专题2.7 铍、硼、钙、铁、铜、铅、锰、钛、铬、镍、锌性质-备战2023年高考化学新编大一轮复习讲义·

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专题2.7 铍及其化合物
一、 铍的存在及物理性质

铍原子序数4，位于于第二周期IIA族，是最轻的碱土金属元素，有毒。铍金属为钢灰色或灰白色，熔点1283℃，沸点2570℃，密度1.848g/cm³。天然铍有三种同位素：Be、Be、Be，Be是铍唯一稳定的核素。铍在地壳中含量为0.001%，含铍矿石约有30多种，具有经济价值的主要有绿柱石（3BeO•Al2O3•6SiO2）、硅铍石（2BeO•SiO2）、金绿宝石（BeO•Al2O3）等几种。1798年，法国化学家沃克兰（Vauquelin Niclas  Louis,  1763-1829）对绿柱石和祖母绿进行化学分析时发现了铍。但是，单质铍在三十年后的1828年由德国化学家维勒（Friedrich  Woler,1800-1882）用金属钾还原熔融的氯化铍而得到。铍作为碱土金属的第一个成员，属于稀有轻金属，具有密度低，熔点高，弹性模量大，拉伸强度大，热性能优异，尺寸稳定性好，中子吸收截面小，X射线透射性好等诸多优异的性能，是航天、航空、电子和核工业等领域不可替代的材料，有“超级金属”、“尖端金属”、“空间金属”之称。
在自然界中，以硅铍石Be4Si2O7(OH)2和绿柱矿Be3Al2Si6O18等矿物存在。绿柱石由于含有少量杂质而示出不同的颜色。如含2%的Cr3+离子呈绿色。亮蓝绿色的绿柱石称为海蓝宝石，深绿色的绿柱石称为祖母绿。
二、 化学性质
（1）铍的 铍化学性质活泼，具有活泼金属通性，容易被氧化剂氧化，常见化合价为+2价。
铍表面易形成氧化层，减小了金属本身的活性。根据对角线规则，Be与Al的性质相似，这一点与Li和Mg的相似性原理相同。铍相同是典型的两性金属。
（2）还原性：它与O2，N2，S反应，生成BeO，Be3N2和BeS。它与碳反应生成Be2C碳化物（与Al4C3同类，类似的还有BeCl2和AlCl3均为共价化合物，易升华，易溶于有机溶剂），而其他碱土金属的碳化物都是MC2型。
2Be + O22BeO，3Be + N2Be3N2，Be + SBeS
（3）类比学习Be与Al的性质的相似性
①二者均不仅能溶于酸溶液，也能溶于碱溶液，放出H2。但铍、铝与冷的浓硝酸接触，发生“钝化”现象。
Be＋2NaOH＋2H2O===Na2[Be(OH)4]＋H2↑或Be＋2NaOH===Na2BeO2＋H2↑；
2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑或2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
②二者的氢氧化物均为两性氢氧化物，易溶于强碱溶液。
Be(OH)2＋2NaOH===Na2[Be(OH)4]或Be(OH)2＋2NaOH===Na2BeO2＋2H2O；
Al(OH)3＋NaOH===Na[Al(OH)4]或Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O。
③铍、铝的盐都易水解。如BeS+2H2OBe(OH)2+H2S，而Al2S3也有相同的性质
（4）制备
①还原BeF2，用此法制备存在许多困难，该反应强烈放热甚至会导致爆炸。且最终体系内物质沸点结晶，导致Be与MgF2分离比较困难。BeF2 + MgMgF2 + Be
②电解熔融盐。由于熔融的铍盐几乎不导电或导电性很弱，必须加离子型的盐，如电解NaCl－BeCl2或者LiCl－KCl－BeCl2熔盐。用镍坩埚作电解槽及阴极，阳极是石墨棒。
【精准练习】
【习题1】第ⅡA的铍在一定条件下可形成化合物Na2BeO2。下列有关铍及其化合物的叙述正确的是 ( )
A．氧化铍不能溶于盐酸；B．氢氧化铍易溶于水
C．单质铍可溶于氢氧化钠溶液生成氢气；D．Na2BeO2溶液呈酸性。
【习题2】铝、铍(Be)及其化合物具有相似的化学性质，如其氯化物分子内键型相同，故其氯化物晶体的熔点都较低。已知反应：BeCl2+Na2BeO2+2H2O＝2NaCl+2Be(OH)2↓能完全进行，则下列推断正确的是
A．Na2BeO2溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物为BeO
B．BeCl2溶液的pHFe2＋
B．25 ℃，pH＝0的溶液中，Al3＋、NH、NO、Fe2＋可以大量共存
C．5.6 g铁与足量的氯气反应失去电子为0.2 mol
D．硫酸亚铁溶液中加入过氧化氢溶液：Fe2＋＋2H2O2＋4H＋===Fe3＋＋4H2O
3．通过对实验现象的观察、分析推理得出正确的结论是化学学习的方法之一。对下列实验事实的解释正确的是(　　)
选项
操作、现象
解释
A
向KI－淀粉溶液中加入FeCl3溶液，溶液变蓝
Fe3＋能与淀粉发生显色反应
B
把生铁放置于潮湿的空气中，铁表面有一层红棕色的斑点
铁在潮湿的空气中易生成Fe(OH)3
C
向稀硝酸中加入少量铁粉，有气泡产生
说明Fe置换出硝酸中的氢，生成了氢气
D
新制Fe(OH)2露置于空气中一段时间，白色物质变成了红褐色
说明Fe(OH)2易被O2氧化成Fe(OH)3

