金属元素及其化合物
1.化学与生活、科技、社会发展息息相关，下列说法错误的是( )
A.铁粉可用作食品包装袋中的脱氧剂
B.通讯材料碳纳米管与石墨烯互为同素异形体
C.二氧化硅可用作航天器的太阳能电池板
D.“绿氢”火炬储氢瓶中的储氢合金是新型合金材料
2.是一种难溶于水的白色固体。现进行的实验室制备，进而制备乳酸亚铁补血剂，制取装置如图所示（夹持仪器略去）。下列说法错误的是( )
A.试剂a为饱和溶液
B.若未通，直接将滴入溶液，容易形成
C.测定乳酸亚铁样品中的含量可以采用滴定法
D.向B装置中加入铁粉可防止亚铁离子被氧化
3.类比是化学中常用的思维方法，下列类比合理的是( )
选项 已知 类比
A 在焰色试验中KCl的火焰颜色为紫色 在焰色试验中的火焰颜色也为紫色
B 是酸性氧化物，可与水反应 也是酸性氧化物，也可与水反应
C 25 ℃时溶解度： 25 ℃时溶解度：
D 向溶液中加入过量NaOH溶液生成 向溶液中加入过量NaOH溶液生成
A.A B.B C.C D.D
4.某无色透明溶液，可能含有下列离子：，现做实验如下：
①取少量原溶液滴加石蕊试液呈红色；
②取少量原溶液，加入过量的NaOH溶液，有白色沉淀生成；
③取少量原溶液，加入过量氯化钡溶液，有白色沉淀生成，静置分层；取静置后的上层清液，加入硝酸银溶液，有不溶于稀硝酸的白色沉淀生成。
下列说法不正确的是( )
A.溶液中一定存在的离子是
B.溶液中一定不存在的离子是
C.②中生成白色沉淀的离子方程式为
D.根据③现象可知原溶液中一定含有
5.实验室模拟工业处理含铬废水，操作及现象如图1所示，反应过程中铬元素的化合价变化如图2所示。已知深蓝色溶液中含有。下列说法正确的是( )
A.0~5 s过程中，和发生了氧化还原反应
B.实验开始至30 s，总反应的离子方程式为
C.上述过程中不滴加溶液，只加NaOH溶液，不能得到黄色溶液
D.含有过氧键，结构式为
6.草酸钴晶体是制备钴的氧化物的重要原料。18.3 g草酸钴晶体在隔绝空气受热时的质量变化曲线如图所示，240 ℃及以上所得固体均为钴氧化物（其中Co的化合价为+2或+3）。下列说法正确的是( )
A.到A点时草酸钴晶体失去2个
B.C点剩余固体的化学成分为
C.若B点时通入氧气，则会发生反应
D.C点到D点发生反应的化学方程式为
7.锶（Sr）为第五周期ⅡA族元素，工业上常以天青石（主要成分为，含少量）为原料制备六水氯化锶（），生产流程如图所示（已知：高温焙烧时，转化为SrS、BaS）。
下列说法不正确的是( )
A.基态锶原子的价层电子排布式为
B.“操作1”是蒸发浓缩、冷却结晶
C.加入适量硫酸的目的是除去
D.制取无水时，一定要在无水氯化氢气流中加热至恒重
8.已知遇酸会发生歧化反应。检验分解产物的实验如图所示，下列说法正确的是( )
A.上述实验现象说明气体A中一定含有
B.上述实验现象说明固体A中一定含有
C.向固体A中加入浓硝酸，生成的气体仍一定能使澄清石灰水变浑浊
D.在反应过程中一定发生了歧化反应
9.二十大报告提出深入推进环境污染防治。一种废催化剂（含和杂质等）的处理流程如图所示。已知工序①得到的溶液的主要成分是、和。下列说法错误的是( )
A.固体A的主要成分是
B.含的溶液中存在，若，则
C.在实验室中进行工序①要用到普通漏斗，进行浓缩要用到蒸发皿
D.加入足量双氧水生成，反应的离子方程式为
10.钛铁矿的主要成分为，含少量等氧化物，某实验室利用钛铁矿制取的流程如图所示。
已知：①“酸浸”时转化为；为橘黄色的稳定离子，易溶于水。
②室温下，溶液中离子沉淀完全的pH如表所示。
离子
沉淀完全的pH 3.2 9.0 1.05
