高考化学与铁及其化合物推断题有关的压轴题附详细答案.docx
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高考化学与铁及其化合物推断题有关的压轴题附详细答案
2020-2021高考化学与铁及其化合物推断题有关的压轴题附详细答案
一、铁及其化合物
1.现有金属单质A、B、C和气体甲、乙、丙以及物质D、E、F、G、H,它们之间的相互转化关系如图所示
图中有些反应的生成物和反应的条件没有标出
。
请根据以上信息完成下列各题:
(1)写出下列物质的化学式:
B_______、丙__________。
(2)写出黄绿色气体乙的一种用途___________,反应过程⑦可能观察到的实验现象是______。
对应的化学方程式是_______。
(3)反应③中的离子方程式是_________。
【答案】AlHCl杀菌消毒、强氧化剂、漂白白色沉淀迅速变成灰绿色,最终变成红褐色4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑
【解析】
【分析】
金属A颜色反应为黄色证明A为金属Na,Na与水反应生成气体甲为H2,D为NaOH;金属B和氢氧化钠溶液反应产生H2,说明B为金属Al,黄绿色气体乙为Cl2,气体甲是H2,H2和Cl2反应生成丙为HCl,HCl溶于水得到的物质E为盐酸溶液,盐酸与金属C反应产生F溶液是金属氯化物,该氯化物与Cl2还可以反应产生G,G与NaOH溶液反应生成红褐色沉淀H为Fe(OH)3,则G为FeCl3,推断物质F为FeCl2;判断C为Fe,以此解答该题。
【详解】
根据上述分析可知A是Na,B是Al,C为Fe,气体甲是H2,气体乙是Cl2,气体丙是HCl;D是NaOH,E是盐酸,F是FeCl2,G是FeCl3,H是Fe(OH)3。
(1)根据上述分析可知,物质B是Al,丙是HCl;
(2)黄绿色气体乙是Cl2,该物质可以与水反应产生HCl和HClO,HClO具有强氧化性,可作氧化剂,氧化一些具有还原性的物质,也用于杀菌消毒或用于物质的漂白;
(3)FeCl2与NaOH溶液发生反应:
FeCl2+2NaOH=Fe(OH)2↓+2NaCl,Fe(OH)2具有还原性,容易被溶解在溶液中的氧气氧化,发生反应:
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,固体由白色迅速变为灰绿色,最后变为红褐色,因此可观察到的实验现象是白色沉淀迅速变成灰绿色,最终变成红褐色;
(4)反应③是Al与NaOH溶液发生反应产生NaAlO2和H2,反应的离子方程式为:
2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑。
【点睛】
本题是无机物推断,物质的颜色及转化关系中特殊反应是物质推断的突破口,再结合转化关系推断,需要学生熟练掌握元素化合物知识,试题培养了学生的分析能力及逻辑推理能力。
2.某兴趣活动小组利用物质间的互变,设计成一个平面魔方,如下图所示:
已知①A、B、C、D、G含有同种元素。
②
纯A(单质)
B溶液
D固体
G溶液
颜色
银白色
黄色
红棕色
浅绿色
③E是通常情况下密度最小的气体;B与硝酸银溶液反应生成不溶于稀硝酸的白色沉淀,也能将一种氧化物氧化为F,F是含有三种元素的化合物,与A反应生成E、G。
依据以上信息填空:
(1)写出D的化学式:
___________________________________________。
(2)G生成C的过程中所出现的现象为_________________________。
(3)写出反应A→B的化学方程式:
_________________________________。
(4)B→F的离子方程式为________;G与次氯酸反应的离子方程式为________________________________。
【答案】Fe2O3先产生白色沉淀,迅速变为灰绿色,最后变为红褐色2Fe+3Cl2
