金属元素及化合物综合练习.docx
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金属元素及化合物综合练习
金属元素及化合物综合练习
【例题精选】
例1、A、B、C、D、E五种物质都含有同一种短周期元素，它们按下图所示关系相互转化，已知A为单质，则
（1）写出A—E的分子式；
（2）写出A
D、C
D、C
E反应的化学方程式。
分析：
本题属于图示转化关系进行物质推断的测试题。
物质推断题的解法甚多。
因题而异。
本题宜用图示顺推——利用题述第一层转化（A
B、A
C）为突破口。
因为单质与氧气的反应因条件不同（点燃与放置）而产物有异的短周期元素只有钠，由此推出B为Na2O,C为Na2O2；然后顺藤摸瓜，根据A、B、C在一定条件下都能转化为D，推出D为NaOH，而转化反应中的另一反应物为H2O；最后根据B、C、D在一定条件下都能转化为E推出E为Na2CO3，其转化反应的另一反应物为CO2。
解答：
（1）A为Na、B为Na2O、C为Na2O2、D为NaOH、E为Na2CO3
（2）A
D：
2Na+2H2O==2NaOH+H2
C
D：
2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2
C
E：
2Na2O2+2CO2==2Na2CO3+O2
评述：
本题以物质推断题的形式考查钠及其重要化合物相互转化反应的知识，也考查了将实际问题分解，找出应答关键的思维能力。
然而熟悉它们之间的相互转化并落实到反应的化学方程式是作出迅速而准确判断的前提。
因此将所学知识融会贯通，能横向、纵向串联，使之网络化以进行有序记忆十分重要。
例2、用含少量镁的铝片制取纯净的氢氧化铝，下述操作步骤中最恰当的组合是
①加盐酸溶解，②加烧碱溶液溶解，③过滤，④通入过量CO2生成Al（OH）3,沉淀，⑤加入盐酸生成Al（OH）3沉淀，⑥加入过量烧碱溶液生成Al（OH）3沉淀
A．①⑤⑥③B．②③⑥③
C．②③④③D．②③⑤③
思路分析：
本题是考查Al、Al（OH）3既能与酸又能与强碱溶液反应的实际题，在分析中要注意步骤⑥，加入过量烧碱将使Al3+转化为AlO2-，因此是不能生成Al（OH）3沉淀的：
Al（OH）3－OH-=AlO2-+2H2O
这样就淘汰选项A和D；选项B、C两种方案都利用镁不溶于强碱溶液，而铝溶于强碱溶液的性质，通过②、③步骤经过滤除去杂质镁，然后利用偏铝酸是比碳酸还弱的酸的性质，分别用盐酸、碳酸（通CO2）把Al（OH）3沉淀出来，按理，两种方案都可行，但盐酸能进一步溶解Al（OH）3；
Al（OH）3+3H-=Al3++3H2O
而Al（OH）3不溶于碳酸这种弱酸，另外CO2比盐酸经济得多，也就是说选项C可以既经济又最大限度地得到产品，所以是最恰当的组合。
解答：
C
评述：
对于某些最佳选择题中，往往给出2个或2个以上具有类似性的可选项，此时必须从两者差别中进行分析比较，才能得出正确结论。
例3、将适量铁粉放入三氯化铁溶液中，完全反应后，溶液中的Fe3+和Fe2+浓度相等。
则已反应的Fe3+和未反应的Fe3+的物质的量之比是
A．2∶3B．3∶2C．1∶2D．1∶1
分析：
有关Fe3+与Fe2+相互转化的氧还反应的定量计算与解题技巧。
解答本题的依据是下列反应式：
Fe+2Fe3+==3Fe2+
由于剩余Fe3+与由它还原生成的Fe2+处于同一溶液中。
因此它们的浓度关系就是它们之间的物质的量的关系。
这是计算的要素。
解法一：
设反应前溶液中Fe3+n摩，其中有a摩转化为Fe2+，则未反应Fe3+的为n—a摩
Fe+2Fe3+====3Fe2+
起始n0
反应后n—a
根据题意n—a=
则
解法二：
设反应后剩余Fe3+为n摩，则反应生成的Fe2+也是n摩
Fe+2Fe3+===3Fe2+
23
xn
x=
n（反应的Fe3+）
则
答案：
A
启示：
对于解法二只要由生成的Fe2+为n摩当然参加反应的2/3n摩，不用列式一想就得出已反应的与未反应的Fe3+的物质的量之比为2∶3，因此在简单的定量计算中巧设未知量很重要，它能省略一些繁杂的运算过程。
例4、铁酸钠（Na2FeO4）是水处理过程中使用的一种新型净水剂，它的氧化性比高猛酸钾更强，本身在反应中被还原为Fe3+离子。
（1）配平制取铁酸钠的化学方程式：
□Fe（NO3）3+□NaOH+□Cl2
□Na2FeO4+□NaNO3+□NaCl+□H2O
反应中元素被氧化，转移电子总数为。
（2）铁酸钢之所以能净水，除了能消毒杀菌外，另一个原因是。
分析：
Na2FeO4中的Fe元素为+6价，本题的
（1）问，据此可解。
在未配平的反应式中在配平前就可以看出铁元素由Fe（NO3）3中的
氧化为铁酸钠中的
.
