金属元素知识及其应用.docx
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金属元素知识及其应用
金属元素知识及其应用
灵溪一高徐安东
[高考考点回顾]
一、点击2005年化学考试大纲
了解元素原子核外电子排布的周期性与元素性质递变关系。
重点掌握典型金属元素在周期表中的位置及与其性质的关系。
了解其他常见金属元素的单质及其化合物。
ⅠA和ⅡA族元素——典型的金属
（1）了解金属钠的物理性质，掌握钠和镁化学性质。
（2）从原子的核外电子排布，理解ⅠA、ⅡA族元素（单质、化合物）的相似性和递变性。
（3）以氢氧化钠为例，了解重要的碱的性质和用途。
了解钠的重要化合物。
（4）以Na2O2为例，了解过氧化物的性质。
其他常见的金属（如：
Fe、Al）
（5）了解金属的通性，金属冶炼的一般原理。
初步了解金属的回收和资源保护。
（6）掌握Fe和Al的化学性质。
（7）了解常见金属的活动顺序。
（8）以Fe（Ⅱ）、Fe（Ⅲ）的相互转化为例，理解变价金属元素的氧化还原性。
（9）了解铝的重要化合物。
（10）初步了解合金的概念。
二、历年高考回顾（2000年—2004年）[部分]
1、考查钠和钠的化合物
例1（2000春·北京·安徽·25）用1L1.0mol·L—1NaOH溶液吸收0.8molCO2,所得溶液中的CO32—和HCO3—的物质的量浓度之比约是（）
A、1：
3B、1：
2C、2：
3D、3：
2
[命题意图]考查NaOH的性质
[答案]A
[解析]NaOH+CO2====NaHCO3，由题意可知过量的NaOH为1mol—0.8mol=0.2mol过量的NaOH中和掉HCO3—得0.2molCO32—，HCO32—为0.8mol—0.2mol=0.6mol.
例2（2001·上海·11）碱金属与卤素所形成的化合物大都具有的性质是（）
①高沸点②能溶于水③水溶液能导电
④低熔点⑤熔融状态不导电
A、①②③B、③④⑤C、①④⑤D、②③⑤
[命题意图]考查碱金属与卤素形成的化合物性质
[答案]A
[解析]碱金属与卤素所形成的化合物大都是离子化合物，因此具有高沸点，能溶于水，熔融状态或小溶液都能导电的性质。
例3（2004·全国·12）取ag某物质在氧气中完全燃烧，将其产物跟足量的过氧化钠固体完全反应，反应后固体的质量恰好也增加了ag。
下列物质中不能满足上述结果的是（）
A、H2B、COC、C6H12O6D、C12O22O11
[命题意图]考查Na2O2的性质以及分析能力
[答案]D
[解析]2CO+O2=2CO2，2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2合并得CO+Na2O2=Na2CO3即agCO参加反应，固体质量增加ag；
2H2+O2=2H2O，2H2O+2Na2O2=4NaOH+O2，合并得H2+Na2O2=2NaOH，即agH2参加反应，固体质量增加ag。
把C6H12O6看成（CO）6·（H2）6也符号，只有C12H22O11不符合
例4（2000·广东·24）
（1）分别写出由氧在一定条件下生成下列物质的化学方程式（必须注明反应条件）。
①O3：
②Na2O2：
③Na2O：
（2）指出氧在下列各物质中的化合价：
O3，Na2O2，Na2O
（3）KO2能吸收CO2生成K2CO3和O2，故可用做特殊情况下的氧气源，试写出该
反应的化学方程式。
[命题意图]考查钠的化学性质以及结合信息分析问题能力
放电空气中燃烧暴露在空气中
[答案]
（1）①3O2====2O3②2Na+O2=======Na2O2③4Na+O2======2Na2O
（2）0；-1；-2；
（3）4KO2+2CO2====2K2CO3+3O2
2、考查铝及其化合物
例5（2004·上海·16）将表面已完全钝化的铝条，插入下列溶液中，不会发生反应的是（）
A、稀硝酸B、稀盐酸C、硝酸铜D、氢氧化钠
[答案]C
