还原性或氧化性杂质 加热灼烧法 除去受热易分解或易挥发的杂质 调节溶液的pH法 如除去酸性Cu2+溶液中的Fe3+等 3.晶体的洗涤 洗涤试剂 适用范围 目的 蒸 馏 水 冷水 产物不溶于水 除去固体表面吸附着的××杂质;可适当降低固体因为溶解而造成的损失 热水 特殊的物质溶解度随着温度升高而下降 有机溶剂(酒精、丙酮等) 固体易溶于水、难溶于有机溶剂 减少固体溶解;利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分,产品易干燥 饱和溶液 对纯度要求不高的产品 减少固体溶解 酸、碱溶液 产物不溶于酸、碱 除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱的杂质;减少固体溶解 洗涤沉淀方法:向过滤器中加入洗涤剂至浸没沉淀,待洗涤剂自然流下后,重复以上操作2~3次 　　[例3]　(2023·辽宁卷)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+),实现镍、钴、镁元素的回收。 已知: 物质 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2 Ksp 10-37.4 10-14.7 10-14.7 10-10.8 回答下列问题: (1)用硫酸浸取镍钴矿时,提高浸取速率的方法为　 (答出一条即可)。  (2)“氧化”中,混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5),1 mol H2SO5中过氧键的数目为　　　　　　。  (3)“氧化”中,用石灰乳调节pH=4,Mn2+被H2SO5氧化为MnO2,该反应的离子方程式为  (H2SO5的电离第一步完全、第二步微弱);滤渣的成分为MnO2、 　(填化学式)。 (4)“氧化”中保持空气通入速率不变,Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为　　　　　　时,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;继续增大SO2体积分数时,Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是 　。  (5)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成CoO(OH),该反应的化学方程式为 　。  (6)“沉镁”中为使Mg2+沉淀完全(25 ℃),需控制pH不低于　　　　(精确至0.1)。  [解析]　(1)用硫酸浸取镍钴矿时,提高浸取速率的方法可以是将镍钴矿粉碎、浸取时搅拌、延长浸取时间等。(2)H2SO5可以看成是H2O2中一个氢原子被磺基—SO3H取代的产物,即H—O—O—SO3H,一个H2SO5分子中有一个过氧键,故1 mol H2SO5中过氧键的数目为6.02×1023。(3)根据题干信息可知,“氧化”中Mn2+被H2SO5氧化为MnO2,则H2SO5被还原为S,结合H2SO5的电离第一步完全可知,反应的离子方程式为Mn2++HS+H2O===MnO2↓+S+3H+;“氧化”中Fe2+会被氧化为Fe3+,用石灰乳调节pH=4时Fe元素沉淀为Fe(OH)3,Ca2+与S结合生成CaSO4沉淀,故滤渣中还含有Fe(OH)3、CaSO4。(4)由题图可知,当SO2体积分数为9.0%时,Mn(Ⅱ)氧化率达到100%所用时间最短,氧化速率最大;SO2具有还原性,也能还原H2SO5,其体积分数过大时,与H2SO5反应,使Mn(Ⅱ)氧化速率减小。(5)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)以Co(OH)2形式存在,其可被空气中的O2氧化为CoO(OH),根据氧化还原反应规律可写出反应的化学方程式。(6)Mg2+沉淀完全时,溶液中c(Mg2+)≤10-5 mol·L-1,c(OH-)≥= mol·L-1=10-2.9 mol·L-1,故c(H+)≤10-11.1 mol·L-1,pH≥11.1。 [答案]　(1)将镍钴矿粉碎(或浸取时搅拌、延长浸取时间等)　(2)6.02×1023 (3)Mn2++HS+H2O===MnO2↓+S+3H+　Fe(OH)3、CaSO4 (4)9.0%　SO2具有还原性,也能还原H2SO5 (5)4Co(OH)2+O2===4CoO(OH)+2H2O (6)11.1 课题探究·项目实践——制高铁酸钾, 学化学工艺 [课时跟踪检测] 一、选择题 1.(2025·南通海安期初质量检测)碲被誉为“现代工业的维生素”。某科研小组从粗铜精炼的阳极泥(主要含有Cu2Te)中提取粗碲设计工艺流程如图所示。 已知:①“焙烧”后,碲主要以TeO2形式存在; ②TeO2微溶于水,易溶于强酸和强碱; ③H6TeO6的Ka1=1.0×10-7,氧化性比硫酸强。 