资源简介 (共55张PPT)第38讲钛钒铬锰及其化合物2025：基于主题教学的高考化学专题复习系列讲座20252024年1月浙江卷-10题 选择题：四氯化钛水解2024湖南卷-6题 2024北京卷-5题 2024安徽卷-16题选择题、实验题：Cr2O72-的强氧化性能氧化Fe2+，考察离子方程式的书写，并在实验题中结合氧化还原滴定考察计算。2024全国卷-7题 选择题：涉及到Ag2CrO4，考察难溶电解质的转化过程及相关计算。2024全国新课标卷-27题 工艺流程题：MnO2、KMnO4的氧化性及氧化还原反应离子方程式的书写。2024河北卷-6题 2024年6月浙江卷-16题选择题：水溶液中Cr2O72-和CrO42-的平衡关系及移动原理。2024河北卷-16题 工艺流程题：以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取V2O5的工艺2024山东卷-16题 物质结构与性质题：锰及其氧化物的相关性质。2024北京卷-14题 选择题：MnO4-的强氧化性。2024河北卷-15题实验题：K2Cr2O7 、KMnO4的强氧化性，考察离子方程式的书写，并结合氧化还原反应考察计算。2024年——钛钒铬锰及其化合物考向考点统计钛钒铬锰及其化合物钛钒铬锰是第四周期IVB-VIIB族的d区副族元素，都是过渡金属。熔、沸点高、硬度大、强度高、密度大。过渡元素的水合离子、含氧酸根离子和配离子大多是有颜色的这些过渡金属相对都不活泼，与氧化性酸在加热时才有可能反应单质都有较稳定的化学性质有的常用做催化剂原子或离子容易形成配合物20251-钛及其化合物钛及其化合物及核心知识TiTiO2FeTiO3TiCl4TiCl3TiOSO4H2TiO3TiN钛铁矿钛酸亚铁CaTiO3钙钛矿钛钛白粉金红石四氯化钛三氯化钛硫酸氧钛偏钛酸氮化钛TiO2+耐酸碱耐高温还原性碳/氯气发生氯化反应强烈水解反应强还原性络合性水解性热分解不溶于水高熔点高硬度耐酸碱耐磨损无色发烟液体紫红色白色桃红钛及其化合物——钛酸亚铁FeTiO3TiTiO2TiCl4TiCl3TiOSO4H2TiO3TiN钛铁矿主要成分是钛酸亚铁(FeO-TiO2)，难溶于水。粉碎后用硫酸在80℃浸取可得FeSO4和TiOSO4的混合物：离子方程式为：FeTiO3 +4H+ = Fe2+ + TiO2+ +2H2OTi4+水解得到TiO2+离子钛及其化合物——钛酸钙CaTiO3TiTiO2TiCl4TiCl3TiOSO4H2TiO3TiN钙钛矿是一种矿石，化学式为CaTiO3,晶胞结构如下：CaTiO3,晶胞中含有1个Ca,1个Ti，3个O1个Ca：体心；1个Ti：8×1/8 3个O: 12×1/4钛及其化合物——金属钛CaTiO3TiTiO2TiCl4TiCl3TiOSO4H2TiO3TiN钛（Ti）钛有“生物金属”之称，在医疗领域的应用非常广泛，可制人造关节、头盖、主动心瓣等。又有“未来金属”、“三航金属”之称，金属钛被广泛应用于飞机、火箭、人造卫星和轮船等领域。钛de制备钛及其化合物——钛的制备CaTiO3TiTiO2TiCl4TiCl3TiOSO4H2TiO3TiN易错警示应该用Na,Mg等活泼金属在熔融状态下制备Ti，不能在溶液中进行，因钠、镁与水反应。一般在氩气的气氛中进行，防止钛被氧化，防止镁与氧气，氮气或二氧化碳等反应。故不能用CO2或N2来代替Ar来隔绝氧气。用镁置换钛，因在常温下Ti与酸不反应，反应后可以用硫酸溶液除去多余的镁。钛及其化合物——二氧化钛CaTiO3TiTiO2TiCl4TiCl3TiOSO4H2TiO3TiNTiO2的性质TiO2可用于提炼钛和制造钛白粉（白色颜料、涂料）。晶体状的俗名金红石。钛白(TiO2)是重要的化工原料，白色粉末，不溶于水。金红石的晶胞，每1mol金红石晶胞中有2mol的TiO2钛及其化合物——四氯化钛制备TiCl4TiCl4是一种极易水解的无色液体，无色或淡黄色,极易与空气中的水蒸气反应产生“白烟”（即HCl酸雾），常用作烟幕弹，其熔点为-25℃。沸点为136.4 ℃, 属于分子晶体。在制备TiCl4时要保持无水环境（收集装置前、后设置干燥剂）。在1000℃条件下，TiO2转化为TiCl4有两种方法，其反应的热化学方程式分别为：①直接氯化②加碳氯化熵减焓增，一定非自发焓减，自发反应①不加碳的氯化需要吸收大量的热，反应很难进行，而反应②加入碳后，相当于消耗了反应①的氧气，引起反应①平衡向右移动；反应放出大量的热，既增大了反应的限度，又为氯化提供了能量。 钛及其化合物——四氯化钛（易水解，要保持干燥环境）浓硫酸干燥剂④⑤间加入装干燥剂的装置【警示】用Cl2与炭粉、TiO2制备TiCl4；因极易水解，故制备TiCl4的装置在前后都必须设置干燥剂。碳粉不要过量，否则TiO2会还原为Ti或TiC钛及其化合物——TiCl4的水解CaTiO3TiTiO2TiCl4TiCl3TiOSO4H2TiO3TiNTiCl4水解四氯化钛需要加入大量的水，同时加热，生成水合二氧化钛：Ti4++(x+2)H2O=TiO2·xH2O↓+4H+价态越高越容易水解（与离子极化力有关），水解是吸热过程，加热促进水解；越稀释水解程度越大。盐酸中： TiCl4+H2O=TiOCl2↓+2HCl四氯化钛在空气中发烟，是水解生成的氯化氢与空气中的水蒸气形成酸雾：TiCl4 + 2H2O = TiO2↓ + 4HCl钛及其化合物——TiCl4的滴定CaTiO3TiTiO2TiCl4TiCl3TiOSO4H2TiO3TiNTi3+的滴定测定TiCl4中钛的含量，一般把Ti(IV)还原为Ti(III)，再用Fe3+进行滴定(1)首先用铝片将TiO2+还原为Ti3+，再用Fe2(SO4)3标准溶液滴定反应原理: Ti3+ + Fe3+ = Ti4+ +Fe2+(2)用KSCN溶液指示滴定终点：若加入最后1滴Fe2(SO4)3标准溶液,溶液变为红色，且半分钟内颜色不退去，说明滴定达到了终点：Fe3+ +3SCN- = Fe(SCN)3 (浅红色）钛及其化合物——TiCl4的水解CaTiO3TiTiO2TiCl4TiCl3TiOSO4H2TiO3TiNTiCl3络合性[2022·全国·高二课时练习] 在浓的TiCl3溶液中加入乙醚，并通入HCl至饱和，可得到配位数为6、组成为TiCl3·6H2O的绿色晶体，该晶体中两配位体的物质的量之比为1∶5，则该配离子的化学式为_______。【解析】配体只能是小分子、小离子（H2O、Cl-）,5个只能是H2O，1个为Cl-，TiCl3·6H2O 改写为[Ti(H2O)5Cl]Cl2·H2O【答案】[Ti(H2O)5Cl]2+内界外界钛及其化合物——TiCl4的水解CaTiO3TiTiO2TiCl4TiCl3TiOSO4H2TiO3TiNTiO2+一般认为，Ti4+电荷高、半径小，极化能力强，极易水解得到钛氧基离子TiO2+,它是溶液中Ti(IV)的主要存在形式。TiOSO4溶液加水稀释并加热，立即析出大量白色沉淀为偏钛酸，该反应的离子方程式为TiO2++2H2O = H2TiO3↓+ 2H+；钛及其化合物——TiCl4的水解CaTiO3TiTiO2TiCl4TiCl3TiOSO4H2TiO3TiNH2TiO3Ti4+水解出TiO2+,进一步水解得到偏钛酸（H2TiO3)[TiO2·H2O]TiOSO4溶液加水稀释并加热，立即析出大量白色沉淀为钛酸，该反应的离子方程式为: TiO2++2H2O = H2TiO3↓+ 2H+偏钛酸偏钛酸（H2TiO3)对热不稳定，加热分解脱水得到TiO2:H2TiO3 TiO2 + H2O钛及其化合物——TiCl4的水解CaTiO3TiTiO2TiCl4TiCl3TiOSO4H2TiO3TiNTiN超导材料TiN具有NaCl型结构(如图) ,每个晶胞中含有4个N和4个Ti，每1mol晶胞中含有4molTiN【例题1】2023福建11. 某研究小组以TiCl4为原料制备新型耐热材料TiN。步骤一：TiCl4水解制备TiO2 (实验装置如图A，夹持装置省略)：滴入TiCl4，边搅拌边加热，使混合液升温至80℃，保温3小时。离心分离白色沉淀TiO2·xH2O并洗涤，煅烧制得TiO2 。b(2)三颈烧瓶中预置的稀盐酸可抑制胶体形成、促进白色沉淀生成。TiCl4水解生成的胶体主要成分为 (填化学式)。(1)装置 A 中冷凝水的入口为 （填“a”或“b”）(3)判断TiO2·xH2O沉淀是否洗涤干净，可使用的检验试剂有 。AgNO3（或AgNO3+HNO3、硝酸银、酸化的硝酸银）Ti(OH)4步骤二：由TiO2制备TiN并测定产率(实验装置如下图，夹持装置省略)。。(4)装置C中试剂X为 。(5)装置D中反应生成TiN、N2和H2O，该反应的化学方程式为 。(6)装置E的作用是 。碱石灰(或生石灰（CaO）、NaOH、KOH以及这些物质的组合均可)吸收氨气与水(7)实验中部分操作如下：a．反应前，称取0.800gTiO2样品；b．打开装置B中恒压滴液漏斗旋塞；c．关闭装置B中恒压滴液漏斗旋塞；d．打开管式炉加热开关，加热至800℃左右；e．关闭管式炉加热开关，待装置冷却；f．反应后，称得瓷舟 bdec中固体质量为0.496g。① 正确的操作顺序为：a→ →f(填标号)。 bdec(7)实验中部分操作如下：a．反应前，称取0.800gTiO2样品；b．打开装置B中恒压滴液漏斗旋塞；c．关闭装置B中恒压滴液漏斗旋塞；d．打开管式炉加热开关，加热至800℃左右；e．关闭管式炉加热开关，待装置冷却；f．反应后，称得瓷舟 bdec中固体质量为0.496g。 0.800gTiO2的物质的量为0.01mol，则TiN的理论产量为0.62g,则TiN产率为0.496g/0.62g X100% = 80%②TiN的产率为 。80%【例题2】四氯化钛是制取海绵钛和氯化法钛白(二氧化钛)的主要原料，用于制造颜料和钛有机化合物以及国防上用的烟幕剂。同时也是制取航天航空工业材料-钛合金的重要原料，由钛铁矿(主要成分是FeTiO3，含有少量Fe2O3、SiO2、Al2O3等杂质)，制备TiCl4等产品的一种工艺流程如图：已知：Ⅰ.①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生：2Fe3++Fe=3Fe2+、2TiO2+(无色)+Fe+4H+=2Ti3+(紫色)+Fe2++2H2O、Ti3+(紫色)+ Fe3++H2O =2TiO2+(无色)+Fe2++2H+；Ⅱ.四氯化钛的熔点-25.0℃，沸点136.4℃，SiCl4的熔点-68.8℃，沸点57.6℃。(1)用盐酸酸浸时，为使酸浸速率加快，可采取的措施是(至少写2条)，发生主要反应的离子方程式为 。适当增大盐酸浓度；适当升高温度；搅拌、减小钛铁矿粒径等FeTiO3+4H+=Fe2++TiO2++2H2O【例题2】四氯化钛是制取海绵钛和氯化法钛白(二氧化钛)的主要原料，用于制造颜料和钛有机化合物以及国防上用的烟幕剂。同时也是制取航天航空工业材料-钛合金的重要原料，由钛铁矿(主要成分是FeTiO3，含有少量Fe2O3、SiO2、Al2O3等杂质)，制备TiCl4等产品的一种工艺流程如图：已知：Ⅰ.①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生：2Fe3++Fe=3Fe2+、2TiO2+(无色)+Fe+4H+=2Ti3+(紫色)+Fe2++2H2O、Ti3+(紫色)+ Fe3++H2O =2TiO2+(无色)+Fe2++2H+；Ⅱ.四氯化钛的熔点-25.0℃，沸点136.4℃，SiCl4的熔点-68.8℃，沸点57.6℃。(2)废渣的成分是 。(3)如何检验富含TiO2+溶液中不含铁元素。SiO2取少量溶液，加入KSCN溶液，若不变红，再加入氯水，仍然不变红，说明溶液中不含铁元素【例题2】四氯化钛是制取海绵钛和氯化法钛白(二氧化钛)的主要原料，用于制造颜料和钛有机化合物以及国防上用的烟幕剂。同时也是制取航天航空工业材料-钛合金的重要原料，由钛铁矿(主要成分是FeTiO3，含有少量Fe2O3、SiO2、Al2O3等杂质)，制备TiCl4等产品的一种工艺流程如图：已知：Ⅰ.①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生：2Fe3++Fe=3Fe2+、2TiO2+(无色)+Fe+4H+=2Ti3+(紫色)+Fe2++2H2O、Ti3+(紫色)+ Fe3++H2O =2TiO2+(无色)+Fe2++2H+；Ⅱ.四氯化钛的熔点-25.0℃，沸点136.4℃，SiCl4的熔点-68.8℃，沸点57.6℃。(4)要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4，可采用的方法是 。蒸馏(或分馏)(5)用TiCl4水解生成TiO2·nH2O，经过滤、水洗除去其中的Cl-，再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO2.写出TiCl4水解生成TiO2·nH2O的化学方程式 。TiCl4+(n+2)H2O=TiO2·nH2O+4HCl20252-钒及其化合物钒及其化合物1.钒是一种过渡金属，第四周期VB族，价电子排布式为3d34s2，主要化合价有+2，+3，+4，+5等，低价态还原性强，高价态氧化性强。2.