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第24讲补充元素:铬、锰、钴、镍、锌及其化合物(讲义+练习、教师版)-(新教材新高考)_05-化学-高考总复习_一轮复习_2026年-化学高考一轮复习_资料

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备战2026 年高考化学【一轮·夯基提能】精讲精练复习讲义
第24 讲 补充元素:铬、锰、钴、镍、锌及其化合物 (讲义)
讲义
夯基·知识精讲
【知识点1】铬及其化合物的性质+5 道例题
【知识点2】锰及其化合物的性质+5 道例题
【知识点3】钴及其化合物+5 道例题
【知识点4】镍及其化合物+5 道例题
【知识点5】锌及其化合物的性质+5 道例题
练习
提能·课后精练
选择题:    
 
 15    
 
 题
非选择题:   
  5    
 
 题
建议时长:   
  75   
 
 分钟
实际时长:        分钟
【知识点1】铬及其化合物的性质
1.铬单质
铬的单质是高熔点和高沸点的重金属,室温下化学性质稳定,潮湿空气中也不会被腐蚀,因此常被用
于制作不锈钢和镀铬,铬也是金属中硬度最大的。
铬在自然界中以铬铁矿存在,金属铬可以通过铬铁矿FeCr2O4制取,用焦炭还原就可制得铬铁合金,
该合金可用作制取不锈钢的原料。
FeCr2O4 + 4C 
 Fe + 2Cr + 4CO。
铬能溶于稀HCl、H2SO4,起初生成蓝色Cr2+溶液,而后为空气所氧化成绿色的Cr3+溶液。
Cr+2HCl===CrCl2(蓝色)+H2↑
4CrCl2+4HCl+O2===4CrCl3(绿色)+2H2O
铬在冷、浓HNO3中钝化。
2.铬及其化合物
铬元素的常见价态有+6、+3、+2 价。在酸性介质中,Cr2+具有强的还原性,Cr3+的还原性较弱,只
有用强氧化剂才能将Cr3+氧化成Cr2O,+6 价铬在酸性条件下以Cr2O 存在,具有强氧化性,在碱性介质中
以CrO 存在。
(1)铬(III)的氧化物——Cr2O3:绿色,两性氧化物,既溶于酸,也溶于碱。
** 错误的表达式 **与酸反应:Cr2O3+3H2SO4===Cr2(SO4)3+3H2O [Cr2(SO4)3为无水盐为玫
瑰色粉末]
** 错误的表达式 **与碱反应:Cr2O3+2NaOH===2NaCrO2(绿色)+H2O
(2)铬(III)的氢氧化物——Cr(OH)3:灰蓝色,两性氧化物,既溶于酸,也溶于碱。
** 错误的表达式 **与酸反应:Cr(OH)3+3H+===Cr3++3H2O
** 错误的表达式 **与碱反应:Cr(OH)3+OH-===CrO+2H2O 或Cr(OH)3+OH-===Cr(OH)
1
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(绿色)
(3)铬(Ⅵ)存在形式有多种,分别如下:
CrO
Cr2O
CrO3
CrO2
2+
黄色
 橙色
红、针状
深红
其中最重要的化合物是K2Cr2O7,在水溶液中Cr2O 和CrO 存在下列平衡:
2CrO(黄色)+2H+
Cr2O(橙红色)+H2O,
在酸性条件下,主要以Cr2O 形式存在,在碱性条件下,上述平衡逆向移动,主要以CrO 形
式存在。
在酸性溶液中,Cr2O 具有强氧化性,如可以氧化浓盐酸,生成氯气:
Cr2O+6Cl-+14H+===2Cr3++3Cl2↑+7H2O
Cr2O+3SO+8H+===2Cr3++3SO+4H2O,
Cr2O+6I-+14H+===2Cr3++3I2+7H2O,
Cr2O+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O。
但在碱性溶液中CrO 的氧化性要弱得多。
2CrO+3SO+10H+===2Cr3++3SO+5H2O
(4)Cr(Ⅲ)在酸性条件下以Cr3+存在,碱性条件下以Cr(OH)3、[Cr(OH)4]-(或CrO)存在。
Cr2O3和Cr(OH)3显两性,其转化关系如下:
Cr3+(紫色)
Cr(OH)3(灰蓝色)
[Cr(OH)4]-(绿色)
Cr3++3OH-===Cr(OH)3↓
Cr(OH)3+OH-===[Cr(OH)4]-,Cr3++4OH-===[Cr(OH)4]-
[Cr(OH)4]-+H+===Cr(OH)3↓+H2O
Cr(OH)3+3H+===Cr3++3H2O,[Cr(OH)4]-+4H+===Cr3++4H2O
Cr
①
3+在酸性条件下是稳定的,只能被强氧化剂氧化,如:
2Cr3++3PbO2+H2O===3Pb2+ +Cr2O+2H+。
但在碱性条件下能被氧化成CrO,2Cr3++3H2O2+10OH-===2CrO+8H2O。
②在碱性溶液中,亚铬酸盐(CrO)可以被H2O2或Na2O2氧化成铬酸盐CrO,如:
2CrO+3H2O2+2OH-===2CrO+4H2O,
2CrO+3Na2O2+2H2O===2CrO+6Na++4OH-。
【例1】高价铬在人体中吸收累积,可能导致肝癌。硫化镍可用来处理含重铬酸根的废水,生成毒性小的
三价铬离子,其反应的离子方程式为
(未配平)。下列有关说法
错误的是
A.氧化产物有
和
B.氧化性
2
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C.反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2 3∶
D.该反应设计成原电池,
在正极产生
【答案】C
【详解】A.反应中Ni 从+2 价升高到+3 价,S 从-2 价升高到+6 价,故
和
均是氧化产物,A 正
确;
B.
化合价降低是氧化剂,Ni 的化合价升高,生成
,
为氧化产物,由氧化剂的氧化性大于
氧化产物知,氧化性
,B 正确;
C.由得失电子守恒、元素守恒和电荷守恒配平离子方程式为
,反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为3 2∶,C
错误;
D.铬的化合价降低,被还原,原电池的负极被氧化,正极被还原,故该反应设计成原电池,
在正极
产生,D 正确; 
故选C。
【例2】我国中科院首次提出使用“亚熔盐氧化法”从铬铁矿(主要成分为FeCr2O4及杂质)提铬技术。(已
知:亚熔盐是一种高浓度的电解质溶液)
下列说法错误的是
A.将矿石粉碎和加压浸取都有利于加快浸出速率和提高浸出率
B.相对于熔融盐,使用亚熔盐能耗低,更符合节能减碳
C.“加压浸取”主要发生反应:4FeCr2O4+16NaOH+7O2=8Na2CrO4+2Fe2O3+8H2O
D.向Na2CrO4溶液加入硫酸酸化,溶液由橙色变为绿色
【答案】D
【详解】铬铁矿(主要成分为FeCr2O4及杂质)加入NaOH 亚熔盐、空气氧化加压浸取,过滤,滤液中的
NaOH 溶液循环利用,滤饼经过溶解除杂除去Fe2O3,滤液II 经过提纯得到Na2CrO4。
A.将矿石粉碎可以增大 的接触面积,加压增大氧气的浓度,都有利于加快浸出速率和提高浸出率,A 正
确;
B.熔融盐所需温度高,使用亚熔盐能耗低,更符合节能减碳,B 正确;
C.“加压浸取”FeCr2O4被氧气氧化,在碱性条件下得到Fe2O3和Na2CrO4,主要发生反应:
4FeCr2O4+16NaOH+7O2=8Na2CrO4+2Fe2O3+8H2O,C 正确;
D.Na2CrO4溶液加入硫酸酸化,Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,溶液由黄色变为橙色,D 错误;
答案选D。
【例3】元素铬(Cr)的几种化合物存在下列转化关系,下列判断不正确的是
3
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A.反应①表明
有酸性氧化物的性质
B.反应②发生时应避免溶液温度过高
C.反应②的离子方程式为
D.反应②③均发生了氧化还原反应
【答案】D
【详解】
可以与氢氧化钾反应生成盐和水,表明其有酸性氧化物的性质,
被过氧化氢氧化得
到
溶液,加入硫酸酸化转化为
溶液。
A.反应①为
,表明
有酸性氧化物的性质,A 正确;
B.反应②中
参与反应,应避免溶液温度过高而使其分解,B 正确;
C.由得失电子守恒可写出反应②的离子方程式为
,C 正确;
D.反应③中铬元素的化合价没有变化,没有发生氧化还原反应,反应②中铬元素的化合价由
价升高为
价,发生了氧化还原反应,D 错误;
故答案选D。
【例4】
可用于制备铬颜料及铬盐。某工厂采用如下工艺制备
。
已知“焙烧”后
元素以
价形式存在,
好在酸性条件下以
的形式存在。下列说法错误的是
A.“焙烧”发生的反应之一为
B.“水浸”时发生的反应为
C.若在实验室中分离出滤渣,用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒
D.滤液②中含
【答案】B
【详解】矿渣主要成分为FeO、Cr2O3,加入纯碱、氧气焙烧,已知焙烧后Cr 元素以+6 价形式存在,发生
反应:
、
,水浸之后除去生成的氧化铁,滤
液中加入Na2S2O3和浓氨水与Na2CrO4发生反应生成Cr(OH)3,以此解答该题。
A.由分析可知,焙烧发生反应化学方程式为:
、
4
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,故A 项正确;
B.“水浸”时,溶液中含有
,溶液呈碱性,故B 项错误;
C.若在实验室中分离出滤渣的操作为过滤,用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒,故C 项正确;
D.Na2S2O3与Na2CrO4发生氧化还原反应生成Cr(OH)3,硫元素化合价升高,被氧化为硫酸根,加入浓氨
水调节pH,滤液②中含有Na2SO4,故D 项正确;
故本题选:B。
【例5】三氯化铬(
)常作媒染剂和催化剂。常温下,三氯化铬为紫色晶体,熔点为83℃,易潮解,易
升华,不易水解。在高温下三氯化铬易被氧气氧化。实验室常用
和
(沸点为76.8℃)在高温下制
备
,部分装置如图所示(夹持装置略):
已知:
与
的化学性质相似。
[光气(
)的沸点为
8.2℃]。
回答下列问题:
(1)A 装置采用           (填“冷水”或“热水”)浴;X 可能是           (填标号)。
a.空气    b.氢气    c.氮气
(2)石棉绳的作用是           。
(3)C 装置中收集的产品混有的杂质可能是           (填化学式)。
(4)实验室还可以用
、C、
在高温下制得
。在该反应中需要氯气,实验室制备
的离子方程
式为           (写一个)。
(5)探究
的性质如下:
①一定条件下,苯和
可以制备二茂铬,转化关系如图所示。
二茂铬的核磁共振氢谱有           组峰。
②
和
在一定条件下能生成M、LiCl、
和还原性气体单质。M 的晶胞结构如图,该反应的
化学方程式为           。
5
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(6)测定
样品的纯度:准确称取wg 样品,加水溶解并稀释至250mL,准确量取25.00mL 溶液于
250mL 碘量瓶中,加热至沸腾,慢慢加入适量
,待溶液由紫色转变为黄色后,再加水至100mL,充
分加热煮沸,冷却后用
稀硫酸中和至溶液刚好呈橙红色,加入过量KI 溶液和适量稀硫酸,在暗
处充分反应后滴加几滴淀粉溶液,用
标准溶液滴定至终点,进行三次平行实验,最终测
得平均每次消耗
标准溶液的体积为VmL。有关转化关系或反应式(未配平)有
,
,
,该样品的纯度为  
 
