金属单质及其化合物.docx

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金属单质及其化合物

金属单质及其化合物

一．考点解析

1．考点阐释

根据考试大纲要求，金属元素考点可细分为

（1）单质钠与溶液反应；Na2O2的性质尤其是与CO2、H2O的反应；NaOH性质（与酸式盐、CO2反应产物分析，在有机物水解中的应用）；Na2CO3、NaHCO3的性质、相互转化及应用等

（2）镁单质的性质，第ⅠA、ⅡA族元素性质的相似性与递变性

（3）铝、Al2O3、Al（OH）3的两性，铝盐与强碱、偏铝酸盐与强酸的反应（现象、产物种类、离子方程式），Al、Al2O3、Al（OH）3、AlO2—、Al3+五种形态之间的相互转化的基本途径。

（4）铁的性质及不同价态间的相互转化（尤其是Fe2+、Fe3+间的转化），Fe2+、Fe3+的鉴别与转化。

（5）金属的通性、冶炼原理、腐蚀与防护，金属与工业生产、生活、科技发展等的联系。

2．考查角度

（1）以Na2O2或NaHCO3与Na2CO3为核心的实验题；与Na2O2、NaHCO3、Na2CO3、NaOH相关的推断题；与Na2O2、NaOH相关的计算题

（2）涉及Al、Al2O3、Al（OH）3及“两性”的计算、现象分析及利用“两性”进行物质鉴别或分离提纯等；其中选择题与物质推断题是其主要命题形式。

（3）以推断题形式考查铁的价态变化与其它反应物性质间关系及Fe3+、Fe2+的检验；与电化学相联系考查金属（主要是铁）腐蚀；以计算题形式考察Fe3+与Fe的反应。

（4）与工业生产相联系考查金属冶炼原理。

3．常见失误

（1）与钠相关的失误有：

Na2O2与CO2、H2O反应时转移的电子数目确定及相关计算；NaOH与CO2反应产物的确定及计算。

（2）铝盐与强碱反应差异及应用，相关反应离子方程式书写

（3）Fe3+与Fe2+转化条件、应用、计算

（4）金属电化腐蚀相关问题分析

二．经典例题剖析

1.金属共性的考查

例1：

下列对金属单质及其化合物性质的描述中不正确的是（）

①在金属活动顺序表中位于前面的金属均可将后面的金属从它的盐溶液中置换出来②镁、铝、锌均是活泼金属，它们的单质在空气中均不能稳定存在③电解Cu（NO3）2、AgNO3的混合溶液时，在阳极上一定先析出银④2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+说明铜的还原性强于单质铁⑤常温下浓硫酸几乎不与铜反应，说明浓硫酸也能使铜钝化⑥金属元素形成的弱碱对热不稳定，受热时可分解成相应的氧化物

A．①②③④⑤B．②③④⑤⑥C．①④⑤⑥D．①②③⑤

解析：

钠、钾等金属易与水反应，故不能从盐溶液中置换出金属；镁、铝、锌表面可形成致密性氧化物保护膜而能稳定存在于空气中；离子的放电顺序除与离子的本性有关外，还与离子的浓度大小有关，当银离子浓度很小而铜离子浓度较大时，是铜离子先放电；2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+只能说明铜的还原性强于Fe2+；金属被钝化时其表面会形成氧化物保护膜，而铜不会；金属形成的弱碱受热时均会分解。

答案A

［点评］金属性质的学习时，既要注意一般性质的学习，也一定要牢记特殊性

［知识链接］

金属的通性与金属活动顺序表的应用

1．金属元素在周期表中的位置：

金属元素在周期表中位于左下方,占4/5。

从电子排布来看,大多数金属元素原子最外电子只有1-2个.某些金属（如Sn,Pb,Bi等）虽然有4-5个电子，但它们的电子层数较多，原子半径大，原子核对核外电子吸引力小，容易失去外层电子，靠近分界线则可能表现出部分非金属性。