钒的存在形式：价态 +2 +3 +4 +5氧化物离子态酸根V2+V3+VO2+VO2+VOV2O3VO2V2O5绿色黑色蓝黑色黄棕色紫色緑色蓝色黄色VO43- 钒酸根； VO3- 偏钒酸根+4，+5价的V极易水解，水溶液中离子通常以氧合形式存在钒及其化合物V2O5两性氧化物，但以酸性为主V2O5＋6NaOH=2Na3VO4＋3H2O1 800 ℃ 发生分解反应微溶于水，有较强的氧化性V2O5＋6HCl=2VOCl2＋Cl2＋3H2O偏钒酸铵热分解制备 V2O5VO2＋、VO2+：在酸性介质中，VO2＋具有强氧化性：VO2+＋Fe2＋＋2H＋=VO2＋＋Fe3＋＋H2O2VO2+＋H2C2O4＋2H＋=2VO2＋＋2CO2↑＋2H2O钒及其化合物总：VO2++V2++2H+ =VO2++V3++H2O全钒电池中的价态变化放电时，+5和+2生成+4和+3（+）VO2++2H++e- = VO2++H2O（-） V2+ -e- = V3+蓝色黄色紫色绿色总： VO2++V3++H2O=VO2++V2++2H+（阳）VO2++H2O-e-=VO2++2H+（阴） V3+ +e- = V2+蓝色黄色紫色绿色充电时，+4和+3生成+5和+2【例题1】2024河北卷16. V2O5是制造钒铁合金、金属钒的原料，也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取V2O5的工艺，具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如图。已知：i石煤是一种含V2O3的矿物，杂质为大量Al2O3和少量CaO等；苛化泥的主要成分CaCO3、NaOH、Na2CO3等。ii 高温下，苛化泥的主要成分可与Al2O3反应生成偏铝酸盐；室温下，偏钒酸钙[Ca(VO3)2]和偏铝酸钙均难溶于水。回答下列问题：(1)钒原子的价层电子排布式为________；焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为____，产生的气体①为_____(填化学式)。33(2)水浸工序得到滤渣①和滤液，滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙，滤液中杂质的主要成分为________(填化学式)。3d34s2+5CO2NaAlO233(3)在弱碱性环境下，偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙发生反应的离子方程式为________________________________________________；CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率的原因为________________________________________________________；浸取后低浓度的滤液①进入__________(填工序名称)，可实现钒元素的充分利用。提高溶液中浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放离子交换33(4)洗脱工序中洗脱液的主要成分为______(填化学式)。(5)下列不利于沉钒过程的两种操作为____(填序号)。a.延长沉钒时间 b.将溶液调至碱性 c.搅拌 d.降低NH4Cl溶液的浓度离子交换洗脱工艺NaClbdCl-Na+b.NH4Cl呈弱酸性，如果将溶液调至碱性,NH4+与OH-反应，不利于生成NH4VO3价廉易得【例题2】全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。如图是钒电池基本工作原理示意图：请回答下列问题：（1）钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2＋、V3＋、VO2＋、VO2+)为正极和负极电极反应的活性物质，电池总反应为放电时的正极反应式为__________________充电时的阴极反应式为__________________(2) 钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是 ( )a．VO2+、VO2＋混合液 b．V3＋、V2＋混合液 c．VO2+溶液d．VO2＋溶液 e．V3＋溶液 f．V2＋溶液VO2+＋2H＋＋e－=VO2＋＋H2OV3＋＋e－=V2＋负 正 阳 阴acd20253-铬及其化合物铬及其化合物CrCr2+Cr3+Cr2O3Cr(OH)3CrO2-CrO42-Cr2O72-蓝色溶液绿色溶液绿色粉末灰绿色沉淀绿色溶液黄色溶液橙色溶液银白色金属【颜色】+2价蓝，+3价绿，+6价黄、橙强还原性沉淀性、络合性、酸性两性两性弱氧化性强氧化性水解显碱性铬及其化合物金属铬价电子排布为3d54s1，单电子多，金属键强，熔点高达1907℃，沸点为2671℃，硬度最高，莫氏硬度为9，接近于10的金刚石。耐磨抗腐蚀。Cr：第四周期VIB族【铬的制备】铁铬合金【制备纯铬】水浸析出铬酸钠，酸化得到Na2Cr2O7铝热法得到金属铬 ：Cr + 2HCl = CrCl2 + H2↑ (蓝色溶液），在空气中迅速氧化成绿色溶液：4CrCl2 +O2+4HCl=4CrCl3 +2H2O。Cr(II) 亚铬离子还原性极强，常做氧气的吸收剂，如醋酸亚铬:[Cr(CH3COO)2]亚铬酸亚铁铬及其化合物Cr3+的性质Cr3+Cr2O3Cr(OH)3CrO2-Cr2O3 绿色结晶粉末,俗称铬绿,Cr2O3与Cr(OH)3 都具有两性：Cr2O3+3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3H2OCr2O3 +2NaOH = 2NaCrO2 + H2OCr3＋加入适量NaOH后生成了Cr(OH)3 灰蓝色沉淀；加入过量NaOH后，生成[Cr(OH)4]－(或CrO2-)。Cr(OH)3 +3HCl = CrCl3 + 3H2OCr(OH)3 + NaOH = Na[Cr(OH)4]Cr3＋+3OH-=Cr(OH)3 ↓或灰绿色沉淀CrO42-Cr2O72-CrO3红色，是铬酸或重铬酸的酸酐+6价最重要的化合物是K2Cr2O7，在水溶液中Cr2O72-和CrO42-存在下列平衡：铬酸盐的溶解度多数较小：Ag2CrO4(砖红色↓）；PbCrO4(黄色↓）K2Cr2O7远比Na2Cr2O7重要，利用溶解度的差异，可以加入KCl制备：Na2Cr2O7 +2KCl = K2Cr2O7 ↓+ 2NaClK2Cr2O7具有强氧化性，可以与许多还原剂发生氧化还原反应。如可氧化浓盐酸生成氯气：Cr2O72-＋6Cl－＋14H＋=2Cr3＋＋3Cl2↑＋7H2OCr2O72- (黄色) + H2O 2CrO42-（橙色） + 2H+【例题1】2023辽宁10. 某工厂采用如下工艺制备Cr(OH)3，已知焙烧后Cr元素以+6价形式存在，下列说法错误的是( )A．“焙烧”中产生CO2B．滤渣的主要成分为FeOH)2C．滤液①中元素的主要存在形式为CrO42-D．淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用B铁、铬氧化物与碳酸钠和氧气反应时生成氧化铁、铬酸钠和二氧化碳，A正确;焙烧过程有氧气参与，铁元素被氧化，滤渣的主要成分为氧化铁，B错误；D正确。滤液①中溶液环境显碱性，Cr元素的化合价是+6价，所以Cr 元素主要存在形式为CrO42-，C正确；【例题2】2024河北6. 下列实验操作及现象能得出相应结论的是( )C选项 实验操作及现象 结论A 还原铁粉与水蒸气反应生成的气体点燃后有爆鸣声 H2O具有还原性B 待测液中滴加BaCl2溶液，生成白色沉淀 待测液含有SO42-C Mg(OH)2和Al(OH)3中均分别加入NaOH溶液和盐酸，Mg(OH)2只溶于盐酸，Al(OH)3都能溶 Mg(OH)2比Al(OH)3碱性强D K2Cr2O7溶液中滴加NaOH溶液，溶液由橙色变为黄色 增大生成物的浓度，平衡向逆反应方向移动A．铁与水蒸气反应生成的气体是H2，该反应中H由+1价变成0价，被还原，体现了H2O的氧化性，A错误；B．如果待测液中含有Ag+,Ag+与Cl-反应也能产生白色沉淀，或者CO32- 、SO32-也会与Ba2+产生白色沉淀，所以通过该实验不能得出待测液中含有SO42-的结论，B错误；C．Mg(OH)2能与盐酸反应，不能与NaOH溶液反应，Al(OH)3与NaOH溶液和盐酸都能反应，说明Mg(OH)2的碱性比NaOH的强，C正确；D．K2Cr2O7溶液中存在平衡Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+ 加入溶液后，OH-与H+反应，生成物浓度减小，使平衡正向移动，导致溶液由橙色变为黄色，题给结论错误，D错误.【例题3】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：（1）步骤①的主要反应为：FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3 ---Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2，上述反应配平后 FeO·Cr2O3与 NaNO3的系数比为___________。FeO·Cr2O3＋ NaNO3 --- Na2CrO4＋Fe2O3 ＋ NaNO2+2 +3 +5 +6 +3 +3↑1 + 2×3=7 ↓27 ×（2） ↓2×(7)2：7【例题3】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：（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。（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)。铁（Fe)Na2Cr2O7Na2CrO4Al(OH)3Fe(OH)3Al(OH)3小Na2Cr2O7 +2KCl = K2Cr2O7 ↓+ 2NaClAl(OH)3大约在pH=5左右沉淀完全，Fe(OH)3大约在pH=3.2左右沉淀完全，滤渣2为Al(OH)3 ，滤渣1含有的金属元素为Fe【例题3】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：Na2Cr2O7Na2CrO4Al(OH)3Fe(OH)3（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___________。d复分解反应Na2Cr2O7 +2KCl = K2Cr2O7 ↓+ 2NaCl温度越低， K2Cr2O7的溶解度差越大，析出晶体越多【例题4】工业上以铬铁矿(FeCr2O4，含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7· 2H2O)的过程如图。回答下列问题：（1）Cr元素位于元素周期表第_________周期__________族。（2）焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2CrO4和Fe2O3，请写出该反应的化学反应方程式__________________________________________________________；（3）浸取所得滤渣为Fe2O3，由此推测滤液中除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外，还含有_____________________________(写化学式)。四 VIBNaAlO2、Na2SiO3SiO2和Al2O3分别与碳酸钠固体焙烧，得到硅酸钠、偏铝酸钠和二氧化碳20254-锰及其化合物锰及其化合物——各价态化合物的主要性质KMnO4/MnO4-K2MnO4/MnO42-MnO2MnSO4 / Mn2+Mn2O3 /MnOOH+7价+6价+4价+3价+2价紫黑色固体，紫红色溶液，强氧化剂墨绿色晶体，深绿色溶液，氧化性、歧化性黑色不溶，强氧化剂，锌锰干电池正极活性物质黑色不溶于水的固体，锌锰干电池正极产物水溶液肉色，几乎无色，最稳定、常见，是还原剂高锰酸钾可氧化 S2-,SO32-,I-,Fe2+,Br-,Cl-,H2C2O4,H2O2等+7价紫黑色固体，紫红色溶液，强氧化剂做消毒剂MnO4-还原产物Mn2+MnO2MnO42-中性强酸性介质碱性介质2MnO4-+16H++10Cl-=2Mn2++5Cl2↑+ 8H2O2MnO4-+5H2O2+6H+=2Mn2++5O2↑ + 8H2OMnO4-+ 5Fe2++ 8H+=Mn2+ +5Fe3++4H2O2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O2MnO4-＋H2O＋3SO32- =2MnO2↓＋3SO42-＋2OH－2MnO4-＋2OH－＋SO32- =2MnO42-＋SO42-＋H2OKMnO4/MnO4-K2MnO4/MnO42-锰酸钾具有氧化性和歧化性：墨绿色固体和溶液MnO42-存在于强碱性溶液中，在酸性、中性环境中均发生歧化反应（2：1）3MnO42-＋2H2O = 2MnO4-＋MnO2↓＋4OH－3MnO42-＋4H＋ = 2MnO4-＋MnO2↓＋2H2O+6价+7价+4价MnO2的性质和用途MnO2+4价黑色不溶于水的固体，强氧化剂，锌锰干电池正极物质制备Cl2时的氧化剂：MnO2+4H++2Cl- =Mn2++Cl2↑+2H2O制备O2时的催化剂：2KClO3 2KCl +3O2↑H2O2分解的催化剂：2H2O2 2H2O+O2↑锌锰干电池的正极材料：MnO2 +H2O+e- =MnOOH +OH-锂锰电池的正极材料： MnO2+e- +Li+=LiMnO2除去Fe2+MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2OMnO2+ H2C2O4+2H+=Mn2++2CO2↑+2H2O氧化草酸MnSO4 / Mn2+Mn2+,还原剂，易沉淀水溶液肉色，几乎无色，最稳定、常见，还原剂沉锰方法Mn(OH)2↓MnS↓MnCO3↓MnC2O4↓用NaBiO3，PbO2，Na2S2O8和NaClO等可以将Mn2+氧化成MnO4- :5PbO2＋ 2Mn2＋＋4H＋=2MnO4-＋5Pb2＋＋2H2O5BiO3-＋ 2Mn2＋＋ 14H＋=2MnO4-＋5Bi3＋＋7H2O5S2O82-+ 2Mn2＋＋8H2O=2MnO4-＋10SO42-＋16H+【1】NH4HCO3沉锰Mn2＋＋HCO3-=MnCO3↓＋H＋（×）Mn2＋＋2HCO3-=MnCO3↓＋H2O＋CO2↑（ ）【2】NH4HCO3和NH3·H2O+2价过二硫酸钠NH4HCO3接近中性，不易引起竞争反应生成Mn(OH)2【例题1】2022年山东卷 8.