2023届新高考一轮复习元素及其化合物作业

元素及其化合物

【高考原题】

“2022•山东卷］高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿（含Zn、Fe元素的杂质）

为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下，可能用到的数据见下表。

破酸溶液，高压o?NH3高压H：

11I

硫化铜精矿一・F：-23Mg怛产中力于

I

'••»金属乂

固体X

Fe(OH)3CU(OH)2Zn(OH)2

开始沉淀pH1.94.26.2

沉淀完全pH3.26.78.2

下列说法错误的是（)

A.固体X主要成分是Fe（OH）3和S；金属M为Zn

B.浸取时，增大O2压强可促进金属离子浸出

C.中和调pH的范围为3.2~4.2

D.还原时，增大溶液酸度有利于Cu的生成

2J2022•湖南卷］钛（Ti）及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣（主要成分为TiC>2,

含少量V、Si和A1的氧化物杂质）为原料，制备金属钛的工艺流程如下：

C、Cl2AlMg

I\I

-----1----------fllTiCl—1---------------纯TiCI~1~

钛渣T沸腾氯砒T降温收至1―个除/H除硅、铝产——总冶炼|->Ti

尾气处理VOCH渣含Si、Al杂质

知“降温收尘”后，粗TiCl」中含有的几种物质的沸点：

物质TiCl4VOC13SiCl4A1C13

沸点//p>

回答下列问题：（1）已知△G=A//-TA£AG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略&¥、AS

随温度的变化。若AG<0,则该反应可以自发进行。根据下图判断：6（）0℃时，下列反应不能自发

进行的是。

B.2c⑸+C)2(g)=2CO(g)

C.TiO,(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+02(g)

D.TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)---TiCl4(g)+CO2(g)

(2)TiO?与C、Cl?在600℃的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表:

物质TiCl4COco2Cl2

分压/MPa4.59x10-21.84x10-23.70x10-25.98xlO-9

①该温度下，TiO?与C、C12反应的总化学方程式为;②随着温度升高，尾气中CO的含量

升高，原因是______o⑶“除钝’过程中的化学方程式为；“除硅、铝''过程中，分离TiCl4中

含Si、Al杂质的方法是o(4)“除钢”和“除硅、铝”的顺序(填“能''或"不能”)交换,

理由是。(5)下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入Mg冶炼Ti的方法相似的是_____o

A.高炉炼铁B.电解熔融氯化钠制钠C.铝热反应制镒D.氧化汞分解制汞

3.[2022•广东卷]稀土(RE)包括翎、钮等元素，是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿

可用离子交换法处理，一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下：

酸化MgSO,溶液月桂酸钠盐酸

I-----I际

矿物T浸取卜浸取液fJpH过产卜滤液iT过产卜一滤饼T加热橱计T操伊fRECU溶液

滤渣滤液2月桂酸

已知：月桂酸(GM23COOH)熔点为44℃；月桂酸和(C“H23coe>)、RE均难溶于水。该工艺条件下,

稀土离子保持+3价不变；(C„H23COO)2Mg的K*=1.8x10-8;A1(OH)3开始溶解时的pH为8.8；有

关金属离子沉淀的相关pH见下表。

离子Mg"Fe3+A产RE"

