1、1跟踪检测（十五）归纳拓展高考考查新载体 (两性金属与变价金属)1钨是我国丰产元素，自然界中钨主要以钨(6)酸盐的形式存在。黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐(FeWO 4、MnWO 4)，黑钨矿传统冶炼工艺流程图如下：(1)已知上述转化中，除最后一步外，W 的化合价未发生变化，则产品 C 的化学式为_；如何将其冶炼成单质(用化学方程式表示)：_。根据金属的活动性不同，金属的冶炼方法一般有_三种。(2)写出第一步转化中“Mn 2 MnO 2”的离子方程式_。(3)我国钨化学研究的奠基人顾翼东先生采用另外的反应制得了一种蓝色的、非整比的钨的氧化物 WO(3 x)，这种蓝色氧化钨具有比表面大、易还原
2、的优点。一般认为，蓝色氧化钨的颜色和非整比暗示了在化合物中存在正五价和正六价两种价态的钨，已知 x 的值为0.1，则蓝色氧化钨中这两种价态的钨原子数之比为_。解析：(1)由工艺流程框图可知 MnO2、Fe 2O3进入滤渣，滤液 A 中含 Na 、WO ，加入24浓盐酸后沉淀为 H2WO4，灼烧 H2WO4得 WO3，用氢气还原三氧化钨得 W，即 WO33H 2高温,W3H 2O，则产品 C 为三氧化钨；金属的冶炼方法有：热分解法、热还原法、电解法。(2)转化中“Mn 2 MnO 2”的过程，Mn 元素化合价升高了，所以发生了氧化反应，被 O2氧化，其离子方程式为 2Mn2 O 24OH 熔融,
3、2MnO 22H 2O。(3)钨的氧化物 WO(3 x)中 x0.1，则钨的氧化物为 WO2.9，可用十字交叉法求算：答案：(1)WO 3 WO 33H 2 W3H 2O 热分解法、热还原法、电解法= = = = =高 温 (2)2Mn2 O 24OH 熔融,2MnO 22H 2O (3)142碱式碳酸镍Ni x(OH)y(CO3)znH2O是一种绿色粉末晶体，常用作催化剂和陶瓷着色剂，300 以上时分解生成 3 种氧化物。为确定其组成，某同学在实验室中进行了有关的实验探究。回答下列问题：2(1)甲、乙两装置可分别选取下列装置_、_(填字母，装置可重复选取)。(2)称取一定量的碱式碳酸镍样品，
4、放入硬质玻璃管内；安装好实验仪器，检查装置气密性；加热硬质玻璃管，当装置 C 中_(填实验现象)时，停止加热；打开活塞 K，缓缓通入空气，其目的是_。(3)装置 A 的作用是_，若没有装置 E，则会使_(填“偏大” “偏小”或“无影响”)。xz(4)实验前后测得下表所示数据：装置 B 中样品质量/g 装置 C 质量/g 装置 D 质量/g实验前 3.77 132.00 41.00实验后 2.25 133.08 41.44已知碱式碳酸镍中 Ni 化合价为2 价，则该碱式碳酸镍分解的化学方程式为_。(5)采取上述实验装置进行该实验时，必须小心操作，且保证装置气密性良好，否则浓硫酸倒吸，可导致加热的
5、硬质玻璃管炸裂。为防止浓硫酸倒吸入硬质玻璃管中，提出你的改进措施：_。解析：(1)根据信息，300 以上时分解生成 3 种氧化物，这三种氧化物分别是NiO、CO 2、H 2O，需要测 CO2和 H2O 的质量，因此必须让其全部被吸收，根据(2)甲装置的作用是吸收空气中 CO2和 H2O，甲装置应是 c，B 装置应是加热碱式碳酸镍，C 装置应是吸收产生 H2O，D 装置应是吸收产生 CO2，故乙装置选 c；(2)根据上述分析，当装置 C 中不再有气泡产生，说明反应完全，打开活塞 K，缓慢通入空气的目的是让装置中残留的气体产物被 C 和 D 装置全部吸收；(3)根据(1)的分析，装置 A 的作用是
