高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 跟蹤檢測（十六）歸納拓展 高考考查新載體（兩性金屬與變價(jià)金屬）（含解析）-人教版高三化學(xué)試題

跟蹤檢測（十六）歸納拓展——高考考查新載體（兩性金屬與變價(jià)金屬）1．鎢是我國豐產(chǎn)元素，自然界中鎢主要以鎢(＋6)酸鹽的形式存在。黑鎢礦的主要成分是鐵和錳的鎢酸鹽(FeWO4、MnWO4)，黑鎢礦傳統(tǒng)冶煉工藝流程圖如下：(1)已知上述轉(zhuǎn)化中，除最后一步外，W的化合價(jià)未發(fā)生變化，則產(chǎn)品C的化學(xué)式為________；如何將其冶煉成單質(zhì)(用化學(xué)方程式表示)：____________________________。根據(jù)金屬的活動(dòng)性不同，金屬的冶煉方法一般有________________三種。(2)寫出第一步轉(zhuǎn)化中“Mn2＋→MnO2”的離子方程式______________________________________________________________________________________________。(3)我國鎢化學(xué)研究的奠基人顧翼東先生采用另外的反應(yīng)制得了一種藍(lán)色的、非整比的鎢的氧化物WO(3－x)，這種藍(lán)色氧化鎢具有比表面大、易還原的優(yōu)點(diǎn)。一般認(rèn)為，藍(lán)色氧化鎢的顏色和非整比暗示了在化合物中存在正五價(jià)和正六價(jià)兩種價(jià)態(tài)的鎢，已知x的值為0.1，則藍(lán)色氧化鎢中這兩種價(jià)態(tài)的鎢原子數(shù)之比為________。解析：(1)由工藝流程框圖可知MnO2、Fe2O3進(jìn)入濾渣，濾液A中含Na＋、WOeq\o\al(2－,4)，加入濃鹽酸后沉淀為H2WO4，灼燒H2WO4得WO3，用氫氣還原三氧化鎢得W，即WO3＋3H2eq\o(=,\s\up7(高溫))W＋3H2O，則產(chǎn)品C為三氧化鎢；金屬的冶煉方法有：熱分解法、熱還原法、電解法。(2)轉(zhuǎn)化中“Mn2＋→MnO2”的過程，Mn元素化合價(jià)升高了，所以發(fā)生了氧化反應(yīng)，被O2氧化，其離子方程式為2Mn2＋＋O2＋4OH－eq\o(=,\s\up7(熔融))2MnO2＋2H2O。(3)鎢的氧化物WO(3－x)中x＝0.1，則鎢的氧化物為WO2.9，可用十字交叉法求算：答案：(1)WO3WO3＋3H2eq\o(=,\s\up7(高溫))W＋3H2O熱分解法、熱還原法、電解法(2)2Mn2＋＋O2＋4OH－eq\o(=,\s\up7(熔融))2MnO2＋2H2O(3)1∶42．堿式碳酸鎳[Nix(OH)y(CO3)z·nH2O]是一種綠色粉末晶體，常用作催化劑和陶瓷著色劑，300℃以上時(shí)分解生成3種氧化物。為確定其組成，某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了有關(guān)的實(shí)驗(yàn)探究?；卮鹣铝袉栴}：(1)甲、乙兩裝置可分別選取下列裝置________、________(填字母，裝置可重復(fù)選取)。(2)稱取一定量的堿式碳酸鎳樣品，放入硬質(zhì)玻璃管內(nèi)；安裝好實(shí)驗(yàn)儀器，檢查裝置氣密性；加熱硬質(zhì)玻璃管，當(dāng)裝置C中__________________(填實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象)時(shí)，停止加熱；打開活塞K，緩緩?fù)ㄈ肟諝?，其目的是____________________。(3)裝置A的作用是______________________，若沒有裝置E，則會(huì)使eq\f(x,z)______(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。(4)實(shí)驗(yàn)前后測得下表所示數(shù)據(jù)：裝置B中樣品質(zhì)量/g裝置C質(zhì)量/g裝置D質(zhì)量/g實(shí)驗(yàn)前3.77132.0041.00實(shí)驗(yàn)后2.25133.0841.44已知堿式碳酸鎳中Ni化合價(jià)為＋2價(jià)，則該堿式碳酸鎳分解的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。(5)采取上述實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須小心操作，且保證裝置氣密性良好，否則濃硫酸倒吸，可導(dǎo)致加熱的硬質(zhì)玻璃管炸裂。為防止?jié)饬蛩岬刮胗操|(zhì)玻璃管中，提出你的改進(jìn)措施：_____________________________________________________________。