2027届高三化学一轮复习课件：第三章　金属及其化合物_含解析

这是一份2027届高三化学一轮复习课件：第三章　金属及其化合物_含解析，共118页。
第1节　钠及其化合物第2节　铁及其化合物第3节　金属资源的开发利用
目 录 CONTENTS
一、活泼的金属单质——钠1.物理性质:银白色固体,质软(可用小刀切割),熔点97.79 ℃,沸点882.9 ℃;密度比水小,比煤油大,常保存在煤油中。2.化学性质(1)与非金属单质反应①与Cl2反应:2Na+Cl2  2NaCl。②与O2反应:常温下,4Na+O2  2Na2O;加热条件下,2Na+O2  Na2O2。(2)与水、乙醇、乙酸反应
①2Na+2H2O  2NaOH+H2↑。②2Na+2CH3CH2OH  2CH3CH2ONa+H2↑。③2Na+2CH3COOH  2CH3COONa+H2↑。
注意①钠与酸溶液反应时,先与酸反应,剩余的钠再与水反应。②钠与CuSO4溶液反应时,先与水反应,生成的NaOH再与CuSO4反应生成蓝色的Cu(OH)2沉淀。③实验室用剩的钠,要放回原瓶,不能随意丢弃。
3.制备:常用电解熔融氯化钠的方法制取金属钠——2NaCl(熔融)  2Na+Cl2↑。4.用途与性质的关系
　知识拓展　　①钠汞齐具有缓和的还原性,常在有机合成中作还原剂。钠在实验室中常用来除去残留在有机溶剂中的微量水分。②用金属Na制取Na2O:2NaNO3+10Na  6Na2O+N2↑。
二、钠的氧化物——Na2O和Na2O2
　归纳总结①Na2O2中氧元素呈-1价,既有氧化性又有还原性,一般表现氧化性,其氧化性表现如下: 当遇到酸性KMnO4溶液时,表现还原性,被氧化为O2。②在加热条件下Na2O与O2反应可生成Na2O2,化学方程式为2Na2O+O2  2Na2O2。③遇CO2、H2O时,Na2O2发生自身氧化还原反应(歧化反应),反应中2Na2O2~O2~2e-。
三、碳酸钠和碳酸氢钠1.性质比较
2.Na2CO3与NaHCO3的鉴别方法(1)利用热稳定性不同 (2)利用和酸反应生成气体的现象不同 
(3)利用溶液的酸碱性不同 
四、焰色试验1.产生焰色的本质:原子核外电子跃迁释放能量。为物理变化。2.实验步骤
　注意实验中也可用洁净的无锈铁丝代替铂丝。
3.一些金属元素的焰色
注意观察钾元素的焰色要透过蓝色钴玻璃。
五、侯氏制碱法1.工艺流程
注意NH3溶解度大,CO2溶解度小,故先向饱和食盐水中通入NH3,再通入CO2,有助于反应进行。
2.反应原理(1)产生NaHCO3的反应:NH3+NaCl+CO2+H2O NaHCO3↓+NH4Cl(利用了物质溶解度的差异,碳酸氢钠的溶解度最小,析出)。(2)产生Na2CO3的反应:2NaHCO3  Na2CO3+CO2↑+H2O。3.绿色化学思想:循环使用的物质为CO2、NaCl。
4.优点(与索尔维法制纯碱相比):食盐利用率提高,可达98%;副产物NH4Cl可作氮肥。
六、碱金属单质的性质及递变性1.物理性质的相似性和递变性
2.化学性质的相似性和递变性
1.下列有关物质性质的应用错误的是 (　　　 )A.苯甲酸钠可用作增味剂B.碘酸钾可用作营养强化剂C.NaH可用作野外生氢剂D.NaOH和铝粉的混合物可用作管道疏通剂
　解析　苯甲酸钠是一种食品防腐剂,不是增味剂,A错误;碘酸钾能补充人体所需碘元素,属于营养强化剂,B正确;NaH能与水反应生成H2(NaH+H2O NaOH+H2↑ ),可用作野外生氢剂,C正确;铝粉、NaOH与水混合反应放热且产生大量气体,同时NaOH具有一定的腐蚀性,从而可疏通管道,D正确。
　知识拓展NaH中H显-1价,遇水发生反应生成H2,在此反应中H2O中的H化合价降低。类似的物质还有CaH2。
