高级高考化学三维设计一轮复习第三章金属及其化合物.docx
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高级高考化学三维设计一轮复习第三章金属及其化合物
第三章金属及其化合物
考点一 钠的性质与应用
1.钠的物理性质
(1)软——质软,硬度小。
(2)亮——银白色,有金属光泽。
(3)轻——ρ(H2O)ρ(Na)ρ(煤油)。
(4)低——熔点低,低于100℃。
(5)导——可导电、导热。
[注意] 金属钠要保存在煤油中,不能保存在CCl4中,因ρ>ρNa>ρ煤油,故钠浮在CCl4液面上而沉在煤油底部,钠在煤油中能隔绝空气防止被氧化。
2.钠的化学性质——还原性
从原子结构认识钠的化学性质
Na
Na+
(1)与非金属单质反应
①与O2反应
项目
常温
加热
现象
钠的表面变
先熔化成小球,片刻后剧烈燃烧,发出色火焰,生成淡黄色固体
化学方程式
4Na+O2===2Na2O
2Na+O2Na2O2
转移电子
1molNa参加反应时转移mole-
②与Cl2反应的化学方程式:
2Na+Cl22NaCl。
③与S反应的化学方程式:
2Na+SNa2S。
(2)与水反应
①离子方程式:
2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑。
②与滴加酚酞的水反应的现象与解释:
(3)与盐酸反应
离子方程式:
2Na+2H+===2Na++H2↑。
3.钠的制取及用途
(1)制取方法:
2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。
(2)用途:
[思考]
金属钠长期露置于空气中,最终得到的白色粉末是什么?
提示:
碳酸钠;转化过程为
[题点全练]
1.取一小块金属钠,放在燃烧匙里加热,下列现象描述正确的是( )
①金属先熔化 ②在空气中燃烧,放出黄色火花 ③燃烧后得白色固体 ④燃烧时火焰为黄色 ⑤燃烧后生成淡黄色固体物质
A.②⑤ B.①②③
C.①④⑤D.④⑤
答案:
C
2.金属钠分别与下列溶液反应时,既有沉淀析出,又有气体逸出的是( )
A.BaCl2溶液B.K2SO4溶液
C.Ca(HCO3)2溶液D.NH4NO3溶液
解析:
选C 因为是溶液中的反应,所以都有H2产生,NH4NO3溶液还产生NH3,Ca(HCO3)2溶液还产生CaCO3沉淀。
3.将0.05molNa分别投入到盛有100mL水、100mL盐酸、100mL硫酸铜溶液的X、Y、Z三个烧杯中,下列有关说法错误的是( )
A.三个烧杯中一定均会发生的离子反应有:
2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑
B.三个烧杯中钠均在液面上剧烈反应,相比而言,X烧杯中的反应平缓些
C.Z烧杯中一定会有沉淀生成,但沉淀不是单质铜
D.三个烧杯中置换反应生成气体的物质的量一定相同
解析:
选A 钠投入溶液中,发生反应的实质是钠与酸和水电离产生的H+反应,钠与盐酸反应的离子方程式为2Na+2H+===2Na++H2↑,A错误;X、Y、Z三个烧杯中c(H+)由大到小的顺序为Y、Z、X,c(H+)越大,反应越剧烈,水中c(H+)最小,所以反应最平缓,B正确;钠与硫酸铜溶液反应的化学方程式为2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,2NaOH+CuSO4===Cu(OH)2↓+Na2SO4,C正确;Na不足,根据Na的物质的量求生成氢气的量,依据得失电子守恒,可知相同物质的量的钠失去的电子数相同,生成氢气的物质的量相同,D正确。
4.某同学探究钠的性质时,将等量的金属钠分别投入下列溶液中,请你帮他完成实验报告:
序号
溶液
现象
解释及反应方程式
①
饱和NaCl溶液
②
饱和石灰水
③
CuSO4溶液
④
FeCl3溶液
⑤
NH4Cl溶液
答案:
①溶液中出现浑浊 Na与H2O反应使水量减少,2Na+2H2O===2NaOH+H2↑
②溶液中出现浑浊 Na与H2O反应放热,Ca(OH)2溶解度随温度升高而减小,且Na与H2O反应使水量减少,2Na+2H2O===2NaOH+H2↑产生的OH-促进Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH-(aq)溶解平衡逆向移动
③溶液中出现蓝色沉淀 2Na+2H2O===2NaOH+H2↑、CuSO4+2NaOH===Cu(OH)2↓+Na2SO4
④溶液中出现红褐色沉淀 2Na+2H2O===2NaOH+H2↑、FeCl3+3NaOH===Fe(OH)3↓+3NaCl
