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常见金属元素及其化合物专题
专题复习 常见金属元素及其化合物
[高考关键词] 单质——氧化物(碱性氧化物)——氢氧化物(碱)——盐(阳离子)。
1.钠:
活泼、还原性(保存);过氧化钠:
结构特点、与水及CO2反应特点;烧碱。
2.铝:
还原性、与强碱反应、合金;氧化铝、氢氧化铝:
两性;Al3+:
水解、净水、离子共存、铝三角转化。
3.铁:
腐蚀、变价;Fe2+:
还原性、离子共存、保存、检验;Fe3+:
氧化性、水解、离子共存、检验;Fe2+、Fe3+的相互转化。
4.铜:
不活泼、冶炼;氧化物、Cu2+:
颜色。
1.熟记几种物质的颜色
Na2O2是________;Fe2O3是________;
Al(OH)3、Fe(OH)2均是__________________;
Fe(OH)3是________;CuSO4是________;
FeCl3________。
答案 淡黄色 红棕色 白色 红褐色 白色 棕黄色
2.熟悉4类特殊反应
(1)Fe在Cl2中燃烧,无论Cl2是否过量,产物均为________。
(2)Na在氧气中燃烧,无论O2是否过量,产物均为________。
(3)与水接触产生气体单质的物质有________。
(4)与水接触产生气体化合物的物质有________。
答案
(1)FeCl3
(2)Na2O2 (3)Na、K、Na2O2等
(4)Al2S3、Mg3N2、CaC2
3.典型元素及其化合物的特征性质
(1)Na、Al、Fe、Cu四种元素的单质中:
①能与水剧烈反应的是____________,反应的离子方程式:
_______________________;
②能与NaOH溶液反应的是________,反应的离子方程式:
_________________________,
其中作氧化剂的是________________________________________________________;
③Cu在潮湿的空气中被腐蚀的化学方程式:
__________________
________________________________________________________________________;
④与氧气反应条件不同,反应产物不同的是_________________________________。
(2)上述四种金属的氧化物中:
①能用作供氧剂的是________,写出一个化学方程式:
________________________________________________________________________;
②既能溶于酸溶液又能溶于强碱溶液的是_________________________,
离子方程式分别为__________________________________________________,
________________________________________________________________________;
③常温下为黑色固体的是_____________________________________。
(3)上述四种金属的氢氧化物中:
①易在空气中被氧化的是__________,现象____________________________
________________________________________________________________________,
反应的化学方程式为__________________________________;
②具有两性的是________________。
(4)上述四种金属形成的阳离子共有________种,其中既能表现还原性,又能表现氧化性的是________,检验Fe2+的方法是________________________________;其中氧化性最强的是________,它腐蚀金属铜的离子方程式为______________________________。
答案
(1)①Na 2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑
②Al 2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑ H2O
③2Cu+CO2+H2O+O2===Cu2(OH)2CO3
④Na、Fe
(2)①Na2O2 2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2(或2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑)
