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2021高考化学一轮复习 第三章 金属元素及其重要化合物 高考真题演练学案

2021高考化学一轮复习 第三章 金属元素及其重要化合物 高考真题演练学案

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第三章 金属元素及其重要化合物
1．(2019·全国卷Ⅱ)下列化学方程式中，不能正确表达反应颜色变化的是(　　)
A．向CuSO4溶液中加入足量Zn粉，溶液蓝色消失
Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4
B．澄清的石灰水久置后出现白色固体
Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O
C．Na2O2在空气中放置后由淡黄色变为白色
2Na2O2===2Na2O＋O2↑
D．向Mg(OH)2悬浊液中滴加足量FeCl3溶液出现红褐色沉淀　3Mg(OH)2＋2FeCl3===2Fe(OH)3＋3MgCl2
答案　C
2．(2019·天津高考)下列有关金属及其化合物的应用不合理的是(　　)
A．将废铁屑加入FeCl2溶液中，可用于除去工业废气中的Cl2
B．铝中添加适量锂，制得低密度、高强度的铝合金，可用于航空工业
C．盐碱地(含较多Na2CO3等)不利于作物生长，可施加熟石灰进行改良
D．无水CoCl2呈蓝色，吸水会变为粉红色，可用于判断变色硅胶是否吸水
答案　C
解析　Na2CO3与Ca(OH)2反应生成NaOH，使土壤碱性增强，C错误。
3．(2018·全国卷Ⅰ)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：

下列叙述错误的是(　　)
A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋
D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
答案　D
解析　硫酸锂能溶于水，因此上述流程中不能用硫酸钠代替碳酸钠，D错误。
4．(2018·全国卷Ⅱ)化学与生活密切相关。下列说法错误的是(　　)
A．碳酸钠可用于去除餐具的油污
B．漂白粉可用于生活用水的消毒
C．氢氧化铝可用于中和过多胃酸
D．碳酸钡可用于胃肠X射线造影检查
答案　D
解析　碳酸钠水解溶液显碱性，因此可用于去除餐具的油污，A正确；漂白粉具有强氧化性，可用于生活用水的消毒，B正确；氢氧化铝是两性氢氧化物，能与酸反应，可用于中和过多胃酸，C正确；碳酸钡难溶于水，但可溶于酸，生成可溶性钡盐而使蛋白质变性，所以不能用于胃肠X射线造影检查，应该用硫酸钡，D错误。
5．(2018·江苏高考)下列有关物质性质的叙述一定不正确的是(　　)
A．向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液，溶液显红色
B．KAl(SO4)2·12H2O溶于水可形成Al(OH)3胶体
C．NH4Cl与Ca(OH)2混合加热可生成NH3
D．Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2
答案　A
6．(2018·江苏高考)在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是(　　)
A．NaHCO3(s)Na2CO3(s)NaOH(aq)
B．Al(s)NaAlO2(aq)Al(OH)3(s)
C．AgNO3(aq)[Ag(NH3)2]＋(aq)Ag(s)
D．Fe2O3(s)Fe(s)FeCl3(aq)
答案　A
解析　A项，NaHCO3受热分解生成Na2CO3、CO2和H2O，Na2CO3与饱和石灰水反应生成CaCO3和NaOH，两步反应均能实现；B项，Al与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2，NaAlO2与过量盐酸反应生成NaCl、AlCl3和H2O，第二步反应不能实现；C项，AgNO3中加入氨水可获得银氨溶液，蔗糖中不含醛基，蔗糖不能发生银镜反应，第二步反应不能实现；D项，Al与Fe2O3高温发生铝热反应生成Al2O3和Fe，Fe与HCl反应生成FeCl2和H2，第二步反应不能实现。
7．(2018·北京高考)下列实验中的颜色变化，与氧化还原反应无关的是(　　)

