专题能力训练7　常见的金属元素及其化合物 （含答案解析）

专题能力训练7　常见的金属元素及其化合物

(时间:45分钟　满分:100分)

一、选择题(共6小题,每小题7分,共42分。每小题只有1个选项符合题意)

1.某研究小组通过实验探究铜及其化合物的性质,操作正确且能达到实验目的的是(　　)

A.将铜丝插入浓硫酸中并加热,反应后再加入水,观察硫酸铜溶液的颜色

B.常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中,观察氯化铜的生成

C.将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干,得到无水CuCl2固体

D.将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡,除去铜绿

答案:D

解析:铜与浓硫酸反应后的剩余物中仍有浓硫酸,将水加入反应器中易发生危险,A项错误;观察氯化铜的生成需要在加热条件下,B项错误;CuCl2水解生成的HCl易挥发,加热蒸干能促进CuCl2的水解而得不到CuCl2固体,C项错误。

2.金属是一类重要的材料,人类的日常生活、生产、实验、科研、科技等领域都离不开金属。下列关于金属Na、Al、Fe及其化合物的说法正确的是(　　)

A.小苏打、氢氧化铝均可用于治疗胃酸过多

B.Na、Fe形成的氧化物均能与强酸反应,均属于碱性氧化物

C.配制Fe2(SO4)3溶液时,向溶液中加入少量的盐酸能防止溶液变浑浊

D.AlCl3是一种电解质,工业上直接用于电解冶炼金属铝

答案:A

解析:胃酸中的主要成分是盐酸,小苏打(NaHCO3)、氢氧化铝均能与盐酸反应,可用于治疗胃酸过多,A项正确;在Na、Fe形成的氧化物中,Na2O2、Fe3O4不属于碱性氧化物,B项错误;配制Fe2(SO4)3溶液时,应该向溶液中加入少量的硫酸才能防止溶液变浑浊(抑制Fe3+的水解),而用盐酸虽然也能防止溶液变浑浊,但会带来杂质离子(Cl-),C项错误;AlCl3虽然是电解质,但属于共价化合物,其熔融状态下不导电,D项错误。

3.下列物质的转化在给定条件下能实现的是(　　)

①Al2O3NaAlO2(aq)Al(OH)3

②SSO3H2SO4

③FeFe2+Fe3+

④Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3

⑤MgCl2(aq)Mg(OH)2MgO

A.①③⑤ B.②③④

C.②④⑤ D.①④⑤

答案:A

解析:②S在O2中燃烧生成SO2,错误;③过量的铁与稀硝酸反应得到的最终产物为Fe2+,正确;④FeCl3水溶液加热蒸干会发生水解及分解反应,最后得到Fe2O3,错误。

4.下列实验操作、现象、结论均正确的是(　　)

答案:D

解析:加入氯水再加KSCN溶液后呈红色,可能原溶液中有Fe3+也可能是Fe2+被氯水氧化为Fe3+,A项错误;有晶体析出说明S(NaHCO3)<S(Na2CO3),B项错误;酚酞溶液中加过量Na2O2,先变红说明Na2O2与H2O反应生成碱,后褪色说明Na2O2具有漂白性,C项错误;黑色的铜丝变红说明CuO变为Cu,酒精灯内焰中有挥发出的乙醇蒸气,D项正确。

5.向含Na2CO3、NaAlO2混合溶液中逐滴加入150 mL 1 mol·L-1 盐酸,测得溶液中的某几种离子的物质的量的变化如图所示,则下列说法中不正确的是(　　)

A.a曲线表示的离子方程式为Al+H++H2OAl(OH)3↓

B.b和c曲线表示的离子反应是相同的

C.M点时,溶液中沉淀的质量为3.9 g

D.原混合溶液中的C与Al的物质的量之比为1∶2

答案:D

解析:HCl首先与Al反应:Al+H++H2OAl(OH)3↓,然后才与C反应:C+H+HC,最后H+与HC反应:HC+H+H2O+CO2↑,所以a、b、c、d曲线分别表示Al减少、C减少、HC增多、HC减少,b、c曲线的离子反应均为C+H+HC,B项正确;与Al、C反应的盐酸均为50 mL 1 mol·L-1,可知Al、C均是0.05 mol,生成3.9 g Al(OH)3,C项正确,D项错误。

