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无机物及综合应用
九、无机物及综合应用
1.(2013·高考山东卷)足量下列物质与相同质量的铝反应,放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是( )
A.氢氧化钠溶液 B.稀硫酸
C.盐酸D.稀硝酸
解析:
选A。
NaOH溶液、稀硫酸、盐酸与金属铝反应时,存在关系:
2Al~2NaOH,2Al~3H2SO4,2Al~6HCl,因此等物质的量的Al与上述物质反应时,消耗NaOH的物质的量最少。
Al与稀硝酸反应,生成硝酸铝、NO和H2O,得不到H2。
2.(2013·高考广东卷)下列措施不合理的是( )
A.用SO2漂白纸浆和草帽辫
B.用硫酸清洗锅炉中的水垢
C.高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅
D.用Na2S作沉淀剂,除去废水中的Cu2+和Hg2+
解析:
选B。
充分运用物质的性质进行分析。
A项,SO2具有漂白性,可以用于漂白纸浆和草帽辫;B项,水垢的主要成分为CaCO3和Mg(OH)2,硫酸与CaCO3反应产生的CaSO4微溶于水,会覆盖在CaCO3表面,阻止反应继续进行;C项,高温下C和SiO2反应生成Si和CO,可以用于制取粗硅;D项,Cu2+、Hg2+能与S2-形成CuS、HgS沉淀。
3.(2013·高考江苏卷)下列有关物质性质的应用正确的是( )
A.液氨汽化时要吸收大量的热,可用作制冷剂
B.二氧化硅不与强酸反应,可用石英器皿盛放氢氟酸
C.生石灰能与水反应,可用来干燥氯气
D.氯化铝是一种电解质,可用于电解法制铝
解析:
选A。
依据物质的性质分析其具体用途。
液氨汽化时吸收大量的热,可使周围环境温度降低,可用作制冷剂,A对。
石英的主要成分为SiO2,而SiO2可与氢氟酸反应生成SiF4和H2O,不能用石英器皿盛放氢氟酸,B错。
生石灰只能用于干燥中性或碱性气体,不能用于干燥Cl2,C错。
AlCl3为共价化合物,熔融AlCl3不导电,工业上常用电解熔融Al2O3的方法冶炼铝,D错。
4.(2013·高考江苏卷)甲、乙、丙、丁四种物质中,甲、乙、丙均含有相同的某种元素,它们之间具有如下转化关系:
甲
乙
丙。
下列有关物质的推断不正确的是( )
A.若甲为焦炭,则丁可能是O2
B.若甲为SO2,则丁可能是氨水
C.若甲为Fe,则丁可能是盐酸
D.若甲为NaOH溶液,则丁可能是CO2
解析:
选C。
根据四种物质之间的转化,结合各选项进行分析。
若甲为焦炭,丁为O2,则乙为CO,丙为CO2,A对。
若甲为SO2,丁为氨水,则乙为NH4HSO3,丙为(NH4)2SO3,B对。
若甲为Fe,丁为盐酸,Fe与盐酸反应生成FeCl2,而FeCl2不能与盐酸继续反应,C错。
若甲为NaOH溶液,丁为CO2,则乙为Na2CO3,丙为NaHCO3,D对。
5.(2013·高考安徽卷)我省盛产矿盐(主要成分是NaCl,还含有SO
等其他可溶性杂质的离子)。
下列有关说法正确的是( )
A.由矿盐生产食盐,除去SO
最合适的试剂是Ba(NO3)2
B.工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气
C.室温下,AgCl在水中的溶解度小于在食盐水中的溶解度
D.用酚酞试液可鉴别饱和食盐水和饱和纯碱溶液
解析:
选D。
运用基础知识进行分析判断。
A.可以用氯化钡除去氯化钠中的硫酸根离子,如果选用硝酸钡,则会引入硝酸根离子。
B.电解氯化钠溶液时,生成物包括氢气、氯气和氢氧化钠,没有金属钠生成,要生成金属钠和氯气必须电解熔融的氯化钠,而不是氯化钠溶液。
C.由于食盐水中含有一定浓度的氯离子,根据溶解平衡可知,氯化银在食盐水中的溶解度应小于在水中的溶解度。
D.饱和纯碱溶液中,由于碳酸根离子能够发生水解而使溶液显碱性,能使酚酞变红;而饱和食盐水显中性,不能使酚酞变色,所以可以区分开。
6.(2013·高考四川卷)1.52g铜镁合金完全溶解于50mL密度为1.40g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中,得到NO2和N2O4的混合气体1120mL(标准状况),向反应后的溶液中加入1.0mol/LNaOH溶液,当金属离子全部沉淀时,得到2.54g沉淀。
下列说法不正确的是( )
A.该合金中铜与镁的物质的量之比是2∶1
B.该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是14.0mol/L
C.NO2和N2O4的混合气体中,NO2的体积分数是80%
D.得到2.54g沉淀时,加入NaOH溶液的体积是600mL
解析:
选D。
A.向反应后溶液中加入NaOH,生成Mg(OH)2和Cu(OH)2沉淀,固体质量增加的是OH-的质量,且有n(OH-)=n(e-),设合金中镁、铜的物质的量分别为x、y,则有
,
解之得
