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专题金属及其化合物
专题：
金属及其化合物
重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。
制备流程如图所示：
[串知设计]
（1）①在铬铁矿（FeO·Cr2O3）中，铁元素的化合价为________，其氧化物为FeO，此氧化物对应的水化物为Fe（OH）2；
②Fe（OH）2不稳定，在水溶液中极易被氧化，其化学方程式为
________________________________________________________________________，
观察到的现象是
________________________________________________________________________，
故制备Fe（OH）2时要在隔绝氧气的条件下进行；
③在常见化合物中，铁元素的最高价为＋3价，其氧化物为Fe2O3、氯化物为FeCl3，如何检验某溶液中是否含有Fe3＋？
_______________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）①步骤Ⅰ的主要反应为FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3
Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2，参与反应的Na2CO3和NaNO3，分别为钠的碳酸盐和硝酸盐，均易溶于水；其钠原子结构示意图为________，最外层有一个电子，易失去一个电子而形成Na＋；
②钠单质为活泼金属，常温下Na与氧气反应生成____，而在加热条件下生成
__________，Na与水反应的离子方程式为__________________________________；
Na2O2与水、CO2反应的化学方程式分别为__________________________________、
________________________________________________________________________。
（3）①题中提到的铬铁矿中含有铝等杂质，Al单质既可以与盐酸反应，又可以与NaOH溶液反应，其方程式分别为___________________________________________________；
②工业上用电解熔融Al2O3制备单质铝，其方程式为
________________________________________________________________________；
③为什么实验室制备Al（OH）3一般用可溶性铝盐与氨水反应而不用可溶性铝盐与NaOH溶液反应？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）在流程图中多种物质含有钠元素和钾元素；钠、钾两种元素均属于ⅠA族的碱金属元素，其金属性强弱顺序为________；钠元素的焰色反应呈________；而钾元素的焰色反应呈________________________________________________________________________。
答案：
（1）①＋2 ②4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3 白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变成红褐色 ③取少量被检液于试管中，滴加KSCN溶液，溶液变红色，则证明含有Fe3＋；否则不含有Fe3＋
（2）① ②Na2O Na2O2 2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑ 2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑ 2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
（3）①2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ ②2Al2O3
4Al＋3O2↑ ③因为生成的Al（OH）3与过量的氨水不反应，而与过量NaOH溶液反应
（4）钾＞钠 黄色 紫色（观察时需透过蓝色的钴玻璃片）
[保分题目·综合练]
1．手工制作工艺在我国有着悠久的历史，是中华民族文化艺术的瑰宝。
下列手工艺品用金属材料制成的是（ ）
A.北京糖人
B.山东面塑
C.芜湖铁画
D.东阳木雕
解析：
选C 北京糖人是糖类物质，不含金属材料，故A错误；山东面塑是面粉制作，面粉主要为淀粉，不含金属材料，故B错误；芜湖铁画是含金属铁的合金，为金属材料，故C正确；东阳木雕是木材属于纤维，不含金属材料，故D错误。
2．下列说法不正确的是（ ）
A．铝罐车可以贮运浓硫酸
B．氧化铝可作耐火材料
C．氢氧化铝可作治疗胃酸过多的药物
D．明矾可用于自来水的消毒
解析：