2．金属的共性：

物理通性：

大多数为银白色固体，有金属光泽、有延展性、能导电、导热。

3．化学通性的具体表现为单质具有还原性、离子表现出一定的氧化性，具体情况如下表。

KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAgPtAu

单质还原性

自左而右减弱

离子氧化性

自左而右增强

与酸作用

与非氧化性酸作用置换生成H2

（Al、Fe常温遇浓硫酸、浓硝酸钝化）

与强氧化性酸作用但不放H2

只与王水

作用

与盐作用

与溶液中水反应

前面的置换出后面的

与Cl2化合

常温下反应

灼烧或燃烧

加热

与O2化合

常温下反应

加热反应

不反应

与H2O反应

冷水（镁与热水）

与水蒸气（高温）

不反应

氢氧化物的碱性

强或中强

两性

弱碱

氢氧化物的颜色

白色（有变价的指低价）

蓝

常温下易分解

自然界存在状态

化合态

游离态

冶炼方法

熔融电解

用C、CO、H2等还原

加热

2．金属性质的递变

例2：

下面对碱金属元素性质推断中不正确的是（）

①铷（Rb）单质能浮在水面与水剧烈反应生成碱和氢气②铷在空气中燃烧可生成Rb2O③铯单质在隔绝空气的情况下受热极易变成液体④Cs2CO3受热时难分解⑤RbOH溶液可溶解Al、Al2O3、Al（OH）3⑥钠投入中饱和石灰水中会剧烈反应并产生沉淀和放出气体

A．①②③B．③④⑤⑥C．①②⑥D．①②

解析：

本题考查了碱金属元素的物理性质与化学性质，涉及有教材重点介绍的钠及没有具体介绍性质的铷、铯。

随着原子序数的递增，碱金属单质熔点、沸点降低，密度增大，还原性增强，形成碱的碱性增强，钠的密度比水密度略小，故铷不可能浮在水面上与水反应，铯的熔点应较低（钠的也不高）；钠、钾在空气中燃烧就不能得到普通氧化物，故更活泼的铷不可能生成Rb2O；同理Na2CO3、K2CO3对热很稳定，所以Cs2CO3对热也应很稳定，而强碱均可与两性元素的单质、氧化物、氢氧化物反应；钠与任何物质的水溶液均可反应并放出一定的热量，Ca（OH）2的溶解度随温度的升高而减小，饱和石灰水与钠反应后会因溶剂减少、温度升高两大原因而结晶析出。

答案D

［点评］对于元素族中“未学”物质性质的推断或判断，首先要回忆已学过的同族元素同类物质的性质，分析其性质是以相似性为主还是按某种趋势进行递变，若已学物质性质以相似为特征，则所推物质性质与之相似；若已学物质性质按一定规律递变，则所推物质遵循这种递变规律。

3．对钠及其化合物

例3：

已知A、B、C、D为单质，其中B、C、D在常温常压下为气体。

甲、乙、丙为常见化合物，甲、丙的焰色反应均为黄色，有关转化关系如下图所示

（1）写出有关物质的化学式A_____丙_____

（2）Óйط´Ó¦µÄ·½³Ìʽ£º②____________________________、¢Û__________________________、丁与丙反应的离子方程式__________________________

（3）对C的结构、性质推断中不正确的是_____

A．久置于空气中会变成白色

B．具有强的氧化性

C．晶体存在离子键与非极性键

D．与湿润的紫色石蕊试纸接触时，只有使试纸变蓝色

（4）若①②反应中生成的气体恰好反应完，则①②反应转移的电子数目比为______

解析：

常温下为气体的单质有H2、N2、O2、Cl2、F2。

由焰色反应及A为单质知A为钠，乙+C（单质）→丁+B（单质），则乙中含有B，故B为氧气、C为氟气；乙为H2O、丙为NaOH、D是H2。

氢氟酸是弱酸，在离子方程式中应写成分子形式。

Na2O2在空气中会与CO2反应最终转化为Na2CO3白色固体，晶体中存在钠氧离子键与“O-O”共价键，其中的氧元素为-1价，具有强的氧化性，能漂白包括酸碱指示剂在内的许多有色物质；使湿的石蕊试纸先变蓝色后褐色。

