广东版高考化学总复习专题十一金属元素及其化合物（讲解练）教学讲练

1、第三部分 元素及其化合物专题十一金属元素及其化合物高考化学 广东专用考点清单考点一钠、镁、铝及其化合物一、钠及其化合物1.钠的性质、制取、保存及用途2.NaOH的性质(1)物理性质俗名烧碱、火碱、苛性钠,是一种白色固体,易吸收空气中的水分而潮解,易溶于水并放热,水溶液有涩味。(2)化学性质NaOH来源广泛,是一种最常用的一元强碱,有强腐蚀性,具有碱的通性。3.钠的氧化物的性质比较4.Na2CO3与NaHCO3的性质比较 碳酸钠碳酸氢钠化学式Na2CO3NaHCO3俗名纯碱、苏打小苏打水溶液的酸碱性碱性碱性类别离子化合物离子化合物颜色、状态白色固体白色固体水溶性易溶于水可溶于水与盐酸反应及反应速

2、率Na2CO3+2HCl 2NaCl+H2O+CO2NaHCO3+HCl NaCl+H2O+CO2与同浓度的盐酸反应的速率:两者等浓度时NaHCO3比Na2CO3快热稳定性受热难分解2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2用途化工原料、洗涤剂食品发酵、治疗胃酸过多、泡沫灭火器相互转化Na2CO3NaHCO35.焰色反应(1)定义许多金属或它们的化合物在灼烧时会使火焰呈现特殊的颜色,这在化学上叫作焰色反应。(2)实验步骤一点:点燃酒精灯。二洗烧:将铂丝(或光洁无锈的铁丝)放入稀盐酸中清洗,再放到外焰上灼烧,直至火焰呈现原来的颜色。三蘸烧:用铂丝(或铁丝)蘸取固体或液体待测物,灼烧并观察火焰颜

3、色若是钾元素,应透过蓝色的钴玻璃(可滤去遮盖紫色的黄光)观察。四洗烧:铂丝(或铁丝)用稀盐酸洗净,放在外焰上烧至原色,放回原处。说明a.焰色反应不是化学变化,而是一种物理现象,主要用于钠、钾等碱金属或碱土金属元素的检验。焰色反应是元素的性质,不因元素的存在形式改变而改变。b.用稀盐酸清洗的原因:生成金属氯化物,而金属氯化物在高温时可挥发。c.焰色反应中所用的火焰部分应是无色或浅色的。d.灼烧铂丝(或铁丝)时应一直烧至火焰恢复到原来的颜色。二、镁、铝及其化合物1.镁和铝分别位于第三周期的A族和A族。它们的原子核外均有3个电子层,其原子结构示意图分别为:Mg,Al。铝的熔沸点比镁的高、硬度比镁的大

4、。2.Mg、Al都是较活泼的金属,常温下能被空气中的O2氧化,表面生成一层致密的氧化膜。镁和铝在纯氧中剧烈燃烧,发出耀眼的白光。镁不易和冷水反应,但能与沸水迅速反应。常温下铝在浓硫酸或浓硝酸中会发生钝化,所以常用铝槽车来运输浓硫酸或浓硝酸。3.MgO是很轻的白色粉末,属于碱性氧化物,它能与水缓慢反应生成Mg(OH)2;它具有很高的熔点,可作耐高温材料。MgCl2是一种无色、味苦、易溶于水的固体,易潮解,可作干燥剂。工业上用电解熔融的MgCl2的方法制取金属镁。4.Al2O3是一种白色物质,Al(OH)3是一种白色胶状物质,它们都是不溶于水的两性化合物,它们既能与强酸反应,又能与强碱反应,如Al

5、2O3+6H+ 2Al3+3H2O,Al2O3+2OH- 2Al+H2O;Al(OH)3+3H+ Al3+H2O,Al(OH)3+OH- Al+2H2O。5.实验室常用Al3+和浓氨水反应或在含Al的溶液中通入CO2气体两种方法来制取Al(OH)3。因Al(OH)3具有两性,故通常不采用强碱或强酸来制取。明矾的化学式可写为KAl(SO4)212H2O或K2SO4Al2(SO4)324H2O,它是一种复盐,常用来净水,原理是Al3+3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+(用离子方程式表示)。6.铝及其化合物间的转化关系:(1)Al3+3NH3H2O Al(OH)3+3NAl3+3OH- Al(O

