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(新高考)高考化学一轮复习讲义第3章第16讲金属及其化合物知识落实与拓展(含解析)
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这是一份(新高考)高考化学一轮复习讲义第3章第16讲金属及其化合物知识落实与拓展(含解析)，共17页。试卷主要包含了7≤pH＜4，0 g，0 g－2，0%×100%)的残留固体等内容，欢迎下载使用。
考点一 金属及其化合物知识再落实
1．钠及其化合物的转化关系
(1)知识网络构建
(2)重要反应方程式的书写
写出下列反应的化学方程式，是离子反应的写出离子方程式。
①Na和H2O的反应
2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑；
②Na在空气中燃烧
2Na＋O2eq \(=====,\s\up7(△))Na2O2；
③Na2O2和H2O的反应
2Na2O2＋2H2O===4Na＋＋4OH－＋O2↑；
④Na2O2和CO2的反应
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2；
⑤向NaOH溶液中通入过量CO2
OH－＋CO2===HCOeq \\al(－,3)；
⑥将Na2CO3溶液与石灰乳混合
COeq \\al(2－,3)＋Ca(OH)2===CaCO3＋2OH－；
⑦向Na2CO3稀溶液中通入过量CO2
COeq \\al(2－,3)＋CO2＋H2O===2HCOeq \\al(－,3)；
⑧将NaHCO3溶液和NaOH溶液等物质的量混合
HCOeq \\al(－,3)＋OH－===COeq \\al(2－,3)＋H2O；
⑨将NaHCO3溶液与澄清石灰水等物质的量混合
HCOeq \\al(－,3)＋Ca2＋＋OH－===CaCO3↓＋H2O；
⑩将NaHCO3溶液与少量澄清石灰水混合
2HCOeq \\al(－,3)＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋COeq \\al(2－,3)＋2H2O。
2．铁及其化合物的转化关系
(1)知识网络构建
(2)重要反应方程式的书写
写出下列反应的化学方程式，是离子反应的写出离子方程式。
①Fe和过量稀HNO3的反应
Fe＋4H＋＋NOeq \\al(－,3)===Fe3＋＋NO↑＋2H2O；
②Fe高温下和水蒸气的反应
3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2；
③铝与氧化铁的铝热反应
Fe2O3＋2Aleq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3；
④用赤铁矿冶炼铁的原理
Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2；
⑤Fe(OH)2长时间露置于空气中
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；
⑥FeO和稀HNO3的反应
3FeO＋10H＋＋NOeq \\al(－,3)===3Fe3＋＋NO↑＋5H2O；
⑦Fe(OH)3和HI的反应
2Fe(OH)3＋6H＋＋2I－===2Fe2＋＋I2＋6H2O；
⑧FeBr2溶液和少量Cl2的反应
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；
⑨FeBr2溶液和等物质的量的Cl2反应
2Fe2＋＋2Br－＋2Cl2===2Fe3＋＋Br2＋4Cl－；
⑩FeBr2溶液和过量Cl2的反应
2Fe2＋＋4Br－＋3Cl2===2Fe3＋＋2Br2＋6Cl－。
1．Fe在一定条件下可与浓盐酸、稀硫酸、浓硝酸等剧烈反应( )
2．Al、Cl2均能和NaOH溶液发生氧化还原反应，且两单质的作用不相同( )
3．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，若再继续加入KNO3固体，铜粉会溶解( )
4．金属单质Na、Mg、Fe在一定条件下与水反应都生成H2和相应的碱( )
5．铝和氢氧化钠溶液反应生成Al(OH)3和Na( )
6．钠在空气中燃烧生成淡黄色的Na2O( )
7．铁在高温下与水蒸气反应生成Fe3O4和H2( )
8．用碳酸钠和氢氧化钙反应制NaHCO3( )
答案 1.√ 2.√ 3.√ 4.× 5.× 6.× 7.√ 8.×
一、沉淀法除去铁元素的流程
1．已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表：
某同学设计的除杂流程图如下：
(1)不能通过直接调pH除去Fe2＋的原因是________________________________________。
(2)加入的氧化剂可以是________。
(3)使Fe3＋完全沉淀应调pH的范围是_____________________________________________，
为不引入新杂质加入调pH的最佳试剂可以是______________________________________。
答案 (1)pH≥9.6时Fe2＋才能沉淀完全，而pH≥9.6时Cu2＋已沉淀完全
(2)双氧水(或氯气)
(3)3.7≤pH＜4.4 CuO[或Cu(OH)2或CuCO3或Cu2(OH)2CO3]
二、价态多变、形式多样的铁盐
2．硫酸亚铁铵晶体[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]在空气中比一般亚铁盐稳定，是定量分析化学中常用的还原剂，其实验室制备流程如图所示：
下列说法不正确的是( )
A．“除油污”过程中使用热的Na2CO3溶液效果更好
B．制备硫酸亚铁时铁屑与硫酸反应完全时的现象是不再有气泡产生
C．“趁热过滤”后的滤液略显黄色的原因是4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
D．理论上加入(NH4)2SO4固体的质量为6.0 g
答案 D
解析 Na2CO3溶液中COeq \\al(2－,3)水解使溶液呈碱性，油污在碱性环境中能够水解，升高温度，COeq \\al(2－,3)水解平衡正向移动，溶液碱性增强，故用热的Na2CO3溶液除油污效果更好，A项正确；为防止Fe2＋氧化，加入的铁屑过量，铁屑与硫酸反应完全就是硫酸反应完全，反应完全时不再有气泡产生，B项正确；“趁热过滤”后的滤液略显黄色是因为Fe2＋在空气中被氧气氧化为Fe3＋，反应的离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，C项正确；由工艺流程图可知，反应的铁的质量为5.0 g－2.2 g＝2.8 g，物质的量为eq \f(2.8 g,56 g·ml－1)＝0.05 ml，理论上可制备
0.05 ml硫酸亚铁铵晶体，则需要加入0.05 ml (NH4)2SO4，所以加入(NH4)2SO4固体的质量为0.05 ml×132 g·ml－1＝6.6 g，D项错误。
3．[2019·江苏，18(1)]聚合硫酸铁[Fe2(OH)6－2n(SO4)n]m广泛用于水的净化。以FeSO4·7H2O为原料，经溶解、氧化、水解聚合等步骤，可制备聚合硫酸铁。
将一定量的FeSO4·7H2O溶于稀硫酸，在约70 ℃下边搅拌边缓慢加入一定量的H2O2溶液，继续反应一段时间，得到红棕色黏稠液体。H2O2氧化Fe2＋的离子方程式为_______________；
水解聚合反应会导致溶液的pH______。
答案 2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O 减小
解析 H2O2氧化Fe2＋生成Fe3＋，自身被还原为H2O，根据得失电子守恒、电荷守恒、元素守恒配平离子方程式。Fe3＋发生水解聚合反应使溶液pH减小。
4．高铁酸钾(K2FeO4)是一种比KMnO4、O3和Cl2的氧化能力强的强氧化剂。
(1)有科学家曾提出在氧气流下，温度控制在350～370 ℃，煅烧氧化铁和过氧化钾(K2O2)固体混合物可直接制备高铁酸钾，该反应只有两种产物，另一种产物为氧化钾，则该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
(2)“熔融法”是最早发现＋6价高铁酸盐的方法，以该法制备高铁酸盐的原理：
①FeSO4＋Na2O2eq \(――→,\s\up7(高温))Na2FeO4＋Na2O＋Na2SO4＋O2↑
②Na2FeO4＋2KOH===K2FeO4↓＋2NaOH
反应①中被氧化的Na2O2与被FeSO4还原的Na2O2的物质的量比为1∶4，请写出反应①配平后的化学方程式：_______________________________________________________________；
若反应①产生16.8 L(标准状况)O2，则转移电子的物质的量为________ ml；反应②能发生的原因是_________________________________________________________________________。
(3)水是万物之源，为探究高铁酸钾在水质处理中发挥的作用，查阅资料可知：干燥的高铁酸钾在常温下可以长期稳定存在，但溶于水中极易分解得到氧气和氢氧化铁胶体，写出该反应的化学方程式：__________________________________________________________________。
答案 (1)Fe2O3＋3K2O2eq \(=====,\s\up7(350～370 ℃))2K2FeO4＋K2O (2)2FeSO4＋6Na2O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Na2FeO4＋2Na2O＋2Na2SO4＋O2↑ 7.5 碱性条件下，K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4的溶解度 (3)4K2FeO4＋10H2O===8KOH＋4Fe(OH)3(胶体)＋3O2↑
