第12讲常见金属元素及其化合物.docx
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第12讲常见金属元素及其化合物
第12讲常见金属元素及其化合物
【知能整合】
1．钠及其化合物间的转化关系
2．铝及其化合物间的转化关系
3．铁及其化合物间的转化关系
4．铜及其化合物间的转化关系
5．五彩缤纷的铜世界
【典型例析】
例1：
把一瓶不饱和的烧碱溶液分成4等份。
保持温度不变，向4份溶液中分别加入一定量的NaOH、Na2O2、Na2O和Na，使溶液均恰好饱和，下列说法中正确的是
A．加入的NaOH的质量一定最大
B．加入的Na2O2和Na2O的质量比为1:
1
C．加入的NaOH、Na2O2、Na2O、Na的物质的量之比为2:
1:
1:
2
D．制成饱和溶液后，4份溶液中所含NaOH质量相同
变式训练：
将NaHCO3和Na2O2固体混合物置于密闭容器中加热至250℃，使其充分反应后，最后得到残余固体由两种物质组成，分别为amol，bmol，且a>b。
试通过计算：
（1）求原固体混合物中NaHCO3和Na2O2的物质的量。
（2）求最后气态生成物中各物质的量。
例2：
向X的溶液中，加入Y试剂，产生的沉淀示意图如下图所示情形的是（注意线段的斜率）
A．向NaOH和Ca（OH）2的混合液中通入CO2
B．向HCl和AlCl3的混合液中滴加NaOH
C．向NH4Al（SO4）2溶液中滴加NaOH
D．向NH4Cl和MgCl2的混合液中滴加NaOH
变式训练：
将mgAl2O3和Fe2O3的混合物溶于100mL盐酸中，然后逐滴加入1mol/LNaOH溶液，其结果如图所示：
（1）最初加入V1mLNaOH溶液的作用是____________；
（2）盐酸的物质的量浓度是___________________；
（3）若mg混合物中Al2O3和Fe2O3按不同比例进行上述实验（其他条件不变），则V2的值会不会改变__________（填“会”或“不会”），（V2—V1）的取值范围是____________。
例3：
现有Fe、Cu组成的合金，其中Fe、Cu的总物质的量为amol、Cu的物质的量分数为x；研成粉末后，全部投入含bmolHNO3稀溶液中，微热使其充分反应，且硝酸的还原产物只有NO，试回答下列问题：
（1）用微粒的符号填写下列空白（列举全部可能出现的情况）
①
②
③
④
⑤
⑥
残留固体成分
溶液中的金属离子
（2）当溶液中金属离子只有Fe2+、Cu2+时，则b的取值范围是（用a、x表示）_____________。
（3）当x=0.5时，溶液中Fe3+、Fe2+的物质的量相等时，在标准状况下共产生672mL气体，求a、b的值。
变式训练：
取一定量的Fe、Cu的混合物粉末，平均分成五等份，分别向每一份中加入一定量的稀硝酸，实验中收集到的NO气体（惟一还原产物）的体积及所得剩余物的质量记录如下（所有体积均在标准状况下测定）：
实验序号
1
2
3
4
5
硝酸溶液体积（mL）
100
200
300
400
500
剩余固体的质量（g）
17.2
8
0
0
0
气体体积（L）
2.24
4.48
6.72
7.84
7.84
（1）该实验中所用硝酸的物质的量浓度为___________。
（2）第1次实验后剩余固体为___________，第2次实验后剩余固体为___________。
（均填写化学式）。
（3）求实验中每次所取混合物中铜的质量
【当堂反馈】
1．节日的焰火在寂静的夜空燃放出绚丽多姿的画面，这是利用了一些金属元素在燃烧时产生不同的颜色的原理，如含有钙、钾、铜元素的化合物能产生砖红色、紫色、绿色的火焰。
结合我们学过的知识，下列关于钙、钾、铜的冶炼方法正确是
A．电解法热分解法热还原法 B．电解法电解法 热还原法
C．热还原法热分解法电解法D．电解法电解法 热分解法
2．向硫酸铜溶液中加入氨水，首先形成难溶物，继续加氨水，难溶物溶解得到深蓝色的透明溶液。
下列对此现象说法中正确的是
A．Cu（OH）2先生成后又溶解，说明Cu（OH）2和Al（OH）3的性质相似
