吉林 趙鑫光 楊競(jìng)翔

在高考化學(xué)試卷中的非選擇題的物質(zhì)結(jié)構(gòu)部分，經(jīng)常以高中教材以外的金屬元素作為命題背景，這體現(xiàn)了不同知識(shí)點(diǎn)的橫向聯(lián)系和高考命題的綜合性。以這些學(xué)生不太熟悉的金屬單質(zhì)及其化合物為載體，綜合考查化合物的制備與檢驗(yàn)、化學(xué)基本概念、化學(xué)反應(yīng)原理、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等方面的內(nèi)容。本文選擇幾種典型的非主族金屬元素加以介紹。并配例題、解析，以期能使學(xué)生通過(guò)練習(xí)掌握該類試題的解題策略。

1.鈦及其化合物

【典例1】鈦及其化合物在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及人們的日常生活中有著重要的用途。工業(yè)上用鈦鐵礦石(主要成分為FeTiO3，含SiO2、FeO及Al2O3等雜質(zhì))經(jīng)如圖所示工藝流程制備二氧化鈦：

(1)凈化鈦鐵礦石時(shí)，________(填“需要”或“不需要”)除去雜質(zhì)FeO。

(2)凈化鈦鐵礦石時(shí)，需用濃氫氧化鈉溶液處理，寫出該過(guò)程可能發(fā)生的離子方程式:_______________________________________。

(3)步驟③發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________________________。

(4)步驟④⑤⑥的目的是_______________________________________。

(5)步驟⑦中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________。

(6)電解TiO2可制得金屬鈦，同時(shí)產(chǎn)生氧氣，若使用熔融ZrO2/Y2O3作電解質(zhì)，TiO2為陰極，石墨為陽(yáng)極，則陰極發(fā)生的反應(yīng)為_______________________，陽(yáng)極的石墨需要定期補(bǔ)充，其原因是_______________________________________。

2.釩及其化合物

【典例2】以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生成硫酸的催化劑。從廢釩催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分如下表：

物質(zhì)V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%2.2～2.92.8～3.122～2860～651～2<1

以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線：

回答下列問(wèn)題：

(5)“沉釩”得到偏釩酸銨(NH4VO3)沉淀，寫出“煅燒”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______________________________________。

3.鉻及其化合物

(1)第①步反應(yīng)的離子方程式是_______________________________________。

(2)第②步中用pH試紙測(cè)定溶液pH的操作是______________________________________。

(3)第②步過(guò)濾得到的濾渣中主要成分除Cr(OH)3外,還有________。

4.錳及其化合物

【典例4】化學(xué)為人類造福既要有效去除污染物同時(shí)又要充分利用資源，某興趣小組利用軟錳礦(主要成分為MnO2，還含有少量Fe、Al、Cu、Ni等金屬的化合物)作煤燃燒尾氣中的脫硫劑，同時(shí)生產(chǎn)MnO2作為電池材料，其工藝流程示意圖如下圖所示：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)用MnCO3可以除去溶液中的Al3+和Fe3+的理由是_______________________________________。

(2)己知：25℃、101 kPa時(shí)，

SO2與MnO2反應(yīng)生成MnSO4的熱化學(xué)方程式是_______________________________________。

(3)MnO2可用作超級(jí)電容器材料。用惰性電極電解MnSO4溶液時(shí)在________極可產(chǎn)生MnO2，其電極反應(yīng)式為_______________________________________。

(4)MnO2是堿性鋅錳電池的正極材料。已知放電時(shí)正極區(qū)域的堿性增強(qiáng)，每消耗1 mol MnO2時(shí)轉(zhuǎn)移1 mol電子，試寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)方程式：_______________________________________。

(5)假設(shè)脫除的SO2只與軟錳礦漿中的MnO2反應(yīng)。按照?qǐng)D示流程，將am3(標(biāo)準(zhǔn)狀況)含SO2的體積分?jǐn)?shù)為b%的尾氣通入礦漿，將SO2的脫除率為89.6%，最終得到MnO2的質(zhì)量為ckg，則除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質(zhì)時(shí)，所引入的錳元素相當(dāng)于MnO2________kg。