2FeCl32Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+H++2Fe2++HClO=2Fe3++Cl-+H2O
【解析】
【分析】
结合框图,D固体呈红棕色,则其为Fe2O3;A、B、C、D、G含有同种元素,B与硝酸银溶液反应生成不溶于稀硝酸的白色沉淀,则B为FeCl3,G中含有Fe2+,A为Fe。
由“B与硝酸银溶液反应生成不溶于稀硝酸的白色沉淀,也能将一种氧化物氧化为F,F是含有三种元素的化合物,与A反应生成E、G”,则F为H2SO4,G为FeSO4;E是通常情况下密度最小的气体,则E为H2。
由B→C→D的转化可推知,C为Fe(OH)3。
【详解】
(1)由以上分析可知,D为氧化铁,其化学式:
Fe2O3。
答案为:
Fe2O3;
(2)FeSO4生成Fe(OH)3,可先加碱、后氧化,所出现的现象为先产生白色沉淀,迅速变为灰绿色,最后变为红褐色。
答案为:
先产生白色沉淀,迅速变为灰绿色,最后变为红褐色;
(3)反应Fe→FeCl3需用Cl2将Fe氧化,反应方程式为2Fe+3Cl2
2FeCl3。
答案为:
2Fe+3Cl2
2FeCl3;
(4)FeCl3→H2SO4,应使用SO2,离子方程式为2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+;FeSO4与次氯酸反应,生成Fe3+、Cl-和H+,离子方程式为H++2Fe2++HClO=2Fe3++Cl-+H2O。
答案为:
2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+;H++2Fe2++HClO=2Fe3++Cl-+H2O。
【点睛】
利用框图进行物质推断时,先确定信息充足的物质,然后利用已知的少量信息、反应条件及未知物质前后的已知物质,推断出未知物质的组成。
3.A、B、C、D均为中学化学中常见的物质,它们之间转化关系如图(部分产物和条件已略去),请回答下列问题:
(1)若A为CO2气体,D为NaOH溶液,则B的化学式为_________。
(2)若A为AlCl3溶液,D为NaOH溶液,则C的名称为_________。
(3)若A和D均为非金属单质,D为双原子分子,则由C直接生成A的基本反应类型为_________。
(4)若常温时A为气态氢化物,B为淡黄色固体单质,则A与C反应生成B的化学方程式为_________。
(5)若A为黄绿色气体,D为常见金属,则A与C溶液反应的离子方程式为_________。
下列试剂不能鉴别B溶液与C溶液的是_________(填字母编号)。
a.NaOH溶液b.盐酸c.KSCN溶液d.酸性KMnO4溶液
【答案】NaHCO3偏铝酸钠分解反应
b
【解析】
【分析】
【详解】
(1)若A为CO2与过量的D即NaOH反应,生成碳酸氢钠;碳酸氢钠溶液与NaOH反应可得到碳酸钠溶液;碳酸钠溶液又可以与CO2反应生成碳酸氢钠;所以B的化学式为NaHCO3;
(2)若A为AlCl3,其与少量的NaOH反应生成Al(OH)3沉淀,Al(OH)3继续与NaOH反应生成偏铝酸钠;偏铝酸钠溶液和氯化铝溶液又可以反应生成Al(OH)3;所以C的名称为偏铝酸钠;
(3)若A,D均为非金属单质,且D为双原子分子,那么推测可能为性质较为活泼的O2或Cl2,A则可能为P,S或N2等;进而,B,C为氧化物或氯化物,C生成单质A的反应则一定为分解反应;
(4)淡黄色的固体有过氧化钠,硫单质和溴化银;根据转化关系,推测B为S单质;那么A为H2S,C为SO2,B为氧气;所以相关的方程式为:
;
(5)A为黄绿色气体则为Cl2,根据转化关系可知,该金属元素一定是变价元素,即Fe;那么B为FeCl3,C为FeCl2;所以A与C反应的离子方程式为:
;
a.NaOH与Fe2+生成白色沉淀后,沉淀表面迅速变暗变绿最终变成红褐色,而与Fe3+直接生成红褐色沉淀,a项可以;
b.盐酸与Fe2+,Fe3+均无现象,b项不可以;
c.KSCN溶液遇到Fe3+会生成血红色物质,而与Fe2+无现象,c项可以;
d.Fe2+具有还原性会使高锰酸钾溶液褪色,Fe3+不会使高锰酸钾溶液褪色,d项可以;答案选b。
