考点11 镁、铝元素单质及其重要化合物-2024年高考化学试题分类汇编

这是一份考点11 镁、铝元素单质及其重要化合物-2024年高考化学试题分类汇编，共9页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

1.(2024·全国甲卷·10)四瓶无色溶液NH4NO3、Na2CO3、Ba(OH)2、AlCl3,它们之间的反应关系如图所示。其中a、b、c、d代表四种溶液,e和g为无色气体,f为白色沉淀。下列叙述正确的是( )
A.a呈弱碱性
B.f可溶于过量的b中
C.c中通入过量的e可得到无色溶液
D.b和d反应生成的沉淀不溶于稀硝酸
【解析】选B。由题意及关系图可知,a与b反应需要加热,且产生的e为无色气体,则a和b分别为NH4NO3和Ba(OH)2中的一种,产生的气体e为NH3;又由于b和c反应生成白色沉淀f,NH4NO3不会与其他三种溶液产生沉淀,故b为Ba(OH)2,a为NH4NO3;又由于c既能与b产生沉淀f,又能与d反应产生沉淀f,故c为AlCl3,d为Na2CO3,生成的白色沉淀为Al(OH)3,无色气体g为CO2。综上所述,a为NH4NO3溶液,b为Ba(OH)2溶液,c为AlCl3溶液,d为Na2CO3溶液,e为NH3,f为Al(OH)3,g为CO2。A.由分析可知,a为NH4NO3溶液,为强酸弱碱盐的溶液,NH4+水解显酸性,故a显弱酸性,A项错误;B.由分析可知,f为Al(OH)3,b为Ba(OH)2溶液,Al(OH)3为两性氢氧化物,可溶于强碱,故f可溶于过量的b中,B项正确;C.由分析可知,c为AlCl3溶液,e为NH3,AlCl3溶液中通入NH3会生成Al(OH)3沉淀,Al(OH)3不溶于弱碱,继续通入NH3不能得到无色溶液,C项错误;D.由分析可知,b为Ba(OH)2,d为Na2CO3,二者反应生成BaCO3沉淀,可溶于稀硝酸,D项错误。故选B。
2.(2024·江苏选择考·10)在给定条件下,下列制备过程涉及的物质转化均可实现的是( )
A.HCl制备:NaCl溶液H2和Cl2HCl
B.金属Mg制备:Mg(OH)2MgCl2溶液Mg
C.纯碱工业:NaCl溶液NaHCO3Na2CO3
D.硫酸工业:FeS2SO2H2SO4
【解析】选A。电解氯化钠溶液可以得到H2和Cl2,H2和Cl2点燃反应生成HCl,故A的转化可以实现;氢氧化镁和盐酸反应可以得到氯化镁溶液,但是电解氯化镁溶液不能得到Mg,电解熔融的无水MgCl2才能得到金属镁单质,故B的转化不能实现;纯碱工业是在饱和食盐水中通入NH3和CO2先得到NaHCO3,然后NaHCO3受热分解为Na2CO3,故C的转化不能实现;工业制备硫酸,首先黄铁矿和氧气反应生成SO2,但是SO2和水反应生成H2SO3,不能得到H2SO4,故D的转化不能实现。
二、非选择题
3.(2024·湖北选择考·16)铍用于宇航器件的构筑。一种从其铝硅酸盐[Be3Al2(SiO3)6]中提取铍的路径为
已知:Be2++4HABeA2(HA)2+2H+
回答下列问题:
(1)基态Be2+的轨道表示式为 。
(2)为了从“热熔、冷却”步骤得到玻璃态,冷却过程的特点是 。
(3)“萃取分液”的目的是分离Be2+和Al3+,向过量烧碱溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液,观察到的现象是
。
(4)写出反萃取生成Na2[Be(OH)4]的化学方程式
。
“滤液2”可以进入 步骤再利用。
(5)电解熔融氯化铍制备金属铍时,加入氯化钠的主要作用是 。
(6)Be(OH)2与醋酸反应得到某含4个Be的配合物,4个Be位于以1个O原子为中心的四面体的4个顶点,且每个Be的配位环境相同,Be与Be间通过CH3COO-相连,其化学式为 。
【解析】本题是化工流程的综合考察,首先铝硅酸盐先加热熔融,然后快速冷却到其玻璃态,再加入稀硫酸酸浸,过滤,滤渣的成分为H2SiO3,“滤液1”中有Be2+和Al3+,加入含HA的煤油将Be2+萃取到有机相中,“水相1”中含有Al3+,有机相为BeA2(HA)2,加入过量氢氧化钠反萃取Be2+使其转化为Na2[Be(OH)4]进入“水相2”中,分离出含NaA的煤油,最后对“水相2”加热、过滤,分离出Be(OH)2,通过系列操作得到金属铍。
(1)基态Be2+的电子排布式为1s2,其轨道表示式为。
