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四金属元素及其化合物的性质1.钠及其化合物在高考中较为重要,是每年高考都考查的知识点,以钠及其化合物(特别是Na2O2、NaHCO3、Na2CO3)的性质为载体的推断题或实验题是主要的出题形式,Na2O2的结构及反应规律则是考查阿伏加德罗常数的重要题材,NaHCO3、Na2CO3则以涉及生产实际或实验类试题中转化推断和计算的方式进行考查,考生在复习时应对本部分内容予以重视,总结出题规律和解题方法。2.Fe2+与Fe3+之间的转化关系、铜的冶炼及Cu(OH)2的性质等是高考的重要考点。由于铁、铜及其化合物的性质内容很丰富,在高考命题中立足点也多种多样,如以选择题的形式考查离子共存、离子反应、氧化还原反应、简单计算等,也可以在实验题中出现。因此,考生在复习时要注意元素单质及其化合物之间的相互转化,如“铝三角”“铁三角”,同时在复习时要加强化合物知识与理论的联系。3.图像题是高考中的常见题型,除反应速率与化学平衡以及电解质溶液部分易出现图像题外,元素化合物部分也经常出现。特别是钠、铝、铁等元素,其对应物质转化关系较多,是设置图像题较多的题材,故考生在复习时应重视该部分内容,熟记它们的化合物之间的转化关系,掌握其重要的化学方程式,对各反应的定量关系也要重点掌握。预计2020年会继续在选择题中或非选择题中加强对常见金属元素的考查,考查物质的结构与性质(如钠的活泼性、过氧化钠的结构与性质、碳酸氢钠的热不稳定性)的选择题出现概率较大,以工艺流程的形式考查考生对陌生金属元素的认知能力,考生应该在熟练掌握常见金属元素性质及应用的基础上,强化对陌生金属元素(如第四周期的Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Ga等)知识的迁移能力。1.Na2O2与H2O、CO2反应计算的三个关系电子转移关系当Na2O2与CO2、H2O反应时,物质的量关系为2Na2O2~O2~2e-,n(e-)=n(Na2O2)=2n(O2)气体体积变化关系若CO2、水蒸气(或两混合气体)通过足量Na2O2,气体体积的减少量是原气体体积的12,等于生成氧气的体积,即ΔV=V(O2)=12V(原气体)固体质量变化关系CO2、水蒸气分别与足量Na2O2反应时,固体相当于吸收了CO2中的“CO”、水蒸气中的“H2”,所以固体增加的质量分别为Δm=28g·mol-1×n(CO2)、Δm=2g·mol-1×n(H2O)2.Na2CO3、NaHCO3的鉴别与除杂(1)Na2CO3、NaHCO3的鉴别方法(2)Na2CO3、NaHCO3的除杂方法依据二者性质的差异确定除杂方法(后者为杂质)序号混合物除杂方法①Na2CO3(s)、NaHCO3加热法②NaHCO3(aq)、Na2CO3通入足量CO2③Na2CO3(aq)、NaHCO3(aq)加入适量NaOH溶液3.Fe2+、Fe3+的检验(1)Fe2+的检验①样品溶液无现象溶液变红色,证明含有Fe2+②样品溶液产生白色絮状沉淀,迅速变成灰绿色,最终变为红褐色,证明有Fe2+③样品溶液生成蓝色沉淀,证明有Fe2+(2)Fe3+的检验①样品溶液溶液变红色,证明含有Fe3+②样品溶液产生红褐色沉淀,证明有Fe3+存在(3)混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验①Fe3+的检验a.混合溶液溶液变红色,说明含有Fe3+b.混合溶液试纸变蓝色,说明含有Fe3+②Fe2+的检验a.混合溶液酸性KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+b.混合溶液溴水褪色,说明含有Fe2+c.混合溶液生成蓝色沉淀,说明含有Fe2+【典例】(2018·全国2,26)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家,一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:金属离子Fe3+Fe2+Zn2+Cd2+开始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4回答下列问题:(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为。(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有;氧化除杂工序中ZnO的作用是。若不通入氧气,其后果是。(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为;沉积锌后的电解液可返回工序继续使用。【解析】(1)由于闪锌矿的主要成分是ZnS,因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS+3O22ZnO+2SO2或ZnS+32O2ZnO+SO2。(2)由于硫酸铅不溶于水,因此滤渣1的主要成分除SiO2外还有PbSO4;要测定铁离子,需要调节溶液的pH,又因为不能引入新杂质,所以需要利用氧化锌调节溶液的pH,即氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH。根据表中数据可知沉淀亚铁离子的pH较大,所以若不通入氧气,其后果是无法除去杂质Fe2+。(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,反应的离子方程式为Zn+Cd2+Zn2++Cd。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极发生得电子的还原反应,因此阴极是锌离子放电,则阴极的电极反应式为Zn2++2e-Zn;阳极是氢氧根放电,破坏水的电离平衡,产生氢离子,所以电解后还有硫酸产生,因此沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。【答案】(1)ZnS+32O2ZnO+SO2(2)PbSO4调节溶液的pH无法除去杂质Fe2+(3)Zn+Cd2+Zn2++Cd(4)Zn2++2e-Zn溶浸【解题策略】近几年高考常以含金属元素(Fe、Cu、Ti、Cr、Mn、W、V、Co等)的陌生物质为载体,将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来,并根据生产流程中有关的化学知识进行设问,考查物质的制备、分离提纯等基本实验原理及操作,陌生化学方程式的书写,产品纯度或产率的化学计算,化工生产适宜条件的选择等。这类试题具有较强的实用性和综合性,能考查考生分析问题和解决问题的能力,是近几年高考的常考题型。解题流程如下:规律:主线主产品,分支副产品,“回头”为循环。明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步发生的反应及得到的产物→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。分析流程图需要掌握的技巧:①浏览全题,确定该流程的目的——由何原料获得何产物(副产物),对比原料和产物;②了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息,并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用;③解析流程图并思考:从原料到产品依次进行了什么反应?利用了什么原理(氧化还原、溶解度、溶液中的平衡)。每一步操作进行到什么程度最佳?每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物?杂质或副产物是怎样除去的?