下列有关说法正确的是 (　　) A.“焙烧”使用的主要仪器有:蒸发皿、酒精灯、玻璃棒 B.“碱浸”后的滤渣中Ag和Au可用稀硝酸分离 C.“氧化”时氧化剂与还原剂的物质的量之比为 2∶1 D.“还原”反应的离子方程式为H5Te+3S+H+===Te↓+3S+3H2O 解析:选B　粗铜精炼的阳极泥(主要含有Cu2Te),通入氧气焙烧,可生成TeO2和CuO,加入氢氧化钠溶液碱浸,生成可溶于水的Na2TeO3,过滤得到的滤渣含有CuO和不溶的阳极泥,加入双氧水氧化Na2TeO3生成Na2TeO4,经稀硫酸酸化后转化为H6TeO6,最后加入亚硫酸钠还原并过滤得到粗碲。焙烧固体,应用坩埚,且放在泥三角上,另外加热时需要酒精灯,并用玻璃棒搅拌,故A错误;“碱浸”后所得的滤渣中含有的Au、Ag,Au不溶于稀硝酸,而Ag溶于稀硝酸,可选择稀硝酸分离,故B正确;“氧化”过程中双氧水被还原为水,双氧水中氧元素化合价总降低2价,Te元素化合价由+4升高至+6,升高2价,因此氧化剂H2O2与还原剂Te的物质的量之比为1∶1,故C错误;还原反应中H6TeO6为弱酸,不能拆分,故D错误。 2.(2025·扬州大学附属中学限时作业)由制铝工业废渣(主要含Fe、Ca、Si、Al等的氧化物)制取聚合硫酸铁铝净水剂的流程如下。 下列有关说法不正确的是 (　　) A.控制适当反应温度并不断搅拌,有利于提高铁、铝浸取率 B.Al2O3与稀硫酸反应的离子方程式:Al2O3+6H+===2Al3++3H2O C.滤液中主要存在的阳离子有:H+、Fe2+、Ca2+、Al3+ D.聚合硫酸铁铝水解形成的胶体具有吸附作用 解析:选C　废渣加入稀硫酸和过氧化氢得到硫酸铁、硫酸铝和硫酸钙,过滤除去SiO2及硫酸钙,滤液加热聚合,进一步得到聚合硫酸铁铝。控制适当反应温度并不断搅拌,可使反应充分进行,能够提高铁、铝浸取率,A正确;Al2O3与稀硫酸反应生成硫酸铝和水,离子方程式为Al2O3+6H+===2Al3++3H2O,B正确;过氧化氢氧化性强于铁离子,所以它会将亚铁离子氧化为铁离子,滤液中主要存在的阳离子是Al3+和Fe3+,C错误;聚合硫酸铁铝水解生成氢氧化铝和氢氧化铁胶体,胶体有吸附作用,D正确。 3.以水泥厂的废料(主要成分为MgO,含少量MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质)为原料制备MgSO4·7H2O的工艺流程如下: 已知:MnO+H2SO4===MnSO4+H2O,下列说法正确的是 (　　) A.为提高酸浸速率,可使用浓硫酸 B.试剂X可以是MgSO4 C.滤渣为Al(OH)3、Fe(OH)3、SiO2 D.操作a所得滤液经处理后可循环利用 解析:选D　以水泥厂的废料(主要成分为MgO,还有少量MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质)制取MgSO4·7H2O,废料加入足量稀硫酸,MgO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3都与硫酸反应,转化为对应的硫酸盐,SiO2不与硫酸反应,向反应后溶液中加入次氯酸钠溶液氧化亚铁离子为铁离子,同时使锰离子转化为MnO2沉淀,再加入氧化镁等物质调节溶液的pH,除去锰离子、铁离子、铝离子,过滤,将滤液进行一系列操作得到MgSO4·7H2O。适当升温(或粉碎或搅拌)即可提高浸取速率,不需要使用浓硫酸,故A错误;试剂X为氧化镁或氢氧化镁、碳酸镁等,不能使用MgSO4,故B错误;滤渣为Al(OH)3、Fe(OH)3、SiO2、MnO2,故C错误;操作a所得滤液所含溶质为硫酸、硫酸钠,经处理后可循环利用,故D正确。 二、非选择题 4.(9分)以铜钴矿[主要成分为CoOOH、Cu2(OH)2CO3、Fe2O3,另含少量SiO2及含砷化合物]制备锂电池正极原料Co3O4,生产流程如图所示。 已知:①铜萃取原理为Cu2+(aq)+2RH===R2Cu+2H+(aq),有机溶剂RH密度比水小; ②沉钴所得固体为CoC2O4; ③Co3O4也称钴酸亚钴,化学式也可为Co(CoO2)2。 (1)CoOOH中钴离子的电子排布式为　　　　　。  (2)“酸浸”液中钴以Co2+形式存在,则“酸浸”液中的金属阳离子还有　　　　　　。适当升高温度可加快酸浸速率,但温度过高时钴的浸出率明显降低,其可能的原因是　　　　　　　　　。  (3)实验室用分液漏斗模拟萃取除铜,加入萃取剂后充分振荡静置后,分离出含铜有机溶剂的具体实验操作为 　　。  (4)“除铁”过程中,溶液中的及部分Fe2+转化为FeAsO4沉淀,写出该反应的离子方程式:　 。  (5)“焙烧”过程中,若氧气不足会产生CO而污染空气,其原因为　　　　　　　　　　　　(用方程式表示)。  解析:铜钴矿[主要成分为CoOOH、Cu2(OH)2CO3、Fe2O3,另含少量SiO2及含砷化合物]粉碎后加入稀硫酸,通入二$$