A
B
C
D
实
验
NaOH溶液
滴入FeSO4
溶液中
石蕊溶液滴
入氯水中
Na2S溶液
滴入AgCl
浊液中
热铜丝插入稀硝酸中
现
象
产生白色沉淀，随后变为红褐色
溶液变红，随后迅速褪色
沉淀由白色逐渐变为黑色
产生无色气体，随后变为红棕色
答案　C
解析　A项，NaOH溶液滴入FeSO4溶液中产生白色Fe(OH)2沉淀，白色沉淀变为红褐色沉淀时的反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，该反应前后元素化合价有升降，为氧化还原反应；B项，氯水中存在反应Cl2＋H2OHCl＋HClO，由于氯水呈酸性，石蕊溶液滴入后溶液先变红，红色褪色是HClO表现强氧化性，与有色物质发生氧化还原反应；C项，白色沉淀变为黑色时的反应为2AgCl＋Na2S===Ag2S＋2NaCl，反应前后元素化合价不变，不是氧化还原反应；D项，Cu与稀HNO3反应生成Cu(NO3)2、NO气体和H2O，气体由无色变为红棕色时的反应为2NO＋O2===2NO2，反应前后元素化合价有升降，为氧化还原反应。
8．(2017·全国卷Ⅱ)由下列实验及现象不能推出相应结论的是(　　)

实验
现象
结论
A
向2 mL 0.1 mol·L－1的FeCl3溶液中加足量铁粉，振荡，加1滴KSCN溶液
黄色逐渐消失，加KSCN溶液颜色不变
还原性：
Fe>Fe2＋
B
将金属钠在燃烧匙中点燃，迅速伸入集满CO2的集气瓶
集气瓶中产生大量白烟，瓶内有黑色颗粒产生
CO2具有氧化性
C
加热盛有少量NH4HCO3固体的试管，并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸
石蕊试纸变蓝
NH4HCO3显碱性
D
向2支盛有2 mL相同浓度银氨溶液的试管中分别加入2滴相同浓度的NaCl和NaI溶液
一支试管中产生黄色沉淀，另一支中无明显现象
Ksp(AgI)< Ksp(AgCl)
答案　C
解析　A项，加入过量的铁粉，黄色消失，加入KSCN溶液，溶液不变色，说明Fe3＋完全被消耗，即Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，根据氧化还原反应的规律，还原剂的还原性大于还原产物的还原性，Fe化合价升高，Fe作还原剂，Fe2＋既是还原产物又是氧化产物，因此还原性Fe＞Fe2＋，故A正确；B项，瓶内有黑色颗粒产生，说明生成C，发生反应是4Na＋CO22Na2O＋C，CO2中C元素化合价降低，因此CO2作氧化剂被还原，故B正确；C项，碳酸氢铵受热分解，NH4HCO3NH3↑＋CO2↑＋H2O，氨气使湿润的红色石蕊试纸变蓝，而不是NH4HCO3的缘故，故C错误；D项，产生黄色沉淀，说明生成AgI，AgI和AgCl形式相同，溶度积小的先沉淀，即Ksp(AgCl)＞Ksp(AgI)，故D正确。
9．(2017·天津高考)下列有关水处理方法不正确的是(　　)
A．用石灰、碳酸钠等碱性物质处理废水中的酸
B．用可溶性的铝盐和铁盐处理水中的悬浮物
C．用氯气处理水中的Cu2＋、Hg2＋等重金属离子
D．用烧碱处理含高浓度NH的废水并回收利用氨
答案　C
解析　石灰和Na2CO3均可以与酸反应，可以用来处理废水中的酸，故A正确；铝盐和铁盐溶液中的Al3＋、Fe3＋均可水解，分别生成Al(OH)3胶体、Fe(OH)3胶体，吸附水中的悬浮物，故B正确；烧碱(NaOH)可与高浓度的NH溶液反应产生NH3，可回收利用NH3，故D正确。因CuCl2、HgCl2可溶，氯气不能使Cu2＋、Hg2＋从溶液中析出除去，故C错误。
10．(2017·江苏重组)下列说法正确的是(　　)
A．明矾的化学式：Al2(SO4)3
B．Na2O2吸收CO2产生O2，可用作呼吸面具供氧剂
C．能实现FeFeCl2Fe(OH)2的转化
D．无色透明的溶液中Fe3＋、Mg2＋、SCN－、Cl－可大量共存
答案　B
11．(2019·全国卷Ⅰ)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：

