化學(xué)專題（六）
金屬元素的梳理和綜合
浙江 陳進(jìn)前
[命題趨向]
1．《考試大綱》中對(duì)金屬元素及化合物這塊內(nèi)容可分成二部分來(lái)理解。第一部分是鈉、鎂等典型的金屬元素的化合物；第二部分是其他金屬（如鐵和鋁）元素的化合物。每年的化學(xué)高考試題中往往都要考查到典型金屬。
2．《考試大綱》中有多條類似于“以××為例，了解（或理解、掌握）××××”的內(nèi)容敘述，如：以過(guò)氧化鈉為例，了解過(guò)氧化物的性質(zhì)；以Fe（Ⅱ）、Fe（Ⅲ）的相互轉(zhuǎn)化為例，了解變價(jià)金屬元素的氧化還原性。對(duì)這些內(nèi)容的要注意理解實(shí)質(zhì)，達(dá)到“舉一反三”的要求。在這些內(nèi)容往往是高考命題的重點(diǎn)。
3．金屬元素及其化合物跟化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綜合。近幾年的實(shí)驗(yàn)試題中比較多地出現(xiàn)了以金屬元素及其化合物為落點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)試題和元素推斷題，請(qǐng)大家加以重視。
[知識(shí)體系和復(fù)習(xí)重點(diǎn)]
1．金屬的通性
金屬的化學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)為易失去最外層的電子，顯示還原性，這與它們的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。常見金屬的主要化學(xué)性質(zhì)列于下表：
金屬活動(dòng)性
順序
K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Sn Pb (H)Cu Hg Ag Pt Au
金屬原子
失電子能力
依次減小，還原性減弱
空氣中跟氧氣的反應(yīng)
易被氧化
常溫時(shí)能被氧化
加熱時(shí)能被氧化
不能被氧化
跟水的反應(yīng)
常溫可置換出水中的氫
加熱或與水蒸氣反應(yīng)時(shí)能置換出水中的氫
不與水反應(yīng)
跟酸的反應(yīng)
能置換出稀酸（如HCl、H2SO4）中的氫
不能置換出稀酸中的氫
反應(yīng)劇烈
反應(yīng)程度依次減弱
能跟濃硫酸、硝酸反應(yīng)
能跟王水反應(yīng)
跟鹽的反應(yīng)
位于金屬活動(dòng)性順序前面的金屬可以將后面的金屬?gòu)钠潲}溶液中置換出來(lái)
跟堿的反應(yīng)
Al、Zn等具有兩性的金屬可以與堿反應(yīng)
2．堿金屬元素及其化合物聯(lián)系脈絡(luò)
3．Fe（Ⅱ）和Fe(Ⅲ)的轉(zhuǎn)化
[典型題析]
[例1]1998年中國(guó)十大科技成果之一是合成一維納米氮化鎵。已知鎵是第ⅢA族元素，則氮化鎵的化學(xué)式可能是（ ）
（A）Ga3N2 （B）Ga2N3 （C）GaN （D）Ga3N
[解析]鎵是第ⅢA族元素，與鋁元素相似可表現(xiàn)+3價(jià)，氮元素跟鎵結(jié)合氮元素應(yīng)表現(xiàn)-3價(jià)，所以氮化鎵的化學(xué)式應(yīng)該是GaN。答案選C。
[例2]在鐵與銅的混合物中，加入一定量的稀硝酸，充分反應(yīng)后剩余金屬m
（A）m1一定大于m2 （B）m1可能m2
（C）m1一定等于m2 （D）m1可能大于m2
[解析]鐵和銅的混合物與一定量的硝酸反應(yīng)，當(dāng)金屬剩余時(shí)，硝酸耗盡，但生成物中有硝酸亞鐵或硝酸銅或這兩種物質(zhì)的混合物。若再向其中加入稀硫酸，則繼續(xù)發(fā)生如下反應(yīng)：
3Cu+8H++2NO3- = 3Cu2++2NO↑+4H2O
或：3Fe +8H++2NO3- = 3Fe2++2NO↑+4H2O
Fe +4H++NO3- = Fe2++NO↑+2H2O
使金屬質(zhì)量減少。所以m1一定大于m2。所以答案為A。
[例3]化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，如使某步中的有害產(chǎn)物作為另一步反應(yīng)的反應(yīng)物，形成一個(gè)循環(huán)，就可不再向環(huán)境排放該種物質(zhì)。例如：
（1）在上述有編號(hào)的步驟中，需用還原劑的是________，需用氧化劑的是_______（填編號(hào)）。
（2）在上述循環(huán)中，既能與強(qiáng)酸反應(yīng)又能與強(qiáng)堿反應(yīng)的兩性物質(zhì)是________（填化學(xué)式）。
