高中化学高考二轮复习二轮复习 高考化学二轮复习 金属及其化合物

专题四金属及其化合物【直击高考】1．（2023年江苏卷）根据侯氏制碱原理制备少量NaHCO3的实验，经过制取氨气、制取NaHCO3、分离NaHCO3、干燥NaHCO3四个步骤，下列图示装置和原理能达到实验目的的是（）解析：A、氯化铵受热分解生成的氨气和氯化氢在试管口遇冷又生成氯化铵固体，不能用加热氯化铵固体的方法制备氨气，A错误；B、气流方向错误，应该从右侧导管通入CO2气体，B错误；C、从溶液中分离出碳酸氢钠固体用过滤的方法，C正确；D、碳酸氢钠受热易分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，不能用该装置干燥碳酸氢钠，D错误。答案：C2．（2023年上海卷）下列各组混合物，使用氢氧化钠溶液和盐酸两种试剂不能分离的是（）A．氧化镁中混有氧化铝B．氯化铝溶液中混有氯化铁C．氧化铁中混有二氧化硅D．氯化亚铁溶液中混有氯化铜解析：A项，虽然氧化镁和氧化铝都是金属氧化物，但根据氧化铝是两性氧化物的特点，可先用氢氧化钠溶液溶解将二者分开，过滤得氧化镁固体和偏铝酸钠溶液，往偏铝酸钠溶液中加入适量的盐酸可得氢氧化铝沉淀，过滤，将氢氧化铝加热可得氧化铝；B项，先加入足量氢氧化钠溶液，过滤，得氢氧化铁和偏铝酸钠溶液，往偏铝酸钠溶液中加入适量的盐酸可得氢氧化铝，过滤，然后用盐酸分别溶解氢氧化铁和氢氧化铝，可得到氯化铝溶液和氯化铁溶液；C项，一个碱性氧化物，一个是酸性氧化物，所以可先用氢氧化钠溶液溶解，过滤，得氧化铁固体和硅酸钠溶液，往硅酸钠溶液中加入盐酸，过滤，将所得沉淀加热即可得到二氧化硅。D项，由于氯化亚铁和氯化铜都只能和氢氧化钠反应，且得到的沉淀又都溶于盐酸，所以二者不能分离。答案：D3．（2023年浙江卷）某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质)制取七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)，设计了如下流程：NaOHNaOH溶液控制pH试剂X足量酸烧渣固体1溶液2固体2FeSO4·7H2O溶液1下列说法不正确的是（）A．溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉B．固体1中一定含有SiO2，控制pH是为了使Al3+转化为Al(OH)3，进入固体2C．从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解D．若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO4·7H2O解析：流程设计意图是用硫酸把Fe2O3、Al2O3，转化为硫酸盐，除去SiO2，然后用铁粉还原Fe3+得到硫酸亚铁，A正确；B、固体1为SiO2，分离FeSO4和Al2(SO4)3采用的是调控pH的方法，使Al3+转化为Al(OH)3沉淀从而与FeSO4分离，B正确；C、Fe2+容易被氧化，所以在得到FeSO4·7H2O产品的过程中，要防止其被氧化和分解，C正确；D、在溶液1中直接加过量的NaOH得到的是Fe(OH)2沉淀，但Fe(OH)2不稳定，很容易被氧化为Fe(OH)3，这样的话，最终所得的产品不纯，混有较多的杂质Fe2(SO4)3，D不正确。答案：D4．（2023年新课标Ⅰ卷）下列实验中，对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是（）选项实验现象结论A．将稀硝酸加入过量铁粉中，充分反应后滴加KSCN溶液有气体生成，溶液呈血红色稀硝酸将Fe氧化为Fe3＋B．将铜粉加mol·L－1Fe2(SO4)3溶液中溶液变蓝、有黑色固体出现金属铁比铜活泼C．用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热熔化后的液态铝滴落下来金属铝的熔点较低D．将·L－1MgSO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀产生，再滴加·L－1CuSO4溶液先有白色沉淀生成后变为浅蓝色沉淀Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的小解析：A、稀硝酸与过量的Fe分反应，则生成硝酸亚铁和NO气体、水，无铁离子生成，所以加入KSCN溶液后，不变红色，现象错误；B、Cu与硫酸铁发生氧化还原反应，生成硫酸铜和硫酸亚铁，无黑色固体出现，现象错误；C、铝在空气中加热生成氧化铝的熔点较高，所以内部熔化的铝不会滴落，现象错误；D、硫酸镁与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化镁沉淀（硫酸镁足量是关键信息），再加入硫酸铜，则生成氢氧化铜蓝色沉淀，沉淀的自发转化应该由溶解度小的向溶解度更小的沉淀转化，所以氢氧化铜的溶度积比氢氧化镁的溶度积小，正确。答案：D5．（2023年北京卷）以废旧铅酸电池中的含铅废料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：（1）过程Ⅰ中，在Fe2+催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是__________。