因H2与O2恰好反应时消耗的物质的量比为2：

1，①生成生成2molH2时转移4mole—，②中生成1molO2时转移2mole－，故比值为2：

1。

答案：

（1）Na、NaOH

（2）2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2、2H2O+F2=4HF+O2、O2；（3）HF+OH－=H2O+F－（6）2∶1

［点评］解答框图推断题的关键在于找出解题的突破口，特殊的反应现象、反应条件、反应形式、反应类型、物质状态等均可成为突破口，本题的突破口为焰色反应及反应乙+C（单质）→丁+B（单质），再结合物质的状态就将物质范围了，再结合其它条件就可解决问题。

［链接］钠及其化合物间转化

4．铝及其化合物性质

例4：

某研究性学习小组对铝热反应实验展开研究。

现行高中化学教材（必修加选修）中对“铝热反应”的现象有这样的描述：

“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。

查阅《化学手册》知，Al、Al2O3、Fe、Fe2O3熔点、沸点数据如下：

物质

Al

Al2O3

Fe

Fe2O3

熔点/℃

660

2054

1535

1462

沸点/℃

2467

2980

2750

--

（1）某同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。

理由是：

该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。

你认为他的解释是否合理？

答：

____________（填“合理”或“不合理”）

（2）设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。

该实验所用试剂是_______________，反应的离子方程式为_________________________________。

（3）实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是____________（填序号）。

A．浓硫酸B．稀硫酸C．稀硝酸D．氢氧化钠溶液

⑷从（3）的溶液中将两种盐分离开，可能用于的试剂或操作如下：

①NaOH溶液②通入CO2气体③过滤④硫酸实验中正确的顺序是_______________________________

⑸该小组的一位同学认为在实验⑷可以用AlCl3代替CO2，从能否得到Al（OH）3沉淀的角度上看，你同意这种看法________________，理由是____________________________________>

解析：

（1）合金是指由几种金属或金属与非金属单质熔合而成的具有金属特性的物质，其中熔合意为在熔化状态下的混合，此反应得到的是液体物质，故铁铝可形成相应的合金。

（2）铝与铁化学性质上的显著差异是铝能与强碱溶液反应生成氢气而铁不能，将熔融物放入NaOH溶液中，根据产生气泡这一现象确定有铝（3）浓硫酸在常温下能使铁铝钝化，用稀硝酸或在加热条件下使用浓硫酸均会产生有害气体，而NaOH不与铁反应，故应该用稀硫酸。

（4）分离中可利用铝盐与过量强碱反应形成可溶性偏铝酸盐而铁能形成Fe（OH）3沉淀，过滤分离出沉淀并将其溶解在过量的硫酸中即可，然后向滤液中通入一定量的CO2气体得到Al（OH）3沉淀，过滤后将此沉淀溶于硫酸中即得到硫酸铝。

（5）由于能发生双水解反应，故可产生沉淀。

答案⑴合理⑵NaOH溶液2Al+2OH－+2H2O=2AlO2－+3H2↑（3）B⑷①③④②③④

⑸同意、Al3++3AlO2—+6H2O=4Al（OH）3↓

[启发引申]概念的学习重在掌握其内涵，若没有真正理解合金概念中的熔合含义，则

（1）中问题是不易做出准确判断的；物质的检验或物质的分离是利用物质间性质上的差异性进行的，因此解答中应先确定它们性质的差异在哪里。

［链接］铝及其化合物间转化

该关系图能简明地反映出铝的五类物质之间哪些类物质间可直接转化（有连线，箭头指向生成物），哪些类物质间无法直接转化（物质间无连线），其途径是怎样的，如不可能由单质铝直接制取氢氧化铝，由单质铝制取氢氧化铝的途径有两种：