解析 (2)反应中氧化剂是Na2O2，还原剂是Na2O2和FeSO4，4 ml Na2O2氧化2 ml FeSO4，1 ml Na2O2氧化1 ml Na2O2，Na2O2与FeSO4物质的量之比为3∶1，然后配平。由方程式可知每生成1 ml O2转移10 ml电子，生成0.75 ml O2转移电子7.5 ml。反应②中K2FeO4以沉淀形式析出，说明该条件下K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4的溶解度。
K2FeO4的应用
(1)K2FeO4中Fe呈＋6价，K2FeO4具有强氧化性，可用于水体的杀菌消毒。
(2)K2FeO4与水反应生成Fe(OH)3胶体，吸附水体中的悬浮物，起到净水的作用。
考点二 化工流程题中的过渡金属
过渡金属元素常具有多种可变化合价，形成化合物种类较多，近年高考题常以Cr、Mn、V、Zn等元素化合物的制备流程为载体，考查不同价态物质转化规律，条件控制、物质的分离提纯等关键能力。
例1 利用钒钛磁铁矿冶炼后产生的钒渣(主要含FeO·V2O3、Al2O3、SiO2及少量可溶性磷酸盐)生产V2O5的工艺流程如下，回答下列问题：
已知：①V2O5、Al2O3、SiO2可与Na2CO3、NaCl组成的混合钠盐在高温下反应，并转化为NaVO3、NaAlO2、Na2SiO3等可溶性钠盐。
②AlOeq \\al(－,2)＋4H＋===Al3＋＋2H2O。
(1)焙烧Ⅰ包括氧化和钠化成盐两个过程，氧化的目的是获得V2O5，写出氧化过程中FeO·V2O3发生反应的化学方程式：_________________________________________________________；
废渣Ⅰ的主要成分是_____________________________________________________________；
精制Ⅰ中加盐酸调pH的主要作用是________________________________，加入NH3·H2O后发生反应的离子方程式为_________________________________________________________。
(2)精制Ⅱ中加入CaCl2溶液除去磷酸盐，pH过小时影响除磷效果的原因是_______________；
pH过大时，沉淀量增大的原因是________________________________。
(3)沉钒所得NH4VO3沉淀需进行洗涤，洗涤时除去的阴离子主要是____________。NH4VO3在500 ℃时焙烧脱氨制得产品V2O5，反应的化学方程式为2NH4VO3eq \(=====,\s\up7(△))V2O5＋H2O↑＋2NH3↑。但脱氨过程中，部分V2O5会转化成V2O4，反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3∶2，该反应的化学方程式为_____________________________________________________。
答案 (1)4FeO·V2O3 ＋ 5O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))2Fe2O3＋ 4V2O5 Fe2O3 除Si并将AlOeq \\al(－,2)转化为Al3＋ Al3＋ ＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)、H＋＋NH3·H2O===H2O＋NHeq \\al(＋,4)
(2)形成溶解度较大的酸式盐(或形成溶解度较大的磷酸氢钙或磷酸二氢钙) 产生了Ca(OH)2沉淀
(3)Cl－ 3V2O5＋2NH3eq \(=====,\s\up7(500 ℃))3V2O4＋N2＋3H2O
解析 (1)氧化过程FeO·V2O3生成对应的金属氧化物Fe2O3和V2O5，化学方程式为4FeO·V2O3 ＋ 5O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))2Fe2O3＋4V2O5；经过氧化和钠化后，V2O5、Al2O3、SiO2均转化为可溶性盐，Fe2O3成为滤渣；精制Ⅰ中加盐酸调pH是为了和SiOeq \\al(2－,3)反应生成硅酸沉淀，并将AlOeq \\al(－,2)转化为Al3＋；加入NH3·H2O后与Al3＋发生反应生成Al(OH)3沉淀，还可以中和酸，反应的化学方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)、H＋＋NH3·H2O===H2O＋NHeq \\al(＋,4)。
(2)精制Ⅱ中加入CaCl2溶液生成磷酸钙沉淀，除去磷酸盐，pH过小时易形成溶解度较大的酸式盐；pH过大时易形成Ca(OH)2沉淀。
(3)沉钒时加入试剂NH4Cl，因此所得NH4VO3沉淀含有的阴离子主要为Cl－；脱氨过程中，部分V2O5会转化成V2O4，且反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3∶2，则V2O5为氧化剂，NH3为还原剂，还原产物为V2O4，氧化产物为N2，则氧化还原方程式为3V2O5＋2NH3eq \(=====,\s\up7(500 ℃))3V2O4＋N2＋3H2O。
例2 铬是一种具有战略意义的金属，它具有多种价态，单质铬熔点为1 857 ℃。
(1)工业上以铬铁矿[主要成分是Fe(CrO2)2]为原料冶炼铬的流程如图所示：
①Fe(CrO2)2中各元素化合价均为整数，则铬为________价。
②高温氧化时反应的化学方程式为_______________________________________。
③操作a由两种均发生了化学反应的过程构成，其内容分别是________、铝热反应。
(2)Cr(OH)3是两性氢氧化物，请写出其分别与NaOH、稀硫酸反应时生成的两种盐的化学式：__________________、______________。
(3)水中的铬元素对水质及环境均有严重的损害作用，必须进行无害化处理。转化为重要产品磁性铁铬氧体(CrxFeyOz)：先向含CrOeq \\al(2－,4)的污水中加入适量的硫酸及硫酸亚铁，待充分反应后再通入适量空气(氧化部分Fe2＋)并加入NaOH，就可以使铬、铁元素全部转化为磁性铁铬氧体。
①写出CrOeq \\al(2－,4)在酸性条件下被Fe2＋还原为Cr3＋的离子方程式：_________________。
②若处理含1 ml CrOeq \\al(2－,4)(不考虑其他含铬微粒)的污水时恰好消耗10 ml FeSO4，则当铁铬氧体中n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝3∶2时，铁铬氧体的化学式为________________________________。
答案 (1)①＋3 ②4Fe(CrO2)2＋7O2＋8Na2CO3eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8Na2CrO4＋8CO2 ③灼烧使Cr(OH)3分解
(2)NaCrO2 Cr2(SO4)3
(3)①3Fe2＋＋CrOeq \\al(2－,4)＋8H＋===3Fe3＋＋Cr3＋＋4H2O ②Cr2Fe20O27
解析 (3)②根据Fe守恒，铁铬氧体中n(Fe2＋)＝10 ml×eq \f(3,5)＝6 ml，n(Fe3＋)＝10 ml×eq \f(2,5)＝
4 ml，根据Cr守恒，铁铬氧体中n(Cr3＋)＝n(CrOeq \\al(2－,4))＝1 ml，根据电荷守恒，铁铬氧体中
n(O2－)＝eq \f(2×6 ml＋3×4 ml＋3×1 ml,2)＝13.5 ml，铁铬氧体中n(Cr)∶n(Fe)∶n(O)＝
1 ml∶10 ml∶13.5 ml＝2∶20∶27，铁铬氧体的化学式为Cr2Fe20O27。
考点三 热重分析判断金属及其化合物的组成
热重分析的一般方法和规律
(1)设晶体为1 ml，其质量为m。
(2)失重一般是先失水，再失非金属氧化物。
(3)计算每步固体剩余的质量(m余)
eq \f(m余,m)×100%＝固体残留率。
(4)晶体中金属质量不再减少，仍在m余中。
(5)失重最后一般为金属氧化物，由质量守恒得m氧，由n金属∶n氧，即可求出失重后物质的化学式。
1．8.34 g FeSO4·7H2O(M＝278 g·ml－1)样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示，下列说法正确的是( )
A．温度为78 ℃时，固体M的化学式为FeSO4·5H2O
B．温度为159 ℃时，固体N的化学式为FeSO4·2H2O
C．在隔绝空气条件下，由N得到P的化学方程式为FeSO4·H2Oeq \(=====,\s\up7(高温))FeSO4＋H2O
D．取适量380 ℃时所得的样品P，隔绝空气加热至650 ℃，得到一种固体Q，同时有两种无色气体生成，Q的化学式为Fe3O4
答案 C
解析 8.34 g FeSO4·7H2O样品的物质的量为0.03 ml，其中m(H2O)＝0.03 ml×7×18 g·
ml－1＝3.78 g，如晶体全部失去结晶水，固体的质量应为8.34 g－3.78 g＝4.56 g，可知在加热到373 ℃之前，晶体失去部分结晶水，加热至635 ℃时，固体的质量为2.40 g，应为铁的氧化物，其中n(Fe)＝n(FeSO4·7H2O)＝0.03 ml，m(Fe)＝0.03 ml×56 g·ml－1＝1.68 g，则固体中m(O)＝2.40 g－1.68 g＝0.72 g，n(O)＝0.045 ml ，则n(Fe)∶n(O)＝0.03 ml∶0.045 ml ＝2∶3，则固体Q的化学式为Fe2O3。温度为78 ℃时，固体质量为6.72 g，其中m(FeSO4)＝0.03 ml ×152 g·ml－1＝4.56 g，m(H2O)＝6.72 g－4.56 g＝2.16 g，n(H2O)＝0.12 ml，则n(H2O)∶n(FeSO4)＝0.12 ml ∶0.03 ml ＝4∶1，则化学式为FeSO4·4H2O，故A错误；温度为159 ℃时，固体质量为5.10 g，其中m(H2O)＝5.10 g－4.56 g＝0.54 g，n(H2O)＝0.03 ml，则n(H2O)∶n(FeSO4)＝0.03 ml∶0.03 ml＝1∶1，则化学式为FeSO4·H2O，故B错误；N的化学式为FeSO4·H2O，P的化学式为FeSO4，在隔绝空气条件下由N得到P的化学方程式为FeSO4·H2Oeq \(=====,\s\up7(高温))FeSO4＋H2O，故C正确；P的化学式为FeSO4，Q的化学式为Fe2O3，铁的化合价升高，必有硫的化合价降低，即有二氧化硫生成，根据原子守恒，必有SO3生成，故D错误。
