高中化学专题二金属及其化合物.docx
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高中化学专题二金属及其化合物
金属元素及其化合物
考点分析
江苏省启东中学盛焕华
文章来源：
2008年下半年度《试题与研究》
[考点导航]
1、金属元素在周期表中位置和原子结构
（1）金属元素在周期表中的位置：
金属元素共计85种，分布在阶梯线的左下方，除零族、卤族以外，各主族、副族、第Ⅷ族均含有金属元素，过渡元素全部由金属元素构成。
（2）金属原子结构：
金属原子最外层电子数大多少于4个，但有六种元素的原子最外层电子数等于或大于4个（IVA中的Ge、Sn、Pb原子最外层为4个电子；VA中的Sb、Bi原子最外层为5个电子；ⅥA中的Po原子最外层为6个电子），金属原子由于最外层电子数少且原子半径大，因此容易失去电子。
（3）金属单质晶体结构：
金属阳离子和自由电子,能通过金属键的强烈作用形成金属晶体（Hg除外）。
2、金属的通性
金属的化学性质主要表现为易失去电子，显示还原性，这与它们的原子结构有关。
常见金属的主要化学性质列于下表：
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强碱反应
金属冶炼
电解法
热还原法
加热法
3、金属之“最”
（1）生活、生产中使用最广的金属是铁，但一般不使用纯铁，而使用铁的合金，如熟铁（含碳0.03％以下）、生铁（含碳2％以上）、钢（含碳在0.03％至2％）；
（2）地壳中含量最多的金属元素是铝；
（3）最活泼金属是铯（光电管中以Rb、Cs制电极）；
（4）最硬的金属元素是铬（规定金刚石的硬度为10）；
（5）熔点最高的金属是钨，熔点为3413℃；
（6）熔点最低的金属是汞（又称水银），熔点为－39℃；
（7）延展性最好的金属是金；
（8）最稳定的金属是金；
（9）导电导热性最好的金属是银；
（10）金属中杀菌冠军是银（银器）。
[高考趋势]
近几年高考中金属元素的单质及其化合物知识在高考题中出现的几率较高。
金属元素性质往往与氧化还原、电解质溶液、电化学、化学平衡、物质结构和元素周期律等化学理论知识相结合，并与非金属元素的知识结合在一起综合考查。
考试的内容充分体现了从知识型向能力型、从暴露型向潜隐型、从主观型向客观型转化的命题趋势，比较全面地测试了学生的化学学科综合应用能力。
[复习策略]
1．重点掌握金属元素的单质、氧化物、碱和盐等有关知识；
2．注意金属及其化合物性质上的相似性、递变性和特殊性，如周期表的周期律和对角线规则；
3．元素化合物知识网络化、专题化；元素化合物的知识在中学化学教材中占有较重的比例,内容繁多琐碎,要尽可能以最佳的方法或方式来总结成网络图,主线明确、脉络清晰，以提高复习效率。
4.熟知考点、熟悉考题，了解高考评分标准。
考点Ⅰ主族金属
[考点分析]
主族金属代表钠、镁、铝及其化合物的性质是高考考查的核心主干内容。
其知识重点是：
①钠、镁、铝与水及酸、碱、盐溶液反应的原理和现象。
②Na2O2、Mg与H2O、CO2反应的原理，学会从电子转移角度来分析，注意差量法在化学计算中的应用。
③NaOH为中学阶段最常用的碱性试剂，常跟酸、酸性氧化物、酸式盐反应，跟两性单质、两性氧化物、两性氢氧化物的反应，跟盐的反应和在有机反应（卤代烃、酯类的水解）中的应用。
④Na2CO3和NaHCO3在与酸反应时的原理、快慢及消耗酸的量（或生成CO2的量）的大小比较。
特别是Na2CO3溶液与盐酸反应时，混合顺序不同，反应原理也不同，结合实验及计算复习。
⑤Al2O3、Al（OH）3的两性，曲线图和计算，注意NaHCO3等既能与酸反应又能与碱反应物质的不同。
⑥A13+及AlO2－的水解原理的应用等。
