2024届高考化学一轮复习 第三章 金属及其化合物 第4讲 高考常考查的两性金属及变价金属（53张PPT）

(共53张PPT)
第4讲　高考常考查的两性金属及变价金属(综合应用课)
高考“题在书外、理在书中”。高考题中经常涉及一些陌生金属元素及其化合物，如2022年辽宁卷第14题涉及元素Bi、Mn,2022年湖南卷第17题涉及元素Ti、V等，命题者常以陌生元素及其化合物为载体，以“生”考“熟”，考查考生的迁移发散能力和创新思维。解决此类问题，还应追根教材，掌握同类元素及其化合物的通性通法是破题之本。
1．(2022·湖南等级考·节选)钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：
物质 TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3
沸点/℃ 136 127 57 180
物质 TiCl4 CO CO2 Cl2
分压/ MPa 4.59×10－2 1.84×10－2 3.70×10－2 5.98×10－9
①该温度下，TiO2与C、Cl2反应的总化学方程式为___________________；
②随着温度升高，尾气中CO的含量升高，原因是____________________。
(2)“除钒”过程中的化学方程式为________________________；“除硅、铝”过程中，分离TiCl4中含Si、Al杂质的方法是________________。
(3)“除钒”和“除硅、铝”的顺序________(填“能”或“不能”)交换，理由是____________________。
(4)下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入Mg冶炼Ti的方法相似的是________。
A．高炉炼铁　　　　　 B．电解熔融氯化钠制钠
C．铝热反应制锰 D．氧化汞分解制汞
2．(2021·辽宁等级考)从钒铬锰矿渣(主要成分为V2O5、Cr2O3、MnO)中提铬的一种工艺流程如下：
(3)常温下，各种形态五价钒粒子总浓度的对数[lg c总(V)]与pH关系如图1。已知钒铬锰矿渣硫酸浸液中c总(V)＝0.01 mol·L－1，“沉钒”过程控制pH＝3.0，则与胶体共沉降的五价钒粒子的存在形态为_______________
(填化学式)。
(4)某温度下，Cr(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)的沉淀率与pH关系如图2。“沉铬”过程最佳pH为________；在该条件下滤液B中c(Cr3＋)＝________mol·L－1[Kw近似为1×10－14，Cr(OH)3的Ksp近似为1×10－30]。
(5)“转化”过程中生成MnO2的离子方程式为_________________________
____________________________________________________________。
(6)“提纯”过程中Na2S2O3的作用为________________________________
___________________________________________________________。
解析：分析工艺流程图可知，“沉钒”步骤中使用氢氧化铁胶体吸附含有钒的杂质，滤液中主要含有Mn2＋和Cr3＋，加热NaOH“沉铬”后，Cr3＋转化为固体A为Cr(OH)3沉淀，滤液B中主要含有MnSO4，加入Na2S2O3主要是防止pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]被空气中氧气氧化，Cr(OH)3煅烧后生成Cr2O3，“转化”步骤中反应的离子方程式为Mn2＋＋H2O2＋2OH－===MnO2＋2H2O，据此分析解题。(1)Cr是24号元素，价层电子排布为3d54s1，根据最高能层数等于周期序数，价电子数等于族序数，故Cr元素位于元素周期表第4周期ⅥB族。
提能点(一)　两性金属(Be、Zn)及其重要化合物
(一)铍(Be)、锌(Zn)类似铝的化学性质
续表
[综合应用训练]
1．铝、铍及其化合物具有相似的化学性质，已知反应：BeCl2＋Na2BeO2＋2H2O===2NaCl＋2Be(OH)2↓能完全进行，则下列推断正确的是 (　 )
A．Be(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液
B．因BeCl2水溶液的导电性强，故BeCl2是离子化合物
C．常温下Na2BeO2溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物为BeO
D．常温下BeCl2溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物是BeCl2
解析：铝、铍及其化合物具有相似的化学性质，Be(OH)2与Al(OH)3性质相似，Be(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液，A正确；
某些共价化合物水溶液的导电性也较强，B错误；
Na2BeO2溶液蒸干灼烧后得到Na2BeO2，C错误；
