《2025年红对勾高考一轮复习金卷化学》

18.(14分)(2024·湖北宜荆一模)某学习小组为探究Mg与酸、碱、盐溶液的反应。完成如下实验：
|编号|操作|现象|

回答下列问题：
(1)实验前除去镁表面氧化物的方法是______________________________。
(2)实验Ⅰ的离子方程式为______________________________。
(3)经实验分析,实验Ⅲ中产生的气体为H2和CO2的混合气体。产生CO2气体的原因是____________。
(4)该组同学们比较实验Ⅱ、Ⅲ后,分析认为实验Ⅲ能快速反应的原因与溶液中白色沉淀有关。为探究其成分,设计了如下实验：
取出镁条,将沉淀过滤、洗涤、低温烘干,得到纯净固体3.64g。将一半固体放入锥形瓶中,按如图方式连接好装置。滴加稀硫酸至无气体放出,在A处通入足量空气。最后称量U形管,其增重0.66g。将另一半固体高温灼烧,最后剩余固体氧化物的质量为0.8g。
　　　　　　　　　　　　　　　
①最后通入空气的目的是______________________________。
②固体充分高温灼烧后,需要放在________(填仪器名称)中冷却后才能称量。称量时________(填“是”或“不是”)采用托盘天平称量。
(5)依据以上分析,实验Ⅲ中发生反应的化学方程式为______________________________。通过以上实验得出结论:Mg置换氢气与c(H + )、温度、Mg与溶液接触面积有关,在NaHCO3溶液中,生成的沉淀能破坏Mg表面覆盖的Mg(OH)2,从而反应较快进行。

答案：
(1)用砂纸打磨(或浸入稀硫酸中至表面有均匀气泡，取出，洗净)
(2)Mg + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂↑
(3)Mg与水反应放热使NaHCO₃分解放出CO₂
(4)①将系统内生成的CO₂完全排入U形管中被吸收 ②干燥器 不是
(5)4Mg + 6NaHCO₃ + 5H₂O = 3MgCO₃·Mg(OH)₂·3H₂O↓ + 3Na₂CO₃ + 4H₂↑
解析：
(1)实验前除去镁表面氧化物的方法是用砂纸打磨(或浸入稀硫酸中至表面有均匀气泡，取出，洗净)。
(2)实验Ⅰ中镁与硫酸反应的离子方程式为Mg + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂↑。
(3)实验Ⅲ中产生的气体为H₂和CO₂的混合气体，H₂是镁与水反应产生的，则CO₂气体只能由NaHCO₃分解产生，故原因是Mg与水反应放热使NaHCO₃分解放出CO₂。
(4)①最后通入空气的目的是将系统内生成的CO₂完全排入U形管中被吸收。②固体充分高温灼烧后，需要放在干燥器中冷却后才能称量，防止高温下与水等反应。托盘天平称量时精确到小数点后一位，题中是后两位，所以不是采用托盘天平称量。
(5)高温灼烧，最后剩余的固体氧化物为MgO，则n(MgO)= $\frac{0.8 g}{40 g·mol⁻¹}$×2 = 0.04 mol，n(Mg)=0.04 mol，U形管增重0.66 g，其为CO₂的质量，由此可得MgCO₃的物质的量为$\frac{0.66 g}{44 g·mol⁻¹}$×2 = 0.03 mol，则Mg(OH)₂的物质的量为0.01 mol，含镁化合物总质量为0.01 mol×58 g·mol⁻¹ + 0.03 mol×84 g·mol⁻¹ = 3.1 g，则结晶水的物质的量为$\frac{(3.64 - 3.1)g}{18 g·mol⁻¹}$ = 0.03 mol，白色沉淀为3MgCO₃·Mg(OH)₂·3H₂O，实验Ⅲ中发生反应的化学方程式为4Mg + 6NaHCO₃ + 5H₂O = 3MgCO₃·Mg(OH)₂·3H₂O↓ + 3Na₂CO₃ + 4H₂↑。