②Al2O3 Al2O3+6H+===2Al3++3H2O
Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O
③FeO、Fe3O4、CuO
(3)①Fe(OH)2 白色沉淀迅速变为灰绿色最后变为红褐色 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
②Al(OH)3
(4)6 Fe2+、Cu+ 先加KSCN溶液不显红色,再加H2O2溶液变为红色 Fe3+ 2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+
高考题型1 典型物质的性质及应用
1.(2016高考选项组合题)化学在生活中有着广泛的应用,下列对应关系错误的是( )
A.利用Al2(SO4)3和小苏打反应,制造泡沫灭火器灭火(2016·全国卷Ⅲ,7A)
B.Fe3+的氧化性比Cu2+的强,可用FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板(2016·全国卷Ⅲ,7B)
C.Fe2(SO4)3易溶于水,可用作净水剂(2016·江苏,3C)
D.Al2O3熔点高,可用作耐高温材料(2016·江苏,3D)
答案 C
解析 A项,Al2(SO4)3和小苏打反应生成氢氧化铝和二氧化碳,能灭火;B项,能说明Fe3+的氧化性比Cu2+的强;C项,利用Fe3+水解生成氢氧化铁胶体的吸附作用,不是Fe2(SO4)3的溶解性;D项,Al2O3熔点高,可用作耐高温材料。
2.(2016·上海,12)下列各组混合物,使用氢氧化钠溶液和盐酸两种试剂不能分离的是( )
A.氧化镁中混有氧化铝
B.氯化铝溶液中混有氯化铁
C.氧化铁中混有二氧化硅
D.氯化亚铁溶液中混有氯化铜
答案 D
解析 A项,MgO是碱性氧化物,与NaOH不能反应,而Al2O3是两性氧化物,可以与NaOH发生反应产生NaAlO2,过滤后洗涤,就得到纯净的MgO,不符合题意;B项,向溶液中加入过量的NaOH溶液,氯化铁变为Fe(OH)3沉淀,氯化铝变为NaAlO2,过滤,然后向溶液中加入适量的盐酸,当沉淀达到最大值,过滤,得到Al(OH)3,再向沉淀中加入适量的盐酸溶解,就得到氯化铝溶液,除去了杂质,不符合题意;C项,二氧化硅是酸性氧化物,可以与NaOH溶液发生反应,而氧化铁与NaOH溶液不能发生反应,加入过量的NaOH溶液,然后过滤洗涤,就得到纯净的氧化铁,不符合题意;D项,两者都可以与NaOH溶液发生反应,当再向得到的沉淀中加入盐酸时,两者都溶解,不能分离、提纯两者,符合题意。
3.(2016·高考选项组合题)下列叙述不正确的是( )
A.钾、钠、镁等活泼金属着火时,不能用泡沫灭火器灭火(2016·浙江理综,8A)
B.Fe与Cl2反应生成FeCl3,推测Fe与I2反应生成FeI3(2016·上海,21C)
C.Ba2+浓度较高时危害健康,但BaSO4可服入体内,作为造影剂用于X射线检查肠胃道疾病(2016·浙江理综,7C)
D.钠米铁粉可以高效地去除被污染水体中的Pb2+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等重金属离子,其本质是铁的还原性(2016·浙江理综,7D改编)
答案 B
解析 B项,铁离子具有强氧化性,能氧化I-。
1.钠及其重要化合物
(1)钠与酸反应比与纯水反应剧烈,钠与盐溶液反应,先考虑与水反应,再考虑生成的NaOH能否与盐进一步发生复分解反应。
(2)Na2O2为淡黄色固体,Na+与O
之比为2∶1。
(3)Na2O2的强氧化性常表现为
①加入FeCl2溶液,将Fe2+氧化,同时生成Fe(OH)3沉淀。
②可将H2S氧化生成单质硫。
③加入Na2SO3溶液中,将SO
氧化成SO
。
(4)Na2O2与H2O、CO2的反应,属于O
的歧化反应,CO2、H2O既不是氧化剂也不是还原剂。
2.铝及其重要化合物
(1)Al、Al2O3、Al(OH)3与H+、OH-都反应,其量的关系如图:
(2)由于Al(OH)3具有两性,决定了它的制备方法:
①Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
;
②AlO
+CO2(过量)+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
。
(3)离子共存问题:
①Al3+与OH-、CO
、HCO
、SO
、S2-、AlO
不能大量共存,其中OH-是因为直接反应,其余均是“相互促进水解”;
②AlO
与H+、HCO
、NH
、Al3+、Mg2+、Cu2+不能大量共存,其中AlO
和H+、HCO
是因为直接反应[如AlO
+HCO
+H2O===Al(OH)3↓+CO
],其余均是“相互促进水解”。
(4)鉴别(利用滴加顺序不同,现象不同):