%(用含c、V、w 的代数式表示);“三次平行实验”的目的是减少           (填“系统”或“随机”)误
差。
【答案】
(1)热水     c
(2)保温,避免产品凝华堵塞导管
(3)
、
(4)
或
(5)1     
(6)
     随机
【详解】(1)由分析可知,置A 为利用热水浴加热生成四氯化碳气体;实验前应先通入氮气排除装置内
的空气,防止三氯化铬高温下被氧气氧化,故选c;
(2)由题意可知,三氯化铬易升华和凝华,为防止三氯化铬凝华堵塞导管,实验时需要石棉绳保温,避
免产品凝华堵塞导管;
(3)由题给信息可知,三氯化铬产品中可能混有未反应完的四氯化碳和反应生成的光气;
(4)实验室可用二氧化锰、高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾和次氯酸钙等氧化剂与浓盐酸反应制备氯气,
其中二氧化锰、高锰酸钾与浓盐酸反应的离子方程式为
、
;
(5)①由图可知,二茂铬分子结构对称,分子中只有1 种化学环境的氢原子;
②由晶胞结构可知,M 晶胞中位于顶点和体心的铬原子个数为8×
+1=2,位于面上和体内的氯原子个数为
4×
+2=4,所以M 的化学式为CrCl2,则生成M 的反应为氯化铬与LiAlH4反应生成CrCl2、氯化锂、氯化
6
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铝和氢气,反应的化学方程式为
;
(6)由原子个数守恒和得失电子数目守恒可得如下转化关系:
,滴定消耗
VmLcmol/L 硫代硫酸钠溶液,则产品中氯化铬的质量分数为
;因操作不当引起的误差为随机误差,因仪器、原理等引起的误差为系统误差,三次平行实验是为了减少
随机误差。
【知识点2】锰及其化合物的性质
1.锰单质
块状锰是呈灰色,是一种较活泼的金属,在空气中金属锰的表面被一层褐色的氧化膜所覆盖,甚至与
冷的浓硝酸也形成强的氧化膜,所以呈化学惰性。
2.锰及其化合物
锰元素的常见价态有+7、+6、+4、+3、+2 价,Mn2+在酸性溶液中的稳定性强于在碱性溶液中的
稳定性。
(1)Mn2+:
在酸性条件下,很难被氧化,只有强氧化剂(NaBiO3、PbO2、(NH4)2S2O8)才能将其氧化,
2Mn2++5NaBiO3+14H+===5Na++5Bi3++2MnO+7H2O
2Mn2++5PbO2+4H+===2MnO+5Pb2++2H2O;
2Mn2+ + 5S2O8
2-+8H2O===2MnO+10SO+16H+
在碱性条件下,Mn2+易被氧化为MnO 等,如:5ClO-+2Mn2++6OH-===5Cl-+2MnO+3H2O。
Mn(OH)2 为白色难溶物,Ksp=4.0×10 -14,极易被空气氧化,水中少量氧气能将其氧化成褐色
MnO(OH)2沉淀:2Mn(OH)2+O2===2MnO(OH)2。
(2)Mn(Ⅳ)
最重要的化合物是MnO2,是黑色结晶体或无定形粉末,在自然界中以软锰矿(MnO2·xH2O)形式存在,
不溶于水和硝酸。
①在酸性介质中,MnO2是较强的氧化剂,本身被还原为Mn2+:
MnO2 + 4HCl(浓)MnCl2 + Cl2↑+ 2H2O(实验室中制取氯气),
MnO2+2Fe2++4H+2Fe3++Mn2++2H2O
②氧化H2O2:MnO2+H2O2+2H+Mn2++O2↑+2H2O
③碱熔条件下可被强氧化剂氧化为MnO4
2-(绿色):
2MnO2 + 4KOH + O2 2K2MnO4 + 2H2O,
3MnO2 + 6KOH + KClO33K2MnO4 + KCl +3H2O,
MnO2 +2MnO4
-+ 4OH-  3MnO4
2- + 2H2O
④锌锰干电池(Zn—MnO2—KOH),正极:MnO2+e-+H2OMnOOH+OH-
(3)Mn(Ⅵ)化合物的性质
MnO(绿色),存在于强碱性溶液中,最重要的化合物是:Na2MnO4和K2MnO4,在熔融碱中MnO2被空
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气氧化生成K2MnO4:
2MnO2+O2+4KOH
2K2MnO4 (深绿色)+2H2O
在酸性、中性环境中MnO 均发生歧化反应:
3MnO+2H2O===2MnO+MnO2↓+4OH-
3MnO+4H+===2MnO+MnO2↓+2H2O
锰酸钾是制备高锰酸钾(KMnO4)的中间体:2MnO+2H2O===2MnO+2OH-+H2↑
(4)KMnO4的性质
热稳定性差,通常保存在棕色试剂瓶中:4KMnO4+2H2O=====4MnO2↓+3O2↑+4KOH。
①在酸性介质中,MnO 具有强氧化性,可以氧化Fe2+、Cl-、H2C2O4、H2O2等,本身被还原为Mn2+。
MnO+5Fe2++8H+===Mn2++5Fe3++4H2O
2MnO+16H++10Cl-===2Mn2++5Cl2↑+8H2O
2MnO+6H++5H2C2O4===2Mn2++10CO2↑+8H2O
2MnO+6H++5H2O2===2Mn2++5O2↑+8H2O
②在碱性、中性或微弱酸性溶液中,MnO 仍旧是氧化剂,本身被还原为MnO2。
2MnO+I-+H2O===2MnO2↓+IO+2OH-
③在强碱性溶液中,当MnO 过量时,还原产物是MnO,
2MnO+SO+2OH-===2MnO+SO+H2O。
KMnO4是一优良的氧化剂,在分析化学中被用作氧化还原滴分析的氧化剂,还用于漂白棉、毛丝织
品、油类的脱色剂,稀溶液被广泛用于医药卫生中的杀菌消毒剂。
(5)KMnO4 的制备
①2MnO2+O2+4KOH=====2K2MnO4+2H2O
②3K2MnO4+2CO22KMnO4+MnO2+2K2CO3
或3K2MnO4+4CO2+2H2O2KMnO4+MnO2+4KHCO3,CO2提供酸性环境。
③操作Ⅰ:过滤
④石灰苛化:K2CO3+Ca(OH)2→KOH(此时产生的KOH 与操作Ⅰ产生的MnO2可循环使用)
【例1】已知 转化I:
;
转化Ⅱ:
。下列说法错误的是
A.氧化性:
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B.转化I、Ⅱ中消耗或生成等质量的
,转移电子数相同
C.锰元素在转化I 中被还原,在转化Ⅱ中被氧化
D.
与
溶液反应:
【答案】D
【详解】A.反应I 中氧化剂是
,氧化产物是
;反应Ⅱ中氧化剂是
,氧化产物是
,根
据氧化还原反应中氧化性:氧化剂>氧化产物,可知物质的氧化性:
,A 正确;
B.根据得失电子守恒可知:在反应I 中每消耗1 个
,反应过程中转移5 个电子;而在反应Ⅱ中,每
反应生成1 个
,反应过程中转移5 个电子,因此转化I、Ⅱ消耗或生成等质量的
,转移电子数
相同,B 正确;
C.锰元素在转化I 中由
降到
被还原,在转化Ⅱ中
由
升到
被氧化,C 正确;
D.
与
会反应产生难溶性
沉淀,不能大量共存,反应的离子方程式应该为:
,D 错误;
故选D。
【例2】自由能大小可以反映物质氧化能力的相对强弱,自由能越大,氧化能力越强。锰元素的自由能-氧
化态图如图所示,下列说法不正确的是
A.碱性条件下MnO2易被还原为Mn(OH)2
B.碱性条件下
的氧化能力明显降低
C.
中Mn 为+7 价
D.酸性条件下1 个
被充分还原,转移5 个电子
【答案】A
【详解】A.由图可知,碱性条件下MnO2与Mn(OH)2的自由能接近,因此MnO2很难被还原为Mn(OH)2,
错误,A 符合题意;
B.由图可知,碱性条件下
自由能远远小于酸性条件下的自由能,因此碱性条件下
的氧化能力
明显降低,正确,B 不符合题意;
C.在离子中,元素的化合价代数和等于离子所带的电荷数。设
中Mn 的化合价为x,
中O 的化
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合价为-2 价,有x+(-2)×4=-1,得x=+7。则
中Mn 为+7 价,正确,C 不符合题意;
D.由图可知,酸性条件下1 个
被充分还原,转化为自由能最低的Mn2+,化合价由+7 价降低到+2
价,则转移5 个电子,正确,D 不符合题意;
答案选A。
【例3】一水合硫酸锰(
)是一种粉色晶体,易溶于水,不溶于乙醇,是重要的微量元素肥
料之一。工业上由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含
等元素的氧化物)制备硫酸锰的工
艺如图所示[已知:硫酸锰溶液在低于40℃结晶析出
,高于40℃结晶析出
]。下
列说法正确的是
A.为了提高“溶浸”速率,
的物质的量浓度越大越好
B.“溶浸”步骤中MnS 与
反应生成S,该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为1:2
C.“沉锰”步骤中改用
溶液效果更佳
D.“操作A”是蒸发结晶,在温度高于40℃趁热过滤、洗涤、干燥
【答案】D
【详解】二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Si 等元素)在硫酸中酸浸,主要的反应为:
MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O,SiO2不溶于硫酸,过滤,滤渣1 含有S 和SiO2,滤液含有Mn2+、
Fe2+、Fe3+、Al3+、Mg2+,加入H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,加入氨水调节pH 除去Fe3+、Al3+,滤渣2 为
Fe(OH)3、Al(OH)3,加入MnF2生成MgF2沉淀除去Mg2+,滤渣3 为MgF2,滤液主要含有Mn2+,加入碳酸
氢铵发生反应:
,用硫酸溶解碳酸锰得到产品硫酸锰,经过系列操
作A 包括热溶液并控制温度>40℃趁热过滤,洗涤、干燥,得到MnSO4·H2O,据此分析作答。
A.虽然增加硫酸的浓度可以提高反应速率,但是过高的浓度会导致反应不完全,影响后续处理和产品质
量。因此在用硫酸溶浸过程中,通常采用中等浓度的硫酸(40%左右)既能保证反应速率,又能减少设备
和物料的损失,A 错误;
B.“溶浸”步骤反应为MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O,该反应中氧化产物为
,还原产物为
,需要注意的是生成的
中有一半是
转化的,其中锰化合价未发生变化,不是还原产
物,则反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为1:1,B 错误;
C.
溶液碱性较强,导致生成氢氧化锰或碱式碳酸锰,从而影响沉锰的效果,C 错误;
D.由题可知,低于40℃结晶析出MnSO4 5H
⋅
2O,高于40℃结晶析出MnSO4 H
⋅
2O,则加热溶液并控制温
度>40℃趁热过滤,洗涤、干燥,得到粗产品,D 正确;
故选D。
【例4】以菱锰矿(主要成分为MnCO3,含少量的
等元素)为原料合成碱锰电池材料MnO2的流
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程如下。
下列说法错误的是
A.为加快酸浸速率可以适当提高
浓度
B.“氧化”时可以用
代替
C.已知
可溶于水,滤渣3 的成分有
D.“沉锰”时发生反应的离子方程式为
【答案】B
【详解】将菱锰矿(主要成分为MnCO3,含少量的
等元素)粉碎,加入H2SO4进行酸浸,二氧化
硅不溶而成为滤渣1;往滤液中加入MnO2,可将Fe2+氧化为Fe3+,MnO2被还原为Mn2+;加入氨水调节