题中已指出Na2FeO4在杀菌消毒时为强氧化剂，其铁元素的还原产物为Fe3+.Fe3+可发生水解，生成物中有Fe（OH）3胶体，它可使水中悬浮的泥沙等很快凝出，达到净水的效果，似明矾中Al3+的净水原理。
答案：
（1）2、16、3、2、6、6、8，铁元素，6e.
例5、哥伦比亚号航天飞机曾用金属铝粉和高氯酸铵混合物作为固体燃料。
加热铝粉使其氧化并放出大量热量，促使混合物中另一种燃料分解。
mmol高氯酸铵分解时除产生2mmol水蒸气和mmol氧气外，其它组成元素均以单质气体形式放出，因而产生巨大的推动力。
试写出其中涉及的化学方程式。
（1）
（2）。
根据此反应原理，1mol高氯酸铵分解所产生的气体有mol。
分析：
本题属于信息给予型题。
固体高能燃料中Al为还原剂，NH4ClO4为氧化剂。
铝粉氧化时放热，显然生成Al2O3。
高氯酸铵分解产物已在题中指明有水蒸气和氧气，其它以单质形式出现的生成物必为N2和Cl2，据此可列出化学方程式并由系数确定生成气体的物质的量。
答案：
（1）4Al+3O2
2Al2O3+Q
2NH4ClO4（固）
N2（气）+Cl2（气）+2O2（气）+4H2O
（2）4mol
例6、治疗胃酸过多的医药中常用到三硅酸镁（2MgO·3SiO2·nH2O），它的作用较持久。
试写出服用三硅酸镁治疗胃酸过多时的离子方程式。
氢氯化铝胶囊也可治疗胃酸过多，它和三硅酸镁在治疗胃酸过多时在反应原理上的区别是。
分析：
三硅酸镁与胃中盐酸反应属于强酸分解弱酸盐，据此判断生成物应有Mg2+和H2SiO3。
可据以写出离子方程式并配平。
本题若把三硅酸镁变形为2MgSiO3·H2SiO3·（n—1）H2O则更易配平。
答案：
2MgO·3SiO2·n（H2O）+4H+
2Mg2++3H2SiO3+（n－1）H2O,Al（OH）3与酸为中和反应，三硅酸镁与胃酸为强酸分解弱酸盐的反应。
例7、1.0g镁条在纯O2中燃烧生成MgO时增重0.64g,在实验中发现：
（1）1.0g镁条在空气中燃烧后增重不足0.64g;
（2）1.0g镁粉置于瓷坩埚中，点燃并充分反应后，整体增重约0.20g，简述
（1）、
（2）两种情况下镁燃烧增重不足0.64g的原因。
分析：
本题给出了一定量的镁在三种不同条件下反应后增重的数据。
要正确解释原因，必须根据镁是一种强还原剂，它不仅能与O2、N2反应，而且能从某些氧化物中夺取其中的氧，已学过的是CO2，而陶瓷是硅酸盐，成分中含有SiO2,在高温下也能与镁反应，然后根据反应的化学方程式分析增重关系解答。
解答：
根据反应分析：
①2Mg+O2
2MgO1molMg增重16g
②3Mg+N2
Mg3N21molMg增重28/3=9.3g
③4Mg+SiO2
Mg2Si+2MgO整体不增重
（1）镁条在空气中燃烧除主要生成氧化镁，还有部分生成氮化镁（Mg3N2），其增重量小于氧化镁。
因此增重不足0.64g；
（2）镁粉置于瓷坩埚中，因空气不足及温度高，有部分镁发生反应；（3）而该反应整体不增重，因此1.0g镁粉在坩埚中燃烧整体只增重0.20g。
评述：
这是一道利用数据分析解决化学问题的简答题。
从另一种新颖的角度考查镁的强还原性。
尤其解释