,则该合金中铜、镁的物质的量之比为2∶1。
B.该硝酸的浓度c=
=
=14.0mol/L。
C.NO2和N2O4都来自硝酸,设混合气体中NO2的物质的量为x,根据电子守恒得x+(0.05mol-x)×2=0.06mol,x=0.04mol,NO2的体积分数为80%。
D.得到2.54g沉淀后,溶液中的溶质只有NaNO3,故n(NaOH)=0.7mol-0.04mol-0.02mol=0.64mol,则NaOH溶液的体积是640mL。
7.(2013·高考新课标全国卷Ⅱ)氧化锌为白色粉末,可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。
纯化工业级氧化锌[含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等杂质]的流程如下:
工业ZnO
浸出液
过滤,滤液
过滤,滤液
过滤,滤饼
ZnO
提示:
在本实验条件下,Ni(Ⅱ)不能被氧化;高锰酸钾的还原产物是MnO2。
回答下列问题:
(1)反应②中除掉的杂质离子是________,发生反应的离子方程式为________;在加高锰酸钾溶液前,若pH较低,对除杂的影响是________。
(2)反应③的反应类型为________,过滤得到的滤渣中,除了过量的锌外还有________。
(3)反应④形成的沉淀要用水洗,检验沉淀是否洗涤干净的方法是________。
(4)反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH)2。
取干燥后的滤饼11.2g,煅烧后可得到产品8.1g。
则x等于________。
解析:
从分析整个流程图入手,明确每步发生的反应,从而解决相关问题。
(1)在反应②中,通过调节溶液的pH,高锰酸钾能将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,将Mn2+氧化为MnO2而除去;若开始溶液的pH过低,Fe2+、Mn2+将很难生成沉淀而除去。
(2)第一次过滤后的滤液中含有的阳离子有Zn2+、Ni2+、H+等,加入锌后可将Ni置换出来,故滤渣中还含有金属镍。
(3)反应④生成的沉淀为ZnCO3,同时生成Na2SO4,若沉淀未洗涤干净,洗涤液中应含有SO
和Na+,故只要对洗涤液中是否含有SO
进行检验即可。
(4)煅烧过程中ZnCO3、Zn(OH)2均发生分解反应生成ZnO,根据关系式ZnCO3·xZn(OH)2~(x+1)ZnO,可得
=
,故x=1。
答案:
(1)Fe2+和Mn2+ MnO
+3Fe2++7H2O===3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+,2MnO
+3Mn2++2H2O===5MnO2↓+4H+ 铁离子和锰离子不能生成沉淀,从而无法除去铁和锰杂质
(2)置换反应 镍
(3)取少量水洗液于试管中,滴入1~2滴稀硝酸,再滴入硝酸钡溶液,若无白色沉淀生成,则说明沉淀已经洗涤干净
(4)1
8.(2013·高考北京卷)用含有Al2O3、SiO2和少量FeO·xFe2O3的铝灰制备Al2(SO4)3·18H2O,工艺流程如下(部分操作和条件略):
Ⅰ.向铝灰中加入过量稀H2SO4,过滤;
Ⅱ.向滤液中加入过量KMnO4溶液,调节溶液的pH约为3;
Ⅲ.加热,产生大量棕色沉淀,静置,上层溶液呈紫红色;
Ⅳ.加入MnSO4至紫红色消失,过滤;
Ⅴ.浓缩、结晶、分离,得到产品。
(1)H2SO4溶解Al2O3的离子方程式是_____________________________。
(2)将MnO
氧化Fe2+的离子方程式补充完整:
MnO
+□Fe2++□________===
Mn2++□Fe3++□________
(3)已知:
生成氢氧化物沉淀的pH
Al(OH)3
Fe(OH)2
Fe(OH)3
开始沉淀时
3.4
6.3
1.5
完全沉淀时
4.7
8.3
2.8
注:
金属离子的起始浓度为0.1mol·L-1
根据表中数据解释步骤Ⅱ的目的:
__________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)已知:
一定条件下,MnO
可与Mn2+反应生成MnO2。
①向Ⅲ的沉淀中加入浓HCl并加热,能说明沉淀中存在MnO2的现象是
________________________________________________________________________。
②Ⅳ中加入MnSO4的目的是
________________________________________________________________________。
解析:
(1)本小题考查常见的离子反应。
(2)利用得失电子守恒,1个MnO
反应转移5个电子,可知Fe2+、Fe3+的化学计量数为5,再结合电荷守恒,可知缺项为H+和H2O,最后利用原子守恒配平。
