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专题十二常见金属元素单质及其重要化合物主干知识整合一、金属元素单质及其化合物的转化关系1．钠及其化合物2．铝及其化合物3．铁及其化合物4．铜及其化合物要点热点探究►探究点一常见金属及化合物的主要性质1．钠及其化合物(1)等物质的量的金属钠被氧化成Na2O和Na2O2时转移的电子数相同。(2)钠与酸反应时，先与酸反应，酸不足再与水反应。(3)钠与盐的溶液反应：钠不能置换出溶液中的金属，钠直接与水反应，反应后的碱再与溶液中的其他物质反应。(4)Na2O2与CO2或H2O反应时，生成1molO2，转移电子的物质的量为2mol。(5)Na2O2跟CO2和水蒸气组成的混合气体反应时，应先考虑Na2O2跟CO2的反应。因为若先发生反应：2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，必定还发生反应：2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O。(6)Na2O2与SO2反应的化学方程式为：Na2O2＋SO2===Na2SO4。(7)向Na2CO3溶液中逐滴滴入盐酸，反应是分步进行的。反应的离子方程式依次为：CO2－3＋H＋===HCO－3、HCO－3＋H＋===H2O＋CO2↑。2．镁、铝及其化合物(1)镁在空气中燃烧主要发生反应：2Mg＋O2=====点燃2MgO，此外还发生反应：3Mg＋N2=====点燃Mg3N2、2Mg＋CO2=====△2MgO＋C。(2)Mg3N2与水反应：Mg3N2＋6H2O===3Mg(OH)2＋2NH3↑。(3)加热Mg(HCO3)2溶液生成的是Mg(OH)2沉淀，而不是MgCO3沉淀，因为Mg(OH)2比MgCO3更难溶于水。反应方程式为Mg(HCO3)2=====△Mg(OH)2↓＋2CO2↑。(4)铝与NaOH溶液、非氧化性强酸反应生成H2。常温下，浓硝酸、浓硫酸使铝发生钝化。(5)Al2O3、Al(OH)3仅能溶于强酸和强碱溶液中(如在氨水和碳酸中不溶)。(6)Al3＋、AlO－2只能分别存在于酸性、碱性溶液中。Al3＋与下列离子不能大量共存：OH－、CO2－3、HCO－3、SO2－3、S2－、ClO－、AlO－2，其中OH－是因为直接反应，其余均是因为发生了剧烈的双水解反应。AlO－2与下列离子不能大量共存：H＋、HCO－3、Al3＋、Fe2＋、Fe3＋，其中H＋和HCO－3是因为与AlO－2直接反应(AlO－2＋HCO－3＋H2O===Al(OH)3↓＋CO2－3)，其余也是因为发生了剧烈的双水解反应。(7)明矾的净水原理：明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O，它在水中能电离：KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO2－4。铝离子发生水解反应，生成的氢氧化铝胶体具有很强的吸附能力，吸附水中的悬浮物，使之沉降以达到净水目的：Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋。3．铁、铜及其化合物(1)Fe与Cl2反应只能生成FeCl3，与I2反应生成FeI2，与反应物的用量无关。(2)Fe与水蒸气在高温下反应生成H2和Fe3O4，而不是Fe2O3。(3)过量的Fe与硝酸作用，或在Fe和Fe2O3的混合物中加入盐酸，均生成Fe2＋。要注意产生的Fe3＋还可以氧化单质Fe这一隐含反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。(4)NO－3与Fe2＋在酸性条件下不能共存。(5)Fe2O3、Fe(OH)3与氢碘酸反应时，涉及Fe3＋与I－的氧化还原反应，产物为Fe2＋、I2和H2O。(6)FeCl3溶液加热浓缩时，因Fe3＋水解和HCl的挥发，得到的固体为Fe(OH)3，灼烧后得到红棕色Fe2O3固体；而Fe2(SO4)3溶液蒸干时，因硫酸是难挥发性的酸，将得不到Fe(OH)3固体，最后得到的固体仍为Fe2(SO4)3。(7)注意亚铁盐及Fe(OH)2易被空气中氧气氧化成三价铁的化合物。