2020届高考化学一轮复习 铁、铜及其化合物 金属的冶炼学案
专题十三 铁、铜及其化合物 金属的冶炼
挖命题
【考情探究】
考点
内容解读
5年考情
预测热度
考题示例
难度
关联考点
铁及其化合物的性质
掌握铁及其重要化合物的主要性质及其应用
2018课标Ⅰ,7,6分
易
Li2SO4、Li2CO3的溶解性
★★★
2017课标Ⅰ,27,14分
中
NH3·H2O、H2O2的不稳定性;Ksp的应用
铜及其化合物的性质 金属的冶炼
1.掌握铜及其重要化合物的主要性质及其应用
2.了解常见金属及其重要化合物的制备方法
2018课标Ⅱ,26,14分
中
电解原理的应用
★★
2015课标Ⅰ,10,6分
中
铁、铝及其化合物的性质
分析解读 铁、铜及其化合物的性质是高考热点之一,铁盐(Fe3+)、亚铁盐(Fe2+)的性质是考查的重点。试题往往结合金属的冶炼、废旧金属资源的回收利用、铁及其重要化合物性质的实验探究等命题情景综合考查基本概念、基本理论、化学反应原理等多个考点,对能力要求较高。
【真题典例】
破考点
【考点集训】
考点一 铁及其化合物的性质
1.(2019届四川成都顶级名校零诊,3)下列依据相关实验得出的结论正确的是( )
A.用铂丝蘸取少量某溶液进行焰色反应,火焰呈黄色,该溶液一定是钠盐溶液
B.将Fe(NO3)2样品先溶于稀盐酸中,然后滴加KSCN溶液,溶液变红,说明Fe(NO3)2样品已氧化变质
C.在食盐试样中加入盐酸和KI溶液,加入淀粉溶液后变蓝,则试样可能含KIO3
D.加入AgNO3溶液后生成白色沉淀,加稀盐酸沉淀不溶解时,可确定有Cl-存在
答案 C
2.(2019届安徽合肥调研,9)在给定条件下,下列选项所示的物质间转化均能一步实现的是( )
A.FeFe2O3FeCl3(aq)
B.N2NH3NO
C.SiO2H2SiO3Na2SiO3(aq)
D.Al2O3Al(OH)3AlCl3(aq)
答案 B
3.(2019届云南昆明摸底调研,4)将下列各组物质发生反应生成的气体分别通入FeCl2溶液,不能与FeCl2发生反应的是( )
A.CaO和浓氨水 B.二氧化锰和浓盐酸共热
C.Na2O2和CO2 D.铜片和浓硫酸共热
答案 D
4.(2017辽宁铁岭协作体一联,10)下列有关实验原理、方法和结论都正确的是( )
A.室温下向苯和少量苯酚的混合溶液中加入适量NaOH溶液,振荡、静置后分液,可除去苯中的少量苯酚
B.取少量溶液X,向其中加入适量新制氯水,再加几滴KSCN溶液,溶液变红,说明X溶液中一定含有Fe2+
C.向饱和FeCl3溶液中滴加过量氨水,可制取Fe(OH)3胶体
D.已知I3- I2+I-,向盛有KI3溶液的试管中加入适量CCl4,振荡静置后CCl4层显紫色,说明KI3在CCl4中的溶解度比在水中的大
答案 A
5.[2018河北“名校联盟”质监(一),23]常温下,某溶液X中含有Fe3+、SO42-、Cu2+、Na+、CO32-、Al3+中的几种离子。取少量溶液X滴加KSCN溶液,溶液变红;另取少量溶液X滴加NaOH溶液至pH=4后过滤,向滤液中继续滴加NaOH溶液至过量时又得到沉淀W和溶液Y。可能用到的数据如下表所示。下列说法正确的是( )
沉淀物
Fe(OH)3
Cu(OH)2
Al(OH)3
开始沉淀的pH
1.9
4.7
3.4
沉淀完全的pH
3.2
6.7
4.7
A.该温度下Ksp[Fe(OH)3]=1×10-14.6
B.W主要含有Cu(OH)2和Al(OH)3
C.溶液X中一定含有Cu2+、Fe3+和SO42-
D.取溶液Y进行焰色反应,可判断溶液X中是否含有Na+
答案 C
6.(2017江西红色七校一联,12)有一澄清透明的溶液,只可能含有大量的Fe3+、Fe2+、H+、AlO2-、Al3+、CO32-、NO3-七种离子中的几种,向该溶液中逐滴加入一定量1 mol/L NaOH溶液的过程中,开始没有沉淀,而后才有沉淀,则下列判断正确的是( )
A.溶液中可能含有AlO2-
B.溶液中可能含有NO3-
C.溶液中一定不含Fe2+和Fe3+
D.溶液中可能含有Fe3+,但一定不含Fe2+
答案 D
7.[2018河北“名校联盟”质监(一),29]钢制构件在镀锌前需要经过酸洗,其基本原理是用盐酸除去其表面的Fe2O3·H2O及FeO等杂质。回收废酸同时生产含铁产品的流程如下:
已知:
ⅰ.酸洗钢制构件后得到废酸的主要成分如下表所示。
成分
Cl-
游离HCl
Fe2+
Fe3+
含量/g·L-1
130~160
50~70
60~80
0
ⅱ.pH<4时,Fe2+不易被氧气氧化。
回答下列问题:
(1)用离子方程式解释废酸中不含Fe3+的原因:
。
(2)过程Ⅱ中,发生的主要反应为FeCl2(s)+H2SO4(aq) FeSO4(s)+2HCl(aq)。
①加入过量H2SO4的作用是 (写出一点即可)。
②用化学平衡原理解释鼓入空气的目的: 。
(3)过程Ⅲ中,FeSO4隔绝空气焙烧得到的尾气中含有两种可用于生产硫酸的氧化物,此过程发生反应的化学方程式是 。
(4)过程Ⅴ:阴离子交换树脂可将FeCl4-选择性吸附分离,其过程可表示为ROH+X- RX+OH-(X-表示FeCl4-)。当树脂吸附饱和后可直接用水洗涤树脂进行脱附,同时脱附过程发生反应:FeCl4- Fe3++4Cl-。
