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2021高考化学专题讲解 专题十二 金属及其化合物(讲解部分)课件
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这是一份2021高考化学专题讲解 专题十二 金属及其化合物(讲解部分)课件,共54页。
考点一 钠及其重要化合物
基础知识一、钠的性质、制取、保存及用途
二、NaOH的性质1.物理性质俗名烧碱、火碱、苛性钠,是一种白色固体,易吸收空气中的水分而潮解,
易溶于水并放热。2.化学性质NaOH来源广泛,是一种最常用的一元强碱,有强腐蚀性,具有碱的通性。
三、钠的氧化物的性质比较
四、Na2CO3与NaHCO3的性质比较
五、焰色反应1.定义许多金属或它们的化合物在灼烧时会使火焰呈现特殊的颜色,这在化学上
叫作焰色反应。2.实验步骤(1)一点:点燃酒精灯。(2)二洗烧:将铂丝(或光洁无锈的铁丝)放入稀盐酸中清洗,再放到外焰上灼
烧,直至火焰呈现原来的颜色。(3)三蘸烧:用铂丝(或铁丝)蘸取固体或液体待测物,灼烧并观察火焰颜色
[若是钾元素,应透过蓝色的钴玻璃(可滤去遮盖紫色的黄光)观察]。(4)四洗烧:铂丝(或铁丝)用稀盐酸洗净,放在外焰上烧至原色,放回原处。
说明 a.焰色反应不是化学变化,而是一种物理现象,主要用于钠、钾等碱
金属或碱土金属元素的检验。焰色反应是元素的性质,不因元素的存在形
式改变而改变。b.用稀盐酸清洗的原因:生成金属氯化物,而金属氯化物在高温时可挥发。c.焰色反应中所用的火焰部分应是无色或浅色的。d.灼烧铂丝(或铁丝)时应一直烧至火焰恢复到原来的颜色。
考点二 镁、铝及其重要化合物
基础知识 1.镁和铝分别位于第三周期的ⅡA族和ⅢA族。它们的原子核外均有
3个电子层,其原子结构示意图分别为Mg① ,Al② 。铝的熔、沸点比镁的高,硬度比镁的大。2.Mg、Al都是较活泼的金属,常温下能被空气中的O2氧化,表面生成一层
致密的氧化膜。镁和铝在纯氧中剧烈燃烧,发出耀眼的③ 白 光。镁不
易和冷水反应,但能与沸水迅速反应。常温下铝在浓硫酸或浓硝酸中会发
生④ 钝化 ,所以常用铝槽车来运输浓硫酸或浓硝酸。
3.MgO是很轻的白色粉末,属于碱性氧化物,它能与水缓慢反应生成Mg(OH)2;它具有很高的熔点,可作⑤ 耐高温 材料。MgCl2是一种无色、味
苦、易溶于水的固体,易潮解,可作干燥剂。工业上用电解熔融的MgCl2的
方法制取金属镁。
4.镁及其重要化合物的转化关系 ①3Mg+N2 Mg3N2②2Mg+O2 2MgO③2Mg+CO2 2MgO+C④MgO+2HCl MgCl2+H2O⑤MgCl2+2NH3·H2O Mg(OH)2↓+2NH4Cl
⑥Mg(OH)2 MgO+H2O⑦MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑5.铝及其重要化合物(1)Al、Al2O3、Al(OH)3与H+、OH-都反应,其量的关系如图:
制备Al(OH)3时,一般不用强酸或强碱溶液,因为强酸、强碱能溶解生成的
Al(OH)3,一般使用氨水或CO2。
(2)Al(OH)3的制备
核心精讲1.从海水中提取镁的流程(1)流程 (2)主要化学反应①制石灰乳:CaCO3 CaO+CO2↑、CaO+H2O Ca(OH)2;②沉淀Mg2+:Mg2++Ca(OH)2 Mg(OH)2+Ca2+;③制备MgCl2:Mg(OH)2+2HCl MgCl2+2H2O;④电解MgCl2:MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑。
2.从铝土矿到铝合金铝是地壳中含量最多的金属元素,在自然界主要以化合态的形式存在于铝
土矿中。铝土矿的主要成分是Al2O3,此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质,
冶炼金属铝很重要的一个过程是Al2O3的提纯。由于Al2O3是两性氧化物,
而杂质SiO2是酸性氧化物,Fe2O3是碱性氧化物,因而可设计出两种提纯氧化
铝的方案。
方案一:碱溶法讨论回答下列问题:(1)写出①、②两步骤中可能发生反应的离子方程式。
答案 ①Al2O3+2OH- 2Al +H2OSiO2+2OH- Si +H2O②Al +CO2+2H2O Al(OH)3↓+HC Si +2CO2+2H2O H2SiO3↓+2HC (2)步骤②中不用盐酸(或H2SO4)酸化的理由是 。
答案 Al 与酸反应生成的Al(OH)3具有两性,可溶于强酸,不易控制酸的量;CO2廉价而且生成的副产物NaHCO3用途广泛,经济效益好(3)步骤④中得到较纯的Al2O3,可能含有 杂质,在电解时它不会影
响铝的纯度的原因是 。
答案 SiO2 由于SiO2的熔点很高,在加热到1 000 ℃左右时不会熔化,因
而不影响铝的纯度
方案二:酸溶法 讨论回答下列问题:(1)写出①、②中可能发生反应的离子方程式。