11→7、1→2。

该图既为我们掌握物质化学性质提供了很好的助手，也为相关物质的制备提供了明确的路径。

5．铁及其化合物性质

例5：

下图是无机物A～M在一定条件下的转化关系（部分产物及反应条件未列出）。

其中，I是由第三周期元素组成的单质中熔点最高的金属，K是一种红棕色气体。

请填写下列空白：

（1）在周期表中，组成单质G的元素位于第__________周期_________族。

（2）在反应⑦中氧化剂与还原剂的物质的量之比为___________________。

（3）在反应②、③、⑥、⑨中，既属于化合反应又属于非氧化还原反应的是_________

（填写序号）。

（4）反应④的离子方程式是：

_______________________________________

（5）将化合物D与KNO3、KOH共融，可制得一种“绿色”环保高效净水剂K2FeO4（高铁酸钾）．同时还生成KNO2和H2O。

该反应的化学方程式是：

_____________________________________________________________________。

解析：

因为I是由第三周期元素组成的单质中熔点最高的金属，而第三周期的金属单质有Na、Mg、Al，其熔点顺序为Na＜Mg＜Al，所以I为Al；因为L和O2反应生成K，且K为红棕色气体，所以K为NO2，L为NO，则K与水反应生成的J为HNO3。

又因为4FeS2＋11O2

2Fe2O3＋8SO2，根据D能与I（Al）反应，所以D为Fe2O3，与I（Al）反应的化学方程式为2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3，再根据G能与J（HNO3）反应生成M和NO，所以G为Fe、位于周期表第四周期、第Ⅷ族；H为Al2O3、M为Fe（NO3）2或Fe（NO3）3。

A为SO2与氧气反应生成的B为SO3，SO3与水反应生成的C为H2SO4，又因为C（H2SO4）与M反应生成F与NO，是一个氧化还原反应，所以M只能为Fe（NO3）2，F为Fe（NO3）3和Fe2（SO4）3的混合物，F的溶液与NaOH溶液反应生成的E为Fe（OH）3，Fe（OH）3受热分解生成Fe2O3，进一步验证D为Fe2O3。

（2）反应⑦为2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3，Fe2O3为氧化剂、Al为还原剂，二者之比为l︰2。

（3）反应②为2SO2＋O2

2SO3，此反应为化合反应且为氧化还原反应；反应③为SO3＋H2O=H2SO4，此反应属于化合反应且为非氧化还原反应；反应⑥为2Fe（OH）3

Fe2O3+3H2O，此反应属于非氧化还原的分解反应；反应⑨为3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，此反应属于氧化还原反应，但不属于化合反应。

因此符合题目条件的反应只有反应③。

（4）反应④为Fe（NO3）2与H2SO4的反应，因NO3－在酸性条件下具有强氧化性，能将Fe2＋氧化为Fe3＋而自身被还原为NO，此反应的离子方程式为3Fe2++NO3－+4H+＝3Fe3++NO↑+2H2O。

（5）化合物D为Fe2O3，反应的方程式为Fe2O3＋KNO3＋KOH

K2FeO4＋KNO2＋H2O，分析并标出变价元素的化合价为Fe2O3＋KNO3＋KOH

K2FeO4＋KNO2＋H2O，配平后为：

Fe2O3+3KNO3+4KOH

2K2FeO4+3KNO2+2H2O。

答案：

（l）四（或4）VIII

（2）l：

2（3）③

（4）3Fe2++NO3－+4H++＝3Fe3++NO↑+2H2O

（5）Fe2O3+3KNO3+4KOH

K2FeO4+3KNO2+2H2O

［点评］框图推断题目的一般解题思路为：

通览全题（包括所要解答的问题）→寻找突破口→全面分析（正推和逆推）→细心验证确认，有时需要进行假设性推断，然后再依据假设进行验证。

［链接］铁三种常见价态间的转化关系及Fe3+的部分性质

说明：

其中高价铁转化为单质过程中若是与CO、C、H、Al反应，则铁的化合物为氧化物。

6．金属元素的检验

例5：

（07烟台三模）某化学研究性学习小组讨论Fe3+与SO32—之间发生怎样的反应，提出了如下几种可能：

可能一：

发生氧化还原反应2Fe3++SO32—+H2O=2Fe2++SO42－+2H+　

可能二：

发生双水解反应　2Fe3++3SO32—+6H2O=2Fe（OH）3（胶体）+3H2SO3　

可能三：

以上两种同时发生

为证明发生的是哪种反应，小组内的同学经讨论设计并实施了下列实验

实验Ⅰ同学们选择的实验用品：

Na2SO3浓溶液、BaCl2稀溶液、稀盐酸；试管若干、胶头滴管若干。

从选择的药品分析，设计这个实验的目的是________________________________________

实验Ⅱ取5mLFeCl3浓溶液于试管中，逐滴加入Na2SO3浓溶液，观察到溶液由黄色变为红棕色，无气泡及沉淀生成，继续滴加Na2SO3浓溶液至过量，溶液颜色加深，最终变成红褐色。

