2021新高考化学鲁科版一轮复习突破精练：第3章 专项提能特训4 热点金属及其化合物的制备大题

2021新高考化学鲁科版一轮复习突破精练：第3章 专项提能特训4 热点金属及其化合物的制备大题

专项提能特训4　热点金属及其化合物的制备大题 ‎1．随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金维生素”。已知钒的原子序数为23，回答下列问题：‎ ‎(1)钒被认为是一种稀土元素，广泛分散于各种矿物中，钾钒铀矿中的钒原子最外层已达到8电子稳定结构，其化学式为K2H6U2V2O15(其中钒元素的化合价为＋5价)，若用氧化物的形式表示，该化合物的化学式为：___________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)五氧化二钒是工业制造中的常用催化剂，如工业制硫酸中就利用五氧化二钒作催化剂。从含钒废催化剂中回收钒，传统的技术是“氧化焙烧法”，其具体流程为：‎ →→→→→→ 其中焙烧是将食盐和钒铅矿在空气中焙烧，这时矿石中所含的V2O5就转化为NaVO3，然后用水从烧结块中浸出NaVO3，再用稀硫酸酸化就得到V2O5的水合物，经过煅烧就可得到V2O5。‎ ‎①配料在焙烧前磨碎的目的是___________________________________________________。‎ ‎②写出焙烧过程中V2O5发生反应的化学方程式：________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)测定钒含量的方法是先把钒转化成V2O5，V2O5在酸性溶液里转变成VO，再用盐酸、硫酸亚铁、草酸等测定钒。反应的化学方程式为：VO＋H2C2O4===VO＋＋2CO2↑＋H2O。若反应消耗0.9 g草酸，参加反应的钒元素质量是________g。‎ 答案　(1)K2O·V2O5·2UO3·3H2O ‎(2)①增大接触面积，使反应充分进行　②2V2O5＋4NaCl＋O24NaVO3＋2Cl2‎ ‎(3)0.51‎ 解析　(3)0.9 g草酸的物质的量是＝0.01 mol，则根据反应的化学方程式VO＋H2C2O4===VO＋＋2CO2↑＋H2O可知参加反应的钒元素的质量是0.01 mol×51 g·mol－1＝0.51 g。‎ ‎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CrO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CrO在酸性条件下被Fe2＋还原为Cr3＋的离子方程式：____________________。‎ ‎②若处理含1 mol CrO(不考虑其他含铬微粒)的污水时恰好消耗10 mol 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＋8Na2CO32Fe2O3＋8Na2CrO4＋8CO2‎ ‎③灼烧使Cr(OH)3分解 ‎(2)NaCrO2　Cr2(SO4)3‎ ‎(3)①3Fe2＋＋CrO＋8H＋===3Fe3＋＋Cr3＋＋4H2O ‎②Cr2Fe20O27‎ 解析　(1)①根据化合物中各元素的正负化合价代数和为0分析。②根据流程确定反应物和生成物，用化合价升降法配平书写化学方程式。(2)模仿Al(OH)3与NaOH、稀硫酸的反应确定生成物。(3)①酸性条件下CrO被Fe2＋还原为Cr3＋，Fe2＋被氧化成Fe3＋，反应可写成Fe2＋＋CrO＋H＋―→Fe3＋＋Cr3＋＋H2O，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，配平方程式。②根据Fe守恒，铁铬氧体中n(Fe2＋)＝10 mol×＝6 mol，n(Fe3＋)＝10 mol×＝4 mol，根据Cr守恒，铁铬氧体中n(Cr3＋)＝n(CrO)＝1 mol，根据电荷守恒，铁铬氧体中n(O2－)＝＝13.5 mol，铁铬氧体中n(Cr)∶n(Fe)∶n(O)＝1 mol∶10 mol∶13.5 mol＝2∶20∶27，铁铬氧体的化学式为Cr2Fe20O27。 ‎ ‎3．一种用软锰矿(主要成分MnO2)和黄铁矿(主要成分FeS2) 制取MnSO4·H2O并回收单质硫的工艺流程如下：‎ 已知：本实验条件下，高锰酸钾溶液与硫酸锰溶液混合产生二氧化锰。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)步骤①混合研磨成细粉的主要目的是________________________；步骤②浸取时若生成S、MnSO4及Fe2(SO4)3的化学方程式为________________________________。