①吸附后溶液的pH将会 (填“升高”“降低”或“不变”)。
②洗脱液经处理后有许多用途,下列用途合理的是 。
A.刻蚀印刷铜线路板 B.净化污水
C.自来水消毒 D.浸泡生物标本
答案 (1)2Fe3++Fe 3Fe2+
(2)①抑制Fe2+水解;防止pH>4时,Fe2+被氧气氧化;提供H+利于HCl气体的逸出;提供SO42-利于FeSO4固体析出(答出任意一点即可)
②空气带走HCl气体,促进平衡FeCl2(s)+H2SO4(aq) FeSO4(s)+2HCl(aq)向正反应方向移动,有利于FeSO4固体的析出
(3)2FeSO4 Fe2O3+SO2↑+SO3↑(条件也可以写“高温”)
(4)①升高 ②AB
考点二 铜及其化合物的性质 金属的冶炼
1.(2018湖北部分重点中学联考,8)下列常见金属的冶炼原理中不合理的是( )
选项
金属
冶炼原理
A
Fe
Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3
B
Hg
2HgO 2Hg+O2↑
C
Mg
H2+MgO Mg+H2O
D
Cu
Cu2S+O2 2Cu+SO2
答案 C
2.(2018河南八市第二次测评,5)《天工开物》中记载:凡铜供世用,出山与出炉,止有赤铜。以炉甘石或倭铅参和,转色为黄铜,以砒霜等药制炼为白铜,矾、硝等药制炼为青铜。其中涉及的物质中熔点最高的是( )
A.青铜 B.黄铜
C.赤铜 D.白铜
答案 C
3.(2018湖南怀化联考,6)下列有关金属的说法中正确的是( )
A.生铁比纯铁抗腐蚀能力更强
B.青铜、不锈钢、硬铝都是合金
C.性质越活泼的金属越早被人类冶炼和使用
D.单质铝在空气中比较耐腐蚀,所以铝是不活泼金属
答案 B
4.(2018河北邯郸教学质量检测,16)某化合物M由两种常见的元素组成,为了测定其组成进行如下实验:
M的化学式可能为( )
A.Cu2S B.CuS
C.FeS2 D.Fe3S4
答案 A
5.(2019届云南昆明摸底调研,18)黄铜矿可用于生产金属铜。
(1)工业上以黄铜矿(主要成分为CuFeS2,含有少量MgO、FeS)来生产铜,同时获取副产物铁和硫单质,原料的综合利用率较高。主要流程如下:
请回答下列问题:
①反应Ⅰ中FeCl3作 (选填“氧化剂”或“还原剂”);滤渣Z为 (填化学式)。
②物质X最好选用 (选填相应的字母)。
A.KMnO4 B.HNO3 C.H2O2
③已知几种常见离子沉淀时的pH如下表所示,调节pH获取滤渣Y时,pH的取值范围是 ≤pH< 。
沉淀物
开始沉淀的pH
沉淀完全的pH
Fe(OH)3
2.7
3.5
Fe(OH)2
7.6
9.6
Mg(OH)2
9.5
11.1
注:Fe(OH)2为絮状沉淀,不易从溶液中除去。
④常温下,某氢氧化镁悬浊液的pH=8.5,此溶液中Mg2+浓度为 mol·L-1。[常温下,Mg(OH)2的Ksp=1.8×10-11]
(2)实验室改进上述工艺方法,将黄铜矿精矿粉碎后采用如下装置进行电化学浸出实验来制取铜:
①硫酸铁与稀硫酸的混合液和黄铜矿粉反应的化学方程式之一为CuFeS2+4H+Cu2++Fe2++2H2S↑,又知生成的硫化氢气体被硫酸铁氧化而除去,则除去硫化氢气体的离子方程式为
。
②选择性离子交换膜只允许 (填离子符号)通过。电解过程中,阳极区Fe3+的浓度基本保持不变,原因是 (用电极反应式表示)。
答案 (1)①氧化剂 S ②C ③3.5 9.5 ④1.8
(2)①2Fe3++H2S2Fe2++S↓+2H+
②Cu2+ Fe2+-e-Fe3+
炼技法
方法集训
方法 无机工艺流程题的解题方法
1.(2019届四川成都顶级名校零诊,26)钇(Y)元素是激光和超导的重要材料,常见化合价为+3价。我国蕴藏着丰富的钇矿石(Y2FeBe2Si2O10),工业上通过如下生产流程可获得氧化钇。
已知:①有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH见下表。
离子
开始沉淀时的pH
完全沉淀时的pH
Fe3+
2.7
3.7
Y3+
6.0
8.2
②Be(OH)2+2NaOHNa2BeO2+2H2O。
请回答下列问题:
(1)过滤Ⅲ所得滤液的溶质主要有 。
(2)①欲从过滤Ⅰ所得混合溶液中制得Be(OH)2沉淀,最好选用盐酸和 两种试剂,再通过必要的操作即可实现。
a.NaOH溶液 b.氨水
c.CO2 d.HNO3
②Na2BeO2与足量盐酸发生反应的离子方程式为 。
(3)过滤Ⅰ后溶解时加入H2O2的目的是 (用离子方程式表示)。溶解后,加入氨水调整pH的范围是 。
(4)已知25 ℃时,Ksp[Fe(OH)3]=4×10-38,则该温度下反应Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+的平衡常数K= 。
(5)写出煅烧过程的化学方程式: 。
答案 (1)氯化铵、草酸铵
(2)①b ②BeO22-+4H+Be2++2H2O
(3)2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O 3.7≤pH<6.0