（2）过程Ⅰ中，Fe2+催化过程可表示为：i：2Fe2++PbO2+4H++SO42−＝2Fe3++PbSO4+2H2Oii:……①写出ii的离子方程式：________________。②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO2，溶液变红。。（3）PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO（s）+NaOH（aq）NaHPbO2（aq），其溶解度曲线如图所示。①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是_____(选填序号)。A．减少PbO的损失，提高产品的产率B．重复利用氢氧化钠，提高原料的利用率C．增加Na2SO4浓度，提高脱硫效率②过滤Ⅲ的目的是提纯，综合上述溶解度曲线，简述过程Ⅲ的操作_______________________。解析：（1）根据题给化学工艺流程知，过程Ⅰ中，在Fe2＋催化下，Pb、PbO2和H2SO4反应生成PbSO4和水，化学方程式为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。（2）①催化剂通过参加反应，改变反应历程，降低反应的活化能，加快化学反应速率，而本身的质量和化学性质反应前后保持不变。根据题给信息知反应i中Fe2＋被PbO2氧化为Fe3＋，则反应=2\*romanii中Fe3＋被Pb还原为Fe2＋，离子方程式为2Fe3＋+Pb+SO42—==PbSO4+2Fe2＋；②a实验证明发生反应i，则b实验需证明发生反应=2\*romanii，实验方案为取a中红色溶液少量，加入过量Pb，充分反应后，红色褪去。（3）①过程Ⅱ脱硫过程中发生的反应为PbSO4+2NaOH==PbO+Na2SO4+H2O，而滤液Ⅰ中含有硫酸，可降低溶液的pH，使平衡：PbO（s）+NaOH（aq）NaHPbO2（aq）逆向移动，减少PbO的损失，提高产品的产率，同时重复利用NaOH，提高原料的利用率答案选AB；②根据PbO的溶解度曲线，提纯粗Pb的方法为将粗PbO溶解在35%NaOH溶液中配成高温下的饱和溶液，降温结晶、过滤，洗涤并干燥即可得到PbO。答案：（1）Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O（2）①2Fe3＋+Pb+SO42—==PbSO4+2Fe2＋②取a中红色溶液少量，加入过量Pb，充分反应后，红色褪去（3）①A、B②将粗PbO溶解在一定量35%NaOH溶液中，加热至110℃，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤、洗涤并干燥得到PbO固体【考点揭秘】金属及其化合物的知识是高中化学的主干知识，钠、镁、铝、铁、铜的单质及其化合物的知识是高考化学的必考内容。在高考中一般以金属及其化合物的基础知识为载体，与氧化还原反应、原电池与电解池、离子反应方程式书写、离子共存、离子浓度和离子水解后溶液的酸碱性比较、离子鉴别与分离、物质的量计算、元素在周期表中位置推断、沉淀溶解平衡等联系进行综合考查。试题具有一定的综合性，将元素化合物的性质与概念、原理、实验探究、过程方法的考查相融合，试题往往以生产生活实际、科技前沿信息、当前社会热点作为考查的切入点，考查学生运用已有知识解决新问题的能力。【考点全解】一钠及其化合物1．钠和盐溶液反应，不能置换出盐中的金属，而是先与H2O反应生成NaOH，然后生成的NaOH溶液再与盐溶液反应，钠与H2O、酸反应的实质都是与H＋反应，所以钠与酸溶液反应更为剧烈。钠与熔融的盐反应才可能置换出盐中的金属。2．无论Na与O2反应生成Na2O或Na2O2，只要参与反应的Na质量相等，则转移电子的物质的量一定相等。Li和O2反应只生成Li2O。3．Na及其化合物发生焰色反应时火焰颜色均为黄色，鉴别Na、K利用焰色反应。焰色反应是大多金属元素的性质，属于物理变化。4．Na2O2具有强氧化性，能将具有还原性的物质氧化，每摩Na2O2得2mol电子，1molNa2O2参与反应转移电子的物质的量为1mol。二铝及其化合物1．铝是活泼金属，但铝抗腐性相当强，因为铝表面生成一层致密的氧化物薄膜。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，并不是Al与所有金属氧化物均能组成铝热剂，该金属氧化物对应的金属活泼性应比铝弱。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。Al(OH)3可用作抗酸药。4．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．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，Fe、Al在冷的浓硫酸和浓硝酸中发生钝化，但加热后继续反应。2．FeCl2溶液与NaOH溶液在空气中反应的现象变化，常用于物质推断。向Fe2＋溶液中加入硝酸、KMnO4溶液、氯水等具有氧化性的物质时，溶液会出现浅绿色→棕色的颜色变化，该现象可用于Fe2＋的初步检验。