（2）的原因需运用镁能与CO2的反应作出推论。
这也是对已有知识的迁移、重组。
例8、在一定条件下可实现下图所示物质之间的变化：
请填写以下空白：
（1）孔雀石的主要成份是CuCO3·Cu（OH）2（碱式碳酸铜），受热易分解。
上图中的F是。
（2）写出明矾溶液与过量NaOH溶液反应的离子方程式。
（3）图中所得G和D都为固体，混合后在高温下可发生反应，写出该反应的化学方程式
。
（4）每生成1molD，同时生成molE.
分析：
由题给信息，明矾[KAl（SO4）2·12H2O]跟NaOH溶液反应得Al（OH）3，继而溶于过量碱生成NaAlO2。
孔雀石加热分解可迁移碳酸盐与Cu（OH）2的热分解生成CuO、H2O和CO2。
图中已示出生成的水，则与A即NaAlO2反应生成沉淀的是CO2，可解认其为F。
NaAlO2+CO2+2H2O
NaHCO3+Al（OH）3
2NaAlO2+CO2+3H2O
Na2CO3+2Al（OH）3
则G为CuO。
沉淀Al（OH）3加热分解为Al2O3即B和图中示出的H2O。
将Al2O3熔融（如冰晶石共熔）电解生成铝和氧气。
即D、E。
G与D“均为固体”，分别为CuO和Al，二者发生铝热反应，得熔化的铜与Al2O3。
按化学方程式中的系数比可得生成1molD时的E的物质的量。
答案：
（1）CO2
（2）Al3++4OH-
AlO2-+2H2O
（3）3CuO+2Al
3Cu+Al2O3
（4）3/4
例9、试样X由氧化亚铁和氧化铜组成。
取质量相等的两份试样按下图所示进行实验：
（1）请写了步骤③中所发生的全部反应的离子方程式。
（2）若全部的溶液Y和全部的粉末Z充分反应后，生成的不溶物W的质量是m，则每份试样X中氧化铜的质量为（用m表示）
分析：
由图示可对照各物质的反应析解为：
W为Cu,质量为mg,它系两份X的CuO所提供，按关系式，设总CuO为xg:
CuO~Cu
8064
xm,x=
每份X中有CuO为
答案：
（1）Cu2++Fe
Cu+Fe2+
2H++Fe
Fe2++H2
（2）5/8m或0.625m
例10、在有机化学工业中常用的一种钠盐是NaBH4，即氢硼化钠。
它不能与水和酸共存。
（1）将其投入水中可生成偏硼酸钠和氢气，写出该反应的化学方程式，反应中的还原剂是，每摩NaBH4反应时电子转移数为mol。
（2）若将NaBH4投入酸溶液中其反应速率与其放入水中相比，应快还是慢，理由是。
（3）NaBH4还用于将含Au3+的碱性废液中回收黄金，其离子方程式为：
请写出配平的离子方程式。
分析：
由NaBH4中各元素的价态观察，
、
，而氢只能是
。
为2个电子绕着仅1个质子运转的结构，
原子的半径会相当大，对电子的束缚能力小，而易失电子为强还原性。
NaBH4与H2O反应时，应发生
与水中的H+结合为H2的反应（
+
H2），生成1molH2时电子转移数仅为1mol。
因反应由水中H+的浓度决定反应速率，所以投入酸中，H+浓度加大，反应会加快。
NaBH4还原金离子时可用原子数守恒与电荷守恒为思路进行配平，因反应在碱性溶液里进行所以在反应物一方要补入OH-离子。
答案：
（1）
（2）快，因