①AlCl3溶液中滴加NaOH溶液现象:
先产生白色沉淀,后沉淀溶解;
②NaOH溶液中滴加AlCl3溶液现象:
开始无明显现象,后产生白色沉淀,沉淀不溶解。
3.铁及其重要化合物
(1)Fe2+的还原性常表现为遇HNO3、H2O2、Cl2、MnO
(H+)时转化为+3价。
(2)Fe3+的氧化性常表现为可氧化Fe、Cu、I-、S2-、SO
。
(3)证明溶液中既有Fe2+又有Fe3+的方法
①证明Fe3+用KSCN溶液,溶液变红;
②证明Fe2+用酸性KMnO4溶液,溶液紫色褪去。
③证明Fe2+也可以用K3[Fe(CN)6],生成蓝色沉淀。
4.铜及其重要化合物的几个重要反应分析
(1)Cu在潮湿空气中生成铜锈(绿色)
2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3
(2)CuSO4遇水蒸气变为蓝色晶体(CuSO4·5H2O),可用于检验H2O的存在。
(3)Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O
此反应当Cu足量时,H2SO4不能完全反应。
同时此反应也不适合用于制备CuSO4,因为有SO2的污染且H2SO4的利用率低。
考向1 重要反应方程式的书写
1.钠及其化合物间的转化关系
①离子方程式:
2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑;
②化学方程式:
2Na+O2
Na2O2;
③离子方程式:
2Na2O2+2H2O===4Na++4OH-+O2↑;
④化学方程式:
2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2;
⑤化学方程式:
2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O;
⑥离子方程式:
2OH-+CO2===CO
+H2O;
⑦离子方程式:
CO2+OH-===HCO
;
⑧化学方程式:
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑。
2.铝及其化合物间的转化关系
①离子方程式:
2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑;
②离子方程式:
Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O;
③离子方程式:
AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
;
④离子方程式:
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
;
⑤化学方程式:
2Al(OH)3
Al2O3+3H2O;
⑥离子方程式:
Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓。
3.铁及其化合物间的转化关系
①化学方程式:
Fe+S
FeS;
②化学方程式:
2Fe+3Cl2
2FeCl3;
③化学方程式:
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2或Fe2O3+2Al
Al2O3+2Fe;
④离子方程式:
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-或2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O;
⑤离子方程式:
2Fe3++Fe===3Fe2+或2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+;
⑥化学方程式:
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。
考向2 金属及其化合物的性质和用途
4.判断下列关于金属及其化合物的说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)在酒精灯加热条件下,Na2CO3、NaHCO3固体都能发生分解(×)
解析 Na2CO3很稳定,一般加热不会分解。
(2)溶解度:
小苏打<苏打(√)
(3)Al2O3和MgO均可与NaOH溶液反应(×)
解析 Al2O3属于两性氧化物,能与氢氧化钠溶液反应,MgO属于碱性氧化物,不与NaOH溶液反应,错误。
(4)制备Al(OH)3悬浊液:
向1mol·L-1AlCl3溶液中加过量的6mol·L-1NaOH溶液(×)
解析 Al(OH)3是两性氢氧化物,可以和过量氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠。