实验室制备KMnO4过程为：①高温下在熔融强碱性介质中用KClO3氧化MnO2制备K2MnO4；②水溶后冷却，调溶液pH至弱碱性，K2MnO4歧化生成KMnO4和MnO2；③减压过滤，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶，再减压过滤得KMnO4。下列说法正确的是（ ）A．①中用瓷坩埚作反应器B．①中用NaOH作强碱性介质C．②中K2MnO4只体现氧化性D．MnO2转化为KMnO4的理论转化率约为66.7%瓷坩埚含SiO2，Al2O3等，易被强碱腐蚀，故不能用瓷坩埚，A错。制备KMnO4，会引入Na+不易除去，B错。②中K2MnO4发生歧化反应，+6价变为+7和+4，体现还原性和氧化性，C错。根据Mn元素守恒可知，3MnO2→3K2MnO4-2KMnO4- MnO2， MnO2中的Mn元素只有2/3转化为KMnO4，因此，MnO2转化为KMnO4的理论转化率约为66.7%，D说法正确。D【例题2】2023北京18节选. 以银锰精矿(主要含Ag2S、MnS、FeS2)和氧化锰矿(主要含MnO2)为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如下。已知：酸性条件下，MnO2的氧化性强于Fe3+。(1) “浸锰”过程是在H2SO4溶液中使矿石中的锰元素浸出，同时去除FeS2，有利于后续银的浸出：矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中。①“浸锰”过程中，发生反应MnS + 2H+=Mn2+ + H2S↑，则可推断：KSP (MnS) KSP (Ag2S)(填“>”或“<”)。② 在H2SO4溶液中，银锰精矿中的FeS2和氧化锰矿中的MnO2发生反应，则浸锰液中主要的金属阳离子有 。33>Mn2+、Fe3+【例题3】2024山东16节选. 锰氧化物具有较大应用价值，回答下列问题：33（1）Mn在元素周期表中位于第_______周期_______族；同周期中，基态原子未成对电子数比Mn多的元素是_______(填元素符号)。（2）Mn的某种氧化物MnOx的四方晶胞及其在xy平面的投影如图所示，该氧化物化学式为_______。四VIIBCrMnO2由均摊法得，晶胞中Mn的数目为1+8×1/8 = 2，O的数目为2+4×1/2 = 4，即该氧化物的化学式为MnO233当MnOx晶体有O原子脱出时，出现O空位，Mn的化合价_______(填“升高”“降低”或“不变”)，O空位的产生使晶体具有半导体性质。下列氧化物晶体难以通过该方式获有半导体性质的是_______(填标号)。A．CaO B．V2O5 C．Fe2O3 D．CuO降低AMnOx晶体有O原子脱出时，出现O空位，即x减小，Mn的化合价为+2x，因此Mn的化合价降低；CaO中Ca的化合价为+2价、V2O5中V的化合价为+5价、Fe2O3中Fe的化合价为+3、CuO中Cu的化合价为+2，其中CaO中Ca的化合价下降只能为0，其余可下降得到比0大的价态，说明CaO不能通过这种方式获得半导体性质.小结和点评钛、钒、铬、锰都是典型的过渡金属元素，高考中各有侧重。（1）钛元素侧重钛和钛的化合物的制备和水解性的考查；（2）钒元素+2，+3；+4，+5四种价态物质之间的转化和全钒电池；（3）铬元素重在+2，+3，+6价之间价态转换；重铬酸钾的氧化性是重点；（4）锰元素重在+2，+4，+6，+7价之间价态转换，氧还性、沉淀性的考查；熟悉其常见物质和典型转化，方能在高考中可以克敌制胜，勇过难关。钛及其化合物练习1．实验题（2024.1浙江10）下列化学反应与方程式不相符的是（ ）A. 黑火药爆炸：B. 四氯化钛水解：C. 硫化钠溶液在空气中氧化变质：D. 硬脂酸甘油酯在NaOH溶液调至碱性，再加入新制氢氧化铜并加热，可判断麦芽糖是否水解【答案】C【详解】A．黑火药爆炸：，A正确；B．四氯化钛水解：，B正确；C．硫化钠强碱弱酸盐，溶液呈碱性，在空气中氧化变质：，C错误；D．硬脂酸甘油酯在溶液中皂化：＋3NaOH＋3C17H35COONa，D正确；2．实验题（河北省石家庄市部分名校2023-2024学年高三上学期11月大联考考后强化卷）.钛酸钡()因其优良的电学性能被广泛应用于多层陶瓷电容器(MLCC)等电子元器件。某小组设计方案在实验室里以八水合氢氧化钡和高活性偏钛酸()为原料，采用低温固相法制备亚微米级钛酸钡粉体。已知：①氧化性顺序：，；②四氯化钛极易水解，易挥发。Ⅰ.偏钛酸()的制备(装置如图所示)取一定量的高纯固体于三颈烧瓶中，加入浓盐酸配成溶液，然后加水稀释转化成一定浓度的溶液，最后将装在仪器B中的溶液缓慢滴入溶液中，通过搅拌反应析出沉淀物，反应过程控制温度，以免反应过于剧烈。（1）仪器B的名称是_______。（2）仪器A的作用是_______，冷凝水从_______(填“a”或“b”)通入。（3）请写出溶液缓慢滴入溶液中产生的化学方程式：_______。Ⅱ.钛酸钡()的制备将上述制得的作为反应原料，与按照物质的量之比为1∶1进行称量混合后放入球磨罐中，将其放置于罐磨机上按照700r/min罐磨5h后倒入坩埚中，并置于烘箱中100℃反应3h，最终制备得到亚微米级白色钛酸钡()样品粉体。（4）置于烘箱中时间超过3h，会明显有一种杂质，该杂质的化学式为_______。（5）在固相反应过程中，会经历“接触扩散—化学反应—成核—晶粒生长”的历程，则罐磨机的作用是_______，若想获得比亚微米级钛酸钡()晶体更大顺粒的晶体，则置于_______(填“<”或“>”)100摄氏度的烘箱中3h。Ⅲ.测定产品纯度。取产品溶于稍过量的稀硫酸中配制成250mL溶液，取25.00mL溶液于锥形瓶，加入过量溶液，充分反应后，用溶液滴定至终点消耗溶液(的摩尔质量为)。（6）该实验中所用滴定管为_______ (填“酸式”“碱式”或“酸式和碱式”)；产品纯度为_______%。【答案】（1）恒压滴液漏斗（2）①. 冷凝回流 ②. b（3）（4）BaCO3（5）①. 混料较为均匀和起到研磨细化的作用，增大了反应物的接触几率，可以促进反应进行程度更加完全。机械研磨细化后反应物粒径大小不断地减小，可以在一定程度上降低反应温度和提高反应速率。 ②. <（6） ①. 酸式 ②.【解析】【分析】该装置中加入TiCl4高纯固体，加入浓盐酸再加水稀释生成TiOCl2溶液，然后将一水合氨缓慢滴入TiOCl2溶液中，两者反应生成H2TiO3，H2TiO3再与Ba(OH)2·8H2O以物质的量之比1：1混合研磨后在100℃条件下反应生成BaTiO3。【小问1详解】根据图示装置，仪器B的名称为恒压滴液漏斗。【小问2详解】仪器A的作用为冷凝回流。冷凝水从下端即b口进入。【小问3详解】一水合氨缓慢滴入TiOCl2溶液中，两者反应生成H2TiO3，化学方程式为。【小问4详解】置于烘箱中时间超过3h，则Ba(OH)2会与CO2反应生成BaCO3杂质。【小问5详解】固相反应过程中，会经历“接触扩散—化学反应—成核—晶粒生长”的历程，罐磨机的作用是混料较为均匀和起到研磨细化的作用，增大了反应物的接触几率，可以促进反应进行程度更加完全。机械研磨细化后反应物粒径大小不断地减小，可以在一定程度上降低反应温度和提高反应速率。降低温度有利于形成更大颗粒的晶体，因此要想获得比亚微米级钛酸钡晶体更大颗粒的晶体，则需要置于小于100℃的烘箱中加热3h。【小问6详解】高锰酸钾具有强氧化性，需要使用酸式滴定管。高锰酸钾与过量的亚铁离子反应，消耗的与Fe2+的物质的量之比为1：5，现消耗KMnO4c2V2×10-3mol，则反应的Fe2+有5c2V2×10-3mol，则与Ti4+反应的Fe2+有(c1V1×10-3-5c2V2×10-3)mol，Ti4+有(c1V1×10-3-5c2V2×10-3)mol，wgBaTiO3中含有BaTiO310(c1V1×10-3-5c2V2×10-3)mol，故产品纯度为×100%=%。3．判断：（山东省日照市2022-2023学年高三上学期期中联考化学试题）金属钠可用于钛、锆、铌等金属的冶炼，因为金属钠具有还原性【答案】对【详解】B．金属钠具有还原性可用金属钠与钛、锆、铌等金属的熔融盐反应制取相应金属，故正确；4．判断：（2022·辽宁·大连八中高二期中）四氯化钛的浓溶液制备水合二氧化钛：【答案】错【详解】四氯化钛制备水合二氧化钛，需要加大量的水促使其水解完全，错误；5．（2022·山东济南·高一期中）四氯化钛()极易与空气中的水蒸气反应产生“白烟”，常用作烟幕弹，其熔点为，沸点为。某实验小组设计如下装置(部分加热和夹持装置省略，已知，用与炭粉、制备。下列说法错误的是A．②中应盛装浓硫酸B．⑤中溶液的作用为吸收尾气C．反应结束时，应先停止①处的加热，再停止③处的加热D．④、⑤之间缺少防止水蒸气进入④的装置【答案】C【分析】A生成氯气，干燥后进入③和炭粉、反应生成，进入④冷凝回收，尾气被氢氧化钠溶液吸收减小污染；【详解】A．四氯化钛()极易与空气中的水蒸气反应，故②中应盛装浓硫酸，需要对氯气进行干燥，A正确；B．氯气有毒会污染空气，⑤中溶液的作用为吸收尾气，B正确；C．反应结束时，应先停止③处的加热，再停止①处的加热，使得生成的四氯化钛在氯气氛围中冷却，以防空气进入装置，C错误； D．四氯化钛()极易与空气中的水蒸气反应，④、⑤之间缺少防止水蒸气进入④的装置，D正确；故选C。6．（2022·浙江·高一期中）金属钛被广泛应用于飞机、火箭和人造卫星等领域，可通过下面的转化制取，下列说法不正确的是A．“反应1”中氯气作氧化剂B．“反应1”每得到1molTiCl4，则生成标准状况下44.8LCO气体C．“反应1”生成TiCl4，若有14.2gCl2参与反应，则转移电子数为0.4NAD．“反应2”体现了金属钠的强还原性，钠与TiCl4水溶液反应，置换出金属Ti【答案】D【分析】反应1为TiO2、焦炭、氯气反应生成CO和TiCl4，反应2为钠与TiCl4在700℃-800℃条件下进行反应生成钛；【详解】A．反应1为TiO2、焦炭、氯气反应生成CO和TiCl4，氯元素化合价降低，氯气作氧化剂，A正确；B．反应1的化学方程式为：TiO2+2C+2Cl2=2CO+TiCl4，每得到1molTiCl4，则生成2molCO，标准状况下体积为V=nVm=2mol×22.4L/mol=44.8L，B正确；C．14.2gCl2的物质的量为，1mol Cl2反应转移2mol电子，则0.2mol Cl2转移电子数为0.4NA，C正确；D．钠与TiCl4水溶液反应是钠先与水反应生成NaOH，不会置换出金属Ti，D错误；故选：D。7．（2023·江苏盐城·高三期中）四氯化钛是工业上制备金属钛的重要原料。常温下，它是一种极易水解的无色液体，沸点为。在条件下，转化为有两种方法，其反应的热化学方程式分别为：①直接氯化 ②碳氯化 将、、充入的密闭容器，体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。下列说法不正确的是A．制备时要保持无水环境B．为避免产生大量，碳氯化反应过程中需保持炭过量C．，的平衡常数D．碳氯化中加碳，既增大了反应的趋势，又为氯化提供了能量【答案】B【详解】A.由于高温条件下，C与H2O将反应生成CO和H2，且TiCl4易水解，生成的HCl挥发，促进TiCl4水解，导致产物不纯，故制备时需保持无水环境；故A正确；B.反应过程中若保持C过量，C在高温下具有还原性，将TiO2还原为Ti或TiC，导致获得的产物中有杂质Ti或TiC等；故B错误；C.从图中可知，1400℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl是0.35，CO是0.6，反应C(g)+CO2(g)＝2CO(g)的平衡常数 ；故C正确；D．根据题意可以看出，不加碳的氯化需要吸收大量的热，反应很难进行，而加入碳后，反应放出大量的热，既增大了反应的趋势，又为氯化提供了能量，故D正确；故答案选B选项。8．（2023·江苏盐城·高三期中）四氯化钛是工业上制备金属钛的重要原料。常温下，它是一种极易水解的无色液体，沸点为。在条件下，转化为有两种方法，其反应的热化学方程式分别为：①直接氯化 ②碳氯化 对于反应，下列说法正确的是A．B．E(总反应物)(总生成物)(E表示物质能量)C．反应中每消耗，转移电子的数目为D．升高温度、增大压强均能提高产率【答案】C【详解】A．该反应前后气体分子数不变，但固体转化为气体的过程中熵增大，，故A错误；B．该反应为吸热反应，反应物的总能量小于生成物的总能量，故B错误；C．有反应可知氯气在反应中作氧化剂转化为，1mol得2mol电子，消耗，转移电子的数目为，故C正确；D．由已知直接氯化反应为吸热反应，碳氯化反应为放热反应，升高温度有利于直接氯化反应但不利于碳氯化反应；直接氯化反应反应前后气体分子数相等，增大压强平衡不移动，不利于提高产率，碳氯化反应，反应后气体分子数增大，增大压强平衡逆向移动，会降低产率，故D错误；故选：C。9．（2022·广东佛山·一模）钙是构成人体骨骼和牙齿的主要元素之一，下列说法不正确的是 钙钛矿晶胞A．工业上通过电解法制备CaB．可用于海水提镁，其阴离子空间构型为平面三角形C．钙钛矿晶体中钛离子周围与它最近且距离相等的钛离子个数为8D．钙钛矿晶胞中氧、钙、钛的粒子个数比为3：1：1【答案】C【详解】A．金属钙化学性质非常活泼，用电解熔融氯化钙的方法制备，A项正确；B．高温分解得到氧化钙，CaO溶于水生成Ca(OH)2，Ca(OH)2可用于沉镁；CO空间构型是平面三角形，B项正确；C．