pH,Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀;往滤液中加入BaS,Ni2+转化为BaS 沉淀;往滤液中加入NH4HCO3,锰元素
转化为MnCO3沉淀。再处理MnCO3,最终生成MnO2。
A.为加快酸浸速率,可以将矿石粉碎、适当升高温度、适当提高
浓度等,A 正确;
B.“氧化”时,使用MnO2既可以氧化Fe2+,又可以提高MnCO3的产率,且过量的H2O2会将后续操作中
加入的BaS 氧化,所以不可以用
代替,B 错误;
C.已知
可溶于水,加入BaS 后,可与Ni2+反应生成NiS 沉淀,Ba2+可转化为BaSO4沉淀,所以滤渣3
的成分有
,C 正确;
D.“沉锰”时,Mn2+与
发生反应,生成MnCO3沉淀、二氧化碳气体等,发生反应的离子方程式为
,D 正确;
故选B。
【例5】高纯
在半导体和电池制造等方面都有广泛的用途。一种以锰尘(主要成分为
,杂质
为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯
的清洁生产新工艺流程如下:
已知:室温下相关物质的
如下表。
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HF
请回答下列问题:
(1)写出酸浸工序中产生的气体①的化学方程式      。
(2)滤渣①主要成分为      。
(3)除杂②工序中加入NaF 溶液前,要重新调节溶液pH,既不能过大,也不能过小的原因是      。
(4)若除杂②后的溶液中
,则此时溶液的pH 为      。
(5)沉淀工序中,在30~35℃下,将碳酸氢铵溶液滴加到净化液中,控制反应液的最终pH 在6.5~7.0,得到
沉淀。发生反应的离子方程式为      ,将温度控制在30℃~35℃的原因为      。
(6)“沉锰”中
溶液浓度对纯度,产率的影响如图所示,应选择的浓度为      ,得到纯净碳酸锰
的“系列操作”包括      。
【答案】
(1)
(2)
和
(3)pH 值太小,NaF 与
反应,
沉淀率降低;pH 值过高,
易沉淀
(4)5.7
(5)
     温度低于30℃,反应较慢,温度高于35℃,碳酸氢铵易
分解,降低原料利用率
(6)7.5%     过滤、洗涤和干燥
【详解】(1)由分析可知,酸浸工序中产生氯气的反应为三氧化二锰与浓盐酸共热反应生成氯化锰、氯
气和水,反应的化学方程式为
,故答案为:
;
(2)由分析可知,滤渣①主要成分为氢氧化铁、氢氧化铝,故答案为:
和
;
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(3)除杂②工序中加入氟化钠溶液前,要重新调节溶液pH 是因为若溶液pH 值太小,氟化钠会与氢离子
反应生成弱酸氢氟酸,会使溶液中钙离子、镁离子沉淀率降低;若溶液中pH 值过高,锰离子会与氢氧根
离子反应生成氢氧化锰沉淀,会使碳酸锰的产率降低,故答案为:pH 值太小,NaF 与
反应,
沉淀率降低;pH 值过高,
易沉淀;
(4)由溶度积可知,溶液中钙离子浓度为1×10—5mol/L 时,溶液中氟离子浓度为
=1.5×10—
3mol/L,由电离常数可知,溶液中氢氟酸浓度为1×10—5mol/L 时,溶液中氢离子浓度为
=2×10—6mol/L,则溶液的pH 为6—lg2=5.7,故答案为:5.7;
(5)由分析可知,生成碳酸锰的反应为溶液中锰离子与碳酸氢根离子反应生成碳酸锰沉淀、二氧化碳和
水,反应的离子方程式为
;反应时若温度低于30℃,反应较慢,
若温度高于35℃,碳酸氢铵受热易分解,降低原料利用率,所以需要将温度控制在30℃~35℃,故答案
为:
;温度低于30℃,反应较慢,温度高于35℃,碳酸氢铵易分
解,降低原料利用率;
(6)由图可知,碳酸氢铵溶液的浓度为7.5%时,碳酸锰的产率最大,纯度较高,所以实验时碳酸氢铵溶
液应选择的浓度为7.5%;由分析可知,得到纯净碳酸锰的操作为过滤、洗涤、干燥,故答案为:7.5%;过
滤、洗涤和干燥。
【知识点3】钴及其化合物
1.钴(Co)
(1)物理性质:银白色、有延展性并具有铁磁性的金属元素,密度、熔点都较高,钴相对较脆、较硬。
(2)化学性质——中等活泼金属
①常温下与氧、硫等非金属单质无显著作用,但在高温时有剧烈反应;
②与稀H2SO4和稀盐酸反应较缓慢;
③在冷的浓硝酸中易钝化,与稀硝酸易反应;
2.钴的氧化物
CoO
Co2O3——氧化高钴
** 错误的表达式 **物理性质:灰绿色,不溶于
水。
** 错误的表达式 **化学性质:一定条件下可被H2
或CO 还原成单质钴。能溶于酸和强碱,不溶于
水、醇和氨水。
** 错误的表达式 **物理性质:黑色,不溶于水。
** 错误的表达式 **化学性质:具有强氧化性。
Co2O3+6HCl===2CoCl2+Cl2↑+3H2O
3.钴的氢氧化物
Co(OH)2
Co(OH)3
** 错误的表达式 **物理性质:粉红色固体,不溶
于水。
** 错误的表达式 **物理性质:棕色固体,不溶于
水。
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** 错误的表达式 **化学性质
a.能与酸反应:Co(OH)2+H2SO4===CoSO4+2H2O
b.弱还原性:在空气中被缓慢氧化为棕褐色的
Co(OH)3;可被强氧化剂(如H2O2)迅速氧化。
** 错误的表达式 **化学性质:具有强氧化性。
2Co(OH)3+6HCl===2CoCl2+Cl2↑+6H2O
4.Co3+仅能够存在于固态物质或配合物中,在水溶液中会发生如下反应:
4Co3++2H2O===4Co2++4H++O2↑
CoCl3在加热或遇水时发生分解:2CoCl3
2CoCl2+Cl2↑ 
【例1】[Co(NH3)6]Cl3(三氯六氨合钴)是合成其它含钴配合物的重要原料,其晶体制备流程如下,下列说法
错误的是
A.活性炭的作用是催化剂
B.已知氧化步骤需控温在60℃进行,故H2O2溶液应缓慢滴加
C.操作X 中加入盐酸的目的是提供酸性环境
D.[Co(NH3)6]3+是以Co3+为中心的正八面体结构,则[Co(NH3)4Cl2]+的空间结构可能有2 种
【答案】C
【详解】将CoCl2和NH4Cl 加水溶解,加入浓氨水和活性炭,在活性炭的催化作用下发生配合,加入H2O2
将Co2+氧化为Co3+,趁热过滤,将活性炭除去,再加入浓盐酸,增大
浓度,使[Co(NH3)6]Cl3的溶解平衡
逆向移动,使[Co(NH3)6]Cl3晶体析出,过滤,即可得到
[Co(NH3)6]Cl3晶体,据此回答。
A.在流程中,活性炭在配合步骤加入,在趁热过滤步骤被除去,其作用是作为催化剂,降低反应的活化
能,加快反应速率,A 正确;
B.氧化步骤中H2O2作氧化剂,将Co 的低价态化合物氧化,该反应为放热反应,控温60℃进行,H2O2溶
液缓慢滴加可防止反应过于剧烈,温度过高导致H2O2分解,B 正确;
C.操作X 中加入浓盐酸,目的是增大
浓度,使[Co(NH3)6]Cl3的溶解平衡
逆向移动,有利于[Co(NH3)6]Cl3晶体析出,而不只是提供酸
性环境,C 错误;
D.
是以
为中心的正八面体结构,
中两个
可以处于相邻(顺式)和相对
(反式)位置,空间结构可能有2 种,D 正确;
故选C。
【例2】
主要用作选矿剂、催化剂、伪装涂料的颜料、饲料、微肥、陶瓷及生产氧化钴的原料。某
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工厂用废旧钴基合金(主要成分为CoO,还含有
)制备
工艺流程如图所
示:
已知:①常温下,
,
,
;②
。
下列叙述错误的是
A.向“浸出液”中通入足量
,有白色沉淀生成
B.该工艺条件下,
不能氧化
C.“酸浸”所得“浸渣”的成分有
D.若“沉钙”后的溶液中
,则此时溶液的pH 为5.3
【答案】D
【详解】废旧钴基合金主要成分为CoO,还含有
等。用氢氧化钠“碱浸”生成
四羟基合铝酸钠除氧化铝,滤渣“酸浸”生成硫酸铅沉淀、硫酸钙沉淀,滤液中含有硫酸钴、硫酸铁、硫
酸亚铁、少量硫酸钙,滤液中加双氧水把硫酸亚铁氧化为硫酸铁,加氨水生成氢氧化铁沉淀除铁,滤液中
加HF 生成CaF2沉淀除钙。
A.“浸出液”中含有
,通入足量
,发生
,有白色
沉淀生成,A 项正确;
B.由流程可判断,流程中钴元素化合价未变,即该工艺条件下,
不能氧化
,B 项正确;
C.由流程可判断,“酸浸”所得“浸渣”的成分有
,C 项正确;
D.若“沉钙”后溶液中
,由
先求出
,再根
据
求出
,从而得出pH 为5.7,D 项错误;
故选D。
【例3】某学习小组为探究各价态钴的化合物与
的反应,室温下进行了如下实验。已知:
溶液
为粉红色、
溶液为蓝色、
为红色、
为墨绿色。
步骤
操作
现象
①
向
溶液中滴加过量30%
溶液
无明显现象
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②
向含有过量浓
的溶液中滴加
溶液
溶液变为红色,有气泡冒出
③
把步骤①溶液倒入含有大量浓
的溶液中
溶液变为墨绿色,并产生大量能使带火星
木条复燃的气体
④
向步骤③完全反应后的溶液中加入足量
稀硫酸
溶液变先变为蓝色,一段时间后溶液变为
粉红色,变色过程中始终有气体生成。
下列说法错误的是
A.步骤④中生成的气体与步骤②生成气体相同
B.步骤③中
发生了两个氧化还原反应
C.步骤③表明
是
分解的催化剂
D.
溶液在酸性条件下不稳定
【答案】A
【详解】根据题目和表格信息,步骤①未发生反应;步骤②发生
;步骤③发生
、
;步骤
④发生
、
,据此分析解答。
A.根据分析,步骤②产生的气体为
,步骤④产生的气体为
和
,A 错误;
B.步骤③中先发生
将
氧化的氧化还原反应,
作氧化剂,再发生
在
的
催化作用下分解为
的氧化还原反应,
既作氧化剂又作还原剂,2 个氧化还原反应本质不一样,B 正
确;
C.根据分析,在步骤③中生成的
可以对
产生催化作用,分解为
和
,C 正确;
D.在步骤④中
加入硫酸后,在
作用下先转化为蓝色的
溶液,再被还原为粉红
色的
溶液,说明
溶液在酸性条件下不稳定,D 正确;
故答案为:A。
【例4】实验室用反应
制备三氯化六氨合钴。
下列有关说法正确的是
A.
中既含共价键又含离子键
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B.
的基态核外电子排布式为
C.
的空间结构为直线型
D.中子数为18 的氯原子可表示为
【答案】A
【详解】A.
中氯离子与
之间通过离子键结合, 
离子中氨分
子内部存在共价键,Co 与N 原子之间存在配位键,也为共价键,故A 正确;
B.
的基态核外电子排布式为
,故B 错误;
C.
的中心原子O 原子的价层电子对数为
,有两对孤电子对,空间结构为V 形,故
C 错误;
D.中子数为18 的氯原子可表示为
,故D 错误;
【例5】某炼锌废渣含有锌、铅、铁、钴、锰的+2 价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴(Ⅱ)的一种
工艺流程如下。
已知:Fe2+完全沉淀时pH≥9;Fe3+完全沉淀时pH≥3.2。
回答下列问题:
(1)“酸浸”前,需将废渣磨碎,其目的是           。“浸渣”的主要成分为           (填化学式)。
(2)“沉锰”步骤中加入Na2S2O8的目的是           。
(3)“沉钴”步骤中,控制溶液pH=5.0~5.5,加入过量的NaClO 氧化Co2+,其反应的离子方程式为  
 
