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第4章 材料家族中的元素 章末綜合檢測(四) (時間：60分鐘；滿分：100分) 一、選擇題(本題包括9小題，每小題5分，共45分) 1．常溫下把鋁粉加入下列物質中，能產生氫氣的是(　　) A．硫酸鈉溶液　　　　　　 B．稀硝酸 C．濃硫酸 D．氯化銨溶液 解析：選D。硫酸鈉溶液呈中性，與Al不反應，A項不能產生H2；稀硝酸具有強氧化性，B項不能產生H2；常溫下鋁粉在濃硫酸中鈍化，C項不能產生H2；D項中NH水解，溶液呈酸性，加入鋁粉時，Al與H＋反應產生H2。 2．下列有關常見金屬及其化合物的說法正確的是(　　) A．向氯化鐵溶液中加入還原性鐵粉，溶液無明顯顏色變化 B．鐵與水蒸氣在高溫下的反應產物為Fe2O3和H2 C．AlCl3與過量NaOH溶液反應生成[Al(OH)4]－，則AlCl3與過量NH3H2O反應也生成 [Al(OH)4]－ D．常溫下，將1 mol Cu投入含4 mol HNO3的濃硝酸中，金屬可完全溶解 解析：選D。向氯化鐵溶液中加入還原性鐵粉，二者反應生成氯化亞鐵，溶液由黃色變?yōu)闇\綠色，A選項錯誤；鐵與水蒸氣在高溫下的反應產物為Fe3O4和H2，B選項錯誤；氨水是弱堿，AlCl3與過量氨水反應生成Al(OH)3，C選項錯誤；常溫下，銅與濃硝酸反應過程中，濃HNO3變?yōu)橄NO3，可繼續(xù)與Cu反應，由題給條件可以判斷金屬銅完全溶解，D選項正確。 3．下列除雜方法正確的是(　　) A．SiO2中含Al2O3雜質，可以加入足量NaOH溶液然后過濾除去 B．CO2中含有CO雜質，可以通入盛有CuO的玻璃管且加熱 C．CO2中含有HCl雜質，可以通過盛有Na2CO3溶液的洗氣瓶 D．Na2CO3溶液中含有Na2SiO3雜質，可以通入足量的CO2，然后過濾 解析：選B。A項，SiO2、Al2O3均與NaOH溶液反應；C項，應通過盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶；D項，引入了新雜質NaHCO3。 4．下列各組物質在不同條件下反應時，能得到不同的產物，且主要是由反應物的濃度不同引起的是(　　) ①Fe和H2SO4 ②Cu和HNO3 ③NaOH和CO2 ④Al和NaOH A．①② B．①②③ C．②③④ D．①②③④ 解析：選A。常溫下，鐵遇濃硫酸發(fā)生鈍化，加熱條件下，鐵與濃硫酸反應生成硫酸鐵、二氧化硫和水，鐵與稀硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，①正確；銅與濃硝酸反應時生成的還原產物是NO2，但與稀硝酸反應時生成的還原產物是NO，②正確；將CO2通入NaOH溶液中得到不同的產物是由CO2的用量不同引起的，當CO2不足量時得到的是碳酸鈉，當CO2過量時得到的是碳酸氫鈉，③錯誤；Al與NaOH溶液反應生成Na[Al(OH)4]，與反應物濃度的大小無關，④錯誤。 5．下列各組物質依次滿足如圖所示轉化關系的是(圖中箭頭表示一步轉化)(　　) a b c d ① Si SiO2 H2SiO3 Na2SiO3 ② Al AlCl3 Na[Al(OH)4] Al(OH)3 ③ Cu CuO Cu(OH)2 CuSO4 ④ Na NaOH Na2CO3 NaHCO3 A．①② B．②③ C．③④ D．②④ 解析：選D。根據圖中物質轉化關系判斷。硅與氧氣反應生成二氧化硅，但是二氧化硅不能直接與水反應生成硅酸，只能通過硅酸鹽與強酸反應生成硅酸，同時硅酸鈉也不能直接轉化成二氧化硅，①錯誤；鋁與鹽酸或氯氣反應生成氯化鋁，氯化鋁與過量氫氧化鈉溶液反應生成四羥基合鋁酸鈉，四羥基合鋁酸鈉與足量鹽酸反應生成氯化鋁，四羥基合鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳生成氫氧化鋁，氯化鋁與氨水反應生成氫氧化鋁，氫氧化鋁與鹽酸(氫氧化鈉溶液)反應生成氯化鋁(四羥基合鋁酸鈉)，②正確；銅在空氣中加熱生成氧化銅，氧化銅不能直接轉變成氫氧化銅，③錯誤；鈉與水反應生成氫氧化鈉，氫氧化鈉與少量(過量)二氧化碳反應生成碳酸鈉(碳酸氫鈉)，碳酸鈉與氫氧化鋇反應生成氫氧化鈉，碳酸鈉與足量二氧化碳反應生成碳酸氫鈉，碳酸氫鈉與氫氧化鈉反應(或碳酸氫鈉固體加熱)得到碳酸鈉，碳酸氫鈉與足量氫氧化鈣反應生成氫氧化鈉，④正確。 6．