专题15 元素及其化合物知识的综合应用
1．【2017北京卷】（12分）SCR和NSR技术可有效降低柴油发动机在空气过量条件下的NOx排放。
（1）SCR（选择性催化还原）工作原理：
① 尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为NH3和CO2，该反应的化学方程式：____________。 ② 反应器中NH3还原NO2的化学方程式：____________。
③ 当燃油中含硫量较高时，尾气中SO2在O2作用下会形成(NH4)2SO4，使催化剂中毒。用化学方程式表示(NH4)2SO4的形成：________。
④ 尿素溶液浓度影响NO2的转化，测定溶液中尿素（M=60 g·mol ?1）含量的方法如下：取a g尿素溶液，将所含氮完全转化为NH3，所得NH3用过量的v1 mL c1 mol·L?1 H2SO4溶液吸收完全，剩余H2SO4用v2 mL c2 mol·L?1 NaOH溶液恰好中和，则尿素溶液中溶质的质量分数是________。（2）NSR（NOx储存还原）工作原理：
NOx的储存和还原在不同时段交替进行，如图a所示。
[来源:Z,xx,k.Com]
① 通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原。储存NOx的物质是_________。 ② 用H2模拟尾气中还原性气体研究了Ba(NO3)2的催化还原过程，该过程分两步进行，图b表示该过程相关物质浓度随时间的变化关系。第一步反应消耗的H2与Ba(NO3)2的物质的量之比是__________。 ③ 还原过程中，有时会产生笑气（N2O）。用同位素示踪法研究发现笑气的产生与NO有关。在有氧条件下15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是15NNO。将该反应的化学方程式补充完整：_______
催化剂 □15NNO+□H2O
2．【2017天津卷】（14分）H2S和SO2会对环境和人体健康带来极大的危害，工业上采取多种方法减少
这些有害气体的排放，回答下列方法中的问题。
Ⅰ．H2S的除去
方法1：生物脱H2S的原理为：H2S+Fe2(SO4)3 4FeSO4+ O2+2H2SO4
硫杆菌S↓+2FeSO4+H2SO4
2Fe2(SO4)3 +2H2O
（1）硫杆菌存在时，FeSO4被氧化的速率是无菌时的5×105倍，该菌的作用是______________。 （2）由图3和图4判断使用硫杆菌的最佳条件为______________。若反应温度过高，反应速率下降，其原因是______________。
方法2：在一定条件下，用H2O2氧化H2S
（3）随着参加反应的n(H2O2)/n(H2S)变化，氧化产物不同。当n(H2O2)/n(H2S)=4时，氧化产物的分子式为__________。 Ⅱ．SO2的除去
方法1（双减法）：用NaOH吸收SO2，并用CaO使NaOH再生
????Na2SO3溶液 NaOH溶液????②CaO①SO2（4）写出过程①的离子方程式：____________________________；CaO在水中存在如下转化： CaO(s)+ H2O (l)
Ca(OH)2(s)
Ca2+(aq)+2OH?(aq)
从平衡移动的角度，简述过程②NaOH再生的原理____________________________________。 方法2：用氨水除去SO2
（5）已知25℃，NH3·H2O的Kb=1.8×10?5，H2SO3的Ka1=1.3×10?2，Ka2=6.2×10?8。若氨水的浓度为2.0 mol·L?1，溶液中的c(OH?)=_________________ mol·L?1。将SO2通入该氨水中，当c(OH?)降至1.0×10?7
2?mol·L?1时，溶液中的c(SO3)/c(HSO3)=___________________。
?3．【2017江苏卷】(12 分)碱式氯化铜是重要的无机杀菌剂。
（1）碱式氯化铜有多种制备方法
①方法1： 45 ~ 50℃时，向CuCl悬浊液中持续通入空气得到Cu2(OH)2Cl2·3H2O，该反应的化学方程式为_________________________。
②方法2： 先制得CuCl2，再与石灰乳反应生成碱式氯化铜。Cu与稀盐酸在持续通入空气的条件下反应生成CuCl2，Fe3+对该反应有催化作用，其催化原理如图所示。M'的化学式为______。