钙钛矿晶体中钛离子处于顶角位置，周围与它最近且距离相等的钛离子个数为6，C项错误；D．晶胞中氧原子位于边上，钙原子位于面心，钛原子位于顶角，根据平均原则，钙钛矿晶胞中氧、钙、钛的粒子个数为12×，1,8×，D项正确；故答案选C 。10．（2022·湖南·高三阶段练习）用金属钠置换氯化钛溶液中的钛【答案】错误【详解】不能用金属钠在溶液中置换钛，错误；11．（2022·宁夏·青铜峡市宁朔中学高三期中）四氯化钛的浓溶液制备水合二氧化钛：Ti4++(x+2)H2O=TiO2·xH2O↓+4H+【答案】C【详解】四氯化钛的浓溶液制备水合二氧化钛：Ti4++(x+2)H2O=TiO2·xH2O↓+4H+，C正确；12．（2022·贵州·高二开学考试）金属钛(Ti)抗腐蚀性能好，在高温环境下具有强还原性。以金红石(主要成分为)为原料生产钛的工艺流程如下：下列说法错误的是A．金属钛在常温下难与反应B．高温下，钠可以与溶液反应制备金属钛C．②中发生的化学反应属于置换反应D．反应①中钛的化合价没有发生改变【答案】B【详解】A．金属钛抗腐蚀性能好，露置于空气中在常温下难与O2反应，故A正确；B．钠与溶液中的水反应，则钠不能与TiCl4溶液反应制备金属钛，故B错误；C．②中发生的化学反应是由一种单质与一种化合物反应生成另一种单质与另一种化合物的反应，属于置换反应，故C正确；D．反应①中钛的化合价没有发生改变，都为+4价，故D正确；故答案选B。13．（2022·江苏·连云港高中高一阶段练习）金属(Ti)是航空、宇航、军工、电子等方面的必需原料。在生产钛的过程中可用镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛，反应的化学方程式为TiCl4＋2MgTi＋2MgCl2。该反应属于A．化合反应 B．分解反应 C．置换反应 D．复分解反应【答案】C在TiCl4＋2MgTi＋2MgCl2反应中，是一种单质和一种化合物反应生成了一种新的单质和化合物，属于置换反应，故C正确；14．（2022·浙江·舟山中学高三阶段练习）将金红石(TiO2)转化为TiCl4是生产金属钛的关键步骤。在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1：2：2进行反应，平衡体系中主要物质的物质的量分数(x)随温度变化理论计算结果如图所示。下列说法不正确的是A．200~1600℃反应达到平衡时，TiO2的转化率均已接近100%B．将400℃时的平衡体系加热至800℃，平衡C(s)+CO2(g)2CO(g)向正反应方向移动C．1000℃时，测得某时刻x(TiCl4)=0.2.其他条件不变，延长反应时间能使x(TiCl4)超过该温度下平衡时的x(TiCl4)D．实际生产时反应温度选择900℃而不选择200℃，其主要原因是：900℃比200℃时化学反应速率更快，生产效益更高【答案】C【分析】在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1：2：2进行反应，反应为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO；【详解】A．由分析可知，三者完全反应时，生成TiCl4、CO 的物质的量之比为1:2，此时TiCl4的物质的量分数约为33.3%，结合图象可知，200~1600℃反应达到平衡时，TiCl4的物质的量分数约为33.3%，则TiO2转化率均已接近100%，A正确；B．结合图象可知，将400℃时的平衡体系加热至800℃，二氧化碳含量减小、一氧化碳含量增加，则平衡C(s)+CO2(g)2CO(g)向正反应方向移动，B正确；C．延长时间不能改变平衡时物质的转化率和产率，C错误；D．温度越高反应速率越快，单位时间产率越高，实际生产时反应温度选择900℃而不选择200℃，其主要原因是：900℃比200℃时化学反应速率更快，生产效益更高，D正确；故选C。15．（2022·全国·高二课时练习）TiO2可用于油漆、油墨、塑料、橡胶、造纸、化纤等行业，也可用于制作电焊条、提炼钛和制造钛白粉。钛白粉(纳米级)广泛应用于功能陶瓷、催化剂、化妆品和光敏材料等白色无机颜料。一种TiO2的晶胞结构如图所示，其中与每个氧原子直接相连的钛原子数目为A．4 B．12 C．3 D．6【答案】C【详解】的晶胞结构中黑球的个数是，白球的个数为，而化学式为，所以白球是氧原子，每个氧原子直接相连的钛原子数目为3个，故答案选C。16.（2022·湖北·应城市第一高级中学高三开学考试）二氧化钛()是一种重要的工业原料，某学习小组由酸性含钛废液(含、、、)制备的主要流程如下，已知不溶于水和硫酸。下列说法正确的该方法中可以循环使用【答案】正确【详解】水解所得滤液中的溶质有、，洗涤时需要稀硫酸，所以该方法中硫酸可以循环使用，故正确17.（2022·江西省丰城中学高三阶段练习）“钛合金材料”被称为“二十一世纪金属材料”，某科研探究小组利用钛铁矿(主要成分为FeO-TiO2)提取金属钛，其主要流程如图所示。已知：①常温下钛()与酸、碱均不反应，高温下能被空气氧化；②极为活泼，易水解，在空气中会与水蒸气形成烟雾。下列有关叙述错误的是A．步骤I中粉碎钛铁矿和碳可使反应物充分接触以加速反应B．步骤II中发生反应的化学方程式：C．步骤III为镁粉与溶液发生反应：D．可用稀硫酸或稀盐酸除去金属钛中的少量镁单质【答案】C【分析】钛铁矿(主要成分为FeO-TiO2)在高温条件下被C还原为Fe，TiO2不反应，TiO2与碳、氯气反应生成，与Mg反应生成单质Ti。【详解】A．由图示可知，将钛铁矿中与碳单质粉碎，可增大二者接触面积，使其充分反应，加快二者的反应速率，A项正确；B．根据氧化还原反应配平可知，步骤Ⅱ中高温条件下发生反应的化学方程式为，B项正确；C．根据信息②知，易水解，与金属镁反应时应为圈体间反应，且在高温条件下进行，C项错误；D．已知常温下，与酸不反应，可溶于稀硫酸或稀盐酸，故可用稀硫酸或稀盐酸除去金属钛中的少量镁单质，D项正确。故选C。18．（2021·山东临沂·高一期中）我国首艘使用了钛合金材料的国产航母已成功下水，钛(Ti)常温下与酸、碱均不反应，但高温下能被空气氧化，由钛铁矿(主要成分是FeO和TiO2)提取金属钛的主要工艺流程如图。下列说法错误的是A．步骤I、II中均发生氧化还原反应B．步骤II中发生的化学反应为：C．步骤II中反应可在氩气环境中进行，也可在空气中进行D．可用稀硫酸除去金属钛中的少量镁杂质【答案】C【分析】由钛铁矿(主要成分是FeO和TiO2)提取金属钛的主要工艺流程如图，由流程可知：I中发生反应2FeO+CCO2↑+2Fe ；步骤II中发生反应TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO，III中发生反应：2Mg+TiCl42MgCl2+2Ti，以此解答该题。【详解】A．步骤I中FeO与C在高温下发生反应为：2FeO+CCO2↑+2Fe；步骤I中TiO2与Cl2在高温下发生反应为：TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO。这两个反应中均存在元素化合价变化，因此都属于氧化还原反应，A正确；B．由选项A分析可知步骤II中发生反应为：TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO，B正确；C．在高温条件下Ti、Mg能被空气氧化，则步骤II需在氩气环境中进行，以防止金属被空气氧化，C错误；D．在常温下Ti与酸不反应，Mg与稀硫酸反应，则可用稀硫酸除去金属钛中的少量镁，D正确；故合理选项是C。钒及其化合物练习1.【北京市房山区2023-2024学年高三上学期期末检测】某钒渣主要成分为(含有少量、)，以其为原料生产的工艺如下图：已知：i．钒酸()是强酸，(偏钒酸铵)难溶于水；价钒在溶液中的主要存在形式与溶液的关系如表所示。4~6 6~8 8~10 10~12主要离子ii．室温下，，。iii．在溶液时开始沉淀，溶液时沉淀完全。请回答以下问题：（1）“酸浸”前需将块状固体粉碎，其目的是_______；焙烧过程中生成的化学方程式为___________。（2）已知难溶于水，可溶于盐酸。若“酸浸”时溶液的，则溶于盐酸的离子方程式为________。（3）“转沉”时，发生反应，该反应的平衡常数________(用含m、n的代数式表示)。（4）“沉钒2”的沉钒率随温度的变化如图所示，温度高于80℃沉钒率下降的原因是_________。（5）产品纯度测定：将产品溶于足量稀硫酸配成溶液。取该溶液于锥形瓶中，用标准溶液进行滴定，经过三次滴定，达到滴定终点时平均消耗标准溶液的体积为。①完成下列滴定过程的离子方程式：____________。②产品的纯度为_________(用质量分数表示，)。【答案】（1）①. 增大固体反应物与酸的接触面积，加快酸浸的速率②.（2）（3）（4）高于80℃时NH4+水解程度增大，C(NH4+)减小（5） ①. ②.【解析】【小问1详解】酸浸前将块状固体粉碎,可以增大反应物的接触面积,加快酸浸速率,使酸浸更加充分；由分析可知，V2O3与CaO、空气中焙烧反应转化为，反应的化学方程式为：。【小问2详解】由表格信息可知，溶液 pH为5时，钒元素在溶液中以形式存在，则与盐酸反应生成和，反应的离子方程式为：。小问3详解】由方程式可知，反应的平衡常数。【小问4详解】氯化铵是强酸弱碱盐，铵根离子在溶液中的水解反应是吸热反应，当温度高于80℃时，水解平衡向正反应方向移动，溶液中铵根离子浓度减小导致沉钒率下降。【小问5详解】由题知，离子方程中，V元素的化合价从+5降低到+4，草酸为还原剂，C元素化合价从+3价升高到+4，按得失电子守恒、元素质量守恒，可得；产品纯度测定时发生的反应为：，可得关系式：，已知mg产品溶于足量稀硫酸配成溶液，取该溶液，消耗，则产品的纯度为：。2.【2016全国3-28】以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为:物质 V2O5 V2O4 K2SO4 SiO2 Fe2O3 Al2O3质量分数/% 2.2~2.9 2.8~3.1 22~28 60~65 1~2 <1以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:回答下列问题:(1)“酸浸”时V2O5转化为V,反应的离子方程式为 ,同时V2O4转化成VO2+。“废渣1”的主要成分是 。 (2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为V,则需要氧化剂KClO3至少为 mol。 (3)“中和”作用之一是使钒以V4形式存在于溶液中。“废渣2”中含有 。 (4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为:4ROH+V4R4V4O12+4OH-(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率,淋洗液应该呈 性(填“酸”、“碱”或“中”)。 (5)“流出液”中阳离子最多的是 。 (6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学方程式 。 【答案】【2016全国3-28】(1)V2O5+2H+2V+H2O SiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3、Al(OH)3(4)碱(5)K+(6)2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O↑解析 (1)V2O5、V中V均为+5价,因此“酸浸”时的反应为非氧化还原反应 ,由电荷守恒 和原子守恒 可知反应的离子方程式为V2O5+2H+2V+H2O。SiO2不与H2SO4反应,“废渣1”的主要成分是SiO2。(2)VO2+→V,V由+4价升高到+5价,由Cl→Cl-可知,Cl由+5价降低到-1价,根据化合价升降总 数相等 ,则n(VO2+)∶n(Cl)=6∶1,n(VO2+)=3 mol,则n(Cl)=0.5 mol。(3)加入KOH进行中和时,溶液中的Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀 而除去,则滤渣2中含有Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)为提高洗脱效率,使钒以V4形式存在于溶液中,须使反应逆向进行 ,因此淋洗液呈碱性 。(5)前面依次加入了KClO3、KOH ,则“流出液”中阳离子最多的是K+。(6)由题意可知反应物为NH4VO3,产物之一为目标产品V2O5,由原子守恒 可知反应方程式为2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O↑。铬及其化合物1．【2023·全国新课标卷】铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示：已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2O72－存在，在碱性介质中以CrO42－存在。回答下列问题：⑴ 煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为 (填化学式)。⑵ 水浸渣中主要有SiO2和 。⑶“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是 。⑷“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果，若pH<9时，会导致 ；pH>9时，会导致 。