解析：(1)根據(jù)信息，300℃以上時(shí)分解生成3種氧化物，這三種氧化物分別是NiO、CO2、H2O，需要測CO2和H2O的質(zhì)量，因此必須讓其全部被吸收，根據(jù)(2)甲裝置的作用是吸收空氣中CO2和H2O，甲裝置應(yīng)是c，B裝置應(yīng)是加熱堿式碳酸鎳，C裝置應(yīng)是吸收產(chǎn)生H2O，D裝置應(yīng)是吸收產(chǎn)生CO2，故乙裝置選c；(2)根據(jù)上述分析，當(dāng)裝置C中不再有氣泡產(chǎn)生，說明反應(yīng)完全，打開活塞K，緩慢通入空氣的目的是讓裝置中殘留的氣體產(chǎn)物被C和D裝置全部吸收；(3)根據(jù)(1)的分析，裝置A的作用是吸收空氣中的CO2和水蒸氣；裝置E的作用是防止外界中CO2和H2O進(jìn)入裝置D，如果沒有此裝置，D裝置吸收空氣中CO2和水，造成CO2的質(zhì)量增大，根據(jù)原子守恒，eq\f(x,z)偏?。?4)裝置C質(zhì)量增重(133.08－132.00)g＝1.08g，產(chǎn)生水的質(zhì)量為1.08g，物質(zhì)的量為0.06mol，裝置D增重的質(zhì)量是CO2的質(zhì)量，即為(41.44－41.00)g＝0.44g，物質(zhì)的量為0.01mol，裝置B中反應(yīng)后的物質(zhì)是NiO，其質(zhì)量為2.25g，物質(zhì)的量為0.03mol，化合價(jià)代數(shù)和為0，因此推出OH－的物質(zhì)的量為0.04mol，根據(jù)H原子守恒推出H2O的物質(zhì)的量為0.04mol，因此x∶y∶z∶n＝0.03∶0.04∶0.01∶0.04＝3∶4∶1∶4，即堿式碳酸鎳的化學(xué)式為Ni3(OH)4CO3·4H2O，堿式碳酸鎳受熱分解的化學(xué)方程式為Ni3(OH)4CO3·4H2Oeq\o(=,\s\up7(△))3NiO＋6H2O↑＋CO2↑。答案：(1)cc(2)不再有氣泡產(chǎn)生將裝置中殘留的氣體產(chǎn)物吹入吸收裝置中(3)吸收空氣中的CO2和水蒸氣偏小(4)Ni3(OH)4CO3·4H2Oeq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())3NiO＋6H2O↑＋CO2↑(5)在裝置B、C之間連接一個(gè)安全瓶(或其他合理答案均可)3．(2019·廣東七校聯(lián)考)硫酸法是現(xiàn)代氧化鈹或氫氧化鈹生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的方法之一，其原理是利用焙燒熔煉破壞鈹?shù)V物(綠柱石——3BeO·Al2O3·6SiO2及少量FeO等)的結(jié)構(gòu)與晶型，再采用硫酸酸解含鈹?shù)V物，使鈹、鋁、鐵等酸溶性金屬進(jìn)入溶液相，與硅等脈石礦物初步分離，然后將含鈹溶液進(jìn)行凈化、除雜，最終得到合格的氧化鈹(或氫氧化鈹)產(chǎn)品，其工藝流程如圖。已知：①鋁銨礬的化學(xué)式是NH4Al(SO4)2·12H2O；②鈹元素的化學(xué)性質(zhì)與鋁元素相似。根據(jù)以上信息回答下列問題：(1)熔煉物酸浸前通常要進(jìn)行粉碎，其目的是_________________________________________________________________________________________________________。(2)“蒸發(fā)結(jié)晶離心除鋁”若在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，完整的操作過程是__________________、過濾、洗滌。(3)“中和除鐵”過程中“中和”所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是______________，用平衡原理解釋“除鐵”的過程__________________________________。(4)加入的“熔劑”除了流程中的方解石外，還可以是純堿、石灰等。其中，石灰具有價(jià)格與環(huán)保優(yōu)勢，焙燒時(shí)配料比(m石灰/m綠柱石)通常控制為1∶3，焙燒溫度一般為1400～1500℃。若用純堿作熔劑，SiO2與之反應(yīng)的化學(xué)方程式是______________________________，若純堿加入過多則Al2O3、BeO也會(huì)發(fā)生反應(yīng)，其中BeO與之反應(yīng)的化學(xué)方程式是__________________________，從而會(huì)導(dǎo)致酸浸時(shí)消耗更多硫酸，使生產(chǎn)成本升高，結(jié)合離子方程式回答成本升高的原因：______________________。解析：(1)酸浸前粉碎熔煉物，可以增大熔煉物的表面積，提高鈹元素的浸出速率和浸出率。(2)該完整操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌。(3)“中和除鐵”過程中加入氨水，調(diào)節(jié)pH使平衡Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋正向移動(dòng)，使Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去。(4)SiO2與純堿反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do5())Na2SiO3＋CO2↑，BeO與純堿反應(yīng)的化學(xué)方程式為BeO＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do5())Na2BeO2＋CO2↑。根據(jù)BeO＋2H＋=Be2＋＋H2O和BeOeq\o\al(2－,2)＋4H＋=Be2＋＋2H2O可知，BeO轉(zhuǎn)化成BeOeq\o\al(2－,2)后，消耗硫酸增多。答案：(1)提高鈹元素的浸出速率和浸出率(2)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶(3)H＋＋NH3·H2O=NHeq\o\al(＋,4)＋H2O由于存在平衡Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，氨水中和H＋，使c(H＋)減小，上述平衡正向移動(dòng)，使Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去(4)SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do5())Na2SiO3＋CO2↑BeO＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do5())Na2BeO2＋CO2↑由BeO＋2H＋=Be2＋＋H2O和BeOeq\o\al(2－,2)＋4H＋=Be2＋＋2H2O可知，BeO轉(zhuǎn)化成BeOeq\o\al(2－,2)后將消耗更多硫酸4．利用水鈷礦(主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)可以制取多種化工試劑，以下為草酸鈷晶體和氯化鈷晶體的制備流程圖，回答下列問題：已知：①浸出液中含有的陽離子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Al3＋、Mg2＋、Ca2＋等。②沉淀Ⅰ中只含有兩種沉淀。③流程中部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH如下表所示：沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3Mn(OH)2開始沉淀2.77.67.64.07.7完全沉淀3.79.69.25.29.8(1)浸出過程中Co2O3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____________________________________________________________________________________________________。(2)NaClO3在浸出液中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________________________________________________________________________________________________。(3)加入Na2CO3調(diào)pH至5.2，目的是__________________________________________；萃取劑層含錳元素，則沉淀Ⅱ的主要成分為___________________________________。(4)操作Ⅰ包括：將水層加入濃鹽酸調(diào)整pH為2～3，__________、________、過濾、洗滌、減壓烘干等過程。(5)為測定粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O的含量，稱取一定質(zhì)量的粗產(chǎn)品溶于水，加入足量硝酸酸化的硝酸銀溶液，過濾、洗滌、干燥，測沉淀質(zhì)量。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于100%，其原因可能是_____________________________________(回答一條原因即可)。(6)將5.49g草酸鈷晶體(CoC2O4·2H2O)置于空氣中加熱，受熱過程中不同溫度范圍內(nèi)分別得到一種固體物質(zhì)，其質(zhì)量如表。溫度范圍/℃固體質(zhì)量/g150～2104.41290～3202.41經(jīng)測定，整個(gè)受熱過程，只產(chǎn)生水蒸氣和CO2氣體，則290～320℃溫度范圍，剩余的固體物質(zhì)化學(xué)式為______。