⑤产生刺激性气味气体 2Na+2H2O===2NaOH+H2↑、NH4Cl+NaOH===NaCl+NH3↑+H2O
[规律方法] 盐溶液与Na反应的思维流程
考点二 钠的氧化物——氧化钠与过氧化钠
1.氧化钠、过氧化钠的性质比较
物质
氧化钠(Na2O)
过氧化钠(Na2O2)
颜色状态
白色固体
淡黄色固体
类别
碱性氧化物
过氧化物
氧元素化合价
-2
-1
化学键类型
只有离子键
有离子键和共价键
电子式
____________________________
组成结构
由Na+与O2-构成,=
由Na+与O构成,=
与水反应
Na2O+H2O===2NaOH
2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑
与CO2反应
Na2O+CO2===Na2CO3
2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2
与盐酸反应
Na2O+2HCl===2NaCl+H2O
2Na2O2+4HCl===4NaCl+2H2O+O2↑
主要用途
可制烧碱
漂白剂、消毒剂、供氧剂
保存
密封
密封、远离易燃物
2.Na2O2的强氧化性与还原性
从元素化合价角度分析Na2O2的性质
(1)Na2O2的强氧化性
试剂
现象
反应原理并解释
SO2气体
—
Na2O2+SO2===Na2SO4
FeCl2溶液
有红褐色
沉淀生成
4Na2O2+4FeCl2+6H2O===4Fe(OH)3↓+O2↑+8NaCl
Na2SO3溶液
—
Na2O2+Na2SO3+H2O===Na2SO4+2NaOH
氢硫酸
溶液变浑浊
Na2O2+H2S===S↓+2NaOH
酚酞溶液
溶液先变红后褪色
与水反应生成NaOH,Na2O2的强氧化性使之褪色
品红溶液
溶液红色褪去
Na2O2的强氧化性使之褪色
(2)遇KMnO4等强氧化剂时,表现出还原性,氧化产物为。
(3)遇CO2、H2O、H+时则会发生自身的氧化还原反应。
[题点全练]
题点
(一) Na2O2的组成、结构与性质
1.下列关于Na2O2的说法正确的是( )
A.Na2O2与SO2反应生成Na2SO3和O2
B.Na2O2投入到酚酞溶液中,溶液变红
C.Na2O2与水反应,Na2O2既是氧化剂,又是还原剂
D.Na2O2能与酸反应生成盐和水,所以Na2O2是碱性氧化物
解析:
选C Na2O2具有强氧化性,与SO2反应生成Na2SO4,A错误;Na2O2与H2O反应生成了NaOH,溶液变红,Na2O2具有强氧化性,能使红色溶液褪色,B错误;2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑,Na2O2既作氧化剂又作还原剂,C正确;碱性氧化物与酸反应只生成盐和水,此反应中除了盐和水,还有氧气生成,D错误。
2.用双线桥分析Na2O2与水反应中电子转移的方向和数目:
________________________________________________________________________。
(1)氧化剂和还原剂是________,氧化产物是__________,还原产物是________。
(2)1molNa2O2与水完全反应时转移的电子数:
_________________________________。
(3)反应的离子方程式为_________________________________________。
(4)7.8gNa2O2与足量水完全反应时,标准状况下生成O2的体积为________L。
答案:
(1)Na2O2 O2 NaOH
(2)NA(或6.02×1023)
(3)2Na2O2+2H2O===4Na++4OH-+O2↑
(4)1.12
题点
(二) Na2O2与H2O、CO2反应的定量关系
3.过氧化钠可作为氧气的来源。
常温常压下二氧化碳和过氧化钠反应后,若固体质量增加了28g,反应中有关物质的物理量正确的是(NA表示阿伏加德罗常数)( )
选项
二氧化碳
碳酸钠
转移的电子
A
1mol
2NA
B
22.4L
1mol
C
106g
1mol
D
106g
2NA
解析:
选C
+2CO2===2Na2CO3+O2Δm 转移电子
2mol2mol56g2mol
1mol1mol28g1mol
由上述关系,可得出C项正确;B项中未指明标准状况,错误。
4.200℃时,11.6gCO2和水蒸气的混合气体与足量的Na2O2充分反应后固体质量增加了3.6g,则原混合气体的总物质的量是( )
A.0.125mol B.0.25mol
C.0.5molD.1mol
解析:
选C 根据质量守恒定律可知,生成O2的质量为11.6g-3.6g=8g,n(O2)==0.25mol,根据Na2O2与H2O(g)、CO2反应的物质的量的关系可知,CO2和H2O(g)的物质的量之和为0.25mol×2=0.5mol。
5.在密闭容器中充入CO2、CO、CH4的混合气体共mg,若加入足量Na2O2,充分振荡并不断用电火花引燃至反应完全,测得固体质量增加mg,则CO2与CH4的体积比为( )
A.3∶1B.2∶1
C.1∶1D.任意比
解析:
选C 2CO+O22CO2①
2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2②
①+②得:
Na2O2+CO===Na2CO3(虚拟的反应)
即:
CO可被Na2O2完全吸收
2H2+O22H2O③
2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑④
③+④得:
Na2O2+H2===2NaOH(虚拟的反应)
即:
H2可被Na2O2完全吸收
由于CO完全被吸收,当CO2、CH4的体积比符合1∶1时,相当于2CO∶2H2,可被Na2O2完全吸收。
[规律方法]
Na2O2与H2O、CO2反应计算的三个关系
电子转移关系
当Na2O2与CO2、H2O反应时,物质的量关系为2Na2O2~O2~2e-,n(e-)=n(Na2O2)=2n(O2)
气体体积变化关系
若CO2、水蒸气(或两混合气体)通过足量Na2O2,气体体积的减少量是原气体体积的,等于生成氧气的量,ΔV=V(O2)=V(原气体)
固体质量变化关系
CO2、水蒸气分别与足量Na2O2反应时,固体相当于吸收了CO2中的“CO”、水蒸气中的“H2”,所以固体增加的质量Δm=28g·mol-1×n(CO2)、Δm=2g·mol-1×n(H2O)
考点三 碳酸钠与碳酸氢钠
(一)碳酸钠与碳酸氢钠的性质及用途
1.物理性质
名称
碳酸钠
碳酸氢钠
化学式
Na2CO3
NaHCO3
俗名
纯碱或苏打
小苏打
颜色、状态
白色粉末
细小白色晶体
水溶性
易溶于水
水中易溶,但比Na2CO3的溶解度小
2.化学性质
(1)Na2CO3
与足量盐酸反应
Na2CO3+2HCl===2NaCl+CO2↑+H2O
与Ca(OH)2溶液反应
Na2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2NaOH
与BaCl2溶液反应
Na2CO3+BaCl2===BaCO3↓+2NaCl
(2)NaHCO3
与盐酸反应
NaHCO3+HCl===NaCl+CO2↑+H2O
与Ca(OH)2溶液反应
过量
HCO+Ca2++OH-===CaCO3↓+H2O
少量
2HCO+Ca2++2OH-===CaCO3↓+CO+2H2O
与BaCl2溶液反应
现象
受热分解
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O
(3)相互转化
Na2CO3NaHCO3
3.主要用途
(1)碳酸钠:
用于造纸、制造玻璃、制皂、洗涤等;
(2)碳酸氢钠:
用于发酵、医药、灭火剂等。
(二)Na2CO3、NaHCO3、NaOH及其混合物与盐酸反应的图像分析
1.向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸
图像
图像特点
离子方程式
消耗盐酸的体积:
Oa段ab段
Oa段:
;
ab段:
HCO+H+===CO2↑+H2O
2.向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸
图像
图像特点
离子方程式
从O点开始即产生CO2气体
HCO+H+===CO2↑+H2O
3.向Na2CO3、NaHCO3混合溶液中逐滴加入盐酸
图像
图像特点
离子方程式
[n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=1∶1]
消耗盐酸体积:
Oa段ab段
Oa段:
CO+H+===HCO;
ab段:
HCO+H+===CO2↑+H2O
4.向NaOH、Na2CO3混合物中逐滴加入盐酸
图像
图像特点
离子方程式
[n(NaOH)∶n(Na2CO3)=1∶1]
消耗盐酸体积:
Oa段ab段
Oa段:
H++OH-===H2O、CO+H+===HCO;
ab段:
HCO+H+===CO2↑+H2O
(三)Na2CO3、NaHCO3的鉴别与除杂
1.Na2CO3、NaHCO3的鉴别方法
2.Na2CO3、NaHCO3的除杂方法
依据二者性质的差异确定除杂方法(后者为杂质)
序号
混合物
除杂方法
①
Na2CO3(s)、NaHCO3