⑸“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V2O5沉淀，V2O5在pH<1时，溶解为VO2+或VO3+在碱性条件下，溶解为VO3－或VO43－，上述性质说明V2O5具有 (填标号)。A．酸性 B．碱性 C．两性⑹“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为 。【答案】⑴ Na2CrO4⑵ Fe2O3⑶ SiO32－⑷ 不能形成MgNH4PO4沉淀、不能形成MgSiO3沉淀⑸ C⑹ 2Cr2O72－ + 3S2O52－+ 10H+=== 4Cr3+ + 6SO42－ + 5H2O2．【2021·全国乙卷】过渡金属元素铬是不锈钢的重要成分，在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题：（1）对于基态Cr原子，下列叙述正确的是_______(填标号)。A．轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为B．4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动C．电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大（2）三价铬离子能形成多种配位化合物。中提供电子对形成配位键的原子是_______，中心离子的配位数为_______。（3）中配体分子、以及分子的空间结构和相应的键角如图所示。中P的杂化类型是_______。的沸点比的_______，原因是_______，的键角小于的，分析原因_______。（4）在金属材料中添加颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。具有体心四方结构，如图所示，处于顶角位置的是_______原子。设Cr和Al原子半径分别为和，则金属原子空间占有率为_______%(列出计算表达式)。2.【答案】（1）AC（2） 6（3） 高 存在分子间氢键 含有一对孤对电子，而含有两对孤对电子，中的孤对电子对成键电子对的排斥作用较大（4）Al【解析】（1） A. 基态原子满足能量最低原理，Cr有24个核外电子，轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为，A正确；B. Cr核外电子排布为，由于能级交错，3d轨道能量高于4s轨道的能量，即3d电子能量较高，B错误；C. 电负性为原子对键合电子的吸引力，同周期除零族原子序数越大电负性越强，钾与铬位于同周期，铬原子序数大于钾，故铬电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大，C正确；故答案为：AC；（2）中三价铬离子提供空轨道，提供孤对电子与三价铬离子形成配位键，中心离子的配位数为三种原子的个数和即3+2+1=6，故答案为：；6；（3）的价层电子对为3+1=4，故中P的杂化类型是； N原子电负性较强，分子之间存在分子间氢键，因此的沸点比的高；的键角小于的，原因是：含有一对孤对电子，而含有两对孤对电子，中的孤对电子对成键电子对的排斥作用较大，故答案为：；高；存在分子间氢键；含有一对孤对电子，而含有两对孤对电子，中的孤对电子对成键电子对的排斥作用较大；（4）已知具有体心四方结构，如图所示，黑球个数为，白球个数为，结合化学式可知，白球为Cr，黑球为Al，即处于顶角位置的是Al原子。设Cr和Al原子半径分别为和，则金属原子的体积为，故金属原子空间占有率=%，故答案为：Al；。3.[2017课标全国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:回答下列问题:(1)步骤①的主要反应为:FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+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。 (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 。 (5)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2 kg,产率为 。 答案 (1)2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应(2)Fe Al(OH)3(3)小 2Cr+2H+Cr2+H2O(4)d 复分解反应(5)×100%解析 (1)根据反应的化学方程式可知Fe由+2价升至+3价,Cr由+3价升至+6价,1个FeO·Cr2O3共升高1价+3×2价=7价,N由+5价降至+3价,降低2价,根据化合价升降总值相等配平反应的化学方程式,则FeO·Cr2O3前的计量数为2,NaNO3前的计量数为7,即两者的计量数之比为2∶7;陶瓷中的SiO2在高温下可以与Na2CO3反应生成Na2SiO3,因此不能使用陶瓷容器。(2)由步骤①知,生成的Na2CrO4和NaNO2均能溶于水,Fe2O3难溶于水,故滤渣1中含量最多的金属为铁。调滤液1的pH使铝杂质会转化为Al(OH)3沉淀,则滤渣2的主要成分是Al(OH)3和含硅杂质。(3)最终获得的产品为K2Cr2O7,Cr在酸性条件下会转化为Cr2,故需要将滤液2的pH变小。(4)在滤液3中加入KCl发生反应:Na2Cr2O7+2KClK2Cr2O7↓+2NaCl,该反应为复分解反应。从溶解度曲线知,K2Cr2O7比Na2Cr2O7更难溶,当温度降至10 ℃时,得到的K2Cr2O7更多。(5)由铬元素守恒可得出产率为×100%=×100%。4.【2016全国I卷27题】元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3+(蓝紫色)、Cr(OH(绿色)、Cr2(橙红色)、Cr(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:(1)Cr3+与Al3+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)Cr和Cr2在溶液中可相互转化。室温下,初始浓度为1.0 mol·L-1的Na2CrO4溶液中c(Cr2)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,Cr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Cr的平衡转化率减小,则该反应的ΔH 0(填“大于”“小 于”或“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Cr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1.0×10-5 mol·L-1)时,溶液中c(Ag+)为 mol·L-1,此时溶液中c(Cr)等于 mol·L-1。(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分别为2.0×10-12和2.0×10-10)。 (4)+6价铬的化合物毒性较大,常用NaHSO3将废液中的Cr2还原成Cr3+,该反应的离子方程式为 。 【答案】(1)蓝紫色溶液颜色变浅,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)①2Cr+2H+Cr2+H2O②增大 1.0×1014③小于(3)2.0×10-5 5.0×10-3(4)Cr2+3HS+5H+2Cr3++3S+4H2O解析 (1)根据Cr3+与Al3+化学性质相似可知,Cr2(SO4)3 溶液中加入NaOH溶液,先生成Cr(OH)3灰蓝色沉淀,继续滴加NaOH溶液,Cr(OH)3与NaOH反应生成Cr(OH,为绿色溶液。(2)①由图像可知,随着H+浓度增大,Cr2浓度增大,则离子反应方程式为2Cr+2H+Cr2+H2O;②酸性增大,平衡正向移动,Cr的转化率增大;A点Cr2的浓度为0.25 mol·L-1,则反应的Cr浓度为0.5 mol·L-1,则K==1.0×1014③升高温度,Cr的平衡转化率减小,平衡逆向移动,说明正方向是放热反应,则ΔH<0。(3)c(Ag+)==2×10-5(mol·L-1)c(Cr)==5×10-3(mol·L-1)。(4)NaHSO3具有还原性，与强氧化性物质Cr2反应,NaHSO3中S由+4价转化为+6价,生成S,Cr2被还原为Cr3+,反应的离子方程式为Cr2+3H+5H+2Cr3++3S+4H2O。锰及其化合物练习1.【2023年湖南5】下列有关电极方程式或离子方程式错误的是A．碱性锌锰电池的正极反应：MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH-B．铅酸蓄电池充电时的阳极反应：Pb2++2H2O-2e-=PbO2+4H+C．K3[Fe(CN)6]溶液滴入FeCl2溶液中：K++Fe2++[Fe(CN)6]3-=KFe[Fe(CN)6]↓D．TiCl4加入水中：TiCl4+(x+2)H2O=TiO2·xH2O↓+4H++4Cl-【答案】B【详解】A．碱性锌锰电池放电时正极得到电子生成MnO(OH)，电极方程式为MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH-，A正确；B．铅酸电池在充电时阳极失电子，其电极式为：PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO，B错误；C．K3[Fe(CN)6]用来鉴别Fe2+生成滕氏蓝沉淀，反应的离子方程式为K++Fe2++[Fe(CN)6]3-=KFe[Fe(CN)6]↓，C正确；D．TiCl4容易与水反应发生水解，反应的离子方程式为TiCl4+(x+2)H2O=TiO2·xH2O↓+4H++4Cl-，D正确；故答案选B。2.【2024年北京14】不同条件下，当与按照反应①②的化学计量比恰好反应，结果如下。反应序号 起始酸碱性 还原产物 氧化产物物质的量/ 物质的量/① 酸性 0.001 n② 中性 0.001已知：的氧化性随酸性减弱而减弱。下列说法正确的是（ ）A．反应①， B．对比反应①和②，C．对比反应①和②，的还原性随酸性减弱而减弱 D．随反应进行，体系变化：①增大，②不变【答案】B解析：根据得失电子守恒，反应①的化学方程式是：，氧化还原关系是，所以，A错误；根据反应①的氧化还原关系，可以求得，所以反应②的，所以反应②对应的氧化还原关系是，，反应②的化学方程式是：，B正确；对比反应①和②的产物，的还原性随酸性减弱而增强，C错误；根据反应①和②的化学方程式，反应①消耗，产生水，增大，反应②产生，消耗水，增大，D错误。3.【2024全国新课标27】. 钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下：已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全()时的pH：开始沉淀的pH 15 6.9 — 7.4 6.2沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2回答下列问题：（1）“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是_______；“滤渣1”中金属元素主要为_______。（2）“过滤1”后的溶液中加入的作用是_______。取少量反应后的溶液，加入化学试剂_______检验_______，若出现蓝色沉淀，需补加。（3）“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为_______、_______。（4）“除钴液”中主要的盐有_______(写化学式)，残留的浓度为_______。【答案】（1） ①. 增大固液接触面积，加快酸浸速率，提高浸取效率 ②. Pb（2） ①. 将溶液中的氧化为，以便在后续调pH时除去Fe元素 ②. 溶液 ③.（3）①.②.（4） ①. 、 ②.【解析】【小问1详解】在原料预处理过程中，粉碎固体原料能增大固体与液体的接触面积，从而加快酸浸的反应速率，提高浸取效率；由分析可知，“滤渣1”的主要成分为PbSO4，则“滤渣1”中金属元素主要为Pb；【小问2详解】酸浸液中含有、、、、等离子。由题表中数据可知，当完全沉淀时，未开始沉淀，而当完全沉淀时，已有一部分沉淀，因此为了除去溶液中的Fe元素且不沉淀，应先将氧化为，然后调节溶液的pH使完全水解转化为沉淀，因此，的作用是将氧化为，以便在后续调pH时除去Fe元素。常用溶液检验，若生成蓝色沉淀，则说明溶液中仍存在，需补加；【小问3详解】由分析可知，该过程发生两个氧化还原反应，根据分析中两个反应的反应物、产物与反应环境()，结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出两个离子方程式：、；【小问4详解】最终得到的“除钴液”中含有的金属离子主要是最初“酸浸”时与加入ZnO调pH时引入的、加入“氧化沉钴”时引入的，而阴离子是在酸浸时引入的，因此其中主要的盐有和。当溶液时，恰好完全沉淀，此时溶液中，则，则。“除钴液”的，即，则，此时溶液中。4.【2020年山东新高考】某同学利用Cl2氧化K2MnO4制备KMnO4的装置如下图所示（夹持装置略）：已知：锰酸钾（K2MnO4）在浓强碱溶液中可稳定存在，碱性减弱时易发生反应：回答下列问题：（1）装置A中a的作用是 ；装置C中的试剂为 ；装置A中制备Cl2的化学方程式为 。（2）上述装置存在一处缺陷，会导致KMnO4产率降低，改进的方法是 。