开始沉淀时的pH8.81.53.66.2〜7.4

沉淀完全时的pH/3.24.7/

（1）“氧化调pH”中，化合价有变化的金属离子是_______o（2）“过滤1”前，用NaOH溶液调pH

至________的范围内，该过程中A产发生反应的离子方程式为.（3）“过滤2”后，滤饼中

检测不到Mg元素，滤液2中Mg?+浓度为2.7g1」。为尽可能多地提取RE3+,可提高月桂酸钠的

加入量，但应确保“过滤2”前的溶液中4c“H23coeT）低于mol•匚（保留两位有效数字）。

（4）①“加热搅拌”有利于加快RE，+溶出、提高产率，其原因是________o②“操作X”的过程为：

先再固液分离。（5）该工艺中，可再生循环利用的物质有（写化学式）。（6）

稀土元素钮（Y）可用于制备高活性的合金类催化剂Pt、Y。①还原YC1、和Pt。,熔融盐制备Pt,Y时,

生成Imolpt,Y转移mol电子。②PqY/C用作氢氧燃料电池电极材料时，能在碱性溶液中

高效催化的还原，发生的电极反应为o

4.[2022•广东卷]若将铜丝插入热浓硫酸中进行如图（a~d均为浸有相应试液的棉花）所示的探究实

验，下列分析正确的是（）

A.Cu与浓硫酸反应，只体现H2sO’的酸性B.a处变红，说明SO2是酸性氧化物C.b或c处褪色，均

说明SO2具有漂白性D.试管底部出现白色固体，说明反应中无H?。生成

5.[2022•江苏卷]氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是（）

A.自然固氮、人工固氮都是将N?转化为NH：

B.侯氏制碱法以HQ、NH?、CO2.NaCl为原料制备NaHCO,和NH4。

C工业上通过NH,催化氧化等反应过程生产HNO,

D.多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”

【考情分析】

金属及其化合物往往以化学工艺流程为载体，结合氧化还原反应、离子反应、化学实验等内容

综合进行考查。可能是选择题，也可能是工艺流程的非选择题。非金属及其化合物以真实情境作为

载体、以社会热点环境问题命题，结合实验基础知识考查非金属及其化合物的制备好性质探究，或

结合化学反应原理，在化工生产中考查非金属及其化合物的应用。

【变式训练】

1.下列“类比”合理的是（）

A.Fe与S反应生成FeS,则Cu与S反应生成Cu2s

B.C在足量的O2中燃烧生成CO2,则S在足量的O,中燃烧生成SO,

C.Cl?与水反应生成HC1和HC10,则Fa与水反应生成HF和HFO

D.Na。与CO?反应生成Na2co&和O?,则Na0与SO?反应生成Na2sO?和5

2.部分含氮物质的分类与相应氮元素的化合价关系如图所示。下列说法错误的是（）

+5

+4

+2

-3

A.a可经催化氧化生成bB.b为红棕色，可转化为c

C.密闭体系中，c存在2NO?一D.d的溶液与Cu反应可生成b或c

3.以不同类别物质间的转化为线索，认识钠及其化合物。

HQ⑤

0„A凡01CO,△

Na2O2---Na-F-NaOH-^Na2CO3^-NaHCO3

co2@

下列分析不正确的是（）

A.反应③表明CO?具有酸性氧化物的性质

B.反应④说明NaHCO,的热稳定性强于Na2CO3

C.反应⑤、⑥可用于潜水艇中氧气的供给

D.上述转化中发生的反应有分解反应、化合反应、置换反应

4.以红土银矿（主要含有FjO,、FeO、NiO、SiO2等）为原料，获取净水剂黄钠铁研

[NaFe3（SO4）2（OH%]和纳米银粉的部分工艺流程如下：

H2SO4NaClONajSO^NajCO,

丁韦~H羲bT过,iH哉H熊卜国轲+……->嚼

滤渣黄钠铁矶

3+2+

已知：Fe在pH约为3.7时可完全转化为Fe(OH),,Fe在pH约为9时可完全转化为Fe(OH)2。

下列说法错误的是()

A.“滤渣”的主要成分是Si。？

B.为提高银、铁元素的利用率，可将“过滤I”的滤液和滤渣洗涤液合并

2+3+

C.“氧化”过程发生反应的离子方程式为2H*+2Fe+CIO=2Fe+CP+H2O

D.“沉铁”过程中加入碳酸钠的作用是调节溶液的酸碱度，应将pH控制在3.7-9

5.钢具有广泛用途。黏土钢矿中，钢以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以

及Si。?、Fe3O4o采用以下工艺流程可由黏土钢矿制备NH4Vo3。

NaOHNaOH

30%H2SO4

鲁酸孰化目出

粉11

MnO2渡渣①

NH4VO,

滤液⑤滤渣④

该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:

金属离子Fe3+Fe2+Al3+Mi?+

开始沉淀pH1.97.03.08.1

完全沉淀pH3.29.04.710.1

回答下列问题:

(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是

⑵“酸浸氧化”中，V0+和VO?+被氧化成V0；,同时还有离子被氧化。写出VO+转化

为VO?+反应的离子方程式

(3)“中和沉淀”中，钢水解并沉淀为VzOsdHzO,随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、