例6（2004·江苏·8）铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，反应中消耗的HCl和NaOH物质的量之比为（）
A、1：
1B、2：
1C、3：
1D、1：
3
[答案]C
[解析]：
根据反应2Al+6H+=2Al3++3H2和2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，则反应中消耗的HCl和NaOH物质的量之比为3：
1。
例7（2004·广东·4）把Ba（OH）2溶液滴入明矾溶液中，使SO42—全部转化成BaSO4沉淀；此时铝元素的主要存在形式是（）
A、Al3+B、Al（OH）3C、AlO2—D、Al3+和Al（OH）3
[答案]C
[解析]当2KAl（SO4）2+2Ba（OH）2=2KAlO2+2BaSO4+2H2O时，SO42—全部转化为BaSO4沉淀
例8（2003·上海·30）超细氮化铝粉末被广泛应用于大规模集成电路生产等领域。
其制取原理为：
Al2O3+N2+3C=====2AlN+3CO，由于反应不完全，氮化铝产品中往往含有炭和氧化铝杂质。
为测定该产品中有关成分的含量，进行以下两个实验：
（1）称取10.00g样品，将其加入过量的NaOH浓溶液中共热并蒸干，AalN跟NaOH溶液反应生成NaAlO2，并放出氨气3.36L（标况）
①上述反应的化学方程式为
②该样品中的AlN的质量分数为
（2）别取10.00g样品置于反应器中，通入2.016L（标况）O2，在高温下充分反应后测得气体的密度为1.34g·L—1已折算成标况。
AlN不跟O2反应，该样品中含杂质炭g。
[答案]
（1）①AlN+NaOH+H2O====NaAlO2+NH3②61.5%
（2）1.92
[解析]
（1）略
（2）10.00g样品中只有C能与2.016LO2在高温下充分反应，产物可能是CO或CO2，也可能为CO和CO2的混和物，根据看度可知为混和物nCO:
nCO2=7：
1，可以写出：
16C+9O2=14CO+2CO2消耗2.016LO2同时消耗0.16molC即为1.92g
3、考查铁及其化合物
例9（2000·理综·12）在氧化铁、氯化铜和盐酸混和溶液中加入铁粉，待反应结束，所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引，则反应后溶液中存在较多的阳离子是（）
A、Cn2+B、Fe3+C、Fe2+D、H+
[答案]C
[解析]剩余的固体滤出后能被磁铁吸引说明有铁存在
则反应后的溶液不可能有Cn2+、Fe3+、H+只能含有Fe2+
例10（2002·全国·12）用足量的CO还原32.0g某种氧化物，将生成的气体通入澄清石灰水中，得60g沉淀，则该氧化物是（）
A、FeOB、Fe2O3C、CuOD、Cu2O
[答案]B
例11（2003·上海理综·32）世博园地区改造规划的实施，将提升上海的环境质量。
位于规划区的一座大型钢铁厂搬迁后，附近居民将不变受到该厂产生的棕红色烟雾的困扰。
你估计这一空气污染物可能含有（）
A、FeO粉尘B、P2O5粉尘C、Fe2O3粉尘D、SiO2粉尘
[答案]C
例12（2004·全国IV·26）下图表示某种盐的制备步骤
80C结晶300C
过滤，除杂质氮气保护
已知：
水合盐B含有45.3%的水；无水盐C灼烧分解，放出两种无色刺激性气体E和F，并生成红棕色固体D，请写出物质的化学式或名称：
ABCDEF
[答案]A：
FeB：
FeSO4·7H2OC：
FeSO4D：
Fe2O3E：
SO2
F：
SO3（或E：
SO3F：
SO2）
[解析]从题给信息可判断无水盐C是硫酸盐，根据最终产物D是红棕色固体，可推知D是Fe2O3，C是FeSO4，从水合盐B含有45.3%的水可得B是FeSO4·7H2O，有关反应的化学方程式为FeSO4·7H2O====FeSO4+7H2O，2FeSO4====Fe2O3+SO2+SO3.