4.下列框图中的字母分别代表一种常见的物质或其溶液,相互之间的转化关系如图所示(部分产物及反应条件已略去)。
已知A、B为气态单质,F是地壳中含量最多的金属元素的单质;E、H、I为氧化物,E为黑色固体,I为红棕色气体;M为红褐色沉淀。
请回答下列问题:
(1)A在B中燃烧的现象是__________________________________________。
(2)D+E→B的反应中,被氧化与被还原的物质的物质的量比是_________________________。
(3)G+J→M的离子方程式是____________________________________。
(4)Y受热分解的化学方程式是______________________________________。
(5)检验硫酸铁溶液中是否存在Fe2+的试剂是____________________。
【答案】放出大量的热,产生苍白色火焰2:
13AlO2-+Fe3++6H2O=3Al(OH)3↓+Fe(OH)3↓4Fe(NO3)3
2Fe2O3+12NO2↑+3O2↑酸性高锰酸钾溶液
【解析】
【分析】
F是地壳中含量最多的金属元素的单质,则F为Al,转化关系中X电解得到三种物质,为电解电解质与水型,A、B为气态单质,二者为氢气和氯气,二者反应生成D,D为HCl,E为黑色固体,为氧化物,和HCl反应又生成B气体,A为H2,B为Cl2,E为MnO2,电解X是电解氯化钠溶液,C为NaOH,与Al反应生成G,G为NaAlO2;M为红褐色沉淀为Fe(OH)3,所以J是含三价铁离子的物质,是H和D反应生成,证明J为FeCl3,H、I为氧化物判断H为Fe2O3,I为红棕色气体为NO2,结合转化关系可知,N为HNO3,Y为Fe(NO3)3,结合物质的性质来解答。
【详解】
(1)A为H2,B为Cl2,H2在Cl2中燃烧的现象是:
气体安静燃烧,放出大量的热,火焰呈苍白色,并有白雾产生;
(2)D+E→B的反应为MnO2+4HCl
MnCl2+Cl2↑+2H2O,MnO2中Mn元素化合价降低,被还原,HCl中Cl元素化合价升高,被氧化,4mol盐酸参与反应,发生氧化反应的盐酸为2mol,另外2mol盐酸显酸性,则n(被氧化的物质HCl):
n(被还原的物质MnO2)=2:
1;
(3)G(NaAlO2)+J(FeCl3)→M(Fe(OH)3)的反应是在水溶液中发生的双水解反应,反应离子方程式是:
3AlO2-+Fe3++6H2O=3Al(OH)3↓+Fe(OH)3↓;
(4)依据分析推断可知Y为Fe(NO3)3,受热分解生成二氧化氮和氧化铁,依据原子守恒配平书写的化学方程式是:
4Fe(NO3)3
2Fe2O3+12NO2↑+3O2↑;
(5)检验硫酸铁溶液中是否存在Fe2+的方法是取少量待测液于试管中,滴加几滴酸性高锰酸钾溶液,若溶液紫色褪去,证明原溶液中含有Fe2+,反之没有Fe2+。
5.以废旧锌锰电池初步处理分选出的含锰废料(MnO2、MnOOH、MnO及少量Fe、Pb等)为原料制备高纯MnCl2·xH2O,实现锰的再生利用。
其工作流程:
资料a.Mn的金属活动性强于Fe,Mn2+在酸性条件下比较稳定,pH高于5.5时易被O2氧化。
资料b.生成氢氧化物沉淀的pH
Mn(OH)2
Pb(OH)2
Fe(OH)3
开始沉淀时
8.1
6.5
1.9
完全沉淀时
10.1
8.5
3.2
注:
金属离子的起始浓度为0.1mol·L-1
(1)过程Ⅰ的目的是浸出锰。
经检验滤液1中含有的阳离子为Mn2+、Fe3+、Pb2+和H+。
①MnO2与浓盐酸反应的离子方程式是_____________。
②检验滤液1中只含Fe3+不含Fe2+的操作和现象是:
取少量滤液1于试管中,滴入铁氰化钾溶液,无蓝色沉淀生成;另取少量滤液1于试管中,_____________。
③Fe3+由Fe2+转化而成,可能发生的反应有:
a.2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
b.4Fe2++O2+4H+=2Fe3++2H2O
c.......