高考题除在选择题中对这些知识直接考查外，还利用这些知识结合其他元素及化合物知识为载体，编制推断题、简答题和计算题进行全面复习。
[知识网络]
1、网络结构图：
电解水溶液
①O2点燃
②CO2点燃
△
2.重要物质和物质转化提示：
（1）Na2O2:
电子式、氧化性、漂白性、与CO2（H2O）反应增重；
（2）明矾：
化学式、水解、分解、净水原理；
（3）知识“三角”关系：
Mg（OH）2
Na2O2
NaAlO2
钠三角镁三角铝三角
[考题剖析]
1．双基考题
考查钠、镁、铝主族金属及其化合物如Na2O2、Al2O3、Al（OH）3、NaAlO2、明矾等重要化合物的性质。
[例题1]相同质量的下列物质分别与等浓度的NaOH溶液反应，至体系中均无固体物质，消耗碱量最少的是（）
A．AlB．Al（OH）3C．AlCl3D．Al2O3
[解析]根据题设要求所发生的反应及Na原子守恒，有：
n（NaOH）=n（Na＋），Al→NaAlO2～NaOH，Al（OH）3→NaAlO2～NaOH，AlCl3→（NaAlO2＋3NaCl）～4NaOH，Al2O3→2NaAlO2～2NaOH。
：
设4种的固体的质量均为m，则消耗碱的物质的量分别为m/27mol，m/78mol，（m/133.5）×4mol=m/33.375mol，（m/102）×2mol=m/51mol，可知选项B正确。
[答案]B。
2．理论+应用考题
考查Al（OH）3电离、Al3+水解平衡，明矾水净化原理的了解，电化学原理的应用；金属参与的无机反应原理与定量关系。
[例题2]研究反应物的化学计量数与产物之间的关系时，使用类似数轴的方法可以收到的直观形象的效果。
下列表达不正确的是（）
A．密闭容器中CuO和C高温反应的气体产物：
B．Fe在Cl2中的燃烧产物：
C．AlCl3溶液中滴加NaOH后铝的存在形式：
D．氨水与SO2反应后溶液中的铵盐：
[解析]高温下CuO与C存在以下反应：
CuO＋C
Cu＋CO↑、2CuO＋C
2Cu＋CO2↑，A正确。
铁在氯气中，由于是固体和气体反应，只能生成氯化铁，即使铁过量也不可能生成FeCl2，B不正确。
氯化铝溶液中加入氢氧化钠溶液发生的反应有Al3＋＋3OH－=Al（OH）3↓、Al3＋＋4OH－=AlO2－＋2H2O，C正确。
氨水与SO2反应为NH3·H2O＋SO2=NH4HSO3、2NH3·H2O＋SO2=（NH4）2SO3＋H2O，D正确。
[答案]B。
[例题3]铝、铍（Be）及其化合物具有相似的化学性质，如其氯化物分子内键型相同，故其氯化物晶体的熔点都较低。
已知反应：
BeCl2+Na2BeO2+2H2O＝2NaCl+2Be（OH）2↓能完全进行，则下列推断正确的是（）
A．Na2BeO2溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物为BeO
B．BeCl2溶液的pH<7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物可能是BeO
C．Be（OH）2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液
D．BeCl2水溶液的导电性强，故BeCl2是离子化合物
[解析]Al、Be在周期表中处于对角线位置，某些性质相似如Be的氧化物、氢氧化物呈两性，从信息看印证了这点。
A中残留物应为Na2BeO2；D中BeCl2水溶液的导电性强也可能是强极性的共价化合物，事实上BeCl2类似AlCl3是共价化合物。
[答案]BC。
3．框图考题
考查钠、镁、铝主族金属及其化合物的相互转化关系的掌握及无机物与有机知识的结合。
对相关“题眼”记忆，考查假设推理能力。