选D 常温下铝遇到浓硫酸钝化，故可以用铝罐车贮运浓硫酸，A项正确；Al2O3的熔点高，可作耐火材料，B项正确；Al（OH）3能中和胃酸，可作治疗胃酸过多的药物，C项正确；明矾用作净水剂，而不能用作消毒剂，D项错误。
3．下列应用不符合金属冶炼原理的是（ ）
A．焊接钢轨：
Fe2O3＋2Al
2Fe＋Al2O3
B．工业制铝：
2Al2O3＋3C
4Al＋3CO2↑
C．湿法炼铜：
CuSO4＋Fe===Cu＋FeSO4
D．从海水中制镁：
MgCl2（熔融）
Mg＋Cl2↑
解析：
选B 利用铝热反应，可以焊接钢轨，A项符合金属冶炼原理；铝为活泼金属，工业制铝采用的是电解熔融氧化铝，B项不符合金属冶炼原理；Cu的活动性比Fe弱，可以利用Fe从CuSO4溶液中置换出Cu，C项符合金属冶炼原理；从海水中得到氯化镁，电解熔融氯化镁可以制得镁，D项符合金属冶炼原理。
4．下列有关物质性质的说法正确的是（ ）
A．铝与Fe2O3发生铝热反应后固体质量增加
B．Na、Al、Cu可以分别用电解冶炼法、热还原法和热分解法得到
C．过量的铜与浓硝酸反应可生成NO
D．由于铝元素和铁元素都有＋3价，由2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑可得：
2Fe＋6HCl===2FeCl3＋3H2↑
解析：
选C Fe2O3与Al粉混合物发生铝热反应，化学方程式为2Al＋Fe2O3
2Fe＋Al2O3，反应后固体质量不变，故A错误；金属的活泼性不同，冶炼方法不同，钠、铝为活泼金属，可用电解法冶炼，铜不活泼，可用热还原法冶炼，故B错误；铜与浓硝酸反应可生成NO2，当硝酸浓度降低时，铜继续和稀硝酸反应，可生成NO，故C正确；盐酸为非强氧化性酸，铁与盐酸发生的反应为Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，故D错误。
5．除去下列物质中所含的杂质，选用的试剂正确的是（ ）
选项
物质（杂质）
试剂
A
Al2O3（SiO2）
NaOH溶液
B
FeCl2溶液（FeCl3）
Fe粉
C
CO2（SO2）
Na2CO3溶液
D
NaHCO3溶液（Na2CO3）
Ca（OH）2溶液
解析：
选B Al2O3、SiO2均能溶于NaOH溶液，A项错误；铁粉与FeCl3发生反应：
Fe＋2FeCl3===3FeCl2，可以除去FeCl2溶液中的FeCl3，B项正确；CO2、SO2均能与Na2CO3溶液反应，除去CO2中的SO2应选择饱和NaHCO3溶液，C项错误；NaHCO3、Na2CO3均能与Ca（OH）2溶液反应，除去NaHCO3溶液中的Na2CO3，可通入过量CO2将Na2CO3转化为NaHCO3，D项错误。
6．分析推理是化学学习的方法之一。
下列实验推理中，正确的是（ ）
A．银和汞均为不活泼金属，所以银和汞可以用热分解的方法冶炼
B．钠比铜活泼，所以钠可以从硫酸铜溶液中置换出铜
C．工业上电解熔融氯化镁可制得金属镁，所以工业上电解熔融氯化铝可制得金属铝
D．镁比铝活泼，所以镁也能与NaOH溶液反应产生氢气
解析：
选A 钠比铜活泼，但将钠放入硫酸铜溶液中钠与水反应，不能从硫酸铜溶液中置换出铜，B项错误；工业上电解熔融氯化镁可制得金属镁，但熔融氯化铝不导电，所以不能用电解熔融氯化铝的方法来制取金属铝，C项错误；铝片能够与NaOH溶液反应，而镁与NaOH溶液不反应，D项错误。
7．下列各组物质中，X是主体物质，Y是少量杂质，Z是为除去杂质所要加入的试剂，其中所加试剂正确的一组是（ ）
选项
A
B
C
D
X
FeCl2溶液
FeCl3溶液
Fe
Na2SO4溶液
Y
FeCl3
CuCl2
Al
Na2CO3
Z
Cl2
Fe
NaOH溶液
HCl溶液
解析：
选C A项，2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，除去了主体物质；B项，2FeCl3＋Fe===3FeCl2，CuCl2＋Fe===Cu＋FeCl2，主体物质和杂质均被消耗；C项，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，Fe不与NaOH溶液反应，NaAlO2易溶，过滤即可；D项，Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O，又引入了新的杂质NaCl。
8．下列物质转化在给定条件下能实现的是（ ）
①Al2O3
NaAlO2（aq）
Al（OH）3
②S
SO3
H2SO4
③饱和NaCl（aq）
NaHCO3
Na2CO3
④Fe2O3
FeCl3
无水FeCl3
⑤MgCl2（aq）
Mg（OH）2
MgO
A．①③⑤ B．②③④
C．②④⑤D．①④⑤
解析：
选A Al2O3与NaOH溶液反应生成NaAlO2，向NaAlO2溶液中通入CO2，发生反应：
2NaAlO2＋CO2＋3H2O===2Al（OH）3↓＋Na2CO3，故①正确；S燃烧生成SO2，不能生成SO3，故②错误；在饱和NaCl溶液中通入NH3，形成饱和氨盐水，再向其中通入CO2，生成溶解度较小的NaHCO3，NaHCO3受热分解生成Na2CO3，故③正确；FeCl3易水解，直接加热不能得到无水FeCl3，故④错误；MgCl2与石灰乳反应转化为更难溶的Mg（OH）2，Mg（OH）2不稳定，煅烧分解生成MgO，故⑤正确。
9.