如某溶液中加入碱溶液后，最终得到红褐色沉淀，并不能断定该溶液中一定含有Fe3＋，也可能含有Fe2＋。例1[2011·山东卷]Al、Fe、Cu都是重要的金属元素。下列说法正确的是()A．三者对应的氧化物均为碱性氧化物B．三者的单质放置在空气中只生成氧化物C．制备AlCl3、FeCl3、CuCl2均不能采用将溶液直接蒸干的方法D．电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液是阴极上依次析出Cu、Fe、Al专题十二│要点热点探究C【解析】铝的氧化物属于两性氧化物，不属于碱性氧化物，故A错；铜在空气中放置，可以生成铜绿Cu2(OH)2CO3]，故B错；因HCl易挥发，三种盐在加热条件下，都能彻底水解，故C正确；电解三种盐溶液的混合物时，首先是Fe3＋＋e－===Fe2＋，不能得到金属单质；当Fe3＋消耗完，Cu2＋＋2e－===Cu；当Cu2＋消耗完，2H＋＋2e－===H2，不可能得到铁单质和铝单质，故D错。【点评】本题依托常见的三种金属考查了多个重要知识点：氧化物的分类、金属的性质、盐类水解及物质制备、电解时离子放电顺序等。用类推的方法可能会得出错误结论，因此推出的结论要经过实践的检验才能确定其正确与否。下列推论中正确的是()A．Na失火不能用CO2灭火，K失火不能用CO2灭火B．工业上用电解熔融MgCl2的方法制取金属镁，也用电解熔融AlCl3的方法制取金属铝C．Al与S直接化合可以得到Al2S3，Fe与S直接化合也可以得到Fe2S3D．Fe3O4可以写成FeO·Fe2O3的形式，Pb3O4也可写成PbO·Pb2O3的形式A【解析】AlCl3为共价化合物，熔融状态不导电，故不能用电解熔融AlCl3的方法制取金属铝；Fe与S直接化合只能生成FeS；Pb3O4中铅的化合价分别为＋2和＋4，故Pb3O4应写成2PbO·PbO2的形式。A、B、C、D、E、F、M、N、X、Y是中学化学常见的物质，其中A、B、C、D、E、F是化合物，M、N、X、Y是单质。已知反应关系如图12－1所示(部分产物已略去)：图12－1(1)向沸腾的蒸馏水中滴加A的饱和溶液，可以得到红褐色液体。A的化学式是____________。(2)将NaOH溶液注入新制备的B溶液，观察到的现象是________(选填序号)。①生成白色沉淀②生成血红色沉淀③生成红褐色沉淀④生成蓝色沉淀⑤生成白色沉淀，迅速变成灰绿色沉淀，最后变成红褐色沉淀(3)C溶液电解的离子方程式是_________________。(4)化合物F中含有组成单质N的元素，且该元素的质量分数为70%。化合物F和单质Y反应的化学方程式是______________________。(5)组成单质N的元素和碳的合金在潮湿的空气中容易腐蚀。发生腐蚀时，正极的电极方程式是___________________。【答案】(1)FeCl3(2)⑤(3)2H2O＋2Cl－=====通电Cl2↑＋H2↑＋2OH－(4)2Al＋Fe2O3=====高温2Fe＋Al2O3(5)O2＋2H2O＋4e－＝4OH－【解析】(1)沸腾的水中加入饱和A溶液得到红褐色的液体是Fe(OH)3胶体，则A为FeCl3溶液。可推知M是Cl2，B是FeCl2，N是Fe，D是HCl，X是H2，E是氢氧化物，C为氯化物，Y为Al，F为铁的氧化物，根据化合物F中含有组成单质Fe的元素，且该元素的质量分数为70%，计算出F为Fe2O3。(2)将NaOH注入FeCl2溶液中，产生Fe(OH)2沉淀，易被氧化，快速转化为灰绿色，最后转化为红褐色沉淀。(3)C为氯化物溶液，电解的离子方程式为2H2O＋2Cl－=====通电Cl2↑＋H2↑＋2OH－。(4)Al和Fe2O3高温下发生铝热反应，反应方程式为2Al＋Fe2O3=====高温2Fe＋Al2O3。(5)铁、碳合金在潮湿的空气中容易腐蚀，负极是Fe－2e－＝Fe2＋，正极是O2＋2H2O＋4e－＝4OH－。例2[2011·广东卷]由熔盐电解法获得的粗铝含一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝，工艺流程如下：(1)精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为①__________________和②__________________________。