1、第三部分元素及其化合物專題12金屬及其化合物學考化學 湖南省專用考點一鈉及其化合物一、鈉的性質、制取、保存及用途考點清單物理性質鈉是一種質軟、銀白色、有金屬光澤的金屬,具有良好的導電性、導熱性,密度比水小、比煤油大,熔點較低化學性質(1)與非金屬反應:2Na+Cl2 2NaCl、4Na+O2 2Na2O、2Na+O2 Na2O2(2)與水反應:2Na+2H2O 2NaOH+H2(與水反應的實質是金屬鈉與水電離產生的氫離子反應)(3)與酸反應:2Na+2H+ 2Na+H2(4)與鹽溶液反應:a.鈉投入NaCl稀溶液中,只有H2產生,離子方程式為2Na+2H2O 2Na+2OH-+H2b.鈉投入飽

2、和NaCl溶液中,有H2產生,同時有NaCl晶體析出(恢復至原溫度)c.鈉投入NH4Cl溶液中,有H2和NH3逸出d.鈉投入CuSO4溶液中,有H2和藍色沉淀生成制取2NaCl(熔融) 2Na+Cl2保存金屬鈉保存在煤油中用途工業上用鈉作強還原劑,用于冶煉金屬,如:4Na+TiCl4(熔融) Ti+4NaCl;Na-K合金(液態)用作原子反應堆的導熱劑;在電光源上,用鈉制高壓鈉燈二、NaOH1.物理性質俗名燒堿、火堿、苛性鈉,是一種白色固體,易吸收空氣中的水分而潮解,易溶于水并放熱,水溶液有澀味。2.化學性質NaOH來源廣泛,是一種最常用的一元強堿,有強腐蝕性,具有堿的通性。3.制備方法(1)

3、土法制堿:Na2CO3+Ca(OH)2 CaCO3+2NaOH(2)現代工業制堿:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2三、鈉的氧化物 氧化鈉(Na2O)過氧化鈉(Na2O2)顏色、狀態白色固體淡黃色固體類別堿性氧化物過氧化物化合價電子式Na+2-Na+Na+2-Na+制取化學方程式4Na+O2 2Na2O2Na+O2Na2O2化學鍵類型只有離子鍵有離子鍵和共價鍵續表 氧化鈉(Na2O)過氧化鈉(Na2O2)與水反應的化學方程式Na2O+H2O 2NaOH2Na2O2+2H2O 4NaOH+ O2與CO2反應的化學方程式Na2O+CO2 Na2CO32Na2O2+2CO2 2Na2CO

4、3+O2與鹽酸反應的化學方程式Na2O+2HCl 2NaCl+H2O2Na2O2+4HCl 4NaCl+2H2O+O2主要用途可制燒堿漂白劑、消毒劑、供氧劑保存密封密封、遠離易燃物 碳酸鈉碳酸氫鈉化學式Na2CO3NaHCO3俗名純堿、蘇打小蘇打水溶液的酸堿性堿性堿性類別離子化合物離子化合物顏色、狀態白色固體白色固體水溶性易溶于水可溶于水四、Na2CO3與NaHCO3 與鹽酸反應及反應速率Na2CO3+2HCl 2NaCl+H2O+CO2NaHCO3+HCl NaCl+H2O+CO2與同濃度鹽酸反應的速率:兩者等濃度時NaHCO3比Na2CO3快熱穩定性受熱難分解2NaHCO3 Na2CO3+

5、H2O+CO2用途化工原料、洗滌劑食品發酵、治療胃酸過多、泡沫滅火器相互轉化Na2CO3NaHCO3五、焰色反應1.定義許多金屬或它們的化合物在灼燒時會使火焰呈現特殊的顏色,這在化學上叫作焰色反應。2.實驗步驟(1)一點:點燃酒精燈。(2)二洗燒:將鉑絲(或光潔無銹的鐵絲)放入稀鹽酸中清洗,再放到外焰上灼燒,直至火焰呈現原來的顏色。(3)三蘸燒:用鉑絲(或鐵絲)蘸取固體或液體待測物,灼燒并觀察火焰顏色若是鉀元素,應透過藍色的鈷玻璃(可濾去遮蓋紫色的黃光)觀察。(4)四洗燒:鉑絲(或鐵絲)用稀鹽酸洗凈,放在外焰上燒至原色,放回原處。說明a.焰色反應不是化學變化,而是一種物理現象,主要用于鈉、鉀等