(已知：CoC2O4·2H2O的摩爾質(zhì)量為183g·mol－1)解析：(1)浸出過程中，Co2O3與鹽酸、Na2SO3發(fā)生反應(yīng)，Co2O3轉(zhuǎn)化為Co2＋，Co元素化合價(jià)降低，則S元素化合價(jià)升高，SOeq\o\al(2－,3)轉(zhuǎn)化為SOeq\o\al(2－,4)，根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒配平離子方程式：Co2O3＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,3)=2Co2＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2H2O。(2)NaClO3加入浸出液中，將Fe2＋氧化為Fe3＋，ClOeq\o\al(－,3)被還原為Cl－，反應(yīng)的離子方程式為ClOeq\o\al(－,3)＋6Fe2＋＋6H＋=6Fe3＋＋Cl－＋3H2O。(3)根據(jù)工藝流程圖，結(jié)合表格中提供的數(shù)據(jù)可知，加Na2CO3調(diào)pH至5.2，目的是使Fe3＋和Al3＋沉淀完全。濾液Ⅰ中含有的金屬陽離子為Co2＋、Mn2＋、Mg2＋、Ca2＋等，萃取劑層含錳元素，結(jié)合流程圖中向?yàn)V液Ⅰ中加入了NaF溶液，知沉淀Ⅱ?yàn)镸gF2、CaF2。(4)經(jīng)過操作Ⅰ由溶液得到結(jié)晶水合物，故除題中已知過程外，操作Ⅰ還包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶。(5)根據(jù)CoCl2·6H2O的組成及測定過程分析，造成粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于100%的原因可能是：含有氯化鈉雜質(zhì)，使氯離子含量增大或結(jié)晶水合物失去部分結(jié)晶水，導(dǎo)致相同質(zhì)量的固體中氯離子含量變大。(6)整個(gè)受熱過程中只產(chǎn)生水蒸氣和CO2氣體，5.49gCoC2O4·2H2O為0.03mol，固體質(zhì)量變?yōu)?.41g時(shí)，質(zhì)量減少1.08g，恰好為0.06molH2O的質(zhì)量，因此4.41g固體為0.03molCoC2O4。依據(jù)原子守恒知，生成n(CO2)＝0.06mol，m(CO2)＝0.06mol×44g·mol－1＝2.64g。而固體質(zhì)量由4.41g變?yōu)?.41g時(shí)，質(zhì)量減少2g，說明290～320℃內(nèi)發(fā)生的不是分解反應(yīng)，參加反應(yīng)的物質(zhì)還有氧氣。則參加反應(yīng)的m(O2)＝2.64g－2g＝0.64g，n(O2)＝0.02mol；n(CoC2O4)∶n(O2)∶n(CO2)＝0.03∶0.02∶0.06＝3∶2∶6，依據(jù)原子守恒，配平化學(xué)方程式：3CoC2O4＋2O2eq\o(=,\s\up7(290～320℃),\s\do5())Co3O4＋6CO2，故290～320℃溫度范圍，剩余固體物質(zhì)的化學(xué)式為Co3O4(或CoO·Co2O3)。答案：(1)Co2O3＋SOeq\o\al(2－,3)＋4H＋=2Co2＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2H2O(2)ClOeq\o\al(－,3)＋6Fe2＋＋6H＋=Cl－＋6Fe3＋＋3H2O(3)使Fe3＋和Al3＋沉淀完全CaF2和MgF2(4)蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶(5)粗產(chǎn)品中結(jié)晶水含量低(或粗產(chǎn)品中混有氯化鈉雜質(zhì))(6)Co3O4(或CoO·Co2O3)5．(2019·襄陽調(diào)研)鉻及其化合物常被應(yīng)用于冶金、化工、電鍍、制藥、紡織等行業(yè)，但使用后的廢水因其中含高價(jià)鉻的化合物而毒性很強(qiáng)，必須進(jìn)行處理。(一)工業(yè)上往往采取下列循環(huán)工藝防止鉻的污染：(1)上述各步反應(yīng)中屬于氧化還原反應(yīng)的是______(填序號(hào))。(2)第①步，含Cr2Oeq\o\al(2－,7)的廢水在酸性條件下用綠礬FeSO4·7H2O處理，寫出并配平反應(yīng)的離子方程式：________________________________________________。(3)第②步，向上述反應(yīng)后的溶液中加入適量的堿石灰，使鉻離子轉(zhuǎn)變?yōu)镃r(OH)3沉淀。處理后，沉淀物中除了Cr(OH)3外，還有________、________(寫化學(xué)式)。已知Cr(OH)3性質(zhì)類似Al(OH)3，是既能與強(qiáng)酸反應(yīng)又能與強(qiáng)堿反應(yīng)的兩性物質(zhì)，寫出從該沉淀物中分離出Cr(OH)3的離子方程式：__________________、_________________________________。(4)回收所得的Cr(OH)3，經(jīng)③④⑤步處理后又可轉(zhuǎn)變成K2Cr2O7。