2.(2025北京东城一模,6)关于含少量氧化钠的过氧化钠样品,下列说法不正确的是 (　　　 )A.阴、阳离子个数比为1∶2B.钠露置在空气中最终转化为该样品C.能与水反应,放出热量D.测定氧化钠质量分数的方案:取a g样品溶于足量盐酸,蒸干、灼烧,得b g固体
　解析　Na2O由Na+和O2-构成,Na2O2由Na+和 构成,不论二者如何混合,阴、阳离子个数比均为1∶2,A正确。Na  Na2O  NaOH  Na2CO3·xH2O  Na2CO3,B错误。Na2O和Na2O2均可与水反应,且均放热,C正确。设样品中Na2O、Na2O2的物质的量分别为x ml、y ml,可列式:62x+78y=a;Na2O、Na2O2与足量盐酸反应生成NaCl,依据钠原子守恒可列式:(2x+2y)×58.5=b,两式联立可求出Na2O、Na2O2的物质的量,根据m=nM,可求出二者的质量,接着计算Na2O在样品中的质量分数,D正确。
3.(2025四川南充二诊,9)实验室用下图所示装置模拟侯氏制碱法制取NaHCO3。下列说法错误的是 (　　　 )A.实验时应先打开K1,一段时间后打开K2B.饱和NaHCO3溶液可除去CO2中的少量HClC.该装置设计存在缺少尾气处理的缺陷D.装置C中的多孔球泡目的是使CO2快速溶解
　解析　NH3极易溶于水,CO2在水中溶解度较小,应先打开K2通入NH3,使溶液呈碱性;再打开K1通入CO2,促进CO2溶解,A错误;NaHCO3能与HCl反应生成CO2,且CO2在饱和NaHCO3溶液中的溶解度很小,故可用饱和NaHCO3溶液除去CO2中的少量HCl,B正确;NH3直接排放会污染空气,应在C装置支管处增加尾气处理装置,C正确;装置C中的多孔球泡可以增大CO2与溶液的接触面积,使CO2快速溶解,D正确。
4.(2022天津,13,14分)金属钠及其化合物在人类生产生活中起着重要作用。回答下列问题:(1)基态Na原子的价层电子轨道表示式为________________。(2)NaCl熔点为800.8 ℃,工业上采用电解熔融NaCl制备金属Na。电解反应方程式如下:2NaCl(l)  2Na(l)+Cl2(g)加入 CaCl2的目的是___________________________________。
　作助熔剂,降低NaCl的熔点,节省能耗    
     (或   )    
(3)Na2O2的电子式为_______________________。在25 ℃和101 kPa时,Na与O2反应生成1 ml Na2O2放热510.9 kJ,写出该反应的热化学方程式:__________________________________________________。(4)采用空气和Na为原料可直接制备Na2O2。空气与熔融金属Na反应前需依次通过______、______(填序号)a.浓硫酸　　　　b.饱和食盐水c.NaOH溶液　　　　d.KMnO4溶液
　2Na(s)+O2(g)  Na2O2(s)
    ΔH=-510.9 kJ·ml-1    
(5)钠的某氧化物晶胞如下图,图中所示钠离子全部位于晶胞内。由晶胞图判断该氧化物的化学式为_________。(6)天然碱的主要成分为Na2CO3·NaHCO3·2H2O,1 ml Na2CO3·NaHCO3·2H2O经充分加热得到Na2CO3的质量为________g。
　解析    (2)NaCl的熔点为800.8 ℃,但电解时温度只有580 ℃,说明加入CaCl2的目的是降低NaCl的熔点,减少能耗。(3)书写热化学方程式时注意两点,一是生成1 ml Na2O2时放出510.9 kJ能量;二是物质状态的正确标注。(4)空气中的CO2会与Na2O2反应,水蒸气会与Na、Na2O2反应,故要依次通过NaOH溶液和浓硫酸以除去CO2和水蒸气。(5)运用均摊法,灰球个数为8× +6× =4,白球个数为8,则该氧化物为Na2O。(6)根据Na原子守恒可得2NaHCO3~Na2CO3,则充分加热1 ml Na2CO3·NaHCO3·2H2O得到的Na2CO3的质量为1.5 ml×106 g·ml-1=159 g。
