1、专题能力训练7常见的金属元素及其化合物(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(共6小题,每小题7分,共42分。每小题只有1个选项符合题意)1.某研究小组通过实验探究铜及其化合物的性质,操作正确且能达到实验目的的是()A.将铜丝插入浓硫酸中并加热,反应后再加入水,观察硫酸铜溶液的颜色B.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,观察氯化铜的生成C.将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干,得到无水CuCl2固体D.将表面有铜绿Cu2(OH)2CO3的铜器放入盐酸中浸泡,除去铜绿答案:D解析:铜与浓硫酸反应后的剩余物中仍有浓硫酸,将水加入反应器中易发生危险,A项错误;观察氯化铜的生成需要在加热条件下,B项
2、错误;CuCl2水解生成的HCl易挥发,加热蒸干能促进CuCl2的水解而得不到CuCl2固体,C项错误。2.金属是一类重要的材料,人类的日常生活、生产、实验、科研、科技等领域都离不开金属。下列关于金属Na、Al、Fe及其化合物的说法正确的是()A.小苏打、氢氧化铝均可用于治疗胃酸过多B.Na、Fe形成的氧化物均能与强酸反应,均属于碱性氧化物C.配制Fe2(SO4)3溶液时,向溶液中加入少量的盐酸能防止溶液变浑浊D.AlCl3是一种电解质,工业上直接用于电解冶炼金属铝答案:A解析:胃酸中的主要成分是盐酸,小苏打(NaHCO3)、氢氧化铝均能与盐酸反应,可用于治疗胃酸过多,A项正确;在Na、Fe形
3、成的氧化物中,Na2O2、Fe3O4不属于碱性氧化物,B项错误;配制Fe2(SO4)3溶液时,应该向溶液中加入少量的硫酸才能防止溶液变浑浊(抑制Fe3+的水解),而用盐酸虽然也能防止溶液变浑浊,但会带来杂质离子(Cl-),C项错误;AlCl3虽然是电解质,但属于共价化合物,其熔融状态下不导电,D项错误。3.下列物质的转化在给定条件下能实现的是()Al2O3NaAlO2(aq)Al(OH)3SSO3H2SO4FeFe2+Fe3+Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOA.B.C.D.答案:A解析:S在O2中燃烧生成SO2,错误;过量的铁与稀硝酸反应得到的最
4、终产物为Fe2+,正确;FeCl3水溶液加热蒸干会发生水解及分解反应,最后得到Fe2O3,错误。4.下列实验操作、现象、结论均正确的是()选项操作可能的实验现象结论A向某溶液中先滴加少量氯水再滴加KSCN溶液溶液变为红色溶液中一定含有Fe3+B向饱和Na2CO3溶液中通CO2有晶体析出溶解度:NaHCO3Na2CO3C向酚酞溶液中加入过量Na2O2溶液先变红后褪色Na2O2与水反应生成的碱有漂白性D将表面氧化的铜丝从酒精灯的外焰慢慢移向内焰黑色的铜丝变红CuO被内焰中的乙醇蒸气还原答案:D解析:加入氯水再加KSCN溶液后呈红色,可能原溶液中有Fe3+也可能是Fe2+被氯水氧化为Fe3+,A项错
5、误;有晶体析出说明S(NaHCO3)S(Na2CO3),B项错误;酚酞溶液中加过量Na2O2,先变红说明Na2O2与H2O反应生成碱,后褪色说明Na2O2具有漂白性,C项错误;黑色的铜丝变红说明CuO变为Cu,酒精灯内焰中有挥发出的乙醇蒸气,D项正确。5.向含Na2CO3、NaAlO2混合溶液中逐滴加入150 mL 1 molL-1 盐酸,测得溶液中的某几种离子的物质的量的变化如图所示,则下列说法中不正确的是()A.a曲线表示的离子方程式为AlO2-+H+H2OAl(OH)3B.b和c曲线表示的离子反应是相同的C.M点时,溶液中沉淀的质量为3.9 gD.原混合溶液中的CO32-与AlO2-的物
6、质的量之比为12答案:D解析:HCl首先与AlO2-反应:AlO2-+H+H2OAl(OH)3,然后才与CO32-反应:CO32-+H+HCO3-,最后H+与HCO3-反应:HCO3-+H+H2O+CO2,所以a、b、c、d曲线分别表示AlO2-减少、CO32-减少、HCO3-增多、HCO3-减少,b、c曲线的离子反应均为CO32-+H+HCO3-,B项正确;与AlO2-、CO32-反应的盐酸均为50 mL 1 molL-1,可知AlO2-、CO32-均是0.05 mol,生成3.9 g Al(OH)3,C项正确,D项错误。6.向m g铝、铁混合物中先加入a mL 1 molL-1的盐酸,金属