(2)熔融态物质冷却凝固时,缓慢冷却会结晶形成晶体,而快速冷却会形成非晶态物质,即玻璃态,所以从“热熔、冷却”中要得到玻璃态,必须要快速冷却。
(3)“滤液1”中有Be2+和Al3+,加入含HA的煤油将Be2+萃取到有机相中,则“水相1”中含有Al3+,则向过量烧碱的溶液中逐滴加入少量“水相1”的溶液,可观察到的现象为出现白色沉淀然后立即溶解。
(4)萃取分液中得到的有机相为BeA2(HA)2,反萃取时加入过量氢氧化钠生成Na2[Be(OH)4]进入“水相2”,反应的化学方程式为BeA2(HA)2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O。此时“水相2”中含有NaOH和Na2[Be(OH)4],加热得到Be(OH)2沉淀,过滤后“滤液2”的主要成分为NaOH,可进入反萃取步骤再利用。
(5)氯化铍的共价性较强,电解熔融氯化铍制备金属铍时,加入氯化钠的主要作用为增强熔融氯化铍的导电性。
(6)由题意可知,该配合物中有4个Be位于四面体的4个顶点上,如图所示,四面体中心只有1个O,由于Be与Be之间通过CH3COO-相连,共有6个Be—Be,故共有6个CH3COO-,则其化学式为Be4O(CH3COO)6。
答案:(1)
(2)快速冷却
(3)出现白色沉淀然后立即溶解
(4)BeA2(HA)2+6NaOHNa2[Be(OH)4]+4NaA+2H2O 反萃取
(5)增强熔融氯化铍的导电性
(6)Be4O(CH3COO)6
4.(2024·河北选择考·16)V2O5是制造钒铁合金、金属钒的原料,也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取V2O5的工艺,具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如下。
已知:i石煤是一种含V2O3的矿物,杂质为大量Al2O3和少量CaO等;苛化泥的主要成分为CaCO3、NaOH、Na2CO3等。
ii高温下,苛化泥的主要成分可与Al2O3反应生成偏铝酸盐;室温下,偏钒酸钙[Ca(VO3)2]和偏铝酸钙均难溶于水。回答下列问题:
(1)钒原子的价层电子排布式为 ;焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为 ,产生的气体①为 (填化学式)。
(2)水浸工序得到滤渣①和滤液,滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙,滤液中杂质的主要成分为 (填化学式)。
(3)在弱碱性环境下,偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙发生反应的离子方程式为 ;
CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率的原因为
;
浸取后低浓度的滤液①进入 (填工序名称),可实现钒元素的充分利用。
(4)洗脱工序中洗脱液的主要成分为 (填化学式)。
(5)下列不利于沉钒过程的两种操作为 (填序号)。
a.延长沉钒时间 b.将溶液调至碱性 c.搅拌 d.降低NH4Cl溶液的浓度
【解析】石煤和苛化泥通入空气进行焙烧,反应生成NaVO3、Ca(VO3)2、NaAlO2、Ca(AlO2)2、CaO和CO2等,水浸可分离焙烧后的可溶性物质(如NaVO3等)和不溶性物质[如Ca(VO3)2、Ca(AlO2)2等],过滤后滤液进行离子交换、洗脱,用于富集和提纯VO3-,加入氯化铵溶液沉钒,生成NH4VO3,经一系列处理后得到V2O5;滤渣①在pH≈8、65~70 ℃的条件下加入3%NH4HCO3溶液进行盐浸,滤渣①中含有钒元素,通过盐浸,使滤渣①中的钒元素进入滤液①中,再将滤液①进入离子交换工序,进行VO3-的富集。
(1)钒是23号元素,其价层电子排布式为3d34s2;焙烧过程中,氧气被还原,V2O3被氧化生成VO3-,偏钒酸盐中钒的化合价为+5价;CaCO3在800 ℃以上开始分解,生成的气体①为CO2。
(2)由已知信息可知,高温下,苛化泥的主要成分可与Al2O3反应生成偏铝酸钠和偏铝酸钙,偏铝酸钠溶于水,偏铝酸钙难溶于水,所以滤液中杂质的主要成分是NaAlO2。