2．将草酸锌晶体(ZnC2O4·2H2O)加热分解可得到一种纳米材料。加热过程中固体残留率随温度的变化如图所示，300～460 ℃范围内，发生反应的化学方程式为______________________。
答案 ZnC2O4eq \(=====,\s\up7(△))ZnO＋CO↑＋CO2↑
解析 ZnC2O4·2H2O晶体中的ZnC2O4的质量分数为eq \f(153,153＋36)×100%≈80.95%，故A点完全失去结晶水，化学式为ZnC2O4，假设B点为ZnO，则残留固体占有的质量分数为eq \f(81,153＋36)×100%≈42.86%，故B点残留固体为ZnO，结合原子守恒可知还生成等物质的量的CO与CO2。300 ～460 ℃范围内，发生反应的化学方程式为ZnC2O4eq \(=====,\s\up7(△))ZnO＋CO↑＋CO2↑。
3．将Ce(SO4)2·4H2O(摩尔质量为404 g·ml－1)在空气中加热，样品的固体残留率(eq \f(固体样品的剩余质量,固体样品的起始质量)×100%)随温度的变化如下图所示。
当固体残留率为70.3%时，所得固体可能为______(填字母)。
A．Ce(SO4)2 B．Ce2(SO4)3 C．CeOSO4
答案 B
解析 404×70.3%≈284，A的相对分子质量为332，B的相对分子质量为568，C的相对分子质量为252；根据质量守恒，808×70.3%≈568。
1．[2021·全国甲卷，27(4)]胆矾(CuSO4·5H2O)易溶于水，难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO(杂质为氧化铁及泥沙)为原料与稀硫酸反应制备胆矾，并测定其结晶水的含量。回答下列问题：
结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为m1，加入胆矾后总质量为m2，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置于干燥器中冷至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为m3。根据实验数据，胆矾分子中结晶水的个数为________________(写表达式)。
答案 eq \f(80m2－m3,9m3－m1)
解析 水的质量是(m2－m3)g，所以胆矾(CuSO4·nH2O)中n值的表达式为eq \f(m2－m3,18)∶eq \f(m3－m1,160)＝n∶1，解得n＝eq \f(80m2－m3,9m3－m1)。
2．[2019·全国卷Ⅰ，27(5)]采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为___________________。
答案 NH4Fe(SO4)2·12H2O
解析 失重5.6%是质量分数，设结晶水合物的化学式为NH4Fe(SO4)2·xH2O，由题意知eq \f(1.5×18,266＋18x)＝eq \f(5.6,100)，解得x≈12。
3．[2021·辽宁，16(1)(2)(5)(6)]从钒铬锰矿渣(主要成分为V2O5、Cr2O3、MnO)中提铬的一种工艺流程如图所示：
已知：pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]在空气中易被氧化。回答下列问题：
(1)Cr元素位于元素周期表第________周期第________族。
(2)用FeCl3溶液制备Fe(OH)3胶体的化学方程式为________________________________。
(5)“转化”过程中生成MnO2的离子方程式为___________________________________。
(6)“提纯”过程中Na2S2O3的作用为___________________________________________。
答案 (1)四 ⅥB (2)FeCl3＋3H2Oeq \(=====,\s\up7(△))Fe(OH)3(胶体)＋3HCl (5)Mn2＋＋H2O2＋2OH－===MnO2↓＋2H2O (6)防止pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]被空气中的氧气氧化，转化为MnO2吸附在Cr(OH)3的表面，使产物不纯
解析 分析本工艺流程图可知，“沉钒”步骤中使用氢氧化铁胶体吸附含有钒的杂质，滤液中主要含有Mn2＋和Cr3＋，加入NaOH“沉铬”后，Cr3＋转化为Cr(OH)3沉淀，滤液B中主要含有MnSO4，加入Na2S2O3主要是防止pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]被空气中的氧气氧化，Cr(OH)3煅烧后生成Cr2O3，“转化”步骤中反应的离子方程式为Mn2＋＋H2O2＋2OH－===MnO2↓＋2H2O，据此分析解题。
课时精练
1．在给定条件下，下列选项中所示的物质间转化均能一步实现的是( )
A．粗硅eq \(――→,\s\up7(Cl2),\s\d5(高温))SiCl4eq \(――→,\s\up7(H2),\s\d5(高温))Si
B．Mg(OH)2eq \(――→,\s\up7(盐酸))MgCl2(aq)eq \(――→,\s\up7(电解))Mg
C．Fe2O3eq \(――→,\s\up7(盐酸))FeCl3(aq)eq \(――→,\s\up7(蒸发))无水FeCl3
D．AgNO3(aq)eq \(――――→,\s\up7(NH3·H2O))[Ag(NH3)2]OH(aq)eq \(――→,\s\up7(蔗糖),\s\d5(△))Ag
答案 A
解析 B项，电解熔融的MgCl2可制得镁，电解MgCl2溶液的化学方程式：MgCl2＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))Mg(OH)2↓＋H2↑＋Cl2↑，错误；C项，FeCl3溶液蒸干过程中发生反应：FeCl3＋3H2Oeq \(=====,\s\up7(△))Fe(OH)3↓＋3HCl↑，错误。
2．下图中U→Z六种物质在适当条件下能实现图示箭头方向一步转化，且反应①②均为置换反应，满足条件的物质组是( )
A．②④ B．②③
C．①②④ D．①②③④
答案 A
3．对某溶液中部分离子的定性检测流程如下。相关分析正确的是( )
A．步骤①所加试剂可以是浓NaOH溶液
B．可以用湿润的蓝色石蕊试纸检验生成的无色气体
C．红褐色沉淀与HI反应的离子方程式为Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
D．步骤②的反应为Al3＋＋3HCOeq \\al(－,3)===Al(OH)3↓＋CO2↑
答案 A
解析 无色气体为氨气，红褐色沉淀为氢氧化铁，X溶液为偏铝酸钠溶液，所以步骤①所加试剂可以是浓NaOH溶液，故A正确；应该用湿润的红色石蕊试纸检验氨气，故B错误；Fe3＋可以氧化I－生成I2，故C错误；步骤②的反应为AlOeq \\al(－,2)＋HCOeq \\al(－,3)＋H2O===COeq \\al(2－,3)＋Al(OH)3↓，故D错误。
4．某废催化剂含SiO2、ZnS、CuS及少量的Fe3O4。某实验小组以废催化剂为原料，进行回收利用。设计实验流程如图：
已知：CuS既不溶于稀硫酸，也不与稀硫酸反应。下列说法正确的是( )
A．步骤①操作中，生成的气体可用碱液吸收
B．滤液1中是否含有Fe2＋，可以选用KSCN和新制的氯水检验
C．滤渣1成分是SiO2和CuS，滤渣2成分一定是SiO2
D．步骤④要滴加稀硫酸防止CuSO4水解
答案 A
解析 由题给流程可知，向废催化剂中加入稀硫酸，硫化锌和四氧化三铁与稀硫酸反应得到硫酸锌、硫酸铁和硫酸亚铁的混合溶液，二氧化硅和硫化铜不与稀硫酸反应，过滤得到含有硫酸锌、硫酸铁和硫酸亚铁的滤液1和含有二氧化硅和硫化铜的滤渣1；滤液1经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到含有杂质的粗皓矾；向滤渣1中加入稀硫酸和过氧化氢的混合溶液，酸性条件下，硫化铜与过氧化氢反应生成硫酸铜、硫沉淀和水，过滤得到含有硫酸铜的滤液2和含有硫和二氧化硅的滤渣2；滤液2经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到粗蓝矾。
5．碱式碳酸铝镁[MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O]常用作塑料阻燃剂。为确定碱式碳酸铝镁的组成，进行如下实验：
①准确称取3.390 g样品与足量稀盐酸充分反应，生成0.560 L CO2(已换算成标准状况下)。
②另取一定量样品在空气中加热，样品的固体残留率(eq \f(固体样品的剩余质量,固体样品的起始质量)×100%)随温度的变化如图所示(样品在270 ℃时已完全失去结晶水，600 ℃以上残留固体为金属氧化物的混合物)。
根据以上实验数据计算碱式碳酸铝镁样品中的n(OH－)∶n(COeq \\al(2－,3))＝________。
答案 3∶5
解析 碱式碳酸铝镁的化学式不确定，题中只表示为MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O，无法求得摩尔质量。试题中以3.390 g样品为研究对象，不妨暂定3.390 g样品为1 ml。3.390 g样品与足量的稀盐酸充分反应，生成CO2体积为0.560 L(标准状况)。n(CO2)＝eq \f(0.560 L,22.4 L·ml－1)＝
0.025 ml，根据C元素守恒，即可确定d为0.025。270 ℃时已完全失去结晶水，失去结晶水的质量为3.390 g×(1－73.45%)≈0.9 g,600 ℃以上残留固体为金属氧化物的混合物，说明又失去了除结晶水外的氢元素。失去的氢元素只能再结合样品中的氧元素生成水。600 ℃时失重的质量为3.390 g×(1－37.02%)≈2.135 g，失去氢元素再生成水的质量为2.135 g－(0.025 ml
