2025版新教材高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第3章物質(zhì)的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化第1節(jié)素養(yǎng)提升7變價(jià)金屬的知識拓展學(xué)案魯科版

PAGE6-素養(yǎng)提升7變價(jià)金屬的學(xué)問拓展1．釩(V)及其化合物(1)釩單質(zhì)的性質(zhì)：銀白色金屬，熔點(diǎn)高，有延展性，質(zhì)堅(jiān)硬，無磁性。具有耐酸性，在空氣中不被氧化，可溶于氫氟酸、硝酸和王水。(2)釩的氧化物釩能分別以＋2、＋3、＋4、＋5價(jià)與氧結(jié)合，形成四種氧化物：VO、V2O3、VO2、V2O5。(3)釩鹽釩鹽包括偏釩酸鹽VOeq\o\al(－,3)、正釩酸鹽VOeq\o\al(3－,4)，如：偏釩酸銨、偏釩酸鈉、偏釩酸鉀、正釩酸鈉、焦釩酸鈉；四價(jià)鹽(VO2＋)：硫酸氧釩、草酸氧釩。不同價(jià)態(tài)的釩離子有不同的顏色：VOeq\o\al(＋,2)顏色為淺黃色或深綠色，VO2＋顏色為藍(lán)色，V3＋為綠色，V2＋為紫色。2．鉻(Cr)及其化合物(1)鉻單質(zhì)的性質(zhì)：鉻是銀白色的金屬，難熔(熔點(diǎn)1800℃)，鉻是最硬的金屬，鉻的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，在常溫下，放在空氣中或浸在水里不會(huì)生銹。(2)鉻的化合物①Cr2O3性質(zhì)：綠色顏料，俗稱“鉻綠”，它是一種兩性氧化物，能與酸或濃堿溶液反應(yīng)。②K2Cr2O7(重鉻酸鉀)性質(zhì)：橙紅色晶體，具有強(qiáng)氧化性，與鹽酸反應(yīng)(加熱)制備氯氣，K2Cr2O7還可以用來檢測司機(jī)酒駕。在分析化學(xué)中，可以用K2Cr2O7來測定鐵的含量。3．錳(Mn)及其化合物(1)錳單質(zhì)的性質(zhì)：銀白色金屬，硬而脆，熔沸點(diǎn)高；在空氣中易氧化生成褐色氧化物覆蓋層，燃燒時(shí)生成四氧化三錳；溶于稀鹽酸、稀硫酸生成二價(jià)錳鹽。(2)錳的化合物①二氧化錳黑色結(jié)晶體或無定形粉末。熔點(diǎn)390℃，不溶于水和硝酸，與純堿和氧化劑共熔，放出二氧化碳而生成高錳酸鹽，在535℃分解成三氧化二錳和氧氣，是強(qiáng)氧化劑。②高錳酸鉀紫色的結(jié)晶固體，溶于水、堿液，微溶于甲醇、丙酮、硫酸。具有強(qiáng)氧化性，在生活、醫(yī)療上廣泛用作殺菌消毒劑，在試驗(yàn)室中和工業(yè)上常用作氧化劑，其還原產(chǎn)物因介質(zhì)的酸堿性不同而不同。1．重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3，還含有硅、鋁等雜質(zhì)。制備流程如圖所示：回答下列問題：(1)步驟①的主要反應(yīng)為FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3eq\o(→,\s\up10(高溫))Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2上述反應(yīng)配平后FeO·Cr2O3與NaNO3的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為______。該步驟不能運(yùn)用陶瓷容器，緣由是_____________________。(2)濾渣1中含量最多的金屬元素是________，濾渣2的主要成分是________及含硅雜質(zhì)。(3)步驟④調(diào)濾液2的pH使之變________(填“大”或“小”)，緣由是________________________________________________(用離子方程式表示)。(4)有關(guān)物質(zhì)的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適量KCl，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到________(填標(biāo)號)得到的K2Cr2O7固體產(chǎn)品最多。