三拓展点题在书外理在书中的陌生元素.docx
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三拓展点题在书外理在书中的陌生元素
三、拓展点——“题在书外,理在书中”的陌生元素
铍及其化合物的特性
铍和铝有相似的化学性质
1.二者均不仅能溶于酸溶液,也能溶于碱溶液,放出H2。
Be+2NaOH+2H2O===Na2[Be(OH)4]+H2↑
或Be+2NaOH===Na2BeO2+H2↑;
2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
或2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑。
2.二者的氢氧化物均为两性氢氧化物,易溶于强碱溶液。
Be(OH)2+2NaOH===Na2[Be(OH)4]
或Be(OH)2+2NaOH===Na2BeO2+2H2O;
Al(OH)3+NaOH===Na[Al(OH)4]
或Al(OH)3+NaOH===NaAlO2+2H2O。
3.BeCl2和AlCl3均为共价化合物,易升华,易溶于有机溶剂。
4.铍、铝与冷的浓硝酸接触,发生“钝化”现象。
5.铍、铝的盐都易水解。
[示例1] 铝、铍及其化合物具有相似的化学性质,已知反应:
BeCl2+Na2BeO2+2H2O===2NaCl+2Be(OH)2↓能完全进行,则下列推断正确的是( )
A.Be(OH)2既能溶于盐酸,又能溶于NaOH溶液
B.BeCl2水溶液的导电性强,故BeCl2是离子化合物
C.Na2BeO2溶液的pH>7,将其蒸干并灼烧后得到的残留物为BeO
D.BeCl2溶液的pH>7,将其蒸干并灼烧后得到的残留物是BeCl2
[分析] 铝、铍及其化合物具有相似的化学性质,Be(OH2)与Al(OH)3性质相似,Be(OH)2既能溶于盐酸,又能溶于NaOH溶液,A正确;某些共价化合物水溶液的导电性也较强,B错误;Na2BeO2溶液蒸干灼烧后得到Na2BeO2,C错误;BeCl2溶液pH<7,蒸干并灼烧后得到的残留物是BeO,D错误。
[答案] A
锌及其化合物
1.锌及其化合物“心连心”
2.金属锌的化学性质
(1)与空气中的水、CO2、O2反应
CO2+2O2+3H2O+4Zn===ZnCO3·3Zn(OH)2
(2)与大多数非金属反应
2Zn+O2
2ZnO,Zn+X2
ZnX2(X为F、Cl、Br、I)
(3)与酸、碱的反应
Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑
Zn+2H2O+2NaOH===Na2[Zn(OH)4]+H2↑
或Zn+2NaOH===Na2ZnO2+H2↑
(4)与盐溶液的置换反应
Zn+Cu2+===Cu+Zn2+
3.氧化锌——两性氧化物
ZnO+2HCl===ZnCl2+H2O
ZnO+2NaOH+H2O===Na2[Zn(OH)4]
或ZnO+2NaOH===Na2ZnO2+H2O
4.氢氧化锌——两性氢氧化物
(1)两性
Zn(OH)2+2H+===Zn2++2H2O
Zn(OH)2+2OH-===[Zn(OH)4]2-
或Zn(OH)2+2OH-===ZnO
+2H2O
(2)受热分解
Zn(OH)2
ZnO+H2O
(3)制法
Zn2++[Zn(OH)4]2-===2Zn(OH)2↓
或Zn2++ZnO
+2H2O===2Zn(OH)2↓
5.锌盐
(1)ZnSO4
①与可溶性钡盐反应
ZnSO4+BaCl2===ZnCl2+BaSO4↓
②与强碱溶液反应
ZnSO4溶液中加入少量NaOH溶液:
Zn2++2OH-===Zn(OH)2↓
ZnSO4溶液中加足量NaOH溶液:
Zn2++4OH-===[Zn(OH)4]2-
或Zn2++4OH-===ZnO
+2H2O
③与Na2[Zn(OH)4]或Na2ZnO2反应生成Zn(OH)2沉淀。
(2)Na2[Zn(OH)4]或Na2ZnO2
①与少量盐酸反应:
Na2[Zn(OH)4]+2HCl===Zn(OH)2↓+2NaCl+2H2O
