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金属元素单质及其重要化合物(45分钟100分)一、选择题(本题包括6小题,每小题7分,共42分)1.(2013周口模拟)下列说法正确的是()A.金不溶于任何溶液B.铜、锌在空气中均被氧化成对应的氧化物C.铜锌合金的熔点低于铜或锌的熔点D.稀有金属原子Ti质子数和中子数之差为282.“隐形衣”的核心材料是“元材料”,“元材料”一般是由聚合材料和微小的锡卷或金属丝混合制成,从而使电磁辐射的路径弯曲。下列说法不正确的是()A.聚合材料属于高分子材料B.合金也是重要的材料,其组成中只有金属(两种或几种金属)C.金属能够拉成金属丝说明金属具有延展性D.利用金属氧化物冶炼金属必须利用氧化还原反应3.(2013龙岩一模)Al、Cu都是重要的金属元素。下列说法正确的是()A.两者对应的氧化物均为碱性氧化物B.两者的单质都能与稀硫酸反应产生氢气C.常温条件下,两种金属都能溶解于浓硝酸中D.制备AlCl3、CuCl2,均不能采用将其溶液直接蒸干的方法4.(2013泉州一模)在给定条件下,下列物质的制取可以实现的是()A.盐卤(含MgCl2)Mg(OH)2MgCl2溶液无水MgCl2B.铝土矿AlAl(OH)3Al2O3C.NH3NONO2HNO3D.NaCl溶液Cl2无水FeCl25.(2013黄冈一模)单质碳和氧化铜在一定温度下反应时,氧化铜可被还原为Cu2O、Cu。现将2.0 g C与16.0 g CuO的混合物,隔绝空气加热一段时间后,将生成的气体通过足量的澄清石灰水,共收集到1.12 L气体(标准状况),生成沉淀的质量为5.0 g。下列说法错误的是()A.反应后的固体混合物中还含有碳B.反应后的固体混合物中Cu的质量为12.8 gC.反应后的固体混合物总质量为14.4 gD.反应后的固体混合物中氧化物的物质的量为0.05 mol6.(2013三明二模)已知甲、乙、丙、丁是中学化学常见的物质,一定条件下可发生如下转化：下列相关离子方程式或化学方程式错误的是()A.可能为Al+H+H2O=Al(OH)3B.可能为Fe+2Fe3+=3Fe2+C.可能为2NO+O2=2NO2D.可能为Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3二、非选择题(本题包括4小题,共58分)7.(14分)(2013宁德一模)工业上用某矿渣(含有Cu2O、Al2O3、Fe2O3、SiO2)提取铜的操作流程如下：已知：Cu2O+2H+=Cu+Cu2+H2O(1)实验操作的名称为;在空气中灼烧固体混合物D时,用到多种硅酸盐质的仪器,除玻璃棒、酒精灯、泥三角外,还有(填仪器名称)。(2)滤液A中铁元素的存在形式为(填离子符号),生成该离子的离子方程式为 ,检验滤液A中存在该离子的试剂为(填试剂名称)。(3)金属单质E与固体混合物F发生的某一反应可用于焊接钢轨,该反应的化学方程式为 。(4)常温下,等pH的NaAlO2和NaOH两份溶液中,由水电离出的c(OH-)前者为后者的108倍,则两种溶液的pH=。(5)利用电解法进行粗铜精炼时,下列叙述正确的是(填代号)。a.电能全部转化为化学能b.粗铜接电源正极,发生氧化反应c.精铜作阴极,电解后电解液中Cu2+浓度减小d.粗铜精炼时通过的电量与阴极析出铜的量无确定关系从浓硫酸、浓硝酸、蒸馏水中选用合适的试剂,测定粗铜样品中金属铜的质量分数,涉及的主要步骤为称取一定质量的样品过滤、洗涤、干燥称量剩余固体铜的质量。(填缺少的操作步骤,不必描述操作过程的细节)8.(16分)(2013莆田二模)铁、铝、铜等金属及其化合物在日常生活中应用广泛,请根据下列实验回答问题：(1)生铁中含有一种铁碳化合物X(Fe3C)。X在足量的空气中高温煅烧,生成有磁性的固体Y,将Y溶于过量盐酸的溶液中含有的大量阳离子是 。