×44 g·ml－1)－0.9 g＝0.135 g。n(H)＝eq \f(0.135 g,18 g·ml－1)×2＝0.015 ml，根据氢元素守恒，c＝0.015。故碱式碳酸铝镁样品中的n(OH－)∶n(COeq \\al(2－,3))＝0.015∶0.025＝3∶5。
6．PbO2在加热过程中发生分解的失重曲线如图所示，已知失重曲线上的a点为样品失重4.0%(即eq \f(样品起始质量－a点固体质量,样品起始质量)×100%)的残留固体。若a点固体组成表示为PbOx或mPbO2·nPbO，列式计算x和m∶n的值：____________________。
答案 根据PbO2eq \(=====,\s\up7(△))PbOx＋eq \f(2－x,2)O2↑，由eq \f(2－x,2)×32＝239×4.0%，得x＝2－eq \f(239×4.0%,16)≈1.4，根据mPbO2·nPbO，得eq \f(2m＋n,m＋n)＝1.4，eq \f(m,n)＝eq \f(0.4,0.6)＝eq \f(2,3)
7．2.76 g CaO2·8H2O样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线，140 ℃时完全脱水，杂质受热不分解)如图所示。
(1)试确定60 ℃时CaO2·xH2O中x＝_______________________________________。
(2)该样品中CaO2的质量分数为________。
答案 (1)2 (2)26.09%
解析 140 ℃后结晶水全部失去，其质量为2.76 g－1.32 g＝1.44 g，物质的量为0.08 ml，则CaO2·8H2O的物质的量为0.01 ml，由CaO2·8H2O样品受热脱水过程的热重曲线可以看出60～140 ℃失去的结晶水的质量为1.68 g－1.32 g＝0.36 g，物质的量为0.02 ml，则n(CaO2)∶n(H2O)＝0.01∶0.02＝1∶x，x＝2。CaO2的质量为72 g·ml－1×0.01 ml＝0.72 g，则该样品中CaO2的质量分数为eq \f(0.72 g,2.76 g)×100%≈26.09%。
8．(2022·河北省模拟)硫化镍矿的主要成分是NiS，还含有MgS、FeS、一些不溶性物质等，工业上用硫化镍矿制备金属镍的工艺流程如图所示：
(1)硫化镍矿粉磨的目的是_________________________________，“酸浸”时，硫化镍与稀盐酸反应的化学方程式为________________________________________________________。
(2)“氧化、除铁”过程中加入H2O2溶液时，发生反应的离子方程式为___________________；
加入氧化镍的目的是除去铁元素，用化学平衡移动原理解释除去铁元素的原因是___________________________________________________________________________。
(3)已知Ksp[Ni(OH)2]＝2.0×10－15，Ksp[Mg(OH)2]＝2.0×10－11，若“除镁”后的滤液中Ni2＋的浓度不大于10－5 ml·L－1，则滤液中c(Mg2＋)≤__________。
(4)电解硫酸镍溶液时，在______极得到镍单质，电解产物________(填化学式)可以循环使用。
答案 (1)增大反应物的接触面积，提高反应速率，使反应更加充分 NiS＋2HCleq \(=====,\s\up7(△))NiCl2＋H2S↑
(2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O Fe3＋在溶液中水解使溶液呈酸性，加入的氧化镍与氢离子反应，水解平衡右移使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去
(3)0.1 ml·L－1 (4)阴 H2SO4
解析 (2)加入H2O2溶液的目的是将亚铁离子氧化为铁离子，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。除去溶液中的Fe3＋时，通常采用水解的方法让其转化为Fe(OH)3沉淀，为促进水解的进行，加入氧化镍与H＋反应，水解平衡右移。(3)若滤液中c(Ni2＋)≤1.0×
10－5 ml·L－1，由氢氧化镍的溶度积可知溶液中c2(OH－)≥2.0×10－10，由氢氧化镁的溶度积可知溶液中c(Mg2＋)≤eq \f(2.0×10－11,2.0×10－10) ml·L－1＝0.1 ml·L－1。(4)电解硫酸镍溶液制备金属镍，
Ni2＋在阴极放电，阳极上水放电可得到氧气和H2SO4，阳极处生成的H2SO4可以循环使用。
9．(2022·永州市高三模拟)以软锰矿(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料合成新型的环保催化剂(OMS-2)的工艺流程如图：
(1)“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______；调pH后再过滤主要除去______元素。
(2)Mn12O19中氧元素化合价均为－2价，锰元素的化合价有两种，则Mn(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)物质的量之比为______。生产过程中KMnO4、MnSO4·H2O按物质的量之比1∶5与K2S2O8反应，产物中硫元素全部以SOeq \\al(2－,4)的形式存在，该反应的离子方程式为___________________。
(3)滤液X可进一步分离出多种化合物，其一为盐类，该盐在农业生产中可用作______。
(4)甲醛(HCHO)在OMS-2催化氧化作用下生成CO2和H2O，现利用OMS-2对某密闭空间的甲醛进行催化氧化实验。实验开始时，该空间内甲醛含量为1.22 mg·L－1，CO2含量为0.59 mg·
L－1，一段时间后测得CO2含量升高至1.47 mg·L－1，该实验中甲醛的转化率为__________(保留三位有效数字)。
答案 (1)90 ℃ Fe (2)5∶1 2MnOeq \\al(－,4)＋2S2Oeq \\al(2－,8)＋10Mn2＋＋11H2O===Mn12O19↓＋4SOeq \\al(2－,4)＋22H＋ (3)钾肥 (4)49.2%
解析 (2)Mn12O19中氧元素化合价均为－2价，设Mn (Ⅲ)为x个，则Mn (Ⅳ)为12－x个，根据化合物中元素化合价代数和为0，即得3x＋4(12－x)＝2×19，x＝10，Mn (Ⅳ)为2个，Mn (Ⅲ)、Mn (Ⅳ) 物质的量之比为5∶1；根据题意生产过程中的原料KMnO4、MnSO4·H2O按物质的量比1∶5反应，产物中硫元素全部以SOeq \\al(2－,4)的形式存在，该反应的离子方程式为2MnOeq \\al(－,4)＋2S2Oeq \\al(2－,8)＋10Mn2＋＋11H2O===Mn12O19↓＋4SOeq \\al(2－,4)＋22H＋。
(4)设体积为V L，CO2含量由0.59 mg·L－1升高至1.47 mg·L－1，CO2含量增多0.88 mg·L－1，反应生成的CO2的物质的量为eq \f(0.88 mg·L－1,44 g·ml－1)×V L×10－3 g·mg－1＝2V×10－5 ml，根据原子个数守恒，参与反应的甲醛的物质的量为2V×10－5 ml，故该实验中甲醛的转化率为eq \f(2V×10－5ml×30 g·ml－1,1.22 mg·L－1×V L×10－3 g·mg－1)×100%≈49.2%。
10．(2022·河北模拟)钴酸锂电池的正极材料含有钴酸锂(LiCO2)、导电剂乙炔黑、铝箔及少量铁，通过如图工艺流程可回收铝、钴、锂。
回答下列问题：
(1)钴酸锂电池放电时负极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋，拆解废旧电池前进行放电处理，既可保证安全又有利于回收锂。有利于回收锂的原因是_______________________。
(2)“酸浸”时C、Li元素的浸出率随温度的变化如图所示：
“酸浸”的适宜温度是________，该过程有多个反应，钴酸锂发生的主要反应的离子方程式为____________________________________________________________________________。
(3)沉锂过程要对所得滤渣进行洗涤，检验沉淀是否洗净的操作为_________________。
(4)沉钴的化学方程式为______________________________________________________。
将100 mL 0.50 ml·L－1 CSO4溶液沉钴所得晶体配成溶液，经过一系列处理后通过滴定实验测得消耗0.50 ml·L－1碘标准溶液48.50 mL，则沉钴过程中CC2O4·2H2O的产率为______________(已知：在“一系列处理”过程中二价钴被碘氧化成三价钴)。
答案 (1)负极生成的锂离子向正极移动，在正极上生成钴酸锂，便于回收 (2)80 ℃ 2LiCO2＋6H＋＋H2O2eq \(=====,\s\up7(△))2Li＋＋2C2＋＋4H2O＋O2↑ (3)取少量最后一次洗涤液于试管中，加盐酸酸化，再滴加氯化钡溶液，若不产生白色沉淀，说明已洗涤干净，反之则未洗净 (4)CSO4＋(NH4)2C2O4＋2H2O===CC2O4·2H2O↓＋(NH4)2SO4 97%
解析 (2)由图可知，当温度高于80 ℃时，钴元素的浸出率降低，则“酸浸”的适宜温度是80 ℃；由题意可知，在酸性溶液中，钴酸锂与过氧化氢发生反应的离子方程式为2LiCO2＋6H＋＋H2O2eq \(=====,\s\up7(△))2Li＋＋2C2＋＋4H2O＋O2↑。
(4)100 mL 0.50 ml·L－1硫酸亚钴理论上可制得CC2O4·2H2O的物质的量为0.50 ml·L－1×
0.1 L＝0.050 ml，由题意可得：2CC2O4·2H2O～I2，由消耗48.50 mL 0.50 ml·L－1碘标准溶液可知实际制得CC2O4·2H2O的物质的量为0.50 ml·L－1×0.048 50 L×2＝0.048 5 ml，则沉钴过程中CC2O4·2H2O的产率为eq \f(0.048 5 ml,0.050 ml)×100%＝97%。Fe3＋
Cu2＋
Fe2＋
开始沉淀的pH
2.7
4.4
7.0
沉淀完全的pH
