(教师用书)2017版高考化学第三章金属及其化合物复习

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金属及其化合物

[循着图示·想一想] [特色特性·记一记]

1.特殊的颜色:Na2O2——淡黄色固体 2.特殊的存放:Na、K保存在煤油中,Li保存在石蜡中

3.必记五反应:

(1)2Na+2H2O===2NaOH+H2↑ (2)2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑ (3)2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2 (4)Na2CO3+2HCl===2NaCl+H2O+CO2↑ (5)Na2CO3+H2O+CO2===2NaHCO3

考点一|活泼的金属单质——钠?基础送分型——自主学习?

[记牢主干知识]

1.物理性质

(1)软——质软,硬度小。 (2)亮——银白色,有金属光泽。 (3)轻——密度比水小,比煤油大。 (4)低——熔点低。 (5)导——可导电、导热。

2.从钠的原子结构认识钠的化学性质——还原性

(1)与非金属单质反应 ①与O2反应

现象 常温 钠的表面变暗 加热 先熔化成小球,片刻后剧烈燃烧, 1

发出黄色火焰,生成淡黄色固体 方程式 转移电子 ②与Cl2反应的化学方程式:③与S反应的化学方程式:(2)与水反应

①离子方程式:2Na+2H2O===2Na+2OH+H2↑。 ②与滴加酚酞的水反应的现象与解释:

常温4Na+O2===== 2Na2O △2Na+O2===== Na2O2 -1 mol Na参加反应时转移1 mol e

(3)与盐酸反应

离子方程式为2Na+2H===2Na+H2↑。 3.钠的制备与保存

电解

(1)制备:电解熔融氯化钠,化学方程式为2NaCl===== 2Na+Cl2↑。 (2)保存:密封保存,通常保存在石蜡油或煤油中。 4.钠的用途

(1)制取Na2O2等化合物。

(2)钠钾合金(液态)可用于原子反应堆的导热剂。

熔融(3)作强还原剂,将某些稀有金属从它们的卤化物中还原出来,如4Na+TiCl4===== Ti+4NaCl。

(4)用作电光源,制作高压钠灯。 5.焰色反应 定义 很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现特殊的颜色,这在化学上叫作焰色反应属于元素的物理性质 2

实验步骤 火焰颜色 Na:黄色,K:紫色(观察时要透过蓝色钴玻璃) [练通基础小题] 一、基础知识全面练

1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。

(1)钠在空气中燃烧可生成多种氧化物,23 g钠充分燃烧时转移电子数为NA(√) (2)将钠块放入水中,产生气体的方程式为2Na+2H2O===2NaOH+H2↑(√) (3)钠表面自然形成的氧化层能够保护内层金属不被空气氧化(×) (4)钠与CuSO4溶液的反应:2Na+Cu===Cu↓+2Na(×) (5)1 mol Na被完全氧化生成Na2O2,失去2NA个电子(×)

(6)钠与足量O2反应生成Na2O,随着温度的升高,生成Na2O的速率逐渐加快(×) (7)钠与水反应的离子方程式为2Na+2H2O===2Na+2OH+H2↑(√)

(8)用洁净的铂丝对某溶液进行焰色反应,火焰呈黄色,则溶液中一定含Na,不含K(×)

2.金属钠着火能否用水、泡沫灭火器灭火?如不能,正确灭火方式如何?

提示:不能,原因是Na能与水反应生成H2,Na2O2能与CO2反应生成O2;用干燥的沙土盖灭。

二、常考题点分组练 题点(一) 钠的性质与应用

1.金属钠是一种活泼金属,除了具有金属的一般性质外,还具有自己的特性。下列关于钠的叙述中正确的是( )

A.钠是银白色金属,熔点低,硬度大

B.钠放置在空气中,会迅速被氧化而生成淡黄色的Na2O C.在氧气中加热时,金属钠剧烈燃烧,发出黄色火焰 D.金属钠着火时,可用泡沫灭火器或干燥的沙土灭火

解析:选C A项,钠可用小刀切割,硬度小;B项,钠放置在空气中,被缓慢氧化生成白色的Na2O;D项,钠着火时生成Na2O2,泡沫灭火器释放的泡沫中有CO2、H2O,CO2会与Na2O2反应生成O2,H2O会与Na反应生成H2,故金属钠着火时,不能用泡沫灭火器灭火。

2.金属钠分别与下列溶液反应时,既有沉淀析出,又有气体逸出的是( ) A.BaCl2溶液 C.CuSO4溶液

2+

B.K2SO4溶液 D.NH4NO3溶液

3

解析:选C 因为是溶液中的反应,所以都有H2产生,NH4NO3溶液还产生NH3,CuSO4溶液还产生Cu(OH)2沉淀。

题点(二) 焰色反应

3.用光洁的铂丝蘸取某无色溶液在无色火焰上灼烧,直接观察到火焰呈黄色,下列各判断正确的是( )

A.只含有Na

B.一定含有Na,可能含有K C.既含有Na,又含有K D.可能含有Na,可能还含有K

解析:选B Na元素的焰色为黄色,而K元素的焰色为紫色,而且黄色会干扰紫色,所以不能判断是否含有K元素。

4.(2016·沈阳模拟)做焰色反应实验时用到的铂丝,应该用下列哪种溶液洗涤( ) A.稀HCl C.稀HNO3

B.浓HNO3 D.稀H2SO4

解析:选A 铂丝应用盐酸洗涤,而不能利用硫酸洗涤,硫酸不挥发,不能利用浓硝酸,浓硝酸容易分解。

考点二|钠的氧化物——氧化钠和过氧化钠?重点保分型——师生共研?

[基础自主落实]

1.氧化钠与过氧化钠的比较

颜色状态 电子式

氧化钠(Na2O) 白色固体 过氧化钠(Na2O2) 淡黄色固体 4

阴、阳离 子个数比 是否为碱 性氧化物 与H2O 反应 与CO2 反应 与盐酸 反应 稳定性 主要用途 1∶2 1∶2 是 Na2O+H2O=== 2NaOH Na2O+CO2=== Na2CO3 Na2O+2HCl=== 2NaCl+H2O 不稳定 可制烧碱 不是 2Na2O2+2H2O=== 4NaOH+O2↑ 2Na2O2+2CO2=== 2Na2CO3+O2 2Na2O2+4HCl=== 4NaCl+O2↑+2H2O 较稳定 漂白剂、消毒剂、供氧剂 2.Na2O2的强氧化性与还原性 从元素化合价角度分析Na2O2的性质

(1)强氧化性的五个表现

(2)遇KMnO4等强氧化剂时,表现出还原性,氧化产物为O2。 (3)遇CO2、H2O、H则发生自身的氧化还原反应。 小题热身

1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)氧化钠、过氧化钠均为碱性氧化物(×) (2)1 mol Na2O2固体中含离子总数为4NA(×)

(3)Na2O2溶于水产生O2的离子方程式为Na2O2+H2O===2Na+2OH+O2↑(×) (4)Na2O2的电子式为

(×)

(5)1 mol钠与氧气反应生成Na2O或Na2O2时,失去的电子数目均为NA(√) (6)Na2O2与H2O反应时,Na2O2既是还原剂又是氧化剂(√) (7)Na2O2在潮湿的空气中放置一段时间,最终产物是NaOH(×)

5

(8)7.8 g Na2O2与足量的CO2反应,转移电子的个数为0.2NA(×) 2.如图所示,两圆圈相交的阴影部分表示圆圈内物质相互发生的反应。钠及其氧化物的物质的量均为0.1 mol,水的质量为100 g。

(1)反应③最多产生O2的物质的量为________ mol。 (2)反应①的离子方程式为__________________________。

(3)①、②、③充分反应后,所得溶液中溶质的质量分数由大到小的顺序为________________。

答案:(1)0.05 (2)2Na+2H2O===2Na+2OH+H2↑ (3)③=②>①

[考向合作探究]

过氧化钠的性质及应用 1.下列说法正确的是( ) A.(2014·大纲卷)1 mol Na2O2固体中含离子总数为4NA

B.(2014·新课标卷Ⅱ)二氧化碳通过Na2O2粉末反应后固体物质增重 C.(2013·江苏高考)Na2O2溶于水产生O2:Na2O2+H2O===2Na+2OH+O2↑

D.(2015·四川高考)标准状况下,5.6 L CO2与足量Na2O2反应转移的电子数为0.5NA 解析:选B 1 mol Na2O2固体中含离子总数为3NA,A错误;C项中氧原子不守恒,错误;5.6 L(0.25 mol)CO2与足量Na2O2反应转移0.25NA个电子,D项错误。