【精准训练2】
题组二　氢氧化铁制备方法的改进
1.如图所示，此装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时的颜色变化，实验时必须使用铁屑和6 mol·L－1的硫酸，其他试剂任选。填写下列空白：
(1)B中盛有一定量的NaOH溶液，A中应预先加入的试剂是________，A中反应的离子方程式是___________ 。
(2)实验开始时应先将活塞a________(填“打开”或“关闭”)。
(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程：____________。
(4)实验完毕，打开b处活塞，通入一部分空气，此时B瓶中发生的反应为_______________。
(5)下列图2各图示中________能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀。

　　　图1

　　　　　　　　　　　　　　图2
特别强调：防止Fe(OH)2氧化的方法
(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。
(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入盛有亚铁盐溶液的试管底部，并慢慢挤出NaOH溶液。
(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H2、N2、稀有气体等。
(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。
(5)用Fe作阳极，石墨作阴极，电解NaOH溶液，利用新产生的Fe2＋与OH－反应制取。
3.亚铁、铁盐的性质、检验、转化、保存
1）Fe2＋、Fe3＋的检验方法
(1)用KSCN溶液和氯水

(2)用NaOH溶液

(3)含Fe2＋、Fe3＋的混合溶液中Fe3＋、Fe2＋的检验
溶液变血红色，说明含有Fe3＋。
KMnO4溶液紫红色褪去，说明含有Fe2＋。
(4)Fe2＋的特征检验方法
溶液产生蓝色沉淀，说明溶液中含有Fe2＋，
3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓
特别强调：
①检验Fe2＋时不能先加氯水后加KSCN溶液，也不能将加KSCN后的混合溶液加入到足量的新制氯水中(新制氯水可能氧化SCN－)。
②Fe3＋、Fe2＋、Cl－同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2＋(Cl－能还原酸性KMnO4，有干扰)。
2）“铁三角”的关系