答案 ①Al2O3+6H+ 2Al3++3H2OFe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O②Al3++4OH- Al +2H2OFe3++3OH- Fe(OH)3↓
(2)步骤②中不用氨水沉淀Fe3+的原因是 。答案 Al(OH)3只能溶于强碱溶液,不能溶于氨水,用氨水不能将Fe(OH)3和
Al(OH)3分离
考点三 铁、铜及其重要化合物 金属的冶炼
基础知识一、铁及其化合物的性质1.铁(1)物理性质银白色固体,熔点较高,具有良好的导热、导电、延展性,能被磁铁吸引。(2)结构Fe
①Fe与Cl2、S反应2Fe+3Cl2 2FeCl3Fe+S FeS②Fe与水蒸气反应3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2
③Fe与氧化性酸(如HNO3)反应Fe与过量稀HNO3的反应:Fe+N +4H+ Fe3++NO↑+2H2OFe与少量稀HNO3的反应:3Fe+2N +8H+ 3Fe2++2NO↑+4H2O④Fe与FeCl3溶液反应Fe+2Fe3+ 3Fe2+
二、铜及其化合物1.铜的化学性质(1)常温下,铜在干燥的空气中性质稳定,但在潮湿空气里则会被锈蚀,在其
表面逐渐形成一层绿色的① 铜锈 ,有关化学方程式为② 2Cu+O2+H2
O+CO2 Cu2(OH)2CO3 。(2)在加热条件下,铜能跟许多非金属发生反应:铜在空气中加热:③ 2Cu+O2 2CuO ;铜丝在硫蒸气中反应:④ 2Cu+S Cu2S 。
2.常见铜的化合物之间的转化(1)黑色氧化铜在高温下分解为红色的Cu2O,化学方程式为⑤ 4CuO 2Cu2O+O2↑ 。(2)蓝色的硫酸铜晶体受热分解得到白色的硫酸铜粉末,化学方程式为⑥
CuSO4·5H2O CuSO4+5H2O 。
三、金属的冶炼(1)热分解法:适用于不活泼的金属,如Hg和Ag。2HgO 2Hg+O2↑ 2Ag2O 4Ag+O2↑(2)热还原法:用还原剂(C、CO、H2、Al等)还原金属氧化物,适合较活泼的
金属。Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 2Al+Cr2O3 2Cr+Al2O3(3)电解法:适合冶炼金属活动性很强的金属(一般指在金属活动性顺序中
排在锌前面的金属)。例如:2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑
MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑
核心精讲一、“铁三角”转化关系 根据下列变化的离子方程式,体会Fe2+与Fe3+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++Mn +8H+ 5Fe3++Mn2++4H2O。(5)将FeCl2溶液滴入HNO3溶液中,有无色气体放出:3Fe2++N +4H+ 3Fe3++NO↑+2H2O。
二、Fe3+与Fe2+的鉴别1.直接观察颜色含Fe2+的溶液呈浅绿色,含Fe3+的溶液呈棕黄色。2.利用显色反应(形成配合物)
3.利用Fe(OH)3沉淀的颜色 4.利用Fe3+的氧化性(1)
(2) (3) 5.利用Fe2+的还原性(1) (2) 6.利用Fe2+的特殊反应
三、与Fe2+、Fe3+有关的除杂问题
一、碳酸盐、碳酸氢盐与酸反应的图像分析1.向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸,消耗盐酸的体积与产生CO2的体积关系
如下图所示: 图像特点:Oa段、ab段消耗盐酸的体积相等。反应原理:Oa段C +H+ HC ,ab段HC +H+ H2O+CO2↑。
2.向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸,消耗盐酸的体积与产生CO2的体积关系
如下图所示: 图像特点:从O点开始即产生CO2气体。反应原理:HC +H+ H2O+CO2↑。3.向Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中逐滴加入盐酸,消耗盐酸的体积与产
生CO2的体积关系如下图所示(设Na2CO3、NaHCO3的物质的量之比m∶n=
1∶1,其他比例时的图像略)。
图像特点:Oa段消耗HCl的量小于ab段消耗HCl的量。反应原理:Oa段C +H+ HC ,ab段HC +H+ H2O+CO2↑。4.向NaOH、Na2CO3的混合溶液中逐滴加入盐酸,消耗盐酸的体积与产生
CO2的体积关系如下图所示(设NaOH、Na2CO3的物质的量之比x∶y=1∶1,
其他比例时的图像略)。
图像特点:Oa段消耗HCl的量大于ab段消耗HCl的量。反应原理:Oa段H++OH- H2O、C +H+ HC ;ab段HC +H+ H2O+CO2↑。例1 (2019湖南衡阳一中月考,14)向100 mL NaOH溶液中通入一定量CO2
气体,充分反应,再向所得溶液中逐滴加入0.2 ml·L-1的盐酸,产生CO2的体