回答下列问题：
（1）为提高酸浸速率，除粉碎钛铁矿外，还可以采取的措施是___________（写1条措施即可）；水解生成沉淀的离子方程式为___________。
（2）“萃取”操作之前，需要检漏的玻璃仪器是___________。
（3）“洗钛”时的作用是_________、__________。
（4）“酸溶”所得溶液中含有等。若此溶液中的浓度为，“氨水调pH”时应控制的pH范围是_________{已知}。
（5）“沉钪”形成的复盐沉淀化学式为，在“脱水除铵”过程中取7.47 g该复盐进行热分解，剩余固体质量与温度的关系如图所示，其中在380~400 ℃过程中会有白烟冒出，保温至无烟气产生，即得到。由图中数据得__________。
（6）传统制备的方法是先得到沉淀，再高温脱水得，通常会含有ScOF杂质，原因是__________（用化学方程式表示）；与传统方法制备相比，上述流程制得纯度却很高，原因是___________。
11.可用于玻璃和陶瓷的着色剂。由含钴矿（Co元素主要以的形式存在，还含有Fe、Mg、Ca元素，碳及有机物等）制取氯化钴晶体的一种工艺流程如图1所示：
已知：①焦亚硫酸钠（）常用作食品抗氧化剂。
②难溶于水。
③部分金属阳离子形成氢氧化物沉淀的pH如表所示：
开始沉淀pH 0.3 2.7 7.2 7.6 9.6
完全沉淀pH 1.1 3.2 9.2 9.6 11.1
回答下列问题：
（1）“550 ℃焙烧”的目的是___________。
（2）“浸取”的过程中，的主要作用是_____________（用离子方程式表示）。若用盐酸代替和的混合液也能达到目的，从环保角度分析不采用盐酸的原因_____________。
（3）“滤液1”中加入溶液，反应过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为___________。
（4）“滤渣2”的主要成分为_________（填化学式）。
（5）已知，当恰好沉淀完全时（浓度为），溶液中___________（保留3位有效数字）。
（6）钴（Co）的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。用乙醇燃料电池作为电源电解含的水溶液制备金属钴的装置如图2、3所示。
①图3中Co电极应连接乙醇燃料电池的_________极（填“a”或“b”）。
②电解过程中Ⅱ室溶液pH变小，则离子交换膜2为________（填“阴”或“阳”）离子交换膜。
12.高纯碳酸锰广泛应用于电子工业，是制备高性能磁性材料的原料。某化学小组在实验室模拟用软锰矿粉（主要成分为）制备回答下列问题：
（1）制备溶液：将软锰矿粉经除杂后制得浊液，向浊液中通入，制得溶液，实验装置如图所示（夹持和加热装置略）。
①通过装置A可观察通入，与的快慢，则A中加入的最佳试剂是_________。
②转化为的离子方程式为___________。
③实验中若将换成空气，将导致浓度明显大于浓度，原因是___________。
（2）制备固体：在搅拌下向溶液中缓慢滴加溶液，有浅红色的沉淀生成，过滤、洗涤、干燥，得到高纯碳酸锰。生成的离子方程式为___________。检验沉淀是否洗涤干净的方法是___________。
（3）测定碳酸锰产品的纯度：称取0.2500 g碳酸锰产品于锥形瓶中，加12.50 L磷酸，加热后，立即加入1 g硝酸铵，充分反应后，碳酸锰全部转化为，多余的硝酸铵全部分解，除去氮氧化物后，冷却至室温。将上述所得溶液加水稀释至50 mL，滴加2~3滴指示剂，然后用的硫酸亚铁铵标准溶液滴定[反应为]。重复操作3次，记录数据如表：
