高考化学特训7　常见过渡金属及其化合物 附解析.docVIP

高考化学

高考特训7常见过渡金属及其化合物

1.(2023·无锡)鞣革废水中含大量的Cr(Ⅵ)对环境有污染，工业上可以用还原法处理。

Ⅰ.还原沉淀法

(1)Cr(Ⅵ)在水溶液中有H2CrO4、HCrOeq\o\al(－,4)、CrOeq\o\al(2－,4)和Cr2Oeq\o\al(2－,7)四种存在形式(H2CrO4是二元弱酸)，HCrOeq\o\al(－,4)部分转化为Cr2Oeq\o\al(2－,7)的离子方程式为2HCrOeq\o\al(－,4)Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O。

(2)在pH＝2的废水中，Cr(Ⅵ)主要以HCrOeq\o\al(－,4)和Cr2Oeq\o\al(2－,7)的形式存在，选用还原剂FeSO4处理此废水，生成Fe3Cr(OH)12沉淀，Fe2＋还原Cr2Oeq\o\al(2－,7)时，二者物质的量之比为6∶1。实际投入FeSO4的量需大于上述计算值的可能原因是Fe2＋被O2氧化；随着Cr2Oeq\o\al(2－,7)的消耗，HCrOeq\o\al(－,4)(或CrOeq\o\al(2－,4))不断转化为Cr2Oeq\o\al(2－,7)(或Fe2＋被O2氧化；HCrOeq\o\al(－,4)也能氧化Fe2＋)。

Ⅱ.还原吸附法

(3)纳米磁性Fe3O4的制备

以FeSO4和Fe2(SO4)3为原料，在氨水存在的条件下反应可生成纳米磁性Fe3O4，发生反应的化学方程式为FeSO4＋Fe2(SO4)3＋8NH3·H2O===Fe3O4＋4(NH4)2SO4＋4H2O。

(4)纳米磁性Fe3O4的修饰

某研究小组经查阅资料，发现纳米磁性Fe3O4颗粒粒径小，比表面积大，但极易发生团聚。在纳米磁性Fe3O4颗粒表面修饰SiO2(记作Fe3O4@SiO2)，可优化纳米磁性Fe3O4降解废水中Cr2Oeq\o\al(2－,7)的性能，其原因是纳米Fe3O4有磁性，会聚集在一起不易分散而影响除铬效果，Fe3O4@SiO2中SiO2起到分散作用，使得纳米Fe3O4不易聚集在一起。

(5)Fe3O4@SiO2-GO还原吸附

氧化石墨烯(记作GO)表面含有—COOH等含氧官能团，将氧化石墨烯嫁接在Fe3O4@SiO2的表面得到Fe3O4@SiO2-GO，其去除废水中Cr(Ⅵ)的过程如下：

eq\x(还原)―→eq\x(调pH)―→eq\x(吸附)―→eq\x(洗脱)―→eq\x(再使用)―→eq\x(至失效)

“吸附”过程中，氧化石墨烯表面带电微粒与Cr3＋之间的静电作用是实现“吸附”的重要因素，溶液中Cr3＋去除率随pH变化如图所示。

①pH较小时，Cr3＋去除率较低的原因是pH较小时，氧化石墨烯表面的羧酸根离子易结合H＋，Fe3O4@SiO2-GO表面负电荷减少，静电作用减弱，不易吸附Cr3＋；H＋浓度大也增大了H＋与Cr3＋之间的竞争，Cr3＋吸附量减少。

②实际除Cr3＋时，控制pH约为6，而不选择更高pH的原因是pH大于6，虽然Cr3＋去除率增大，但生成的Cr(OH)3沉淀覆盖在Fe3O4@SiO2-GO表面，不利于回收再利用。

【解析】(2)Fe2＋还原Cr2Oeq\o\al(2－,7)时，Fe2＋被氧化为Fe3＋、Cr由＋6价降为＋3价，根据得失电子守恒可知n(Fe2＋)＝6n(Cr2Oeq\o\al(2－,7))，故二者物质的量之比为6∶1。Fe2＋具有还原性，酸性条件下能被溶液中溶解的O2氧化，实际投入FeSO4的量大于理论值；由2HCrOeq\o\al(－,4)Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O可知，随着Cr2Oeq\o\al(2－,7)的消耗，HCrOeq\o\al(－,4)(或CrOeq\o\al(2－,4))不断转化为Cr2Oeq\o\al(2－,7)，实际投入FeSO4的量增加。(3)以FeSO4和Fe2(SO4)3为原料制Fe3O4，不是氧化还原反应，根据质量守恒配平可得FeSO4＋Fe2(SO4)3＋8NH3·H2O===Fe3O4＋4(NH4)2SO4＋4H2O。(4)在纳米磁性Fe3O4颗粒表面修饰SiO2(记作Fe3O4@SiO2)，可以将Fe3O4颗粒分散到SiO2中，阻止其团聚，同时还增大了Fe3O4与废水中Cr2Oeq\o\al(2－,7)的接触面积。

2.(2023·淮阴、姜堰、徐州一中联考)锌是一种重要的金属，一种以固体废锌催化剂(主要成分为ZnO，含少量Fe2O3、CuO、SiO2)为原料制备锌的工艺流程如图所示：

已知：①25℃时，Ksp(CuS)＝6.4×10－36，Ksp(ZnS)＝1.6×10－24；

②25℃时，Zn2＋＋4