19.(14分)(2025·北京海淀区开学考试)零价铁还原性强,活性高,对很多重金属阳离子及含磷、砷阴离子都有较好的去除和富集作用。
Ⅰ.零价铁的制备。
(1)富铁矿石经破碎、筛分至微米级后,在氢气氛围下600℃高温还原1h可以制备微米级零价铁。请写出磁铁矿与氢气反应制备零价铁的化学方程式:______________________________
(2)采用NaBH4还原铁盐,可以制备出纳米级的零价铁。已知:B的电负性是2.0,H的电负性是2.1。
①请写出NaBH4与硫酸反应的离子方程式:______________________________。
②补充完整下列离子方程式。
________Fe3 + + ________BH4 - + ________H2O = ________Fe + ________H3BO3 + ________H2↑
每生成1mol零价铁,转移电子的物质的量是________mol。
Ⅱ.零价铁的结构和作用机理。
研究发现,纳米级和微米级的零价铁,均具有“核 - 壳”结构。
已知:①壳层可以导电。
②当pH ＜ 8时,铁的氧化物质子化,壳层表面带正电;当pH ＞ 8时,铁的氧化物去质子化,壳层表面带负电。
③磷酸盐溶解度一般较小。
(3)去离子水中加入零价铁,pH从6上升到9.5左右。检测壳层物质,发现有Fe2 + 、Fe3 + 、FeOOH、Fe3O4等。导致产生壳层粒子的氧化剂是O2、________
(4)部分金属阳离子去除机理如图所示。纳米级零价铁去除污水中Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的主要机理不同,请简述两者的区别并解释原因:______________________________。
　　　　　　　　　　　　　　　
(5)去除含磷(PO43 - )粒子:
①控制pH________8,原因是______________________________。
②通过形成______________________(填化学式)进一步去除PO43 - 。

答案：
(1)Fe₃O₄ + 4H₂ $\stackrel{600℃}{=\!=\!=}$ 3Fe + 4H₂O
(2)①BH₄⁻ + H⁺ + 3H₂O = 4H₂↑ + H₃BO₃ ②2 6 18 2 6 21 12
(3)H₂O
(4)零价铁的还原性强于Cu，弱于Zn，因此，Cu(Ⅱ)被铁还原为Cu而除去，而Fe无法还原Zn(Ⅱ)，主要通过吸附作用除去Zn(Ⅱ)
(5)①pH＜8时零价铁壳层表面带正电，能更好地吸附带负电的PO₄³⁻ ②FePO₄、Fe₃(PO₄)₂沉淀
解析：
(1)磁铁矿与氢气反应生成零价铁和水的反应为Fe₃O₄ + 4H₂ $\stackrel{600℃}{=\!=\!=}$ 3Fe + 4H₂O。
(2)①由于B的电负性是2.0，H的电负性是2.1，故NaBH₄中H显 - 1价，有强还原性，故NaBH₄与硫酸发生氧化还原反应BH₄⁻ + H⁺ + 3H₂O = 4H₂↑ + H₃BO₃。②根据得失电子守恒，可得2Fe³⁺ + 6BH₄⁻ + 18H₂O = 2Fe + 6H₃BO₃ + 21H₂↑，反应中Fe和水中的H的化合价共降低24价，BH₄⁻中的H的化合价共升高24价，故每生成1 mol零价铁Fe，转移电子的物质的量是12 mol。
(3)去离子水中加入零价铁，pH从6上升到9.5左右，说明H₂O、O₂作氧化剂。
(4)零价铁的还原性强于Cu，弱于Zn，因此，Cu(Ⅱ)被铁还原为Cu而除去，而Fe无法还原Zn(Ⅱ)，主要通过吸附作用除去Zn(Ⅱ)。
(5)①根据已知，当pH＜8时，铁的氧化物质子化，壳层表面带正电，能更好地吸附带负电的PO₄³⁻。②FePO₄、Fe₃(PO₄)₂都是沉淀，故能进一步去除PO₄³⁻。