滴定次数 硫酸亚铁铵标准溶液读数（mL）
滴定前 滴定后
1 0.10 10.20
2 0.22 11.32
3 1.05 10.95
则产品的纯度为__________。若滴定终点时俯视读数，则测得的碳酸锰产品的纯度__________（填“偏高”“偏低”或“无影响”）。
13.工业上利用赤铁矿渣（主要成分为和，还含有少量的Ga和In）获得Ga和In单质的流程如下：
已知：①Ga、In与Al同族；
②比在醚中的溶解度更高；
③和在酸性条件下不易被沉淀；
④当离子浓度小于或等于时认为该离子沉淀完全；
⑤部分物质的如表。
物质
回答下列问题：
（1）“高压酸浸还原”时，CuO发生反应的化学方程式为_________。“沉渣”中除含有含铜元素的物质和S外，还主要含有__________（填化学式）。
（2）“滤液2”中含有的离子主要是_______。
（3）若“滤液1”中的浓度均为，“中和”时，加入调节pH的范围是________（保留小数点后一位）。
（4）“碱化电解”前“含Ga水相”需要加入NaOH溶液调节溶液呈碱性，_________（填“能”或“不能”）用氨水代替NaOH溶液，原因是___________。为探究在氨水中能否溶解，计算反应的平衡常数__________。（已知：）
14.联合多种工业制备是节能环保，高效生产，减少损耗的重要途径。钛和钛合金性能优良，广泛用于航空、造船和化学工业中。以钛铁矿（主要成分为，含有少量）为主要原料制取Ti和绿矾，同时联合氯碱工业生产甲醇的工艺流程如图1所示。
已知：
回答下列问题：
（1）酸浸工序中发生的主要反应的化学方程式为（浓）______。
（2）某化学兴趣小组在实验室模拟该工艺流程，保持其他反应条件不变，测得体系中Fe（Ⅲ）含量随反应温度的变化如图2所示。为达到实验目的，最佳反应温度为________。
（3）下列关于工序①的叙述正确的是________（填标号）。
a.工序①为趁热过滤、洗涤、干燥
b.将滤液迅速置于冰盐浴中冷却，有利于析出大颗粒晶体
c.先用适量稀硫酸洗涤绿矾并将洗涤液与滤液合并，可提高钛的产率
（4）灼烧工序制得一种钛的氧化物，可用作钛白颜料，该物质的一种晶胞结构（四方晶体）如图3所示。晶胞中钛原子的配位数为________。该晶体的密度为_______（用含的代数式表示，为阿伏加德罗常数的值）。
（5）工序②生成的气体C为可燃性气体，生成气体C的反应方程式为_______。
（6）还原工序中通入氩气的目的是__________。
（7）利用图4装置可获得金属钛。在较低的阴极电位下，中的氧解离进入熔融盐，最后只剩下纯钛，另一极产生和气体Q。产生气体Q的电极反应式为__________。
15.钒渣中主要含有等，通过“钠化焙烧-水浸工艺”可获得多种化工产品。其中一种化学工艺流程图如下。
已知：Ⅰ.。
Ⅱ.
Ⅲ.有关物质的溶解度如表所示。
温度/℃ 20 40 60 80 100
183.6 215.1 269.2 376.4 415.0
19.5 48.8 45.3 43.7 42.5
回答下列问题：
（1）基态V原子有__________个未成对电子；“钠化焙烧”后钒和铬分别以形式存在，则参与反应的化学方程式为__________；“钠化焙烧”时采用铁制器皿而不能使用陶制器皿的原因是______________。
（2）“钡盐沉铬”时，通常使用球磨机将块状碳酸钡粉碎，主要目的是_____________，为了充分利用资源，有些物质可循环使用，则经加热后可返回的工艺名称是_____________。
（3）“酸浸”时浸渣2的主要成分为______；从“浸出液”中获得过程中，应先将浸出液加热到出现_________（填实验现象）时，停止加热。
