专题4 元素及其化合物
(一) 元素及其化合物的性质及应用
(建议用时25分钟)
一、选择题:在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求。
1.下列各组物质反应产生的气体分别通入Fe2(SO4)3溶液中,能与Fe2(SO4)3发生反应的是 ( )
①Na2O2和CO2 ②Na2S和盐酸
③MnO2和浓盐酸共热 ④铜片和浓硫酸加热
A.只有①② B.只有①③ C.只有②③ D.只有②④
2.探究氨气及铵盐性质的过程中,下列根据实验现象得出的结论不正确的是 ( )
A.将集有氨气的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,说明氨气极易溶于水
B.将pH=11的氨水稀释到体积为原来的1 000倍,测得pH>8,说明NH3·H2O为弱碱
C.加热NH4HCO3固体,观察到固体逐渐减少,试管口有液滴产生,说明NH4HCO3受热不稳定
D.将红热的Pt丝伸入如图所示的锥形瓶中,瓶口出现少量红棕色气体,说明氨气的氧化产物为NO2
3.(2022·潍坊模拟)一种从铜电解工艺的阳极泥中提取Se和Te的流程如下:
下列叙述错误的是 ( )
A.合理处理阳极泥有利于保护环境和资源再利用
B.流出液是H2SO4溶液
C.电解过程中阴极上析出单质Te
D.“焙砂”与碳酸钠充分混合后,可在瓷坩埚中焙烧
4.(2022·淮北二模)北京冬奥会多措并举践行低碳、绿色环保理念。下列叙述错误的是 ( )
A.奥运村生活垃圾焚烧尾气经脱硫脱硝后排放,能减少空气污染
B.氢能源大巴车使用光伏电解水制得的氢气做燃料,低碳且环保
C.因防疫需要,大量使用一次性口罩、防护服等,体现绿色环保理念
D.循环使用CO2制冰技术,比传统制冷剂氟利昂更加环保
5.(2022·威海二模)对KMnO4溶液氧化H2C2O4的反应,若加入Mn2+,科研人员猜想其反应历程如下:
Mn(Ⅶ)Mn(Ⅵ)Mn(Ⅳ)Mn(Ⅲ)[Mn(C2O4)n]3-2n→Mn2++CO2
下列说法错误的是 ( )
A.既有氧化性,又有还原性
B.起始时加入Mn2+,若反应产生气泡速率明显加快,可证明Mn2+作催化剂
C.每生成标准状况下11.2 L CO2,消耗0.2 mol KMnO4
D.加入某种试剂使Mn(Ⅵ)、Mn(Ⅳ)或Mn(Ⅲ)生成难溶物,若产生气泡速率减慢,则证明该猜想合理
二、非选择题
6.(2022·海口模拟)氮、氧、硫、氯是四种重要的非金属元素,研究它们的性质及用途对生产、生活、科研具有重要意义。
(1)一氯胺(NH2Cl)是一种长效缓释水消毒剂,工业上可利用反应NH3(g)+Cl2(g) ===NH2Cl(g)+HCl(g)制备。
①一氯胺(NH2Cl)在中性或酸性环境中会发生水解反应,生成一种具有强烈杀菌作用的物质,该物质的电子式为 。
②氨气也是工业上制备硝酸的主要原料,制备硝酸的过程中涉及NO2与水的反应。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
(2)SO2、NO2两种气体都能对大气造成污染,需要对其进行吸收处理。用氨水吸收SO2能得到含(NH4)2SO3和NH4HSO3的吸收液,写出生成(NH4)2SO3的离子方程式: ________________________________________。
若向吸收液中通入过量NO2,NH4HSO3能与NO2发生反应生成N2和(NH4)2SO4,写出该反应的离子方程式: ________________________________________。
(3)Cl2与NaOH溶液反应可制取“84”消毒液。用过量的冷NaOH溶液吸收氯气,制得NaClO溶液(不含NaClO3),此时ClO-的浓度为c0 mol·L-1;加热时NaClO能转化为NaClO3,测得t时刻溶液中ClO-的浓度为c1 mol·L-1 (不考虑加热前后溶液体积的变化)。
①写出溶液中NaClO分解生成NaClO3的化学方程式: ____________________。
②t时刻溶液中c(Cl-)= mol·L-1(用含c0、c1的代数式表示)。
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加固训练
(2022·泰安模拟)硫元素是动植物生长不可缺少的元素。图1是自然界中硫元素的存在示意图,图2是硫元素的常见化合价与部分物质类别的对应关系,回答下列问题。
(1)图1中与图2中M、N对应的物质分别是 、 。
(2)X与Y反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
(3)Na2SO3溶液易变质,实验室检验Na2SO3溶液是否变质的基本操作是 。
(4)SO2和氯水都有漂白性,有人为增强漂白效果,将Cl2和SO2混合使用,结果适得其反,几乎没有漂白效果,用离子方程式表示其原因: ______________________。
