第6章　教材延伸1　Be、Sn、Pb、Cr、V等金属元素及其化合物

教材延伸1Be、Sn、Pb、Cr、V等金属元素及其化合物一、Be、Sn、Pb等主族金属元素1.含铍的盐Be2+Be(OH)2[Be(OH)4]2-Be(OH)2Be2+。2.铅及其化合物(1)Pb：常温时Pb在空气中稳定存在，但表面易形成PbO和Pb2(OH)2CO3的保护膜；O2存在时，Pb可与醋酸反应：2Pb+O2+4CH3COOH=2(CH3COO)2Pb+2H2O；加热条件下与浓盐酸反应：Pb+4HCl(浓)H2[PbCl4]+H2↑。(2)PbO、PbO2：均为两性氧化物，如PbO+2HCl=PbCl2+H2O，PbO+2NaOH+H2O=Na2[Pb(OH)4]；PbO2具有氧化性，PbO2+H2O2+2H+=Pb2++O2↑+2H2O。(3)Pb3O4：红色，可看作2PbO·PbO2，高温下分解：2Pb3O46PbO+O2↑；不溶于水，溶于热碱溶液，溶于酸时表现出氧化性，即Pb3O4+8HCl=4H2O+3PbCl2+Cl2↑。(4)PbS：方铅矿，3PbS+5O22PbO+PbSO4+2SO2。(5)PbSO4：难溶盐，在工艺流程中常将Pb杂质转化为PbO，然后用硫酸酸化转化为PbSO4而除去。(6)(CH3COO)2Pb：实验室中用醋酸铅试纸检验H2S，H2S+(CH3COO)2Pb=PbS↓(黑色)+2CH3COOH。3.锡及其化合物(1)Sn：与稀盐酸作用缓慢，加热条件下与浓盐酸反应较快：Sn+2HCl(浓)SnCl2+H2↑；与NaOH反应生成亚锡酸钠和H2：Sn+2NaOH=Na2SnO2+H2↑。(2)Sn(OH)2：两性氢氧化物，可发生反应Sn(OH)2+2HCl=SnCl2+2H2O、Sn(OH)2+2NaOH=Na2SnO2+2H2O。(3)SnCl2、SnCl4：均可水解，SnCl2+H2O⥬Sn(OH)Cl↓(白色)+HCl、SnCl4+4H2O⥬Sn(OH)4↓+4HCl。1.铝、铍(Be)及其化合物具有相似的化学性质。已知反应：BeCl2+Na2[Be(OH)4]=2NaCl+2Be(OH)2↓能完全进行，则下列推断正确的是()A.Be(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液B.BeCl2水溶液的导电性强，故BeCl2是离子化合物C.Na2[Be(OH)4]溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物为BeOD.BeCl2溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物可能是BeCl2答案A解析Be(OH)2和Al(OH)3性质相似，BeCl2和AlCl3均是共价化合物；Na2[Be(OH)4]溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧得到的残留物为Na2[Be(OH)4]；BeCl2是强酸弱碱盐，其溶液的pH<7，蒸干并灼烧得到的残留物是BeO。2.镓(Ga)与铝同主族，曾被称为“类铝”，其氧化物和氢氧化物均为两性化合物。工业制备镓的流程如图所示：下列判断不合理的是()A.Al、Ga均位于第ⅢA族B.Ga2O3可与盐酸反应生成GaCl3C.Ga(OH)3可与NaOH溶液反应生成Na[Ga(OH)4]D.酸性：Al(OH)3>Ga(OH)3答案D解析镓(Ga)与铝同主族，均位于第ⅢA族，A项正确；Ga2O3与Al2O3的性质相似，可与盐酸反应生成GaCl3，B项正确；Ga(OH)3属于两性氢氧化物，与Al(OH)3的性质相似，能与NaOH溶液反应生成Na[Ga(OH)4]，C项正确；在Na[Al(OH)4]和Na[Ga(OH)4]的混合液中通入适量CO2，只有Al(OH)3沉淀，而没有Ga(OH)3沉淀，根据强酸制弱酸的原理，Ga(OH)3的酸性强于碳酸，则酸性：Al(OH)3<Ga(OH)3，D项错误。3.废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等。