(4)2.5×10-5 (5)Y2(C2O4)3Y2O3+3CO↑+3CO2↑
2.[2018福建福州八县(市)协作体联考,19]以冶炼铝的废弃物铝灰为原料制取超细α-氧化铝,既能降低环境污染又可提高铝资源的利用率。已知铝灰的主要成分为Al2O3(含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3),其制备实验流程如下:
(1)写出铝灰与氢氧化钠溶液反应涉及的化学方程式:
。
(2)图中“滤渣”的主要成分为 (填化学式)。
(3)加30% H2O2溶液发生的离子方程式为 。
(4)煅烧硫酸铝铵晶体,发生的主要反应为4[NH4Al(SO4)2·12H2O]2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑ +53H2O↑,将产生的气体通过下图所示的装置。
①集气瓶中收集到的气体是 (填化学式)。
②足量饱和NaHSO3溶液吸收的物质除大部分H2O(g)外还有 (填化学式)。
③酸性KMnO4溶液紫色变浅 (填“能”或“不能”)说明煅烧硫酸铝铵晶体产物中含有SO2气体?理由: 。
答案 (1)Al2O3+2NaOH 2NaAlO2+H2O、SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O
(2)SiO2
(3)2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O
(4)①N2 ②SO3、NH3 ③不能 饱和NaHSO3溶液在吸收SO3的同时会释放出SO2
3.(2018河南开封一模,27)工业上利用氯碱工业中的固体废物盐泥[主要成分为Mg(OH)2、CaCO3、BaSO4,除此之外还有NaCl、Al(OH)3、Fe(OH)3、Mn(OH)2等]与废稀硫酸反应制备七水硫酸镁,产率高,既处理了三废,又有经济效益。其工艺流程如下:
已知:ⅰ)部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH
沉淀物
Mn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mg(OH)2
pH(完全沉淀)
10.02
8.96
3.20
4.70
11.12
ⅱ)两种盐的溶解度图
根据以上流程图并参考表格中的pH数据和溶解度图,请回答下列问题。
(1)酸解时,加入的酸为 ;在酸解过程中,想加快酸解速率,请提出两种可行的措施: 、
。
(2)加入的NaClO可与Mn2+反应产生MnO2沉淀,该反应的离子方程式是 。
(3)本工艺流程多次用到抽滤操作,其优点在于 ,四次抽滤时:抽滤①所得滤渣A的成分为 、CaSO4;抽滤②所得滤渣B的成分为MnO2、 、 ;抽滤③前滤液C中主要杂质阳离子的检验方法是 ;抽滤④将产品抽干。
(4)依据溶解度曲线,操作M应采取的方法是适当浓缩, 。
(5)每制备1吨MgSO4·7H2O,需要消耗盐泥2吨。若生产过程中的转化率为70%,则盐泥中镁(以氢氧化镁计)的质量分数约为 。
答案 (1)硫酸 升温 把盐泥粉碎、搅拌等
(2)Mn2++ClO-+H2O MnO2↓+2H++Cl-
(3)速度快 BaSO4 Fe(OH)3 Al(OH)3 焰色反应
(4)趁热过滤
(5)16.8%(写17%也可)
过专题
【五年高考】
A组 统一命题·课标卷题组
考点一 铁及其化合物的性质
1.(2018课标Ⅰ,7,6分)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属,其流程如下:
下列叙述错误的是( )
A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C.“沉淀”反应的金属离子为Fe3+
D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
答案 D
2.(2017课标Ⅰ,27,14分)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图所示。由图可知,当铁的浸出率为70%时,所采用的实验条件为 。
(2)“酸浸”后,钛主要以TiOCl42-形式存在,写出相应反应的离子方程式 。
(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示:
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率/%
92
95
97
93
88
分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因
。
(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为 。
(5)若“滤液②”中c(Mg2+)=0.02 mol·L-1,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5 mol·L-1,此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成?