(5)硫酸是用途广泛的化工原料,可作脱水剂、吸水剂、氧化剂和催化剂等。甲、乙两位同学用铜和硫酸做原料,设计了两种制取硫酸铜的方案。
方案甲:铜与浓硫酸加热直接反应,即Cu→CuSO4
方案乙:由Cu→CuO→CuSO4
①方案甲中铜和浓硫酸反应的化学方程式是__________________________。
该反应表现了浓硫酸的 。
②这两种方案,你认为哪一种方案更合理 。理由是_____________。
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7.取纯净的CuCl2固体用于制备CuCl。
(1)操作①中加入盐酸的目的主要是_____________。
(2)操作②中反应的离子方程式为__________________________。
(3)操作①中若用10 mol·L-1盐酸代替0.2 mol·L-1盐酸,再通入SO2后,无白色沉淀产生。对此现象有如下两种猜想:
猜想一:c(H+)过大导致白色沉淀溶解。
为验证此猜想,取75 g CuCl2固体、100 mL 0.2 mol·L-1盐酸及 mL 9.8
mol·L-1 H2SO4溶液配制成200 mL溶液,再进行操作②,观察是否有白色沉淀产生。
猜想二:c(Cl-)过大导致白色沉淀溶解。
[资料显示:存在平衡2Cl-(aq)+CuCl(s)CuC(aq)]
请设计实验说明该猜想是否成立: __________________________。
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(二) 元素及其化合物的转化
(建议用时25分钟)
一、选择题:在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求。
1.(2022·邢台模拟)生物还原法是指微生物在缺氧或厌氧条件下,在电子供体的作用下将Sb(+5)还原为更易被去除的Sb(+3),根据电子供体的不同可分为自养还原和异养还原。为去除水中锑(+5)酸盐,某大学建立升流式硫自养固定床生物反应器,其反应机理如图。下列说法正确的是 ( )
A.在自养还原过程中,S接受电子作氧化剂
B.歧化反应的离子方程式是4S+4H2O=== 3H2S+S+2H+
C.反应的副产物是,只来源于歧化反应
D.在生物反应器中可以实现S单质的循环利用
2.(2022·德州二模)以镀镍行业产生的含铁、铜、锌等杂质的酸性硫酸镍废液为原料获得NiSO4·6H2O,其工艺流程如图(已知:
Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10-15、
Ksp[Cu(OH)2]=4.8×10-20,Ksp[Zn(OH)2]=2.09×10-20,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38)。下列说法错误的是( )
A.用KSCN溶液可以检验滤液中Fe3+是否除干净
B.萃取的目的是除去Cu2+和Zn2+,反萃取获得的有机物可循环使用
C.萃取振荡时分液漏斗的下口应倾斜向上
D.操作Ⅱ的名称为蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥
加固训练
(2022·邢台模拟)La2(CO3)3可用于治疗高磷酸盐血症,难溶于水,在溶液中制备易形成La2(CO3)3·xH2O,溶液碱性太强时会生成La(OH)CO3。某大学实验室利用LaCl3与(NH4)2CO3制备La2(CO3)3·xH2O,制备流程如图所示。下列说法正确的是( )
A.“制气”环节与实验室用 MnO2制 Cl2的装置相同
B.“洗气”环节可用NaOH溶液
C.“制备”环节应通入过量的NH3
D.“制备”反应为2LaCl3+6NH3+3CO2+(x+3)H2O===La2·xH2O↓+6NH4Cl
3.(2022·大连二模)一种提纯白磷样品(含惰性杂质)的工艺流程如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.过程Ⅰ中,氧化产物与还原产物的物质的量之比为6∶5
B.P的空间结构为正四面体形
C.过程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中发生的均为氧化还原反应
D.流程中所涉及元素的基态原子未成对电子数最多的是P
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4.(2022·扬州一模)某兴趣小组探究金属与硝酸反应的还原产物,进行了下列三组实验,下列说法正确的是 ( )
序号 实验操作(室温)及实验现象
① 将足量的铜粉加入1 mL 10 mol·L-1 HNO3中,溶液呈绿色,产生红棕色气体
② 将足量的铜粉加入100 mL 0.1 mol·L-1 HNO3中,溶液呈蓝色,产生无色气体