(3)由数据可知,Fe3+沉淀完全时,pH=2.8,由题干“调节溶液的pH约为3”可知,此时得到的沉淀为Fe(OH)3,而Fe2+、Al3+共存于滤液中。
因此,可知步骤Ⅱ是用KMnO4将Fe2+氧化为Fe3+,使Fe3+全部转化为Fe(OH)3沉淀,从而除去铁元素。
(4)①浓盐酸与MnO2加热生成Cl2,Cl2为黄绿色,所以若产生黄绿色气体可判断MnO2的存在;②根据信息可知,MnO
可与Mn2+发生归中反应生成MnO2(沉淀),而实验最终目的是生成Al2(SO4)3晶体,由此可知,加MnSO4是与过量MnO
反应生成MnO2沉淀而除去MnO
。
答案:
(1)Al2O3+6H+===2Al3++3H2O
(2)5 8 H+ 5 4 H2O
(3)pH约为3时,Fe2+和Al3+不能形成沉淀,将Fe2+氧化为Fe3+,可使铁完全沉淀
(4)①生成黄绿色气体 ②除去过量的MnO
9.(2013·高考重庆卷)合金是建造航空母舰的主体材料。
(1)航母升降机可由铝合金制造。
①铝元素在周期表中的位置为________。
工业炼铝的原料由铝土矿提取而得,提取过程中通入的气体为________。
②AlMg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜,其化学方程式为______________。
焊接过程中使用的保护气为________(填化学式)。
(2)航母舰体材料为合金钢。
①舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为________。
②航母用钢可由低硅生铁冶炼而成,则在炼铁过程中为降低硅含量需加入的物质为________。
(3)航母螺旋桨主要用铜合金制造。
①80.0gCuAl合金用酸完全溶解后,加入过量氨水,过滤得白色沉淀39.0g,则合金中Cu的质量分数为________。
②为分析某铜合金的成分,用酸将其完全溶解后,用NaOH溶液调节pH,当pH=3.4时开始出现沉淀,分别在pH为7.0、8.0时过滤沉淀,结合上图信息推断该合金中除铜外一定含有________。
解析:
(1)①Al元素在周期表中的第三周期第ⅢA族;提纯铝土矿通入CO2发生的反应为2AlO
+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+CO
。
②Al2O3与NaOH溶液发生的反应为Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O;保护气应不能与金属反应,一般用稀有气体。
(2)金属在海水中主要发生吸氧腐蚀;炼钢过程中为降低Si的含量,常加入CaCO3或CaO将SiO2转化为CaSiO3而除去。
(3)①因加入过量的氨水会发生反应Cu2++4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2++4H2O,故得到的白色沉淀为Al(OH)3,物质的量为0.5mol,据Al元素守恒可知Al的质量为13.5g,则Cu的质量为66.5g,Cu的质量分数约为83.1%。
②由图像可知,Fe3+在pH≈1.9时开始沉淀,在pH≈3.2时沉淀完全,依次类推。
pH=3.4时才开始出现沉淀,说明溶液中没有Fe3+,则一般也无Fe2+,因为Fe2+在空气中会被氧化成Fe3+,此时的沉淀为Al(OH)3;pH=7.0时过滤出的沉淀为Al(OH)3和Cu(OH)2;pH=8.0时过滤出的沉淀为Ni(OH)2。
答案:
(1)①第三周期第ⅢA族 CO2 ②Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O Ar(其他合理答案均可得分)
(2)①吸氧腐蚀 ②CaCO3或CaO (3)①83.1% ②Al、Ni
10.(2013·高考广东卷)银铜合金广泛用于航空工业。
从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下:
[注:
Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450℃和80℃]
(1)电解精炼银时,阴极反应式为________;滤渣A与稀HNO3反应,产生的气体在空气中迅速变为红棕色,该气体变色的化学反应方程式为______________________。
(2)固体混合物B的组成为________;在生成固体B的过程中,需控制NaOH的加入量。
若NaOH过量,则因过量引起的反应的离子方程式为____________________。
(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式:
______CuO+________Al2O3
________CuAlO2+________↑。
(4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5%,理论上5.0kg废料中的铜可完全转化为________molCuAlO2,至少需要1.0mol·L-1的Al2(SO4)3溶液________L。
