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第三章金属及其化合物学案

第3章金属及其化合物

【考纲要求】

1.理解并能应用常见金属的活动顺序。

2.了解常见金属(如Na、Al、Fe、Cu等)及其重要化合物的主要性质和重要应用。

3.了解常见非金属(H、C、N、O、S、Si、Cl等)及其化合物的主要性质和重要应用。

4.认识化学在海水、金属矿物等自然资源综合利用方面的重要作用。

5.了解金属材料在生产和生活中的重要应用。

认识常见无机物在生产中的应用和对生态环境的影响。

【命题趋势】

元素化合物知识是历年高考的重要内容之一,虽说江苏省历年考试说明中都约占20%左右,但它分散在化学与社会、化学用语、阿伏加德罗常数计算、离子反应方程式、离子共存、基础实验、物质结构、化工工艺流程等多种试题的题干和选项中,在试卷中涉及面很广、内容很多,是我们不可轻视的内容之一。

第1节钠及其化合物

【学习目标】

1、知道钠及其氧化物的主要性质和重要应用。

2、能利用钠及其氧化物分别与水反应的化学方程式进行相关的计算。

3、了解NaOH、Na2CO3和NaHCO3的性质、转化和制法。

4、能规范解答以钠及其化合物为载体的相关试题。

1、钠

1、钠的位置及结构

钠元素位于元素周期表的第周期第族,其原子结构示意图为:

2、物理性质

钠是色金属,密度比水,比煤油,熔点,硬度,质,可用刀切割。

导电、导热性。

3、化学性质

(1)与非金属反应

①与O2反应:

常温:

加热:

②与Cl2反应:

反应条件为:

③与S反应:

反应条件为:

思考:

设计金属钠与氯气反应的实验方案,写出操作步骤及实验现象。

 

(2)与水反应

①离子方程式:

②与含有酚酞的水反应的实验现象及解释:

风化

注意:

钠在空气中的变化:

银白色的钠

变暗(生成了)

变白(生成)

潮解

变成白色固体(生成)

白色粉末(生成)。

写出上述过程所涉及的化学方程式

 

(3)与酸反应

如与盐酸反应,离子方程式为:

思考:

过量的钠投入到酸溶液中是否会有剩余?

为什么?

反应实质:

Na放入酸溶液中,是先与反应,不足再与反应。

同时,反应的剧烈程度比水。

(4)与盐溶液的反应

反应实质:

Na投入盐溶液中,(能否)置换出溶液中的金属,是先与反应,反应后的再与反应。

如钠与硫酸铜溶液:

化学方程式为:

总反应方程式为:

练习:

钠与氯化铁溶液:

钠与氯化铝溶液:

(钠少量)

(钠过量)

钠与碳酸氢钠溶液:

钠与碳酸氢钙溶液:

(钠少量)

(钠过量)

思考:

取一小块金属钠投入到饱和石灰水中,保持温度不变,可观察到什么现象?

并解释原因

 

(5)与熔融盐的反应

钠与熔融的TiCl2反应:

钠与熔融的KCl反应:

3、钠的制取、保存及用途

(1)工业制钠:

电解熔融的NaCl,方程式为:

(2)钠的保存:

通常保存在中。

思考:

钠能否保存在CCl4中?

为什么?

(3)用途:

①在条件下钠可以制取一些金属,如钛、锆、铌、钽等;

②钠钾合金是原子反应堆的剂;

③钠蒸气可作高压灯,发出黄光,射程远,透雾能力强。

1.将钠投入下列溶液中,反应的剧烈程度由强到弱的是(  )

①NaCl溶液 ②NaOH溶液 ③0.1mol·L-1盐酸 ④0.1mol·L-1FeCl3溶液 ⑤C2H5OH

A.④③②①       B.④③①②

C.③④①②⑤D.①③④②

2.将少量金属钠分别投入下列物质的水溶液中,有气体放出,且溶液质量减轻的是(  )

A、HCl         B、NaOH          C、K2SO4       D、CuSO4

3.将一小块钠投入盛有5 mL饱和澄清石灰水的试管里,不可能观察到的现象是(  )

 A.钠熔成小球并在液面上游动                  B.有气体产生 

C.溶液底部有银白色物质生成                  D.溶液变浑浊

2、钠的重要化合物

1、氧化钠和过氧化钠

(1)比较

名称

氧化钠

过氧化钠

化学式与化合价

 

物质类别

生成条件

颜色状态

固体

色固体(粉末)