③ 将足量的铁粉加入100 mL 0.1 mol·L-1 HNO3中,溶液呈浅绿色,无气体生成
A.实验①中消耗的铜粉质量大于实验②
B.实验②中产生的气体可用向上排空气法收集
C.实验③中铁发生了钝化
D.以上实验说明硝酸的还原产物与硝酸的浓度及金属的活泼性有关
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加固训练
(2022·潍坊二模)下列由实验现象所得结论正确的是 ( )
A.取补铁口服液的上层清液,滴加酸性KMnO4溶液,溶液紫色褪去,证明口服液中含有Fe2+
B.向盛有0.01 mol·L-1的CH3COONa溶液的小试管中滴加酚酞溶液,溶液变红,再加入少量CH3COONa固体,溶液红色加深,证明CH3COONa水解程度增大
C.向盛有稀硝酸的试管中加入铜片,加热,试管口出现红棕色气体,证明铜与稀硝酸反应生成NO2
D.将溴乙烷与氢氧化钠的乙醇溶液共热,产物通入溴水中,溴水褪色,证明溴乙烷发生消去反应
二、非选择题
5.(2022·成都模拟)三氧化二钴(Co2O3)主要用作颜料、釉料、磁性材料、催化剂和氧化剂等。以含钴废料(主要成分为Co2O3,含有少量MnO2、NiO、Fe3O4)为原料制备Co2O3的流程如图所示:
已知:
Ⅰ.“酸浸”后的浸出液中含有的阳离子有H+、Co2+、Fe3+、Ni2+。
Ⅱ.部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如表:
沉淀物 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2
完全沉淀时的pH 3.7 9.0 9.2
回答下列问题:
(1)“滤渣1”的化学式为 ,“酸浸”时Co2O3发生的反应的化学方程式是_____________________。
(2)“酸浸”时加入H2O2的目的是___________________________________。
生产过程中发现实际消耗双氧水的量大于理论值,可能的原因是______________。
(3)某萃取剂对金属离子的萃取率与溶液pH的关系如图所示:
使用该萃取剂时应控制的pH约为__________________________,
理由是____________________________。
(4)“操作1”所得副产品的一种用途为____________________________。
已知该物质的溶液加热到100 ℃时会变质,该物质的溶解度见表:
温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
溶解度/g 70.6 73.0 75.4 78.0 81.0 84.5 88.0
操作1是 (填字母)。
A.蒸发结晶 B.降温结晶 C.减压蒸发结晶
(5)“沉钴”时发生反应的离子方程式为_____________________。
(6)有机相提取的Ni2+再生时可用于制备氢电池,该电池充电时的总反应为Ni(OH)2+M===NiOOH+MH。则放电时负极的电极反应式为_______________。
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===专题4 元素及其化合物
(一) 元素及其化合物的性质及应用
(建议用时25分钟)
一、选择题:在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求。
1.下列各组物质反应产生的气体分别通入Fe2(SO4)3溶液中,能与Fe2(SO4)3发生反应的是 ( )
①Na2O2和CO2 ②Na2S和盐酸
③MnO2和浓盐酸共热 ④铜片和浓硫酸加热
A.只有①② B.只有①③ C.只有②③ D.只有②④
解析:选D。①生成O2,O2与Fe2(SO4)3不反应;②生成H2S,H2S与Fe3+反应;③生成Cl2,Cl2与Fe2(SO4)3不反应;④生成SO2,SO2与Fe3+反应。
2.探究氨气及铵盐性质的过程中,下列根据实验现象得出的结论不正确的是 ( )
A.将集有氨气的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,说明氨气极易溶于水
B.将pH=11的氨水稀释到体积为原来的1 000倍,测得pH>8,说明NH3·H2O为弱碱
C.加热NH4HCO3固体,观察到固体逐渐减少,试管口有液滴产生,说明NH4HCO3受热不稳定
D.将红热的Pt丝伸入如图所示的锥形瓶中,瓶口出现少量红棕色气体,说明氨气的氧化产物为NO2
解析:选D。氨气极易溶于水,所以将集有氨气的试管倒扣于水槽中液体迅速充满试管,故A项正确;pH=11的氨水中c(OH-)=10-3 mol·L-1,稀释到体积为原来的1 000倍,测得溶液pH>8,即c(OH-)>10-6 mol·L-1,说明NH3·H2O为弱碱,故B项正确;碳酸氢铵加热分解为氨气、二氧化碳和水,故C项正确;根据题意氨气的氧化产物应为NO,NO在锥形瓶瓶口与氧气反应生成NO2,所以瓶口出现少量红棕色气体,故D项错误。
