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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23 讲 补充元素：锂、铍、钪、钛、钒及其化合物 （讲义）
讲义
夯基·知识精讲
【知识点1】锂及其化合物+5 道例题
【知识点2】铍及其化合物+5 道例题
【知识点3】钪及其化合物+5 道例题
【知识点4】钛及其化合物+5 道例题
【知识点5】钒及其化合物+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】锂及其化合物
1、银白色金属，较活泼，易与空气中的氧气反应，密度比煤油小，要保存石蜡油中。
（1）Li 在空气中燃烧生成Li2O，而不形成过氧化物和超氧化物；4Li+O2=====2Li2O
（2）Li 与氮气形成氮化物Li3N，而其他碱金属不能与N2直接化合；
（3）Li 与水反应生成氢气，但反应速率比Na 或K 缓慢得多，主要是因为生成的氢氧化锂溶解度小，覆盖
在金属表面阻碍反应。
2Li+2H2O=2LiOH+H2↑
（4）含Li 的主要矿物有锂辉石LiAlSi2O6 等，用于制造低密度合金和锂电池，Li 是制造锂电池的重要
金属。锂电池的电解质溶液为非水溶液，传导离子为Li+。以xLi+Li1-xMnO2=LiMnO2，电解质为熔融
Li2O 的电池为例：
放电时
负极反应
xLi-xe-=xLi+
正极反应
xLi++xe-+Li1-xMnO2=LiMnO2
2、LiOH 为强碱，溶于水，Li2CO3、LiF、Li3PO4难溶于水。LiOH ，Li2CO3都不稳定，加热分解：
2LiOH
Li2O＋H2O，LiCO3
Li2O＋CO2↑，
其他碱金属元素对应的碱和碳酸盐加热不易分解。
3、工业制锂用电解LiCl 制得：2LiCl(熔融)=====2Li+Cl2↑
4、LiAlH4，遇水发生爆炸性反应生成氧气，是有机合成中重要的还原剂，可以还原醛、酮、酸中的不饱和
碳氧双键(C=O)，也可以将硝基还原成氨基。
【例1】我国正处于迈向科技强国的关键阶段。下列关于科技成果的描述正确的是
A．国产大飞机 C919 机身使用的铝锂合金，属于金属材料，该合金的硬度比纯铝小
B．“天宫二号”的太阳能电池帆板的主要材料是二氧化硅
C．线型结构橡胶可通过硫原子形成网状结构的硫化橡胶，后者化学稳定性更好
1
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D．比亚迪自研的碳陶瓷刹车盘质轻和耐高温，属于传统无机非金属材料
【答案】C
【详解】A．合金硬度大于成分金属，铝锂合金，属于金属材料，硬度比纯铝大，A 错误；
B．太阳能电池帆板的主要材料是单质硅，而不是二氧化硅，B 错误；
C．线型结构橡胶可通过硫原子形成网状结构的硫化橡胶，使得其性能更好，化学稳定性更好，C 正确；
D．碳陶瓷是新型陶瓷，属于新型无机非金属材料，D 错误；
故选C。
【例2】富集海水中锂的电化学系统如图所示，工作步骤如下：
①启动电源1，
所在腔室的
进入
结构而形成
。
②关闭电源1 和海水通道，启动电源2，使
中的
脱出进入腔室2.
关于该电化学系统的说法正确的是
A．启动电源1 时，电极1 为阴极
B．启动至关闭电源1，若转化的
与生成的
之比为
，可得
中的
C．启动电源2 时
电极反应式为
D．电化学系统降低了腔室2 中LiOH 的浓度
【答案】B
【详解】由①可知，启动电源1，
所在腔室的Li+进入
结构而形成
，可知
中Mn
元素的化合价降低，为阴极，电极反应式为
，电极1 为阳极，连接电源正极；
②关闭电源1 和海水通道，启动电源2，使
中的
脱出进入腔室2，可知，电极2 为阴极，电极
反应式为：
；阳极的电极反应式为：
，以此分析解题。
A．由分析可知，室Ⅰ中电极Ⅰ连接电源Ⅰ的正极，作阳极，发生氧化反应，故A 错误；
B．根据分析可知，启动至关闭电源1，转化的n(
)与生成的n(
)之比为20：3，设生成的氧气为
3mol，转移电子为12mol，根据阳极的电极反应式：
，结合电子守恒，可知
2mol
生成时转移1.2mol 电子，可得
中的x=1.2，故B 正确；
C．启动电源2 时，
电极是阳极，电极反应式为：
，故C 错误；
2
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D．由分析可知，启动电源2，使
中的
脱出进入腔室2，电极2 为阴极，电极反应式为：
；提高了腔室2 中
的浓度，故D 错误；
故答案选B。
【例3】结构决定性质，性质决定用途。下列事实解释错误的是
选项
事实
解释
A
碱金属中Li 的熔点最高
碱金属中锂离子的半径最小，形成的金属键最强
B
在水中溶解度比
的大
和
均为极性分子，
为非极性分子
C
键角：
中心原子杂化方式不同
D
甘油是黏稠液体
甘油分子间的氢键较强
A．A
B．B
C．C
D．D
【答案】C
【详解】A．碱金属中锂离子的半径最小，形成的金属键最强，导致碱金属中Li 的熔点最高，A 正确；
B．水和
是极性分子，而
为非极性分子，由相似相溶原理可知，
在水中的溶解度比
的大，B 正
确；
C．
和
的中心原子价层电子对数均为4，孤电子对数分别为1、2，即两者中心原子杂化方式相
同，但孤电子对数不同，孤电子对数越多，对成键电子对的排斥力越大，键角越小，C 错误；
D．甘油分子中有3 个羟基，分子间可以形成更多的氢键，且O 元素的电负性较大，故其分子间形成的氢
键较强，因此甘油是黏稠液体，D 正确；
故答案：C。
【例4】碱金属的液氨溶液含有的蓝色溶剂化电子[e(NH3)n]-是强还原剂。锂与液氨反应的装置如图(夹持装
置略)，已知液氨的沸点-33.5℃。下列说法正确的是
A．装置A 中的药品可替换为Ca(OH)2溶液与NH4Cl 固体
B．D 中发生的变化是Li+nNH3=Li++[e(NH3)n]-
C．锂片必须打磨出新鲜表面，C、E 均可选用CaCl2固体
D．D 中干冰-丙酮冷却装置可改为冰水浴
【答案】B
3
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【详解】A．
微溶于水，其溶液浓度小，与
固体在不加热条件下不能生成氨气(加热条件也
不适合制取氨气)，故装置A 中药品不能换为
溶液与
固体，A 项错误；
B．氨气在双口瓶中冷却为液氨，锂与液氨反应生成
，根据原子守恒和电荷守恒可知，双口瓶
中的变化为：
，B 项正确；
C．锂保存在石蜡中，使用前应打磨掉表面的氧化层，氨气可与氯化钙发生络合反应，故干燥管C 中不能
加入
固体，C 项错误；
D．冰水浴温度不能达到-77℃，干冰-丙酮冷却装置不可改为冰水浴，D 项错误；
答案选B。
【例5】锂离子电池是新能源汽车的重要部件。某研究小组利用
对废弃的锂离子电池正极材料
(在酸性溶液中是强氧化剂)进行氯化处理，同时回收
、
等金属，工艺流程如图所示：
已知：常温下，
，
；离子浓度小于
表示沉
淀完全。
回答下列问题：
(1)“焙烧”得到
、
、
的混合物，滤饼1 的主要成分是 (填化学式)。
(2)实验室中也可用稀硫酸和
溶解电池正极材料
，发生反应的离子方程式为 ，若用盐
酸直接溶解
的后果是 。
(3)烧渣“水浸”前要先分离过量的
，否则“水浸”时因其水解会产生大量的烟雾。C、
同主族，从
原子结构角度解释
不如
易水解的原因是 。
(4)“沉钴”时需要调节溶液的
，其目的是 。
(5)
在空气中加热时，固体残留率(
)随温度的变化曲线如图所示：
在
完全脱水，在
范围内剩余固体的成分是 (填化学式)。
4
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(6)已知
的溶解度随温度变化如下表：
20
40
60
80
1.3
3
1.1
7
1.0
1
0.8
5
“沉锂”前将溶液浓缩可以得到副产品，此外还有一个目的是 ；“沉锂”后过滤时用热水而不用
冷水洗涤的原因是 。
【答案】
(1)
(2)
产生有污染性的气体
(3)
的原子半径大，
键长较长，较易断裂
(4)使
沉淀完全
(5)
、
(6)有利于沉淀锂离子 减少
的损失
【详解】由流程和题中信息可知，LiCoO2粗品与SiCl4在500℃焙烧时生成氧气和烧渣，烧渣是LiCl、
CoCl2和SiO2的混合物；烧渣经水浸、过滤后得滤液1 和滤饼1，滤饼1 的主要成分是SiO2和H2SiO3；滤液
1 用氢氧化钠溶液沉钴，过滤后得滤饼2[主要成分为Co(OH)2]和滤液2(主要溶质为LiCl)；滤饼2 置于空气
中在850℃煅烧得到Co3O4；滤液2 经碳酸钠溶液沉锂，得到为Li2CO3，以此解答。
（1）“焙烧”得到
、
、
的混合物，由分析可知，滤饼1 的主要成分是
。
（2）用稀硫酸和
溶解电池正极材料
，Co 元素由+3 价下降到+2 价，
中O 元素由-1 价上
升到0 价生成O2，根据得失电子守恒和电荷守恒配平离子方程式为：
，若用盐酸直接溶解
的后果是：Cl-被
氧
化，产生有污染性的气体
。
（3）
不如
易水解的原因是：
的原子半径大，
键长较长，较易断裂。
（4）溶液中Co2+浓度为
时，c(OH-)=
，c(H+)=
，pH≈9.4，“沉钴”时需要调节溶液的
，其目的是：
使
沉淀完全。
（5）Co(OH)2 在空气中加热时，可得到不同价态的氧化物，根据质量守恒定律，在变化过程中，Co 的质
量没有变化。设原始固体质量为 100 g，则 n(Co)=n[Co(OH)2]=
=
mol，m(Co)=nM(Co)=
mol×59 g/mol=
g，在 1000℃ 时，固体质量不再变化，则剩余固体质量 m=100g×80.65%=80.65g，其
5
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中O 元素的质量 m(O)=m=m(Co)=(80.65−
)g，n(O)=
=
mol。在剩余
