2025版新教材高考化学一轮复习第3章物质的性质与转化第1节素养提升7变价金属的知识拓展学案鲁科版

PAGE6-素养提升7变价金属的学问拓展1．钒(V)及其化合物(1)钒单质的性质：银白色金属，熔点高，有延展性，质坚硬，无磁性。具有耐酸性，在空气中不被氧化，可溶于氢氟酸、硝酸和王水。(2)钒的氧化物钒能分别以＋2、＋3、＋4、＋5价与氧结合，形成四种氧化物：VO、V2O3、VO2、V2O5。(3)钒盐钒盐包括偏钒酸盐VOeq\o\al(－,3)、正钒酸盐VOeq\o\al(3－,4)，如：偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠、焦钒酸钠；四价盐(VO2＋)：硫酸氧钒、草酸氧钒。不同价态的钒离子有不同的颜色：VOeq\o\al(＋,2)颜色为浅黄色或深绿色，VO2＋颜色为蓝色，V3＋为绿色，V2＋为紫色。2．铬(Cr)及其化合物(1)铬单质的性质：铬是银白色的金属，难熔(熔点1800℃)，铬是最硬的金属，铬的化学性质很稳定，在常温下，放在空气中或浸在水里不会生锈。(2)铬的化合物①Cr2O3性质：绿色颜料，俗称“铬绿”，它是一种两性氧化物，能与酸或浓碱溶液反应。②K2Cr2O7(重铬酸钾)性质：橙红色晶体，具有强氧化性，与盐酸反应(加热)制备氯气，K2Cr2O7还可以用来检测司机酒驾。在分析化学中，可以用K2Cr2O7来测定铁的含量。3．锰(Mn)及其化合物(1)锰单质的性质：银白色金属，硬而脆，熔沸点高；在空气中易氧化生成褐色氧化物覆盖层，燃烧时生成四氧化三锰；溶于稀盐酸、稀硫酸生成二价锰盐。(2)锰的化合物①二氧化锰黑色结晶体或无定形粉末。熔点390℃，不溶于水和硝酸，与纯碱和氧化剂共熔，放出二氧化碳而生成高锰酸盐，在535℃分解成三氧化二锰和氧气，是强氧化剂。②高锰酸钾紫色的结晶固体，溶于水、碱液，微溶于甲醇、丙酮、硫酸。具有强氧化性，在生活、医疗上广泛用作杀菌消毒剂，在试验室中和工业上常用作氧化剂，其还原产物因介质的酸碱性不同而不同。1．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＋NaNO3eq\o(→,\s\up10(高温))Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的化学计量数之比为______。该步骤不能运用陶瓷容器，缘由是_____________________。(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”)，缘由是________________________________________________(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________。解析：(1)首先标出变价元素的化合价，分析价态改变可知：1molFeO·Cr2O3失去7mol电子，1molNaNO3得到2mol电子，则由得失电子守恒可知二者化学计量数之比应为2∶7；该步骤中主要反应的反应物中有Na2CO3，而陶瓷中含有二氧化硅，二者在熔融时反应，故不能运用陶瓷容器。(2)步骤①的反应产生了不溶于水的Fe2O3，故熔块水浸后滤渣1的主要成分是Fe2O3，则含量最多的金属元素是铁元素；将滤液1调整pH＝7后，Al3＋转化为Al(OH)3沉淀而除去，故滤渣2的主要成分是Al(OH)3和含硅杂质。(3)滤液2中的主要成分是Na2CrO4，滤液3中的主要成分应为Na2Cr2O7，则第④步调整pH的作用是使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7，离子方程式为2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O，酸性越强越利于Na2CrO4转化为Na2Cr2O7，故应调整pH使之变小。(4)由溶解度曲线图可知，10℃时K2Cr2O7溶解度最小，而Na2Cr2O7、KCl、NaCl此时溶解度均大于K2Cr2O7，三者均存在于溶液中，故冷却到10℃时得到的K2Cr2O7固体最多，该步骤的化学方程式为2KCl＋Na2Cr2O7=2NaCl＋K2Cr2O7↓，明显该反应为复分解反应。答案：(1)2∶7陶瓷在高温下会与Na2CO3反应(2)FeAl(OH)3(3)小2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O(4)d复分解反应2．