純凈的K2Cr2O7常用于準(zhǔn)確測定Na2S2O3溶液的物質(zhì)的量濃度，方法如下：①Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6I－＋14H＋=3I2＋2Cr3＋＋7H2O②2S2Oeq\o\al(2－,3)＋I(xiàn)2=S4Oeq\o\al(2－,6)＋2I－準(zhǔn)確稱取純凈的K2Cr2O70.1225g，配成溶液，用上述方法滴定，消耗Na2S2O3溶液25.00mL。則Na2S2O3溶液的物質(zhì)的量濃度為________(保留四位有效數(shù)字)。(二)電解法也是常用的處理廢水的方法之一：用Fe作電極電解含Cr2Oeq\o\al(2－,7)的酸性廢水，隨著電解進(jìn)行，在陰極附近溶液pH升高，產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀。(5)用Fe作陽極的原因?yàn)開_________________________；陰極附近溶液pH升高的原因是(用電極反應(yīng)式解釋)_________________________________________________。解析：(1)①中鉻元素由＋6價(jià)降至＋3價(jià)，④中鉻元素由＋3價(jià)升至＋6價(jià)。(2)亞鐵離子具有強(qiáng)還原性，與重鉻酸根離子反應(yīng)生成鉻離子和鐵離子。(3)第①步反應(yīng)后，溶液中有鐵離子和硫酸根離子，再加入堿石灰，除生成Cr(OH)3外，還會(huì)生成氫氧化鐵和硫酸鈣。氫氧化鉻類似氫氧化鋁，具有兩性，能與氫氧化鈉反應(yīng)生成NaCrO2：Cr(OH)3＋NaOH=NaCrO2＋2H2O，NaCrO2類似偏鋁酸鈉，通入過量的CO2生成氫氧化鉻、碳酸氫鈉：NaCrO2＋CO2＋2H2O=Cr(OH)3↓＋NaHCO3。(4)根據(jù)反應(yīng)得關(guān)系式K2Cr2O7～3I2～6Na2S2O3，n(Na2S2O3)＝6n(K2Cr2O7)，c(Na2S2O3)＝eq\f(6×0.1225g,294g·mol－1×0.02500L)＝0.1000mol·L－1。(5)陽極的電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋，可提供還原劑Fe2＋；陰極的電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，隨著反應(yīng)進(jìn)行，陰極附近溶液pH升高。答案：(1)①④(2)Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O(3)Fe(OH)3CaSO4Cr(OH)3＋OH－=CrOeq\o\al(－,2)＋2H2OCrOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Cr(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)(4)0.1000mol·L－1(5)陽極的電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋，提供還原劑Fe2＋2H＋＋2e－=H2↑6．高錳酸鉀是常用的消毒劑、除臭劑、水質(zhì)凈化劑以及強(qiáng)氧化劑。下圖是在實(shí)驗(yàn)室中制備KMnO4晶體的流程：回答下列問題：(1)操作②的目的是獲得K2MnO4，同時(shí)還產(chǎn)生了KCl和H2O，試寫出該步反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________，操作①和②均需在坩堝中進(jìn)行，根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)際應(yīng)選擇________(填字母)。a．瓷坩堝 b．氧化鋁坩堝c．鐵坩堝 d．石英坩堝(2)操作④是使K2MnO4轉(zhuǎn)化為KMnO4和MnO2，該轉(zhuǎn)化過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。若溶液堿性過強(qiáng)，則MnOeq\o\al(－,4)又會(huì)轉(zhuǎn)化為MnOeq\o\al(2－,4)，該轉(zhuǎn)化過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為__________________________________________________，因此需要通入某種氣體調(diào)pH＝10～11，在實(shí)際操作中一般選擇CO2而不是HCl，原因是_________________________。(3)操作⑤過濾時(shí)，選擇圖2所示裝置而不用圖1所示裝置的原因是________________________________________________________________________。(4)還可采用電解K2MnO4溶液(綠色)的方法制造