(5)将水蒸气通过灼热的铁粉,出现的现象是粉末变红,说明铁与水在高温下发生反应(×)
解析 铁与水蒸气在高温下反应生成黑色的Fe3O4和H2。
(6)中国古代利用明矾溶液的酸性清除铜镜表面的铜锈(√)
解析 明矾溶液中的Al3+水解呈酸性,能溶解铜锈[Cu2(OH)2CO3]。
(7)明矾净化水和纯碱去油污均利用了它们的氧化性(×)
解析 明矾净水是利用Al3+水解生成Al(OH)3胶体的吸附作用,纯碱去油污是利用CO
水解的碱性,均与氧化性无关。
5.下列物质的性质与应用均正确且二者具有对应关系的是( )
A.钠钾合金的导热性强,可用作快中子反应堆的热交换剂
B.氧化铁能与酸反应,可用于制作红色涂料
C.Na2CO3溶液显碱性,可用于除去锅垢中的硫酸钙
D.常温下铝与浓硝酸不反应,常用铝罐车运输浓硝酸
答案 A
解析 A项,钠和钾的合金在常温下呈液态,导热性好,可用作快中子反应堆的热交换剂,正确;B项,氧化铁可与酸反应,也可用于制作红色涂料,但二者之间无直接对应关系,错误;C项,因为CaCO3的Ksp比CaSO4的Ksp小,所以CaSO4可转化为CaCO3,与Na2CO3溶液显碱性无关,错误;D项,铝遇浓硝酸反应形成一层致密的氧化膜,错误。
6.化学知识在生产和生活中有着重要的应用。
下列说法中正确的是( )
A.Na2O、Na2O2组成元素相同,与CO2反应产物也相同
B.BaCO3、BaSO4都难溶于水,均可用作钡餐
C.Al与Fe2O3能发生铝热反应,曾用于焊接钢轨
D.Na2CO3可以与胃酸反应,可用Na2CO3治疗胃酸过多
答案 C
解析 A项,Na2O与CO2反应只生成Na2CO3,Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和氧气;B项,BaCO3不能用作钡餐,BaSO4可用作钡餐;D项,碳酸钠溶液的碱性较强,具有腐蚀性,可用碳酸氢钠、Al(OH)3等治疗胃酸过多。
考向3 金属及其化合物的性质实验
7.下列实验中,对应的现象以及结论都正确且二者具有因果关系的是( )
选项
实验
现象
结论
①
将Cu片放入浓硫酸中
无明显变化
Cu与浓硫酸不反应
②
向FeSO4溶液中加入KSCN溶液
溶液变红
Fe2+全部被氧化成Fe3+
③
向Al(OH)3中分别加入盐酸和氨水
Al(OH)3都溶解
Al(OH)3具有两性
④
加热NaHCO3溶液
无明显变化
NaHCO3的热稳定性较强
A.①②B.③④
C.②③④D.全部错误
答案 D
解析 ①中Cu与浓硫酸在常温下不反应,在加热条件下反应,因此不能根据无明显变化得出Cu与浓硫酸不反应的结论;②中溶液变红,说明溶液中存在Fe3+,但不能确定是否全部被氧化;③中Al(OH)3能溶于盐酸,但不溶于氨水,现象错误;④中热稳定性是指纯物质的热稳定性,结论错误。
考向4 以金属为载体的简单计算
8.拟晶Al65Cu23Fe12具有合金的某些优良物理性能,将相同质量的此拟晶分别与足量的盐酸、烧碱和稀硝酸反应,产生的气体物质的量按由小到大的顺序排列正确的是( )
A.盐酸、稀硝酸、烧碱B.烧碱、盐酸、稀硝酸
C.烧碱、稀硝酸、盐酸D.稀硝酸、烧碱、盐酸
答案 D
解析 将Al65Cu23Fe12看作是由65mol铝、23mol铜、12mol铁组成的混合物,只有铝与烧碱反应放出氢气,氢气的物质的量是65mol×
=97.5mol;与盐酸反应时,铝与铁都反应,放出氢气的物质的量是65mol×
+12mol=109.5mol;与稀硝酸反应时,三种金属都溶解放出NO气体,放出NO的物质的量是65mol+23mol×
+12mol≈92.3mol。
所以产生的气体物质的量由小到大的顺序为稀硝酸、烧碱、盐酸,D项正确。
9.(2016·上海,17)某铁的氧化物(FexO)1.52g溶于足量盐酸中,向所得溶液中通入标准状况下112mLCl2,恰好将Fe2+完全氧化。
x值为( )
A.0.80B.0.85C.0.90D.0.93
答案 A
解析 根据电子守恒可知,FexO被氧化为Fe3+转移的电子数和Cl2被还原为Cl-转移的电子数相等。
标准状况下112mLCl2转移电子数为0.01mol。
则有
×(3-
)×x=0.01,解得x=0.80。
故选A。
10.向含Na2CO3、NaAlO2的混合溶液中逐滴加入150mL1mol·L-1HCl溶液,测得溶液中的某几种离子物质的量的变化如图所示。
则下列说法不正确的是( )
A.a曲线表示的离子方程式为AlO
+H++H2O===Al(OH)3↓
B.b和c曲线表示的离子反应是相同的
C.M点时,溶液中沉淀的质量为3.9g
D.原混合溶液中的CO
与AlO
的物质的量之比为1∶2
答案 D
解析 向Na2CO3、NaAlO2的混合溶液中逐滴加入1mol·L-1的盐酸,首先发生反应AlO