固体中，n(Co)：n(O)=
：
=1：1，剩余固体的成分为 CoO，在 500℃时，n(Co)：
n(O)=
：[(86.38−
)÷16]=3：4，其化学式为 Co3O4．因此在
范围内剩余固体的成分是
、
。
（6）“沉锂”前将溶液浓缩可以得到副产品，同时增大了c(Li+)，此外还有一个目的是有利于沉淀锂离
子，
的溶解度随着温度的升高而降低，“沉锂”后过滤时用热水而不用冷水洗涤的原因是减少
的损失。
【知识点2】铍及其化合物
1．铍(Be)
(1)物理性质：铍金属为钢灰色或灰白色，熔点1283℃，沸点2570℃，密度1.848g/cm³。铍在地壳中含量为
0.001%，含铍矿石约有30 多种，具有经济价值的主要有绿柱石(3BeO•Al2O3•6SiO2)、硅铍石(2BeO•SiO2)、
金绿宝石(BeO•Al2O3)等几种。
(2)化学性质：铍的化学性质活泼，具有活泼金属通性，容易被氧化剂氧化，常见化合价为＋2 价。铍表面
易形成氧化层，减小了金属本身的活性。根据对角线规则，Be 与Al 的性质相似，能与酸和碱反应。
①与非金属反应：与O2，N2，S 反应，生成BeO，Be3N2和BeS。它与碳反应生成Be2C 碳化物(与Al4C3同
类，类似的还有BeCl2和AlCl3均为共价化合物，易升华，易溶于有机溶剂)，而其他碱土金属的碳化物都
是MC2型。
Be＋O2
2BeO，3Be＋N2
Be3N2，Be＋S
BeS
②既能与酸又能与碱反应：不仅能溶于酸溶液，也能溶于碱溶液，放出H2，但铍和铝相似，与冷的浓硝酸
接触，发生“钝化”现象。
与酸反应：Be＋2HCl===BeCl2＋H2↑
与碱反应：Be＋2NaOH＋2H2O===Na2[Be(OH)4]＋H2↑或Be＋2NaOH===Na2BeO2＋H2↑
(3)制备
①还原BeF2，用此法制备存在许多困难，该反应强烈放热甚至会导致爆炸。且最终体系内物质沸点结晶，
导致Be 与MgF2分离比较困难。
BeF2＋Mg===MgF2＋Be
②电解熔融盐。由于熔融的铍盐几乎不导电或导电性很弱，必须加离子型的盐，如电解NaCl－BeCl2或者
LiCl－KCl－BeCl2熔盐。用镍坩埚作电解槽及阴极，阳极是石墨棒。
2．氧化铍(BeO)——两性氧化物
与酸反应：BeO＋2HCl===BeCl2＋H2O
与碱反应：BeO＋2NaOH＋H2O===Na2[Be(OH)4]或BeO＋2NaOH===Na2BeO2＋H2O
3．氢氧化铍(Be(OH)2)——两性氢氧化物
6
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与酸反应：Be(OH)2＋2HCl===BeCl2＋2H2O
与碱反应：Be(OH)2＋2NaOH===Na2[Be(OH)4]或Be(OH)2＋2NaOH===Na2BeO2＋2H2O
【例1】运用元素周期律分析下面的推断，其中不正确的是
A．锂(
)与水反应比铍(
)与水反应剧烈
B．砹(
)为有色固体，
难溶于水
C．铷(
)的燃烧产物比钠的燃烧产物更复杂
D．
的酸性比
的酸性强
【答案】D
【详解】A．同主族越靠右金属性越弱，则Li 的金属性比Be 强，其与水反应比铍(
)与水反应剧烈，A
正确；
B．砹(At)为第七周期、V II A 族元素，该族元素单质的颜色逐渐加深，对于AgX 的溶解度逐渐减小，B 正
确；
C．对比锂和钠的燃烧产物可知，金属性越强，则其燃烧产物越复杂，铷的金属性大于钠，则在氧气中铷
(Rb) 的燃烧产物比钠的燃烧产物更复杂，C 正确；
D．H-I 键比H-F 键长，键能较小，因此在水分子的作用下更容易断裂，从而更容易电离出H+离子，酸性
更强，D 错误；
故选D。
【例2】在元素周期表中，某些主族元素与其右下方的主族元素(如图所示)的有些性质是相似的(如锂和镁
在过量的氧气中燃烧均生成氧化物，而不是过氧化物)，这种相似性被称为对角线规则。下列说法错误的是
A．镁在空气中燃烧生成的氧化镁中含有少量的
，则换成锂燃烧，也可能含有
B．铍最高价氧化物为
，属于两性氧化物
C．
溶于氢氧化钠溶液时的反应为
D．这种规则是不符合元素周期律的一种特例
【答案】D
【详解】A．由对角线规则得锂、镁性质有相似性，则
在空气中燃烧生成的
中可能含有少量的
，A 项正确；
B．铍的最高价氧化物为
，结合
为两性氧化物得，
也应属于两性氧化物，B 项正确；
C．氢氧化铝溶于强碱的反应为
，则
溶于氢氧化钠对应的反应为
，C 项正确；
7
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D．这种规则其实也是周期律的一种体现，如原子半径：
、
，
原子半径的接近性导致
二者的非金属性相似，D 项错误；
故选D。
【例3】中科院研制的氟硼铍酸钾(KBe₂BO₃F₂)棱镜耦合装置为我国深紫外全固态激光源进入世界先进行列
打下基础。下列说法不正确的是
A．铍、硼、氟都属于短周期主族元素
B．根据铍与铝在周期表中位置推断，Be 能与烧碱溶液反应生成氢气
C．铍、硼、氟的原子半径依次增大
D．根据价电子排布可知，钾、铍属于s 区，硼、氟属于p 区
【答案】C
【详解】A．铍、硼、氟都位于第二周期，属于短周期主族元素，A 正确；
B．铍与铝在周期表中为对角线关系，性质相似，因此Be 能与烧碱溶液反应生成氢气，B 正确；
C．铍、硼、氟为同周期元素，随着原子序数增大半径减小，C 错误；
D．元素在周期表中分区是根据价电子排布分的，第IA、IIA 族属于s 区，第IIIA～VIIA～0 族都属于p
区，钾、铍属于s 区，硼、氟属于p 区，D 正确；
故选C。
【例4】铍及其化合物的应用正日益被重视，最重要的含铍矿物是绿柱石，含2%铬
的绿柱石即为祖母
绿。
(1)氯化铍在气态时存在
分子
和二聚分子
，固态时则具有如下图所示的链状结构
。
a
①属于 (填“极性”或“非极性”)分子。
b
②的结构式为
，分子中所有原子是否都在同一平面上？ (“是”或“否”)。
c
③中
原子的杂化方式为 。
④氯化铍晶体中存在的作用力有 。
a．范德华力 b．极性键 c．离子键
(2)铍与铝元素符合对角线规则，且铍、铝晶体结构相似，都是最密堆积。
①下列有关铍和铝的叙述正确的是 。
a．都属于p 区主族元素
b．电负性都比镁大
c．第一电离能都比镁大
②铍的熔点 铝的熔点(填“>”或“<”)。
③
与
形成结构相似的配位离子。写出
与
形成配位离子的化学式 。
(3)某铍的氧化物立方晶胞如下图所示。
8
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①该氧化物的化学式为 。
②该晶体的密度为
，则晶胞参数
。(
，阿伏加德罗常数取值
)
【答案】
(1)非极性 是
ab
(2)b >
(3)
【详解】（1）①在
分子中Be 原子形成2 个
键，Be 原子的杂化轨道数为2，故Be 原子采取的
杂化方式为：
，属于直线形结构，则属于：非极性分子；
②根据b 的结构
，Be 原子有空轨道，Cl 原子有孤电子对，则配位键中电子对由氯原子提
供形成二聚分子后，杂化方式为：
杂化，得到的是平面四边形结构，则分子中所有原子是处于同一平
面上；
③根据c 的结构
，中心原子Be 有4 个σ 键，无孤电子对，价层电子对为4，则杂化方式
为：
杂化；
④氯化铍晶体中存在的作用力：
a．范德华力：
为分子，其晶体为分子晶体，存在分子间作用力即范德华力，a 正确；
b．极性键：
键为不同元素原子间的共价键，属于极性键，b 正确；
c．离子键：
为分子，其晶体为分子晶体，不存在离子键，c 错误；
故答案为：ab。
（2）①下列有关铍和铝的叙述正确的是：
a．都属于p 区主族元素：根据两元素在周期表中的位置可知，铍属于s 区主族元素，而铝属于p 区主族元
素，a 错误；
b．电负性都比镁大：金属性越强，电负性越小，Mg 比Be、Al 的金属性强，则Be、Al 的电负性都比镁
大，b 正确；
c．第一电离能都比镁大：同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小，则Be 的第一电离能比Mg 大；同周
期主族元素从左到右第一电离能呈逐渐增大的趋势，但Mg 因s 轨道全充满，所以第一电离能反而比Al
9
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大，c 错误；
故答案为：b。
Be
②
属于碱土金属，比Al 具有更小的原子半径和更强的金属键作用，导致铍的熔点大于铝的熔点；
③
与
形成结构相似的配位离子，由
和
形成的配位离子
可以推测出
与
形成配位离子的化学式为：
。
（3）①根据晶胞图可知：Be 原子位于晶胞体心，个数为4；O 原子有8 个位于顶点、6 个位于面心，个数
为
，得到该氧化物的化学式为：
；
②根据
，由
，解得
。
【例5】铍的氧化物广泛应用于原子能、航天、电子、陶瓷等领域，是重要的战略物资。利用绿柱石(主要
成分为
，还含有一定量的FeO 和
)生产BeO 的一种工艺流程如下图：
已知：
煅烧后铍、铝、硅以氧化物形式存在。回答下列问题：
(1)Al 的原子结构示意图为 。
(2)“粉碎”的目的是 。
(3)工业上可用BeO、
与过量碳粉在600~800℃制备
，化学方程式为 。
(4)残渣的主要成分是 ，该流程中能循环使用的物质是 。
(5)“沉铍”时的离子方程式为 。
(6)wg 绿柱石(BeO 含量为14%)经过一系列反应后，得到纯度为90%的BeO 产品ag，则BeO 的产率为
(用含w、a 的式子表示)。
【答案】
(1)
(2)增大反应物接触面积，加快浸取速率，提高浸取率
(3)
(4)
10
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(5)
(6)
【详解】采用绿柱石(主要成分为
，还含有一定量的FeO 和
)来生产BeO 的工艺流程为：
将绿柱石进行煅烧，再将煅烧物进行粉碎，加入浓硫酸进行浸取过滤除去残渣，在滤液中加入