与H2O中的H+反应为反应实质，酸中[H+]比水中大，生成H2的速率要比在水中的快。
（3）
例11、下图每一方框表示有关反应的某一反应物或生成物，有关操作已略去。
又知A为高熔点物质，B为无色气体，D为一种天然出产的矿石的主要成分，可作为颜料。
G在开始刚生成时呈白色。
试回答：
（1）写出化学式：
A，D，G。
（2）写出化学方程式：
C+D的反应。
（3）写出离子方程式：
①A
J：
。
②I+J
K：
。
分析：
由题给有关物质的某些性质等，可判断A为两性氧化物Al2O3，D为赤铁矿中的Fe2O3，由此为突破口与图示关系对照可解：
答案：
（1）A为Al2O3,D为Fe2O3,G为Fe（OH）2
（2）①2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3
（3）①Al2O3+2OH-
2AlO2-+H2O
②
例12、“卤块”的主要成分为MgCl2（含Fe2+、Fe3+、Mn2+等杂质离子）。
若以它为原料，按如下工艺流程图，即可制得“轻质氧化镁。
”如果要求产品尽量不含杂质离子，而且成本较低。
流程中所用试剂或pH值控制可参考下列附表确定。
表1生成氢氧化物沉淀的pH值
物质开始沉淀沉淀完全
Fe（OH）32.73.7
Fe（OH）27.69.6*
Mn（OH）28.39.8
Mg（OH）29.611.1
*）注：
Fe2+氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去。
所以常将它氧化成为Fe3+，生成Fe（OH）3沉淀而去除之。
表2化学试剂价格表
试剂价格（元/吨）
漂液（含NaClO25.2%）450元
H2O2（30%）2400元
NaOH（固98%）2100元
Na2CO3（固99.5%）600元
卤块（MgCl2,30%）310元
请填写出以下空白：
（1）在步骤②加入的试剂X，最佳选择应是，其作用是。
（2）在步骤③加入的试剂Y应是；之所以要控制pH=9.8，其目的是。
（3）在步骤⑤时发生的化学反应方程式是：
。
分析：
本题通过海水综合利用的工艺流程提供解题线索。
为除去Fe2+、Fe3+、Mn2+等离子，从表1可以看出，当加入烧碱控制pH=9.8时即可达到目的，此时Mg2+离子也会因生成部分Mg（OH）2而进入沉淀中，但由于卤块价格低廉，这点不可避免的损失保证了产品的纯度。
为将Fe2+氧化成Fe3+离子，有两种氧化剂可以采用，即漂液和过氧化氢，从表2中的价格可看出，漂液便宜得多，应选用漂液。
从氯化镁制成氧化镁，有两条反应路线：
其一：
烧碱路线：
其二：
纯碱路线：
比较而言：
（1）烧碱比纯碱价格昂贵；
（2）用烧碱生成胶状沉淀Mg（OH）过滤困难，用纯碱则生成粗颗粒状沉淀MgCO3容易过滤；（3）氢氧化镁无法进行轻化处理，灼烧后只能得到重质氧化镁；碳酸镁生成后在水中经一定时间加热，有部分水解形成CO2：
MgCO3+H2O
Mg（OH）2
+CO2
由于生成气体，使沉淀变为疏酸，经灼烧后可得轻质氧化镁，因而首选纯碱，本题联系生产实际从经济效益与产品要求平价原材料的选择，体现了化学学习的价值观，就思维能力进行较为深刻的考查。
【综合练习】
一、