7、完全溶解,然后加入b mL 1 molL-1的氢氧化钠溶液。下列说法错误的是()A.当金属完全溶解后产生的氢气在标准状况下的体积为22.4m56 LV22.4m18 LB.若加入氢氧化钠溶液后产生的沉淀最多,则a=bC.若将盐酸换为等浓度、等体积的稀硝酸,最终得到沉淀的质量相同D.若ab,产生沉淀的质量随ba的增大而逐渐减小至不变答案:C解析:采用极限法进行计算,当m g固体全为铝时,完全反应产生的氢气在标准状况下的体积V=mg27 gmol-13222.4 Lmol-1=22.4m18 L;当m g固体全为铁时,完全反应产生的氢气在标准状况下的体积V=mg56 gmol-122.4 Lmol
8、-1=22.4m56 L,则实际产生的氢气在标准状况下的体积为22.4m56 LVb,如果加入相同体积(即a=b)的氢氧化钠溶液,则有部分Al(OH)3沉淀会溶解,得不到相同质量(最多)的沉淀,C项错误;D项,当ab时Al(OH)3沉淀会逐渐溶解至消失,但Fe(OH)2沉淀及其被氧化产生的Fe(OH)3沉淀不溶解消失,D项正确。二、非选择题(共3小题,共58分)7.(18分)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为。(2)向“过滤”所得
9、滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH(填“增大”“不变”或“减小”)。(3)“电解”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是。(4)“电解”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为,阴极产生的物质A的化学式为。(5)铝粉在1 000 时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是。答案:(1)Al2O3+2OH-2AlO2-+H2O(2)减小(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化(4)4CO32-+2H2O-4e-4HCO3-+O2H2(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜解析:(
10、1)Al2O3为两性氧化物,在NaOH溶液中会溶解生成NaAlO2。(2)加入的NaHCO3与过量的NaOH反应,导致溶液的pH减小。(3)电解Al2O3时阳极有O2生成,高温下O2会氧化石墨。(4)阳极为H2O失去电子生成O2,水电离的OH-放电之后,留下H+,可以与CO32-反应生成HCO3-;阴极为水电离出的H+放电生成H2。(5)NH4Cl受热易分解产生HCl和NH3,HCl可以破坏Al表面的氧化膜,使得Al更易与N2反应。 8.(2019广西钦州高三模拟)(20分)在通风橱中探究二氧化氮与过氧化钠的反应。二氧化氮溶于浓硫酸(硫酸沸点为338 ),加热后NO2可逸出。(本题实验装置省略
11、夹持仪器)(1)制备NO2的装置如图所示:A中发生反应的化学方程式是。干燥管内CaCl2的主要作用是吸水,吸水的主要目的是。(2)加热B中吸收液,使NO2逸出,待试管充满红棕色气体后再接入装有足量Na2O2固体的试管,如图:加热B时,温度不宜过高,原因是。D中碱石灰的主要作用是。(3)反应后C中固体淡黄色渐渐变白,经分析,反应产物可能有NaNO2、NaNO3,为此进行如下实验检验:检验NaNO2。查阅资料可知,NaNO2能使酸性KMnO4溶液褪色。检验过程如下:取C中固体,加水溶解配制成100 mL溶液,加入少量MnO2,振荡静置(记为溶液Q)。取5 mL溶液Q,滴加酸性KMnO4溶液,振荡后
12、酸性KMnO4溶液褪色。NaNO2使酸性KMnO4溶液褪色的离子方程式是。加入少量MnO2的目的是除去Na2O2与水反应产生的H2O2,其化学方程式为。(4)经检验产物中还含有NaNO3。NO2与Na2O2化合生成NaNO3的化学方程式为。答案:(1)Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2+2H2O避免水蒸气进入浓硫酸(2)温度过高,会有浓硫酸挥发出来,干扰实验防止空气中的二氧化碳、水进入C中(3)5NO2-+2MnO4-+6H+5NO3-+2Mn2+3H2O2H2O22H2O+O2(4)2NO2+Na2O22NaNO39.(20分)某小组在验证反应“Fe+2Ag+Fe2+2Ag”的