为了保护环境、充分利用铅资源，通过如图流程实现铅的回收：一些难溶电解质的溶度积常数如下表：难溶电解质PbSO4PbCO3BaSO4BaCO3Ksp/(mol2·L-2)2.5×10-87.4×10-141.1×10-102.6×10-9一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀的pH如下表：金属氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3Pb(OH)2开始沉淀的pH2.36.83.57.2完全沉淀的pH3.28.34.69.1回答下列问题：(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为。(2)在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是。(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，还要加入H2O2。(ⅰ)能被H2O2氧化的离子是；(ⅱ)H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb(Ac)2，其化学方程式为；(ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，H2O2的作用是。(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是。(5)“沉铅”的滤液中，金属离子有。答案(1)PbSO4(s)+CO32-(aq)=PbCO3(s)+SO4(2)反应BaSO4(aq)+CO32-(aq)⥬BaCO3(s)+SO42-(aq)的平衡常数K=c(SO42-(3)(ⅰ)Fe2+(ⅱ)Pb+H2O2+2HAc=Pb(Ac)2+2H2O(ⅲ)作还原剂(4)Al(OH)3、Fe(OH)3、BaSO4(5)Na+、Ba2+4.(2025·山东济宁模拟)用锑砷烟灰(主要成分为Sb2O3、As2O3，含Pb、Ag、Cu等元素)制取焦锑酸钠[NaSb(OH)6]和砷酸钠(Na3AsO4)，不仅治理了砷害污染，还可综合回收其他有价值的金属。其工艺流程如图所示：已知：①Ag、Cu、Pb的氧化物不溶于Na2S溶液；②硫浸后，锑砷以Na3SbS3、Na3AsS3的形式存在；③NaSb(OH)6易溶于热水，难溶于冷水，不溶于乙醇。回答下列问题：(1)“硫浸”时，Sb2O3溶解的离子方程式为。(2)用NaNO3和NaOH浸取锑砷烟灰也可得到Na3SbO4，其缺陷是。(3)“氧化”时所用H2O2的电子式为，反应温度不宜太高的原因是。(4)“中和”时，生成NaSb(OH)6的化学方程式为，操作X为、过滤、洗涤、干燥。答案(1)Sb2O3+6S2-+3H2O=2SbS33-(2)有污染性气体NO、NO2(NOx)等产生(3)H··O‥‥··(4)HSbO3+NaOH+2H2O=NaSb(OH)6蒸发浓缩、冷却结晶解析锑砷烟灰(主要成分为Sb2O3、As2O3，含Pb、Ag、Cu等元素)，加入Na2S和NaOH，根据已知①和②，Sb2O3转化为Na3SbS3，As2O3转化为Na3AsS3，Sb2O3发生的反应为Sb2O3+6Na2S+3H2O=2Na3SbS3+6NaOH；滤液中加入过氧化氢，可将Na3SbS3氧化生成Na3SbO4和S，将Na3AsS3氧化生成Na3AsO4和S，过滤得到固体(Na3SbO4和S的混合物)和滤液(Na3AsO4)，滤液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到Na3AsO4·12H2O，固体(Na3SbO4和S的混合物)加入盐酸除去硫，得到含HSbO3的溶液，再加NaOH，得到NaSb(OH)6。二、Zn、Cr、Mn、V、Co等过渡金属元素1.过渡金属——多变价(1)高价态金属通常形成含氧酸根离子的盐，具有较强的氧化性，如KMnO4、K2Cr2O7、K2FeO4等，均能将浓盐酸氧化成Cl2。(2)在空气中灼烧一些不稳定的低价金属的化合物，在分解的同时可能被氧化：MnOOHMnO2；Fe(OH)2Fe2O3；CoC2O4Co3O4。(3)低价金属的氢氧化物，为难溶性的弱碱，且易分解成氧化物，如Fe(OH)2、Mn(OH)2、Cr(OH)3。(4)低价硫化物，通常为有色难溶物，如HgS(黑或红)、FeS(黑)、Cu2S(黑)、FeS2(金黄)。工业生产中，常通过转化价态、调节pH将过渡金属转化为氢氧化物沉淀或难溶硫化物分离除去。2.过渡金属易形成配合物(1)过渡金属离子常易水解，其水合离子通常显色，如Cu2+(aq，蓝)、Fe2+(aq，浅绿)、Fe3+(aq，黄)、Cr3+(aq，绿)。