Fe3＋的检验方法较多，如观察溶液颜色法(棕黄色)、NaOH溶液法(生成红褐色沉淀)、KSCN溶液法(生成血红色溶液)，前面两种方法需溶液中Fe3＋浓度较大时才适用，最好也最灵敏的方法是KSCN溶液法。3．配制FeCl2溶液既要防氧化(加入Fe粉)，又要防水解(加入盐酸)；配制FeCl3溶液要加入浓盐酸防止水解。4．Fe3＋必须在酸性条件下才能大量存在，当pH＝7时，Fe3＋几乎完全水解生成Fe(OH)3沉淀。除去酸性溶液ZnCl2中的FeCl2，应先通入Cl2或加入H2O2，再加入ZnO，使Fe3＋水解生成沉淀过滤除去。5．制备Fe(OH)2的方法很多，原则有两点，一是溶液中的溶解氧必须提前除去，二是反应过程中必须与O2隔绝。四铜及其化合物1．铜在潮湿的空气中最终不是生成CuO，而是铜绿[Cu2(OH)2CO3]。2．常用灼热的铜粉除去N2中的O2，灼热的CuO除去CO2中的CO。3．新制Cu(OH)2悬浊液常用来检验醛基。4．Cu和一定量的浓HNO3反应，产生的是NO2和NO的混合气体，当Cu有剩余，再加入稀H2SO4，Cu继续溶解。五金属冶炼1．金属的冶炼方法与金属活动性顺序表有密切的关系：2．钠、镁的冶炼是电解熔融的NaCl、MgCl2，铝的冶炼是电解加了冰晶石的熔融Al2O3，不是电解熔融AlCl3，因为AlCl3是共价化合物，熔融态不导电。3．热还原法中使用的还原剂通常为碳、一氧化碳和氢气等。在金属活动性顺序表中，虽然前面的金属能够将后面的金属从其化合物中置换出来，但不一定是从其盐溶液中置换，例如Na由于活泼性太强，不能从CuCl2溶液中置换出Cu，但是可以在其熔融状态下置换出铜。在高炉炼铁中，加入的还原剂是焦炭，但真正作还原剂的是CO。题型一金属元素及其化合物的性质例题1.（2023届东北育才学校高三第一次模似）向Na2CO3、NaHCO3混合溶液中逐滴加入稀盐酸，生成气体的量随盐酸加入量的变化关系如右图所示。则下列离子组在对应的溶液中一定能大量共存的是(）A．a点对应的溶液中：Na+、OH-、SO42-、NO3-B．b点对应的溶液中：Al3+、Fe3+、MnO4-、Cl-C．c点对应的溶液中：Na+、Ca2+、NO3-、Cl-D．d点对应的溶液中：F-、NO3-、Fe2+、Ag+解析：向Na2CO3、NaHCO3，a点溶液中含有CO32-和HCO3-，b点全部为HCO3-，c点恰好完全反应生成NaCl，溶液呈中性，d点盐酸过量，呈酸性。A．a点溶液中含有CO32-和HCO3-，HCO3-与OH-反应不能大量共存，故A错误；B．b点全部为HCO3-，Al3+、Fe3+与HCO3-发生互促水解反应而不能大量共存，故B错误；C．c点恰好完全反应生成NaCl，溶液呈中性，离子之间不发生任何反应，可大量共存，故C正确；D．d点呈酸性，酸性条件下，NO3-与Fe2+发生氧化还原反应而不能大量共存，F-在酸性条件下不能大量共存，故D错误。答案：C答题指导：常见金属及化合物性质归纳（1）Al既能与酸反应也可以与碱反应；Fe、Al在冷的浓硫酸或冷的浓硝酸的条件下钝化；活泼性很强的金属(如钠、钾)不能把活泼性弱的金属从其盐溶液中置换出来。（2）Na2O(白色)、Na2O2(淡黄色)、MgO(白色粉末、熔点高)、Al2O3(白色、熔点高)、Fe2O3(红棕色)、FeO(黑色)、Fe3O4(黑色、具有磁性)、CuO(黑色)、Cu(OH)2(蓝色)、Fe(OH)2(白色)、Fe(OH)3(红褐色)。（3）Na2O2可分别与水、CO2反应生成氧气；Al2O3与强碱反应生成偏铝酸盐；FeO、Fe3O4与强氧化性酸反应被氧化生成三价铁。（4）四大强碱[NaOH、KOH、Ba(OH)2、Ca(OH)2]均溶于水，受热均不分解，对应的氧化物(Na2O、Na2O2、K2O、BaO、CaO)也与水剧烈反应，生成碱；其他金属氢氧化物一般不溶于水、受热分解，对应的氧化物一般也不与水反应，如Cu(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3等。Al(OH)3既与酸反应又与强碱反应；Fe(OH)2极易被氧化，在空气中白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。变式练习1（2023届东北育才学校高三第一次模似）把铁粉投入40mL某HNO3溶液中,充分反应后剩余固体,产生NO2和NO的混合气体。若不考虑N2O4的存在,则原HNO3溶液的物质的量浓度(）A．·L-1B．·L-1C．·L-1D．·L-1解析：把纯铁粉投入到某HNO3溶液中，充分反应后剩余固体，说明生成硝酸亚铁，硝酸完全反应，参加反应的Fe的质量=，其物质的量==，故n[Fe(NO3）2]=，反应中硝酸起氧化剂、酸性作用，起酸性作用的酸性生成硝酸亚铁，起氧化剂作用的硝酸生成NO和NO2，根据N元素守恒可知n(HNO3）=2n[Fe(NO3）2]+n(NO+NO2）=×2+=，所以原HNO3溶液的物质的量浓度=mol•l-1。答案：C题型二金属元素及其化合物与化学工艺流程例2．（2023年福建卷）无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。(1)氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体，其反应的离子方程式为____________。