‎ ‎(2)步骤③所得酸性滤液可能含有Fe2＋，为了除去Fe2＋可先加入________________________；步骤④需将溶液加热至沸然后在不断搅拌下加入碱调节pH为4～5，再继续煮沸一段时间，“继续煮沸”的目的是__________________________________________。步骤⑤所得滤渣为________________________(填化学式)。‎ ‎(3)步骤⑦需在90～100 ℃下进行，该反应的化学方程式为__________________________。‎ ‎(4)测定产品MnSO4·H2O的方法之一是：准确称取a g产品于锥形瓶中，加入适量ZnO及H2O煮沸，然后用c mol·L－1KMnO4标准溶液滴定至浅红色且半分钟不退色，消耗标准溶液V mL，产品中Mn2＋的质量分数为w(Mn2＋)＝________________________________。‎ 答案　(1) 增大接触面积，提高硫酸浸取时的浸取速率和浸取率　3MnO2＋2FeS2＋6H2SO4===3MnSO4＋Fe2(SO4)3＋4S↓＋6H2O ‎(2)软锰矿粉或H2O2溶液　破坏Fe(OH)3胶体并使沉淀颗粒长大，便于过滤分离　Fe(OH)3‎ ‎(3)(NH4)2Sx＋12NH3↑＋H2S↑＋xS↓‎ ‎(4)%‎ 解析　(2)由于Fe2＋具有较强的还原性，在酸性条件下可用软锰矿粉(MnO2)或H2O2将其氧化为Fe3＋，既不引入杂质，又能达到除去的目的；用碱液处理时，需将溶液加热至沸，然后在不断搅拌下调节pH为4～5，再继续煮沸一段时间，以破坏Fe(OH)3胶体并使沉淀颗粒增大，便于过滤分离，得到的滤渣为Fe(OH)3。‎ ‎(4)已知本实验条件下，高锰酸钾溶液与硫酸锰溶液混合产生二氧化锰。根据电子转移守恒可得二者反应的方程式为2KMnO4＋3MnSO4·H2O===5MnO2＋K2SO4＋2H2SO4＋H2O，已知n(KMnO4)＝c mol·L－1×V×10－3L＝cV×10－3mol，则n(MnSO4·H2O)＝1.5cV×10－3mol，产品中Mn2＋的质量分数为w(Mn2＋)＝×100%＝%。‎ ‎4．金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀，而被广泛用作高新科技材料，并被誉为“未来金属”，但在高温时钛化合能力极强，可以与氧、碳、氮及其他元素化合。以钛铁矿(主要成分FeTiO3，钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛，‎ 同时获得副产品甲的工业生产流程如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)已知反应①钛铁矿和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，则该反应属于________(填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”)，写出该反应的化学方程式：___________________________________________________________________________。‎ ‎(2)写出上述反应②、③的化学方程式：_________________________________________‎ ‎___________________________________________________________________________。‎ ‎(3)反应④要在氩气氛围中进行的理由是________________，最终所得到的金属钛中会混有少量杂质，可加入________溶解后除去。‎ ‎(4)用熔融法直接电解TiO2也能制取金属钛，该反应的化学方程式为_________________。‎ ‎(5)如果取钛铁矿m吨，杂质的百分含量为w，最终生产出钛n吨(不考虑损耗)，则m、n、w三者之间的数学关系是________(已知Ti的相对原子质量为48)。‎ 答案　(1)非氧化还原反应　FeTiO3＋2H2SO4(浓)===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O　‎ ‎(2)H2TiO3TiO2＋H2O、TiO2＋2Cl2＋2CTiCl4＋2CO ‎(3)Ti在高温下化合能力极强，在氩气氛围中可防止其与O2、N2等化合　稀盐酸　(4)TiO2(熔融)Ti＋O2↑　(5)6m＝19n＋6mw 解析　(1)分析各元素的化合价可知，没有元素的化合价变化。‎ ‎(2)钛酸亚铁的化学式是FeTiO3，则钛酸的化学式为H2TiO3。‎ ‎(5)根据Ti的质量守恒，得m(1－w)×＝n，则6m＝19n＋6mw。‎