写出c的离子方程式:
_____________。
(2)过程Ⅱ的目的是除铁。
有如下两种方法:
ⅰ.氨水法:
将滤液1先稀释,再加适量10%的氨水,过滤。
ⅱ.焙烧法:
将滤液1浓缩得到的固体于290℃焙烧,冷却,取焙烧物......。
已知:
焙烧中发生的主要反应为2FeCl3+3O2=2Fe2O3+3Cl2,MnCl2和PbCl2不发生变化。
①氨水法除铁时,溶液pH应控制在_____________之间。
②补全ⅱ中的操作:
_____________。
③两种方法比较,氨水法除铁的缺点是_____________。
(3)过程Ⅲ的目的是除铅。
加入的试剂是_____________。
(4)过程Ⅳ所得固体中的x的测定如下:
取m1g样品,置于氮气氛围中加热至失去全部结晶水时,质量变为m2g。
则x=_____________。
【答案】MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O滴加KSCN溶液,变红MnO2+4H++2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2O或MnOOH+3H++Fe2+=Mn2++Fe3++2H2O3.2~5.5加水溶解,快速过滤,再加盐酸酸化至pH小于5.5引入杂质NH4+锰
【解析】
【分析】
含锰废料(MnO2、MnOOH、MnO及少量Fe、Pb等)与浓盐酸反应,过滤滤液1中含有的阳离子为Mn2+、Fe3+、Pb2+和H+,过程II除去铁离子,过程III用锰除去铅离子。
【详解】
(1)①MnO2与浓盐酸反应产生氯气,反应的离子方程式为:
MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O,故答案为:
MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O。
②亚铁离子与铁氰化钾溶液生成蓝色沉淀,铁离子使KSCN溶液显红色,检验滤液1中只含Fe3+不含Fe2+的操作和现象是:
取少量滤液1于试管中,滴入铁氰化钾溶液,无蓝色沉淀生成,另取少量滤液1于试管中,滴加KSCN溶液,变红,
故答案为:
取少量滤液1于试管中,滴入铁氰化钾溶液,无蓝色沉淀生成,另取少量滤液1于试管中,滴加KSCN溶液,变红;
③Fe3+由Fe2+转化而成,由a、b两个方程式得:
可能由氯气、氧气氧化,也可能由二氧化锰氧化,反应的离子方程式为:
MnO2+4H++2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2O,故答案为:
MnO2+4H++2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2O;
(2)①调节pH除去铁离子,pH大于3.2时,铁离子沉淀完全,铅离子、锰离子不能沉淀,小于5.5时锰离子不易氧化,故pH应小于5.5,
故答案为:
3.2~5.5;
②补全ⅱ中的操作:
加水溶解,快速过滤,再加盐酸酸化至pH小于5.5,故答案为:
加水溶解,快速过滤,再加盐酸酸化至pH小于5.5。
③两种方法比较,氨水法除铁的缺点是:
氨水法除铁的过程中,会引入杂质NH4+,
故答案为:
引入杂质NH4+;
(3)过程Ⅲ的目的是除铅。
用活泼金属置换不活泼金属,加入锰,将铅离子置换与溶液分离,自身生成锰离子,不引入杂质,故答案为:
Mn;
(4)过程Ⅳ所得固体中的x的测定如下:
取m1g样品,置于氮气氛围中加热至失去全部结晶水时,质量变为m2g。
m1gMnCl2·xH2O置于氮气氛围中加热至失去全部结晶水时,生成MnCl2质量为m2g,则n(MnCl2)=
,结晶水的质量为(m1-m2)g,n(H2O)=
,则1:
x=n(MnCl2):
n(H2O),解得:
x=
,
故答案为:
。
【点睛】