6.向m g铝、铁混合物中先加入a mL 1 mol·L-1的盐酸,金属完全溶解,然后加入b mL 1 mol·L-1的氢氧化钠溶液。下列说法错误的是(　　)

A.当金属完全溶解后产生的氢气在标准状况下的体积为 L<V< L

B.若加入氢氧化钠溶液后产生的沉淀最多,则a=b

C.若将盐酸换为等浓度、等体积的稀硝酸,最终得到沉淀的质量相同

D.若a<b,产生沉淀的质量随的增大而逐渐减小至不变

答案:C

解析:采用极限法进行计算,当m g固体全为铝时,完全反应产生的氢气在标准状况下的体积V=×22.4 L·mol-1= L;当m g固体全为铁时,完全反应产生的氢气在标准状况下的体积V=×22.4 L·mol-1= L,则实际产生的氢气在标准状况下的体积为 L<V< L,A项正确;当产生的沉淀最多时,溶液中的溶质只有NaCl,根据原子守恒得n(HCl)=n(NaOH),即得a=b,B项正确;若将盐酸换为硝酸,当产生的沉淀最多时,溶液中的溶质只有NaNO3,但产生的气体为NO,根据原子守恒得n(HNO3)=n(NaOH)+n(NO),即得a>b,如果加入相同体积(即a=b)的氢氧化钠溶液,则有部分Al(OH)3沉淀会溶解,得不到相同质量(最多)的沉淀,C项错误;D项,当a<b时Al(OH)3沉淀会逐渐溶解至消失,但Fe(OH)2沉淀及其被氧化产生的Fe(OH)3沉淀不溶解消失,D项正确。

二、非选择题(共3小题,共58分)

7.(18分)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:

注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH　　　　(填“增大”“不变”或“减小”)。 

(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是　　　　　　　　　　。 

(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　,阴极产生的物质A的化学式为　　　　。 

(5)铝粉在1 000 ℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是　　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)Al2O3+2OH-2Al+H2O

(2)减小

(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化

(4)4C+2H2O-4e-4HC+O2↑　H2

(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜

解析:(1)Al2O3为两性氧化物,在NaOH溶液中会溶解生成NaAlO2。(2)加入的NaHCO3与过量的NaOH反应,导致溶液的pH减小。(3)电解Al2O3时阳极有O2生成,高温下O2会氧化石墨。(4)阳极为H2O失去电子生成O2,水电离的OH-放电之后,留下H+,可以与C反应生成HC;阴极为水电离出的H+放电生成H2。(5)NH4Cl受热易分解产生HCl和NH3,HCl可以破坏Al表面的氧化膜,使得Al更易与N2反应。

8.(20分)在通风橱中探究二氧化氮与过氧化钠的反应。二氧化氮溶于浓硫酸(硫酸沸点为338 ℃),加热后NO2可逸出。(本题实验装置省略夹持仪器)

(1)制备NO2的装置如图所示:

①A中发生反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　。 

②干燥管内CaCl2的主要作用是吸水,吸水的主要目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)加热B中吸收液,使NO2逸出,待试管充满红棕色气体后再接入装有足量Na2O2固体的试管,如图:

①加热B时,温度不宜过高,原因是　　　　　　　　　　　　。 

②D中碱石灰的主要作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)反应后C中固体淡黄色渐渐变白,经分析,反应产物可能有NaNO2、NaNO3,为此进行如下实验检验:

检验NaNO2。查阅资料可知,NaNO2能使酸性KMnO4溶液褪色。检验过程如下:

取C中固体,加水溶解配制成100 mL溶液,加入少量MnO2,振荡静置(记为溶液Q)。取5 mL溶液Q,滴加酸性KMnO4溶液,振荡后酸性KMnO4溶液褪色。

①NaNO2使酸性KMnO4溶液褪色的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

②加入少量MnO2的目的是除去Na2O2与水反应产生的H2O2,其化学方程式为　　　　　　　　　。

(4)经检验产物中还含有NaNO3。NO2与Na2O2化合生成NaNO3的化学方程式为　　　　　　　　。

答案:(1)①Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O　②避免水蒸气进入浓硫酸

(2)①温度过高,会有浓硫酸挥发出来,干扰实验　②防止空气中的二氧化碳、水进入C中

(3)①5N+2Mn+6H+5N+2Mn2++3H2O　②2H2O22H2O+O2↑

(4)2NO2+Na2O22NaNO3

9.(20分)某小组在验证反应“Fe+2Ag+Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。

向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。

(1)检验产物:

①取少量黑色固体,洗涤后, 　　　　　　　　　　　　(填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。

②取上层清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有　　　　。 

(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验: 

①取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:

(资料:Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN)

②对Fe3+产生的原因作出如下假设:

假设a:可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+;

假设b:空气中存在O2,由于　　　　　　　　　　　　　　　　　(用离子方程式表示),可产生Fe3+; 

假设c:酸性溶液中N具有氧化性,可产生Fe3+;

假设d:根据　　　　　　　　　　　　　　　　　现象,判断溶液中存在Ag+,可产生Fe3+。 

③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。

实验Ⅰ:向硝酸酸化的　　　　　　　　　　　溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加KSCN溶液,3 min时溶液呈浅红色,30 min 后溶液几乎无色。 

实验Ⅱ:装置如图。其中甲溶液是　　　　　　　　,操作及现象是　　　　　　　　　　　　。 

(3)根据实验现象,结合方程式推测实验ⅰ~ⅲ中Fe3+浓度变化的原因: 　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)①加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀　②Fe2+　(2)2Fe3++Fe3Fe2+

②4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O　加入KSCN溶液后产生白色沉淀

③0.05 mol·L-1 NaNO3　FeSO4溶液　分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加KSCN溶液,后者红色更深

(3)溶液中存在反应:①2Ag++FeFe2++2Ag,②Ag++Fe2+Fe3++Ag,③Fe+2Fe3+3Fe2+。反应开始时,c(Ag+)大,以反应①、②为主,c(Fe3+)增大。约30 min后,c(Ag+)小,以反应③为主,c(Fe3+)减小

解析:(1)①黑色固体是Fe与Ag的混合物,检验Ag可先用硝酸在加热条件下溶解固体,再滴加稀盐酸检验溶液中的Ag+即可。

②K3[Fe(CN)6]溶液可用于检验Fe2+,现象是产生蓝色沉淀。

(2)Fe和Fe3+可发生反应:Fe+2Fe3+3Fe2+。

②假设b:空气中的O2可氧化Fe2+,反应为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O。

假设d:取上层清液,滴加KSCN溶液产生白色沉淀,结合题给资料:Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN,可判断溶液中存在Ag+,Ag+可氧化Fe2+生成Fe3+。

③实验Ⅰ:根据前后信息可知,所做实验中加入物质要与硝酸酸化的0.05 mol·L-1 AgNO3溶液(pH≈2)作对比,所以可以选用硝酸酸化的0.05 mol·L-1 NaNO3溶液(pH≈2)。

实验Ⅱ:利用带盐桥的原电池装置使反应Fe+2Ag+Fe2++2Ag发生,故左池中的甲溶液可为FeSO4溶液。相应的操作及现象是:分别取电池工作前和工作一段时间后左侧烧杯中溶液少许,同时向其中滴加KSCN溶液,后者红色更深。

(3)溶液中存在反应:①2Ag++FeFe2++2Ag,②Ag++Fe2+Ag+Fe3+,③Fe+2Fe3+3Fe2+。反应开始时,c(Ag+)大,以反应①、②为主,c(Fe3+)增大。约30 min后,c(Ag+)小,以反应③为主,c(Fe3+)减小。