6、吸收空气中的 CO2和水蒸气；装置 E 的作用是防止外界中 CO2和 H2O 进入装置 D，如果没有此装置，D 装置吸收空气中CO2和水，造成 CO2的质量增大，根据原子守恒， 偏小；(4)装置 C 质量增重xz(133.08132.00)g1.08 g，产生水的质量为 1.08 g，物质的量为 0.06 mol，装置 D 增重的质量是 CO2的质量，即为(41.4441.00)g0.44 g，物质的量为 0.01 mol，装置 B 中3反应后的物质是 NiO，其质量为 2.25 g，物质的量为 0.03 mol，化合价代数和为 0，因此推出 OH 的物质的量为 0.04 mol，根据 H 原
7、子守恒推出 H2O 的物质的量为 0.04 mol，因此x y z n0.030.040.010.043414，即碱式碳酸镍的化学式为 Ni3(OH)4CO34H2O，碱式碳酸镍受热分解的化学方程式为 Ni3(OH)4CO34H2O 3NiO6H 2OCO 2。= = = = = 答案：(1)c c (2)不再有气泡产生 将装置中残留的气体产物吹入吸收装置中 (3)吸收空气中的 CO2和水蒸气偏小 (4)Ni 3(OH)4CO34H2O 3NiO6H 2OCO 2= = = = = (5)在装置 B、C 之间连接一个安全瓶(或其他合理答案均可)3硫酸法是现代氧化铍或氢氧化铍生产中广泛应用的方法
8、之一，其原理是利用焙烧熔炼破坏铍矿物(绿柱石3BeOAl 2O36SiO2及少量 FeO 等)的结构与晶型，再采用硫酸酸解含铍矿物，使铍、铝、铁等酸溶性金属进入溶液相，与硅等脉石矿物初步分离，然后将含铍溶液进行净化、除杂，最终得到合格的氧化铍(或氢氧化铍)产品，其工艺流程如图。已知：铝铵矾的化学式是 NH4Al(SO4)212H2O；铍元素的化学性质与铝元素相似。根据以上信息回答下列问题：(1)熔炼物酸浸前通常要进行粉碎，其目的是_。(2)“蒸发结晶离心除铝”若在中学实验室中进行，完整的操作过程是_、4过滤、洗涤。(3)“中和除铁”过程中“中和”所发生反应的离子方程式是_，用平衡原理解释“除铁
9、”的过程_。(4)加入的“熔剂”除了流程中的方解石外，还可以是纯碱、石灰等。其中，石灰具有价格与环保优势，焙烧时配料比( m 石灰 /m 绿柱石 )通常控制为 13，焙烧温度一般为 1 4001 500 。若用纯碱作熔剂，SiO 2与之反应的化学方程式是_，若纯碱加入过多则 Al2O3、BeO 也会发生反应，其中BeO 与之反应的化学方程式是_，从而会导致酸浸时消耗更多硫酸，使生产成本升高，结合离子方程式回答成本升高的原因：_。解析：(1)酸浸前粉碎熔炼物，可以增大熔炼物的表面积，提高铍元素的浸出速率和浸出率。(2)该完整操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤。(3)“中和除铁”过程中加入氨水，
10、调节 pH 使平衡 Fe3 3H 2OFe(OH) 33H 正向移动，使 Fe3 转化为 Fe(OH)3沉淀而除去。(4)SiO 2与纯碱反应的化学方程式为SiO2Na 2CO3 Na2SiO3CO 2，BeO 与纯碱反应的化学方程式为= = = = =高 温 BeONa 2CO3 Na2BeO2CO 2。根据 BeO2H =Be2 H 2O 和= = = = =高 温 BeO 4H =Be2 2H 2O 可知，BeO 转化成 BeO 后，消耗硫酸增多。22 22答案：(1)提高铍元素的浸出速率和浸出率(2)蒸发浓缩、冷却结晶 (3)H NH 3H2O=NH H 2O 由于存在平衡 4Fe3
11、3H 2OFe(OH) 33H ，氨水中和 H ，使 c(H )减小，上述平衡正向移动，使 Fe3转化为 Fe(OH)3沉淀而除去 (4)SiO2Na 2CO3 Na2SiO3CO 2= = = = =高 温 BeONa 2CO3 Na2BeO2CO 2= = = = =高 温 由 BeO2H =Be2 H 2O 和 BeO 4H =Be2 2H 2O 可知，BeO 转化成 BeO 后22 22将消耗更多硫酸4利用水钴矿(主要成分为 Co2O3，含少量 Fe2O3、Al 2O3、MnO、MgO、CaO、SiO 2等)可以制取多种化工试剂，以下为草酸钴晶体和氯化钴晶体的制备流程图，回答下列问题：