6、堿金屬或堿土金屬元素的檢驗。焰色反應是元素的性質,不因元素的存在形式改變而改變。b.用稀鹽酸清洗的原因:生成金屬氯化物,而金屬氯化物在高溫時可揮發。c.焰色反應中所用的火焰部分應是無色或淺色的。d.灼燒鉑絲(或鐵絲)時應一直燒至火焰恢復到原來的顏色。六、鈉及其化合物的轉化關系1.知識主線:NaNa2ONa2O2NaOHNa2CO3NaHCO32.網絡構建 考點二鎂、鋁及其化合物一、鎂及其化合物1.Mg金屬鎂是一種銀白色的輕質堿土金屬。金屬鎂的主要化學性質有:(1)與非金屬反應:2Mg+O2 2MgO、3Mg+N2 Mg3N2(2)與沸水反應:Mg+2H2O Mg(OH)2+H2(3)與某些氧化

7、物反應:能在CO2中燃燒,2Mg+CO2 2MgO+C(4)與某些鹽反應:溶于濃氯化銨溶液,Mg+2NH4Cl MgCl2+2NH3+H22.鎂的重要化合物MgO是很輕的白色粉末,屬于堿性氧化物,它能與水緩慢反應生成Mg(OH)2;它具有很高的熔點,可作耐高溫材料。MgCl2是一種無色、味苦、易溶于水的固體,易潮解,可作干燥劑。工業上用電解熔融MgCl2的方法制取金屬鎂。3.鎂及其化合物的轉化關系二、鋁及其化合物1.Al鋁位于元素周期表第三周期A族,是地殼中含量最多的金屬元素,在自然界中以化合態的形式存在。鋁是一種銀白色、有金屬光澤的金屬,有良好的延展性、導電性和導熱性等,密度較小,質地柔軟。

8、鋁合金用于制造汽車、飛機、生活用品等。金屬鋁的主要化學性質有:(1)與非金屬氧氣反應:4Al+3O2 2Al2O3(2)與強堿溶液反應:2Al+2OH-+2H2O 2Al+3H2(3)與氧化鐵發生鋁熱反應:2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3(4)與強酸溶液反應:2Al+6H+ 2A+3H2注意在常溫下,鋁遇濃硝酸、濃硫酸發生鈍化,故常用鋁槽車來運輸濃硫酸或濃硝酸。2.鋁的化合物(1)Al2O3是一種白色物質,Al(OH)3是一種白色膠狀物質,它們都是不溶于水的兩性化合物,它們既能與強酸反應,又能與強堿反應,如Al2O3+6H+ 2Al3+3H2O、Al2O3+2OH- 2Al+H2O;Al

9、(OH)3+3H+ Al3+3H2O、Al(OH)3+OH- Al+2H2O。(2)實驗室常用Al3+和濃氨水反應或在含Al的溶液中通入CO2氣體兩種方法來制取Al(OH)3。因Al(OH)3具有兩性,故通常不采用強堿或強酸來制取。涉及的化學方程式為:Al3+3NH3H2O Al(OH)3+3NAl3+3l+6H2O 4Al(OH)3Al+CO2(過量)+2H2O Al(OH)3+HC(3)明礬的化學式可寫為KAl(SO4)212H2O或K2SO4Al2(SO4)324H2O,它是一種復鹽,常用來凈水,原理是Al3+3H2OAl(OH)3(膠體)+3H+(用離子方程式表示)。3.“鋁三角”的轉

10、化關系“鋁三角”是指Al3+、Al(OH)3和Al相互轉化的三角關系,如下圖所示:考點三鐵、銅及其化合物一、鐵及其化合物1.Fe鐵位于元素周期表中第四周期族,是一種應用最廣泛的過渡金屬元素;鐵元素是一種變價金屬元素,主要化合價為+2價和+3價;原子結構示意圖為。鐵是一種銀白色金屬,熔點較高,具有良好的導熱、導電、延展性,能被磁鐵吸引。金屬鐵的主要化學性質有:(1)與Cl2、S反應:2Fe+3Cl2 2FeCl3、Fe+S FeS(2)與水蒸氣反應:3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2(3)與氧化性酸(如HNO3)反應(寫離子方程式)Fe與過量稀硝酸的反應:Fe+N+4H+ Fe3+NO+