。
(4)“转化”步骤中有黄绿色气体产生,反应的离子方程式为           ;若用H2O2和稀H2SO4代替浓
HCl,其优点是           。
(5)工业上利用电解含Co(Ⅱ)的水溶液制备金属Co 和H2SO4的装置如图。
①图中Co 电极应连接电源的           (填“正”或“负”)极,“电解”时石墨电极的电极反应为  
 
。
②离子交换膜Ⅱ为           (填“阴”或“阳”)离子交换膜;H2SO4溶液浓度的大小:m           
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(填“>”“<”或“=”) n。
【答案】
(1)增大固体与酸的接触面积,提高钴的浸取效率     Cu、PbSO4
(2)将Mn2+和Fe2+氧化
(3)
(4)
     避免还原Co(OH)3时产生有毒的Cl2
(5)负     
     阴     <
【详解】炼锌废渣(铅、铁、钴、锰的+2 价氧化物及锌和铜的单质)中加入稀H2SO4酸浸,铁、钴、锰的+2
价氧化物及锌都转化为二价金属的硫酸盐,铅转化为硫酸铅沉淀,铜不溶解;过滤后,往滤液中加入
Na2S2O8沉锰,此时锰转化为MnO2,Fe2+转化为Fe3+;过滤后,往滤液中加入NaOH 调pH=4 沉铁,此时
Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀;过滤后,往滤液中加入NaClO 沉钴,将Co2+转化为Co(OH)3沉淀;过滤出沉淀,
加入浓HCl 转化,Co(OH)3转化为Co2+,浓缩结晶,从而得到钴(Ⅱ)。
(1)为提高原料的利用率,“酸浸”前,需将废渣磨碎,其目的是:增大固体与酸的接触面积,提高钴
的浸取效率。由分析可知,“浸渣”的主要成分为Cu、PbSO4。
(2)“沉锰”步骤中加入Na2S2O8,锰转化为MnO2,Fe2+转化为Fe3+,目的是:将Mn2+和Fe2+氧化。
(3)“沉钴”步骤中,控制溶液pH=5.0~5.5,加入过量的NaClO 氧化Co2+,同时ClO-被还原为Cl-,生成
的H+与过量的ClO-反应生成HClO,依据得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒,可得出反应的离子方程式
为
。
(4)“转化”步骤中有黄绿色气体产生,表明有Cl2生成,Co(OH)3转化为Co2+,依据得失电子守恒、电
荷守恒和元素守恒,可得出反应的离子方程式为
;若用H2O2
和稀H2SO4代替浓HCl,产物中不含有Cl2,避免造成环境污染,其优点是:避免还原Co(OH)3时产生有毒
的Cl2。
(5)工业上利用电解含Co(Ⅱ)的水溶液制备金属Co 和H2SO4,则Co2+得电子生成Co,Co 电极为阴极,石
墨电极为阳极。
①图中Co 电极为阴极,应连接电源的负极,“电解”时石墨电极为阳极,H2O 失电子生成O2和H+,依据
得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒,可得出电极反应为
。
②在阴极,Co2+得电子生成Co,则
透过离子交换膜Ⅱ进入H2SO4中,Ⅱ为阴离子交换膜;阳极生成的
H+透过离子交换膜Ⅰ进入H2SO4中,使H2SO4溶液浓度增大,则m 与n 的大小:m<n。
【知识点4】镍及其化合物
1.镍(Ni)
(1)物理性质:银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素,它能够高度磨光和抗腐蚀,密度、熔点都
较高。
(2)应用:主要用于合金(如镍钢和镍银)及用作催化剂。
(3)化学性质——中等活泼金属
与非金属反应
a.镍不溶于水,常温下在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜,能阻止本体金属继续氧
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化,所以在空气中比较稳定。
b.常温下与氧、硫等非金属单质无显著作用,但在高温时有剧烈反应。
2Ni+O2=====2NiO(耀眼白光)
Ni+Cl2=====NiCl2
Ni+S=====NiS
与酸的反应
与稀H2SO4和稀盐酸反应较缓慢:Ni+H2SO4===NiSO4+H2↑
与氧化性酸反应
在冷的浓HNO3中“钝化”,与热的浓HNO3、稀HNO3都有反应。
2.镍的氧化物
NiO(氧化镍)
Ni2O3(氧化高镍)
** 错误的表达式 **物理性质:暗绿色,不溶于
水。
** 错误的表达式 **化学性质:能溶于酸和氨水,
具有还原性。
NiO+H2SO4===NiSO4+H2O
2NiO+O2===2Ni2O3
** 错误的表达式 **物理性质:黑色,不溶于水。
** 错误的表达式 **化学性质:具有强氧化性。
Ni2O3+6HCl===2NiCl2+Cl2↑+3H2O
2Ni2O3+4H2SO4===4NiSO4+O2↑+4H2O
3.镍的氢氧化物
Ni(OH)2:氢氧化镍
Ni(OH)3:氢氧化高镍
** 错误的表达式 **物理性质:绿色,不溶于水
** 错误的表达式 **化学性质
a.能与酸反应:Ni(OH)2+H2SO4===NiSO4+2H2O
b.弱还原性:Ni(OH)2在空气中不易被氧化,只有
在更强的氧化剂(Cl2 、NaClO) 下才会氧化生成
Ni(OH)3。
2Ni(OH)2+Cl2+2OH-===2Ni(OH)3+2Cl-
2Ni(OH)2+NaClO+H2O===2Ni(OH)3+NaCl
** 错误的表达式 **物理性质:黑色,不溶于水
** 错误的表达式 **化学性质:具有强氧化性
2Ni(OH)3+6HCl===2NiCl2+Cl2↑+6H2O
【例1】含镍催化剂主要含有金属镍,还含有金属铁、铝及其氧化物。一种从含镍催化剂中回收金属的工
艺流程如图所示:
已知:
完全沉淀时的
为8.9,下列说法错误的是
A.“酸浸”时,若用浓硫酸,可加快反应速率,提高酸浸效果
B.“酸化”时所加X 可为过量的
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C.若未加
,所得产品中可能含有
D.“一系列操作”为“蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥”
【答案】A
【详解】先将含镍催化剂碱浸(可用NaOH),将Al2O3溶解,然后酸浸(用硫酸),将Ni、Fe2O3溶解,加过氧
化氢、调节pH 使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀,滤液经过浓缩结晶得到NiSO4·7H2O,溶浸后的滤液中通入足
量的CO2气体,得到氢氧化铝,氢氧化铝灼烧得到氧化铝。
A.金属镍与铁的性质类似,在浓硫酸中会钝化,导致金属镍不能被浸出,使酸浸效率下降,A 错误;
B.由分析可知,“酸化”时所加X 可为过量的
,将
完全转化为
沉淀,B 正确;
C.若未加
,酸浸后的溶液中存在
,调pH=3.2 时,
不能形成沉淀,导致后续产品中存在有
,C 正确;
D.“一系列操作”为溶液变成晶体的过程,包含“蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥”等操作,D
正确;
故选A。
【例2】镍(
)的金属活动性与铁相近,镍元素在化合物中常见+2 价,下列预测正确的是
A.
能与
反应生成
B.
能与盐酸反应产生
C.
不能与稀硫酸反应产生
D.
溶液中的少量杂质
可加入
粉除去
【答案】B
【详解】A.NiO 是金属氧化物,能与酸反应,NiO 不能与NaOH 反应,故A 错误;
B.NiCO3属于碳酸盐,NiCO3能与盐酸反应产生氯化镍、水和CO2,故B 正确;
C.镍(
)的金属活动性与铁相近,说明Ni 的金属活泼性比H 强,Ni 能与稀硫酸反应产生硫酸镍和H2,
故C 错误;
D.
溶液与
粉反应生成FeSO4,引入杂质Fe2+,硫酸铜和镍反应生成硫酸镍和铜,除去硫酸铜带
入硫酸镍,故D 错误;
故选:B。
【例3】碱式氧化镍是镍电池的正极活性材料。利用镍渣(主要含N
iO,及少量
、CuO、CaO、
BaO、
等杂质)制备碱式氧化镍的流程如下:
下列叙述错误的是
A.粉碎镍渣可加快“酸浸”速率
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B.浸渣的成分主要为
、
、
C.最后一步“氧化”工序中,若通入4.48 L 
,则理论上能够制备碱式氧化镍36.8 g
D.“除铜”时发生的氧化还原反应为
【答案】C
【详解】镍渣(主要含NiO,及少量
、
、
、
、
等杂质),用硫酸浸取,过滤得含有
、
、
、
等的溶液,浸渣中含有
、
、
,再通入
除去
,且使
被还原成
,得
、
固体,过滤得滤液中含有
、
、
,加入氧化剂将
氧化为
,
再加入
调pH 将
转化为
沉淀过滤除去,加入
除去
,再加入
和
氧化
后得
,以此解答。
A.粉碎镍渣可以增大反应物的接触面积,加快“酸浸”速率,A 正确;
B.由分析可知,镍渣(主要含
,及少量
、
、
、
、
等杂质),用硫酸浸取,
不与硫酸反应,
和硫酸反应生成
且难溶,
和硫酸反应生成
且微溶,其他成分反应生
成可溶物,过滤得含有
、
、
、
等的溶液,浸渣中含有
、
、
, B 正
确;
C.
为指明温度和压强,则无法计算其物质的量,C 错误;
D.“除铜”时发生的氧化还原反应为
,D 正确;
故选C。
【例4】镍能形成多种配合物如正四面体形的
和平面正方形的
、正八面体形的
等,下列说法正确的是
A.
中的配位原子是氧原子
B.
中Ni、C、N 不可能处在同一直线上
C.
中
键角比107.3°小
D.
和
中均有d 轨道参与杂化
【答案】D
【详解】A.四羰基合镍分子中镍原子为中心原子,一氧化碳是配体,碳元素的电负性小于氧元素,与具
有空轨道的镍原子形成配位键时,碳原子更易给出孤电子对,则四羰基合镍分子中的配位原子是碳原子,
故A 错误;
B.氰酸根离子与氮气分子的原子个数都为2、价电子数都为14,则氰酸根离子与氮气分子的空间结构相
同,都是直线形,所以四氢酸根合镍离子中镍原子、碳原子和氮原子处在同一直线上,故B 错误;
C.六氨合镍离子中氮原子与具有空轨道的镍离子形成配位键,孤对电子对数为0,氨分子中氮原子的孤对
21
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电子对数为1,孤对电子对数越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小,则六氨合镍离子中H−N−H 键角
大于氨分子的键角107.3°,故C 错误;
D.由四氰酸根合镍离子的空间构型为平面正方形、六氨合镍离子的空间构型为正八面体形可知,四氰酸
根合镍离子中镍离子的杂化方式为dsp2杂化、六氨合镍离子中镍离子的杂化方式为sp3 d2杂化,均有d 轨
道参与杂化,故D 正确;
故选D。
【例5】镍废料中主要含有
单质,还有少量的
单质等。现从中制取
,可用于制造人造
卫星、宇宙飞船的高能电池,也可用于制成镍铬碱性电池。生产流程见下:
已知
金属离子在不同
下的沉淀情况如下:
开始沉淀
3.0
5.0
7.4
9.7
完全沉淀
4.0
6.5
9.0
11
回答下列问题:
(1)“酸浸”时参与反应的
与
物质的量之比保持为
,此时
单质被氧化为
,所发生
反应的化学方程式为       。
(2)加入碳酸钙调
的目的是       ,“沉渣2”的主要成分是       ,必须先过滤“沉渣1”后再进行
“除
”的原因是       。
(3)加入
“除
”的过程产生了       沉淀。
(4)“操作B”是     、     。“煅烧”时隔绝空气,所产生两种气体的成分是       。
(5)
溶于盐酸产生
,再加入适量
和
混合溶液制备
。生成
时发生反应的离
子方程式为       。
(6)根据上表数据计算,当
溶液中
完全沉淀时,
       
。
【答案】
(1)
(2)生成氢氧化铁沉淀除铁     CuS     除Cu”时发生反应Cu2++H2S=CuS↓+2H+,溶液pH 会降低,可能会
溶解部分Fe(OH)3沉淀
(3)CaF2
(4)过滤     洗涤     CO2、CO
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(5)
(6)
【详解】(1)“酸浸”时参与反应的
与
物质的量之比保持为
,
被硝酸氧化为
,所发生反应的化学方程式为
 。
(2)加入碳酸钙调
生成氢氧化铁沉淀除铁,目的是生成氢氧化铁沉淀除铁;通入H2S 生成CuS 沉淀除
铜,过滤,沉渣2 是CuS;除Cu”时发生反应Cu2++H2S=CuS↓+2H+,溶液pH 会降低,可能会溶解部分
Fe(OH)3沉淀,所以必须先过滤“沉渣1”后再进行“除
”。
(3)加入
“除
”的过程生成CaF2沉淀。
(4)滤液中加入草酸形成草酸镍固体,然后进行过滤、洗涤操作,“操作B”是过滤、洗涤获得纯净的草
酸镍固体。“煅烧”时草酸镍隔绝空气分解生成NiO、CO2、CO,所产生两种气体的成分是CO2、CO。
(5)
溶于盐酸产生
,再加入适量
和
混合溶液,NiO 被
氧化为Ni2O3,反应的
离子方程式为
 。
(6)
Ni2+开始沉淀的pH=7.4,则ksp=
 , 
完全沉淀时pH=9,
 