(2)将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除Cl2外还含有________；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在________。(3)在用废碱液处理气体A的过程中，所发生反应的离子方程式为_____________________________。(4)镀铝电解池中，金属铝为________极，熔融盐电镀液中铝元素和氯元素主要以AlCl和Al2Cl形式存在，铝电极的主要电极反应式为___________________________________。(5)钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是_________________________。【答案】(1)①Fe2O3＋2Al=====高温Al2O3＋2Fe②3SiO2＋4Al=====高温2Al2O3＋3Si(2)HCl，氯化铝NaCl(3)Cl2＋2OH－===ClO－＋Cl－＋H2O，H＋＋OH－===H2O(4)阳Al－3e－＋7AlCl－4===4Al2Cl－7(5)致密的氧化铝膜能隔绝钢材与空气中的O2、CO2和H2O等接触，使电化学腐蚀和化学腐蚀不能发生【解析】(1)结合题意，即是Fe2O3、SiO2和金属Al在高温下发生置换反应；(2)杂质中还存在H2，与Cl2结合形成HCl，高温下Cl2也能与Na和Al反应生成NaCl和AlCl3(700℃时升华形成气体)；(3)冷凝后的气体Cl2和HCl均能与碱液反应；(4)电镀时，镀层金属作阳极，失电子形成阳离子，即Al失电子形成Al3＋，Al3＋再与AlCl结合形成Al2Cl；(5)防止腐蚀的原理包括隔绝金属与电解质溶液的接触、改变金属内部结构等。【点评】以金属及其化合物的基本知识为命题线索，设置情境，或者结合某些新技术等命题来考查考生综合运用基本知识来解决实际问题的能力是近几年高考中的一个新动向，尤其是新课标试验区的高考题，频频出现。因此在复习过程中既要注重基础知识复习，更要注重综合能力的提升。2010年我国锂离子电池产量为26亿只，这对金属锂资源的消耗是相当大的，因此锂离子电池回收具有重要意义，其中需要重点回收的是正极材料，其主要成分为钴酸锂(LiCoO2)、导电乙炔黑(一种炭黑)、铝箔。某回收工艺流程如下：(1)“调pH”时加入稀硫酸，请写出发生反应的离子方程式____________。(2)“碱浸”时主要反应的离子方程式为__________________。(3)已知Li2CO3在水中的溶解度随着温度升高而减小，所以最后一步过滤时应该________。(4)“酸浸”时，如果用盐酸做还原剂也能达到溶解LiCoO2的目的，但相对于H2SO4和H2O2的混合液，使用盐酸的不利之处是_______________。请在下面的方框中画出解决这个问题的简易装置图，并注明所用的化学试剂。【答案】(1)H＋＋OH－===H2OAlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓(2)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑(3)趁热过滤(4)HCl挥发，产生Cl2，污染环境【解析】“碱浸”时Al溶于NaOH溶液，反应的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－2＋3H2↑。“碱浸”后过滤所得的滤液中含有NaOH和NaAlO2，因此，“调pH”时发生反应的离子方程式为H＋＋OH－===H2O和AlO－2＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓。“酸浸”时，若用盐酸做还原剂溶解LiCoO2，盐酸会被氧化生成Cl2，且HCl挥发，会造成环境污染，为消除环境污染需用NaOH溶液吸收Cl2和HCl，但要注意不能用Ca(OH)2溶液吸收，因为Ca(OH)2的溶解度小，溶液太稀。出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面。下列说法不正