一、铁及其性质1.Fe位于元素周期表第四周期第Ⅷ族。原子结构示意图为 。常见价态:+2和+3。核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,价层电子排布式为3d64s2。2.物理性质:导热性、延展性良好,有导电性,易被磁铁吸引。
 (1)铁遇冷的浓硝酸、浓硫酸在其表面形成一层致密的氧化膜(钝化),阻止内部金属进一步反应。(2)Fe与过量稀HNO3反应生成Fe3+:
Fe+N +4H+  Fe3++NO↑+2H2O(3)Fe与少量稀HNO3反应生成Fe2+:3Fe+2N +8H+  3Fe2++2NO↑+4H2O
　注意①氧化性酸会把Fe氧化为Fe3+,但当Fe过量时,发生反应:2Fe3++Fe  3Fe2+。②在钢铁厂的生产中,炽热的铁水或钢水注入模具之前,模具必须进行充分干燥处理,不得留有水,因为高温条件下,铁可以与水蒸气反应生成H2,可能引发事故。
(4)与铁反应的非金属单质的氧化性强弱决定产物中铁元素为+2价还是+3价,如:2Fe+3Cl2  2FeCl3、Fe+S  FeS(5)实验:铁及其化合物的性质——铁与水蒸气的反应
　注意只有红热的铁粉才能与水蒸气反应,实验中注意控制温度。
实验:铁及其化合物的性质——Fe(OH)2的制备 
　注意①FeSO4溶液必须是新制的,且配制FeSO4溶液所用的蒸馏水及NaOH溶液都要煮沸;②吸有NaOH溶液的胶头滴管必须伸入FeSO4溶液的液面下后再挤出NaOH溶液;③在盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油等密度小于水而不溶于水的有机化合物,以隔绝空气。
溶液  3.加碱法溶液  4.特征试剂法溶液  紫色褪去→Fe2+溶液 溶液呈紫色→Fe3+溶液  蓝色沉淀→Fe3+
四、Fe2+、Fe3+的检验1.观察法:含Fe2+的溶液呈浅绿色,含Fe3+的溶液呈棕黄色。2.用KSCN溶液和氯水检验
溶液  溶液变蓝→Fe3+溶液  蓝色沉淀→Fe2+溶液  溶液呈橙红色→Fe2+
　注意①检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液,也不能向加KSCN后的混合溶液加入足量的新制氯水(新制氯水可能会氧化SCN-)。②Fe3+、Fe2+、Cl-同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2+(Cl-能还原KMnO4,有干扰)。③用邻二氮菲检验Fe2+时,要求溶液pH必须在2~9之间,因H+浓度较大时,邻二氮菲中的N优先与H+形成配位键;因OH-浓度较大时,OH-与Fe2+形成Fe(OH)2沉淀。④FeCl3稀溶液可通过将FeCl3晶体溶于浓盐酸后再稀释得到。
实验:铁及其化合物的性质——补铁剂中铁元素价态的检验
注意补铁剂中常添加抗氧化剂,在具体实验中注意干扰。五、铁及其化合物的相互转化关系1.铁及其化合物的主要转化关系
2.从物质分类的角度理解铁的化合物的性质(1)Fe2O3、FeO都属于碱性氧化物,能与酸反应生成盐和水。Fe2O3+6H+  2Fe3++3H2O
FeO+2H+  Fe2++H2O(2)FeSO4和FeCl3都属于盐,能和碱反应生成Fe(OH)2及Fe(OH)3。Fe2++2OH-  Fe(OH)2↓Fe3++3OH-  Fe(OH)3↓(3)Fe(OH)2和Fe(OH)3都属于难溶性碱,能与酸反应生成盐和水。Fe(OH)2+2H+  Fe2++2H2OFe(OH)3+3H+  Fe3++3H2O