3.7
6.4
9.6
序号
U
W
Y
X
①
Na
H2O
Na2O2
NaOH
②
Fe
H2O
C
H2
③
HBr
Cl2
CH4
HCl
④
CuCl2(aq)
Al
HCl(aq)
AlCl3(aq)
考点一 金属及其化合物知识再落实
1．钠及其化合物的转化关系
(1)知识网络构建
(2)重要反应方程式的书写
写出下列反应的化学方程式，是离子反应的写出离子方程式。
①Na和H2O的反应
2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑；
②Na在空气中燃烧
2Na＋O2eq \(=====,\s\up7(△))Na2O2；
③Na2O2和H2O的反应
2Na2O2＋2H2O===4Na＋＋4OH－＋O2↑；
④Na2O2和CO2的反应
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2；
⑤向NaOH溶液中通入过量CO2
OH－＋CO2===HCOeq \\al(－,3)；
⑥将Na2CO3溶液与石灰乳混合
COeq \\al(2－,3)＋Ca(OH)2===CaCO3＋2OH－；
⑦向Na2CO3稀溶液中通入过量CO2
COeq \\al(2－,3)＋CO2＋H2O===2HCOeq \\al(－,3)；
⑧将NaHCO3溶液和NaOH溶液等物质的量混合
HCOeq \\al(－,3)＋OH－===COeq \\al(2－,3)＋H2O；
⑨将NaHCO3溶液与澄清石灰水等物质的量混合
HCOeq \\al(－,3)＋Ca2＋＋OH－===CaCO3↓＋H2O；
⑩将NaHCO3溶液与少量澄清石灰水混合
2HCOeq \\al(－,3)＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋COeq \\al(2－,3)＋2H2O。
2．铁及其化合物的转化关系
(1)知识网络构建
(2)重要反应方程式的书写
写出下列反应的化学方程式，是离子反应的写出离子方程式。
①Fe和过量稀HNO3的反应
Fe＋4H＋＋NOeq \\al(－,3)===Fe3＋＋NO↑＋2H2O；
②Fe高温下和水蒸气的反应
3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2；
③铝与氧化铁的铝热反应
Fe2O3＋2Aleq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3；
④用赤铁矿冶炼铁的原理
Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2；
⑤Fe(OH)2长时间露置于空气中
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；
⑥FeO和稀HNO3的反应
3FeO＋10H＋＋NOeq \\al(－,3)===3Fe3＋＋NO↑＋5H2O；
⑦Fe(OH)3和HI的反应
2Fe(OH)3＋6H＋＋2I－===2Fe2＋＋I2＋6H2O；
⑧FeBr2溶液和少量Cl2的反应
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；
⑨FeBr2溶液和等物质的量的Cl2反应
2Fe2＋＋2Br－＋2Cl2===2Fe3＋＋Br2＋4Cl－；
⑩FeBr2溶液和过量Cl2的反应
2Fe2＋＋4Br－＋3Cl2===2Fe3＋＋2Br2＋6Cl－。
1．Fe在一定条件下可与浓盐酸、稀硫酸、浓硝酸等剧烈反应( )
2．Al、Cl2均能和NaOH溶液发生氧化还原反应，且两单质的作用不相同( )
3．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，若再继续加入KNO3固体，铜粉会溶解( )
4．金属单质Na、Mg、Fe在一定条件下与水反应都生成H2和相应的碱( )
5．铝和氢氧化钠溶液反应生成Al(OH)3和Na( )
6．钠在空气中燃烧生成淡黄色的Na2O( )
7．铁在高温下与水蒸气反应生成Fe3O4和H2( )
8．用碳酸钠和氢氧化钙反应制NaHCO3( )
答案 1.√ 2.√ 3.√ 4.× 5.× 6.× 7.√ 8.×
一、沉淀法除去铁元素的流程
1．已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表：
某同学设计的除杂流程图如下：
(1)不能通过直接调pH除去Fe2＋的原因是________________________________________。
(2)加入的氧化剂可以是________。
(3)使Fe3＋完全沉淀应调pH的范围是_____________________________________________，
为不引入新杂质加入调pH的最佳试剂可以是______________________________________。
答案 (1)pH≥9.6时Fe2＋才能沉淀完全，而pH≥9.6时Cu2＋已沉淀完全
(2)双氧水(或氯气)
(3)3.7≤pH＜4.4 CuO[或Cu(OH)2或CuCO3或Cu2(OH)2CO3]
二、价态多变、形式多样的铁盐
2．硫酸亚铁铵晶体[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]在空气中比一般亚铁盐稳定，是定量分析化学中常用的还原剂，其实验室制备流程如图所示：
下列说法不正确的是( )
A．“除油污”过程中使用热的Na2CO3溶液效果更好
B．制备硫酸亚铁时铁屑与硫酸反应完全时的现象是不再有气泡产生
C．“趁热过滤”后的滤液略显黄色的原因是4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
D．理论上加入(NH4)2SO4固体的质量为6.0 g
答案 D
解析 Na2CO3溶液中COeq \\al(2－,3)水解使溶液呈碱性，油污在碱性环境中能够水解，升高温度，COeq \\al(2－,3)水解平衡正向移动，溶液碱性增强，故用热的Na2CO3溶液除油污效果更好，A项正确；为防止Fe2＋氧化，加入的铁屑过量，铁屑与硫酸反应完全就是硫酸反应完全，反应完全时不再有气泡产生，B项正确；“趁热过滤”后的滤液略显黄色是因为Fe2＋在空气中被氧气氧化为Fe3＋，反应的离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，C项正确；由工艺流程图可知，反应的铁的质量为5.0 g－2.2 g＝2.8 g，物质的量为eq \f(2.8 g,56 g·ml－1)＝0.05 ml，理论上可制备
0.05 ml硫酸亚铁铵晶体，则需要加入0.05 ml (NH4)2SO4，所以加入(NH4)2SO4固体的质量为0.05 ml×132 g·ml－1＝6.6 g，D项错误。
3．[2019·江苏，18(1)]聚合硫酸铁[Fe2(OH)6－2n(SO4)n]m广泛用于水的净化。以FeSO4·7H2O为原料，经溶解、氧化、水解聚合等步骤，可制备聚合硫酸铁。
将一定量的FeSO4·7H2O溶于稀硫酸，在约70 ℃下边搅拌边缓慢加入一定量的H2O2溶液，继续反应一段时间，得到红棕色黏稠液体。H2O2氧化Fe2＋的离子方程式为_______________；
水解聚合反应会导致溶液的pH______。
答案 2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O 减小
解析 H2O2氧化Fe2＋生成Fe3＋，自身被还原为H2O，根据得失电子守恒、电荷守恒、元素守恒配平离子方程式。Fe3＋发生水解聚合反应使溶液pH减小。
4．高铁酸钾(K2FeO4)是一种比KMnO4、O3和Cl2的氧化能力强的强氧化剂。
(1)有科学家曾提出在氧气流下，温度控制在350～370 ℃，煅烧氧化铁和过氧化钾(K2O2)固体混合物可直接制备高铁酸钾，该反应只有两种产物，另一种产物为氧化钾，则该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
(2)“熔融法”是最早发现＋6价高铁酸盐的方法，以该法制备高铁酸盐的原理：
①FeSO4＋Na2O2eq \(――→,\s\up7(高温))Na2FeO4＋Na2O＋Na2SO4＋O2↑
②Na2FeO4＋2KOH===K2FeO4↓＋2NaOH
反应①中被氧化的Na2O2与被FeSO4还原的Na2O2的物质的量比为1∶4，请写出反应①配平后的化学方程式：_______________________________________________________________；
若反应①产生16.8 L(标准状况)O2，则转移电子的物质的量为________ ml；反应②能发生的原因是_________________________________________________________________________。
(3)水是万物之源，为探究高铁酸钾在水质处理中发挥的作用，查阅资料可知：干燥的高铁酸钾在常温下可以长期稳定存在，但溶于水中极易分解得到氧气和氢氧化铁胶体，写出该反应的化学方程式：__________________________________________________________________。
答案 (1)Fe2O3＋3K2O2eq \(=====,\s\up7(350～370 ℃))2K2FeO4＋K2O (2)2FeSO4＋6Na2O2eq \(=====,\s\up7(高温))2Na2FeO4＋2Na2O＋2Na2SO4＋O2↑ 7.5 碱性条件下，K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4的溶解度 (3)4K2FeO4＋10H2O===8KOH＋4Fe(OH)3(胶体)＋3O2↑
解析 (2)反应中氧化剂是Na2O2，还原剂是Na2O2和FeSO4，4 ml Na2O2氧化2 ml FeSO4，1 ml Na2O2氧化1 ml Na2O2，Na2O2与FeSO4物质的量之比为3∶1，然后配平。由方程式可知每生成1 ml O2转移10 ml电子，生成0.75 ml O2转移电子7.5 ml。反应②中K2FeO4以沉淀形式析出，说明该条件下K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4的溶解度。
