清北學(xué)堂 化學(xué)專題講義 金屬元素習(xí)題

金屬元素 1、寫出 Fe3+和 I在溶液中的反應(yīng)現(xiàn)象和方程式。 （ 1）若溶液中有足量 F，則上述反應(yīng)不能發(fā)生，為什么？ （ 2）向上述反應(yīng)后的溶液中加足量 F，有何現(xiàn)象？為什么？ （ 3）在足量 2 mol/L 鹽酸溶液中加 Fe2+、 I、 F，則反應(yīng)現(xiàn)象是什么？它和實(shí)驗(yàn)（ 1）有何不同？ 解析： Fe3+具有較強(qiáng)的氧化性，而 I具有較強(qiáng)的還原性，它們之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)：2Fe3+ 2I=2Fe2+ I2，現(xiàn)象：反應(yīng)后溶液呈棕色。 （ 1） F還原性很弱， F半徑小于 I，故 F易和 Fe3+結(jié)合而使 Fe3+降低，使其不和 I反應(yīng)： Fe-3+ 6F=FeF63 （ 2）因 F和 Fe3+結(jié)合，使上述平衡向左移動(dòng)，導(dǎo)致 I2濃度降低，溶液顏色變淺。 （ 3）因鹽酸中 H+較大， F與 H+瓜在生成弱酸 HF，不利于生成 FeF63，故 Fe3+可和I反應(yīng)，生成 I2，故顏色略淺黃棕色。 2、在 Fe2+、 Co2+、 Ni2+鹽的溶液中，加入 NaOH 溶液，在空氣中放置后，各得到何種產(chǎn)物？寫出有關(guān)的反應(yīng)式。 解析： Fe(OH)2還原性較強(qiáng)，易被空氣中的氧氣氧化成 Fe(OH)3, Co(OH)2還原性比Fe(OH)2弱，在空氣中緩慢氧化成 Co(OH)3， Ni(OH)2還原性很弱，不被空氣中氧氣氧化。 Fe2+ 2OH=Fe(OH)2 Co2+ 2OH=Co(OH)2 Ni2+ 2OH=Ni(OH)2 4Fe(OH)2 O2 2H2O=4Fe(OH)3 清北學(xué)堂 4Co(OH)2 O2 2H2O=4Co(OH)3 3、 （ 1996 年全國化學(xué)競(jìng)賽試題）完成并配平下列反應(yīng)方程式： （ 1）固態(tài) KMnO4在 200加熱，失重 10.8%。 （ 2）固態(tài) KMnO4在 240加熱，失重 15.3%。 （已知：相對(duì)原子質(zhì)量： O： 16.0； K: 39.0； Mn: 54.9） 解析： KMnO4加熱，失去的是氧氣。若取 1 moL KMnO4，失去氧原子的物質(zhì)的量為：157.9 10.8% 16=1(mol), 157.9 15.3% 16=1.5(mol)，再根據(jù)電子守恒推算出錳元素還原產(chǎn)物中價(jià)態(tài)分別為 5 價(jià)和 4 價(jià)。 2KMnO4 K2MnO4 MnO2 O2 2KMnO4 K2Mn2O6 O2 4KMnO4 2K2Mn2O5 3O2 4KMnO42K2MnO3 2MnO2 3O2 4、試說明 Fe3+鹽比 Fe2+鹽穩(wěn)定，而鎳則以 Ni2+鹽穩(wěn)定， Ni3+鹽少見的原因。 解析：結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)：鐵的價(jià)電子構(gòu)型為 3d4s2, Fe3+的構(gòu)型為 3d5達(dá)半滿的穩(wěn)定狀態(tài)，比 Fe2+的 3d6電子構(gòu)型穩(wěn)定。 Ni 的價(jià)電子構(gòu)型為 3d84s2， 3d 電子超過半滿而接近 3d10全滿，較難失電子，所以一般情況下 Ni 表現(xiàn) 2 價(jià)氧化態(tài)，在特殊條件下得到不穩(wěn)定的 Ni( )的化合物。 5、根據(jù)以下實(shí)驗(yàn)說明產(chǎn)生各種現(xiàn)象的原因并寫出有關(guān)反應(yīng)方程式。 （ 1）打開裝有四氯化鈦的瓶塞，立即冒白煙。 （ 2）向此瓶中加入濃鹽酸和金屬鋅時(shí)，生成紫色溶液。 （ 3）緩慢地加入氫氧化鈉至溶液呈堿性，并析出紫色沉淀。 （ 4）沉淀過濾后，先用硝酸，然后用稀堿溶液處理，有白色沉淀生成。 清北學(xué)堂 （ 5）將此溶液過濾并灼燒，最后與等物質(zhì)的量的氧化鎂共熔。 解析： （ 1）四氯化鈦在水中或潮濕空氣中都易水解，產(chǎn)生的白煙是 HCl 煙霧。 TiCl4 3H2O=H2TiO3 4HCl （ 2）在強(qiáng)酸性溶液中，四氯化鈦可被活潑金屬還原為紫色的 Ti3+的溶液。 2TiCl4 ZnH+ 2TiCl3 ZnCl2 （ 3）紫色沉淀為 Ti(OH)3: Ti3+ 3OH=Ti(OH)3。 （ 4）硝酸將 Ti3+氧化成 Ti4+， Ti4+在堿性條件下生成白色沉淀 Ti(OH)4。 TiCl3 HNO3 HCl=TiCl4 NO2 H2O TiCl4 4NaOH=Ti(OH)4 4NaCl （ 5）沉淀灼燒后生成二氧化鈦，與氧化鎂共熔生成鈦酸鎂。 Ti(OH)4 TiO2 2H2O； TiO2 MgO 熔融 MgTiO3 6、 工業(yè)上處理含227Cr O的酸性工業(yè)廢水用以下方法： 往工業(yè)廢水中加入適量的 NaCl，攪拌均勻；用 Fe 為電極進(jìn)行電解，經(jīng)過一段時(shí)間有 Cr(OH)3和 Fe(OH)3沉淀產(chǎn)生；過濾回收沉淀，廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。試回答： （ 1）電解時(shí)的電極反應(yīng)：陽極 _ 陰極 _ （ 2）寫出227Cr O轉(zhuǎn)變成 Cr3+的離子反應(yīng)方程式： _ （ 3）電解過程中 Cr(OH)3、 Fe(OH)3沉淀是怎樣產(chǎn)生的？ 