3.(2022·潍坊模拟)一种从铜电解工艺的阳极泥中提取Se和Te的流程如下:
下列叙述错误的是 ( )
A.合理处理阳极泥有利于保护环境和资源再利用
B.流出液是H2SO4溶液
C.电解过程中阴极上析出单质Te
D.“焙砂”与碳酸钠充分混合后,可在瓷坩埚中焙烧
解析:选D。瓷坩埚中含有二氧化硅,在高温下能与碳酸钠发生反应,坩埚受到腐蚀,故“焙砂”与碳酸钠不宜在瓷坩埚中焙烧,D项错误。
4.(2022·淮北二模)北京冬奥会多措并举践行低碳、绿色环保理念。下列叙述错误的是 ( )
A.奥运村生活垃圾焚烧尾气经脱硫脱硝后排放,能减少空气污染
B.氢能源大巴车使用光伏电解水制得的氢气做燃料,低碳且环保
C.因防疫需要,大量使用一次性口罩、防护服等,体现绿色环保理念
D.循环使用CO2制冰技术,比传统制冷剂氟利昂更加环保
解析:选C。奥运村生活垃圾焚烧尾气经脱硫脱硝后排放,可以减少二氧化硫和氮氧化物的排放,能减少空气污染,故A正确;氢能源大巴车使用光伏电解水制得的氢气做燃料,能减少化石能源的使用,减少二氧化碳的排放,符合低碳且环保的理念,故B正确;因防疫需要,大量使用一次性口罩、防护服等会形成大量需要处理的垃圾,不符合绿色环保理念,故C错误;与传统制冷剂氟利昂制冰相比,循环使用二氧化碳制冰技术可以减少传统制冷剂氟利昂的使用,可以减少臭氧层的破坏,更加符合绿色环保的理念,故D正确。
5.(2022·威海二模)对KMnO4溶液氧化H2C2O4的反应,若加入Mn2+,科研人员猜想其反应历程如下:
Mn(Ⅶ)Mn(Ⅵ)Mn(Ⅳ)Mn(Ⅲ)[Mn(C2O4)n]3-2n→Mn2++CO2
下列说法错误的是 ( )
A.既有氧化性,又有还原性
B.起始时加入Mn2+,若反应产生气泡速率明显加快,可证明Mn2+作催化剂
C.每生成标准状况下11.2 L CO2,消耗0.2 mol KMnO4
D.加入某种试剂使Mn(Ⅵ)、Mn(Ⅳ)或Mn(Ⅲ)生成难溶物,若产生气泡速率减慢,则证明该猜想合理
解析:选C。 [Mn(C2O4)n]3-2n中Mn元素的化合价可以降低,C元素的化合价可以升高,故[Mn(C2O4)n]3-2n既有氧化性,又有还原性,故A正确;催化剂可以改变反应速率,开始时加入Mn2+,若反应产生气泡速率明显加快,可证明Mn2+作催化剂,故B正确;每生成1 mol CO2,转移1 mol电子,故生成标准状况下11.2 L CO2,即0.5 mol的二氧化碳,转移0.5 mol 电子,KMnO4→Mn2+,转移5个电子,根据电子守恒,消耗0.1 mol KMnO4,故C错误;加入某种试剂使Mn(Ⅵ)、Mn(Ⅳ)或Mn(Ⅲ)生成难溶物,则中断某个中间产物,若反应减慢,则猜想合理,故D正确。
二、非选择题
6.(2022·海口模拟)氮、氧、硫、氯是四种重要的非金属元素,研究它们的性质及用途对生产、生活、科研具有重要意义。
(1)一氯胺(NH2Cl)是一种长效缓释水消毒剂,工业上可利用反应NH3(g)+Cl2(g) ===NH2Cl(g)+HCl(g)制备。
①一氯胺(NH2Cl)在中性或酸性环境中会发生水解反应,生成一种具有强烈杀菌作用的物质,该物质的电子式为 。
②氨气也是工业上制备硝酸的主要原料,制备硝酸的过程中涉及NO2与水的反应。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
(2)SO2、NO2两种气体都能对大气造成污染,需要对其进行吸收处理。用氨水吸收SO2能得到含(NH4)2SO3和NH4HSO3的吸收液,写出生成(NH4)2SO3的离子方程式: ________________________________________。
若向吸收液中通入过量NO2,NH4HSO3能与NO2发生反应生成N2和(NH4)2SO4,写出该反应的离子方程式: ________________________________________。
(3)Cl2与NaOH溶液反应可制取“84”消毒液。用过量的冷NaOH溶液吸收氯气,制得NaClO溶液(不含NaClO3),此时ClO-的浓度为c0 mol·L-1;加热时NaClO能转化为NaClO3,测得t时刻溶液中ClO-的浓度为c1 mol·L-1 (不考虑加热前后溶液体积的变化)。
①写出溶液中NaClO分解生成NaClO3的化学方程式: ____________________。
②t时刻溶液中c(Cl-)= mol·L-1(用含c0、c1的代数式表示)。
解析:(1)①一氯胺(NH2Cl)在中性或酸性环境中会发生水解反应,根据原子守恒可推知具有杀菌作用的物质为HClO,一氯胺与水反应的化学方程式为NH2Cl+H2O=== HClO+NH3,HClO的电子式为;
②氨气也是工业上制备硝酸的主要原料,制备硝酸的过程中涉及NO2与水的反应,化学方程式为3NO2+H2O=== 2HNO3+NO,故反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2;