或Na2ZnO2+2HCl===Zn(OH)2↓+2NaCl
②与足量盐酸反应:
Na2[Zn(OH)4]+4HCl===ZnCl2+2NaCl+4H2O
或Na2ZnO2+4HCl===ZnCl2+2NaCl+2H2O
③与少量CO2反应:
Na2[Zn(OH)4]+CO2===Zn(OH)2↓+Na2CO3+H2O
或Na2ZnO2+CO2+H2O===Zn(OH)2↓+Na2CO3
④与足量CO2反应:
Na2[Zn(OH)4]+2CO2===Zn(OH)2↓+2NaHCO3
或Na2ZnO2+2H2O+2CO2===Zn(OH)2↓+2NaHCO3
⑤与可溶性锌盐发生相互促进的水解反应,生成Zn(OH)2沉淀。
[示例2] 锌和铝都是活泼金属,其氢氧化物既能溶于强酸溶液,又能溶于强碱溶液,但是Al(OH)3不溶于氨水,而Zn(OH)2能溶于氨水,生成[Zn(NH3)4]2+。
回答下列问题:
(1)单质铝溶于NaOH溶液后,溶液中铝元素的存在形式为________(用化学式表示)。
(2)写出锌和NaOH溶液反应的离子方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)下列各组中的两种溶液,用相互滴加的实验方法可以鉴别的是________(填序号)。
①Al2(SO4)3和NaOH ②Al2(SO4)3和氨水
③ZnSO4和NaOH④ZnSO4和氨水
(4)写出可溶性铝盐和氨水反应的离子方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
试解释实验室不宜用可溶性锌盐与氨水反应制取氢氧化锌的原因:
________________________________________________________________________。
[分析]
(1)Al与NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]或NaAlO2。
(2)锌与NaOH溶液反应的离子方程式为
Zn+2OH-+2H2O===[Zn(OH)4]2-+H2↑
或Zn+2OH-===ZnO
+H2↑
(3)①Al2(SO4)3与NaOH溶液滴加顺序不同,现象不同,可鉴别;②Al2(SO4)3与氨水滴加顺序不同,现象相同,不可鉴别;③ZnSO4与NaOH溶液滴加顺序不同,现象不同,可鉴别;④ZnSO4与氨水滴加顺序不同,现象不同,可鉴别。
(4)可溶性铝盐与氨水反应生成Al(OH)3,反应的离子方程式为Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
,因Zn(OH)2能溶于氨水,故在实验室里不能用可溶性锌盐与氨水反应制取Zn(OH)2。
[答案]
(1)[Al(OH)4]-(或AlO
)
(2)Zn+2OH-+2H2O===[Zn(OH)4]2-+H2↑
(或Zn+2OH-===ZnO
+H2↑)
(3)①③④
(4)Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
可溶性锌盐与氨水反应产生的Zn(OH)2可溶于过量氨水中,生成[Zn(NH3)4]2+,氨水的用量不易控制
其他具有金属性和非金属性的元素——Cr和B
1.铬的氧化物与氢氧化物
(1)Cr2O3和Cr(OH)3显两性,其转化关系如下:
Cr3+(紫色)
Cr(OH)3(灰蓝色)
[Cr(OH)4]-(绿色)
反应的离子方程式:
①Cr3++3OH-===Cr(OH)3↓
②Cr(OH)3+OH-===[Cr(OH)4]-
Cr3++4OH-===[Cr(OH)4]-
③[Cr(OH)4]-+H+===Cr(OH)3↓+H2O
④Cr(OH)3+3H+===Cr3++3H2O
[Cr(OH)4]-+4H+===Cr3++4H2O
(2)铬(Ⅵ)最重要的化合物为K2Cr2O7,在水溶液中Cr2O
和CrO
存在下列平衡:
2CrO
+2H+Cr2O
+H2O
(黄色) (橙红色)
在碱性溶液中,[Cr(OH)4]-可以被过氧化氢氧化成CrO
。
在酸性溶液中CrO
