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常见金属元素及其化合物

学案10　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。

核心考点回扣

1.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_____________________________________________________。

2.典型元素及其化合物的转化关系

（1）钠及其化合物间的转化关系

①离子方程式：

_______________________________________________________________；

②化学方程式：

_______________________________________________________________；

③离子方程式：

_______________________________________________________________；

④化学方程式：

_______________________________________________________________；

⑤化学方程式：

_______________________________________________________________；

⑥离子方程式：

_______________________________________________________________；

⑦离子方程式：

_______________________________________________________________；

⑧化学方程式：

_______________________________________________________________。

（2）铝及其化合物间的转化关系

①离子方程式：

________________________________________________________________；

②离子方程式：

________________________________________________________________；

③离子方程式：

_______________________________________________________________；

④离子方程式：

________________________________________________________________；

⑤化学方程式：

_______________________________________________________________；

⑥离子方程式：

_______________________________________________________________。

（3）铁及其化合物间的转化关系

①化学方程式：

_________________________________________________________________；

②化学方程式：

_________________________________________________________________；

③化学方程式：

_________________________________________________________________；

④离子方程式：

_________________________________________________________________；

⑤离子方程式：

_________________________________________________________________；

⑥化学方程式：

________________________________________________________________。

高考题型1　典型物质的性质及应用

1.（2014·北京理综，7）下列金属中，表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化的是（　　）

A.KB.NaC.FeD.Al

2.（2015·山东理综，10）某化合物由两种单质直接反应生成，将其加入Ba（HCO3）2溶液中同时有气体和沉淀产生。

下列化合物中符合上述条件的是（　　）

A.AlCl3B.Na2OC.FeCl2D.SiO2

3.高考真题选项正误判断，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（　　）（2015·安徽理综，9A）

（2）溶解度：

小苏打<苏打（　　）（2015·上海，11A）

（3）FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作，FeCl3能从含有Cu2＋的溶液中置换出铜（　　）

（2014·新课标全国卷Ⅰ，8D）

（4）中国古代利用明矾溶液的酸性清除铜镜表面的铜锈（　　）（2015·天津理综，1A）

（5）明矾净化水和纯碱去油污均利用了它们的氧化性（　　）（2015·海南，1A、B改编）

（6）Al2O3和MgO均可与NaOH溶液反应（　　）（2015·重庆理综，2C）

（7）制备Al（OH）3悬浊液：

向1mol·L－1AlCl3溶液中加过量的6mol·L－1NaOH溶液（　　）

（2015·江苏，13A）

（8）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（　　）

（2013·广东理综，23D）

（9）氧化铁能与酸反应，因而可用于制作红色涂料（　　）（2014·江苏，4D改编）

4.按要求回答下列问题：

（1）[2015·海南，15

（1）]久存的银制品表面会变黑，失去银白色的光泽，原因是____________________________________。

（2）[2015·海南，15（3）]AgNO3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______________________________________________________________________。

（3）[2015·重庆理综，11（4）]研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。

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______________________________________。

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＋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溶液现象为先产生白色沉淀，后沉淀溶解；

②NaOH溶液中滴加AlCl3溶液现象为开始无明显现象，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。

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。

1.下列有关金属的叙述不正确的是（　　）

A.铜具有良好的导电性，常用来制作印刷电路板，但在潮湿空气中长期保存表面会有铜绿生成

B.称取等质量的两份铝粉，分别加入过量的稀盐酸和过量的NaOH溶液，充分反应后，放出氢气的体积（同温同压下）相等

C.向FeCl3溶液中加入过量铁粉，溶液由棕黄色变为浅绿色

D.铝合金的大量使用归功于人们能使用焦炭等还原剂从氧化铝中获得铝

2.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.CaCO3、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