(2)SO2、NO2两种气体都能对大气造成污染,需要对其进行吸收处理,用氨水吸收SO2能得到含 (NH4)2SO3和NH4HSO3的吸收液,生成(NH4)2SO3的离子方程式为2NH3·H2O+SO2=== 2N++H2O,若向吸收液中通入过量NO2,NH4HSO3能与NO2发生反应生成N2和(NH4)2SO4,该反应的离子方程式为4HS+2NO2=== N2+4S+4H+;
(3)①溶液中NaClO分解生成NaClO3,反应中NaClO转化为NaClO3,则Cl的化合价升高,故必然有元素的化合价降低,即由NaClO转化为NaCl,根据氧化还原反应配平可得,该反应的化学方程式为3NaClO2NaCl+NaClO3;
②由题干信息,用过量的冷NaOH溶液吸收氯气,制得NaClO溶液(不含NaClO3),化学方程式为2NaOH+Cl2=== NaCl+NaClO+H2O,故这时Cl-的浓度与ClO-的浓度相等,都为c0 mol·L-1,又知t时刻内ClO-的浓度变化了(c0-c1) mol·L-1,根据反应3NaClO2NaCl+NaClO3可知,则生成的Cl-的浓度为(c0-c1) mol·L-1 ,故t时刻溶液中c(Cl-)=[c0 +(c0-c1)] mol·L-1=(c0-c1)mol·L-1。
答案:(1)① ②1∶2
(2)2NH3·H2O+SO2===2N++H2O
4HS+2NO2=== N2+4S+4H+
(3)①3NaClO2NaCl+NaClO3
②(c0-c1)
加固训练
(2022·泰安模拟)硫元素是动植物生长不可缺少的元素。图1是自然界中硫元素的存在示意图,图2是硫元素的常见化合价与部分物质类别的对应关系,回答下列问题。
(1)图1中与图2中M、N对应的物质分别是 、 。
(2)X与Y反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
(3)Na2SO3溶液易变质,实验室检验Na2SO3溶液是否变质的基本操作是 。
(4)SO2和氯水都有漂白性,有人为增强漂白效果,将Cl2和SO2混合使用,结果适得其反,几乎没有漂白效果,用离子方程式表示其原因: ______________________。
(5)硫酸是用途广泛的化工原料,可作脱水剂、吸水剂、氧化剂和催化剂等。甲、乙两位同学用铜和硫酸做原料,设计了两种制取硫酸铜的方案。
方案甲:铜与浓硫酸加热直接反应,即Cu→CuSO4
方案乙:由Cu→CuO→CuSO4
①方案甲中铜和浓硫酸反应的化学方程式是__________________________。
该反应表现了浓硫酸的 。
②这两种方案,你认为哪一种方案更合理 。理由是_____________。
解析: (1)题图2中M为+6价的硫元素对应的盐,对应题图1中的物质为CaSO4·2H2O、Na2SO4·10H2O,N为-2价的硫元素对应的盐,对应题图1中的物质为CuFeS2;
(2)X为H2S、Y为SO2,发生归中反应得到S单质,SO2是氧化剂,化合价降低4,H2S是还原剂,化合价升高2,由升降相等可知反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2;
(3)Na2SO3溶液易被氧气氧化为Na2SO4而变质,即检验硫酸根是否存在即可,实验操作为取少量溶液于试管中,向其中加入过量稀盐酸,再滴加BaCl2溶液,如果产生白色沉淀,证明Na2SO3溶液已变质;
(4)二氧化硫与氯气和水发生氧化还原反应生成盐酸和硫酸,离子方程式:Cl2+SO2+2H2O=== 2Cl-+S+4H+;
(5)①铜与浓硫酸在加热条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫与水,化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O,反应中硫元素的化合价部分降低生成二氧化硫,部分不变存在于硫酸铜中,浓硫酸表现强氧化性与酸性;②方案甲生成二氧化硫,污染空气,硫元素不能完全利用,方案乙与方案甲相比,无污染且原料的利用率高,故方案乙更合理。
答案:(1)CaSO4·2H2O、Na2SO4·10H2O CuFeS2
(2)1∶2
(3)取少量溶液于试管中,向其中加入过量稀盐酸,再滴加BaCl2溶液,如果产生白色沉淀,证明Na2SO3溶液已变质
(4)Cl2+SO2+2H2O===2Cl-+S+4H+
(5)①Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O
强氧化性、酸性 ②方案乙 无污染,原料利用率高
7.取纯净的CuCl2固体用于制备CuCl。
(1)操作①中加入盐酸的目的主要是_____________。
(2)操作②中反应的离子方程式为__________________________。