B．沉淀溶解后，将生成深蓝色的配离子[Cu（NH3）4]2+
C．向反应后的溶液中加入乙醇有晶体析出，因为[Cu（NH3）4]2+与乙醇发生反应
D．在[Cu（NH3）4]2+离子中，Cu2+提供空轨道，NH3提供孤对电子
3．有一钠块放置于潮湿空气中，表面氧化变质，且仍为白色块状固体，称其质量为25g，将其全部投入足量水中反应，得到溶液1000mL，并收集到气体2.24L（标准状况下的纯净物），再取此溶液100mL，用1mol/L的盐酸滴定至中性，用去70mL，并将滴定过程中产生的气体通入到足量的澄清石灰水中，得到干燥的沉淀1g，则金属钠的氧化率为
A．71.4%B．81.6%C．18.4%D．28.6%
4．将amL0.1mol/L硫酸铝溶液与bmL0.5mol/L氢氧化钠溶液混合，得到cmol氢氧化铝沉淀，若已知a、b、c中任意两个值，求另一个值，所求的值不止一个解的是（各选项中，单位均已略去）
A．a＝100b＝90c＝?
B．a＝100c＝0.015b＝?
C．b＝90c＝0.015a＝?
D．a＝75c＝0.015b＝?
5．回答下列有关金属铜的问题：
（1）在使用电烙铁时，其头部是一铜制的烙铁头，长期使用，表面被氧化，但脱落下来的氧化膜却是红色的，试说明原因。
（2）许多金属导体在导电过程中易冒电火花；铜的导电性仅次于银，但价格较低。
试分析在航空仪表中为什么不采用铜，而是用价格较为昂贵的Au、Pt、Pd的合金作为触点？
（3）CuS既可溶于稀HNO3,又可溶于KCN，这两种溶解过程明显不同，前一反应中CuS生成S单质，后一反应中CuS生成〔Cu（CN）4〕3－。
写出化学方程式。
6．如下图所示：
是用明矾[KAl（SO4）2·12H2O]制取硫酸铝和硫酸钾的操作步骤流程图（图中略去了沉淀物的洗涤操作），请在图中圆括号内填入适当的试剂名称，在方括号内填入适当的分离方法，并回答有关问题。
（1）试剂a是，b是，c是。
分离方法①是，②是，③是。
（2）按上述操作，不考虑损耗，在理论上，158g明矾最多可以制得Al2（SO4）3·18H2O____g，至少可以制得K2SO4______g。
7．将一块铜板浸泡在一定浓度的FeCl3溶液中一段时间后取出，得到一混合溶液，某校化学兴趣小组的同学为分析该混合溶液的组成，进行了如下实验：
Ⅰ、取50.0mL混合溶液，向其中加入足量的AgNO3溶液，得白色沉淀，过滤、干燥、称量，沉淀质量为86.1g；
Ⅱ、另取50.0mL混合溶液，向其中加入1.40g铁粉，结果铁粉全部溶解但未见固体析出；
Ⅲ、再取50.0mL混合溶液，向其中加入20.0mL稀硝酸，到一种无色气体，其体积换算成标准状况时为0.448L；请根据以上实验中得到的数据分析计算：
⑴ 原FeCl3溶液物质的量浓度（反应过程中过程中溶液体积的变化忽略不计）；
⑵ 所得混合溶液中c（Cu2+）的取值范围。
【课后巩固】
1．试管中装有煤油和水的混合物，静置后放入一小块碱金属，可观察到金属块在煤油和水的界面附近上下往复运动。
下列说法不正确的是
A．此碱金属可能为钾或钠
B．上下运动是由于该金属与水反应产生气体
C．反应一段时间煤油会燃烧
D．若是金属铷，则上下运动的幅度比钠大
2．①氧化钠、②氢氧化钠、③过氧化钠、④亚硫酸钠。
各1摩尔上述固体物质,长期放置于空气中，最后质量增加情况是（不考虑潮解因素）
A．①=②>③>④B．①>③>④>②
C．②>①=③>④D．④>②>③>①
3．实现Al3＋＋3A1O2－＋6H2O＝4Al（OH）3↓，正确的做法是
A．向铝盐溶液中不断加入纯碱溶液
B．向铝盐溶液中不断加入小苏打溶液
C．向烧碱溶液中不断滴入铝盐溶液
D．向铝盐溶液中不断滴入烧碱溶液
4．下列各组物质中的两种物质相互反应时，无论哪种物质过量，均可用一个离子方程式表示的是
A．硫酸与偏铝酸钠溶液B．氯化铜溶液与氨水
C．苯酚钠溶液与二氧化碳D．硝酸银溶液与烧碱
5．向含有amolAlCl3溶液中加入含有bmolKOH溶液，生成沉淀的物质的量可能是
①amol②bmol③a/3mol④b/3mol⑤0mol⑥（4a－b）mol