(2)容易形成配合物的中心离子，如[Cu(NH3)4]2+、[Ag(NH3)2]+、[Fe(SCN)6]3-、[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+。(3)向一些盐溶液中滴加氨水，先生成难溶性碱，继续滴加，生成含氨配合物，如CuSO4(aq)[或AgNO3(aq)]Cu(OH)2(s)[或AgOH(s)][Cu(NH3)4]2+{或[Ag(NH3)2]+}。3.锌及其化合物的转化①Zn(OH)2+2OH-=[Zn(OH)4]2-，②Zn(OH)2+2H+=Zn2++2H2O，③ZnO+2H+=Zn2++H2O，④ZnO+2OH-+H2O=[Zn(OH)4]2-。4.铬的重要化合物(1)Cr2O3和Cr(OH)3显两性，其转化关系为Cr3+Cr(OH)3[Cr(OH)4]-。反应的离子方程式：①Cr3++3OH-=Cr(OH)3↓②Cr(OH)3+OH-=[Cr(OH)4]-，Cr3++4OH-=[Cr(OH)4]-③[Cr(OH)4]-+H+=Cr(OH)3↓+H2O；④Cr(OH)3+3H+=Cr3++3H2O，[Cr(OH)4]-+4H+=Cr3++4H2O(2)铬(Ⅵ)最重要的化合物是K2Cr2O7，在水溶液中Cr2O72-和Cr2CrO42-(黄色)+2H+⥬Cr2O72-(橙红色)5.钒的重要化合物(1)五氧化二钒既能溶于强碱，又能溶于强酸，如：V2O5+6NaOH=2Na3VO4+3H2O；V2O5+6HCl=2VOCl2+Cl2↑+3H2O。(2)VO2+、VO2+：在酸性介质中，VVO2++Fe2++2H+=VO2++Fe3++H22VO2++H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H26.钴的配合物(1)Co(Ⅱ)与H2O、Cl-配合的平衡转化[Co(H2O)6]2+[CoCl4]2-粉红色蓝色(2)Co(Ⅱ)的配合物具有较强的还原性Co2++6NH3→[Co(NH3)6]2+[Co(NH3)6]3+1.某科研团队从铬钒渣中分离钒并制备Cr(OH)3的流程如图：已知：①“溶解”后所得滤液为Na2CrO4、Na[Al(OH)4]和NaVO3的混合溶液；②Cr的最高价含氧酸根离子在酸性介质中主要以Cr2O72-存在，在碱性介质中主要以CrO4A.“灼烧”步骤的尾气中含CO2B.“沉铝”步骤的离子方程式为2[Al(OH)4]-+CO2=2Al(OH)3↓+CO32-C.“分离钒”之后Cr元素的存在形式主要为Cr2OD.“转化沉铬”步骤中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶3答案B解析在“灼烧”步骤，Cr2O3、V2O3、Al2O3与Na2CO3、O2反应产生相应钠盐的同时产生CO2，因此所得的尾气中含CO2，A正确；“沉铝”步骤通入足量CO2，该反应的离子方程式为[Al(OH)4]-+CO2=Al(OH)3↓+HCO3-，B错误；“分离钒”之后，所得溶液显强酸性，根据题意可知，酸性介质中Cr的最高价含氧酸根离子的存在形式主要为Cr2O72-，C正确；Cr2O72-具有强氧化性，与Na2C2O4和NaOH反应生成Cr(OH)3沉淀：Cr2O72-+3C2O42-+H2O+4OH-=2Cr(OH)3↓+6CO32-，在该反应中Cr2O72.以黄铁矿(主要成分是FeS2，含少量SiO2)和软锰矿(主要成分是MnO2，含少量Fe2O3、Al2O3)为原料制备MnSO4·H2O的工艺流程如图。下列说法正确的是()A.酸浸和沉锰操作均应在较高温度下进行B.滤渣1的成分中含有S和SiO2C.调pH的目的只为除去溶液中的Fe3+D.沉锰操作中主要反应的离子方程式是2HCO3-+Mn2+=MnCO3↓+CO2↑+H答案B解析酸浸时采用高温可以使反应速率加快，而沉锰时如果温度过高，氨水和NH4HCO3受热分解，MnCO3溶解度增大，导致沉锰效率降低，因此应该在低温下进行沉锰，A错误；调pH的目的是使溶液中的Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，从而达到除去Fe3+、Al3+的目的，C错误；沉锰操作中加入NH3·H2O和NH4HCO3，反应的离子方程式为2HCO3-+Mn2++2NH3·H2O=MnCO3↓+CO32-+2NH4+3.