5.鈷、鎳及其化合物

(1)單質(zhì)鈷和單質(zhì)鎳常溫時(shí)在空氣中能穩(wěn)定存在，加熱條件下可生成CoO和NiO。

(2)CoO和NiO均不溶于水，可溶于酸，CoO還可溶于強(qiáng)堿，但不溶于氨水，而NiO可溶于氨水。

(5)CoCl2呈藍(lán)色，CoCl2·6H2O呈粉紅色，常用作變色硅膠中的添加劑來(lái)指示硅膠的吸水能力。

【典例5】現(xiàn)欲從某含鎳廢催化劑中回收鎳并制得 NiSO4·7H2O 晶體，已知該廢催化劑中主要含金屬鎳，還含有鋁、鐵、三氧化二鋁及不溶于酸也不溶于堿的惰性雜質(zhì)。其工藝流程示意圖如下所示：

部分金屬離子完全沉淀時(shí)溶液的pH如下表所示：

沉淀Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2Ni(OH)2pH5.23.29.79.2

(1)用堿液“浸取”的是為了除去含鎳廢催化劑中的________________________(寫化學(xué)式)。

(2)用酸液“浸取”時(shí)使用的酸是________。過(guò)濾后，濾液②中可能含有的金屬離子是________(寫離子符號(hào))。

(3)加入H2O2時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________。

(4)調(diào)節(jié)pH=2～3是為了_______________________________________。

(5)操作①主要進(jìn)行的操作步驟及操作順序是_______________________________________。

(6)在強(qiáng)堿溶液中用NaClO氧化NiSO4，可制得堿性鎳鎘電池電極材料NiOOH。該反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________。

6.銅、銀及其化合物

(4)CuCl、CuI等亞銅鹽均為白色難溶于水的固體。

(7)[Ag(NH3)2]OH具有一定的氧化性，與含有醛基的物質(zhì)在一定條件下可以發(fā)生銀鏡反應(yīng)。

【典例6】銀是一種化學(xué)性質(zhì)不活潑的貴金屬，常用作金屬貨幣和首飾，近年來(lái)在化學(xué)電源和照明器具等方面也有廣泛應(yīng)用，試回答下列問(wèn)題：

(1)佩戴久了的銀飾品表面會(huì)逐漸失去銀白色的金屬光澤，變暗變黑，試用化學(xué)方程式解釋原因:_______________________________________。

(2)向500 mL 0.18 mol/L的AgNO3溶液中加入500 mL 0.20 mol/L的鹽酸，混合后的溶液中Ag+濃度為________mol/L；溶液的pH為________。

(3)硝酸銀溶液必須避光保存，在光照的條件下會(huì)分解生成單質(zhì)銀和紅棕色氣體，試寫出所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式：_______________________________________。

(4)寫出如圖所示的原電池裝置中正極發(fā)生的電極反應(yīng)：________，若起始時(shí)，銀電極和銅電極的質(zhì)量相等，反應(yīng)開始后當(dāng)兩電極質(zhì)量差為2.80 g時(shí)電路中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為________。

7.鋅及其化合物

【典例7】制造鋅鋇白的主要原料之一是硫酸鋅，如圖是利用ZnO(含有少量FeO、CdO、PbO雜質(zhì))制備硫酸鋅的工藝流程示意圖：

已知：H2O2是一種弱酸，常溫下其水溶液的pH≈5，F(xiàn)e3+完全沉淀時(shí)的pH≈3。

試回答下列問(wèn)題：

(1)為了提高浸取的速率，除了適當(dāng)增大硫酸的濃度外還可以采取哪些措施？________________________________________________________________________(寫出兩條即可)。

(2)“凈化1”后的濾渣B主要成分為________，能夠除去Cd、Pb的原因是_______________________________________。

(3)“凈化2”中需要加入過(guò)氧化氫，其電子式為________，濾渣C的主要成分是________，該過(guò)程發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________。

(4)在明代宋應(yīng)星所著的《天工開物》一書中，有關(guān)于“升煉倭鉛”的記載：“爐甘石十斤，裝載入一泥罐內(nèi)……然后逐層用煤炭餅墊盛，其底鋪薪，發(fā)火煅紅……冷淀，毀罐取出……即倭鉛也?！痹噷懗鲈撨^(guò)程中主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式：____________________。(注：爐甘石的主要成分是碳酸鋅，倭鉛即金屬鋅)