高考化学试题分类解析 考点12 铁铜元素单质及其重要化合物.docx
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高考化学试题分类解析考点12铁铜元素单质及其重要化合物
考点12铁、铜元素单质及其重要化合物
一、选择题
1.(2017·江苏高考·7)在给定条件下,下列选项所示的物质间转化均能实现的是( )
A.FeFeCl2Fe(OH)2
B.SSO3H2SO4
C.CaCO3CaOCaSiO3
D.NH3NOHNO3
【命题意图】本题考查物质之间的相互转化知识,意在考查学生对物质转化关系的掌握程度。
【解析】选C。
A项,Fe与Cl2反应生成FeCl3,错误;B项,S与O2反应生成SO2,错误;C项,CaCO3高温分解生成CaO,碱性氧化物CaO与酸性氧化物SiO2反应生成CaSiO3,正确;D项,NO与H2O不反应,错误。
二、非选择题
2.(2017•乙卷•27)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。
工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图所示。
由图可知,当铁的浸出率为70%时,所采用的实验条件为______________。
(2)“酸浸”后,钛主要以形式存在,写出相应反应的离子方程式__________________。
(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示:
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O
转化率/%
92
95
97
93
88
分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因________________________。
(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为________________。
(5)若“滤液②”中c(Mg2+)=0.02mol·L-1,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5mol·L-1,此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成?
________(列式计算)。
(FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10-22、1.0×10-24)
(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式________________。
【命题意图】本题考查元素及其化合物的知识,意在考查学生对化工流程题的分析解决问题的能力及对元素化合物知识的理解应用能力。
【解析】
(1)依题意,读图可得浸出率为70%的两个条件为100℃,2h或90℃,5h。
(2)根据流程可得所加酸为盐酸,铁元素价态应保持不变,依然为+2价,所以答案为FeTiO3+4H++4Cl-Fe2+++2H2O。
(3)本题为40min内转化率,温度过高时原料分解,即30~40℃,温度升高,反应速率加快,则40min所得转化率提高。
40℃以上,温度过高,H2O2及NH3·H2O分解,转化率下降。
(4)以过氧化氢、过氧化钠等化合物为例,过氧键存在于两个-1价氧原子之间。
设化合物中-2价氧为x个,-1价氧为y个,x+y=15,又根据化合价代数和为0得出2x+y=22,解得y=8,即4个过氧键。
(5)先根据Fe3+完全沉淀计算出此时溶液中磷酸根浓度,进而计算是否满足Mg3(PO4)2开始沉淀的条件。
Fe3+完全沉淀时c()=Ksp/c(Fe3+)=1.3×10-17mol·L-1,此时溶液中c3(Mg2+)·c2()=(0.01)3×(1.3×10-17)2≈1.7×10-40 (6)“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式为2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+3CO2↑+H2O↑。 答案: (1)100℃,2h或90℃,5h (2)FeTiO3+4H++4Cl-Fe2+++2H2O (3)低于40℃,TiO2·xH2O转化率随温度升高而增加;超过40℃,双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化率下降 (4)4 (5)Fe3+恰好沉淀完全时c()=mol·L-1=1.3×10-17mol·L-1,c3(Mg2+)·c2()=(0.01)3×(1.3×10-17)2≈1.7×10-40 (6)2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+3CO2↑+H2O↑ 3.(2017·北京高考·28)某小组在验证反应“Fe+2Ag+Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。 向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。 (1)检验产物 ①取出少量黑色固体,洗涤后,______________(填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。 ②取上层清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有______________。 (2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是______________(用离子方程式表示)。 针对两种观点继续实验: ①取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。 同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下: 序号 取样时间/min 现象 ⅰ 3 产生大量白色沉淀;溶液呈红色 ⅱ 30 产生白色沉淀;较3min时量少;溶液红色较3min时加深 ⅲ 120 产生白色沉淀;较30min时量少;溶液红色较30min时变浅 (资料: Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN) ②对Fe3+产生的原因作出如下假设: 假设a: 可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+; 假设b: 空气中存在O2,由于____________(用离子方程式表示),可产生Fe3+; 假设c: 酸性溶液中NO-3具有氧化性,可产生Fe3+; 假设d: 根据______________现象,判断溶液中存在Ag+,可产生Fe3+。 ③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。 实验Ⅱ可证实假设d成立。 实验Ⅰ: 向硝酸酸化的________溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加KSCN溶液,3min时溶液呈浅红色,30min后溶液几乎无色。 实验Ⅱ: 装置如图。 其中甲溶液是________,操作及现象是__________________。 (3)根据实验现象,结合方程式推测实验ⅰ~ⅲ中Fe3+浓度变化的原因: ________。 【命题意图】本题考查化学实验的设计与评价、电化学知识。 意在考查学生的探究能力、对实验设计方案的分析评价能力、利用电化学解决实际问题的能力。 【解析】 (1)①黑色固体中含有过量铁,如果同时含有银,则可以加入HCl或H2SO4溶解Fe,而银不能溶解。 ②K3[Fe(CN)6]是检验Fe2+的试剂,所以产生蓝色沉淀说明含有Fe2+。 (2)②过量铁粉与Fe3+反应生成Fe2+,即Fe+2Fe3+3Fe2+。 O2氧化Fe2+反应为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O。 ③实验Ⅰ的目的是证实假设a、b、c非主要原因,可以从后续现象中看出。 Fe3+在30min时几乎完全消失,故应使a、b、c、中变量全部存在,即溶液中只需不存在Ag+,此时Fe3+可被过量铁粉还原为Fe2+。 故初始时加入Fe(NO3)3溶液,随时间进行,可看到Fe3+浓度逐渐降低的实验现象。 实验Ⅱ是为了证实Ag+可能将Fe2+氧化为Fe3+,故甲溶液必为Fe2+溶液。 由于的影响已被实验Ⅰ排除,为了避免其他阴离子干扰,可选用Fe(NO3)2。 在原电池结构中,Ag+将Fe2+氧化为Fe3+,电流表应有偏转。 为证实Fe3+产生,应在电流表偏转后向左池加入KSCN验证。 (3)从 (2)的三个时间取上层清液现象不同可以看出Ag+浓度逐渐降低,而Fe3+浓度先升高后降低。 由于反应中Fe3+生成的原因已由上述实验Ⅱ证实为Ag++Fe2+Ag+Fe3+,故3~30min内应是该反应使Fe3+浓度上升,而Fe3+浓度下降则是由于2Fe3++Fe3Fe2+的存在导致的。 由于此前Ag+浓度下降,Fe3+浓度上升,导致2Fe3++Fe3Fe2+的反应速率超过Ag++Fe2+Ag+Fe3+,使Fe3+的消耗快于生成,从而导致30~120min内Fe3+浓度下降。 答案: (1)①加入足量稀盐酸(或稀硫酸)酸化,固体未完全溶解 ②Fe2+ (2)Fe+2Fe3+3Fe2+ ②4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O 生成白色沉淀 ③Fe(NO3)3 Fe(NO3)2 当电流表指针偏转时,向左侧甲溶液中加入KSCN溶液;溶液变红 (3)溶液中存在Ag++Fe2+Ag+Fe3+反应,在3~30min,Fe3+浓度增大,Ag+浓度减小,导致AgSCN白色沉淀减少;而Fe3++3SCN-Fe(SCN)3正向移动,红色变深;随时间进行,Fe3+浓度增大,导致Fe+2Fe3+3Fe2+速率加快,于是30~120min,Fe3+浓度减小,红色又变浅 4.(2017•丙卷•27)重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。 制备流程如图所示: 回答下列问题: (1)步骤①的主要反应为: FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2 上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为______。 该步骤不能使用陶瓷容器,原因是____________________________________________________。 (2)滤渣1中含量最多的金属元素是________,滤渣2的主要成分是________及含硅杂质。 (3)步骤④调滤液2的pH使之变________(填“大”或“小”),原因是______ ______________(用离子方程式表示)。 (4)有关物质的溶解度如图所示。 向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。 冷却到________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。 a.80℃ b.60℃ c.40℃ d.10℃ 步骤⑤的反应类型是________________。 (5)某工厂用m1kg铬铁矿粉(含Cr2O340%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2kg,产率为________。 【命题意图】本题考查了物质制备的流程分析判断,物质性质和实验操作的分析应用,把握晶体析出的原理和溶解度变化特征的分析是解题关键,题目难度中等,侧重于考查学生的实验能力、分析问题、解决问题的能力。 【解析】 (1)FeO·Cr2O3是还原剂,被完全氧化为Na2CrO4和Fe2O3,每摩尔FeO·Cr2O3被氧化转移7mol电子,而NaNO3是氧化剂,氧化产物为NaNO3,每摩尔NaNO3被还原转移2mol电子,根据转移电子数守恒可知,FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为2∶7;陶瓷容器主要成分为二氧化硅,碳酸钠与二氧化硅在高温条件下反应生成硅酸钠和二氧化碳。 (2)操作①中加入碳酸钠熔融,二氧化硅与碳酸钠高温下生成硅酸钠,硅酸钠溶于水,而Fe2O3不溶于水,滤渣1的主要成分是Fe2O3,故滤渣1的主要金属元素为铁元素;滤液1中含有、、,调节滤液1的pH并过滤后得滤渣2为Al(OH)3。 (3)调节滤液2的pH的目的是增大溶液的酸性,pH变小;因为溶液中存在2+2H++H2O,增大溶液中H+的浓度,可促进平衡正向移动,提高的浓度。 (4)
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