a．80℃b．60℃c．40℃d．10℃步驟⑤的反應(yīng)類型是________。解析：(1)首先標(biāo)出變價(jià)元素的化合價(jià)，分析價(jià)態(tài)改變可知：1molFeO·Cr2O3失去7mol電子，1molNaNO3得到2mol電子，則由得失電子守恒可知二者化學(xué)計(jì)量數(shù)之比應(yīng)為2∶7；該步驟中主要反應(yīng)的反應(yīng)物中有Na2CO3，而陶瓷中含有二氧化硅，二者在熔融時(shí)反應(yīng)，故不能運(yùn)用陶瓷容器。(2)步驟①的反應(yīng)產(chǎn)生了不溶于水的Fe2O3，故熔塊水浸后濾渣1的主要成分是Fe2O3，則含量最多的金屬元素是鐵元素；將濾液1調(diào)整pH＝7后，Al3＋轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀而除去，故濾渣2的主要成分是Al(OH)3和含硅雜質(zhì)。(3)濾液2中的主要成分是Na2CrO4，濾液3中的主要成分應(yīng)為Na2Cr2O7，則第④步調(diào)整pH的作用是使Na2CrO4轉(zhuǎn)化為Na2Cr2O7，離子方程式為2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O，酸性越強(qiáng)越利于Na2CrO4轉(zhuǎn)化為Na2Cr2O7，故應(yīng)調(diào)整pH使之變小。(4)由溶解度曲線圖可知，10℃時(shí)K2Cr2O7溶解度最小，而Na2Cr2O7、KCl、NaCl此時(shí)溶解度均大于K2Cr2O7，三者均存在于溶液中，故冷卻到10℃時(shí)得到的K2Cr2O7固體最多，該步驟的化學(xué)方程式為2KCl＋Na2Cr2O7=2NaCl＋K2Cr2O7↓，明顯該反應(yīng)為復(fù)分解反應(yīng)。答案：(1)2∶7陶瓷在高溫下會(huì)與Na2CO3反應(yīng)(2)FeAl(OH)3(3)小2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O(4)d復(fù)分解反應(yīng)2．某含鎳(Ni)廢催化劑中主要含有Ni，還含有Al、Al2O3、Fe及其他不溶于酸、堿的雜質(zhì)。部分金屬氫氧化物Ksp近似值如下表所示：化學(xué)式Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Ni(OH)2Ksp近似值10－1710－3910－3410－15現(xiàn)用含鎳廢催化劑制備NiSO4·7H2O晶體，其流程圖如下：回答下列問題：(1)“堿浸”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al2O3＋2OH－＋3H2O=2[Al(OH)4]－，_______________________________________。(2)“酸浸”所運(yùn)用的酸為_____________________________。(3)“凈化除雜”需加入H2O2溶液，其作用是_____________。然后調(diào)整pH使溶液中鐵元素恰好完全沉淀，列式計(jì)算此時(shí)的pH。__________________________________________。(4)“操作A”為________、過濾、洗滌、干燥，即得產(chǎn)品。(5)NiSO4在強(qiáng)堿性溶液中可被NaClO氧化為NiOOH，該反應(yīng)的離子方程式為_________________________________________。(6)NiOOH可作為鎳氫電池的電極材料，該電池的工作原理如下圖所示，其放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為_______________。解析：(1)“堿浸”時(shí)除了氧化鋁與堿反應(yīng)外，還會(huì)有金屬鋁與堿反應(yīng)生成四羥基合鋁酸鈉和氫氣，反應(yīng)的離子方程式為2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]－＋3H2↑。