专题15第四周期过渡元素及其化合物针对训练.docx
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专题15第四周期过渡元素及其化合物针对训练
专题15-第四周期过渡元素及其化合物针对训练
【钪】
【练动凝法1】氧化钪(Sc2O3)是一种稀土氧化物,可用于制作激光、半导体材料。
以钪锰矿石(含MnO2、SiO2及少量Sc2O3、Al2O3、CaO、FeO)为原料制备Sc2O3的工艺流程如下。
其中TBP和P507均为有机萃取剂。
回答下列问题:
(1)Sc2O3中Sc的化合价为。
(2)“溶解”时铁屑被MnO2氧化为Fe3+,无气泡产生,则该反应的离子方程式为。
(3)“滤渣”的主要成分是。
(4)“萃取除铁”时,铁和钪的萃取率与O/A比(有机相与水相的体积比)的关系如图所示。
该工艺中最佳O/A比为。
(5)有机萃取剂P507萃取Sc3+的反应原理为阳离子交换:
ScCl3+3HR===ScR3+3HCl(HR代表P507)。
在“富钪有机相”中反应生成沉淀Sc(OH)3的化学方程式为。
(6)“萃取液2”中的金属阳离子除Al3+、Ca2+外,还有。
取10mL含有6×10-3mol·L-1Ca2+的某溶液,加入等体积2×10-2mol·L-1Na2SO4溶液,试列式计算说明混合后是否有沉淀产生。
已知Ksp(CaSO4)=7×10-5。
【练动凝法2】钪及其化合物具有许多优良的性能,在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。
从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如下。
回答下列问题:
(1)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。
洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而成。
混合的实验操作是。
(2)先加入氨水调节pH=3,过滤,滤渣主要成分是;再向滤液加入氨水调节pH=6,滤液中Sc3+的浓度为(已知:
Ksp[Mn(OH)2]=1.9×10-13、Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39,Ksp[Sc(OH)3]=9.0×10-31)
(3)用草酸“沉钪”。
25℃时pH=2的草酸溶液中
=(保留两位有效数字)。
写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式[已知Ka1(H2C2O4)=5.9×10-2,Ka2(H2C2O4)=6.4×10-5]
(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为。
(5)废酸中含钪量为15mg·L-1,VL废酸最多可提取Sc2O3的质量为。
【钛】
【练动凝法1】二氧化钛广泛应用于各类结构表面涂料、纸张涂层等,二氧化钛还可作为制备钛单质的原料。
现在工业由以下两种方法制备二氧化钛:
方法1:
可用含有Fe2O3、SiO2的钛铁矿(主要成分为FeTiO3,其中Ti元素化合价为+4价)制取,其主要工艺流程如下:
已知有关反应包括:
酸溶FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)===FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)+2H2O(l),水解TiOSO4(aq)+2H2O(l)===H2TiO3(s)+H2SO4(aq)
(1)试剂A为,钛液I需冷却至70oC左右,若温度过高会导致产品收率降低,原因是。
矿渣的主要成分是(填化学式)。
(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后出现红色,说明H2TiO3中存在的杂质离子是;这种H2TiO3即使用水充分洗涤,煅烧后获得的TiO2会略发黄,发黄的杂质是(填化学式)。
方法2:
Ⅰ.将干燥后的金红石(主要成分TiO2,主要杂质SiO2)与碳粉混合装入氯化炉中,在高温下通入Cl2反应制得混有SiCl4杂质的TiCl4;
Ⅱ.将SiCl4分离,得到纯净的TiCl4;
Ⅲ.在TiCl4中加水、加热,水解得到沉淀TiO2xH2O,洗涤和干燥;
Ⅳ.TiO2xH2O高温分解得到TiO2。
(3)TiCl4水解生成TiO2xH2O的化学方程式为。
(4)检验TiO2xH2O中Cl-是否被除净的方法是。
(5)TiO2与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl4的化学方程式为。
