2018届二轮复习金属及其化合物课件（79张）（全国通用）

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专题九 金属及其化合物 高考导航 考纲要求 考点归纳 高考示例 1.常见金属元素(如Na、Mg、Al、 Fe、Cu等) (1)了解常见金属的活动顺序。 (2)了解常见金属及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及其应用。 (3)了解合金的概念及其重要应用。 2.以上各部分知识的综合应用。 考点一　金属及其化合物的性质及应用 2016课标Ⅰ,8;2016课标Ⅲ,7; 2014课标Ⅱ,9 考点二　金属及其化合物在实验中的应用 2017课标Ⅰ,10;2017课标Ⅱ,13;2017课标Ⅲ,26;2016课标Ⅰ,27;2016课标Ⅱ,12、13 热点题型　金属及其化合物在化学工艺流程中的应用 2017课标Ⅰ,27;2017课标Ⅲ,27;2016课标Ⅲ,28;2015课标Ⅰ,27 总纲目录 考点一 金属及其化合物的性质及应用 考点二 金属及其化合物在实验中的应用 热点题型突破 7 金属及其化合物在化学工艺流程中的应用 考点一　金属及其化合物的性质及应用 主干回扣 1.金属及其化合物的组成、性质、用途 (1)熟记常见物质的俗名或化学式: CuSO 4 ·5H 2 O: 　　　     ;钡餐、重晶石: 　　　     ; 烧碱、火碱、苛性钠: 　　　     ;芒硝: 　　　     ; 熟石灰、消石灰: 　　　     ;熟石膏: 　　　     ; 铜绿、孔雀石: 　　　　　　     ;明矾: 　　　　　　     ; 水玻璃、泡花碱: 　　　     ;铁红: 　　　     ; 碱石灰:CaO与NaOH的混合物。 (2)区分9种物质的颜色 Na 2 O 2 是 　　　     ;Fe 2 O 3 是 　　　     ; Fe 3 O 4 、CuO是 　　　     ;Mg(OH) 2 、Al(OH) 3 是 　　　     ; Fe(OH) 3 是 　　　     ;Cu(OH) 2 是 　　　     ; Cu 2 O是 　　　     。 (3)常见物质的重要用途 钠——制Na 2 O 2 、冶炼Ti等金属、钠钾合金作原子反应堆的导热剂 铁粉——袋装食品中的脱氧剂 生石灰(CaO)——袋装食品中的干燥剂 氧化铁(Fe 2 O 3 )——红色涂料、冶炼铁 氧化铝(Al 2 O 3 )——耐火材料、冶炼铝 氢氧化铝——中和胃酸 明矾[KAl(SO 4 ) 2 ·12H 2 O]——净水剂 氯化铁——印刷电路板回收铜、净水剂 小苏打(NaHCO 3 )——治疗胃酸过多、制发酵粉、制灭火剂 纯碱(Na 2 CO 3 )——去油污 高铁酸钠(Na 2 FeO 4 )——杀菌、消毒、净水 (4)金属活动性顺序与金属冶炼 ①规律方法 金属的冶炼方法与金属的活动性有密切的关系。 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au 电解法 热还原法 加热分解法 物理方法 ②必记重要结论 a.电解法冶炼活泼金属使用的是 　　　　　　　     ,不是盐溶液。 b.钠、镁的冶炼是电解熔融的NaCl、MgCl 2 ,铝的冶炼是电解加了冰晶 石的熔融Al 2 O 3 ,不是电解熔融的AlCl 3 ,原因为 　　　　　　　　　　     　　　　     。 答案　(1)胆矾、蓝矾　BaSO 4 　NaOH　Na 2 SO 4 ·10H 2 O　Ca(OH) 2 　 2CaSO 4 ·H 2 O　Cu 2 (OH) 2 CO 3 　KAl(SO 4 ) 2 ·12H 2 O　Na 2 SiO 3 溶液　Fe 2 O 3 (2)淡黄色　红棕色　黑色　白色　红褐色　蓝色　砖红色 (4)②熔融金属盐　AlCl 3 是共价化合物,熔融态不导电 2.(1)钠及其化合物   写出图中标号反应的化学方程式或离子方程式: ①离子方程式:       ; ②化学方程式:       ; ③化学方程式:       ; ④离子方程式:       ; ⑤离子方程式:       。 (2)铝及其化合物   写出图中标号反应的离子方程式: ①       ; ②       ; ③       ; ④       。   写出图中标号反应的离子方程式或化学方程式: ①离子方程式:       ; ②化学方程式:       ; ③离子方程式:         ; ④化学方程式:       。 (3)铁及其化合物   写出图中标号反应的离子方程式或化学方程式: ①离子方程式:       ; ②化学方程式:       ; ③离子方程式:       。 (4)铜及其化合物 答案　(1)①2Na 2 O 2 +2H 2 O   4Na + +4OH - +O 2 ↑ ②2Na 2 O 2 +2CO 2   2Na 2 CO 3 +O 2 ③Na 2 CO 3 +Ca(OH) 2   CaCO 3 ↓+2NaOH ④OH - +CO 2   HC   ⑤C   +CO 2 +H 2 O   2HC   (2)①Al 2 O 3 +6H +   2Al 3+ +3H 2 O ②Al 2 O 3 +2OH -   2Al   +H 2 O ③Al(OH) 3 +3H +   Al 3+ +3H 2 O ④Al(OH) 3 +OH -   Al   +2H 2 O (3)①Fe+2H +   Fe 2+ +H 2 ↑或Fe+Cu 2+   Fe 2+ +Cu等 ②2Fe+3Cl 2   2FeCl 3 ③2Fe 3+ +Fe   3Fe 2+ 或2Fe 3+ +Cu   2Fe 2+ +Cu 2+ 等 ④4Fe(OH) 2 +O 2 +2H 2 O   4Fe(OH) 3 (4)①3Cu+8H + +2N     3Cu 2+ +2NO↑+4H 2 O或Cu+4H + +2N     Cu 2+ +2NO 2 ↑+2H 2 O等 ②Cu+2H 2 SO 4 (浓)   CuSO 4 +SO 2 ↑+2H 2 O等 ③Cu 2+ +2OH -   Cu(OH) 2 ↓ 典题精练 题组一　金属及其化合物在生活中的应用 1.