将等物质的量的金属Na、Mg、Al分别与100mL2mol·L－1的盐酸反应，实验测得生成气体的体积V（已折合为标准状况）与反应时间t的关系如图所示，则下列说法错误的是（ ）
A．x＝2.24
B．钠的物质的量为0.2mol
C．反应时，Na、Mg、Al均过量
D．曲线b为Mg与盐酸反应的图像
解析：
选C 由图像可以看出，生成气体的体积相等，则盐酸完全反应，x＝2.24，A正确；根据生成的H2为2.24L，可知Na失去0.2mol电子，则钠的物质的量为0.2mol，B正确；如果钠过量，则钠会与水反应，生成的气体体积一定大于2.24L，C错误；根据反应速率可知曲线a、b、c依次是Na、Mg、Al与盐酸反应的图像，D正确。
10.
已知Ba（AlO2）2可溶于水。
如图表示的是向Al2（SO4）3溶液中逐滴加入Ba（OH）2溶液时，生成沉淀的物质的量y与加入Ba（OH）2的物质的量x的关系，则有关叙述不正确的是（ ）
A．O～b段沉淀的物质的量：
Al（OH）3始终比BaSO4少
B．c～d段溶液中离子的物质的量：
AlO
比Ba2＋大
C．a～d段沉淀的物质的量：
BaSO4可能小于Al（OH）3
D．d～e段溶液中离子的物质的量：
Ba2＋可能等于OH－
解析：
选C 采用定量分析法，假设有1molAl2（SO4）3，则溶液中含有2molAl3＋、3molSO
，向溶液中逐滴加入Ba（OH）2溶液时发生的反应为Al3＋＋3OH－===Al（OH）3↓、SO
＋Ba2＋===BaSO4↓。
当2molAl3＋完全沉淀时，消耗Ba（OH）23mol，此时3molSO
完全反应，生成2molAl（OH）3和3molBaSO4沉淀，共5mol，再加入Ba（OH）2溶液时发生反应：
Al（OH）3＋OH－===AlO
＋2H2O，沉淀的量将逐渐减少，因此在整个反应过程中BaSO4的物质的量始终大于Al（OH）3的物质的量，A正确，C错误；b点沉淀量达到最大，b～d段Al（OH）3沉淀逐渐溶解转化为Ba（AlO2）2，由于AlO
的水解是微弱的，故在b～d段AlO
的物质的量大于Ba2＋，B正确；d点时Al（OH）3沉淀恰好完全溶解，此时溶液中只存在Ba（AlO2）2，继续加入Ba（OH）2，当d～e段加入的Ba（OH）2的物质的量等于Ba（AlO2）2的物质的量时，溶液中Ba2＋与OH－的物质的量相等，D正确。
11．实验室以一种工业废渣（主要成分为MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Cu的氧化物）为原料制备MgCO3·3H2O。
实验过程如下：
（1）酸溶过程中，Mg2SiO4发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）加入H2O2的作用为_________________________________________________。
（3）下列关于分液漏斗及其使用方法的叙述，正确的是________。
A．使用前要先检查玻璃塞和旋塞处是否漏液
B．将加入有机萃取剂后的混合液转移到分液漏斗中，塞上玻璃塞，用右手压住分液漏斗玻璃塞，左手握住旋塞，倒转漏斗，用力振荡，并不时旋开旋塞放气
C．分液时，必须塞紧上口玻璃塞以防止有机萃取剂挥发
D．本实验中，含Fe3＋的有机相一定从下口放出，水层从上口倒出
解析：
（1）Mg2SiO4与H2SO4反应生成MgSO4、H2SiO3和H2O（或MgSO4和H4SiO4）。
（2）加入H2O2的目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋。
（3）分液漏斗在使用前，需要检查旋塞和上口玻璃塞处是否漏水，A项正确；B项正确；分液时，需打开上口玻璃塞或使塞上的凹槽（或小孔）对准漏斗口上的小孔，使漏斗内外空气相通，C项错误；由于未给出有机萃取剂的密度，故无法确定含Fe3＋的有机相位于上层还是下层，D项错误。
答案：
（1）Mg2SiO4＋2H2SO4===2MgSO4＋H4SiO4或Mg2SiO4＋2H2SO4===2MgSO4＋H2SiO3＋H2O
（2）将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于除杂
（3）AB
12．久置的FeSO4溶液变黄，一般认为是二价铁被氧化为三价铁的缘故。
某研究小组对转化过程进行研究。
（1）甲同学认为在酸性条件下Fe2＋易被氧化：
4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O。
其依据是c（H＋）增大，平衡向______移动，c（Fe3＋）增大。
（2）乙同学依据如下反应，推测在酸性条件下Fe2＋不易被氧化：