A．①③④⑤⑥B．①②③④⑤
C．①④⑤⑥D．①④⑤
6．由H2SO4、Al2O3、NaOH、Mg、Cl2两两之间进行反应，可制得的正盐有
A．5种B．6种C．7种D．8种
7．0.001mol金属放入10mL0.1mol/L某酸溶液中，产生22.4mL氢气（标准状况），下列情况中一定不可能的是
A．一价金属和一元酸B．二价金属和二元酸
C．三价金属和二元酸D．二价金属和一元酸
8．冶炼金属一般有下列四种方法：
①焦炭法；②水煤气（或氢气，或一氧化碳）法；③活泼金属置换法；④电解法。
四种方法在工业上均有应用。
古代有（Ⅰ）火烧孔雀石炼铜；（Ⅱ）湿法炼铜；现代有（Ⅲ）铝热法炼铬；（Ⅳ）从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是
A．（Ⅰ）用①B．（Ⅱ）用②
C．（Ⅲ）用③D．（Ⅳ）用④
9．将含O2和CH4的混合气体充入装有23.4gNa2O2的密闭容器中点燃，反应结束后，容器温度为150℃，压强为0pa，将残留物溶于水无气体逸出。
下列叙述正确的是
A．原混合气体中O2和CH4的体积比为2:
1
B．原混合气体中O2和CH4的体积比为1:
2
C．残留固体中有Na2CO3和NaOH
D．残留固体中只有Na2CO3
10．将5.6gFe投入浓硝酸溶液，产生红棕色气体A，把所得溶液减压蒸干，得到20gFe（NO3）2和Fe（NO3）3的混合物，将该固体在高温下加热，得到红褐色的Fe2O3和气体B，A、B气体混合通入足量水中，在标准状况下剩余气体的物质的量为
A．2240mLB．4480mLC．3360mLD．1120mL
11．将一定量的NaOH和NaHCO3的混合物A，放在密闭容器中加热，充分反应后生成气体V1L（V1≠0）。
将反应后的固体残渣B与过量盐酸反应，又生成CO2V2L。
（气体体积在标准状况下测定）
（1）B的成分是______________。
A．Na2CO3与NaOHB．Na2CO3与NaHCO3
C．Na2CO3D．NaOH
（2）A中NaOH与NaHCO3共_____________mol；NaOH与NaHCO3物质的量之比为_____________。
12．把一支表面被氧化成10.2g氧化铝的铝条A，放入1L1.5mol/L热氢氧化钠溶液中，过一段时间后取出铝条，溶液质量增加了12.6g，此时的溶液称为甲溶液，体积仍为1L。
再把另一支表面也被氧化的一定量的铝条B，放入1L0.9mol/L硫酸溶液中，过一会儿取出，其质量减小了25.8g，溶液的质量增加了25.2g，此时的溶液称为乙溶液，体积仍为1L。
回答下列问题：
（1）甲溶液的溶质是________________（写化学式），其物质的量_____________________。
（2）乙溶液的溶质是_______________________（写化学式），其物质的量是__________。
（3）将甲、乙两溶液反应，若使滴加的量最少，而产生的沉淀最多，应将________溶液______L滴加到_________溶液（用“甲”或“乙”填写），产生的沉淀最多是_______g。
13．按下图要求写出下列两个反应的化学方程式，属于离子反应的写出离子方程式。
（1）B→C+D________________________________；
（2）E→F___________________________________。
14．将等质量混合的铜、锌、铁三种金属组成的混合物Wg加入到FeCl3和盐酸组成的混合液中，充分反应后：
（1）若无固体剩余，则溶液中一定有的金属离子是_____________________，可能有的金属离子是______。
（2）若剩余固体W/3g，则溶液中金属离子一定有_____________________，一定没有________________。