Mg还原TiCl4过程中必须在1070K的温度下进行,你认为还应该控制的反应条件是。
除去所得金属钛中少量的金属镁可用的试剂是。
根据上述过程发生的反应,下列推断不合理的是。
A.钛在高温下可能易与氧气反B.镁的熔点比钛的熔点高
C.钛的金属活动性比镁的金属活动性强D.反应②产生的MgCl2可作为电解法制取镁的原料
【练动凝法2】钛及钛合金在航空航天领域具有重要的应用价值。
钛铁矿主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3),另含有少量SiO2、Fe2O3等杂质。
以钛铁矿为原料制备钛的工艺流程如下图所示。
(1)为提高钛铁矿酸浸时的浸出率,除了采用循环浸取、延长时间、熔块粉碎外,还可以采用
(写一种方法)。
(2)硫酸的质量分数对钛、铁浸出率的影响如图所示,据此判断,酸浸时所加硫酸的质量分数应为。
钛铁矿主要成分与浓硫酸反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4,该反应的化学方程式为。
(3)查阅资料可知:
TiO2+与Fe3+水解转化为沉淀的pH接近;反应①Fe3++H2Y2-===FeY-+2H+,K=1034.3;反应②TiO2++H2Y2-===TiOY2-+2H+,K=1017.3。
含钛铁溶液经EDTA(H2Y2-)处理后再调节pH,TiO2+水解生成偏钛酸[TiO(OH)2]沉淀,则TiO2+水解的离子方程式为;Fe3+未转化为沉淀的原因是。
(4)若将滤液2经、冷却结晶、过滤一系列操作还可获得副产品绿矾(FeSO4·7H2O)。
滤液2经处理后,还可返回流程中使用的物质是。
(5)利用如图所示装置在一定条件下由TiO2制取金属钛(以熔融CaO为电解质)的化学方程式为;阳极的电极反应式为。
【钒】
【练动凝法1】金属钒及其化合物有着广泛的应用,现有如下回收利用含钒催化剂[含有V2O5、VOSO4(强电解质)及不溶性残渣]的工艺的主要流程:
部分含钒物质在水中的溶解性如下表所示:
物质
VOSO4
V2O5
NH4VO3
(VO2)2SO4
HVO3
溶解性
可溶
难溶
难溶
易溶
难溶
请回答下列问题:
(1)水浸时,为了提高废钒的浸出率,除了粉碎,还可以采取的措施:
(写出2条);工业上常用铝热反应由V2O5冶炼金属钒,化学方程式为____。
(2)反应①②③④中,发生氧化还原反应的是(填序号),写出反应①的离子方程式。
操作1、操作2用到的玻璃仪器是。
(3)根据图1、2建议最合适的氯化铵系数(NH4Cl加入质量与料液中V2O5的质量比)和温度:
氯化铵系数为___________,温度为_____________;反应④在焙烧过程中随温度的升高发生了两步反应。
已知234gNH4VO3(相对分子量为117)固体质量的减少值ΔW随温度(T)变化的曲线如图3所示。
试写出300~350℃时反应的化学方程式:
。
写出“焙烧反应④”中由NH4VO3制备V2O5的化学方程式__________________。
S
(4)反应②发生后,溶液中的氯元素以Cl-的形式存在,请写出反应②的化学方程式;
(5)催化氧化所使用的催化剂钒触媒(V2O5)能加快二氧化硫氧化速率,此过程中产生了一连串的中间体(如右图)。
其中a、c二步的化学方程式可表示为、。
(6)查阅资料得知:
NH4VO3也叫偏钒酸铵,20℃时,NH4VO3溶解度为0.468g,已知离子交换后溶液中c(VO
)=0.10mol/L,反应③沉矾时,加入等体积0.10mol/L的NH4Cl溶液,通过列式计算判断此时是否有NH4VO3沉淀析出?
(溶液体积变化忽略不计)。
【锰】
【练动凝法1】高锰酸钾是常用的氧化剂。
工业上以软锰矿(主要成分是MnO2)为原料制备高锰酸钾晶体。
中间产物为锰酸钾。
下图是实验室模拟制备KMnO4晶体的操作流程:
已知:
锰酸钾(K2MnO4)是墨绿色晶体,其水溶液呈深绿色,这是锰酸根离子(MnO
)在水溶液中的特征颜色,在强碱性溶液中能稳定存在;在酸性、中性和弱碱性环境下,MnO
会发生自身氧化还原反应,生成MnO
和MnO2。
回答下列问题:
(1)KOH的电子式为,煅烧时KOH和软锰矿的混合物应放在中加热(填标号)。
A.烧杯B.瓷坩埚C.蒸发皿D.铁坩埚
(2)调节溶液pH过程中,所得氧化产物与还原产物的物质的量之比为。
(3)趁热过滤的目的是。
(4)已知20℃时K2SO4、KCl、CH3COOK的溶解度分别为11.1g、34g、217g,则从理论上分析,选用下列酸中(填标号),得到的高锰酸钾晶体纯度更高。
A.稀硫酸B.浓盐酸C.醋酸D.稀盐酸
(5)产品中KMnO4的定量分析:
①配制浓度为0.1250mg·mL-1的KMnO4标准溶液100mL。
②将上述溶液稀释为浓度分别为2.5、5.0、7.5、10.0、12.5、15.0(单位:
mg·L-1)的溶液,分别测定不同浓度溶液对光的吸收程度,并将测定结果绘制成曲线如下。
③称取KMnO4样品(不含K2MnO4)0.1250g按步骤①配得产品溶液1000mL,取10mL稀释至100mL,然后按步骤②的方法进行测定,两次测定所得的吸光度分别为0.149、0.151,则样品中KMnO4的质量分数为。
(6)酸性KMnO4溶液与FeSO4溶液反应的离子方程式为。
【练动凝法2】氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下:
已知:
①菱镁矿石的主要的成分是MnCO3,还含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素;
②相关金属离子[c(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀时的pH如下:
金属离子
Al3+
Fe3+
Fe2+
Ca2+
Mn2+
Mg2+
开始沉淀的pH
3.8
1.5
6.3
10.6
8.8
9.6
沉淀完全的pH
5.2
2.8
8.3
12.6
10.8
11.6
③常温下,CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10-10、7.42×10-11。
回答下列问题:
(1)“焙烧”时发生的主要化学反应方程式为。
(2)分析下列图1、图2、图3,氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是焙烧温度为,氯化铵与菱锰矿粉的质量之比为,焙烧时间为。
(3)浸出液“净化除杂”过程如下:
首先加入MnO2,将Fe2+氧化为Fe3+,反应的离子方程式为。
然后调节溶液pH使Fe3+、Al3+沉淀完全,此时溶液的pH范围为。
再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+,当c(Ca2+)=1.0×10-5mol·L-1时,c(Mg2+)=mol·L-1。
(4)“碳化结晶”时,发生反应的离子方程式为。
(5)流程中能循环利用的固态物质是。
【钴】
【练动凝法1】CoCl2可用于电镀,是一种性能优越的电池前驱材料,由含钴矿(Co元素主要以Co2O3、CoO的形式存在,还含有Fe、Si、Cu、Zn、Mn、Ni、Mg、Ca元素)制取氯化钴晶体的一种工艺流程如下:
已知:
①焦亚硫酸钠(Na2S2O5)常作食品抗氧化剂。
CaF2、MgF2难溶于水。
②CoCl2·6H2O的熔点为86℃,易溶于水、乙醚等;常温下稳定无毒,加热至110~120℃时,失去结晶水变成有毒的无水氯化钴。
③部分金属阳离子形成氢氧化物的pH见下表:
Co3+
Fe3+
Cu2+
Co2+
Fe2+
Zn2+
Mn2+
Mg2+
开始沉淀pH
0.3
2.7
5.5
7.2
7.6
7.6
8.3
9.6
完全沉淀pH
1.1
3.2
6.6
9.2
9.6
9.2
9.3
11.1
回答下列问题:
(1)操作①的名称为_________________________________,
NaClO3具有氧化性,其名称为____________________________。
(2)浸取时加入Na2S2O5的作用是_____________________________。
(3)滤液1中加入NaClO3溶液的作用是_________________,
相关的离子方程式为___________________________________。
(4)加入Na2CO3溶液生成滤渣2的主要离子方程式为_____________________。
(5)滤渣3的主要成分为___________________________(写化学式)。
滤液3经过多次萃取与反萃取制备CoCl2晶体:
(6)滤液3中加入萃取剂Ⅰ,然后用稀盐酸反萃取的目的是____________________________。
(7)制备晶体CoCl2·6H2O,需在减压环境下烘干的原因是____________________________。
【练动凝法2】锂离子电池能够实现千余次充放电,但长时间使用后电池会失效,其中的化学试剂排放在环境中不仅会造成环境污染,还会造成资源的浪费。
实验室模拟回收离子电池中的Co、Ni、Li的流程如下:
已知:
LiCoO2难溶于水,易溶于酸;Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10-15。
回答下列问题:
(1)LiCoO2中Co的化合价是。
(2)LiCoO2在浸出过程中反应的离子方程式是。
(3)浸出剂除了H2O2外,还可以选择Na2S2O3,比较二者的还原效率H2O2(填“>”或“<”)Na2S2O3(还原效率:
还原等物质的量的氧化剂消耗还原剂的物质的量)。
(4)提高浸出效率的方法有。
(5)利用Cyanex272萃取时,pH对钴、镍萃取分离效果的影响如右图,从图中数据可知,用Cyanex272萃取分离时,最佳的pH是。
(6)反萃取的离子方程式为2H++CoR2⥫=⥬Co2++2HR,则反萃取剂的最佳选择是(填试剂名称)。
(7)常温下,若水相中的Ni2+的质量浓度为1.18g/L,则pH=时,Ni2+开始沉淀。
(8)参照题中流程图的表达,结合信息设计完成从水相中分离Ni和Li的实验流程图如下:
已知:
物质
LiF
Li2CO3
Ni(OH)2
NiCO3
NiF2
溶解性(室温)
难溶
难溶
难溶
难溶
微溶
提供的无机试剂:
NaOH、Na2CO3、NaF
【镍】
【练动凝法1】从某矿渣(成分为NiFe2O4、NiO、FeO、CaO、SiO2等)中回收NiSO4的工艺流程如下:
已知①600℃时发生反应:
NiFe2O4+4H2SO4=NiSO4+Fe2(SO4)3+4H2O,
②Ksp(CaF2)=4.0×10-11,回答下列问题:
(1)将NiFe2O4写成氧化物的形式为;(NH4)2SO4的作用是。
(2)“焙烧”时矿渣中部分FeO反应生成Fe2(SO4)3的化学方程式为_______________。
(3)“浸渣”的成分有Fe2O3、FeO(OH)、CaSO4外,还含有_____(写化学式)。
(4)向“浸出液”中加入NaF以除去溶液中Ca2+,当溶液中c(F-)=2.0×10-3mol·L-1时,若除钙率为99%时,则原“浸出液”中c(Ca2+)=g·L-1。
(5)“萃取”后分离得到无机层的操作是,用到的主要玻璃仪器是。
(6)将“浸渣”进一步处理后,利用以下流程可得到高铁酸盐。
K2FeO4是倍受关注的一类新型、高效、无毒的多功能水处理剂。
回答下列问题:
①反应液Ⅰ和90%Fe(NO3)3溶液反应的离子方程式为。
②反应液Ⅱ经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤可得到K2FeO4晶体,流程中的碱用KOH而不用NaOH的原因是。
【练动凝法2】以某含镍废料(主要成分为NiO,还含有少量FeO、Fe2O3、CoO、SiO2)为原料制备NixOy和碳酸钴的工艺流程如下:
(1)“酸溶”时需将含镍废料粉碎,目的是_________________________________;“滤渣Ⅰ”主要成分为____________________(填化学式)。
(2)“氧化”中添加NaClO3的作用是_______________________,为证明添加NaClO3已足量,可用_______________(写化学式)溶液进行检验。
(3)“调pH”过程中生成黄钠铁钒沉淀,其离子方程式为__________________。
(4)“沉钴”过程的离子方程式________________________。
若“沉钴”开始时c(Co2+)=0.10mol/L,则控制pH≤_____________时不会产生Co(OH)2沉淀。
(已知Ksp[Co(OH)2]=4.0×10-15,lg2=0.3)
(5)从NiSO4溶液获得NiSO4·6H2O晶体的操作依次是:
加热浓缩溶液至有出现,_________,过滤,洗涤,干燥。
“煅烧”时剩余固体质量与温度变化曲线如图,该曲线中B段所表示氧化物的化学式为__________________。
【铜】
【练动凝法1】铍铜是广泛应用于制造高级弹性元件的良好合金。
某科研小组从某度旧铍铜元件(含25%BeO、71%CuS、少量FeS和SiO2)中回收铍和铜两种金属的工艺流程如下:
已知:
Ⅰ.铍、铝元素化学性质相似;
Ⅱ.常温下部分难溶物的溶度积常数如下表:
难溶物
Cu(OH)2
Fe(OH)3
Mn(OH)2
溶度积常数(Ksp)
2.2×10-20
4.0×10-38
2.1×10-13
(1)滤液A的主要成分除NaOH外,还有________(填化学式),写出反应I中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式:
______________________________。
(2)①滤液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl,为提纯BeCl2,最合理的实验步骤顺序为________(填字母)。
a.加入过量的氨水b.通入过量的CO2
c.加入过量的NaOHd.加入适量的HCl
e.洗涤f.过滤
②从BeCl2溶液中得到BeCl2固体的操作是________。
(3)①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质。