(列式计算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10-22、1.0×10-24。
(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式
。
答案 (1)100 ℃、2 h,90 ℃、5 h
(2)FeTiO3+4H++4Cl- Fe2++TiOCl42-+2H2O
(3)低于40 ℃,TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加;超过40 ℃,H2O2分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降
(4)4 (5)Fe3+恰好沉淀完全时,c(PO43-)=1.3×10-221.0×10-5 mol·L-1=1.3×10-17mol·L-1,c3(Mg2+)·c2(PO43-)值为0.013×(1.3×10-17)2=1.7×10-40
K2>K3 bd 调节溶液的pH
(4)18~20
考点二 铜及其化合物的性质 金属的冶炼
5.(2018江苏单科,6,2分)下列有关物质性质的叙述一定不正确的是( )
A.向FeCl2溶液中滴加NH4SCN 溶液,溶液显红色
B.KAl(SO4)2·12H2O 溶于水可形成Al(OH)3胶体
C.NH4Cl 与Ca(OH)2 混合加热可生成NH3
D.Cu与FeCl3 溶液反应可生成CuCl2
答案 A
6.(2016四川理综,9,13分)CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl,并进行相关探究。
【资料查阅】
【实验探究】 该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)。
请回答下列问题:
(1)仪器X的名称是 。
(2)实验操作的先后顺序是a→ →e(填操作的编号)。
a.检查装置的气密性后加入药品
b.熄灭酒精灯,冷却
c.在“气体入口”处通入干燥HCl
d.点燃酒精灯,加热
e.停止通入HCl,然后通入N2
(3)在实验过程中,观察到B中物质由白色变为蓝色,C中试纸的颜色变化是 。
(4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是 。
【探究反思】
(5)反应结束后,取出CuCl产品进行实验,发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。根据资料信息分析:
①若杂质是CuCl2,则产生的原因是 。
②若杂质是CuO,则产生的原因是 。
答案 (1)干燥管 (2)cdb (3)先变红,后褪色 (4)Cl2+2OH- ClO-+Cl-+H2O (5)①加热时间不足或温度偏低 ②通入HCl的量不足
7.(2015天津理综,9,18分)废旧印刷电路板是一种电子废弃物,其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾,流程简图如下:
回答下列问题:
(1)反应Ⅰ是将Cu转化为Cu(NH3)42+,反应中H2O2的作用是 。写出操作①的名称:
。
(2)反应Ⅱ是铜氨溶液中的Cu(NH3)42+与有机物RH反应,写出该反应的离子方程式:
。操作②用到的主要仪器名称为 ,其目的是(填序号) 。
a.富集铜元素
b.使铜元素与水溶液中的物质分离
c.增加Cu2+在水中的溶解度
(3)反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和 。若操作③使用右图装置,图中存在的错误是 。
(4)操作④以石墨作电极电解CuSO4溶液。阴极析出铜,阳极产物是 。操作⑤由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是 。
(5)流程中有三处实现了试剂的循环使用,已用虚线标出两处,第三处的试剂是 。循环使用的NH4Cl在反应Ⅰ中的主要作用是 。
答案 (18分)(1)作氧化剂 过滤
(2)Cu(NH3)42++2RH 2NH4++2NH3+CuR2 分液漏斗 ab
(3)RH 分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁、液体过多
(4)O2、H2SO4 加热浓缩、冷却结晶、过滤
(5)H2SO4 防止由于溶液中c(OH-)过高,生成Cu(OH)2沉淀
C组 教师专用题组
考点一 铁及其化合物的性质
1.(2016浙江理综,7,6分)下列说法不正确的是( )
A.储热材料是一类重要的能量存储物质,单位质量的储热材料在发生熔融或结晶时会吸收或释放较大的热量
B.Ge(32号元素)的单晶可以作为光电转换材料用于太阳能电池
C.Ba2+浓度较高时危害健康,但BaSO4可服入体内,作为造影剂用于X-射线检查肠胃道疾病
D.纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的Pb2+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等重金属离子,其本质是纳米铁粉对重金属离子较强的物理吸附
答案 D
2.(2017北京理综,28,16分)某小组在验证反应“Fe+2Ag+ Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。
(1)检验产物
