高中化学高一化学期末复习必修一重难点专题突破第三章金属及其化合物.docx

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高中化学高一化学期末复习必修一重难点专题突破第三章金属及其化合物

高一化学期末复习必修一重难点专题突破：

第三章金属及其化合物

一、金属的重要反应规律及其应用

1.金属与非金属的反应规律

O2、Cl2、S等活泼非金属均可把金属氧化，得到金属氧化物、氯化物、硫化物等。

其中对于变价元素Fe、Cu，当氧化剂为Cl2时，生成相应的高价化合物；当氧化剂为S时，生成相应的低价化合物。

如2Fe＋3Cl2

2FeCl3，Cu＋Cl2

CuCl2，Fe＋S

FeS,2Cu＋S

Cu2S。

2.金属与氧气反应的多样性

（1）活泼金属（如Na）在常温下即可反应，加热或点燃所得的产物一般更复杂。

4Na＋O2===2Na2O（常温）

2Na＋O2

Na2O2

（2）较活泼的金属在高温下一般都能剧烈反应，常温下一般也能反应，但具体情况存在差异。

①Mg和Al在加热时均能剧烈反应（Al在纯O2中），常温下因能形成致密氧化膜而阻止内层金属继续反应，所以Mg、Al虽然较活泼，但常温下在空气中能够稳定存在。

2Mg＋O2===2MgO

4Al＋3O2===2Al2O3

②铁丝在纯O2中剧烈燃烧生成Fe3O4；铁在空气中缓慢氧化，形成的氧化膜（生锈）不致密而能持续反应。

3Fe＋2O2

Fe3O4

4Fe＋3O2===2Fe2O3

（3）不活泼的金属（如Au、Pt）一般不与O2反应。

3.金属的置换反应规律

（1）金属与水反应

在金属活动性顺序表中，钠及钠之前的金属能与冷水剧烈反应，生成强碱和氢气；镁、铝能与沸水反应；而铝之后、氢之前的金属在高温下能与水蒸气反应，生成不溶性氧化物和氢气；氢之后的金属不能与水反应。

（2）金属与酸的反应

在金属活动性顺序表中，排在H之前的金属能够与酸反应，置换出H2，排在H之后的金属与酸不反应。

金属的位置越靠前，其活动性越强，与酸反应越容易，反应越剧烈。

如与等浓度的盐酸反应且金属颗粒大小相同时，剧烈程度Mg＞Al＞Fe。

（3）金属与盐的反应

在金属活动性顺序表中，位于前面的金属能够把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来，如Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。

但是能与水发生反应的金属（如Na）在与盐溶液反应时，不能置换出相应的金属单质，应先考虑与水的反应，再考虑生成的NaOH能否与盐发生反应。

4.金属的化学性质及其应用

【典例1】　对下列实验现象及其解释不正确的有（）

A.金属钠在Cl2中燃烧产生白烟，这是因为产生的NaCl固体颗粒分散到空气中所致

B.把烧红的铁丝放在氧气中，发出耀眼白光，产生黑色固体，这是因为该反应放热多，生成的Fe3O4为黑色

C.单质Mg、Al与O2反应，条件不同，可能产生不同的产物

D.镁带在空气中点燃发出耀眼光芒，并发生三个反应：

2Mg＋O2

2MgO、3Mg＋N2

Mg3N2、2Mg＋CO2

2MgO＋C（黑色），Mg常用于照明弹。

在这些反应中，Mg都是作还原剂

解析　NaCl为白色固体，固体小颗粒分散到空气中就是烟，A对；Mg或Al与O2反应，不论加热与否，都是只有一种产物MgO或Al2O3，C错；Mg与O2反应放出大量热，火焰明亮，所以军事上常用它制照明弹；在这三个反应中，Mg的化合价都是从0→＋2，所以Mg都是作还原剂，D对。