回答下列问题：
(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是_____________________。
(2)步骤②需要加热的目的是________________，温度保持80～95 ℃，采用的合适加热方式是________。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为________(填标号)。

(3)步骤③中选用足量的H2O2，理由是_____________________________，分批加入H2O2，同时为了________，溶液要保持pH小于0.5。
(4)步骤⑤的具体实验操作有____________________________________，
经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为________。
答案　(1)碱煮水洗　(2)加快反应　热水浴　C
(3)将Fe2＋全部氧化为Fe3＋；不引入杂质　防止Fe3＋水解　
(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)　
(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O
解析　(1)铁屑表面的油污可以用热的氢氧化钠溶液洗涤，然后用蒸馏水洗净。
(2)铁中含有少量的硫化物，与酸反应后生成酸性气体H2S，应该用碱溶液吸收H2S气体，为了防止倒吸，应选用C装置。
(3)铁与硫酸反应后生成硫酸亚铁，加入足量的过氧化氢溶液将亚铁离子氧化为铁离子，离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。Fe3＋在水中易水解生成氢氧化铁沉淀，为了抑制Fe3＋水解，溶液要保持较强的酸性，使用H2O2的优点是不引入新的杂质。
(4)硫酸铁溶液与固体硫酸铵反应生成硫酸铁铵，为了从溶液中得到硫酸铁铵应将溶液经加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铁铵晶体。
(5)由于样品失去1.5个结晶水，失重5.6%，即
M[NH4Fe(SO4)2·xH2O]×5.6%＝1.5×18 g·mol－1，可以求得M[NH4Fe(SO4)2·xH2O]≈482 g·mol－1，利用硫酸铁铵晶体的摩尔质量减去NH4Fe(SO4)2的摩尔质量可以求出晶体中水的摩尔质量之和，为216 g·mol－1，由此可以求出x＝12。
12．(2019·江苏高考)聚合硫酸铁[Fe2(OH)6－2n(SO4)n]m广泛用于水的净化。以FeSO4·7H2O为原料，经溶解、氧化、水解聚合等步骤，可制备聚合硫酸铁。
(1)将一定量的FeSO4·7H2O溶于稀硫酸，在约70 ℃下边搅拌边缓慢加入一定量的H2O2溶液，继续反应一段时间，得到红棕色黏稠液体。H2O2氧化Fe2＋的离子方程式为____________________；水解聚合反应会导致溶液的pH________。
(2)测定聚合硫酸铁样品中铁的质量分数：准确称取液态样品3.000 g，置于250 mL锥形瓶中，加入适量稀盐酸，加热，滴加稍过量的SnCl2溶液(Sn2＋将Fe3＋还原为Fe2＋)，充分反应后，除去过量的Sn2＋。用5.000×10－2 mol·L－1 K2Cr2O7溶液滴定至终点(滴定过程中Cr2O与Fe2＋反应生成Cr3＋和Fe3＋)，消耗K2Cr2O7溶液22.00 mL。
①上述实验中若不除去过量的Sn2＋，样品中铁的质量分数的测定结果将________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
②计算该样品中铁的质量分数(写出计算过程)。
答案　(1)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　减小
(2)①偏大　②n(Cr2O)＝5.000×10－2 mol·L－1×22.00 mL×10－3 L·mL－1＝1.100×10－3 mol
由滴定时Cr2O→Cr3＋和Fe2＋→Fe3＋，根据得失电子守恒可得微粒的关系式：Cr2O～6Fe2＋
(或Cr2O＋14H＋＋6Fe2＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O)
则n(Fe2＋)＝6n(Cr2O)＝6×1.100×10－3 mol＝6.600×10－3 mol
样品中铁元素的质量：
m(Fe)＝6.600×10－3 mol×56 g·mol－1＝0.3696 g
样品中铁元素的质量分数：
w(Fe)＝×100%＝12.32%
解析　(1)将一定量的FeSO4·7H2O溶于稀硫酸中，缓慢加入H2O2溶液，发生氧化还原反应，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；Fe2(SO4)3水解聚合使得溶液酸性增强，即会导致溶液的pH减小。
(2)①实验中滴加过量的SnCl2溶液(Sn2＋将Fe3＋还原为Fe2＋)，若不除去过量的Sn2＋，滴定过程中Cr2O与Sn2＋反应，消耗偏多，使结果偏大。
13．(2018·全国卷Ⅱ)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：

