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2020高考化学刷题冲刺含最新模拟题专题五钠镁铝及其化合物讲义含解析
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专题五 钠、镁、铝及其化合物
考点1 钠及其化合物
1.[2019北京海淀区期中]某实验小组通过如图所示实验探究Na2O2与水的反应。
下列说法不正确的是( )
A.②中大量气泡的主要成分是氧气
B.③中溶液变红,说明有碱性物质生成
C.产生④中现象的原因可能是溶液中含有强氧化性物质
D.⑤中MnO2的主要作用是降低了水中氧气的溶解度
通过实验探究,考查过氧化钠、过氧化氢的性质,要理解过氧化钠与水的反应的本质,体现了试题设计重视“从知识到能力到素养”的新理念。
解题模型:链接考法2命题角度
2.[2020甘肃天水模拟]实验室按如图所示装置测定纯碱(含少量NaCl)的纯度。下列说法不正确的是( )
A.滴入盐酸前,应将装置中含有CO2的空气排尽
B.装置①、④的作用是防止空气中的CO2进入装置③中
C.必须在装置②、③间添加盛有饱和 NaHCO3溶液的洗气瓶
D.反应结束时,应继续通入空气将滞留在装置②中的CO2转移到装置③中
本题通过测量装置③中产生沉淀的质量测定纯碱的纯度。考查考生的观察理解能力和审题能力,足量的Ba(OH)2溶液意味着CO2中含有的少量HCl对产生的碳酸钡沉淀的质量没有影响。
解题模型:链接考法3命题角度3
3.[2018海南,17,10分]某小组在实验室中探究金属钠与二氧化碳的反应。回答下列问题:
(1)选用如图所示装置及药品制取CO2。打开弹簧夹,制取CO2。为了得到干燥、纯净的CO2,产生的气流应依次通过盛有 、 的洗气瓶(填试剂名称)。反应结束后,关闭弹簧夹,可观察到的现象是 。不能用稀硫酸代替稀盐酸,其原因是 。
(2)金属钠与二氧化碳反应的实验步骤及现象如下表:
步骤
现象
将一小块金属钠在燃烧匙中点燃,迅速伸入盛有CO2的集气瓶中。充分反应,放置冷却
产生大量白烟,集气瓶底部有黑色固体产生,瓶壁上有白色物质产生
在集气瓶中加入适量蒸馏水,振荡、过滤
滤纸上留下黑色固体,滤液为无色溶液
①为检验集气瓶瓶壁上白色物质的成分。取适量滤液于2支试管中,向一支试管中滴加1滴酚酞溶液,溶液变红;向第二支试管中滴加澄清石灰水,溶液变浑浊。据此推断,白色物质的主要成分是 (填标号)。
A.Na2O B.Na2O2 C.NaOH D.Na2CO3
②为检验黑色固体的成分,将其与浓硫酸反应,生成的气体具有刺激性气味。据此推断黑色固体是 。
③本实验中金属钠与二氧化碳反应的化学方程式为 。
一方面通过“简易启普发生器”考查考生的观察理解能力;另一方面考查考生对陌生化学反应的理解能力:钠在二氧化碳中燃烧,发生置换反应生成碳和氧化钠,生成的氧化钠继续与过量的二氧化碳反应生成碳酸钠。
解题模型:链接考法1命题角度
考点2 碱金属及其化合物的性质 焰色反应
4.[2018全国卷Ι,7,6分]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
本题考查多种元素及其化合物的性质,引导考生关注废旧电池的回收利用,A项仍然是考查“化学与STSE”,与生活密切相关,体现了命题的实际应用性。
解题模型:链接考法4命题角度
5.[2017海南,16,10分]锂是最轻的活泼金属,其单质及化合物有广泛的用途。回答下列问题:
(1)用碳酸锂和 反应可制备氯化锂。工业上可由电解LiCl-KCl的熔融混合物生产金属锂,阴极上的电极反应式为 。
(2)不可使用二氧化碳灭火器扑灭因金属锂引起的火灾,其原因是 。
(3)硬脂酸锂是锂肥皂的主要成分,可作为高温润滑油和油脂的稠化剂。鉴别硬脂酸锂与硬脂酸钠、硬脂酸钾可采用的实验方法和现象分别是 。
(4)LiPF6易溶于有机溶剂,常用作锂离子电池的电解质。LiPF6受热易分解,其热分解产物为PF5和 。
本题考查了金属锂的制备、锂着火时不能用二氧化碳灭火器扑灭的原因、用焰色反应鉴别含锂、钠、钾元素的化合物、运用质量守恒定律判断LiPF6的分解产物等必备知识。Li的焰色反应在高考题中首次出现,预示着教材上涉及的其他元素的焰色反应也可能在今后的高考题中出现,应引起重视。
解题模型:链接考法4命题角度
考点3 镁及其化合物
6.[2018天津,7,14分]下图中反应①是制备SiH4的一种方法,其副产物MgCl2·6NH3是优质的镁资源。回答下列问题:
(1)MgCl2·6NH3所含元素的简单离子半径由小到大的顺序(H-除外): ,Mg在元素周期表中的位置: ,Mg(OH)2的电子式: 。
(2)A2B的化学式为 。反应②的必备条件是 。上图中可以循环使用的物质有 。
(3)在一定条件下,由SiH4和CH4反应生成H2和一种固体耐磨材料 (写化学式)。
(4)为实现燃煤脱硫,向煤中加入浆状Mg(OH)2,使燃烧产生的SO2转化为稳定的Mg化合物,写出该反应的化学方程式: 。
(5)用Mg制成的格氏试剂(RMgBr)常用于有机合成,例如制备醇类化合物的合成路线如下:
RBrRMgBr(R:烃基;R':烃基或H)
依据上述信息,写出制备所需醛的可能结构简式: 。
以工艺流程形式设计试题,考查镁及其化合物、硅及其化合物、氮及其化合物、硫及其化合物的典型性质和用途,设问时将物质结构、对新反应的理解、卤代烃与醛和醇之间的关系等融合在一起,知识跨度较大,体现综合性,能较好地考查考生的化学核心素养。
解题模型:链接考法5命题角度2
考点4 铝及其化合物
7.[2017浙江下半年选考,31,10分]某兴趣小组用铝箔制备Al2O3、AlCl3·6H2O及明矾大晶体,具体流程如下:
已知:AlCl3·6H2O易溶于水、乙醇及乙醚;明矾在水中的溶解度如下表。
温度/℃
0
10
20
30
40
60
80
90
溶解度/g
3.00
3.99
5.90
8.39
11.7
24.8
71.0
109
请回答:
(1)步骤Ⅰ中的化学方程式 ;步骤Ⅱ中生成Al(OH)3的离子方程式 。
(2)步骤Ⅲ,下列操作合理的是 。
A.坩埚洗净后,无需擦干,即可加入Al(OH)3灼烧
B.为了得到纯Al2O3,需灼烧至恒重
C.若用坩埚钳移动灼热的坩埚,需预热坩埚钳
D.坩埚取下后放在石棉网上冷却待用
E.为确保称量准确,灼烧后应趁热称重
(3)步骤Ⅳ,选出在培养规则明矾大晶体过程中合理的操作并排序 。
①迅速降至室温 ②用玻璃棒摩擦器壁 ③配制90 ℃的明矾饱和溶液 ④自然冷却至室温 ⑤选规则明矾小晶体并悬挂在溶液中央 ⑥配制高于室温10~20 ℃的明矾饱和溶液
(4)由溶液A制备AlCl3·6H2O的装置如图:
①通入HCl的作用是抑制AlCl3水解和 。
②步骤Ⅴ,抽滤时,用玻璃纤维替代滤纸的理由是 ;洗涤时,合适的洗涤剂是 。
③步骤Ⅵ,为得到纯净的AlCl3·6H2O,宜采用的干燥方式是 。
本题考查铝及其化合物的性质、实验基本操作以及实验条件的控制与选择等,同时考查考生的阅读理解能力和获取信息能力,试题阅读量较大,貌似较难,其实难度不大。
解题模型:链接考法6命题角度3
考点1 钠及其化合物
考法1钠的性质及应用
命题角度 以实验装置为载体考查钠单质的性质和应用
1 [2020山西晋中模拟]实验室验证钠能与二氧化碳发生反应的装置如图所示(已知:PdCl2溶液遇CO能产生黑色的Pd),下列说法错误的是
A.用装置①还可以制取H2、NH3等气体
B.装置⑤中澄清石灰水变浑浊后,再点燃酒精灯
C.装置②、③中分别盛装饱和Na2CO3溶液、浓H2SO4
D.装置⑥中有黑色沉淀产生,发生的反应是PdCl2+CO+H2OPd↓+CO2+2HCl
装置①是固液不加热型装置,锌和稀硫酸反应制氢气、氧化钙和浓氨水反应制备氨气都可以用装置①,A正确。金属钠能与空气中的氧气、水蒸气等发生反应,因此实验之前,用二氧化碳气体排出装置内的空气,当看到装置⑤中澄清石灰水变浑浊后,空气已排净,再点燃酒精灯,B正确。反应产生的二氧化碳气体含有氯化氢和水蒸气,因此先用饱和碳酸氢钠溶液除去氯化氢,再用浓H2SO4吸收水蒸气,C错误。根据题给信息可知,PdCl2被CO还原为黑色的Pd,反应为PdCl2+CO+H2OPd↓+CO2+2HCl,D正确。
C
考点扫描
1.[2017全国卷Ⅱ,10B改编]乙醇和水都可与金属钠反应产生可燃性气体,故乙醇分子中的氢与水分子中的氢具有相同的活性( )
2.[2017全国卷Ⅱ,13B改编]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,说明CO2具有氧化性( )
3.[2015新课标全国卷Ⅱ,10C]钠在空气中燃烧可生成多种氧化物。23g钠充分燃烧时转移电子数为1NA( )
4.[2015广东,10A]23gNa与足量H2O反应完全后可生成NA个H2分子( )
5.[2014北京,9B改编]将Na块放入水中,产生气体的化学方程式:2Na+2H2O2NaOH+H2↑( )
6.[新课标全国卷Ⅱ高考]钠与CuSO4溶液反应的离子方程式:2Na+Cu2+Cu↓+2Na+( )
提示:1.✕ 2.√ 3.√ 4.✕ 5.√ 6.✕
考法2 过氧化钠的性质及应用
命题角度 过氧化钠的结构与性质
2 某小组拟利用钠与氧气反应制备过氧化钠,装置如图所示(部分夹持装置略)。下列说法错误的是
A.②中试剂X是浓硫酸
B.④的作用是吸收空气中的水蒸气,避免过氧化钠变质
C.实验完毕后,发现①中烧瓶里产生少量红褐色沉淀,其原因是H2O2的分解反应是放热反应,温度升高,促进铁离子水解
D.取少量③中硬质玻璃管中的固体于试管中,滴加稀盐酸酸化的淀粉-KI溶液,振荡,溶液变蓝,反应的离子方程式为Na2O2+2I-+2H+2Na++I2+H2O
过氧化钠能与水反应,氧气必须干燥,所以试剂X为浓硫酸,A项正确;④的作用是吸收空气中的水蒸气,避免过氧化钠变质,B项正确;氯化铁水解吸收热量,H2O2分解放出的热量促进氯化铁水解生成红褐色氢氧化铁沉淀,C项正确;Na2O2具有氧化性,与KI发生反应,离子方程式为Na2O2+2I-+4H+2Na++I2+2H2O,D项错误。
D
考点扫描
1.[2019全国卷Ⅱ,11C改编]Na2O2在空气中放置后由淡黄色变为白色的原因为2Na2O22Na2O+O2↑( )