[基础知识梳理]
1、金属元素在周期表中的位置和原子结构
（1）金属元素分布在周期表的左下方，共有85种金属，分别分布在第0族、卤族以外的各族中。
（2）最外层电子数大部分少于个电子，但有六种金属元素等于或大于4个，即：
GeSnPbSbBiPo。
2、金属的通性
金属的化学性质主要表现为易失去最外层的电子，显示还原性，这与它们的原子结构有关。
3、判断金属活动性的强弱
（1）金属与水或酸的反应越剧烈，该金属越活泼。
（2）金属对应的氢氧化物的碱性越强，该金属越活泼。
（3）一种金属能从另一种金属盐的溶液中将其置换出来，则该金属活泼性比另一金属强。
（4）两金属构成原电池时，做负极的金属一般比做正级的金属活泼。
（5）在电解过程中，一般来说先得电子的金属阳离子对应的金属单质的活动性比后得电子的金属阳离子对应的金属单质的活动性弱。
4、金属活动性顺序
金属活动性
顺序
KCaNaMgAlMnZnFeSnPb（H）CuHgAgPtAu
金属原子
失电子能力
依次减小，还原性减弱
空气中跟氧气的反应
易被氧化
常温时能被氧化
加热时能被氧化
不能被氧化
跟水的反应
常温可置换出水中的氢
加热或与水蒸气反应时能置换出水中的氢
不与水反应
跟酸的反应
能置换出稀酸（如HCl、H2SO4）中的氢
不能置换出稀酸中的氢
反应剧烈
反应程度依次减弱
能跟浓硫酸、硝酸反应
能跟王水反应
跟盐的反应
位于金属活动性顺序前面的金属可以将后面的金属从其盐溶液中置换出来
跟碱的反应
Al、Zn等具有两性的金属可以与碱反应
5、钠及其化合物
6、铝及其化合物相互转化关系
7、Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）的转化
[例题]
例1（2004年广东）下列有关碱金属铷（Rb）的叙述中，正确的是（）
A、灼烧氯化铷，火焰有特殊颜色
B、硝酸铷是离子化合物，易溶于水
C、在钠、钾、铷三种单质中，铷的熔点较高
D、氢氧化铷是弱碱
[命题意图]考查焰色反应及IA族元素的单质化合物的相似性和递变性
[答案]A、B
[解析]碱金属元素的火焰都呈特殊的颜色，A正确，铷与钠同主族，性质相似，钠、钾、铷三种单质中，铷熔点最低，RbOH属强碱，CD不正确
例2下列关于钠的说法不正确的是（）
A、金属钠和氧气反应，反应条件不同，产物不同
B、钠钾合金通常状况下呈液态，可作原子反应堆的导热剂
C、钠的化学性质很活泼，少量的钠可保存在有机溶剂CCl4中
D、由于钠活泼，所以它能从溶液中置换出金属活动顺序表中钠后面的金属
[命题意图]考查金属钠的物理性质，化学性质，用途
[答案]C、D
[解析]钠和氧气反应，常温、点燃分别生成氧化钠和过氧化钠，A正确，钠在溶液中会与水反应，则D错误，根据钠的物理性质，B正确，C错误。
例3下列叙述不正确的是（）
A、工业上常利用铝热反应冶炼难熔的金属，如钡、铬、锰、镁等
B、合金的熔点一般比组成它的各成分的熔点都高
C、用Na2FeO4消毒来自河湖的淡水是因为其具有强氧化性，而且其还原产物Fe3+可在水中形成胶体而吸附水中悬浮物
D、钢瓶可用来储存浓硝酸
[命题意图]考查金属冶炼，合金以及含金属及化合物的用途。
[答案]A
[解析]A中镁是ⅡA族金属熔点低，不能用铝热反应来制取镁不正确。
例4（2000年上海）铜和镁的合金4.6g完全溶于浓硝酸，若反应中硝酸被还原只产生4480ml的NO2气体和336ml的N2O4气体（已折算到标况）在反应后的溶液中，加入足量的氢氧化钠溶液，生成沉淀的质量为（）
A、9.02gB、8.51gC、8.26gD、7.04g
[命题意图]考查铜和镁的化学性质