（4）使用浸出时，发生反应的离子方程式为______________，该反应的化学平衡常数为_______。能否使用代替_______（填“是”或“否”）。
答案以及解析
1.答案：C
解析：铁粉有还原性，所以可用作食品包装袋中的脱氧剂，A项正确。碳纳米管与石墨烯为碳元素形成的不同单质，所以互为同素异形体，B项正确。单质硅可用作航天器的太阳能电池板，C项错误。储氢合金是新型合金材料，D项正确。
2.答案：C
解析：溶液能够吸收HCl，并且在溶液中的溶解度较小，A正确；溶液碱性较强，若直接将滴入溶液，会形成沉淀，从而影响产品纯度，因此需先向B中通入一段时间，再滴入溶液，B正确；由于乳酸亚铁含有羟基，羟基会与反应，会使测定结果偏大，C错误；加入铁粉能将还原为，D正确。
3.答案：A
解析：在焰色试验中KCl的火焰颜色为紫色，在焰色试验中的火焰颜色也为紫色，都是钾元素的焰色，A项正确。是酸性氧化物，也是酸性氧化物，均能与碱反应生成盐和水，但是不溶于水，也不和水反应，B项错误。25 ℃时溶解度：，C项错误。向溶液中加入过量氢氧化钠溶液生成，向溶液中加入少量氢氧化钠溶液生成，氢氧化钠过量时，沉淀溶解，生成偏铝酸钠，D项错误。
4.答案：D
解析：根据分析可知溶液中一定存在的离子是，A正确；根据分析可知溶液中一定不存在的离子是，B正确；根据分析可知白色沉淀为，C正确；观察上述分析，无法确定原溶液中一定含有氯离子，D错误。
5.答案：D
解析：由上述分析可知，0~5 s过程中，Cr元素都呈+6价，没有发生氧化还原反应，A项错误。实验开始至30 s时，被还原为被氧化生成，溶液呈酸性，总反应的离子方程式为，B项错误。黄色溶液中Cr元素呈+6价，说明被氧化，因为在碱性条件下发生，则黄色溶液中Cr元素以的形式存在，已知反应，滴加NaOH溶液，平衡正向移动，也能实现转化为，C项错误。中Cr元素的化合价为+6，说明其中有的O元素的化合价为-1，的O元素的化合价为-2，中含有两个过氧键，结构式为，D项正确。
6.答案：C
解析：若失去2个，则固体质量保留百分数为，对应的点为B点，A项错误；若C点生成，根据钴元素守恒，得到关系式，则固体质量保留百分数为，假设不成立，B项错误；B点剩余固体为，通入氧气，则会发生反应，C项正确；，推测C点为高温分解生成，固体质量保留百分数为，D项错误。
7.答案：D
解析：锶（Sr）为第五周期ⅡA族元素，所以基态锶原子的价层电子排布式为，A正确；“操作1”是从溶液中获得晶体，具体包括蒸发浓缩冷却结晶，B正确；由题意结合流程分析可知，高温焙烧得到的固体主要成分是SrS、BaS，加入足量盐酸浸取后所得溶液的溶质主要为、，硫酸钡难溶于水，加入适量硫酸的目的是生成硫酸钡沉淀，除去溶液中的，C正确；是强酸强碱盐，不水解，直接加热至恒重，即可制得无水，D错误。
8.答案：D
解析：气体A能使黑色的CuO变红，证明A中含CO，CO与CuO反应会生成，则无法通过澄清石灰水变浑浊的现象判断气体A中是否含有，A项错误；若固体A中含，加入稀盐酸后，发生歧化反应，也会出现产生紫红色固体、蓝色溶液等现象，则固体A中不一定含有C、，B项错误；向固体A中加入稀盐酸产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，说明固体A中含有或，产生紫红色固体即铜，说明固体A中一定含有低价Cu元素，向固体A中加入浓硝酸会得到和的混合气体，将混合气体通入澄清石灰水中，石灰水不一定变浑浊，C项错误；根据上述分析可知，气体产物中含CO（C为+2价），固体产物中含或（C为+4价），则反应过程中，（C为+3价）一定发生了歧化反应，D项正确。