常温下BeCl2溶液的pH<7，蒸干并灼烧后得到的残留物是BeO，D错误。
答案：A
2．下列各组溶液，不用外加试剂就可以鉴别的是__________(填序号)。
①AlCl3溶液与氨水 ②ZnSO4溶液与氨水
③Al2(SO4)3溶液与NaOH溶液
④Na2CO3溶液与稀盐酸
⑤Na2ZnO4溶液与稀盐酸
⑥ZnCl2溶液与NaOH溶液
⑦Na2CO3溶液与CaCl2溶液
答案：②③④⑤⑥
3．锌和铝都是活泼金属，其氢氧化物既能溶于强酸溶液，又能溶于强碱溶液，但是Al(OH)3不溶于氨水，而Zn(OH)2能溶于氨水，生成[Zn(NH3)4]2＋。
回答下列问题：
(1)单质铝溶于NaOH溶液后，溶液中铝元素的存在形式为________(用化学式表示)。
(2)写出锌和NaOH溶液反应的离子方程式：______________________
__________________________________________________________。
(3)下列各组中的两种溶液，用相互滴加的实验方法可以鉴别的是________(填序号)。
①Al2(SO4)3和NaOH　　 ②Al2(SO4)3和氨水
③ZnSO4和NaOH ④ZnSO4和氨水
(4)写出可溶性铝盐和氨水反应的离子方程式：______________________
____________________________________________________________。
试解释实验室不宜用可溶性锌盐与氨水反应制取氢氧化锌的原因：_____________________________________________________________。
提能点(二)　变价金属及其化合物
(一)钛、钒、铬、锰及其化合物的性质
1．钛及其化合物的性质
续表
2.钒及其化合物的性质
(1)钒单质
具有耐酸性，在空气中不易被氧化，可溶于氢氟酸、硝酸和王水。
(2)钒的氧化物
钒的常见化合价为＋2、＋3、＋4、＋5，对应氧化物分别为VO、V2O3、VO2和V2O4、V2O5。
钒的氧化物的化学性质
化学式 V(OH)2 V(OH)3
制备 V2＋＋2OH－=== V(OH)2↓ V3＋＋3OH－===V(OH)3↓(绿色)
性质 (碱) V(OH)2＋2H＋===V2＋＋2H2O 在空气中极易被氧化 V(OH)3＋3H＋===V3＋＋3H2O在空气中易被氧化
(3)氢氧化钒
相关反应的离子方程式：
续表
4．锰及其化合物的性质
锰元素的常见价态有＋7、＋6、＋4、＋3、＋2，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＋：存在于酸性条件；在碱性条件下，Mn2＋易被氧化为MnO2等，如 ClO－＋Mn2＋＋2OH－===Cl－＋MnO2↓＋H2O。
[综合应用训练]
1．金属钒被誉为“合金的维生素”。从废钒(主要成分为V2O5、Fe2O3、SiO2等)中回收V2O5的一种工艺流程如图所示：
回答下列问题：
(1)步骤①酸浸过程中发生氧化还原反应的化学方程式为_______________
__________________ ，滤渣的成分为____________。
(2)萃取时应加入适量碱的作用是__________________________________。
(3)步骤④中反应的离子方程式为__________________________________。
2．锰酸锂是较有前景的锂离子电池正极材料之一。工业上用某软锰矿(主要成分为MnO2，还含有少量铁、铝及硅等的氧化物)为原料制备锰酸锂(LiMn2O4)。工艺流程如图甲：
(2)“浸取”得到的浸取液中阳离子主要是Mn2＋，生成Mn2＋的离子方程式为_______________________________________________。
(3)滤渣Ⅱ的主要成分是____________________；“精制”中加入H2O2的量比理论值大得多，其主要原因是______________________________。
(4)“沉锰”得到的是Mn(OH)2和Mn2(OH)2SO4滤饼，二者
均可被氧化为MnO2，若“控温、氧化”时溶液的pH随时间
的变化如图乙所示，pH下降的原因是_________________
___________________________(用化学方程式表示)。
解析：软锰矿加入H2SO4、FeSO4浸取后，MnO2被还原为Mn2＋，Fe、Al的氧化物转化为Fe2＋、Fe3＋、Al3＋，SiO2不溶解，以滤渣Ⅰ的形式离开体系；加入H2O2、MnO后，Fe2＋、Fe3＋、Al3＋转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，以滤渣Ⅱ的形式离开体系；加入氨水后，Mn2＋转化为Mn(OH)2和Mn2(OH)2SO4，经过“控温、氧化”“锂化”后得到产品。
答案：(1)适当升温；适当增加浸取剂浓度；搅拌(任写两种，合理即可)
(2)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
(3)Al(OH)3、Fe(OH)3　H2O2在Fe3＋的催化作用下部分分解