完成下列变化的离子方程式，体会Fe2＋与Fe3＋的转化条件。
(1)将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀：
H2S＋2Fe3＋===S↓＋2Fe2＋＋2H＋
(2)将FeCl3溶液滴入KI－淀粉溶液，溶液变蓝：
2I－＋2Fe3＋===I2＋2Fe2＋
(3)FeCl3可溶解铁片：
2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
(4)FeSO4可使酸性KMnO4溶液褪色：
5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O
(5)将FeCl2溶液滴入HNO3溶液中，有无色气体放出：
3Fe2＋＋NO＋4H＋===3Fe3＋＋NO↑＋2H2O
特别强调：
①Fe与一般酸反应生成Fe2＋，与酸的量无关，但Fe与稀HNO3反应时最终铁的价态与铁的量有关。
②铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe2S3；铁与碘蒸气反应生成的是FeI2而不是FeI3。
3）含铁物质的分离与提纯
主要物质
杂质
除杂方法
Fe2＋
Fe3＋
加过量铁粉后过滤
FeCl3
FeCl2
加氯水或H2O2
Fe2＋
Cu2＋
加过量铁粉后过滤
Fe
Al
加过量NaOH溶液后过滤
Fe2O3
Al2O3、SiO2
加过量NaOH溶液后过滤
4)盐溶液的保存

5)物质的制备

6)铁盐的性质及应用
(1)氧化性：含有Fe3＋的溶液呈棕黄色，Fe3＋处于铁的高价态，遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现为氧化性。
①Fe3＋与S2－、I－、HS－、SO等具有较强还原性的离子不能大量共存。
②Fe3＋可腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。
(2)易水解：Fe(OH)3是很弱的碱，且溶度积很小，因而Fe3＋极易水解，只能存在于酸性较强的溶液中。
利用Fe3＋易水解的性质，实验室可用FeCl3滴入沸水中制取氢氧化铁胶体，反应的化学方程式：FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl。
【知识点辨析.正误判断】
(1)金属阳离子只有氧化性，不可能有还原性( )
(2)氢氧化铁与HI溶液反应仅能发生中和反应( )
(3)中性溶液中可能大量存在Fe3＋、Cl－、K＋、SO( )
(4)FeCl3溶液与KSCN溶液反应的离子方程式为Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3↓( )
(5)用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2( )
【精准训练3】Fe2＋和Fe3＋的检验
1．下列有关物质检验方法不合理的是(　　)
A．向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变色，滴加氯水后溶液显红色，该溶液中一定含有Fe2＋
B．用酸性KMnO4溶液检验FeCl3溶液中是否含有FeCl2
C．检验绿矾晶体是否已氧化变质，可将绿矾晶体溶于稀H2SO4后滴加KSCN溶液，再观察溶液是否变红
D．向某溶液中加入NaOH溶液产生红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋
　有关铁及其化合物的“微流程”分析
2．硫酸亚铁是一种重要的化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)，下列说法错误的是(　　)

A．FeSO4与NH4HCO3反应制备FeCO3，适宜在高温条件下进行
B．碱式硫酸铁水解能产生Fe(OH)3胶体，可用作净水剂
C．可用KSCN溶液检验(NH4)2Fe(SO4)2是否被氧化
D．常温下，FeSO4比(NH4)2Fe(SO4)2易溶于水
3．下列有关Fe3＋、Fe2＋的性质及应用的说法正确的是____________(填序号)。
①Fe2(SO4)3易溶于水，所以可用作净水剂
②向Fe2(SO4)3溶液中加入过量铁粉，可制得硫酸亚铁溶液
③室温下，向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液，再滴加几滴淀粉溶液，溶液变蓝色，则说明Fe3＋的氧化性比I2的强
④Fe2＋与H2O2在酸性溶液中的反应：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
⑤硫酸亚铁片和维生素C同时服用，能增强治疗缺铁性贫血的效果

五、铜及其化合物
1．铜的性质
(1)物理性质：铜是紫红色金属，具有良好的导电性、导热性和延展性。
(2)化学性质

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
①2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3
②2Cu＋SCu2S