。
【知识点5】锌及其化合物的性质
1.锌的化学性质:锌的化学性质与铝相似,所以,通常可以由铝的性质,推断锌的化学性质(两性),单质
锌,即可与酸反应,又可与碱反应。
(1)在含有CO2的潮湿空气中很快变暗,生成碱式碳酸锌,一层较紧密的保护膜:
CO2+2O2+3H2O+4Zn===ZnCO3·3Zn(OH)2
(2)与大多数非金属反应:
2Zn+O2
2ZnO,
Zn+X2
ZnX2(X 为F、Cl、Br、I)
(3)与酸、碱的反应:
Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑,
Zn+2H2O+2NaOH===Na2[Zn(OH)4]+H2↑或Zn+2NaOH===Na2ZnO2+H2↑
锌和铝又有区别,锌溶于氨水形成氨配离子,而铝不溶于氨水形成配离子:
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Zn +4NH3+2H2O===[Zn(NH3)4]2++H2↑+2OH-
(4)与盐溶液的置换反应:Zn+Cu2+===Cu+Zn2+
3.氧化锌——两性氧化物
ZnO+2HCl===ZnCl2+H2O
ZnO+2NaOH+H2O===Na2[Zn(OH)4]或ZnO+2NaOH===Na2ZnO2+H2O
4.氢氧化锌——两性氢氧化物
(1)两性: Zn(OH)2+2H+===Zn2++2H2O,
Zn(OH)2+2OH-===[Zn(OH)4]2-或Zn(OH)2+2OH-===ZnO+2H2O
(2)受热分解:Zn(OH)2
ZnO+H2O
(3)与氨水反应:Zn(OH)2+4NH3·H2O===[Zn(NH3)4]2++4H2O+2OH-
(4)制法:Zn2++[Zn(OH)4]2-===2Zn(OH)2↓或Zn2++ZnO+2H2O===2Zn(OH)2↓
5.锌盐
(1)ZnSO4
①与可溶性钡盐反应:ZnSO4+BaCl2===ZnCl2+BaSO4↓
②与强碱溶液反应
ZnSO4溶液中加入少量NaOH 溶液:Zn2++2OH-===Zn(OH)2↓
ZnSO4溶液中加足量NaOH 溶液:Zn2++4OH-===[Zn(OH)4]2-或Zn2++4OH-===ZnO+2H2O
③与Na2[Zn(OH)4]或Na2ZnO2反应生成Zn(OH)2沉淀。
(2)Na2[Zn(OH)4]或Na2ZnO2
①与少量盐酸反应:
Na2[Zn(OH)4]+2HCl===Zn(OH)2↓+2NaCl+2H2O 或Na2ZnO2+2HCl===Zn(OH)2↓+2NaCl
②与足量盐酸反应:
Na2[Zn(OH)4]+4HCl===ZnCl2+2NaCl+4H2O 或Na2ZnO2+4HCl===ZnCl2+2NaCl+2H2O
③与少量CO2反应:
Na2[Zn(OH)4]+CO2===Zn(OH)2↓+Na2CO3+H2O 或Na2ZnO2+CO2+H2O===Zn(OH)2↓+Na2CO3
④与足量CO2反应:
Na2[Zn(OH)4]+2CO2===Zn(OH)2↓+2NaHCO3或Na2ZnO2+2H2O+2CO2===Zn(OH)2↓+2NaHCO3
⑤与可溶性锌盐发生相互促进的水解反应,生成Zn(OH)2沉淀。
【例1】从炼钢粉尘(主要含
和ZnO)中提取Zn 的流程如下:
已知:“盐浸”时ZnO 转化为
,仅少量铁元素浸出;
。
下列说法正确的是
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A.“盐浸”主要离子反应:
B.“滤渣”的主要成分为
C.“沉锌”的离子反应:
D.“滤液”可直接循环利用
【答案】C
【详解】“盐浸”过程ZnO 转化为
发生反应
,根据题
中信息可知,
、
只有少量溶解,通入空气氧化后Fe2+和Fe3+转化为
,“沉锌”过程发
生反应为:
,经洗涤干燥后得到产物ZnS 及滤液。
A.“盐浸”过程ZnO 和NH3、NH4Cl 溶液反应转化为
,主要离子反应:
,A 错误;
B.根据分析可知,Fe2O3、Fe3O4只有少量溶解,所以滤渣中除
,还有Fe2O3和Fe3O4,B 错误;
C.“沉锌”过程中
和S2-反应生成ZnS 和
,离子方程式为:
,C 正确;
D.“沉锌”后得到的滤液主要成分为NH4Cl,可以返回到“盐浸”循环使用,因此需要控制
 的
用量,让“沉锌”后的滤液中只含NH4Cl,D 错误;
故选C。
【例2】实验室以含锌废液(主要成分为
,还含有少量的
、
,溶液
)为原料制备
的实验流程如下图所示。已知
结构为
,
具有强氧化性,易被
还原为
。下列说法正确的是
A.“除锰”反应表明氧化性大于
B.试剂X 可以选用Zn、ZnO、
等物质
C.“沉锌”反应的离子方程式为
D.滤液中一定大量存在阳离子有
、
和
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【答案】C
【详解】含锌废液(主要成分为ZnSO4,还含有少量的Fe2+、Mn2+,溶液pH≈5)为原料制备ZnCO3的实验流
程为:
具有强氧化性,加入Na2S2O8将Mn2+转化为MnO2除去,同时亚铁离子转化为铁离子,“除
锰”反应的离子方程式为
+Mn2++2H2O═2
+MnO2↓+4H+,过滤,滤渣为MnO2,加入ZnO、ZnCO3
等调节pH 分离出氢氧化铁,滤液中加入碳酸氢铵和氨水沉锌生成ZnCO3,据此分析解答。
A.
具有强氧化性,是因为含有-O-O-键,反应时O 得电子生成-2 价O,生成MnO2,不能说明氧化性
大于
,故A 错误;
B.试剂X 应为ZnO、ZnCO3或Zn(OH)2,不能使用金属Zn,因为Zn 可还原铁离子生成亚铁离子,增大除
杂难度,故B 错误;
C.沉锌时得到碳酸锌,离子方程式为
,故C 正确;
D.加入Na2S2O8引入Na+、加入碳酸氢铵和氨水沉锌时引入
,但沉锌时锌离子转化为ZnCO3沉淀,所
以滤液中一定大量存在的阳离子有Na+、
,
只有微量,故D 错误;
答案选C。
【例3】明朝宋应星所著的《天工开物》是世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性“工艺百科全
书”,其中介绍了锌的冶炼方法:把炉甘石
和煤炭饼装入炼锌罐(如图所示),泥封,“其底铺
薪,发火煅红”,“冷定毁罐取出”。
已知:锌的熔点为419℃,沸点为907℃。
下列说法不正确的是
A.冷凝区中,锌由气态转化为液态,理论上该区温度控制在419 907℃
∼
B.“冷定”后“毁罐”取锌的原因是防止
在较高的温度下被氧化成
C.反应区中,
分解生成
和
D.反应区中,
与
发生置换反应得到
,
被还原
【答案】D
【详解】A.根据锌的熔点为419℃,沸点为907℃,冷凝区中,锌由气态转化为液态,理论上该区温度控
制在419 907℃
∼
,A 正确;
B.Zn 在加热时易被氧化,冷却为固体后,“毁罐”取锌是防止
在较高的温度下被氧化成
,B 正
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确;
C.反应区中,
分解生成
和
,ZnCO3
ZnO+CO2↑,C 正确;
D.反应区中,
与
发生置换反应得到
,
被氧化,D 错误;
答案选D。
【例4】锌与不同密度的硝酸反应时,主要还原产物的百分比与硝酸的密度的关系如图所示。下列说法正
确的是(已知:常温下,50%的硝酸密度约为
)
A.氮与氧只能形成三种氧化物
B.锌与密度为
的硝酸反应时,n(消耗
) n(
∶
消耗
)
C.常温下,50%的硝酸的物质的量浓度约为
D.还原产物中
的百分比随硝酸密度增大而升高
【答案】D
【详解】A.N 与O 形成的氧化物除了图中的三种,还有N2O4、N2O5等,A 错误;
B.由图像可知,Zn 与
的HNO3反应时,还原产物为NO 和NO2,且各占约一半,所以反应
方程式为
,故n(消耗Zn):n(消耗HNO3)=2:6=1:3,B 错误;
C.
,C 错误;
D.由图可知NO2的百分比随硝酸密度增大而升高,D 正确;
故选D。
【例5】以固体废锌催化剂(主要成分为
及少量
)为原料制备锌的工艺流程如
图:
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已知:①“浸取”时,
、
转化为
、
进入溶液;
②
时,
、
;
③深度除杂标准:溶液中
;
④有机萃取剂(用
表示)可萃取出
,其萃取原理反应为:
。
(1)基态
原子价电子排布式为           。
(2)“浸取”温度为
时,锌浸出率可达
,继续升温浸出率反而下降,其原因为           。
(3)“操作a”的名称为           。
(4)“深度除锰”是在碱性条件下将残留的
转化为
,离子方程式为           。
(5)“深度除铜”时,锌的最终回收率、除铜效果[除铜效果以反应后溶液中铜锌比
表示] 
与“
加入量”[以
表示] 的关系曲线如图所示。
①当
加入量
时,锌的最终回收率下降的原因是           (用离子方程式表示),该反应
的平衡常数为           (计算结果保留小数点后两位)。(已知:
的
)
②“深度除铜”时
加入量最好应选           。
a.
      b.
      c.
      d.
(6)“电解”时,使用惰性电极,阴极存在竞争反应。该竞争反应的电极反应式为           。
【答案】
(1)
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(2)温度升高,
挥发
(3)分液
(4)
(5)
或
     2.16×1014     c
(6)
【详解】固体废锌催化剂(主要成分为
及少量
),加入NH3-NH4Cl 的混合溶
液,生成[Zn(NH3)4]2+、[Cu(NH3)4]2+,同时生成Fe(OH)3、Mn(OH)2等,SiO2不溶解,过滤除去滤渣,得滤
渣1 为Fe(OH)3、Mn(OH)2和SiO2,再向滤液中加入H2O2,进行深度除锰,反应的方程式为H2O2+Mn2+
+2NH3•H2O=MnO2↓+2H2O+2
,再加入(NH4)2S,进行沉淀除铜,反应的方程式为[Cu(NH3)4]2++S2-
=CuS↓+4NH3,进行过滤操作,得到滤渣2 为MnO2和CuS,向滤液中加入有机萃取剂,使锌进入有机萃取
剂中,再向有机萃取剂中加入硫酸,进行反萃取,得到硫酸锌溶液,然后进行电解,得到锌,据此分析作
答。
(1)锌是30 号元素,基态
原子价电子排布式为
;
(2)“浸取”温度为
时,锌浸出率可达
,继续升温浸出率反而下降,原因是温度升高,
挥发使生成的[Zn(NH3)4]2+减少,锌浸出率下降;
(3)“操作a”分离有机层和无机层,名称为分液;
(4)“深度除锰”可将残留的
转化为
,Mn 元素化合价升高被氧化,H2O2做氧化剂,O 元素化
合价降低,该反应的离子方程式为
;
(5)①当
加入量
时,锌离子和硫离子结合生成ZnS 沉淀,锌的回收率下降的可能原因是
或
;该反应的平衡常数为K=
=
=
=
=2.16×1014;
②由题干图示信息可知,当(NH4)2S 加入量为120%时,铜锌比为2.0×106,达到沉淀除铜标准,继续加大
(NH4)2S 加入量会导致锌回收率下降且不经济,故答案为:c;
(6)用惰性电极电解
溶液,Zn2+在阴极得电子生成Zn,副反应为
得电子生成
,电极反应为:
。
第24 讲 补充元素:铬、锰、钴、镍、锌及其化合物 (练习)
一、选择题:本题共15 小题,每小题3 分,共45 分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要
求.
29
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1.铬(Cr)是一种重要的金属,其金属性介于锌和铁之间。根据元素周期律的知识,下列关于铬及其化合物
的说法正确的是
A.铬与冷水能发生剧烈反应
B.Cr(OH)3的碱性比NaOH 的强
C.铬不能与稀盐酸发生反应
D.高温条件下,Cr2O3能与Al 反应置换出Cr
【答案】D
【详解】A.Zn 和Fe 均不能与冷水发生剧烈反应,Cr 的金属性介于Zn 和Fe 之间,由此可知Cr 也不能,
故A 错误;
B.Zn(OH)2碱性比NaOH 弱,而Cr(OH)3的碱性比Zn(OH)2弱,则Cr(OH)3的碱性比NaOH 的弱,故B 错
误;
C.Fe 能与稀盐酸反应,Cr 金属性比Fe 强,也能与稀盐酸反应,故C 错误;
D.Al 的金属性比Zn 强,因此也比Cr 强,高温条件下,Cr2O3能与Al 发生反应置换出Cr,故D 正确;
故选D。
2.下列说法错误的是
A.锌与
在高温下反应生成
B.可用
与
发生反应制取
C.
、
等活泼的金属和非金属用电解法制得
D.偏铝酸钠溶液与氯化铝溶液混合有白色沉淀生成
【答案】B
【详解】A.锌比铜活泼,锌能将铜置换出来,所以锌与CuO 在高温下反应生成ZnO 和单质铜;A 正确;
B.镁的金属性比铝强,不可用Al 与MgO 发生反应制取Mg,B 错误;
C.电解熔融的氯化钠可得到Na、Cl2,C 正确;
D.偏铝酸钠溶液与氯化铝溶液混合发生双水解:
,所以有氢氧化铝白色
沉淀生成,D 正确;
故选B。
3.工业上常用
碱性溶液吸收工业废气中的
,为了提高吸收效率,常用
作为催化剂,在反
应过程中产生的四价镍和氧原子都具有极强的氧化能力,可加快对
的吸收,其中的催化过程如图所
示:
下列说法不正确的是
A.
碱性溶液吸收
的离子方程式是:
B.过程1 的离子方程式是:
C.过程2 中,氧化剂是
,还原剂是
30
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D.此催化过程的离子反应为:
【答案】C
【详解】用
碱性溶液吸收工业废气中的
,发生的反应为
;
根据图示,过程1 的离子方程式是:ClO−+Ni2O3=Cl−+2NiO2;过程2 中,ClO−的Cl 被还原得到Cl−,
ClO−的O 被氧化得到O 原子,ClO−即是氧化剂也是还原剂,NiO2的Ni 从+4 价被还原得到Ni2O3的+3
价,NiO2作氧化剂;据此分析解题。
A.
碱性溶液吸收
的离子方程式是
,故A 正确;
B.根据图示,过程1 的离子方程式是:ClO−+Ni2O3=Cl−+2NiO2,故B 正确;
C.过程2 中,ClO−的Cl 被还原得到Cl−,ClO−的O 被氧化得到O 原子,ClO−即是氧化剂也是还原剂,
NiO2的Ni 从+4 价被还原得到Ni2O3的+3 价,NiO2作氧化剂,故C 错误;
D.根据图示全过程,此催化过程的离子反应为:
,故D 正确;
故答案选C。
4.三氯化六氨合钴(III){[Co(NH3)6]Cl3}是重要的化工原料,工业上可以活性炭为催化剂,通过H2O2氧化有
氨和NH4Cl 存在的CoCl2溶液来制备。其反应的化学方程式为2CoCl2·6H2O+10NH3+2NH4Cl+H2O2
2[Co(NH3)6]Cl3+14H2O。下列说法错误的是
A.配离子[Co(NH3)6]3+中的Co 位于由N 原子组成的正八面体中心
B.配合物{[Co(NH3)6]Cl3]}中含有离子键、极性键和配位键
C.[Co(NH3)6]Cl3中的配体为NH3,中心离子的配位数为6
D.取钴(III)的另一种配合物一[Co(NH3)5Cl]Cl2与足量AgNO3溶液反应,得到沉淀的物质的量为3mol
【答案】D