与H2O反应

与CO2反应

与酸反应,如HCl

电子式

阳离子和阴离子个数比

用途

——

剂、剂、剂

(2)过氧化钠的化学性质及计算

I.Na2O2的强氧化性

(1)Na2O2与SO2反应:

(2)Na2O2投入FeCl2溶液中,可将氧化成,同时生成沉淀。

(3)Na2O2投入氢硫酸中,可将氧化成单质,溶液变浑浊。

(4)Na2O2投入Na2SO3溶液中,可将氧化成。

(5)Na2O2具有漂白性,投入品红溶液中,可使品红溶液。

(6)Na2O2投入到酚酞溶液中,可观察到的现象是

II.有关Na2O2与CO2、H2O的反应的几个重要关系

2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O22H2O+2Na2O2=4NaOH+O2↑

(1)物质的量的关系

无论是CO2或H2O的单一物质还是二者的混合物,通过足量的Na2O2时,CO2或H2O与放出O2的物质的量之比均为。

(2)气体体积关系

若CO2和水蒸气的混合气体(或单一气体)通过足量Na2O2,气体体积的减少量等于原混合气体体积的且等于生成氧气的体积。

CO2

(3)固体质量关系

H2O

Na2O2

Na2CO3质量增加

Na2O2

2NaOH质量增加

相当于固体(Na2O2)只吸收了CO2中的“CO”,H2O中的“H2”;可以看做发生相应的反应:

Na2O2+CO=Na2CO3、Na2O2+H2=2NaOH(实际上两反应不能发生)。

(4)电子转移关系

CO2~Na2O2~O2~e—

H2O~Na2O2~O2~e—

当Na2O2与CO2或H2O反应时,每产生molO2就转移mol电子,消耗molNa2O2。

(5)先后顺序关系

一定量的Na2O2与一定量的CO2和H2O(g)的混合物的反应,可视作Na2O2先与反应,再与发生反应。

(6)关于NaHCO3和Na2O2混合的组合计算

当一定量的NaHCO3和一定量的Na2O2混合加热到250℃(密闭容器中),确定生成的固体组成及气体组成。

2NaHCO3=Na2CO3+H2O↑+CO2↑

2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2

(先)

2H2O(g)+2Na2O2=4NaOH+O2↑

(后)

化简:

×2+

得:

4NaHCO3+2Na2O2=4Na2CO3+2H2O↑+O2↑(

×2+

+

得:

2NaHCO3+2Na2O2=2Na2CO3+2NaOH↑+O2↑(

设Na2O2混为amol,NaHCO3为bmol,讨论:

残留固体成分

残留气体成分

a/b=1/2(

a/b<1/2(NaHCO3过量)

1

a/b=1(

a/b>1(Na2O2过量)

(7)关于CO、CO2(或CO、H2O)通过足量的Na2O2用连续电火花点燃的计算

在密闭容器中,将CO、CO2(或CO、H2O)混合气体通过足量的Na2O2,并用电火花连续点燃,充分反应后,最终得到的气体为。

分析:

2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2

2CO+O2=2CO2

等效于:

CO+Na2O2=Na2CO3

 

练习:

在密闭容器中,4.48L(标况)CO、CO2的混合气体通过足量的Na2O2,并用电火花连续点燃,充分反应后,剩余气体体积为0.56L,求原混合气体中CO与CO2的体积。

 

4.为了使宇航员在飞船中得到一个稳定的、良好的生存环境,一般在飞船内安装盛有Na2O2或K2O2颗粒的装置,它的用途是产生氧气。

下列关于Na2O2的叙述正确的是(  )

A.Na2O2中阴、阳离子的个数比为1∶1

B.Na2O2分别与水及CO2反应产生相同量的O2时,需要水和CO2的质量相等

C.Na2O2分别与水及CO2反应产生相同量的O2时,转移电子的物质的量相等

D.Na2O2的漂白原理与SO2的漂白原理相同

5.在一定条件下,使CO和O2的混合气体26g充分反应,所得混合物在常温下跟足量的Na2O2固体反应,结果固体增重14g,则原混合气体中O2和CO的质量比可能是(  )

A.9∶4B.1∶1

C.7∶6D.6∶7

6. 某容器中通入V LCO2,再加入少量Na2O2后,气体体积缩小到W L,则被吸收的CO2的体积是(均为相同条件下)(   ) 

  A.(V—W)L      B.2(V—W)L      C.(2V—W)L       D.2W L

7. 2.1g平均相对分子质量为7.2g的CO与H2组成的混合气体与足量的O2充分燃烧后,立即通入足量的Na2O2固体中,固体的质量增加(    ) 