（2）碱式氯化铜有多种组成，可表示为Cua(OH)bClc·xH2O。为测定某碱式氯化铜的组成，进行下列实验：①称取样品1.1160 g，用少量稀HNO3溶解后配成100.00 mL溶液A；②取25.00 mL溶液A，加入足量AgNO3溶液，得AgCl 0.1722 g；③另取25.00 mL溶液A，调节pH 4 ~ 5，用浓度为0.08000 mol·L?1的EDTA(Na2H2Y·2H2O)标准溶液滴定Cu2+ (离子方程式为Cu2++ H2Y2?消耗标准溶液30.00 mL。通过计算确定该样品的化学式(写出计算过程)。
4．【2016浙江卷】Ⅰ．化合物Mg5Al3(OH)19(H2O)4可作环保型阻燃材料，受热时按如下化学方程式分解：
2Mg5Al3(OH)19(H2O)4
27H2O↑+10MgO+3Al2O3
CuY2?+2H+)，滴定至终点，
（1）写出该化合物作阻燃剂的两条依据____________。 （2）用离子方程式表示除去固体产物中Al2O3的原理________。
（3）已知MgO可溶于NH4Cl的水溶液，用化学方程式表示其原理____________。 Ⅱ．磁性材料A是由两种元素组成的化合物，某研究小组按如图流程探究其组成：
请回答：
（1）A的组成元素为_________（用元素符号表示），化学式为______。 （2）溶液C可溶解铜片，例举该反应的一个实际应用____________。
（3）已知化合物A能与稀硫酸反应，生成一种淡黄色不溶物和一种气体（标况下的密度为1.518 g·L1），该气体分子的电子式为____。写出该反应的离子方程式_____。
-
（4）写出F→G反应的化学方程式_____________。设计实验方案探究溶液G中的主要微粒（不考虑H2O、H、K、I）______________。
+
+
-
5．【2016新课标1卷】元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3(蓝紫色)、Cr(OH)4?(绿色)、Cr2O72?(橙红色)、CrO42?(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_________。
6．【2016新课标2卷】某班同学用如下实验探究Fe2、Fe3的性质。回答下列问题：
+
+
（1）分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1mol/L的溶液．在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是________。
（2）甲组同学取2mL FeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为_______。
+
（3）乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2mLFeCl2溶液中先加入0.5mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和l滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是______。
（4）丙组同学取10 mL0.1mol/LKI溶液，加入6mL0.1mol/LFeCl3溶液混合。分别取2mL此溶液于3 支试管中进行如下实验：
①第一支试管中加入1mLCCl4充分振荡、静置，CCl4层呈紫色； ②第二只试管中加入1滴K3[Fe(CN)6] 溶液，生成蓝色沉淀： ③第三支试管中加入1滴KSCN溶液，溶液变红。
实验②检验的离子是_____（填离子符号）；实验①和③说明：在I过量的情况下，溶液中仍含有______（填离子符号），由此可以证明该氧化还原反应为______。
（5）丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl3溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为________；一段时间后．溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是______；生成沉淀的原因是______（用平衡移动原理解释）。
7．【2016北京卷】用零价铁（Fe）去除水体中的硝酸盐（NO3）已成为环境修复研究的热点之一。
（1）Fe还原水体中NO3的反应原理如图所示。
---
①作负极的物质是________。
②正极的电极反应式是_________。
（2）将足量铁粉投入水体中，经24小时测定NO3的去除率和pH，结果如下：
初始pH NO3的去除率 24小时pH ——
pH=2.5 接近100% 接近中性 pH=4.5 ＜50% 接近中性 铁的最终物质形态 pH=4.5时，NO3的去除率低。其原因是________。