2.(2016·阜阳模拟)过氧化钠具有强氧化性,遇木炭、铝粉等还原性物质时可燃烧。下列有关说法不正确的是( )

A.Na2O2与CO2反应时,Na2O2是氧化剂,CO2是还原剂 B.1 mol过氧化钠中阴离子数目为NA

C.过氧化钠与木炭、铝粉反应时,过氧化钠均表现出强氧化性 D.过氧化钠与二氧化硫反应时可生成硫酸钠

解析:选A 过氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气,反应中过氧化钠既是氧化剂也是还原剂,故A错误;过氧化钠电子式

为,1 mol过氧化

钠中阴离子数目为NA,故B正确;过氧化钠具有强氧化性,铝、碳具有还原性,故C正确;过氧化钠具有氧化性,二氧化硫具有还原性,过氧化钠与二氧化硫反应时可生成硫酸钠Na2O2+SO2===Na2SO4,故D正确。

过氧化钠与水、CO2反应的定量分析 3.200 ℃时,11.6 g CO2和水蒸气的混合气体与足量的Na2O2充分 反应后固体质量增加了3.6 g,则原混合气体的总物质的量是( )

A.0.125 mol C.0.5 mol

B.0.25 mol D.1 mol

6

解析:选C 根据质量守恒定律可知,生成O2的质量为11.6 g-3.6 g=8 g,n(O2)=8 g

mol,根据Na2O2与H2O(g)、CO2反应的物质的量的关系可知CO2和H2O(g)-1=0.25

32 g·mol

的物质的量之和为0.25 mol×2=0.5 mol。

4.(2016·九江模拟)一定温度下,m g下列物质在足量的氧气中充分燃烧后,产物与足量的过氧化钠充分反应,过氧化钠增加了n g,且n>m,符合此要求的物质是( )

①H2 ②CO ③CO和H2的混合物 ④HCOOCH3 ⑤CH3CHO A.⑤ C.①②③④

B.①② D.①②③④⑤

解析:选A 这些物质完全燃烧后生成CO2或H2O或二者都有,2H2+O2点燃,2H2O、2Na2O2

+2H2O===4NaOH+O2↑、2CO+O2点燃,2CO2、2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2,根据反应方程式可知,过氧化钠增加的质量即为H2、CO的质量,因此只要是CO或H2或它们的混合气体或化学组成符合(CO)m·(H2)n增加质量为m g,不符合题意,①、②、③、④符合(CO)m·(H2)n的形式;⑤可写成CO·(H2)2·C形式,燃烧后的产物与Na2O2充分反应,增加的质量大于m g,故A符合题意。

[探规寻律]

Na2O2与H2O、CO2的反应规律

电子转 移关系 气体体积 变化关系 当Na2O2与CO2、H2O反应时,物质的量关系为2Na2O2~O2~2e,n(e--)=n(Na2O2)=2n(O2) 若CO2、水蒸气(或两混合气体)通过足量Na2O2,气体体积的减少量11是原气体体积的,等于生成氧气的量,ΔV=V(O2)=V 22CO2、水蒸气分别与足量Na2O2反应时,固体相当于吸收了CO2中的“CO”、水蒸气中的“H2”,所以固体增加的质量Δm(CO2)=28 g·mol×n(CO2)、Δm(H2O)=2 g·mol×n(H2O) -1-1固体质量 变化关系 考点三|钠重要的两种盐——碳酸钠与碳酸氢钠?重点保分型——师生共研?

[基础自主落实]

1.物理性质

名称 化学式 俗名 颜色、状态 水溶性 碳酸钠 Na2CO3 纯碱或苏打 白色粉末 易溶于水 碳酸氢钠 NaHCO3 小苏打 细小白色晶体 水中易溶,但比Na2CO3的 7

溶解度小 2.化学性质 (1)热稳定性

①Na2CO3性质稳定,受热难分解。

②NaHCO3性质不稳定,受热易分解,化学方程式为2NaHCO3===== Na2CO3+H2O+ CO2↑。

(2)与足量盐酸反应的离子方程式 ①Na2CO3:CO3+2H===H2O+CO2↑。 ②NaHCO3:HCO3+H===H2O+CO2↑。 (3)与碱(NaOH溶液)反应 ①Na2CO3:与NaOH溶液不反应。 ②NaHCO3:NaHCO3+NaOH===Na2CO3+H2O。 (4)相互转化 ①Na2CO3―→NaHCO3

向Na2CO3溶液中通入CO2,化学方程式为Na2CO3+H2O+CO2===2NaHCO3。 ②NaHCO3―→Na2CO3

NaHCO3固体加热分解转化成Na2CO3。 3.主要用途

(1)碳酸钠:用于造纸、制造玻璃、制皂、洗涤等。 (2)碳酸氢钠:用于发酵、医药、灭火剂等。 小题热身

1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)用试管加热碳酸氢钠固体时,使试管口竖直向上(×)

(2)分别加热Na2CO3和NaHCO3固体,试管内壁均有水珠出现,则说明两种物质均受热分解(×)

(3)苏打是面包发酵粉的主要成分之一(×)

(4)NaHCO3溶液中加入稀盐酸:CO3+2H===H2O+CO2↑(×)

(5)向小苏打和苏打溶液中分别加入盐酸,均有气泡冒出,说明两者均能与盐酸反应(√) (6)用酚酞试液可鉴别饱和食盐水和饱和纯碱溶液(√)

(7)确定NaCl溶液中是否混有Na2CO3的方法是取少量溶液滴加CaCl2溶液,观察是否出现白色浑浊(√)

(8)向某溶液中加入稀盐酸,产生的气体通入澄清石灰水中,石灰水变浑浊,该溶液一定是碳酸盐溶液(×)

2.用“>”或“<”填空。

8

2-

2-

(1)热稳定性:NaHCO3________ Na2CO3。

(2)与同浓度盐酸反应的剧烈程度:NaHCO3______Na2CO3。 (3)相同温度时,在水中的溶解性:NaHCO3______Na2CO3。 (4)等物质的量浓度溶液的pH:NaHCO3______Na2CO3。 答案:(1)< (2)> (3)< (4)<

[考向合作探究]

碳酸钠、碳酸氢钠的性质及应用 1.关于NaHCO3性质的有关叙述不正确的是( ) A.既能与强酸反应,又能与强碱反应 B.医疗上可用于治疗胃酸过多

C.与足量的酸反应时放出的CO2比与等质量的Na2CO3要多 D.同温度时,NaHCO3的溶解度>Na2CO3的溶解度

解析:选D A.NaHCO3可与酸反应生成二氧化碳气体,如与盐酸反应生成二氧化碳、氯化钠和水,也可与碱反应,如与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,故A正确;B.碳酸氢钠和盐酸反应,可用于中和胃酸,故B正确;C.等质量的碳酸钠、碳酸氢钠,n(NaHCO3)>n(Na2CO3),分别与足量的盐酸反应,NaHCO3生成的二氧化碳多,故C正确;D.常温下相同的溶剂时,Na2CO3较NaHCO3易溶,故D错误。

2.为除去括号内的杂质,所选用的试剂或方法不正确的是( ) A.Na2CO3溶液(NaHCO3),选用适量的NaOH溶液 B.NaHCO3溶液(Na2CO3),应通入过量的CO2气体 C.Na2O2粉末(Na2O),将混合物在氧气中加热 D.Na2CO3溶液(Na2SO4),加入适量Ba(OH)2溶液,过滤

解析:选D Ba(OH)2与Na2CO3和Na2SO4均发生化学反应生成白色沉淀,不符合除杂的要求。

[探规寻律]

Na2CO3、NaHCO3的除杂方法

依据二者性质的差异确定除杂方法(后者为杂质)

序号 ① ② ③

碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别 3.(2016·泉州模拟)下列可以用来判定碳酸氢钠粉末中混有碳酸钠的实验方法是混合物 Na2CO3(s)、NaHCO3 NaHCO3(aq)、Na2CO3 Na2CO3(aq)、NaHCO3 除杂方法 加热法 足量CO2 适量NaOH溶液 9

( )

A.加热时有无色气体放出 B.滴加盐酸时有气泡产生

C.溶于水后,滴加稀的氯化钡溶液有白色沉淀生成 D.溶于水后,滴加澄清石灰水有白色沉淀生成

解析:选C NaHCO3与BaCl2不反应,而Na2CO3与BaCl2溶液反应产生白色BaCO3沉淀,C项正确。

4.某校化学课外小组为了鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种白色固体,用不同的方法做了以下实验,如图所示。

(1)只根据图Ⅰ所示实验,不能够达到实验目的的原因是

________________________________________________________________________。 (2)图Ⅱ、Ⅲ所示实验均能鉴别这两种物质,其反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