(2)工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含有Fe2O3、SiO2等杂质)制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下：已知：物质SiCl4AlCl3FeCl3FeCl2沸点/℃180(升华)300(升华)1023①步骤Ⅰ中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多，其作用是______________________(只要求写出一种)。②步骤Ⅱ中若不通入氯气和氧气，则反应生成相对原子质量比硅大的单质是________。③已知：Al2O3(s)＋3C(s)=2Al(s)＋3CO(g)ΔH1＝＋1kJ·mol－12AlCl3(g)=2Al(s)＋3Cl2(g)ΔH2＝＋1kJ·mol－1由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为__________________________。④步骤Ⅲ的尾气经冷却至室温后，气体用足量的NaOH冷溶液吸收，生成的盐主要有3种，其化学式分别为_____________________________________________。⑤结合流程及相关数据分析，步骤V中加入铝粉的目的是_____________________。解析：(1)AlCl3中Al3＋水解产生Al(OH)3胶体，反应的离子方程式为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋。(2)①焙烧去水分，其目的是防止AlCl3水解；焙烧气孔增多，可以增大反应物的接触面积，增大反应速率。②根据流程图可知，若不通入Cl2和O2会生成相对原子质量比硅大的单质Fe。③根据盖斯定律，反应①－反应②得，Al2O3(s)＋3C(s)＋3Cl2(g)=2AlCl3(g)＋3CO(g)ΔH＝＋kJ·mol－1。④尾气中含有的Cl2、CO2等与NaOH溶液反应，生成NaCl、NaClO和Na2CO3。⑤由于AlCl3、FeCl3均易升华，制备的AlCl3中可能混有FeCl3，加入Al的目的是除去FeCl3，提高AlCl3纯度。答案：(1)Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋(2)①防止后续步骤生成的AlCl3水解(或增大反应物的接触面积，加快反应速率)②铁(或Fe)③Al2O3(s)＋3C(s)＋3Cl2(g)=2AlCl3(g)＋3CO(g)ΔH＝＋kJ·mol－1④NaCl、NaClO、Na2CO3⑤除去FeCl3，提高AlCl3纯度答题指导：化学工艺流程题主要包括物质的制备和提纯两大类型，主要考查化工生产条件的控制；化学实验操作及化工流程的设计与评价；金属、非金属单质和化合物的性质与转化；关于化工生产的相关计算。（1）物质制备类化工生产流程题的解题策略：明确原始物质及目标物质，分析题目信息(如原料成分、产品成分、某种新物质的性质、及相关反应等)，进而分析每个生产环节所发生的反应和操作目的；明确流程“原料→对原料的预处理→核心化学反应→产品的提纯分离→目标产物”中箭头进入的是投料(反应物)，箭头出去的是生成物(包括主产物和副产物)，返回的箭头一般是被循环利用的物质；熟悉常用的与化工生产相关的操作方法及其作用。（2）提纯类化工生产流程题的解题策略：明确原料中含有的杂质和目标物质；阅读流程图，明确提纯的流程；明确提纯的方法：水溶法、酸溶法、碱溶法、氧化或还原法、加热灼烧法、调节溶液的pH法、杂质转化法、吸收洗涤法、加热升华法等；明确常用的分离方法：过滤、萃取和分液、蒸发结晶、冷却结晶、蒸馏或分馏、冷却法等；同时还要注意物质分离、提纯的原则及注意事项等。变式练习2(咸阳市2023届高考化学5月预测试卷)高铁酸钾（K2FeO4）是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂．其生产工艺流程如图1：请同答下列问题：（1）写出向KOH溶液中通入足量Cl2发生反应的离子方程式：。（2）在溶液Ⅰ中加入KOH固体的目的是（填编号）。A．为下一步反应提供碱性的环境B．使KClO3转化为KClOC．与溶液Ⅰ中过量的Cl2继续反应，生成更多的KClOD．KOH固体溶解时会放出较多的热量，有利于提高反应速率（3）从溶液Ⅱ中分离出K2FeO4后，还会有副产品KNO3、KCl，则反应③中发生反应的离子方程式为，每制得K2FeO4，理论上消耗氧化剂的物质的量为mol。（4）高铁酸钾（K2FeO4）作为水处理剂的一个优点是能与水反应生成胶体吸附杂质，配平该反应的离子方程式：FeO42﹣+H2O⇌Fe（OH）3（胶体）+O2↑+OH﹣。（5）从环境保护的角度看，制备K2FeO4较好的方法为电解法，其装置如图2所示．电解过程中阳极的电极反应式为。（6）高铁电池是一种新型二次电池，电解液为碱溶液，其反应式为3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH3Zn+2K2FeO4+8H2O，放电时电池的负极反应式为。