9.答案：D
解析：向废催化剂中加入草酸溶液，草酸溶液与不反应，固体A的主要成分是，A项正确；，则，B项正确；在实验室中过滤要用到普通漏斗，浓缩溶液要用到蒸发皿，C项正确；加入足量双氧水将转化为和，反应的离子方程式为，D项错误。
10.答案：（1）加热或适当增大硫酸浓度；
（2）分液漏斗
（3）与形成稳定离子进入水层，便于除钛；将氧化成，便于后续调pH使沉淀完全
（4）3.2~3.7或
（5）1:2
（6）；“脱水除铵”时分解生成的HCl可抑制的水解
解析：（1）据题意知，反应物有，生成物有沉淀，从而可写出水解反应的离子方程式为。
（2）“萃取”操作需使用分液漏斗，分液漏斗使用前需检漏。
（3）“洗钛”时加入的可以与形成稳定离子进入水层，便于除钛，还可以将氧化成，便于后续调pH使沉淀完全，从而除铁完全。
（4）第一步：分析“氨水调pH”的目的。用氨水调节溶液pH的目的是使沉淀完全而不沉淀。第二步：根据题给信息找到使沉淀完全所需的pH。由表知，使完全沉淀需。第三步：通过计算开始沉淀的pH。由得，开始沉淀时，对应的为，故除杂过程中应控制的pH范围是3.2~3.7。
（5）由“脱水除铵”以及最终得到知，在200~300 ℃时减少的是结晶水的质量，在380~400 ℃过程中会有白烟冒出，“保温至无烟气产生”意味着沉淀中分解完全，即380~400 ℃减少的是的质量，则，，。
（6）高温脱水得，通常含ScOF的原因是高温脱水时与反应生成ScOF，反应方程式为；“脱水除铵”时分解生成的HCl能抑制的水解，故可制得纯度很高的。
11.答案：（1）除去碳及有机物并使金属元素转化为氧化物
（2）；若采用盐酸实验过程中会生成氯气，污染环境
（3）1:6
（4）
（5）
（6）①a
②阴
解析：（1）碳和有机物可通过焙烧除去，故含钴废料“550 ℃焙烧”的目的是除去碳及有机物并使金属转化为氧化物。
（2）由常用作食品抗氧化剂可知，具有还原性，“浸取”时加入的主要作用是将还原为，防止后续反应生成沉淀，发生反应的离子方程式为。从环保角度分析不采用盐酸的原因是若采用盐酸实验过程中会生成氯气，污染环境。
（3）加入的作用是将氧化为，反应为，反应过程中氧化剂（）与还原剂（）的物质的量之比为1:6。
（4）加入溶液后碳酸钠和反应生成氢氧化铁沉淀，反应的离子方程式为，滤渣2的主要成分为。
（5）当恰好沉淀完全时，由可知溶液中，则此时。
（6）①燃料电池中通入乙醇的一极为负极，通入氧气的一极为正极，即a为负极，b为正极；图3所示电解池的目的是电解含的水溶液制备金属钴，所以Co电极上的反应为，即Co电极为阴极，所以Co电极连接乙醇燃料电池的a极。②石墨极上的反应为，电解过程中Ⅱ室溶液pH变小，由Ⅰ室移向Ⅱ室，则离子交换膜1为阳离子交换膜，若离子交换膜2为阳离子交换膜，则电解过程中Ⅱ室溶液pH保持不变，因此离子交换膜Ⅱ为阴离子交换膜，由Ⅱ室移向Ⅲ室。
12.答案：（1）①饱和亚硫酸氢钠溶液
②
③在溶液中，二氧化硫会被氧气氧化为硫酸根离子
（2）；取少量最后一次洗涤液放入试管中，滴加盐酸酸化的溶液，若无白色沉淀产生，则说明沉淀洗涤干净，反之则未洗干净
（3）92%；偏低
解析：（1）①通过观察A中气泡的快慢来调节气体的通入速率，故A中加入的试剂不能和二氧化硫、氮气反应，最佳试剂是饱和亚硫酸氢钠溶液。②和二氧化硫反应生成硫酸锰，反应的离子方程式为。③实验中若将换成空气，则在溶液中，空气中的氧气可以将一氧化硫氧化生成，导致浓度明显大浓度。
（2）沉淀表面会附着，取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加盐酸酸化的溶液，无沉淀生成，说明已洗净，反之说明未洗干净。