①取出少量黑色固体,洗涤后, (填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。
②取上层清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有 。
(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是
(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验:
①取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:
序号
取样时间/min
现象
ⅰ
3
产生大量白色沉淀;溶液呈红色
ⅱ
30
产生白色沉淀,较3 min时量少;溶液红色较3 min时加深
ⅲ
120
产生白色沉淀,较30 min时量少;溶液红色较30 min时变浅
(资料:Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN)
②对Fe3+产生的原因作出如下假设:
假设a:可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+;
假设b:空气中存在O2,由于 (用离子方程式表示),可产生Fe3+;
假设c:酸性溶液中的NO3-具有氧化性,可产生Fe3+;
假设d:根据 现象,判断溶液中存在Ag+,可产生Fe3+。
③下述实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。
实验Ⅰ:向硝酸酸化的 溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加KSCN溶液。3 min时溶液呈浅红色,30 min后溶液几乎无色。
实验Ⅱ:装置如下图。其中甲溶液是 ,操作及现象是
。
(3)根据实验现象,结合方程式推测实验ⅰ~ⅲ中Fe3+浓度变化的原因:
。
答案 (16分)
(1)①加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀
②Fe2+
(2)2Fe3++Fe 3Fe2+
②4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O 加入KSCN溶液后产生白色沉淀
③0.05 mol·L-1 NaNO3 FeSO4溶液 分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加KSCN溶液,后者红色更深
(3)溶液中存在反应:①2Ag++Fe Fe2++2Ag,②Ag++Fe2+ Fe3++Ag,③Fe+2Fe3+ 3Fe2+。反应开始时,c(Ag+)大,以反应①、②为主,c(Fe3+)增大。约30 min后,c(Ag+)小,以反应③为主,c(Fe3+)减小
3.(2014福建理综,24,15分)铁及其化合物与生产、生活关系密切。
(1)右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
①该电化腐蚀称为 。
②图中A、B、C、D四个区域,生成铁锈最多的是 (填字母)。
(2)用废铁皮制取铁红(Fe2O3)的部分流程示意图如下:
①步骤Ⅰ若温度过高,将导致硝酸分解。硝酸分解的化学方程式为 。
②步骤Ⅱ中发生反应:4Fe(NO3)2+O2+(2n+4)H2O 2Fe2O3·nH2O+8HNO3,反应产生的HNO3又将废铁皮中的铁转化为Fe(NO3)2,该反应的化学方程式为 。
③上述生产流程中,能体现“绿色化学”思想的是 (任写一项)。
(3)已知t ℃时,反应FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)的平衡常数K=0.25。
①t ℃时,反应达到平衡时n(CO)∶n(CO2)= 。
②若在1 L密闭容器中加入0.02 mol FeO(s),并通入x mol CO,t ℃时反应达到平衡。此时FeO(s)转化率为50%,则x= 。
答案 (1)①吸氧腐蚀 ②B
(2)①4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O
②4Fe+10HNO3 4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O
③氮氧化物排放少(或其他合理答案)
(3)①4∶1 ②0.05
4.(2013浙江理综,28,14分)利用废旧镀锌铁皮可制备磁性Fe3O4胶体粒子及副产物ZnO。制备流程图如下:
已知:Zn及其化合物的性质与Al及其化合物的性质相似。请回答下列问题:
(1)用NaOH溶液处理废旧镀锌铁皮的作用有 。
A.去除油污 B.溶解镀锌层
C.去除铁锈 D.钝化
(2)调节溶液A的pH可产生Zn(OH)2沉淀,为制得ZnO,后续操作步骤是 。
(3)由溶液B制得Fe3O4胶体粒子的过程中,须持续通入N2,其原因是 。
(4)Fe3O4胶体粒子能否用减压过滤法实现固液分离? (填“能”或“不能”),理由是
。
(5)用重铬酸钾法(一种氧化还原滴定法)可测定产物Fe3O4中的二价铁含量。若需配制浓度为0.010 00 mol·L-1 的K2Cr2O7标准溶液250 mL,应准确称取 g K2Cr2O7(保留4位有效数字,已知MK2Cr2O7=
294.0 g·mol-1)。配制该标准溶液时,下列仪器中不必要用到的有 (用编号表示)。