Fe2＋＋____O2＋____H2O____Fe（OH）3＋____H＋（将反应补充完整）。
（3）研究在不同pH下Fe2＋被O2氧化的氧化率随时间变化的关系，结果如图1。
①下列判断正确的是________（填字母）。
a．二价铁被氧化的过程受溶液酸碱性影响
b．pH越小，Fe2＋越易被氧化
c．pH增大，Fe2＋的氧化速率变快
②用K2Cr2O7标准溶液测定Fe2＋浓度，从而计算Fe2＋的氧化率。
反应如下：
6Fe2＋＋Cr2O
＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
若滴定cmL溶液中的Fe2＋，消耗amol·L－1K2Cr2O7标准溶液bmL，则溶液中c（Fe2＋）＝________mol·L－1。
（4）通过以上研究可知，新配制的FeSO4溶液中常加入稀H2SO4，其目的是________________________________________________________________________。
（5）利用铁的不同价态的转化设计电池：
Fe2O3＋6Li
2Fe＋3Li2O。
电池所涉及的能量变化如图2所示。
①图2中能表示电池在充电过程中能量变化的是______（填字母）。
②该电池不能以水溶液为电解质溶液，用化学方程式说明原因：
________________________________________________________________________。
③电池通过Li＋的移动完成放电。
放电时正极的电极反应式是
________________________________________________________________________。
解析：
（1）4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O。
其依据是c（H＋）增大，平衡向正反应方向进行，c（Fe3＋）增大；
（2）Fe2＋＋O2＋H2O―→Fe（OH）3＋H＋，反应中铁元素化合价由＋2价升高为＋3价，氧元素化合价由0价降低为－2价，电子转移总数为4e－，结合电子守恒和电荷守恒、原子守恒配平离子方程式为4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe（OH）3＋8H＋；（3）①由图像分析可知，Fe2＋的氧化率与溶液的pH和时间有关，故a正确；由图像知，一定温度下，pH越大Fe2＋氧化率越大，故b错误，c正确；②若滴定cmL溶液中的Fe2＋，消耗amol·L－1K2Cr2O7标准溶液bmL，
6Fe2＋＋14H＋＋Cr2O
===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
6 1
n（Fe2＋） amol·L－1×b×10－3L
n（Fe2＋）＝6ab×10－3mol
则溶液中c（Fe2＋）＝
＝
mol·L－1；
（4）Fe2＋易水解导致溶液浑浊，酸能抑制Fe2＋水解，为防止亚铁离子水解，应该加入少量稀硫酸；（5）①充电过程是吸热反应，反应物能量低于生成物，图2中能表示电池在充电过程中能量变化的是b；②该电池不能以水溶液为电解质溶液，锂和氧化锂都和水发生反应，即2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，Li2O＋H2O===2LiOH。
答案：
（1）正反应方向
（2）4 1 10 4 8
（3）①ac ②
（4）防止亚铁离子水解
（5）①b ②2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，Li2O＋H2O===2LiOH ③Fe2O3＋6Li＋＋6e－===2Fe＋3Li2O
看一看——主干知识牢记心间寒假自修，平时浏览，考前温故，基础知识何时都不能丢！
（一）钠及其化合物
1．知识网络
①离子方程式：
2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
②化学方程式：
2Na＋O2
Na2O2
③离子方程式：
2Na2O2＋2H2O===4Na＋＋4OH－＋O2↑
④化学方程式：
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
⑤化学方程式：
2NaHCO3
Na2CO3＋CO2↑＋H2O
⑥离子方程式：
2OH－＋CO2===CO
＋H2O
⑦离子方程式：
CO2＋OH－===HCO
⑧化学方程式：
2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
⑨化学方程式：
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl
2．知识要点
（1）钠和盐溶液反应，不能置换出盐中的金属，与熔融的盐反应才能置换出盐中的金属。
（2）无论Na与O2反应生成Na2O还是Na2O2，只要参与反应的Na的质量相等，则转移电子的物质的量一定相等。
（3）Na分别与H2O和乙醇发生的反应均属于置换反应，二者现象明显不同，前者剧烈，后者缓慢。
（4）1molNa2O2参与反应转移电子的物质的量不一定为1mol，如1molNa2O2与SO2的反应转移电子为2mol。
（5）不能用Ca（OH）2溶液鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液，应选用CaCl2或BaCl2溶液。
（6）除去CO2中的HCl气体，应选用饱和的NaHCO3溶液。
（7）向饱和的Na2CO3溶液中通入过量CO2，有晶体析出。
（8）焰色反应是元素的性质，无论游离态还是化合态，均具有相同的焰色反应，它不是化学变化，在观察钾元素的焰色反应时，应透过蓝色的钴玻璃片。
（9）NaK合金常温下呈液态，可作为原子反应堆的导热剂。
（10）随着电子层数的增加，碱金属的密度呈现增大的趋势，但K反常。
（11）Li和O2反应只生成Li2O；NaH是离子化合物，是一种强还原剂。
Na2O、Na2O2中阴阳离子个数比均为1∶2。
（二）铝及其化合物
1．知识网络
①离子方程式：
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO
＋3H2↑
②离子方程式：
Al2O3＋2OH－===2AlO
＋H2O
③离子方程式：
AlO
＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋HCO
④离子方程式：
Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH
⑤化学方程式：
2Al（OH）3
Al2O3＋3H2O
⑥化学方程式：
2Al＋Fe2O3
Al2O3＋2Fe
⑦离子方程式：
Al3＋＋3AlO
＋6H2O===4Al（OH）3↓
2．知识要点
（1）铝是活泼金属，但铝抗腐蚀性相当强，因为铝表面生成一层致密的氧化物薄膜。
由于Al2O3的熔点高于Al的熔点，故在酒精灯上加热铝箔直至熔化，发现熔化的铝并不滴落。
（2）铝热反应不仅仅是单质铝与Fe2O3反应，还包含制取其他难熔金属的反应。
注意铝热反应是中学化学中唯一一类金属单质与金属氧化物在高温条件下的置换反应。
（3）Al2O3、Al（OH）3与NaOH溶液的反应常用于物质的分离提纯。
Al（OH）3不溶于氨水，所以实验室常用铝盐和氨水来制备Al（OH）3。
（4）利用偏铝酸盐制备Al（OH）3，一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的Al（OH）3溶解。
若向偏铝酸盐溶液中通入CO2，生成的Al（OH）3不溶于碳酸，CO2过量时生成HCO
，不过量时生成CO
，书写离子反应方程式时要特别注意。
（5）Al（OH）3可用作抗酸药；明矾常用于净水。
（6）泡沫灭火器所用试剂为Al2（SO4）3溶液和NaHCO3溶液。
（三）铁及其化合物
1．知识网络
①化学方程式：
Fe＋S
FeS
②化学方程式：
2Fe＋3Cl2
2FeCl3
③化学方程式：
Fe2O3＋3CO
2Fe＋3CO2或
Fe2O3＋2Al
Al2O3＋2Fe
④离子方程式：
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－或
2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
⑤离子方程式：
2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋或
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
⑥化学方程式：
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
⑦离子方程式：
Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O
⑧化学方程式：
3Fe＋2O2
Fe3O4或4H2O（g）＋3Fe
Fe3O4＋4H2
⑨化学方程式：
8Al＋3Fe3O4
4Al2O3＋9Fe
2．知识要点
（1）Fe与O2、H2O（g）反应的产物都是Fe3O4而不是Fe2O3。
Fe与Cl2反应时生成FeCl3，与S反应时生成FeS，说明C
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