(2)依據(jù)流程圖可知，最終產(chǎn)物為硫酸鹽，所以“酸浸”所運(yùn)用的酸為稀硫酸(或硫酸、H2SO4)。(3)從圖表信息可知，氫氧化亞鐵的Ksp較大，而氫氧化鐵Ksp相對較小，因此“凈化除雜”需加入H2O2溶液，其作用是將Fe2＋氧化為Fe3＋，易于形成沉淀而除去；然后調(diào)整pH使溶液中鐵元素恰好完全沉淀，ceq\o\al(3,平)(OH－)＝eq\f(Ksp[FeOH3],c平Fe3＋)＝eq\f(10－39,10－5)＝10－34，c平(OH－)≈10－11.3mol·L－1，則c平(H＋)＝eq\f(KW,c平OH－)＝10－2.7mol·L－1，pH＝2.7。(4)從溶液中得到晶體的操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，即得產(chǎn)品。(5)NiSO4在強(qiáng)堿性溶液中可被NaClO氧化為NiOOH，該反應(yīng)的離子方程式為2Ni2＋＋ClO－＋4OH－=2NiOOH↓＋Cl－＋H2O。(6)放電時(shí)為原電池，正極發(fā)生還原反應(yīng)，NiOOH被還原為Ni(OH)2，正極的電極反應(yīng)式為NiOOH＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－。答案：(1)2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]－＋3H2↑(2)稀硫酸(或硫酸、H2SO4)(3)將Fe2＋氧化為Fe3＋ceq\o\al(3,平)(OH－)＝eq\f(Ksp[FeOH3],c平Fe3＋)＝eq\f(10－39,10－5)＝10－34，c平(OH－)≈10－11.3mol·L－1，則c平(H＋)＝eq\f(KW,c平OH－)＝10－2.7mol·L－1，pH＝2.7(4)冷卻結(jié)晶(5)2Ni2＋＋ClO－＋4OH－=2NiOOH↓＋Cl－＋H2O(6)NiOOH＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－3．TiO2既是制備其他含鈦化合物的原料，又是一種性能優(yōu)異的白色顏料。(1)試驗(yàn)室利用反應(yīng)TiO2(s)＋CCl4(g)eq\o(=,\s\up10(△))TiCl4(g)＋CO2(g)，在無水無氧條件下制備TiCl4，試驗(yàn)裝置示意圖如下：有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)如下表：物質(zhì)熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃其他CCl4－2376與TiCl4互溶TiCl4－25136遇潮濕空氣產(chǎn)生白霧儀器A的名稱是________。裝置E中的試劑是________。反應(yīng)起先前依次進(jìn)行如下操作：組裝儀器、________、加藥品、通N2一段時(shí)間后點(diǎn)燃酒精燈。反應(yīng)結(jié)束后的操作包括：①停止通N2②熄滅酒精燈③冷卻至室溫。正確的依次為________(填標(biāo)號)。欲分別D中的液態(tài)混合物，所采納操作的名稱是________。(2)工業(yè)上由鈦鐵礦(FeTiO3)(含F(xiàn)e2O3、SiO2等雜質(zhì))制備TiO2的有關(guān)反應(yīng)包括：酸溶：FeTiO3(s)＋2H2SO4(aq)=FeSO4(aq)＋TiOSO4(aq)＋2H2O(l)水解：TiOSO4(aq)＋2H2O(l)eq\o(=,\s\up10(90℃))H2TiO3(s)＋H2SO4(aq)簡要工藝流程如下：①試劑A為________(填化學(xué)符號)。鈦液Ⅰ需冷卻至70℃左右，若溫度過高會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品TiO2產(chǎn)率降低，緣由是___________。②取少量酸洗后的H2TiO3，加入鹽酸并振蕩，滴加KSCN溶液后無明顯現(xiàn)象，再加H2O2后出現(xiàn)微紅色，說明H2TiO3中存在的雜質(zhì)離子是________。