（3）实验发现：在初始pH=4.5的水体中投入足量铁粉的同时，补充一定量的Fe2可以明显提高NO3
+
—
—
的去除率。对Fe2的作用提出两种假设：
+
Ⅰ. Fe2直接还原NO3；
+
—
Ⅱ. Fe2破坏FeO（OH）氧化层。
+
①做对比实验，结果如图所示，可得到的结论是_______。
②同位素示踪法证实Fe2能与FeO（OH）反应生成Fe3O4。结合该反应的离子方程式，解释加入Fe2
+
+
提高NO3去除率的原因：______。
—
（4）其他条件与（2）相同，经1小时测定NO3的去除率和pH，结果如下：
初始pH NO3的去除率 1小时pH ——
pH=2.5 约10% 接近中性 —
pH=4.5约3% [来源学科网] 接近中性 与（2）中数据对比，解释（2）中初始pH不同时，NO3去除率和铁的最终物质形态不同的原因：__________。
8．【2016海南卷】某废催化剂含58.2%的SiO2、21.0%的ZnO、4.5%的ZnS和12.8%的CuS。某同学用15.0
g该废催化剂为原料，回收其中的锌和铜。采用的实验方案如下：
回答下列问题：
（1）在下列装置中，第一次浸出必须用____，第二次浸出应选用______。（填标号）
（2）第二次浸出时，向盛有滤液1的反应器中加入稀硫酸，后滴入过氧化氢溶液。若顺序相反，会造成___________。滤渣2的主要成分是____________________。 （3）浓缩硫酸锌、硫酸铜溶液使用的器皿名称是________________。
（4）某同学在实验完成之后，得到1.5gCuSO4·5H2O，则铜的回收率为_______。 9．【2016江苏卷】过氧化钙（CaO2·8H2O）是一种在水产养殖中广泛使用的供氧剂。
（1）Ca（OH）2悬浊液与H2O2溶液反应可制备CaO2·8H2O。 Ca（OH）2+H2O2+6H2O＝CaO2·8H2O
反应时通常加入过量的Ca（OH）2，其目的是_____________。
（2）向池塘水中加入一定量的CaO2·8H2O后，池塘水中浓度增加的离子有____（填序号）。 A．Ca2 B．H C．CO32 D．OH?
+
+
–
（3）水中溶解氧的测定方法如下：向一定量水样中加入适量MnSO4和碱性KI溶液，生成MnO(OH)2沉淀，密封静置；加入适量稀H2SO4，待MnO(OH)2与I?完全反应生成Mn2和I2后，以淀粉作指示剂，
+
用Na2S2O3标准溶液滴定至终点，测定过程中物质的转化关系如下：
①写出O2将Mn2氧化成MnO(OH)2的离子方程式：_____________。
+
②取加过一定量CaO2·8H2O的池塘水样100.00 mL，按上述方法测定水中溶解氧量，消耗0.01000 mol·L?1Na2S2O3标准溶液13.50 mL。计算该水样中的溶解氧（以mg·L?1表示），写出计算过程。
10．【2016上海卷】半水煤气是工业合成氨的原料气，其主要成分是H2、CO、CO2、N2和H2O（g）。半水
煤气经过下列步骤转化为合成氨的原料。
[来源:Z#xx#k.Com]
完成下列填空：
（1）半水煤气含有少量硫化氢。将半水煤气样品通入____溶液中（填写试剂名称），出现_______，可以证明有硫化氢存在。
（2）半水煤气在铜催化下实现CO变换：CO+H2O
CO2+H2
若半水煤气中V(H2):V(CO):V(N2)=38：28：22，经CO变换后的气体中：V(H2):V(N2)=____________。 （3）碱液吸收法是脱除二氧化碳的方法之一。已知：
20℃碱液最高浓度（mol/L） 碱的价格（元/kg） Na2CO3 2.0 1.25 [来源:学科网]
K2CO3 8.0 9.80 若选择Na2CO3碱液作吸收液，其优点是__________；缺点是____________。如果选择K2CO3碱液作吸收液，用什么方法可以降低成本？
___________________________________________
写出这种方法涉及的化学反应方程式。_______________________ （4）以下是测定半水煤气中H2以及CO的体积分数的实验方案。
取一定体积（标准状况）的半水煤气，经过下列实验步骤测定其中H2以及CO的体积分数。
①选用合适的无机试剂分别填入Ⅰ、Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ方框中。 ②该实验方案中，步骤Ⅰ、Ⅱ的目的是：_________________。
③该实验方案中，步骤________（选填“Ⅳ”或“Ⅴ”）可以确定半水煤气中H2的体积分数。 11．【2015北京卷】（12分）氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。以太阳能为热源，热化学硫碘循环分解