(2017河南天一大联考,1)化学与生活密切相关,下列有关说法错误的 是   (　　) A.Cu 2+ 为重金属离子,故CuSO 4 不能用于水的消毒 B.卤水点豆腐是Mg 2+ 、Ca 2+ 等使蛋白质胶体发生凝聚的过程 C.纯碱溶液可以洗涤餐具上的油渍 D.油漆刷在钢铁护栏表层用来防止金属锈蚀 答案    A　A项,Cu 2+ 为重金属离子,可使细菌的菌体蛋白质变性,达到消 毒的目的,可用于游泳池的消毒,但不能用于自来水的消毒,故A错误;B 项,蛋白质胶体可发生聚沉,卤水点豆腐是Mg 2+ 、Ca 2+ 等使蛋白质胶体发 生凝聚的过程,故B正确;C项,油脂在碱性条件下发生水解,则纯碱溶液 可以洗涤餐具上的油渍,故C正确;D项,油漆刷在钢铁护栏表层,可隔绝 空气,可防止金属锈蚀,故D正确。 2.《神农本草经》记载:“水银 …… 熔化还复为丹。”《黄帝九鼎神丹 经》中的“柔丹”“伏丹”都是在土釜中加热Hg制得的。这里的 “丹”是指   (　　) A.氯化物　　B.合金 C.硫化物　　D.氧化物 答案    D　加热时水银(汞)与O 2 反应生成HgO。 3.(2017江西赣州适应性考试,9)“银针验毒”在我国有上千年历史,银 针主要用于检验是否有含硫元素的有毒物质,其反应原理之一为:Ag+H 2 S+O 2   Ag 2 S+H 2 O。当银针变色后,将其置于盛有食盐水的铝制容器 中一段时间后便可复原。以下说法不正确的是   (　　) A.当银针变黑时,所检验的物质有毒 B.银针验毒时,Ag被氧化 C.上述验毒反应的氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶1 D.银针复原发生的反应可能为:3Ag 2 S+2Al   6Ag+Al 2 S 3 答案    D　Al 2 S 3 为弱酸弱碱盐,在水溶液中发生双水解反应,故Al 2 S 3 在 水溶液中不存在。 4.(2017河南郑州第一次质量检测,12)一定条件下,下列各组物质能一步 实现如图所示转化的是   (　　)   题组二　金属及其化合物之间的相互转化 选项 X Y Z W A Al Al 2 O 3 NaAlO 2 Al(OH) 3 B Fe 3 O 4 Fe FeCl 2 FeCl 3 C H 2 SO 4 SO 2 S SO 3 D CH 3 CH 2 Br CH 2  CH 2 C 2 H 5 OH CH 2 BrCH 2 Br 答案    B　A项,Al 2 O 3   Al(OH) 3 无法一步实现,故错误;C项,S   SO 3 都不能一步实现,故错误;D项,C 2 H 5 OH   CH 2 BrCH 2 Br都不能一步实 现,故错误。 5.纯净物X、Y、Z的转化关系如图所示,下列判断正确的是   (　　)   A.X、Y中有一种一定是可燃性气体 B.Z可能是NaCl C.X可能是铜 D.X是氯气 答案    C　若Z为NaCl,电解NaCl溶液生成NaOH、H 2 、Cl 2 ,H 2 、Cl 2 在点 燃条件下反应生成HCl,B项错误;若X是Cu,Y是Cl 2 ,Z为CuCl 2 时,符合图 示转化关系,A项错误,C项正确,D项错误。 6.(2017江西上饶3月联考,11)甲、乙、丙、丁、戊五种物质中,甲、 乙、丙中含有某种相同的元素,它们之间具有如图所示的转化关系(反 应条件及部分产物已略去)。下列有关物质的推断不正确的是   (　　)   选项 假设 结论 A 甲为Al(OH) 3 丁可能是盐酸 B 甲为Na 2 CO 3 溶液 戊可能是CO 2 C 甲为Fe 丁可能是盐酸 D 甲为N 2 戊可能是O 2 答案    C　Al(OH) 3 为两性氢氧化物,可与盐酸、NaOH溶液反应生成 Al 3+ 、Al   ,Al   和Al 3+ 可发生双水解生成Al(OH) 3 ,A正确;如甲为Na 2 CO 3 溶液,Na 2 CO 3 溶液与CO 2 反应生成NaHCO 3 ,与Ca(OH) 2 反应生成NaOH, NaHCO 3 与NaOH可发生反应生成Na 2 CO 3 ,B正确;如甲为Fe,丁为盐酸,则 乙为FeCl 2 ,丙可能为氯化铁或氧化铁等,但氯化铁或氧化铁与FeCl 2 均不 反应,C错误;如甲为N 2 ,戊是O 2 ,则丙为NO,乙可为NH 3 ,NO和NH 3 反应可 生成N 2 ,D正确。 归纳提升　1.金属及其化合物的直接转化关系 (1)Na   Na 2 O   Na 2 O 2 (2)NaAlO 2   Al(OH) 3   AlCl 3 (3)AlCl 3   Al(OH) 3   NaAlO 2 2.金属及其化合物的三角转化关系   考点二　金属及其化合物在实验中的应用 主干回扣 1.钠的重要化合物的性质实验 (1)Na 2 O 2 的强氧化性 ①Na 2 O 2 投入FeCl 2 溶液中,可将Fe 2+ 氧化成Fe 3+ ,同时生成 　　　     色沉 淀。 ②Na 2 O 2 投入氢硫酸中,可将H 2 S氧化成单质硫,溶液变 　　　     。 ③Na 2 O 2 投入Na 2 SO 3 溶液中,可将S   氧化成S   。 ④Na 2 O 2 具有漂白性,投入品红溶液中,可使品红溶液 　　　     。   ②和酸反应生成气体的速率不同(相同条件下) (2)Na 2 CO 3 与NaHCO 3 的鉴别 ①热稳定性不同 ③阴离子不同     ④溶液的酸碱性     答案　(1)①红褐　②浑浊　④褪色 (2)①Na 2 CO 3 　NaHCO 3 　②NaHCO 3 　Na 2 CO 3 　NaHCO 3 　Na 2 CO 3 　 ③Na 2 CO 3 　NaHCO 3 　④Na 2 CO 3 　NaHCO 3 2.