(2019晉豫省際大聯(lián)考)山西博物院是太原地標性建筑之一。下列相關說法正確的是(　　) A．展柜使用的鋼化玻璃，其主要成分只有SiO2 B．墻體使用的磚瓦、水泥是硅酸鹽制品 C．陳列的元青花瓷的原料有高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，也可以表示為Al2O3SiO2H2O D．展示的青銅器上有一層綠色物質，此綠色物質可能是堿式碳酸銅，它不溶于鹽酸 解析：選B。鋼化玻璃與普通玻璃的成分相同(只是制造的工藝不同)，主要成分是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅，A項錯誤；磚瓦和水泥都是硅酸鹽制品，B項正確；高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]應該表示為Al2O32SiO22H2O，C項錯誤；銅綠是堿式碳酸銅，該物質可以與鹽酸反應生成氯化銅、二氧化碳和水而溶解，D項錯誤。 7．下列實驗“操作和現(xiàn)象”與“結論”的對應關系正確的是(　　) 選項 操作和現(xiàn)象 結論 A 常溫下將鋁片放入濃硝酸中，無明顯變化 Al與濃硝酸不反應 B 向0.1 molL－1 Na2CO3溶液中滴加2滴酚酞溶液，溶液呈淺紅色，微熱，紅色加深 鹽類水解是吸熱反應 C 向FeCl3溶液中加入足量的銅粉，充分反應后，靜置，取上層清液滴加幾滴KSCN溶液，溶液不變紅色 氧化性：Cu2＋>Fe3＋ D 將兩極鐵絲分別伸入硫酸銅溶液和硝酸銀溶液中，兩根鐵絲上均有固體附著 金屬活動性順序為Fe>Cu>Ag 解析：選B。常溫下，鋁遇濃硝酸會發(fā)生鈍化，A項錯誤；Na2CO3為強堿弱酸鹽，加熱會促進其水解，溶液堿性增強，B項正確；由反應2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋知，氧化性：Fe3＋>Cu2＋，C項錯誤；將兩根鐵絲分別伸入硫酸銅和硝酸銀溶液中，兩根鐵絲上均有固體附著，只能證明金屬的活動性Fe>Cu，F(xiàn)e>Ag，D項錯誤。 8．(2019最新調研)將一定質量的鎂鋁混合物投入200 mL硫酸中，固體全部溶解后，向所得溶液中加入 5 mol/L 的NaOH溶液，生成沉淀的物質的量n與加入NaOH溶液的體積V的變化如圖所示。 則下列說法不正確的是(　　) A．鎂和鋁的總質量為9 g B．最初20 mL NaOH溶液用于中和過量的硫酸 C．硫酸的物質的量濃度為2.5 mol/L D．生成的氫氣在標準狀況下的體積為11.2 L 解析：選D。由圖像知，n[Mg(OH)2]＝0.15 mol，n[Al(OH)3]＝0.35 mol－0.15 mol＝0.2 mol，則m(Mg)＝0.15 mol24 g/mol＝3.6 g，m(Al)＝0.2 mol27 g/mol＝5.4 g，所以鎂和鋁的總質量為9 g；由圖像知，最初20 mL NaOH溶液用于中和過量的硫酸；當沉淀達到最大值時，溶液中的溶質只有Na2SO4，則有n(Na＋)＝2n(SO)，即n(NaOH)＝2n(H2SO4)，所以，硫酸的物質的量濃度為＝2.5 mol/L；0.15 mol的Mg生成的氫氣在標準狀況下的體積為3.36 L，0.2 mol的Al生成的氫氣在標準狀況下的體積為6.72 L，所以鎂和鋁混合物生成的氫氣在標準狀況下的體積為10.08 L。 9．(2019試題調研)在一定條件下，向Al2O3和過量C粉的混合物中通入氯氣，可制得易水解的AlCl3，實驗裝置如圖所示。下列說法不正確的是(　　) A．裝置c中盛裝的是濃硫酸 B．實驗時應先點燃裝置d處酒精燈，再點燃裝置a處酒精燈 C．此反應中的尾氣，除氯氣外都可直接排放到大氣中 D．該裝置不完善，其中應改進的一項是在裝置d、e之間添加一個干燥裝置 解析：選C。裝置a制取Cl2，裝置b除去Cl2中的HCl，裝置c干燥Cl2，裝置d制備AlCl3，裝置e處理尾氣。裝置c中盛裝的是濃硫酸，用來干燥Cl2，A正確；實驗時應先點燃裝置d處酒精燈，再點燃裝置a處酒精燈，可以充分利用Cl2，B正確；此反應中的尾氣，除Cl2外還有CO等，不能直接排放到大氣中，C錯誤；為防止裝置e中的水蒸氣進入裝置d，應在裝置d、e之間添加一個干燥裝置，D正確。 二、非選擇題(本題包括4小題，共55分) 10．(10分)某廠的酸性工業(yè)廢水中含有一定量的Fe3＋、Cu2＋、Au3＋等離子。