①电子天平 ②烧杯 ③量筒 ④玻璃棒 ⑤容量瓶 ⑥胶头滴管 ⑦移液管
(6)滴定操作中,如果滴定前装有K2Cr2O7标准溶液的滴定管尖嘴部分有气泡,而滴定结束后气泡消失,则测定结果将 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
答案 (共14分)(1)A、B
(2)抽滤、洗涤、灼烧
(3)N2气氛下,防止Fe2+被氧化
(4)不能 胶体粒子太小,抽滤时容易透过滤纸
(5)0.735 0 ③⑦
(6)偏大
5.(2013天津理综,9,18分)FeCl3在现代工业生产中应用广泛。某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl3,再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2S。
Ⅰ.经查阅资料得知:无水FeCl3在空气中易潮解,加热易升华。他们设计了制备无水FeCl3的实验方案,装置示意图(加热及夹持装置略去)及操作步骤如下:
①检验装置的气密性;
②通入干燥的Cl2,赶尽装置中的空气;
③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成;
④……
⑤体系冷却后,停止通入Cl2,并用干燥的N2赶尽Cl2,将收集器密封。
请回答下列问题:
(1)装置A中反应的化学方程式为 。
(2)第③步加热后,生成的烟状FeCl3大部分进入收集器,少量沉积在反应管A右端。要使沉积的FeCl3进入收集器,第④步操作是 。
(3)操作步骤中,为防止FeCl3潮解所采取的措施有(填步骤序号) 。
(4)装置B中冷水浴的作用为 ;装置C的名称为 ;装置D中FeCl2全部反应后,因失去吸收Cl2的作用而失效,写出检验FeCl2是否失效的试剂: 。
(5)在虚线框中画出尾气吸收装置E并注明试剂。
Ⅱ.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S,得到单质硫;过滤后,再以石墨为电极,在一定条件下电解滤液。
(6)FeCl3与H2S反应的离子方程式为 。
(7)电解池中H+在阴极放电产生H2,阳极的电极反应式为 。
(8)综合分析实验Ⅱ的两个反应,可知该实验有两个显著优点:
①H2S的原子利用率为100%;② 。
答案 (共18分)(1)2Fe+3Cl2 2FeCl3
(2)在沉积的FeCl3固体下方加热
(3)②⑤
(4)冷却,使FeCl3沉积,便于收集产品 干燥管
K3[Fe(CN)6]溶液
(5)
(6)2Fe3++H2S 2Fe2++S↓+2H+
(7)Fe2+-e- Fe3+
(8)FeCl3得到循环利用
考点二 铜及其化合物的性质 金属的冶炼
6.(2014江苏单科,7,2分)下列指定反应的离子方程式正确的是 ( )
A.Cu溶于稀HNO3:Cu+2H++NO3- Cu2++NO2↑+H2O
B.(NH4)2Fe(SO4)2溶液与过量NaOH溶液反应制Fe(OH)2:Fe2++2OH- Fe(OH)2↓
C.用CH3COOH溶解CaCO3:CaCO3+2H+ Ca2++H2O+CO2↑
D.向NaAlO2溶液中通入过量CO2制Al(OH)3:CO2+AlO2-+2H2O Al(OH)3↓+HCO3-
答案 D
7.(2013四川理综,7,6分)1.52 g铜镁合金完全溶解于50 mL密度为1.40 g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中,得到NO2和N2O4的混合气体1 120 mL(标准状况),向反应后的溶液中加入1.0 mol/L NaOH溶液,当金属离子全部沉淀时,得到2.54 g沉淀。下列说法不正确的是( )
A.该合金中铜与镁的物质的量之比是2∶1
B.该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是14.0 mol/L
C.NO2和N2O4的混合气体中,NO2的体积分数是80%
D.得到2.54 g沉淀时,加入NaOH溶液的体积是600 mL
答案 D
8.(2013山东理综,28,12分)金属冶炼与处理常涉及氧化还原反应。
(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是 。
a.Fe2O3 b.NaCl c.Cu2S d.Al2O3
(2)辉铜矿(Cu2S)可发生反应:2Cu2S+2H2SO4+5O2 4CuSO4+2H2O,该反应的还原剂是 。当1 mol O2发生反应时,还原剂所失电子的物质的量为 mol。向CuSO4溶液中加入镁条时有气体生成,该气体是 。
(3)如图为电解精炼银的示意图, (填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银,若b极有少量红棕色气体产生,则生成该气体的电极反应式为
。
(4)为处理银器表面的黑斑(Ag2S),将银器浸于铝质容器里的食盐水中并与铝接触,Ag2S转化为Ag,食盐水的作用是 。
答案 (1)b、d
(2)Cu2S 4 H2
(3)a 2H++NO3-+e- NO2↑+H2O
(4)作电解质溶液(或导电)
9.(2013重庆理综,8,14分)合金是建造航空母舰的主体材料。
(1)航母升降机可由铝合金制造。
①铝元素在周期表中的位置为 。工业炼铝的原料由铝土矿提取而得,提取过程中通入的气体为 。
②Al-Mg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜,其化学方程式为 。
