届高考化学二轮复习第9讲金属元素及其化合物学案.docx

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届高考化学二轮复习第9讲金属元素及其化合物学案

第9讲 金属元素及其化合物

[考纲要求]1.常见金属元素(如Na、Mg、Al、Fe、Cu等):

(1)了解常见金属的活动性顺序。

(2)了解常见金属及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及其应用。

(3)了解合金的概念及其重要应用。

2.以上各部分知识综合应用。

[学科素养]1.变化观念:

通过学习金属元素及其化合物之间相互转化的现象和本质,解决实际问题。

2.证据推理与模型认知:

通过金属及其化合物性质的差异,体会运用分类思想建立思维模型解释化学现象、揭示现象的本质和规律的思维方法。

3.科学探究与创新意识:

结合物质的制备或分离提纯的工艺流程、化学实验等,培养科学探究的方法步骤,进行科学解释和发现、创造和应用。

[网络构建]

1.金属元素及其化合物

2.金属元素及其化合物之间的转化关系

(1)钠及其化合物之间的转化关系

图中标号的化学方程式:

①2Na+2H2O===2NaOH+H2↑

②2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑

③2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2

④2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑

⑤2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O

(2)铝及其化合物之间的转化关系

图中标号的化学方程式:

①2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑

②Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O

③AlCl3+3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4Cl

④Al(OH)3+NaOH===NaAlO2+2H2O

⑤NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3

(3)铁及其化合物之间的转化关系

图中标号的化学方程式:

①2Fe+3Cl22FeCl3

②Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3或Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

③Cu+2FeCl3===CuCl2+2FeCl2

④2FeCl2+Cl2===2FeCl3

⑤4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3

(4)铜及其化合物之间的转化关系

图中标号的化学方程式:

①2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3

②Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+2H2O+SO2↑

③CuO+COCu+CO2或CuO+H2Cu+H2O

(5)镁及其化合物之间的转化关系

图中标号的化学方程式:

①3Mg+N2Mg3N2

②2Mg+CO22MgO+C

③Mg+2HCl===MgCl2+H2↑

④MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑

[核心强化]

1.区分6种物质的颜色

Na2O2是淡黄色;Fe2O3是红棕色;Fe3O4是黑色;Al(OH)3、Fe(OH)2是白色;Fe(OH)3是红褐色。

2.熟记4种物质的俗名

Na2CO3——纯碱(苏打),NaHCO3——小苏打,KAl(SO4)2·12H2O——明矾,CuSO4·5H2O——蓝矾(胆矾)。

3.辨明5个常见认识误区

(1)Na2O2不是碱性氧化物。

(2)溶液中加入KSCN溶液,溶液变红色,只能说明溶液中含有Fe3+,无法证明是否含有Fe2+。

(3)既能与酸反应生成气体,又能与碱反应生成气体的物质不一定是Al,还可能是(NH4)2CO3或NH4HCO3等。

(4)Fe与Cl2反应,无论Cl2是否过量,产物均为FeCl3。

(5)Na在氧气中燃烧,无论氧气是否足量,产物均为Na2O2。

4.掌握3类特殊的反应

(1)既能与酸反应,又能与碱反应的物质可能是Al、Al2O3、Al(OH)3、弱酸的酸式盐(如NaHCO3)、弱酸的铵盐等。

(2)与水接触产生气体的常见物质有Na、K、Na2O2。

(3)与水接触既产生气体又产生沉淀的物质有Al2S3、Mg3N2、CaC2等。

考点一 金属单质及其化合物的性质与应用

[解析] 向氯化铁溶液中加入还原性铁粉生成氯化亚铁,溶液由黄色变为浅绿色,A项错误;铁与水蒸气在高温下反应的产物为Fe3O4和H2,B项错误;NH3·H2O是弱碱,AlCl3与过量氯水反应生成Al(OH)3,C项错误;Cu与浓HNO3反应:

Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,当浓HNO3变为稀HNO3时,发生反应:

3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,D项正确。

[答案] D

[分点突破]

角度一:

金属单质及其化合物的性质

1.下列事实不能用金属活动性解释的是(  )

A.生活中可用铝制的水壶烧水

B.镀锌铁制品破损后,镀层仍能保护铁制品

C.工业上常用热还原法冶炼铁,用电解法冶炼钠

D.电解法精炼铜时,其含有的Ag、Au杂质沉积在电解槽的底部

[解析] A项,铝的表面能形成一层致密的氧化膜,阻碍了反应的进一步进行,与活动性无关,错误;B项,镀锌铁制品破损后,活泼性较强的锌作原电池的负极,铁作正极,正确;C项,根据金属活动性强弱选择合适的冶炼方法,一般来说,活泼金属用电解法,较活泼金属用热还原法,不活泼金属如Hg、Ag等用热分解法冶炼,正确;D项,利用电解法进行粗铜提纯时粗铜应作阳极,精铜作阴极,Cu2+得到电子,电解过程中不活泼的Ag、Au不会失去电子,而是形成阳极泥,正确。

[答案] A

2.下列反应中,反应后固体物质增重的是(  )

A.氢气通过灼热的CuO粉末

B.二氧化碳通过Na2O2粉末

C.铝与Fe2O3发生铝热反应

D.将锌粒投入Cu(NO3)2溶液

[答案] B

3.下列有关物质用途的说法错误的是(  )

A.过氧化钠可用作潜艇里氧气的来源

B.金属钠用于生产玻璃

C.乙醇可用作燃料

D.用漂白粉对H7N9禽流感疫区进行环境消毒

[答案] B

4.下列有关金属的说法中,正确的是(  )

A.钠在空气中燃烧只生成白色的氧化钠固体

B.燃着的镁条伸入盛满二氧化碳的集气瓶中不能继续燃烧

C.铜能与氯化铁溶液反应,该反应可以用于印刷电路板的制作

D.铁能与硫酸发生反应,故不能用铁制容器贮存浓硫酸

[答案] C

5.化学无处不在,下图是物质间发生化学反应的颜色变化,其中X是(  )

A.稀盐酸B.稀硫酸

C.硫酸钠溶液D.碳酸钠溶液

[答案] B

(1)金属元素及其化合物的重要性质和应用

(2)辨清金属及其化合物性质的4大误区

①溶液中加入KSCN溶液,溶液变红色,只能说明溶液中含有Fe3+,无法证明是否含有Fe2+。

②既能与酸反应生成气体,又能与碱反应生成气体的物质不一定是Al,还有可能是(NH4)2CO3或NH4HCO3等。

③Fe与Cl2反应,不论Cl2是否过量,产物均为FeCl3而不是FeCl2。

④Na在氧气中燃烧,不论氧气是否足量,产物均为Na2O2。

角度二:

金属及其化合物的分离与提纯

6.某同学在实验室利用氢氧化钠、盐酸分离铁粉和铝粉混合物,物质转化关系如图所示:

下列说法不正确的是(  )

A.X为NaOH溶液,Y为盐酸

B.a→b发生的反应为:

AlO+H++H2O===Al(OH)3↓

C.b→c→Al的反应条件分别为:

加热、电解

D.a、b、c既能与酸反应又能与碱反应

[解析] 铁铝混合物,加入试剂X,过滤得到铁,试剂X能溶解铝,盐酸和铁、铝都反应,NaOH溶液只和铝反应:

2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,则a为偏铝酸钠溶液,偏铝酸钠和适量盐酸反应:

NaAlO2+HCl+H2O===Al(OH)3↓+NaCl,所以X为NaOH溶液,Y为盐酸,故A、B正确;b为Al(OH)3,Al(OH)3受热分解生成Al2O3和H2O,电解Al2O3生成Al和O2,故C正确;a为NaAlO2溶液,NaAlO2只能和酸反应,不能和碱反应,故D错误。

[答案] D

7.要除去FeCl2溶液中的少量FeCl3,可行的是(  )