答案C

二、重要金属化合物的性质及其应用

1.重要的金属化合物

2.Na2CO3与NaHCO3的区别方法

方法一：

与强酸反应。

在两个试管中放入等量的两种固体，同时加入等量的同一盐酸溶液，放气体快者为NaHCO3。

方法二：

加热法。

对固体进行加热，把产生的气体通入澄清石灰水，变浑浊者为NaHCO3。

方法三：

沉淀法。

在两种溶液中，加入BaCl2（或CaCl2）溶液，有沉淀生成者为Na2CO3。

【典例2】　现有两瓶无标签的无色溶液，分别装有Na2CO3和NaHCO3，用下列试剂或方法能将两者区分的是（）

①Ca（OH）2②盐酸　③CaCl2④NaOH⑤加热

A.①③B.①④C.②③D.②⑤

解析　①④都是碱，可以使Na2CO3、NaHCO3中都含有CO2－3，结果现象一样（①都有沉淀、④都无沉淀），所以①④不能区分。

②使二者放出CO2的速率不同，可以区分。

③使Na2CO3有沉淀，而NaHCO3无沉淀，可以区分。

⑤加热法，因二者都是溶液，加热都不分解，无法区分。

答案C

3.Al3＋、Al（OH）3、AlO－2的转化及其图像

（1）Al3＋―→Al（OH）3

①可溶性铝盐与少量NaOH溶液反应：

Al3＋＋3OH－（少量）===Al（OH）3↓

②可溶性铝盐与氨水反应：

Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH＋4

（2）Al（OH）3―→Al3＋

Al（OH）3溶于强酸溶液：

Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

（3）Al3＋―→AlO－2

可溶性铝盐与过量的强碱反应：

Al3＋＋4OH－（过量）===AlO－2＋2H2O

（4）AlO－2―→Al3＋

偏铝酸盐溶液与足量的盐酸反应：

AlO－2＋4H＋===Al3＋＋2H2O

（5）AlO－2―→Al（OH）3

①偏铝酸盐溶液中加入少量盐酸：

AlO－2＋H＋（少量）＋H2O===Al（OH）3↓

②偏铝酸盐溶液中通入CO2：

AlO－2＋CO2（过量）＋2H2O===Al（OH）3↓＋HCO－3

（6）Al（OH）3―→AlO－2

Al（OH）3溶于强碱溶液：

Al（OH）3＋OH－===AlO－2＋2H2O

4.氢氧化铝图像解析方法

（1）向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至过量

发生反应的离子方程式为

OA段：

Al3＋＋3OH－===Al（OH）3↓

AB段：

Al（OH）3＋OH－===AlO－2＋2H2O

从图中不难看出，向氯化铝溶液中滴加氢氧化钠溶液，若达不到最大沉淀量时，对应的氢氧化钠溶液的体积有两种情况：

一是氯化铝过量即加入的氢氧化钠不足；二是加入的氢氧化钠将生成的氢氧化铝溶解了一部分。

（2）向铝盐溶液中滴入氨水或向氨水中滴加铝盐溶液

由于氢氧化铝只能与酸或强碱反应，氨水是一种弱碱，所以氢氧化铝不会溶解在氨水中，则向铝盐溶液中滴入氨水或向氨水中滴加铝盐溶液，反应现象是相同的。

若向铝盐中滴加氨水，离子反应方程式为3NH3·H2O＋Al3＋===Al（OH）3↓＋3NH＋4。

当氨水增加到n（Al3＋）∶n（NH3·H2O）＝1∶3时，产生最大沉淀量。

（3）向偏铝酸盐溶液中滴入强酸发生反应的离子方程式为

OA段：

AlO－2＋H＋＋H2O===Al（OH）3↓

AB段：

Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

当n（AlO－2）∶n（H＋）＝1∶1时，产生最大沉淀量，继续滴入强酸，沉淀逐渐溶解。

（4）向NaAlO2溶液中通入CO2

由于碳酸的酸性大于氢氧化铝，所以偏铝酸钠能与二氧化碳反应，生成氢氧化铝，产生的Al（OH）3沉淀不溶解在碳酸中，所以产生的沉淀不消失。

（5）向AlCl3、MgCl2的酸性溶液中滴加NaOH溶液

反应的离子方程式依次为

H＋＋OH－===H2O

Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓

AlCl3＋3OH－===Al（OH）3↓

Al（OH）3＋OH－===AlO－2＋2H2O

出现的现象是先产生沉淀，到沉淀最大值，继续滴加NaOH，沉淀部分溶解，最后剩余的为氢氧化镁沉淀，消失的是氢氧化铝沉淀。

【典例3】　某溶液中可能含有H＋、Na＋、NH＋4、Mg2＋、Fe3＋、Al3＋、SO2－4等离子，已知①该溶液的焰色反应没有黄色；②当向该溶液中加入某浓度的NaOH溶液时，发现生成沉淀的物质的量随NaOH溶液的体积变化如图所示。

由此可知：

（1）该溶液中肯定含有的离子是_______________________________________；

各离子的物质的量之比为_____________________________________________。

（2）肯定不含的阳离子是_________________________________________________。

解析　由图可判断出最初两份NaOH是与H＋反应，溶液中无Mg2＋、Fe3＋，因为最后无沉淀。

从图形的“先三份碱使其沉淀、后一份碱使其溶解”可以确定有Al3＋。

关键是寻找与OH－反应、而又使沉淀量不变化的离子，从题给离子中可以找出是NH＋4。

在H＋、Al3＋、NH＋4共存时，加入OH－，与OH－反应的前后顺序是H＋、Al3＋、NH＋4。

原因是电解质的强弱是H2O＜Al（OH）3＜NH3·H2O，最弱者先形成，三者的强弱可以从下面三个反应来证明：

Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH＋4 [证明Al（OH）3比氨水弱]

Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O[证明H2O比Al（OH）3弱]

待溶液中成为Al（OH）3、NH3·H2O时，再加入OH－，才能溶解Al（OH）3。

这是因为Al（OH）3与弱碱不反应，只有在强碱性时才溶解。

该题还有个陷阱就是易把SO2－4当作是不能确定的。

由于溶液是电中性的，必须有阴离子，所以SO2－4一定存在。

n（H＋）∶n（NH＋4）∶n（Al3＋）∶n（SO2－4）＝2∶3∶1∶n（SO2－4），再利用电荷守恒：

n（H＋）＋n（NH＋4）＋3n（Al3＋）＝2n（SO2－4）

即：

2＋3＋3×1＝2n（SO2－4），得n（SO2－4）＝4。

答案

（1）H＋、NH＋4、Al3＋、SO2－4n（H＋）∶n（NH＋4）∶n（Al3＋）∶n（SO2－4）＝2∶3∶1∶4

（2）Na＋、Mg2＋、Fe3＋

5.铁及其化合物之间的转化——“铁三角”

从Fe、Fe2＋和Fe3＋的结构可知：

Fe只有还原性，Fe3＋通常只有氧化性，Fe2＋既具有氧化性又具有还原性。

上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应，才能实现不同价态铁的相互转化，我们把这个相互转化设计成三角形，常称为铁三角。

（1）Fe、Fe2＋、Fe3＋之间的转化

①Fe3＋的形成

由于Fe3＋的氧化性较强，要想生成Fe3＋，得需要强氧化剂，通常有：

Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4、KMnO4（H＋）。

与Cl2反应：

2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

2Fe＋3Cl2

2FeCl3

与KMnO4反应：

5Fe2＋＋MnO－4＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O

②Fe的形成

单质Fe的还原性较强，要想生成单质Fe，得需强还原剂，通常有：

Al、Zn、CO、H2。

Fe2＋＋Zn===Fe＋Zn2＋

FeO＋Al（CO、H2）――→高温Fe＋Al2O3（CO2、H2O）

Fe2O3＋Al（CO、H2）――→高温Fe＋Al2O3（CO2、H2O）

③Fe2＋的形成

Fe2＋的氧化性、还原性都不强，所以，从Fe→Fe2＋，弱氧化剂即可，通常有：

S、H＋、Cu2＋、Fe3＋；从Fe3＋→Fe2＋，能被Fe3＋氧化的还原剂有：

Fe、Cu、I－、S2－、HS－、SO2、SO2－3。

A.F0e→Fe2＋

Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu（湿法炼铜）

Fe＋S

FeS

B.Fe3＋→Fe2＋：

2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋（据此反应，用Fe可除去Fe2＋溶液中的Fe3＋；在FeSO4溶液中，常放少量铁粉，就是为了防止FeSO4被氧化）

2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋（据此反应，可用FeCl3溶液腐蚀Cu来制线路板：

把一铜板粘在塑料板上，用油漆画出线路图，然后浸在FeCl3溶液中，Cu被FeCl3腐蚀，而用漆画过的线条留了下来，这就成了线路）

（2）Fe3＋、Fe2＋的检验

Fe2＋

Fe3＋

（1）观察法

浅绿色

棕黄色

（2）加碱法（NaOH）

①现象：

白色沉淀――→迅速灰绿色――→最终红褐色沉淀

②反应：

Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓（白色）4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3（红褐色）

①现象：

红褐色沉淀

②反应：

Fe3＋＋3OH－=== Fe（OH）3↓（红褐色）

（3）加盐法（SCN－）

①现象：

加入KSCN溶液无明显现象，再滴入氯水变成红色溶液

②反应：

2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

Fe3＋＋3SCN－=== Fe（SCN）3（红色）

①现象：

加入KSCN溶液，溶液变为红色

②反应：

Fe3＋＋3SCN－===Fe（SCN）3（红色）

【典例4】　过去电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷有铜箔的绝缘板，制成印刷线路板，发生反应的化学方程式为2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2。

（1）检验腐蚀后的溶液中是否含有Fe3＋应选用的试剂是________。

（2）为了从使用过的废腐蚀液中回收铜，并重新制得纯净的FeCl3溶液，可采用下列实验步骤，请在各空格内填上适当的物质以使实验达到预期目的。

（3）写出有关化学反应的离子方程式：

①________________________________________________________________________；

③________________________________________________________________________；

⑤________________________________________________________________________。

解析　

（1）Fe3＋与SCN－反应，生成的Fe（SCN）3呈红色。

（2）先要审清题意，目的有两个：

“回收铜，并重新制得纯净的FeCl3溶液”。

由题中给出的反应可知，废腐蚀液中含有FeCl3、FeCl2和CuCl2，回收铜可利用Fe与CuCl2的置换反应来完成，①步要加入过量Fe粉，发生反应：

2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋CuCl2===FeCl2＋Cu，所以A为FeCl2，B为Fe和Cu。