焊接过程中使用的保护气为 (填化学式)。
(2)航母舰体材料为合金钢。
①舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为 。
②航母用钢可由低硅生铁冶炼而成,则在炼铁过程中为降低硅含量需加入的物质为 。
(3)航母螺旋桨主要用铜合金制造。
①80.0 g Cu-Al合金用酸完全溶解后,加入过量氨水,过滤得白色沉淀39.0 g,则合金中Cu的质量分数为 。
②为分析某铜合金的成分,用酸将其完全溶解后,用NaOH溶液调节pH,当pH=3.4时开始出现沉淀。分别在pH为7.0、8.0时过滤沉淀。结合下图信息推断该合金中除铜外一定含有 。
答案 (14分)(1)①第三周期第ⅢA族 CO2
②Al2O3+2NaOH 2NaAlO2+H2O Ar(其他合理答案均可得分)
(2)①吸氧腐蚀 ②CaCO3或CaO
(3)①83.1% ②Al、Ni
【三年模拟】
一、选择题(每题6分,共42分)
1.(2018广东佛山教学质量检测,8)《唐本草》记载“本来绿色,新出窟未见风者,正如琉璃。陶及今人谓之石胆,烧之赤色,故名绛矾矣”。文中“绛矾”为( )
A.FeSO4·7H2O B.CuSO4·5H2O
C.Na2SO4·10H2O D.KAl(SO4)2·12H2O
答案 A
2.(2018吉林四盟校期中联考,21)FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入铁粉,充分反应后仍有固体存在,则下列判断不正确的是( )
A.加入KSCN溶液一定不变红色
B.溶液中一定含Cu2+
C.溶液中一定含Fe2+
D.剩余固体中一定含铜
答案 B
3.[2018河北“名校联盟”质监(一),4]下列有关化学实验的设计合理的是( )
A.向氯化亚铁溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液,证明溶液中含有Fe2+
B.采用蒸馏的方法分离碘的四氯化碳溶液
C.用盐酸与碳酸钙反应,比较氯元素和碳元素的非金属性
D.H2S气体通入CuSO4溶液,比较氢硫酸和硫酸的酸性
答案 B
4.(2019届山西长治五中一调,16)已知100 mL硫酸铁、硫酸铜、硫酸的混合溶液,各阳离子的物质的量浓度相同,测得c(SO42-)=9 mol/L,则此溶液中可以溶解铁粉的质量为( )
A.11.2 g B.16.8 g C.33.6 g D.5.6 g
答案 C
5.(2018山东济宁统考,15)将0.2 mol·L-1的KI溶液和0.05 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液等体积混合充分反应后,取混合液分别完成下列实验,能说明溶液中存在化学平衡2Fe3++2I- 2Fe2++I2的是( )
A.向混合液中滴入KSCN溶液,溶液变血红色
B.向混合液中滴入AgNO3溶液,有黄色沉淀生成
C.向混合液中滴入K3[Fe(CN)6]溶液,有蓝色沉淀生成
D.向混合液中滴入淀粉溶液,溶液变蓝色
答案 A
6.(2019届河北衡水中学二调,13)从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下:
则下列说法正确的是( )
A.试剂a是铁,试剂b是稀硫酸
B.操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同
C.试剂c是氯气,相应的反应为2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
D.用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否含有Fe2+
答案 C
7.(2019届山东济宁一中双周考,16)某磁黄铁矿的主要成分可看作FexS(S为-2价),既含有Fe2+又含有Fe3+,使一定量的该磁黄铁矿与200 mL的盐酸恰好完全反应(注:矿石中其他成分不参与反应),生成4.8 g硫单质、0.85 mol FeCl2和一定量H2S气体,且溶液中无Fe3+,则下列说法不正确的是( )
A.200 mL的盐酸中HCl的物质的量浓度为8.5 mol·L-1
B.生成H2S气体在标准状况下的体积为3.36 L
C.FexS中Fe2+与Fe3+的物质的量之比为11∶6
D.该磁黄铁矿中FexS的x等于0.85
答案 B
二、非选择题(共58分)
8.(2019届山西长治五中一调,17)(13分)实验室利用如图所示装置制取无水氯化铁和无水氯化亚铁。
已知:
回答下列问题:
Ⅰ.制取无水氯化铁。
(1)盛装浓盐酸的仪器a的名称为 。装置A中反应的离子方程式为
。装置B中加入的试剂是 。
(2)制取的无水氯化铁中混有少量氯化亚铁,为防止生成氯化亚铁,其改进的措施为
。
Ⅱ.制取无水氯化亚铁。
(3)装置A用来制取HCl,尾气的成分是 ,用装置D进行尾气处理,存在的问题是
。
(4)欲制得纯净的FeCl2,在实验操作中应先点燃 (填“A”或“B”)处酒精灯。验证制得的FeCl2是否含有FeCl3,常用的试剂是 。
答案 Ⅰ.(1)分液漏斗(1分) MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O(2分) 浓硫酸(1分)
(2)在装置A、B间增加装有饱和食盐水的洗气瓶,除去氯气中混有的少量HCl(2分)