转变为Cr2O
。
2.硼及其化合物
(1)转化关系
(2)相应步骤涉及的反应
①硼镁矿与烧碱溶液反应生成可溶于水的偏硼酸钠(NaBO2)和Mg(OH)2:
2MgO·B2O3+2NaOH+H2O===2NaBO2+2Mg(OH)2↓
向偏硼酸钠溶液中通入CO2使NaBO2转化成硼砂:
4NaBO2+CO2+10H2O===Na2B4O5(OH)4·8H2O+Na2CO3
②将硼砂与硫酸反应,得到硼酸:
Na2B4O5(OH)4·8H2O+H2SO4===4H3BO3+Na2SO4+5H2O
③硼酸加热分解得到氧化硼:
2H3BO3
B2O3+3H2O
④用镁或铝还原B2O3制得硼:
B2O3+3Mg
3MgO+2B
⑤硼和NaOH溶液反应生成NaBO2(或Na[B(OH)4])和H2:
2B+2NaOH+2H2O===2NaBO2+3H2↑
或2B+2NaOH+6H2O===2Na[B(OH)4]+3H2↑
[示例3] 以铬铁合金(含少量Co、Ni、C等元素)为原料制备Cr2O3并获得副产品FeC2O4·2H2O的工艺流程如下:
(1)工业上酸溶时通常用硫酸而不用盐酸的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)已知滤渣2的主要成分是CoS和NiS,则滤渣1的主要成分是________(填化学式)。
(3)在加入Na2S除杂前需将溶液pH调到4左右,Cr3+、Fe2+浓度与溶液pH之间的关系如图,分析pH调至4左右的原因:
pH过小,加入Na2S后会产生H2S并逸出;________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)已知Cr(OH)3是两性氢氧化物,若沉铬时pH过大,则Cr(OH)3会转化为CrO
,该反应的离子方程式为__________________________________________________;证明Cr(OH)3沉淀洗涤干净的方法是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
[分析]
(1)硫酸属于难挥发性酸,价格相对盐酸便宜,盐酸属于挥发性酸,使用盐酸会提高成本,因此工业上一般使用硫酸;
(2)滤渣2的成分是CoS和NiS,根据铁铬合金中的成分,酸溶时,只有C不与稀硫酸反应,因此滤渣1的成分是C;(3)根据题意,pH过小,加入Na2S后会产生H2S并逸出,pH过大,根据图像,Cr3+、Fe2+在溶液中的浓度降低,说明Cr3+和Fe2+转化成沉淀,因此pH过大,Cr3+、Fe2+会沉淀;(4)Cr(OH)3表现两性,与碱反应的离子方程式为Cr(OH)3+OH-===CrO
+2H2O,沉铬过程中溶液中含有SO
,因此要证明沉淀已洗净,即证明溶液中不含SO
,具体操作是取少量最后一次洗涤液于试管中,滴加BaCl2溶液,若无明显现象,则说明沉淀已洗涤干净。
[答案]
(1)硫酸价格便宜,是难挥发性酸,盐酸易挥发
(2)C (3)pH过大,Cr3+、Fe2+会沉淀 (4)Cr(OH)3+OH-===CrO
+2H2O 取少量最后一次洗涤液于试管中,滴加BaCl2溶液,若无明显现象,则说明沉淀已洗涤干净(或其他合理答案)
[专项增分集训]
1.碲是ⅥA族元素,其单质和化合物在化工生产等方面具有广泛地应用。
(1)TeO2是两性氧化物,微溶于水,可溶于强酸或强碱。
TeO2和NaOH溶液发生反应的离子方程式为______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)从粗铜精炼的阳极泥(主要含有Cu2Te)中提取粗碲的一种工艺流程如图:
①已知加压酸浸时控制溶液的pH为5.0,生成TeO2沉淀。
如果H2SO4溶液浓度过大,产生的后果是________________________________________________
________________________________________________________________________。
②“加压酸浸”中为什么要加压?