(5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾,其基本操作是______________、过滤、洗涤和干燥。
解析:
根据电解原理、物质的性质及工艺流程、氧化还原反应、守恒计算等分析。
(1)电解精炼银时,阴极反应式为Ag++e-===Ag。
气体变色发生的反应为2NO+O2===2NO2。
(2)固体B含有Cu(OH)2、Al(OH)3。
若NaOH过量,则Al(OH)3会转化为NaAlO2。
(3)该反应为氧化还原反应,根据得失电子守恒、原子守恒确定缺项物质,然后配平化学方程式。
(4)生成CuAlO2的物质的量为
=50mol,据Al元素守恒可知,至少需要Al2(SO4)3的物质的量为25mol,则需溶液体积为25L。
(5)CuSO4从饱和溶液中结晶生成CuSO4·5H2O(胆矾),由CuSO4溶液制备胆矾需要的操作为蒸发结晶、过滤、洗涤和干燥。
答案:
(1)Ag++e-===Ag 2NO+O2===2NO2
(2)Al(OH)3和Cu(OH)2 Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O (3)4 2 4 O2 (4)50 25 (5)蒸发结晶
11.(2013·高考江苏卷)柠檬酸亚铁(FeC6H6O7)是一种易吸收的高效铁制剂,可由绿矾(FeSO4·7H2O)通过下列反应制备:
FeSO4+Na2CO3===FeCO3↓+Na2SO4
FeCO3+C6H8O7===FeC6H6O7+CO2↑+H2O。
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol·L-1计算)。
金属离子
开始沉淀的pH
沉淀完全的pH
Fe3+
1.1
3.2
Al3+
3.0
5.0
Fe2+
5.8
8.8
(1)制备FeCO3时,选用的加料方式是________(填字母),原因是________。
a.将FeSO4溶液与Na2CO3溶液同时加入到反应容器中
b.将FeSO4溶液缓慢加入到盛有Na2CO3溶液的反应容器中
c.将Na2CO3溶液缓慢加入到盛有FeSO4溶液的反应容器中
(2)生成的FeCO3沉淀需经充分洗涤,检验洗涤是否完全的方法是________________。
(3)将制得的FeCO3加入到足量柠檬酸溶液中,再加入少量铁粉,80℃下搅拌反应。
①铁粉的作用是________________。
②反应结束后,无需过滤,除去过量铁粉的方法是______________________________。
(4)最后溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥,获得柠檬酸亚铁晶体。
分离过程中加入无水乙醇的目的是________________。
(5)
某研究性学习小组欲从硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3)出发,先制备绿矾,再合成柠檬酸亚铁。
请结合右图的绿矾溶解度曲线,补充完整由硫铁矿烧渣制备FeSO4·7H2O晶体的实验步骤(可选用的试剂:
铁粉、稀硫酸和NaOH溶液):
向一定量烧渣中加入足量的稀硫酸充分反应,________________,得到FeSO4溶液,______________,得到FeSO4·7H2O晶体。
解析:
根据题干信息以及FeCO3、Fe2O3、FeSO4的性质解决问题。
(1)根据相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH可知,制备FeCO3时要注意控制溶液的pH。
所以需要将Na2CO3缓慢加入到FeSO4溶液中,防止Fe(OH)2的生成。
(2)FeCO3表面吸附SO
、Na+等杂质离子,检验洗涤是否完全时,可检验SO
是否存在。
方法是取最后一次的洗涤液1~2mL于试管中,向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则表明已洗涤干净。
(3)Fe2+易被氧化,加入铁粉的目的是防止Fe2+被氧化。
除去剩余的铁粉时,为了不引入杂质,可加入适量柠檬酸与铁粉反应。
(4)柠檬酸亚铁在乙醇中的溶解度小,加入无水乙醇,有利于晶体的析出。
(5)烧渣中加入稀H2SO4后要通过过滤除去SiO2,此时溶液中溶质主要是Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3。
此时需要加入Fe粉,将Fe3+转化为Fe2+,然后加NaOH调pH到5.0除去Al3+。
或过滤,除去SiO2后,向滤液中加入过量的NaOH溶液,过滤,得到Fe(OH)3,洗涤沉淀,加入足量的稀硫酸至沉淀溶解完全,再加入足量的铁粉,得到FeSO4。
过滤后,将滤液在60℃时浓缩,冷却即可。
答案:
(1)c 避免生成Fe(OH)2沉淀
