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。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)有关反应的方程式：②____________________________、③__________________________、丁与丙反应的离子方程式__________________________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(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AlAl2O3FeFe2O3熔点/℃660205415351462沸点/℃246729802750--(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)B⑷①③④②③④⑸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