2.[2017北京,8A改编]二氧化碳使Na2O2固体变白,其中二氧化碳被还原( )
3.[2017海南,7C]过氧化钠与二氧化碳反应可制备氧气( )
4.[2015新课标全国卷Ⅰ,8C]过氧化钠与水反应时,生成0.1mol氧气转移的电子数为0.2NA( )
5.[2014新课标全国卷Ⅱ,9B改编]二氧化碳通过Na2O2粉末,反应后固体物质质量增加( )
提示:1.✕ 2.✕ 3.√ 4.√ 5.√
考法3 碳酸钠、碳酸氢钠的性质
命题角度1 碳酸钠、碳酸氢钠的性质比较
3 下列有关Na2CO3和NaHCO3的比较不正确的是
A.热稳定性:Na2CO3>NaHCO3
B.相同温度下,0.1 mol·L-1两种盐溶液的pH:Na2CO3>NaHCO3
C.等质量的碳酸钠和碳酸氢钠分别与足量盐酸反应放出气体的物质的量:Na2CO3
Na2CO3受热不易分解,比较稳定,NaHCO3受热易分解,热稳定性较差,所以热稳定性:Na2CO3>NaHCO3,A正确。相同温度、相同浓度情况下,CO32-的水解程度大于HCO3-,则0.1mol·L-1两种盐溶液的pH:Na2CO3>NaHCO3,B正确。碳酸钠和碳酸氢钠中,碳元素的质量分数关系是NaHCO3>Na2CO3,相同质量的两种盐与足量盐酸反应产生CO2气体的物质的量的关系是Na2CO3
考点扫描
1.[2017浙江4月选考,6C]碳酸氢钠可用于治疗胃酸过多( )
2.[2017天津,4A改编]除去NaHCO3固体中的Na2CO3,可将固体加热至恒重( )
3.[2015广东,22A改编]分别加热Na2CO3和NaHCO3固体,试管内壁均有水珠,说明两种物质均受热分解( )
4.[2015江苏,7D]可用如图所示装置加热分解NaHCO3固体( )
提示:1.√ 2.✕ 3.✕ 4.✕
命题角度2 结合图像考查碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应的相关计算
4 [2019江西上饶中学检测]向100 mL NaOH溶液中通入一定量的CO2气体,充分反应后,再向所得溶液中逐滴加入0.2 mol/L的盐酸,产生CO2的体积与所加盐酸体积之间的关系如图所示。下列判断正确的是
A.原NaOH溶液的浓度为0.1 mol/L
B.通入CO2的体积为448 mL(标准状况)
C.所得溶液的溶质成分的物质的量之比为n(NaOH)∶n(Na2CO3)=1∶3
D.所得溶液的溶质成分的物质的量之比为n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)= 2∶1
向100mLNaOH溶液中通入一定量的CO2气体,可能发生的反应有2NaOH+CO2Na2CO3+H2O、NaOH+CO2NaHCO3。再加入盐酸,将Na2CO3或NaHCO3全部转化为NaCl,根据化学反应中原子守恒,则有n(Na+)=n(Cl-),所以n(NaOH)=n(HCl)=0.2mol/L×0.1L=0.02mol,即得c(NaOH)=0.2mol/L,故A错误。由题图可知,先加入的25mL盐酸与Na2CO3反应生成NaHCO3,后加入的75mL盐酸与NaHCO3反应生成CO2,则n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=1∶2,溶液中不存在NaOH,故D正确、C错误。
设生成zmolCO2,则有
NaHCO3+HCl CO2↑+NaCl+H2O
1mol 1mol
0.075L×0.2mol/Lzmol
得z=0.015
则标准状况下生成CO2的体积为0.336L,通入CO2的体积等于生成CO2的体积,故B错误。
D
考法归纳·学习理解
碳酸氢钠、碳酸钠溶液与盐酸反应的四类基本图像
反应类型
图像
向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸
向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸
向Na2CO3、NaOH的混合溶液中逐滴加入盐酸
向Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中逐滴加入盐酸
命题角度3 混合物中碳酸钠质量分数的测定
5 [2016浙江4月选考,28,4分]为确定碳酸钠和碳酸氢钠混合样品中碳酸钠的质量分数,可通过加热分解得到的CO2质量进行计算,某同学设计的实验装置示意图如下:
请回答:
(1)仪器a的名称是 。
(2)装置B中冰水的作用是 。
(3)该同学设计的实验装置存在缺陷,有关该实验装置及实验过程中,下列因素可能使碳酸钠的质量分数偏高的是 。
A.样品分解不完全
B.装置B、C之间缺少CO2的干燥装置
C.产生CO2气体的速率太快,没有被碱石灰完全吸收
D.反应完全后停止加热,通入过量的空气
依据题意,碳酸氢钠的质量是通过其热分解产生的CO2的质量换算出来的,进一步得到碳酸氢钠的质量分数,进而可求出碳酸钠的质量分数。装置A为样品受热分解装置,装置B为冷凝水的装置,若不冷凝水,水会被装置C处的碱石灰吸收,从而使测得的CO2的质量偏大,装置C为吸收CO2的装置,仪器a是防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置C的防护装置。(1)仪器a为球形干燥管。(2)装置B中冰水的作用是冷凝反应生成的水,避免水进入装置C中被碱石灰吸收干扰实验结果。(3)A项,若样品分解不完全,测得的CO2的质量偏小,碳酸钠的质量分数偏高,符合题意。B项,装置B、C之间缺少CO2的干燥装置,会使测得的CO2的质量偏高,碳酸钠的质量分数偏低,不符合题意。C项,产生CO2气体的速率太快,没有被碱石灰完全吸收,会使测得的CO2的质量偏低,碳酸钠的质量分数偏高,符合题意。D项,反应完全后停止加热,通入过量的空气,空气中的CO2和少量水会被装置C吸收,使测得的CO2的质量偏大,碳酸钠的质量分数偏低,不符合题意。
(1)球形干燥管 (2)冷凝反应生成的水以免被碱石灰吸收 (3)AC
考法点睛·学习理解
本实验需要注意两个关键点:(1)要想准确得到碳酸钠的质量分数,必须准确得到CO2的质量,CO2必须全部来自碳酸氢钠的热分解,并且完全被装置C吸收。(2)碳酸钠的质量分数与所测得的CO2的质量呈负相关关系,即测得的CO2质量越小,碳酸钠的质量分数越大。
1.下列实验方案中,不能测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3质量分数的是( )
A.取a克混合物充分加热,减重b克
B.取a克混合物与足量稀盐酸充分反应,加热、蒸干、灼烧,得b克固体
C.取a克混合物与足量稀硫酸充分反应,逸出气体用碱石灰吸收,增重b克
D.取a克混合物与足量Ba(OH)2溶液充分反应,过滤、洗涤、烘干,得b克固体
考点2 碱金属及其化合物的性质 焰色反应
考法4 碱金属及其化合物的性质 焰色反应
命题角度 碱金属及其化合物的性质 焰色反应
6 [2020河北衡水第三次模拟]氟化锂(LiF)难溶于水,可用于铝、镁合金的焊剂和钎剂等。以透锂长石(含Li2O、Al2O3、SiO2)为原料制备氟化锂的工艺流程如图所示。
回答下列问题。
(1)滤液1中含有的金属离子为 ,滤渣1的一种用途是 。
(2)滤渣2是目前应用广泛的无机阻燃剂,写出生成滤渣2的离子方程式: 。常温下,向滤液1中滴加氨水调节pH=5时,溶液中c(Al3+)= mol·L-1,则溶液中Al3+ (填“能”或“不能”)沉淀完全{已知:常温下Ksp[Al(OH)3]=2.0×10-33,且溶液中的离子浓度≤1.0×10-5 mol·L-1时沉淀完全}。
(3)操作Ⅳ包括 、 和干燥。
(4)写出Li2CO3与氢氟酸反应的化学方程式: ,该反应不能在玻璃容器中进行的原因是 (用化学方程式表示)。
(5)Li的焰色是 。
(1)Li2O、Al2O3分别与稀硫酸反应可生成硫酸锂、硫酸铝,所以滤液1中含有的金属离子为Li+、Al3+;滤渣1是二氧化硅,它的一种用途是制作光导纤维。(2)滤渣2是氢氧化铝,生成Al(OH)3的离子方程式为Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+;c(OH-)=Kwc(H+)=10-1410-5mol·L-1=10-9mol·L-1,Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)·c3(OH-)=c(Al3+)×(10-9)3=2.0×10-33,则c(Al3+)=2.0×10-6mol·L-1,铝离子完全沉淀。(3)由流程图知操作Ⅳ包括过滤、洗涤和干燥。(4)Li2CO3与氢氟酸反应的化学方程式为Li2CO3+2HF2LiF↓+CO2↑+H2O;氢氟酸与玻璃中的二氧化硅反应,所以该反应不能在玻璃容器中进行,反应的化学方程式为4HF+SiO22H2O+SiF4↑。
(1)Li+、Al3+ 制作光导纤维(答案合理即可) (2)Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+ 2.0×10-6 能 (3)过滤 洗涤 (4)Li2CO3+2HF2LiF↓+CO2↑+H2O 4HF+SiO22H2O+SiF4↑ (5)紫红色
考点3 镁及其化合物
考法5 镁及其化合物的性质
命题角度1 镁及其化合物性质的实验探究
7 [2015安徽,12,6分]某同学将光亮的镁条放入盛有NH4Cl溶液的试管中,有大量气泡产生。为探究该反应原理,该同学做了以下实验并观察到相关现象,由此得出的结论不合理的是
选项
实验及现象
结论
A
将湿润的红色石蕊试纸放在试管口,试纸变蓝
反应中有NH3产生
B
收集产生的气体并点燃,火焰呈淡蓝色
反应中有H2产生
C
收集气体的同时测得溶液的pH为8.6
弱碱性溶液中Mg也可被氧化
D
将光亮的镁条放入pH为8.6的NaHCO3溶液中,有气泡产生
弱碱性溶液中OH-氧化了Mg
氯化铵溶液与镁条反应生成氯化镁、氨气和氢气,A、B项结论合理。因NH3·H2O电离而使溶液显弱碱性,在弱碱性溶液中镁也可被氧化,C项结论合理。将镁条放入pH为8.6的NaHCO3溶液中,有气泡产生,根据C项实验知,应是镁与溶液中的H+作用产生了氢气,D项结论不合理。
D