调节pH=1.5 进行除铝，过滤除去滤渣，继续在滤液中加入氨水调节pH=5.1 进行除铁，过滤后继续加氨水
调节pH=8.0 进行沉铍，过滤后得到
，加热分解后得到产品
，据此分析解答。
（1）Al 为13 号元素，核外电子数为13，则其原子结构示意图为：
。
（2）粉碎的目的是增大反应物接触面积，加快浸取速率，提高浸取率。
（3）用BeO、
与过量碳粉在600~800℃制备
的化学方程式为：
。
（4）根据绿柱石绿柱石的成分
中的元素可知，残渣的成分是不溶于酸的
；最后加氨水沉
铍后除得到
外，还有
产生，则可以将生成的
循环到除铝步骤中使用。
（5）沉铍是在滤液中加氨水调节pH=8.0 将铍转化为
，则反应的离子方程式为：
。
（6）wg 绿柱石(BeO 含量为14%)经过一系列反应后，理论上可得
，现在实际得到
，则BeO 的产率为：
。
【知识点3】钪及其化合物
1、单质是柔软、银白色，熔点1500℃以上。钪常用来制特种玻璃、轻质耐高温合金。在空气中易被氧
化，生成Sc2O3，与热水能反应产生氢气，在大多数稀酸中缓慢溶解。
2Sc+6HCl=2ScCl3+3H2↑
2、钪土Sc2O3，碱性氧化物。
3、盐类无色，与氢氧化钾和碳酸钠形成胶体沉淀，碳酸盐Sc2(CO3)3不溶于水，在水溶液中能形成碱式
碳酸盐沉淀。ScCl3升华温度850℃，为离子化合物，易水解。
4、制取钪金属：电解熔化的ScCl3生产出来。
5、应用：
（1）钪钠灯具有发光效率高、光色好、节电、使用寿命长和破雾能力强等特点，使其广泛用于电视摄
像和广场、体育馆、马路照明。
（2）用于太阳能光电池，在金属-绝缘体-半导体硅光电池和太阳能电池中，钪是最好的阻挡金属。
（3）用于γ 射线源，46Sc 可以当作γ 射线源或者示踪原子，还可以用来对恶性肿瘤进行放射治疗。
（4）用于制造合金，在铝、铁、钨中加入少量，对合金起质变作用。
11
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（5）用于改良特殊陶瓷，Sc2O3对氧化锆陶瓷材料有良好的稳定作用。对氮化硅有增密和稳定作用。
（6）用于催化剂，对有机化工有重要作用。
（7）用于核能工业，在高温反应堆核燃料中UO2加入少量Sc2O3可避免发生体积增大和出现裂纹。
（8）用于燃料电池，在镍碱电池中加入2.5%~25%的钪，会增加使用寿命。
【例1】钪元素在国防、冶金、化工、宇航等领域有重要的应用。由草酸钪制取钪单质的工艺流程如图所
示。下列说法错误的是
A．在空气中灼烧草酸钪，反应的化学方程式为
B．
为离子化合物，
的电子式为
C．理论上，生产
钪单质，需要
金属钙
D．假设各步转化均完全，由
粗氧化钪可制得
钪单质，则粗氧化钪的纯度为92％
【答案】C
【详解】草酸钪在空气中灼烧生成粗
和
，粗
经提纯得到纯
，纯
与
反应生
成
，
与钙在高温条件下反应生成钪和氧化钙。
A．草酸钪在空气中灼烧时，与空气中的
发生反应生成
和
，反应的化学方程式为：
，故A 项正确；
B．
中含有
，是离子化合物，
的电子式为
，故B 项正确；
C．根据
可知，生成
钪单质需要
金属钙，其质量为
，故C 项错
误；
D．由质量守恒可知，
氧化钪可制得
钪单质，则粗氧化钪的纯度为：
％=92％，故D 项
正确；
故本题选C。
【例2】某含钪废水中，除了含有
外，还含有一定量的
、
，以含钪废水为主要原料制备
的工艺流程如下图所示，下列说法正确的是
A．为了加快操作1 的速率，应该用玻璃棒不断搅拌
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B．滤渣1 中含有
、
、
，加入盐酸后，沉淀溶解得到含
、
和
的
滤液
C．实验室模拟“焙烧”操作的仪器：酒精灯、铁三脚架、泥三角、坩埚、玻璃棒
D．“焙烧”时发生反应：
【答案】C
【详解】含钪废水中，除了含有
外，还含有一定量的
、
，酸洗时加入H2O2的目的是将Fe2+氧
化为Fe3+，“滤渣Ⅰ”的主要成分是Ti(OH)4、Fe(OH)3、Sc(OH)3，加入10%的盐酸调pH 的目的是将
Sc(OH)3转化为含Sc3+的溶液，再加入草酸溶液得到草酸钪，草酸钪与氧气焙烧时生成Sc2O3和CO2。
A．过滤时不能用玻璃棒不断搅拌，A 错误；
B．滤渣1 中含有
、
、
，加入盐酸后，
沉淀溶解得到含
的滤液，B 错
误；
C．实验室加热固体一般选用坩埚，因此实验室模拟“焙烧”操作的仪器：酒精灯、铁三脚架、泥三角、
坩埚、玻璃棒，C 正确；
D．“焙烧”时有空气参与反应，草酸钪与氧气焙烧时生成
和
，因此“焙烧”时发生反应：
，D 错误；
故选C。
【例3】第21 号元素“钪”有很高的应用前景，下列说法错误的是
A．元素符号为Sc
B．位于元素周期表的第四周期第IIIB 族
C．最外层有2 个电子，最高正价为+2
D．同周期元素中，基态原子未成对电子数与钪原子相同的还有4 种
【答案】C
【详解】A.“钪”元素符号为Sc，故A 正确；
B. 21 号元素位于元素周期表的第四周期第IIIB 族，故B 正确；
C.Sc 原子外围电子排布式为3d14s2，最高正价为+3，故C 错误；
D. 根据外围电子排布式判断，第四周期中，基态原子未成对电子数为1 的原子还有钾、铜、镓、溴4 种，
故D 正确；
故选C。
【例4】钪(
)是极为稀有的战略性关键金属。翟钪闪石是在我国境内发现的第一个含钪新矿物，理想化
学式为
。下列说法不正确的是
A．电负性：
B．Sc 位于元素周期表ds 区
C．原子半径：
D．Si 位于元素周期表第三周期第ⅣA 族
【答案】B
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【详解】A．同周期从左到右，电负性依次增大，所以电负性：F>O，故A 正确；
B．Sc 是21 号元素，基态原子核外电子排布式1s22s22p63s23p63d14s2，位于元素周期表d 区，故B 错误；
C．同周期自左而右，原子半径依次减小，所以原子半径：Na＞Mg，故C 正确；
D．Si 是14 号元素，基态原子核外电子排布式1s22s22p63s23p2，位于元素周期表第三周期第ⅣA 族，故D
正确；
故答案为：B。
【例5】钪是一种重要的稀土元素，其氧化物
是一种重要的无机化工原料，广泛应用于电子、陶
瓷、光学、化工等领域。工业上利用固体废料“赤泥”(含
、
、
、
、
等)生产高纯
氧化钪，同时回收
。工艺流程如图：
已知：ⅰ.钪与铝化学性质相似；
ⅱ.
；
ⅲ.草酸沉淀实验结果
实验
溶液酸度(pH)
与草酸物质的量之比
沉淀颗粒
草酸钪沉率%
1
较粗
99.2
2
粗
97.2
3
细
90.1
4
很细
93.3
回答下列问题：
(1)基态
原子的简化电子排布式为 。
(2)为提高“酸浸”速率，可采取的措施是 (答出一条即可)。
(3)滤渣1 的成分 。
(4)“氧化”后溶液中
浓度为
，常温下“调
”时，若控制
，则
的去除率为
%(忽略掉
前后溶液的体积变化)。
(5)过程中
生成
的离子方程式为 。
(6)研究人员对“沉钪”过程的定量条件进行了对比实验，条件最适合的是已知ⅲ中的第1 组，原因是：不
仅沉淀率>99.0%、节约草酸用量，且 。
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(7)
在空气中加热分解时，
随温度变化如图所示。已知：
。250℃时固体的主要成分是 (填化学式)。
【答案】
(1)
(2)粉碎，适当升温等
(3)
(4)99%
(5)
(6)沉淀颗粒越粗越有利于过滤(或沉淀颗粒细吸附杂质较多)
(7)
【详解】本工艺流程题是从固体废料“赤泥”里回收
，由题干流程图结合题干已知信息可知，“赤
泥”（含FeO、Fe2O3、SiO2、
、
等），加入盐酸后将Fe 转化为
、
、
转化为
转化为
，过滤得滤渣Ⅰ
，空气氧化过程中，
转化为
，加入氨水节
来除去
，过滤得固体沉淀物滤渣Ⅱ为
沉淀，滤液中加入空气、
沉锰，
转化为
，加
入盐酸使钪元素以
形式存在，向滤液中加入草酸，得到草酸钪晶体，过滤洗涤干燥后，在空气中加热
可得
固体，据此分析解题。
（1）
是21 号元素，根据构造原理可知基态
原子核外电子排布式是
，则简化的
钪原子的核外电子排布式是
，答案：
；
（2）将“赤泥”粉碎，可增大其与酸的接触面积，加快化学反应速率，升高温度可加快化学反应速率，
故“酸浸”前对“赤泥”的处理方式为将“赤泥”粉碎；故答案为：粉碎，适当升温等；
（3）据分析可知，滤渣1 的成分
，答案：
；
（4）当
时，溶液中氢氧根离子的浓度
，此时三价铁的浓度
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，则
的去除率
，答案：
99%；
（5）过程中
生成
的离子方程式为：
，答案：
；
（6）由表已知，沉淀颗粒越粗越有利于过滤（或沉淀颗粒细吸附杂质较多），答案：沉淀颗粒越粗越有
利于过滤(或沉淀颗粒细吸附杂质较多)；
（7）设有
草酸钪晶体（
）在空气中受热，250℃时，剩余固体质量为
，失
水重量为
，即250℃时，
晶体失去
水，则此时晶体的主要成分是
，答案：
。
【知识点4】钛及其化合物
1．钛（Ti）
(1)钛是活泼的金属，在高温下能直接与绝大多数非金属元素反应。在室温下，钛不与无机酸反应，但能溶
于浓、热的盐酸和硫酸中。
2Ti＋6HCl(浓)===2TiCl3＋3H2↑
2Ti＋3H2SO4(浓)===2Ti2(SO4)3＋3H2↑
(2)钛易溶于氢氟酸或含有氟离子的酸中：Ti＋6HF===TiF6
2-＋2H+＋2H2↑
2．二氧化钛（TiO2）：二氧化钛在自然界以金红石为最重要，不溶于水也不溶于稀酸，但能溶于氢氟酸和
热的浓硫酸中。
TiO2＋6HF===H2[TiF6]＋2H2O
TiO2＋2H2SO4===2Ti (SO4)2＋2H2O
TiO2＋H2SO4===2Ti OSO4＋H2O