Ⅱ.(3)未反应的HCl和生成的H2(2分) 易发生倒吸,且可燃性的H2无法吸收(2分)
(4)A(2分) KSCN溶液(1分)
9.(2018广东珠海摸底,16)(14分)工业以软锰矿(主要成分是MnO2,含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料制备高性能的磁性材料碳酸锰(MnCO3)。其工业流程如下:
回答下列问题:
(1)为了提高“浸锰”过程中原料的浸出率,可以采取的措施有 (写一条)。
(2)“浸锰”过程中Fe2O3与SO2反应的离子方程式为Fe2O3+SO2+2H+ 2Fe2++SO42-+H2O,该反应是经历以下两步反应实现的。写出ⅱ的离子方程式: 。
ⅰ.Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O
ⅱ.……
(3)“过滤Ⅰ”所得滤液中主要存在的两种金属阳离子为 (填离子符号)。
(4)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成,温度对“浸锰”反应的影响如图所示,为减少MnS2O6的生成,“浸锰”的适宜温度是 。
(5)写出“氧化”过程中MnO2与SO2反应的化学方程式: 。
(6)滤渣Ⅱ是 。
(7)向“过滤Ⅱ”所得滤液中加入NH4HCO3溶液时温度不宜太高的原因是
;加入NH4HCO3溶液后,生成MnCO3沉淀,同时还有气体生成,写出反应的离子方程式: 。
答案 (1)搅拌、适当升高温度、研磨矿石(任答一条即可,1分)
(2)2Fe3++SO2+2H2O 2Fe2++SO42-+4H+(2分)
(3)Mn2+、Fe2+(2分) (4)90 ℃(1分)
(5)MnO2+SO2 MnSO4(2分) (6)Fe(OH)3(2分)
(7)防止NH4HCO3受热分解,提高原料利用率(2分) Mn2++2HCO3- MnCO3↓+CO2↑+H2O(2分)
10.(2017湖南湘中名校联考,18)(15分)某化学兴趣小组拟用下图装置制备氢氧化亚铁并观察其颜色。提供化学药品:铁屑、稀硫酸、氢氧化钠溶液。
(1)稀硫酸应放在 中(填写仪器名称)。
(2)本实验通过控制A、B、C三个开关将仪器中的空气排尽后,再关闭开关 、打开开关 ,就可观察到氢氧化亚铁的生成。开始时排尽装置中空气的目的是 。
(3)在FeSO4溶液中加入(NH4)2SO4固体可制备摩尔盐晶体[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O](相对分子质量为392),为了测定产品的纯度,称取a g产品溶于水,配制成500 mL溶液,用浓度为c mol·L-1的酸性KMnO4溶液滴定。每次所取待测液体积均为25.00 mL,实验结果记录如下:
实验次数
第一次
第二次
第三次
消耗高锰酸钾溶液体积/mL
25.52
25.02
24.98
①滴定过程中发生反应的离子方程式为 。
②滴定终点的现象是 。
③通过实验数据计算的该产品纯度为 (用含有字母a、c的式子表示)。上表中第一次实验中记录数据明显大于后两次,其原因可能是 (填字母代号)。
A.实验结束时俯视刻度线读取滴定终点时酸性高锰酸钾溶液的体积
B.滴定前滴定管尖嘴无气泡,滴定结束有气泡
C.第一次滴定用的锥形瓶用待装液润洗过,后两次未润洗
D.该酸性高锰酸钾标准液保存时间过长,有部分变质,浓度降低
答案 (除标准外,其余每空2分)(1)分液漏斗(1分)
(2)B A(和C) 防止生成的Fe(OH)2被氧化
(3)①MnO4-+5Fe2++8H+ Mn2++5Fe3++4H2O
②滴入最后一滴KMnO4溶液,溶液变为紫红色,且30 s内不再变色
③980ca×100% C
11.(2018安徽合肥第一次教学质量检测,17)(16分)高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型多功能水处理剂。其生产工艺如下:
回答下列问题:
(1)反应①应在温度较低的情况下进行,因温度较高时NaOH与Cl2反应生成NaClO3,写出温度较高时反应的离子方程式: 。
(2)在溶液Ⅰ中加入NaOH固体的目的是 (填字母)。
A.与过量的Cl2继续反应,生成更多的NaClO
B.NaOH固体溶解时会放出较多的热量,有利于提高反应速率
C.为下一步反应提供碱性的环境
D.使NaClO3转化为NaClO
(3)反应的温度、原料的浓度和配比对高铁酸钾的产率都有影响。图1为不同的温度下,不同质量浓度的Fe(NO3)3对K2FeO4生成率的影响;图2为在最佳温度下,Fe(NO3)3质量浓度最佳时,NaClO质量浓度对K2FeO4的生成率的影响。
图1
图2
工业生产中最佳温度为 ,此时Fe(NO3)3与NaClO两种溶液的最佳质量浓度之比为 。
(4)反应③中的离子方程式为 ;溶液Ⅱ中加入饱和KOH溶液得到湿产品的原因是 。
(5)高铁酸钾作为水处理剂时与水反应的离子方程式是:4FeO42-+10H2O 4Fe(OH)3(胶体)+3O2↑+8OH-
则其作为水处理剂的原理是: ;
。
答案 (每空2分)(1)6OH-+3Cl2 ClO3-+5Cl-+3H2O
(2)A、C
(3)26 ℃ 6∶5(或1.2∶1)
(4)2Fe3++3ClO-+10OH- 2FeO42-+3Cl-+5H2O 高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠要小
(5)高铁酸钾中的铁为+6价,具有强氧化性,能杀菌消毒 与水反应产生的氢氧化铁胶体具有吸附作用(两空可互换)