考点扫描
1.[2019全国卷Ⅱ,10B改编]将镁条点燃后迅速伸入集满CO2的集气瓶,集气瓶中产生浓烟并有黑色颗粒产生( )
2.[2017全国卷Ⅱ,8B]2.4gMg与H2SO4完全反应,转移的电子数为0.1NA( )
3.[2016全国卷Ⅱ,13B改编]将MgCl2溶液加热蒸干可制备无水MgCl2( )
4.[2016浙江,27Ⅰ(3)]已知MgO可溶于NH4Cl的水溶液,用化学方程式表示其原理。
5.[2014新课标全国卷Ⅱ,36(4)]采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁,发生反应的化学方程式为 ;电解时,若有少量水存在会造成产品镁的消耗,写出有关反应的化学方程式 。
提示:1.√ 2.✕ 3.✕ 4.MgO+2NH4Cl+H2OMgCl2+2NH3·H2O(或NH4Cl+H2ONH3·H2O+HCl,MgO+2HClMgCl2+H2O) 5.MgCl2Mg+Cl2↑ Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
2.[2020福建三校联考]将打磨后的镁条放入盛有50 mL蒸馏水的烧杯中,用pH传感器和浊度传感器监测的溶液pH和溶液浊度随时间的变化如图所示。下列有关描述正确的是( )
A.实线表示溶液浊度随时间的变化
B.50 s时向溶液中滴入酚酞试液,溶液变红
C.该实验是在常温下进行的
D.150 s后溶液浊度减小是因为生成的Mg(OH)2沉降
命题角度2 制取镁的工艺流程
8 [2019吉林实验中学期中考试]海水提镁的主要流程如图所示,下列说法正确的是
①试剂M是盐酸 ②流程中的反应全部都是非氧化还原反应 ③操作b只是过滤 ④用海水晒盐后的饱和溶液加石灰乳制Mg(OH)2 ⑤采用电解法冶炼镁是因为镁很活泼
A.①②③④⑤ B.②③ C.④⑤ D.①④⑤
生石灰溶于水生成氢氧化钙,加入沉淀池沉淀镁离子生成氢氧化镁,过滤后得到氢氧化镁沉淀,加入的试剂M为盐酸,氢氧化镁与盐酸反应可得到氯化镁溶液,通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到氯化镁晶体,在氯化氢氛围中加热失去结晶水得到无水氯化镁,电解熔融氯化镁可生成镁单质。试剂M是盐酸,用来溶解氢氧化镁沉淀,①正确。电解熔融氯化镁生成镁和氯气的反应是氧化还原反应,流程中的反应不全部都是非氧化还原反应,②错误。③操作b是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤,③错误。海水晒盐后的饱和溶液中的主要成分是氯化镁,加石灰乳可以制Mg(OH)2,④正确。通过电解法可以制取一些较活泼的金属,如Na、Mg、Al等,⑤正确。
D
核心素养对接
核心素养之“证据推理与模型认知”——从海水中提取镁的工艺流程模型
1.流程
2.主要化学反应
(1)制石灰乳:CaCO3CaO+CO2↑、CaO+H2OCa(OH)2。
(2)沉淀Mg2+:Mg2++Ca(OH)2Mg(OH)2+Ca2+。
(3)制备MgCl2:Mg(OH)2+2HClMgCl2+2H2O。
(4)电解MgCl2:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。
考点4 铝及其化合物
考法6 “铝三角”转化关系及其应用
9 [2018山西太原模拟改编]下列各组物质中,不能按(“→”表示反应一步完成)关系转化的是
选项
a
b
c
A
Al2O3
NaAlO2
Al(OH)3
B
MgCl2
Mg(OH)2
MgO
C
Na2CO3
NaCl
NaOH
D
Al
Al(OH)3
Al2O3
Al2O3与足量的氢氧化钠溶液反应,可生成NaAlO2溶液,向NaAlO2溶液中通入CO2或加入适量的盐酸,可生成Al(OH)3沉淀,加热Al(OH)3可得到Al2O3,A项可实现图示转化关系;向MgCl2溶液中加入氢氧化钠溶液,可生成Mg(OH)2沉淀,加热Mg(OH)2可生成MgO,MgO与盐酸反应可生成MgCl2,B项可实现图示转化关系;向碳酸钠中加入盐酸,可生成NaCl,电解氯化钠溶液可生成NaOH,向NaOH溶液中通入适量CO2,可生成Na2CO3,C项可实现图示转化关系;D项,Al不能一步转化为Al(OH)3,D项不能实现图示转化关系。
D
命题角度2 以“微型流程”考查铝及其化合物的性质(热点角度)
10 [2016海南,14改编]明矾[KAl(SO4)2·12H2O]在造纸等方面应用广泛。实验室中,采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如图所示:
下列叙述错误的是
A.回收处理废易拉罐有利于保护环境和资源再利用
B.沉淀为Al2(CO3)3
C.操作a包含蒸发浓缩、冷却结晶等
D.上述流程中可用过量CO2代替NH4HCO3
回收处理废易拉罐有利于保护环境和资源再利用,A正确;偏铝酸钠与碳酸氢铵发生反应可生成氢氧化铝,故沉淀为Al(OH)3,B错误;操作a包含蒸发浓缩、冷却结晶等,C正确;过量二氧化碳与偏铝酸钠溶液反应也可得到氢氧化铝沉淀,D正确。
B
拓展延伸·迁移创新
1.将本题流程图进行变式拓展,对易拉罐(主要成分为Al,含有少量的Fe)采取酸浸的流程如图所示。
结合实验流程可从以下角度命题:
(1)从易拉罐中可回收的金属元素有Al、Fe。
(2)“沉淀”反应的金属离子为Fe3+。
(3)上述流程中不能用NaHSO4代替NaHCO3的原因:铝离子与碳酸氢根离子反应可生成氢氧化铝沉淀,而硫酸氢根离子是强酸的酸式酸根离子,不水解,不与铝离子反应。
2.关于垃圾分类知识拓展
铝制易拉罐属于可回收垃圾。可回收垃圾包括纸类、塑料、玻璃、金属和织物五大类,有害垃圾包括废日用小电子产品、废油漆、废灯管、废日用化学品和过期药品等。
纸类包括未严重玷污的文字用纸、包装用纸和其他纸制品等。
塑料包括废容器塑料、包装塑料等塑料制品。
玻璃包括有色和无色废玻璃制品。
金属包括各种类别的废金属制品。
织物包括旧纺织衣物和纺织制品。
命题角度3 有关Al2O3或Al的制备工艺流程(热点角度)
11 [2019湖南四校摸底调研联考]工业上用铝土矿(主要成分是氧化铝,含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示。
下列叙述正确的是
A.试剂X可以是氢氧化钠溶液
B.试剂Y可以是HCl,它与AlO2-反应生成Al(OH)3
C.图中涉及的转化反应中包含2个氧化还原反应
D.将试剂X与Y进行互换,最终可以达到相同目的
试剂X可以是氢氧化钠溶液,A项正确;若试剂Y是HCl,则过量HCl与AlO2-反应生成Al3+,得不到Al(OH)3沉淀,B项错误;题图中涉及的转化反应中,只有电解熔融Al2O3得到Al的反应为氧化还原反应,C项错误;若将试剂X与Y进行互换,最终不能达到相同目的,D项错误。
A
考法点睛·应用实践
分析本题流程可知,沉淀C为不溶于碱溶液的氧化铁杂质,溶液A中含有AlO2-,则加入的试剂X为强碱溶液(NaOH或KOH溶液等),Y为CO2。
核心素养对接
核心素养之“证据推理与模型认知”——从铝土矿中提取Al2O3的流程模型
从铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取Al2O3的两大工艺流程:
考法7 与Al(OH)3沉淀的生成相关的图像
命题角度 与Al(OH)3沉淀的生成相关的图像
12 向含HCl的AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量,生成沉淀的物质的量与所加NaOH溶液体积的关系如图所示,下列离子组在对应的溶液中一定能大量共存的是
A.M 点对应的溶液中:K+、Fe2+、SO42-、NO3-
B.N 点对应的溶液中:K+、NH4+、Cl-、SO42-
C.S点对应的溶液中:Na+、SO42-、AlO2-、NO3-
D.R 点对应的溶液中:Na+、SO42-、HCO3-、NO3-
M点对应的溶液中HCl有剩余,酸性条件下,Fe2+和NO3-会发生氧化还原反应,不能大量共存,故A错误;N点对应的溶液中HCl与NaOH恰好反应,溶液中含NaCl和AlCl3,与题给四种离子能大量共存,故B正确;S点对应的溶液中AlCl3没有完全反应,Al3+与AlO2-发生相互促进的水解反应而不能大量共存,故C错误;R点对应的溶液中含有NaAlO2,HCO3-能与AlO2-发生反应HCO3-+AlO2-+H2OAl(OH)3↓+CO32-,故D错误。
B
冲刺双一流
素材1 有关锂离子电池的工艺流程
LiF、LiOH、LiCoO2的性质
(1)LiF的制备方法:Li2CO3+2HF2LiF↓+CO2↑+H2O。
(2)LiOH吸收空气中的CO2:2LiOH+CO2Li2CO3+H2O。可通过电解法制备LiOH。
(3)①锂离子电池:电池反应式为Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C。
②磷酸亚铁锂可充电电池:LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6。
③钴酸锂可充电电池:Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C。
3.[2019河北示范性高中联考]从废旧锂离子二次电池(主要成分为LiCoO2,还含有少量石墨和镀镍金属钢壳、铝箔等杂质)中回收钴和锂的工艺流程如图1所示:
图1
回答下列问题:
(1)NaOH的电子式为 。“碱浸”的目的是 。
(2)“酸浸”过程中LiCoO2发生反应的离子方程式为 。浸渣中含有的主要成分是 。
(3)“萃取净化”除去的杂质离子除Ni2+外,还有 (填离子符号)。
(4)“萃取分离”中钴、锂的萃取率与平衡时溶液pH的关系如图2所示,pH一般选择5左右,理由是 。
图2 图3
(5)“沉锂”中Li2CO3的溶解度随温度变化的曲线如图3所示。
①根据平衡原理分析Li2CO3在水中的溶解度随温度变化的原因: 。
②为获得高纯Li2CO3,提纯操作依次为热过滤、 、烘干。
③若“沉锂”后c(Li+)=0.06 mol·L-1,加入的是等体积、等浓度的Na2CO3溶液,沉锂率为 。(结果保留3位有效数字,已知Li2CO3的Ksp为9.0×10-4)