铝及其化合物的性质实验 (1)铝热反应实验 将干燥的氧化铁与铝粉的混合物放入纸漏斗中,在混合物上面加少量 KClO 3 固体,中间插上一根镁带,并将镁带点燃。   实验现象:反应放出大量的热,并 　　　　　　　     ;纸漏斗下部被烧穿, 有熔融物落入沙中。 反应原理:       。 (2)AlCl 3 溶液的鉴别 AlCl 3 溶液中滴加NaOH溶液现象为:先生成 　　　     ,后 　　　     ;NaOH 溶液中滴加AlCl 3 溶液现象为:开始生成的沉淀立即溶解,后产生 　　          ,继续滴加 　　　　     。 答案　(1)放出耀眼的光芒　Fe 2 O 3 +2Al   2Fe+Al 2 O 3 (2)白色沉淀　沉淀溶解　白色沉淀　沉淀不溶解 3.铁及其化合物的性质实验 (1)Fe 3+ 的检验方法较多,如观察溶液颜色法、NaOH溶液法、KSCN溶液 法,最好也最灵敏的方法是 　　　　　　　     ,实验现象为 　　　　     　　     。Fe 2+ 的检验可采用先加入KSCN溶液再加入氧化剂的方法。 (2)除去酸性ZnCl 2 溶液中的FeCl 2 ,应先加入 　　　     ,再加入 　　　     , 使Fe 3+ 水解生成沉淀过滤除去。 答案　(1)KSCN溶液法　溶液变红色　(2)H 2 O 2 　ZnO 4.常考金属及其化合物的除杂方法 1.(2017山东潍坊一模,10)下列实验操作能达到实验目的的是   (　　) 选项 实验目的 实验操作 A 配制SnCl 2 溶液 将SnCl 2 固体溶于适量蒸馏水 B AlCl 3 溶液制备无水AlCl 3 向AlCl 3 溶液中加入盐酸后直接蒸干 C 检验溶液中的S  向溶液中加入盐酸酸化的氯化钡溶液 D 除去KNO 3 固体中少量的NaCl 将固体溶解后蒸发浓缩、冷却结晶,过滤、洗涤、干燥 答案    D　A项,SnCl 2 易水解,故配制SnCl 2 溶液时,应加入适量浓盐酸将 SnCl 2 溶解;B项,AlCl 3 +3H 2 O   Al(OH) 3 ↓+3HCl↑,故最终得不到AlCl 3 ; C项,检验溶液的S   时,应先加入盐酸,若无现象再加入BaCl 2 溶液。 典题精练 题组一　基本操作、目的、结论分析型 2.(2017广东广雅中学联考,13)下列实验中,对应的现象以及结论都正确 且两者具有因果关系的是   (　　) 选项 实验 现象 结论 A 将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加KSCN溶液 有气体生成,溶液呈红色 稀硝酸将Fe氧化为 Fe 3+ B 将铜粉加入1.0 mol·L -1 Fe 2 (SO 4 ) 3 溶液中 溶液变蓝、有黑色固体出现 金属铁比铜活泼 C 用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热 熔化后的液态铝滴落下来 金属铝的熔点较低 D 往含有等浓度MgSO 4 与CuSO 4 的混合溶液中,逐滴滴入NaOH溶液至不再有沉淀产生 先有蓝色沉淀生成,后有白色沉淀生成 Cu(OH) 2 的溶度积比 Mg(OH) 2 的小 答案    D　A项,铁粉过量,应生成Fe 2+ ,溶液不呈红色,A错误;B项,生成Cu 2+ 和Fe 2+ ,无黑色固体出现,B错误;C项,铝箔受热表面生成Al 2 O 3 ,Al 2 O 3 的熔点 高,包着熔化后的铝,使铝不能滴下,C错误;D项,Cu(OH) 2 和Mg(OH) 2 化学式形式相同,溶度积小的优先生成,D正确。 题组二　金属及其化合物的制备、分离和提纯 3.(2017山西太原二模,12)工业上利用无机矿物资源生产部分材料的流 程示意图如下。下列说法不正确的是   (　　) A.用铝土矿制备较高纯度Al的过程中常用到NaOH溶液、CO 2 气体、冰 晶石 B.石灰石、纯碱、石英、玻璃都属于盐,都能与盐酸反应 C.在制粗硅时,被氧化的物质与被还原的物质的物质的量之比为2∶1 D.黄铜矿(CuFeS 2 )与O 2 反应产生的Cu 2 S、FeO均是还原产物 答案    B　石英的主要成分为SiO 2 ,属于酸性氧化物,与盐酸不反应;玻璃 属于混合物。 4.(2017河北石家庄一模)六水合氯化镁(MgCl 2 ·6H 2 O)是一种重要的化工 原料,工业上利用蛇纹石(主要成分为MgO和SiO 2 ,还含有少量的FeO、 Fe 2 O 3 、Al 2 O 3 、NiO等)制取MgCl 2 ·6H 2 O的工艺流程如下:   请回答: (1)为提高蛇纹石的浸出速率,可采取的措施有 　　　　　　　     (写出 两条)。 (2)加入双氧水时,反应的离子方程式为 　　　　　　　　　　　　     　　　     ;为检测该过程是否反应完全,可选用的试剂为 　　　　　     　     (写化学名称)。 (3)当溶液中离子浓度小于或等于1.0 × 10 -5 mol·L -1 时,认为该离子沉淀完 全。已知: 金属离子 Fe 2+ Fe 3+ Al 3+ Ni 2+ Mg 2+ 开始沉淀pH 6.5 1.3 3.3 6.7 9.1 沉淀完全pH 9.7 3.0 5.2 9.6 12.4 ①“净化”步骤中,物质X可选用 　　　     (填选项字母)。 A.氨水　　 B.氧化镁 C.碳酸钠　　D.氢氧化镁 ②滤渣2的成分有 　　　　　　　　　　     (写化学式)。 (4)已知相关物质的溶解度( S )如图所示:   流程中“一系列操作”为 　　　　　     、 　　　　　     、过滤;过滤过 程中维持温度的最佳范围为 　　　     (填选项字母)。 