解析：本題將電解規(guī)律、鹽類水解和污水處理巧妙結(jié)合。要除去金屬離子，一般采用沉淀離子的方法。但沉淀離子不一定要加入沉淀劑，對(duì)金屬離子來說，用調(diào)節(jié)溶液 pH 的方法同樣也能生成氫氧化物沉淀而除去。 （ 1）陽極 Fe 2e=Fe2+ 陰極 2H+ 2e=H2 清北學(xué)堂 （ 2）227Cr O 6Fe2+=14H+=2Cr3+ 6Fe3+ 7H2O （ 3）由于 H+在陰極放電，破壞了水的電離平衡，產(chǎn)生大量 OH， OH與 Cr3+、 Fe3+反應(yīng)生成 Cr(OH)3、 Fe(OH)3沉淀。 7、現(xiàn)有 CuO、 CuS、 Cu2S 三種黑色粉末，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)不用任何化學(xué)藥品就區(qū)分它們的實(shí)驗(yàn)方案。 （請(qǐng)用文字?jǐn)⑹觯?解析：本題有一明確的要求：不用任何化學(xué)藥品，故只能用加熱、灼燒、聞氣味、稱質(zhì)量變化等物理方法。 （ 1）稱取等質(zhì)量的 CuO、 CuS、 Cu2S 粉末各一份，分別在空氣中灼燒，產(chǎn)生刺激性氣體（ SO2）的是 CuS 與 Cu2S 粉末，無刺激性氣體產(chǎn)生的是 CuO 粉末。 （ 2）稱量灼燒后不再產(chǎn)生刺激性氣體的冷卻殘留物，質(zhì)量幾乎不變的原粉末 Cu2S，質(zhì)量減輕的原粉末是 CuS。 8、將一組干電池、兩個(gè)電鍵、一個(gè)小燈泡、兩塊相同鉛板用導(dǎo)線按圖示連接起來，再將鉛板插入盛有稀硫酸的燒杯中。 （ 1）先閉合 K1，燈泡 _（填“亮”或“不亮” ，下同） ，原因是 _。 （ 2）斷開 K1，閉合 K2，燈炮 _，燒杯內(nèi)的現(xiàn)象是 _。 （ 3） 過一段時(shí)間， 斷開 K2， 閉合 K1， 燈泡 _， 原因是 _。 解析：本題初看起來是電解知識(shí)的簡(jiǎn)單運(yùn)用，但特殊點(diǎn)是：兩鉛板作電極在稀硫酸中電解，陽極發(fā)生的并不是簡(jiǎn)單的非惰性電極失電子消耗，而是 OH放電生成 O2， O2氧化鉛板生成 PbO2，使第三步斷開 K2，閉合 K1時(shí)的反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殂U蓄電池的反應(yīng)。 （ 1）不亮；不能構(gòu)成原電池，雖有干電池，也不能構(gòu)成閉合回路。 （ 2）亮； a 極上有氣泡放出， b 極上有氣泡放出。 清北學(xué)堂 （ 3）亮；在斷開 K1，閉合 K2時(shí)， b 極反應(yīng)為： 4OH 4e=2H2O O2； Pb O2=PbO2 當(dāng)斷開 K2，閉合 K1時(shí)，構(gòu)成原電池反應(yīng)。 a 極： Pb 2e SO42=PbSO4 b 極： PbO2 2e 4H+ SO42=PbSO4 2H2O 9、橙紅色晶體重鉻酸鉀有強(qiáng)氧化性，它的還原產(chǎn)物為 Cr3+，顏色變?yōu)榫G色，用硅膠（一種有吸濕和吸附性載體）吸附后，用嘴對(duì)它吹氣，若變成綠色則表示有酒精蒸氣吹入，可用于檢查司機(jī)是否酒后開車，試回答： （ 1）在重鉻酸鉀酸化后氧化乙醇的化學(xué)方程式是 _，若反應(yīng)中有 0.03mol 電子轉(zhuǎn)移時(shí)，被氧化的乙醇有 _mol。 （ 2）在溶液中加入乙醚后，再加入數(shù)滴的溶液，乙醚層呈現(xiàn)藍(lán)色，這是由于生成的產(chǎn)物溶于乙醚中的緣故（锃位于周期表過渡元素中的 VIB 族） ，試分析這個(gè)反應(yīng)離子方程式是怎樣的，是否屬氧化還原反應(yīng)？ 解析： （ 1）重鉻酸鉀中鉻為 6 價(jià)，酸化后具有強(qiáng)氧化性，能將乙醇氧化為 CH3COOH（還能繼續(xù)氧化，從略） ，其本身還原為 Cr3+。 2K2Cr2O7 3CH3CH2OH 8H2SO4=2Cr2(SO4)3 3CH3COOH 11H2O 2K2SO4 該反應(yīng)中每個(gè)乙醇分子失去 4 個(gè)電子，而 K2Cr2O7需得 6 個(gè)電子才可還原為 Cr3+，當(dāng)有0.03mol 電子轉(zhuǎn)稱時(shí)，被氧化的乙醇分子為 0.0075 mol。 （ 2） 根據(jù)信息： K2Cr2O7與 H2O2可反應(yīng)生成能溶于乙醚的藍(lán)色溶液， 且鉻位于 VIB 族，說明乙醚溶液中有 CrO5生成，且生成時(shí)需 H2O2，可知 HOOH 中的 OO過氧團(tuán)轉(zhuǎn)入 CrO5中，即每分子有兩個(gè)過氧團(tuán)，因?yàn)榉磻?yīng)中各元素的化合價(jià)未變，可判斷該反應(yīng)不屬于氧化還原反應(yīng)。227Cr O 4H2O2 2H+ =2CrO5 5H2O 清北學(xué)堂 （ 1） 2K2Cr2O7 3CH3CH2OH 8H2SO4= 2Cr2(SO4)3 3CH3COOH 11H2O 2K2SO4, 0.0075 mol。 （ 2）227Cr O4H2O2 2H+ =2CrO5 5H2O，該反應(yīng)不屬于氧化還原反應(yīng)。 10、東晉葛洪所著抱樸子中記載有“以曾青涂鐵，鐵赤色如銅” 。 “曾青”即硫酸銅。這是人類有關(guān)金屬置換反應(yīng)的最早的明確記載。