2020届二轮复习 金属元素的单质及其化合物 学案（全国通用）

金属元素的单质及其化合物【考纲要求】1.了解常见金属的活动顺序，了解常见金属及其重要化合物的主要性质及其应用。    2.了解合金的概念及其重要应用。【知识梳理】一.金属的性质和冶炼方法金属活动顺序K Ca NaMg  AlZn Fe Sn Pb（H）Cu  Hg  AgPt Au还原性————————→（依次减弱）离子氧化性————————→（依次增强）  （Fe的离子为Fe2+）与O2反应的条件常温易氧化常温能反应常温不易（缓慢）氧化加热被氧化不反应与H2O反应遇水就放氢加热或与水蒸气反应不反应与酸的置换反应氢前置换氢不能置换出H2与盐溶液的反应先与H2O反应前金换后金冶炼方法熔融电解热还原法热分解法富集二.碱金属1.Na2CO3、NaHCO3性质比较： 碳酸钠碳酸氢钠俗名纯碱、苏打小苏打溶解度溶解度较大溶解度较小与酸反应的离子方程式及反应的快慢CO32－+2H+= H2O+ CO2↑慢HCO3－+ H+= H2O+ CO2↑快稳定性稳定不稳定鉴别均为固体时，用加热法鉴别。均为溶液时，用BaCl2或CaCl2溶液鉴别。2.碱金属元素的原子结构及性质比较元素名称元素符号核电核数相似性递变性最外层电子数颜色状态化学性质核外电子层数熔、沸点化学性质锂Li3 都是1都为银白色金属，柔软。（除铯外）都为强还原剂，表现为⑴与非金属反应⑵与水反应 逐渐增多 逐渐降低 金属性逐渐增强钠Na11钾K19铷Rb37铯Cs553.钠在空气中放置发生的变化钠放置在空气中，首先被氧气氧化成Na2O；Na2O进一步与空气中的水蒸气反应生成NaOH；NaOH吸收空气中的水蒸气和CO2生成碳酸钠晶体；碳酸钠晶体会逐渐风化而成Na2CO3。其变化过程是
　　  这里发生的反应有：①4Na+O2＝2Na2O ②Na2O+H2O＝2NaOH ③2Na+2H2O＝2NaOH+H2↑  ④2NaOH+CO2+9H2O＝Na2CO3·10H2O　 ⑤Na2CO3·10H2O＝Na2CO3+10H2O4.钠的氧化物⑴Na2O：白色，具有碱性氧化物的通性，不稳定，可继续氧化成Na2O2⑵Na2O2：淡黄色固体，常用作供氧剂、漂白剂。①跟水反应放出O2    2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2↑②跟CO2反应放出O2  2Na2O2+2CO2═2Na2CO3+O2↑5.氢氧化钠：俗称烧碱、火碱、苛性钠。⑴物理性质：白色固体、易溶于水且放热，有强腐蚀性，易潮解（可作干燥剂）⑵化学性质：①具有强碱通性；与羧酸、酚等酸性有机物反应；②提供碱性环境，使某些有机物发生反应，如卤代烃水解、消去反应，酯类水解，油脂皂化等⑶制法：①电解食盐水法：2NaCl+2H2O      2NaOH+Cl2↑+H2↑②石灰纯碱法：Ca(OH)2+Na2CO3＝CaCO3↓+2NaOH⑸保存：①盛装烧碱的试剂瓶不能用玻璃塞，应该用橡胶塞。因为玻璃的主要成分是二氧化硅（SiO2），二氧化硅是酸性氧化物，能与烧碱反应：2NaOH+SiO2＝Na2SiO3+H2O生成有粘性的Na2SiO3，故不可用磨口玻璃塞，否则瓶塞与瓶口粘结在一起。②盛装烧碱的试剂瓶不能敞口存放。因为烧碱易潮解、易与空气中的二氧化碳反应而变质。6.焰色反应许多金属或它们的化合物在燃烧时火焰呈特殊的颜色，这在化学上叫做焰色反应，是一种物理变化，是元素的性质而不仅属化合物。钠是黄色；钾是紫色（透过蓝色钴玻璃）；钙是砖红色。⑴做焰色反应的实验时应注意：①火焰本身尽可能无色，②铂丝要洁净，③焰色反应鉴定物质的方法，一般是在其他化学方法无效时才采用。⑵焰色反应的操作步骤：①铂丝放在酒精灯上灼烧至与铂的原来颜色相同；②蘸取待测溶液；③在酒精灯上灼烧，观察焰色；④用稀盐酸洗净铂丝，在酒精灯上灼烧。进行焰色反应之前，灼烧铂丝是为了防止操作之前铂丝上的残留物对实验产生影响。用盐酸洗铂丝灼烧可除去铂丝上的残留物对后面实验的干扰。焰色反应所用铂丝昂贵，实验室常用光洁的铁丝等无焰色的金属代替。三.