[答案]B
[解析]分析题意可知，硝酸得电子的物质的量等于金属转变为氢氧化物沉淀时增加的氢氧根离子的物质的量，即4.4822.4+（0.33622.4）2=0.23mol，所以沉淀的质量=4.6+0.2317=8.51（g）
例5（2002年江苏综合）等体积、等物质的量浓度的稀硫酸，氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积比为5：
6，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是（）
A、甲、乙中都是铝过量B、甲中铝过量，乙中碱过量
C、甲中酸过量，乙中铝过量D、甲中酸过量，乙中碱过量
[命题意图]考查铝的两性并综合过量判断
[答案]B
[解析]甲：
2Al+3H2SO4====Al2（SO4）3+3H2
mol5mol5mol
乙：
2Al+2NaOH+2H2O====2NaAlO2+3H2
4mol4mol6mol
由此可知甲中铝过量4mol+
mol=
mol，乙中氢氧化钠过量5mol-4mol=1mol
例6化学实验中，如使某步中的有害产物作为另一步反应的反应物，形成一个循环，就可不再向环境排放该种物质。
例如：
（1）在上述有编号的步骤中，需用还原剂的是________，需用氧化剂的是_______（填编号）。
（2）在上述循环中，既能与强酸反应又能与强碱反应的两性物质是________（填化学式）。
（3）完成并配平步骤①的化学方程式，标出电子转移的方向和数目：
（）Na2Cr2O7+（）KI+（）HCl→（）CrCl3+（）NaCl+（）KCl+（）I2+（）______
[命题意图]考查变价金属的性质及知识迁移能力
[答案]
（1）①，④。
（2）Cr（OH）3。
（3）Na2Cr2O7+6KI+14HCl=2CrCl3+2NaCl+6KCl+3I2+7H2O。
[解析]观察题中有关铬的化合物的转化关系图，可发现CrCl3经反应②可转化成Cr（OH）3，Cr（OH）3经反应③又可转化成NaCrO2，发现与“氯化铝跟氢氧化钠反应可先生成氢氧化铝、氢氧化铝跟氢氧化钠反应又可生成偏铝酸钠”类似，所以可确定Cr（OH）3与氢氧化铝一样是一种两性氢氧化物。
再分析转化图中各种含铬化合物中铬元素的化合价就可知反应①应加还原剂，反应④应加氧化剂，NaCrO2转化成Na2CrO4也需要加氧化剂。
用化合价升降法可配平（3）中氧化还原反应的化学方程式。
[答案]
（1）①，④。
（2）Cr（OH）3。
（3）Na2Cr2O7+6KI+14HCl=2CrCl3+2NaCl+6KCl+3I2+7H2O。
例7有固体Mg（OH）2存在的饱和水溶液中有如下平衡：
Mg（OH）2（s）====Mg2++2OH—，加入下列物质：
①水；②MgCl2固体；③NaOH固体；④盐酸；⑤NH4Cl固体，能使Mg（OH）2固体减少的是（）
A、①④B、②③C、①④⑤D、①②③④
[命题意图]以Mg（OH）2为载体考查电离平衡知识
[答案]C
[解析]要使Mg（OH）2固体质量减少，就必须使Mg（OH）2的溶解平衡右移，加水或减少OH—的浓度皆可
例题8“铝和氯化铜溶液反应”实验中预料之外现象的研究
化学实验中预料之外的现象往往包含我们还没有认识的事物规律。
下面是某同学进行“铝和氯化铜溶液反应”实验时观察到的预料之外的现象：
①铝丝表面附上的铜没有紧密吸附在铝丝的表面而是呈蓬松的海绵状；②反应一段时间后有大量气泡逸出，且在一段时间内气泡越来越快，经点燃能发出爆鸣声，证明是氢气。
“科学研究还离不开合理的猜想和假设。