K2FeO4的应用
(1)K2FeO4中Fe呈＋6价，K2FeO4具有强氧化性，可用于水体的杀菌消毒。
(2)K2FeO4与水反应生成Fe(OH)3胶体，吸附水体中的悬浮物，起到净水的作用。
考点二 化工流程题中的过渡金属
过渡金属元素常具有多种可变化合价，形成化合物种类较多，近年高考题常以Cr、Mn、V、Zn等元素化合物的制备流程为载体，考查不同价态物质转化规律，条件控制、物质的分离提纯等关键能力。
例1 利用钒钛磁铁矿冶炼后产生的钒渣(主要含FeO·V2O3、Al2O3、SiO2及少量可溶性磷酸盐)生产V2O5的工艺流程如下，回答下列问题：
已知：①V2O5、Al2O3、SiO2可与Na2CO3、NaCl组成的混合钠盐在高温下反应，并转化为NaVO3、NaAlO2、Na2SiO3等可溶性钠盐。
②AlOeq \\al(－,2)＋4H＋===Al3＋＋2H2O。
(1)焙烧Ⅰ包括氧化和钠化成盐两个过程，氧化的目的是获得V2O5，写出氧化过程中FeO·V2O3发生反应的化学方程式：_________________________________________________________；
废渣Ⅰ的主要成分是_____________________________________________________________；
精制Ⅰ中加盐酸调pH的主要作用是________________________________，加入NH3·H2O后发生反应的离子方程式为_________________________________________________________。
(2)精制Ⅱ中加入CaCl2溶液除去磷酸盐，pH过小时影响除磷效果的原因是_______________；
pH过大时，沉淀量增大的原因是________________________________。
(3)沉钒所得NH4VO3沉淀需进行洗涤，洗涤时除去的阴离子主要是____________。NH4VO3在500 ℃时焙烧脱氨制得产品V2O5，反应的化学方程式为2NH4VO3eq \(=====,\s\up7(△))V2O5＋H2O↑＋2NH3↑。但脱氨过程中，部分V2O5会转化成V2O4，反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3∶2，该反应的化学方程式为_____________________________________________________。
答案 (1)4FeO·V2O3 ＋ 5O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))2Fe2O3＋ 4V2O5 Fe2O3 除Si并将AlOeq \\al(－,2)转化为Al3＋ Al3＋ ＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)、H＋＋NH3·H2O===H2O＋NHeq \\al(＋,4)
(2)形成溶解度较大的酸式盐(或形成溶解度较大的磷酸氢钙或磷酸二氢钙) 产生了Ca(OH)2沉淀
(3)Cl－ 3V2O5＋2NH3eq \(=====,\s\up7(500 ℃))3V2O4＋N2＋3H2O
解析 (1)氧化过程FeO·V2O3生成对应的金属氧化物Fe2O3和V2O5，化学方程式为4FeO·V2O3 ＋ 5O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))2Fe2O3＋4V2O5；经过氧化和钠化后，V2O5、Al2O3、SiO2均转化为可溶性盐，Fe2O3成为滤渣；精制Ⅰ中加盐酸调pH是为了和SiOeq \\al(2－,3)反应生成硅酸沉淀，并将AlOeq \\al(－,2)转化为Al3＋；加入NH3·H2O后与Al3＋发生反应生成Al(OH)3沉淀，还可以中和酸，反应的化学方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)、H＋＋NH3·H2O===H2O＋NHeq \\al(＋,4)。
(2)精制Ⅱ中加入CaCl2溶液生成磷酸钙沉淀，除去磷酸盐，pH过小时易形成溶解度较大的酸式盐；pH过大时易形成Ca(OH)2沉淀。
(3)沉钒时加入试剂NH4Cl，因此所得NH4VO3沉淀含有的阴离子主要为Cl－；脱氨过程中，部分V2O5会转化成V2O4，且反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为3∶2，则V2O5为氧化剂，NH3为还原剂，还原产物为V2O4，氧化产物为N2，则氧化还原方程式为3V2O5＋2NH3eq \(=====,\s\up7(500 ℃))3V2O4＋N2＋3H2O。
例2 铬是一种具有战略意义的金属，它具有多种价态，单质铬熔点为1 857 ℃。
(1)工业上以铬铁矿[主要成分是Fe(CrO2)2]为原料冶炼铬的流程如图所示：
①Fe(CrO2)2中各元素化合价均为整数，则铬为________价。
②高温氧化时反应的化学方程式为_______________________________________。
③操作a由两种均发生了化学反应的过程构成，其内容分别是________、铝热反应。
(2)Cr(OH)3是两性氢氧化物，请写出其分别与NaOH、稀硫酸反应时生成的两种盐的化学式：__________________、______________。
(3)水中的铬元素对水质及环境均有严重的损害作用，必须进行无害化处理。转化为重要产品磁性铁铬氧体(CrxFeyOz)：先向含CrOeq \\al(2－,4)的污水中加入适量的硫酸及硫酸亚铁，待充分反应后再通入适量空气(氧化部分Fe2＋)并加入NaOH，就可以使铬、铁元素全部转化为磁性铁铬氧体。
①写出CrOeq \\al(2－,4)在酸性条件下被Fe2＋还原为Cr3＋的离子方程式：_________________。
②若处理含1 ml CrOeq \\al(2－,4)(不考虑其他含铬微粒)的污水时恰好消耗10 ml FeSO4，则当铁铬氧体中n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝3∶2时，铁铬氧体的化学式为________________________________。
答案 (1)①＋3 ②4Fe(CrO2)2＋7O2＋8Na2CO3eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8Na2CrO4＋8CO2 ③灼烧使Cr(OH)3分解
(2)NaCrO2 Cr2(SO4)3
(3)①3Fe2＋＋CrOeq \\al(2－,4)＋8H＋===3Fe3＋＋Cr3＋＋4H2O ②Cr2Fe20O27
解析 (3)②根据Fe守恒，铁铬氧体中n(Fe2＋)＝10 ml×eq \f(3,5)＝6 ml，n(Fe3＋)＝10 ml×eq \f(2,5)＝
4 ml，根据Cr守恒，铁铬氧体中n(Cr3＋)＝n(CrOeq \\al(2－,4))＝1 ml，根据电荷守恒，铁铬氧体中
n(O2－)＝eq \f(2×6 ml＋3×4 ml＋3×1 ml,2)＝13.5 ml，铁铬氧体中n(Cr)∶n(Fe)∶n(O)＝
1 ml∶10 ml∶13.5 ml＝2∶20∶27，铁铬氧体的化学式为Cr2Fe20O27。
考点三 热重分析判断金属及其化合物的组成
热重分析的一般方法和规律
(1)设晶体为1 ml，其质量为m。
(2)失重一般是先失水，再失非金属氧化物。
(3)计算每步固体剩余的质量(m余)
eq \f(m余,m)×100%＝固体残留率。
(4)晶体中金属质量不再减少，仍在m余中。
(5)失重最后一般为金属氧化物，由质量守恒得m氧，由n金属∶n氧，即可求出失重后物质的化学式。
1．8.34 g FeSO4·7H2O(M＝278 g·ml－1)样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示，下列说法正确的是( )
A．温度为78 ℃时，固体M的化学式为FeSO4·5H2O
B．温度为159 ℃时，固体N的化学式为FeSO4·2H2O
C．在隔绝空气条件下，由N得到P的化学方程式为FeSO4·H2Oeq \(=====,\s\up7(高温))FeSO4＋H2O
D．取适量380 ℃时所得的样品P，隔绝空气加热至650 ℃，得到一种固体Q，同时有两种无色气体生成，Q的化学式为Fe3O4
答案 C
解析 8.34 g FeSO4·7H2O样品的物质的量为0.03 ml，其中m(H2O)＝0.03 ml×7×18 g·
ml－1＝3.78 g，如晶体全部失去结晶水，固体的质量应为8.34 g－3.78 g＝4.56 g，可知在加热到373 ℃之前，晶体失去部分结晶水，加热至635 ℃时，固体的质量为2.40 g，应为铁的氧化物，其中n(Fe)＝n(FeSO4·7H2O)＝0.03 ml，m(Fe)＝0.03 ml×56 g·ml－1＝1.68 g，则固体中m(O)＝2.40 g－1.68 g＝0.72 g，n(O)＝0.045 ml ，则n(Fe)∶n(O)＝0.03 ml∶0.045 ml ＝2∶3，则固体Q的化学式为Fe2O3。温度为78 ℃时，固体质量为6.72 g，其中m(FeSO4)＝0.03 ml ×152 g·ml－1＝4.56 g，m(H2O)＝6.72 g－4.56 g＝2.16 g，n(H2O)＝0.12 ml，则n(H2O)∶n(FeSO4)＝0.12 ml ∶0.03 ml ＝4∶1，则化学式为FeSO4·4H2O，故A错误；温度为159 ℃时，固体质量为5.10 g，其中m(H2O)＝5.10 g－4.56 g＝0.54 g，n(H2O)＝0.03 ml，则n(H2O)∶n(FeSO4)＝0.03 ml∶0.03 ml＝1∶1，则化学式为FeSO4·H2O，故B错误；N的化学式为FeSO4·H2O，P的化学式为FeSO4，在隔绝空气条件下由N得到P的化学方程式为FeSO4·H2Oeq \(=====,\s\up7(高温))FeSO4＋H2O，故C正确；P的化学式为FeSO4，Q的化学式为Fe2O3，铁的化合价升高，必有硫的化合价降低，即有二氧化硫生成，根据原子守恒，必有SO3生成，故D错误。
2．将草酸锌晶体(ZnC2O4·2H2O)加热分解可得到一种纳米材料。加热过程中固体残留率随温度的变化如图所示，300～460 ℃范围内，发生反应的化学方程式为______________________。