这种红褐色液体是____________向红褐色液体中逐滴加入稀盐酸至过量，可观察到的现象是___________________________。

将溶液分成两等份，其中一份加入KSCN溶液，溶液变成血红色，另一份加入BaCl2稀溶液，有少量白色沉淀生成。

由上述实验得出的结论是_________________

实验Ⅲ若在FeCl3浓溶液中加入Na2CO3浓溶液，观察到红褐色沉淀并且产生无色气体。

从形式上看，Na2CO3与Na2SO3相似，但是从上述实验中可以看到，二者的水溶液与FeCl3溶液反应的现象差别很大，分析其可能的原因是①________________________________________②________________________________

解析：

由于实验Ⅰ中只用了Na2SO3浓溶液、BaCl2稀溶液、稀盐酸三种试剂，而前二种能反应生成沉淀，盐酸又能溶解生成的沉淀，故这是用来检验Na2SO3是否变质或是否混有Na2SO4的。

实验Ⅱ中，因无沉淀及气体生成且溶液颜色由黄色变成红褐色，说明发生了双水解反应，得到了Fe（OH）3胶体，加入盐酸后胶体先聚沉后溶解同时导致SO2气体放出；加BaCl2有沉淀生成，说明溶液有SO32—被氧化为SO42－。

［答案］实验Ⅰ检验Na2SO3是否变质或混有Na2SO4，排除可能存在的SO42－的干扰；实验Ⅱ：

Fe（OH）3胶体，先产生红褐色沉淀，后逐渐溶解得到黄色溶液并产生气泡，SO32—与Fe3+混合后同时发生双水解反应与氧化还原反应。

实验ⅢSO32—有一定的还原性而CO32－没有，SO32—的水解能力比CO32－弱。

［知识链接］铁盐性质具有多样性：

铁盐具有较强的氧化性，能氧化“铁前”的金属单质、位于其后面的Cu及H2S、S2－、SO32－、SO2、I－等；铁盐具有较强的水解性能，将饱和FeCl3溶液滴入到沸水中，则可得到红褐色的胶体：

Fe3++3H2O=Fe（OH）3（胶体）+3H+；当铁盐溶液与可溶性碳酸盐、可溶性酸式碳酸盐时因发生双水解反应而产生红褐色沉淀：

2Fe3++3CO32－+3H2O=2Fe（OH）3↓+3CO2↑；铁盐遇可溶性碱溶液会产生红褐色沉淀：

Fe3++3OH－=Fe（OH）3↓；遇KSCN或NH4SCN溶液则会由黄色变成红色；遇苯酚溶液则会变成紫色溶液。

金属重要氢氧化物部分性质小结

①氢氧化钠（NaOH）：

强碱，白色固体，易溶于水，易潮解，对热稳定，具有的碱的通性。

②氢氧化铝[Al（OH）3]：

白色絮状沉淀、两性氢氧化物，不溶于弱酸、弱碱，而溶于强酸、强碱，常用此法鉴别Al（OH）3。

③氢氧化镁[Mg（OH）2]：

白色沉淀，它不溶于强碱，也不溶于氨水，可溶于氨水，可溶于强硬驱中，常用此法鉴别Mg（OH）2

④氢氧化银（AgOH）；白色沉淀，极不稳定，在常温下分解成褐色的氧化银（Ag2O），可溶于氨水，常用此法鉴别AgOH。

⑤氢氧化铁[Fe（OH）2]：

白色絮状沉淀，通过颜色鉴别。

⑥氢氧化亚铁[Fe（OH）3]：

白色沉淀，不稳定，易被空气中O2氧化成红褐色的[Fe（OH）2]，常用此法鉴别Fe（OH）2

⑦氢氧化铜[Cu（OH）2]：

蓝色絮状沉淀，通过颜色鉴别。

7．有关金属的计算

例7：

将钠、镁、铝各03mol分别放入100mL1mol·L1的盐酸中，同温同压下产生的气体体积比是

A．1∶2∶3B．6∶3∶2C．3∶1∶1D．1∶1∶1

解析：

因盐酸只有0.1mol，与0.3mol三种金属反应时量均不足，但因钠能与水反应而镁铝不能，故钠可反应完生成0.15molH2，而镁铝只有得到0.05molH2，三种的比为3∶1∶1。