(3)操作①中若用10 mol·L-1盐酸代替0.2 mol·L-1盐酸,再通入SO2后,无白色沉淀产生。对此现象有如下两种猜想:
猜想一:c(H+)过大导致白色沉淀溶解。
为验证此猜想,取75 g CuCl2固体、100 mL 0.2 mol·L-1盐酸及 mL 9.8
mol·L-1 H2SO4溶液配制成200 mL溶液,再进行操作②,观察是否有白色沉淀产生。
猜想二:c(Cl-)过大导致白色沉淀溶解。
[资料显示:存在平衡2Cl-(aq)+CuCl(s)CuC(aq)]
请设计实验说明该猜想是否成立: __________________________。
解析:(1)因为氯化铜是强酸弱碱盐,溶液中存在Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+,所以溶解时加入HCl溶液,可抑制Cu2+水解;(2)操作②是向含有铜离子、氯离子的溶液中通入二氧化硫气体,生成CuCl沉淀,则反应的离子方程式为2Cu2++SO2+2Cl-+2H2O===S+2CuCl↓+4H+;(3)根据题意,验证猜想一:应保证H+浓度增大,而Cl-浓度不变;设9.8 mol·L-1 H2SO4溶液的体积为V mL,则根据H+的量的关系可得0.2×0.1+V×10-3×9.8×2=10×0.1,解得V=50;验证猜想二:体系中存在平衡2Cl-(aq)+CuCl(s)CuC(aq),溶液中氯离子的浓度增大平衡正向移动,可以取少量白色沉淀加入饱和氯化钠溶液中,搅拌,若白色沉淀溶解,说明猜想二成立,反之不成立。
答案:(1)抑制Cu2+水解 (2)2Cu2++SO2+2Cl-+2H2O=== S+2CuCl↓+4H+ (3)50 取少量白色沉淀加入饱和氯化钠溶液中,搅拌,若白色沉淀溶解,说明猜想二成立,反之不成立(合理即可)
(二) 元素及其化合物的转化
(建议用时25分钟)
一、选择题:在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求。
1.(2022·邢台模拟)生物还原法是指微生物在缺氧或厌氧条件下,在电子供体的作用下将Sb(+5)还原为更易被去除的Sb(+3),根据电子供体的不同可分为自养还原和异养还原。为去除水中锑(+5)酸盐,某大学建立升流式硫自养固定床生物反应器,其反应机理如图。下列说法正确的是 ( )
A.在自养还原过程中,S接受电子作氧化剂
B.歧化反应的离子方程式是4S+4H2O=== 3H2S+S+2H+
C.反应的副产物是,只来源于歧化反应
D.在生物反应器中可以实现S单质的循环利用
解析:选B。自养还原过程硫单质和Sb(+5)反应生成硫酸根和Sb(+3),S单质歧化生成硫酸根和硫化氢,硫化氢与Sb(+3)反应生成Sb2S3沉淀除去Sb(+3)。整个过程中硫酸根为副产物,没有实现S单质的循环利用。根据分析,在自养还原过程中,S失去电子作还原剂,A错误;S单质歧化生成硫酸根和硫化氢,离子方程式正确,B正确;副产物是硫酸根,来源于自养还原和歧化反应,C错误;在生物反应器中并没有再重新生成硫单质,没有实现S单质的循环利用,D错误。
2.(2022·德州二模)以镀镍行业产生的含铁、铜、锌等杂质的酸性硫酸镍废液为原料获得NiSO4·6H2O,其工艺流程如图(已知:
Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10-15、
Ksp[Cu(OH)2]=4.8×10-20,Ksp[Zn(OH)2]=2.09×10-20,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38)。下列说法错误的是( )
A.用KSCN溶液可以检验滤液中Fe3+是否除干净
B.萃取的目的是除去Cu2+和Zn2+,反萃取获得的有机物可循环使用
C.萃取振荡时分液漏斗的下口应倾斜向上
D.操作Ⅱ的名称为蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥
解析:选D。含镍酸性废水加入过氧化氢把Fe2+氧化为Fe3+、加石灰石调pH生成氢氧化铁沉淀,过滤除铁,滤液中加萃取剂除去Cu2+和Zn2+,分液后,水相为硫酸镍溶液,蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得NiSO4·6H2O。Fe3+遇KSCN溶液变红,用KSCN溶液可以检验滤液中Fe3+是否除干净,故A正确;根据流程图,含镍酸性废水加入过氧化氢、石灰石调pH的目的是除铁,萃取的目的是除去Cu2+和Zn2+,反萃取获得的有机物可在萃取时循环使用,故B正确;萃取振荡时要通过下口放气,分液漏斗的下口应倾斜向上,故C正确;为防止NiSO4·6H2O失去结晶水,操作Ⅱ的名称为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,故D错误。
加固训练