（3）KMnO4常作氧化还原滴定的氧化剂，滴定时应将KMnO4溶液加入 （填“酸式”或“碱式”）滴定管中；在规格为50.00mL的滴定管中，若KMnO4溶液起始读数为15.00mL，此时滴定管中KMnO4溶液的实际体积为 （填标号）。A．15.00 mL B．35.00mL C．大于35.00mL D．小于15.00mL（4）某FeC2O4·2H2O样品中可能含有的杂质为Fe2(C2O4)3、H2C2O4·2H2O，采用KMnO4滴定法测定该样品的组成，实验步骤如下：Ⅰ.取m g样品于锥形瓶中，加入稀H2SO4溶解，水浴加热至75℃。用 c mol﹒L-1的KMnO4溶液趁热滴定至溶液出现粉红色且30s内不褪色，消耗KMnO4溶液V1mL。Ⅱ.向上述溶液中加入适量还原剂将Fe3+完全还原为Fe2+，加入稀H2SO4酸化后，在75℃继续用KMnO4溶液滴定至溶液出现粉红色且30s内不褪色，又消耗KMnO4溶液V2mL。样品中所含的质量分数表达式为 。下列关于样品组成分析的说法，正确的是 （填标号）。A．时，样品中一定不含杂质B．越大，样品中含量一定越高C．若步骤I中滴入KMnO4溶液不足，则测得样品中Fe元素含量偏低D．若所用KMnO4溶液实际浓度偏低，则测得样品中Fe元素含量偏高【答案】（1）平衡气压，使浓盐酸顺利滴下； NaOH溶液；（2）在装置A、B之间加装盛有饱和食盐水的洗气瓶（3）酸式；C（4）；B、D【解析】【分析】漂白粉的有效成分Ca(ClO)2具有强氧化性，和浓盐酸在A中发生归中反应产生Cl2，Cl2和K2MnO4在B中反应产生KMnO4，反应不完的Cl2用C吸收，据此解答。【详解】（1）装置A为恒压分液漏斗，它的作用是平衡气压，使浓盐酸顺利滴下，C的作用是吸收反应不完的Cl2，可用NaOH溶液吸收，Ca(ClO)2和浓盐酸在A中发生归中反应产生Cl2，反应的化学方程式为Ca(ClO)2+4HCl=CaCl2+2Cl2↑+2H2O，故答案为：平衡气压，使浓盐酸顺利滴下；NaOH溶液；Ca(ClO)2+4HCl=CaCl2+2Cl2↑+2H2O；（2）锰酸钾在浓强碱溶液中可稳定存在，碱性减弱时易发生3MnO42-+2H2O=2MnO4-+MnO2↓+4OH-，一部分MnO42-转化为了MnO2，导致最终KMnO4的产率低，而浓盐酸易挥发，直接导致B中NaOH溶液的浓度减小，故改进措施是在装置A、B之间加装盛有饱和食盐水的洗气瓶吸收挥发出来的HCl，故答案为：在装置A、B之间加装盛有饱和食盐水的洗气瓶；（3）高锰酸钾有强氧化性，强氧化性溶液加入酸式滴定管，滴定管的“0”刻度在上，规格为50.00mL的滴定管中实际的体积大于(50.00-15.00)mL，即大于35.00mL，故答案为：酸式；C；（4）设FeC2O4·2H2O的物质的量为xmol，Fe2(C2O4)3的物质的量为ymol，H2C2O4·2H2O的物质的量为zmol，步骤I中草酸根和Fe2+均被氧化，结合得失电子守恒有：2KMnO4~5H2C2O4(C2O42-)，KMnO4~5Fe2+，所以，步骤II中Fe2+被氧化，由KMnO4~5Fe2+可知，，联立二个方程解得：z=2.5(cV1-3V2)×10-3，所以H2C2O4·2H2O的质量分数==。关于样品组成分析如下：A．时，H2C2O4·2H2O的质量分数==0，样品中不含H2C2O4·2H2O，由和可知，y≠0，样品中含Fe2(C2O4)3杂质，A错误；B．越大，由H2C2O4·2H2O的质量分数表达式可知，其含量一定越大，B正确；C．Fe元素的物质的量=，若步骤I中KMnO4溶液不足，则步骤I中有一部分Fe2+没有被氧化，不影响V2的大小，则不变，则对于测得Fe元素的含量无影响，C错误；D．结合C可知：若KMnO4溶液浓度偏低，则消耗KMnO4溶液的体积V1、V2均偏大，Fe元素的物质的量偏大，则测得样品中Fe元素含量偏高，D正确；故答案为：；BD。5.【2016全国乙卷】高锰酸钾(KMnO4)是一种常用氧化剂,主要用于化工、防腐及制药工业等。以软锰矿(主要成分为MnO2)为原料生产高锰酸钾的工艺路线如下:回答下列问题:(1)原料软锰矿与氢氧化钾按1∶1的比例在“烘炒锅”中混配,混配前应将软锰矿粉碎,其作用是 。 (2)“平炉”中发生反应的化学方程式为 。 (3)“平炉”中需要加压,其目的是 。 (4)将K2MnO4转化为KMnO4的生产有两种工艺。①“CO2歧化法”是传统工艺,即在K2MnO4溶液中通入CO2气体,使体系呈中性或弱酸性,K2MnO4发生歧化反应。反应中生成KMnO4、MnO2和 (写化学式)。 ②“电解法”为现代工艺,即电解K2MnO4水溶液。电解槽中阳极发生的电极反应为 ,阴极逸出的气体是 。 ③“电解法”和“CO2歧化法”中,K2MnO4的理论利用率之比为 。 (5)高锰酸钾纯度的测定:称取1.080 0 g样品,溶解后定容于100 mL容量瓶中,摇匀。取浓度为0.200 0 mol·L-1的H2C2O4标准溶液20.00 mL,加入稀硫酸酸化,用KMnO4溶液平行滴定三次,平均消耗的体积为24.48 mL。该样品的纯度为 (列出计算式即可,已知2Mn+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O)。 【答案】(1)增大反应物接触面积,加快反应速率,提高原料利用率(2)2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O(3)提高氧气的压强,加快反应速率,增加软锰矿转化率(4)①KHCO3②Mn-e-Mn H2③3∶2(5)×100%解析 (1)对于有固体参加的反应,可通过增大接触面积加快反应速率,提高原料利用率。(2)平炉中参与反应的物质为KOH、MnO2、O2,产物为K2MnO4,根据化合价升降相等配平:4KOH+O2+2MnO22K2MnO4+2H2O。(3)加压使O2的浓度增大,提高反应速率,使软锰矿的转化率提高。(4)①根据反应前后电子守恒及原子守恒,3 mol K2MnO4生成2 mol KMnO4和1 mol MnO2,还需生成4 mol KHCO3,方程式为3K2MnO4+4CO2+2H2O2KMnO4+MnO2+4KHCO3。②电解K2MnO4溶液,阴离子在阳极失电子,阳极反应为:2Mn-2e-2Mn;阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-。③理论上,“电解法”1 mol K2MnO4转化为1 mol KMnO4,“CO2歧化法”1 mol K2MnO4转化为 mol KMnO4,理论利用率之比为1∶=3∶2。(5)根据离子方程式可得如下关系式:2Mn~5H2C2O4,n(H2C2O4)=0.2 mol·L-1×0.02 L,24.48 mL溶液中的n(KMnO4)=×0.2 mol·L-1×0.02 L,100 mL 中实际含有m(KMnO4)=×0.2 mol·L-1×0.02 L××158 g·mol-1w(KMnO4)=×100%（北京）股份有限公司钛铬钒锰及其化合物（学案）总论：钛、钒、铬、锰是第四周期IVB-VIIB族的d区副族元素，都是过渡金属。熔、沸点高、硬度大、强度高、密度大。过渡元素的水合离子、含氧酸根离子和配离子大多是有颜色的；这些过渡金属相对都不活泼，与氧化性酸在加热时才有可能反应；单质都有较稳定的化学性质；有的常用做催化剂；原子或离子容易形成配合物。第一部分：钛及其化合物一、知识重构1.钛及含钛化合物主要性质或考点(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) （8）FeTiO3 Ti单质 TiO2 TiCl4 TiCl3 TiOSO4(TiO2+) H2TiO3 TiN钛铁矿 钛 海绵钛 金红石 钛白粉 四氯化钛 三氯化钛 氧钛离子 偏钛酸 氮化钛不溶于水 稳定性 与酸碱氧气常温不反应 不溶于水 弱氧化性 强水解性生成TiO2+离子 络合性，与Cl-,H2O等形成络合物 水解性 不稳定性 高熔点 高硬度 耐酸碱 耐磨损除此以外，还有钙钛矿（CaTiO3），四氮化三钛（Ti3N4）比较重要。（1）两种重要的含钛矿物①钛铁矿（钛酸亚铁FeTiO3）钛铁矿主要成分是钛酸亚铁(主要成分为FeO-TiO2)，难溶于水。粉碎后硫酸在80℃浸取可得FeSO4和TiOSO4的混合物。化学方程式：离子方程式为：FeTiO3 +4H+ = Fe2+ + TiO2+ +2H2O② 钛酸钙:钙钛矿晶胞：化学式为CaTiO3，1个晶胞中含有1个Ca、1个Ti和3个O。（2）金属钛:①22Ti的电子排布式为1s22s22p63s22p63d24s2，价层电子排布式为3d24s2，第四周期IVB族元素。②金属钛(Ti)抗腐蚀性能好，常温下钛()与酸、碱均不反应，高温下能被空气氧化。钛有“生物金属”之称，在医疗领域的应用非常广泛，可制人造关节、头盖、主动心瓣等。又有“未来金属”、“三航金属”之称，金属钛被广泛应用于飞机、火箭、人造卫星和轮船等领域。③钛的制备：活泼金属（Na,Mg）还原法：TiCl4＋4Na Ti＋4NaCl。TiCl4＋2MgTi＋2MgCl2。【易错警示】①应该用Na,Mg等活泼金属在熔融状态下制备Ti，不能在溶液中进行，因钠镁与水反应。②一般在氩气的气氛中进行，防止钛被氧化，防止镁与氧气，氮气或二氧化碳等反应。故不能用CO2或N2来代替Ar来隔绝氧气。③用镁置换钛，反应后可以用硫酸溶液除去多余的镁，因在常温下Ti与酸不反应（3）二氧化钛TiO2可用于提炼钛和制造钛白粉。晶体状的俗名金红石。钛白(TiO2)是重要的化工原料，白色粉末，不溶于水。①常用水解法制备：TiCl4 +2H2O = TiO2↓+ 4HCl②和C,Cl2一起共热制备TiCl4:②金红石型TiO2的晶胞为长方体，晶胞如图所示。1mol晶胞中含有2mol的TiO2（4）四氯化钛TiCl4是一种极易水解的无色液体，无色或淡黄色,极易与空气中的水蒸气反应产生“白烟”（即HCl酸雾），常用作烟幕弹，其熔点为-25℃。沸点为136.4℃,属于分子晶体。在制备TiCl4时要保持无水环境。在1000℃条件下，TiO2转化为TiCl4有两种方法，其反应的热化学方程式分别为：①直接氯化 ②碳氯化 反应①在任何条件下均不能自发进行，原因是熵减焓增。不加碳的氯化需要吸收大量的热，反应很难进行，而反应②加入碳后，反应放出大量的热，既增大了反应的趋势，又为氯化提供了能量。【警示】用Cl2与炭粉、TiO2制备TiCl4；因极易水解，故制备TiCl4的装置在前后都必须设置干燥剂。碳粉不要过量，否则会还原为Ti或TiC【装置展示】浓硫酸 ④⑤之间也必须有干燥剂四氯化钛需要加入大量的水，水解制备水合二氧化钛：Ti4++(x+2)H2O=TiO2·xH2O↓+4H+（5）三氯化钛①测定钛液中Ti的含量。首先用铝片将还原为，再用Fe2(SO4)3标准溶液滴定(反应原理为,滴定时可选用的指示剂为KSCN，滴定终点时，加入最后一滴标准液，溶液的颜色为溶液由无色变为红色:Fe3+ +3SCN- = Fe(SCN)3 ，且半分钟内颜色不变。②络合性【典例1】（2022·全国·高二课时练习）三氯化钛()用于催化聚丙烯的生产等。在浓的溶液中加入乙醚，并通入至饱和，可得到配位数为6、组成为的绿色晶体，该晶体中两配位体的物质的量之比为1∶5，则该配离子的化学式为___________。【答案】(1)【解析】由的组成1位体的物质的量之比为1∶5知，配位体只能为1个与5个。又因为为价，而为价，则该配离子为；【典例2】可以形成甲、乙两种结构不同的配合物，为了探究它们的结构，将含有的配合物甲、乙分别溶于水配成溶液，然后加入足量的硝酸银溶液，配合物甲、乙分别得到AgCl沉淀2mol、3mol，则配合物甲的结构式为_______，配体是_______【答案】[TiCl(H2O)5]Cl2 H2O Cl-、H2O【解析】将含有1molTi3+的配合物甲、乙分别溶于水配成溶液，然后加入足量的硝酸银溶液，配合物甲、乙分别得到AgCl沉淀2mol、3mol，则甲中可电离出2molCl-，故甲的结构式为[TiCl(H2O)5]Cl2 H2O；其中配体是Cl-、H2O。（6）硫酸氧钛水解可以得到H+和H2TiO3: TiO2+ + 2H2O H2TiO3↓+2H+,生成的H2TiO3不溶于水和硫酸。（7）偏钛酸钛酸具有不稳定性。将生成的钛酸干燥煅烧可以得到TiO2：H2TiO3 TiO2 + H2O【典例3】TiCl4水解可制得二氧化钛水合物(TiO2·xH2O)，再将其固体焙烧可制得二氧化钛，写出制得二氧化钛水合物的化学方程式_______，制备时加入大量的水并加热，其目的是_______。【答案】 促进四氯化钛水解，将四氯化钛尽量多的转化为二氧化钛【解析】TiCl4水解可制得二氧化钛水合物(TiO2·xH2O)，再将其固体焙烧可制得二氧化钛，TiCl4水解的化学方程式为；越稀释越水解，制备时加入大量的水并加热，促进四氯化钛水解，将四氯化钛尽量多的转化为二氧化钛；（8）氮化钛（TiN）：NaCl型晶胞，每1个晶胞中含有4个N和4个Ti【附录】有关钛的重要化学方程式： 水解TiOSO4(aq)+2H2O(l)H2TiO3(s)+H2SO4(aq)MnSO4 +2NH4HCO3 =(NH4)2SO4 +MnCO3↓+CO2↑+H2O，TiO2+4e－=Ti+2O2－TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti。【重温经典】例题1（2023福建11）某研究小组以为原料制备新型耐热材料。步骤一：水解制备(实验装置如图A，夹持装置省略)：滴入，边搅拌边加热，使混合液升温至，保温3小时。离心分离白色沉淀并洗涤，煅烧制得。(1)装置 A 中冷凝水的入口为 （填“a”或“b”）(2)三颈烧瓶中预置的稀盐酸可抑制胶体形成、促进白色沉淀生成。水解生成的胶体主要成分为 (填化学式)。(3)判断沉淀是否洗涤干净，可使用的检验试剂有 。步骤二：由制备并测定产率(实验装置如下图，夹持装置省略)。(4)装置C中试剂X为 。(5)装置D中反应生成和，该反应的化学方程式为 。