”该同学先从理论上猜想铝丝表面产生氢气的多种可能原因，再设计实验验证自己的猜想。
实验操作及现象记录：
取4根去油去锈的铝丝为A组直接和下列溶液反应，4根下半截缠上细铜丝的铝丝为B组和下列溶液反应，再取前面实验中得到的附有海绵状铜的4根铝丝洗净后作为C组和下列溶液反应作比较，实验现象记录如下：
热水
硫酸铜溶液（2.0mol/L）
氯化铝热溶液（2.0mol/L）
饱和氯化钠
热溶液
A
只在开始时
有少量气泡
气泡较多，但比同浓度的氯化铜溶液少
有气泡，
比热水多
气泡比热水稍多，但比氯化铝溶液少
B
气泡比相应A多
气泡比相应A多
气泡比相应A多
气泡比相应A多
C
气泡比相应B多
气泡比相应B多
气泡比相应B多
气泡比相应B多
实验现象说明氢气的生成原因是多种因素作用的结果。
试推测该同学原来的猜想有哪些（不一定填满，不够也可以自己添加）：
（1）反应生成的铜和铝组成原电池促进铝和水反应；
（2）▲；
（3）▲；
（4）▲；
（5）▲。
[命题意图]考查学生结合实验现象分析问题及探究事物原因的能力
[答案]反应放出的热量使溶液温度升高促进铝和水反应放出氢气；铝和铝离子水解生成的H+反应产生氢气；氯离子对铝和水反应起了促进作用；海绵状铜作原电池电极促进铝和水反应放出氢气。
[思维能力训练]
1、1998年中国十大科技成果之一是合成一维纳米氮化镓。
已知镓是第ⅢA族元素，则氮化镓的化学式可能是（）
（A）Ga3N2（B）Ga2N3（C）GaN（D）Ga3N
2、NaH是一种离子化合物，与水反应时生成烧碱和氢气，它也能与乙醇，液氨等反应产生氢气。
下列有关NaH的叙述正确的是（）
（A）跟水反应时，水作氧化剂
（B）NaH中阳离子半径大于阴离子半径
（C）跟液氨反应时，生成氢气外，还生成铵盐
（D）与乙醇反应时，放出氢气的速率比与水反应时更快
3、下列解析不科学的是（ ）
（A）“水滴石穿”主要是溶解了
的雨水与
长期作用生成了可溶性的
的缘故．
（B）长期盛放NaOH溶液的滴瓶不易打开，是因为NaOH与瓶中的
反应导致瓶内气体减少形成“负压”的缘故
（C）严格地讲，“通风橱”是一种不负责任的防污染手段，因为实验产生的有害气体没有得到转化或吸收
（D）“雨后彩虹”“海市蜃楼”既是一种自然现象又是光学现象，也与胶体的知识有关．
4、下列叙述正确的是（）
（A）碱金属原子半径越大，其单质熔点越高
（B）Al3+、Mg2+、Na+微粒半径逐渐增大
（C）纯铁的熔点比生铁低
（D）纯铁与相同浓度的盐酸反应生成氢气的速率比生铁快
5、下列反应的离子方程式不正确的是（）
（A）氯化铝溶液中滴加过量氨水：
Al3++3NH3·H2O===Al（OH）3+3NH4++
（B）碳酸钠饱和溶液中通入过量二氧化碳
CO32—+CO2+H2O+2Na+=2NaOHCO3
（C）碳酸氢钠溶液中滴加少量澄清石灰水：
Ca2++HCO3—+OH—=Ca2CO3+H3O
（D）硝酸亚铁溶液中滴加稀硫酸
6、将一定量的钠一铝合金置于水中，合金全部溶解，得到20moPH=14的溶液。
然后用1mol·L-1的盐酸滴定至沉淀量最大时，消耗40ml盐酸。
原合金中钠的质量为（）
（A）0.92g（B）0.69g（C）0.46g（D）0.23g
7、X、Y、Z、M、Z代表五种金属。
有如下化学反应，
（1）水溶液中：
X+Y2+=X2++Y
（2）Z+2H2O（冷）=Z（OH）2+H2
（3）M、N为电极，与N盐酸溶液组成原电池，发生的电极反应为：
M-2e—=M2+
（4）Y可以溶于稀H2SO4中，M不被稀H2SO4氧化
