第5课时 高考题中常涉及的金属及其性质
[课型标签:拓展课 提能课] 拓展一 变价金属及其化合物性质与应用
一、含铁、钴、镍元素的物质性质比较
Fe(Ⅲ)、Co(Ⅲ)、 Ni(Ⅲ)性质差异 氧化钴与氧化镍在酸性溶液中显示出强氧氧 化性:Co2O3+6HCl化 Ni2O3+6HCl物 但氧化铁与酸只发生复分解反应 化 铁的氢氧化物只与酸发生酸碱中和反应: 物 氢 氧 化 物 Fe(OH)3+3H+Fe(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、 Ni(Ⅱ)性质差异 还原性的变化规律: Fe(OH)2>Co(OH)2>Ni(OH)2 氢 ①Fe(OH)2在空气中极易被氧化成氧 Fe(OH)3 ②Co(OH)2在空气中被O2氧化的速度较慢;可以被强氧化剂(H2O2)迅速氧还 化 原 ③Ni(OH)2在空气中不易被氧化,只有性 2CoCl2+Cl2↑+3H2O 2NiCl2+Cl2↑+3H2O Fe+3H2O 3+镍、钴的氢氧化物与还原性酸发生氧化还原反应: 2Co(OH)3+6H+2Cl2Ni(OH)3+6H+2Cl++-2Co+Cl2↑+6H2O、 2Ni+Cl2↑+6H2O 与 2+2+在更强的氧化剂条件下才会氧化生成Ni(OH)3 ①Fe(OH)2 -离 Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)仅能存在于固态物质或配子 合物中,在水溶液中会发生如下反应(镍存 同): 在 状 态 结 ①由于Fe(OH)2的稳定性弱于Co(OH)2、Ni(OH)2,故三者的还原性存在规论 律:Fe(OH)2>Co(OH)2>Ni(OH)2,因此三者与氧化剂和氨水反应的条件与产物也不同 与 ②由于铁、钴、镍的核电荷数依次增大,故对电子的吸引能力依次增强,所以正三价的解 氧化性呈现如下规律:Fe(Ⅲ) 4Co+2H2O3+3+氨 Fe(OH)3 水 ②Co(OH)2[Co(NH3)6] [Ni(NH3)6] 2+2+4Co+4H+O2↑ 2++反 ③Ni(OH)2Fe在酸性溶液中可以稳定存在 应 借此反应,可以使三种离子分离 1.钒(V)及其化合物 (1)钒单质的性质:银白色金属,熔点高,有延展性,质地坚硬,无磁性。具有耐酸性,在空气中不被氧化,可溶于氢氟酸、硝酸和王水。 (2)钒的氧化物 钒能分别以+2、+3、+4、+5价与氧结合,形成四种氧化物,一氧化钒,三氧化二钒,二氧化钒,五氧化二钒。 (3)钒盐 ??钒盐包括V、VO3 (偏钒酸盐)、VO34 (正钒酸盐)形成的盐,包括:偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏 4+ 钒酸钾、正钒酸钠、焦钒酸钠;四价盐:硫酸氧钒、草酸氧钒。不同价态的钒离子有不同的颜色:(VO2)颜色为浅黄色或深绿色,(VO)为蓝色,V为绿色,V为紫色。 2.铬(Cr)及其化合物 (1)铬单质的性质:铬是银白色的金属,难熔(熔点1 800 ℃),铬是最硬的金属,铬的化学性质很稳定,在常温下,放在空气中或浸在水里,不会生锈。 (2)重要化合物 ①Cr2O3 性质:绿色颜料,俗称“铬绿”,它是一种两性氧化物,能与酸或浓碱溶液反应。 ②K2Cr2O7(重铬酸钾) 性质:橙红色晶体,具有强氧化性,与盐酸反应(加热)制备氯气,K2Cr2O7还可以用来检测司机酒驾。在分析化学中,可以用K2Cr2O7来测定铁的含量。 3.锰(Mn)及其化合物 (1)锰单质的性质:银白色金属,硬而脆,熔沸点高;在空气中易氧化生成褐色氧化物覆盖层,燃烧时生成四氧化三锰;溶于稀盐酸、稀硫酸生成二价锰盐。 (2)锰的化合物 ①二氧化锰 黑色结晶体或无定形粉末。熔点390 ℃,不溶于水和硝酸,与苛性碱和氧化剂共熔,放出二氧化碳而生成高锰酸盐,在535 ℃分解成三氧化二锰和氧气,是强氧化剂。 ②高锰酸钾:又名灰锰氧 性质:紫色的结晶固体,溶于水、碱液,微溶于甲醇、丙酮、硫酸。具有强氧化性,在生活、医疗上广泛用作杀菌消毒剂,在实验室中和工业上常用作氧化剂,作氧化剂时其还原产物因介质的酸碱性而不同。 + 2+ 3+ 2+ 1.(2019·全国Ⅲ卷)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料,工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备,工艺如图所示。回答下列问题: 相关金属离子[c0(M)=0.1 mol·L]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下: 金属离子 开始沉 8.1 淀的pH 沉淀完 10.1 全的pH (1)“滤渣1”含有S和 ;写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式: 。 (2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是 。 (3)“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为 ～6之间。 (4)“除杂1”的目的是除去Zn和Ni,“滤渣3”的主要成分是 。 (5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg。若溶液酸度过高,Mg沉淀不完全,原因是 。 (6)写出“沉锰”的离子方程式: 。 (7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。当x=y=时,z= 。 解析:(1)Si元素以SiO2或不溶性硅酸盐存在,SiO2与硫酸不反应,所以滤渣1中除了S还有SiO2(或不溶性硅酸盐);在硫酸的溶浸过程中,二氧化锰和硫化锰发生了氧化还原反应,二氧化锰作氧化剂,硫化锰作还原剂,方程式为MnO2+MnS+ 2H2SO4 2MnSO4+S+2H2O。 