15．有Ba（OH）2、NaHSO4、NaHCO3三种溶液，已知其中两种溶液的物质的量浓度相同，且分别为另一种溶液的物质的量浓度的2倍；若先将NaHSO4和NaHCO3溶液各100mL混合反应后，再加入Ba（OH）2溶液100mL，充分反应后，将生成的白色沉淀滤出，测得滤液中只含一种NaOH溶质，其物质的量的浓度为0.9mol/L（不考虑溶液混和时引起溶液体积的变化），试回答：
（1）通过分析，判断原Ba（OH）2、NaHSO4、NaHCO3三种溶液中哪两种溶液的物质的量的浓度不可能相同？
，原因是。
（2）Ba（OH）2、NaHSO4、NaHCO3三种溶液可能的物质的量的浓度分别为__________、_________、_________。
16．已知甲、乙、丙分别代表中学化学中的常见物质，请根据题目要求完成下列问题：
（1）甲的化学式为RCl3，其溶液在加热蒸干并灼烧时可发生反应：
a.甲+H2O
乙+丙b.乙
氧化物+H2O
①若甲为某用途广泛的金属元素的氯化物，其溶液在上述变化中生成的氧化物为红棕色粉末，则该金属在周期表里的位置是：
____________________。
②若甲为某短周期金属元素的氯化物，则甲发生a反应的化学方程式为：
________________。
③将以上两种金属单质用导线连接，插入NaOH溶液构成原电池，则负极发生的电极反应为：
_______________。
（2）若甲、乙、丙均是短周期中同一周期元素形成的单质或化合物，常温下乙为固体单质，甲和丙均为气态化合物，且可发生反应：
甲+乙
丙。
则：
①甲的结构式为______________________。
②写出上述反应的化学方程式：
___________________。
③写出向200mL2mol·L-1的NaOH溶液中通入6.72L（标准状况）的气体甲发生完全反应的总离子方程式______________________。
17．A、B、C都是由两种元素组成的无机物，它们和单质甲、乙、丙存在如下图所示的转化关系（转化过程都不需要使用催化剂）。
完成下列问题：
（1）若甲是常见金属，乙是常见非金属固体单质，A、C在常温下均为无色气体，且A、B、C、甲、乙、丙都由短周期元素组成，则B的电子式是__________。
A与甲反应的化学方程式是__________________________。
（2）若上图所示的反应在水溶液中进行，甲在常温下为有色气体，乙在常温下为液体，丙是生活中常见的金属，则：
①丙在周期表中所处的位置是____________。
②丙与C反应的离子方程式为____________________。
③往A溶液中逐滴加入NaOH溶液时可能出现的现象是________________________。
18．在化工实验中，要除去某些杂质离子，往往采用在一定条件下使杂质离子以MxAy（DE4）z（OH）12的形式析出浅黄色晶体。
M、A、D、E代表四种元素。
已知：
①x+y+z=12（x、y、z均为正整数）；
②取9.7克该化合物溶于水中，滴加用稀硝酸酸化的硝酸钡溶液，D、E两元素完全转化成白色沉淀。
将沉淀过滤、洗涤、干燥称量其质量为9.32克；
③滤液中A、M以阳离子形式存在（未被硝酸氧化），用胶头滴管取滤液2～3滴于白色点滴板上，再加1～2滴硫氰化钾溶液，滤液变成红色；
④往滤液中通入足量的H2S气体，使A离子完全被还原后，得到0.96克浅黄色沉淀。
试分析：
（1）D是__________，E是__________，理由_______________。
（2）A是__________，理由是______________________。
（3）通过计算和推理确定x=______、y=______、z=_______。
该盐的化学式为__________。
19．某工厂以精辉铜矿（主要成分为Cu2S）为原料冶炼金属铜，在炼铜炉内发生如下反应（在高温条件下进行）：
2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2，2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2
⑴若生产38.4t金属铜，需要含杂质20％的精辉铜矿多少吨（设杂质不参加反应）?
