1、专题十一 常见金属单质及其重要化合物 高频考点导悟 考点一 常见金属及其化合物的转化和应用典例 1 AG 各物质间的转化关系如下图，其中 B、D 为气态单质。A MnO2B Fe点燃 E CF和G的混合溶液 C MnO2 D FeG请回答下列问题：(1)物质 C 和 E 的名称分别为_、_；(2)可选用不同的 A 进行反应，若在常温下进行，其中的化学方程式为_；若生成 0.5 mol B，转移的电子数目为_；(3)反应的化学方程式为_；(4)反应的离子方程式为_；(5)新配制的 F 溶液应加入_以防止其转化为 G。检验 G 溶液中阳离子的常用试剂是_，实验现象为_。解析 由反应所需的不同条件和
2、相同的物质 MnO2可知 A为 H2O2，B 为 O2、C 为浓 HCl、D 为 Cl2，由此可确定 E 为Fe3O4，G 为 FeCl3、F 为 FeCl2。答案(1)浓盐酸 四氧化三铁(2)2H2O2=MnO22H2OO2 6.021023(3)4HCl(浓)MnO2=MnCl2Cl22H2O(4)Fe3O48H=2Fe3Fe24H2O(5)铁粉 KSCN(或 NH4SCN)溶液 溶液变为血红色知识归纳1钠及其重要化合物间的转化关系写出图中标号反应的化学方程式或离子方程式：化学方程式：；离子方程式：；化学方程式：；2NaO2=点燃 Na2O22Na2H2O=2Na2OHH22Na2O22H
3、2O=4NaOHO2化学方程式：；化学方程式：；化学方程式：。2铝及其重要化合物间的转化关系写出图中标号的化学反应方程式或离子方程式：2Na2O22CO2=2Na2CO3O2Na2CO3CO2H2O=2NaHCO32NaHCO3=Na2CO3CO2H2O或 NaHCO3NaOH=Na2CO3H2O化学方程式：；离子方程式：；化学方程式：；离子方程式：；离子方程式：；离子方程式：。3铁及其重要化合物间的转化关系2AlFe2O3=高温 Al2O32Fe或4Al3O2=高温 2Al2O32Al2OH2H2O=2AlO2 3H22Al2O3(熔融)=通电 4Al3O2Al2O32OH=2AlO2 H2
4、OAl(OH)3OH=AlO2 2H2OAl33AlO2 6H2O=4Al(OH)3写出图中标号的化学反应方程式或离子方程式：化学方程式：；化学方程式：；离子方程式：；离子方程式：；化学方程式：。3Fe4H2O(g)=高温 Fe3O44H22Fe3Cl2=2FeCl32Fe3Cu=2Fe2Cu2或 2Fe3Fe=3Fe22Fe2Cl2=2Fe32Cl4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3命题猜想 1 A、B、C、D、X 均为中学化学常见物质。它们之间存在如下图所示转化关系。(图中反应条件略去)填写下列空白：(1)若 A 为金属铝，B 为氧化铁，写出反应 ABCD的一种用途：_。(2)若
5、 A、B、C、D 都是化合物，其中 A 为 H2O，B、C、D 均含有氮元素，则 B 为_色气体。(3)若 A 为金属单质，B、C、D 都是化合物，A 与 B 发生的反应常用于制作印刷电路板，该反应的离子方程式为_。(4)若 A、B、C 为化合物，D、X 为单质，A、B、C 中肯定含有 X 元素的是_。解析(1)若A为金属铝，B为氧化铁，则此反应为铝热反应，其用途有焊接钢轨等。(2)若A为H2O，B、C、D均含有氮元素，则此反应是：H2O3NO2=2HNO3NO，NO2气体是红棕色的。(3)若A为金属单质，B、C、D都是化合物，A与B发生的反应常用于制作印刷电路板，可以推断此反应是金属铜和Fe
6、3的反应，离子方程式：Cu2Fe3=Cu22Fe2。(4)D和X化合生成B，所以B中一定有X；A和B反应生成C和D，D是单质，B中的X只能进入C；A中是否含有X无法判断。答案(1)焊接钢轨(或其他合理答案)(2)红棕(3)Cu2Fe3=Cu22Fe2(4)BC考点二 金属的氧化物和氢氧化物典例2 从铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如下：请回答下列问题：(1)流程甲加入盐酸后生成Al3的离子方程式为_。(2)流程乙加入烧碱后生成 SiO23 的离子方程式为_。(3)验证滤液 B 含 Fe3，可取少量滤液并加入_(填试剂名称)。(4)滤