6、H)3Al(OH)3+OH- Al+2H2O2Al(OH)3 Al2O3+3H2OAl(OH)3+3H+ Al3+3H2OAl+H+H2O Al(OH)32Al+CO2+3H2O 2Al(OH)3+C(少量CO2)Al+CO2+2H2O Al(OH)3+HC(过量CO2)Al2O3+6H+ 2Al3+3H2OAl2O3+2OH- 2Al+H2O2Al2O3(熔融) 4Al+3O22Al+6H+ 2Al3+3H22Al+2OH-+2H2O 2Al+3H2(2)另外,还存在双水解反应,如:Al3+3Al+6H2O 4Al(OH)3Al3+3HC Al(OH)3+3CO22Al3+3C+3H2O 2

7、Al(OH)3+3CO2考点二铁、铜及其化合物一、铁及其化合物的性质1.铁元素位于元素周期表中第四周期第族,是一种应用最广泛的过渡金属;铁元素是一种变价金属元素,通常显+2价和+3价;其原子结构示意图为。2.铁的化学性质铁有较强的还原性,主要化合价有+2、+3,通常能与下列物质反应。(1)与H2O在高温下反应:3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2(2)与非氧化性酸(如稀盐酸、稀H2SO4)反应:Fe+2H+ Fe2+H2(离子方程式)(3)与稀的氧化性酸(如稀HNO3)反应:Fe+N+4H+ Fe3+NO+2H2O注意若与浓HNO3、浓H2SO4在常温下接触,会发生钝化。(4)与强氧化剂

8、(如Cl2、Br2、O2等)反应:与Cl2反应:2Fe+3Cl2 2FeCl3与O2反应:3Fe+2O2 Fe3O4(5)与弱氧化剂(如I2、S等)反应:与I2反应:Fe+I2 FeI2与S反应:Fe+S FeS(6)与氧化性较强的金属阳离子反应:与Fe3+反应:Fe+2Fe3+ 3Fe2+与Cu2+反应:Fe+Cu2+ Cu+Fe2+3.铁的氧化物4.Fe(OH)2是白色絮状物,易被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3,该过程中颜色由白色变为灰绿色,最后全部变为红褐色,化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,所以在制取Fe(OH)2时应首先将Fe3+化学式FeOFe2O

9、3Fe3O4俗名铁红磁性氧化铁颜色黑色红色黑色铁的化合价+2+3+2、+3溶解度不溶于水与H+反应的离子反应方程式FeO+2H+ Fe2+H2OFe2O3+6H+ 2Fe3+3H2OFe3O4+8H+ 2Fe2+Fe3+4H2O(Fe2+被水溶液中的O2氧化所致)用Fe粉还原为Fe2+,然后需将吸有碱液的滴管末端插入溶液内制取。Fe(OH)3是红褐色、难溶于水的固体,受热易分解2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O。5.铁盐与亚铁盐(1)Fe2+的溶液呈浅绿色,铁元素处于中间价态,既有氧化性,也有还原性,其中以还原性为主。往Fe2+溶液中滴加氯水:2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl-往Fe2+

10、溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液:5Fe2+Mn+8H+ 5Fe3+Mn2+4H2O往Fe2+溶液中滴加酸性H2O2溶液:2H+2Fe2+H2O2 2Fe3+2H2OFe2+在溶液中可发生水解,Fe2+2H2O Fe(OH)2+2H+,在配制FeCl2溶液时,常加少量铁粉避免Fe2+被氧化,加少量盐酸抑制Fe2+的水解。(2)Fe3+溶液呈棕黄色,且有较强的氧化性。用Fe3+溶液腐蚀电器板上的铜:2Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+溶液中Fe3+与I-不共存:2Fe3+2I- 2Fe2+I2Fe3+在溶液中易水解,可将饱和FeCl3溶液滴入沸水中制Fe(OH)3胶体,化学方程式为FeCl3+3H2O

11、Fe(OH)3(胶体)+3HCl;也可利用该性质,在工业生产中通过调pH除去溶液中的Fe3+;但在配制FeCl3溶液时,需抑制Fe3+水解,故常将FeCl3固体先溶于适量浓盐酸中,再加水稀释至所需浓度。6.Fe2+与Fe3+的鉴别(1)直接观察颜色含Fe2+的溶液呈浅绿色,含Fe3+的溶液呈棕黄色。(2)利用显色反应1)2)(3)利用氢氧化物沉淀的颜色(4)利用Fe3+的氧化性1)2)3)(5)利用Fe2+的还原性1)2)二、铜及其化合物1.铜的化学性质(1)常温下,铜在干燥的空气中性质稳定,但在潮湿空气里则会被锈蚀,在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈,有关化学方程式为2Cu+O2+H2O+CO2