以及部分的o

(4)“沉淀转溶”中，V2O5MH2O转化为钢酸盐溶解。滤渣③的主要成分是_______。

(5)“调pH”中有沉淀生成，生成沉淀反应的化学方程式是_______o

⑹“沉歌’中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NHQ,其原因是________。

答案以及解析

【高考原题】

L答案：D

解析：本题考查以硫化铜精矿为主要原料制备Cu粉的工艺流程。硫化铜精矿浸取时，得到硫酸锌、

硫酸铜、硫酸铁的溶液和单质硫，“中和调pH”时沉淀Fe3+；“过滤”得到的固体X为Fe(OH)3、S;“还

原”时氢气将硫酸铜还原为铜；“过滤”得到铜和硫酸锌溶液；硫酸锌溶液经过系列操作得到的金属M

为Zno固体X为Fe(OH)3、S,金属M为Zn,A项正确；CuS难溶于硫酸，在溶液中存在沉淀溶

解平衡：CuS(s)^Cu2+(aq)+S2-(aq),增大的浓度，可以反应消耗S?-,使之转化为S,从而使

沉淀溶解平衡正向移动，可促进金属离子的浸取，B项正确；中和调pH的目的是沉淀Fe3+,而Cu?+

不产生沉淀，由题表可知，应调pH的范围为3.2〜4.2,C项正确；还原时，发生的离子反应：

2++

CU+H2=CU+2H,增大溶液酸度不利于Cu的生成，D项错误。

2.答案：(1)C

600℃

(2)①.5TiO2+6C+1OC12=—5TiCI4+2C0+4CO2

②.随着温度升高，C0?与C发生反应生成CO

⑶3VOC13+A1=3VOC12+A1C13;蒸福

(4)不能；若先“除硅、铝”再“除钢”，“除钢”时需要加入A1,又引入AlCy杂质

(5)AC

解析：本题考查物质制备的工艺流程，涉及物质的分离提纯、金属的冶炼等。(1)由题图可知，

:=

600rHj-C(s)+O2(g)=CO2(g)的AG<0,2c(s)+C)2(g)2CO(g)的AG<0,反应均能自发进

行；600℃时TiO2(s)+2©2(g)—TiC"g)+O2(g)的AG>0,反应不能自发进行;根据盖斯定律

TiO2(s)+C(s)+2C12(g)==TiC"g)+CO2(g)可由A、C项反应相加得到，根据题图数据知，600℃时

其AGvO,反应能自发进行。综上所述，C项符合题意。(2)①相同条件下气体的压强之比等于

物质的量之比，结合题表中数据可知，TiC[CO和CO?的物质的量之比约是5:2:4,根据得失

电子守恒、原子守恒可写出TiC>2与C、Cl?反应的总化学方程式为

5TiO2+6C+1OC12----5TiCl4+2CO+4CO2;

②随着温度升高，cc)2与c发生反应：c+co2—2CO,导致CO含量升高。

(3)“降温收尘”后钢元素主要以VOCL,形式存在，加入A1得到VOCk渣，即铝将VOC%还原为

VOC12,化学方程式为3Voe13+Al-3Voek+A1C13；根据A1C13,SiCl4与TiCl4的沸点知“除硅、

铝”过程中，可采用蒸镭的方法分离A1C13、SiCl4o

(4)若先“除硅、铝”再“除钢”，“除钢”时需要加入Al,又引入Ale%杂质，因此“除钢”和“除硅、铝”