（3）完成并配平步驟①的化學(xué)方程式，標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目：
（）Na2Cr2O7+（）KI+（）HCl → （）CrCl3+（）NaCl+（）KCl+（）I2+（）______
[解析]觀察題中有關(guān)鉻的化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖，可發(fā)現(xiàn)CrCl3經(jīng)反應(yīng)②可轉(zhuǎn)化成Cr(OH)3，Cr(OH)3經(jīng)反應(yīng)③又可轉(zhuǎn)化成NaCrO2，發(fā)現(xiàn)與“氯化鋁跟氫氧化鈉反應(yīng)可先生成氫氧化鋁、氫氧化鋁跟氫氧化鈉反應(yīng)又可生成偏鋁酸鈉”類似，所以可確定Cr(OH)3與氫氧化鋁一樣是一種兩性氫氧化物。
再分析轉(zhuǎn)化圖中各種含鉻化合物中鉻元素的化合價(jià)就可知反應(yīng)①應(yīng)加還原劑，反應(yīng)④應(yīng)加氧化劑，NaCrO2 轉(zhuǎn)化成Na2CrO4也需要加氧化劑。用化合價(jià)升降法可配平（3）中氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式。
所以答案為：（1）①，④。（2）Cr(OH)3。
（3）Na2Cr2O7+6KI+14HCl = 2CrCl3+2NaCl+6KCl+3I2+7H2O。
[考題預(yù)測(cè)與專題訓(xùn)練]
1．NaH是一種離子化合物，與水反應(yīng)時(shí)生成燒堿和氫氣，它也能與乙醇，液氨等反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。下列有關(guān)NaH的敘述正確的是（ ）
（A）跟水反應(yīng)時(shí)，水作氧化劑
（B）NaH中陽(yáng)離子半徑大于陰離子半徑
（C）跟液氨反應(yīng)時(shí)，生成氫氣外，還生成銨鹽
（D）與乙醇反應(yīng)時(shí)，放出氫氣的速率比與水反應(yīng)時(shí)更快
2．為充分利用原料，降低成本，利用現(xiàn)有的濃度為70%的硫酸3.5t和純度為80%的燒堿2.5t，用足量的廢鋁與該酸、堿作用，最多可生成氫氧化鋁為（雜質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)）（ ）
（A）1.3t （B）2.5t （C）3.5t （D）5.2t
3．用足量的一氧化碳還原
A．Fe2O3、Fe3O4、FeO B．FeO、Fe3O4
C．Fe3O4、Fe2O3 D．FeO、Fe2O3
4．往100 mL FeCl3溶液中，通入
A．
B．
C．
D．
5．將潔凈的金屬片A、B、C、D分別放置在浸有某種鹽溶液的濾紙上面并壓緊（如圖所示）。在每次實(shí)驗(yàn)時(shí)，記錄電壓指針的移動(dòng)方向和電壓表的讀數(shù)如下：
已知，構(gòu)成兩電極的金屬其金屬活潑性相差越大，電壓表的讀數(shù)越大。
金屬
電子流動(dòng)方向
電壓/V
A
A
Cu
+0.78
B
CuB
－0.15
C
CCu
+1.35
D
DCu
+0.30
請(qǐng)依據(jù)記錄數(shù)據(jù)判斷，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（ ）
A．在四種金屬中C的還原性最強(qiáng)
B．金屬B能從硫酸銅溶液中置換出銅
C．A、D若形成原電池時(shí)，A為正極
D．A、B形成合金時(shí)，將該合金露置在空氣中，A先被腐蝕
6．氯化鐵是工業(yè)上常用的凈水劑之一。
（1）請(qǐng)寫出氯化鐵凈水的原理。
（2）為盡可能地降低凈水生產(chǎn)費(fèi)用，應(yīng)該用廉價(jià)的原料來(lái)制備氯化鐵，最好是三廢的綜合利用。請(qǐng)?zhí)岢鲆恍┯昧畠r(jià)原料制取氯化鐵的方法，寫出有關(guān)的化學(xué)方程式，并對(duì)所提各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)加以評(píng)述。
7．完成下列反應(yīng)的離子方程式：
（1）氫氧化鐵溶于氫碘酸：
（2）苯酚鈉溶液中通入
氣體：
（3）氫氧化亞鐵溶于稀
：
（4）已知H+比Ag+更易與NH3結(jié)合，要使[Ag(NH3)2]+轉(zhuǎn)化為Ag+，應(yīng)加入的有效試劑是 ，實(shí)現(xiàn)此反應(yīng)的離子方程式為： 。