3.下列叙述中正确的是（　　）

A.氯化铝溶液中加入过量氨水反应的实质是Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH

B.存在于污水中的重金属离子，常用投加明矾等电解质的方法进行处理

C.镁铝合金既可完全溶于过量盐酸又可完全溶于过量NaOH溶液

D.依据铝热反应原理，能发生反应2Al＋3MgO

3Mg＋Al2O3

4.下列有关铜及其化合物的说法中正确的是（　　）

A.氧化铜可以作氯酸钾分解的催化剂

B.铜器表面的铜绿可以用稀硝酸洗涤

C.硫酸铜溶液与碳酸钠溶液混合会生成氢氧化铜、硫酸钠、二氧化碳

D.铜像用银底垫比用铁底垫好，银不易与空气中的氧气反应

5.金属离子和硫离子在水溶液中的反应比较复杂，其产物与离子的水解、金属硫化物的溶解度、离子的氧化性或还原性等因素有关。

经过查阅资料可知，CuS在水中的溶解度很小，在稀酸溶液中也不溶解；Fe2S3在水中的溶解度更小，但却能溶于稀酸。

下列有关说法正确的是（　　）

A.Cu2＋和S2－在水溶液中反应的产物是CuS

B.NH

和S2－在水溶液中发生相互促进的水解反应，所以不存在（NH4）2S的水溶液

C.Fe3＋和S2－在酸性溶液中反应的产物只可能是Fe2＋、S

D.Fe3＋的氧化性比Cu2＋的弱

6.部分被氧化的Fe－Cu合金样品（氧化产物为Fe2O3、CuO）共5.76g，经如下处理：

下列说法正确的是（　　）

A.滤液A中的阳离子为Fe2＋、Fe3＋、H＋

B.样品中铁元素的质量为2.24g

C.样品中CuO的质量为4.0g

D.V＝896

高考题型2　金属及其化合物的制备

1.[2013·山东理综，28

（1）]由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是________。

a.Fe2O3b.NaClc.Cu2Sd.Al2O3

2.（2015·浙江理综，13）某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣（主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质）制备七水合硫酸亚铁（FeSO4·7H2O），设计了如下流程：

下列说法不正确的是（　　）

A.溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉

B.固体1中一定有SiO2，控制pH是为了使Al3＋转化为Al（OH）3进入固体2

C.从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解

D.若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO4·7H2O

3.（2015·上海，32、33、34、35）过氧化钙（CaO2）是一种白色、无毒、难溶于水的固体，能杀菌消毒，广泛用于果蔬保鲜、空气净化、污水处理等方面。

工业生产过程如下：

①在NH4Cl溶液中加入Ca（OH）2；

②不断搅拌的同时加入30%H2O2，反应生成CaO2·8H2O沉淀；

③经过陈化、过滤、水洗得到CaO2·8H2O，再脱水干燥得到CaO2。

完成下列填空：

（1）第①步反应的化学方程式为____________________________________________________。

第②步反应的化学方程式为______________________________________________________。

（2）可循环使用的物质是__________________。

工业上常采用Ca（OH）2过量而不是H2O2过量的方式来生产，这是因为__________________。

（3）检验CaO2·8H2O是否洗净的方法是______________________________________________。

（4）CaO2·8H2O加热脱水的过程中，需不断通入不含二氧化碳的氧气，目的是________________________________________________________________________。