除去Cu中的Fe可加盐酸，Cu不溶于盐酸，Fe与盐酸反应生成FeCl2和H2。

Ⅰ、Ⅱ两过程得到的FeCl2汇集在一起被Cl2氧化：

2FeCl2＋Cl2===2FeCl3。

答案　

（1）KSCN溶液（或其他含SCN－的盐溶液）

（2）①Fe③盐酸　⑤Cl2

A.FeCl2B.Fe、CuC.Cu

（3）①2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu

③Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

⑤2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

理解感悟　铁元素及其化合物的推断题的解题关键：

一是寻找特征反应及特征现象，二是正确运用“铁三角”的转化关系，三是注意与其他金属及其化合物知识的综合。

化学框图题综合性强，难度大，解题时常由于知识的综合性不够，找不到“突破口”而无法下手。

三、金属与酸反应的计算规律和方法

1.金属与酸反应的定量规律（只考虑生成氢气的情况）

（1）金属与酸反应，金属失去电子的物质的量等于酸得到电子的物质的量。

（2）1mol a价金属与足量酸反应，可生成a2 mol氢气。

（3）当参加反应的金属与产生氢气的质量差相等时，则反应后两溶液增加的质量相等。

（4）相同物质的量的金属与足量的酸反应产生氢气的量之比等于反应后对应金属呈现的化合价之比。

（5）特别注意，在钠等极活泼金属与酸反应时，金属过量时还会跟水反应产生氢气。

2.铝分别与酸、碱反应产生氢气量的比较

（1）等量的铝分别与足量的盐酸和NaOH溶液反应，消耗盐酸和NaOH的物质的量之比为3∶1。

（2）等量的铝分别与足量的盐酸和NaOH溶液反应，产生H2的体积比为1∶1。

（3）足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和NaOH溶液反应，产生H2的体积比为1∶3。

3.摩尔电子质量和平均摩尔电子质量

（1）摩尔电子质量：

某物质在反应中转移1mol电子时该物质的质量，如Mg的摩尔电子质量为242 g·mol－1＝12g·mol－1，Al的摩尔电子质量为273 g·mol－1＝9g·mol－1。

（2）平均摩尔电子质量：

两种或两种以上物质的混合物在反应中转移1mol电子时混合物的质量，如2g金属混合物生成2.24LH2（标准状况），则平均摩尔电子质量为2g0.1×2mol＝10g·mol－1。

【典例5】

（1）取w g钠、镁、铝分别与足量盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积之比是____________。

（2）取0.1mol钠、镁、铝分别与足量盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积之比是________。

（3）若产生相同体积（同温同压）的氢气，所需钠、镁、铝三种金属的物质的量之比是______________；质量之比是________。

（4）若将0.2mol钠、镁、铝分别投入到10mL1mol·L－1盐酸中，在标准状况下产生氢气的体积大小顺序是__________________________。

解析

（1）利用电子守恒，产生氢气的体积之比即为金属转移的电子数之比：

（w23×1）∶（w24×2）∶（w27×3）。

（2）0.1mol钠、镁、铝分别与足量盐酸反应，金属转移的电子数之比为（0.1mol×1）∶（0.1mol×2）∶（0.1mol×3），所以产生氢气的体积之比为1∶2∶3。

（3）与前两问恰好反过来，氢气的体积相等，转移的电子数相等，即金属的失电子数相等。

（4）Mg、Al过量应以盐酸的量计算生成的气体的体积（转移电子为0.01mol），Na也过量，但过量的钠可以与水反应（共转移电子0.2mol）。

答案

（1）123∶112∶19

（2）1∶2∶3（3）6∶3∶2

23∶12∶9（4）V（Na）>V（Al）＝V（Mg）

【典例6】　由Zn、Fe、Mg、Al四种金属中的两种组成的混合物10g与足量的盐酸反应产生1.0gH2，则混合物中一定含有的金属是（）

A.ZnB.FeC.AlD.Mg

解析　Zn、Fe、Mg与盐酸反应后在产物中的化合价皆为＋2价，而Al为＋3价，故可用平均摩尔电子质量法。

该混合物的平均摩尔电子质量＝10g0.5mol×2＝10g·mol－1，Zn、Fe、Mg、Al的摩尔电子质量分别为32.5g·mol－1、28g·mol－1、12g·mol－1、9g·mol－1，由于是两种金属组成的混合物，平均摩尔电子质量必介于两种金属的摩尔电子质量之间，故混合物中一定含有金属Al。

答案　C