写出反应Ⅱ中CuS发生反应的化学方程式:
___________________________。
②若用浓HNO3溶解金属硫化物,缺点是________(任写一条)。
(4)滤液D中c(Cu2+)=2.2mol·L-1、c(Fe3+)=0.008mol·L-1、c(Mn2+)=0.01mol·L-1,逐滴加入稀氨水调节pH可将其依次分离,首先沉淀的是________(填离子符号),为使铜离子开始沉淀,常温下应调节溶液的pH大于________。
(5)电解NaCl-BeCl2混合熔盐可制备金属铍,下图是电解装置图。
①电解过程中,加入氯化钠的目的是________。
②石墨电极上的电极反应式为________。
③电解得到的Be蒸气中约含1%的Na蒸气除去Be中少量Na的方法为________。
已知部分物质的熔、沸点如下表:
物质
熔点(K)
沸点(K)
Be
1551
3243
Na
370
1156
【练动凝法2】如图是工业上以制作印刷电路的废液(含Fe3+、Cu2+、Fe2+、Cl-)生产CuCl的流程:
已知:
CuCl是一种白色粉末,微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸,在空气中迅速被氧化为绿色,见光分解变成褐色。
请回答下列问题:
(1)流程中的滤渣①与Y反应和X与Y反应相比,单位时间内得到的气体多,其原因为_______________________________。
(2)滤液①需要加过量Z,检验Z过量的方法是________________________。
(3)写出生成CuCl的化学方程式:
____________。
(4)为了提高CuCl产品的纯度,流程中的“过滤”操作适宜用下列装置图中的________(填选项字母),过滤后,洗涤CuCl的试剂宜选用________(填“无水乙醇”或“稀硫酸”)。
(5)CuCl加入饱和NaCl溶液中会部分溶解生成CuCl
,在一定温度下建立两个平衡:
Ⅰ.CuCl(s)⥫=⥬Cu+(aq)+Cl-(aq) Ksp=1.4×10-6
Ⅱ.CuCl(s)+Cl-(aq)⥫=⥬CuCl
(aq) K=0.35。
分析c(Cu+)、c(CuCl
)和Ksp、K的数学关系,在图中画出c(Cu+)、c(CuCl
)的关系曲线(要求至少标出一个坐标点)。
(5)氯化亚铜的定量分析:
①称取样品0.25g于250mL锥形瓶中,加入10mL过量的FeCl3溶液,不断摇动:
②待样品溶解后,加入20mL蒸馏水和2滴指示剂;
③立即用0.1000mol·L-1硫酸铈标准溶液滴定至绿色为终点;
④重复三次,消耗硫酸铈溶液的平均体积为24.30mL。
上述相应化学反应为CuCl+FeCl3===CuCl2+FeCl2、Fe2++Ce4+===Fe3++Ce3+,则样品中CuCl的纯度为________(保留三位有效数字)。
【锌】
【练动凝法1】从废电池外壳中回收锌(锌皮中常有少量铁、外表沾有NH4Cl、ZnCl2、MnO2等杂质),制取ZnSO4·7H2O可以采取如下工艺流程:
已知:
Zn(OH)2和Al(OH)3化学性质相似;
金属氢氧化物沉淀的pH:
氢氧化物
开始沉淀的pH
完全沉淀的pH
Zn(OH)2
5.7
8.0
Fe(OH)3
2.7
3.7
酸溶
请回答下列问题:
(1)“酸溶”时,为了提高酸溶速率,可采取的的措施有:
(任答一点)。
(2)“氧化”时,酸性滤液中加入NaNO2反应的离子方程式为。
(3)“氧化”时,为了,工业上常用H2O2替代NaNO2。
若参加反应的NaNO2为0.2mol,对应则至少需要加入10%H2O2溶液mL(密度近似为1g·cm-3)。
该过程中加入的H2O2需多于理论值,原因除了提高另外反应物的转化率外,还可能是:
。
(4)“调节pH”时,若pH>8则造成锌元素沉淀率降低,其原因可能是:
。
(5)将滤渣A溶于适量稀硫酸,调节溶液pH,过滤,将滤液,析出ZnSO4·7H2O晶体。
则该过程中需调节溶液pH的范围为。
【练动凝法2】2Zn(OH)2·ZnCO3 是制备活性ZnO的中间体,以锌焙砂( 主要成分为ZnO,含少量Cu2+、Mn2+等离子) 为原料制备2Zn(OH)2·ZnCO3 的工艺流程如下图所示:
请回答下列问题:
(1) 若(NH4)SO4 和NH3·H2O 的混合溶液呈中性,则溶液中的c(NH
)2c(SO
)( 填“>”、“<”或“=”)。
(2)“浸取”时为了提高锌的浸出率,可采取的措施是(任写一种)。
(3 )适量S2-能将Cu2+等离子转化为硫化物沉淀而除去,若选择ZnS进行除杂,是否可行?
(列式计算说明)[已知:
Ksp(ZnS)=1.6×10-24,Ksp(CuS)=1.3×10-36]
(4)“沉锌”的离子方