3.从化合价的角度理解铁及其化合物的氧化性和还原性
 (1)Fe的还原性Fe+2HCl  FeCl2+H2↑Fe+CuSO4  FeSO4+Cu2Fe+3Cl2  2FeCl3
(2) 的氧化性和还原性Fe2++Zn  Fe+Zn2+2Fe2++Cl2  2Fe3++2Cl-5Fe2++8H++Mn   5Fe3++Mn2++4H2O(3) 的氧化性2Fe3++Cu  2Fe2++Cu2+2Fe3++2I-  2Fe2++I2Fe2O3+3CO  2Fe+3CO22Fe3++H2S  2Fe2++S↓+2H+
2Fe3++SO2+2H2O  2Fe2++4H++S 
1.(2025北京海淀二模,7)下列关于FeCl2和FeCl3两种溶液的说法不正确的是 (　　　 )A.FeCl2和FeCl3溶液均呈酸性B.保存时均需加入少量铁粉C.可利用与铜粉的反应比较Fe2+、Fe3+的氧化性强弱D.分别加入NaOH溶液,久置后均能观察到红褐色沉淀
　解析　Fe2+、Fe3+均易水解生成H+,则FeCl2和FeCl3溶液均呈酸性,A正确。为防止Fe2+氧化,保存FeCl2溶液时需加入铁粉;但FeCl3溶液中若加入铁粉,Fe3+会与Fe反应生成Fe2+,B错误。Fe3+可将Cu氧化为Cu2+,Fe2+无法氧化Cu,可说明氧化性:Fe3+>Fe2+,C正确。FeCl3溶液中加入NaOH溶液直接生成Fe(OH)3红褐色沉淀,FeCl2溶液中加入NaOH溶液,先生成白色沉淀[Fe(OH)2],沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色,即Fe(OH)3,D正确。
2.(2026届河北衡水二中一调,12)部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是 (　　　 )A.通过化合反应和复分解反应均能直接得到dB.e不稳定,在空气中灼烧最终会转化为bC.h具有强氧化性,在日常生活中可用于生活用水的消毒与净化D.a→f→g→d的每步转化均可一步实现
　解析　由题图知,d是Fe(OH)3,可通过化合反应[4Fe(OH)2+O2+2H2O  4Fe(OH)3]和复分解反应[FeCl3+3NaOH  Fe(OH)3↓+3NaCl]直接得到,A正确;e为Fe(OH)2,不稳定,在空气中灼烧时Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3,Fe(OH)3在灼烧时发生分解,最终产物为Fe2O3,B错误;h中Fe元素显+6价,则h为高铁酸盐,具有强氧化性,在日常生活中可用于生活用水的消毒与净化,C正确;Fe  Fe2+  Fe3+  Fe(OH)3,a→f→g→d的每步转化均可一步实现,D正确。
3.(2025北京东城二模,10)用如图所示装置研究铁粉与水蒸气的反应。观察到肥皂液中有气泡产生,点燃肥皂泡听到爆鸣声;实验结束后,试管中残留的黑色固体能被磁体吸引。下列分析不正确的是 (　　　 )A.由“肥皂液中有气泡产生”,不能推断铁与水蒸气发生了反应B.铁粉与水蒸气的反应需要持续加热,推断该反应为吸热反应C.由“点燃肥皂泡听到爆鸣声”,推断有氢气生成D.加热和使用粉末状的铁均能加快铁与水蒸气的反应
　解析　加热时,试管内空气膨胀,会使肥皂液中有气泡产生,同时加热湿棉花产生的水蒸气也会使肥皂液中有气泡产生,故肥皂液中有气泡产生,不能推断铁与水蒸气发生了反应,A正确。反应需要持续加热,与反应是吸热反应还是放热反应没有直接关系,B错误。点燃肥皂泡听到爆鸣声,说明有可燃性气体生成,根据反应物的元素组成,可知应有H2生成,C正确。加热或增大铁与水蒸气的接触面积(使用粉末状的铁),都能加快反应速率,D正确。
第3节　金属资源的开发利用