3．四氯化钛（TiCl4）：四氯化钛是钛的一种重要卤化物，以它为原料，可以制备一系列钛化合物和金属
钛。它在水中或潮湿空气中都极易水解将它暴露在空气中会发烟：TiCl4＋2H2O===TiO2＋4HCl
4．钛(Ⅳ)的配位化合物
钛(Ⅳ)能够与许多配合剂形成配合物，如[TiF6]2－、[TiCl6]2－、[TiO(H2O2)]2+ 等，其中与H2O2的配合物
较重要。利用这个反应可进行钛的比色分析，加入氨水则生成黄色的过氧钛酸H4TiO6沉淀，这是定性检出
钛的灵敏方法。
【例1】金属钛
对人体无毒且惰性，能与肌肉和骨骼生长在一起，有“生物金属”之称。对于
和
及钛元素的说法正确的是
A．
和
的核外电子数不同
B．钛元素不是主族元素
C．钛元素的相对原子质量必为49
D．
和
的中子数相同
【答案】B
【详解】A．
的核电荷数为22，这两种钛元素的不同核素的核外电子数相同，A 错误；
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B．
和
属于同种元素，质子数为22，由于
，处于周期表第四周期、第4 列，属于副族
元素，不是主族元素，B 正确；
C．
和
互为同位素，其相对原子质量不一定为二者质量数的平均值，应该为按照所有钛元素的不
同核素所占的百分比、及它们的相对原子质量计算出平均值，C 错误；
D．
和
的质子数相同，但中子数不同，D 错误；
故选B。
【例2】近几年我国在航空航天、量子通讯等方面大放异彩，下列说法错误的是
A．“祝融号”火星探测器上使用的钛合金具有优良的性能，钛属于IVB 族元素
B．“天问一号”中
形状记忆合金的两种金属都属于过渡金属元素，Ni 在元素周期表中位于ds
区
C．清华大学打造的世界首款异构融合类脑芯片—天机芯的主要材料硅的价电子排布式为
D．量子通信材料螺旋碳纳米管TEM 与石墨烯互为同素异形体
【答案】B
【详解】A．钛是22 号元素，位于第四周期IVB 族，A 正确；
B．Ni 的电子排布为[Ar]3d84s2，最后填充d 电子，位于d 区而非ds 区，B 错误；
C．硅的价电子排布为3s23p2，C 正确；
D．碳纳米管和石墨烯均为碳单质，结构不同，互为同素异形体，D 正确；
故选B。
【例3】以金红石（主要成分为
）为原料制取海绵钛的工艺流程如图所示：
下列说法错误的是
A．上述流程中可循环利用的物质只有
和
B．反应Ⅱ中通入氩气的作用是防止
、Ti 被空气中的
氧化
C．工业制备单质镁用
而不用
的原因是
的熔点高，耗能大
D．高温下反应Ⅰ可生成一种可燃性气体，其化学方程式为
【答案】A
【详解】由流程可知，I 中发生
，II 中发生2Mg+TiCl4
2MgCl2+Ti，氩气可防止
、Ti 被氧化，分离出氯化镁电解生成Mg，海绵钛中常混有少量杂质为Mg，钛
的化学活性不活泼，仅能与氧气等几种物质起反应，而与稀盐酸不反应，可加入过量的稀盐酸、过滤、洗
涤、干燥除杂，且该流程中Mg 与氯气可循环使用，以此来解答。
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A．该反应中氩气不参加反应，也可以循环使用，A 错误；
B．由分析可知，反应Ⅱ中通入氩气的作用是防止
、Ti 被空气中的
氧化，B 正确；
C．
和
都是离子晶体，但是氧离子半径小，氧化镁熔点高，工业制备单质镁用
而不用
，C 正确；
D．由分析可知，I 中发生
，D 正确；
故选A。
【例4】工业上以钛铁矿(
，其中
为+4 价)为主要原料制备金属钛的工艺流程如图所示。下列说法
错误的是
A．
位于元素周期表中第4 周期ⅢA 族
B．氯化时，被氧化的元素有碳和铁
C．制备
时，
气做保护气防止
被氧化
D．氯化时，每生成
，转移电子0.7mol
【答案】A
【详解】在氯化时发生反应：2FeTiO3+7Cl2+6C
2FeCl3+2TiCl4+6CO，反应得到TiCl4，然后Mg 与TiCl4
在Ar 气中加热800℃，反应产生Ti，反应的化学方程式为：2Mg+TiCl4
Ti+2MgCl2。
A．
为22 号元素，位于元素周期表中第4 周期ⅣB 族，A 错误；
B．由分析，氯化时，碳、铁化合价升高，则被氧化的元素有碳和铁，B 正确；
C．由TiCl4制备Ti 的过程中，Ar 的作用是防止Ti、镁被空气中氧气氧化，C 正确；
D．由分析，氯化时发生反应：2FeTiO3+7Cl2+6C
2FeCl3+2TiCl4+6CO，氯化合价由0 变为-1，存在电子
转移7Cl2~14e-~2FeCl3，则每生成
，转移电子0.7mol，D 正确；
故选A。
【例5】工业上用钛铁矿(主要含
和少量
、
、
、
等)通过如图所示工艺流程制取
钛，并进一步回收镁、铝、铁等的化合物。
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已知：
①酸浸后，钛主要以
形式存在；
为强电解质，在溶液中仅能电离出
和一种正离子；
25℃
②
，相关金属离子开始沉淀和沉淀完全的
如表所示。
金属离子
开始沉淀的
2.2
6.5
3.5
9.5
恰好沉淀完全
时的
3.2
9.7
4.7
11.1
(1)若要使“分步沉淀”后母液中
浓度不超过
，则此时溶液pH 至少为多少？
。
(2)“酸浸”时，FeO 与硫酸反应的离子方程式是 。
(3)从水解平衡角度解释“水浸”时生成
的原因可能是 。
(4)“分步沉淀”：用氨水逐步调节
至11.1，依次析出的沉淀是： 、
。
(5)若在“酸浸”后的溶液中加入适量的
，其作用是 。
【答案】
(1)3.53
(2)
(3)
水解：
，加热水促进水解平衡右移，生成
(4)
、
、
(5)将
氧化为
，便于在后续分步沉淀中除去
【详解】向钛铁矿(主要含
和少量
、
、
、
等)中加入硫酸，二氧化硅不反应，
其他物质与硫酸反应，过滤，向滤液中加入热水，过滤得到
，煅烧得到
，再氯化得到四氯化
钛，四氯化钛和镁反应生成钛和氯化镁，滤液中滴加氨水分步沉淀金属离子得到氢氧化物。
（1）已知
沉淀完全时
，
恰好沉淀完全
时的
为3.2，此时
，则
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。若使母液中
浓度不超过
，则
，
，
，所以此时
溶液
至少为3.53；
（2）FeO 是碱性氧化物，与硫酸反应生成亚铁盐和水，据此写出离子方程式为
；
（3）
水解的离子方程式为：
，加热水促进水解平衡右移，生成
；
（4）滤液中含有
、
、
、
，用氨水逐步调节
至11.1，由表格数据可知，依次析出的沉
淀是：
、
、
、
；
（5）
具有氧化性，能将
氧化为
，因为
在较低
时就能沉淀，便于后续除去。
【知识点5】钒及其化合物
（1）钒：常温下不活泼，不与空气、水、苛性碱作用，也不与非氧化性的酸作用，但溶于氢氟酸，也溶
于强氧化性的酸(如硝酸和王水)中。
（2）五氧化二钒：
两性氧化物，但以酸性为主，V2O5＋6NaOH===2Na3VO4＋3H2O；
1800 ℃发生分解反应：2V2O5
2V2O4＋O2↑；
微溶于水，可形成稳定的胶体，有较强的氧化性：V2O5＋6HCl===2VOCl2＋Cl2＋3H2O。
（3）VO2＋、VO：在酸性介质中，VO 具有强氧化性。
VO＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O，
2VO＋H2C2O4＋2H＋===2VO2＋＋2CO2↑＋2H2O。
（4）钒酸盐：偏钒酸盐(NH4VO3)、正钒酸盐(Na3VO4)等在加热条件下不稳定。
2NH4VO3
V2O5＋2NH3↑＋H2O。
【例1】如图所示，下列关于含钒物质转化的说法正确的是
A．反应Ⅰ的离子方程式为：
B．实现Ⅱ的转化需要提供还原剂
C．反应Ⅲ的转化中氧化剂与还原剂的微粒个数相等
D．反应Ⅳ的转化中X 发生还原反应
【答案】A
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【详解】A．V2O5在碱性条件下生成
，离子方程式为
，A 正确；
B．V2O5中的V 为+5 价，VO2+中+5 价，元素化合价未发生变化，故不是氧化还原反应，B 错误；
C．反应Ⅲ中，
中V 元素由+5 价降低为VO2+中+4 价，锌为还原剂，由0 价升高为+2 价，根据得失
电子守恒，转化中n(
)：n(Zn) =2：1，C 错误；
D．反应Ⅳ中，V2O5中V 元素由+5 价降低为VO2+中+4 价，V 元素的化合价被还原，故加入还原剂X 发生
氧化反应，D 错误；
故答案为：A。
【例2】钒被誉为“合金的维生素”。从含
和
的废液中提取高纯度V 的流程如下：
已知：“调pH”约为5.0，此时钒主要以
形式存在；“热还原”中，加入硅铁合金，铁、硅均可作还
原剂。下列叙述正确的是
A．滤渣的主要成分为
，气体X 是
B．“沉钒”时pH 越大，沉钒率越大
C．实验室中“热解”需要的仪器主要有三脚架、酒精灯、蒸发皿、泥三角
D．“热还原”中硅参与的总反应为
【答案】D
【详解】含
和
的废液中加入盐酸，生成沉淀
，加入
沉钒后加热，
生成
、
，
中加入硅铁合金、生石灰发生热还原反应，生成金属钒，据此解答本题。
A．由分析可知，滤渣的主要成分为
，气体X 是NH3、
，A 项错误；
B．“沉钒”时pH 越大，越容易发生副反应
。导致
降低，不利于生成
，沉钒率降低，B 项错误；
C．“热解”中固体
分解生成
、
和
。气体X 为氨气和水蒸气，“热解”时使用的仪
器是三脚架、酒精灯、坩埚、泥三角，C 项错误；
D．
中加入硅铁合金、生石灰发生热还原反应，生成金属钒和硅酸钙，反应的方程式为：
，D 项正确；
答案选D。
【例3】四川地区矿产资源丰富，如钒钛磁铁矿不仅是铁的重要来源，而且伴生的钒、钛、铬、钴、镍和
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钪等多种组份，具有很高的综合利用价值。下列说法错误的是
A．钛元素在元素周期表中的d 区
B．电子排布式