答案 ZnC2O4eq \(=====,\s\up7(△))ZnO＋CO↑＋CO2↑
解析 ZnC2O4·2H2O晶体中的ZnC2O4的质量分数为eq \f(153,153＋36)×100%≈80.95%，故A点完全失去结晶水，化学式为ZnC2O4，假设B点为ZnO，则残留固体占有的质量分数为eq \f(81,153＋36)×100%≈42.86%，故B点残留固体为ZnO，结合原子守恒可知还生成等物质的量的CO与CO2。300 ～460 ℃范围内，发生反应的化学方程式为ZnC2O4eq \(=====,\s\up7(△))ZnO＋CO↑＋CO2↑。
3．将Ce(SO4)2·4H2O(摩尔质量为404 g·ml－1)在空气中加热，样品的固体残留率(eq \f(固体样品的剩余质量,固体样品的起始质量)×100%)随温度的变化如下图所示。
当固体残留率为70.3%时，所得固体可能为______(填字母)。
A．Ce(SO4)2 B．Ce2(SO4)3 C．CeOSO4
答案 B
解析 404×70.3%≈284，A的相对分子质量为332，B的相对分子质量为568，C的相对分子质量为252；根据质量守恒，808×70.3%≈568。
1．[2021·全国甲卷，27(4)]胆矾(CuSO4·5H2O)易溶于水，难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO(杂质为氧化铁及泥沙)为原料与稀硫酸反应制备胆矾，并测定其结晶水的含量。回答下列问题：
结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为m1，加入胆矾后总质量为m2，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置于干燥器中冷至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为m3。根据实验数据，胆矾分子中结晶水的个数为________________(写表达式)。
答案 eq \f(80m2－m3,9m3－m1)
解析 水的质量是(m2－m3)g，所以胆矾(CuSO4·nH2O)中n值的表达式为eq \f(m2－m3,18)∶eq \f(m3－m1,160)＝n∶1，解得n＝eq \f(80m2－m3,9m3－m1)。
2．[2019·全国卷Ⅰ，27(5)]采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为___________________。
答案 NH4Fe(SO4)2·12H2O
解析 失重5.6%是质量分数，设结晶水合物的化学式为NH4Fe(SO4)2·xH2O，由题意知eq \f(1.5×18,266＋18x)＝eq \f(5.6,100)，解得x≈12。
3．[2021·辽宁，16(1)(2)(5)(6)]从钒铬锰矿渣(主要成分为V2O5、Cr2O3、MnO)中提铬的一种工艺流程如图所示：
已知：pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]在空气中易被氧化。回答下列问题：
(1)Cr元素位于元素周期表第________周期第________族。
(2)用FeCl3溶液制备Fe(OH)3胶体的化学方程式为________________________________。
(5)“转化”过程中生成MnO2的离子方程式为___________________________________。
(6)“提纯”过程中Na2S2O3的作用为___________________________________________。
答案 (1)四 ⅥB (2)FeCl3＋3H2Oeq \(=====,\s\up7(△))Fe(OH)3(胶体)＋3HCl (5)Mn2＋＋H2O2＋2OH－===MnO2↓＋2H2O (6)防止pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]被空气中的氧气氧化，转化为MnO2吸附在Cr(OH)3的表面，使产物不纯
解析 分析本工艺流程图可知，“沉钒”步骤中使用氢氧化铁胶体吸附含有钒的杂质，滤液中主要含有Mn2＋和Cr3＋，加入NaOH“沉铬”后，Cr3＋转化为Cr(OH)3沉淀，滤液B中主要含有MnSO4，加入Na2S2O3主要是防止pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]被空气中的氧气氧化，Cr(OH)3煅烧后生成Cr2O3，“转化”步骤中反应的离子方程式为Mn2＋＋H2O2＋2OH－===MnO2↓＋2H2O，据此分析解题。
课时精练
1．在给定条件下，下列选项中所示的物质间转化均能一步实现的是( )
A．粗硅eq \(――→,\s\up7(Cl2),\s\d5(高温))SiCl4eq \(――→,\s\up7(H2),\s\d5(高温))Si
B．Mg(OH)2eq \(――→,\s\up7(盐酸))MgCl2(aq)eq \(――→,\s\up7(电解))Mg
C．Fe2O3eq \(――→,\s\up7(盐酸))FeCl3(aq)eq \(――→,\s\up7(蒸发))无水FeCl3
D．AgNO3(aq)eq \(――――→,\s\up7(NH3·H2O))[Ag(NH3)2]OH(aq)eq \(――→,\s\up7(蔗糖),\s\d5(△))Ag
答案 A
解析 B项，电解熔融的MgCl2可制得镁，电解MgCl2溶液的化学方程式：MgCl2＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))Mg(OH)2↓＋H2↑＋Cl2↑，错误；C项，FeCl3溶液蒸干过程中发生反应：FeCl3＋3H2Oeq \(=====,\s\up7(△))Fe(OH)3↓＋3HCl↑，错误。
2．下图中U→Z六种物质在适当条件下能实现图示箭头方向一步转化，且反应①②均为置换反应，满足条件的物质组是( )
A．②④ B．②③
C．①②④ D．①②③④
答案 A
3．对某溶液中部分离子的定性检测流程如下。相关分析正确的是( )
A．步骤①所加试剂可以是浓NaOH溶液
B．可以用湿润的蓝色石蕊试纸检验生成的无色气体
C．红褐色沉淀与HI反应的离子方程式为Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
D．步骤②的反应为Al3＋＋3HCOeq \\al(－,3)===Al(OH)3↓＋CO2↑
答案 A
解析 无色气体为氨气，红褐色沉淀为氢氧化铁，X溶液为偏铝酸钠溶液，所以步骤①所加试剂可以是浓NaOH溶液，故A正确；应该用湿润的红色石蕊试纸检验氨气，故B错误；Fe3＋可以氧化I－生成I2，故C错误；步骤②的反应为AlOeq \\al(－,2)＋HCOeq \\al(－,3)＋H2O===COeq \\al(2－,3)＋Al(OH)3↓，故D错误。
4．某废催化剂含SiO2、ZnS、CuS及少量的Fe3O4。某实验小组以废催化剂为原料，进行回收利用。设计实验流程如图：
已知：CuS既不溶于稀硫酸，也不与稀硫酸反应。下列说法正确的是( )
A．步骤①操作中，生成的气体可用碱液吸收
B．滤液1中是否含有Fe2＋，可以选用KSCN和新制的氯水检验
C．滤渣1成分是SiO2和CuS，滤渣2成分一定是SiO2
D．步骤④要滴加稀硫酸防止CuSO4水解
答案 A
解析 由题给流程可知，向废催化剂中加入稀硫酸，硫化锌和四氧化三铁与稀硫酸反应得到硫酸锌、硫酸铁和硫酸亚铁的混合溶液，二氧化硅和硫化铜不与稀硫酸反应，过滤得到含有硫酸锌、硫酸铁和硫酸亚铁的滤液1和含有二氧化硅和硫化铜的滤渣1；滤液1经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到含有杂质的粗皓矾；向滤渣1中加入稀硫酸和过氧化氢的混合溶液，酸性条件下，硫化铜与过氧化氢反应生成硫酸铜、硫沉淀和水，过滤得到含有硫酸铜的滤液2和含有硫和二氧化硅的滤渣2；滤液2经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到粗蓝矾。
5．碱式碳酸铝镁[MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O]常用作塑料阻燃剂。为确定碱式碳酸铝镁的组成，进行如下实验：
①准确称取3.390 g样品与足量稀盐酸充分反应，生成0.560 L CO2(已换算成标准状况下)。
②另取一定量样品在空气中加热，样品的固体残留率(eq \f(固体样品的剩余质量,固体样品的起始质量)×100%)随温度的变化如图所示(样品在270 ℃时已完全失去结晶水，600 ℃以上残留固体为金属氧化物的混合物)。
根据以上实验数据计算碱式碳酸铝镁样品中的n(OH－)∶n(COeq \\al(2－,3))＝________。
答案 3∶5
解析 碱式碳酸铝镁的化学式不确定，题中只表示为MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O，无法求得摩尔质量。试题中以3.390 g样品为研究对象，不妨暂定3.390 g样品为1 ml。3.390 g样品与足量的稀盐酸充分反应，生成CO2体积为0.560 L(标准状况)。n(CO2)＝eq \f(0.560 L,22.4 L·ml－1)＝
0.025 ml，根据C元素守恒，即可确定d为0.025。270 ℃时已完全失去结晶水，失去结晶水的质量为3.390 g×(1－73.45%)≈0.9 g,600 ℃以上残留固体为金属氧化物的混合物，说明又失去了除结晶水外的氢元素。失去的氢元素只能再结合样品中的氧元素生成水。600 ℃时失重的质量为3.390 g×(1－37.02%)≈2.135 g，失去氢元素再生成水的质量为2.135 g－(0.025 ml
×44 g·ml－1)－0.9 g＝0.135 g。n(H)＝eq \f(0.135 g,18 g·ml－1)×2＝0.015 ml，根据氢元素守恒，c＝0.015。故碱式碳酸铝镁样品中的n(OH－)∶n(COeq \\al(2－,3))＝0.015∶0.025＝3∶5。