一、金属冶炼1.金属冶炼的实质:用还原剂将金属从其化合物中还原出来。2.金属冶炼的方法根据金属活动性不同,选择不同的冶炼方法。 (1)电解法:适合冶炼金属活动性很强的金属。
2NaCl(熔融)  2Na+Cl2↑2Al2O3(熔融)  4Al+3O2↑MgCl2(熔融)  Mg+Cl2↑
注意①在电解熔融NaCl时,生成的Na易挥发,同时易分散在熔融盐中难以分离,常加入CaCl2来避免上述情况发生。②钾的沸点低于钠,冶炼金属钾一般用:KCl+Na  NaCl+K↑。
(2)热还原法:用还原剂(C、CO、H2、Al等)还原金属氧化物,适合冶炼较活泼的金属。Fe2O3+3CO  2Fe+3CO22Al+Cr2O3  Al2O3+2Cr4Na+TiCl4(熔融)  4NaCl+Ti
WO3+3H2  W+3H2O(3)热分解法:适合冶炼不活泼的金属。2HgO  2Hg+O2↑2Ag2O  4Ag+O2↑
注意湿法炼铜:Fe+CuSO4  FeSO4+Cu
　二、镁、铝、铜及其化合物1.镁及其化合物(1)镁(Mg)①物理性质:银白色、有金属光泽的固体,密度、硬度较小,导电性、导热性、延展性良好。
 ③用途:用于信号弹和焰火,镁合金用于制造航天部件等。(2)氧化镁(MgO):白色粉末,熔点高,可作耐高温、耐火材料,是一种碱性氧化物。(3)氢氧化镁[Mg(OH)2]:白色固体,难溶于水,溶解度小于碳酸镁,是一种中强碱。
(4)从海水中提取金属镁的方法 
注意①脱水时,为防止MgCl2水解,应在HCl氛围中进行;②应电解熔融氯化镁制取镁。
　2.铝及其化合物(1)铝(Al)①物理性质:银白色、有金属光泽的固体,密度、硬度较小,导电性、导热性、延展性良好。
 ③用途:制作导线,铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。(2)氧化铝(Al2O3)①物理性质及用途:白色固体,难溶于水,熔、沸点高;可作耐火材料、冶炼铝的原料。
②化学性质a.两性氧化物:Al2O3+6H+ 2Al3++3H2O、Al2O3+2OH-+3H2O 2[Al(OH)4]-。b.发生分解:2Al2O3(熔融)  4Al+3O2↑。(3)氢氧化铝[Al(OH)3]①物理性质及用途:白色不溶于水的固体,可用于制药。②两性氢氧化物:Al(OH)3+3H+ Al3++3H2O、Al(OH)3+OH- [Al(OH)4]-。(4)四羟基合铝酸钠{Na[Al(OH)4]}①与少量盐酸反应:[Al(OH)4]-+H+  Al(OH)3↓+H2O。②与足量盐酸反应:[Al(OH)4]-+4H+  Al3++4H2O。
③与足量CO2反应:[Al(OH)4]-+CO2  Al(OH)3↓+HC 。④与AlCl3溶液反应:3[Al(OH)4]-+Al3+  4Al(OH)3↓。(5)明矾[KAl(SO4)2·12H2O]①电离方程式:KAl(SO4)2·12H2O  K++Al3++2S +12H2O②Al3+水解产生的Al(OH)3胶体具有吸附性,可用于净水。(6)从铝土矿中获取金属Al
　知识拓展 铝制品的表面处理　　在空气中,铝的表面自然形成的氧化膜比较薄,耐腐蚀性不够强,为了适用于不同的用途常增加膜的厚度、对氧化膜着色(如用铬酸作氧化剂进行化学氧化,可以使氧化膜呈现美丽的颜色)。
3.铜及其化合物(1)铜(Cu)①物理性质:紫红色固体,导热性、导电性、延展性良好。②化学性质 
　注意铜与氧化性强的Cl2、O2反应生成+2价铜的化合物,与氧化性弱的S反应生成+1价铜的化合物。(2)铜的化合物及转化 