⑵若⑴中产生的二氧化硫用于制硫酸，可生产98％的硫酸多少吨（二氧化硫转化成三氧化硫的转化率为92％，三氧化硫的吸收率为98％）?
⑶今将amolCu2S与bmol空气（氧气约占空气体积的20％）在密闭容器中高温加热，设反应前容器内的压强为P1，反应结束后冷却到原来温度，容器内的压强为P2，请完成下列表格。
反应后固体的成分
Cu
Cu2S、Cu
Cu2O、Cu
b的取值范围（用a表示）
P1与P2的关系（填>、<或=）
P1P2
P1P2
P1P2
第12讲常见金属元素及其化合物
例1：
思路点拨：
有关Na2O2、Na2O和Na的性质这一考点最能考查学生分析问题、解决问题的能力。
在求解这类问题时要运用极限思想和假设法计算，
疑难辨析：
由于Na2O2和水反应放出O2，因此若不能很好地判断Na2O2和Na2O与水反应的情况则易导致错误。
解题过程：
原不饱和溶液的量相同，欲使NaOH达到饱和，加入的物质含钠量越大，加入的量越少；加入的物质含钠量越小（相当于又加入了溶剂），最终加入的量就大，可用化学式假设法来进行比较。
本题答案A。
NaOH
Na2O2
Na2O
Na
化学式变形（Na＋相等）
Na2（OH）2
Na2O
Na2
除Na外，增重
2×17
16
16
0
饱和时，需固体的物质的量
n1
＞
n2
=
n3
＞
n4
饱和时，需固体的质量
m1
＞
m2
＞
m3
＞
m4
变式训练：
答案：
（1）NaHCO3为amol；Na2O2为（a+b）/2mol。
（2）H2O为（a－b）/2mol；O2为（a+b）/4mol
解析：
2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O↑，受热分解产生的CO2和H2O都要和Na2O2反应，可先考虑CO2的反应（因为先考虑H2O结果相同，且先考虑CO2简便）。
分析得：
固体残留物为Na2CO3、NaOH，气体产物为O2和H2O。
（1）根据C元素和Na元素守恒可得：
NaHCO3为amol；Na2O2为（a+b）/2mol；
（2）根据H元素和O元素守恒可得：
H2O为（a－b）/2mol；O2为（a+b）/4mol。
例2：
思路点拨：
根据反应发生的先后顺序再利用离子反应分析各线段所发生的反应。
疑难辨析：
题目中已强调“注意线段的斜率”这一句话，所以更应明确图像表示的是一个等腰梯形，而非斜梯形。
解题过程：
选项B中滴加的NaOH溶液先和HCl反应，所以一开始没有沉淀生成，不合题意。
选项C所得的图形是一个斜梯形。
选项D中生成的Mg（OH）2沉淀不溶于NaOH，因此沉淀量不会减少。
只有选项A正确。
变式训练：
答案：
（1）中和过量的酸
（2）V2×10-2mol/L（3）不会（3m/80）×103＜（V2—V1）＜（m/17）×103
解析：
（1）0~V1之间发生的反应为H++OH-=H2O，V1~V2之间发生的反应为Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓，Al3+3OH-=Al（OH）3↓，V2~V3之间发生的反应为Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O。
（2）在V2时，溶液中的溶质为NaCl，所以有n（HCl）=n（NaOH）=V2×10-3mol，可得盐酸的浓度为V2×10-2mol/L，（3）由