(3)在弱碱性环境下,Ca(VO3)2与HCO3-和OH-反应生成CaCO3、VO3-和H2O,离子方程式为HCO3-+OH-+Ca(VO3)2CaCO3+H2O+2VO3-;CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率,因为可提高溶液中HCO3-浓度,促使偏钒酸钙转化为碳酸钙,释放VO3-;滤液①中含有VO3-、NH4+等,且浓度较低,若要利用其中的钒元素,需要通过离子交换进行分离、富集,故滤液①应进入离子交换工序。
(4)由离子交换工序中树脂的组成可知,洗脱液中应含有Cl-,考虑到水浸所得溶液中含有Na+,为避免引入其他杂质离子,且NaCl廉价易得,故洗脱液的主要成分应为NaCl。
(5)a.延长沉钒时间,能使反应更加完全,有利于沉钒,a不符合题意;
b.NH4Cl呈弱酸性,如果将溶液调至碱性,OH-与NH4+反应,不利于生成NH4VO3,b符合题意;
c.搅拌能使反应物接触更充分,提高反应速率,使反应更加充分,有利于沉钒,c不符合题意;
d.降低NH4Cl溶液的浓度,不利于生成NH4VO3,d符合题意。
答案:(1)3d34s2 +5 CO2
(2)NaAlO2
(3)HCO3-+OH-+Ca(VO3)2CaCO3+H2O+2VO3-
提高溶液中HCO3-浓度,促使偏钒酸钙转化为碳酸钙,释放VO3- 离子交换 (4)NaCl
(5)bd
5.(2024·甘肃选择考·15)我国科研人员以高炉渣(主要成分为CaO、MgO、Al2O3和SiO2等)为原料,对炼钢烟气(CO2和水蒸气)进行回收利用,有效减少了环境污染,主要流程如图所示:
已知:Ksp(CaSO4)=4.9×10-5
Ksp(CaCO3)=3.4×10-9
(1)高炉渣与(NH4)2SO4经焙烧产生的“气体”是 。
(2)“滤渣”的主要成分是CaSO4和 。
(3)“水浸2”时主要反应的化学方程式为
,
该反应能进行的原因是
。
(4)铝产品NH4Al(SO4)2·12H2O可用于 。
(5)某含钙化合物的晶胞结构如图甲所示,沿x轴方向的投影为图乙,晶胞底面显示为图丙,晶胞参数a≠c,α=β=γ=90°。图丙中Ca与N的距离为 pm;化合物的化学式是 ,其摩尔质量为M g·ml-1,阿伏加德罗常数的值是NA,则晶体的密度为 g·cm-3(列出计算表达式)。
【解析】高炉渣(主要成分为CaO、MgO、Al2O3和SiO2等)加入(NH4)2SO4在400 ℃下焙烧,生成硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝,同时产生气体,该气体与烟气(CO2和水蒸气)反应,生成(NH4)2CO3,所以该气体为NH3;焙烧产物经过水浸1,然后过滤,滤渣为CaSO4以及未反应的SiO2,滤液溶质主要为硫酸镁、硫酸铝及硫酸铵;滤液浓缩结晶,析出NH4Al(SO4)2·12H2O,剩余富镁溶液;滤渣加入(NH4)2CO3溶液,滤渣中的CaSO4会转化为更难溶的碳酸钙。
(1)由分析可知,高炉渣与(NH4)2SO4经焙烧产生的“气体”是NH3;
(2)由分析可知,“滤渣”的主要成分是CaSO4和未反应的SiO2;
(3)由于Ksp(CaSO4)=4.9×10-5,Ksp(CaCO3)=3.4×10-9,Ksp(CaSO4)>Ksp(CaCO3),微溶的硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙,因此“水浸2”的主要反应为硫酸钙与碳酸铵生成更难溶的碳酸钙,反应的化学方程式为CaSO4+(NH4)2CO3CaCO3+(NH4)2SO4;
(4)铝产品NH4Al(SO4)2·12H2O溶于水后,会产生Al3+,Al3+水解生成Al(OH)3胶体,可用于净水;
(5)图丙中,Ca位于正方形顶点,N位于正方形中心,故Ca与N的距离为22a pm;由均摊法可知,晶胞中Ca的个数为8×18+2=3,N的个数为8×14+2×12=3,B的个数为4×14=1,则化合物的化学式是Ca3N3B;其摩尔质量为M g·ml-1,阿伏加德罗常数的值是NA,晶胞体积为a2c×10-30 cm3则晶体的密度为MNAa2c×1030 g·cm-3。
答案:(1)NH3
(2)SiO2
(3)CaSO4+(NH4)2CO3CaCO3+(NH4)2SO4 Ksp(CaSO4)>Ksp(CaCO3),微溶的硫酸钙转化为更难溶的碳酸钙
(4)净水
(5)22a Ca3N3B MNAa2c×1030