某含镍(Ni)废催化剂中主要含有Ni，还含有Al、Al2O3、Fe及其他不溶于酸、碱的杂质。部分金属氢氧化物Ksp近似值如下表所示：化学式Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Ni(OH)2Ksp近似值10－1710－3910－3410－15现用含镍废催化剂制备NiSO4·7H2O晶体，其流程图如下：回答下列问题：(1)“碱浸”时发生反应的离子方程式为Al2O3＋2OH－＋3H2O=2[Al(OH)4]－，_______________________________________。(2)“酸浸”所运用的酸为_____________________________。(3)“净化除杂”需加入H2O2溶液，其作用是_____________。然后调整pH使溶液中铁元素恰好完全沉淀，列式计算此时的pH。__________________________________________。(4)“操作A”为________、过滤、洗涤、干燥，即得产品。(5)NiSO4在强碱性溶液中可被NaClO氧化为NiOOH，该反应的离子方程式为_________________________________________。(6)NiOOH可作为镍氢电池的电极材料，该电池的工作原理如下图所示，其放电时，正极的电极反应式为_______________。解析：(1)“碱浸”时除了氧化铝与碱反应外，还会有金属铝与碱反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，反应的离子方程式为2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]－＋3H2↑。(2)依据流程图可知，最终产物为硫酸盐，所以“酸浸”所运用的酸为稀硫酸(或硫酸、H2SO4)。(3)从图表信息可知，氢氧化亚铁的Ksp较大，而氢氧化铁Ksp相对较小，因此“净化除杂”需加入H2O2溶液，其作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，易于形成沉淀而除去；然后调整pH使溶液中铁元素恰好完全沉淀，ceq\o\al(3,平)(OH－)＝eq\f(Ksp[FeOH3],c平Fe3＋)＝eq\f(10－39,10－5)＝10－34，c平(OH－)≈10－11.3mol·L－1，则c平(H＋)＝eq\f(KW,c平OH－)＝10－2.7mol·L－1，pH＝2.7。(4)从溶液中得到晶体的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，即得产品。(5)NiSO4在强碱性溶液中可被NaClO氧化为NiOOH，该反应的离子方程式为2Ni2＋＋ClO－＋4OH－=2NiOOH↓＋Cl－＋H2O。(6)放电时为原电池，正极发生还原反应，NiOOH被还原为Ni(OH)2，正极的电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－。答案：(1)2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]－＋3H2↑(2)稀硫酸(或硫酸、H2SO4)(3)将Fe2＋氧化为Fe3＋ceq\o\al(3,平)(OH－)＝eq\f(Ksp[FeOH3],c平Fe3＋)＝eq\f(10－39,10－5)＝10－34，c平(OH－)≈10－11.3mol·L－1，则c平(H＋)＝eq\f(KW,c平OH－)＝10－2.7mol·L－1，pH＝2.7(4)冷却结晶(5)2Ni2＋＋ClO－＋4OH－=2NiOOH↓＋Cl－＋H2O(6)NiOOH＋H2O＋e－=Ni(OH)2＋OH－3．TiO2既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。(1)试验室利用反应TiO2(s)＋CCl4(g)eq\o(=,\s\up10(△))TiCl4(g)＋CO2(g)，在无水无氧条件下制备TiCl4，试验装置示意图如下：有关物质性质如下表：物质熔点/℃沸点/℃其他CCl4－2376与TiCl4互溶TiCl4－25136遇潮湿空气产生白雾仪器A的名称是________。装置E中的试剂是________。反应起先前依次进行如下操作：组装仪器、________、加药品、通N2一段时间后点燃酒精灯。反应结束后的操作包括：①停止通N2②熄灭酒精灯③冷却至室温。正确的依次为________(填标号)。