本题考查了物质制备方案设计,侧重于学生的分析、实验能力的考查,题目涉及离子方程式的书写、物质组成的计算等知识,解题关键:
注意把握实验的流程、相关物质的性质以及题目信息。
6.我国某地粉煤灰中主要含有Al2O3,除此之外还含有Ga2O3及少量Fe2O3、CaO、MgO和SiO2等物质。
已知从粉煤灰中回收铝并提取镓的工艺流程如下所示:
回答下列问题:
(1)焙烧前,应将粉煤灰与纯碱粉末充分混合,其原因是____;混合焙烧时,Al2O3、Ga2O3均发生类似于SiO2的反应,试写出Ga2O3在此过程中发生反应的化学方程式:
____。
(2)滤渣的成分是____;含铝混合液中除了大量A13+之外,还有Fe3+和少量Mg2+,由混合液制取纯净Al(OH)3的实验方案是_____。
(3)洗脱液中往往还有少量Fe3+,需要进一步分离。
若使Fe3+恰好完全沉淀[c(Fe3+)=l×l0-5mol·L-l]时,Ga3+浓度至少为_____mol·L-l才会开始沉淀。
(已知:
。
)
(4)电解过程中,Ga3+与NaOH溶液反应生成GaO2-,GaO2-在阴极放电,则电解方程式为____;电解过程中需要保持溶液为pH=11以上的原因是___。
【答案】增大反应物接触面积,加快化学反应速率Ga2O3+Na2CO3
2NaGaO2+CO2↑H2SiO3或H4SiO4向混合液中加入过量NaOH,过滤,向滤液中通入足量CO2,再过滤3.5×10-2mol/L
抑制
水解,并阻止H+在阴极放电降低电解效率
【解析】
【分析】
混合焙烧时,Al2O3、Ga2O3、SiO2与Na2CO3反应,生成可溶性盐NaAlO2、NaGaO2、Na2SiO3,CaO、MgO、Fe2O3不发生反应;将固体溶解,MgO、Fe2O3不溶于水,CaO溶于水生成Ca(OH)2,溶液中溶质为Ca(OH)2、NaAlO2、NaGaO2、Na2SiO3、Na2CO3;加入盐酸后,溶液中溶质为FeCl3、MgCl2、CaCl2、AlCl3、GaCl3、NaCl,生成的硅酸不溶,滤渣为H2SiO3或H4SiO4,然后将滤液进行树脂吸附,得到含铝混合液和洗脱液,然后将洗脱液中的Fe3+除去,最终通过电解
制备Ga。
【详解】
(1)将粉煤灰与纯碱粉末充分混合,可以增大反应物接触面积,加快化学反应速率;SiO2与Na2CO3固体在加热条件下能够生成Na2SiO3、CO2,因此Ga2O3在此过程中发生反应的化学方程式为:
Ga2O3+Na2CO3
2NaGaO2+CO2↑;
(2)由上述分析可知,滤渣为:
H2SiO3或H4SiO4;Al(OH)3为两性氢氧化物,能溶于强碱溶液,而Fe(OH)3、Mg(OH)2不溶于强碱溶液,因此可将Al元素转化为偏铝酸盐,然后通入CO2制取纯净的Al(OH)3,实验方案为:
向混合液中加入过量NaOH,过滤,向滤液中通入足量CO2,再过滤;
(3)当c(Fe3+)恰好为l×l0-5mol·L-l时,
,若此时Ga3+恰好开始沉淀,则
;
(4)电解过程中,
中Ga元素从+3价降低至0价,发生还原反应生成Ga,阳极为水失去电子生成氧气,电解总反应为:
;
属于弱酸阴离子,能够发生水解生成Ga(OH)3,会降低产率,若溶液酸度过高,则溶液中H+可能会发生还原反应生成H2,会降低阴极电解效率。
7.某工厂的工业废水中含有大量的FeSO4和CuSO4,为了减少污染并变废为宝,工厂拟定用以下流程从该废水中回收FeSO4和金属Cu。
请根据以下流程图,回答相关问题:
(1)操作Ⅰ和操作Ⅱ分离固体和溶液的方法是_____________。
(2)为了将CuSO4完全转化,步骤①加入的铁粉应_______(选填“过量”或“少量”),其对应的化学方程式为___________。
(3)固体A的成分是铁和__________(填名称)。
(4)步骤②加入试剂B的稀溶液,B的化学式为_________,该物质在该反应中作_______剂(选填“氧化”或“还原”)。