(3)若用实验Ⅱ验证碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性,则试管B中装入的固体最好是(填化学式)________________________________________________________________________。

解析:(1)NaHCO3、Na2CO3都与盐酸反应放出CO2,不能达到目的。 (2)Ⅱ、Ⅲ都是利用NaHCO3的不稳定性进行鉴别。

(3)试管B中装入碳酸氢钠,试管A中装入碳酸钠,这样直接加热的碳酸钠温度高,不分解,不能使澄清石灰水变浑浊,而间接加热的碳酸氢钠分解,使澄清石灰水变浑浊,表明了碳酸氢钠很不稳定。

答案:(1)无论是Na2CO3还是NaHCO3均可以与盐酸反应产生CO2,两者的反应现象相同,故达不到鉴别目的

△(2)2NaHCO3 ===== Na2CO3+H2O+CO2↑, CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O (3)NaHCO3 [探规寻律]

鉴别碳酸钠与碳酸氢钠的方法

10

用数形结合思想分析可溶性碳酸盐与盐酸反应图像 5.(2016·潍坊期末)向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加0.1 mol·L稀盐酸,CO2的生成量与加入盐酸的体积(V)的关系如图所示。下列判断正确的是( )

-1

A.在0~a范围内,只发生中和反应

B.ab斜段发生反应的离子方程式为CO3+2H===H2O+CO2↑ C.a=0.3

D.原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为1∶2

解析:选C 向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加0.1 mol·L稀盐酸,发生的反应依次为:OH+H===H2O,CO3+H===HCO3,HCO3+H===CO2↑+H2O,据此可以解答。在0~a范围内,发生的反应应该是OH+H===H2O,CO3+H===HCO3,不只发生中和反应,A错误;

ab段发生反应的离子方程式为HCO-B错误;从图像知生成CO2 0.01 mol,3+H===CO2↑+H2O,

2-

2-

-1

2-

根据方程式HCO3+H===CO2↑+H2O可知消耗盐酸的物质的量为0.01 mol,故a=0.3,C正确;根据方程式和图像可知Na2CO3的物质的量是0.01 mol,共计消耗盐酸0.02 mol,所以与氢氧化钠反应的盐酸是0.04 mol-0.02 mol=0.02 mol,则氢氧化钠的物质的量为0.02 mol,因此原混合液中,NaOH与Na2CO3的物质的量之比为2∶1,D错误。

6.将一定体积的CO2通入一定浓度的NaOH溶液中,为了测定所得溶液的成分,向该溶液中逐滴加入1 mol·L的盐酸。所加盐酸的体积与产生CO2的体积(标准状况)的关系如图所示。

-1

-+

(1)加入35 mL盐酸时,产生的CO2的体积(标准状况)为________ mL。

(2)溶液中所含溶质及其物质的量为___________________________________________。 解析:(1)由图像所示消耗盐酸的体积与产生CO2的体积可知,该溶液的溶质是NaOH和

11

Na2CO3。OA段H先与OH反应生成H2O,待OH消耗完,H再与CO3反应生成HCO3。AB段发生反应H+HCO3===CO2↑+H2O,加入35 mL盐酸时,产生的n(CO2)=n(H)=(35-25)mL×10

-3

+--+2--

L·mL×1 mol·L=0.01 mol,则V(CO2)=22.4 L·mol×0.01 mol=0.224 L=224

2-

2-

-3

-1-1-1

mL。(2)由H+CO3===HCO3及H+HCO3===CO2↑+H2O可知,n(CO3)=(45-25)mL×10 L·mL×1 mol·L=0.02 mol,故OA段与H反应的OH为25 mL×10 L·mL×1 mol·L

-1

-1

-1

-3

-1

-0.02 mol=0.005 mol,即溶液中含NaOH 0.005 mol、Na2CO3 0.02 mol。 答案:(1)224

(2)NaOH 0.005 mol、Na2CO3 0.02 mol [探规寻律]

依据图像特点判断溶液成分的方法

(1)若a=0(即图像从原点开始) (2)若V(Oa)=V(ab)(即Oa段与ab段消耗盐酸的体积相同) (3)若V(Oa)>V(ab)(即Oa段消耗盐酸的体积大于溶液中的溶质为NaHCO3 溶液中的溶质为Na2CO3 ab段消耗盐酸的体积) (4)若V(Oa)

(1)甲同学用图1所示装置测定CO2的质量。实验时稀硫酸是与样品中的__________(填“Na2CO3”或“NaCl”)发生反应,仪器b的名称是__________,洗气瓶c中盛装的是浓硫酸,此浓硫酸的作用是____________________________________________________。

(2)乙同学用图2所示装置,取一定质量的样品(m g)和足量稀硫酸反应进行实验,完成样品中Na2CO3质量分数的测定。

①实验前,检查该装置气密性的方法是先打开活塞a,由b注入水至其下端玻璃管中形

12

成一段水柱,再将针筒活塞向内推压,若b下端玻璃管中的________,则装置气密性良好。

②在实验完成时,能直接测得的数据是CO2的________(填“体积”或“质量”)。 (3)丙同学用下图所示方法和步骤进行实验:

①操作Ⅰ涉及的实验名称有________、洗涤;操作Ⅱ涉及的实验名称有干燥、________。 ②丙同学测得的样品中Na2CO3质量分数的计算式为________________。

解析:(1)NaCl不与稀硫酸反应,Na2CO3与稀硫酸反应。仪器b的名称是分液漏斗。浓硫酸的作用是除去CO2中的水蒸气(或干燥CO2气体)。

(2)①将针筒活塞向内推压,增大了容器中的压强,故若b下端玻璃管中的液面上升,则装置气密性良好。②CO2是气体,故能直接测得的数据是CO2的体积。

(3)①生成沉淀,故操作Ⅰ需要涉及过滤操作。要知道固体的质量需要称重。②经过计算,样品中Na2CO3质量分数的计算式为106y/197x。

答案:(1)Na2CO3 分液漏斗 除去CO2中的水蒸气 (2)①液面上升 ②体积 (3)①过滤 称量 ②106y/197x

2.有一含NaCl、Na2CO3·10H2O和NaHCO3的混合物,某同学设计如图所示的实验装置,通过测量反应产生的CO2和H2O的质量,来确定该混合物中各组分的质量分数。

(1)实验步骤:

①按图(夹持仪器未画出)组装好实验装置后,首先进行的操作是__________。 ②称取样品,并将其放入硬质玻璃管中;称量装浓硫酸的洗气瓶C的质量和装碱石灰的U形管D的质量。

③打开活塞K1、K2,关闭K3,缓缓鼓入空气数分钟,其目的是____________________。 ④关闭活塞K1、K2,打开K3,点燃酒精灯加热至不再产生气体。装置B中发生反应的化学方程式为__________________________、__________________________________。

⑤打开活塞K1,缓缓鼓入空气数分钟,然后拆下装置,再次称量洗气瓶C的质量和U形管D的质量。

(2)关于该实验方案,请回答下列问题。

①若加热反应后不鼓入空气,对测定结果的影响是_____________________________

13

________________________________________________________________________。 ②E处干燥管中盛放的药品是________________,其作用是______________________,如果实验中没有该装置,则会导致测量结果NaHCO3的质量__________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

③若样品质量为w g,反应后C、D装置增加的质量分别为m1 g、m2 g,则混合物中Na2CO3·10H2O的质量分数为____________(用含w、m1、m2的代数式表示)。

解析:(1)①组装好实验装置后首先应检查装置气密性。③由于装置中存在CO2和水蒸气,应先除去装置中的CO2和水蒸气。④由物质的性质可知,在加热时该装置中发生的反应为△△

2NaHCO3====Na2CO3+H2O↑+CO2↑、Na2CO3·10H2O====Na2CO3+10H2O↑。(2)①加热后有部分 CO2和水蒸气会残留在装置中,必须鼓入空气使其完全被吸收,若不鼓入空气,则测得的NaHCO3和Na2CO3·10H2O的质量分数偏小,NaCl的质量分数偏大。②装置E是防止空气中的CO2和水蒸气进入装置D,故干燥管中盛放的药品是碱石灰,如果没有该装置,会使测得的NaHCO3的质量偏大。③由题目信息知反应放出的CO2的质量为m2 g,根据反应的化学方程式18m2△2NaHCO3=====Na g,从而计算2CO3+H2O↑+CO2↑,可计算出该反应中产生的水的质量为 4418m2?△?出Na2CO3·10H2O分解产生水的质量为?m1-g,再根据Na2CO3·10H2O=====? Na2CO3+44??10H2O↑,计算出Na2CO3·10H2O的质量,最后计算出混合物中Na2CO3·10H2O的质量分数。

答案:(1)①检查装置气密性 ③除去装置中的水蒸气和二氧化碳 △

④2NaHCO3===== Na2CO3+H2O↑+CO2↑

(2)①Na2CO3·10H2O和NaHCO3的质量分数测定结果偏小,NaCl的质量分数测定结果偏大 18m2??286?m1-

44???

