过渡金属元素成高考命题热点

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自新课程在全国推广实行以来，化学教材做了很大的修订和调整，与以前的教材相比对元素及其化合物的知识的要求提高了，掌握的元素从1―18号增加到了1―36号。综观近几年高考化学试题，特别是2013年高考化学试题（包括理科综合化学部分），在元素及其化合物的综合考题中涉及过渡金属元素的有很多，而且呈逐渐增加的趋势。除了铁、铜正常考查外，重点在工业或生活应用比较广的钛、钒、铬、锰、钴等，下面就2013年的高考化学试题中涉及过渡金属元素（不包括铁、铜、锌）的试题进行例析。

例1：考题涉及过渡金属钛（Ti）：（2013・山东理综・30）TiO■既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。

（1）实验室利用反应TiO■（s）+2CCl■（g）=TiCl■（g）+CO■（g），在无水无氧条件下，制取TiCl■实验装置示意图如下：

有关性质如下表：

仪器A的名称是？摇 ？摇，装置E中的试剂是？摇 ？摇。反应开始前依次进行如下操作：①停止通氮气，②熄灭酒精灯，③冷却至室温。正确的顺序为（填序号）。欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是？摇 ？摇。

（2）工业上由钛铁矿（FeTiO■）（含Fe■O■、SiO■等杂质）制备TiO■的有关反应包括：

酸溶FeTiO■（s）+2H■SO■（aq）=FeSO■（aq）+TiOSO■（aq）+2H■O（l）

水解TiOSO■（aq）+2H■O（l）=H■TiO■（s）+H■SO■（aq）

简要工艺流程如下：

①试剂A为？摇 ？摇。钛液Ⅰ需冷却至70℃左右，若温度过高就会导致产品收率降低，原因是？摇 ？摇？摇？摇 ？摇？摇 ？摇？摇？摇？摇？摇。

②取少量酸洗后的H■TiO■，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H■O■后出现微红色，说明H■TiO■中存在的杂质离子是？摇 ？摇。这种H■TiO■即使用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO■也会发黄，发黄的杂质是？摇 ？摇（填化学式）。

解析：

（1）仪器A是干燥管，因为TiCl■遇到水蒸气会水解，所以E中可以用浓硫酸来隔离空气。对于气体的制取性质实验应该：组装仪器、检验气密性、加装药品……终止实验时为防止倒吸，应先熄灭酒精灯，冷却到室温后再停止通入N■。分离两种沸点不同的液体混合物应该用蒸馏。

（2）①因为矿石经硫酸溶解后得到的Fe■（SO■）■，而后面过滤得到的是FeSO■・7H■O，所以试剂A是铁粉，把Fe■还原为Fe■。由于TiOSO■容易水解，若温度过高，则会有较多TiOSO■水解为固体H■TiO■而经过滤进入FeSO■・7H■O中导致TiO■产率降低。

②加KSCN溶液无现象，加H■O■后出现红色，说明存在Fe■。经加热后Fe■氧化为Fe■O■而使产品发黄。

答案：

（1）干燥管；浓硫酸；检查气密性；②③①，蒸馏。

（2）①铁粉，由于TiOSO■容易水解，若温度过高，则会有较多TiOSO■水解为固体H■TiO■而经过滤进入FeSO■・7H■O中导致TiO■产率降低。

②Fe■，Fe■O■

例2：考题涉及过渡金属铬（Cr）：（2013安徽28）酸性工业废水中含有K■Cr■O■。光照下，草酸（H■C■O■）能将其中的Cr■O■■转化为Cr■。某课题组研究发现，少量铁明矾[Al■Fe（SO■）■・24H■O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：

（1）在25℃下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验，完成以下实验设计表（表中不要留空格）。

测得实验①和②溶液中的Cr■O■■浓度随时间变化关系如图所示。

（2）上述反应后草酸被氧化为？摇 ？摇（填化学式）。

（3）实验①和②的结果表明？摇 ？摇；实验①中0～t■时间段反应速率v（Cr■）=？摇 ？摇

mol・L■・min■（用代数式表示）。

（4）该课题组对铁明矾[Al■Fe（SO■）■・24H■O]中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：

假设一：Fe■起催化作用；

假设二：？摇 ？摇；

假设三：？摇 ？摇；

……

（5）请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容。

（除了上述实验提供的试剂外，可供选择的药品有K■SO■、FeSO■、K■SO■・Al■（SO■）■・24H■O、Al■（SO■）■等。溶液中Cr■O■■的浓度可用仪器测定）

解析：该反应为探究重铬酸根与草酸反应过程中的催化作用，该反应为一比较熟悉的反应，草酸被氧化后的产物为二氧化碳。

（3）考查了从图像中获取数据并分析的能力。图像越陡，反应速率越快。

（4）对于假设可以从加入的物质铁明矾中获取，故为Fe■和Al■，然后根据上面的过程，进行对比实验，即可以得到答案。

答案：

（1）

（2）CO■

（3）溶液pH对该反应的速率有影响■

（4）Al■起催化作用；SO■■起催化作用

（5）

（本题属于开放性试题，合理答案均可。）

例3：考题涉及过渡金属钴（Co）：（2013・山东理综・31）废旧硬质金刀具中含碳化钨（WC）、金属钴（Co）及少量杂质铁，利用电解法可回收WC和Co。工艺流程简图如下：

（1）电解时废旧刀具做阳极，不锈钢做阴极，HCl溶液为电解液。阴极主要的电极反应式为？摇 ？摇。

（2）净化步骤所得滤饼的主要成分是？摇 ？摇。回收的洗涤液代替水配制电解液，目的是回收利用其中的？摇 ？摇。

（3）溶液I的主要成分是？摇 ？摇。洗涤CoC■O■不充分对最终产品纯度并无明显影响，但焙烧时会造成环境污染，原因是？摇 ？摇。

（4）将Co■O■还原成Co粉的化学反应方程式为？摇 ？摇。

解析：

（1）电解时Fe、Co在阳极被氧化为氯化亚铁和氯化钴，阴极氢离子被还原。

（2）加入双氧水把亚铁离子氧化为三价铁离子，再通入氨气反应生成氢氧化铁沉淀和氯化铵；氯化钴留在洗涤液中，回收洗涤液目的是回收Co。

（3）加入草酸铵后氯化钴转化为CoC■O■沉淀，所以溶液I中主要剩余氯化铵，CoC■O■沉淀表面的氯化铵溶液焙烧时会分解产生NH■和HCl，污染大气。

答案：

（1）2H■+2e■H■

（2）Fe（OH）■；2Co■（或Co）

（3）NH■Cl；焙烧时NH■Cl分解产生NH■和HCl

（4）Co■O■+3H■=2Co+3H■O

教学建议：

这些题常常是结合化工工艺流程、结合化学实验、最新科技发展成果等，依据流程图中涉及的化学知识、化学原理设计问题。通过图表考查考生的信息获取能力、对比分析能力和理论联系实际的能力。这些题目的着眼点看起来比较高、深，似乎与中学教学实际相脱节。但是细分析都是考查常规操作和元素化合物知识，涉及阅读理解、读图看图、理论分析。

在复习备考时，可先易后难，先常规后创新。如可先将学生熟悉的实验“改头换面”，后做陌生实验的设计，先设计能力要求较低的简单实验，后设计能力要求较高的综合实验。关注热点知识和最新科技发展，兼顾基础知识，突出能力的考查和培养。对于这类题目，要仔细审题，认真阅读，分割联系，理解信息，掌握信息，运用信息，运用恰当的方法和技巧、综合题所给信息和中学化学知识解答。