2+ 3+ 2+ 2+ 2+ 2+ n+ -1 Mn 2+Fe 6.3 2+Fe 1.5 3+Al 3.4 3+Mg 8.9 2+Zn 6.2 2+Ni 6.9 2+8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9 13(2)二氧化锰作为氧化剂,使得MnS反应完全,且将溶液中Fe氧化为Fe。 (3)由表中数据知pH在4.7时,Fe和Al沉淀完全,所以应该控制pH在4.7～6之间。 3+ 3+ (4)根据题干信息,加入Na2S是为了除去锌离子和镍离子,所以滤渣3是生成的沉淀ZnS和NiS。 (5)由HF 2+ H+F知,酸度过大,F浓度减小,使得MgF2 +-- Mg+2F平衡向沉淀溶解方向移 2+- 动,Mg沉淀不完全。 (6)根据题干信息沉锰的过程是生成了MnCO3沉淀,所以离子反应方程式为Mn+ ?2HCO32+ MnCO3↓+CO2↑+H2O。 (7)根据化合物中各元素正负化合价代数和为0的规律得(+1)+(+2)×x+(+3)× y+(+4)×z+(-2)×2=0,已知,x=y=,代入计算得z=。 答案:(1)SiO2(不溶性硅酸盐) MnO2+MnS+2H2SO4(2)将Fe氧化为Fe (3)4.7 (4)NiS和ZnS (5)F与H结合形成弱电解质HF,MgF2 ?(6)Mn+2HCO313132MnSO4+S+2H2O 2+3+ -+ Mg+2F平衡向右移动 2+- 2+ MnCO3↓+CO2↑+H2O (7) 2?2.(2016·全国Ⅰ卷)元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr(蓝紫色)、Cr(OH)?4 (绿色)、Cr2O7 (橙?红色)、CrO24 (黄色)等形式存在。Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体。回答下列问题: 133+ (1)Cr与Al的化学性质相似。在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量,可观察到的现象是 。 ?2?(2)CrO24和Cr2O7在溶液中可相互转化。室温下,初始浓度为1.0 mol·L的Na2CrO4溶液中 3+3+ -1 2?c(Cr2O7)随 c(H)的变化如图所示。 + ①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应 。 ?②由图可知,溶液酸性增大,CrO24的平衡转化率 (填“增大”“减小”或“不变”)。 根据A点数据,计算出该转化反应的平衡常数为 。 ?③升高温度,溶液中CrO2“大于”“小于”或4的平衡转化率减小,则该反应的ΔH 0(填 “等于”)。 ?(3)在化学分析中采用K2CrO4为指示剂。以AgNO3标准溶液滴定溶液中Cl,利用Ag与CrO24生 -+ 成砖红色沉淀,指示到达滴定终点。当溶液中Cl恰好沉淀完全(浓度等于1.0×10 mol·L) ?时,溶液中c(Ag)为 mol·L,此时溶液中c(CrO2(已4)等于 mol·L。 --5-1 +-1-1 知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分别为2.0×10和2.0×10) 2?(4)+6价铬的化合物毒性较大,常用NaHSO3将废液中的Cr2O7还原成Cr,该反应的离子方程式 -12-10 3+ 为 。 解析:(1)类比于Al与强碱的反应,可知Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直到过量,会先生成 Cr(OH) 33+ 灰蓝色沉淀,然后沉淀逐渐溶解形成绿色溶液 [NaCr(OH)4]。 2??2?(2)①结合图像可知随c(H)增大,c(Cr2O7)增大,说明H与CrO24反应转化成Cr2O7,离子方程?式为2CrO24+2H ++ + 2?+H2O; Cr2O7?②结合①的反应可知c(H)增大,平衡右移,CrO24的平衡转化率会增大;由图像上A点的坐标数 2?c?Cr2O7?2?42+ 值,结合平衡常数的计算式:K= c?CrO2??c(H?)= 0.250.52??1.0?10?72?=1.0×10; 14 ?③升温CrO24的平衡转化率减小,说明升温平衡左移,该反应的ΔH<0。 (3)由Ksp(AgCl)=c(Ag)·c(Cl)可得: c(Ag)= + +- Ksp?AgCl?c?Cl??= 2.0?10?10-1-5-1 mol·L=2.0×10 mol·L, ?51.0?102 + 2?42?4又由Ksp(Ag2CrO4)=c(Ag)·c(CrO)可知:c(CrO)= -3 -1 Ksp?Ag2CrO4?c?Ag2??= 2.0?10?12?2.0?10??52 mol·L= -1 5.0×10 mol·L。 2?(4)根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒,可以写出反应的离子方程式为Cr2O7+ ?3HSO3+5H + ?2Cr+3SO24+4H2O。 3+ 答案:(1)蓝紫色溶液变浅,同时有灰蓝色沉淀生成,然后沉淀逐渐溶解形成绿色溶液 ?(2)①2CrO24+2H + 2?+H2O Cr2O7②增大 1.0×10 ③小于 (3)2.0×10 5.0×10 2??(4)Cr2O7+3HSO3+5H 14 -5-3 + ?2Cr+3SO24+4H2O 3+ 3.某工厂用废的含镍催化剂(主要含Ni,还含有一定量的Al、Fe、SiO2)回收镍的流程如下:
2021高考化学一轮复习第三章第5课时高考题中常涉及的金属及其性质教案鲁科版