加热法
②
NaHCO3(aq)、Na2CO3
足量CO2
③
Na2CO3(aq)、NaHCO3
适量NaOH溶液
(四)联合制碱法——侯氏制碱法
1.原料
食盐、氨气、二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气;其反应为C+H2O(g)高温,CO+H2,CO+H2O(g)CO2+H2。
2.工艺流程
3.反应原理
(1)产生NaHCO3的反应:
NH3+NaCl+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl。
(2)产生Na2CO3的反应:
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O。
4.循环使用的物质:
CO2、饱和食盐水。
[题点全练]
题点
(一) Na2CO3、NaHCO3的除杂与鉴别
1.为除去括号内的杂质,所选用的试剂或方法不正确的是( )
A.Na2CO3溶液(NaHCO3),选用适量的NaOH溶液
B.NaHCO3溶液(Na2CO3),应通入过量的CO2气体
C.Na2O2粉末(Na2O),将混合物在氧气中加热
D.Na2CO3溶液(Na2SO4),加入适量Ba(OH)2溶液,过滤
解析:
选D Ba(OH)2与Na2CO3和Na2SO4均发生化学反应生成白色沉淀,不符合除杂要求。
2.某校化学课外小组为了鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种白色固体,用不同的方法做了以下实验,如图所示。
(1)只根据图Ⅰ所示实验,不能够达到实验目的的原因是
________________________________________________________________________。
(2)图Ⅱ、Ⅲ所示实验均能鉴别这两种物质,其反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(3)若用实验Ⅱ验证碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性,则试管B中装入的固体最好是_____________________________________________________________(填化学式)。
解析:
(1)NaHCO3、Na2CO3都与盐酸反应放出CO2,不能达到目的。
(2)Ⅱ、Ⅲ都是利用NaHCO3受热易分解的性质进行鉴别。
(3)试管B中装入碳酸氢钠,试管A中装入碳酸钠,这样直接加热的碳酸钠温度高,不分解,不能使澄清石灰水变浑浊,而间接加热的碳酸氢钠分解,使澄清石灰水变浑浊,表明了碳酸氢钠受热易分解。
答案:
(1)无论是Na2CO3还是NaHCO3均可以与盐酸反应产生CO2,两者的反应现象相同,故达不到鉴别目的
(2)2NaHCO3△,Na2CO3+H2O+CO2↑,
CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O (3)NaHCO3
题点
(二) Na2CO3、NaHCO3、NaOH及其混合液与盐酸反应的图像
3.将0.4gNaOH和1.06gNa2CO3混合并配成溶液,向溶液中滴加0.1mol·L-1稀盐酸。
下列图像能正确表示加入盐酸的体积和生成CO2的物质的量的关系的是( )
解析:
选C 向NaOH与Na2CO3的混合溶液中滴加盐酸,盐酸首先与NaOH反应,然后与Na2CO3反应转化为NaHCO3:
CO+H+===HCO,之后与HCO反应生成CO2,因n(OH-)=n(CO)=0.01mol,故加入0.02molHCl后开始有气体生成。
结合各种物质的量分析图像可知,选项C符合题意。
4.
(2018·长沙模拟)向体积均为10mL且物质的量浓度相同的两份NaOH溶液中分别通入一定量的CO2得到溶液甲和乙。
向甲、乙两溶液中分别滴加0.1mol·L-1盐酸。
此时反应生成CO2体积(标准状况)与所加盐酸体积间的关系如图所示。
则下列叙述中正确的是( )
A.原NaOH溶液的物质的量浓度为0.5mol·L-1