(2022·邢台模拟)La2(CO3)3可用于治疗高磷酸盐血症,难溶于水,在溶液中制备易形成La2(CO3)3·xH2O,溶液碱性太强时会生成La(OH)CO3。某大学实验室利用LaCl3与(NH4)2CO3制备La2(CO3)3·xH2O,制备流程如图所示。下列说法正确的是( )
A.“制气”环节与实验室用 MnO2制 Cl2的装置相同
B.“洗气”环节可用NaOH溶液
C.“制备”环节应通入过量的NH3
D.“制备”反应为2LaCl3+6NH3+3CO2+(x+3)H2O===La2·xH2O↓+6NH4Cl
解析:选D。该制气过程不用加热,与实验室用 MnO2制 Cl2的装置不相同,A错误;为防止二氧化碳参与反应,洗气用碳酸氢钠溶液,除去挥发出的氯化氢,B错误;若通入氨气过量,碱性太强,可能会生成 La(OH)CO3,C错误;“制备”的化学方程式正确,D正确。
3.(2022·大连二模)一种提纯白磷样品(含惰性杂质)的工艺流程如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.过程Ⅰ中,氧化产物与还原产物的物质的量之比为6∶5
B.P的空间结构为正四面体形
C.过程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中发生的均为氧化还原反应
D.流程中所涉及元素的基态原子未成对电子数最多的是P
解析:选C。由题图可知,硫酸铜溶液与白磷反应生成磷化亚铜、磷酸和硫酸,反应的化学方程式为11P4+60CuSO4+96H2O===20Cu3P+24H3PO4+60H2SO4,反应中铜元素化合价降低被还原,磷元素化合价部分升高被氧化、部分降低被还原,所以氧化产物为磷酸、还原产物为磷化亚铜,物质的量之比为24∶20=6∶5,故A正确;磷酸根离子中磷原子的价层电子对数为4、孤电子对数为0,离子的空间结构为正四面体形,故B正确;由题图可知,反应Ⅱ是磷酸与氢氧化钙溶液反应生成磷酸钙和水,反应中没有元素发生化合价变化,属于非氧化还原反应,故C错误;由题图可知,流程中所涉及的元素有氢、碳、氧、硅、磷、硫、钙、铜,基态原子未成对电子数最多的是价电子排布式为3s23p3的磷原子,故D正确。
4.(2022·扬州一模)某兴趣小组探究金属与硝酸反应的还原产物,进行了下列三组实验,下列说法正确的是 ( )
序号 实验操作(室温)及实验现象
① 将足量的铜粉加入1 mL 10 mol·L-1 HNO3中,溶液呈绿色,产生红棕色气体
② 将足量的铜粉加入100 mL 0.1 mol·L-1 HNO3中,溶液呈蓝色,产生无色气体
③ 将足量的铁粉加入100 mL 0.1 mol·L-1 HNO3中,溶液呈浅绿色,无气体生成
A.实验①中消耗的铜粉质量大于实验②
B.实验②中产生的气体可用向上排空气法收集
C.实验③中铁发生了钝化
D.以上实验说明硝酸的还原产物与硝酸的浓度及金属的活泼性有关
解析:选D。实验①反应后溶液呈绿色,产生红棕色气体,发生反应Cu+4HNO3(浓) ===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,实验②反应后溶液呈蓝色,产生无色气体,发生反应3Cu+8HNO3(稀) === 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,①与②中硝酸的物质的量相等,故实验①中消耗的铜粉质量小于实验②,故A错误;实验②中生成一氧化氮气体,一氧化氮易与氧气反应,故不能用排空气法收集,故B错误;实验③反应后溶液呈浅绿色,无气体生成,可能生成Fe(NO3)2和NH4NO3,常温下铁在浓硝酸中钝化,故C错误;根据实验①②可得硝酸的还原产物与硝酸的浓度有关,根据②③可知硝酸的还原产物与金属的活泼性有关,故D正确。
加固训练
(2022·潍坊二模)下列由实验现象所得结论正确的是 ( )
A.取补铁口服液的上层清液,滴加酸性KMnO4溶液,溶液紫色褪去,证明口服液中含有Fe2+
B.向盛有0.01 mol·L-1的CH3COONa溶液的小试管中滴加酚酞溶液,溶液变红,再加入少量CH3COONa固体,溶液红色加深,证明CH3COONa水解程度增大
C.向盛有稀硝酸的试管中加入铜片,加热,试管口出现红棕色气体,证明铜与稀硝酸反应生成NO2
D.将溴乙烷与氢氧化钠的乙醇溶液共热,产物通入溴水中,溴水褪色,证明溴乙烷发生消去反应
解析:选D。补铁口服液中能使酸性高锰酸钾溶液紫色褪去的物质不仅仅是Fe2+,还可能含有其他具有还原性的物质,则向补铁口服液中滴加酸性KMnO4溶液,紫色褪去,不能说明补铁口服液中含Fe2+,A错误;向盛有0.01 mol·L-1 CH3COONa溶液的小试管中滴加几滴酚酞溶液,由于存在水解平衡CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-,溶液变红;变红的溶液中再加入少量CH3COONa固体,溶液红色加深,是因为CH3COO-浓度增大,碱性增强,不能说明水解程度增大,B错误;试管口出现红棕色气体说明有二氧化氮气体存在,但二氧化氮是一氧化氮与空气中的氧气反应生成的,铜与稀硝酸可以反应生成一氧化氮气体,因此无法证明铜与稀硝酸反应生成二氧化氮,C错误;溴乙烷和氢氧化钠的乙醇溶液共热后产生的气体为乙烯,乙烯和溴水发生加成反应使溴水褪色,挥发出的乙醇和溴水不反应,将产物通入溴水中,若溴水褪色,可说溴乙烷和氢氧化钠的乙醇溶液发生反应产生了乙烯,即溴乙烷发生了消去反应,D正确。