②碱石灰 防止空气中的CO2和水蒸气进入D中影响测定结果 偏大 ③

180w×100%

[探规寻律]

碳酸钠含量的测定方法

(1)气体法

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 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(标准状况) 14

测定原理 实验操作

纯碱样品中Na2CO3的质量为数据处理 106V-1 mol×106 g·mol= g。则22 40022 400V106V g22 40053V纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%=% m g112m(2)沉淀法 Na2CO3+BaCl2===BaCO3↓+2NaCl 测定原理 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 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 纯碱样品中Na2CO3的质量为 106n-1×106 g·mol= g 197 g·mol197-1n g数据处理 则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为 106n g197106n×100%=×100% m g197m

以“钠及钠的化合物间的转化”为载体串联钠元素单质及其化合物知识

高考载体(2009·北京高考T12改编)

由短周期元素组成的中学常见的含钠元素的物质A、B、C、D,存在如图转化关系(部分生成物和反应条件已略去)。 [知识串联设计] (1)若A为金属钠,则E为________,A与水反应的离子方程式为_________________。

〖考查Na的性质〗

(2)若A为过氧化钠,则E为________,A与CO2反应的化学方程式为_______________, A与水反应的离子方程式为______________________________________________。

〖考查Na2O2的性质〗

(3)过氧化钠是碱性氧化物吗?________。过氧化钠的电子式为______,过氧化钠中阴、阳离子个数比是________。

〖考查Na2O2的结构〗

(4)A不论是Na还是Na2O2,依据转化关系判断物质C是____________,物质D是____________。

〖考查NaOH、Na2CO3的性质〗

15

NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑,同等条件下,碳酸钠与盐酸反应速率不及碳酸氢钠与盐酸反应,所以Ⅰ的反应程度更为剧烈,②1 g碳酸钠的物质的量为

1 g1 g

-1=0.009 4 mol,1 g碳酸氢钠的物质的量为-1=0.012 mol,盐酸的

106 g·mol84 g·mol物质的量为0.003 mol,再由方程式Na2CO3+HCl===NaHCO3+NaCl,NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑;盐酸不足,生成气体的体积根据盐酸的量计算。Ⅰ中生成CO2的物质的量为0.003 mol,Ⅱ中无气体产生,故a、c正确。

(4)实验1:碳酸钠能与氯化钙反应CaCl2+Na2CO3===CaCO3↓+2NaCl,离子反应为Ca+CO3===CaCO3↓。

实验2:CaCl2与NaHCO3溶液可发生反应:

CaCl2+2NaHCO3===CaCO3↓+2NaCl+CO2↑+H2O,离子反应为Ca+2HCO3===CaCO3↓+CO2↑+H2O。

答案:(1)2NaHCO3===== Na2CO3+CO2↑+H2O

(2)①同温度下,Na2CO3比NaHCO3易溶于水 ②b、d (3)①Ⅰ ②a、c (4)Ca+CO3===CaCO3↓

Ca+2HCO3===CaCO3↓+CO2↑+H2O 12.某小组通过实验研究Na2O2与水的反应。

操作 向盛有4 g Na2O2的烧杯中加入50 mL蒸馏水得到溶液a 现象 剧烈反应,产生能使带火星木条复燃的气体 ⅰ.溶液变红 取5 mL溶液a于试管中,滴入两滴酚酞 ⅱ.10分钟后溶液颜色明显变浅,稍后,溶液变为无色 (1)Na2O2与水反应的化学方程式:__________________________________________; (2)ⅱ中溶液褪色可能是溶液a中存在较多的H2O2与酚酞发生了反应。

Ⅰ.甲同学通过实验证实了H2O2的存在:取少量溶液a,加入试剂__________(填化学式),有气体产生。

Ⅱ.乙同学查阅资料获悉:用KMnO4可以测定H2O2的含量:取15.00 mL溶液a,用稀H2SO4

酸化,逐滴加入0.003 mol·L KMnO4溶液,产生气体,溶液褪色速率开始较慢后变快,至终点时共消耗20.00 mL KMnO4溶液。

①请配平: MnO4+ H2O2+ ______=== Mn+ O2↑+ H2O; ②溶液a中c(H2O2)=________ mol·L;

③溶液褪色速率开始较慢后变快的原因可能是_____________________________。

-1

2+

-1

2+

2+

2-

2+

2-

2+

21

(3)为探究现象ⅱ产生的原因,同学们继续进行了如下实验:

Ⅲ.向H2O2溶液中滴入两滴酚酞,振荡,加入5滴0.1 mol·L NaOH溶液,溶液变红又迅速变无色且产生气体,10分钟后溶液变无色。

Ⅳ.向0.1 mol·L NaOH溶液中滴入两滴酚酞,振荡,溶液变红,10分钟后溶液颜色无明显变化;向该溶液中通入O2,溶液颜色无明显变化。

①从实验Ⅲ和Ⅳ中,可得出的结论是_______________________________________; ②同学们进一步通过实验证实了溶液a中滴入酚酞后,H2O2与酚酞发生了化学反应。实验方案是:取少量溶液a于试管中,___________________________________________

________________________________________________________________________。 解析:(1)根据实验现象产生能使带火星木条复燃的气体说明有氧气产生,溶液变红说明有碱生成,据此写化学方程式为2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑;

(2)Ⅰ.能使H2O2产生气体通常用MnO2作催化剂;

Ⅱ.①KMnO4与H2O2反应,有气体产生,说明有氧气,溶液褪色说明KMnO4被还原,再根据电子得失守恒和电荷守恒可写出离子方程式为2MnO4+5H2O2+6H===2Mn+5O2↑+8H2O;

②根据KMnO4与H2O2反应的离子方程式可知关系式为 2MnO4 ~ 5H2O2 2 mol 5 mol 0.003 mol·L×0.02 L n(H2O2)

-1

2+

-1

-1

n(H2O2)=1.5×10-4 mol

1.5×10 mol-1

c(H2O2)==0.01 mol·L; -2

1.5×10 L

③一般情况下在开始时反应物浓度较大,反应速率应当较快,但现在是溶液褪色速率开始较慢后变快,则可能是产生新的物质,且此物质对反应有催化作用,从而加快了反应速率,根据离子反应2MnO4+5H2O2+6H===2Mn+5O2↑+8H2O,可知,起催化作用的产物为Mn;

(3)①分析对比实验Ⅲ和Ⅳ,可知在Ⅲ中有H2O2溶液而Ⅱ中有氧气,其他物质相同,而现象出现了差异,就说明Ⅲ中溶液变红又迅速变无色是因H2O2而不是氧气;②要进一步验证溶液a中滴入酚酞后,H2O2与酚酞发生了化学反应,可以与(3)中的Ⅲ再对比,即可以先将H2O2分解掉,再看颜色变化情况,就可说明问题了。

答案:(1)2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑ (2)Ⅰ.MnO2 Ⅱ.①2 5 6H 2 5 8 ②0.01 ③反应生成的Mn作催化剂

(3)①碱性条件下,H2O2能与酚酞反应而O2不能 ②加入MnO2,充分反应后,向上层清液中滴入2滴酚酞后变红,10分钟后,溶液颜色无明显变化

13.“套管实验”是将一支较小的玻璃仪器装入另外一个玻璃仪器中,经组装来完成原来需要更多仪器进行的实验。因其具有许多优点,被广泛应用于化学实验中。如图实验为“套管实验”,小试管内塞有沾有无水硫酸铜粉末的棉花球。请观察实验装置,分析实验原理,回答下列问题:

22

2+

2+

2+

-4

(1)该实验的目的是_______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)实验开始前微热试管,说明装置不漏气的现象是_______________________________ ________________________________________________________________________。 (3)一段时间后结束实验,待装置冷却,取出小试管中固体溶于水,然后滴加1 mol·L