(6)装置E的作用是 。(7)实验中部分操作如下：a．反应前，称取样品；b．打开装置B中恒压滴液漏斗旋塞；c．关闭装置B中恒压滴液漏斗旋塞；d．打开管式炉加热开关，加热至左右；e．关闭管式炉加热开关，待装置冷却；f．反应后，称得瓷舟中固体质量为。①正确的操作顺序为：a→ →f(填标号)。②的产率为 。【答案】(1)b(2)(3)(或、硝酸银、酸化的硝酸银)(4)碱石灰(或生石灰以及这些物质的组合均可)(5)(6)吸收氨气与水(7) bdec 80.0%或80%、0.8【重温经典】例题2四氯化钛是制取海绵钛和氯化法钛白(二氧化钛)的主要原料，用于制造颜料和钛有机化合物以及国防上用的烟幕剂。同时也是制取航天航空工业材料-钛合金的重要原料，由钛铁矿(主要成分是FeTiO3，含有少量Fe2O3、SiO2、Al2O3等杂质)，制备TiCl4等产品的一种工艺流程如图：已知：Ⅰ.①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生：2Fe3++Fe=3Fe2+、2TiO2+(无色)+Fe+4H+=2Ti3+(紫色)+Fe2++2H2O、Ti3+(紫色)+ Fe3++H2O=2TiO2+(无色)+Fe2++2H+；Ⅱ.四氯化钛的熔点-25.0℃，沸点136.4℃，SiCl4的熔点-68.8℃，沸点57.6℃。回答下列问题：(1)用盐酸酸浸时，为使酸浸速率加快，可采取的措施是(至少写2条)，发生主要反应的离子方程式为。(2)废渣的成分是。(3)如何检验富含TiO2+溶液中不含铁元素。(4)要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4，可采用的方法是_______。(5)用TiCl4水解生成TiO2·nH2O，经过滤、水洗除去其中的Cl-，再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO2.写出TiCl4水解生成TiO2·nH2O的化学方程式。【答案】（1）适当增大盐酸浓度；适当升高温度；搅拌、减小钛铁矿粒径等 FeTiO3+4H+=Fe2++TiO2++2H2O （2）SiO2(3) 取少量溶液，加入KSCN溶液，若不变红，再加入氯水，仍然不变红，说明溶液中不含铁元素 (4) 蒸馏(或分馏) (5) TiCl4+(n+2)H2O=TiO2·nH2O+4HCl第二部分：钒及其化合物钛铬钒锰及其化合物（学案）一、概述价态 +2 +3 +4 +5氧化物 VO V2O3 VO2 V2O5绿色 黑色 蓝黑色 黄棕色离子态 V2+ V3+ VO2+ VO2+紫色 绿色 蓝色 黄色酸根 VO43- VO3-钒酸根 偏钒酸根二、分述1.钒：钒是一种过渡金属，第四周期VB族，3d34s2，主要化合价有+2，+3，+4，+5等。常温下不活泼，不与空气、水、苛性碱作用，也不与非氧化性的酸作用，但溶于氢氟酸，也溶于强氧化性的酸(如硝酸和王水)中。2.五氧化二钒：V2O5 偏钒酸铵受热分解可以得到V2O5 ：2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O。两性氧化物，但以酸性为主，V2O5＋6NaOH===2Na3VO4＋3H2O1 800 ℃发生分解反应：2V2O52V2O4＋O2↑微溶于水，可形成稳定的胶体，有较强的氧化性：V2O5＋6HCl===2VOCl2＋Cl2＋3H2O。3.+4价+5价化合物VO2＋、VO：在酸性介质中，VO具有强氧化性：VO2+＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O，2VO2+＋H2C2O4＋2H＋===2VO2＋＋2CO2↑＋2H2O。【典例】全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能的相互转化，其原理如图所示．（已知V2+呈紫色，V3+呈绿色；VO2+呈蓝色，VO2+呈黄色．溶液中c（H+）=2.0mol/L，阴离子为SO42-）（1）电池放电时，左槽溶液由黄色变为蓝色．①左槽的电极反应式为______．VO2++2H++e-═VO2++H2O 做正极，则A为阳极。【解析】①电池放电时为原电池，当左槽溶液逐渐由黄变蓝，则+5价的VO2+变为+4价的VO2+,发生还原反应，为原电池的正极;其电极反应式为VO2++2H++e-═VO2++H2O②外加负载为浸有KI淀粉试液的滤纸，则滤纸的______点先变蓝（“A”或“B”）．【解析】负载为电解池，正极链接阳极：2I--2e- =I2 ，A极变蓝色。（2）电池充电时，外加电源的______（填“A”或“B”）为正极，右槽溶液的颜色变化为：______．【解析】充电时，正变阳，A为阳极，右槽连接电源的负极，为电解池的阴极，发生还原反应，电极反应式为V3++e-═V2+；绿色变紫色（3）放电过程中，H+的作用为______和______．【解析】（2）充电过程中，（3）放电过程中氢离子在正极参与电极反应，同时通过交换膜定向移动使电流通过溶液。【典例】全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。如图是钒电池基本工作原理示意图：请回答下列问题：（1）钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2＋、V3＋、VO2＋、VO2+)为正极和负极电极反应的活性物质，电池总反应为 V2＋＋VO2+＋2H＋VO2＋＋V3＋＋H2O。放电时的正极反应式为______________________，充电时的阴极反应式为_____________。（2）钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是________。a．VO2+、VO2＋混合液 b．V3＋、V2＋混合液 c．VO2+溶液d．VO2＋溶液 e．V3＋溶液 f．V2＋溶液【答案】 VO2+＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O V3＋＋e－===V2＋ acd【解析】Ⅰ、（1）原电池中正极发生得到电子的还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VO2＋＋2H＋＋e－＝VO2＋＋H2O；充电时，阴极反应为放电时负极反应的逆反应，故为V3+得电子生成V2+的反应，电极反应式为V3＋＋e－＝V2＋；（2）充电时阳极反应式为VO2＋＋H2O－e－＝VO2＋＋2H＋，故充电完毕的正极电解液为VO2＋溶液，而放电完毕的正极电解液为VO2＋溶液，因此正极电解液可能是选项acd中的微粒，答案选acd；【重温经典】例题1（2024河北高考16）是制造钒铁合金、金属钒的原料，也是重要的催化剂。以苛化泥为焙烧添加剂从石煤中提取的工艺，具有钒回收率高、副产物可回收和不产生气体污染物等优点。工艺流程如下。已知：i石煤是一种含的矿物，杂质为大量和少量等；苛化泥的主要成分为等。ⅱ高温下，苛化泥的主要成分可与反应生成偏铝酸盐；室温下，偏钒酸钙和偏铝酸钙均难溶于水。回答下列问题：(1)钒原子的价层电子排布式为 ；焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化合价为 ，产生的气体①为 (填化学式)。(2)水浸工序得到滤渣①和滤液，滤渣①中含钒成分为偏钒酸钙，滤液中杂质的主要成分为 (填化学式)。(3)在弱碱性环境下，偏钒酸钙经盐浸生成碳酸钙发生反应的离子方程式为 ；加压导入盐浸工序可提高浸出率的原因为 ；浸取后低浓度的滤液①进入 (填工序名称)，可实现钒元素的充分利用。(4)洗脱工序中洗脱液的主要成分为 (填化学式)。(5)下列不利于沉钒过程的两种操作为 (填序号)。a．延长沉钒时间 b．将溶液调至碱性 c．搅拌 d．降低溶液的浓度【答案】(1)(2)(3) 提高溶液中浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放 离子交换(4)(5)bd【解析】石煤和苛化泥通入空气进行焙烧，反应生成、、、、和等，水浸可分离焙烧后的可溶性物质(如)和不溶性物质[、等]，过滤后滤液进行离子交换、洗脱，用于富集和提纯，加入氯化铵溶液沉钒，生成，经一系列处理后得到V2O3；滤渣①在，的条件下加入3%NH4HCO3溶液进行盐浸，滤渣①中含有钒元素，通过盐浸，使滤渣①中的钒元素进入滤液①中，再将滤液①回流到离子交换工序，进行的富集。（1）钒是23号元素，其价层电子排布式为；焙烧过程中，氧气被还原，被氧化生成，偏钒酸盐中钒的化合价为价；在以上开始分解，生成的气体①为。（2）由已知信息可知，高温下，苛化泥的主要成分与反应生成偏铝酸钠和偏铝酸钙，偏铝酸钠溶于水，偏铝酸钙难溶于水，所以滤液中杂质的主要成分是。（3）在弱碱性环境下，与和反应生成、和，离子方程式为：； CO2加压导入盐浸工序可提高浸出率，因为C可提高溶液中浓度，促使偏钒酸钙转化为碳酸钙，释放；滤液①中含有、等，且浓度较低，若要利用其中的钒元素，需要通过离子交换进行分离、富集，故滤液①应进入离子交换工序。（4）由离子交换工序中树脂的组成可知，洗脱液中应含有，考虑到水浸所得溶液中含有，为避免引人其他杂质离子，且廉价易得，故洗脱液的主要成分应为。（5）a．延长沉钒时间，能使反应更加完全，有利于沉钒，a不符合题意；b．呈弱酸性，如果将溶液调至碱性，与反应，不利于生成，b符合题意；c．搅拌能使反应物更好的接触，提高反应速率，使反应更加充分，有利于沉钒，c不符合题意；d．降低溶液的浓度，不利于生成，d符合题意；故选bd。【典例2】钒是一种熔点高、硬度大、无磁性的金属，广泛应用于钢铁、航空航天、能源等领域。工业上利用冶炼铝生成的固体废料——赤泥(主要成分为Fe2O3、Al2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物)提取金属钒，其工艺流程图如下：已知：钒有多种价态，其中＋5价最稳定。钒在溶液中主要以VO和VO的形式存在，且存在平衡VO＋H2OVO＋2H＋。下列说法正确的是( )A．工业生产中，碱浸步骤可选用较为廉价的氨水B．可以推测VO2Cl溶解度大于NH4VO3C．焙烧非磁性产品所得的固体产物加酸溶解时，应加入过量盐酸使其溶解完全D．将磁性产品加入稀硝酸溶解，取上层清液再加入KSCN溶液后未见红色，则磁性产品中一定不含铁元素【答案】B 【解析】赤泥进行碱浸，氧化铝溶解生成偏铝酸盐，再通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀；滤渣1经系列操作得到V2O5，可知滤渣1中含有Fe2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物，进行还原、磁选，磁性产品中含有Fe等，非磁性产品含有V元素，在空气中焙烧后用盐酸溶解，钒在溶液中主要以VO和VO的形式存在，再加入氯化铵转化为NH4VO3，焙烧得到V2O5。氨水不能溶解氧化铝，故A错误；用盐酸溶解后的溶液中含有VO、VO、Cl－，加入氯化铵会生成NH4VO3沉淀，反应向生成更难溶的物质进行，可以推测VO2Cl溶解度大于NH4VO3，故B正确；溶液中存在平衡VO＋H2O=VO＋2H＋，盐酸过量平衡逆向移动，会抑制NH4VO3的生成，不能加入过量的盐酸，故C错误；加入的硝酸不足，Fe元素被硝酸氧化可能生成亚铁离子，亚铁离子遇KSCN溶液无明显现象，故D错误。第三部分：铬及其化合物1.存在形式：金属铬单电子多，金属键强，熔点高达1907℃，沸点为2671℃，硬度最高，莫氏硬度为9，接近于10的金刚石。耐磨抗腐蚀。+2 +3 +6Cr2+ 蓝色溶液 酸性：Cr3+ 绿色溶液 碱性：CrO2- CrO42- Cr2O72-亚铬离子 +3价铬离子 铬酸根 重铬酸根强还原性 弱还原性 存在于碱性介质 存在于酸性介质2.分述（1）【Cr(II)的性质】Cr + 2HCl = CrCl2 + H2↑ (蓝色溶液），在空气中迅速氧化成绿色溶液：4CrCl2 +O2+4HCl=4CrCl3 +2H2O。Cr(II) 亚铬离子还原性极强，常做氧气的吸收剂，如醋酸亚铬:[Cr(CH3COO)2]【铬的制备】 若制备铁铬合金，比较简单：FeCr2O4 + 4C Fe + 2Cr +4CO↑制备纯铬：①4FeCr2O4 +8Na2CO3 + 7O2 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2↑②析出铬酸钠，酸化得到Na2Cr2O7 ;③重铬酸钠与碳共热得到三氧化二铬：Na2Cr2O7 +2C Cr2O3 + Na2CO3 + CO↑④铝热法得到金属铬 ：Cr2O3 +2Al Al2O3 +2Cr（2）Cr(Ⅲ)的性质① 与Al2O3相似的反应，Cr2O3 绿色结晶粉末,俗称铬绿,Cr2O3与Cr(OH)3 都具有两性：Cr2O3+3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3H2O Cr2O3 +2NaOH = 2NaCrO2 + H2O②在酸性条件下以Cr3＋存在,加入适量NaOH后生成了Cr(OH)3 灰蓝色沉淀；加入过量NaOH后，生成[Cr(OH)4]－(或CrO2-)。Cr(OH)3 +3HCl = CrCl3 + 3H2O Cr(OH)3 + NaOH = Na[Cr(OH)4]③Cr3＋在酸性条件下是稳定的，只能被强氧化剂氧化：2Cr3＋＋3PbO2＋H2O===3Pb2＋＋Cr2O＋2H＋。但在碱性条件下能被H2O2氧化成CrO: 2Cr3＋＋3H2O2＋10OH－===2CrO＋8H2O。