相关“题眼”：
①物理性质及用途：
银白色的常见金属Na、Mg、Al,淡黄色的Na2O2，白色胶状沉淀Al（OH）3（还有H4SiO4）；
②特征反应：
两性Al2O3、Al（OH）3的反应，铝的钝化；
③反应条件：
电解氧化铝、氯化镁、氯化钠制单质；
④重要反应：
Al+HCl（NaOH/H2O、Fe2O3）、Na2O2+H2O（CO2、SO2）、Mg+（N2、CO2、CH3CH2OH、NH4Cl）。
[例题4]根据下列框图回答问题（答题时，方程式中的M、E用所对应的元素符号表示）：
（1）写出M溶于稀H2SO4和H2O2混合液的化学方程式：
__________________________________。
（2）某同学取X的溶液，酸化后加入KI、淀粉溶液，变为蓝色。
写出与上述变化过程相关的离子方程式：
_______________________________、______________________________。
（3）写出Cl2将Z氧化为K2EO4的化学方程式：
________________________________。
（4）由E制备的E（C5H5）2的结构如图，其中氢原子的化学环境完全相同。
但早期人们却错误地认为它的结构为：
。
核磁共振法能够区分这两种结构。
在核磁共振氢谱中，正确的结构有______种峰，错误的结构有______种峰。
[解析]
（1）由特征颜色“红色”金属和“蓝色”溶液可知金属M为铜，由Y与KSCN反应生成“红色”溶液，可知Y中含有Fe3＋，得金属E为铁，铁与硫酸铜溶液反应生成X（FeSO4）和铜，在酸性条件下FeSO4被H2O2氧化生成Fe2（SO4）3（Y），Fe2（SO4）3与KOH反应生成Fe（OH）3（Z），在碱性条件下被氯气氧化生成K2FeO4（高铁酸钾）。
（2）KI淀粉溶液变蓝色，说明I－被氧化生成I2，X为FeSO4溶液，Fe2＋无法氧化I－，因此考虑到Fe2＋在酸性条件下先被空气氧化成Fe3＋，生成的Fe3＋再氧化I－得I2。
此问失误率较高。
（3）K2FeO4中铁为＋6价，说明碱性条件下氯气能将＋3价铁氧化，则本身被还原成Cl－，由得失电子守恒可得化学方程式。
（4）正确结构中氢原子化学环境相同，只有1种氢；早期结构分子呈镜面对称：
，图中①、②和③位的C原子空间位置不同，所以分子中存在3种不同的氢，因此在核磁共振氢谱中应存在3种峰。
[答案]
（1）Cu＋H2O2＋H2SO4=CuSO4＋2H2O。
（2）4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O；2Fe3＋＋2I—=2Fe2＋＋I2。
（3）10KOH＋3Cl2＋2Fe（OH）3=2K2FeO4＋6KCl＋8H2O。
（4）1；3。
4.实验考题
①考查锂和钠的保存、NaOH溶液的配制、钠钾镁铝离子检验等基础实验
②考查书本实验如钠与水反应，碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应的改编题，精制食盐、精制氧化铝实验线路设计与评价。
[例题5]某化学兴趣小组按照下列方案进行“由含铁、废铝制备硫酸铝晶体”的实验：
步骤1：
取一定量含铁废铝，加足量的NaOH溶液，反应完全后过滤。
步骤2：
边搅拌边向滤液中滴加稀硫酸至溶液的pH＝8～9，静置、过滤、洗涤。
步骤3：
将步骤2中得到的固体溶于足量的稀硫酸。
步骤4：
将得到的溶液蒸发浓缩、冷却、结晶、过滤、干燥。
请回答以下问题：
⑴上述实验中的过滤操作需要玻璃棒、______________、______________等玻璃仪器。
⑵步骤1过滤的目的是__________________________________________。