解析：足量Cl2通入和KOH溶液中，温度低时发生反应Cl2+2OH﹣=Cl﹣+ClO﹣+H2O，向溶液I中加入KOH，使氯气完全反应，且将溶液转化为碱性溶液，只有碱性条件下次氯酸根离子才能和铁离子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子，除去KCl得到碱性的KClO浓溶液，向碱性的KClO浓溶液中加入90%的Fe（NO3）3溶液，发生反应2Fe3++3ClO﹣+10OH﹣=2FeO42﹣+3Cl﹣+5H2O，得到溶液II，纯化得到湿产品，将湿产品洗涤、干燥得到晶体K2FeO4。（1）KOH溶液和足量Cl2发生反应生成KCl、KClO和H2O，离子方程式为Cl2+2OH﹣=Cl﹣+ClO﹣+H2O；（2）KOH和氯气反应生成KClO，除去未反应的氯气，且只有碱性条件下，铁离子才能和次氯酸根离子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子，所以加入KOH的目的是除去氯气且使溶液为碱性，故选AC；（3）反应③中铁离子和次氯酸根粒子发生氧化还原反应生成高铁酸根离子，离子方程式为2Fe3++3ClO﹣+10OH﹣=2FeO42﹣+3Cl﹣+5H2O；n（K2FeO4）==，根据2Fe3++3ClO﹣+10OH﹣=2FeO42﹣+3Cl﹣+5H2O知，氧化剂的物质的量=×3=；（4）该反应中Fe元素化合价由+6价变为+3价、O元素化合价由﹣2价变为0价，其转移电子数为6，根据转移电子相等、电荷守恒配平方程式为4FeO42﹣+10H2O=2Fe（OH）3（胶体）+3O2↑+8OH﹣；（5）Na2FeO4能消毒、净水的原因高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成Fe3+形成胶体，具有吸附悬浮物的净水的作用，电解时阳极Fe失电子发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH﹣﹣6e﹣═FeO42﹣+4H2O；（6）该原电池放电时，负极上锌失电子和氢氧根离子反应生成氢氧化锌，电极反应式为：Zn+2OH﹣﹣2e﹣=Zn（OH）2，充电时，氢氧根离子参加反应生成水，所以随着反应的进行，氢氧根离子浓度减小，溶液的pH减小。答案：（1）Cl2+2OH﹣=Cl﹣+ClO﹣+H2O（2）AC（3）2Fe3++3ClO﹣+10OH﹣=2FeO42﹣+3Cl﹣+5H2O；（4）4；10；4；3；8（5）Fe+8OH﹣﹣6e﹣═FeO42﹣+4H2O；（6）Zn+2OH﹣﹣2e﹣=Zn（OH）2题型三金属元素及其化合物与化学实验例3(2023年高考四川卷)CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，并进行相关探究。[实验探究]该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)。请回答下列问题：(1)仪器X的名称是________。(2)实验操作的先后顺序是a→________→e(填操作的编号)。a．检查装置的气密性后加入药品b．熄灭酒精灯，冷却c．在“气体入口”处通入干燥HCld．点燃酒精灯，加热e．停止通入HCl，然后通入N2(3)在实验过程中，观察到B中物质由白色变为蓝色，C中试纸的颜色变化是________。(4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是__________________________。[探究反思](5)反应结束后，取出CuCl产品进行实验，发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。根据资料信息分析：①若杂质是CuCl2，则产生的原因是______________________________________。②若杂质是CuO，则产生的原因是________________________________________。解析：(1)根据装置可知，仪器X的名称为球形干燥管。(2)热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，为防止CuCl被氧化和Cu＋水解，先赶走装置中的氧气和水蒸气后再加热，且要在HCl气流中加热制备。反应结束后先熄灭酒精灯，继续通入N2直至装置冷却，所以操作顺序为：a→c→d→b→e。(3)B中物质由白色变为蓝色，说明有水生成，产物中还有Cl2，所以C中石蕊试纸先逐渐变为红色，后褪色。(4)D中Cl2与NaOH发生反应，反应的离子方程式为：Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O。(5)①杂质含CuCl2说明CuCl2没有反应完全，产生的原因是加热时间不足或温度偏低；②杂质含氧化铜，说明CuCl被O2氧化，可能是通入HCl的量不足。答案：(1)球形干燥管(2)cdb(3)先变红，后褪色(4)Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O(5)①加热时间不足或温度偏低②通入HCl的量不足答题指导：化学实验探究的基本环节(1)发现问题：就是在学习和实验的过程中所遇到的值得探究的问题和异常现象等。(2)提出猜想：就是根据已有的知识对所发现的问题的解决提出的几种可能的情况。(3)设计验证方案：就是根据猜想，结合实验条件设计科学、合理、安全的实验方案，对各种猜想进行验证。