二、非选择题
5.(2022·成都模拟)三氧化二钴(Co2O3)主要用作颜料、釉料、磁性材料、催化剂和氧化剂等。以含钴废料(主要成分为Co2O3,含有少量MnO2、NiO、Fe3O4)为原料制备Co2O3的流程如图所示:
已知:
Ⅰ.“酸浸”后的浸出液中含有的阳离子有H+、Co2+、Fe3+、Ni2+。
Ⅱ.部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如表:
沉淀物 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2
完全沉淀时的pH 3.7 9.0 9.2
回答下列问题:
(1)“滤渣1”的化学式为 ,“酸浸”时Co2O3发生的反应的化学方程式是_____________________。
(2)“酸浸”时加入H2O2的目的是___________________________________。
生产过程中发现实际消耗双氧水的量大于理论值,可能的原因是______________。
(3)某萃取剂对金属离子的萃取率与溶液pH的关系如图所示:
使用该萃取剂时应控制的pH约为__________________________,
理由是____________________________。
(4)“操作1”所得副产品的一种用途为____________________________。
已知该物质的溶液加热到100 ℃时会变质,该物质的溶解度见表:
温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
溶解度/g 70.6 73.0 75.4 78.0 81.0 84.5 88.0
操作1是 (填字母)。
A.蒸发结晶 B.降温结晶 C.减压蒸发结晶
(5)“沉钴”时发生反应的离子方程式为_____________________。
(6)有机相提取的Ni2+再生时可用于制备氢电池,该电池充电时的总反应为Ni(OH)2+M===NiOOH+MH。则放电时负极的电极反应式为_______________。
解析:(1)由已知Ⅰ可知,酸浸后浸出液中含有的阳离子为H+、Co2+、Fe3+、Ni2+,再由已知Ⅱ可知,当调节pH至3.7时,Fe(OH)3会以沉淀的形式析出,所以“滤渣1”的化学式为Fe(OH)3;酸浸时Co2O3在酸性条件下与H2O2发生氧化还原反应生成Co2+、氧气和水,依据得失电子守恒、质量守恒,化学方程式为Co2O3+H2O2+2H2SO4===2CoSO4+3H2O+O2↑。
(2)由流程可知,加入过氧化氢的目的是酸性条件下,氧化钴与过氧化氢发生氧化还原反应生成Co2+,四氧化三铁中的Fe2+与过氧化氢发生氧化还原反应生成Fe3+;过氧化氢的稳定性差,酸浸时,反应放热,放出的热量能使过氧化氢分解,同时,废料中的二氧化锰或溶液中的Fe3+也可以催化过氧化氢分解,导致实际消耗的过氧化氢的量大于理论值。
(3)使用该萃取剂萃取Ni2+,单纯从萃取率考虑,萃取率越高越好,但同时还要考虑到Co2+尽可能不被萃取,两方面综合考虑,pH应控制在2.5~3.3;因为萃取剂在该pH时对Ni2+、Co2+萃取率差别大,能分离Ni2+、Co2+两种离子。
(4)整个过程中加入的物质有硫酸、过氧化氢、氨水和碳酸氢铵,过氧化氢和碳酸氢根在反应过程中反应完全,依据质量守恒,副产品为硫酸铵,可用作氮肥;从溶解度角度看,硫酸铵的溶解度随温度升高有所增大,但变化量不大,且硫酸铵受热易分解,因此操作1应采取减压蒸发结晶,选C。
(5)沉钴时发生的反应为向水相中加入氨水和碳酸氢铵溶液,亚钴离子转化为Co2(OH)2CO3沉淀,钴元素化合价不变,因此发生非氧化还原反应,离子方程式为2Co2++HC+3NH3·H2O===Co2(OH)2CO3↓+3N+H2O。
(6)由电池充电时的总反应可知,放电时负极为MH,失电子化合价升高,发生氧化反应生成M,因此放电时负极电极反应式为MH+OH--e-===M+H2O。
答案:(1)Fe(OH)3 Co2O3+H2O2+2H2SO4===2CoSO4+3H2O+O2↑
(2)将+3价的钴还原为Co2+,将Fe2+氧化为Fe3+便于调pH后除去 酸浸反应放热,使双氧水分解;废料中的MnO2或生成的Fe3+催化双氧水分解 (3) 2.5~3.3 萃取剂在该pH时对Ni2+、Co2+萃取率差别大,能分离Ni2+、Co2+两种离子 (4)做氮肥 C
(5)2Co2++3NH3·H2O===Co2(OH)2CO3↓+3N+H2O
(6)MH+OH--e-===M+H2O