這種H2TiO3即運(yùn)用水充分洗滌，煅燒后獲得的TiO2也會(huì)發(fā)黃，發(fā)黃的雜質(zhì)是____________(填化學(xué)式)。解析：(1)制取TiCl4須要在無水無氧的環(huán)境中進(jìn)行，試驗(yàn)中用N2排出裝置內(nèi)的空氣，干燥管A中的試劑是為了除去空氣中的O2和水蒸氣。E中應(yīng)盛有濃硫酸，防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入裝置，使TiCl4發(fā)生水解，反應(yīng)前，先組裝儀器、檢查裝置的氣密性，再裝入藥品。反應(yīng)后，應(yīng)先熄滅酒精燈，待裝置冷卻至室溫，再停止通入N2。D中的液態(tài)混合物為生成的TiCl4和揮發(fā)出的CCl4，由表中信息可知，二者互溶，但沸點(diǎn)相差較大，可實(shí)行分餾(或蒸餾)的方法予以分別。(2)①鈦鐵礦中含有Fe2O3、SiO2等雜質(zhì)，用硫酸溶解時(shí)，溶液中生成Fe2(SO4)3，則鈦液Ⅰ中含有TiOSO4、FeSO4和Fe2(SO4)3，加入試劑A后，結(jié)晶、過濾得到的是FeSO4·7H2O，所以試劑A是鐵粉，把Fe3＋還原為Fe2＋；由于TiOSO4簡單水解，若溫度過高，則會(huì)有較多的TiOSO4水解為H2TiO3沉淀，過濾后混入FeSO4·7H2O中，導(dǎo)致TiO2產(chǎn)率降低。②先加KSCN溶液無現(xiàn)象，加H2O2后出現(xiàn)紅色，說明存在Fe2＋，經(jīng)加熱后Fe2＋被氧化為Fe2O3而使產(chǎn)品發(fā)黃。答案：(1)干燥管濃硫酸檢驗(yàn)裝置氣密性②③①分餾(或蒸餾)(2)①Fe溫度過高會(huì)導(dǎo)致TiOSO4提前水解，產(chǎn)生H2TiO3沉淀②Fe2＋Fe2O34．堿式碳酸鈷用做催化劑及制鈷鹽原料，陶瓷工業(yè)著色劑，電子、磁性材料的添加劑。利用以下裝置測定堿式碳酸鈷[Cox(OH)y(CO3)z·H2O]的化學(xué)組成。已知：堿式碳酸鈷中鈷為＋2價(jià)，受熱時(shí)可分解生成三種氧化物。請回答下列問題：(1)選用以上裝置測定堿式碳酸鈷[Cox(OH)y(CO3)z·H2O]的化學(xué)組成，其正確的連接依次為a→b→________(按氣流方向，用小寫字母表示)。(2)樣品分解完，打開止水夾K，緩緩?fù)ㄈ氲獨(dú)鈹?shù)分鐘，通入氮?dú)獾哪康氖莀________________________________________。(3)取堿式碳酸鈷樣品34.9g，通過試驗(yàn)測得分解生成的水和二氧化碳的質(zhì)量分別為3.6g、8.8g，則該堿式碳酸鈷的化學(xué)式為___________________。(4)某愛好小組以含鈷廢料(含少量Fe、Al等雜質(zhì))制取CoCl2·6H2O的一種試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程如下：已知：25℃時(shí)沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3起先沉淀pH1.97.07.63.4完全沉淀pH3.29.09.24.7①操作Ⅰ用到的玻璃儀器主要有________；②加鹽酸調(diào)pH為2～3的目的是__________________________；③操作Ⅱ的過程為___________________________________、洗滌、干燥。解析：(1)甲裝置為分解裝置，用戊裝置汲取生成的水，用乙裝置汲取生成的二氧化碳，用丙裝置是防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進(jìn)入試驗(yàn)裝置影響試驗(yàn)結(jié)果。(2)為了保證數(shù)據(jù)的精確性，通入氮?dú)馐巩a(chǎn)生的氣體全部被汲取。(3)生成水的質(zhì)量為3.6g，物質(zhì)的量為eq\f(3.6g,18g·mol－1)＝0.2mol，生成CO2的質(zhì)量為8.8g，物質(zhì)的量為eq\f(8.8g,44g·mol－1)＝0.2mol，堿式碳酸鈷的質(zhì)量為34.9g，氧化亞鈷的質(zhì)量為34.9g－3.6g－8.8g＝22.5g，其物質(zhì)的量為eq\f(22.5g