12、Cu2(OH)2CO3。(2)在加热条件下,铜能跟许多非金属发生反应。写出下列化学方程式:铜在空气中加热:2Cu+O22CuO;铜丝在硫蒸气中反应:2Cu+SCu2S。2.常见铜的化合物之间的转化(1)黑色氧化铜在高温下分解为红色的Cu2O,化学方程式为4CuO2Cu2O+O2。 (2)蓝色的硫酸铜晶体受热分解得到白色的硫酸铜粉末,化学方程式为Cu-SO45H2OCuSO4+5H2O。(3)铜及其化合物的转化关系考点三金属材料与金属矿物的开发利用1.合金(1)概念:合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。(2)性能:合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或

13、机械性能。熔点:一般比它的各成分金属的低;硬度和强度:一般比它的各成分金属的大。2.常见金属材料重要的黑色金属材料钢;钢是用量最大、用途最广的合金。钢3.金属矿物的开发利用(1)金属在自然界中的存在:在地壳中除了金、铂等少数极不活泼的金属外,绝大多数金属元素以化合物形式存在。(2)金属冶炼的实质:一般情况下,金属元素有正价、没有负价,金属的冶炼过程就是把金属从其化合物中还原出来的过程。(3)金属冶炼的方法热分解法:适用于不活泼的金属,如Hg和Ag。2HgO 2Hg+O22Ag2O 4Ag+O2热还原法:用还原剂(C、CO、H2、Al等)还原金属氧化物,适合较活泼的金属。Fe2O3+3CO 2F

14、e+3CO22Al+Cr2O3 2Cr+Al2O3电解法:适合冶炼金属活动性很强的金属(一般指在金属活动性顺序中排在锌前面的金属)。例如:2NaCl(熔融) 2Na+Cl22Al2O3(熔融) 4Al+3O2MgCl2(熔融) Mg+Cl2知能拓展无机工业流程题的解题思路化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来,并根据生产流程中有关的化学知识步步设问,是无机框图的创新。它以现代工业生产为基础,与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合,考查物质的制备、检验、分离、提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用,要求考生依据流程图分析原理,紧扣信息,抓住关键,准确答题。这类试题具有较强

15、的实用性和综合性,思维主线为:规律:主线产品,分支副产品,回头为循环。1.读流程图(1)箭头:箭头进入的是投料(反应物)、出去的是主产物或副产物(生成物)。(2)三线:出线和进线均表示物料流向或操作流程,可逆线表示物质循环。2.解题要点(1)审题要点:了解生产目的、原料及产品;了解题目提供的信息;分析各步的反应条件、原理及物质成分;理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。(2)答题切入点:原料及产品的分离提纯;生产目的及反应原理;生产要求及反应条件;有关产率、产量及组成的计算;绿色化学。例(2019佛山南海七校联合体冲刺模拟,9)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3,还含有少

16、量FeS2)为原料,生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下,下列叙述不正确的是()A.加入CaO可以减少SO2的排放同时生成建筑材料CaSO4B.向滤液中通入过量CO2、过滤、洗涤、灼烧沉淀可制得Al2O3C.隔绝空气焙烧时理论上反应消耗的n(FeS2)n(Fe2O3)=15D.烧渣分离可以选择用磁铁将烧渣中的Fe3O4分离出来解题导引本题以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3,还含有少量FeS2)生产氧化铝并获得Fe3O4,从原料分析需分离Al、Fe元素并除去S元素。从流程分析分离Al元素采用碱浸的方法,生成Al过滤分离;碱浸、过滤后的滤渣中含有+3价铁,产物中含有+2价铁、+