⑶当步骤2中的溶液pH=8～9时，检验沉淀是否完全的方法是______________。
⑷步骤2中溶液的pH控制较难操作，可改用____________________。
[解析]由含铁、废铝制备硫酸铝晶体，首先将含铁废铝，加入足量的NaOH溶液中，以溶解铝，使铝转变成NaAlO2溶液而进入溶液；过滤后，最好通入足量的CO2气体，使NaAlO2全部转变成Al（OH）3沉淀；沉淀经洗涤后，再溶于足量的稀硫酸得到硫酸铝溶液；将得到的溶液蒸发浓缩、冷却、结晶、过滤、干燥即得到硫酸铝晶体，由于硫酸是不挥发性酸，故本题硫酸铝溶液在蒸发时不必考虑Al3+水解。
[答案]
（1）烧杯漏斗
（2）除去铁等不溶于碱的杂质
（3）取上层清液，逐滴加入稀硫酸，若变浑浊，则说明沉淀不完全，若不变浑浊，则说明沉淀完全（4）通入足量的CO2气体
[例题6]明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料，明矾石的组成和明矾相似，此外还含有氧化铝和少量氧化铁杂质。
具体实验步骤如下图所示：
根据上述图示，完成下列填空：
（1）明矾石焙烧后用稀氨水浸出。
配制500mL稀氨水（每升含有39.20g氨）需要取浓氨水（每升含有251.28g氨）______mL，用规格为______mL量筒量取。
（2）氨水浸出后得到固液混合体系，过滤，滤液中除K＋、SO42－外，还有大量的NH4＋。
检验NH4＋的方法是_______________
____________________________________________。
（3）写出沉淀物中所有物质的化学式_____________________。
（4）滤液I的成分是水和______________________。
（5）为测定混合肥料K2SO4、（NH4）2SO4中钾元素的含量，完善下列步骤：
①称取钾氮肥试样并溶于水，加入足量____________溶液，产生白色沉淀。
②_____________、______________、______________（依次填写实验操作名称）。
③冷却、称重。
（6）若试样为mg，沉淀的物质的量为nmol，则试样中K2SO4的物质的量为____________mol（用含m、n的代数式表示）。
[解析]
（1）根据稀释前后溶质的质量不变得0.5L×39.20g/L＝V×251.28g/L，V＝0.078L＝78mL。
为了减少误差，最好选用比氨水的实际体积稍大一点的量筒即可。
（3）氨水浸取的过程发生反应Al3＋＋3NH3·H2O=Al（OH）3↓＋3NH4＋，根据题意明矾石中含有Al2O3、Fe2O3，这二种氧化物在氨水中均不溶解，所以沉淀物为Al（OH）3和Al2O3、Fe2O3。
（4）由于明矾石的组成与明矾相似，所以滤液应含有K2SO4和反应后生成的（NH4）2SO4。
（5）混合肥料中含有K2SO4和（NH4）2SO4，要产生白色沉淀，加入的溶液宜为BaCl2或Ba（NO3）2溶液，后续操作应为对沉淀的处理。
（6）根据题意，依质量守恒有：
174n（K2SO4）＋132n[（NH4）2SO4]=mg①
再由SO42－守恒得：
n（K2SO4）＋n[（NH4）2SO4]=nmol②
解得n（K2SO4）＝
mol。
[答案]
（1）78；100。
（2）取滤液少许，加入NaOH溶液，加热，生成的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
（3）Al（OH）3、Al2O3、Fe2O3。
（4）K2SO4；（NH4）2SO4。
（5）①BaCl2；②过滤；洗涤；干燥。
（6）
mol。