以含镍废料(主要成分为NiO，含少量FeO、Fe2O3、CoO、BaO和SiO2)为原料制备NixOy和碳酸亚钴(CoCO3)的工艺流程如图：下列说法不正确的是()A.“滤渣Ⅰ”的主要成分是SiO2、BaSO4B.“氧化”时反应的离子方程式为6Fe2++6H++ClO3-=6Fe3++Cl-C.“调pH”过程中形成黄钠铁矾渣，Na2CO3必须过量D.“沉钴”过程发生反应的离子方程式为Co2++2HCO3-=CoCO3↓+CO2↑答案C解析废料中加入硫酸，NiO、FeO、Fe2O3、CoO、BaO均能与硫酸反应，生成的NiSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3、CoSO4进入溶液，SiO2和BaSO4为滤渣，A正确；“调pH”过程中形成黄钠铁矾渣，Na2CO3不能过量，防止Co2+、Ni2+形成沉淀而损失，C错误。4.(2024·黑吉辽，16)中国是世界上最早利用细菌冶金的国家。已知金属硫化物在“细菌氧化”时转化为硫酸盐，某工厂用细菌冶金技术处理载金硫化矿粉(其中细小的Au颗粒被FeS2、FeAsS包裹)，以提高金的浸出率并冶炼金，工艺流程如下：回答下列问题：(1)北宋时期我国就有多处矿场利用细菌氧化形成的天然“胆水”冶炼铜，“胆水”的主要溶质为_____________(填化学式)。(2)“细菌氧化”中，FeS2发生反应的离子方程式为。(3)“沉铁砷”时需加碱调节pH，生成(填化学式)胶体起絮凝作用，促进了含As微粒的沉降。(4)“焙烧氧化”也可提高“浸金”效率，相比“焙烧氧化”，“细菌氧化”的优势为(填标号)。A.无需控温B.可减少有害气体产生C.设备无需耐高温D.不产生废液废渣(5)“真金不怕火炼”，表明Au难被O2氧化，“浸金”中NaCN的作用为。(6)“沉金”中Zn的作用为。(7)滤液②经H2SO4酸化，[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN的化学方程式为。用碱中和HCN可生成(填溶质化学式)溶液，从而实现循环利用。答案(1)CuSO4(2)4FeS2+15O2+2H2O4Fe3++8SO42-+4H+(3)Fe(OH)3(4)BC(5)作络合剂，将Au转化为[Au(CN)2](6)作还原剂，将[Au(CN)2]-还原为Au(7)Na2[Zn(CN)4]+2H2SO4=ZnSO4+4HCN+Na2SO4NaCN解析矿粉中加入足量空气和H2SO4，在pH=2时进行细菌氧化，金属硫化物中的S元素转化为硫酸盐，过滤，滤液中主要含有Fe3+、SO42-、As(Ⅴ)，加碱调节pH，Fe3+转化为Fe(OH)3胶体，可起到絮凝作用，促进含As微粒的沉降，过滤可得到净化液；滤渣主要为Au，Au与空气中的O2和NaCN溶液反应，得到含[Au(CN)2]-的浸出液，加入Zn进行“沉金”得到Au和含[Zn(CN)4]2-的滤液②。(1)“胆水”冶炼铜，“胆水”的主要成分为CuSO4。(2)“细菌氧化”的过程中，FeS2在酸性环境下被O2氧化为Fe3+和SO42-，离子方程式为4FeS2+15O2+2H2O4Fe3++8SO42-+4H+。(4)细菌的活性与温度息息相关，因此细菌氧化也需要控温，A不符合题意；焙烧氧化时，金属硫化物中的S元素通常转化为SO2，而细菌氧化时，金属硫化物中的S元素转化为硫酸盐，可减少有害气体的产生，B符合题意；焙烧氧化需要较高的温度，因此所使用的设备需要耐高温，而细菌氧化不需要较高的温度就可进行，设备无需耐高温，C符合题意；由流程可知，细菌氧化也会产生废液废渣，D不符合题意。(5)“浸金”中，Au作还原剂，O2作氧化剂，NaCN作络合剂，将Au转化为[Au(CN)2]-从而浸出。(7)滤液②含有[Zn(CN)4]2-，经过H2SO4酸化，[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN，反应的化学方程式为Na2[Zn(CN)4]+2H2SO4=ZnSO4+4HCN+Na2SO4；用碱中和HCN得到的产物，可实现循环利用，即用NaOH中和HCN生成NaCN5.(2025·山东淄博模拟)用钒渣(主要化学成分为V2O3，含少量CaO、Fe2O3和SiO2)制备V2O5的工艺流程如图所示：已知：Ⅰ.酸性条件下，+4价、+5价V分别以VO2+、VOⅡ.HA的萃取原理为Mn+(水层)+nHA(有机层)⥬nH