专题升级训练九 常见元素及其化合物(1)
(时间：45分钟 满分：100分)
一、选择题(本题包括6小题，每小4分，共24分，每小题只有一个正确答案)
1．世界上60%的镁是从海水中提取的，其主要步骤如下：①把贝壳制成石灰乳；②在海水中加入石灰乳，过滤，洗涤沉淀物；③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤；④在氯化氢热气流中干燥晶体；⑤电解上述晶体的熔融物。下列说法正确的是( )
A．镁元素在元素周期表中位于第四周期ⅡA族
B．向洗涤液中滴加碳酸钠溶液可检验沉淀是否洗涤干净
C．在氯化氢热气流中干燥晶体的目的是加快干燥速率
D．步骤⑤也可以采用电解该晶体水溶液的方法
2．下图是三种稀酸对FeCr合金随Cr含量变化的腐蚀性实验结果，下列有关说法正确的是( )
A．稀硝酸对FeCr合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱
B．稀硝酸和铁反应的化学方程式是：Fe＋6HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O
C．Cr含量大于13%时，因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最大，所以对Fe-Cr合金的腐蚀性最强
D．随着Cr含量增加，稀硝酸对Fe-Cr合金的腐蚀性减弱
3．用如图所示实验装置(夹持仪器已略去)探究铜丝与过量浓硫酸的反应。下列实验不合理的是( )
A．上下移动①中铜丝可控制SO2的量
B．②中选用品红溶液验证SO2的生成
C．③中选用NaOH溶液吸收多余的SO2
D．为确认CuSO4生成，向①中加水，观察颜色
4．下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是( )
选项
实验操作
现象
解释或结论
A
过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液
溶液呈红色
稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋
B
AgI沉淀中滴
入稀KCl溶液
有白色沉淀出现
AgCl比AgI更难溶
C
铝箔插入稀HNO3中
无现象
铝箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜
D
用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上
试纸变蓝色
浓氨水呈碱性
5．下列叙述正确的是( )
A．H2O2、SO2、氯水、过氧化钠、臭氧、活性炭都有漂白性，其原理相同
B．将SO2通入BaCl2溶液可生成BaSO4溶液
C．检验SO2中含有CO2的方法是通过澄清的石灰水
D．向含有BaCl2和NaOH的混合溶液中通入少量的CO2气体，有白色沉淀生成
6．下列推断正确的是( )
事实
结论
A
常温下铁、铜
均不溶于浓硫酸
常温下铁、铜与浓硫酸均不反应
B
HCl与Na2CO3溶
液反应生成CO2
可用饱和Na2CO3溶液除去CO2中的少量HCl
C
氧化铜高温下生成
红色物质，该物质可
与稀硫酸反应
氧化铜高温下可分解生成Cu2O
D
稀、浓HNO3分别与
铜反应，还原产物
分别为NO和NO2
稀HNO3氧化性比浓HNO3强
二、选择题(本题包括2小题，每小6分，共12分，每小题有两个正确答案)
7．“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如下图所示(部分条件及物质未标出)。
下列有关该方法的叙述中正确的是( )
A．能耗大是该方法的一大缺点
B．整个过程中，只有一种物质可以循环利用
C．“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤
D．该方法可减少碳排放，捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品
8．下列推断正确的是( )
A．SiO2是酸性氧化物，不与任何酸反应
B．与铜质水龙头连接处的钢质水管易发生腐蚀
C．SO2通入溴水中使其褪色，说明SO2具有漂白性
D．新制氯水显酸性，向其中滴加少量紫色石蕊试液，充分振荡后溶液先变红后褪色
三、简答题(本题包括4小题，共64分)
9．(16分)活性ZnO在橡胶、塑料、涂料工业中有重要应用，一种由粗ZnO(含FeO、CuO)制备活性ZnO的流程如下(已知：碱式碳酸锌经焙烧可制得活性ZnO)：
已知：几种离子生成氢氧化物沉淀时的pH如下表：
待沉淀离子
Fe2＋
Fe3＋
Zn2＋
Cu2＋
开始沉淀时pH
6.34
1.48
6.2
5.2
完全沉淀时pH
9.7
3.2
8.0
6.4
请问答下列问题：
(1)步骤A加H2O2发生反应的离子方程式是________________，该步骤需控制溶液pH的范围是______。
(2)A溶液中主要含有的溶质是______。
(3)若经处理后的废水pH＝8，此时Zn2＋的浓 度 为______mg·L－1(常温下，Ksp[Zn(OH)2]＝1.2×10－17)。
10．(16分)四氯化钛(TiCl4)是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料，由钛铁矿(主要成分是FeTiO3)制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意如下：