金属单质冶炼方法归纳

其中电解法是指电解熔融盐或氧化物；热还原法中常用还原剂有H2、CO、C、Al等。

规律方法

金属及其化合物制备的答题策略

从资源中获取无机物，往往需要富集、除杂、物质间的转化等多步反应才能完成。

（1）这类试题一般是解析已知的生产过程，重点是分析每一步加入的物质是什么、出来的物质是什么、发生了什么样的变化。

（2）涉及Fe元素的除去步骤一般为

溶液含（Fe2＋、Fe3＋）

Fe3＋

使铁元素转化为氢氧化铁沉淀，氧化剂可选择H2O2、Cl2等，沉淀剂的选择要考虑不引入新的杂质。

（3）涉及铝元素的分离，需要应用：

（4）从溶液中获取晶体时，要充分考虑水解、氧化等因素的影响。

考向1　金属冶炼

1.下列制备金属单质的方法或原理正确的是（　　）

A.在高温条件下，用H2还原MgO制备单质Mg

B.在通电条件下，电解熔融Al2O3制备单质Al

C.在通电条件下，电解饱和食盐水制备单质Na

D.加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu

2.铝用途广泛，用铝土矿（主要成分为Al2O3·nH2O、少量SiO2和Fe2O3）制取Al有如下途径：

（1）滤液A可用于净水，其净水原理用离子方程式表示为

________________________________________________________________________。

（2）灼烧时盛放药品的仪器名称是__________。

（3）步骤Ⅴ中发生反应的化学方程式是____________________________________。

（4）步骤Ⅲ中生成固体C反应的离子方程式为______________________________。

（5）取滤液B100mL，加入1mol·L－1盐酸200mL，沉淀量达到最大且质量为11.7g。

则滤液B中c（AlO

）＝______，c（Na＋）______（填“>”、“＝”或“<”）2mol·L－1。

3.菱锰矿的主要成分是MnCO3（含有少量FeS2、Al2O3），以菱锰矿为原料制备锰单质的流程如下所示：

浆化

溶液1

溶液2

精制―→电解―→Mn

请回答下列问题：

（1）菱锰矿在浸取前需要粉碎，其目的是______________________________。

（2）用稀硫酸浸取时，主要反应的离子方程式为________________；加入二氧化锰时被氧化的物质是__________（填化学式）。

（3）已知Fe、Al、Mn的氢氧化物开始沉淀及沉淀完全时的pH如表所示，则加氨水沉淀时应控制溶液的pH范围为______________。

此时得到的沉淀是____________、__________（填化学式）。

氢氧化物

Fe（OH）3

Al（OH）3

Mn（OH）2

开始沉淀pH

1.8

4.1

8.3

完全沉淀pH

3.2

5.0

9.8

（4）电解硫酸锰溶液时，阴极的电极反应式为____________________。

用酸性高锰酸钾溶液检验Mn2＋，产生黑色沉淀，该反应的离子方程式为__________________________________。

考向2　实用金属化合物的制备

4.化工生产中常利用硫酸厂煅烧黄铁矿石的烧渣（主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等）来制备聚铁（碱式硫酸铁的聚合物）和绿矾（FeSO4·7H2O），过程如下：

（1）将过程②中产生的气体通入下列溶液中，溶液会褪色的是________（填选项序号）。

a.品红溶液b.紫色石蕊溶液

c.酸性KMnO4溶液d.溴水

（2）过程①中，FeS和O2、H2SO4反应的离子方程式为

________________________________________________________________________。

（3）过程③中，需加入的物质是______________；反应的化学方程式为__________________________________。

用溶液Y制绿矾时，可取少量Y溶液于试管中，向试管内加入少量的________溶液，观察溶液是否变为________色，以验证其中是否含有Fe3＋。

（4）在实验室里，完成过程④中的________________（填操作名称），需要使用酒精灯、三脚架、坩埚钳等，还需要的仪器有__________________。

（5）过程⑤调节pH，最好选用下列试剂中的________（填选项序号）。

a.稀硫酸b.CaCO3

c.NaOH溶液d.Fe2O3

（6）过程⑥中，将溶液Z加热到70～80℃，目的是____________________________。

5.铬铁矿的主要成分可表示为FeO·Cr2O3，还含有MgO、Al2O3、Fe2O3等杂质，以下是以铬铁矿为原料制备强氧化剂重铬酸钾（K2Cr2O7）的流程图：

已知：

①4FeO·Cr2O3＋8Na2CO3＋7O2

8Na2CrO4＋2Fe2O3＋8CO2↑；②Na2CO3＋Al2O3

2NaAlO2＋CO2↑；③Cr2O

＋H2O2CrO

＋2H＋。

根据题意回答下列问题：

（1）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的名称是________。

（2）用醋酸调节溶液pH＝7～8的离子方程式为____________________________________。

（3）酸化步骤中调节溶液pH<5时发生反应2CrO

＋2H＋Cr2O

＋H2O。

若将醋酸改用盐酸，盐酸会与Cr2O

反应造成大气污染并生成Cr3＋杂质，该反应能发生的原因是________________________________________________________________________。

（4）下表是相关物质的溶解度数据，操作Ⅲ发生反应的化学方程式是Na2Cr2O7＋2KCl===K2Cr2O7↓＋2NaCl。

该反应在溶液中能发生的理由是________________________________________________________________________。

物质

KCl

NaCl

K2Cr2O7

Na2Cr2O7

溶解度（g/100g水

0℃

28

35.7

4.7

163

40℃

40.1

36.4

26.3

215

80℃

51.3

38

73

376

（5）含铬废渣（废水）的随意排放对人类生存环境有极大的危害。

电解法是处理铬污染的一