（A）M（C）N8、现行高一新教材中有一个演示实验，用脱脂棉花包住约0.2g过氧化钠粉末，置于石棉网上，往脱脂棉上滴水，可观察到脱脂棉剧烈燃烧起来。
（1）由实验现象所得出的有关Na2O2和H2O反应的结论是：
a:
有氧气生成：
b:
（2）写出Na2O2和H2O反应的化学方程式并标明电子转移数目：
（3）某学校研究性学习小组拟用右图装置进行实验，以证明
上述结论。
①用以验证结论a的实验操作方法及现象是：
②用以验证结论b的实验操作方法及现象是：
（4）该研究性学习小组的同学认为Na2O2和H2O反应可生成H2O2，现请你设计一个简单的实验以证明Na2O2和足量的H2O充分反应后的溶液中有H2O2存在。
（只要求列出实验所用的试剂及观察到的现象）
试剂：
现象：
9、粉状试样A是由等物质的量MgO和Fe2O3组成的混合物。
进行如下实验：
（1）取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；
（2）另取20gA全部溶于0.15L6.0molL—1盐酸中，得溶液C；
（3）将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12L（标况）气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B。
（4）用KSCN溶液检验，溶液D不变色。
请填空：
（1）①中引发铝热反应的实验操作是，产物中的单质B是
（2）②中的发生的各反应的化学方程式是
（3）③中所发生的各反应的离子方程式是
（4）若溶液D的体积仍视为0.15L，则该溶液C（Mg）2+=，C（Fe）2+=。
10、现有甲、乙两瓶无色溶液，已知它们可能是AlCl3溶液和NaOH溶液，现做如下实验：
（1）取440ml甲溶液与120ml乙溶液反应，产生1.56g沉淀
（2）取120ml甲溶液与440ml乙溶液反应，也产生1.56g沉淀
（3）取120ml甲溶液与400ml乙溶液反应，则产生3.12g沉淀
通过必要的计算推理判定：
（1）甲溶液为溶液，其物质的量浓度是mol·L—1
乙溶液为溶液，其物质的量浓度是mol·L—1
（2）写出实验③的有关离子方程式
11、将固体FeC2O4·2H2O放在一个可称量的容器中加热灼烧，固体质量随温度升高而变化，测得数据如下：
温度/℃
25
300
350
400
500
600
900
固体质量/g
1.000
0.800
0.800
0.400
0.444
0.444
0.430
根据计算分析推理，完成下列填空：
（1）写出25～300℃时固体发生变化的反应方程式
判断的理由是。
（2）350~400℃发生变化得到的产物是，物质的量之比为。
（3）500℃时产物的含氧质量分数为。
（4）写出600~900℃时发生变化的化学方程式。
参考答案
得2e-
1C2B3B4B5C6A7C
8.
（1）b：
该反应是放热反应
（2）2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
失2e-
（3）①将带火星的木条靠近导管口P处，木条复燃
②将导管q放入水槽中，反应过程中有气泡冒出
（4）试剂：
Na2S溶液现象：
溶液变浑浊（淡黄色）
注：
有色布条，布条褪色等合理答案均可，但不能用Fe2+
9.
（1）加少量KClO3，插入Mg条并将其点燃
（2）Fe2O3+6HCl===2FeCl3+3H2OMgO+2HCl=MgCl2+H2O
（3）Fe+2H+=Fe2++H
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