A.加入铜粉B.滴入KSCN溶液

C.加入铁粉D.通入氯气

[解析] 因为铁离子能和铁反应生成亚铁离子,化学方程式为2FeCl3+Fe===3FeCl2,故可用铁除去FeCl2溶液中的少量氯化铁,故选C。

[答案] C

常见金属阳离子的除杂或净化方法

考点二 金属单质及其化合物的转化与推断

[解析] A项,NaCl溶液中通入CO2不能生成NaHCO3,错误;B项,Cu(OH)2与葡萄糖反应生成Cu2O,不是Cu,错误;C项,Al和NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2,加热NaAlO2溶液可以得到NaAlO2固体,正确;D项,制取金属镁应该电解熔融MgCl2,电解Mg(NO3)2溶液不能生成金属镁,错误。

[答案] C

做此类题目,往往是把选项一一代入,按照箭头指向看是否能转化,然后选出正确答案。

[分点突破]

角度:

金属单质及其化合物间的转化

1.(2017·广东深圳三校联考)下列物质间的转化关系中不能全部通过一步反应完成的是(  )

A.Na→NaOH→Na2CO3→NaCl

B.Mg→MgCl2→Mg(OH)2→MgSO4

C.Al→Al2O3→Al(OH)3→AlCl3

D.Fe→FeCl3→Fe(OH)3→Fe2O3

[解析] A项,钠与水反应生成氢氧化钠,氢氧化钠与少量二氧化碳反应生成碳酸钠,碳酸钠与盐酸反应生成氯化钠,所以Na→NaOH→Na2CO3→NaCl能全部通过一步反应完成;B项,镁与氯气反应生成氯化镁,氯化镁与氢氧化钠反应生成氢氧化镁,氢氧化镁与硫酸反应生成硫酸镁,所以Mg→MgCl2→Mg(OH)2→MgSO4能全部通过一步反应完成;C项,氧化铝不溶于水,与水不反应,所以Al2O3→Al(OH)3不能一步完成;D项,铁与氯气反应生成氯化铁,氯化铁与氢氧化钠反应生成氢氧化铁,氢氧化铁分解生成氧化铁,所以Fe→FeCl3→Fe(OH)3→Fe2O3,能全部通过一步反应完成。

[答案] C

2.下表各组物质之间通过一步反应不可以实现如图所示转化关系的是(  )

选项

a

b

c

箭头上所标数字的反应条件

A

AlCl3

NaAlO2

Al(OH)3

①加入过量的NaOH

B

Si

SiO2

H2SiO3

②常温加水

C

NaOH

NaHCO3

Na2CO3

③加澄清石灰水

D

Fe

FeCl3

FeCl2

④通入氯气

[解析] AlCl3与过量NaOH反应生成NaAlO2,NaAlO2与弱酸反应生成Al(OH)3,Al(OH)3与NaOH反应生成NaAlO2,Al(OH)3与HCl反应生成AlCl3,A项正确;Si与O2反应生成SiO2,但SiO2不能通过一步反应生成H2SiO3,且SiO2不溶于水,不能与水反应,B项错误;NaOH与过量CO2反应生成NaHCO3,将NaHCO3加热可生成Na2CO3,Na2CO3与CO2、H2O反应生成NaHCO3,Na2CO3与澄清石灰水反应生成NaOH,C项正确;Fe与Cl2反应生成FeCl3,FeCl3与Fe反应生成FeCl2,FeCl2与Cl2反应生成FeCl3,FeCl2与Zn反应生成Fe,D项正确。

[答案] B

3.如图W、X、Y、Z为四种物质,若箭头表示能一步转化的常见反应,其中常温下能实现图示转化关系的是(  )