答案C

［规律总结］

①金属与酸反应失去的电子物质的量等于产生氢原子的物质的量。

②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。

③相同质量的金属与足量的酸反应产生氢气的量之比等于其金属失去1mol电子时质量的倒数比。

④若产生等量氢气，所需金属的物质的量之比等于反应后对应金属呈现的化合价的倒数比。

8．与金属相关的实验

例8：

已知某混合金属粉末，除铝处还含有铁、铜中的一种或两种，所含金属的量都在5%以上。

请设计合理实验探究该混合物金属粉末中铁、铜元素的存在。

仅限选择的仪器和试剂：

烧杯、试管、玻璃棒、量筒、容量瓶、滴管、药匙；1mol/L硫酸、2mol/L硝酸、2mol/LNaOH溶液、20%KSCN溶液。

完成以下实验探究过程：

（1）提出假设：

假设1：

该混合金属粉末中除铝外还含有元素；

假设2：

该混合金属粉末中除铝外还含有元素；

假设3：

该混合金属粉末中除铝外还含有Fe、Cu元素；

（2）设计实验方案

基于假设3，设计出实验方案。

（3）实验过程

根据

（2）的实验方案，叙述实验操作、预期现象和结论。

编号

实验操作

预期现象和结论

①

②

③

④

解析：

因三种金属中铝最活泼，故先应用过量的NaOH溶液除去铝，然后分别用稀硫酸溶解铁，过滤后再分别加硝酸氧化硫酸亚铁和固体铜，然后分别检验Fe3+、Cu2+（也可直接向FeSO4溶液中加NaOH溶液，根据Fe2+遇碱产生的一系列变化确定铁的存在

答案：

（1）Cu；Fe（顺序可交换）（3）

编号

实验操作

预期现象和结论

①

用药匙取少许样品，加入试管A中，再用滴管取过量NaOH溶液并滴加到试管A中，充分反应后，静置，弃去上层清液，剩余固体备用

样品部分溶解，并有气体放出

②

往试管A的剩余固体中加过量稀硫酸，充分反应后，静置。

取上层清液于试管B中，剩余固体备用

固体部分溶解，并有气体放出，溶液呈浅绿色，可能含铁

③

往试管B中加入少许稀硝酸，再滴加KSCN溶液

溶液先变黄色，加KSCN后显血红色，结合②可知，一定含铁

④

往②剩余固体中加入稀硝酸，再滴加NaOH溶液

固体溶解，有无色刺激性气体产生并很快变成红棕色，溶液显蓝色，加NaOH溶液后有蓝色沉淀产生，一定含铜。

强化训练及解答技巧

（一）选择题

1．我国已成功研发出133Cs原子喷泉钟，使我国时间频率基准的精度从30万年不差1秒提高到600万年不差1秒，标志着我国时间频率基准研究进入世界先进行列。

下列关于说法中不正确的是

A．金属铯可用作制光电管的阴极材料

B．碱金属单质中铯的沸点最点

C．将一小块铯投入水中，铯浮在水面上四处游动，发出嘶嘶的响声

D．铯可以与很多非金属反应，形成离子化合物

2．下列说法正确的是（）

A．常见金属中能被浓硫酸钝化的有铝、铁

B．向镁、铝、铁的盐溶液加入过量的氨水，均可生成白色沉淀

C．金属元素的原子最外层电子数不多于4

D．金属元素的最高价氧化物与水作用均可生成碱

3．用含少量镁的铝片制取纯净的氢氧化铝，下列操作步骤：

①加盐酸溶解②加烧碱溶液溶解③过滤④通入过量CO2生成Al（OH）3沉淀⑤加入盐酸生成Al