(4)Mn2(OH)2SO4＋O2===2MnO2＋H2SO4
(二)铁、钴、镍的化合物
含铁、钴、镍元素的物质性质比较
Fe(Ⅲ)、Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)性质差异 Fe(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)性质差异 氧 化 物 氧化钴与氧化镍在酸性溶液中显示出强氧化性：Co2O3＋6HCl===2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O Ni2O3＋6HCl===2NiCl2＋Cl2↑＋3H2O 氧化铁与酸只发生复分解反应 氢 氧 化 物 还 原 性 还原性的变化规律：Fe(OH)2>Co(OH)2>Ni(OH)2
①Fe(OH)2在空气中极易被氧化成Fe(OH)3
氢氧化物 镍、钴的氢氧化物与还原性酸发生氧化还原反应 2Co(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Co2＋＋Cl2↑＋6H2O 2Ni(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Ni2＋＋Cl2↑＋6H2O铁的氢氧化物与酸发生酸碱中和反应Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O 氢 氧 化 物 还 原 性 ②Co(OH)2在空气中被O2氧化的速度较慢；可以被强氧化剂(H2O2)迅速氧化
③Ni(OH)2在空气中不易被氧化，只有在更强的氧化剂条件下才会被氧化生成Ni(OH)3
续表
离子 存在 状态 Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)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(镍同) 4Co3＋＋2H2O===4Co2＋＋4H＋＋O2↑ Fe3＋在酸性溶液中可以稳定存在 与 氨 水 反 应 ①Fe(OH)2→Fe(OH)3
②Co(OH)2→ [Co(NH3)6]2＋
③Ni(OH)2→ [Ni(NH3)6]2＋
借此反应，可以使三种离子分离
结论 与解释 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 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，所以正三价的氧化性呈现如下规律：Fe(Ⅲ)[综合应用训练]
3．(2023·德州模拟)水钴矿主要成分为CoOOH，同时含有少量Fe、Al、Mn、Mg、Ca、Ni的氧化物及其他杂质。用水钴矿制取Co的工艺流程如图甲所示：
沉淀物 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Co(OH)2 Mn(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀时的pH 7.0 2.7 7.6 7.7 4.0
沉淀完全时的pH 9.6 3.7 9.2 9.8 5.2
已知部分阳离子形成氢氧化物沉淀时，溶液pH见表：
请回答下列问题：
(1)“还原酸浸”中发生的氧化还原反应的化学方程式是______________，
浸出液中加入NaClO溶液的目的：__________________________________
_________________________________________(用离子方程式表示)。
(2)浸出过程中加入Na2CO3调pH的范围是______________。
(3)如图乙所示，萃取剂可以把滤液Ⅱ中部分阳离子选择性分离。萃取剂合适的pH为________(填字母)。
A．2～3　　　　　　 B．3～4
C．6～7 D．7～8
(4)Co能与强酸反应产生H2，工业上采用惰性电极电解CoCl2溶液制取钴，不能用CoSO4溶液代替CoCl2溶液的理由是____________________________
____________________________________________________________。
解析：(1)由分析可知，还原酸浸中发生的氧化还原反应为酸性条件下，CoOOH与硫代硫酸钠溶液反应生成硫酸钠、硫酸钴和水；向浸出液中加入次氯酸钠溶液的目的是将亚铁离子氧化为铁离子。
(2)由分析可知，浸出过程中加入碳酸钠溶液调节pH在5.2～7.6的范围内，可将铁离子和铝离子转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，而Co2＋、Mn2＋没有沉淀。
(3)由图乙可知，pH在3～4范围内，镍离子、锰离子的萃取率很大，而钴离子的萃取率较小，B正确。
答案：(1)8CoOOH＋Na2S2O3＋7H2SO4===8CoSO4＋Na2SO4＋11H2O
ClO－＋2Fe2＋＋2H＋===Cl－＋2Fe3＋＋H2O
(2)5.2≤pH＜7.6　(3)B
(4)若用CoSO4代替CoCl2，OH－在阳极放电，H＋与Co反应，导致Co产率降低
谢
谢
观
看