[解析] 常温下N2不能直接转化为NH3、NO2、HNO3,A项不符合题意;常温下Na与O2反应生成Na2O而不是Na2O2,B项不符合题意;常温下Fe不能一步转化为Fe(OH)2,Fe和氯气在点燃时发生反应生成FeCl3,C项不符合题意;Al与盐酸反应转化为AlCl3,与NaOH溶液反应转化为NaAlO2,与硫酸反应转化为Al2(SO4)3,AlCl3与过量NaOH溶液反应转化为NaAlO2,NaAlO2与过量硫酸反应转化为Al2(SO4)3,Al2(SO4)3与BaCl2溶液反应转化为AlCl3,D项符合题意。

[答案] D

(1)常见金属及其化合物的两种转化关系

①直线型转化关系(ABC)

ⅰ.NaNa2ONa2O2。

ⅱ.X为强酸,如NaAlO2Al(OH)3AlCl3。

ⅲ.X为强碱,如AlCl3Al(OH)3NaAlO2。

②三角型转化关系。

(2)常见的不能一步转化的反应

①S不能一步转化成SO3,只能:

SSO2SO3。

②N2不能一步转化成NO2,只能:

N2NONO2。

③SiO2不能一步转化成H2SiO3,只能:

SiO2Na2SiO3H2SiO3。

④部分金属氧化物(如CuO、Al2O3、MgO、Fe2O3等)不能一步转化成相应的碱。

以CuO为例,只能:

CuOCuSO4Cu(OH)2。

类型二 寻找突破口,破解“综合框图”推断题

[解析] Al(OH)3为两性氢氧化物,可与酸、碱反应生成Al3+、AlO,AlO和Al3+可发生水解相互促进生成Al(OH)3,A正确;如果甲为Na2CO3溶液,可与CO2反应生成NaHCO3,与Ca(OH)2反应生成NaOH,NaHCO3与NaOH反应生成Na2CO3,B正确;如甲为Fe,丁为盐酸,则乙为FeCl2,丙可能为氯化铁或氧化铁等,但氯化铁或氧化铁与FeCl2均不反应,C错误;如甲为N2,戊是O2,则丙为NO,乙可为NH3,NO和NH3反应可生成N2,D正确。

[答案] C

无机“框图”推断题的答题要领和解题流程

(1)答题要领

①思维要有整体性:

解答时必须认真研究题目的总体要求,仔细推敲每一个环节,结合限制条件,弄清各个环节的相互联系,相互影响,串联整个过程,回答力求完整。

②假设推断要合理:

在框图推断中,抓住关键环节,进行合理假设,按照题目要求理顺后再确定,这样可以大大节省时间。

③检验一遍很重要:

通过一系列思维活动推断出结果后,将结果放入原题中进行检验,完全符合才正确,如有一处不符,可能是哪个环节出现了纰漏,则需再思考。

④思维发散有必要:

注意多解,有时符合题意的解可能不止一种或一组。

(2)解题流程

[分点突破]

角度:

无机框图推断

4.(2018·甘肃兰州一中月考)如图所示的反应均是在高温引燃后进行的,选项中的物质表示A和B,不合理的是(  )

A.MgO Al

B.CO2 Mg

C.Fe3O4 Al

D.CuO H2

[解析] Mg的活动性强于Al,若A为MgO,B为Al,二者不能发生铝热反应,A不合理;CO2与Mg反应生成C(C)和MgO(D),Mg与O2反应生成MgO,C与足量O2反应生成CO2,B合理;Fe3O4与Al能发生铝热反应,生成Fe(C)和Al2O3(D),Fe与O2反应生成Fe3O4,Al与O2反应生成Al2O3,C合理;H2还原CuO生成Cu(C)和H2O(D),Cu与O2反应生成CuO,H2与O2反应生成H2O,D合理。

[答案] A

5.(2018·山东济宁联考)工业上通过氮气和氢气反应合成氨,氨经一系列反应可以得到硝酸。

反应历程如图所示。

下列说法不正确的是(  )