（3）测定碳酸锰产品的纯度时，3次滴定操作中的第2次误差过大，实验数据不能采用，由此可得出两次有效滴定所用标准溶液的平均体积为，由原子守恒及题给反应可得出如下关系式：，则产品的纯度。若滴定终点时俯视读数，则读出的硫酸亚铁铵标准溶液的体积偏小，测得的碳酸锰产品的纯度偏低。
13.答案：（1）；
（2）
（3）4.67～5.5（或）
（4）不能；氨水碱性不够强，不能使变成（或）；
解析：（1）赤铁矿渣含有及Cu和Ag的氧化物，还含有一定量的Ga和In，因此第一步加入和时，形成和CuS沉淀，CuO发生反应的化学方程式为。
（2）“高压酸浸还原”时被还原，“酸浸液”中含有，加入的目的是调节pH，使分别转化成和沉淀，以便分离，同时形成硫酸钙（微溶）。
（3）根据题表中数据，沉淀完全时，可得，则pH=4；同理根据的计算得沉淀完全时，pH=4.67，则pH最小为4.67；由表中数据可知与相比更易沉淀，则根据的进行计算，有，则，即pH=5.5，故应调节pH范围为4.67~5.5。
（4）由反应方程式可知，由，得
14.答案：（1）
（2）328 K
（3）c
（4）6；
（5）
（6）隔绝空气，防止钛、镁与氧气、二氧化碳等反应
（7）
解析：（1）配平化学方程式可知反应还生成。
（2）加入铁屑还原体系中的，为达到实验目的，Fe（Ⅲ）含量越少越好，则最佳反应温度为328 K。
（3）工序①为冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，a项错误；若将滤液迅速冷却并剧烈搅拌，析出的晶体会很细，而将滤液静置并缓缓降温，得到的晶体颗粒较大，b项错误；绿矾表面附有，先用适量稀硫酸洗涤绿矾并将洗涤液与滤液合并，可减少的损耗，提高钛的产率，c项正确。
（4）灼烧工序发生反应，制得。第一步：分析黑成和自球代表的原子。1个晶胞中黑球个数为，白球个数为，因此黑球代表Ti，白球代表O。1个Ti与6个O相连，Ti的配位数为6。第二步：计算晶胞质量。1个晶胞中含有2个“”，1个晶胞的质量为。第三步：计算晶胞体积。1个晶胞的体积为。第四步：计算晶体密度。晶体密度为。
（5）气体C为可燃性气体CO，电解饱和食盐水生成的气体A为，气体B为。工序②为氯化工序，、焦炭在高温条件下反应生成和CO。
（6）钛、镁在高温下能与空气中的氧气、二氧化碳等反应，通入氩气的目的是隔绝空气，防止钛、镁与氧气、二氧化碳等反应。
（7）阴极上发生反应，阳极上生成的电极反应式为，因氧气和石墨反应可生成或CO，故阳极上生成的电极反应式为，生成CO（气体Q）的电极反应式为。
15.答案：（1）3;;高温时碳酸钠能与陶制器皿中的二氧化硅反应
（2）增大反应物的接触面积，加快反应速率并使反应进行更充分；钠化焙烧
（3）；少量晶体或晶膜
（4）；；否
解析：（1）基态V原子价电子排布式为，有3个未成对电子。“钠化焙烧”时，V的化合价升高，因此有参与反应，化学方程式为；高温时碳酸钠能与陶制器皿中的反应，所以“钠化焙烧”时不能使用陶制器皿。
（2）使用球磨机将块状碳酸钡粉碎，可增大反应物的接触面积，加快反应速率，使反应进行更彻底；碳酸氢钠受热分解可产生碳酸钠，所以可返回“钠化焙烧”环节进行使用。
（3）“酸浸”时产生了微溶的硫酸钙；根据溶解度表中数据可知，应该先采用蒸发结晶、趁热过滤的方法分离出，再将滤液冷却结晶获得，通常加热到溶液出现少量晶体或液面出现晶膜即可停止加热。
（4）根据“浸出”时反应物与反应产物可知，该反应的离子方程式为；该反应的平衡常数为。根据已知信息Ⅱ可知，该反应生成需要在酸性条件下，若使用代替，则得到的是。