【详解】A.[Co(NH3)6]3+的几何构型为正八面体形,Co 在中心,位于由N 原子组成的正八面体中心,故A
正确;
B.{[Co(NH3)6]Cl3]}中Co3+与NH3之间的化学键为配位键,N-H 为极性共价键,配离子与氯离子形成离子
键,故B 正确;
C.[Co(NH3)6]Cl3的中心离子为Co3+,配体为NH3,配位数为6,故C 正确;
D.配合物[Co(NH3)5Cl]Cl2中配位离子Cl-不与Ag+反应,1mol 该配合物中含2mol 外界离子Cl-,即配离子
中含有2 个Cl-,1mol 该配合物生成2mol AgCl 沉淀,故D 错误;
故选:D。
5.碳酸锰(
)可用作瓷釉、肥料和饲料添加剂,还应用于医药,电焊条辅料等。某含锰废水中主要
含有
、
、
、
、
、
,以该废液为原料制备碳酸锰、回收硫酸铵的工艺流程如图所
示(部分操作和条件已略,
沉淀完全的pH 为3.7、
沉淀完全的pH 为5.2)。下列说法不正确
31
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的是
A.试剂X 可能是
B.滤渣1 主要成分为
、
C.除重金属时发生的离子方程式为:
D.反应中加入稍过量的
,碳化过程中发生的离子方程式为
【答案】D
【详解】流程分析可知含锰废水(主要含Mn2+、
、H+、Fe2+、Al3+、Cu2+)加入氧化剂氧化亚铁离子,加
入氨水调节溶液pH 至5.2,沉淀铁离子和铝离子,过滤得到滤渣1,滤液主要为Mn2+、
、Cu2+,加入
硫化铵沉淀铜离子,过滤得到滤渣2,滤液主要是Mn2+、
,加入碳酸氢铵得到碳酸锰、二氧化碳和
水。
A.可用
氧化废液中的
,故A 正确;
B.由上述分析可知加入氨水调节溶液pH 至5.2,沉淀铁离子和铝离子,过滤得到滤渣1,滤渣1 主要成分
为
、
,故B 正确;
C.除重金属时溶液中铜离子与加入的硫化铵中硫离子反应生成CuS,离子方程式正确,故C 正确;
D.碳化过程中发生的离子方程式为
,故D 错误;
故选:D。
6.工业上以软锰矿(主要成分是MnO2,含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料制备高性能的磁性材料碳
酸锰(MnCO3),其工业流程如图。下列说法错误的是
A.浸锰过程中
与
反应的离子方程式为:
B.过滤I 所得滤液中主要存在的金属阳离子为
和
C.滤渣Ⅱ的主要成分含有
D.加入
溶液发生反应的主要离子方程式为:
【答案】D
【详解】浸锰过程通入过量的SO2,将MnO2和Fe2O3还原成Mn2+和Fe2+,过滤Ⅰ所得滤渣为SiO2,加入
MnO2氧化,此时溶液中可以被氧化的物质有Fe2+和未反应的SO2,调pH 是为了将上一步氧化生成的
32
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Fe3+沉淀下来与Mn2+分离,加入NH4HCO3溶液将Mn2+沉淀下来,再经过一系列步骤可得到纯的MnCO3。
A.根据上述分析可知,浸锰过程通入过量的SO2,将MnO2和Fe2O3还原成Mn2+和Fe2+,反应的离子方程
式为:Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++
+H2O,A 正确;
B.过量的SO2,将MnO2和Fe2O3还原成Mn2+和Fe2+,因此过滤I 所得滤液中主要存在的金属阳离子为Mn2
+和Fe2+,B 正确;
C.调pH=3.7,将Fe3+转化为氢氧化铁沉淀,过滤,滤渣Ⅱ的主要成分含有Fe(OH)3,C 正确;
D.滤液为硫酸锰溶液,向滤液种加入适量NH4HCO3溶液,生成MnCO3沉淀,同时二氧化碳生成,发生
的反应为:Mn2++
=MnCO3↓+CO2↑+H2O,D 错误;
故选D。
7.硫酸锌是一种重要的工业原料,广泛用于农业、化工、电镀等行业。工业上由锌渣(主要成分为ZnO、
FeO、CuO、PbO)生产ZnSO4•7H2O 的流程如图:
下列叙述不正确的是
A.“溶浸”时搅拌可以加快“溶浸”速率,“滤渣A”的主要成分是PbSO4
B.NaClO 的作用主要是将Fe2+氧化为Fe3+方便以沉淀的形式除去
C.“反应II”中,加入锌粉时反应的离子方程式为Cu2++Zn=Zn2++Cu
D.从滤液获得ZnSO4•7H2O 的实验操作为蒸发结晶、洗涤、干燥
【答案】D
【详解】A.溶浸时搅拌可以使反应物的接触面积增大,使溶浸速率加快,由分析可知,滤渣A 的主要成
分是PbSO4,选项A 正确;
B.NaClO 的作用主要是将Fe2+氧化为Fe3+方便以Fe(OH)3沉淀的形式除去,选项B 正确;
C.由分析可知,反应Ⅱ为锌与溶液中的铜离子发生置换反应置换出铜,反应的离子方程式为
,选项C 正确;
D.由分析可知,从滤液获得七水硫酸锌晶体的实验操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,选
项D 不正确;
答案选D。
8.钒电池的安全性能优良,中国科学技术大学研制出锌离子和水分子共插层的
理想的水系锌离子电池材料,制备过程如下:
该电极放电时变化为
已知制备过程中V 的化合
价未发生改变,所涉及物质中除ZVO 外均为电中性物质,过程②可视为转化成电中性材料后,再嵌入Zn2
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+。下列说法中正确的是
A.ZVOH 作为新型电池的负极材料
B.反应①属于复分解反应
C.获得Zn(NO3)2·6H2O 时,当溶液出现大量晶体时应停止加热,余热蒸干
D.ZVO 中嵌入进来的Zn2+占总锌量的
【答案】B
【详解】该电极放电时变化为
,则ZVOH 作为新型电
池的正极材料;已知制备过程中V 的化合价未发生改变,所涉及物质中除ZVO 外均为电中性物质,过程
②可视为转化成电中性材料后,再嵌入Zn2+,且V 的化合价为+5,所以ZVO 可视为每个
中嵌入
2.5 个Zn2+,故ZVO 中嵌入进来的Zn2+占总锌量的
;
A.根据电极放电时变化为
,可知电极反应式为
,所以该电极为正极,A 错误;
B.根据反应①的反应物与生成物可知,反应①属于复分解反应,B 正确;
C.从溶液中获取含结晶水的盐,且硝酸锌极易水解,应采用硝酸气氛中蒸发浓缩、冷却结晶的方法,故
应加热到溶液出现少量晶体或出现晶膜时就停止加热,C 错误;
D.根据“过程②可视为转化成电中性材料后,再嵌入Zn2+”,且V 的化合价为+5,所以ZVO 可视为每
个
中嵌入2.5 个Zn2+,故ZVO 中嵌入进来的Zn2+占总锌量的
,D 错误;
答案选B。
9.某小组以废镍催化剂(主要成分是Ni,含少量Zn、Fe、CaO、
等杂质)为原料制备草酸镍晶体的流
程如下:
已知:室温下,
。下列说法中错误的是
A.滤渣1 的成分是
、
B.滤渣2 经过洗涤、干燥、灼烧可制得铁红
C.除钙时,为了确保滤液中
 mol L
⋅
,溶液中
至少为
 mol L
⋅
D.萃取时先从下口放出下层液体,待下层液体刚好放完,再从下口放出上层液体
【答案】D
【详解】A.由分析可知,滤渣1 的成分是
、
,A 正确;
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B.滤渣2 为氢氧化铁,经过洗涤、干燥、灼烧,氢氧化铁分解为氧化铁,可制得铁红,B 正确;
C.已知:室温下,
;确保滤液中
 mol L
⋅
,溶液中
至少为
 mol L
⋅
,C 正确;
D.萃取时先从下口放出下层液体,待下层液体刚好放完,再从上口倒出上层液体,D 错误;
答案选D。
10.利用含镍电极废料制备
的过程可表示为:
已知:①含镍电极废料中除
外还含有少量
,
和不溶性杂质
②“酸浸”后溶液中含有
和少量的
和
,除杂后方可氧化
下列说法错误的是
A.由工业流程可知:
的氧化性大于
B.氧化过程的离子方程式:
C.除杂过程中利用了
、
和
的溶度积的不同通过调节
后过滤
D.利用电解碱性
悬浊液也可以制备
,为提高电解效率可以适当加入一定量
溶液
【答案】B
【详解】A.“酸浸”时发生反应:
,则氧化性:
,A 项正确;
B.
经过
的氧化,得到
,反应的离子方程式为
,B 项错误;
C.除杂过程包括:调节
,将
和
转化为沉淀,再过滤除去不溶性杂质,利用了
、
和
的溶度积的不同,C 项正确;
D.电解碱性
悬浊液制备
,阳极反应为:
,若加入
一定量的
,氯离子在阳极上失电子生成氯气,氯气在碱性条件下生成
,
将
氧化为
,有助于提高生产效率,D 项正确;
故选B。
11.钴(Co)及其化合物在磁性材料、电池材料、超硬材料及催化剂等领域有广泛应用。已知钴的常见化合
价有+2 价和十3 价,其单质及化合物的性质与铁相似,Co3O4具有强氧化性。Co(OH)2在空气中加热时,固
体质量(已知:A、B、C 三点对应的固体均不含氢元素)随温度变化的曲线如图所示。下列说法错误的是
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A.Co(OH)2在空气中加热到1000℃时,固体的成分为CoO
B.Co(OH)2在空气中加热到500℃时,固体中Co、O 两种元素的质量之比为3:4
C.Co3O4中+2 价和+3 价原子的个数比为1:2
D.Co3O4与浓盐酸反应生成Cl2的离子方程式为Co3O4+8H+ +2C1- =3Co2++Cl2↑+4H2O
【答案】B
【详解】1000℃时所得固体的摩尔质量为93 80.65
100g/mol=75 g/mol,可知该固体为CoO;100g 固体
Co(OH)2中含Co 元素的质量为100 59
93=63.44 g,500℃时,固体中O 元素的质量为86.38-
63.44=22.94g,故固体中Co、O 两种元素的质量之比约为11:4;
A.根据分析可知,Co(OH)2在空气中加热到1000℃时,固体的成分为CoO,故A 正确;
B.根据分析可知,Co(OH)2在空气中加热到500℃时,固体中Co、O 两种元素的质量之比约为11:4,故
B 错误;
C.Co3O4中+2 价的Co 为x 个,+3 价的Co 原子的个数为y,2x+3y=8,x+y=3,解得x=1,y=2,即+2 价和
+3 价Co 原子的个数比为1:2,故C 正确;
D.Co3O4具有强氧化性,与浓盐酸反应,能生成黄绿色气体氯气,同时得到还原产物氯化钴,发生反应的
离子方程式为:Co3O4+8H+ +2C1- =3Co2++Cl2↑+4H2O,故D 正确;
故答案为B
12.某化学兴趣小组以含钴废渣(主要成分CoO、Co2O3,还含有Al2O3、ZnO 等杂质)为原料制备Co2O3的
一种实验流程如下。下列与流程相关的原理、装置和操作能达到实验目的的是
A.“酸浸”中的SO2作还原剂,用装置甲制取
B.“酸浸”所需的250 mL 1.0 mol·L-1 H2SO4溶液用装置乙配制
C.“萃取”的目的是除去Zn2+,用装置丙,振荡时分液漏斗下端应向下倾斜
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D.“沉钴”时向萃取液中缓慢滴加沉淀剂,用装置丁过滤所得悬浊液
【答案】D
【详解】由流程图可知:加入硫酸酸浸并通入二氧化硫,可发生Co2O3+SO2+H2SO4=2CoSO4+H2O,同时生
成硫酸铝、硫酸锌等,调节溶液的pH,可生成氢氧化铝沉淀而除去铝离子,然后再除去锌离子,再加入碳
酸钠沉钴,可生成CoCO3固体,最后灼烧生成Co2O3,据此解答。
A.Cu 与浓硫酸反应需要加热,图甲不能制取得到SO2气体,A 错误;
B.定容时胶头滴管不能伸入容量瓶中,B 错误;
C.萃取振荡时,分液漏斗下口应倾斜向上,由流程图可知:除铝时把铝离子除去了,萃取的目的则是除
去Zn2+ ,C 错误;
D.沉钴时应缓慢滴加碳酸钠溶液,生成CoCO3沉淀,图中过滤可分离出CoCO3固体,操作合理,D 正
确;
故合理选项是D。
13.普通锌锰电池放电时发生的主要反应为:
,碱性
锌锰电池的总反应为:
。下列说法正确的是
A.普通锌锰电池为一次电池,该废旧电池可反复充放电
B.普通锌锰电池正极反应式为:
C.碱性锌锰电池工作时KOH 没有发挥作用
D.两种电池工作时电子均由 MnO2经外电路流向Zn
【答案】B
【详解】A.普通锌锰电池为一次电池,该废旧电池不可反复充放电,故A 错误;
B.电池正极失去电子,根据普通锌锰电池的主要反应:
,正极反应式为
,
故B 正确;
C.碱性锌锰电池工作时KOH 作电解质,故C 错误;
D.两种电池工作时电子均由Zn 经外电路流向MnO2,故D 错误;
故答案选B。
14.实验室模拟工业处理含铬废水,操作及现象如图1,反应过程中铬元素的化合价变化如图2。已知
H2O2是常用的强氧化剂之一。下列说法正确的是
A.实验开始至5 s,铬元素被氧化
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B.实验开始至30 s,溶液中生成Cr3+时的氧化剂与还原剂的物质的量之比为1 3∶
C.30 s 至80 s 的过程,一定是氧气氧化了Cr3+
D.80 s 时,溶液中的主要阴离子仍为Cr2O
【答案】B
【详解】A.根据图2 可知,实验开始至5 s,铬元素的化合价保持为+6,没有被氧化,A 错误;
B.实验开始至30 s,由图2 知生成Cr3+,铬元素的化合价降低,则双氧水中氧元素化合价升高生成氧气,
离子方程式为:3 H2O2+
+8H+=2 Cr3++7H2O+3O2↑,氧化剂
与还原剂H2O2的物质的量之比为
1 3∶,B 正确;
C.实验开始时,加入的H2O2过量,30s 时,向溶液中加入NaOH,80s 时,铬元素的化合价变为+6,可能
是因为过氧化氢在碱性溶液中氧化性更强,过量的过氧化氢氧化了Cr3+,C 错误;
D.根据图2 知80 s 时铬元素呈+6 价,实验过程中加入了NaOH,溶液呈碱性,溶液中的主要阴离子为
,D 错误;
故选:B。
15.检验
的反应有如下两种途径。下列说法正确的是
A.反应①中
被还原
B.乙醚与
中的铬元素形成共价键,有利于蓝色现象的观察
C.反应②为:
D.反应③中溶液的
越小,反应速率越慢
【答案】B
【详解】A.反应①
、CrO5中Cr 元素化合价均为+6,此反应不是氧化还原反应,A 错误;
B.由题中信息乙醚与
中的铬元素形成共价键,蓝色可稳定几分钟,有利于蓝色现象的观察,B 正
确;
C.由信息反应②为:
,C 错误;
D.反应③
+8H++3H2O2=3O2↑+2Cr3++7H2O,中溶液的
越小,H+浓度越大,反应速率越快,D 错
误;
故答案选B。
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二、非选择题:本题共5 小题,共55 分。
16.工业上,从有机催化剂(主要含钴和锌)回收金属的简易流程如下:
回答下列问题:
(1)“灼烧”的目的是           。“酸浸”时加入稀硫酸,浸出液含有
、
、
、
、
等,检验
的试剂是           (填化学式)。
(2)“净化”中加入
,生成
和
。书写离子方程式:           。
(3)
(已知其中硫为+6 价)中含           mol 过氧键
,“沉钴”中加入
,还原产物为
。
转化成
,理论上消耗           mol
。
(4)“沉钴”的
不能太高,原因是           。
(5)“沉锌”加入
,反应的离子方程式为           ;沉锌的温度不能太高,原因是  
 