A.5 ℃~10 ℃　　B.25 ℃~30 ℃ C.55 ℃~ 60℃　　D.70 ℃~75 ℃ (5)MgCl 2 ·6H 2 O热分解可得MgCl 2 。此过程需在HCl氛围中进行,否则引 起的后果为 　　　　　　　　　　　　　　　     (用化学方程式表示)。 答案　(1)适当升高反应温度、减小蛇纹石矿粉粒径、适当增大盐酸浓 度等(写出两条) (2)2Fe 2+ +H 2 O 2 +2H +   2Fe 3+ +2H 2 O　铁氰化钾 (3)①BD　②Fe(OH) 3 、Al(OH) 3 、Ni(OH) 2 (4)蒸发浓缩　冷却结晶　B (5)MgCl 2 ·6H 2 O   Mg(OH)Cl+HCl↑+5H 2 O或MgCl 2 ·6H 2 O   Mg(OH) 2 +2HCl↑+4H 2 O 解析　(1)从影响化学反应速率的因素考虑提高浸出速率的措施。 (2)H 2 O 2 具有强氧化性,可将Fe 2+ 氧化成Fe 3+ ;检验溶液中是否含有Fe 2+ 时, 常用K 3 [Fe(CN) 6 ]溶液,若含有Fe 2+ 则生成蓝色沉淀。 (3)“净化”步骤是调节溶液pH,使Al 3+ 、Fe 3+ 、Ni 2+ 分别形成Al(OH) 3 、 Fe(OH) 3 、Ni(OH) 2 沉淀而除去,为了不引入杂质离子,可选用MgO、 Mg(OH) 2 、MgCO 3 等物质。 (4)从盐溶液中提取盐的方法为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤;应使MgCl 2 结晶析出,而不让NiCl 2 结晶,则据二者的溶解度曲线可知最佳温度为 25 ℃~30 ℃。 (5)为防止Mg 2+ 水解,应在HCl氛围中加热MgCl 2 ·6H 2 O。 5.(2017北京理综,28)某小组在验证反应“Fe+2Ag +   Fe 2+ +2Ag”的实 验中检测到Fe 3+ ,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K 3 [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Fe 3+ ,乙认为铁粉过量时不可能 有Fe 3+ ,乙依据的原理是 　　　　　　　　　　     (用离子方程式表 题组三　有关金属及其化合物的实验探究 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Fe 3+ 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Fe 3+ ; 假设b:空气中存在O 2 ,由于 　　　　　　　　　　　　　　     (用离子 方程式表示),可产生Fe 3+ ; 假设c:酸性溶液中的N   具有氧化性,可产生Fe 3+ ; 假设d:根据 　　　　　　　　　　　　　　     现象,判断溶液中存在 Ag + ,可产生Fe 3+ 。 ③下述实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe 3+ 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Fe 3+ 浓度变化的原因:      　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　    　　　　     。 答案　(1)①加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀　②Fe 2+ (2)2Fe 3+ +Fe   3Fe 2+ ②4Fe 2+ +O 2 +4H +   4Fe 3+ +2H 2 O　加入KSCN溶液后产生白色沉淀 ③0.05 mol·L -1 NaNO 3 　FeSO 4 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   Fe 2+ +2Ag,②Ag + +Fe 2+   Fe 3+ +Ag, ③Fe+2Fe 3+   3Fe 2+ 。反应开始时, c (Ag + )大,以反应①、②为主, c (Fe 3+ ) 增大。约30 min后, c (Ag + )小,以反应③为主, c (Fe 3+ )减小 解析　(1)①烧杯底部的黑色固体中含有银和过量的铁,要证明Ag的存 在,可加硝酸并加热将固体溶解,然后用盐酸来检验Ag + 的存在。 (2)③要证实假设a、b、c不是产生Fe 3+ 的主要原因,需将原实验中的溶 液换成 c (H + )、 c (N   )分别相同,但不含Ag + 的溶液,可选用硝酸酸化的 0.05 mol·L -1 NaNO 3 溶液(pH ≈ 2),通过向上层清液中滴加KSCN溶液后的 现象差异进行验证。实验Ⅱ中甲溶液是FeSO 4 溶液,电极反应为:负极 Fe 2+ -e -   Fe 3+ ,正极Ag + +e -   Ag。一段时间后检验Fe 3+ 的存在及浓度,即 可得出Ag + 能将Fe 2+ 氧化成Fe 3+ 的结论。 (3)解题时要注意实验过程中过量的铁始终是存在的。 6.碱式碳酸钴[Co x (OH) y (CO 3 ) z ·H 2 O]用作催化剂及制钴盐原料,陶瓷工业 着色剂,电子、磁性材料的添加剂。利用以下装置测定碱式碳酸钴的化 学组成。   已知:碱式碳酸钴中钴元素为+2价,受热时可分解生成三种氧化物。 请回答下列问题: (1)选用以上装置测定碱式碳酸钴[Co x (OH) y (CO 3 ) z ·H 2 O]的化学组成,其正 确的连接顺序为a→b→ 　　　　　　　　　　     (按气流方向,用小写 字母表示)。 (2)样品分解完,打开活塞K,缓缓通入氮气数分钟,通入氮气的目的是      　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     。 (3)取碱式碳酸钴样品34.9 g,通过实验测得分解生成的水和二氧化碳的 质量分别为3.6 g、8.8 g,则该碱式碳酸钴的化学式为 　　　　　　　     　　　     。 (4)某兴趣小组以含钴废料(含少量Fe、Al等杂质)制取CoCl 2 ·6H 2 O的一 种实验设计流程如下: 已知:25 ℃时 沉淀物 Fe(OH) 3 Fe(OH) 2 Co(OH) 2 Al(OH) 3 开始沉淀pH 1.9 7.0 7.6 3.4 完全沉淀pH 3.2 9.0 9.2 4.7 ①操作Ⅰ用到的玻璃仪器主要有      ; ②加盐酸调整pH为2~3的目的为      ; ③操作Ⅱ的过程为 　　　　　　　　　　　　　     、洗涤、干燥。 答案　(1)j→k→c→d(或d→c)→e (2)将装置中生成的CO 2 和H 2 O(g)全部排入乙、戊装置中 (3)Co 3 (OH) 2 (CO 3 ) 2 ·H 2 O (4)①烧杯、漏斗、玻璃棒 ②抑制CoCl 2 的水解 ③蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 解析　(1)甲装置为分解装置,用戊装置吸收生成的水,用乙装置吸收生 成的二氧化碳,用丙装置防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入乙装置影 响实验结果。(2)为了提高数据的准确性,要通入氮气使产生的气体全 部被吸收。(3)生成的水的质量为3.6 g,物质的量为   mol=0.2 mol,生 成的CO 2 的质量为8.8 g,物质的量为   mol=0.2 mol,碱式碳酸钴的质量 为34.9 g,则生成的氧化亚钴的质量为34.9 g-3.6 g-8.8 g=22.5 g,其物质的 量为   mol=0.3 mol, N (Co)∶ N (H)∶ N (C)=0.3∶(0.2 × 2)∶0.2=3∶4∶ 2,化学式为Co 3 (OH) 2 (CO 3 ) 2 ·H 2 O。(4)①操作Ⅰ为过滤,用到的玻璃仪器 主要有烧杯、漏斗、玻璃棒。②加盐酸调整pH为2~3的目的为抑制 CoCl 2 的水解。③从溶液中得到CoCl 2 ·6H 2 O晶体需要蒸发浓缩、冷却结 晶、过滤、洗涤、干燥。 热点题型突破7　金属及其化合物在化学工艺流程中的应用 题型特点 　　以流程图的形式模拟工业生产路线,主要考查工艺流程中各环节的 联系,涉及的化学原理、实验操作原理,物质制备、分离、提纯原理及 方法。侧重考查学生的分析、推理能力及解决实际问题的能力。 典例    (2017课标Ⅰ,27)Li 4 Ti 5 O 12 和LiFePO 4 都是锂离子电池的电极材料, 可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO 3 ,还含有少量MgO、SiO 2 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TiOC   形式存在,写出相应反应的离子方程式 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     。 (3)TiO 2 · x H 2 O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示: 　　分析40 ℃时TiO 2 · x H 2 O转化率最高的原因              。 (4)Li 2 Ti 5 O 15 中Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为 　　　　     。 (5)若“滤液②”中 c (Mg 2+ )=0.02 mol·L -1 ,加入双氧水和磷酸(设溶液体积 增加1倍),使Fe 3+ 恰好沉淀完全即溶液中 c (Fe 3+ )=1.0 × 10 -5 mol·L -1 ,此时是 否有Mg 3 (PO 4 ) 2 沉淀生成? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　     　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     ( 列式计算 ) 。 FePO 4 、 Mg 3 (PO 4 ) 2 的 K sp 分别为 1.3 × 10 -22 、 1.0 × 10 -24 。 (6)写出“高温煅烧②”中由FePO 4 制备LiFePO 4 的化学方程式       。 温度/℃ 30 35 40 45 50 TiO 2 · x H 2 O转化率/% 92 95 97 93 88 破题关键 　(1)明确生产目的:制备Li 4 Ti 5 O 12 和LiFePO 4 。 (2)明确生产原料的成分:钛铁矿(主要成分为FeTiO 3 ,杂质为MgO、SiO 2 等)。 (3)明确工艺流程各环节涉及的化学原理,该环节参与生产的目的。 答案　(1)100 ℃、2 h,90 ℃、5 h (2)FeTiO 3 +4H + +4Cl -   Fe 2+ +TiOC   +2H 2 O (3)低于40 ℃,TiO 2 · x H 2 O转化反应速率随温度升高而增加;超过40 ℃,双 氧水分解与氨气逸出导致TiO 2 · x H 2 O转化反应速率下降 (4)4 (5)Fe 3+ 恰好沉淀完全时, c (P   )=   mol·L -1 =1.3 × 10 -17 mol·L -1 , c 3 (Mg 2+ )· c 2 (P   )值为0.01 3 × (1.3 × 10 -17 ) 2 =1.7 × 10 -40 < K sp [Mg 3 (PO 4 ) 2 ],因此不会生成 Mg 3 (PO 4 ) 2 沉淀 (6)2FePO 4 +Li 2 CO 3 +H 2 C 2 O 4   2LiFePO 4 +3CO 2 ↑+H 2 O↑ 解析　(1)由图像可以看出,当铁的浸出率为70%时,实验条件有两个:100 ℃、2 h,90 ℃、5 h。 (2)FeTiO 3 为难溶物,在书写离子方程式时不能拆写成离子形式。 (4)Li 2 Ti 5 O 15 中,Ti的化合价为+4,Li的化合价为+1,所以正化合价的和为4 × 5+1 × 2=22。设过氧键数目为 x ,则 x × 2+(15-2 x ) × 2=22,解得 x =4。 (6)FePO 4 中Fe显+3价,LiFePO 4 中Fe显+2价,FePO 4 作氧化剂,则H 2 C 2 O 4 作 还原剂,高温煅烧时应生成CO 2 ,据此可写出反应的化学方程式。 方法归纳 　无机物制备工艺流程题的破解方法 1.首尾分析法 对一些线型流程工艺(从原料到产品为“一条龙”的生产工序)题,首先 对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品),从对比 分析中找出原料与产品之间的关系,弄清生产过程中原料转化为产品的 基本原理和分离、提纯产品的化工工艺,然后结合题设的问题,逐一推 敲解答。 2.截段分析法 对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的 工艺流程题,用截段分析法更容易找到解题的切入点。用截段分析法解 工艺流程题关键在于看清主、副产品是如何分开的,以此确定如何截 段,截几段更合适,一般截段以产品为准点。 题组集训 1.(2017江苏单科,16,12分)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为 Al 2 O 3 ,含SiO 2 和Fe 2 O 3 等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:   注:SiO 2 在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。 (1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为 　　　　　　　　　　     。 (2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO 3 溶液,溶液的pH 　　　　     (填“增大”“不变”或“减小”)。 (3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al 2 O 3 ,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因 是 　　　　　　　　　　　　     。 (4)“电解Ⅱ”是电解Na 2 CO 3 溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式 为 　　　　　　　　　　　　     ,阴极产生的物质A的化学式为 　　     　     。   (5)铝粉在1 000 ℃时可与N 2 反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH 4 Cl固 体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是 　　　　　　　　　     　　　　　　　　　　     。 答案　(1)Al 2 O 3 +2OH -   2Al   +H 2 O (2)减小 (3)石墨电极被阳极上产生的O 2 氧化 (4)4C   +2H 2 O-4e -   4HC   +O 2 ↑　H 2 (5)NH 4 Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al 2 O 3 薄膜 解析　(1)Al 2 O 3 是两性氧化物,能与强碱反应生成Al   和H 2 O。 (2)“碱溶”时,NaOH溶液应过量,则在“过滤Ⅰ”所得滤液中一定含有 过量的NaOH,当加入NaHCO 3 溶液时,HC   +OH -   C   +H 2 O,使 c (OH - ) 减小,故pH减小。 (3)电解熔融Al 2 O 3 时,阳极反应式为:2O 2- -4e -   O 2 ↑,O 2 会与石墨发生 化学反应,从而消耗石墨。 (4)阳极应是H 2 O电离出的OH - 放电,生成O 2 和H + ,在Na 2 CO 3 溶液充足的条 件下,H + 与C   反应生成HC   ,故阳极的电极反应式为:4C   +2H 2 O-4e -   4HC   +O 2 ↑;阴极的电极反应式为:4H 2 O+4e -   2H 2 ↑+4OH - ,所 以物质A为H 2 。 (5)铝粉表面有Al 2 O 3 薄膜,阻碍反应的进行,而添加少量NH 4 Cl固体,NH 4 Cl 分解生成的HCl能与Al 2 O 3 反应,破坏Al 2 O 3 薄膜,有利于Al和N 2 反应。 2.(2017天津理综,7,14分)某混合物浆液含Al(OH) 3 、MnO 2 和少量Na 2 CrO 4 。考虑到胶体的吸附作用使Na 2 CrO 4 不易完全被水浸出,某研究小组利 用设计的电解分离装置(如图),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶 液,并回收利用。回答Ⅰ和Ⅱ中的问题。   Ⅰ.固体混合物的分离和利用(流程图中的部分分离操作和反应条件未 标明)   (1)反应①所加试剂NaOH的电子式为 　　　　　     ,B→C的反应条件 为 　　     ,C→Al的制备方法称为      。 (2)该小组探究反应②发生的条件。D与浓盐酸混合,不加热,无变化;加 热有Cl 2 生成,当反应停止后,固体有剩余,此时滴加硫酸,又产生Cl 2 。由 此判断影响该反应有效进行的因素有(填序号) 　　     。 