7、液 E、K 中溶质的主要成分是_(填化学式)，写出该溶质的一种用途：_。(5)已知 298 K 时，Mg(OH)2 的溶度积常数 Ksp5.61012。取适量的滤液 B，加入一定量的烧碱至达到沉淀溶解平衡，测得 pH13.00，则此温度下残留在溶液中的 c(Mg2)_。解析 铝土矿中的成分能与 HCl 反应的有 Al2O3、Fe2O3、MgO，不反应的是 SiO2，所以固体 A 为 SiO2，滤液 B 中有Al3、Fe3、Mg2，再加入过量烧碱，Al34OH=AlO2 2H2O，Fe3 3OH=Fe(OH)3，Mg2 2OH=Mg(OH)2，沉淀 C 为 Fe(OH)3、Mg(OH)2 混合物
8、，滤液D为NaAlO2、NaOH(过量)，NaAlO2能与CO2反应，NaAlO22H2OCO2=Al(OH)3NaHCO3，滤液E为 NaHCO3，沉淀 F 为 Al(OH)3，Al(OH)3 灼烧得到 Al2O3。铝土矿中能与NaOH 溶液反应的有 Al2O3、SiO2，其余均不反应，所以固体 X 为 Fe2O3、MgO，Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O，SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。(5)题中应用 Ksp的有关计算，Kspc(Mg2)c2(OH)，c(OH)1.0101 molL1，所以 c(Mg2)Kspc2(OH)5.61012(1.0101)25.61010m
9、olL1。答案(1)Al2O36H=2Al33H2O(2)SiO22OH=SiO23 H2O(3)硫氰化钾(或苯酚溶液等合理答案)(4)NaHCO3 制纯碱(或做发酵粉等合理答案)(5)5.61010molL1知识归纳1金属氧化物化学式Na2ONa2O2MgOAl2O3FeOFe2O3Fe3O4分类碱性氧化物过氧化物碱性氧化物两性氧化物碱性氧化物碱性氧化物颜色状态白色固体淡黄色固体白色粉末白色固体黑色粉末红棕色粉末黑色晶体与水作用反应生成NaOH反应生成NaOH和 O2与水缓慢反应生成Mg(OH)2不溶于水，也不与水反应与酸作用反应生成钠盐和水反应生成钠盐、水和氧气反应生成镁盐和水反应生成铝盐
10、和水反应生成亚铁盐和水反应生成铁盐和水氧化性除 Na2O2 外，氧化性很弱，通常不能用还原剂还原可用 C、CO、Al 等还原，生成单质铁其他反应与 CO2反应生成Na2CO3与 CO2反应生成Na2CO3和 O2与NH4Cl溶液反应与强碱反应生成偏铝酸盐与氧化性酸反应生成铁盐2.金属氢氧化物化学式NaOHMg(OH)2Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2Cu(OH)2颜色状态白色固体白色固体白色胶状沉淀红褐色沉淀白色沉淀蓝色沉淀稳定性稳定加热不分解较高温度分解成MgO和H2O加热分解成Al2O3和H2O加热分解成Fe2O3和H2O不稳定易被氧化成Fe(OH)3易分解成CuO和H2O与酸反
11、应均易与酸反应生成对应的盐，若为氧化性酸则Fe(OH)2还要被氧化其他反应与盐反应，与Cl2、Al反应与NH4Cl溶液反应与强碱溶液反应具有还原性新制Cu(OH)2被醛基还原命题猜想 2 由短周期元素组成的化合物 X 是某抗酸药的有效成分。甲同学欲探究 X 的组成。查阅资料：由短周期元素组成的抗酸药的有效成分有碳酸氢钠、碳酸镁、氢氧化铝、硅酸镁铝、碱式碳酸镁铝。Al3在 pH5.0 时沉淀完全；Mg2在 pH8.8 时开始沉淀，在 pH11.4 时沉淀完全。实验过程：.向化合物 X 粉末中加入过量盐酸，产生气体 A，得到无色溶液。.用铂丝蘸取少量中所得的溶液，在火焰上灼烧，无黄色火焰。.向中所