(4)具体实施实验：就是根据实验方案选择仪器、组装仪器、按步骤进行操作实验的过程。(5)观察现象分析数据，得出结论：就是认真全面观察实验中出现的现象并及时记录所得数据，然后进行推理分析和数据分析，通过对比归纳得出结论。变式练习3(湘西州2023届高考化学二模试卷)四碘化锡（SnI4）是一种橙红色结晶，熔点为℃，沸点为364℃，不溶于冷水，溶于醇、苯、氯仿等，遇水易水解，常用作分析试剂和有机合成试剂。实验室制备四碘化锡的主要步骤如下：步骤1：在150mL干燥的圆底烧瓶中，加入碎锡箔和，再加入30mL冰醋酸和30mL醋酸酐[（CH3CO）2O]。实验装置如图所示，组装好后用煤气灯加热至沸腾约1～，至反应完成；步骤2：冷却结晶，过滤得到四碘化锡粗品；步骤3：粗品中加入30mL氯仿，水浴加热回流溶解后，趁热过滤；步骤4：将滤液倒入蒸发皿中，置于通风橱内，待氯仿全部挥发后得到SnI4晶体。回答下列问题：（1）图中仪器a的名称为；冷却水从接口（填“b”或“c”）进入。（2）仪器a上连接装有无水CaCl2的干燥管的目的是；锡箔需剪碎的目的是；加入醋酸酐的目的是。（3）烧瓶中发生反应的化学方程式为；单质碘需过量的主要目的是。（4）反应已到终点的现象是。（5）步骤3和步骤4的目的是；该次合成的产率为。解析：（1）仪器a的名称为球形冷凝管，冷凝水下进上出，使冷凝水充满整个冷凝管，充分冷凝；（2）四碘化锡遇水易水解，装有无水CaCl2的干燥管可吸收空气中的水蒸气，防止空气中水蒸气进入反应器中，导致四碘化锡水解，锡箔需剪碎增大与I2的接触面，加快反应速率；醋酸酐能与水反应，防止四碘化锡水解；（3）锡与碘反应生成四碘化锡，Sn+2I2SnI4，单质碘过量可使锡反应完全，防止锡屑混入四碘化锡晶体中；（4）紫红色的碘蒸气消失，溶液颜色由紫红色变成橙红色，说明反应到达终点；（5）醋酸易溶于氯仿，除掉杂质，提纯SnI4产品，生成SnI4的理论质量为×=，则产率=×100%=75%。答案：（1）球形冷凝管；b（2）防止空气中水蒸气进入反应器中；增大与I2的接触面，加快反应速率；除去体系中的水，防止四碘化锡水解（3）Sn+2I2SnI4；使锡反应完全，防止锡屑混入四碘化锡晶体中（4）紫红色的碘蒸气消失，溶液颜色由紫红色变成橙红色（5）提纯SnI4产品；75%【考前必练】1．（甘肃兰州一中2023届9月考）分别用等量的铁与足量的稀硫酸和足量的CuO制备单质铜，有人设计了以下两种方案：①，②。对制备得到Cu的量，下列判断正确的是（）A．一样多B．①多C．②多D．无法判断2．（湖南衡阳八中2023届第二次月考）“类推”这种思维方法在化学学习与研究中有时会产生错误结论，因此类推的结论最终要经过实践的检验，才能决定其正确与否，下列几种类推结论中错误的是（）①钠与水反应生成NaOH和H2；所有金属与水反应都生成碱和H2②铁露置在空气中一段时间后就会生锈，性质更活泼的铝不能稳定存在于空气中③Al(OH)3、Cu(OH)2受热易分解，Fe(OH)3受热也易分解④不能用电解熔融的AlCl3来制取金属铝；也不能用电解熔融的MgCl2来制取金属镁A．①④B．②④C．①②④D．①②③④3．(2023届衡水中学一调)通过观察化学实验现象，分析归纳出正确的结论，是学习化学科学最基本的技能之一。下列由实验现象得出结论正确的是()选项实验现象结论A把相同大小的一块铝和镁分别投入相同浓度的NaOH溶液中：铝溶解有气泡放出，而镁没有任何变化由此得出：铝的金属性比镁强B取一块铝箔，用酒精灯点燃：铝箔只熔化成液体而没有脱落由此得出：铝不易燃烧C向氯化铵溶液中投入一铝片：铝片上产生大量气泡由此得出：该气体是氨气D向氯化铝溶液中逐滴滴加NaOH溶液至过量：先产生白色沉淀，后沉淀逐渐溶解，最后沉淀完全消失由此得出：氢氧化铝能溶于强碱溶液4．(2023年高考浙江卷)下列说法不正确的是()A．储热材料是一类重要的能量存储物质，单位质量的储热材料在发生熔融或结晶时会吸收或释放较大的热量B．Ge(32号元素)的单晶可以作为光电转换材料用于太阳能电池C．Ba2＋浓度较高时危害健康，但BaSO4可服入体内，作为造影剂用于X­射线检查肠胃道疾病D．纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的Pb2＋、Cu2＋、Cd2＋、Hg2＋等重金属离子，其本质是纳米铁粉对重金属离子较强的物理吸附5．(2023届河南林州一中质检)从某含有FeCl2、FeCl3、CuCl2的工业废液中回收铜并制备氯化铁晶体的流程如下：则下列说法正确的是()A．试剂a是铁、试剂b是稀硫酸B．操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ所用仪器相同C．试剂c是氯气，相应的反应为：2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－D．用酸性KMnO4溶液可检验溶液W中是否含有Fe2＋6．(咸阳市2023届高考化学5月预测试卷)氯酸镁[Mg（ClO3）2]常用作催熟剂、除草剂等，实验室制备少量Mg（ClO3）2•6H2O的流程如下：已知：卤块主要成分为MgCl2•6H2O，含有MgSO4、FeCl2等杂质。下列说法不正确的是（）A．卤块中加入KMnO4发生的氧化还原反应有2个B．加入BaCl2为沉淀SO42﹣C．也可用Mg（OH）2代替MgO调节溶液的PHD．