(2)某溶液中有Mg2+、Fe2+、Al3+、Cu2+四种离子,向其中加入过量的NaOH溶液后,过滤,将滤渣高温灼烧并将灼烧后的固体投入到过量的稀盐酸中,所得溶液与原溶液相比,溶液中大量减少的阳离子是 。A.Mg2+B.Fe2+C.Al3+D.Cu2+(3)氧化铁是重要工业颜料,用废铁屑制备它的流程如下：回答下列问题：操作的名称是,操作的名称是 。写出在空气中煅烧FeCO3的化学方程式 。(4)有些同学认为酸性KMnO4溶液滴定也能进行铁元素含量的测定,其反应如下：5Fe2+Mn+8H+=5Fe3+Mn2+4H2O。a.称取2.85 g绿矾(FeSO47H2O)产品,溶解,在250 mL容量瓶中定容;b.量取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中;c.用硫酸酸化的0.010 00 molL-1KMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液体积的平均值为20.00 mL。实验前,首先要精确配制一定物质的量浓度的KMnO4溶液250 mL,配制时需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、胶头滴管外,还需 。某同学设计的下列滴定方式,最合理的是 。(夹持部分略去)(填字母序号)计算上述样品中FeSO47H2O的质量分数为 。9.(14分)(2013昆明一模)铜是生物体必需的微量元素,也是人类最早使用的金属之一。铜的生产和使用对国计民生各个方面都产生了深远的影响。(1)写出铜与稀硝酸反应的化学方程式 。(2)为了保护环境和节约资源,通常先用H2O2和稀硫酸的混合溶液溶出废旧印刷电路板中的铜,最终实现铜的回收利用。写出溶出铜的离子方程式 。(3)工业上以黄铜矿为原料,采用火法熔炼工艺生产铜。该工艺的中间过程会发生反应：2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2,该反应的氧化剂是;当生成19.2 g Cu时,反应中转移的电子为mol。(4)铜在潮湿的空气中能发生吸氧腐蚀而生锈,铜锈的主要成分为Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜)。试写出上述过程中负极的电极反应式 。(5)某研究性学习小组用“间接碘量法”测定某试样中CuSO45H2O(不含能与I-反应的氧化性杂质)的含量。取ag试样配成100 mL溶液,每次取25.00 mL,滴加KI溶液后有白色碘化物沉淀生成。写出该反应的离子方程式 。继续滴加KI溶液至沉淀不再产生,溶液中的I2用硫代硫酸钠标准溶液滴定,发生反应的化学方程式为I2+2Na2S2O3=2NaI+Na2S4O6,平均消耗cmolL-1的Na2S2O3溶液VmL。则试样中CuSO45H2O的质量分数为 。10.(14分)某校课外活动小组的同学设计了如图所示的铁与水蒸气反应的装置图,并探究反应后生成物的一系列性质以及用途。(1)简述对上图实线框内装置进行气密性检查的方法： 。(2)图为产生水蒸气的装置,其中仪器A的名称为,仪器A中除蒸馏水外,还需加入沸石,其作用是 。(3)图为铁与水蒸气反应的装置,写出硬质玻璃管B内发生反应的化学方程式： 。图中、两处都均需加热,应先对加热(填“”或“”)。(4)为验证反应后的气体产物为氢气,该兴趣小组的同学从下图中选择必要的仪器和药品,在虚线框内设计了一套装置,其连接顺序为a 。(装置不可重复选用)(5)反应后,取图装置中硬质试管B内全部固体于试管中,加入80 mL的1 molL-1稀盐酸,固体恰好完全溶解,再滴加KSCN溶液,发现溶液不显红色。试计算出反应前往硬质玻璃管B中加入的铁粉质量为 。(6)该兴趣小组想利用铁与水蒸气反应的固体产物制高级涂料氧化铁粉末,请你帮助他补充完整下列简易实验方案：步骤序号实验操作取适量黑色粉末装于试管,加入足量的稀盐酸至固体完全溶解为止(必要时微热)向溶液中滴加足量的氯水,充分振荡过滤、洗涤、_第步的目的是 ,写出第步的化学方程式： 。