。
(6)“沉钴”中,
时
的数量级为           。
【答案】
(1)除去有机物     K3Fe(CN)6
(2)
+3Fe2++7H2O=MnO2+3Fe(OH)3+5H+
(3)1     0.5
(4)会生成Zn(OH)2
(5)
     温度过高时,碳酸氢铵易分解
(6)10-44
【详解】(1)原料含有机物,有机物一般不溶于水、易燃烧,采用灼烧法除去;可用K3Fe(CN)6检验亚铁
离子,K3Fe(CN)6遇到亚铁离子会生成蓝色沉淀;
(2)反应时,Mn 的化合价由+7 变为+4,Fe 的化合价由+2 变为+3,根据化合价升降总值相等配平,离子
方程式为
+3Fe2++7H2O=MnO2+3Fe(OH)3+5H+;
(3)1mol
中含有1mol 过氧键
;
中两个-1 价氧转化成-2 价氧,
根据电子得失守恒知,生成1mol Co(OH)3转移1mol 电子,则消耗0.5mol(NH4)2S2O8;
(4)“沉钴”的
不能太高,因为沉淀锌离子的pH=8,pH 较高时,会生成Zn(OH)2;
(5)“沉锌”加入
,反应生成
沉淀与二氧化碳,离子方程式为
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;碱式碳酸锌在溶液中不会分解,温度过高时,
碳酸氢铵易分解;
(6)pH=4.5 时,
,
,
 