有人設計了圖中的工藝流程，利用常用的酸、堿和工業(yè)生產中的廢鐵屑，從廢水中回收金，并生產一定量的鐵紅和氧化銅。 填寫下面空白： (1)圖中標號處需加入的相應物質分別是 ①__________、②__________、③__________、④__________、⑤__________。 (2)寫出①處發(fā)生反應的離子方程式：______________________________；寫出③處發(fā)生反應的化學方程式：____________________________。 (3)鐵紅的化學式為______________；分別寫出鐵紅和氧化銅在工業(yè)上的一種主要用途：鐵紅________________________；氧化銅_________________________________________。 解析：(1)本實驗的目的是用廢鐵屑、常用的酸和堿，從廢水中回收金，并生產一定量的鐵紅和氧化銅。因廢水中含有Fe3＋、Cu2＋、Au3＋，所以首先加入廢鐵屑將Cu和Au都置換出來。Cu和Au的分離可以利用Cu與稀硝酸能反應而Au不能將其分離，Cu2＋和Fe2＋分別加入堿使其轉化為沉淀，灼燒分別生成它們的氧化物。 (2)由于廢水顯酸性，又含有Cu2＋、Au3＋、Fe3＋，因此加入鐵屑發(fā)生反應的離子方程式為Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋、Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋、3Fe＋2Au3＋===2Au＋3Fe2＋、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。 (3)鐵紅的化學式為Fe2O3，鐵紅常用作紅色顏料，氧化銅常用作制銅鹽的原料。 答案：(1)①廢鐵屑　②稀硫酸(或稀鹽酸)?、巯∠跛? ④氫氧化鈉　⑤氫氧化鈉 (2)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋， Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，2Au3＋＋3Fe===2Au＋3Fe2＋ 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O (3)Fe2O3　用作紅色顏料　用作制銅鹽的原料 11．(15分)(2017高考全國卷Ⅲ)重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeOCr2O3，還含有硅、鋁等雜質。制備流程如圖所示： 回答下列問題： (1)步驟①的主要反應為FeOCr2O3＋Na2CO3＋NaNO3Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2 上述反應配平后FeOCr2O3與NaNO3的系數(shù)比為________。該步驟不能使用陶瓷容器，原因是_____________________________________________________________________。 (2)濾渣1中含量最多的金屬元素是____________，濾渣2的主要成分是____________及含硅雜質。 (3)步驟④調濾液2的pH使之變_____(填“大”或“小”)，原因是________________ (用離子方程式表示)。 (4)有關物質的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適量KCl，蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到________(填標號)得到的K2Cr2O7固體產品最多。 a．80 ℃　　　b．60 ℃　　　c．40 ℃　　　d．10 ℃ 步驟⑤的反應類型是______________。 (5)某工廠用m1 kg 鉻鐵礦粉(含Cr2O3 40%)制備K2Cr2O7，最終得到產品m2 kg，產率為____________。 解析：(1)1 mol FeOCr2O3參與反應共失去7 mol電子，而1 mol NaNO3參與反應得到2 mol電子，根據得失電子守恒，二者的系數(shù)比為2∶7。由于高溫下碳酸鈉能與陶瓷中的二氧化硅發(fā)生反應，所以該步驟不能使用陶瓷容器。