镁、铝及其重要化合物金属项目镁（Mg）铝（Al）单质物理性质镁和铝都是密度较小、熔点较低、硬度较小的银白色金属，但镁和铝相比较，铝的硬度比镁的稍大，熔点和沸点都是铝比镁的高活泼性较活泼:Mg－2e=Mg2+较活泼：Al－3e = Al3+抗腐蚀性在空气中都能跟氧气反应，表面覆盖一层致密而坚硬的氧化物薄膜，都具有抗腐蚀性能。与O2反应2Mg+O2 2MgO4Al+3O2 2Al2O3与酸反应Mg+2H+=Mg2++H2↑2Al+6H+=Al3++3H2↑与碱反应不反应 与氧化物反应2Mg+CO2 2MgO+C2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe主要用途镁合金汽车、飞机制造、照明弹等铝合金汽车、船舶、飞机制造、防锈油漆、导线、电缆等1.铝热反应某些金属氧化物粉末，与铝粉混合后在较高温度下剧烈反应生成Al2O3和其它金属并放出大量的热的反应，叫铝热反应。能作铝热剂的不只是Fe2O3,还可以是V2O5、Cr2O3、MnO2等与Al粉形成铝热剂，铝热反应较多的应用于生产上，如：焊接钢轨，熔炼难熔金属V、Cr等。2. Al2O3与Al(OH)3  Al2O3与Al(OH)3均为白色固体，不溶于水，不能与水直接制取Al(OH) 3。Al2O3熔点高，是优良的耐火材料。Al2O3是两性氧化物                               、                               Al(OH) 3是两性氢氧化物                             、                             四.铁及其重要化合物1.Fe、Fe3+、Fe2+之间的三角转化     2. Fe3+ 、Fe2+的检验Fe3+的检验: ①向Fe3+盐溶液中滴加KSCN溶液，现象是溶液变红色。反应方程式：FeCl3+3KSCN= Fe(SCN)3+3KClFe 3++3SCN -= Fe(SCN)3（红色）           ②向Fe3+盐溶液中滴加NaOH溶液，现象是产生红褐色沉淀。反应方程式：FeCl3+3NaOH= Fe(OH)3↓+3NaClFe 3++ 3OH -= Fe(OH)3↓（红褐色）Fe2+的检验: ①向Fe2+盐溶液中滴加KSCN溶液，再滴加氯水，现象是先无明显现象，加氯水后溶液呈红色。反应方程式：2FeCl2+Cl2=2FeCl3；FeCl3+3KSCN= Fe(SCN)3+3KCl②向Fe2+盐溶液中滴加NaOH溶液，现象是产生白色沉淀迅速转变为灰绿色，最后变成红褐色沉淀。反应方程式：FeCl2+2NaOH= Fe(OH)2↓+2NaCl 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3（红褐色）3.Fe(OH)2的制备Fe(OH)2极易被氧化，溶解在水中的少量O2都能将它氧化成Fe(OH)3，所以按一般强碱与弱酸盐反应制弱碱的操作很难得到Fe(OH)2白色沉淀。要制得Fe(OH)2白色沉淀必须用加热煮沸过的蒸馏水（以减少溶解在水中的O2）临时配制FeSO4溶液，最好在溶液中再滴几滴植物油以避免FeSO4溶液与空气接触，准备加入的NaOH溶液也要先加热煮沸，加入NaOH溶液时应将滴管尖嘴伸入FeSO4溶液的试管底部再挤出NaOH，就可以看到Fe(OH)2白色沉淀了。五.铜及其重要化合物1.物理性质：纯铜呈暗红色，导电导热性、延展性良好，焰色反应呈绿色。2.化学性质：铜是一种较不活泼的金属，在金属活动性顺序表中位于氢后。⑴与O2的反应生成黑色CuO⑵与O2、CO2、H2O作用可生成铜绿，2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2(OH)2CO3⑶与其他非金属的反应：Cu在Cl2中燃烧生成棕黄色烟：Cu+Cl2     CuCl2；在硫蒸气里燃烧生成黑色固体：2Cu+S     Cu2S ⑷与酸的反应：与稀盐酸、稀硫酸不反应；与浓H2SO4反应：Cu+2H2SO4     CuSO4 +SO2↑ +2H2O 与硝酸反应：Cu + HNO3(浓)＝                              Cu + HNO3(稀)＝                              ⑸与盐溶液反应：Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+     2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+⑹作催化剂：2CH3CH2OH+O2      2CH3CHO+2H2O3.