答案解析1.【解析】选C。金能够溶于王水,A错误;铜在空气中被腐蚀生成铜锈,主要成分是Cu2(OH)2CO3,B错误;合金熔点一般比各成分金属的低,C正确Ti质子数为22,中子数为50-22=28,两者之差为28-22=6即相差6,D错误。2.【解析】选B。合金是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的材料,其中可能含有非金属,如钢铁中含有碳、硅等非金属。3.【解析】选D。Al2O3是两性氧化物,A错误;铜为不活泼金属,不能与稀硫酸反应生成氢气,B错误;常温下,浓硝酸能够使铝表面钝化,而使反应停止,C错误;直接蒸干AlCl3、CuCl2得到的固体分别是Al(OH)3和Al2O3、Cu(OH)2和CuO(或只有CuO),D正确。4.【解析】选C。MgCl2溶液在蒸发时水解生成Mg(OH)2,其灼烧分解生成MgO,A不可实现;Al加过量盐酸不能生成Al(OH)3,因Al(OH)3溶于盐酸,B不可实现;Cl2和Fe反应生成无水FeCl3,D不可实现。5.【解析】选B。收集到的气体为CO,与澄清石灰水形成沉淀的是CO2：CCO结合的氧原子物质的量12.0 g22.4 L1 molm1 1.12 Ln1CCO2CaCO3结合的氧原子物质的量12.0 g 100 g 2 molm2 5.0 g n2m1=0.6 g,n1=0.05 mol,m2=0.6 g,n2=0.1 mol反应的碳的质量为m1+m2=1.2 g,故剩余碳质量为2.0 g-1.2 g=0.8 g,A正确;16.0 g CuO的物质的量为16.0 g/80 gmol-1=0.2 mol,根据氧原子守恒可知剩余固体中Cu2O物质的量为(0.2 mol-0.05 mol-0.1 mol)=0.05 mol,D正确;根据铜元素守恒,固体中铜的质量为(0.2 mol-0.05 mol2)64 gmol-1=6.4 g,B错误;反应后的固体混合物的质量为过量碳的质量、Cu2O和Cu的质量和：0.8 g+0.05 mol144 gmol-1+6.4 g=14.4 g,C正确。6.【解析】选B。选项A：根据题意,甲为Al,则丁为H+、乙为Al(OH)3,则丙为Al3+,相关方程式为Al+H+ H2O=Al(OH)3,Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O,A项正确;选项B：根据题意,甲无论为Fe还是Fe3+均无法有第二个连续反应,B项错误;选项C：根据题意,丙为NO2,则丁为O2,乙为NO,则甲为NH3或N2,相关方程式为4NH3+5O24NO+6H2O(或N2+O22NO),2NO+O2=2NO2,C项正确;选项D：根据题意,丙为NaHCO3,则丁为CO2,乙为Na2CO3,则甲为NaOH,相关方程式为2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O,Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3,D项正确。7.【解析】本题的关键点是固体混合物B的成分,根据溶解性可知,SiO2不溶于酸,也不溶于水,故固体混合物中有SiO2,结合信息可知Cu2O与稀盐酸反应可以产生铜,因Fe3+的氧化性能够氧化铜：2Fe3+Cu=Cu2+2Fe2+,则滤液成分为Al3+、Fe2+、Cu2+。(4)假设二者的pH为a,NaAlO2溶液呈碱性是因Al水解导致的,故该溶液中水电离的OH-浓度为10a-14molL-1,NaOH抑制水的电离,水电离的OH-浓度为10-amolL-1。10a-14/10-a=108,则2a-14=8,a=11。