(2)步驟①中生成的氧化鐵因不溶于水而進入濾渣1，所以濾渣1中含量最多的金屬元素是Fe。結合流程圖可知，濾渣2的主要成分是氫氧化鋁及含硅雜質。(3)濾液2中存在平衡：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O，氫離子濃度越大(pH越小)，越有利于平衡正向移動，所以步驟④應調節(jié)濾液2的pH使之變小。(4)根據題圖，可知溫度越低，K2Cr2O7的溶解度越小，析出的重鉻酸鉀固體越多，故d項正確。步驟⑤中發(fā)生的反應為Na2Cr2O7＋2KCl===K2Cr2O7↓＋2NaCl，其屬于復分解反應。(5)該鉻鐵礦粉中Cr2O3的物質的量為，根據Cr元素守恒可求得K2Cr2O7的理論質量m0＝294 gmol－110－3 kgg－1＝ kg，所以產品的產率為100%＝100%。 答案：(1)2∶7　陶瓷在高溫下會與Na2CO3反應 (2)Fe　Al(OH)3 (3)小　2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O (4)d　復分解反應 (5)100% 12．(14分)一些常見的單質、化合物有如圖所示的轉化關系(有些反應的條件和部分物質未全部列出)。已知在常溫常壓下，F(xiàn)為紅棕色氣體；L為白色不溶于水的固體，它既能與鹽酸反應又能與氫氧化鈉反應；K為紅褐色難溶物，A、H為生活中常見的兩種金屬；D為非金屬氣態(tài)單質。 (1)B物質的化學式：________，D的名稱：________。 (2)寫出J＋H→I的離子方程式：___________________________________。 (3)F→G的反應中，氧化劑與還原劑的物質的量之比為________，寫出該反應的化學方程式：______________________________________________________________________。 (4)銅與G的濃溶液反應過程中可能發(fā)生反應的離子方程式為_____________________。 (5)M放置在空氣中顏色的變化為_____________________，寫出其發(fā)生變化的化學方程式：__________________________________。 (6)H的最高價氧化物可與A發(fā)生反應，其反應方程式為___________________。 (7)寫出檢驗I溶液中陽離子的實驗方法：___________________________________。 B、C、L均是含有同一元素的化合物，用離子方程式寫出以B為主要原料制備L的可行方法：____________________________________。 解析：常溫常壓下，F(xiàn)為紅棕色氣體，則F為NO2，非金屬氣態(tài)單質D與氧氣反應得到E、E與氧氣反應得到NO2，可推知D為N2，E為NO，F(xiàn)與水反應生成的G為HNO3，金屬H與硝酸反應生成J，J與H反應生成I，而I又能與硝酸反應生成J，則H為變價金屬，故H為Fe，J為Fe(NO3)3，I為Fe(NO3)2，M為Fe(OH)2。L為白色不溶于水的固體，它既能與鹽酸反應又能與氫氧化鈉反應，則L為兩性物質，含有Al元素，由轉化關系可知金屬A為Al，B為AlCl3，C為Na[Al(OH)4]，Na[Al(OH)4]與Fe(NO3)3發(fā)生相互促進水解反應得到L與K，故L為Al(OH)3，K為Fe(OH)3。(2)Fe(NO3)3與Fe反應的離子方程式為2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。(3)F→G的反應為3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，該反應中氧化劑、還原劑均為NO2，HNO3為氧化產物，NO為還原產物，故氧化劑與還原劑的物質的量之比為1∶2。(4)銅與濃硝酸發(fā)生反應：Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O，隨著反應進行，濃硝酸逐漸變成稀硝酸，此時發(fā)生反應：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。