（5）① 在淀粉碘化鉀溶液中，滴加少量的次氯酸鈉溶液，立即會(huì)看到溶液變藍(lán)色，這是因?yàn)椋?u> 。
② 在碘和淀粉形成的藍(lán)色溶液中，滴加亞硫酸鈉溶液，發(fā)現(xiàn)藍(lán)色逐漸消失，這是因?yàn)椋?u> 。
③ 對(duì)比①和②所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將I2、ClO-、SO42-按氧化性強(qiáng)弱順序排列為：
。
8．銅與濃硝酸反應(yīng)和銅與稀硝酸反應(yīng)，產(chǎn)物不同，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也不同。
（1）某課外活動(dòng)小組為了證明并觀察到銅與稀硝酸反應(yīng)的產(chǎn)物為NO，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。請(qǐng)你根據(jù)他們的思路，選擇下列藥品，完成該實(shí)驗(yàn)，并敘述實(shí)驗(yàn)步驟。
藥品：稀硝酸、稀鹽酸、Zn粒、CaCO3固體。
步驟：①檢查裝置的氣密性；
②向試管中加入一定量碳酸鈣固體；
③
④
⑤將銅絲插入到溶液中；
⑥用注射器向廣口瓶?jī)?nèi)推入氧氣(或空氣)。
（2）推入氧氣或空氣的目的是 。
（3）分別將等質(zhì)量的銅片與等體積均過(guò)量的濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)，所得到的溶液前者呈綠色，后者呈藍(lán)色，某同學(xué)提出這可能是Cu2+濃度差異的結(jié)果，你同意這種看法嗎? （填“同意”或“不同意”），原因是 ；另一同學(xué)提出溶液呈“綠色”是Cu2+與NO2混合的結(jié)果，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明之(簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象) 。
9．“鋁和氯化銅溶液反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)中預(yù)料之外現(xiàn)象的研究
化學(xué)實(shí)驗(yàn)中預(yù)料之外的現(xiàn)象往往包含我們還沒(méi)有認(rèn)識(shí)的事物規(guī)律。下面是某同學(xué)進(jìn)行“鋁和氯化銅溶液反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到的預(yù)料之外的現(xiàn)象：
①鋁絲表面附上的銅沒(méi)有緊密吸附在鋁絲的表面而是呈蓬松的海綿狀；②反應(yīng)一段時(shí)間后有大量氣泡逸出，且在一段時(shí)間內(nèi)氣泡越來(lái)越快，經(jīng)點(diǎn)燃能發(fā)出爆鳴聲，證明是氫氣。
“科學(xué)研究還離不開合理的猜想和假設(shè)。”該同學(xué)先從理論上猜想鋁絲表面產(chǎn)生氫氣的多種可能原因，再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的猜想。
實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象記錄：
取4根去油去銹的鋁絲為A組直接和下列溶液反應(yīng)，4根下半截纏上細(xì)銅絲的鋁絲為B組和下列溶液反應(yīng)，再取前面實(shí)驗(yàn)中得到的附有海綿狀銅的4根鋁絲洗凈后作為C組和下列溶液反應(yīng)作比較，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄如下：
熱水
硫酸銅溶液（2.0mol/L）
氯化鋁熱溶液（2.0mol/L）
飽和氯化鈉
熱溶液
A
只在開始時(shí)
有少量氣泡
氣泡較多，但比同濃度的氯化銅溶液少
有氣泡，
比熱水多
氣泡比熱水稍多，但比氯化鋁溶液少
B
氣泡比相應(yīng)A多
氣泡比相應(yīng)A多
氣泡比相應(yīng)A多
氣泡比相應(yīng)A多
C
氣泡比相應(yīng)B多
氣泡比相應(yīng)B多
氣泡比相應(yīng)B多
氣泡比相應(yīng)B多
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明氫氣的生成原因是多種因素作用的結(jié)果。試推測(cè)該同學(xué)原來(lái)的猜想有哪些（不一定填滿，不夠也可以自己添加）：
(1)反應(yīng)生成的銅和鋁組成原電池促進(jìn)鋁和水反應(yīng)；
(2) ▲ ；
(3) ▲ ；
(4) ▲ ；
(5) ▲ 。