在滤液中加NaClO3饱和溶液得到产品利用了相同温度下Mg（ClO3）2溶解度比NaClO3小7．（盘锦市辽河油田二中2023届高考化学六模试卷）在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多的金属腐蚀现象．可以通过下列装置所示实验进行探究．下列说法正确的是（）A．按图Ⅰ装置实验，为了更快更清晰地观察到液柱上升，可采用下列方法：用酒精灯加热具支试管B．图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ的正极材料是铁C．铝制品表面出现白斑可以通过图Ⅲ装置进行探究，Cl﹣由活性炭区向铝箔表面区迁移，并发生电极反应：2Cl﹣﹣2e﹣═Cl2↑D．图Ⅲ装置的总反应为4Al+3O2+6H2O═4Al（OH）3，生成的Al（OH）3进一步脱水形成白斑8．(山东省寿光现代中学2023届高三10月月考)铁、铜等金属及其化合物在日常生产生活中用途非常广泛。I.实验室欲制备(NO3)2晶体，甲、乙两同学分别设计实验方案如下：甲：CuCu(NO3)2乙：CuCuOCu(NO3)2(1)从绿色化学的角度分析，同学的方案更合理。(2)乙同学实验时通入O2的速率不宜过大，为便于观察和控制产生O2的速率，宜选择装置(填字母序号)。Ⅱ.某化学实验小组通过实验来探究一包黑色粉是否由Fe3O4、CuO组成，探究过程如下：(1)提出假设：假设1.黑色粉末是CuO；假设2.黑色粉末是Fe3O4；假设3.黑色粉末是CuO和Fe3O4的混合物。(2)设计探究实验：取少量粉末放入足量稀硫酸中，在所得溶液中滴加KSCN试剂。①若假设1成立，则实验现象是溶液显蓝色。②若假设2或3成立，则实验现象是。为进一步探究，继续向所得溶液加入足量铁粉，若产生的现象，则假设3成立。有另一小组同学提出，若混合物中CuO含量较少，可能加入铁粉后实验现象不明显。查阅资料：Cu2+与足量氨水反应生成深蓝色溶液，Cu2++4NH3•H2OCu(NH3)4为探究是假设2还是假设3成立，另取少量粉末加稀硫酸充分溶解后，再加入足量氨水，若假设2成立，则产生现象；若假设3成立，则产生现象。Ⅲ.由Fe3O4、FeO、CuO、Fe组成的固体混合物，在加热条件下用足量的CO还原，得到金属混合物，将生成的CO2气体用足量的澄清石灰水吸收后，产生白色沉淀。固体混合物的质量是。9．（襄州一中、枣阳一中、宜城一中、曾都一中四校2023届高三上学期期中）电镀污泥中含有Cr（OH）3、Al2O3、ZnO、CuO、NiO等物质，工业上通过下述流程回收Na2Cr2O7等物质。已知：①Cr（OH）3、ZnO和Al2O3一样均为两性化合物；②Na2Cr2O7、Na2SO4在不同温度下的溶解度如表：20℃60℃100℃Na2SO4Na2Cr2O7183269415（1）焙烧过程中生成Na2CrO4的化学方程式为；水浸后溶液中除Na2CrO4还存在的溶质有和；（2）加入H2SO4调节pH的目的为；（3）得到滤渣Ⅲ的“系列操作”的步骤为、过滤；（4）若1L加入H2SO4后所得溶液中含铬元素质量为，CrO42﹣有8/9转化为Cr2O72﹣，求转化后所得溶液中c（Cr2O72﹣）=mol•L﹣1；（5）向Na2Cr2O7与H2SO4混合液中加入H2O2，再加入乙醚并摇动，乙醚层为蓝色，乙醚中溶有CrO5，则发生反应的化学方程式为。10．（盘锦市辽河油田二中2023届高考化学六模试卷）金属铬污染环境，其主要来源于冶金、水泥等工业产生的废水，煤和石油燃烧的废气中也含有颗粒状的铬。（1）某兴趣小组拟定以下流程，对含Cr3+、Fe2+等离子的废水进行无害化处理。请回答下列问题：①写出加入双氧水后发生反应的离子方程式：。②过滤操作需要的玻璃仪器有。③活性炭的作用是。（2）工业含铬废水中铬常以Cr2O72﹣形式存在，可按下列流程来除去废水中的铬。①写出还原池中发生反应的离子方程式：。②石灰水处理后生成的沉淀有（用化学式表示）。③现处理1×102L含铬（Ⅵ）39mg•L﹣1的废水，需要绿矾g。11.(2023届四川南充第一次高考适应性考试)FeSO4·7H2O俗称“绿矾”，是一种蓝绿色晶体。某课外活动小组同学在实验室发现一瓶绿矾已部分变质，拟用该试剂为原料，重新制取FeSO4·7H2O晶体，并测定其纯度。[查阅资料]①绿矾化学性质常不稳定，在潮湿空气中逐渐氧化变质，久置的绿矾溶液逐渐变为黄色，并出现棕黄色浑浊。②硫酸亚铁的溶解度随温度升高而增大。[制备晶体]①取一定量已变质的“绿矾”于烧杯中，加适量水，搅拌，得到棕黄色悬浊液。②加入一定量稀H2SO4和过量铁屑，在60℃左右水浴中加热，充分反应，待溶液完全变为浅绿色为止。③趁热过滤，并用少量热水洗涤，将滤液转入到密闭容器中，静置、冷却结晶。④待结晶完毕后，过滤出晶体，用少量冰水洗涤，再用滤纸吸干水分，最后放入广口瓶中密闭保存。请回答下列问题：(1)完成久置绿矾溶液在空气中变质反应的离子方程式：eq\x()Fe2＋＋eq\x()O2＋eq\x()______=eq\x()Fe3＋＋eq\x()______(2)实验步骤②中加入稀硫酸的目的是___________________________________。(3)实验步骤③中趁热过滤的目的是_____________________________________。(4)实验中两次用到过滤操作，完成该操作的玻璃仪器有烧杯、________。