=c(Co3+)×c3(OH-)=10-15 mol/L×(10-9.5mol/L)3=10-43.5,故数量级为10-44。
17.三氧化二镍(
)常用作磁性材料,具有强氧化性。以镍铜矿(含有NiS、CuS、
以及少量的不溶
杂质)为原料制备
。
(1)煅烧。将一定量的镍铜矿与
混合后,粉碎后在富氧空气中充分煅烧。煅烧时加入
的目的是
     
 
      
 
   
  。
(2)酸浸。将煅烧得到的固体(含CuO、CaO、
、
、
)加入三颈瓶中(装置见下图),通过恒
压滴液漏斗缓慢滴加稍过量的稀硫酸,充分反应。
①反应后所得溶液中含
、
、
,写出酸浸时
发生反应的化学方程式:     。
②如何判断“酸浸”反应已经完成:       。
(3)除杂。将三颈瓶中悬浊液倒出、过滤后,向所得滤液中加入足量Ni 粉,充分反应后过滤,调节滤液的
pH,向滤液中加入NaF 溶液将
沉淀除去。[溶液中
,
,
,
,离子浓度
沉淀完全]
①加入Ni 粉的目的是除去溶液中的
。不选择用调节pH 的方法除去
的原因是:       。
②实际消耗Ni 粉的量大于理论用量,原因是       。
(4)制备
:请补充完整由除杂后得到的
溶液制取
的实验方案:量取
,测得
其中
的浓度为
,       ,得到
。(可选用的试剂:
溶液、稀盐酸、
溶液)。已知:
样品在空气中煅烧,样品的固体残留率(
)随热解温
度的变化如下图所示。
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【答案】
(1)将生成的SO2转化为CaSO4,防止污染环境,同时将SiO2转化为硅酸钙除去
(2)
     当三颈烧瓶中不再产生气泡
(3)Cu2+和Ni2+沉淀的pH 范围接近,难以用调节pH 的方法除去Cu2+     Ni 粉也能与稍过量的稀硫酸反应
(4)向其中加入1mol L
⋅
−1NaHCO3溶液,边加边震荡,静置后向上层清液中加入1mol L
⋅
−1NaHCO3溶液,无
沉淀生成时,停止滴加,过滤并洗涤NiCO3沉淀,向最后一次洗涤液中先加入稀盐酸,再加入氯化钡溶
液,未产生白色沉淀,则证明NiCO3沉淀已洗净;将得到的NiCO3样品在空气中煅烧,假设起始NiCO3的
物质的量为1mol,质量为119g,350℃时,对应固体残留为69.7%,质量为119g×69.7%≈83g,此时生成的
固体Ni2O3,则NiCO3样品在空气中煅烧,加热到350℃分解一段时间,当固体质量不再变化时,停止加热
【详解】(1)煅烧时加入CaCO3是将生成的SO2转化为CaSO4,同时将SiO2转化为硅酸钙除去;
(2)①根据反应后所得溶液中含Cu2+、Ca2+、Ni2+,则酸浸时,Ni2O3与稀硫酸反应生成NiSO4、O2和
H2O,发生反应的化学方程式:
;
②由“酸浸”时,反应的化学方程式:
,可知,当三颈烧瓶中不
再产生气泡,则说明“酸浸”已经完成;
(3)①已知Ksp[Cu(OH)2]=1×10−20,Ksp[Ni(OH)2]=1×10−15,当溶液中c(Ni2+)=1mol L
⋅
−1时,若铜离子完全沉
淀,则c(Cu2+)=10−5mol L
⋅
−1,
;Ni2+开始沉淀时,
,Cu2+和Ni2+沉淀的pH 范围接近,难以用调节pH 的方法
除去Cu2+;
②加入Ni 粉除去溶液中的Cu2+,同时Ni 粉也能与稍过量的稀硫酸反应,所以实际消耗Ni 粉的量大于理论
用量;
(4)量取100mLNiSO4,测得其中NiSO4的浓度为1mol L
⋅
−1,向其中加入1mol L
⋅
−1NaHCO3溶液,边加边
震荡,静置后向上层清液中加入1mol L
⋅
−1NaHCO3溶液,无沉淀生成时,停止滴加,过滤并洗涤NiCO3沉
淀,向最后一次洗涤液中先加入稀盐酸,再加入氯化钡溶液,未产生白色沉淀,则证明NiCO3沉淀已洗
净;将得到的NiCO3样品在空气中煅烧,假设起始NiCO3的物质的量为1mol,质量为119g,350℃时,对
应固体残留为69.7%,质量为119g×69.7%≈83g,此时生成的固体Ni2O3,400℃时固体残留率为63.2%,此
时固体质量为 119g×63.2%≈75.2g,生成物为NiO,则NiCO3样品在空气中煅烧,加热到350℃分解一段时
间,当固体质量不再变化时,停止加热,得到Ni2O3。
18.三氯化六氨合钴(
)是一种重要的化工产品。实验室以
为原料制备三氯六氨合钴的
方法如下,回答下列问题:
Ⅰ.制备氯化钴:已知
易潮解,可用高熔点金属钴与氯气反应制取。实验室可用下图装置进行制备
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(1)仪器a 的名称为     。
(2)A 中固体为高锰酸钾,则反应的离子方程式为      。装置B 中试剂X 为    。
(3)球形干燥管中试剂的作用为      。
Ⅱ.制备三氯化六氨合钴:将制备的
按下图流程操作:
(4)“氧化”步骤中应控温在60℃进行,可采取水浴加热,其优点为    。
(5)利用
、
、浓氨水、
制备
的总反应化学方程式   。
(6)操作X 中,加入浓盐酸的作用是    。
Ⅲ.测定钴含量:准确称量3.0000g 样品
,加入硫酸酸化的KI 溶液至样品恰好完全溶解,
配成250mL 溶液。量取25.00mL 溶液,加入适量缓冲溶液,几滴淀粉溶液,用0.1000mol/L 
溶液
滴定生成的
,消耗
溶液的体积为10.00mL。
(已知:①
将
氧化成
,自身被还原成
;②
)。
(7)计算样品中钴元素的质量分数为       %(保留至小数点后两位)。
【答案】
(1)分液漏斗
(2)
     饱和食盐水
(3)吸收氯气,防止污染空气,同时防止空气中的水进入D 中
(4)受热均匀,利于控制温度
(5)
(6)增大氯离子浓度,利于[Co(NH3)6]Cl3晶体析出
(7)19.67%
【详解】(1)仪器a 为分液漏斗。
(2)A 的作用是制备氯气,由高锰酸钾和浓盐酸在不加热的条件下反应,其离子方程式为
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,装置B 中试剂X 为饱和食盐水,除去氯气中的HCl;
(3)球形干燥管中的碱石灰可以除去过量的氯气,防止污染环境,同时由于CoCl2易潮解,所以也可以防
止空气中的水蒸气的进入;
(4)水浴加热的优点就是受热均匀,利于控制温度;
(5)利用
、
、浓氨水、
制备
时发生的总反应为:
(6)加入浓盐酸是利用同离子效应增大氯离子浓度,利于[Co(NH3)6]Cl3晶体析出;
(7)由滴定过程可得关系式为:2Na2S2O3~I2~2Co2+,则Co 元素的质量分数为:
。
19.氧化法制备高锰酸钾的实验步骤如下:
(1)“熔融氧化”操作应在       坩埚中进行(填“瓷”、“氧化铝”或“铁”),将Mn 元素氧化为
K2MnO4,该反应的化学方程式为       。
(2)“歧化”操作在如图所示装置中进行。
①下列气体也可选装置A 进行制备的是       (填标号)。
A.MnO2与浓盐酸制Cl2        
B.CaO 与浓氨水制NH3 
C.Zn 与稀硫酸制H2        
D.Na2SO3与70%硫酸制SO2
②为了提高KMnO4的产率,装置B 中的试剂为       。
③锰元素的氧化态-吉布斯自由能图如图所示。由图可知,在酸性溶液中Mn2+是锰的最稳定态,则在碱性
溶液中        (填化学式)是锰的最稳定态。
④当装置C 中pH 值为11.4 时,停止反应。装置C 中发生反应的离子方程式为        。
(3)测定KMnO4粗品纯度:称取mg KMnO4粗品(杂质不与Fe2+发生反应)于烧杯中溶解,并加稀硫酸酸化,
配成250mL 待测溶液。取25.00mL 0.01mol/L (NH4)2Fe(SO4)2标准溶液于锥形瓶中,再用待测液滴定标准
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液,滴定至终点时记录数据,重复以上实验三次,平均消耗待测液12.50mL。
KMnO
①
4粗品的纯度为       %(含m 的式子表示)。
②下列情况会导致KMnO4粗品的纯度测量值偏大的是       (填标号)。
A.在烧杯中溶解时,有少量液体溅出
B.量取标准溶液的滴定管没有润洗 
C.滴定达到终点时发现滴定管尖嘴内有气泡产生
D.滴定前平视,滴定后仰视读数
【答案】
(1)铁     
(2)C     饱和
溶液     MnO2     3MnO
+ 2CO2 =2MnO
 + MnO2 ↓+ 2CO
(3)
%     BC
【详解】(1)①熔融氧化时加入氢氧化钾,氢氧化钾和瓷坩埚中二氧化硅、与氧化铝均能发生反应,操
作应在铁坩埚中进行;
②氯酸钾与二氧化锰在碱性条件下加热熔融发生氧化还原反应,二氧化锰被氧化为锰酸钾,故反应的化学
方程式为:
;
(2)①A 为简易启普发生器,仅适用于块状难溶固体和液体的反应,无需加热且不会剧烈放热的反应;
A.MnO2与浓盐酸制Cl2需要加热,A 错误;
B.CaO 与浓氨水制NH3,CaO 为粉末状,B 错误;
C.Zn 与稀硫酸制H2,锌为块状且反应无需加热,C 正确;
D.Na2SO3与70%硫酸制SO2,亚硫酸钠为粉末状,D 错误; 
故选C。
②挥发的HCl 会与高锰酸钾反应从而使其产率下降,因此B 的目的是除去二氧化碳中的HCl,故B 中盛放
的试剂为饱和的碳酸氢钠溶液;
③根据已知酸性溶液中Mn2+是锰的最稳定态,其能量最低,故根据图像可知在碱性溶液中MnO2是最稳定
的存在;
④结合③中的图像,在装置C 中pH 值为11.4 时,发生歧化反应,生成二氧化锰和锰酸钾,故发生的离子
方程式为:3MnO
+ 2CO2 =2MnO
 + MnO2 ↓+ 2CO
;
(3)①根据电子的得失守恒,根据关系式5
~ 
,250ml 待测液中,n(KMnO4)=0.025×0.01×0.2×
=0.001mol,则KMnO4粗品的纯度为
;
 A
②
.在烧杯中溶解时,有少量液体溅出,导致溶质损失,待测液浓度偏小,A 错误;
B.量取标准溶液的滴定管没有润洗,则标准液浓度偏小,所用体积变小,待测液浓度偏大,B 正确;
C.滴定达到终点时发现滴定管尖嘴内有气泡产生,则所用待测液体积变小,故待测液浓度偏大,C 正
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确;
D.滴定前平视,滴定后仰视读数,导致所测待测液体积变大,故待测液浓度偏小,D 错误; 
故选BC。
20.重铬酸钾(
)在不同领域有着重要用途。
(1)室温下,
溶液中含铬物种的浓度与pH 的关系如图所示,反应
的平衡常数
      。
(2)酸性
溶液曾用于检测司机是否酒后驾驶,反应原理如下(未配平):
为探究
用量对该反应速率的影响,设计如下实验:
室温下,将不同体积的
溶液分别与
溶液混合,加入
乙醇溶液,用蒸馏水定容至50mL;静置30min 后,用分光光度计测得溶液的吸光度A 与
溶液体积
的关系如图所示(吸光度A 仅与
的浓度成正比)。
①若实验中加入的
与乙醇完全反应,转移电子的物质的量为      mol。
②随着硫酸用量增加,吸光度A 先增大后基本不变的原因是      。
(3)醋酸亚铬
是一种红色晶体,在气体分析中常用作氧气吸收剂,其难溶于冷
水,易溶于酸,潮湿环境下易被氧化。实验室用
制备醋酸亚铬的装置如图所示:
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①吸滤瓶中,锌将
还原为
(蓝色)的离子方程式为      。实验中锌必须过量的原因是  
 
。
②锥形瓶中发生反应
。请补充完整实验方
案:打开
,关闭
,打开
,向吸滤瓶中逐滴加入
盐酸溶液;      ;依次用蒸馏水、无水
乙醇、无水乙醚洗涤晶体,干燥(实验中必须使用的用品:瓶塞、冰水浴)。
【答案】
(1)0.011
(2)0.004 或
     V(H2SO4)<10mL,随着硫酸用量增大,溶液中c(H+)增大,反应速率增大,c(Cr3+)增 
大;V(H2SO4)>10mL,30min 内乙醇完全反应,c(Cr3+)基本不变
(3)
     使 K2Cr2O7充分被还原为CrCl2(或防止CrCl2被氧化);产生
H2将CrCl2溶液压入锥形瓶     当吸滤瓶中溶液颜色不再变化时,关闭K2,打开K3,关闭K1;当锥形瓶
中溶液不再增加时,迅速用瓶塞塞紧锥形瓶;将锥形瓶置于冰水浴中冷却结晶,过滤
【详解】(1)根据C 点:
。
(2)①Cr 化合价变化为+6→+3,CH3CH2OH 中C 的化合价为-2,CH3COOH 中C 的化合价为0,C 化合价
变化为-2→0,1mol
得到6mol 电子,1molCH3CH2OH 失去4mol 电子,根据得失电子守恒,则反应
K2Cr2O7和乙醇的计量系数比为2:3,转移12mol 电子,有计量关系:2K2Cr2O7~3 乙醇~12e-;实验中:
K2Cr2O7的物质的量为
,乙醇的物质的量为
,K2Cr2O7过量,则转移电子的物质的量为
;
②随着硫酸用量增加,吸光度A 先增大后基本不变的原因是:V(H2SO4)<10mL,随着硫酸用量增大,溶液
中c(H+)增大,反应速率增大,c(Cr3+)增 大;V(H2SO4)>10mL,30min 内乙醇完全反应,c(Cr3+)基本不变。
(3)①锌将
还原为
,同时生成Zn2+,离子方程式为
;
实验中锌必须过量的原因是:使 K2Cr2O7充分被还原为CrCl2(或防止CrCl2被氧化),同时产生H2将CrCl2溶
液压入锥形瓶
实验方案为:打开
,关闭
,打开
,向吸滤瓶中逐滴加入
盐酸溶液;当吸滤瓶中溶液颜色
不再变化时,关闭K2,打开K3,关闭K1;当锥形瓶中溶液不再增加时,迅速用瓶塞塞紧锥形瓶;将锥形
瓶置于冰水浴中冷却结晶,过滤。
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