12、得的溶液中滴加氨水，调节 pH 至 56，产生白色沉淀 B，过滤。.向沉淀 B 中加入过量 NaOH 溶液，沉淀全部溶解。.向中得到的滤液中滴加 NaOH 溶液，调节 pH 至 12，得到白色沉淀 C。(1)中气体 A 可使澄清石灰水变浑浊，则反应的离子方程式为_。(2)由、判断一定不含的物质是_，理由是_。(3)中生成 B 的化学方程式是_。(4)中 B溶解的离子方程式为_。(5)沉淀 C 的化学式是_，理由是_。解析 本题考查抗酸药成分的探究实验。(1)中气体 A 可使澄清石灰水变浑浊，结合抗酸药的有效成分，知该气体为CO2。(2)根据知，X 中一定不含 Si，因为硅酸盐中加入过量盐酸，会
13、产生硅酸沉淀；根据知，X 中一定不含 Na，因为 Na 的焰色为黄色。(3)根据题给信息知中调节 pH 至 56 时生成的白色沉淀为 Al(OH)3。(4)中加入过量 NaOH 溶液，沉淀 B 完全溶解，离子方程式为 Al(OH)3OH=AlO22H2O。(5)中加入 NaOH 溶液调节 pH 至 12，有白色沉淀产生，则沉淀 C 为 Mg(OH)2。答案(1)CO2Ca22OH=CaCO3H2O(2)碳酸氢钠、硅酸镁铝 因为X中加入盐酸得到无色溶液，说明没有硅酸镁铝；所得溶液灼烧，无黄色火焰，说明没有NaHCO3(3)AlCl33NH3H2O=Al(OH)33NH4Cl(4)Al(OH)3O
14、H=AlO2 2H2O(5)Mg(OH)2 由实验 pH56，Al3已沉淀完全，故pH12时，只有Mg2沉淀，生成Mg(OH)2考点三 金属阳离子的检验典例 3 某固体混合物可能含有 MgCO3、Al2(SO4)3、Na2SO4、Ba(NO3)2、AgNO3 和 CuSO4。将该混合物进行如下实验，根据所给实验现象完成表格(对于能确定的物质在相应位置写化学式，暂不能确定的物质在相应位置填“无”)。(1)将少许混合物放入水中得到无色溶液和白色沉淀。肯定存在的物质肯定不存在的物质理由(2)取溶液进行焰色反应，火焰呈黄色。肯定存在的物质肯定不存在的物质理由(3)取白色沉淀加入稀盐酸，沉淀完全溶解并放
15、出气体。肯定存在的物质肯定不存在的物质理由(4)通过上述实验仍无法确定的物质是_。解析(1)根据无色溶液，可判断一定无 CuSO4，因为 CuSO4溶液为蓝色。(2)根据焰色反应呈黄色，则判断一定有 Na2SO4，不能确定其他的物质是否存在。(3)与盐酸反应放出气体，且沉淀完全溶解，因此一定有MgCO3，一定无 Ba(NO3)2 和 AgNO3，若有这两种物质，会生成不溶于盐酸的沉淀。答案(1)无 CuSO4溶液无色，而CuSO4溶液为蓝色(2)Na2SO4无钠的焰色反应呈黄色(3)MgCO3Ba(NO3)2、AgNO3MgCO3沉淀溶于稀盐酸，有气体放出；如有Ba(NO3)2，生成的BaSO
16、4沉淀不溶于盐酸；如有AgNO3，生成的沉淀在盐酸中不消失(4)Al2(SO4)3规律总结金属阳离子的检验命题猜想 3 有一无色溶液，可能含有 K、Al3、Mg2、NH+4、Cl、SO24、HCO3、MnO4 中的几种。为确定其成分，做如下实验：取部分溶液，加入适量 Na2O2 固体，产生无色无味的气体和白色沉淀，再加入足量的 NaOH 溶液后白色沉淀部分溶解；另取部分溶液，加入 HNO3 酸化的 Ba(NO3)2 溶液，有白色沉淀产生。下列推断正确的是()A肯定有 Al3、Mg2、NH+4、ClB肯定有 Al3、Mg2、HCO3C肯定有 K、HCO3、MnO4D肯定有 Al3、Mg2、SO2
17、4解析 由于溶液无色，则不含有MnO4；根据的现象，产生无色无味气体，则原溶液中不存在NH+4；加入过量的NaOH溶液，生成的白色沉淀部分溶解，则含有Mg2和Al3，由于Al3与HCO3 可发生双水解，故无HCO3；根据的现象可推知原溶液含有SO24，而K、Cl无法确定。答案 D高考模拟导练1(2011山东理综，12)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均只生成氧化物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 的混合溶液时阴极上依次析出 Cu、