11、2H2OFe與少量稀硝酸的反應:3Fe+2N+8H+ 3F+2NO+4H2O(4)Fe與FeCl3溶液反應(寫離子方程式):Fe+2Fe3+ 3Fe2+化學式FeOFe2O3Fe3O4俗名 鐵紅磁性氧化鐵顏色狀態黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體(有磁性)溶解性難溶于水難溶于水難溶于水鐵的化合價+2+3+2、+3穩定性不穩定穩定穩定2.鐵的氧化物3.鐵的氫氧化物(1)Fe(OH)2是白色絮狀物,易被空氣中的氧氣氧化生成Fe(OH)3,顏色由白色變為灰綠色,最后變為紅褐色,方程式為4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3。所以Fe(OH)2的制備必須在無氧條件下進行。(2)Fe(OH)3是紅褐

12、色、難溶于水的固體,在空氣中久置會部分失水生成鐵銹(Fe2O3xH2O)。Fe(OH)3受熱易分解,方程式為2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O。4.亞鐵鹽和鐵鹽的配制與保存Fe2+在水溶液中較易水解,使溶液變渾濁,Fe2+又易被氧化,生成Fe3+,所以在保存含Fe2+的溶液時,應先在水溶液中放入少量相應的酸和鐵屑,以防止Fe2+水解和被氧化。FeCl3溶液的配制:將FeCl3固體先溶解在少量濃鹽酸中,再加水稀釋到所需濃度。5.Fe2+與Fe3+的鑒別(1)直接觀察顏色Fe2+溶液呈淺綠色,Fe3+溶液呈棕黃色。(2)利用顯色反應(形成配合物)(3)利用Fe(OH)3沉淀的顏色(4)利用Fe

13、3+的氧化性(5)利用Fe2+的還原性(6)利用Fe2+的特殊反應6.“鐵三角”的轉化關系相關的離子方程式:(1)將H2S氣體通入FeCl3溶液中產生淡黃色沉淀:H2S+2Fe3+ S+2Fe2+2H+。(2)FeSO4可使酸性KMnO4溶液褪色:5Fe2+Mn+8H+ 5Fe3+Mn2+4H2O。(3)將FeCl2溶液滴入HNO3溶液中,有無色氣體放出:3Fe2+N+4H+ 3Fe3+NO+2H2O。7.鐵及其化合物的轉化關系二、銅及其化合物1.銅及其化合物的轉化關系2.銅及其重要化合物的性質及應用(1)銅在潮濕的空氣中生成銅銹 Cu2(OH)2CO3: 2Cu+O2+CO2+H2O Cu2

14、(OH)2CO3;(2)常用灼熱的銅粉除去N2中的O2,用灼熱的CuO除去CO2中的CO;(3)新制Cu(OH)2懸濁液常用來檢驗醛基;(4)CuSO4遇水蒸氣變為藍色晶體(CuSO45H2O),可用于檢驗H2O;(5)過量的Cu和濃硝酸反應,得到NO2和NO的混合氣體,再加入稀硫酸,Cu繼續溶解;(6)Cu+2H2SO4(濃) CuSO4+SO2+2H2O,此反應中當Cu過量時,H2SO4也不能完全反應。此反應不適用于制備CuSO4,因為會產生污染性氣體SO2且H2SO4的利用率低。三、金屬的冶煉方法1.熱分解法:適用于不活潑的金屬,如Hg和Ag。2HgO 2Hg+O2、2Ag2O 4Ag+

15、O22.熱還原法:用還原劑(C、CO、H2、Al等)還原金屬氧化物,適合較活潑的金屬。Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2、2Al+Cr2O3 2Cr+Al2O33.電解法:適合冶煉金屬活動性很強的金屬(一般指在金屬活動性順序中排在鋅前面的金屬)。例如:2NaCl(熔融) 2Na+Cl2、2Al2O3(熔融) 4Al+3O2、MgCl2(熔融) Mg+Cl2。4.金屬活動性順序與金屬冶煉方法的關系金屬活動性順序K、Ca、Na、Mg、AlZn、FeCuHg、AgPt、Au主要冶煉方法電解法熱還原法熱分解法物理方法物質觀無機工藝流程題無機工藝流程題綜合考查學生的基礎知識及應用知識解決實際問題的能力

16、,要求學生了解常見的真實工業生產流程、基本原理,細心分析工藝流程題中的關鍵信息。化學工藝生產主要解決的問題,歸納起來主要有六方面:一是解決將原料轉化為產品的生產原理;二是除去雜質并分離、提純產品;三是提高產量與產率;四是減少污染,考慮 “綠色化學”生產;五是原料的選擇既要考慮來源豐富,還要考慮成本問題;六是生產設備簡單,生產工藝簡便、可行等。化學工藝流程題,一般圍繞這六個方面設問求解。知能拓展1.思維主線規律:主線產品,分支副產品,回頭為循環。2.解題方法(1)首尾分析法這種解題方法的關鍵在于認真對比分析原料與產品的組成,從中找出將原料轉化為產品和除去原料中所包含的雜質的基本原理和所采用的工藝