-1

盐酸,产生CO2的量与盐酸的量的关系如图所示。其中合理的是________(填选项)。

解析:(1)两个试管内分别装有Na2CO3、NaHCO3,给它们加热,用澄清的石灰水来检验CO2的产生,可用来探究二者的热稳定性的相对大小。(2)实验开始前微热试管,说明装置不漏气的现象是A、B导管末端均有气泡产生,冷却后均形成稳定的水柱。(3)NaHCO3不稳定,△受热分解2NaHCO3===== Na2CO3+H2O+CO2↑。加入HCl时首先发生反应:Na2CO3+HCl===NaCl+NaHCO3,无气体产生,当该反应完全后,再发生反应NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑,放出气体。因此,若NaHCO3完全分解,则两步消耗的HCl的物质的量相等,体积也相等,若部分分解,则发生第一步反应消耗的HCl就比第二步少些,B为部分分解的图像,C为完全分解的图像。

答案:(1)探究(或证明)碳酸氢钠不稳定,受热易分解产生CO2和H2O,而碳酸钠稳定 (2)A、B导管末端均有气泡产生,冷却后均有液柱回流 (3)BC

[循着图示·想一想] [特色特性·记一记]

23

1.特殊的性质:Al2O3、Al(OH)3具有两性。 OHOH++2.特殊的转化:AlAl(OH)3HH

3+

AlO2

3.必记六反应:

(1)2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑ (2)Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O

(3)AlCl3+3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4Cl (4)Al(OH)3+3HCl===AlCl3+3H2O (5)Al(OH)3+NaOH===NaAlO2+2H2O (6)NaAlO2+2H2O+CO2===Al(OH)3↓+NaHCO3

考点一|铝及铝的氧化物?基础送分型——自主学习?

[记牢主干知识]

1.铝的原子结构与物理性质

2.铝的化学性质

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:

②2Al+3Cl2==== 2AlCl3

④2Al+2OH+2H2O===2AlO2+3H2↑

24

高温

⑤2Al+Fe2O3===== 2Fe+Al2O3 3.铝的制备及用途

电解(1)制备:电解熔融Al2O3: 2Al2O3===== 4Al+3O2↑ (2)用途: ①纯铝用作导线。

②铝合金制备汽车、飞机、生活用品等。 4.铝的氧化物

[练通基础小题]

一、基础知识全面练

1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)铝制餐具可长时间存放酸性或碱性食物(×) (2)常温下,铝与稀硝酸反应可以制取氢气(×) (3)铝在空气中耐腐蚀,所以铝是不活泼金属(×) (4)氧化铝是金属氧化物,也是碱性氧化物(×) (5)冶炼铝时常用焦炭作还原剂(×)

(6)1 mol Al与足量的硫酸或足量的氢氧化钠溶液反应转移电子数相同(√) (7)铝与少量NaOH溶液反应得到铝盐,与足量NaOH溶液反应生成偏铝酸盐(×) 2.铝的化学性质活泼,为什么日常生活中广泛使用的铝制品却具有较好的抗腐蚀性能?为什么能用铝制槽车来储运浓H2SO4或浓HNO3?

提示:铝制品表面的氧化膜起着保护内部金属的作用,所以铝制品在空气中能稳定存在,具有很强的抗腐蚀性。常温时,铝遇浓H2SO4、浓HNO3会在表面生成致密的氧化膜而发生钝化,从而阻止内部金属进一步反应,因此可用铝制槽车储运浓H2SO4或浓HNO3。

二、常考题点分组练 题点(一) 铝的性质与应用 1.下列说法正确的是( )

25

A.(2015·全国卷Ⅰ)用坩埚钳夹住一小块砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热,熔化后的液态铝滴落下来

B.(2014·江苏高考)Al、盐酸、NaOH溶液三者之间两两均能发生反应 C.(2014·全国卷Ⅱ)铝与Fe2O3发生铝热反应后固体物质增重

D.(2014·安徽高考)常温下,相同的铝片中分别加入足量的浓、稀硝酸,浓硝酸中铝片先溶解完

解析:选B 由于铝箔表面有一薄层Al2O3,且Al2O3的熔点很高,故熔化的液态铝包裹在里面,不会滴落下来,A错误;铝与Fe2O3发生铝热反应生成Al2O3和铁,故固体质量不会增加,C错误;常温下,铝在浓HNO3中“钝化”,D错误。

2.(2016·龙岩模拟)常温下可用铝质容器储运的试剂是( ) A.浓硝酸 C.石灰水

B.食醋 D.稀盐酸

解析:选A 常温下,Al和浓硝酸反应生成一层致密的氧化物薄膜而阻止进一步被氧化,所以可以用铝制容器储运浓硝酸,故A正确;食醋显酸性能与铝质容器反应,故B错误;石灰水呈碱性,Al能溶于强碱溶液,所以不能盛放石灰水,故C错误;Al和稀盐酸反应生成氯化铝和氢气,所以不能盛放稀盐酸,故D错误。

题点(二) 铝与酸碱反应的定量分析

3.两份铝屑,第一份与过量的盐酸反应,第二份与过量的NaOH溶液反应,产生氢气的体积比为1∶3,则第一份铝屑与第二份铝屑的质量比为( )

A.1∶1 C.1∶2

B.1∶3 D.2∶1

解析:选B 根据2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑可知,Al无论是与盐酸反应还是与NaOH溶液反应,相同质量的铝屑完全反应生成的氢气的量相同。若产生氢气的体积比为1∶3,说明两份铝的质量比为1∶3,故B项正确。

4.甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L

-1

的盐酸和氢氧化钠溶液,向两烧杯中分

别加入等质量的铝粉,反应结束后测得生成的气体体积之比为1∶2,则加入的铝粉的质量为( )

A.5.4 g C.2.7 g

B.3.6 g D.1.8 g

解析:选A 由2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑可知,两份等质量的Al都完全反应时,生成H2的量相等,消耗HCl与NaOH的量不相等。题中已知HCl、NaOH的物质的量均为0.3 mol,且生成H2的体积之比为1∶2,所以实际发生反应时的情况分别为HCl的量不足,Al过量;NaOH过量,Al的量不足。由生成H2的体积之比为1∶2可知,反应的Al的量之比也为1∶2,即与0.3 mol盐酸完全反应的Al为2.7 g,与

26

NaOH溶液反应的Al为5.4 g。

[知能存储] 铝与酸或碱反应生成H2的量的关系 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑ 2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑ (1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应: ①产生H2的物质的量相等。 ②消耗H、OH的物质的量之比为n(H)∶n(OH)=3∶1。 (2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应: ①消耗Al的物质的量之比为1∶3。 ②生成H2的物质的量之比为1∶3。 (3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应: 1VHCl?H2?若产生氢气的体积比为<<1,则必定 3VNaOH?H2?①铝与盐酸反应时,铝过量而HCl不足。 ②铝与氢氧化钠溶液反应时,铝不足而NaOH过量。 题点(三) 氧化铝的性质与应用 5.将表面已完全钝化的铝条,插入下列溶液中,不会发生反应的是( ) A.稀硝酸 C.硝酸铜

B.稀盐酸 D.氢氧化钠

+-+-解析:选C Al2O3具有两性,能与酸、碱反应,故A、B、D不符合题意。 6.下列变化不能通过一步化学反应直接完成的是( ) A.Al(OH)3―→Al2O3 C.Al―→Al2O3

B.Al2O3―→Al(OH)3 D.Al2O3―→AlO2

解析:选B Al2O3与水不反应,不能通过一步反应制得Al(OH)3。

考点二|“铝三角”和氢氧化铝?重点保分型——师生共研?

[基础自主落实]

1.Al、Al(OH)3、AlO2之间的转化关系

3+

写出上述转化的离子方程式:

(1)①_____________________________________________________________________; ②_______________________________________________________________________;

27

③_______________________________________________________________________; (2)_______________________________________________________________________; (3)_______________________________________________________________________; (4)_______________________________________________________________________; (5)①_____________________________________________________________________; ②_______________________________________________________________________; (6)_______________________________________________________________________。 答案:(1)①Al+3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4 ②Al+3AlO2+6H2O===4Al(OH)3↓ ③Al+3OH===Al(OH)3↓ (2)Al(OH)3+3H===Al+3H2O (3)Al+4OH===AlO2+2H2O (4)AlO2+4H===Al+2H2O

(5)①AlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO3 ②AlO2+H+H2O===Al(OH)3↓ (6)Al(OH)3+OH===AlO2+2H2O 2.氢氧化铝

(1)白色胶状不溶于水的固体。 (2)化学性质:

+-

3+

3+

3+

3+

3+

-3+

反应的化学方程式分别为: ①Al(OH)3+3H===Al+3H2O; ②Al(OH)3+OH===AlO2+2H2O; △

③2Al(OH)3=====Al2O3+3H2O。 3.明矾净水原理

明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O,其净水的原理涉及的离子方程式表示为Al+3H2OAl(OH)3(胶体)+3H。