1、选择题（每小题各有1~2个正确选项）
（1）当一小块金属钠暴露在空气中一段时间后，会发生下列反应的是（）
①4Na+O2===2Na2O
②Na2O+H2O===2NaOH
③2NaOH+CO2====Na2CO3+H2O
④Na2CO3+10H2O====Na2CO3·10H2O
⑤Na2CO3·10H2O===Na2CO3+10H2O
A．①②③B．①②③④C．仅①D．全部
（2）既能跟某些金属、非金属反应，又能跟某些金属氧化物、非金属氧化物直接反应的物质是（）
A．H2OB．AgNO3C．Al2O3D．NaOH
（3）用稀H2SO4、NaOH溶液和金属铝为原料制取Al（OH）3，甲、乙、丙三个学生制备途径分别为：
甲：
乙：
丙：
Al（OH）3
若要制得等量的Al（OH）3则（）
A．三者消耗原料相同
B．甲消耗原料最多
C．乙消耗原料最少
D．丙消耗原料最少
（4）氢化钠（NaH）是一种白色的离子晶体，其中钠是+1价，NaH与水反应放出氢气，下列叙述正确的是（）
A．NaH在水中显酸性
B．NaH中氢离子的电子层结构跟氦原子相同
C．NaH中的氢离子被还原成氢气
D．NaH的电子式为Na∶H
（5）平均分子量为7.2的CO和H2组成的混合气体2.1g，与足量的氧气充分燃烧后，立即通入足量的Na2O2固体中，固体的质量增加
A．2.1gB．3.6gC．5.4gD．6.8g
（6）Na、Mg、Al、Fe四种金属的两种组成的混合物12g与足量的盐酸反应产生0.5g氢气，则混合物中必定含有金属是（）
A．NaB．MgC．AlD．Fe
（7）某无色透明溶液能与铝作用放出氢气，且溶液中的离子能大量共存的是（）
A．Na+、
、
、Cl-
B．H+、Ba2+、AlO
、
C．K+、Al3+、HCO
、
D．H+、Na+、Cl-、
（8）镁带在空气中燃烧生成氧化镁和氮化镁，将燃烧后的产物溶解在60mL浓度为0.2mol/L的盐酸溶液中，以20mL0.5mol/L的NaOH溶液中和多余的盐酸，然后在此溶液中加入过量的碱，把氨全部蒸出，用盐酸吸收，稀盐酸增重0.17g，则镁带的质量为（）
A．3.6gB．2.4gC．1.2gD．0.6g
2、填空、简答题
（9）在三个密闭器中分别装有：
（A）NaOH和Na2CO3（B）Na2O2和NH4HCO3
（C）Na2O2和Ca（HCO3）2:
其中每种物质均为1mol,将它们加热至300℃,经充分反应后排出气体。
写出各容器内残留固体物质名称及其物质的量。
A：
B：
C：
。
若分别加入相同浓度足量稀硫酸与残留物完全反应，则消耗硫酸的体积从大到小的顺序为：
。
（10）工业上用海水（含有MgCl2）、消石灰、盐酸为原料制取金属镁的生产步骤有：
（a）熔融电解；（b）加盐酸；（c）加消石灰；（d）过滤；（e）浓缩结晶，正确的生产步骤是（按顺序用符号填写）：
。
（11）A、B、C、D、E、X、Y、Z8种物质之间存在如下关系：
A+Y
；B+H2O
KOH+Y；C+KOH
D+E+H2O；X
E+Y；
X+E+H2SO4
C+Z+H2O其中C、Y是单质，在常温、常压下为气体，Z是硫酸盐，根据上述关系，写出它们的化学式。
A，B，C，
D，E，X，Y，Z.