12、已知：浸出液中含有的阳离子主要有 H 、Co 2 、Fe 2 、Mn 2 、Al 3 、Mg 2 、Ca 2 等。5沉淀中只含有两种沉淀。流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的 pH 如下表所示：沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2开始沉淀 2.7 7.6 7.6 4.0 7.7完全沉淀 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8(1)浸出过程中 Co2O3发生反应的离子方程式为_。(2)NaClO3在浸出液中发生反应的离子方程式为_。(3)加入 Na2CO3调 pH 至 5.2，目的是_；萃取剂层含锰元素，则沉淀的主要成分为_。(4)操作包括
13、：将水层加入浓盐酸调整 pH 为 23，_、_、过滤、洗涤、减压烘干等过程。(5)为测定粗产品中 CoCl26H2O 的含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量硝酸酸化的硝酸银溶液，过滤、洗涤、干燥，测沉淀质量。通过计算发现粗产品中CoCl26H2O 质量分数大于 100%，其原因可能是_(回答一条原因即可)。(6)将 5.49 g 草酸钴晶体(CoC 2O42H2O)置于空气中加热，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如表。温度范围/ 固体质量/g150210 4.41290320 2.41经测定，整个受热过程，只产生水蒸气和 CO2气体，则 290320 温度范围，剩余的
14、固体物质化学式为_。(已知：CoC 2O42H2O 的摩尔质量为 183 gmol1 )解析：(1)浸出过程中，Co 2O3与盐酸、Na 2SO3发生反应，Co 2O3转化为 Co2 ，Co 元素化合价降低，则 S 元素化合价升高，SO 转化为 SO ，根据得失电子守恒、电荷守恒和原23 24子守恒配平离子方程式：Co 2O34H SO =2Co2 SO 2H 2O。(2)NaClO 3加入浸出23 24液中，将 Fe2 氧化为 Fe3 ，ClO 被还原为 Cl ，反应的离子方程式为 3ClO 6Fe 2 6H =6Fe3 Cl 3H 2O。(3)根据工艺流程图，结合表格中提供的数据可 3知，
15、加 Na2CO3调 pH 至 5.2，目的是使 Fe3 和 Al3 沉淀完全。滤液中含有的金属阳离子为 Co2 、Mn 2 、Mg 2 、Ca 2 等，萃取剂层含锰元素，结合流程图中向滤液中加入了 NaF溶液，知沉淀为 MgF2、CaF 2。(4)经过操作由溶液得到结晶水合物，故除题中已知过程6外，操作还包括蒸发浓缩、冷却结晶。(5)根据 CoCl26H2O 的组成及测定过程分析，造成粗产品中 CoCl26H2O 的质量分数大于 100%的原因可能是：含有氯化钠杂质，使氯离子含量增大或结晶水合物失去部分结晶水，导致相同质量的固体中氯离子含量变大。(6)整个受热过程中只产生水蒸气和 CO2气体，
16、5.49 g CoC2O42H2O 为 0.03 mol，固体质量变为4.41 g 时，质量减少 1.08 g，恰好为 0.06 mol H2O 的质量，因此 4.41 g 固体为 0.03 mol CoC2O4。依据原子守恒知，生成 n(CO2)0.06 mol， m(CO2)0.06 mol44 gmol1 2.64 g。而固体质量由 4.41 g 变为 2.41 g 时，质量减少 2 g，说明 290320 内发生的不是分解反应，参加反应的物质还有氧气。则参加反应的 m(O2)2.64 g2 g0.64 g， n(O2)0.02 mol； n(CoC2O4) n(O2) n(CO2)0.