回答下列问题：
(1)往①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生：
2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
2TiO2＋(无色)＋Fe＋4H＋===2Ti3＋(紫色)＋Fe2＋＋2H2O
Ti3＋(紫色)＋Fe3＋＋H2O===TiO2＋(无色)＋Fe2＋＋2H＋
加入铁屑的作用是__________________。
(2)在②→③工艺过程中需要控制条件以形成TiO2·nH2O溶胶，该溶胶的分散质颗粒直径大小在________范围。
(3)若把③中制得的固体TiO2·nH2O用酸清洗除去其中的Fe(OH)3杂质，还可制得钛白粉。已知25 ℃时，Ksp[Fe(OH)3]＝2.79×10－39，该温度下反应Fe(OH)3＋3H＋Fe3＋＋3H2O的平衡常数K＝________。
(4)已知：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(l)＋O2(g) ΔH＝＋140 kJ·mol－1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221 kJ·mol－1
写出④中TiO2和焦炭、氯气反应生成液态TiCl4和CO气体的热化学方程式：__________________________。
(5)上述工艺具有成本低、可用低品位矿物为原料等优点。依据绿色化学理念，该工艺流程中存在的不足之处是________(只要求写出一项)。
(6)依据下表信息，要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4，可采用________方法。
TiCl4
SiCl4
熔点/℃
－25.0
－68.8
沸点/℃
136.4
57.6
11．(16分)高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效、多功能水处理剂，且不会造成二次污染。已知高铁酸盐热稳定性差，工业上用湿法制备高铁酸钾的基本流程如下图所示：
(1)在农业生产中，滤液1可用作______。
(2)上述氧化过程中，发生反应的离子方程式是______________，控制反应温度30 ℃以下的原因是______________________________。
(3)结晶过程中加入浓KOH溶液的作用是____________________________。
(4)实验测得铁盐溶液的质量分数、反应时间与K2FeO4产率的实验数据分别如图1、图2所示。为了获取更多的高铁酸钾，铁盐的质量分数应控制在______附近、反应时间应控制在______。
图1 图2
12．(16分)钡盐行业生产中排出大量的钡泥[主要含有BaCO3、BaSiO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等]。某主要生产BaCl2、BaCO3、BaSO4的化工厂利用钡泥制取Ba(NO3)2其部分工艺流程如下：
(1)酸溶后溶液的pH＝1，Ba(FeO2)2与HNO3反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)酸溶时通常控制反应温度不超过70 ℃，且不使用浓硝酸，原因是________________________________________________________________________。
(3)该厂结合本厂实际，选用的X为________(填化学式)；中和Ⅰ使溶液中________(填离子符号)的浓度减小(中和Ⅰ引起的溶液体积变化可忽略)。
(4)上述流程中洗涤的目的是______________________________________________。
参考答案
一、选择题
1．B 解析：镁元素在元素周期表中位于第三周期ⅡA族，A错误；在海水中加入石灰乳生成Mg(OH)2沉淀，所以洗涤Mg(OH)2沉淀时，只要在洗涤液中检验不到Ca2＋，就说明沉淀已洗净，B正确；在HCl气流中加热晶体，主要是防止MgCl2水解生成碱式氯化镁[Mg(OH)Cl]，C错误；若电解MgCl2水溶液则不能生成Mg，而是生成Mg(OH)2，D错误。
2．D 解析：A项，铬的含量在大于13%时，稀硝酸对合金的腐蚀速率比盐酸、硫酸都弱，A错；B项，铁与稀硝酸应生成NO，A错，B错；C项，根据c＝，质量分数相等(较小时密度也接近相等)的三种酸中的氢离子浓度最大的是稀盐酸，C错。
3．D 解析：因为①中含有大量浓硫酸，所以应该把①上层溶液倒入盛有水的烧杯中，D错误。
4．D 解析：A中过量的铁粉会与反应生成的Fe3＋反应，生成Fe2＋，加入KSCN溶液不会呈红色；B中AgI比AgCl更难溶，向AgI沉淀中滴入稀KCl溶液不会有白色沉淀出现；C中Al遇浓硝酸时发生钝化，但与稀硝酸能发生反应；浓氨水呈碱性，能使红色石蕊试纸变成蓝色，D正确。
5．D 解析：H2O2、氯水、过氧化钠和臭氧因具有强氧化性而显漂白性，SO2因能与有色物质发生化合而显漂白性，活性炭具有吸附作用而显漂白性，A错误；SO2和BaCl2溶液不反应，B错误；SO2和CO2均能使澄清石灰水变浑浊，C错误。
6．C 解析：常温下浓硫酸使铁钝化，钝化属于化学反应，A错误；Na2CO3溶液会吸收CO2，B错误；红色物质可与稀硫酸反应一定不是铜，所以只能为Cu2O，C正确；浓硝酸氧化性大于稀硝酸，D错误。