铜的重要化合物CuO是不溶于水的碱性氧化物，有较强氧化性，加热时能被CO、H2、C等还原，可与酸反应；Cu2O呈砖红色，用于制红色玻璃，Cu2O较稳定，但在酸液中易发生歧化反应生成Cu和Cu2+。  Cu(OH)2为蓝色难溶性弱碱，可与酸反应，受热易分解，有弱氧化性，新制Cu(OH)2能氧化醛基化合物，本身被还原为Cu2O，常用于醛基化合物的检验。常见的铜盐有CuCl2、CuSO4、Cu(NO3)2等。无水硫酸铜呈白色，CuSO4·5H2O及溶液呈蓝色。常用无水硫酸铜白色粉末检验水蒸气或水的存在。Cu2(OH)2CO3是绿色。六.金属知识规律1.识别图像：氢氧化铝沉淀量图象大致可分为下图六类。（纵坐标为Al(OH)3沉淀量，横坐标为加入试剂的体积）                                   图     为向AlCl3溶液滴入NaOH溶液；图     为向盐酸酸化了的AlCl3溶液中滴入NaOH溶液；图     为向盐酸酸化了的AlCl3溶液中滴入氨水；图     为向NaOH溶液中滴入AlCl3溶液；图     为向NaAlO2溶液中加入盐酸；图     为向NaAlO2溶液中通入CO2。2.易错指津：①NO3－与Fe2+在酸性条件下，不能共存。②过量的Fe与硝酸作用，或在Fe和Fe2O3的混合物中加入盐酸，要注意产生的Fe3+还可以氧化单质Fe这一隐含反应：Fe+2Fe3+=3Fe2+。③注意FeCl3、Fe2(SO4)3的水溶液蒸干所得剩余固体的区别。FeCl3溶液加热浓缩时，因Fe3+水解和HCl的挥发，得到的固体为Fe(OH)3，如灼烧后得到红色的Fe2O3固体。但Fe2(SO4)3溶液蒸干时，因硫酸是难挥发性酸，将不能得到Fe(OH)3固体。④忽视亚铁盐及Fe(OH)2易被空气中O2氧化成三价铁的化合物。如某溶液中加入碱溶液后，最终得到红褐色沉淀，并不能断定该溶液中一定含有Fe3+，也可能含有Fe2+。⑤忽视铁单质与强氧化性物质反应时，也有生成二价铁化合物的可能性。反应中若铁为足量，最终铁元素将以二价铁形式存在：2Fe3++Fe=3Fe2+七.合金1.合金是指由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。2.合金的一般性质：⑴合金的硬度一般大于各成分金属，机械性能一般优于各成分金属；⑵合金的熔点一般低于它的各成分金属。3.常见的合金：⑴铜合金  ⑵铁合金【智能训练】1．下列说法中不正确的是（    ）A．人类历史上使用最早的合金是青铜   B．司母戊鼎是我国目前已发现的最重的青铜器C．目前世界上使用量最大的合金是铝合金 D．目前世界上用途最广的合金是钢2．下列化合物中，不能由单质直接化合而得到的是（    ）A．Fe3O4          B．Na2O2           C．FeCl2            D．FeCl33．下列各组物质与其用途的关系不正确的是（    ）A．过氧化钠：供氧剂                  B．烧碱：治疗胃酸过多的一种药剂C．小苏打：发酵粉主要成分            D．明矾：净水剂4．从金属利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近百年的事。这个先后顺序跟下列有关的是：①地壳中的金属元素的含量；②金属活动性；③金属的导电性；④金属冶炼的难易程度；⑤金属的延展性；（    ）A．①③          B．②⑤            C．③⑤           D．②④5．下列有关钠的叙述正确的是（    ）    ①钠在空气中燃烧生成氧化钠            ②金属钠可以保存在煤油中 ③钠与硫酸铜溶液反应，可以置换出铜    ④金属钠有强还原性⑤钠原子的最外层上只有一个电子，所以在化合物中钠的化合价显+1价 A．