17、生產措施。(2)截段分析法用截段分析法更容易找到解題的切入點。用截段分析法解工藝流程題關鍵在于看清主、副產品是如何分開的,以此確定如何截段,截幾段更合適,一般截段以產品為準點。(3)交叉分析法利用交叉分析法解工藝流程題的關鍵在于找準中間產品(因為有時會出現多種中間產品)和流水生產的分線,在分析過程中,抓住中間物質的關聯作用,逐一破解。(4)“瞻前顧后”分析法有些化工生產,為了充分利用原料,變廢為寶,設計的生產流水線除了主要考慮將原料轉化為產品外,同時還要考慮將生產過程中的副產品轉化為原料的循環生產工藝。解答這種類型的試題時,用“瞻前顧后”分析法。“瞻前顧后”分析法,指分析工藝生產流程時,主要考

18、慮原料轉化成的產品(瞻前),同時也要考慮原料的充分利用和再生產問題(顧后)。例題(2019湖南長沙一中月考八,27)工業以軟錳礦(主要成分是MnO2,含有SiO2、Fe2O3等少量雜質)為主要原料制備高性能的磁性材料碳酸錳(MnCO3)。其工業流程如下:(1)“浸錳”過程中Fe2O3與SO2反應的離子方程式為Fe2O3+SO2+2H+ 2Fe2+S+H2O,該反應是經歷以下兩步反應實現的。Fe2O3+6H+ 2Fe3+3H2O;。寫出反應的離子方程式:。(2)“過濾”所得濾液中主要存在的兩種金屬陽離子為(填離子符號)。(3)“氧化”過程中被MnO2氧化的物質有(寫化學式):。(4)“浸錳”反應

19、中往往有副產物MnS2O6生成,溫度對“浸錳”反應的影響如圖所示,為減少MnS2O6的生成,“浸錳”的適宜溫度是;向“過濾”所得的濾液中加入NH4HCO3溶液時溫度不宜太高的原因是。(5)加入NH4HCO3溶液后,生成MnCO3沉淀,同時還有氣體生成,寫出反應的離子方程式:。(6)生成MnCO3沉淀需經充分洗滌,檢驗洗滌是否完全的方法是。解題導引本題以軟錳礦(主要成分是MnO2)為原料制備MnCO3,可用截段分析法,將流程分為三段來處理。原料的處理:以SO2作還原劑,將+4錳還原成+2價錳;除雜:用MnO2作為氧化劑,將Fe2+氧化成Fe3+,調節pH,除去雜質而不引入新的雜質;獲得產品:NH

20、4HCO3溶液與Mn2+發生復分解反應制備MnCO3。解析(1)Fe3+與SO2和水反應的離子方程式為2Fe3+SO2+2H2O 2Fe2+S+4H+。(2)浸錳過程中發生反應:MnO2+SO2 Mn2+S、Fe2O3+SO2+2H+ S+2Fe2+H2O,所以“過濾”所得濾液中主要存在的兩種金屬陽離子為Mn2+和Fe2+。(3)氧化過程中加入MnO2的目的為除去還原性物質SO2和FeSO4。(4)由圖像可知,90 時MnS2O6的生成率相對較低,錳的浸出率相對較高,若溫度升高,MnS2O6的生成率及錳的浸出率變化均不明顯,卻會消耗更多的能源;溫度過高時,NH4HCO3受熱易分解導致原料利用率降低。(5)這是一個復分解反應,產生的氣體只能是CO2,根據原子守恒和電荷守恒可以得出離子方程式為Mn2+2HC MnCO3+CO2+H2O。(6)生成MnCO3沉淀的同時還有(NH4)2SO4生成,檢驗沉淀是否洗滌干凈,就是檢驗最后一次洗液中是否含有S。答案(1)2Fe3+SO2+2H2O 2Fe2+S+4H+(2)Mn2+、Fe2+(3)SO2(或H2SO3)和FeSO4(4)90 防止NH4HCO3受熱分解,提高原料利用率(5)Mn2+2HC MnCO3+CO2+H2O(6)取12 mL最后一次洗液于試管,滴加用鹽酸酸化的BaCl2溶液,若無白色沉淀產生,則說明已洗滌完全