(5)电解过程中电能除转化为化学能外,还转化为热能,a错误;电解精炼粗铜,粗铜应为阳极,故与电源正极相连,发生氧化反应,b正确;电解时,粗铜中的活泼金属铁也放电,而阴极只有Cu2+得电子,故溶液中的Cu2+浓度略有降低,c正确;根据电子守恒,阴极析出的铜物质的量是转移电子数的1/2。粗铜是铁和铜的混合物,因浓硫酸不能完全溶解铁、浓硝酸和稀硝酸能够与铜反应,故应利用蒸馏水将浓硫酸稀释,然后利用稀硫酸溶解铁。答案：(1)过滤坩埚(2)Fe2+2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+KSCN溶液和新制氯水(3)2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe(4)11(5)b、c将浓硫酸用蒸馏水稀释,将样品与足量稀硫酸充分反应8.【解析】(1)磁性的固体Y为四氧化三铁,溶于过量盐酸溶液中,其反应的离子方程式为Fe3O4+8H+=Fe2+2Fe3+4H2O;所以溶液中含有的大量阳离子是Fe2+、Fe3+、H+。(2)该转化关系如图所示：故大量减少的离子有Al3+、Fe2+。(3)经操作得到滤液和滤渣,故该操作为过滤。结合产品为Fe2O3,则逆推知经煅烧产生。为防止其中会有杂质混入,应对沉淀进行洗涤,再经干燥处理。煅烧过程中,分解产生的FeO被空气中的氧气氧化为Fe2O3。(4)配制一定体积浓度准确的溶液需要容量瓶,所以答案为250 mL的容量瓶。由于酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性,能腐蚀橡胶管,所以应用酸式滴定管盛装高锰酸钾溶液。5FeSO47H2O5Fe2+Mn5278 g 1 molm 0.01 000 molL-10.02 Lm=0.278 g则绿矾产品总质量为m=0.278 g=2.78 g,样品的质量分数为2.78 g/2.85 g100%=97.5%。答案：(1)Fe2+、Fe3+、H+(2)B、C(3)过滤洗涤4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2(4)250 mL容量瓶b97.5%【解题技巧】在解答与铁有关的问题时,要熟记铁的有关特征性质：特征颜色变化。例如,颜色：Fe2+(浅绿色),Fe3+(棕黄色),Fe3+与SCN-反应使溶液显红色的特性,空气中Fe2+与OH-反应时沉淀颜色的变化等。特征价态变化。铁是常见的变价元素。9.【解析】(1)稀硝酸具有强氧化性能够氧化铜,自身转化为NO,方程式为3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O。(2)硫酸提供的酸性环境可增强H2O2的氧化性,将铜氧化：Cu+H2O2+2H+=Cu2+2H2O。(3)氧化剂在反应中化合价降低,Cu2OCu,铜的化合价降低,Cu2SCu+SO2,铜的化合价降低,硫元素的化合价升高,故Cu2O、Cu2S为氧化剂。19.2 g Cu的物质的量为19.2 g/64 gmol-1=0.3 mol,Cu2S、Cu2O中铜的化合价均为+1价,故转移电子的物质的量为0.3 mol。(4)负极金属发生氧化反应：2Cu-4e-+CO2+3H2O=Cu2(OH)2CO3+4H+。铜发生吸氧腐蚀过程中,负极：2Cu-4e-=2Cu2+,正极：O2+2H2O+4e-=4OH-,在CO2的作用下,形成碱式碳酸铜：2Cu2+4OH-+CO2=Cu2(OH)2CO3+H2O。(5)从题意可知,白色碘化物为CuI,铜的化合价降低,则I-被氧化为I2：2Cu2+4I-=2CuI+I2。根据反应可知,两反应中物质存在如下关系：2CuSO45H2OI22Na2S2O3500 g 2 molm cV10-3molm=0.25cVg则试样中CuSO45H2O的质量分数为40.25cVg/ag100%=100cV/a%。