小题热身

1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。

(1)向1 mol·L AlCl3溶液中加过量的6 mol·L NaOH溶液制备Al(OH)3悬浊液(×) (2)氢氧化铝具有弱碱性,可用于制胃酸中和剂(√) (3)明矾用作净水剂不涉及化学变化(×)

(4)向NaAlO2溶液中通入过量CO2制Al(OH)3的离子方程式:CO2+AlO2+2H2O===

-1

-1

3+

3+

28

Al(OH)3↓+HCO3(√)

(5)Al(OH)3既能与稀硫酸反应又能与NaOH溶液反应(√) (6)明矾的化学式为Al2(SO4)3·12H2O(×) (7)下列物质的转化在给定条件下能够实现: NaOH?aq?CO2

Al2O3――――→NaAlO―→Al(OH)3(√) 2(aq)―

2.制备Al(OH)3时为什么不用NaOH溶液而使用氨水? 提示:NaOH溶液可以溶解Al(OH)3而氨水不能溶解Al(OH)3。

[考向合作探究]

氢氧化铝的两性 1.(2016·肇庆模拟)相同物质的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 C.Al(OH)3

B.Al2O3 D.AlCl3

解析:选D 1 mol Al2O3能与2 mol NaOH溶液反应,1 mol Al、1 mol Al(OH)3能与1 mol NaOH溶液反应,1 mol AlCl3最多能与4 mol NaOH溶液反应。

2.(2016·郑州模拟)下列除去杂质的方法不正确的是( )

A.镁粉中混有少量铝粉:加入过量烧碱溶液充分反应,过滤、洗涤、干燥 B.用过量氨水除去Fe溶液中的少量Al

C.Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2:加入足量烧碱溶液,充分反应,过滤,向滤液中通入过量CO2后过滤

D.MgO中混有少量Al2O3:加入足量烧碱溶液,充分反应,过滤、洗涤、干燥得到MgO 解析:选B 氨水与Fe和Al均反应生成氢氧化物沉淀,不符合除杂的要求。

[探规寻律]

含铝杂质的提纯方法归类

利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于强碱的特性,可除去许多物质中的含铝杂质,如: ①Mg(Al):加足量NaOH溶液; ②Fe2O3(Al2O3):加足量NaOH溶液; ③Mg(OH)2[Al(OH)3]:加足量NaOH溶液;

④Mg(Al):加过量NaOH溶液,过滤,再加酸充分溶解。

氢氧化铝的制备 3.用含有少量Mg的Al片制取纯净的Al(OH)3,下列操作中最恰当的组合是( )

29

2+

3+

3+

3+

3+

3+

①加盐酸溶解 ②加NaOH溶液 ③过滤 ④通入过量CO2生成Al(OH)3 ⑤加盐酸生成Al(OH)3 ⑥加过量氨水生成Al(OH)3

A.①⑥③ C.②③④③

B.①③⑥③ D.②③⑤③

解析:选C 2Al+2OH+2H2O===2AlO2+3H2↑,Mg和NaOH溶液不反应,过滤后向NaAlO2

溶液中通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀,再过滤就可得到Al(OH)3。

4.实验室可用铝屑、氨水、氢氧化钠溶液、稀硫酸等来制备氢氧化铝,某同学设计了三种实验方案:

方案① 方案② 方案③ Al→Al→Al(OH)3 Al→AlO2→Al(OH)3 -3+ Al→Al???-→Al(OH)3 Al→AlO2??3+(1)用方案①制备Al(OH)3时使用的药品最好是铝屑、稀硫酸和氨水,不用氢氧化钠代替氨水的原因是________________________________________________________________

________________________________________________________________________; 写出该方案中有关的离子方程式:______________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)用方案②来制备Al(OH)3时,必须注意________的用量,以防止生成的Al(OH)3溶解。 (3)三种方案中,你认为最好的是________(填序号),原因是___________________。 答案:(1)若用NaOH溶液沉淀Al,终点不易控制,因为Al(OH)3会溶于过量的NaOH溶液,从而影响Al(OH)3的生成量 2Al+6H===2Al+3H2↑,

Al+3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4

(2)稀硫酸 (3)③ 药品用量最少,操作最为简单

[探规寻律]

3+

3+

3+

30

Al(OH)3的三种制备方法

方法一:可溶性铝盐溶液与过量氨水反应 反应原理:Al+3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4 方法二:向可溶性偏铝酸盐溶液中通入过量CO2 反应原理:AlO2+2H2O+CO2===Al(OH)3↓+HCO3 方法三:相互促进水解法

3+

化工生产中Al2O3的提取 5.(2016·曲阜师大附中二模)工业上用铝土矿(主要成分是氧化铝,含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:

下列叙述正确的是( )

A.反应①中试剂X是氢氧化钠溶液

B.试剂Y是HCl,它与AlO2反应生成氢氧化铝 C.图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应 D.将X与Y试剂进行对换,最终可以达到相同结果

解析:选A B项,若试剂Y是HCl,它与AlO2反应生成Al,错误;C项,图中所示转化通电

只有一步是氧化还原反应:2Al2O3===== 4Al+3O2↑,错误;D项,试剂X为氢氧化钠,沉淀为氧化铁,溶液为偏铝酸钠和氢氧化钠混合溶液,通入过量二氧化碳气体,NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3,不能调换,错误。

6.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3·xH2O、Fe2O3、SiO2等)提取纯Al2O3作冶炼铝的原料,提取时操作过程如下图,指出图中操作错误的是( )

3+

A.④⑤

B.③④

31

C.②⑤ D.①②

解析:选A 由流程图可知,反应③得到的滤液为NaAlO2溶液,加入过量盐酸后得到AlCl3而不是Al(OH)3沉淀,应通入过量CO2,操作④错误;Al(OH)3在常温干燥条件下并不发生分解,故操作⑤需要加热,⑤错误。

[探规寻律]

从铝土矿中提取氧化铝的两种方法

铝土矿的主要成分是Al2O3,含有的杂质是Fe2O3和SiO2,由于Al2O3具有两性,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。

方法一 酸溶法

[注意] 第③步中将溶液中AlO2沉淀出来的方法是通入CO2而不是加入强酸,原因是Al(OH)3能溶于强酸。

方法二 碱溶法

[注意] 第③步中将溶液中Al沉淀出来的方法是加入足量氨水而不是加入强碱,原因是Al(OH)3能溶于强碱。

考点三|用数形结合思想分析氢氧化铝图像

1.四个基本图像

(1)可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像: 操作 向可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量 立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失 向NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量 无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 3+

现象 32

图像 离子 方程 式 Al+3OH===Al(OH)3↓ 3+-3+-- Al+4OH===AlO2+2H2O Al(OH)3+OH===AlO2+ 2H2O --3AlO2+Al+6H2O===4Al(OH)3↓ -3+(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像: 操作 向偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量 立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失 向稀盐酸中逐滴加入偏铝酸盐溶液至过量 无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 现象 图像 离子 方程 式 2.拓展图像 (1)向AlCl3溶液中逐滴加入氨水或NaAlO2溶液至过量,图像如图1所示。

AlO2+H+H2O===Al(OH)3↓ Al(OH)3+3H===Al+3H2O +3+-+-+3+ AlO2+4H=== Al+2H2O Al+3AlO2+6H2O===4Al(OH)3↓ 3+-(2)向NaAlO2溶液中逐滴加入AlCl3溶液或通入CO2至过量,图像如图2所示。

(3)向含MgCl2、AlCl3、盐酸、NH4Cl的混合溶液中,逐滴加入NaOH溶液至过量,沉淀图像如图3所示,若反应的先后顺序与图像关系为

OH①H――→H2O

OH②Mg、Al――→Mg(OH)2、Al(OH)3

2+

3+

OH③NH――→NH3·H2O

4

33

OH-

④Al(OH)3――→AlO2 [题组训练]

1.向物质的量浓度均为1 mol·L的AlCl3和盐酸的混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液,下图[n表示Al(OH)3的物质的量,V表示NaOH溶液的体积]能正确表示这个反应过程的是( )

-1

解析:选D 向混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液,反应情况分为三个阶段:第一阶段为OH+H===H2O,此时无沉淀产生;第二阶段有白色沉淀产生,反应的离子方程式为Al+3OH===Al(OH)3↓;第三阶段滴加NaOH溶液至过量,沉淀逐渐溶解最后完全消失,反应的离子方程式为Al(OH)3+OH===AlO2+2H2O,结合反应方程式及浓度关系可知三个阶段消耗NaOH物质的量之比为1∶3∶1。

6.(2015·天津高考·节选)向盛有10 mL 1 mol·LNH4Al(SO4)2溶液的烧杯中滴加1 mol·LNaOH溶液,沉淀物质的量随NaOH溶液体积的变化示意图如下:

-1

-1

--

3+

(1)写出m点反应的离子方程式:__________________________________________。 (2)若在NH4Al(SO4)2溶液中改加20 mL 1.2 mol·L Ba(OH)2溶液,充分反应后,溶液中产生沉淀的物质的量为________mol。

解析:(1)向NH4Al(SO4)2溶液中加入NaOH溶液,由图像分析,先发生Al+3OH

3+

-1

===Al(OH)3↓,之后是NH4+OH===NH3·H2O,最后是沉淀的溶解:Al(OH)3+OH===AlO2+2H2O,故m点的离子反应为NH4+OH===NH3·H2O。

(2)因NH4Al(SO4)2的物质的量为0.01 L×1 mol·L=0.01 mol,Ba(OH)2的物质的量为0.02 L×1.2 mol·L=0.024 mol,产生沉淀的反应有两类,一是SO4+Ba===BaSO4↓,

n(SO24)=0.01 mol×2=0.02 mol,0.02 mol<0.024 mol,故n(BaSO4)=0.02 mol;二是

-1

2-

2+

-1

OH参与的反应,

Al + 3OH === Al(OH)3↓ 0.01 mol 0.03 mol 0.01 mol

OH余0.024 mol×2-0.03 mol=0.018 mol,之后发生反应:NH4+OH===NH3·H2O,

--n(NH+mol,再消耗OH0.01 mol,则剩余OH为0.018 mol-0.01 mol=0.008 mol,4)=0.01

3+

34

最后发生沉淀的溶解:Al(OH)3+OH===AlO2+2H2O,OH为0.008 mol,溶解Al(OH)3 0.008 mol,则剩余Al(OH)3为0.01 mol-0.008 mol=0.002 mol。溶液中产生沉淀的物质的量为0.02 mol+0.002 mol=0.022 mol。

答案:(1)NH4+OH===NH3·H2O (2)0.022 [探规寻律] 破解Al(OH)3图像计算的技巧 3++

---

当横坐标为NaOH溶液,纵坐标为沉淀的物质的量(或质量)时,可利用Al(OH)3溶于NaOH溶液的“量”的关系来计算。原溶液中Al的物质的量:沉淀溶解过程中消耗NaOH的物质的量与沉淀中Al(OH)3的物质的量或原溶液中Al的物质的量相等。抓住这一定量关系可迅速破题。例如:向MgCl2、AlCl3混合溶液中加入NaOH溶液的图像如右所示。 则AB段为Al(OH)3溶于NaOH的过程。则原溶液中n(Al)=n[Al(OH)3]=(0.6-0.5)mol=0.1 mol 0.5 mol-0.1 mol×3=0.1 mol 23+3+n(Mg2+)=

以“用铝土矿制取无水氯化铝”为载体串联铝元素单质及其化合物的性质 高考载体(2015·福建高考T24)

工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,含有Fe2O3、SiO2等杂质)制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下:

[知识串联设计]

(1)铝土矿中含Al2O3,能与盐酸、NaOH溶液反应,试写出反应的离子方程式:________________________________________________________________________。

〖考查Al2O3的两性〗

(2)氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体,其反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

〖考查AlCl3的用途〗

(3)步骤Ⅴ中铝粉能溶于NaOH溶液,写出反应的离子方程式:________________________________________________________________________。

35

〖考查Al的化学性质〗

(4)向AlCl3溶液中加入足量氨水,反应的离子方程式为

________________________________________________________________________。

〖考查Al?OH?3的制备〗

(5)向AlCl3溶液中加入过量NaOH溶液,能否制得Al(OH)3?__________。用离子方程式表示原因:_________________________________________________________

________________________________________________________________________。

〖考查Al?OH?3的两性〗

(6)向NaAlO2溶液中通入过量CO2时得到的盐是Na2CO3还是NaHCO3?________。反应的离子方程式为

________________________________________________________________________。

〖考查偏铝酸盐的性质〗

(7)铝锅不宜长时间存放酸性食物或碱性食物的原因是什么?_____________________。

〖考查铝的化学性质〗

答案:(1)Al2O3+6H===2Al+3H2O、 Al2O3+2OH===2AlO2+H2O

(2)Al+3H2OAl(OH)3(胶体)+3H (3)2Al+2OH+2H2O===2AlO2+3H2↑ (4)Al+3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4 (5)不能 Al+3OH===Al(OH)3↓、 Al(OH)3+OH===AlO2+2H2O

(6)NaHCO3 AlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO3 (7)铝锅表面的氧化铝膜及铝均能与酸、碱反应而被腐蚀

1.下列金属中,表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化的是( ) ..A.K C.Fe

B.Na D.Al

3+

3+

3+

-+

3+

解析:选D 金属铝在空气中表面会形成一层致密的氧化膜保护层,防止内层的金属进一步被氧化,D正确。K、Na、Fe表面形成的氧化膜比较疏松,不能保护内层金属,A、B、C错误。

2.双羟基铝碳酸钠是医疗上常用的一种抑酸剂,其化学式是NaAl(OH)2CO3。关于该物质的说法正确的是( )

A.该物质属于两性氢氧化物

B.该物质是Al(OH)3和Na2CO3的混合物

36

C.1 mol NaAl(OH)2CO3最多可消耗3 mol H D.该药剂不适合于胃溃疡患者服用

解析:选D 双羟基铝碳酸钠属于盐类,A错误;它是一种化合物,属于纯净物,不是混合物,B错误;1 mol NaAl(OH)2CO3最多可消耗4 mol H,C错误;由于能与胃酸反应放出CO2气体,故不适合于胃溃疡患者服用。

3.欲将含有Mg、Al的混合溶液中的Mg沉淀下来,下列措施可行的是( ) A.向混合溶液中加入过量的铝粉 B.向混合溶液中加入过量的盐酸 C.向混合溶液中加入过量的氨水 D.向混合溶液中加入过量的氢氧化钠溶液

解析:选D A项,向混合溶液中加入过量的铝粉,不发生反应,不能将Mg沉淀下来,错误;B项,向混合溶液中加入过量的盐酸,不发生反应,不能将Mg沉淀下来,错误;C项,向混合溶液中加入过量的氨水,两种离子均转化为沉淀,错误;D项,向混合溶液中加入过量的氢氧化钠溶液,生成的氢氧化铝能溶解在强碱中,而氢氧化镁不能溶解,从而可将Mg 沉淀出来,正确。

4.(2016·保定市高三模拟)某同学通过系统实验探究铝及其化合物的性质,操作正确且能达到目的的是( )

A.向氯化铝溶液中滴加过量氨水,最终得到澄清溶液

B.等质量的铝粉分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应制得等质量的氢气 C.常温下铝与浓硝酸反应制得大量的NO2 D.AlCl3溶液加热蒸干得到无水氯化铝晶体

解析:选B Al(OH)3不溶于氨水,A错误;常温下铝与浓HNO3发生“钝化”,C错误;蒸发AlCl3溶液促进AlCl3的水解得到Al(OH)3,D错误。

5.(2016·南昌模拟)Al(OH)3和Ga(OH)3均为两性氢氧化物,已知酸性:H2CO3>Ga(OH)3>Al(OH)3,若把过量的CO2气体通入含等物质的量的NaAlO2和NaGaO2的混合溶液中,下列说法正确的是( )

A.无任何明显现象

B.先生成两种沉淀,后沉淀又逐渐溶解

C.先出现Al(OH)3沉淀,后出现Ga(OH)3沉淀,沉淀不溶解 D.先出现Ga(OH)3沉淀,后出现Al(OH)3沉淀,沉淀不溶解

解析:选C 因为酸性H2CO3>Ga(OH)3>Al(OH)3,故向NaAlO2和NaGaO2的混合溶液中充入过量CO2,Al(OH)3先沉淀,Ga(OH)3后沉淀,但均不溶于H2CO3。

6.(2016·喀什模拟)某溶液中可能含有大量的Mg、Al、H、Cl和少量OH,向该溶液中逐滴加入0.5 mol·L的NaOH溶液,生

37

-1

2+

3+

2+

2+

2+

2+

3+

2+

成沉淀的质量和加入NaOH溶液的体积之间的关系如图所示,则可判断原溶液中( )

A.有Mg,没有Al B.有Al,没有Mg C.有大量的H、Mg和Al D.有Mg和Al

解析:选D 根据图示可以推断,加入氢氧化钠溶液就生成了沉淀,故溶液中一定没有大量H;能够和氢氧化钠反应生成沉淀的离子有Mg、Al,生成的沉淀部分溶解,不溶解的是氢氧化镁,溶解的是氢氧化铝,所以一定含有Mg、Al,一定没有OH,故D项正确。