素材2 有关钙及其化合物的性质和应用
1.钙:(1)与水反应生成H2,Ca+2H2OH2↑+Ca(OH)2。
(2)在空气中燃烧,Ca+O2CaO2、3Ca+N2Ca3N2。
(3)制备方法为CaCl2(熔融)Ca+Cl2↑。
2.过氧化钙(CaO2):(1)在碱性条件下CaCl2与H2O2反应可制得CaO2,如CaCl2+2NH3·H2O+H2O2CaO2↓+2NH4Cl+2H2O或CuCl2+2NH3·H2O+H2O2+6H2OCaO2·8H2O↓+2NH4Cl。
(2)与水、酸反应:2CaO2+2H2O2Ca(OH)2+O2↑、CaO2+2H+Ca2++H2O2。
3.CaC2(电石):实验室制备乙炔的原料,CaC2+2H2OCa(OH)2+C2H2↑。
4.CaC2O4(草酸钙):白色晶体粉末,不溶于水、醋酸,溶于稀盐酸或稀硝酸;受热分解。
5.CaF2:极难溶于水和有机溶剂,与热的浓硫酸作用可得到HF,CaF2+H2SO4(浓)CaSO4+2HF↑。
考点扫描
1.[2019全国卷Ⅱ,11B改编]澄清的石灰水久置后出现白色固体是因为发生反应Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O( )
2.[2018全国卷Ⅰ,12改编]CaF2可与浓硫酸反应,其生成物可腐蚀玻璃( )
3.[2016全国卷Ⅲ,26(4)改编]向CaCl2溶液中加入氨水和过氧化氢制备过氧化钙的化学方程式为
。
提示:1.√ 2.√ 3.CaCl2+2NH3·H2O+H2O2CaO2↓+2NH4Cl+2H2O(或CaCl2+2NH3·H2O+H2O2+6H2OCaO2·8H2O↓+2NH4Cl)
4. [2019安徽江淮十校联考]冰晶石(Na3AlF6)微溶于水,工业上以萤石(CaF2质量分数为96%)、二氧化硅为原料,采用氟硅酸钠法制备冰晶石,其工艺流程如图所示:
据此分析,下列观点不正确的是( )
A.滤渣A的主要成分是CaSO4
B.上述流程中,所涉反应没有复分解反应
C.操作i不可用硅酸盐材质的设备进行分离
D.流程中可循环使用的物质除H2SO4、SiO2外,滤液B经浓缩后也能循环使用
素材3有关硼及其化合物的性质和应用
1.硼
硼单质有晶体硼和无定形硼两种,晶体硼相当稳定,无定形硼比较活泼,能发生如下反应:
(1)高温下,与N2、S等单质反应,如2B+N22BN。
(2)高温下同金属反应生成金属硼化物。
(3)赤热下,与水蒸气反应,2B+6H2O(g)2B(OH)3+3H2。
(4)与热的浓硫酸或浓硝酸反应,2B+3H2SO4(浓)2B(OH)3+3SO2↑,B+3HNO3(浓)B(OH)3+3NO2↑。
2.硼酸(H3BO3)
(1)一元弱酸,H3BO3+H2OH++B(OH)4-。
(2)H3BO3受热时会逐渐脱水,首先生成偏硼酸(HBO2),继续升温可进一步脱水生成四硼酸(H2B4O7),更高温度时则转变为硼酸的酸酐(B2O3)。
3.硼氢化钠(NaBH4)
硼氢化钠中的氢元素为-1价,具有还原性,故其可用作醛类、酮类和酰氯类的还原剂。
4.硼砂(Na2B4O7·10H2O)
(1)制备:将偏硼酸钠溶于水形成较浓溶液,然后通入CO2调节pH,浓缩结晶分离出硼砂:4NaBO2+CO2+10H2ONa2B4O7·10H2O+Na2CO3。
(2)将硼砂溶于水,用硫酸溶液调节pH,可析出溶解度小的硼酸晶体:Na2B4O7+H2SO4+5H2O4H3BO3↓+Na2SO4。
考点扫描
1.[2019全国卷Ⅰ,26节选]根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2OH++B(OH)4-,Ka=5.81×10-10,可判断H3BO3是 酸。
2.[2015新课标全国卷Ⅰ,27节选]写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式: 。单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程: 。
3.[2014重庆,11(2)节选]NaBH4是一种重要的储氢载体,能与水反应得到NaBO2,且反应前后B的化合价不变,该反应的化学方程式为 。
提示:1.一元弱 2.Mg2B2O5·H2O+2H2SO42MgSO4+2H3BO3 2H3BO3B2O3+3H2O、B2O3+3Mg2B+3MgO 3.NaBH4+2H2ONaBO2+4H2↑
5. [2019天津一中模拟]硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。已知硼镁矿的主要成分为Mg2B2O5·H2O,硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O。一种利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如图1所示。
图1
(1)写出硼元素在元素周期表中的位置: 。
(2)将硼砂溶于水后,用硫酸调节溶液的pH≈3.5以制取硼酸(H3BO3),该反应的离子方程式为 。
(3)由MgCl2·6H2O制备MgCl2时,一定条件是 。
(4)制得的粗硼在一定条件下反应生成BI3, BI3在一定条件下受热分解可以得到纯净的单质硼。0.200 0 g粗硼制成的BI3完全分解,将生成的I2配制成100 mL碘水,量取10.00 mL碘水于锥形瓶中,向其中滴加几滴淀粉溶液,用0.300 0 mol·L-1 Na2S2O3溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液18.00 mL。(提示:I2+2S2O32-2I-+S4O62-)滴定终点的现象为 ,该粗硼样品的纯度为 %。
(5)H3BO3[也可写成B(OH)3]可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备。工作原理如图2所示。
图2
①b膜为 (填“阴离子”或“阳离子”)交换膜,写出产品室发生反应的离子方程式: ,理论上每生成1 mol H3BO3,N室可生成 L(标准状况)气体。
②N室中,进口和出口的溶液浓度大小关系为a mol·L-1 b mol·L-1(填“>”或“<”)。
素材4 有关铅、锡及其化合物的性质和应用
1.铅及其化合物
(1)Pb:常温时Pb在空气中稳定存在,但表面易形成PbO和Pb2(OH)2CO3的保护膜;O2存在时可与醋酸反应,2Pb+O2+4CH3COOH2(CH3COO)2Pb+2H2O;加热条件下与浓盐酸反应,Pb+4HCl(浓)H2[PbCl4]+H2↑。
(2)PbO、PbO2:均为两性氧化物,如PbO+2HClPbCl2+H2O,PbO+2NaOH+H2ONa2[Pb(OH)4];PbO2具有氧化性,PbO2+H2O2+2H+Pb2++O2↑+2H2O。
(3)Pb3O4:红色,可看作2PbO·PbO2或Pb2(PbO4),高温下分解,2Pb3O46PbO+O2↑;不溶于水,溶于热碱溶液,溶于酸时表现出氧化性,即Pb3O4+8HCl4H2O+3PbCl2+Cl2↑。
(4)PbS:方铅矿,3PbS+5O22PbO+PbSO4+2SO2。
(5)PbSO4:难溶盐,在工艺流程中常将Pb杂质转化为PbO,然后用硫酸酸化转化为PbSO4而除去。
(6)(CH3COO)2Pb:实验室中用醋酸铅试纸检验H2S,H2S+(CH3COO)2PbPbS↓(黑色)+2CH3COOH。
2.锡及其化合物
(1)Sn:与稀盐酸作用缓慢,加热条件下与浓盐酸反应较快,Sn+2HCl(浓)SnCl2+H2↑;与NaOH反应生成亚锡酸盐和H2,Sn+2NaOHNa2SnO2+H2↑。
(2)Sn(OH)2:两性氢氧化物,可发生反应Sn(OH)2+2HClSnCl2+2H2O,Sn(OH)2+2NaOHNa2SnO2+2H2O。
(3)SnCl2、SnCl4:均可水解,SnCl2+H2OSn(OH)Cl↓(白色)+HCl,SnCl4+4H2OSn(OH)4↓+4HCl。
考点扫描
1.[2018全国卷Ⅱ,26(2)改编]闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)经浮选、焙烧后,用稀硫酸溶浸,滤渣的主要成分除SiO2外还有 。
2.[2014大纲卷,11D改编]铅酸蓄电池充电时的正极反应为 。
3.[2014新课标全国卷Ⅱ,27节选]PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体,反应的化学方程式为 ;
PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为 。
提示:1.PbSO4 2.PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++SO42- 3.PbO2+4HCl(浓)PbCl2+Cl2↑+2H2O PbO+ClO-PbO2+Cl-
6. [2019湖北黄冈二模]铅及其化合物在现代工业中有着重要用途。
(1)铅能形成多种氧化物,如PbO、PbO2等。向盛有PbO2的圆底烧瓶中滴加浓盐酸,产生黄绿色气体,反应的化学方程式为 。
(2)以废旧铅酸蓄电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料,制备高纯PbO,实现铅的再生利用。其工艺流程如图1所示:
图1
①过程1中分离提纯的方法是 ,滤液2中的溶质主要是 (填名称)。
②过程1中,在Fe2+催化下,Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是 。
(3)将PbO粗品溶解在HCl和NaCl的混合溶液中,得到含Na2PbCl4的电解液,电解该电解液生成Pb的装置如图2所示。
图2
①写出电解时阴极的电极反应式: 。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为 (填离子符号)。
③电解过程中,Na2PbCl4电解液的浓度不断减小,为了恢复其浓度,应该向 (填“阴”或“阳”)极室加入 (填化学式)。