__________________________________________
________________________________________________________________________。
③对滤渣“酸浸”后,将Na2SO3加入Te(SO4)2溶液中进行“还原”得到固态碲,该反应的离子方程式是_______________________________________________________
________________________________________________________________________。
④“还原”得到固态碲后分离出粗碲的方法是________,对粗碲进行洗涤,判断洗涤干净的实验操作和现象是_______________________________________________________
________________________________________________________________________。
已知阳极泥中Cu2Te的含量为a%,则m吨阳极泥理论上可制得纯度为n%的粗碲________吨。
解析:
(1)TeO2是两性氧化物,和NaOH溶液反应生成盐Na2TeO3和水,反应的离子方程式为TeO2+2OH-===TeO
+H2O。
(2)①TeO2具有两性,如果溶液酸性过强,TeO2会继续与酸反应,导致TeO2沉淀不完全;②加压可以加快溶解速率,有利于反应向生成TeO2的方向进行;③Na2SO3加入Te(SO4)2溶液中进行还原得到固态碲,同时生成SO
,该反应的离子方程式是2SO
+Te4++2H2O===Te↓+2SO
+4H+;④通过过滤从反应后的混合液中获得粗碲,粗碲表面附着的离子中含有SO
,因此判断洗涤干净的实验操作和现象是取少量最后一次洗涤液,加入BaCl2溶液,若没有白色沉淀生成,则说明洗涤干净。
已知阳极泥中Cu2Te的含量为a%,根据原子守恒可知,Cu2Te~Te,m吨阳极泥理论上可制得纯度为n%的粗碲
=
吨。
答案:
(1)TeO2+2OH-===TeO
+H2O
(2)①TeO2会继续与酸反应,导致TeO2沉淀不完全 ②加快溶解速率,有利于反应向生成TeO2的方向进行 ③2SO
+Te4++2H2O===Te↓+2SO
+4H+ ④过滤 取少量最后一次洗涤液,加入BaCl2溶液,若没有白色沉淀生成,则说明洗涤干净
2.(2018·江西五校联考)工业生产硫酸的废钒催化剂以VOSO4形式存在,同时含有K2SO4、SiO2杂质,除去杂质并把VOSO4转化成V2O5的工艺流程如下:
请回答下列问题:
(1)操作①的名称为________。
(2)V2O5为两性氧化物,它与强碱反应生成VO
。
该反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(3)步骤②、③的变化过程可简化为(下式R表示VO2+,HA表示有机萃取剂):
RSO4 + 2HA RA2 + H2SO4
(水层) (有机层) (有机层) (水层)
步骤②中萃取时必须加入适量碱,其原因是_________________________________
________________________________________________________________________。
(4)步骤④用氯酸钾氧化,会产生一种可溶于水的(VO2)2SO4副产物,写出该离子方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)步骤⑤生成NH4VO3所发生反应的化学方程式为________________________________________________;若溶液中c(VO
)=0.1mol·L-1,为使钒元素的沉淀率达到98%,至少应调节溶液中的c(NH
)为__________。
[Ksp(NH4VO3)=1.6×10-3]
解析:
(1)二氧化硅不溶于水,操作①为过滤。
(2)V2O5与强碱反应生成VO
与水。
(3)步骤②中萃取时必须加入适量碱,因为萃取过程中有硫酸生成,加入的碱会中和生成的硫酸,促进平衡正向移动。
(4)用氯酸钾氧化,VOSO4被氧化成可溶于水的(VO2)2SO4,氯元素被还原为Cl-,根据化合价的升降写出离子方程式。
(5)氨水和KVO3发生复分解反应,生成难溶性的NH4VO3和KOH,化学方程式为NH3·H2O+KVO3===KOH+NH4VO3↓;溶液中c(VO