二、选择题
7．AD 解析：该技术在捕捉室中发生的反应为二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠，生成的碳酸钠在溶液中可与CaO反应生成碳酸钙和氢氧化钠，氢氧化钠可以循环利用，生成的碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙可以循环利用，整个过程中有两种物质可以循环利用，B错误；因为碳酸钙高温分解，所以能耗大是该方法的一大缺点，A正确；反应分离环节中只需过滤即可，C项错误；该方法可减少碳排放，捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品，D项正确。
8．BD 解析：SiO2是酸性氧化物，但能与氢氟酸反应，A错误；铁比铜活泼，二者形成原电池时，铁易腐蚀，B正确；SO2与溴水因发生氧化还原反应，而使溴水褪色，SO2表现还原性，C错误；新制氯水显酸性，有强氧化性，向其中滴加少量石蕊试液，先变红(因为酸性)后褪色(因为氯水的强氧化性)，D正确。
三、简答题
9．答案：(1)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O 3.2～5.2
(2)(NH4)2SO4
(3)0.78
解析：(1)粗ZnO用H2SO4浸出时，ZnO、FeO和CuO与硫酸反应生成Zn2＋、Fe2＋和Cu2＋，由流程图可以看出Fe2＋最终转化为Fe(OH)3，再加入Zn以后Cu2＋转化为Cu，所以步骤A加H2O2的目的是氧化Fe2＋，加氨水目的是调控溶液pH范围在3.2～5.2，使Fe3＋完全沉淀，而Zn2＋和Cu2＋不产生沉淀；(2)由流程图可知在除去Fe2＋和Cu2＋后，得到ZnSO4溶液，向ZnSO4溶液中加入NH4HCO3应该得到碱式碳酸锌，由此可以确定A溶液中主要含有的溶质是(NH4)2SO4；(3)由于c(OH－)＝10－6 mol·L－1，c(Zn2＋)＝1.2×10－5 mol·L－1，经过换算可得Zn2＋的浓度为0.78 mg·L－1。
10．答案：(1)使Fe3＋还原为Fe2＋；生成Ti3＋保护Fe2＋不被氧化
(2)10－9 m～10－7 m(或其他合理答案)
(3)2.79×103
(4)TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(l)＋2CO(g) ΔH＝－81 kJ·mol－1
(5)产生三废(或其他合理答案)
(6)蒸馏(或分馏，或精馏)
解析：(1)由于加入铁屑至浸出液显紫色(Ti3＋)，结合方程式可以得到，铁屑的作用为制备Ti3＋保护Fe2＋，防止Fe2＋被氧化。
(2)溶胶即胶体，分散质粒子大小为10－9～10－7m(或1～100 nm)之间。
(3)平衡常数K＝c(Fe3＋)÷c3(H＋)＝c(Fe3＋)÷[Kw/c(OH－)]3＝Ksp/(Kw)3＝2.79×103。
(4)根据盖斯定律，将题中两个热化学方程式相加得：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(l)＋2CO(g) ΔH＝－81 kJ·mol－1。
(5)根据绿色化学的要求，从流程图来看，由于反应后还有三废产生，所以该实验的缺点是：有三废产生。
(6)由表中信息得知，二者沸点差别较大，所以结合常见物质分离方法，确定答案为：蒸馏或精馏或分馏。
11．答案：(1)复合肥(或化肥)
(2)2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O 防止生成的K2FeO4发生分解
(3)增大K＋浓度，促进K2FeO4晶体析出
(4)30% 60 min
解析：(1)由流程图可知Fe(NO3)3与KOH反应生成Fe(OH)3和KNO3，KNO3中含有K元素和N元素，所以可用作化肥；(2)由流程图可知Fe(OH)3在碱性条件下被KClO氧化为K2FeO4，书写方程式时注意配平；由于高铁酸盐热稳定性差，所以控制反应温度30 ℃以下的原因是防止生成的K2FeO4发生分解；(3)结晶过程中加入浓KOH溶液，可以增大溶液中的K＋浓度，从而促进K2FeO4晶体析出；(4)由如图1、图2的最高点可知，为了获取更多的高铁酸钾，铁盐的质量分数应控制在30%附近、反应时间应控制在60 min。
12．答案：(1)Ba(FeO2)2＋8HNO3===Ba(NO3)2＋2Fe(NO3)3＋4H2O
(2)防止反应速率过快，浓硝酸易挥发、分解(凡合理答案均可)
(3)BaCO3 Fe3＋、H＋
(4)减少废渣中可溶性钡盐对环境的污染(凡合理答案均可)
解析：(1)Ba(FeO2)2中Fe元素是＋3价，故Ba(FeO2)2与硝酸不发生氧化还原反应，其反应方程式为Ba(FeO2)2＋8HNO3===Ba(NO3)2＋2Fe(NO3)3＋4H2O。(2)酸溶时控制反应温度不超过70 ℃，是为了防止温度过高，反应速率太快；不使用浓硝酸，是因为浓HNO3不稳定，易分解，易挥发。(3)加入X调节溶液的pH＝4～5，则X应能消耗H＋，结合工厂主要生产BaCl2、BaCO3、BaSO4的实际情况，可选用BaCO3。中和后溶液中H＋浓度减小，pH在4～5时，Fe3＋也完全沉淀，故Fe3＋浓度也减小。(4)洗涤废渣是为了减少废渣中可溶性钡盐对环境的污染。
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