17、3价铁,故投入的FeS2作为还原剂,还原部分+3价铁为+2价铁;原料焙烧过程中有SO2生成,故生产过程中加入少量CaO是为了减少SO2的排放。解析FeS2焙烧时会生成SO2,加入CaO会与SO2反应,减少SO2的排放,而且可以得到CaSO4,A项正确;滤液为NaAlO2溶液,通入过量CO2生成Al(OH)3,过滤、洗涤、煅烧可以得到Al2O3,B项正确;隔绝空气焙烧时,发生的反应为FeS2+16Fe2O3 2SO2+11Fe3O4,理论上反应消耗的n(FeS2)n(Fe2O3)=116,而不是15,C项错误;Fe3O4具有磁性,能够被磁铁吸引,D项正确。答案C实践探究利用所学金属及其化合物知识

18、,联系非金属及其化合物知识和实验基本知识,并运用读图能力,通过对题中的文字、表格、框图、图像信息进行综合分析,特别注意文字细节和图像中的关键点,解决化学工艺流程题、与物质性质相关的综合实验题以及化学反应原理综合题中的相关内容。例2019南京、盐城二模,20(5)H2O2在Fe2+、Cu2+的存在下生成具有强氧化性的OH(羟基自由基),OH可将有机物氧化降解。(5)SCOD是指溶解性化学需氧量,是衡量水中有机物含量多少的指标。水体中的SCOD越大,说明其有机物含量越高。用Fe2+-H2O2法氧化破解啤酒工业污泥中的微生物,释放出有机物和氮等。测得不同初始pH下污泥经氧化破解后上层清液中的SCOD

19、及总氮浓度如图所示。当pH2.5时,总氮浓度、SCOD均降低,其原因可能是。解析(5)由题图可知,当pH2.5时,总氮浓度、SCOD均降低,其原因可能是pH增大,Fe2+、Fe3+转化为Fe(OH)3,Fe2+-H2O2法氧化破解啤酒工业污泥中的微生物的催化效率降低。答案(5)Fe2+、Fe3+转化为Fe(OH)3 解题关键对于陌生的化学用语,要注意从题干中仔细搜寻新化学用语的确切含义,才能准确解答相关问题。如(5)中SCOD,是衡量水中有机物含量多少的指标,用Fe2+-H2O2法氧化破解啤酒工业污泥中的微生物,会释放出有机物和氮等。找到SCOD与pH、总氮浓度的联系,才能解释当pH2.5时,

20、总氮浓度、SCOD均降低的原因。创新思维从物质成分角度理解物质分离和提纯实际生产所运用的矿物一般都是含有伴生矿,即含有其他矿产的矿藏。因此在工业中对于较有价值的伴生矿会加以开采分离,对于价值不高的伴生矿除杂即可,但不管何种情况,在工业流程分析中应充分考虑矿物所含成分发生的变化,如:氧化还原反应、复分解反应、水解反应,甚至由于矿物成分性质的差异而发生部分氧化还原反应、部分水解反应。另外还需关注的是矿物的分离过程中常通过形成沉淀进行分离提纯,常见的方法如:形成硫化物沉淀、形成氢氧化物沉淀、形成较特殊的难溶性盐(CaF2等),还有一种分离方法需要特别注意,即利用过饱和溶液结合沉淀溶解平衡使溶解度较大

21、的溶质也能沉淀析出。例(2017课标,27,15分)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FeOCr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示:回答下列问题:(1)步骤的主要反应为:FeOCr2O3+Na2CO3+NaNO3 Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2上述反应配平后FeOCr2O3与NaNO3的系数比为。该步骤不能使用陶瓷容器,原因是 。(2)滤渣1中含量最多的金属元素是,滤渣2的主要成分是及含硅杂质。(3)步骤调滤液2的pH使之变(填“大”或“小”),原因是(用离子方程式表示)。(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸

22、发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。a.80 b.60 c.40 d.10 步骤的反应类型是。(5)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2 kg,产率为。解析(1)FeOCr2O3是还原剂,氧化产物为Na2CrO4和Fe2O3,每摩尔FeOCr2O3参与反应转移7 mol电子,而NaNO3是氧化剂,还原产物为NaNO2,每摩尔NaNO3参与反应转移2 mol电子,根据得失电子守恒可知,FeOCr2O3和NaNO3的化学计量数比为27;陶瓷在高温下会与Na2CO3反应,故熔融时不能使用陶瓷容器。(2)步骤中反应产生了不溶于水的Fe2O3,故滤渣1的主要成分是Fe2O3,则含量最多的金属元素是铁元素;调节pH=7后,Al3+转化成Al(OH)3沉淀,故滤渣2中除了含硅杂质外还有Al(OH)3。(3)分析知滤液2中的