①②④         B．②③⑤               C．①④⑤            D．②④⑤6．现榨的苹果汁在空气中会由淡绿色变为棕黄色，其原因可能（    ）A．苹果汁中的Fe2+变成Fe3+              B．苹果汁中含有Cu2+ C．苹果汁含有OH-                      D．苹果汁含有Na+7．在酸性溶液中，能大量共存的是离子组是（    ）A．Mg2+、Fe3+、NO3-、SCN-               B．Al3+、Fe2+、Cl-、SO42-C．K+、Na+、Cl-、HCO3-                  D．Na+、Ba2+、NO3-、SO42-8．要证明某溶液中不含Fe3+而可能含有Fe2+。进行如下实验操作时： ①加入足量氯水  ②加入足量KMnO4溶液  ③加入少量KSCN溶液。最佳顺序为（    ）A．③①             B．③②             C．①③              D．①②③9．相同质量的下列物质分别与等浓度的NaOH溶液反应，至体系中均无固体物质，消耗碱量最多的是（    ）A．Al B．Al(OH)3 C．Al Cl3 D．Al2O310．将过氧化钠投入FeCl2溶液中，可观察到的实验现象是（    ）A．有无色气体产生                  B．没有沉淀生成C．有白色沉淀生成                  D．有红褐色沉淀生成11．某溶液中有Mg2+、Fe2+、Fe3+和Al3+四种阳离子，若向其中加入过量的NaOH溶液，微热并搅拌，过滤，在滤渣中再加入过量的盐酸，所得溶液中大量增加的阳离子是（    ）A．Mg2+             B．Fe2+              C．Fe3+           D．Al3+12．在FeCl2、CuCl2和FeCl3的混合溶液中加入铁粉，充分反应后，滤出的不溶物中除铜粉外，还有少量铁粉则滤液中（    ）A．肯定有Fe2+，可能有Fe3+           B．肯定有Fe3+，一定没有Cu2+C．肯定有Cu2+，一定没有Fe3+         D．肯定有Fe2+，一定没有Fe3+和Cu2+13．向MgSO4和Al2(SO4)3的混合溶液中，逐滴加入NaOH溶液。下列图象中，能正确表示上述反应的是（横坐标表示加入NaOH溶液的体积，纵坐标表示反应生成沉淀的质量）
14．下列离子方程式书写正确的是（    ）A．FeCl2溶液中通入Cl2                 Fe2+＋Cl2 ＝ Fe3+＋2Cl－B．Ba(OH) 2溶液与盐酸的反应     OH－＋H+ ＝ H2O C．Al(OH) 3沉淀中滴加盐酸       Al(OH) 3＋3H+ ＝ Al3+＋3H2OD．AlCl3溶液中加入过量氨水      Al3+＋4OH－＝＋2H2O15．某化合物的溶液中可能含有下列离子，当加入NaOH溶液时，有沉淀生成；另取该化合物的溶液，并加入铁粉，溶液的质量将增加，该溶液中一定含有（    ）     A．Cu2+          B．Fe3+          C．Al3+          D．Mg2+16．甲、乙、丙三种物质之间有如下转化关系： ⑴若乙溶液中加入KSCN溶液，有血红色出现，则甲物质是：              。写出“甲→乙”转化的离子方程式：                                              。⑵若甲是不溶于水的白色粉末状物质，既能溶于盐酸又能溶于氢氧化钠溶液，则乙是           。写出“乙→丙”转化的离子方程式：                              。17.把NaOH、MgCl2、AlCl3三种固体组成的混合物溶于足量水后有1.16g白色沉淀，在所得的悬浊液中逐滴加入1mol·L－1HCl溶液，加入HCl溶液的体积V与生成沉淀的质量m的关系如图所示。试回答：(1)A点沉淀的化学式为________________；B点沉淀的化学式为________________________。