  A.2.1g            B.3.6g           C.7.2g              D.不可求

8.16.8 g NaHCO3和7.8 g Na2O2在密闭容器中灼烧,充分反应后,将密闭容器保持温度为500 ℃,最后容器内物质是(  ) 

A.Na2CO3,Na2O2,O2                   B.Na2CO3,O2,CO2,H2O(g) 

C.Na2CO3,O2,H2O(g)                   D.Na2CO3,O2,CO2

2、碳酸钠和碳酸氢钠

(1)比较

化学式

Na2CO3

NaHCO3

俗名

溶解度

相对较

相对较

热稳定性

方程式:

与盐酸反应的

离子方程式

酸少量:

酸过量:

与Ca(OH)2反应的

离子方程式

 

NaHCO3少量:

NaHCO3过量:

与NaOH溶液反应

的离子方程式

用途

相互转化

(离子方程式)

碳酸钠转化为碳酸氢钠:

碳酸氢钠转化为碳酸钠:

(固体)

(溶液)

(2)碳酸钠、碳酸氢钠的鉴别

(1)根据热稳定性不同

固体加热:

无明显现象:

产生使澄清石灰水变浑浊的气体:

(2)根据和酸反应生成气体的速率不同鉴别

产生气泡速率快的是:

产生气泡速率慢的是:

(3)根据与盐酸的互滴鉴别

①向盐酸中滴加Na2CO3溶液

现象:

方程式:

②向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸

现象:

方程式:

③向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸

现象:

方程式:

(4)根据阴离子不同用盐溶液鉴别

可滴加BaCl2溶液

产生白色沉淀的是:

不产生白色沉淀的是:

(5)根据溶液的PH大小鉴别

PH大的是:

PH大的是:

9、为除去括号内的杂质,所选用的试剂或方法不正确的是()

A、Na2CO3溶液(NaHCO3):

选用适量NaOH溶液

B、NaHCO3溶液(Na2CO3):

应通入过量的CO2气体

C、.Na2O2粉末(Na2O):

将混合物在空气中加热

D、Na2CO3溶液(Na2SO4):

加入适量的Ba(OH)2溶液,过滤

10、在10 mL 0.01 mol·L-1纯碱溶液中,不断搅拌并逐滴加入1.2 mL 0.05 mol·L-1盐酸,完全反应后在标准状况下生成CO2的体积为(   ) 

A.1.334 mL          B.2.240 mL         C.0.672 mL            D.0 mL

练习:

优化探究,典例2、跟踪训练2

三、碱金属元素

1、焰色反应

(1)概念:

许多金属或它们的化合物在燃烧时火焰呈特殊的颜色,这在化学上叫做焰色反应。

是一种变化,是的性质。

(2)实验操作:

取铂丝→用洗→在酒精灯上灼烧成→蘸取液→在酒精灯上灼烧→观察→记录实验现象→再用洗净铂丝→做后续实验或备用。

(3)常见元素焰色:

钠是色;钾是色(透过)。

2、碱金属元素

(1)元素符号(按原子序数增大):

(2)物理性质:

都有色的金属(略带金属光泽),导电、导热性能,熔、沸点逐渐,密度逐渐(但ρKρNa)。

(3)化学性质

与O2反应:

 Li:

在常温和燃烧时生成; 

Na:

常温生成,燃烧时生成; 

K:

常温生成,燃烧时生成和。

 

与H2O反应:

生成和,且随原子序数增大,与水反应越来越,反应后的溶液碱性逐渐。

锂、钠、钾与水反应的化学方程式为:

 

11、下列对于铯(Cs)的性质的预测中,正确的是(    )。

 

A. 它只有一种氧化物Cs2O  B. 它与H2O剧烈反应 

C. Cs具有很强的氧化性  D. CsHCO3受热不易分解

12、当水和铷与另一种碱金属的合金7.8g完全反应时,放出的氢气在标准状况下为0.2g,则合金中另一碱金属可能是(    ) 

A. 锂 B. 钠 C. 钾 D. 铯

 

第二节铝及其化合物

考点聚焦

1.了解铝及其重要化合物的主要物理性质

2.了解Al的化学性质

3.了解Al2O3、Al(OH)3的两性

4.了解Al(OH)3的制备方法及其受热分解

知识梳理

一、铝

1、铝的存在和物理性质

(1)存在:

铝元素位于周期表、族,其原子结构示意图为:

,是较活泼的金属元素,在自然界中以态存在,在地壳中的含量占金属中的第位,铝元素在地壳中主要存在的物质是。

(2)物理性质:

铝是色、带有金属光泽的固体,硬度,具有良好的性、性和性。

2、铝的化学性质

(1)与非金属单质反应:

①与O2反应:

常温下,铝在空气中表面会生成一层,因此常温下铝制品具有抗腐蚀的性能,但若遇到含有的溶液,会受到破坏,不宜长期放置。

点燃Al在纯氧中剧烈燃烧:

②与Cl2反应:

③与S反应:

(2)与酸反应

在常温下,铝遇到、发生钝化。

与非氧化性酸反应:

如稀硫酸,离子方程式为:

与氧化性酸反应,如稀硝酸,离子方程式为:

(3)与强碱反应

离子方程式为。

用双线桥表示该反应的电子转移方向和数目,并标出氧化剂和还原剂:

 

思考:

试解释上述反应发生的原理

 

回忆:

你还知道哪些物质既能与酸反应又能与碱反应?

(4)与盐溶液反应

与不活泼金属的盐溶液(如硫酸铜):

与强氧化性盐溶液(如氯化铁):

(5)与金属氧化物反应(又叫)

与氧化铁:

此反应的应用:

由于反应放出大量的热,故铝热反应常用于冶炼难熔金属如V、Cr、Mn等;焊接钢轨等。

3、铝与酸、碱反应的有关计算

反应原理:

2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

1、等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,生成氢气的体积比为:

消耗H+和OH-之比为:

2、含等物质的量的HCl和NaOH的盐酸和氢氧化钠溶液分别与足量的铝反应,

产生氢气的体积比为:

例1、甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol·L-1的盐酸和NaOH溶液,向两烧杯中分别加入等质量的铝粉,反应结束后,测得生成的气体体积比为V(甲)∶V(乙)=1∶2,则加入铝粉质量为

A.5.4g      B.3.6gC.2.7gD.1.8g

练习:

优化探究中,典例1,跟踪训练1

二、铝的重要化合物

1.氧化铝

(1)物理性质

Al2O3是色固体,其天然晶体叫,硬度大,熔点高(为2072℃),是很好的耐火材料

(2)化学性质(典型的氧化物)

与强酸反应,其离子方程式为

与强碱溶液反应,其离

子方程式为

(3)用途

由于熔点很高,可作材料;作冶炼铝的原料;还可制作红、蓝宝石。

冶炼铝的化学方程式:

2.氢氧化铝

(1)物理性质

Al(OH)3是色固体,溶于水,若溶液中生成,Al(OH)3为物,且有吸附水中悬浮物和色素的能力。

(2)化学性质(典型的氢氧化物)

H++AlO2-+H2OAl(OH)3Al3++3OH-

与强酸反应,其离子方程式为

与强碱溶液反应,其离子方程式为

热不稳定性:

(3)制备方法:

可溶性的铝

盐与氨水反应,离子方程式为

向偏铝酸盐中通CO2,离子方程式为

思考:

能否用可溶性的铝盐与强碱反应制取?

为什么?

(4)用途:

能凝聚水中悬浮物,吸附色素,可用作。

它的碱性不强,不会对胃壁产生强烈的刺激或腐蚀作用,但却可以与酸反应,使胃液酸度降低,起到的作用。

3.铝盐和偏铝酸盐

(1)铝盐性质:

①铝盐溶液发生水解反应,使溶液呈酸性。

离子方程式为:

思考:

明矾的化学式为,在日常生活中明矾用于。

②铝盐与碱溶液反应

与强碱溶液发生反应:

适量强碱:

过量强碱:

与弱碱(氨水)发生反应:

(2)偏铝酸盐性质:

①偏铝酸盐溶液发生水解反应,溶液呈碱性。

离子方程式为:

②偏铝酸盐与酸反应

与强酸发生反应:

适量强酸:

过量强酸:

与弱酸(H2CO3)发生反应:

即通入CO2气体

适量CO2:

过量CO2:

③铝盐与偏铝酸盐溶液反应:

三、“铝三角”的转化关系及其应用

1.关系图

 

化学反应方程式:

离子反应方程式:

2.应用

(1)制取Al(OH)3

(2)离子共存问题:

Al3+与OH-、S2-、HS-、[Al(OH)4]-、CO32-、HCO3-因双水解反应或生成沉淀而不能大量共存;AlO2-与H+、NH4+、Al3+、Fe3+、HCO3-等不能大量共存。

(3)鉴别(利用滴加顺序不同,现象不同)

①AlCl3溶液中滴加NaOH溶液现象为:

先,后。

②NaOH溶液中滴加AlCl3溶液现象为:

开始,后产生,沉淀。

(4)分离提纯

①利用Al能溶于强碱溶液,分离Al与其他金属的混合物。

②利用Al2O3能与强碱溶液反应,分离Al2O3与其他金属氧化物。

③利用Al(OH)3,能与强碱溶液反应,分离Al3+与其他金属阳离子。

四.有关氢氧化铝沉淀的图象

操作

向一定量的AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量

向一定量的NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液至过量

向一定量的NaAlO2溶液中逐滴加入稀盐酸溶液至过量

现象

 

图像

离子方程式

操作

向一定量的盐酸溶液中逐滴加入NaAlO2溶液至过量。

向一定量的AlCl3溶液中逐滴加氨水溶液至过量。

向一定量的NaAlO2溶液中缓慢通入CO2至过量。

现象

 

图像

离子方程式

五、有关Mg、Al图象题的解答要领

1、转化过程中要遵循化学方程式中的化学计量数的对应关系

2、看清纵横坐标的含义,对图像进行全面分析

3、对于一些复杂问题可先分解后组合,进行图像的叠加工作;只有抓住一些关键点(最高点、最低点、转折点等)和变化趋势,才能顺利的解决图像问题。

练习:

对应优化探究中,典例、随堂练习3和5

【课堂练习】

1、下列变化不可能通过一步反应直接完成的是()

A、Al(OH)3→Al2O3B、Al2O3→Al(OH)3

C、Al→AlO2-D、Al3+→Al(OH)3

2、现有MgCl2、AlCl3、CuCl2、FeCl3四种溶液,只用一种试剂把它们区别开,这种试剂是()

A、氨水B、AgNO3C、NaOH溶液D、NaCl

3、下列物质中既能与稀硫酸反应,又能与NaOH溶液反应的是()

①NaHCO3②Al2O3③Al(OH)3④Al⑤Na2CO3

A、③④B、①②③④C、①②③④D、全部

4、.在m mL b mol·L-1 AlCl3溶液中,加入等体积a mol·L-1的NaOH溶液。

 

 

(1)当a≤3b时,生成Al(OH)3沉淀的物质的量是mol。

  

(2)当a、b满足条件时,无沉淀生成。

 

(3)当a、b分别满足______________条件时,有沉淀生成且溶液中无Al3+存在,生成Al(OH)3

沉淀的物质的量是。

 

5、向100ml 0.5mol/L AlCl3 中逐渐加入0.5mol/L的NaOH 溶液,最后得到白色沉淀2.34克。

求用去的NaOH 溶液的体积。

 

第三节铁及其重要化合物

考点聚焦

1.知道铁及其化合物的物理性质。

2.了解铁及其化合物的化学性质

3.了解Fe3+的氧化性,认识Fe3++和Fe2+之间的相互转化

4.学会Fe3+-的检验方法

5.了解Fe(OH)3的制备方法及其受热分解。

知识梳理

1、铁

1、铁的位置和结构及在自然界中的分布、存在

铁是一种常见的________金属元素,位于元素周期表的第____周期第____族,通常有_______种化合价,且____比_____价稳定。

铁在地壳中的含量仅次于_____、_____、_____居第_____位,它是一种历史悠久、应用最广泛、用量最大的金属。

铁在自然界中主要以态形式存在,如磁铁矿(主要成分为)、赤铁矿(主要成分为)。

2、铁的物理性质

 铁在金属的分类中属于,纯净的铁是光亮的色金属,有较好性、

性、性,还能被吸引。

思考:

纯铁抗蚀能力特别强,而我们常见的铁并非如此,为什么?

3、铁的化学性质

(1)与非金属单质反应

①与O2反应

常温:

铁被腐蚀生成铁锈,其主要成分为:

点燃时,化学方程式为:

②与Cl2反应:

③与S反应:

比较①、②、③,说明氧化性>>

(2)与水反应(铁在加热至红热时能与水蒸气发生反应)

与水蒸汽反应方程式为:

(3)与酸反应

①非氧化性酸(如稀硫酸、盐酸)

现象:

离子方程式:

②氧化性酸:

常温下,铁遇浓硫酸、浓硝酸会。

(a)与稀HNO3反应:

(铁不足)

(铁过量)

(b)与浓HNO3共热:

(铁不足)

(铁过量)

(4)与盐溶液反应

①与CuSO4反应:

②与FeCl3反应:

二、铁的重要化合物

1、铁的氧化物

化学式

FeO

Fe2O3

Fe3O4

名称(俗名)

——

色、态

溶解性

都难溶于水

金属价态

与HCl反应的

离子方程式

 

与HNO3反应的

离子方程式

 

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