a.温度　　　　b.Cl - 的浓度　　　　c.溶液的酸度 (3)0.1 mol Cl 2 与焦炭、TiO 2 完全反应,生成一种还原性气体和一种易水 解成TiO 2 · x H 2 O的液态化合物,放热4.28 kJ,该反应的热化学方程式为      　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     。 Ⅱ.含铬元素溶液的分离和利用 (4)用惰性电极电解时,Cr   能从浆液中分离出来的原因是 　　　　     　　　　　　　　　　　　　　　　　　     ,分离后含铬元素的粒子是 　　　　　     ;阴极室生成的物质为 　　　　　　     (写化学式)。 答案　(1) 　加热(或煅烧)　电解法 (2)ac (3)2Cl 2 (g)+TiO 2 (s)+2C(s)   TiCl 4 (l)+2CO(g)    Δ H =-85.6 kJ·mol -1 (4)在直流电源作用下,Cr   通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液 　Cr   和Cr 2   　NaOH和H 2 解析　(1)NaOH是离子化合物,其电子式为Na + [··   ··H] - ;固体混合物中含 有Al(OH) 3 和MnO 2 ,加入NaOH溶液,Al(OH) 3 转化为易溶于水的NaAlO 2 , MnO 2 不能溶于NaOH溶液,故固体D为MnO 2 ,溶液A中含有NaAlO 2 ,向溶 液A中通入CO 2 后生成的沉淀B为Al(OH) 3 ,Al(OH) 3 受热分解生成Al 2 O 3 (固体C),工业上常用电解熔融的Al 2 O 3 制备金属铝。 (2)固体D为MnO 2 。MnO 2 与浓盐酸混合,不加热无变化,加热有Cl 2 生成, 说明该反应能否有效进行与温度有关;反应停止后,固体有剩余,滴加硫 酸又产生Cl 2 ,说明该反应能否有效进行与溶液的酸度有关。 (3)通过分析可知反应生成的还原性气体为CO,易水解成TiO 2 · x H 2 O的液 态化合物为TiCl 4 ,故反应的热化学方程式为2Cl 2 (g)+TiO 2 (s)+2C(s)   TiCl 4 (l)+2CO(g)    Δ H =-85.6 kJ·mol -1 。 (4)依据离子交换膜的性质和电解池的工作原理知,在直流电场作用下, Cr   通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液;在电解过程中,OH - 在 阳极室失去电子生成O 2 ,溶液的酸性增强,通过阴离子交换膜移向阳极 室的Cr   有部分转化为Cr 2   ,故分离后含铬元素的粒子是Cr   和Cr 2   ;H + 在阴极室得到电子生成H 2 ,溶液中的OH - 浓度增大,混合物浆液中 的Na + 通过阳离子交换膜移向阴极室,故阴极室生成的物质为NaOH和H 2 。 1.(2017课标Ⅲ,27,15分)重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿 制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr 2 O 3 ,还含有硅、铝等杂质。制备流程 如图所示:   回答下列问题: (1)步骤①的主要反应为: FeO·Cr 2 O 3 +Na 2 CO 3 +NaNO 3   Na 2 CrO 4 +Fe 2 O 3 +CO 2 +NaNO 2 上述反应配平后FeO·Cr 2 O 3 与NaNO 3 的系数比为 　     。该步骤不能使用 陶瓷容器,原因是 　　　　　　　　　　　　　     。 真题回访 (2)滤渣1中含量最多的金属元素是 　　　     ,滤渣2的主要成分是 　     　     及含硅杂质。 (3)步骤④调滤液2的pH使之变 　　　     (填“大”或“小”),原因是      　　　　　　　　　     (用离子方程式表示)。 (4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓 缩,冷却结晶,过滤得到K 2 Cr 2 O 7 固体。冷却到 　　　     (填标号)得到的 K 2 Cr 2 O 7 固体产品最多。 a.80 ℃　　b.60 ℃　　c.40 ℃　　d.10 ℃ 步骤⑤的反应类型是 　　　　　　     。 (5)某工厂用 m 1 kg铬铁矿粉(含Cr 2 O 3 40%)制备K 2 Cr 2 O 7 ,最终得到产品 m 2 kg,产率为 　　　　　　     。 答案　(1)2∶7　陶瓷在高温下会与Na 2 CO 3 反应 (2)Fe　Al(OH) 3 (3)小　2Cr   +2H +   Cr 2   +H 2 O (4)d　复分解反应 (5)   × 100% 解析　由题中所给反应可知滤渣1为Fe 2 O 3 ,滤液1中含有Al 3+ 、Si   ,调 节pH=7,则滤渣2中含Al(OH) 3 及含硅杂质,滤液2中含有Cr   、Na + ,此时 调节pH促使平衡2Cr   +2H +   Cr 2   +H 2 O正向移动,再加入KCl得到 K 2 Cr 2 O 7 。 (1)利用得失电子守恒法配平:2FeO·Cr 2 O 3 +4Na 2 CO 3 +7NaNO 3   4Na 2 CrO 4 +Fe 2 O 3 +4CO 2 ↑+7NaNO 2 ,则FeO·Cr 2 O 3 与NaNO 3 的系数比为2∶7。 陶瓷中含有SiO 2 ,在高温下能与Na 2 CO 3 反应,会损坏仪器。 (2)由步骤①可知熔块中含有NaNO 2 、Na 2 CrO 4 、Fe 2 O 3 等,故滤渣1中含 量最多的金属元素为Fe,而步骤③需除去Al 3+ 及含硅物质,故滤渣2中应 主要含Al(OH) 3 及含硅杂质。 (3)步骤④调pH的目的是促进Cr   转化为Cr 2   ,根据2Cr   +2H +   Cr 2   +H 2 O,可知应增大 c (H + ),故pH要变小。 (4)根据溶解度曲线图可知,应选择K 2 Cr 2 O 7 溶解度小于溶液中其他溶质 溶解度且溶解度最小的温度区域,故选d。反应为2K + +Cr 2     K 2 Cr 2 O 7 ↓,此反应为复分解反应。 (5)根据Cr原子守恒建立关系式: Cr 2 O 3 　 ~ 　K 2 Cr 2 O 7 152　　　 294   m 1 ·40% kg   m (K 2 Cr 2 O 7 ) m (K 2 Cr 2 O 7 )=   kg 故产率为   × 100%=   × 100%。 2.(2016课标Ⅱ,28节选)某班同学用如下实验探究Fe 2+ 、Fe 3+ 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FeCl 2 溶液中需加入少量铁屑,其目的是 　　　　　　　　     。 (2)甲组同学取2 mL FeCl 2 溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶 液变红,说明Cl 2 可将Fe 2+ 氧化。FeCl 2 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 FeCl 2 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 　　　　　　     。 答案　(1)防止Fe 2+ 被氧化 (2)2Fe 2+ +Cl 2   2Fe 3+ +2Cl - (3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响) 解析　(1)Fe 2+ 易被空气中的O 2 氧化为Fe 3+ ,加入少量铁屑,可防止Fe 2+ 被氧 化。(2)Cl 2 可将Fe 2+ 氧化,反应的离子方程式为2Fe 2+ +Cl 2   2Fe 3+ +2Cl - 。 (3)Fe 2+ 易被空气中的O 2 氧化,加入煤油,覆盖在溶液上面,阻止空气与 溶液接触干扰实验。 3.(2016课标Ⅲ,28,14分)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V 2 O 5 )是接触法 生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V 2 O 5 既避免污染环境又有利 于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为: 物质 V 2 O 5 V 2 O 4 K 2 SO 4 SiO 2 Fe 2 O 3 Al 2 O 3 质量分数/% 2.2~2.9 2.8~3.1 22~28 60~65 1~2 <1 以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:   回答下列问题: (1)“酸浸”时V 2 O 5 转化为V   ,反应的离子方程式为 　　　　　　　     　　　　　　     ,同时V 2 O 4 转化成VO 2+ 。“废渣1”的主要成分是 　     　　     。 (2)“氧化”中欲使3 mol的VO 2+ 变为V   ,则需要氧化剂KClO 3 至少为      　　　     mol。 (3)“中和”作用之一是使钒以V 4   形式存在于溶液中。“废渣2”中 含有 　　　　　　　　     。 (4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为:4ROH+V 4     R 4 V 4 O 12 +4OH - (ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率,淋洗 液应该呈 　　　　     性(填“酸”“碱”或“中”)。 (5)“流出液”中阳离子最多的是 　　　　     。 (6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH 4 VO 3 )沉淀,写出“煅烧”中发生反应的 化学方程式       。 答案　(1)V 2 O 5 +2H +   2V   +H 2 O　SiO 2 (2)0.5 (3)Fe(OH) 3 和Al(OH) 3 (4)碱 (5)K + (6)2NH 4 VO 3   V 2 O 5 +2NH 3 ↑+H 2 O↑ 解析　(1)V 2 O 5 及V   中的V均为+5价,“酸浸”时,发生非氧化还原反 应,根据原子守恒及电荷守恒不难写出离子方程式;“酸浸”时,V 2 O 5 转 化成V   ,V 2 O 4 转化成VO 2+ ,K 2 SO 4 可溶于水,Fe 2 O 3 及Al 2 O 3 分别转化成Fe 3+ 和Al 3+ ,所以“废渣1”的主要成分是SiO 2 。 (2)3 mol VO 2+ 变为V   需转移3 mol e - ,1 mol KClO 3 作氧化剂生成Cl - 转移 6 mol e - ,所以需KClO 3 至少0.5 mol。 (3)“中和”时加入KOH溶液,钒以V 4   形式存在于溶液中,K 2 SO 4 可溶, Fe 3+ 和Al 3+ 分别转化成Fe(OH) 3 和Al(OH) 3 沉淀进入“废渣2”。 (4)该反应的逆反应为洗脱过程,增大 c (OH - ),有利于平衡向左移动,所以 淋洗液应呈碱性。 (5)由流程图可以看出,H + 在酸浸时损耗,钒转化为V 4   (阴离子),Fe 3+ 及 Al 3+ 转化为沉淀,所以“流出液”中阳离子最多的是K + 。 (6)“煅烧”时肯定得到V 2 O 5 ,其他物质自然写出。