①氧化亚铜(Cu2O):砖红色固体,难溶于水,在稀硫酸中发生歧化反应:Cu2O+2H+  Cu2++Cu+H2O。②无水CuSO4:遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O),可用于检验水。三、金属材料1.金属材料:包括纯金属和它们的合金。2.合金(1)组成:两种或两种以上的金属(或金属与非金属)加热熔合生成的具有金属特性的物质。(2)性能:熔点一般比各成分金属低,硬度和强度一般比各成分金属大。
　知识拓展稀土金属　　元素周期表中原子序数从57~71(从镧到镥,称为镧系元素)的15种元素以及钪和钇,共17种金属元素,它们性质相似,并在自然界中共生,它们就是稀土元素。稀土金属既可以单独使用,也可以用于生产合金。它们又被称为“冶金工业的维生素”。
1.金属的冶炼与生产、生活及国防军事等领域密切相关。下列有关金属冶炼的原理错误的是　     (　　　 )A.用电解法制取金属钠:2NaCl(熔融)  2Na+Cl2↑B.用Na等活泼金属为还原剂冶炼Ti:4Na+TiCl4  Ti+4NaClC.用Al作还原剂(铝热剂)冶炼金属V:3V2O5+10Al  6V+5Al2O3D.用H2作还原剂冶炼金属Ag:Ag2O+H2  2Ag+H2O
　解析　根据 ,可知电解熔融NaCl可制取金属Na, A正确。Na的金属活动性大于Ti,可将Ti从TiCl4中还原出来,反应的化学方程式为4Na+TiCl4  Ti+4NaCl,B正确。金属活动性:Al>V,可用Al作还原剂冶炼金属V(铝热反应),反应的化学方程式为3V2O5+10Al  6V+5Al2O3,C正确。根据A中信息,可知冶炼Ag一般用热分解法,即2Ag2O  4Ag+O2↑,D错误。
2.用镁还原TiCl4可制取高熔点的金属钛,工艺流程如图。下列说法不正确的是(　　　 ) A.工业上电解熔融MgCl2可制备金属MgB.“高温还原”时,发生反应的化学方程式为2Mg+TiCl4  Ti+2MgCl2C.用金属镁还原TiCl4过程中需通入N2或Ar作保护气D.“真空蒸馏”的目的是使Mg、MgCl2气化,实现与Ti的分离
　解析　由题中信息:“用镁还原TiCl4可制取高熔点的金属钛”,可知电解镁的二元化合物得到单质镁,高温还原时发生反应2Mg+TiCl4  Ti+2MgCl2。真空蒸馏时将生成的MgCl2以及未反应的Mg与Ti分离。MgO的熔点高,工业生产中一般采用电解熔融MgCl2的方法制备金属Mg,A、B正确。在高温下Mg和N2能发生反应,故不能用N2作保护气,可用Ar作保护气,C错误。由于金属钛的熔点很高,故可通过“真空蒸馏”使Mg、MgCl2以气体形式存在,实现与Ti的分离,D正确。
3.硫酸锰是一种重要的化工中间体。一种以高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)为原料制备硫酸锰的工艺流程如下: 已知:①“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO;
②金属离子在水溶液中沉淀的pH范围如下表所示(25 ℃):
③离子浓度≤10-5 ml·L-1时,认为离子沉淀完全。(1)传统工艺处理高硫锰矿时,不经“混合焙烧”,而是直接用H2SO4浸出,其缺点为_________________________________________________。(2)为提高原料利用率,“混合焙烧”时常采取的措施______________________________。(3)“氧化”步骤发生反应的离子方程式为_____________________________________,若省略“氧化”步骤,造成的影响是______________________________________________________________________________。(4)“中和除杂”时,应控制溶液的pH范围是__________________。
　5.2≤pH