（2）可得混合物中Al2O3和Fe2O3按不同比例进行上述实验，V2的值会是不会改变的，V2—V1表示的是和2种金属离子反应所需NaOH的体积，用极值法进行计算，若mg混合物全为Al2O3，V2—V1等于（m/17）×103mL，若mg混合物全为Fe2O3，V2—V1等于（3m/80）×103mL，由此得解。
例3：
思路点拨：
弄清了下面三个过程后这类问题可迅速得解：
①过量的铁与浓硫酸共热的反应情况：
2Fe+6H2SO4（浓）
Fe2（SO4）3+3SO2↑+6H2O；Fe+Fe2（SO4）3=3FeSO4；Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑②过量的铁与浓硝酸共热的反应情况分析：
Fe+6HNO3（浓）
Fe（NO3）3+3NO2↑+3H2O；3Fe+8HNO3（稀）=3Fe（NO3）2+2NO2↑+4H2O；Fe+2Fe（NO3）3=3Fe（NO3）2③当金属和混酸反应时，要用离子方程式来计算产生气体的物质的量。
疑难辨析：
本题较为综合，没有一定的解题方法与技巧，很难完整地解决这个题目，如果按照有序思维来解决问题
（1），则较易解决，也不会漏掉某种情况，同时也为
（2）、（3）的解决打下一个好的基础。
当题目中出现两个变量时常用有序思维来解。
解题过程：
（1）按照有序思维，假设HNO3的量由少逐渐增多，从而依次确定残留固体成分及溶液中的金属离子。
①Fe、Cu；Fe2+，②Cu；Fe2+，③Cu；Fe2+、Cu2+，④无；Fe2+、Cu2+，⑤无；Fe2+、Cu2+，Fe3+，⑥无；Cu2+，Fe3+。
其中②为特殊情况，Fe与稀HNO3恰好反应生成Fe2+；④为Fe、Cu恰好与稀HNO3反应生成Fe2+、Cu2+，其余各种情况按HNO3的量逐渐增多来考虑，则不难确定。
（2）3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O；3Fe+8HNO3=3Fe（NO3）2+2NO↑+4H2O
ax8ax/3a（1-x）8a（1-x）/3
生成Fe2+、Cu2+时，总耗用硝酸量：
n（HNO3）=8ax/3+8a（1-x）/3=8a/3，铁恰好反应且生成Fe2+时耗硝酸量：
n（HNO3）=8a（1-x）/3，因此溶液中金属离子只有Fe2+、Cu2+时b的取值范围是8a（1-x）/3＜b≤8a/3。
（3）根据电子守恒：
0.5a×2+0.25a×3+0.25a×2=672/22400×3，解得a=0.04mol，根据硝酸中的NO3—守恒可得b的值：
b==n[Fe（NO3）2]×2+n[Fe（NO3）3]×3+n[Cu（NO3）2]×2+n（NO）
==0.04mol×0.25×2+0.04mol×0.25×3+0.5×2×0.04mol+672/22400mol==0.12mol。
答案：
（1）c（HNO3）＝4mol/L
（2）Fe、CuCu（3）14.4g
解析：
（1）由第一组数据可知固体有剩余。
无论硝酸和什么金属反应，都有n（HNO3）＝4n（NO）。
加入100mL硝酸溶液时，n（NO）＝0.1mol，则n（HNO3）＝0.4mol，c（HNO3）＝4mol/L。
（2）由1、2两组数据分析，两次剩余物的质量相差9.2g，此时生成2.24LNO气体（
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