答案：(1)3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O(2)Cu+H2O2+2H+=Cu2+2H2O(3)Cu2O、Cu2S0.3(4)2Cu-4e-+CO2+3H2O=Cu2(OH)2CO3+4H+(5)2Cu2+4I-=2CuI+I2100cV/a%10.【解析】(2)向液体中加入沸石的目的是加热时防止暴沸;(3)因反应开始装置内含有氧气,所以应先点燃处酒精灯,以防铁粉被空气中氧气氧化;(4)检验铁与水蒸气反应产物有氢气,需要先干燥,避免水蒸气对氢气检验产生影响,不需要U形管。连接装置接口时,干燥装置要长导管进气,短导管出气;干燥管要大口进气,小口出气;(5)利用终态分析法,最终生成氯化亚铁,由氯化氢确定铁的质量：n(HCl)=0.08 L1 molL-1=0.08 mol,n(Fe)=n(FeCl2)=0.04 mol,m(Fe)=0.04 mol56 gmol-1=2.24 g;(6)制氧化铁：四氧化三铁氯化铁和氯化亚铁氯化铁氢氧化铁氧化铁,如果不将氯化亚铁转化成氯化铁,制得的产品混有黑色粉末,不纯净。答案：(1)在a处连接导管并插入水中,用酒精灯对仪器A进行微热,若导管口有气泡产生,停止加热后,导管中形成一段水柱,则装置气密性良好(2)圆底烧瓶防暴沸(3)3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2(4)fjbch(或fjcbh)(5)2.24 g(6)向溶液中加入足量的氢氧化钠溶液灼烧将氯化亚铁全部转化成氯化铁2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O【变式备选】某探究小组对铝与NaOH的反应进行了如下探究：实验装置：探究方法：如图所示,安装好烧瓶、分液漏斗、双孔塞,并检查装置气密性,保证气密性良好;并将装置固定在铁架台上。在烧瓶中加入几片铝片、两药匙片状NaOH,在分液漏斗中加入30 mL水。重新安装好装置。用两手挤出塑料气球中的空气,将玻璃导管口插入塑料气球的吹嘴中,一手握住塑料气球,一手轻轻打开分液漏斗的活栓,使水缓缓地滴下,可以观察到随着水溶解NaOH,铝逐渐与NaOH反应,产生气泡;还可以观察到塑料气球缓缓鼓起。待塑料气球完全鼓起,取下玻璃导管,用细线系住塑料气球的吹嘴。根据上述的实验探究方法,回答下列问题：(1)用铝与NaOH反应制备氢气进行充气球时,选用(填“固体NaOH与水”或“NaOH饱和溶液”)较好,原因是 。(2)实验完毕后,取烧瓶内的溶液4 mL分别加入到两支试管中,然后在一支试管中慢慢通入过量的二氧化碳,可以观察到的现象： ,该反应的化学方程式为 ;在另外一支试管中逐滴滴入过量的稀盐酸,可以观察到的现象： 。(3)一次校庆活动中,实验室接到充100个气球的任务,气球的容积为1 000 mL。假设在标准状况下收集气体,请你计算需要的铝片的质量为,NaOH的质量为。(不考虑充气过程中的损失)【解析】(1)温度越高,铝与NaOH反应越快,而固体NaOH溶解在水中放热,可以提高反应液的温度。(2)铝与NaOH反应后的溶液为偏铝酸钠溶液,偏铝酸根能在酸性溶液中转化为氢氧化铝沉淀,但该沉淀只能溶解在强酸中,不能溶解在碳酸中。(3)根据反应的化学方程式中的化学计量数关系得：n(Al)=n(H2)=3 mol,所以m(Al)=3 mol27 gmol-1=81 g。n(NaOH)=n(Al)=3 mol,故m(NaOH)=3 mol40 gmol-1=120 g。答案：(1)固体NaOH与水NaOH溶于水放热,有利于铝与NaOH的反应(2)生成白色沉淀NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3+NaHCO3先出现白色沉淀然后溶解(3)81 g120 g
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