违反了构造原理
C．在铁原子中，不可能有两个能量完全相同的电子
D．基态钒原子(23V)核外有23 个不同运动状态的电子
【答案】C
【详解】A．钛元素在元素周期表第四周期第ⅣB 族，属于d 区元素，A 正确；
B．Sc 原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d14s2 ，因为能级交错应先排4s 再排3d，其违背了构造原理，
B 正确；
C．铁原子中，相同能层的同一能级的电子能量相同，C 错误；
D．钒元素为23 号，原子核外有23 个电子且运动状态各不相同，D 正确；
故选C。
【例4】偏钒酸铵(NH4VO3)可作催化剂、媒染剂等，也是制备V2O5的原料，NH4VO3可溶于热水，微溶于
冷水。利用某工业钒渣(含V2O5、V2O3、Al2O3)为原料制备NH4VO3的工艺流程如图所示。下列说法正确的
是
已知：①上述条件下，Al3+在pH 为3.7 时才开始沉淀；
②“酸浸”后，滤液中钒主要以
形式存在。
A．“焙烧”过程中只有一种元素化合价发生了变化
B．“滤渣”的成分为CaSO4、Al(OH)3
C．“沉钒”过程中反应的离子方程式：
D．“滤液”中的溶质只有H2SO4，且能循环用于“酸浸”
【答案】C
【详解】钒渣(含
、
、
)中的
在焙烧过程中被氧气氧化，稀硫酸酸浸过后钒元素以
形式存在，
在
为3.7 时才开始沉淀，所以滤渣成分仅为硫酸钙，沉钒过程中加入硫酸铵，
转化为
，则滤液成分为稀硫酸和硫酸铝，据此分析解答。
A．“焙烧”过程中钒和氧两种元素化合价都发生变化，故A 错误；
B．
在
为3.7 时才开始沉淀，酸浸时
为2.5，则“滤渣”中只含
不含
，故B 错
误；
C．根据流程分析
在
溶液中反应生成
，故“沉钒”过程中反应的离子方程式：
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故C 正确；
D．“滤液”中的溶质不仅有
，应还有硫酸铝，故D 错误；
故选C。
【例5】钒触媒常用作
转化为
的催化剂。一种从废钒触媒(含
、
等)中回收
的工艺如下图：
已知：①
易溶于硫酸；
②
为两性氧化物，溶于酸生成
，在高温下易被还原；
③“滤饼”的主要成分为
。
回答下列问题：
(1)浸取时，为了提高废钒的浸出率，可以采取的措施： 、 (写出2 条)
(2)“浸取”步骤，
参与反应的化学方程式为 。
(3)“碱溶”步骤，加入
的量不宜过多，原因是 。
(4)“沉钒”步骤，加
生成沉淀
。该步骤需要加入过量的
，请从平衡的角度解释
原因 。
(5)该工艺中反应中的沉矾率是回收钒的关键，沉钒率的高低除受溶液pH 影响外，还需要控制氯化铵系数(
加入质量与料液中
的质量比)和温度。根据如图建议最合适的氯化铵系数和温度：氯化铵系数
为 ，温度为 。
(6)“煅烧”步骤需要通入一定量的空气，原因是 。
【答案】
(1)研磨粉碎 升高温度，适当提高酸的浓度
(2)
(3)“碱溶”步骤，加入
的量不宜过多，原因是：加入过多
，后续调节pH 值，会消耗更多
，增加成本
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(4)加入过量的
，增大
浓度，平衡向生成
方向移动，便于完全沉淀
(5)4 80℃
(6)
具有氧化性，
具有还原性，故提供氧化氛围，防止
在高温下被
还原
【详解】废钒催化剂(含有
、
、
)加入稀硫酸，
不溶液于稀硫酸，则
滤渣为
，滤液中含有
、
、Fe3+、K+、H+、
，加氯酸钠进行氧化生成沉钒，
转化为
，沉钒过滤后成为滤饼，滤饼主要成分为
，滤液中主要含有Fe3+、K+、Al3+、Cl-、
，滤饼中加入
，
转化为NaVO3；加入稀硫酸调节pH=2，与氯化铵反应生成
沉淀，煅烧
分解为V2O5，据此分析；
（1）从反应速率影响因素考虑，水浸时，为了提高废钒的浸出率，可粉碎废钒、搅拌，适当升高温度，
延长浸泡时间；答案为：研磨粉碎；升高温度，适当提高酸的浓度；
（2）
为两性氧化物，溶于酸生成
，“浸取”步骤，
参与反应的化学方程式为
；
（3）由于后续步骤中需要加入硫酸调节pH，则“碱溶”步骤，加入
的量不宜过多，原因是：加
入过多
，后续调节pH 值，会消耗更多
，增加成本；
（4）加
生成沉淀
，加入过量的
，
过量，增大
浓度，平衡向生成
方向移动，便于完全沉淀；
（5）根据图像分析可得，要使沉钒率最高，可控制氯化铵系数为4，温度在80 ℃；
故答案为：4；80℃；
（6）煅烧
分解为V2O5是产生
，
具有氧化性，
具有还原性，故提供氧化氛围，
防止
在高温下被
还原。
第23 讲 补充元素：锂、铍、钪、钛、钒及其化合物 （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．
1．新材料的蓬勃发展，彰显化学学科的魅力。下列说法正确的是
A．“北斗”导航卫星的太阳能电池材料的主要成分是二氧化硅
B．“祝融”号火星车使用的芯片的主要成分是晶体硅
C．“天和”核心舱电推进系统中使用的氮化硼陶瓷属于传统无机非金属材料
D．制造“蛟龙”号潜水器载人球舱的钛合金比纯金属钛熔点高、硬度大
【答案】B
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【详解】A．太阳能电池材料为Si，而不是二氧化硅，A 错误；
B．晶体硅具有良好的半导体性能，芯片的主要成分是晶体硅，B 正确；
C．氮化硼陶瓷基复合材料由B、N 元素组成，具有耐高温、强度高、耐腐蚀等优良性能，是新型无机非
金属材料，C 错误；
D．钛合金比纯金属钛熔点低、硬度大，D 错误；
故选B。
2．下列有关工业制法正确的是
A．制铁：用铝还原氧化铁制备大量的铁
B．制氯：用海水为原料制得饱和食盐水，再通电电解
C．制钛：用金属钠置换氯化钛
溶液中的钛
D．炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为
的铜
【答案】B
【详解】A．用铝还原氧化铁制备铁需要较高的温度，铝的价格较高，增加了冶炼成本，工业上使用CO
还原主要成分为Fe2O3的赤铁矿来制备大量的铁，A 错误；
B．海水中含有大量Cl-，用海水为原料制得饱和食盐水，再通电电解制得氯气，B 正确；
C．将金属钠投入到氯化钛溶液中，钠先与水反应生成NaOH，不能制备钛，故应用金属钠与熔融的氯化
钛反应来制取金属钛，C 错误；
D．黄铜矿需要先进过冶炼得到粗铜，然后电解精炼粗铜可得到纯度为
的铜，D 错误；
故选B。
3．联氨(又称肼，N2H4，无色液体)是一种应用广泛的化工原料。联氨为二元弱碱，在水中的电离方程式与
氨相似。利用HCl—N2H4·HCl 溶液制备氧钒碱式碳酸铵晶体{(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O，难溶于水}
的流程如下：
下列说法正确的是
A．联氨的电离方程式为
B．联氨与硫酸反应生成酸式盐的化学式为N2H6(HSO4)2
C．步骤Ⅱ可能需要分液漏斗、烧杯、玻璃棒等仪器
D．NH4HCO3是铵盐，也是碳酸氢盐，其分类方法为树状分类法
【答案】B
【详解】V2O5在HCl—N2H4·HCl 溶液中转化为VOCl2，在VOCl2溶液中加入NH4HCO3溶液，得到
(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O，其难溶于水，过滤可得到其晶体。
A．联氨为二元弱碱，在水中的电离为可逆过程，第一步的电离方程式为
，应
用可逆符号，A 错误；
B．硫酸过量，N2H4形成的阳离子为
，联氨与硫酸反应生成酸式盐的化学式为N2H6(HSO4)2，B 正
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确；
C．(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O 难溶于水，从水溶液中得到其晶体，需要过滤，因此步骤Ⅱ涉及过滤
操作，需要漏斗、烧杯、玻璃棒等仪器，C 错误；
D．NH4HCO3是铵盐，也是碳酸氢盐，其分类方法为交叉分类法，D 错误；
答案选B。
4．已知铍
与铝的性质相似。则下列判断正确的是
A．铍遇冷水剧烈反应
B．氧化铍的化学式为
C．氢氧化铍能与氢氧化钠溶液反应
D．
能置换出
中的镁单质
【答案】C
【详解】铍
与铝的性质相似，也具有两性。
A．铝遇冷水不反应，则铍遇冷水也不反应，A 错误；
B．铍的最外层有2 个电子，最高正价为+2 价，则氧化铍的化学式为BeO，B 错误；
C．氢氧化铝能与氢氧化钠溶液反应，则氢氧化铍也能与氢氧化钠反应，C 正确；
D．Be 和Mg 位于同一主族，金属性：Mg>Be，
不能置换出
中的镁单质，D 错误；
故选C。
5．湖南水口山六厂素有“中国铍业一枝花”之称，是我国唯一一家以硅铍石(主要成分为
)为原料提取氧化铍的企业。已知：铍和铝在元素周期表中处于对角线位
置，其单质及化合物在结构和性质等方面具有相似性。下列叙述正确的是
A．
属于酸性氧化物，易溶于水
B．BeO 为两性氧化物
C．
作为磁性材料，能用于油墨的生产
D．工业冶炼铝时应先将
转化为无水
【答案】B
【详解】A．
属于酸性氧化物，但难溶于水，A 项错误；
B．由已知中铍和铝在元素周期表中处于对角线位置，其单质及化合物在结构和性质等方面具有相似性可
知，BeO 为两性氧化物，B 项正确；
C．作为磁性材料，能用于油墨生产的是
，C 项错误；
D．工业上用电解熔融的
冶炼铝，D 项错误。
故选B。
6．钛酸亚铁
通过以下反应转化为
(常温下呈液态，熔点为-37℃，沸点为136℃)，用于冶炼
钛：
。设
为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是
A．0.1mol
中含有的σ 键为
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B．标准状况下1.12L 氯气含有价电子数为