13、实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。向硝酸酸化的0.05 molL-1硝酸银溶液(pH2)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:取少量黑色固体,洗涤后, (填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。取上层清液,滴加K3Fe(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: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,且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:序号取样
14、时间/min现象3产生大量白色沉淀;溶液呈红色30产生白色沉淀;较3 min时量小;溶液红色较3 min时加深120产生白色沉淀;较30 min时量小;溶液红色较30 min时变浅(资料:Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN)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NO3-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+。下列实验可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验可证实假设d成立。实验:向硝酸酸化的溶液(pH2)中加
15、入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加KSCN溶液,3 min时溶液呈浅红色,30 min 后溶液几乎无色。实验: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中Fe3+浓度变化的原因: 。答案:(1)加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀Fe2+(2)2Fe3+Fe3Fe2+4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O加入KSCN溶液后产生白色沉淀0.05 molL-1 NaNO3FeSO4溶液分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加KSCN溶液,后者红色更深(3)溶液中存在反应:2Ag+FeFe2+2Ag,Ag+Fe2+Fe3+Ag
16、,Fe+2Fe3+3Fe2+。反应开始时,c(Ag+)大,以反应、为主,c(Fe3+)增大。约30 min后,c(Ag+)小,以反应为主,c(Fe3+)减小解析:(1)黑色固体是Fe与Ag的混合物,检验Ag可先用硝酸在加热条件下溶解固体,再滴加稀盐酸检验溶液中的Ag+即可。K3Fe(CN)6溶液可用于检验Fe2+,现象是产生蓝色沉淀。(2)Fe和Fe3+可发生反应:Fe+2Fe3+3Fe2+。假设b:空气中的O2可氧化Fe2+,反应为4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O。假设d:取上层清液,滴加KSCN溶液产生白色沉淀,结合题给资料:Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN,可判断溶液中存在
17、Ag+,Ag+可氧化Fe2+生成Fe3+。实验:根据前后信息可知,所做实验中加入物质要与硝酸酸化的0.05 molL-1 AgNO3溶液(pH2)作对比,所以可以选用硝酸酸化的0.05 molL-1 NaNO3溶液(pH2)。实验:利用带盐桥的原电池装置使反应Fe+2Ag+Fe2+2Ag发生,故左池中的甲溶液可为FeSO4溶液。相应的操作及现象是:分别取电池工作前和工作一段时间后左侧烧杯中溶液少许,同时向其中滴加KSCN溶液,后者红色更深。(3)溶液中存在反应:2Ag+FeFe2+2Ag,Ag+Fe2+Ag+Fe3+,Fe+2Fe3+3Fe2+。反应开始时,c(Ag+)大,以反应、为主,c(Fe3+)增大。约30 min后,c(Ag+)小,以反应为主,c(Fe3+)减小。