5．探究考题
①考查新方法等信息处理能力；
①考查如多铝化合物和新反应、新物质、新科技等信息处理能力；
②考查如影响电化学放电顺序条件因素、“反常”现象解释等可能性、可行性的研究能力。
[例题7]金属镁在工农业生产以及人们日常生活中有着十分广泛的用途。
某化学兴趣小组的同学们决定对镁及其化合物的性质比较展开探究活动，探究过程中发现了一些“异常”。
（1）镁条在空气中点燃，发出耀眼的白光，白色生成物迅速脱落；在对比实验中用铝箔在酒精灯上加热，铝箔不能燃烧，铝箔卷缩悬垂却不脱落。
将进一步研究的现象已填入下表：
盐酸溶液
氢氧化钠溶液
镁燃烧的白色生成物
溶解
不溶解
铝燃烧的“卷缩”生成物
溶解、气体
溶解、气体
请说出燃烧两种现象的可能原因；
（2）镁条投入5mL0.2mol/LCuSO4溶液中，其表面立即有气泡产生，周围有红色固体出现；片刻后底部又有大量蓝色沉淀生成；待较长时间后，若镁条过量，蓝色固体消失，有白色沉淀生成，气泡继续产生，而红色质量没有明显增加。
写出反应中的主要离子反应方程式：
（3）常温下，在经过砂纸打磨的镁片上取两片质量相等、表面积相同的镁片，分别加入到盛有体积相同、c（H+）相同的稀硫酸和稀盐酸溶液的两支试管（相同体积）中，发现镁片在稀盐酸中产生氢气的速率比在稀硫酸中快。
①写出以上反应的离子方程式
②你认为出现以上现象的可能原因是：
假设a
假设b
③请设计实验对以上的假设进行验证：
④如果上述假设都成立，要使以上稀硫酸与镁反应产生的氢气速率加快，可以采取的措施有：
编号
措施
1
2
3
4
[解析]
（1）根据进一步研究的现象，Mg燃烧产物中只有MgO,Al燃烧产物中还剩余Al,即可能是氧化铝包裹液态铝。
（2）解释各自现象：
气泡是氢气，红色固体是铜，蓝色沉淀是Cu（OH）2，白色沉淀是Mg（OH）2。
镁置换得到铜；CuSO4溶液由于水解溶液呈酸性、平衡移动产生Cu（OH）2；沉淀转化得到Mg（OH）2。
（3）影响本反应速率的因素：
本性、温度、浓度、催化剂。
本实验中的其它因素都已排除，只有不参加反应的Cl－、SO42－可能有影响。
[答案]
（1）铝熔点低先熔化，氧化铝熔点高未熔化而成膜状包裹着液态铝
（2）Mg+Cu2+=Mg2++Cu2Cu2++H2O
Cu（OH）2+2H+Mg+2H+=Mg2++H2↑Cu（OH）2+Mg2+=Mg（OH）2+Cu2+
（3）①2A1+6H+=2A13++3H2↑
②假设aC1-对反应有催化作用，加快了反应速度
假设bSO42-对反应有障碍作用，降低了反应速度
③a取体积相同、c（H+）相同的稀硫酸溶液于两支试管中，向其中一支中加少量氯化钠固体，然后同时投入两片质量相等、表面积相同的铝片，收集相同时间段内氢气，比较其体积的多少。
b取体积相同、c（H+）相同的稀硫酸溶液于两支试管中，向其中一支中加少量氯化钠固体，然后同时投入两片质量相等、表面积相同的铝片，收集相同时间段内氢气，比较其体积的多少。
编号
措施
1
在稀硫酸中加少量氯化钠固体
2
在稀硫酸中加少量硫酸铜固体
3
适度增大稀硫酸的浓度
4
适度升高稀硫酸的温度
④
6．计算考题
①考查金属与酸反应、沉淀图像等基础计算；
②考查实验室配制NaOH，工业制备Al2O3的相关计算；
③考查离子配比守恒、元素质量守恒的相关计算。
[例题8]小苏打、胃舒平、达喜都是常用的中和胃酸的药物。
（1）小苏打片每片含0.50gNaHCO3，2片小苏打片和胃酸完全中和，被中和的氢离子是______mol。
（2）胃舒平每片含0.245gAl（OH）3。
中和胃酸时6片小苏打片相当于胃舒平______片。
（3）达喜的化学成分是铝和镁的碱式盐。