6．PbO2在加热过程中发生分解的失重曲线如图所示，已知失重曲线上的a点为样品失重4.0%(即eq \f(样品起始质量－a点固体质量,样品起始质量)×100%)的残留固体。若a点固体组成表示为PbOx或mPbO2·nPbO，列式计算x和m∶n的值：____________________。
答案 根据PbO2eq \(=====,\s\up7(△))PbOx＋eq \f(2－x,2)O2↑，由eq \f(2－x,2)×32＝239×4.0%，得x＝2－eq \f(239×4.0%,16)≈1.4，根据mPbO2·nPbO，得eq \f(2m＋n,m＋n)＝1.4，eq \f(m,n)＝eq \f(0.4,0.6)＝eq \f(2,3)
7．2.76 g CaO2·8H2O样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线，140 ℃时完全脱水，杂质受热不分解)如图所示。
(1)试确定60 ℃时CaO2·xH2O中x＝_______________________________________。
(2)该样品中CaO2的质量分数为________。
答案 (1)2 (2)26.09%
解析 140 ℃后结晶水全部失去，其质量为2.76 g－1.32 g＝1.44 g，物质的量为0.08 ml，则CaO2·8H2O的物质的量为0.01 ml，由CaO2·8H2O样品受热脱水过程的热重曲线可以看出60～140 ℃失去的结晶水的质量为1.68 g－1.32 g＝0.36 g，物质的量为0.02 ml，则n(CaO2)∶n(H2O)＝0.01∶0.02＝1∶x，x＝2。CaO2的质量为72 g·ml－1×0.01 ml＝0.72 g，则该样品中CaO2的质量分数为eq \f(0.72 g,2.76 g)×100%≈26.09%。
8．(2022·河北省模拟)硫化镍矿的主要成分是NiS，还含有MgS、FeS、一些不溶性物质等，工业上用硫化镍矿制备金属镍的工艺流程如图所示：
(1)硫化镍矿粉磨的目的是_________________________________，“酸浸”时，硫化镍与稀盐酸反应的化学方程式为________________________________________________________。
(2)“氧化、除铁”过程中加入H2O2溶液时，发生反应的离子方程式为___________________；
加入氧化镍的目的是除去铁元素，用化学平衡移动原理解释除去铁元素的原因是___________________________________________________________________________。
(3)已知Ksp[Ni(OH)2]＝2.0×10－15，Ksp[Mg(OH)2]＝2.0×10－11，若“除镁”后的滤液中Ni2＋的浓度不大于10－5 ml·L－1，则滤液中c(Mg2＋)≤__________。
(4)电解硫酸镍溶液时，在______极得到镍单质，电解产物________(填化学式)可以循环使用。
答案 (1)增大反应物的接触面积，提高反应速率，使反应更加充分 NiS＋2HCleq \(=====,\s\up7(△))NiCl2＋H2S↑
(2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O Fe3＋在溶液中水解使溶液呈酸性，加入的氧化镍与氢离子反应，水解平衡右移使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去
(3)0.1 ml·L－1 (4)阴 H2SO4
解析 (2)加入H2O2溶液的目的是将亚铁离子氧化为铁离子，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。除去溶液中的Fe3＋时，通常采用水解的方法让其转化为Fe(OH)3沉淀，为促进水解的进行，加入氧化镍与H＋反应，水解平衡右移。(3)若滤液中c(Ni2＋)≤1.0×
10－5 ml·L－1，由氢氧化镍的溶度积可知溶液中c2(OH－)≥2.0×10－10，由氢氧化镁的溶度积可知溶液中c(Mg2＋)≤eq \f(2.0×10－11,2.0×10－10) ml·L－1＝0.1 ml·L－1。(4)电解硫酸镍溶液制备金属镍，
Ni2＋在阴极放电，阳极上水放电可得到氧气和H2SO4，阳极处生成的H2SO4可以循环使用。
9．(2022·永州市高三模拟)以软锰矿(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料合成新型的环保催化剂(OMS-2)的工艺流程如图：
(1)“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______；调pH后再过滤主要除去______元素。
(2)Mn12O19中氧元素化合价均为－2价，锰元素的化合价有两种，则Mn(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)物质的量之比为______。生产过程中KMnO4、MnSO4·H2O按物质的量之比1∶5与K2S2O8反应，产物中硫元素全部以SOeq \\al(2－,4)的形式存在，该反应的离子方程式为___________________。
(3)滤液X可进一步分离出多种化合物，其一为盐类，该盐在农业生产中可用作______。
(4)甲醛(HCHO)在OMS-2催化氧化作用下生成CO2和H2O，现利用OMS-2对某密闭空间的甲醛进行催化氧化实验。实验开始时，该空间内甲醛含量为1.22 mg·L－1，CO2含量为0.59 mg·
L－1，一段时间后测得CO2含量升高至1.47 mg·L－1，该实验中甲醛的转化率为__________(保留三位有效数字)。
答案 (1)90 ℃ Fe (2)5∶1 2MnOeq \\al(－,4)＋2S2Oeq \\al(2－,8)＋10Mn2＋＋11H2O===Mn12O19↓＋4SOeq \\al(2－,4)＋22H＋ (3)钾肥 (4)49.2%
解析 (2)Mn12O19中氧元素化合价均为－2价，设Mn (Ⅲ)为x个，则Mn (Ⅳ)为12－x个，根据化合物中元素化合价代数和为0，即得3x＋4(12－x)＝2×19，x＝10，Mn (Ⅳ)为2个，Mn (Ⅲ)、Mn (Ⅳ) 物质的量之比为5∶1；根据题意生产过程中的原料KMnO4、MnSO4·H2O按物质的量比1∶5反应，产物中硫元素全部以SOeq \\al(2－,4)的形式存在，该反应的离子方程式为2MnOeq \\al(－,4)＋2S2Oeq \\al(2－,8)＋10Mn2＋＋11H2O===Mn12O19↓＋4SOeq \\al(2－,4)＋22H＋。
(4)设体积为V L，CO2含量由0.59 mg·L－1升高至1.47 mg·L－1，CO2含量增多0.88 mg·L－1，反应生成的CO2的物质的量为eq \f(0.88 mg·L－1,44 g·ml－1)×V L×10－3 g·mg－1＝2V×10－5 ml，根据原子个数守恒，参与反应的甲醛的物质的量为2V×10－5 ml，故该实验中甲醛的转化率为eq \f(2V×10－5ml×30 g·ml－1,1.22 mg·L－1×V L×10－3 g·mg－1)×100%≈49.2%。
10．(2022·河北模拟)钴酸锂电池的正极材料含有钴酸锂(LiCO2)、导电剂乙炔黑、铝箔及少量铁，通过如图工艺流程可回收铝、钴、锂。
回答下列问题：
(1)钴酸锂电池放电时负极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋，拆解废旧电池前进行放电处理，既可保证安全又有利于回收锂。有利于回收锂的原因是_______________________。
(2)“酸浸”时C、Li元素的浸出率随温度的变化如图所示：
“酸浸”的适宜温度是________，该过程有多个反应，钴酸锂发生的主要反应的离子方程式为____________________________________________________________________________。
(3)沉锂过程要对所得滤渣进行洗涤，检验沉淀是否洗净的操作为_________________。
(4)沉钴的化学方程式为______________________________________________________。
将100 mL 0.50 ml·L－1 CSO4溶液沉钴所得晶体配成溶液，经过一系列处理后通过滴定实验测得消耗0.50 ml·L－1碘标准溶液48.50 mL，则沉钴过程中CC2O4·2H2O的产率为______________(已知：在“一系列处理”过程中二价钴被碘氧化成三价钴)。
答案 (1)负极生成的锂离子向正极移动，在正极上生成钴酸锂，便于回收 (2)80 ℃ 2LiCO2＋6H＋＋H2O2eq \(=====,\s\up7(△))2Li＋＋2C2＋＋4H2O＋O2↑ (3)取少量最后一次洗涤液于试管中，加盐酸酸化，再滴加氯化钡溶液，若不产生白色沉淀，说明已洗涤干净，反之则未洗净 (4)CSO4＋(NH4)2C2O4＋2H2O===CC2O4·2H2O↓＋(NH4)2SO4 97%
解析 (2)由图可知，当温度高于80 ℃时，钴元素的浸出率降低，则“酸浸”的适宜温度是80 ℃；由题意可知，在酸性溶液中，钴酸锂与过氧化氢发生反应的离子方程式为2LiCO2＋6H＋＋H2O2eq \(=====,\s\up7(△))2Li＋＋2C2＋＋4H2O＋O2↑。
(4)100 mL 0.50 ml·L－1硫酸亚钴理论上可制得CC2O4·2H2O的物质的量为0.50 ml·L－1×
0.1 L＝0.050 ml，由题意可得：2CC2O4·2H2O～I2，由消耗48.50 mL 0.50 ml·L－1碘标准溶液可知实际制得CC2O4·2H2O的物质的量为0.50 ml·L－1×0.048 50 L×2＝0.048 5 ml，则沉钴过程中CC2O4·2H2O的产率为eq \f(0.048 5 ml,0.050 ml)×100%＝97%。Fe3＋
Cu2＋
Fe2＋
开始沉淀的pH
2.7
4.4
7.0
沉淀完全的pH
3.7
6.4
9.6
序号
U
W
Y
X
①
Na
H2O
Na2O2
NaOH
②
Fe
H2O
C
H2
③
HBr
Cl2
CH4
HCl
④
CuCl2(aq)
Al
HCl(aq)
AlCl3(aq)
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