368 高考核心素养提升17 “题在书外,理在书中”的陌生金属及其化合物

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(2)工业上由钛铁矿(FeTiO3)(含 Fe2O3、SiO2 等杂质)制备 TiO2 的有关反应包括： 酸溶 FeTiO3(s)＋2H2SO4(aq)===FeSO4(aq)＋TiOSO4(aq)＋2H2O(l) 水解 TiOSO4(aq)＋2H2O(l)=9=0=℃==H2TiO3(s)＋H2SO4(aq) 简要工艺流程如下：
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2.铬(Cr)及化合物
(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。
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化为 Na2Cr2O7，离子方程式为 2CrO24－＋2H＋ Cr2O27－＋H2O，酸性越强越利于 Na2CrO4 转化为 Na2Cr2O7，故应调节 pH 使之变小；(4)由溶解度曲线图可知，10 ℃时 K2Cr2O7 溶解 度最小，而 Na2Cr2O7、KCl、NaCl 此时溶解度均大于 K2Cr2O7，三者均存在于溶液当中， 故 冷 却 到 10 ℃ 时 得 到 的 K2Cr2O7 固 体 最 多 ， 该 步 骤 的 化 学 反 应 方 程 式 为 2KCl＋ Na2Cr2O7===2NaCl＋K2Cr2O7，显然该反应为复分解反应。
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素养说明：对于常见金属钠、镁、铝、铁、铜金属之外的陌生金属镍、钴、锰、钒、 钛等金属及其化合物的实验探究和工艺流程图是近几年高考重要题源，通过对这 些陌生金属及其化合物探究，充分体现考生的归纳、分析及信息运用能力。
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1.钒及化合物
(1)钒单质的性质：银白色金属，熔点高，有延展性，质坚硬，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 V4＋、 VO－3 (偏钒酸盐)、VO34－(正钒酸盐)，包括：偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸 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)2＋颜色为蓝色，V3＋为绿色，V2＋为紫色。
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3.锰及其化合物 (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。
答案 (1)2∶7 陶瓷在高温下会与 Na2CO3 反应
(2)Fe Al(OH)3 (3)小 2CrO24－＋2H＋ (4)d 复分解反应
Cr2O27－＋H2O
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2.(2018·辽宁师大附中月考)TiO2既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异 的白色颜料。 (1)实验室利用反应 TiO2(s)＋CCl4(g)==△===TiCl4(g)＋CO2(g)，在无水无氧条件下制备 TiCl4， 实验装置示意图如下：
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①试剂A为________(填化学符号)。钛液Ⅰ需冷却至70 ℃左右，若温度过高会导致 产品TiO2产率降低，原因是________________________________________________。 ②取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加 H2O2后出现微红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是________。这种H2TiO3即使 用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO2也会发黄，发黄的杂质是 _____________________________________________________________ (填化学式)。
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[题型专练]
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1.(2017·全国卷Ⅲ，27)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿 的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：
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回答下列问题： (1)步骤①的主要反应为： FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3―高―温→Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2 上述反应配平后 FeO·Cr2O3 与 NaNO3 的系数比为________。该步骤不能使用陶瓷容器，原 因是______________________________________________________________________ __________________________________________________________________________。 (2)滤渣 1 中含量最多的金属元素是________，滤渣 2 的主要成分是________及含硅杂质。
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(3)步骤④调滤液2的pH使之变________(填“大”或“小”)，原因是__________________
_________________________________________________________(用离子方程式表示)。
(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过
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答案 (1)干燥管 浓硫酸 检验装置气密性 ②③① 分馏(或蒸馏) (2)①Fe 温度过高会导致TiOSO4提前水解，产生H2TiO3沉淀 ②Fe2＋ Fe2O3
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解析 (1)制取TiCl4需要在无水无氧的环境中进行，实验中用N2排出装置内的空气， 干燥管A中盛有的试剂是为了除去空气中的O2和水蒸气。E中应盛有浓硫酸，防止空 气中的水蒸气进入装置，使TiCl4发生水解，反应前，先组装仪器、检查装置的气密 性，再装入药品。反应后，应先熄灭酒精灯，待装置冷却至室温，再停止通入N2。D 中的液态混合物为生成的TiCl4和挥发出的CCl4，由表中信息可知，二者互溶但沸点 相差较大，可采取分馏(或蒸馏)的方法予以分离。(2)①钛铁矿中含有Fe2O3、SiO2等 杂 质 ， 用 硫 酸 溶 解 时 ， 溶 液 中 生 成 Fe2(SO4)3 ， 则 钛 液 Ⅰ 中 含 有 TiOSO4 、 FeSO4 和 Fe2(SO4)3，加入试剂A后，结晶、过滤得到的是FeSO4·7H2O，所以试剂A是铁粉， 把Fe3＋还原为Fe2＋；由于TiOSO4容易水解，若温度过高，则会有较多的TiOSO4水解 为H2TiO3沉淀，过滤后混入FeSO4·7H2O中，导致TiO2产率降低。②先加KSCN溶液 无现象，加H2O2后出现红色，说明存在Fe2＋；经加热后Fe2＋被氧化为Fe2O3而使产品 发黄。
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有关物质性质如下表：
物质
熔点/℃
沸点/℃
其他
CCl4
－23
76
TiCl4
－25
136ห้องสมุดไป่ตู้
与TiCl4互溶 遇潮湿空气产生白雾
仪器A的名称是________。装置E中的试剂是________。反应开始前依次进行如 下操作：组装仪器、________、加装药品、通N2一段时间后点燃酒精灯。反应 结束后的操作包括：①停止通N2 ②熄灭酒精灯 ③冷却至室温。正确的顺序 为________(填序号)。欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是________。
滤得到K2Cr2O7固体。冷却到________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a.80 ℃
b.60 ℃
c.40 ℃
d.10 ℃
步骤⑤的反应类型是________。
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解析 (1)首先标出变价元素的化合价，分析价态变化可知：1 mol FeO·Cr2O3 失去 7 mol 电 子，1 mol NaNO3 得到 2 mol 电子，则由得失电子守恒可知二者系数比应为 2∶7；该步骤 中主要反应的反应物中有 Na2CO3，而陶瓷中含有二氧化硅，二者在熔融时反应，故不能使 用陶瓷容器；(2)步骤①的反应产生了不溶于水的 Fe2O3，故熔块水浸后滤渣 1 的主要成分 是 Fe2O3，则含量最多的金属元素是铁元素；将滤液 1 调节 pH＝7 后，Al3＋会变为 Al(OH)3 沉淀而除去，故滤渣 2 的主要成分是 Al(OH)3 和含硅杂质；(3)滤液 2 中的主要成分是 Na2CrO4，滤液 3 中的主要成分应为 Na2Cr2O7，则第④步调节 pH 的作用是使 Na2CrO4 转