18、Fe、AlC解析 Al2O3 属于两性氧化物，A 错误；由铜绿可知 B 错误；三种盐均可水解，加热促进水解，且生成具有挥发性的盐酸和氢氧化物沉淀，所以 C 正确；在阳离子放电顺序中 Al3排在 H后，不得电子，Fe3得电子生成 Fe2，D 错误。2(2011福建理综，9)下表各选项中，不能利用置换反应通过Y 得到 W 的一组化合物是()选项化合物 ABCDYCO2Fe2O3C2H5OHFeCl3WMgO Al2O3C2H5ONaCuCl2 D解析 A 项，可以通过反应：2MgCO2=点燃 2MgOC 制得；B 项，可以通过反应：2AlFe2O3=高温 Al2O32Fe 制得；C 项，可以通过反
19、应：2Na2C2H5OH2C2H5ONaH2制得；而 D 项，2FeCl3Cu=CuCl22FeCl2，不是置换反应。3为了验证碳酸氢钠固体中是否含有碳酸钠。下列实验及判断中，正确的是()A加热，观察是否有气体放出B溶于水后加石灰水，看有无沉淀C溶于水后加氯化钡溶液，看有无沉淀D加热后称量，看质量是否变化C解析 采用加热的方法，只能说明有 NaHCO3 存在，而不能证明 Na2CO3 存在；溶于水后与石灰水反应，无论是否含有 Na2CO3 均有 CaCO3 沉淀生成；BaCl2 与 NaHCO3 不反应，与 Na2CO3 反应有 BaCO3 沉淀生成。4由Na2O2、Na2CO3、NaHCO3
20、、Na2O、NaCl中的某几种组成的混合物，向其中加入足量的盐酸有气体放出。将气体通过足量的NaOH溶液，气体体积减少。将上述混合物在空气中加热，有气体放出且固体质量增加。下列判断正确的是()A混合物中一定不含Na2CO3、NaClB混合物中一定有Na2O2、NaHCO3、Na2OC无法确定混合物中是否含有NaHCO3D混合物中一定不含Na2O2、NaCl解析 混合物中加盐酸产生气体，气体通入 NaOH 溶液后，体积减少，可知气体成分为 CO2 和 O2，则混合物中一定有Na2O2，至少有 Na2CO3 和 NaHCO3 中的一种；混合物在空气中加热，有气体放出且固体质量增加，则混合物中一定有
21、NaHCO3。NaHCO3 受热分解产生 CO2 和 H2O，再与 Na2O2反应的质量变化如下：2 mol NaHCO31 mol CO21 mol H2O Na2O21 mol O2固体质量减小，而题给信息是固体质量增加，故一定还有Na2O，而 Na2CO3 和 NaCl 无法确定。答案 B5将铝和过氧化钠混合溶于足量的水中，得到澄清溶液，同时产生 3.5 g 气体，向所得溶液中加入 200 mL 3.5 molL1的盐酸，先有沉淀出现，随后沉淀恰好溶解，则 Al 和 Na2O2的物质的量之比为()A12 B14C112 D211A解析 铝和 Na2O2 混合溶于水发生反应如下：2Na2O
22、22H2O=4NaOHO2，2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2所以产生的气体 3.5 g 应是 O2、H2 的混合气体；加入盐酸后先沉淀而后恰好完全溶解，其生成的盐为 NaCl 和 AlCl3，设 Al 和 Na2O2 二者的物质的量分别为 x mol、y mol，则由题意列方程：3x2y0.23.53x16y3.5解之得x0.1 moly0.2 mol。6把一块镁铝合金投入到1 molL1的HCl溶液里，待合金完全溶解后，往溶液里加入1 molL1的 NaOH溶液，生成沉淀的物质的量随加入NaOH溶液体积(mL)变化的关系如图所示。下列说法正确的是()A镁铝合金具有很强的抗腐蚀能
23、力，它不溶解在任何酸、碱或盐中Bc值越大，合金中Al的含量越高Cb值越大，合金中Mg的含量越高D假设a25，整个反应过程中，主要发生了5个离子反应解析 选项A，镁铝合金表面形成致密的氧化膜而具有很强的抗腐蚀能力，但MgO、Al2O3、Mg、Al都可与H2SO4等反应，Mg还能被FeCl3氧化，Al、Al2O3也能溶解在NaOH溶液中；选项B，根据图示，c值越大，溶解Al(OH)3的NaOH越多，说明合金中Al的含量越高；选项C，b点对应的沉淀为Al(OH)3和Mg(OH)2的混合物，仅根据b值的大小不能判断该沉淀中Mg(OH)2的量，继而无法判断合金中Mg的含量；选项D，根据图示，当a25时，