A.液氨可用作制冷剂

B.铵态化肥一般不能与碱性化肥共同使用

C.硝酸可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等

D.某浓硝酸中含有溶质2mol,标准状况下,该浓硝酸与足量的铜完全反应可生成1molNO2

[解析] 液氨汽化时,吸收大量热,可用液氨作制冷剂,A正确;铵态化肥与碱性化肥混用,会导致氮元素的流失,B正确;硝酸可用于制氮肥(硝酸铵)、农药、炸药(TNT)、染料、盐类等,C正确;Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,随着反应的进行,HNO3的浓度降低,当浓硝酸变成稀硝酸时,稀硝酸与铜反应生成NO,故生成NO2的物质的量小于1mol,D错误。

[答案] D

6.(2018·河南安阳模拟)下列转化关系中,X、Y是生活中用途广泛的两种金属单质,A、B是氧化物,A呈红棕色,C、D、E是中学常见的三种化合物。

分析转化关系回答问题。

(1)请写出反应①的化学方程式:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

(2)检验D溶液中Y离子的方法是______________________________________________________________________________________________________________________________________________。

(3)若试剂a是NaOH溶液,写出单质X与NaOH溶液反应的离子方程式:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

(4)若试剂b是H2SO4,工业上用E、H2SO4和NaNO2为原料制取高效净水剂Y(OH)SO4,已知还原产物为NO,则该反应的化学方程式是_____________________________________________________________________。

(5)工业上电解熔融的B制取X时,若阳极产生的气体在标准状况下的体积为33.6L,则阴极产物的质量为________。

[解析] X、Y是生活中用途广泛的两种金属单质,A、B是氧化物,A呈红棕色,则A为Fe2O3,反应①为铝热反应,所以X为Al,Y为Fe,B为Al2O3,若试剂a为NaOH,则C为偏铝酸钠,试剂b为硫酸,则D为硫酸铁,E为硫酸亚铁。

(1)反应①的化学方程式为Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3。

(2)D溶液中阳离子为铁离子,检验方法为取少量D溶液于试管中,滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红色,则证明有Fe3+。

(3)单质X与NaOH溶液反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑。

(4)E、H2SO4和NaNO2为原料制取高效净水剂Y(OH)SO4,还原产物为NO,则该反应为2FeSO4+H2SO4+2NaNO2===2Fe(OH)SO4+Na2SO4+2NO↑。

(5)电解熔融的B制取X时,发生2Al2O34Al+3O2↑,阳极产生的气体在标准状况下的体积为33.6L,n(O2)=mol=1.5mol,则得到Al的质量为1.5mol××27g/mol=54g。

[答案] 

(1)Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3

(2)取少量D溶液于试管中,滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红色,则证明有Fe3+

(3)2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑

(4)2FeSO4+H2SO4+2NaNO2===2Fe(OH)SO4+Na2SO4+2NO↑

(5)54g

物质推断的常用突破口

(1)抓住物质的特殊颜色作为突破口

①有色固体

②有色溶液

Fe2+(浅绿色)、Fe3+(黄色)、Cu2+(蓝色)、MnO(紫红色)、Fe3+遇SCN-(红色)、I2遇淀粉(蓝色)等。

③有色气体

Cl2(黄绿色)、Br2(g)和NO2(红棕色)、I2(g)(紫色)、O3(淡蓝色)等。

(2)抓住物质的特殊性质作为突破口

①能使品红溶液褪色的气体

SO2(加热后又恢复红色)、Cl2(加热后不恢复红色)。

②沉淀特殊的颜色变化

Fe(OH)2Fe(OH)3(白色沉淀先变灰绿色,再变红褐色)。

③在空气中变为红棕色

NO(无色)NO2(红棕色)。

④能使澄清石灰水变浑浊的气体:

CO2、SO2。

⑤通入CO2气体变浑浊的溶液:

石灰水(过量则变澄清)、Na2SiO3溶液、饱和Na2CO3溶液。

⑥使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体:

NH3。

⑦使湿润的淀粉-KI试纸变蓝的物质:

NO2、Cl2、Br2、FeCl3等。

⑧常温下能溶解SiO2固体的物质:

氢氟酸和NaOH溶液。

⑨滴入沸水中可得到红褐色胶体的溶液:

含Fe3+的盐溶液。

⑩烟雾现象

考向一 金属元素及其化合物的性质、转化与应用

1.(2018·全国卷Ⅲ)化学与生活密切相关。

下列说法错误的是(  )

A.泡沫灭火器可用于一般的起火,也适用于电器起火

B.疫苗一般应冷藏存放,以避免蛋白质变性

C.家庭装修时用水性漆替代传统的油性漆,有利于健康及环境

D.电热水器用镁棒防止内胆腐蚀,原理是牺牲阳极的阴极保护法

[解析] 泡沫灭火器使用时会喷出硫酸钠溶液,硫酸钠是强电解质,其水溶液能导电,因此泡沫灭火器不适用于电器起火,A错误;疫苗一般是具有活性的蛋白质,因此应冷藏存放,避免高温引起蛋白质变性,B正确;油性漆含有大量的有害物质,会损害人体健康,水性漆对人体无害,不污染环境,因此使用水性漆有利于健康及环境,C正确;电热水器的内胆材质多为不锈钢,将内胆与活泼金属镁连接,形成原电池时镁作负极从而保护内胆不被腐蚀,该防护方法是牺牲阳极的阴极保护法,D正确。

[答案] A

2.(2017·天津卷)下列有关水处理方法不正确的是(  )

A.用石灰、碳酸钠等碱性物质处理废水中的酸

B.用可溶性的铝盐和铁盐处理水中的悬浮物

C.用氯气处理水中的Cu2+、Hg2+等重金属离子

D.用烧碱处理含高浓度NH的废水并回收利用氨

[解析] 石灰、碳酸钠等碱性物质能与废水中的酸反应,因此可以用于处理废水中的酸,A项正确;可溶性的铝盐和铁盐溶于水,电离出的Al3+、Fe3+水解分别生成Al(OH)3、Fe(OH)3胶体,其可吸附水中的悬浮物质,因此可以处理水中的悬浮物,B项正确;氯气与Cu2+、Hg2+等重金属离子不反应,不能用Cl2处理水中的Cu2+、Hg2+等重金属离子,可用Na2S来处理,C项错误;烧碱能与NH反应生成NH3,因此可用烧碱处理含高浓度NH的废水并回收利用NH3,D项正确。

[答案] C

3.(2017·海南卷)下列叙述正确的是(  )

①稀硫酸和铜粉反应可制备硫酸铜 ②碘化钾与浓硫酸反应可制备碘化氢 ③过氧化钠与二氧化碳反应可制备氧气 ④铝箔在氯气中燃烧可制备无水三氯化铝

A.①②B.②③

C.③④D.②④

[解析] 根据金属活动性顺序表,Cu排在H的右边,因此金属铜不与稀硫酸反应,故①错误;浓硫酸具有强氧化性,能把HI氧化,故②错误;2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2,因此可以制备氧气,故③正确;铝在氯气中燃烧生成AlCl3,故④正确。

[答案] C

4.(2016·全国卷Ⅱ)某白色粉末由两种物质组成,为鉴别其成分进行如下实验:

①取少量样品加入足量水仍有部分固体未溶解;再加入足量稀盐酸,有气泡产生,固体全部溶解;

②取少量样品加入足量稀硫酸有气泡产生,振荡后仍有固体存在。

该白色粉末可能为(  )

A.NaHCO3、Al(OH)3B.AgCl、NaHCO3

C.Na2SO3、BaCO3D.Na2CO3、CuSO4

[解析] A项中,NaHCO3、Al(OH)3加入足量水中,NaHCO3溶解,Al(OH)3不溶解;加入稀盐酸,固体全部溶解,且有气泡产生;NaHCO3、Al(OH)3均能与H2SO4反应,最后不会有固体剩余。

B项中,NaHCO3溶于水,AgCl不溶于水,加入足量稀盐酸,AgCl仍不溶解。

C项中Na2SO3溶于水,BaCO3

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