①取该碱式盐3.01g，加入2.0mol·L－1盐酸使其溶解，当加入盐酸42.5mL时开始产生CO2，加入盐酸至45.0mL时正好反应完全，计算该碱式盐样品中氢氧根与碳酸根的物质的量之比。
②在上述碱式盐溶于盐酸后的溶液中加入过量氢氧化钠，过滤，沉淀物进行干燥后重1.74g，若该碱式盐中氢元素的质量分数为0.040，试推测该碱式盐的化学式。
[解析]
（1）2片小苏打中，n（NaHCO3）=
=0.012mol，由HCO3－＋H＋=CO2↑＋H2O可知：
n（H＋）=0.012mol。
（2）由HCO3－＋H＋=CO2↑＋H2O、Al（OH）3＋3H＋=Al3＋＋3H2O得关系式：
3HCO3－～3H＋～Al（OH）3
=
解得x=3.8片
（3）①碱式盐中含有OH－和CO32－，加入HCl后，发生反应的先后顺序为：
H＋＋OH－=H2O，CO32－＋H＋=HCO3－，
HCO3－＋H＋=CO2↑＋H2O，
n（CO32－）=n（HCl）2－n（HCl）1=2.0mol·L－1×（0.045mL－0.0425mL）＝0.0050mol，n（OH－）=n（HCl）1－n（CO32－）=
2.0mol·L－1×0.0425L－0.0050mol=0.080mol，n（OH－）∶n（CO32－）＝0.080mol：
0.0050mol=16∶1。
②能与过量的NaOH溶液反应产生沉淀的只有Mg2＋，所以n[Mg（OH）2]＝
=0.030mol。
根据电荷守恒：
2n（Mg2＋）＋3n（Al3＋）=n（OH－）＋2n（CO32－），
即：
2×0.030mol＋3n（Al3＋）=0.080mol＋2×0.005mol
解得：
n（Al3＋）=0.010mol。
所以n（Al3＋）∶n（Mg2＋）∶n（OH－）∶n（CO32－）＝0.010mol∶0.030mol∶0.080mol∶0.0050mol＝2∶6∶16∶1，
得碱式盐的化学式：
Al2Mg6（OH）16CO3。
验证：
w（H）=16/530=0.030＜0.040，说明盐中还含有结晶水。
设为Al2Mg6（OH）16CO3·yH2O，
有：
=0.040，解得y=4.0。
故其化学式为Al2Mg6（OH）16CO3·4H2O。
[答案]
（1）0.012mol。
（2）3.8。
（3）①n（OH－）∶n（CO32－）＝16∶1。
②Al2Mg6（OH）16CO3·4H2O。
考点Ⅱ铁、铜及其化合物
[考点分析]
铁、铜、银等过渡元素在高考试题中出现的几率极高，高考命题的方向主要集中在：
铁三角，Fe3+和A13+及AlO2－的水解相互促进反应，Mg、Al、Fe与酸的反应，Fe3+、Fe2+的复分解，Fe3+的显色反应，铁的这些知识与铜、银及其他元素化合物相结合，联系化学理论知识，在推断、计算、离子共存、实验、金属腐蚀等试题应用。
此类题目的能力要求较高，涉及的知识点的考查并不复杂，但综合在一起则需要一定的综合能力，符合高考命题的发展趋势，预计此类试题在今后的高考中将继续保留，并有可能在设问方式、内容背景等方面有所创新。
[知识网络]
1、网络结构图：
KSCN
RCHO
水浴加热
HCl
2.重要物质和物质转化提示
（1）FeCl3：
水解、氧化、显色
Fe3+
（2）Fe3O4:
化合价、还原性、氧化性、制备
（3）知识“三角”——“铁三角”：
[考题分析]
1．双基考题
①考查合金概念，金属冶炼方法的了解
②考查铁、铜单质过渡金属及其化合物如氯化铁、氧化铜、氢氧化铜、银氨溶液、绿矾、胆钒等重要化合物的性质
[例题1]下列反应，其产物的颜色按红、红褐、淡黄、蓝色顺序排列的是
①金属钠在纯氧中燃烧
②FeSO4溶液中滴入NaOH溶液，并在空气
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