欲分别D中的液态混合物，所采纳操作的名称是________。(2)工业上由钛铁矿(FeTiO3)(含Fe2O3、SiO2等杂质)制备TiO2的有关反应包括：酸溶：FeTiO3(s)＋2H2SO4(aq)=FeSO4(aq)＋TiOSO4(aq)＋2H2O(l)水解：TiOSO4(aq)＋2H2O(l)eq\o(=,\s\up10(90℃))H2TiO3(s)＋H2SO4(aq)简要工艺流程如下：①试剂A为________(填化学符号)。钛液Ⅰ需冷却至70℃左右，若温度过高会导致产品TiO2产率降低，缘由是___________。②取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H2O2后出现微红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是________。这种H2TiO3即运用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO2也会发黄，发黄的杂质是____________(填化学式)。解析：(1)制取TiCl4须要在无水无氧的环境中进行，试验中用N2排出装置内的空气，干燥管A中的试剂是为了除去空气中的O2和水蒸气。E中应盛有浓硫酸，防止空气中的水蒸气进入装置，使TiCl4发生水解，反应前，先组装仪器、检查装置的气密性，再装入药品。反应后，应先熄灭酒精灯，待装置冷却至室温，再停止通入N2。D中的液态混合物为生成的TiCl4和挥发出的CCl4，由表中信息可知，二者互溶，但沸点相差较大，可实行分馏(或蒸馏)的方法予以分别。(2)①钛铁矿中含有Fe2O3、SiO2等杂质，用硫酸溶解时，溶液中生成Fe2(SO4)3，则钛液Ⅰ中含有TiOSO4、FeSO4和Fe2(SO4)3，加入试剂A后，结晶、过滤得到的是FeSO4·7H2O，所以试剂A是铁粉，把Fe3＋还原为Fe2＋；由于TiOSO4简单水解，若温度过高，则会有较多的TiOSO4水解为H2TiO3沉淀，过滤后混入FeSO4·7H2O中，导致TiO2产率降低。②先加KSCN溶液无现象，加H2O2后出现红色，说明存在Fe2＋，经加热后Fe2＋被氧化为Fe2O3而使产品发黄。答案：(1)干燥管浓硫酸检验装置气密性②③①分馏(或蒸馏)(2)①Fe温度过高会导致TiOSO4提前水解，产生H2TiO3沉淀②Fe2＋Fe2O34．碱式碳酸钴用做催化剂及制钴盐原料，陶瓷工业着色剂，电子、磁性材料的添加剂。利用以下装置测定碱式碳酸钴[Cox(OH)y(CO3)z·H2O]的化学组成。已知：碱式碳酸钴中钴为＋2价，受热时可分解生成三种氧化物。请回答下列问题：(1)选用以上装置测定碱式碳酸钴[Cox(OH)y(CO3)z·H2O]的化学组成，其正确的连接依次为a→b→________(按气流方向，用小写字母表示)。(2)样品分解完，打开止水夹K，缓缓通入氮气数分钟，通入氮气的目的是_________________________________________。(3)取碱式碳酸钴样品34.9g，通过试验测得分解生成的水和二氧化碳的质量分别为3.6g、8.8g，则该碱式碳酸钴的化学式为___________________。(4)某爱好小组以含钴废料(含少量Fe、Al等杂质)制取CoCl2·6H2O的一种试验设计流程如下：已知：25℃时沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3起先沉淀pH1.97.07.63.4完全沉淀pH3.29.09.24.7①操作Ⅰ用到的玻璃仪器主要有________；②加盐酸调pH为2～3的目的是__________________________；③操作Ⅱ的过程为___________________________________、洗涤、干燥。解析：(1)甲装置为分解装置，用戊装置汲取生成的水，用乙装置汲取生成的二氧化碳，用丙装置是防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入试验装置影响试验结果。(2)为了保证数据的精确性，通入氮气使产生的气体全部被汲取。(3)生成水的质量为3.6g，物质的量为eq\f(3.6g,18g·mol－1)＝0.2mol，生成CO2的质量为8.8g，物质的量为eq\f(8.8g,44g·mol－1)＝0.2mol，碱式碳酸钴的质量为34.9g，氧化亚钴的质量为34.9g－3.6g－8.8g＝22.5g，其物质的量为eq\f(22.5g