鐵置換銅的反應(yīng)節(jié)能無污染，但因所得的鍍層疏松、不堅(jiān)固，通常只用于銅的回收，不用作鐵器鍍銅。能否把鐵置換銅的反應(yīng)開發(fā)成鍍銅工藝呢？從化學(xué)手冊(cè)上查到如下數(shù)據(jù)： 電極電勢(shì)： Fe2+ 2e=Fe, 0.440 V = Fe3 e=Fe2+, 0.771 V = Cu2 2e=Cu, 0.342 V = Cu2 e=Cu, 0.160 V = 平衡常數(shù)：14 14WSP1.0 10 , (CuOH) 1.0 10 ,KK= = 19 16SP 2 SP 238SP 3Cu(OH) 2.6 10 , Fe(OH) 8.0 10 ,Fe(OH) 4.0 10。KKK= = 回答如下問題： （ 1）造成鍍層疏松的原因之一可能是夾雜固體雜質(zhì)。為證實(shí)這一設(shè)想，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：向硫酸銅溶液加入表面清潔的純鐵塊。請(qǐng)寫出四種可能被夾雜的固體雜質(zhì)的生成反應(yīng)方程式（不必寫反應(yīng)條件） 。 （ 2）設(shè)鍍層夾雜物為 CuOH（固） ，實(shí)驗(yàn)鍍槽的 pH=4， CuSO4的濃度為 0.040mol/L，溫度為 298K，請(qǐng)通過電化學(xué)計(jì)算說明在該實(shí)驗(yàn)條件下 CuOH 能否生成。 （ 3）提出三種以上抑制副反應(yīng)發(fā)生的（化學(xué)）技術(shù)途徑，不必考慮實(shí)施細(xì)節(jié)，說明理由。 清北學(xué)堂 解析：本題是一道綜合試題，著重分析化學(xué)反應(yīng)的可能性及計(jì)算氧化還原反應(yīng)的電極電勢(shì)。同時(shí)考查發(fā)散性思維，應(yīng)用化學(xué)知識(shí)抑制反應(yīng)。 （ 1） CuO 或 Cu(OH)2 Cu2+ 2H2O=Cu(OH)2 2H+ Cu2O 或 CuOH Cu+ H2O=CuOH H+ FeO 或 Fe(OH)2 Fe2+ 2H2O=Fe(OH)2 2 H+ Fe2O3或 Fe(OH)2 2Fe(OH)212O2 H2O=2Fe(OH)3 注：寫出 Cu2+與 Fe 得到 Cu+等等反應(yīng)者，只要正確，不扣分。 方程式未配平或配平錯(cuò)誤均不得分。 （ 2） Cu2+ Cu 2H2O=2CuOH 2H+ CuOH H+ e=Cu H2O 0.287 V= Cu2+ H2O e=CuOH H+ 0.314 V+= E=0.027V0 正方向自發(fā) +82+0.059 2 H 10lg 0.364 0.059 2lg 0.027(V)10.4Cu EE= = = =或 （ 3）緩沖劑，控制酸度，抑制放 H2，水解，沉淀等。 配位劑，降低 Cu2+（即電位下降） ，阻止與新生態(tài) Cu 反應(yīng)。 抗氧劑，抑制氧化反應(yīng)。 穩(wěn)定劑，防止累積的 Fe2+對(duì)銅的沉積產(chǎn)生不良影響和減緩 Fe2+氧化為 Fe3+。 11、 （ 2001 年全國高中化學(xué)競(jìng)賽初賽試題） Mn2+離子是 KMnO4溶液氧化 H2C2O4的催化劑。有人提出該反應(yīng)的歷程為： 2-24Mn(II) Mn(II) Mn(II) C O 22n24n2+2Mn(VII) Mn(VI) Mn(IV) Mn(III) Mn(C O )Mn CO + 請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì) 2 個(gè)實(shí)驗(yàn)方案來驗(yàn)證這個(gè)歷程是可信的（無須給出實(shí)驗(yàn)裝置，無須指出選用的具清北學(xué)堂 體試劑，只需給出設(shè)計(jì)思想） 。 解析：討論分析：若 Mn2+真的是催化劑，則降低它的濃度，反應(yīng)速度會(huì)變慢；有與沒有 Mn2+，速率會(huì)不同。 （ 1）尋找一種試劑能與 Mn(VI)、 Mn（ IV）或 Mn（ III）生成配合物或難溶物，加入這種試劑，反應(yīng)速率變慢。 （注：表述形式不限。其他設(shè)計(jì)思想也可以，只要有道理都可得分。 ） （ 2）對(duì)比實(shí)驗(yàn)：其一的草酸溶液中加 Mn2+離子，另一不加。在滴加 KMnO4溶液時(shí)，加 Mn2+者反應(yīng)速率快。 12、鉑系金屬是最重要的工業(yè)催化劑。但其儲(chǔ)量已近枯竭，上小行星去開采還純屬科學(xué)幻想。 研究證實(shí)， 有一類共價(jià)化合物可代替鉑系金屬催化劑。 它們是堅(jiān)硬的固體， 熔點(diǎn)極高，高溫下不分解，被稱為“千禧催化劑” （ millennuim catalysts） 。下面一種方法都可以合成它們： 在高溫下將烴類氣體通過鎢或鉬的氧化物的表面。 高溫分解鎢或鉬的有機(jī)金屬化合物（即：鎢或鉬與烴或烴的鹵代物形成的配合物） 。 在高度分散的碳表面上通過高溫氣態(tài)鎢或鉬的氧化物。 （ 1）合成的化合物的中文名稱是 _和 _。 （ 2）為解釋這類化合物為什么能代替鉑系金屬，提出了一種電子理論，認(rèn)為這些化合物是金屬原子與非金屬原子結(jié)合的原子晶體， 金屬原子周圍的價(jià)電子數(shù)等于同周期的鉑原子或釕原子的價(jià)電子數(shù)。這類化合物的化學(xué)式（即最簡(jiǎn)式或?qū)嶒?yàn)式）是 _和 _。 解析： （ 1）題目給出大量信息，要從中選出有用信息進(jìn)行加工，題目提供了三種合成途徑： 在高溫下將烴類氣體通過鎢或鉬的氧化物表面。 