(2)原混合物中的MgCl2的物质的量为___________，AlCl3的物质的量为____________，NaOH的物质的量为____________。(3)HCl溶液在Q点的加入量是____________。18.某学习小组用如图装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量。⑴A中试剂为_______________________。⑵实验前，先将铝镁合金在稀硝酸中浸泡片刻，其目的是 _________________________________________。⑶检查气密性，将药品和水装入各仪器中，连接好装置后，需进行的操作还有：①记录C的液面位置；②将B中剩余固体过滤、洗涤、干燥，称重；③待B中不再有气体产生并恢复至室温后，记录C的液面位置；④由A向B中滴加足量试剂； ⑤检查气密性。上述操作的顺序是__________________（填序号）；记录C的液面位置时，除视线平视外，还应__________________________________________。⑷B中发生反应的化学方程式为_____________________________________________； ⑸若实验用铝镁合金的质量为a g ，测得氢气体积为b mL （已换算为标准状况），B中剩余固体质量为c g，则铝的相对原子质量为____________________。 ⑹实验过程中，若未洗涤过滤所得的不溶物，则测得铝的质量分数将___________________（填“偏大”、“偏小”、“不受影响”）。       参考答案 【智能训练】1.C  2.C  3.B  4.D  5.D  6.A  7.B  8.A  9.A  10.AD  11.C  12.D  13.D  14.BC  15.B16．（1）Fe2O3 （1分）     Fe2O3 + 6H+ ＝ 2Fe3+ + 3H2O       （2）Al2(SO4)3（1分）      Al3+ +3NH3·H2O ＝ Al(OH)3↓+3NH4+   17.(1)Mg(OH)2；Mg(OH)2、Al(OH)3  (2)0.02mol；0.02mol；0.13mol  (3)130mL提示：①盐酸加入量在0~10mL时，沉淀的质量没有改变，说明未加盐酸时，沉淀物为Mg(OH)2，溶液为NaAlO2和NaOH的混合液，其过程中加盐酸是中和剩余混合物中的NaOH，A处的悬浊液为Mg(OH)2、NaAlO2、NaCl，则原混合物中n(MgCl2)=1.16g/58g·mol－1=0.02mol.②加入盐酸10~30mL过程时，发生反应为：AlO2－+H++H2O=Al(OH)3↓,B沉淀的化学式为Mg(OH)2、Al(OH)3，原溶液中n(AlCl3)=(30-10)×10－3L×1mol/L=0.02mol。n(NaOH)= 0.02mol×2+0.02×4+10×10－3L×1mol·L－1=0.13mol③设Mg(OH)2、Al(OH)3完全溶解时，所消耗盐酸的体积为VmL，V×10－3L×1mol·L－1=0.02mol×2+0.02mol×3,V=100mL，所以Q点表示加入了130mL。18.⑴NaOH溶液    ⑵除去铝镁合金表面的氧化膜   ⑶⑤①④③②；使D和C的液面相平⑷2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2↑⑸      ⑹偏小提示：（1）Mg、Al均可以和酸反应，因此不可以用酸来实验，由于碱可以和Al反应而不和Mg反应，故可以用NaOH溶液与Al反应制得H2，然后用排水法收集H2，以计算Al的量。（2）由于镁铝表面容易生成氧化膜，因而要用酸处理。（3）整个操作过程及原理是：检查气密性；记录起始液面；加入碱反应；不产生气体后，记录末读数，两数相减即为产生H2的量；最后称得的固体即为Mg的质量。在读数时要注意D、C液面相平，否则气体将受压，造成读数不准。（4）B中发生的是Al与碱的反应；（5）（a-c）即为铝的质量，再除以Al的物质的量即为铝的摩尔质量。而n(Al)可以由产生的H2获得；（6）未洗涤，则造成（a-c）变小，则铝的质量分数偏小。