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