可知合成化合物可能含有 Mo 或 W、C、 H、 O 幾種元素；高溫分解鎢或鉬的有機(jī)金屬化合物。在高度分散的碳表面上通過清北學(xué)堂 高溫氣態(tài)鎢或鉬的氧化物。合成化合物不含氫元素。綜合以上三個(gè)結(jié)論，合成化合物僅由Mo 和 C 或 W 和 C 兩種元素組成，根據(jù)化合物的分類，它們遠(yuǎn)離屬金屬碳化物。 （ 2）第（ 2）小題要進(jìn)一步確定碳化物中元素的原子個(gè)數(shù)比。題目中給出了合成化合物是共價(jià)化合物的信息，又介紹了一種電子理論，因此可根據(jù)有關(guān)元素在周期表中的位置找出該原子的價(jià)電子數(shù)，然后根據(jù)化合價(jià)的實(shí)質(zhì)，分析確定該化合物的化學(xué)式。 Mo 是第五周期 VIB 族元素， 其原子有 6 個(gè)價(jià)電子， Ru 是第五周期族中第一個(gè)元素，其原子有 8 個(gè)價(jià)電子，因此每個(gè) Mo 原子需要與 C 原子共用 2 對(duì)電子才能使價(jià)電子數(shù)與 Ru原子相同，即 Mo 在碳化物中顯 2 價(jià)， C 原子提供 4 個(gè)價(jià)電子，在碳化物中顯 4 價(jià)，化學(xué)式為 Mo2C。 W 是 Mo 同族元素，其原子有 6 個(gè)價(jià)電子， Pt 是第六周期族元素，其原子有 10 個(gè)價(jià)電子，同理推得化學(xué)式為 WC。 （ 1）碳化鉬；碳化鎢。 （ 2） Mo2C； WC。說明：每個(gè)鎢原子的 d 軌道上平均多了 4 個(gè)電子，相當(dāng)于 Pt 原子的電子構(gòu)型，每個(gè)鉬原子的 d 軌道上多了 2 個(gè)電子，相當(dāng)于 Ru 原子的電子構(gòu)型。 13、 （ 1998 年全國化學(xué)競(jìng)賽試題）某地有軟錳礦和閃鋅礦 兩座礦山，它們的組成如下： 軟錳礦： MnO2含量 65%， SiO2含量約 20%， Al2O3含量約 4%，余為水分； 閃鋅礦： ZnS 含量 80%， FeS、 CuS、 CdS 含量各約 2%， SiO2含量約 7%，余為水分。 科研人員開發(fā)了綜合利用這兩種資源的工藝，主產(chǎn)品是通過電解獲得的鋅和二氧化錳，副產(chǎn)品為硫碘、少量金屬銅和鎘。生產(chǎn)正常時(shí)，只需外購少量硫酸和純堿，其他原料則由內(nèi)部解決。工藝流程框圖如圖所示，流程框圖中每一方框?yàn)橐环N處理過程。帶箭頭的線表示物流線。請(qǐng)?jiān)陂唸D后回答下列問題： 清北學(xué)堂 （ 1） 寫出圖上標(biāo)有阿拉伯?dāng)?shù)字的處理過程中發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式， 并配平之。 （ 2）寫出用字母 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G 表示的物流線上全部物料組分的化學(xué)式。 （ 3）二氧化錳和鋅是制造干電池的基本材料。電解二氧化錳的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝主要為：軟錳礦加煤還原焙燒；硫酸浸出培燒料；浸出液經(jīng)凈化后去電解，電解時(shí)在陽極上析出二氧化錳（陰極產(chǎn)生的氣體放空） ，獲得的二氧化錳經(jīng)粉碎后為成品。電解鋅的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝主要為：閃鋅礦高溫氧化除硫；焙燒潭用硫酸浸出；浸出液經(jīng)凈化后電解還原，在陰極獲得電解鋅（陽極產(chǎn)生的氣體放空） 。試從環(huán)境保護(hù)和能耗的角度對(duì)比新工藝與傳統(tǒng)工藝，指出新工藝的特點(diǎn)，并簡(jiǎn)單評(píng)述之。 解析： （ 1） （不寫沉淀箭頭不扣分；寫離子方程式也可以） MnO2 ZnS 2H2SO4=S MnSO4 ZnSO4 2H2O MnO2 CuS 2H2SO4=S MnSO4 CuSO4 2H2O 3MnO2 2FeS 6H2SO4=2S 3MnSO4 Fe2(SO4)3 6H2O CdS MnO2 2H2SO4=S CdSO4 MnSO4 2H2O Al2O3 3H2SO4=Al2(SO4)3 3H2O 清北學(xué)堂 （不寫沉淀箭頭不扣分；寫離子方程式也可以） Zn CuSO4=Cu ZnSO4 Zn CdSO4=Cd ZnSO4 Zn Fe2(SO4)3=2FeSO4 ZnSO4 MnO2 2FeSO4 2H2SO4 MnSO4 Fe2(SO4)3 2H2O 3MnCO3 Al2(SO4)3 3H2O 2Al(OH)3 3MnSO4 3CO2 3ZnCO3 Fe2(SO4)3 3H2O 2Fe(OH)3 3ZnSO4 3CO2 3MnCO3 Fe2(SO4)3 3H2O 2Fe(OH)3 3MnSO4 3CO2 3ZnCO3 Al2(SO4)3 3H2O 2Al(OH)3 3ZnSO4 3CO2 說明：上述四個(gè)化學(xué)方程式寫“加熱”反應(yīng)條件與否均不扣分； 寫離子方程式也可以。 （不寫“電解”不扣分；寫電極反應(yīng)得分相同，但要標(biāo)對(duì)正負(fù)板） MnSO4 ZnSO4 2H2O電解 MnO2 Zn 2H2SO4 （不寫沉淀箭頭不扣分；寫離子方程式得分相同） ZnSO4 Na2CO3=ZnCO3 Na2SO4 或： 2ZnSO4 2Na2CO3 H2O=Zn2(OH)2CO3 2Na2SO4 CO2 MnSO4 Na2CO3=MnCO3 Na2SO4 （ 2） A MnSO4, ZnSO4, Fe2(SO4)3, Al2(SO4)3, CuSO4, CdSO4的溶液； B MnSO4和 ZnSO4混合溶液； C MnCO3和 ZnCO3（或 Zn2(OH)2CO3）混合物； D Zn 粉； E MnO2粉； F H2SO4、 ZnSO4、 MnSO4溶液； 清北學(xué)堂 G Na2SO4溶液。 （ 3） a環(huán)境方面：無 SO2對(duì)大氣的污染；無高溫焙燒熱污染。 b能耗方面：不需高溫，大大節(jié)約了燃料。電解過程中。陰、陽兩極均有目標(biāo)產(chǎn)物生成，較傳統(tǒng)工藝電解利用率高。 14、 （ 1999 年全國化學(xué)競(jìng)賽試題）市場(chǎng)上出現(xiàn)過一種一氧化碳檢測(cè)器，其外觀像一張塑料信用卡，正中有一個(gè)直徑不到 2 cm 的小窗口，露出橙紅色固態(tài)物質(zhì)。若發(fā)現(xiàn)橙紅色轉(zhuǎn)為黑色而在短時(shí)間內(nèi)不復(fù)原，表明室內(nèi)一氧化碳濃度超標(biāo)，有中毒危險(xiǎn)。一氧化碳不超標(biāo)時(shí)，橙紅色雖也會(huì)變黑卻能很快復(fù)原。已知檢測(cè)器的化學(xué)成分：親水性的硅膠、氯化鈣、固體酸H8Si(Mo2O7)6 28H2O、 CuCl2 2H2O 和 PdCl2 2H2O（注：橙紅色為復(fù)合色，不必細(xì)究） 。 （ 1） CO 與 PdCl2 2H2O 的反應(yīng)方程式為 _。 （ 2） （ 1）中的產(chǎn)物之一與 CuCl2 2H2O 反應(yīng)而復(fù)原，化學(xué)方程式為 _。 （ 3） （ 2）中的產(chǎn)物之一復(fù)原的反應(yīng)方程式為 _。 解析：第一個(gè)問題的關(guān)鍵是： CO 和 PdCl2 2H2O 誰是氧化劑？當(dāng)然有兩種正好相反的假設(shè)： 假設(shè) 1， 得到 C 和某種高價(jià)鈀化合物； 假設(shè) 2， 得到 CO2和金屬鈀。 哪一個(gè)假設(shè)正確？要從第二問得到啟示。顯然，第二問需要應(yīng)試者自己得出結(jié)論：首選是 CuCl2 2H2O 不可能是還原劑，只可能是氧化劑，因?yàn)樵谒w系里銅的價(jià)態(tài)不能再升高。如果應(yīng)試者沒有這種基本思路，就無助于對(duì)第 1 問兩種假設(shè)的選擇。問：其中哪一個(gè)可以跟 CuCl2 2H2O 反應(yīng)？中學(xué)課本上討論過碳的氧化，使用的都是強(qiáng)氧化劑，如空氣中的氧氣、濃硫酸、濃硝酸等，而且都需加熱，可見碳不是強(qiáng)還原劑，把它氧化不那么容易，應(yīng)當(dāng)排除，于是肯定：假設(shè) 1是正確的，這是一箭雙雕，既答了第 1 問，又答了第 2 問。當(dāng)然，第 2 問又存在兩種可能，銅被還原得銅（ I）呢還是得銅（ O） ，怎樣判斷？需要第 3 問來幫助。第 3 問要求寫出（ 2）問中產(chǎn)物之一被復(fù)原，自然是指銅（ I）或銅（ O）的復(fù)原。先不必問氧化劑是誰，應(yīng)試者清北學(xué)堂 就清楚，銅（ I）比銅成第 2 問的解答。再接著思考第 3 問：使銅（ I）復(fù)原為銅（ II）使用了什么試劑？首先要明確，它一定是氧化劑，然后從器件化學(xué)組成中去找，只能選擇空氣中的氧氣，別無它路，全題得解。 答案： （ 1） CO PdCl2 2H2O=CO2 Pd 2HCl H2O 如寫 PdCl2不寫 PdCl2 2H2O 同時(shí)也配平，給一半分。 （ 2） Pd 2CuCl2 2H2O=PdCl2 2H2O 2CuCl 2H2O 如寫 Pd CuCl2 2H2O=PdCl2 2H2O Cu 給一半分 （ 3） 4CuCl 4HCl 6H2O O2=4CuCl2 2H2O 15、 （ 2001 年全國高中化學(xué)競(jìng)賽初賽試題）某不活潑金屬 X 在氯氣中燃燒的產(chǎn)物 Y 溶于鹽酸得黃色溶液，蒸發(fā)結(jié)晶，得到黃色晶體 Z，其中 X 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50%。在 500mL 濃度 0.10 mol/L 的 Y 水溶液中投入鋅片，反應(yīng)結(jié)束時(shí)固體的質(zhì)量比反應(yīng)前增加 4.95g。 X 是 _； Y 是 _； Z 是 _。 解析：要點(diǎn) 1： X 為不活潑金屬，設(shè)為一種重金屬，但熟悉的金屬或者其氯化物與鋅的置換反應(yīng)得到的產(chǎn)物的質(zhì)量太小，或者其水溶液顏色不合題意，均不合適，經(jīng)諸如此類的排他法假設(shè) X 為金，由此 Y=AuCl3，則置換反應(yīng)的計(jì)算結(jié)果為： 2AuCl3 3Zn=3ZnCl2 2Au反應(yīng)得到 Au 的質(zhì)量 =0.100mol/L 0.500L 197g/mol=9.85g 反應(yīng)消耗 Zn 的質(zhì)量 =0.100 mol/L 0.500 L 65.39g/mol 3/2=4.90g 反應(yīng)后得到的固體質(zhì)量增重： 9.85g 4.90g=4.95g 要點(diǎn) 2：由 AuCl3溶于鹽酸得到的黃色晶體中 Au 的含量占 50%，而 AuCl3中 Au 的含量達(dá) 65%，可見 Z 不是 AuCl3，假設(shè)為配合物 HAuCl4，含 Au58%，仍大于 50%，故假設(shè)它是水合物， 則可求得： HAuCl4 3H2O的摩爾質(zhì)量為 393.8 g/mol其中 Au的含量為 197/394=50%。