C．每生成1mol
转移电子数为
D．1L 0.1mol/L
溶液中，阳离子数目小于
【答案】D
【详解】A．
是分子晶体，1 个
含有4 个σ 键，故0.1mol
中含有的σ 键为
，A 项正
确；
B．1 个氯气分子中含有14 个价电子，标准状况下1.12L 氯气为0.05mol，含有价电子数为
，B 项正
确；
C．C 元素从0 价升高为＋2 价，Cl 元素从0 价降低为-1 价，Fe 从＋2 价变为＋3 价，转移电子数为14，则
每生成1mol
转移电子数为
，C 项正确；
D．
溶液中，
水解：
，导致阳离子数目变多，1L 0.1mol/L
溶
液中，阳离子数目大于
，D 项错误；
故选D。
7．一种由含
的酸性溶液制备氧化钪(
)的工艺流程如下。
下列说法正确的是
A．Sc 基态核外电子排布式为
B．1 mol
(乙二酸)含有5 mol σ 键
C．生成
的离子方程式为
D．
在足量空气中焙烧，消耗
【答案】C
【详解】A．Sc 是21 号元素，基态核外电子排布式为
，故A 错误；
B．
结构简式为HOOC-COOH，分子中C 原子形成3 个σ 键，没有孤电子对，该分子中碳原子的杂
化方式为sp2，单键为σ 键，双键含有1 个σ 键，1 个π 键，故HOOC-COOH 分子中含有7 个σ 键，1 mol
分子中含有7 mol σ 键，故B 错误；
C．
和
发生反应生成
固体，离子方程式为：
，故C 正确；
D．
在足量空气中焙烧生成
，Sc 元素化合价没有发生变化，说明
中C 元素由+3 价
上升到+4 价，O2中O 元素由0 价下降到-2 价，根据得失电子守恒可知消耗
，
故D 错误；
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故选C。
8．下列说法不正确的是
A．可用
气体鉴别
溶液和澄清石灰水
B．氢硫酸中通入
气体会出现浑浊
C．为配制较高浓度的碘水，通常将碘单质溶于一定浓度的KI 溶液中
D．锂和钠同主族，在过量氧气中燃烧均生成正常氧化物
【答案】D
【详解】A．
溶液中通入
产生沉淀，
过量时沉淀不溶解；澄清石灰水通入
先产生沉
淀，
过量时沉淀溶解，A 正确；
B．氢硫酸中通入
气体会生成硫沉淀，故出现浑浊，B 正确；
C．碘单质溶于一定浓度的KI 溶液中，发生可逆反应：
，增加了碘的溶解度，C 正确；
D．钠在过量氧气中燃烧生成
，锂生成
，D 错误；
故选D。
9．类推(类比迁移)的思维方法可以预测许多物质的性质。但类比是相对的，不能违背客观事实。下列类比
分析结果正确的是
A．钠在空气中燃烧生成Na2O2，则锂在空气中燃烧生成Li2O2
B．CO2通入Na2O2中生成Na2CO3，则SO2通入Na2O2中生成Na2SO3
C．MnO2与浓HCl 共热可制Cl2，则MnO2与浓HBr 共热也可制Br2
D．常温下，Cu 和浓硫酸不发生反应，则常温下Al 和浓硫酸也不发生反应
【答案】C
【详解】A．锂的活泼性小于钠，锂在空气中燃烧生成Li2O，故A 错误；
B．SO2具有还原性，SO2通入Na2O2中生成Na2SO4，故B 错误；
C．Cl2的氧化性大于Br2，MnO2与浓HCl 共热可制Cl2，氧化性MnO2> Cl2，则MnO2与浓HBr 共热也可制
Br2，故C 正确；
D．常温下，Al 在浓硫酸中钝化，故D 错误；
选C。
10．科研人员发明一种可由氮气和水持续合成氨的系统，机理如图所示，已知锂(Li)元素的常见价态为
0、+1，下列说法不正确的是
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A．过程②中水做氧化剂
B．过程③属于氧化还原反应
C．该过程的最终产物为
和
D．上述过程实现了锂循环使用
【答案】A
【详解】A．过程②中没有元素化合价发生变化，不是氧化还原反应，故A 错误；
B．过程③中Li 和O 元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，故B 正确；
C．根据图示，该过程中氮气和水反应生成氨气和氧气，最终产物为
和
，故C 正确；
D．根据图示，Li 是该反应的催化剂，实现了锂循环使用，故D 正确；
答案选A。
11．一种全钒液流电池放电状态的工作原理示意图如下。
下列说法正确的是
A．放电时，
穿过质子交换膜进入负极室
B．放电时，正极的反应为
C．充电时，负极室的
升高
D．充电时，电极a 应连接电源的负极
【答案】B
【详解】放电时，正极室发生还原反应，电极反应式为：
，负极室发生氧化
反应，电极反应式为：V2+-e-=V3+，H+通过质子交换膜由负极室移向正极室。
A．放电时，
穿过质子交换膜进入正极室，A 错误；
B．根据电子的移动方向，正极上发生得电子的还原反应，正极的反应为：
，
B 正确；
C．充电时，H+由正极室移向负极室，负极室H+浓度增大，
降低，C 错误；
D．充电时，电极a 为阳极，应连接电源的正极，D 错误；
答案选B。
12．锂是最轻的金属，锂电池成为了世界的焦点。一种锂电池的工作原理为
，下列说法错误的是
A．
单质保存时用石蜡封
B．还原性：
，氧化性：
C．氧化剂与还原剂物质的量之比为
D．当转移
时，理论上生成
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【答案】D
【详解】由方程式可知，反应中锂元素的化合价升高被氧化，锂是反应的还原剂、氯化锂是氧化产物，硫
元素的化合价降低被还原，
是氧化剂、硫是还原产物。
A．锂的密度小于煤油，所以锂单质保存时用石蜡封，故A 正确；
B．由分析可知，锂是反应的还原剂、硫是还原产物，由还原剂的还原性强于还原产物可知，还原性的强
弱顺序为
，
是氧化剂、氯化锂是氧化产物，由氧化剂的氧化性强于氧化产物可知，氧化性的
强弱顺序为
，故B 正确；
C．由分析可知，锂是反应的还原剂、
是氧化剂，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为
，故C 正
确；
D．未明确标准状况，无法计算当转移
时，理论上生成二氧化硫的体积，故D 错误；
故选D。
13．钛合金在航空航天领域有着广泛的应用。一种利用废脱硝催化剂(含
、
、
等成分)提取
钛的工艺流程如图所示。下列说法正确的是
A．钒位于元素周期表的ds 区
B．上述流程中共涉及到4 个氧化还原反应
C．提高铵盐浓度有利于沉钒
D．高温碱浸生成
的离子方程式为：
【答案】C
【详解】废脱硝催化剂（含
等成分）和NaOH 在高温下碱浸，生成Na2TiO3和钒钨液，
Na2TiO3酸浸后生成H2TiO3，焙烧H2TiO3得到TiO2，与Cl2和过量的C 加热生成TiCl4，TiCl4与Mg 在氩气
中发生置换反应，生成Ti，钒钨液用HCl 调pH 值，得到H3WO4和NaVO3，NaVO3加铵盐沉钒，得到
NH4VO3，焙烧得到V2O5，处理后得到V。
A．钛原子序数为22，基态钛的价层电子排布式为
，位于d 区，故A 错误；
B．二氧化钛生成四氯化钛的反应，四氯化钛和镁的反应，五氧化二钒生成单质钒的反应，一共3 个氧化
还原反应，故B 错误；
C． NaVO3加铵盐沉钒，得到NH4VO3，提高铵盐浓度有利于沉钒，故C 正确；
D．高温碱浸生成
的离子方程式为：
，故D 错误；
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故选C。
14．钪(Sc)及其化合物在电子、超导合金和催化剂等领域有重要应用。一种利用钛白废酸液(含Sc3+、
TiO2+、Fe3+的硫酸废液)和赤泥(含有Sc2O3、Al2O3、Fe2O3、SiO2)联合制备Sc2O3的工艺流程如图所示。下列
说法错误的是
已知：25°C 时，
(当
时，可认为Mn+已经沉淀完全)
A．水相中含有的金属离子主要是Fe3+、Al3+
B．在“除钛”时，加入H2O2的作用是作氧化剂
C．若使“反萃取”后水溶液中的Sc3+完全沉淀，应控制溶液的pH≥5.7
D．草酸钪晶体
“灼烧”时发生反应的化学方程式：
【答案】B
【详解】钛白废酸液(含Sc3+、TiO2+、Fe3+的硫酸废液)和赤泥(含有Sc2O3、Al2O3、Fe2O3、SiO2)浸取，二氧
化硅不和酸反应，滤渣为SiO2，萃取时分离出Ti4+、Sc3+，向萃取后的溶液中加入硫酸和H2O2，除钛分离
出[TiO(H2O2)]2+，加NaOH 反萃取后分离出Sc3+，与盐酸反应加草酸得到
沉淀，再灼烧
得到Sc2O3。
A．“浸取”除去SiO2，Ti 元素在“除钛”环节进入水相从而除去，故加入萃取剂“萃取”时进入水相的
金属离子主要是Fe3+、Al3+，A 项正确；
B．由流程图可知，TiO2+加入H2O2二者结合形成[TiO(H2O2)]2+，该转化过程中元素化合价没有变化，故
H2O2既不是氧化剂也不是还原剂，B 项错误；
C．根据题意可知，Sc3+恰好完全沉淀时，
，
，则
，若
，此时溶液中
，溶液的pH=5.7，故若使
“反萃取”后水溶液中的Sc3+完全沉淀，应控制溶液的pH≥5.7，C 项正确；
D．灼烧草酸钪晶体得到Sc2O3，反应的化学方程式为
，D 项
正确；
答案选B。
15．以赤泥(含有大量
等的氧化物)为原料制备钪的工艺流程如下。
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下列说法正确的是
A．
位于元素周期表的第四周期ⅧB 族
B．操作1 使用的主要玻璃仪器为漏斗、烧杯
C．灼烧时生成
，消耗
D．盐酸溶解
时生成难溶的
的离子反应为
【答案】C
【详解】赤泥(含有大量Na、Al、Fe、Si、Ca、Sc、Zr 等的氧化物)加盐酸酸浸时Si、Ca、Sc、Zr 的氧化物
与盐酸不反应，过滤滤渣为ZrO2、SiO2。从水相、有机相可知操作1 为萃取、分液；Sc3+在有机相中，经
过发萃取分液后加草酸得到草酸钪，草酸钪在空气中灼烧生成二氧化碳和三氧化二钪，三氧化二钪被氯气