24、整个反应过程中主要包含Mg、Al分别与盐酸的反应、H与OH的反应，Mg2、Al3分别与OH的反应，Al(OH)3与OH的反应，主要有6个离子反应。答案 B7将 14 g 铜银合金与足量的一定浓度的硝酸溶液反应，把放出的气体与标准状况下体积为 1.12 L 的 O2 混合后再通入水中，恰好全部被吸收，则合金中铜的质量为()A3.2 g B4.8 g C6.4 g D10.8 gA解析 若产生的气体与 O2 通入水中恰好完全反应，则生成产物为 HNO3，分析整个过程中反应物为 Cu、Ag、HNO3、O2，反应产物为 Cu(NO3)2、AgNO3、HNO3、H2O，由此看出真正的氧化剂为 O2，还原
25、剂为 Cu、Ag。设 n(Cu)x，n(Ag)y，则 64 gmol1x108 gmol1y14 g，由电子守恒得 n(Cu)2n(Ag)1n(O2)4，代入数据为 2xy1.12 L22.4 Lmol14，联立方程可得 x0.05 mol，y0.1 mol，则 n(Cu)3.2 g。8FeCl3、CuCl2 的混合溶液中加入铁粉，充分反应后仍有固体存在，下列判断不正确的是()A加入 KSCN 溶液一定不变血红色B溶液中一定含 Fe2C溶液中一定含 Cu2D剩余固体中一定含铜C解析 由于氧化性 Fe3Cu2，则加入铁粉后反应过程先后为 2Fe3Fe=3Fe2，Cu2Fe=CuFe2，所以剩余固
26、体可能为 Cu，或者为 Cu、Fe，说明 Fe3一定不存在，Cu2可能存在，Fe2一定存在。9Fe2O3 和 Cu2O 都是红色粉末，常用作颜料。某校一化学实验小组通过实验来探究“红色”粉末是 Fe2O3 还是Cu2O 或二者混合物。探究过程如下：查阅资料Cu2O 是一种碱性氧化物，溶于稀硫酸生成 Cu和 CuSO4，在空气中加热生成 CuO。提出假设假设 1：红色粉末是 Fe2O3假设 2：红色粉末是 Cu2O假设 3：红色粉末是 Fe2O3 和 Cu2O 的混合物设计实验取少量粉末放入足量稀硫酸中，在所得溶液中再滴加 KSCN 试剂。(1)若假设 1 成立，则实验现象是_。(2)若滴加 K
27、SCN 试剂后溶液不变血红色，则证明原固体粉末中 一 定 不 含 三 氧 化 二 铁。你 认 为 这 种 说 法 合 理 吗？_。简 述 你 的 理 由(不 需 写 出 反 应 的 方 程式)_。(3)若固体粉末完全溶解无固体存在，滴加 KSCN 试剂时溶液不变血红色，则证明原固体粉末是_，写出发生反应的离子方程式：_。探究延伸 经实验分析，确定红色粉末为 Fe2O3 和 Cu2O 的混合物。(4)实验小组欲用加热法测定 Cu2O 的质量分数。取 a g 固体粉末在空气中充分加热，待质量不再变化时，称其质量为 bg(ba)，则混合物中 Cu2O 的质量分数为_。(5)实 验 小 组 欲 利 用
28、 该 红 色 粉 末 制 取 较 纯 净 的 胆 矾(CuSO45H2O)。经查阅资料得知，在溶液中通过调节溶液的酸碱性而使 Cu2、Fe2、Fe3分别生成沉淀的 pH 如下：物质Cu(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3开始沉淀 pH6.07.51.4沉淀完全 pH13143.7实验室有下列试剂可供选择：A氯水BH2O2CNaOH DCu2(OH)2CO3实验小组设计如下实验方案：试回答：试剂1为_，试剂2为_(填字母)。固体X的化学式为_。操作为_。答案(1)固体完全溶解，溶液呈血红色(2)不合理 当原固体粉末为 Fe2O3 和 Cu2O 的混合物时，加入稀 H2SO4 后 Cu2O 生成 Cu 和 CuSO4，产生的 Fe3与 Cu反应生成 Fe2，滴加 KSCN 溶液后也不变血红色(3)Fe2O3 和 Cu2O Fe2O36H=2Fe33H2O，Cu2O2H=CuCu2H2O，2Fe3Cu=2Fe2Cu2(4)9(ba)a100%(5)B D Fe(OH)3 加热浓缩，降温结晶返回