清北學(xué)堂 其他推理過程，只要合理，可算正確。 X 是 Au； Y 是 AuCl3； Z 是 HAuCl4 3H2O。 16、某天然堿（純凈物）可看成是由 NaOH 和 CO2反應(yīng)后的產(chǎn)物所組成。稱取天然堿樣品 4 份溶于水后，分別逐滴加入相同濃度的鹽酸溶液 30.0 mL，產(chǎn)生 CO2的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）如下表： 鹽酸的體積 V/mL 30.0 30.0 30.0 30.0 樣品質(zhì)量 W/g 3.32 4.15 5.81 7.47 CO2的體積 V/mL 672 840 896 672 （ 1）根據(jù)第 I 組數(shù)據(jù)推測(cè)，若用 2.49g 樣品進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)產(chǎn)生 CO2多少毫升（標(biāo)準(zhǔn)狀況）？ （ 2）另取 3.32g 樣品在 300下加熱使其完全分解（此溫度 Na2CO3不分解） ，產(chǎn)生CO2112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）和水 0.45g，通過計(jì)算確定該天然堿的化學(xué)式 / （ 3）已知 Na2CO3與 HCl(aq)反應(yīng)分兩步進(jìn)行： Na2CO3 HCl=NaCl NaHCO3 NaHCO3 HCl=NaCl CO2 H2O 由上表組數(shù)據(jù)可以確定所用鹽酸的濃度為 _mol/L。 （ 4） 依據(jù)上表所列的數(shù)據(jù)及天然堿的化學(xué)式， 討論并確定上述實(shí)驗(yàn)中 CO2的體積 V(mL)（標(biāo)準(zhǔn)狀況）與樣品質(zhì)量 W(g)之間的關(guān)系式。 解析：比較表中各組數(shù)據(jù)，推理得出： I、 II 組是樣品不足，鹽酸一定過量。組中樣品過量。 （ 1）據(jù)此例關(guān)系，當(dāng) 2.49g 樣品也象 I 組一樣完全反應(yīng)，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下的 CO2體積清北學(xué)堂 為：672mL2.49g=504mL3.32g （ 2） 2NaHCO3 CO2 H2O Na2CO3 2 mol 22.4L 18g n(NaHCO3) 0.112L 0.09g 3322? .112L(NaHCO ) =0.01mol22.4L0.672L(NaCO )= 0.01 0.02mol22.40.1120.450 1822.4(H O) 0.02mol18nnn= n(NaHCO3) n(Na2CO3) n(H2O)=0.01 0.02 0.02=1 2 2 天然堿的化學(xué)式為 2Na2CO3 NaHCO3 2H2O （ 3）天然堿的摩爾質(zhì)量為為 332g/mol， 天然堿的物質(zhì)的量為：7.47g=0.022 5mol332g/moln= 其中 n(Na2CO3)=0.022 5 2=0.045 mol 據(jù)反應(yīng)原理： Na2CO3 HCl=NaCl NaHCO3 NaHCO3 HCl=NaCl CO2 H2O，得 30 mL 鹽酸中 HCl 物質(zhì)的量為： n(HCl)=0.0450.672L0.075 mol22.4L/mol= 鹽酸的物質(zhì)的量濃度為： （ 4）用極值觀點(diǎn)分析： 當(dāng)樣品與鹽酸完全反應(yīng)生成 CO2時(shí)， 30 mL 鹽酸消耗樣品質(zhì)量為 x1 11332g 5mol4.98g2.5? .03molxx= 當(dāng) 0m 4.98g 時(shí)，332g 3? 24mLWV= 0.075L2.5 mol/L0.030L=清北學(xué)堂 23224mL(CO ) 202.4W mL332gWV= 當(dāng) HCl 完全與 NaCO3反應(yīng)生成 NaHCO3時(shí)無 CO2生成， 2NaCO3 NaHCO3 2H2O 2HCl 22332g 2mol12.45g2.50? molxx= 當(dāng) 4.98 W 12.45 時(shí)，產(chǎn)生的 CO2為： V(CO2)=0.175 mol2.50 3molWg2 22400 mL/mol=(1680 134.9W)Ml 答案： （ 1） 504。 （ 2） 2Na2CO3 NaHCO3 2H2O。 （ 3） 2.5。 （ 4）當(dāng) 0m 4.98g 時(shí)， V（ CO2） = 202.4W mL；當(dāng) 4.98 W 12.45 時(shí)，產(chǎn)生的 CO2=(1680 134.9W)mL；當(dāng) W 12.5時(shí)， V（ CO2） =0。 17、某棕褐色粉末（ A）不溶于水。當(dāng)（ A）和 KOH（有時(shí)可加入 KClO3）熔融后，可得一綠色熔塊（ B） 。把（ B）溶于水，調(diào)節(jié)溶液至微堿性，即生成紫紅色溶液（ C）和棕褐色沉淀（ A） 。過濾后把沉淀（ A）和濃鹽酸共熱，會(huì)產(chǎn)生一種黃綠色氣體。在呈弱堿性紫紅色溶液中加入 K2SO3溶液，紫紅色會(huì)逐漸褪去。 （ 1）寫出分子式（ A） _， （ B） _， （ C） _。 （ 2）寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式： （ A）（ B） （ B）（ C）（ A） （ A）和濃鹽酸反應(yīng) （ C）和 K2SO3反應(yīng) 并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。 解析：解題關(guān)鍵是掌握錳的化合物的顏色及其重要化學(xué)反應(yīng)。 A 與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生 Cl2，A 為 MnO2。 MnO2為中間價(jià)態(tài)化合物，它既有氧化性又有還原性。 K2MnO4在堿性條件下能發(fā)生歧化反應(yīng)，則 B 為 K2MnO4。 清北學(xué)堂 （ 1） （ A） MnO2 （ B） K2MnO4 （ C） KMnO4 （ 2） 2MnO2 4KOH O2=2K2MnO4 2H2O 3K2MnO4 2H2O=2KMnO4 MnO2 4KOH MnO2 4HCl(濃 ) MnCl2 Cl2 2H2O 2MnO4 3SO32 H2O=2MnO2 3SO42 2OH 18、 鉻是典型的過渡元素， 在不同的化合物中呈現(xiàn)不同的化合價(jià)， 形成色彩鮮艷化合物。 （ 1）將一種橙色的鉻的化合物加熱，除產(chǎn)生一種無色無味的氣體外還得到一種綠色氧化物。 （ 2）該綠色氧化物溶于冷的濃硫酸中得紫色溶液。 （ 3）該綠色的化合物還能溶于濃的 NaOH 溶液中，得到深綠色的溶液。 （ 4）將上述溶液用鹽酸中和至 pH=4.6 時(shí)，能析出灰藍(lán)色沉淀。 （ 5）向上述深綠色溶液中加入 H2O2，溶液轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色。 寫出上述變化的化學(xué)方程式： 根據(jù)上述變化分析，鉻的最高價(jià)氫氧化物的酸堿性如何？ 解析：解答此題關(guān)鍵要弄清楚鉻的化合物之間的轉(zhuǎn)化及其化合物的顏色。 Cr2O3為綠色的氧化物，可由 (NH4)2Cr2O7加熱分解獲得。 （ 1） (NH4)2Cr2O7 N2 Cr2O3 4H2 （ 2） Cr2O3 3H2SO4=Cr2(SO4)3 3H2O （ 3） Cr2O3 2NaOH=2NaCrO2 H2O或生成 (Cr(OH)4) （ 4） NaCrO2 2H2O=Cr(OH)3 NaOH （ 5） 2CrO2 3H2O2 2OH=2CrO42 4H2O （ 6）鉻的最高價(jià)氫氧化物顯強(qiáng)酸性。 清北學(xué)堂 19、化學(xué)需氧量（ COD）是水體質(zhì)量的控制項(xiàng)目之一，它是量度水中還原性污染物的重要指標(biāo)。 COD 是用強(qiáng)氧化劑（我國采用 K2Cr2O7）處理一定量水樣時(shí)所消耗的氧化劑的量，并換算成以 O2作為氧化劑時(shí)， 1 L 水樣所消耗 O2的質(zhì)量 (mg/L)?，F(xiàn)有某廢水樣品 20.00 mL，加入 10.00mL 0.040 0 mol/L K2Cr2O7溶液，并加入適量酸和催化劑，加熱反應(yīng) 2 小時(shí)。在指示劑存在下用 0.100 mol/L Fe(NH4)2(SO4)2溶液滴定多余的 K2Cr2O7，共用去Fe(NH4)2(SO4)2溶液 12.00 mL。 （ 1）已知 K2Cr2O7在酸性溶液中作氧化劑時(shí)，還原成 Cr3+離子， Fe2+離子氧化成 Fe3+離子。寫出 K2Cr2O7與 Fe(NH4)2(SO4)2在 H2SO4存在下反應(yīng)的化學(xué)方程式。 （ 2）計(jì)算 20.00 mL 廢水所消耗的 K2Cr2O7的物質(zhì)的量。 （ 3）計(jì)算在廢水水樣的 COD。 解析：本題是由中和滴定知識(shí)延伸到氧化還原滴定，利用氧化還原反應(yīng)的定量關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。 （ 1） K2Cr2O7 6Fe(NH4)2(SO4)2 7H2SO4=Cr2(SO4)3 3Fe2(SO4)3 K2SO4 6(NH4)2SO4 7H2O （ 2） 20.00mL 廢水所消耗的 K2Cr2O7的物質(zhì)的量為 n(K2Cr2O7) K2Cr2O7 6Fe(NH4)2(SO4)2 1 6 n(K2Cr2O7) 0.100 mol/L 12.00 10 3L 342270.100mol/L 12.00 10(K Cr O ) 2 10 mol6n= （ 3） K2Cr2O7 3/2O2 1 3/2 32 2 10 4 m(O2) 清北學(xué)堂 m(O2)=3/2 32 2 10 4mol =0.96 10 2g 則廢水水樣的230.96 10 g 100COD= 10 480mg/L20= 20、 （ 1999 年全國化學(xué)競(jìng)賽試題）鉻的化學(xué)實(shí)驗(yàn)豐富多彩，實(shí)驗(yàn)結(jié)果常出人意料。將過量 30%H2O2加入 (NH4)2CrO4的氨水溶液，熱至 50后冷至 0，析出暗紅色晶體 A。元素分析報(bào)告： A 含 Cr 31.1%， N 25.1%， H 5.4%。在極性溶劑中 A 不導(dǎo)電。紅外圖譜證實(shí) A有 NH 鍵，且與游離氨分子鍵能相差不太大，還證實(shí) A 中的鉻原子周圍有 7 個(gè)配位原子提供孤對(duì)電子與鉻原子形成配位鍵，呈五角雙錐構(gòu)型。 （ 1）以上信息表明 A 的化學(xué)式為 _；可能的結(jié)構(gòu)式為 _。 （ 2） A 中鉻的氧化數(shù)為 _。 （ 3）預(yù)期 A 最特征的化學(xué)性質(zhì)為 _。 （ 4）生成晶體 A 的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，方程式是 _。 解析：此題是利用一般教科書未涉及的知識(shí)編制成的探究式試題。要求具備配合物（絡(luò)合物）的基本概念（中學(xué)有 Cu(NH3)42+、 Ag(NH3)2+、 Fe(CN)64、 Fe(SCN)63等） 、過氧化合物的知識(shí) （中學(xué)有 H2O2） 、 鉻的價(jià)態(tài)及作為氧化劑的知識(shí) （中學(xué)有重鉻酸鹽作氧化劑的例子） 、氧化數(shù)的概念、配價(jià)鍵或者配位鍵的概念（中學(xué)有電子對(duì)的給予和接受的實(shí)際例子） 、電解質(zhì)的概念、由元素組成求分子量的技能（此題氧原子數(shù)需用余量來求，這既符合實(shí)際科研信息，又增加了試題難度） 。 元素分析報(bào)告表明 A 中 Cr N H O=31.1% 25.1% 5.4% 38.4%:52 14 1 16=1 3 9 4， A 的最簡(jiǎn)化學(xué)式為 CrN3H9O4 A 在極性溶劑中不導(dǎo)電，說明 A 中無外界。 清北學(xué)堂 紅外圖譜證實(shí) A 中有 NH3參與配位。 A 中 7 個(gè)配位原子，五角雙錐結(jié)構(gòu)，故 A 中三氮四氧全配位。 可以判斷出 A 只能是含 2 個(gè)過氧團(tuán)的鉻（ IV）配合物。因?yàn)檫^氧團(tuán)可以從過氧化氫中轉(zhuǎn)移過來，有來源（如果此題沒有 A 的生成反應(yīng)的信息，當(dāng)然也可以假設(shè)配合物里存在H2NNH2，同時(shí)有 OH 的配體，但生成反應(yīng)排除） ；同時(shí)也排除 1 個(gè)過氧團(tuán)或者沒有過氧團(tuán)的可能，因?yàn)樯煞磻?yīng)是氧化還原反應(yīng)，在 K2CrO4中鉻的價(jià)態(tài)（或說氧化態(tài)）已經(jīng)達(dá)到最高價(jià)，只能發(fā)生還原反應(yīng)，鉻的價(jià)態(tài)必低于 6，因此 A 是唯一的。 （ 1） A 的化學(xué)式 Cr(NH3)3O4或 CrN3H9O4（寫成其他形式也可以） ， A 的可能結(jié)構(gòu)式如下圖所示： （兩種結(jié)構(gòu)式均正確，但無 2 個(gè)過氧鍵 OO 者不正確。還可畫出其他結(jié)構(gòu)式，但本題強(qiáng)調(diào)的是結(jié)構(gòu)中有 2 個(gè)過氧鍵，并不要求判斷它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)中的正確位置。 ） （ 2） A 中鉻的氧化數(shù)為 4。 （ 3）氧化還原性（或易分解或不穩(wěn)定等類似表述均得滿分） 。 （ 4）化學(xué)方程式： CrO42 3NH3 3H2O2=Cr(NH3)3(O2)2 O2 2H2O 2OH。 21、 (1997 全國化學(xué)競(jìng)賽試題） 次磷酸 H3PO2是一種強(qiáng)還原劑， 將它加入 CuSO4水溶液，加熱到 40 50，析出一種紅棕色的難溶物 A。經(jīng)鑒定：反應(yīng)后的溶液是磷酸和硫酸的混合物； X 射線衍射證實(shí) A 是一種六方晶體，結(jié)構(gòu)類同于纖維鋅礦（ ZnS） ，組成穩(wěn)定； A的主要化學(xué)性質(zhì)如下：溫度超過 60分解成金屬銅和一種氣體；在氯氣中著火；遇鹽酸放出氫氣。 清北學(xué)堂 （ 1）寫出 A 的化學(xué)式。 （ 2）寫出 A 的生成反應(yīng)方程式。 （ 3）寫出 A 與氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式。 （ 4）寫出 A 與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式。 解析：含 Cu 化合物結(jié)構(gòu)與 ZnS 相同，據(jù)分析，只能形成下列可能： CuS、 CuP、 CuO、CuH，由氧經(jīng)還原知識(shí)推理得， Cu 必為 1 價(jià)，只有 CuH 才符合條件。 答案： （ 1） CuH （ 2） 4CuSO4 3H3PO2 6H2O=4CuH 3H3PO4 4H2SO4 （ 3） 2CuH 3Cl2=2CuCl2 2HCl （ 4） CuH 2HCl=CuCl H2 或 CuH 2HCl= HCuCl2 H2 或 CuH 3HCl=H2CuCl3 H2 22、 （ 1999 年福建省化學(xué)競(jìng)賽題）某一簡(jiǎn)易保健用品，由一個(gè)產(chǎn)氣瓶、 A 劑、 B 劑組成，使用時(shí)將 A 劑放入產(chǎn)氣瓶中，加入水，無明顯現(xiàn)象發(fā)生，再加入 B 劑，則產(chǎn)生大量氣體供保健之用。經(jīng)分析， A 劑為略帶黃色的白色顆粒，可溶于水，取少量 A 溶液加入 H2SO4、戊醇、 K2Cr2O7溶液，戊醇層中呈現(xiàn)藍(lán)色，水層中則不斷有氣體放出，呈現(xiàn)藍(lán)綠色。 B 劑為棕黑色粉末，不溶于水，可以與 KOH 和 KClO3共熔，得深綠色近黑色晶體，該晶體溶于水中又得到固體 B 與紫紅色溶液?；卮鹣铝袉栴}： （ 1） 主要成分 在保健用品中的作用 A 劑 B 劑清北學(xué)堂 （ 2）