B.当0 C.乙溶液中含有的溶质是Na2CO3、NaHCO3 D.乙溶液中滴加盐酸后产生CO2体积的最大值为112mL(标准状况) 解析: 选A 加入50mL盐酸时,恰好反应生成NaCl,根据物料守恒可知,n(HCl)=n(NaOH),所以c(NaOH)=0.05L×0.1mol·L-1÷0.01L=0.5mol·L-1,A项正确;根据图像可知,甲溶液中含有的溶质为Na2CO3和NaHCO3,所以0 HCO+H+===CO2↑+H2O,V(CO2)=0.01L×0.1mol·L-1×22.4L·mol-1=0.0224L=22.4mL,D项错误。 [规律方法] 依据图像特点判断溶液成分的方法 (1)若a=0(即图像从原点开始) 溶液中的溶质为NaHCO3 (2)若V(Oa)=V(ab)(即Oa段与ab段消耗盐酸的体积相同) 溶液中的溶质为Na2CO3 (3)若V(Oa)>V(ab)(即Oa段消耗盐酸的体积大于ab段消耗盐酸的体积) 溶液中的溶质为Na2CO3和NaOH (4)若V(Oa) 溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3 题点(三) 侯氏制碱法 5.(2018·太原高三模拟)工业上以粗盐(含Ca2+、Mg2+、SO等杂质)为主要原料,采用“侯氏制碱法”生产纯碱和化肥NH4Cl,实验室模拟工艺流程如图甲所示。 下列说法正确的是( ) A.饱和食盐水中先通入的气体为CO2 B.流程图中的“系列操作”中一定需要使用玻璃棒 C.如图乙所示装置可以比较Na2CO3和NaHCO3晶体的热稳定性 D.对粗盐溶液除杂可依次加入过量NaOH、Na2CO3、BaCl2溶液,过滤后再加入盐酸调节溶液的pH 解析: 选B A项,二氧化碳在水中溶解度较小,氨气溶解度较大,故应先通入氨气,使溶液为碱性溶液,再通入二氧化碳,可以达到实验目的,错误;B项,从溶液中得到固体,需要加热浓缩、冷却结晶、过滤等操作,因此流程图中的“系列操作”中一定需要玻璃棒搅拌、引流等,正确;C项,Na2CO3加热不易分解,NaHCO3晶体加热容易分解,故小试管中盛放NaHCO3,大试管中盛放Na2CO3,错误;D项,除去粗盐中的Ca2+、Mg2+、SO及泥沙,可以加过量BaCl2除去SO,然后加NaOH除去Mg2+,用Na2CO3除去Ca2+和过量的Ba2+,盐酸要放在最后,除去过量的NaOH和Na2CO3,错误。 考点四 碱金属 焰色反应 1.碱金属(Li、Na、K、Rb、Cs、Fr) (1)相似性和递变性 相似性 递变性(由Li→Cs) 原子结构 最外层均为1个电子 电子层数逐渐增多,核电荷数逐渐增大,原子半径逐渐增大 元素性质 都具有较强的金属性,最高正价均为+1价 金属性逐渐增强 单质性质 物理性质 (除Cs外)都呈银白色,密度较小,熔、沸点较低 密度逐渐增大(钾反常),熔、沸点逐渐降低 化学性质 都具有较强的还原性 还原性逐渐增强,与O2反应越来越剧烈,产物越来越复杂 (2)特殊性 ①碱金属的密度一般随核电荷数的增大而增大,但钾的密度比钠的。 ②碱金属一般都保存在煤油中,但由于锂的密度小于煤油的密度而将锂保存在石蜡中。 ③碱金属跟氢气反应生成的碱金属氢化物都是离子化合物,其中氢以H-形式存在,显-1价,碱金属氢化物是强还原剂。 ④一般情况下,碱金属所形成的盐均溶于水,并且在一定温度下,酸式盐比正盐的溶解度大(但NaHCO3的溶解度比Na2CO3的小)。 ⑤试剂瓶中的药品取出后,一般不能放回原瓶,但金属Na、K等需立即放回原瓶。 ⑥锂与O2反应与钠不同,只生成Li2O,而不生成Li2O2。 2.焰色反应 (1)焰色反应 很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现特殊颜色的现象。 (2)操作步骤 铂丝无色待测物观察火焰颜色铂丝无色。 [注意] 洗涤铂丝用稀盐酸而不用稀硫酸,因铂丝表面杂质与盐酸反应生成沸点较低的氯化物易汽化挥发,而硫酸盐的沸点较高不易汽化挥发。 (3)常见元素焰色反应的颜色 钠元素: 色;钾元素: 色(透过蓝色钴玻璃观察)。 (4)应用 ①用于检测某种金属元素是否存在; ②添加到烟花中,使焰火更加绚丽多彩。 [题点全练] 1.用“>”或“<”填空: (1)还原性: Li____Na____K。 (2)单质的熔点: Li____Na____K。 (3)碱性: LiOH____NaOH____KOH。 (4)与水反应的剧烈程度: Li____Na____K。 答案: (1)< < (2)> > (3)< < (4)< < 2.金属活动性顺序表中K在Na的前面,K与Na在性质上具有很大的相似性。 下面是根据Na的性质对K的性质的预测,其中不正确的是( ) A.K可以被空气中的O2氧化 B.K可以与乙醇发生反应生成H2 C.K与水的反应不如Na与水的反应剧烈 D.K也可放在煤油中保存 解析: 选C K比Na活泼,K在空气中可以被O2氧化,A正确;Na与乙醇反应放出H2,K也能与乙醇反应放出H2,B正确;K与水的反应比Na与水的反应剧烈,C错误;Na、K均可放在煤油中保存,D正确。
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