的顺序不能交换。(5)本工艺流程中加入Mg冶炼Ti的方法为热还原法，高炉炼铁的原理是用还

原剂将铁矿石中铁的氧化物还原成金属铁，属于热还原法，A项符合题意；电解熔融氯化钠制取金

属钠属于电解法，B项不符合题意；铝热反应制镒是利用A1作还原剂，将镒从其化合物中还原出来，

为热还原法，C项符合题意；汞为不活泼金属，可以直接用加热分解氧化汞的方法制汞，属于热分

解法，D项不符合题意。

3.答案：(1)Fe2+

(2)4.7<pH<6,2;A13++3OH--A1(OH)3J

⑶4.0x10-

(4)①加热搅拌可加快反应速率；加热至55℃,月桂酸呈液态，避免包覆(CuHFOOkRE；②降

温至44℃以下或冷却至室温

(5)MgSO4

(6)①15；②。2+4^+2H2。-4OH-

解析：本题考查矿物中提取稀土的工艺流程分析。

(1)浸取液中含有的杂质金属阳离子主要有Mg?+、Al"、Fe?+,氧化的主要目的是将Fe?，氧化为

Fe3+o

,+3+,+3+

(2)为保证Fe和Al沉淀完全，而RE不沉淀，应控制pH的范围为4.7<pH<6.2,该过程中Al

发生的反应为Al"+30H=^=A1(OH)3J0

(3)滤液2中c(Mg2+)=奈喘尹=0.1125mol.L,已知©*80)2Mg的仆=1.8x10。，为

保证Mg"不沉淀，贝lJc(C“H23coe=4.0xKT4mol-L。

(4)①“加热搅拌''可增大反应物间的接触面积，加快反应速率，有利于RB"溶出；加热

至55℃,月桂酸呈液态，避免包覆(C“H”COO)3RE,提高溶出率。②根据月桂酸的熔点为44℃可

知，“操作X”前，应降温至44℃以下或冷却至室温，使月桂酸转变为固体，然后固液分离。

(5)滤液2中含MgSO4，可循环使用。

(6)①YC1?中Y元素为+3价，PtCL中Pt元素为+4价，则生成ImolPqY转移的电子

(4x3+3)mol=15mol„②碱性溶液中，氢氧燃料电池正极上0?得到电子转化为，电极反应式

为02+4e-+2H,O=4OH

4.答案：B

解析：本题考查铜与浓硫酸的反应以及二氧化硫性质的检验。Cu与浓H2so4反应的化学方程式为

V

CU+2H2SO4(^)^=CUSO4+SO2T+2H,O,反应中体现浓硫酸的强氧化性和酸性，A项错误；a

处紫色石蕊变红，是因为SO?与H?O反应生成了酸，可说明SO?为酸性氧化物，B项正确；品红褪

色说明SO,具有漂白性，酸性高镒酸钾具有强氧化性，其褪色说明SO?具有还原性，C项错误；由

反应的化学方程式可知反应中有HQ生成，由于浓硫酸具有吸水性，导致底部出现白色固体，D项

错误。

5.答案：A

【变式训练】

1.答案：A

解析：本题考查类比思维，涉及元素及其化合物的性质。s的氧化性比较弱，S与变价金属Fe反应

产生FeS,与Cu反应产生C%S,A正确；C在足量的0?中燃烧生成C0?,而S在足量的O?中燃

烧生成SO”B错误；J与水反应生成HC1和HC1O,但F2与水反应生成HF和02,C错误；Na2O2

与©02反应生成Na2cO3和0?,由于NaQ,具有强氧化性，S02具有还原性，则Na?。?与SO,反应

生成NaRO,,不能生成Na2sO3和0小D错误。

2.答案：B

解析：本题以“价类”二维图考查氮及其化合物的性质与转化。由图像可知，a为NH,，b为NO,d

为HNO3。NH、可经催化氧化生成NO,A正确；NO为无色气体，与5反应转化为红棕色的NO?,

B错误；+4价的含氮氧化物有NO?、N2O4,密闭体系中，c存在ZNOzKiNq,,C正确；Cu

与稀硝酸反应生成NO,与浓硝酸反应生成NO2,D正确。

3.答案：B

解析：本题考查钠及其化合物的转化与性质。与碱反应生成盐与水的氧化物为酸性氧化物，二氧化

碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，则反应③表明COz具有酸性氧化物的性质，故A正确；碳酸氢

钠受热分解生成碳酸钠，则反应④说明Na2co,的热稳定性强于NaHCO,,故B错误；过氧化钠与

水、二氧化碳反应生成氧气，过氧化钠可用于潜水艇中氧气的供给，故C正确；④是分解反应、①

是化合反应、②是置换反应，则题述转化中发生的反应有分解反应、化合反应、置换反应，故D正

确。

4答案:D

解析：本题以红土银矿获取黄钠铁帆和纳米银粉的工艺流程为载体，考查物质的分离及提纯、反应

条件的控制、离子方程式等。加入H^SO,“酸浸”，Fe,OrFeO、NiO均反应，故“过滤I”的滤渣为

2

SiO2,A正确；“过滤I”的滤渣洗涤液含有FetFe\Ni?+等，将其与滤液合并，可提高银、铁元

素的利用率，B正确；“过滤I”所得滤液呈酸性，加入NaClO“氧化”，Fe?’被氧化为Fe",CIO则

被还原为Cl,离子方程式为2Fe”+C10一+2H+-2Fe3++C^,C正确；“沉铁"时，Fe"转化为

黄钠铁斫析出，pH