氯化物氯化钪，氯化钪在钠气流中被还原为钪。
A．
位于元素周期表的第四周期Ⅷ族，A 错误；
B．操作1 是把浸出液分成了水相和有机相，则操作1 为萃取和分液，使用的主要玻璃仪器为分液漏斗、
烧杯，B 错误；
C．由流程图可知灼烧时
与氧气反应生成
和
，反应的化学方程式为
，生成
，消耗
，即
，C 正确；
D．酸性条件下不能生成
，离子反应为S
，D 错误；
故选C。
二、非选择题：本题共5 小题，共55 分。
16．硫酸氧钒(
)是工业生产钒电池的最重要原料，实验室制备
晶体并测定钒含量的实验如
下：
(1)
晶体制备
实验室一般用浓硫酸与
共热反应，然后再加还原剂，即可得到
晶体，反应装置如图(夹持及加
热装置已省略)。
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仪器b 的名称为 。
(2)高锰酸钾标准滴定溶液的配制和标定
称取一定质量
溶于水中，稀释至1L，将溶液加热至沸(保持微沸1h)，放置2 天，过滤，除去析出
的二氧化锰，滤液移入棕色瓶中；取一定体积配制好的
溶液于锥形瓶中，加入适量水和稀硫酸，
用
标准溶液滴定至终点，经计算
标准滴定溶液浓度为
。
①配制高锰酸钾标准滴定溶液时，所用到的玻璃仪器有烧杯、试剂瓶、玻璃棒、 。
②加热微沸、放置2 天的原因是 。
③滴定酸性
标准溶液时的离子方程式为 。
(3)硫酸氧钒样品的滴定
称取0.4000g 干燥后硫酸氧钒样品，溶解，用
标准滴定溶液滴定至终点，滴定过程中
被氧化
为
，做3 次平行实验，平均消耗
标准液26.00mL，同时做空白实验，平均消耗高锰酸钾标准液
2.00mL。
①高锰酸钾标准溶液滴定硫酸氧钒时，滴定终点的现象是 。
②该样品中钒(
)质量分数(以硫酸氧钒计)= [
]。
③实验过程中，下列操作会导致所测钒含量偏高的是 。
A．未做空白实验
B．滴定结束时俯视刻度线
C．滴定前滴定管有气泡，滴定结束后发现滴定管无气泡
D．盛装高锰酸钾标准液的滴定管未润洗
【答案】
(1)恒压滴液漏斗
(2)1000mL 容量瓶、胶头滴管 除去溶液中的还原性物质
(3)当滴入最后一滴标准液，溶液恰好变成粉红色，且半分钟不褪色
ACD
【详解】用托盘天平称量经计算得到质量的草酸晶体，溶于烧杯恢复室温后转移入250mL 容量瓶，经洗
涤、转移、定容得到所需溶液；草酸溶液具有还原性，用酸性高锰酸钾标准溶液滴定，通过消耗标准溶液
体积和反应的化学计量数关系可计算出草酸晶体的质量分数；
（1）根据仪器b 结构可知其名称：恒压滴液漏斗；仪器c 的作用：使气体冷却回流，让反应更为彻底；
（2）①配制高锰酸钾标准滴定溶液时，所用到的玻璃仪器有烧杯、试剂瓶、玻璃棒、1000mL 容量瓶、胶
头滴管；
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②高锰酸钾具有很强的氧化性、见光易分解的特性，在配制成溶液的过程中易与其他还原性物质反应及见
光分解生成二氧化锰，所以不能直接配制成标准溶液，必须加热微沸、放置2 天除去溶液中的还原性物质
后，再进行标定得到高锰酸钾标准滴定溶液；
③用
标准溶液滴定酸性高锰酸钾溶液，反应中锰化合价由+7 变为+2、碳化合价由+3 变为+4，结
合电子守恒，离子方程式：
；
（3）①高锰酸钾溶液为紫红色，高锰酸钾标准溶液滴定硫酸氧钒时，滴定终点的现象是：当滴入最后一
滴标准液，溶液恰好变成粉红色，且半分钟不褪色；
②滴定过程中
被氧化为
，由得失电子数目守恒可得如下关系式：
，平均
消耗标准液26mL，同时做空白实验，平均消耗高锰酸钾标准液2mL，则样品中钒(
)质量分数：
；
A
③．未做空白实验会使消耗酸性高锰酸钾标准溶液的体积偏大，导致所测结果偏高，故符合题意；
B．滴定结束时俯视刻度线会使消耗酸性高锰酸钾标准溶液的体积偏小，导致所测结果偏低，故不符合题
意；
C．滴定前滴定管有气泡，滴定结束后发现滴定管无气泡会使消耗酸性高锰酸钾标准溶液的体积偏大，导
致所测结果偏高，故符合题意；
D．盛装高锰酸钾标准液的滴定管未润洗会使消耗酸性高锰酸钾标准溶液的体积偏大，导致所测结果偏
高，故符合题意；
答案选ACD。
17．某实验小组以粗铍(含少量的Mg、Fe、Al、Si)为原料制备、提纯BeCl2，并测定产品中BeCl2的含量。
已知：①乙醚沸点为34.5℃；BeCl2溶于乙醚，不溶于苯，易与水发生反应；MgCl2、FeCl2不溶于乙醚和
苯；AlCl3溶于乙醚和苯。
Be(OH)
②
2与Al(OH)3的化学性质相似。
回答下列问题：
I．制备BeCl2：按如图所示装置(夹持装置略)制备BeCl2.
(1)仪器a 的名称为 。仪器b 的作用是 。
(2)实验中装置C 需置于温度15℃左右的水浴中，其主要目的是 。
(3)该实验装置中存在的缺陷是 。
II．BeCl2的提纯：充分反应后，装置C 中乙醚溶液经过滤、蒸馏出乙醚得到固体，再用苯溶解固体，充分
搅拌后过滤、洗涤、干燥得BeCl2产品。
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(4)用苯溶解固体，充分搅拌后过滤，目的是 。
III．BeCl2的纯度测定：取m g 上述产品溶于盐酸配成250mL 溶液；取25.00mL 溶液，加入EDTA 掩蔽杂
质离子，用NaOH 溶液调节pH，过滤、洗涤，得Be(OH)2固体；加入KF 溶液至固体恰好完全溶解，滴加
酚酞作指示剂，用a mol·L−1盐酸滴定其中的KOH，消耗盐酸b mL。
(已知：4KF+ Be(OH)2= K2BeF4+2KOH；滴定过程中K2BeF4不与盐酸反应)
(5)滴定终点的现象是 。
(6)BeCl2的纯度为 (用含m、a、b 的式子表示)。
(7)下列情况会导致所测BeCl2的纯度偏小的是___________(填标号)。
A．滴定前尖嘴部分有一气泡，滴定终点时消失
B．滴定过程中，往锥形瓶内加入少量蒸馏水
C．滴定时，不慎将锥形瓶内溶液溅出少许
D．滴定前仰视读数，滴定后俯视读数
【答案】
(1)球形冷凝管 防止倒吸
(2)防止溶液温度过高，致使乙醚和HCl 挥发过快
(3)最后缺少收集H2的装置
(4)除去AlCl3杂质
(5)当滴入最后一滴盐酸，溶液由浅红色褪为无色，且半分钟不恢复原色
(6)
(7)CD
【详解】装置A 中，将浓硫酸通过恒压滴液漏斗加入蒸馏烧瓶中，浓硫酸吸水放热，降低HCl 的溶解度，
从而制取HCl 气体；装置B 中，用浓硫酸吸收HCl 中混有的水蒸气，同时平衡内外压强；装置C 中，粗铍
中的Be、Al、Mg、Fe 都能与HCl 发生反应，而Si 不反应，用球形冷凝管使乙醚、HCl 冷凝回流；装置D
用于防止E 中产生的水蒸气的进入；双球U 形管用于防止倒吸；装置E 用于吸收未反应的HCl，但没有对
反应生成的H2进行收集，会带来安全隐患，据此分析；
（1）仪器a 为内管呈球形的冷凝管，名称为：球形冷凝管；仪器b 为双球U 形管，作用是：防止倒吸；
（2）在装置C 中，HCl 与铍、铝、铁、镁等都能发生反应，但HCl 和乙醚的沸点低，所以装置C 需置于
温度15℃左右的水浴中，其主要目的是：防止溶液温度过高，致使乙醚和HCl 挥发过快；
（3）H2是易燃气体，会带来安全隐患，则该实验装置中存在的缺陷是：最后缺少收集H2的装置；
（4）BeCl2溶于乙醚，不溶于苯，易与水发生反应；MgCl2、FeCl2不溶于乙醚和苯；AlCl3溶于乙醚和苯。
反应结束后，充分搅拌过滤出不溶的MgCl2、FeCl2，此时BeCl2、AlCl3仍溶解在乙醚中，蒸馏出乙醚，得
到二种固体盐。用苯溶解固体，将AlCl3溶解，得到不溶的BeCl2，则此操作的目的是：除去AlCl3杂质；
（5）滴定前，溶液呈碱性，酚酞变红色，滴定终点时，酚酞的红色褪去，则现象是：当滴入最后一滴盐
酸，溶液由浅红色褪为无色，且半分钟不恢复原色；
（6）由反应可建立关系式：BeCl2—Be(OH)2—2KOH—2HCl，n(HCl)=a mol·L−1×b ×10-3L=ab×10-3mol，
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n(BeCl2)=
ab×10-3mol，则BeCl2的纯度为
=
；
（7）A．滴定前尖嘴部分有一气泡，滴定终点时消失，则读取消耗盐酸的体积偏大，测定结果偏大，A 不
符合题意；
B．滴定过程中，往锥形瓶内加入少量蒸馏水，对KOH 的物质的量不产生影响，不影响滴加盐酸的体积，
测定结果不变，B 不符合题意；
C．滴定时，不慎将锥形瓶内溶液溅出少许，则KOH 的物质的量减小，消耗盐酸的体积减小，测定结果偏
小，C 符合题意；
D．滴定前仰视读数，滴定后俯视读数，则读取消耗盐酸的体积偏小，测定结果偏小，D 符合题意；
故选CD。
18．钛是一种稀有金属，钛及钛系化合物作为精细化工产品，有着很高的附加价值，前景十分广阔，某中
学对此开展了相应的研究性学习。
Ⅰ．甲小组同学以
为原料，用如下装置制备
。
为直形管式电阻炉，
时，该装置内先后发生以下反应：
①
②
已知：①
易挥发，在高温下能与
反应生成氧化钛，但不与
反应。它易与水发生反应，生成
，并且可以溶解于有机溶剂中。
②
熔沸点较高，在反应装置内为固态。
(1)出于实验安全考虑，给装置
和
加热前应该进行的实验操作是 。
(2)装置D 中浓硫酸的作用是 。
(3)
过多，易引发副反应②，可通过调节 控制
通入量。
Ⅱ．乙小组同学利用如下装置在实验室制备
(夹持装置略去)。
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(4)装置
中除生成
外，还生成一种气态不成盐氧化物，该反应的化学方程式为 。
(5)利用如图装置测定所得
的纯度：取
产品加入烧瓶，向安全漏斗中加入适量蒸馏水，待
充
分反应后，将烧瓶和漏斗中的液体一并转入锥形瓶中，测定生成的
的含量。滴加几滴
溶液作指示剂，用