水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如下图所示：
（1）反应Ⅰ的化学方程式是 。
（2）反应Ⅰ得到的产物用I2进行分离。该产物的溶液在过量I2的存在下会分成两层——含低浓度I2的H2SO4层和高浓度的I2的HI层。
①根据上述事实，下列说法正确的是 （选填序号）。 a．两层溶液的密度存在差异
b．加I2前，H2SO4溶液和HI溶液不互溶 c．I2在HI溶液中比在H2SO4溶液中易溶 ②辨别两层溶液的方法是 。
③经检测，H2SO4层中c（H）：c（SO42）＝2.06：1。其比值大于2的原因是 。
+
-
12．【2015福建卷】(15分)无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。
（1）氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体，其反应的离子方程式为 。
（2）工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，含有Fe2O3、SiO2等杂质）制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下：
已知：
物质 沸/℃点[来源:Z_xx_k.Com]SiCl4 57.6 AlCl3 FeCl3 FeCl2 180（升华） 300（升华） 1023 ①步骤Ⅰ中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多，其作用是 （只要求写出一种）。 ②步骤Ⅱ中若不通入氯气和氧气，则反应生成相对原子质量比硅大的单质是 。
④步骤Ⅲ经冷却至室温后，气体用足量的NaOH冷溶液吸收，生成的盐主要有3种，其化学式分别为____。
⑤结合流程及相关数据分析，步骤Ⅴ中加入铝粉的目的是 。
13．【2015新课标1卷】（14分）硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿（主要成分为Mg2B2O5·H2O
和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示：
回答下列问题：
（1）写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式_____________。
（2）利用 的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是______（写化学式）。 （3）“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是_______。
（6）单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程___________。 14．【2015浙江卷】Ⅰ．(6分) 请回答：
（1）H2O2的电子式___________。
（2）镁燃烧不能用CO2灭火，用化学方程式表示其理由________________。
（3）在AgCl沉淀中加入KBr溶液，白色沉淀转化为淡黄色沉淀，写出反应的离子方程式_____________。 （4）完成以下氧化还原反应的离子方程式：
( )MnO4＋( )C2O42+______＝( )Mn2＋( )CO2↑＋________
－
－
+
Ⅱ．(12分) 化合物甲和NaAlH4都是重要的还原剂。一定条件下金属钠和H2反应生成甲。甲与水反应可产生H2，甲与AlCl3反应可得到NaAlH4。将4.80g甲加热至完全分解，得到金属钠和2.24 L(已折算成标准状况)的H2。 请推测并回答：
（1）甲的化学式__________。
（2）甲与AlCl3反应得到NaAlH4的化学方程式__________。 （3）NaAlH4与水发生氧化还原反应的化学方程式__________。
（4）甲在无水条件下可作为某些钢铁制品的脱锈剂(铁锈的成分表示为Fe2O3)，脱锈过程发生反应的化学方程式 。
（5）某同学认为：用惰性气体赶尽反应体系中的空气，将铁和盐酸反应后的气体经浓硫酸干燥，再与金属钠反应，得到固体物质即为纯净的甲；取该固体物质与水反应，若能产生H2，即可证明得到的甲一定是纯净的。
判断该同学设想的制备和验纯方法的合理性并说明理由___________。
15．【2015重庆卷】（15分）某汽车安全气囊的产气药剂主要含有NaN3、Fe2O3、KClO4、NaHCO3等物质。
当汽车发生碰撞时，产气药剂产生大量气体使气囊迅速膨胀，从而起到保护作用。