考点1 钠及其化合物
1.[2019北京海淀区期中]某实验小组通过如图所示实验探究Na2O2与水的反应。
下列说法不正确的是( )
A.②中大量气泡的主要成分是氧气
B.③中溶液变红,说明有碱性物质生成
C.产生④中现象的原因可能是溶液中含有强氧化性物质
D.⑤中MnO2的主要作用是降低了水中氧气的溶解度
通过实验探究,考查过氧化钠、过氧化氢的性质,要理解过氧化钠与水的反应的本质,体现了试题设计重视“从知识到能力到素养”的新理念。
解题模型:链接考法2命题角度
2.[2020甘肃天水模拟]实验室按如图所示装置测定纯碱(含少量NaCl)的纯度。下列说法不正确的是( )
A.滴入盐酸前,应将装置中含有CO2的空气排尽
B.装置①、④的作用是防止空气中的CO2进入装置③中
C.必须在装置②、③间添加盛有饱和 NaHCO3溶液的洗气瓶
D.反应结束时,应继续通入空气将滞留在装置②中的CO2转移到装置③中
本题通过测量装置③中产生沉淀的质量测定纯碱的纯度。考查考生的观察理解能力和审题能力,足量的Ba(OH)2溶液意味着CO2中含有的少量HCl对产生的碳酸钡沉淀的质量没有影响。
解题模型:链接考法3命题角度3
3.[2018海南,17,10分]某小组在实验室中探究金属钠与二氧化碳的反应。回答下列问题:
(1)选用如图所示装置及药品制取CO2。打开弹簧夹,制取CO2。为了得到干燥、纯净的CO2,产生的气流应依次通过盛有 、 的洗气瓶(填试剂名称)。反应结束后,关闭弹簧夹,可观察到的现象是 。不能用稀硫酸代替稀盐酸,其原因是 。
(2)金属钠与二氧化碳反应的实验步骤及现象如下表:
步骤
现象
将一小块金属钠在燃烧匙中点燃,迅速伸入盛有CO2的集气瓶中。充分反应,放置冷却
产生大量白烟,集气瓶底部有黑色固体产生,瓶壁上有白色物质产生
在集气瓶中加入适量蒸馏水,振荡、过滤
滤纸上留下黑色固体,滤液为无色溶液
①为检验集气瓶瓶壁上白色物质的成分。取适量滤液于2支试管中,向一支试管中滴加1滴酚酞溶液,溶液变红;向第二支试管中滴加澄清石灰水,溶液变浑浊。据此推断,白色物质的主要成分是 (填标号)。
A.Na2O B.Na2O2 C.NaOH D.Na2CO3
②为检验黑色固体的成分,将其与浓硫酸反应,生成的气体具有刺激性气味。据此推断黑色固体是 。
③本实验中金属钠与二氧化碳反应的化学方程式为 。
一方面通过“简易启普发生器”考查考生的观察理解能力;另一方面考查考生对陌生化学反应的理解能力:钠在二氧化碳中燃烧,发生置换反应生成碳和氧化钠,生成的氧化钠继续与过量的二氧化碳反应生成碳酸钠。
解题模型:链接考法1命题角度
考点2 碱金属及其化合物的性质 焰色反应
4.[2018全国卷Ι,7,6分]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
本题考查多种元素及其化合物的性质,引导考生关注废旧电池的回收利用,A项仍然是考查“化学与STSE”,与生活密切相关,体现了命题的实际应用性。
解题模型:链接考法4命题角度
5.[2017海南,16,10分]锂是最轻的活泼金属,其单质及化合物有广泛的用途。回答下列问题:
(1)用碳酸锂和 反应可制备氯化锂。工业上可由电解LiCl-KCl的熔融混合物生产金属锂,阴极上的电极反应式为 。
(2)不可使用二氧化碳灭火器扑灭因金属锂引起的火灾,其原因是 。
(3)硬脂酸锂是锂肥皂的主要成分,可作为高温润滑油和油脂的稠化剂。鉴别硬脂酸锂与硬脂酸钠、硬脂酸钾可采用的实验方法和现象分别是 。
(4)LiPF6易溶于有机溶剂,常用作锂离子电池的电解质。LiPF6受热易分解,其热分解产物为PF5和 。
本题考查了金属锂的制备、锂着火时不能用二氧化碳灭火器扑灭的原因、用焰色反应鉴别含锂、钠、钾元素的化合物、运用质量守恒定律判断LiPF6的分解产物等必备知识。Li的焰色反应在高考题中首次出现,预示着教材上涉及的其他元素的焰色反应也可能在今后的高考题中出现,应引起重视。
解题模型:链接考法4命题角度
考点3 镁及其化合物
6.[2018天津,7,14分]下图中反应①是制备SiH4的一种方法,其副产物MgCl2·6NH3是优质的镁资源。回答下列问题:
(1)MgCl2·6NH3所含元素的简单离子半径由小到大的顺序(H-除外): ,Mg在元素周期表中的位置: ,Mg(OH)2的电子式: 。
(2)A2B的化学式为 。反应②的必备条件是 。上图中可以循环使用的物质有 。
(3)在一定条件下,由SiH4和CH4反应生成H2和一种固体耐磨材料 (写化学式)。
(4)为实现燃煤脱硫,向煤中加入浆状Mg(OH)2,使燃烧产生的SO2转化为稳定的Mg化合物,写出该反应的化学方程式: 。
(5)用Mg制成的格氏试剂(RMgBr)常用于有机合成,例如制备醇类化合物的合成路线如下:
RBrRMgBr(R:烃基;R':烃基或H)
依据上述信息,写出制备所需醛的可能结构简式: 。
以工艺流程形式设计试题,考查镁及其化合物、硅及其化合物、氮及其化合物、硫及其化合物的典型性质和用途,设问时将物质结构、对新反应的理解、卤代烃与醛和醇之间的关系等融合在一起,知识跨度较大,体现综合性,能较好地考查考生的化学核心素养。
解题模型:链接考法5命题角度2
考点4 铝及其化合物
7.[2017浙江下半年选考,31,10分]某兴趣小组用铝箔制备Al2O3、AlCl3·6H2O及明矾大晶体,具体流程如下:
已知:AlCl3·6H2O易溶于水、乙醇及乙醚;明矾在水中的溶解度如下表。
温度/℃
0
10
20
30
40
60
80
90
溶解度/g
3.00
3.99
5.90
8.39
11.7
24.8
71.0
109
请回答:
(1)步骤Ⅰ中的化学方程式 ;步骤Ⅱ中生成Al(OH)3的离子方程式 。
(2)步骤Ⅲ,下列操作合理的是 。
A.坩埚洗净后,无需擦干,即可加入Al(OH)3灼烧
B.为了得到纯Al2O3,需灼烧至恒重
C.若用坩埚钳移动灼热的坩埚,需预热坩埚钳
D.坩埚取下后放在石棉网上冷却待用
E.为确保称量准确,灼烧后应趁热称重
(3)步骤Ⅳ,选出在培养规则明矾大晶体过程中合理的操作并排序 。
①迅速降至室温 ②用玻璃棒摩擦器壁 ③配制90 ℃的明矾饱和溶液 ④自然冷却至室温 ⑤选规则明矾小晶体并悬挂在溶液中央 ⑥配制高于室温10~20 ℃的明矾饱和溶液
(4)由溶液A制备AlCl3·6H2O的装置如图:
①通入HCl的作用是抑制AlCl3水解和 。
②步骤Ⅴ,抽滤时,用玻璃纤维替代滤纸的理由是 ;洗涤时,合适的洗涤剂是 。
③步骤Ⅵ,为得到纯净的AlCl3·6H2O,宜采用的干燥方式是 。
本题考查铝及其化合物的性质、实验基本操作以及实验条件的控制与选择等,同时考查考生的阅读理解能力和获取信息能力,试题阅读量较大,貌似较难,其实难度不大。
解题模型:链接考法6命题角度3
考点1 钠及其化合物
考法1钠的性质及应用
命题角度 以实验装置为载体考查钠单质的性质和应用
1 [2020山西晋中模拟]实验室验证钠能与二氧化碳发生反应的装置如图所示(已知:PdCl2溶液遇CO能产生黑色的Pd),下列说法错误的是
A.用装置①还可以制取H2、NH3等气体
B.装置⑤中澄清石灰水变浑浊后,再点燃酒精灯
C.装置②、③中分别盛装饱和Na2CO3溶液、浓H2SO4
D.装置⑥中有黑色沉淀产生,发生的反应是PdCl2+CO+H2OPd↓+CO2+2HCl
装置①是固液不加热型装置,锌和稀硫酸反应制氢气、氧化钙和浓氨水反应制备氨气都可以用装置①,A正确。金属钠能与空气中的氧气、水蒸气等发生反应,因此实验之前,用二氧化碳气体排出装置内的空气,当看到装置⑤中澄清石灰水变浑浊后,空气已排净,再点燃酒精灯,B正确。反应产生的二氧化碳气体含有氯化氢和水蒸气,因此先用饱和碳酸氢钠溶液除去氯化氢,再用浓H2SO4吸收水蒸气,C错误。根据题给信息可知,PdCl2被CO还原为黑色的Pd,反应为PdCl2+CO+H2OPd↓+CO2+2HCl,D正确。
C
考点扫描
1.[2017全国卷Ⅱ,10B改编]乙醇和水都可与金属钠反应产生可燃性气体,故乙醇分子中的氢与水分子中的氢具有相同的活性( )
2.[2017全国卷Ⅱ,13B改编]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,说明CO2具有氧化性( )
3.[2015新课标全国卷Ⅱ,10C]钠在空气中燃烧可生成多种氧化物。23g钠充分燃烧时转移电子数为1NA( )
4.[2015广东,10A]23gNa与足量H2O反应完全后可生成NA个H2分子( )
5.[2014北京,9B改编]将Na块放入水中,产生气体的化学方程式:2Na+2H2O2NaOH+H2↑( )
6.[新课标全国卷Ⅱ高考]钠与CuSO4溶液反应的离子方程式:2Na+Cu2+Cu↓+2Na+( )
提示:1.✕ 2.√ 3.√ 4.✕ 5.√ 6.✕
考法2 过氧化钠的性质及应用
命题角度 过氧化钠的结构与性质
2 某小组拟利用钠与氧气反应制备过氧化钠,装置如图所示(部分夹持装置略)。下列说法错误的是
A.②中试剂X是浓硫酸
B.④的作用是吸收空气中的水蒸气,避免过氧化钠变质
C.实验完毕后,发现①中烧瓶里产生少量红褐色沉淀,其原因是H2O2的分解反应是放热反应,温度升高,促进铁离子水解
D.取少量③中硬质玻璃管中的固体于试管中,滴加稀盐酸酸化的淀粉-KI溶液,振荡,溶液变蓝,反应的离子方程式为Na2O2+2I-+2H+2Na++I2+H2O
过氧化钠能与水反应,氧气必须干燥,所以试剂X为浓硫酸,A项正确;④的作用是吸收空气中的水蒸气,避免过氧化钠变质,B项正确;氯化铁水解吸收热量,H2O2分解放出的热量促进氯化铁水解生成红褐色氢氧化铁沉淀,C项正确;Na2O2具有氧化性,与KI发生反应,离子方程式为Na2O2+2I-+4H+2Na++I2+2H2O,D项错误。
D
考点扫描
1.[2019全国卷Ⅱ,11C改编]Na2O2在空气中放置后由淡黄色变为白色的原因为2Na2O22Na2O+O2↑( )
2.[2017北京,8A改编]二氧化碳使Na2O2固体变白,其中二氧化碳被还原( )
3.[2017海南,7C]过氧化钠与二氧化碳反应可制备氧气( )
4.[2015新课标全国卷Ⅰ,8C]过氧化钠与水反应时,生成0.1mol氧气转移的电子数为0.2NA( )
5.[2014新课标全国卷Ⅱ,9B改编]二氧化碳通过Na2O2粉末,反应后固体物质质量增加( )