(5)Fe(OH)2白色沉淀暴露在空氣中會迅速被O2氧化為灰綠色，最終變?yōu)榧t褐色的Fe(OH)3，發(fā)生變化的化學方程式為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。(6)H的最高價氧化物為氧化鐵，可與Al發(fā)生置換反應，其反應方程式為Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。(7)可通過向AlCl3溶液中滴加NH3H2O來制備Al(OH)3，反應的離子方程式為Al3＋＋3NH3H2O===Al(OH)3↓＋3NH。 答案：(1)AlCl3　氮氣　(2)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ (3)1∶2　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO (4)Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O、3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O (5)白色→灰綠色→紅褐色　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 (6)Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3 (7)取少量I溶液于試管中，加入少量鐵氰化鉀溶液，若出現(xiàn)藍色沉淀，證明有Fe2＋(或取少量待測液于試管中，先加入KSCN溶液無現(xiàn)象，再加入新制氯水，溶液變?yōu)檠t色，則證明有Fe2＋)　Al3＋＋3NH3H2O===Al(OH)3↓＋3NH 13．(16分)(2019安徽師大附中段考)用鋁土礦(含30%SiO2、40.8%Al2O3和少量Fe2O3等)制取鋁硅合金材料有濕法、干法等方法，其中干法制備的工藝流程如下： (1)若濕法處理鋁土礦，用強酸浸取時，所得溶液中陽離子有__________________。 (2)焙燒除鐵的反應化學方程式為4(NH4)2SO4＋Fe2O32NH4Fe(SO4)2＋3H2O＋6NH3↑(Al2O3部分發(fā)生類似反應)。氧化物轉化為硫酸鹽的轉化率與溫度的關系如圖，最適宜的焙燒溫度為__________。 (3)操作①包括加水溶解、________。 (4)用焦炭還原SiO2、Al2O3會產生中間產物SiC、Al4C3。寫出高溫下Al4C3與Al2O3反應生成鋁單質的化學方程式：____________________________________。 (5)鋁硅合金材料中若含鐵，會影響其抗腐蝕性，原因是_________________________。 (6)不計損失，投入1 t鋁土礦，當加入54 kg純鋁后，鋁硅合金中m∶n＝________。 解析：鋁土礦加(NH4)2SO4焙燒除鐵，F(xiàn)e2O3轉化為NH4Fe(SO4)2，同時生成氨，加水溶解、過濾，濾渣為SiO2和Al2O3，用焦炭在高溫條件下還原SiO2、Al2O3得到鋁硅熔體，再加純鋁攪拌，得到鋁硅合金。 (1)鋁土礦中的氧化鋁和氧化鐵能溶于強酸生成Al3＋、Fe3＋，另外還有剩余的H＋，所以溶液中的陽離子有Al3＋、Fe3＋、H＋。 (2)焙燒除鐵時盡可能使氧化鐵的轉化率升高，并使氧化鋁的轉化率降低，由圖可知在300 ℃時，氧化鐵轉化為硫酸鹽的轉化率很高，而氧化鋁轉化為硫酸鹽的轉化率最低，所以最適宜的焙燒溫度為300 ℃。 (3)由流程分析可知，操作①包括加水溶解、過濾。 (4)在高溫條件下，Al4C3與Al2O3反應生成Al和CO，其反應的化學方程式為Al4C3＋Al2O36Al＋3CO↑。 (5)Al、Fe形成原電池，Al的活潑性比Fe強，做負極，被腐蝕，所以鋁硅合金材料中若含鐵，容易發(fā)生電化學腐蝕。 (6)已知鋁土礦中含30%SiO2、40.8%Al2O3，不考慮損失，投入1 t鋁土礦，加入54 kg純鋁，則得到的鋁硅合金中Al元素的總質量為1 000 kg40.8%＋54 kg＝270 kg，Si元素的總質量為1 000 kg30%＝140 kg，則鋁硅合金中m∶n＝∶＝2∶1。 答案：(1)Al3＋、Fe3＋、H＋ (2)300 ℃ (3)過濾 (4)Al4C3＋Al2O36Al＋3CO↑ (5)鐵與鋁形成原電池，加快了鋁的腐蝕 (6)2∶1