2．铜的重要化合物

(1)氧化铜和氧化亚铜
名称
氧化铜
氧化亚铜
颜色
黑色
砖红色
与酸反应(H＋)
CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O
Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
与H2反应
CuO＋H2Cu＋H2O
Cu2O＋H22Cu＋H2O
转化关系
4CuO2Cu2O＋O2↑
(2)氢氧化铜
a．物理性质：蓝色不溶于水的固体。
b．化学性质及应用

反应①的化学方程式：Cu(OH)2CuO＋H2O；
反应②的化学方程式：Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。
(3)铜盐
①Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿、孔雀石的主要成分，是铜在潮湿空气中被腐蚀的结果，其受热分解的化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。
②CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾，其受热分解的化学方程式CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O，蓝色晶体受热转化为白色粉末。无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，据此可作为水或水蒸气的检验试剂。不能作为干燥剂。
③铜盐的毒性
铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。
特别强调：
反应CuSO4＋H2S===CuS↓＋H2SO4可说明CuS难溶于非氧化性强酸，但不能说明酸性H2S>H2SO4。
【知识点辨析.正误判断】
（1）过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成（　　）
（2）利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质，来检验水的存在（　　）
（3）将铁片置于CuSO4溶液中，铁片上有红色物质析出，说明铁比铜活泼（　　）
（4）铜在干燥的空气中性质稳定，但是在潮湿的环境中则易被锈蚀，生成铜绿（　　）
（5）铜与氯气、氧气、硫分别反应，得到的产物中铜的化合价均为＋2价（　　）
（6）湿法炼铜和火法炼铜的反应中，铜元素都发生了还原反应（　　）
（7）CuO是黑色固体，与水反应可生成Cu（OH）2（　　）
（8）Cu2O遇硝酸会被氧化成Cu2＋（　　）
（9）Cu2（OH）2CO3是铜锈的主要成分，在干燥的空气中不易生成（　　）
（10）无水硫酸铜生成CuSO4·5H2O属于物理变化（　　）
（11）铜绿在灼烧条件下会分解生成氢氧化铜和二氧化碳（　　）
[提醒]
1.铜及其化合物的颜色
物质
颜色
物质
颜色
Cu
紫红色
CuSO4
白色
CuO
黑色
CuSO4·5H2O
蓝色
Cu2O
砖红色
Cu2（OH）2CO3
绿色
Cu2S
黑色
Cu（OH）2
蓝色
2.无水CuSO4只能作为水的检验试剂，但不能作为水蒸气的吸收试剂用于除杂。

【精准训练1】
1.《淮南万毕术》中记载“曾青得铁，则化为铜，外化而内不化”，下列说法中正确的是(　　)
A．“化为铜”表明发生了氧化还原反应
B．“外化”时化学能转化为电能
C．“内不化”是因为内部的铁活泼性较差
D．反应中溶液由蓝色转化为黄色
2.我国晋代《抱朴子》中描述了大量的化学反应，其中有：①“丹砂（HgS）烧之成水银，积变又还成丹砂”；②“以曾青涂铁，铁赤色如铜”。下列有关叙述正确的是（　　）
A．①中描述的化学反应是可逆反应
B．“曾青”是含有Cu2＋的溶液，如硫酸铜溶液
C．“积变又还成丹砂”中的“还”可理解为“被还原”
D．水银能跟曾青发生置换反应生成单质铜
3.某同学通过系列实验，探究Cu及其化合物的性质，下列操作正确且能达到目的的是（　　）
A．将铜粉和硫粉混合均匀加热以制取CuS
B．将Cu片放入过量浓硫酸中，一段时间后加水以观察CuSO4溶液的颜色
C．向CuSO4溶液中加入NaOH溶液，过滤洗涤并收集沉淀，加热以制取CuO
D．设计Cu－Al－浓硝酸原电池，以证明金属活动性：Cu0
③Fe3+、Pb2+以氢氧化物形式开始沉淀时的PH值分别为1.9和7。
（1）流程中加入盐酸可以控制溶液的pH