17、030.020.06326，依据原子守恒，配平化学方程式：3CoC 2O42O 2Co3O46CO 2，故 290320 温度范围，剩余固体物质的化学式为= = = = =290 320 Co3O4(或 CoOCo2O3)。答案：(1)Co 2O3SO 4H =2Co2 SO 2H 2O23 24(2)ClO 6Fe 2 6H =Cl 6Fe 3 3H 2O 3(3)使 Fe3 和 Al3 沉淀完全 CaF 2和 MgF2(4)蒸发浓缩 冷却结晶(5)粗产品中结晶水含量低(或粗产品中混有氯化钠杂质)(6)Co3O4(或 CoOCo2O3)5NiCl 2是化工合成中最重要的镍源，工业上以金属镍废
18、料(含 Fe、Ca、Mg 等杂质)为原料生产 NiCl2，继而生产 Ni2O3的工艺流程如下：流程中相关金属离子生成氢氧化物沉淀的 pH 如下表所示。氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Ni(OH)2开始沉淀的 pH 1.1 6.5 7.1沉淀完全的 pH 3.2 9.7 9.2(1)为了提高镍元素的浸出率，在“酸浸”时可采取的措施有：适当升高温度；搅拌；_等。(2)加入 H2O2时发生主要反应的离子方程式为_。(3)“除铁”时，控制溶液 pH 的范围为_。(4)滤渣 B 的主要成分的化学式为_。7(5)已知： Ksp(NiCO3)1.4210 7 。为确保沉镍完全即溶液中 c(Ni2
19、)_molL1 。23(6)“氧化”生成 Ni2O3的离子方程式为_。解析：加入盐酸经过酸浸后溶液中有 Ni2 、Fe 2 、Ca 2 、Mg 2 ，加入 H2O2将 Fe2 氧化成 Fe3 ，加入碳酸钠调节 pH 生成 Fe(OH)3沉淀，加入 NH4F 生成 CaF2、MgF 2沉淀，再加入碳酸钠调节 pH 生成 Ni(OH)2沉淀，最后溶解、氧化生成 Ni2O3。(3)加入碳酸钠调节 pH生成 Fe(OH)3沉淀，但不能生成 Ni(OH)2沉淀，所以控制溶液 pH 的范围为 3.27.1。(5)c(CO ) molL1 0.142 molL 1 。23Ksp NiCO3c Ni2 1.4
20、210 71.010 6答案：(1)增大盐酸的浓度(或将镍废料研成粉末或延长浸泡时间等)(2)2Fe2 H 2O22H =2Fe3 2H 2O(3)3.27.1 (4)MgF 2、CaF 2 (5)0.142(6)2Ni2 ClO 4OH =Ni2O3Cl 2H 2O6高锰酸钾是常用的消毒剂、除臭剂、水质净化剂以及强氧化剂。下图是在实验室中制备 KMnO4晶体的流程：回答下列问题：(1)操作的目的是获得 K2MnO4，同时还产生了 KCl 和 H2O，试写出该步反应的化学方程式：_，操作和均需在坩埚中进行，根据实验实际应选择_(填字母)。a瓷坩埚 b氧化铝坩埚c铁坩埚 d石英坩埚(2)操作是使
21、 K2MnO4转化为 KMnO4和 MnO2，该转化过程中发生反应的离子方程式为_。若溶液碱性过强，则 MnO 又会转化为 MnO ，该转化过程中发生反应的离子方程式 4 24为_，因此需要通入某种气体调pH1011，在实际操作中一般选择 CO2而不是 HCl，原因是_。(3)操作过滤时，选择图 2 所示装置而不用图 1 所示装置的原因是8_。(4)还可采用电解 K2MnO4溶液(绿色)的方法制造 KMnO4(电解装置如图所示)，电解过程中右侧石墨电极的电极反应式为_，溶液逐渐由绿色变为紫色。但若电解时间过长，溶液颜色又会转变成绿色，可能的原因是_。解析：(1)由题意知，锰元素化合价升高，氯元
22、素化合价降低，根据得失电子守恒、原子守恒可写出并配平化学方程式。瓷坩埚和石英坩埚中均含有 SiO2，在加热条件下 SiO2能与 KOH 反应，Al 2O3在加热熔融时也可与 KOH 反应，故只能选用铁坩埚。(2)K 2MnO4发生歧化反应生成 KMnO4和 MnO2，根据得失电子守恒和电荷守恒可写出离子方程式。在碱性条件下，MnO 转化为 MnO ，锰元素化合价降低，则必有元素化合价升高，推测反应生成了 4 24O2。(3)抽滤可加快过滤速度。(4)右侧石墨连接电源正极，作阳极，发生氧化反应：MnOe =MnO 。要注意题目中的信息：高锰酸钾溶液在强碱性条件下会转变成锰酸钾溶24 4液，溶液颜色发生变化。答案：(1)KClO 33MnO 26KOH 3K2MnO4KCl3H 2O c (2)= = = = =高 温 3MnO 2H 2O=2MnO MnO 24OH 4MnO 4OH =4MnO O 22H 2O Cl 具有还24 4 4 24原性，可将 K2MnO4和 KMnO4还原(3)过滤速度快、效果好 (4)MnO e =MnO 电解较长时间后，阳极产生的24 4MnO 在阴极被还原，溶液颜色由紫色转变为绿色(或阴极上氢离子放电生成氢气，同时产 4生大量的氢氧根离子，溶液碱性增强，MnO 转化为 MnO ，溶液颜色由紫色转变为绿色) 4 249