(5)取1~2mlFeSO4溶液于试管中,滴加几滴NaOH溶液,生成的白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变成_______________色。
(6)另取1~2mlFeSO4溶液于试管中,滴加几滴氯水,该反应的离子方程式为_______,向反应后的溶液中再滴加几滴__________溶液,溶液变为血红色。
【答案】过滤过量
铜单质H2SO4氧化红褐色
KSCN
【解析】
【分析】
【详解】
(1)分离固体和溶液的操作即过滤;
(2)为了保证CuSO4反应彻底,就需要加入过量的Fe粉;Fe与CuSO4溶液发生置换反应,方程式为:
;
(3)固体A中除了未反应完的Fe,还有就是加入铁粉后置换出的Cu单质;
(4)分析步骤②可知,加入试剂B后Fe单质变成了FeSO4,而Cu单质不反应,所以B为稀硫酸;反应过程中,稀硫酸起氧化剂作用将Fe氧化;
(5)Fe2+与OH-反应生成白色的不稳定的Fe(OH)2,Fe(OH)2可以迅速被氧化发生反应:
;最终生成红褐色的Fe(OH)3;
(6)FeSO4中加入氯水后发生氧化还原反应,离子方程式为:
;由于反应后的溶液中有Fe3+,所以加入
后,溶液会出现血红色;
8.钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)是一种金属腐蚀抑制剂。
工业上利用钼精矿(主要成分是不溶于水的MoS2)制备钼酸钠的两种途径如图所示。
(1)NaClO的电子式为___。
(2)途径Ⅰ碱浸时发生反应的化学方程式为____。
(3)途径Ⅱ氧化时还有Na2SO4生成,则反应的离子方程式为____。
(4)已知途径Ⅰ的钼酸钠溶液中c(MoO42-)=0.40mol/L,c(CO32-)=0.10mol/L。
由钼酸钠溶液制备钼酸钠晶体时,需加入Ba(OH)2固体以除去CO32-。
当BaMoO4开始沉淀时,CO32-的去除率是______[已知Ksp(BaCO3)=1×10-9、Ksp(BaMoO4)=4.0×10-8,忽略溶液的体积变化]。
(5)分析纯钼酸钠常用钼酸铵[(NH4)2MoO4]和氢氧化钠反应来制取,若将该反应产生的气体与途径Ⅰ所产生的气体一起通入水中,得到正盐的化学式是_______。
(6)钼酸钠和月桂酰肌氨酸的混合液常作为碳素钢的缓蚀剂。
常温下,碳素钢在三种不同介质中的腐蚀速率实验结果如图
①当硫酸的浓度大于90%时,碳素钢腐蚀速率几乎为零,原因是____。
②若缓蚀剂钼酸钠-月桂酸肌氨酸总浓度为300mg·L-1,则缓蚀效果最好时钼酸钠(M=206g·mol-1)的物质的量浓度为____(计算结果保留3位有效数字)。
【答案】
MoO3+Na2CO3=Na2MoO4+CO2↑MoS2+9ClO-+6OH-=MoO42-+9Cl-+2SO42-+3H2O90%(NH4)2CO3和(NH4)2SO3常温下浓硫酸会使铁钝化7.28×10-4mol/L
【解析】
【分析】
根据流程利用钼精矿(主要成分是MoS2)制备钼酸钠有两种途径:
途径Ⅰ是先在空气中灼烧生成MnO3,得到对环境有污染的气体SO2,用碱液可以吸收,然后再用纯碱溶液溶解MnO3,发生反应:
MoO3+Na2CO3═Na2MoO4+CO2↑,得到钼酸钠溶液,最后结晶得到钼酸钠晶体;途径Ⅱ是直接用NaClO溶液在碱性条件下氧化钼精矿得到钼酸钠溶液,反应为MnS2+9ClO-+6OH-=MoO42-+9Cl-+2SO42-+3H2O,结晶后得到钼酸钠晶体,据此分析作答。
【详解】
(1)离子化合物NaClO的电子式为
;
(2)途径I碱浸时MoO3和纯碱溶液反应生成钼酸钠,同时得到CO2气体,反应方程式为MoO3+Na2CO3=Na2MoO4+CO2↑;
(3)
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