提示:1.✕ 2.✕ 3.√ 4.√ 5.√
考法3 碳酸钠、碳酸氢钠的性质
命题角度1 碳酸钠、碳酸氢钠的性质比较
3 下列有关Na2CO3和NaHCO3的比较不正确的是
A.热稳定性:Na2CO3>NaHCO3
B.相同温度下,0.1 mol·L-1两种盐溶液的pH:Na2CO3>NaHCO3
C.等质量的碳酸钠和碳酸氢钠分别与足量盐酸反应放出气体的物质的量:Na2CO3
Na2CO3受热不易分解,比较稳定,NaHCO3受热易分解,热稳定性较差,所以热稳定性:Na2CO3>NaHCO3,A正确。相同温度、相同浓度情况下,CO32-的水解程度大于HCO3-,则0.1mol·L-1两种盐溶液的pH:Na2CO3>NaHCO3,B正确。碳酸钠和碳酸氢钠中,碳元素的质量分数关系是NaHCO3>Na2CO3,相同质量的两种盐与足量盐酸反应产生CO2气体的物质的量的关系是Na2CO3
考点扫描
1.[2017浙江4月选考,6C]碳酸氢钠可用于治疗胃酸过多( )
2.[2017天津,4A改编]除去NaHCO3固体中的Na2CO3,可将固体加热至恒重( )
3.[2015广东,22A改编]分别加热Na2CO3和NaHCO3固体,试管内壁均有水珠,说明两种物质均受热分解( )
4.[2015江苏,7D]可用如图所示装置加热分解NaHCO3固体( )
提示:1.√ 2.✕ 3.✕ 4.✕
命题角度2 结合图像考查碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应的相关计算
4 [2019江西上饶中学检测]向100 mL NaOH溶液中通入一定量的CO2气体,充分反应后,再向所得溶液中逐滴加入0.2 mol/L的盐酸,产生CO2的体积与所加盐酸体积之间的关系如图所示。下列判断正确的是
A.原NaOH溶液的浓度为0.1 mol/L
B.通入CO2的体积为448 mL(标准状况)
C.所得溶液的溶质成分的物质的量之比为n(NaOH)∶n(Na2CO3)=1∶3
D.所得溶液的溶质成分的物质的量之比为n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)= 2∶1
向100mLNaOH溶液中通入一定量的CO2气体,可能发生的反应有2NaOH+CO2Na2CO3+H2O、NaOH+CO2NaHCO3。再加入盐酸,将Na2CO3或NaHCO3全部转化为NaCl,根据化学反应中原子守恒,则有n(Na+)=n(Cl-),所以n(NaOH)=n(HCl)=0.2mol/L×0.1L=0.02mol,即得c(NaOH)=0.2mol/L,故A错误。由题图可知,先加入的25mL盐酸与Na2CO3反应生成NaHCO3,后加入的75mL盐酸与NaHCO3反应生成CO2,则n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=1∶2,溶液中不存在NaOH,故D正确、C错误。
设生成zmolCO2,则有
NaHCO3+HCl CO2↑+NaCl+H2O
1mol 1mol
0.075L×0.2mol/Lzmol
得z=0.015
则标准状况下生成CO2的体积为0.336L,通入CO2的体积等于生成CO2的体积,故B错误。
D
考法归纳·学习理解
碳酸氢钠、碳酸钠溶液与盐酸反应的四类基本图像
反应类型
图像
向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸
向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸
向Na2CO3、NaOH的混合溶液中逐滴加入盐酸
向Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中逐滴加入盐酸
命题角度3 混合物中碳酸钠质量分数的测定
5 [2016浙江4月选考,28,4分]为确定碳酸钠和碳酸氢钠混合样品中碳酸钠的质量分数,可通过加热分解得到的CO2质量进行计算,某同学设计的实验装置示意图如下:
请回答:
(1)仪器a的名称是 。
(2)装置B中冰水的作用是 。
(3)该同学设计的实验装置存在缺陷,有关该实验装置及实验过程中,下列因素可能使碳酸钠的质量分数偏高的是 。
A.样品分解不完全
B.装置B、C之间缺少CO2的干燥装置
C.产生CO2气体的速率太快,没有被碱石灰完全吸收
D.反应完全后停止加热,通入过量的空气
依据题意,碳酸氢钠的质量是通过其热分解产生的CO2的质量换算出来的,进一步得到碳酸氢钠的质量分数,进而可求出碳酸钠的质量分数。装置A为样品受热分解装置,装置B为冷凝水的装置,若不冷凝水,水会被装置C处的碱石灰吸收,从而使测得的CO2的质量偏大,装置C为吸收CO2的装置,仪器a是防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置C的防护装置。(1)仪器a为球形干燥管。(2)装置B中冰水的作用是冷凝反应生成的水,避免水进入装置C中被碱石灰吸收干扰实验结果。(3)A项,若样品分解不完全,测得的CO2的质量偏小,碳酸钠的质量分数偏高,符合题意。B项,装置B、C之间缺少CO2的干燥装置,会使测得的CO2的质量偏高,碳酸钠的质量分数偏低,不符合题意。C项,产生CO2气体的速率太快,没有被碱石灰完全吸收,会使测得的CO2的质量偏低,碳酸钠的质量分数偏高,符合题意。D项,反应完全后停止加热,通入过量的空气,空气中的CO2和少量水会被装置C吸收,使测得的CO2的质量偏大,碳酸钠的质量分数偏低,不符合题意。
(1)球形干燥管 (2)冷凝反应生成的水以免被碱石灰吸收 (3)AC
考法点睛·学习理解
本实验需要注意两个关键点:(1)要想准确得到碳酸钠的质量分数,必须准确得到CO2的质量,CO2必须全部来自碳酸氢钠的热分解,并且完全被装置C吸收。(2)碳酸钠的质量分数与所测得的CO2的质量呈负相关关系,即测得的CO2质量越小,碳酸钠的质量分数越大。
1.下列实验方案中,不能测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3质量分数的是( )
A.取a克混合物充分加热,减重b克
B.取a克混合物与足量稀盐酸充分反应,加热、蒸干、灼烧,得b克固体
C.取a克混合物与足量稀硫酸充分反应,逸出气体用碱石灰吸收,增重b克
D.取a克混合物与足量Ba(OH)2溶液充分反应,过滤、洗涤、烘干,得b克固体
考点2 碱金属及其化合物的性质 焰色反应
考法4 碱金属及其化合物的性质 焰色反应
命题角度 碱金属及其化合物的性质 焰色反应
6 [2020河北衡水第三次模拟]氟化锂(LiF)难溶于水,可用于铝、镁合金的焊剂和钎剂等。以透锂长石(含Li2O、Al2O3、SiO2)为原料制备氟化锂的工艺流程如图所示。
回答下列问题。
(1)滤液1中含有的金属离子为 ,滤渣1的一种用途是 。
(2)滤渣2是目前应用广泛的无机阻燃剂,写出生成滤渣2的离子方程式: 。常温下,向滤液1中滴加氨水调节pH=5时,溶液中c(Al3+)= mol·L-1,则溶液中Al3+ (填“能”或“不能”)沉淀完全{已知:常温下Ksp[Al(OH)3]=2.0×10-33,且溶液中的离子浓度≤1.0×10-5 mol·L-1时沉淀完全}。
(3)操作Ⅳ包括 、 和干燥。
(4)写出Li2CO3与氢氟酸反应的化学方程式: ,该反应不能在玻璃容器中进行的原因是 (用化学方程式表示)。
(5)Li的焰色是 。
(1)Li2O、Al2O3分别与稀硫酸反应可生成硫酸锂、硫酸铝,所以滤液1中含有的金属离子为Li+、Al3+;滤渣1是二氧化硅,它的一种用途是制作光导纤维。(2)滤渣2是氢氧化铝,生成Al(OH)3的离子方程式为Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+;c(OH-)=Kwc(H+)=10-1410-5mol·L-1=10-9mol·L-1,Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)·c3(OH-)=c(Al3+)×(10-9)3=2.0×10-33,则c(Al3+)=2.0×10-6mol·L-1,铝离子完全沉淀。(3)由流程图知操作Ⅳ包括过滤、洗涤和干燥。(4)Li2CO3与氢氟酸反应的化学方程式为Li2CO3+2HF2LiF↓+CO2↑+H2O;氢氟酸与玻璃中的二氧化硅反应,所以该反应不能在玻璃容器中进行,反应的化学方程式为4HF+SiO22H2O+SiF4↑。
(1)Li+、Al3+ 制作光导纤维(答案合理即可) (2)Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+ 2.0×10-6 能 (3)过滤 洗涤 (4)Li2CO3+2HF2LiF↓+CO2↑+H2O 4HF+SiO22H2O+SiF4↑ (5)紫红色
考点3 镁及其化合物
考法5 镁及其化合物的性质
命题角度1 镁及其化合物性质的实验探究
7 [2015安徽,12,6分]某同学将光亮的镁条放入盛有NH4Cl溶液的试管中,有大量气泡产生。为探究该反应原理,该同学做了以下实验并观察到相关现象,由此得出的结论不合理的是
选项
实验及现象
结论
A
将湿润的红色石蕊试纸放在试管口,试纸变蓝
反应中有NH3产生
B
收集产生的气体并点燃,火焰呈淡蓝色
反应中有H2产生
C
收集气体的同时测得溶液的pH为8.6
弱碱性溶液中Mg也可被氧化
D
将光亮的镁条放入pH为8.6的NaHCO3溶液中,有气泡产生
弱碱性溶液中OH-氧化了Mg
氯化铵溶液与镁条反应生成氯化镁、氨气和氢气,A、B项结论合理。因NH3·H2O电离而使溶液显弱碱性,在弱碱性溶液中镁也可被氧化,C项结论合理。将镁条放入pH为8.6的NaHCO3溶液中,有气泡产生,根据C项实验知,应是镁与溶液中的H+作用产生了氢气,D项结论不合理。
D
考点扫描
1.[2019全国卷Ⅱ,10B改编]将镁条点燃后迅速伸入集满CO2的集气瓶,集气瓶中产生浓烟并有黑色颗粒产生( )
2.[2017全国卷Ⅱ,8B]2.4gMg与H2SO4完全反应,转移的电子数为0.1NA( )
3.[2016全国卷Ⅱ,13B改编]将MgCl2溶液加热蒸干可制备无水MgCl2( )