(2)取最后一次的洗涤滤液1~2mL于试管中,向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则表明已洗涤干净
(3)①防止+2价的铁元素被氧化 ②加入适量柠檬酸让铁粉反应完全 (4)降低柠檬酸亚铁在水中的溶解量,有利于晶体析出 (5)“(过滤,)向反应液中加入足量的铁粉,充分搅拌后,滴加NaOH溶液调节反应液的pH约为5,过滤”或“过滤,向滤液中滴加过量的NaOH溶液,过滤,充分洗涤固体,向固体中加入足量稀硫酸至固体完全溶解,再加入足量的铁粉,充分搅拌后,过滤” (滴加稀硫酸酸化,)加热浓缩得到60℃饱和溶液,冷却至0℃结晶,过滤,少量冰水洗涤,低温干燥
12.(2013·高考江苏卷)氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。
硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。
以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量FeCO3)为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下:
稀硫酸 H2O2 NH3·H2O 木炭
↓ ↓ ↓ ↓
菱镁矿→
→
→
→
→
→…→
→MgO
↓ ↓ ↓
滤渣1 滤渣2 气体
(1)MgCO3与稀硫酸反应的离子方程式为_____________________________。
(2)加入H2O2氧化时,发生反应的化学方程式为_________________________。
(3)滤渣2的成分是________________(填化学式)。
(4)煅烧过程存在以下反应:
2MgSO4+C
2MgO+2SO2↑+CO2↑
MgSO4+C
MgO+SO2↑+CO↑
MgSO4+3C
MgO+S↑+3CO↑
利用下图装置对煅烧产生的气体进行分步吸收或收集。
①D中收集的气体是________________(填化学式)。
②B中盛放的溶液可以是________(填字母)。
a.NaOH溶液 b.Na2CO3溶液
c.稀硝酸d.KMnO4溶液
③A中得到的淡黄色固体能与热的NaOH溶液反应,产物中元素的最高价态为+4,写出该反应的离子方程式:
_____________________________________________。
解析:
明确实验过程,提取有效信息,正确判断反应过程。
(1)MgCO3与稀硫酸反应时,MgCO3微溶于水,在写离子方程式时要写化学式。
离子方程式为MgCO3+2H+===Mg2++CO2↑+H2O。
(2)因为菱镁矿中有FeCO3,在酸溶时产生Fe2+,除去Fe元素需将Fe2+氧化为Fe3+,通过调节溶液的pH生成Fe(OH)3从而除去Fe3+,所以加入H2O2的目的是将Fe2+氧化成Fe3+,发生反应的化学方程式为2FeSO4+H2O2+H2SO4===Fe2(SO4)3+2H2O。
(3)调pH≈4时发生的反应为Fe3++3NH3·H2O===Fe(OH)3↓+3NH
,所以经过滤所得滤渣2为Fe(OH)3。
(4)由题给反应可知,煅烧后的气体为CO2、SO2、CO和S蒸气的混合物。
S蒸气很容易转化为S固体,所以A的目的是收集S,B的作用是吸收SO2,可用KMnO4溶液将SO2氧化吸收,C中装NaOH溶液,作用是吸收产生的CO2,CO最后用排水法收集。
S与热的NaOH反应的离子方程式为3S+6OH-
2S2-+SO
+3H2O。
答案:
(1)MgCO3+2H+===Mg2++CO2↑+H2O
(2)2FeSO4+H2O2+H2SO4===Fe2(SO4)3+2H2O
(3)Fe(OH)3
(4)①CO ②d ③3S+6OH-
2S2-+SO
+3H2O
13.(2013·高考浙江卷)氢能源是一种重要的清洁能源。
现有两种可产生H2的化合物甲和乙。
将6.00g甲加热至完全分解,只得到一种短周期元素的金属单质和6.72L的H2(已折算成标准状况)。
甲与水反应也能放出H2,同时还产生一种白色沉淀物,该白色沉淀可溶于NaOH溶液。
化合物乙在催化剂存在下可分解得到H2和另一种单质气体丙,丙在标准状况下的密度为1.25g·L-1。
请回答下列问题:
(1)甲的化学式是________________;乙的电子式是________________。
(2)甲与水反应的化学方程式是____________________________________________。
(3)气体丙与金属镁反应的产物是________(用化学式表示)。
(4)乙在加热条件下与CuO反应可生成Cu和气体丙,写出该反应的化学方程式:
________________________________________________________________________。
有人提出产物Cu中可能
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