相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Zn2＋
Cd2＋
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
回答下列问题：
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为________________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有__________；氧化除杂工序中ZnO的作用是______________，若不通入氧气，其后果是______________。
(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为___________________________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为___________；沉积锌后的电解液可返回__________工序继续使用。
答案　(1)2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2
(2)PbSO4　调节溶液的pH　无法除去杂质Fe2＋
(3)Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd
(4)Zn2＋＋2e－===Zn　溶浸
解析　(2)由于硫酸铅不溶于水，因此滤渣1的主要成分除SiO2外还有PbSO4；要沉淀铁离子，需要调节溶液的pH，又因为不能引入新杂质，所以需要利用氧化锌调节pH，即氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH。根据表中数据可知沉淀亚铁离子的pH较大，所以若不通入氧气，其后果是无法除去杂质Fe2＋。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极发生得到电子的还原反应，因此阴极是锌离子放电，则阴极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn；阳极是氢氧根离子放电，破坏了水的电离平衡，产生氢离子，所以电解后还有硫酸产生，因此沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。
14．(2018·江苏高考)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：

(1)焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为____________________。
(2)添加1% CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。

已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃
硫去除率＝×100%
①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于________。
②700 ℃焙烧时，添加1% CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是____________________________。
(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由__________(填化学式)转化为__________(填化学式)。
(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝________。
答案　(1)SO2＋OH－===HSO
(2)①FeS2　②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中
(3)NaAlO2　Al(OH)3
(4)1∶16
解析　(2)①根据题给已知，多数金属硫酸盐的分解温度高于600 ℃，不添加CaO的矿粉低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于FeS2。
②添加CaO，CaO起固硫作用，添加CaO发生的反应为2CaO＋2SO2＋O2===2CaSO4，根据硫去除率的含义，700 ℃焙烧时，添加1% CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低的原因是：硫元素转化为CaSO4留在矿粉中。
(3)“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的NaAlO2、Na2SiO3，向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，CO2与NaAlO2反应生成NaHCO3和Al(OH)3。
(4)Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，反应的化学方程式为FeS2＋16Fe2O311Fe3O4＋2SO2↑，理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝1∶16。
15．(2016·全国卷Ⅱ)某班同学用如下实验探究Fe2＋、Fe3＋的性质。回答下列问题：
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1 mol·L－1的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是__________________。
(2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2＋氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为____________________。
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是____________________。
(4)丙组同学取10 mL 0.1 mol·L－1 KI溶液，加入6 mL 0.1 mol·L－1FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验：
①第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置，CCl4层显紫色；
②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀；
③第三支试管中加入1滴KSCN溶液，溶液变红。
实验②检验的离子是________(填离子符号)；实验①和③说明：在I－过量的情况下，溶液中仍含有________(填离子符号)，由此可以证明该氧化还原反应为________________。
(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为_________________________________；
一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是________________；生成沉淀的原因是_____________________(用平衡移动原理解释)。
答案　(1)防止Fe2＋被氧化
(2)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)
(4)Fe2＋　Fe3＋　可逆反应
(5)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　Fe3＋催化H2O2分解产生O2　H2O2分解反应放热，促进Fe3＋的水解平衡正向移动
解析　(3)Fe2＋易被空气中的O2氧化，加入煤油，覆盖在溶液上面，阻止空气进入溶液干扰实验。
(4)实验②加入K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀，说明含有Fe2＋；实验①和③说明在I－过量的情况下，溶液中仍含有Fe3＋，证明该反应为可逆反应。
(5)H2O2溶液中加入酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，说明Fe2＋被H2O2氧化成Fe3＋，同时生成的Fe3＋对H2O2的分解有催化作用，H2O2的分解反应放热，又对Fe3＋的水解起促进作用。