4.[2016浙江,27Ⅰ(3)]已知MgO可溶于NH4Cl的水溶液,用化学方程式表示其原理。
5.[2014新课标全国卷Ⅱ,36(4)]采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁,发生反应的化学方程式为 ;电解时,若有少量水存在会造成产品镁的消耗,写出有关反应的化学方程式 。
提示:1.√ 2.✕ 3.✕ 4.MgO+2NH4Cl+H2OMgCl2+2NH3·H2O(或NH4Cl+H2ONH3·H2O+HCl,MgO+2HClMgCl2+H2O) 5.MgCl2Mg+Cl2↑ Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
2.[2020福建三校联考]将打磨后的镁条放入盛有50 mL蒸馏水的烧杯中,用pH传感器和浊度传感器监测的溶液pH和溶液浊度随时间的变化如图所示。下列有关描述正确的是( )
A.实线表示溶液浊度随时间的变化
B.50 s时向溶液中滴入酚酞试液,溶液变红
C.该实验是在常温下进行的
D.150 s后溶液浊度减小是因为生成的Mg(OH)2沉降
命题角度2 制取镁的工艺流程
8 [2019吉林实验中学期中考试]海水提镁的主要流程如图所示,下列说法正确的是
①试剂M是盐酸 ②流程中的反应全部都是非氧化还原反应 ③操作b只是过滤 ④用海水晒盐后的饱和溶液加石灰乳制Mg(OH)2 ⑤采用电解法冶炼镁是因为镁很活泼
A.①②③④⑤ B.②③ C.④⑤ D.①④⑤
生石灰溶于水生成氢氧化钙,加入沉淀池沉淀镁离子生成氢氧化镁,过滤后得到氢氧化镁沉淀,加入的试剂M为盐酸,氢氧化镁与盐酸反应可得到氯化镁溶液,通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到氯化镁晶体,在氯化氢氛围中加热失去结晶水得到无水氯化镁,电解熔融氯化镁可生成镁单质。试剂M是盐酸,用来溶解氢氧化镁沉淀,①正确。电解熔融氯化镁生成镁和氯气的反应是氧化还原反应,流程中的反应不全部都是非氧化还原反应,②错误。③操作b是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤,③错误。海水晒盐后的饱和溶液中的主要成分是氯化镁,加石灰乳可以制Mg(OH)2,④正确。通过电解法可以制取一些较活泼的金属,如Na、Mg、Al等,⑤正确。
D
核心素养对接
核心素养之“证据推理与模型认知”——从海水中提取镁的工艺流程模型
1.流程
2.主要化学反应
(1)制石灰乳:CaCO3CaO+CO2↑、CaO+H2OCa(OH)2。
(2)沉淀Mg2+:Mg2++Ca(OH)2Mg(OH)2+Ca2+。
(3)制备MgCl2:Mg(OH)2+2HClMgCl2+2H2O。
(4)电解MgCl2:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。
考点4 铝及其化合物
考法6 “铝三角”转化关系及其应用
9 [2018山西太原模拟改编]下列各组物质中,不能按(“→”表示反应一步完成)关系转化的是
选项
a
b
c
A
Al2O3
NaAlO2
Al(OH)3
B
MgCl2
Mg(OH)2
MgO
C
Na2CO3
NaCl
NaOH
D
Al
Al(OH)3
Al2O3
Al2O3与足量的氢氧化钠溶液反应,可生成NaAlO2溶液,向NaAlO2溶液中通入CO2或加入适量的盐酸,可生成Al(OH)3沉淀,加热Al(OH)3可得到Al2O3,A项可实现图示转化关系;向MgCl2溶液中加入氢氧化钠溶液,可生成Mg(OH)2沉淀,加热Mg(OH)2可生成MgO,MgO与盐酸反应可生成MgCl2,B项可实现图示转化关系;向碳酸钠中加入盐酸,可生成NaCl,电解氯化钠溶液可生成NaOH,向NaOH溶液中通入适量CO2,可生成Na2CO3,C项可实现图示转化关系;D项,Al不能一步转化为Al(OH)3,D项不能实现图示转化关系。
D
命题角度2 以“微型流程”考查铝及其化合物的性质(热点角度)
10 [2016海南,14改编]明矾[KAl(SO4)2·12H2O]在造纸等方面应用广泛。实验室中,采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如图所示:
下列叙述错误的是
A.回收处理废易拉罐有利于保护环境和资源再利用
B.沉淀为Al2(CO3)3
C.操作a包含蒸发浓缩、冷却结晶等
D.上述流程中可用过量CO2代替NH4HCO3
回收处理废易拉罐有利于保护环境和资源再利用,A正确;偏铝酸钠与碳酸氢铵发生反应可生成氢氧化铝,故沉淀为Al(OH)3,B错误;操作a包含蒸发浓缩、冷却结晶等,C正确;过量二氧化碳与偏铝酸钠溶液反应也可得到氢氧化铝沉淀,D正确。
B
拓展延伸·迁移创新
1.将本题流程图进行变式拓展,对易拉罐(主要成分为Al,含有少量的Fe)采取酸浸的流程如图所示。
结合实验流程可从以下角度命题:
(1)从易拉罐中可回收的金属元素有Al、Fe。
(2)“沉淀”反应的金属离子为Fe3+。
(3)上述流程中不能用NaHSO4代替NaHCO3的原因:铝离子与碳酸氢根离子反应可生成氢氧化铝沉淀,而硫酸氢根离子是强酸的酸式酸根离子,不水解,不与铝离子反应。
2.关于垃圾分类知识拓展
铝制易拉罐属于可回收垃圾。可回收垃圾包括纸类、塑料、玻璃、金属和织物五大类,有害垃圾包括废日用小电子产品、废油漆、废灯管、废日用化学品和过期药品等。
纸类包括未严重玷污的文字用纸、包装用纸和其他纸制品等。
塑料包括废容器塑料、包装塑料等塑料制品。
玻璃包括有色和无色废玻璃制品。
金属包括各种类别的废金属制品。
织物包括旧纺织衣物和纺织制品。
命题角度3 有关Al2O3或Al的制备工艺流程(热点角度)
11 [2019湖南四校摸底调研联考]工业上用铝土矿(主要成分是氧化铝,含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示。
下列叙述正确的是
A.试剂X可以是氢氧化钠溶液
B.试剂Y可以是HCl,它与AlO2-反应生成Al(OH)3
C.图中涉及的转化反应中包含2个氧化还原反应
D.将试剂X与Y进行互换,最终可以达到相同目的
试剂X可以是氢氧化钠溶液,A项正确;若试剂Y是HCl,则过量HCl与AlO2-反应生成Al3+,得不到Al(OH)3沉淀,B项错误;题图中涉及的转化反应中,只有电解熔融Al2O3得到Al的反应为氧化还原反应,C项错误;若将试剂X与Y进行互换,最终不能达到相同目的,D项错误。
A
考法点睛·应用实践
分析本题流程可知,沉淀C为不溶于碱溶液的氧化铁杂质,溶液A中含有AlO2-,则加入的试剂X为强碱溶液(NaOH或KOH溶液等),Y为CO2。
核心素养对接
核心素养之“证据推理与模型认知”——从铝土矿中提取Al2O3的流程模型
从铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取Al2O3的两大工艺流程:
考法7 与Al(OH)3沉淀的生成相关的图像
命题角度 与Al(OH)3沉淀的生成相关的图像
12 向含HCl的AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量,生成沉淀的物质的量与所加NaOH溶液体积的关系如图所示,下列离子组在对应的溶液中一定能大量共存的是
A.M 点对应的溶液中:K+、Fe2+、SO42-、NO3-
B.N 点对应的溶液中:K+、NH4+、Cl-、SO42-
C.S点对应的溶液中:Na+、SO42-、AlO2-、NO3-
D.R 点对应的溶液中:Na+、SO42-、HCO3-、NO3-
M点对应的溶液中HCl有剩余,酸性条件下,Fe2+和NO3-会发生氧化还原反应,不能大量共存,故A错误;N点对应的溶液中HCl与NaOH恰好反应,溶液中含NaCl和AlCl3,与题给四种离子能大量共存,故B正确;S点对应的溶液中AlCl3没有完全反应,Al3+与AlO2-发生相互促进的水解反应而不能大量共存,故C错误;R点对应的溶液中含有NaAlO2,HCO3-能与AlO2-发生反应HCO3-+AlO2-+H2OAl(OH)3↓+CO32-,故D错误。
B
冲刺双一流
素材1 有关锂离子电池的工艺流程
LiF、LiOH、LiCoO2的性质
(1)LiF的制备方法:Li2CO3+2HF2LiF↓+CO2↑+H2O。
(2)LiOH吸收空气中的CO2:2LiOH+CO2Li2CO3+H2O。可通过电解法制备LiOH。
(3)①锂离子电池:电池反应式为Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C。
②磷酸亚铁锂可充电电池:LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6。
③钴酸锂可充电电池:Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C。
3.[2019河北示范性高中联考]从废旧锂离子二次电池(主要成分为LiCoO2,还含有少量石墨和镀镍金属钢壳、铝箔等杂质)中回收钴和锂的工艺流程如图1所示:
图1
回答下列问题:
(1)NaOH的电子式为 。“碱浸”的目的是 。
(2)“酸浸”过程中LiCoO2发生反应的离子方程式为 。浸渣中含有的主要成分是 。
(3)“萃取净化”除去的杂质离子除Ni2+外,还有 (填离子符号)。
(4)“萃取分离”中钴、锂的萃取率与平衡时溶液pH的关系如图2所示,pH一般选择5左右,理由是 。
图2 图3
(5)“沉锂”中Li2CO3的溶解度随温度变化的曲线如图3所示。
①根据平衡原理分析Li2CO3在水中的溶解度随温度变化的原因: 。
②为获得高纯Li2CO3,提纯操作依次为热过滤、 、烘干。
③若“沉锂”后c(Li+)=0.06 mol·L-1,加入的是等体积、等浓度的Na2CO3溶液,沉锂率为 。(结果保留3位有效数字,已知Li2CO3的Ksp为9.0×10-4)
素材2 有关钙及其化合物的性质和应用
1.钙:(1)与水反应生成H2,Ca+2H2OH2↑+Ca(OH)2。
(2)在空气中燃烧,Ca+O2CaO2、3Ca+N2Ca3N2。
(3)制备方法为CaCl2(熔融)Ca+Cl2↑。