[测定纯度]有同学认为，制备过程中可能有少量Fe2＋被氧化为Fe3＋，导致产品不纯。他们设计了如下方案测定产品的纯度。请回答下列问题：限选试剂：NaOH溶液、KSCN溶液、H2O2溶液、苯酚稀溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、BaCl2溶液(5)检验产品中是否含有Fe3＋的无机试剂最好是：___________________________。(6)试剂X是：________。(7)产品中FeSO4·7H2O(摩尔质量为278g/mol)的含量为：________(用质量分数表示)。参考答案1．解析：方案①的相关化学方程式为：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，H2+CuOCu+H2O，可得对应关系：Fe～Cu，方案②的相关化学方程式为：CuO+H2SO4=CuSO4+H2O，Fe+CuSO4=FeSO4+Cu，可得对应关系：Fe～Cu，因为H2还原CuO时会有一定量损失，所以方案②制备的Cu多，故C项正确。答案：C2．解析：①钠与水反应生成NaOH和H2；而Fe与水蒸气发生反应：3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。因此不是所有金属与水反应都生成碱和H2，错误；②铁露置在空气中一段时间后就会生锈，性质更活泼的铝在空气中放置由于金属表面产生了一层致密的氧化物，对内层的金属起保护作用，因此Al能稳定存在于空气中，错误；③Al(OH)3、Cu(OH)2受热易分解产生金属氧化物和水，Fe(OH)3受热也易分解产生氧化铁和水，错误；④由于AlCl3是共价化合物，因此不能用电解熔融的AlCl3来制取金属铝；而MgCl2是离子化合物，因此可以能用电解熔融的MgCl2来制取金属镁，错误。故上述类推错误的是①②④，选项C符合题意。答案：C3．解析：A选项，实验现象正确，但不能说明铝比镁金属性强，错误；B选项，说明铝被氧化后生成的氧化铝熔点高，因此内部熔化而外部没有熔化，错误；C选项，NH4Cl水解呈酸性，故铝片与之反应产生H2和氨气，错误；D选项，生成的白色沉淀是氢氧化铝，加过量氢氧化钠后溶解生成偏铝酸钠，说明氢氧化铝能溶于氢氧化钠溶液，正确。4．解析：储热材料是一类重要的能量存储物质，单位质量的储热材料在发生熔融或结晶时会吸收或释放较大的热量，A正确；Ge位于周期表“梯子线”附近，其单晶可以作为光电转换材料用于太阳能电池，B正确；BaSO4不溶于HCl溶液，可作为造影剂用于X­射线检查肠胃道疾病，C正确；纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的Pb2＋、Cu2＋、Cd2＋、Hg2＋等重金属离子，其本质原因是铁是活泼金属，能与Pb2＋、Cu2＋、Cd2＋、Hg2＋等重金属离子发生置换反应，从而过滤除去，D错误。答案：D5．解析：A选项，由最终要得到的氯化铁及流程图知b是盐酸，错误；B选项，操作Ⅰ和操作Ⅱ是过滤，操作Ⅲ为蒸发结晶，故所用仪器有差异，错误；C选项，滤液Z和X中均含有氯化亚铁，因此c为氯气，正确；D选项，高锰酸钾能氧化氯离子而褪色，因此不能用于检验是否含有亚铁离子，错误。答案：C6．解析：A．卤块主要成分为MgCl2•6H2O，含有MgSO4、FeCl2等杂质，进入KMnO4发生的氧化还原反应只有1个，即亚铁离子与高锰酸根离子的反应，故A错误；B．卤块中含有杂质硫酸根离子，进入氯化钡的目的是使硫酸根离子与钡离子反应生成硫酸钡沉淀，故B正确；C．氢氧化镁和氧化镁都属于难溶物，且氢氧化镁的溶解度都小于氢氧化铁，所以也可用Mg（OH）2代替MgO调节溶液的pH，从而沉淀出氢氧化铁，故C正确；D．在滤液中加NaClO3饱和溶液，发生反应为：MgCl2+2NaClO3═Mg（ClO3）2↓+2NaCl，原理是相同温度下Mg（ClO3）2溶解度比NaClO3小，故D正确。答案：A7．解析：A、具支试管内气体受热压强增大，不能更快更清晰地观察到液柱上升，故A错误；B、铁做负极，故B错误；C、负极电极反应式为Al﹣3e﹣=Al3+，正极反应式O2+2H2O+4e﹣═4OH﹣，总反应方程式为：4Al+3O2+6H2O═4Al（OH）3，故C错误；D、负极电极反应式为Al﹣3e﹣=Al3+，正极反应式O2+2H2O+4e﹣═4OH﹣，总反应方程式为：4Al+3O2+6H2O═4Al（OH）3，生成的Al（OH）3进一步脱水形成白斑，故D正确。答案：D8．解析：I.(1)生成等量硝酸铜，乙同学的方案由于无污染环境的NO气体产生，且消耗硝酸的量少，所以更加合理。(2)为了控制氧气的产生速率，应采用A或B带分液漏斗可以随时停止的装置，B装置右边锥形瓶能够观察到气泡的产生速率，更好的控制流速，故答案选B。II.(2)②若假设2或3成立，则溶液中存在铁离子，现象是溶液变血红色；若溶液中有铜离子，铁粉可置换出单质铜，故有红色固体析出；若假设2成立，即溶液中有铁离子无铜离子，现象为产生红褐色沉淀，同时溶液呈无色；若假设3成立，即溶液中有铁离子也有铜离子，现象为产生红褐色沉淀，同时溶液呈深蓝色。III.根据题意可知每1molCO2中有1molO原子来自原混合物，故原混合物中O原子的质量为×12g/mol=；故原混合物的质量等于金属的质量加上氧原子的质量：+=。答案