（3）铬(Ⅵ)的性质：CrO3红色，是铬酸或重铬酸的酸酐+6价最重要的化合物是K2Cr2O7，在水溶液中Cr2O72-和CrO42-存在下列平衡：2CrO42-(黄色)＋2H＋Cr2O72-(橙红色)＋H2O①在酸性溶液中，Cr2O72-具有强氧化性，可以氧化S2-,I-,Fe2+,Br-等，如可以氧化浓盐酸，生成氯气：Cr2O72-＋6Cl－＋14H＋===2Cr3＋＋3Cl2↑＋7H2O在碱性溶液中CrO42-的氧化性要弱得多。②铬酸盐的溶解度多数较小：Ag2CrO4(砖红色↓）；PbCrO4(黄色↓）③K2Cr2O7远比Na2Cr2O7重要，利用溶解度的差异，可以加入KCl制备：Na2Cr2O7 +2KCl = K2Cr2O7↓+ 2NaCl【重温经典】例题1（2023辽宁10）某工厂采用如下工艺制备，已知焙烧后元素以价形式存在，下列说法错误的是A．“焙烧”中产生B．滤渣的主要成分为C．滤液①中元素的主要存在形式为D．淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用【答案】B【详解】A．铁、铬氧化物与碳酸钠和氧气反应时生成氧化铁、铬酸钠和二氧化碳，A正确；B．焙烧过程铁元素被氧化，滤渣的主要成分为氧化铁，B错误；C．滤液①中元素的化合价是+6价，铁酸钠遇水水解生成氢氧化铁沉淀溶液显碱性，所以Cr 元素主要存在形式为，C正确；D．由分析知淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用，D正确；故选B。【重温经典】例题2（2023河北6）下列实验操作及现象能得出相应结论的是选项 实验操作及现象 结论A 还原铁粉与水蒸气反应生成的气体点燃后有爆鸣声 具有还原性B 待测液中滴加溶液，生成白色沉淀 待测液含有C 和中均分别加入溶液和盐酸，只溶于盐酸，都能溶 比碱性强D 溶液中滴加溶液，溶液由橙色变为黄色 增大生成物的浓度，平衡向逆反应方向移动A. A B. B C. C D. D【答案】C【详解】A．铁与水蒸气反应生成的气体是，该反应中H由价变成0价，被还原，体现了的氧化性，A错误；B．如果待测液中含有，与反应也能产生白色沉淀，或者、也会与Ba2+产生白色沉淀，所以通过该实验不能得出待测液中含有的结论，B错误；C．溶液能与盐酸反应，不能与溶液反应，与溶液和盐酸都能反应，说明的碱性比的强，C正确；D．溶液中存在平衡(橙色)(黄色)，加入溶液后，与反应，生成物浓度减小，使平衡正向移动，导致溶液由橙色变为黄色，题给结论错误，D错误；故选C。【重温经典】例题3．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：回答下列问题：（1）步骤①的主要反应为：FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2，上述反应配平后 FeO·Cr2O3与 NaNO3的系数比为___________。（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。（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，过滤得到 K2Cr2O7固体。冷却到___________(填标号)得到的 K2Cr2O7固体产品最多。步骤⑤的反应类型是___________。a．80 ℃ b．60 ℃ c．40 ℃ d．10 ℃【答案】（1）2：7（2）铁或Fe Al(OH)3（3）小 2CrO42-+2H+ Cr2O72- +H2O（4） d 复分解反应【重温经典】例题4 工业上以铬铁矿(FeCr2O4，含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7· 2H2O)的过程如图。回答下列问题：（1）Cr元素位于元素周期表第_______周期_______族。（2）焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2CrO4和Fe2O3，请写出该反应的化学反应方程式_______；（3）浸取所得滤渣为Fe2O3，由此推测滤液中除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外，还含有_______(写化学式)。（4）矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。请根据此图分析红矾钠制备过程中，“中和”时pH的理论范围为_______；酸化的目的是_______。(当溶液中可溶组分浓度c≤1.0×10-5mol·L-1时，可认为已除尽。)（5）过程中“蒸发结晶”得到的副产品是_______(写出其化学式)，向“冷却结晶”后的母液中加入适量KCl固体，加热溶解，冷却结晶，能析出大量K2Cr2O7，请说明重铬酸钾析出的原因_______。【答案】（1） 4 VIB（2）（3）NaAlO2、Na2SiO3（4） 4.5~9.3或(4.5, 9.3] 使平衡正向移动，提高Na2Cr2O7的产率（5）Na2SO4(6) 低温时K2Cr2O7溶解度远小于其它三种盐，故发生反应锰及其化合物1．锰元素存在形式：锰处于第四周期VIIB族，价电子排布3d54s2，最高价态为+7，其中+2价最稳定最常见，常见的有MnSO4，MnO2和高锰酸钾等。锰钢具有高硬度。＋2 ＋3 ＋4 ＋6 ＋7Mn2＋ Mn2O3或MnOOH MnO2 K2MnO4 KMnO4粉红色 还原性 锌锰干电池 正极产物 黑色固体 强氧化性 深绿色溶液 紫黑色固体 紫红色溶液2.重要盐类高锰酸钾 +7 KMnO4 (MnO4-) 紫红色溶液，酸化时具有强氧化性锰酸钾 +6 K2MnO4 (MnO42-) 强氧化性，歧化性硫酸锰 +2 MnSO4(Mn2+) 还原性，沉锰重要氧化物七氧化二锰 Mn2O7 高锰酸酐，强氧化性，与碱反应二氧化锰(软锰矿） +4 MnO2 黑色固体，难溶于水，强氧化性，制备Cl2和电池正极材料四氧化三锰(黑锰矿) +2，+3 Mn3O4三氧化二锰 +3 Mn2O3 锌锰干电池正极产物2. 分述（1）KMnO4①热稳定性差，通常保存在棕色试剂瓶中：4KMnO4＋2H2O4MnO2↓＋3O2↑＋4KOH。加热时，分解：2KMnO4K2MnO4 + MnO2 + O2↑②在酸性介质中MnO4-具有强氧化性，可氧化Fe2＋、Cl－、H2C2O4、H2O2等，本身被还原为Mn2＋。如：MnO4-＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O2KMnO4 +16HCl====2KCl + 2MnCl2 +5Cl2↑+ 8H2O2KMnO4 + 5H2O2 + 6HCl====2KCl + 2MnCl2 +5O2↑+ 8H2O在酸性条件下KMnO4与H2C2O4发生反应：5H2C2O4+2MnO+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O③在中性或微弱酸性溶液中，MnO4-仍旧是氧化剂，本身被还原为MnO2。2MnO4-＋H2O＋3SO32- ===2MnO2↓＋3SO42-＋2OH－④在强碱性溶液中，当MnO过量时，还原产物是MnO2MnO4-＋SO＋2OH－===2MnO42-＋SO＋H2O。（2）K2MnO4 墨绿色固体和溶液，具有氧化性和歧化性MnO42-存在于强碱性溶液中，在酸性、中性环境中均发生歧化反应（2：1）。3MnO42-＋2H2O===2MnO4-＋MnO2↓＋4OH－3MnO42-＋4H＋===2MnO4-＋MnO2↓＋2H2O（3）MnO2 黑色固体，具有强氧化性，酸性条件下可以做强氧化剂，是干电池、锰酸锂电池的正极材料。MnO2电极为正极，电极反应式为MnO2+e-+Li+=LiMnO2①制备Cl2的氧化剂：MnO2 + 4HCl(浓)MnCl2 + Cl2↑+ 2H2O②制备O2的催化剂：2KClO3 2KCl +3O2↑2H2O22H2O+O2↑③锌锰干电池的正极材料：MnO2 +H2O+e- =MnO(OH)+OH-④锂锰电池的正极材料：MnO2+e-+Li+=LiMnO2⑤氧化剂： 2Fe2++MnO2+4H+=Mn2++2Fe3++2H2OMnO2+ H2C2O4+2H+=Mn2++2CO2↑+2H2O；MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S↓+2H2O⑥还原剂：（4）Mn2O3或MnOOH :干电池的正极产物 ：MnO2 +e-+H2O = MnOOH 或2MnO2 +2e- +H2O = Mn2O3 + 2OH-4MnO(OH)＋O24MnO2＋2H2O（5）Mn2＋，低价稳定状态，在酸性条件下很难被氧化，只有强氧化剂(NaBiO3，Na2S2O8,PbO2,NaClO)可以把二价锰变为高锰酸根。①5PbO2＋2Mn2＋＋4H＋=2MnO4-＋5Pb2＋＋2H2O5BiO3-＋2Mn2＋＋14H＋=2MnO4-＋5Bi3＋＋7H2O5S2O82-+ 2Mn2＋＋8H2O=2MnO4-＋10SO42-＋16H+②Mn2＋易在碱性条件下被氧化为MnO等，如5ClO－＋2Mn2＋＋6OH－===5Cl－＋2MnO＋3H2O③ 工艺流程里常需要“沉锰”：【方法1】加NH4HCO3沉锰：Mn2＋＋HCO3-===MnCO3↓＋H＋（×）氢离子还会与HCO反应，H＋＋HCO3-===H2O＋CO2↑正确的离子方程式为：Mn2＋＋2HCO3-===MnCO3↓＋H2O＋CO2↑（ ）化学方程式为：【方法2】加NH4HCO3和NH3·H2O沉锰：+2价锰的重要沉淀：MnCO3↓ Mn(OH)2↓ MnS↓ MnC2O4↓白色 白色 绿色 白色④+2价和+7价的锰的归中反应：【重温经典】例题1（2022年山东卷）实验室制备KMnO4过程为：①高温下在熔融强碱性介质中用KClO3氧化MnO2制备K2MnO4；②水溶后冷却，调溶液pH至弱碱性，K2MnO4歧化生成KMnO4和MnO2；③减压过滤，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶，再减压过滤得KMnO4。下列说法正确的是A．①中用瓷坩埚作反应器B．①中用NaOH作强碱性介质C．②中K2MnO4只体现氧化性D．MnO2转化为KMnO4的理论转化率约为66.7%【答案】D【解析】由题中信息可知，高温下在熔融强碱性介质中用KClO3氧化 MnO2制备K2MnO4，然后水溶后冷却调溶液pH至弱碱性使K2MnO4歧化生成KMnO4和MnO2，Mn元素的化合价由+6变为+7和+4。A．①中高温下在熔融强碱性介质中用KClO3氧化 MnO2制备K2MnO4，由于瓷坩埚易被强碱腐蚀，故不能用瓷坩埚作反应器，A说法不正确；B．制备KMnO4时为为防止引入杂质离子，①中用KOH作强碱性介质，不能用NaOH，B说法不正确；C．②中K2MnO4歧化生成KMnO4和MnO2，故其既体现氧化性又体现还原性，C说法不正确；D．根据化合价的变化分析，K2MnO4歧化生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为2:1，根据Mn元素守恒可知，MnO2中的Mn元素只有2/3转化为KMnO4，因此，MnO2转化为KMnO4的理论转化率约为66.7%，D说法正确；综上所述，本题选D。【重温经典】例题2（2023北京18节选）以银锰精矿(主要含、、)和氧化锰矿(主要含)为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如下。已知：酸性条件下，的氧化性强于。(1) “浸锰”过程是在溶液中使矿石中的锰元素浸出，同时去除，有利于后续银的浸出：矿石中的银以的形式残留于浸锰渣中。①“浸锰”过程中，发生反应，则可推断： (填“>”或“<”)。②在溶液中，银锰精矿中的和氧化锰矿中的发生反应，则浸锰液中主要的金属阳离子有 。【答案】(1) > 、【详解】（1）①“浸锰”过程中，矿石中的银以的形式残留于浸锰渣中，发生反应，硫化锰溶于强酸而硫化银不溶于强酸，则可推断：>；②根据信息，在溶液中二氧化锰可将氧化为，自身被还原为，则浸锰液中主要的金属阳离子有、。【重温经典】例题3（2023山东16节选） 锰氧化物具有较大应用价值，回答下列问题：（1）在元素周期表中位于第_______周期_______族；同周期中，基态原子未成对电子数比多的元素是_______(填元素符号)。（2）如某种氧化物的四方晶胞及其在xy平面的投影如图所示，该氧化物化学式为_______。当晶体有O原子脱出时，出现O空位，化合价_______(填“升高”“降低”或“不变”)，O空位的产生使晶体具有半导体性质。下列氧化物晶体难以通过该方式获有半导体性质的是_______(填标号)。A． B． C． D．【答案】（1） ①. 四 ②. ⅦB ③. Cr（2） ①. MnO2 ②. 降低 ③. A【解析】【小问1详解】Mn的原子序数为25，位于元素周期表第四周期ⅦB族；基态Mn的电子排布式为：，未成对电子数有5个，同周期中，基态原子未成对电子数比Mn多的元素是Cr，基态Cr的电子排布式为，有6个未成对电子；【小问2详解】由均摊法得，晶胞中Mn的数目为，O的数目为，即该氧化物的化学式为MnO2；晶体有O原子脱出时，出现O空位，即x减小，的化合价为+2x，即Mn的化合价降低；CaO中Ca的化合价为+2价、V2O5中V的化合价为+5价、Fe2O3中Fe的化合价为+3、CuO中Cu的化合价为+2，其中CaO中Ca的化合价下降只能为0，其余可下降得到比0大的价态，说明CaO不能通过这种方式获得半导体性质。(1) 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第38讲-钛钒铬锰及其化合物（学案）.docx 第38讲-钛钒铬锰及其化合物（练习）.docx 第38讲-钛钒铬锰及其化合物（课件）.pptx
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