标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液
。
已知：常温下，
比
优先沉淀，
为砖红色沉淀，
①安全漏斗的作用是 。
②
刚好完全沉淀时观察到的现象是 。
③产品的纯度为
【答案】
(1)先通
排出装置内的空气
(2)防止空气中的水进入装置
(3)A 中水浴的温度
(4)
(5)吸收产生的
气体，防止
的逸出，影响测定结果的准确性 出现砖红色沉淀 95
【详解】I：实验中应先通一段时间氢气后，排除装置内空气；然后打开装置
的加热开关，
反应生成
，反应完毕后，关闭装置
的加热开关，待冷却后再关闭
；C 装置
的作用是收集冷凝的
并防止倒吸，D 中浓硫酸防止空气中水蒸气进入装置。
Ⅱ．本实验利用
与
反应制备
，A 为制备
的装置，
分别为制备、收集
的装置，
因
易与水发生水解反应，要求制备和收集过程无水，故在
前、
后都要加干燥装置，所以
中
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盛放试剂为浓硫酸；
中盛放
溶液，目的是除去未反应的
。
（1）根据分析，给装置
和
加热前应该进行的实验操作是：先通
排出装置内的空气；
（2）根据分析，装置D 中浓硫酸的作用是：防止空气中的水进入装置；
（3）
的过多，容易引发副反应②，可通过调节装置
中水浴的温度，控制
的汽化量，达到调
整
的通入量；
（4）根据元素守恒可知一种气态不成盐氧化物为
，则该反应的化学方程式为：
；
（5）①安全漏斗的作用是：吸收产生的
气体，防止
的逸出，影响测定结果的准确性；
②根据题给信息可知，
刚好完全沉淀时，再多滴加硝酸银反应将生成
砖红色沉淀，因此观察
到的现象是出现砖红色沉淀；
③根据元素守恒关系：
,
，产品的纯度
为
。
19．钪(Sc)是一种在国防、航空航天、 核能等领域具有重要作用的稀土元素。以钛白酸性废水(含
等离子)为原料制备Sc 及TiO2的工艺流程如图所示：
已知：i．“萃取”前
浓度分别为0.010mol/L、0.001mol/L、0.001mol/L；当某离子的浓度
小于1.0×10-5mol/L 时，可忽略该离子的存在；
ii．HA 代表有机萃取剂，X 代表金属元素，萃取时发生反应
。回答下列问
题：
(1)“萃取"前需要调节废水的pH，pH 太小或太大时，Sc3+的萃取率均不大的原因 。
(2)“洗涤”过程中加入H2O2溶液的作用为 。
(3)“溶解富集"后，金属离子浓度变为原来的12.5 倍，则调溶液pH 时范围为 ，可实现铁元素和钪元素
的完全分离。常温下，Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-38，Ksp[Sc(OH)3]=1.0×10-30，Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10-17，lg2=0.3。
(4)“热还原”时得到钪和另一产物M，用惰性电极电解M 溶液时，阴极的电极反应式为 。
(5)“转化”过程中氧化剂和还原剂物质的量之比为 。
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(6)“沉钛”过程发生反应的化学方程式为 。
(7)该流程中能够循环利用的物质有 。(填化学式)
【答案】
(1)若pH 太小溶液酸性太强，导致萃取平衡逆向进行，若pH 太大溶液碱性太强，则Sc3+会转化为沉淀，都
导致Sc3+的萃取率下降
(2)将Fe2+氧化为Fe3+，使得TiO2+转化为[TiO(H2O2)]2+进入水相
(3)3~4.3
(4)
(5)1:1
(6)
(7)
、HA
【详解】钛白酸性废水加入有机萃取剂，使得钪、钛、铁元素进入有机层，有机相用稀硫酸和H2O2洗涤，
将Fe2+氧化为Fe3+，TiO2+转化为[TiO(H2O2)]2+进入水相中，经过亚硫酸钠转化，用热水沉钛得到
TiO2·nH2O，加热分解得到TiO2；有机层再经过用NaOH 溶液反萃取，再过滤得到Fe(OH)3和Sc(OH)3沉
淀，滤渣用10%的盐酸溶解富集，Sc(OH)3沉淀溶解得到ScCl3溶液，最后得到ScCl3用Mg 热还原得到
Sc。
（1）由已知，萃取时发生反应
，若pH 太小溶液酸性太强，导致萃取平衡逆向进
行，若pH 太大溶液碱性太强，则Sc3+会转化为沉淀，都导致Sc3+的萃取率下降；
（2）据分析，“洗涤”过程中加入溶液目的是：将Fe2+氧化为Fe3+，TiO2+转化为[TiO(H2O2)]2+进入水相；
（3）“溶解富集”后，金属离子浓度变为原来的12.5 倍，则Sc3+离子浓度为0.010×12.5mol/
L=0.125mol/L，Fe3+浓度为(0.001+0.001)×12.5mol/L=0.025mol/L，根据溶度积值，Fe3+先沉淀，Fe3+沉淀完全
时，浓度小于1.0×10-5mol/L，则1.0×10-5×c(OH-)3=1.0×10-38，c(OH-)=1.0×10-11mol/L，pOH=11，pH=3，
Sc3+离子不沉淀，则有0.125×c(OH-)3=1.0×10-30，c(OH-)=2×10-10mol/L，pOH=9.7，pH=4.3，则pH 范围为
3~4.3；
（4）结合质量守恒，“热还原”时得到钪和M，M 为MgCl2，电解MgCl2溶液阴极上发生还原反应，得到
Mg(OH) 2和H2，阴极反应的电极反应式为：
；
（5）“转化”过程，[TiO(H2O2)]2+与Na2SO3反应，氧化剂为[TiO(H2O2)]2+，其中H2O2中的O 得电子化合价
从-1 价降低到-2 价，还原剂Na2SO3被氧化为Na2SO4，根据得失电子守恒，氧化剂和还原剂物质的量之比
为1:1；
（6）“沉钛”过程中TiOSO4水解生成TiO2·nH2O，结合质量守恒，还生成硫酸，反应的化学方程式为：
。
（7）由流程可知，“沉钛”过程中TiOSO4水解生成TiO2·nH2O 和硫酸，反萃取过程中生成HA，则HA、
硫酸在流程中可以循环使用。
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20．锰酸锂离子蓄电池是第二代锂离子动力电池，性能优良。工业上用某软锰矿(主要成分为
，还含
有少量铁、铝及硅等氧化物)为原料制备锰酸锂(
)。流程如图：
(1)“浸取”得到的浸取液中阳离子主要是
，生成
的离子方程式为 。
(2)滤渣Ⅱ的主要成分是 ；“精制”中加入
的量比理论值大得多，其主要原因是 。
(3)“沉锰”得到的是
和
滤饼，二者均可被氧化为
，若控温氧化时溶液的pH
随时间的变化如图，其中pH 下降的原因是 (用化学方程式表示)。
(4)工业上也可以将“精制”后的滤液加入
来合成
。
中S 的化合价为+6 价，加入
溶液合成
发生反应的离子方程式为 。
(5)“锂化”是将
和
按4：1 的物质的量比配料，球磨3～5h，然后升温至600～750℃，保温
24h，自然冷却至室温得产品。所得混合气体的成分是 。
(6)为测定成品锰酸锂的纯度，实验室可通过连续滴定法测定锰酸锂中锰元素的平均价态。进行如下实验：
步骤1：取少量成品锰酸锂(假设为
)分成两等份，分别置于两只锥形瓶中；
步骤2：向一只锥形瓶中加入稀硝酸和双氧水，完全反应后，
中Mn 元素转化为
，除去过量
的双氧水。调节pH，滴加指示剂，用浓度为0.400
的EDTA 标准溶液滴定，终点时消耗EDTA 标准
溶液20.00mL(已知：
与EDTA 反应的化学计量数之比为1 1)
∶
；
步骤3：向另一锥形瓶中加入1.340g
和足量硫酸，充分反应后，用0.100
标准溶
液滴定，到达滴定终点时消耗
标准溶液20.80mL。
已知：
则此成品锰酸锂
中Mn 元素的平均化合价为 。
【答案】
(1)
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(2)
、
因
和
能催化H2O2分解，原料利用率不高
(3)
(4)
(5)
、
(6)3.2
【详解】向软锰矿(主要成分为
，还含有少量铁、铝及硅等氧化物)加入硫酸亚铁和硫酸浸取，过滤得
到含
、
、
、
等的滤液，其中二氧化硅与硫酸不反应，滤渣Ⅰ为
，加入双氧水将
氧化为
，再加
调pH 促进
、
水解生成
、
，过滤，滤渣Ⅱ为
、
，向滤液中加入氨水沉锰的反应为
、
，过滤后经氧化、锂化得到
，据此回答。
（1）向软锰矿(主要成分为
，还含有少量铁、铝及硅等氧化物)加入硫酸亚铁和硫酸浸取，生成
的离子方程式为
；
（2）由分析知，加入双氧水将
氧化为
，再加
调pH 促进
、
水解生成
、
，过滤，滤渣Ⅱ为
、
；因
和
能催化H2O2分解，原料利用率不高，所以
“精制”中加入H2O2的量比理论值大得多；
（3）根据题意，“沉锰”时得到的
和
滤饼，二者均可被氧化为
，其中
与
反应的化学方程式为
，溶液中
增大，酸性
增强，pH 下降；
（4）
中S 的化合价为+6 价，根据化学式中化合价代数和为0，则
中存在过氧根，具有氧化
性，则向“精制”后的滤液中加入
合成
的离子方程式为
；
（5）根据题意，“锂化”是将MnO2和Li2CO3按4 1∶的物质的量比配料，球磨3～5h，然后升温至600～
750℃，保温24h，其反应为
，所以混合气体为
和
；
（6）根据题意，步骤2 用浓度为0.400
的EDTA 标准溶液滴定，终点时消耗EDTA 标准溶液
20.00mL，根据反应
与EDTA 反应的化学计量数之比为1 1∶，可得
，根据反应
，步骤3 中
标准溶液消耗的
物质的量为
，则与锰酸锂反应的
质量为
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，物质的量为
，转移电子的物质的量为
，设
中Mn 元素化合价为a，因为步骤2 和步骤3 中Mn 元素物质的量相
等，由电子守恒可得
，解得
；故
中Mn 元素化合价为3.2。
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