)=0.1mol·L-1,为使钒元素的沉淀率达到98%,则沉淀后c(VO
)=0.002mol·L-1,结合Ksp(NH4VO3)=1.6×10-3计算c(NH
)。
答案:
(1)过滤
(2)V2O5+6OH-===2VO
+3H2O
(3)加入碱中和产生的酸,平衡右移,提高了钒的萃取率
(4)ClO
+6VO2++3H2O===6VO
+6H++Cl-
(5)NH3·H2O+KVO3===KOH+NH4VO3↓
0.8mol·L-1
3.已知铬铁矿成分及含量如表所示:
成分
Cr2O3
FeO
SiO2
Al2O3
其他
质量分数
45%
32.5%
11.5%
10.8%
0.2%
某学习小组模拟化工生产,以铬铁矿为原料制备重铬酸钾的流程如下:
已知,在铬铁矿粉与纯碱、氯酸钾、氢氧化钠共熔过程中,铁元素的转化形式为FeO→Fe2O3→NaFeO2。
回答下列问题:
(1)铬铁矿粉中铬元素的化合价为________。
(2)配平下列方程式:
6FeO+6Cr2O3+
NaOH+
KClO3===
Na2CrO4+
Fe2O3+
KCl+
_____________________________________________
(3)流程中“水浸”使NaFeO2强烈水解生成沉淀。
写出离子方程式:
________________________________________________________________________。
(4)对乙滤液酸化处理,发生反应2CrO
+2H+Cr2O
+H2O,增大c(H+)的目的是________________________________________________________________________。
产品中因①酸化而引入的杂质有________(填化学式)。
向Na2Cr2O7溶液中加入KCl,能转化成K2Cr2O7,其原理是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)已知:
常温下,AlO
+H++H2OAl(OH)3(s) K=a。
当溶液pH=b时,c(AlO
)=________________。
(用代数式表示)
(6)实验室酸性废水中的Cr2O
要先处理,后排放。
宜选择下列处理剂中的________(填字母)。
A.NaCl B.Na2SO3
C.FeSO4D.CaO
解析:
(1)铬铁矿粉中铬以三氧化二铬的形式存在,铬元素化合价为+3。
(2)观察化学反应,铁、铬元素化合价升高,氯元素化合价降低,由铬酸钠的化学计量数确定氢氧化钠的化学计量数,氯酸钾和氯化钾的化学计量数相等,产物缺水。
化学方程式为6FeO+6Cr2O3+24NaOH+7KClO3===12Na2CrO4+3Fe2O3+7KCl+12H2O。
(3)铁酸钠遇水发生水解生成氢氧化铁和氢氧化钠,离子方程式为FeO
+2H2O===Fe(OH)3↓+OH-。
(4)重铬酸钾是强氧化剂,乙滤液不能用氧化性酸如硝酸等酸化,也不能用还原性酸如盐酸、氢碘酸等,应该选择稀硫酸酸化,故产品中可能混有硫酸钠、硫酸钾。
K2Cr2O7的溶解度小于重铬酸钠,K2Cr2O7易析出。
(5)pH=b,c(H+)=1×10-bmol·L-1,K=
,c(AlO
)=
mol·L-1。
(6)A项,加入氯化钠,产生氯气,不可以;B项,加入亚硫酸钠,产生硫酸盐,可以;C项,加入硫酸亚铁,能除重铬酸钾,可以;D项,加入生石灰,不能除去重铬酸钾,不可以。
答案:
(1)+3
(2)24 7 12 3 7 12 H2O
(3)FeO
+2H2O===Fe(OH)3↓+OH-
(4)提高CrO
转化率 Na2SO4,K2SO4 K2Cr2O7的溶解度较小
(5)
mol·L-1 (6)BC
4.(2018·海东市重点中学联考)锌元素是重要的金属元素,锌及其化合物在生活、生产中有广泛应用,回答下列问题:
(1)ZnO和Al2O3的化学性质相似,写出ZnO和NaOH溶液反应的离子方程式:
________________________________________________________________________。
(2)闪锌矿(主要成分为ZnS)、软锰矿(主要成分为MnO2)与硫酸共热时可以析出单质硫,该反应的化学方程式为________________________________________________________________________
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