10．將固體FeC2O4?2H2O放在一個(gè)可稱量的容器中加熱灼燒，固體質(zhì)量隨溫度升高而變化，測(cè)得數(shù)據(jù)如下：
溫度/℃
25
300
350
400
500
600
900
固體質(zhì)量/g
1.000
0.800
0.800
0.400
0.444
0.444
0.430
根據(jù)計(jì)算分析推理，完成下列填空：
（1）寫出25～300℃時(shí)固體發(fā)生變化的反應(yīng)方程式 判斷的理由是 。
（2）350~
（3）
（4）寫出600~
2D。單質(zhì)鋁制取氫氧化鋁，首先需要將單質(zhì)鋁氧化，能將鋁氧化的物質(zhì)有水和硫酸，從充分利用原料的角度來(lái)說(shuō)，氧化劑都使用水最經(jīng)濟(jì)。而化合態(tài)的鋁制取氫氧化鋁有三條途徑，一是鋁鹽和堿作用，二是偏鋁酸鹽和酸作用，三是鋁鹽和偏鋁酸鹽通過(guò)雙水解制得氫氧化鋁。實(shí)際生產(chǎn)中將鋁與氫氧化鈉溶液作用，制得偏鋁酸鈉，水是氧化劑，生成1摩爾偏鋁酸鈉僅需1摩爾氫氧化鈉。再將硫酸與鋁作用，制得硫酸鋁，最后，將硫酸鋁和偏鋁酸鈉作用，制得氫氧化鋁。這一步實(shí)際上硫酸鋁起到酸的作用，所以可以認(rèn)為這部分鋁也是被水所氧化，雙水解時(shí)鋁鹽和偏鋁酸鹽物質(zhì)的量正好是1：3。其中的鋁完全轉(zhuǎn)化成氫氧化鋁。通過(guò)以上對(duì)鋁的化合物性質(zhì)的分析，可以得出生成的氫氧化鋁物質(zhì)的量應(yīng)該是硫酸中的氫離子的三分之一和氫氧根離子總和。即：
3．該題可用極值法來(lái)判斷：若
4D。以上兩步反應(yīng)第一步在酸性條件下進(jìn)行，S2-被Fe3+氧化，H+沒(méi)有參加反應(yīng)。第二步，單質(zhì)鐵既要與Fe3+反應(yīng)又要與H+反應(yīng)，反應(yīng)完畢溶液中陽(yáng)離子為Fe2+，陰離子為Cl-（在此不必考慮水電離出的H+和OH-），從而可知溶液中Cl-的總數(shù)為0.24mol，則反應(yīng)前Fe3+的物質(zhì)的量應(yīng)為0.24/3 = 0.08(mol)。
5AD。
6．（1）氯化鐵凈水的原理與明礬的凈水原理相似。氯化鐵在水中分三步水解：
Fe3++H2O
Fe(OH)2++H+；
Fe(OH)2++H2OFe(OH)2 ++H+；
Fe(OH) ++H2OFe(OH)3 +H+。這與鋁相似，這里也涉及到膠體現(xiàn)象，氫氧化鐵膠體粘結(jié)泥沙而起到凈水作用。
（2）實(shí)例如下：①用機(jī)器加工的切削鐵屑與電解制燒堿所得的氯氣直接反應(yīng)來(lái)制備氯化鐵。②用機(jī)器加工的切削鐵屑與鹽酸反應(yīng)先制成氯化亞鐵，再用氯氣進(jìn)一步將氯化鐵氧化成氯化鐵。③用機(jī)器加工的切削鐵屑與鹽酸反應(yīng)先制成氯化亞鐵，再在溶液中通入空氣將它氧化成氯化鐵。④將采用硫鐵礦為原料通過(guò)接觸法制硫酸工廠的廢爐渣與一些有機(jī)合成廠產(chǎn)出的副產(chǎn)品下邊酸發(fā)生反應(yīng)來(lái)制取氯化鐵。
7．（1）2Fe(OH)3+6H++2I-=6H2O+I2+2Fe2+
（2）C6H5O-+H2O+CO2→C6H5OH+HCO3-
（3）3Fe(OH)2+10H++NO3-=NO+3Fe3++8H2O
（4）HNO3；[Ag(NH3)2]++2H+=Ag++2NH4+
（5）①ClO-+2I-+H2O=I2+Cl-+2OH-
②I2+SO32-+H2O=2I-+SO42-+2H+；③ Cl->I2>SO42-。
8．（1）③向試管中倒入過(guò)量的稀硝酸，并迅速蓋上帶銅絲和導(dǎo)管的橡皮塞；④待反應(yīng)完全后，將導(dǎo)管插入試管內(nèi)接近液面。
（2）檢驗(yàn)生成的NO氣體。
（3）不同意；
銅片質(zhì)量相同，溶液體積相同，生成的Cu2+離子濃度相同；
加熱綠色溶液，有紅棕色氣體產(chǎn)生，溶液變成藍(lán)色。
9．反應(yīng)放出的熱量使溶液溫度升高促進(jìn)鋁和水反應(yīng)放出氫氣；鋁和鋁離子水解生成的H+反應(yīng)產(chǎn)生氫氣；氯離子對(duì)鋁和水反應(yīng)起了促進(jìn)作用；海綿狀銅作原電池電極促進(jìn)鋁和水反應(yīng)放出氫氣。
10．（1）FeC2O4?2H2O
FeC2O4+2H2O，加熱減少的質(zhì)量等于所含結(jié)晶水的質(zhì)量
（2）FeO、CO、CO2；1：1：1。
（3）30％。
（4）6Fe2O3
4Fe3O4+O2↑
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