2.过氧化钙(CaO2):(1)在碱性条件下CaCl2与H2O2反应可制得CaO2,如CaCl2+2NH3·H2O+H2O2CaO2↓+2NH4Cl+2H2O或CuCl2+2NH3·H2O+H2O2+6H2OCaO2·8H2O↓+2NH4Cl。
(2)与水、酸反应:2CaO2+2H2O2Ca(OH)2+O2↑、CaO2+2H+Ca2++H2O2。
3.CaC2(电石):实验室制备乙炔的原料,CaC2+2H2OCa(OH)2+C2H2↑。
4.CaC2O4(草酸钙):白色晶体粉末,不溶于水、醋酸,溶于稀盐酸或稀硝酸;受热分解。
5.CaF2:极难溶于水和有机溶剂,与热的浓硫酸作用可得到HF,CaF2+H2SO4(浓)CaSO4+2HF↑。
考点扫描
1.[2019全国卷Ⅱ,11B改编]澄清的石灰水久置后出现白色固体是因为发生反应Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O( )
2.[2018全国卷Ⅰ,12改编]CaF2可与浓硫酸反应,其生成物可腐蚀玻璃( )
3.[2016全国卷Ⅲ,26(4)改编]向CaCl2溶液中加入氨水和过氧化氢制备过氧化钙的化学方程式为
。
提示:1.√ 2.√ 3.CaCl2+2NH3·H2O+H2O2CaO2↓+2NH4Cl+2H2O(或CaCl2+2NH3·H2O+H2O2+6H2OCaO2·8H2O↓+2NH4Cl)
4. [2019安徽江淮十校联考]冰晶石(Na3AlF6)微溶于水,工业上以萤石(CaF2质量分数为96%)、二氧化硅为原料,采用氟硅酸钠法制备冰晶石,其工艺流程如图所示:
据此分析,下列观点不正确的是( )
A.滤渣A的主要成分是CaSO4
B.上述流程中,所涉反应没有复分解反应
C.操作i不可用硅酸盐材质的设备进行分离
D.流程中可循环使用的物质除H2SO4、SiO2外,滤液B经浓缩后也能循环使用
素材3有关硼及其化合物的性质和应用
1.硼
硼单质有晶体硼和无定形硼两种,晶体硼相当稳定,无定形硼比较活泼,能发生如下反应:
(1)高温下,与N2、S等单质反应,如2B+N22BN。
(2)高温下同金属反应生成金属硼化物。
(3)赤热下,与水蒸气反应,2B+6H2O(g)2B(OH)3+3H2。
(4)与热的浓硫酸或浓硝酸反应,2B+3H2SO4(浓)2B(OH)3+3SO2↑,B+3HNO3(浓)B(OH)3+3NO2↑。
2.硼酸(H3BO3)
(1)一元弱酸,H3BO3+H2OH++B(OH)4-。
(2)H3BO3受热时会逐渐脱水,首先生成偏硼酸(HBO2),继续升温可进一步脱水生成四硼酸(H2B4O7),更高温度时则转变为硼酸的酸酐(B2O3)。
3.硼氢化钠(NaBH4)
硼氢化钠中的氢元素为-1价,具有还原性,故其可用作醛类、酮类和酰氯类的还原剂。
4.硼砂(Na2B4O7·10H2O)
(1)制备:将偏硼酸钠溶于水形成较浓溶液,然后通入CO2调节pH,浓缩结晶分离出硼砂:4NaBO2+CO2+10H2ONa2B4O7·10H2O+Na2CO3。
(2)将硼砂溶于水,用硫酸溶液调节pH,可析出溶解度小的硼酸晶体:Na2B4O7+H2SO4+5H2O4H3BO3↓+Na2SO4。
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1.[2019全国卷Ⅰ,26节选]根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2OH++B(OH)4-,Ka=5.81×10-10,可判断H3BO3是 酸。
2.[2015新课标全国卷Ⅰ,27节选]写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式: 。单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程: 。
3.[2014重庆,11(2)节选]NaBH4是一种重要的储氢载体,能与水反应得到NaBO2,且反应前后B的化合价不变,该反应的化学方程式为 。
提示:1.一元弱 2.Mg2B2O5·H2O+2H2SO42MgSO4+2H3BO3 2H3BO3B2O3+3H2O、B2O3+3Mg2B+3MgO 3.NaBH4+2H2ONaBO2+4H2↑
5. [2019天津一中模拟]硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。已知硼镁矿的主要成分为Mg2B2O5·H2O,硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O。一种利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如图1所示。
图1
(1)写出硼元素在元素周期表中的位置: 。
(2)将硼砂溶于水后,用硫酸调节溶液的pH≈3.5以制取硼酸(H3BO3),该反应的离子方程式为 。
(3)由MgCl2·6H2O制备MgCl2时,一定条件是 。
(4)制得的粗硼在一定条件下反应生成BI3, BI3在一定条件下受热分解可以得到纯净的单质硼。0.200 0 g粗硼制成的BI3完全分解,将生成的I2配制成100 mL碘水,量取10.00 mL碘水于锥形瓶中,向其中滴加几滴淀粉溶液,用0.300 0 mol·L-1 Na2S2O3溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液18.00 mL。(提示:I2+2S2O32-2I-+S4O62-)滴定终点的现象为 ,该粗硼样品的纯度为 %。
(5)H3BO3[也可写成B(OH)3]可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备。工作原理如图2所示。
图2
①b膜为 (填“阴离子”或“阳离子”)交换膜,写出产品室发生反应的离子方程式: ,理论上每生成1 mol H3BO3,N室可生成 L(标准状况)气体。
②N室中,进口和出口的溶液浓度大小关系为a mol·L-1 b mol·L-1(填“>”或“<”)。
素材4 有关铅、锡及其化合物的性质和应用
1.铅及其化合物
(1)Pb:常温时Pb在空气中稳定存在,但表面易形成PbO和Pb2(OH)2CO3的保护膜;O2存在时可与醋酸反应,2Pb+O2+4CH3COOH2(CH3COO)2Pb+2H2O;加热条件下与浓盐酸反应,Pb+4HCl(浓)H2[PbCl4]+H2↑。
(2)PbO、PbO2:均为两性氧化物,如PbO+2HClPbCl2+H2O,PbO+2NaOH+H2ONa2[Pb(OH)4];PbO2具有氧化性,PbO2+H2O2+2H+Pb2++O2↑+2H2O。
(3)Pb3O4:红色,可看作2PbO·PbO2或Pb2(PbO4),高温下分解,2Pb3O46PbO+O2↑;不溶于水,溶于热碱溶液,溶于酸时表现出氧化性,即Pb3O4+8HCl4H2O+3PbCl2+Cl2↑。
(4)PbS:方铅矿,3PbS+5O22PbO+PbSO4+2SO2。
(5)PbSO4:难溶盐,在工艺流程中常将Pb杂质转化为PbO,然后用硫酸酸化转化为PbSO4而除去。
(6)(CH3COO)2Pb:实验室中用醋酸铅试纸检验H2S,H2S+(CH3COO)2PbPbS↓(黑色)+2CH3COOH。
2.锡及其化合物
(1)Sn:与稀盐酸作用缓慢,加热条件下与浓盐酸反应较快,Sn+2HCl(浓)SnCl2+H2↑;与NaOH反应生成亚锡酸盐和H2,Sn+2NaOHNa2SnO2+H2↑。
(2)Sn(OH)2:两性氢氧化物,可发生反应Sn(OH)2+2HClSnCl2+2H2O,Sn(OH)2+2NaOHNa2SnO2+2H2O。
(3)SnCl2、SnCl4:均可水解,SnCl2+H2OSn(OH)Cl↓(白色)+HCl,SnCl4+4H2OSn(OH)4↓+4HCl。
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1.[2018全国卷Ⅱ,26(2)改编]闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)经浮选、焙烧后,用稀硫酸溶浸,滤渣的主要成分除SiO2外还有 。
2.[2014大纲卷,11D改编]铅酸蓄电池充电时的正极反应为 。
3.[2014新课标全国卷Ⅱ,27节选]PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体,反应的化学方程式为 ;
PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为 。
提示:1.PbSO4 2.PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++SO42- 3.PbO2+4HCl(浓)PbCl2+Cl2↑+2H2O PbO+ClO-PbO2+Cl-
6. [2019湖北黄冈二模]铅及其化合物在现代工业中有着重要用途。
(1)铅能形成多种氧化物,如PbO、PbO2等。向盛有PbO2的圆底烧瓶中滴加浓盐酸,产生黄绿色气体,反应的化学方程式为 。
(2)以废旧铅酸蓄电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料,制备高纯PbO,实现铅的再生利用。其工艺流程如图1所示:
图1
①过程1中分离提纯的方法是 ,滤液2中的溶质主要是 (填名称)。
②过程1中,在Fe2+催化下,Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是 。
(3)将PbO粗品溶解在HCl和NaCl的混合溶液中,得到含Na2PbCl4的电解液,电解该电解液生成Pb的装置如图2所示。
图2
①写出电解时阴极的电极反应式: 。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为 (填离子符号)。
③电解过程中,Na2PbCl4电解液的浓度不断减小,为了恢复其浓度,应该向 (填“阴”或“阳”)极室加入 (填化学式)。
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