积与所加盐酸体积之间的关系如图所示。下列判断正确的是 ( )
A.原NaOH溶液的浓度为0.1 ml·L-1B.通入CO2的体积为448 mLC.所得溶液中溶质的物质的量之比为n(NaOH)∶n(Na2CO3)=1∶3D.所得溶液中溶质的物质的量之比为n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)=2∶1
解题导引 根据图像判断出NaOH溶液与一定量CO2反应所得溶液中的溶
质,然后再逐项分析。
解析 由图中信息可知,NaOH溶液与CO2反应后所得溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3,C不正确;消耗盐酸体积小于25 mL时发生反应C +H+ HC ,故Na2CO3的物质的量为(0.2×25×10-3) ml=5×10-3 ml,同时生成HC5×10-3 ml;消耗盐酸体积为25 mL~100 mL时发生反应HC +H+ H2O+CO2↑,则通入CO2后所得溶液中NaHCO3的物质的量为(75×10-3×0.2)
ml-5×10-3 ml=1×10-2 ml,n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)=(1×10-2)ml∶(5×10-3)
ml=2∶1,D正确;由碳原子守恒知通入CO2的物质的量为0.015 ml,未指明
是否为标准状况,无法计算CO2的体积,B不正确;由钠原子守恒知n(NaOH)=
n(NaCl)=n(HCl)=0.2 ml·L-1×0.100 L=0.02 ml,原NaOH溶液的浓度为
=0.2 ml·L-1,A不正确。
二、测定碳酸钠质量分数的常用方法1.气体法(1)测定原理:Na2CO3+H2SO4 Na2SO4+H2O+CO2↑依据CO2的体积确定Na2CO3的物质的量,进而确定纯碱中Na2CO3的含量。(2)实验操作:向m g纯碱样品中加入足量的稀硫酸,准确测量产生CO2气体
的体积为V mL(已折算为标准状况)。(3)数据处理纯碱样品中Na2CO3的质量为 ml×106 g·ml-1= g,则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为 ×100%= %。
(1)测定原理:Na2CO3+BaCl2 BaCO3↓+2NaCl。依据BaCO3沉淀的质量,确定Na2CO3的物质的量,进而确定纯碱中Na2CO3的
含量。(2)实验操作:先将m g纯碱样品溶于水配成溶液,向溶液中加入过量的BaCl2
溶液,经过滤、洗涤、干燥得BaCO3沉淀的质量为n g。(3)数据处理纯碱样品中Na2CO3的质量为 ×106 g·ml-1= g,则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为 ×100%= ×100%。
例2 (2019山西太原联考,10)某同学为测定Na2CO3固体(含少量NaCl)的纯
度,设计如下装置(含试剂)进行实验。
下列说法不正确的是 ( )A.必须在②③间添加吸收HCl的装置B.④的作用是防止空气中的气体影响实验的精确度C.通入空气的作用是保证②中产生的气体完全转移到③中
D.称取样品和③中产生的沉淀的质量即可求算Na2CO3固体的纯度
解题导引 根据③中生成沉淀的质量,利用原子守恒进行分析,确定②中生
成CO2的质量,从而求得Na2CO3样品中Na2CO3的质量,计算即可得Na2CO3的
纯度。
解析 A项,氢氧化钡足量,挥发出的HCl不会影响BaCO3沉淀的生成和测
定,无需单独添加吸收HCl的装置,故A项错误;B项,碱石灰可与二氧化碳反
应,吸收水分,可防止空气中的气体影响实验的精确度,故B项正确;C项,根
据③中沉淀的质量计算碳酸钠的纯度,故需要通入空气,保证②中产生的二
氧化碳完全转移到③中,被充分吸收,故C项正确;D项,③中产生的沉淀为碳
酸钡,根据碳酸钡的质量可计算生成二氧化碳的质量,从而计算出样品中碳
酸钠的质量,进而可求算碳酸钠固体的纯度,故D项正确。
利用所学金属及其化合物知识,联系非金属及其化合物知识,结合实验基本
知识、运用读图能力,通过对题中的文字、表格、框图、图像信息进行综
合分析,特别注意文字细节和图像中关键点,以解决化学工艺流程题、与物
质性质相关的综合实验题以及化学反应原理综合题等。
例 [2019江苏南京、盐城二模,20(5)]H2O2在Fe2+、Cu2+的存在下生成具有
强氧化性的·OH(羟基自由基),·OH可将有机物氧化降解。
(5)SCOD是指溶解性化学需氧量,是衡量水中有机物含量的指标。水体中的SCOD越大,说明其有机物含量越高。用Fe2+-H2O2法氧化破解啤酒工业污泥中的微生物,释放出有机物和氮等。测得不同初始pH下污泥经氧
化破解后上层清液中的SCOD及总氮浓度如图所示。当pH>2.5时,总氮浓
度、SCOD均降低,其原因可能是
。
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