+H++H2O===Al(OH)3↓,a曲线表示AlO
的减少,第二个阶段,CO
和盐酸反应生成HCO
,第三阶段,CO
反应完毕,发生反应HCO
+H+===CO2↑+H2O,此阶段Al(OH)3不参与反应,d曲线表示HCO
减少,故A正确;b曲线表示碳酸钠和盐酸的反应,c曲线也表示碳酸钠和盐酸的反应,只是b曲线表示碳酸钠的物质的量,c曲线表示碳酸氢钠的物质的量,所以b和c曲线表示的离子反应是相同的,故B正确;加入的盐酸为50mL时,NaAlO2中铝元素全部转化为氢氧化铝沉淀,再加入100mL盐酸时,氢氧化铝沉淀不溶解,则M点沉淀的质量和加入50mL盐酸时沉淀的质量相同,由NaAlO2+HCl+H2O===NaCl+Al(OH)3↓知,n[Al(OH)3]=
n(NaAlO2)=n(HCl)=0.05mol,m[Al(OH)3]=0.05mol×78g·mol-1=3.9g,故C正确;由图像知,Na2CO3、NaAlO2的物质的量相等,都是0.05mol,故D错误。
高考题型2 以金属及其化合物为载体的综合考查
1.[2016·海南,14
(1)
(2)(3)]KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐,在造纸等方面应用广泛。
实验室中,采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如下图所示。
回答下列问题:
(1)为尽量少引入杂质,试剂①应选用______________(填标号)。
a.HCl溶液b.H2SO4溶液
c.氨水d.NaOH溶液
(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为______________________________
________________________________________________________________________。
(3)沉淀B的化学式为_______________________________________________;
将少量明矾溶于水,溶液呈弱酸性,其原因是_________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)d
(2)2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
(3)Al(OH)3 Al3+水解,使溶液中H+浓度增大
解析
(1)易拉罐的主要成分为Al,含有少量的Fe、Mg杂质,试剂①的作用是将Al溶解并除去Fe、Mg杂质,HCl溶液和H2SO4溶液可溶解Al及Fe、Mg杂质,会引入Fe2+、Mg2+,氨水不溶解Al;NaOH溶液可溶解Al,但不溶解Fe、Mg杂质,故d项符合。
(2)选用NaOH溶液溶解易拉罐,主要发生反应2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑。
(3)滤液A中铝元素以AlO
形式存在,与溶液中HCO
发生复分解反应:
AlO
+HCO
+H2O===Al(OH)3↓+CO
,故沉淀B为Al(OH)3,明矾溶于水时,KAl(SO4)2===K++Al3++2SO
,Al3++3H2OAl(OH)3+3H+,使溶液呈弱酸性。
2.(2016·全国卷Ⅱ,28)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-1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2mLFeCl2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1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是
________________________________________________________________________。
(4)丙组同学取10mL0.1mol·L-1KI溶液,加入6mL0.1mol·L-1FeCl3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层显紫色;
②第二支试管中加入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FeCl2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,随后有红色沉淀生成。
产生气泡的原因是______________________
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