3、计算题
（12）向含有0.02molAl3+的明矾溶液加入0.1mol/L、Ba（OH）2溶液时，产生沉淀的质量y（g）与Ba（OH）2溶液的体积x（mL）的关系如图所示，求图中v1、v2、m1、m2的值。
二、
1、填空、简答题
（1）Cu+在酸性溶液中不稳定，可发生自身氧化还原反应生成Cu2+和Cu,现有浓H2SO4、浓HNO3、稀H2SO4、稀HNO3，FeCl3稀溶液和pH值试纸，而没有其它试剂。
简述用最简便的方法来检验CuO经H2还原所得到的红色物质中是否含有碱性氧化物Cu2O:
。
（2）把氯化亚铁水溶液的Fe2+氧化成Fe3+而不引进其它金属离子及原溶液中不含的阴离子，所用的三种方法的离子方程式分别为：
①；②；③。
（3）对下列各组物质分别只选用一种试剂就可将组内物质一一鉴别出来，分别将选用的物质写在括号内。
①KCl、AgNO3、KSCN、NaOH、KI（）
②活性炭、FeO、CuO、FeS、MnO2五种黑色粉末（）
③KCl、FeCl2、FeCl2、MgCl2、AlCl3（）
（4）现有CuCl2和FeCl2混合液400mL，经测定其中Cl-的物质的量浓度为amol/L。
投入过量的锌粉bg,充分反应过滤、所得固体残渣洗涤干燥后质量为cg。
①求混合液中Fe2+、Cu2+的物质的量的浓度分别为：
。
②b的数值范围：
。
③C的数值越大，说明混合溶液中氯化铜含量；C的最大值为：
。
（5）某待测液中可能含有Fe2+、Fe3+、Ag+、Al3+、Ba2+、Ca2+、NH4+等离子。
进行了下述实验（所加酸、碱NH3水、Br2水都是过量的）。
根据实验结果：
①判定待测液中有无Ba2+、Ca2+离子，并写出理由。
答：
。
②写出沉淀D的分子式：
。
③写出从溶液D生成沉淀E的反应的离子方程式：
。
（6）某未知液可能由多种常见的离子混合溶解而成，已知其中没有Zn2+，为确定未知液中的离子情况，进行了下图所示的实验：
试回答：
①未知液中肯定存在的离子是。
②未知液中不能完全肯定的离子是。
③判断Fe2+或Fe3+是否存在的依据是。
④写出离子方程式；
（i）生成沉淀D。
（ii）生成沉淀C。
（7）下图中的每一方格表示有关的一种反应物或生成物，其中粗框表示初始反应物（反应时加入或生成的水，以及生成沉淀J时的其它产物均已略去）。
请填写下列空白：
①物质B是，F是，J是。
②反应①的离子方程式是。
（8）从某种物质A的水溶液出发有下图所示的一系列变化。
试回答：
（1）物质的分子式：
A，B，C，D，E，F；
（2）写出E
F的离子方程式；
（3）鉴定物质F的方法。
2、计算题
（9）为了测定某铜银合金的成份，将30.0g合金溶于80mL13.5mol/L的浓HNO3中，待合金完全溶解后，收集到气体6.72L（标准状况）并测得溶液的pH=0。
假设反应后溶液的体积仍为80mL，试计算：
（1）被还原的HNO3的物质的量。
（2）合金中银的质量分数是多少？
习题参考答案
一、
1、
（1）D
（2）AD（3）BD（4）B
（5）A（6）D（7）AD（8）C
2、
（9）（A）烧碱、碳酸钠各1mol;
（B）碳酸钠1mol;
（C）碳酸钙、碳酸钠各1mol；C、A、B。
（10）c、d、b、e、a。
（11）A、KB、K2O2C、Cl2D、KClO
E、KclX、KClO3Y、O2Z、K2SO4
3、
（12）解：
明矾KAl（SO4）2·12H2O
则nA13+=0.02molnso42-为0.02×2=0.04mol
图示V1为Al3+
Al（OH）3同时生成0.03molBaSO4
V2为Al（OH）3
AlO2-又生成0.01molBaSO4
m1=78g·mol-1×0.02mol+233g·mol-1×0.03mol=8.55g
m2=233g·mol-1×0.04mol=9.32g
由Al3++3OH-=Al（OH）3可知：
V1=
（Ba（OH）2二元碱）
V2=
答：
m1=8.55gm2=9.32g
V1=300mLV2=400mL
二、
1、
（1）取少量的红色产物放入稀硫酸中振荡，若溶液变为蓝色说明产物中有Cu2O,若溶液呈无色，说明无Cu2O.
（2）①2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl-
②4Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O
③2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O
（3）①FeCl2②浓盐酸③NaOH
（4）①
②
③增大；
（5）①含有Ba2+、Ca2+中的一种或两种，因为BaSO4难溶于水，CaSO4微溶于水。
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