（4）NaHCO3是冷却剂，吸收产气过程中释放的热量而发生分解，其化学方程式为 。 （5）100g上述产气药剂产生的气体通过碱石灰后得到N2 33.6L（标准状况）。 ①用碱石灰除去的物质为 ；
②该产气药剂中NaN3的质量分数为 。
16．【2015重庆卷】（14分）我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器大
多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。
（4）采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为 。
17．【2015天津卷】(14分)随原子序数的递增，八种短周期元素（用字母X表示）原子半径的相对大小、
最高正价或最低负价的变化如下图所示。
根据判断出的元素回答问题：
（5）上述元素可组成盐R：zx4f(gd4)2,向盛有10mL1mol·L1R溶液的烧杯中滴加1mol·L1NaOH溶
--
液，沉淀物质的量随NaOH溶液体积变化示意图如下：
①R离子浓度由大到小的顺序是：__________。 ②写出m点反应的离子方程式_________________。
③若R溶液改加20mL1.2 mol·L1Ba(OH)2溶液，充分反应后，溶液中产生沉淀的物质的量为
-
______mol。
18．【2015上海卷】（本题共12分）白云石的主要成份是CaCO3·MgCO3，在我国有大量的分布。以白云
石为原料生产的钙镁系列产品有广泛的用途。白云石经煅烧、熔化后得到钙镁的氢氧化物，再经过碳化实现Ca2、Mg2的分离。碳化反应是放热反应，化学方程式如下：Ca(OH)2+ Mg(OH)2+ 3CO2?CaCO3+
+
+
Mg(HCO3)2+ H2O。完成下列填空
（1）Ca(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性 （选填“强”或“弱”） Ca(OH)2的溶解度比Mg(OH)2的溶解度 （选填“大”或“小”）
19．【2015海南卷】（8分）单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备，其中X
为Z的氧化物，Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，回答下列问题：
（1）能与X发生化学反应的酸是 ；由X制备Mg2Z的化学方程式为 。 （2）由Mg2Z生成Y的化学反应方程式为 ，Y分子的电子式为 。 （3）Z、X中共价键的类型分别是 。
20．【2015海南卷】（9分）银是一种贵金属，古代常用于制造钱币及装饰器皿，现代在电池和照明器材等
领域亦有广泛应用。回答下列问题。
（1）久存的银制器皿表面会变黑，失去银白色的光泽，原因是 。
（3）AgNO3溶液光照易分解，生成Ag和红棕色气体等物质，其光照分解的化学方程式为 。
______mol。
18．【2015上海卷】（本题共12分）白云石的主要成份是CaCO3·MgCO3，在我国有大量的分布。以白云
石为原料生产的钙镁系列产品有广泛的用途。白云石经煅烧、熔化后得到钙镁的氢氧化物，再经过碳化实现Ca2、Mg2的分离。碳化反应是放热反应，化学方程式如下：Ca(OH)2+ Mg(OH)2+ 3CO2?CaCO3+
+
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Mg(HCO3)2+ H2O。完成下列填空
（1）Ca(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性 （选填“强”或“弱”） Ca(OH)2的溶解度比Mg(OH)2的溶解度 （选填“大”或“小”）
19．【2015海南卷】（8分）单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备，其中X
为Z的氧化物，Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，回答下列问题：
（1）能与X发生化学反应的酸是 ；由X制备Mg2Z的化学方程式为 。 （2）由Mg2Z生成Y的化学反应方程式为 ，Y分子的电子式为 。 （3）Z、X中共价键的类型分别是 。
20．【2015海南卷】（9分）银是一种贵金属，古代常用于制造钱币及装饰器皿，现代在电池和照明器材等
领域亦有广泛应用。回答下列问题。
（1）久存的银制器皿表面会变黑，失去银白色的光泽，原因是 。
（3）AgNO3溶液光照易分解，生成Ag和红棕色气体等物质，其光照分解的化学方程式为 。