7.某校化学兴趣小组用如图所示过程除去AlCl3溶液中含有的Mg、K杂质离子并尽可能减少AlCl3的损失。

2+

2+

3+

2+

3+

2+

3++

2+

3+

3+

2+

2+

3+

下列说法正确的是( ) A.NaOH溶液可以用氨水来代替

B.溶液a中含有Al、K、Cl、Na、OH C.溶液b中只含有NaCl

D.向溶液a中滴加盐酸需控制溶液的pH

解析:选D A项,氨水也沉淀Al,不能代替NaOH溶液;B项,a中不含Al;C项,b也含有KCl。

8.把X溶液逐滴滴入Y溶液中,与把Y溶液逐滴滴入X溶液中,反应现象不同的是( )

X Y A NaHCO3 Ca(OH)2 B NaAlO2 HCl C NaHCO3 HCl D MgCl2 NaOH 3+

3+

3+

解析:选B A、C、D三项中,无论前者滴入后者还是后者滴入前者,反应现象均相同;B项,若将NaAlO2溶液滴入盐酸中,开始盐酸过量,没有沉淀生成,随着NaAlO2溶液的增多,会产生Al(OH)3白色沉淀,若将盐酸滴入NaAlO2溶液中,开始盐酸少量,会立即产生Al(OH)3白色沉淀,随着盐酸的过量,最后白色沉淀逐渐溶解,反应现象不同,符合题意。

9.(2016·济宁二模)某混合溶液中,含溶质X、Y各0.1 mol,向其中滴加0.1 mol·L

-1

的Z溶液,所得沉淀的物质的量如图,则符合条件的X、Y、Z分

别是( )

A.偏铝酸钠、氢氧化钡、硫酸

38

B.偏铝酸钠、氯化钡、硫酸 C.氯化铝、氯化镁、氢氧化钠 D.氯化铝、氯化铁、氢氧化钠

解析:选A 含0.1 mol NaAlO2、0.1 mol Ba(OH)2的溶液中加入0.1 mol H2SO4,恰好生成0.1 mol BaSO4,继续加入0.05 mol H2SO4,与AlO2恰好生成0.1 mol Al(OH)3,再加0.15 mol H2SO4,Al(OH)3恰好溶解,A正确;含0.1 mol NaAlO2、0.1 mol BaCl2的溶液中先加0.05 mol H2SO4产生0.15 mol沉淀,再加0.05 mol H2SO4,又生成0.05 mol的沉淀,再加0.15 mol H2SO4,氢氧化铝恰好溶解,B错误;含有0.1 mol AlCl3和0.1 mol MgCl2的溶液中,先加0.5 mol NaOH,生成沉淀0.2 mol,再加0.1 mol NaOH,氢氧化铝恰好完全溶解,C错误;含有0.1 mol AlCl3、0.1 mol FeCl3的溶液中加入0.6 mol NaOH,生成0.2 mol沉淀,再加0.1 mol NaOH,氢氧化铝恰好溶解,D错误。

10.(2016·上饶模拟)Na2O2、HCl、Al2O3三种物质在水中完全反应后,溶液中只含有Na

、H、Cl、OH;且溶液呈中性,则Na2O2、HCl、Al2O3的物质的量之比可能为( ) A.3∶2∶1 C.2∶3∶1

+--

B.2∶4∶1 D.4∶2∶1

解析:选B 溶液中只含有Na、H、Cl、OH,且溶液呈中性,所以中性溶液的溶质为NaCl,由反应2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑,4NaOH+4HCl===4NaCl+4H2O,可看成Al2O3不反应,只要Na2O2、HCl的物质的量之比为2∶4即符合题意,则Na2O2、HCl、Al2O3的物质的量之比可以为2∶4∶n,n可以是任意值。

11.某铝土矿中主要含有Al2O3、Al(OH)3、AlO(OH),还含有Fe2O3等杂质。利用拜耳法生产氧化铝的流程如图所示:

请回答下列问题:

(1)粉碎后的铝土矿碱浸时应在高温下进行,其目的是

________________________________________________________________________。 (2)AlO(OH)与NaOH溶液反应的化学方程式为______________________________。 (3)在稀释、结晶过程中,稀释的目的是________________________________________ __________;加Al(OH)3晶核的目的是促进Al(OH)3的析出。上述“稀释、结晶”工艺,也可用通入足量的________气体的方法来代替。

(4)浓缩所得的NaOH溶液由于吸收了空气中的CO2而含有杂质,该杂质可通过苛化反应除去,写出苛化反应的化学方程式:________________________________________。

(5)该生产流程能实现________(填化学式)的循环利用。

解析:(1)粉碎后的铝土矿碱浸时应在高温下进行,是因为温度越高,反应速率越快。

39

(2)AlO(OH)与NaOH溶液反应,最后得到偏铝酸钠,钠和铝的物质的量之比为1∶1所以AlO(OH)与NaOH以物质的量之比1∶1反应,即反应的化学方程式为AlO(OH)+NaOH===NaAlO2+H2O。

(3)AlO2在溶液中会发生水解:AlO2+2H2OAl(OH)3+OH,依据越稀越水解,可知加水稀释是为了促进AlO2的水解。“稀释、结晶”工艺中,也可以用偏铝酸盐与CO2反应代替,即2H2O+AlO2+CO2===Al(OH)3↓+HCO3。

(4)浓缩所得的NaOH溶液由于吸收了空气中的CO2而含有杂质,杂质是碳酸钠,碳酸钠与氢氧化钙反应生成苛性钠,从而除去碳酸根离子,化学方程式为Na2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2NaOH。

(5)后续反应中又生成氢氧化钠,而开始时是用氢氧化钠溶液溶解铝土矿,故该生产流程能实现循环利用的是NaOH。

答案:(1)加快反应速率 (2)AlO(OH)+NaOH===NaAlO2+H2O (3)促进AlO2的水解 CO2

(4)Na2CO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+2NaOH (5)NaOH

12.(2016·新余模拟)一位同学在复习时遇到这样一道习题:某无色溶液中可能含有 H、OH、Na、NO3,加入铝粉后,只产生H2,问该无色溶液中能大量存在哪几种离子。

(1)加入铝粉产生H2,说明铝具有________(填“氧化性”或“还原性”)。 (2)该同学分析:若H大量存在,则NO3就不能大量存在。 设计实验证实如下:

装置 现象 ⅰ.实验初始,未见明显现象ⅱ.过一会儿,出现气泡,液面上方呈浅棕色 ⅲ.试管变热,溶液沸腾 +

---

①盐酸溶解Al2O3薄膜的离子方程式是___________________________________ ________________________________________________________________________。 ②根据现象ⅱ,推测溶液中产生了NO,为进一步确认,进行如下实验:

实验 实验1 实验2 内容 将湿润KI-淀粉试纸置于空气中 用湿润KI-淀粉试纸检验浅棕色气体 现象 未变蓝 试纸变蓝 a.浅棕色气体是__________。 b.实验1的目的是___________________________________________________。

40

c.实验1、2说明反应生成了NO,将生成NO的离子方程式补充完整: Al+____NO3+______===____Al+______NO+______。 (3)再假设:若OH大量存在,NO3也可能不能大量存在。 重新设计实验证实如下:

装置 现象 ⅰ.实验初始,未见明显现象ⅱ.过一会儿,出现气泡,有刺 激性气味 -

3

为确认:“刺激性气味”气体,进行如下实验:用湿润KI-淀粉试纸检验,未变蓝;用湿润红色石蕊试纸检验,试纸变蓝。

①刺激性气味的气体是____________________。

②产生该气体的离子方程式是_______________________________________________ ____________________________________________________________________。 (4)在NaOH溶液中加入铝粉,结果只检验出有H2生成,其化学方程式是________________________________________________________________________。

解析:(1)加入铝粉产生H2,Al失去电子,H得到电子,则Al为还原剂,具有还原性。 (2)①盐酸与氧化铝反应生成氯化铝和水,该离子反应为6H+Al2O3===2Al+3H2O。②液面上方呈浅棕色,一定不是氢气,为氮的氧化物,由将湿润KI-淀粉试纸置于空气中未变蓝,说明KI在空气中不能被氧化,而用湿润KI-淀粉试纸检验浅棕色气体试纸变蓝,则KI被氧化,即二氧化氮与水反应生成硝酸,再氧化碘离子生成碘单质。a.由上述分析可知,浅棕色气体是NO2;b.实验1的目的是对比实验;c.Al与H、NO3发生氧化还原反应生成硝酸铝、NO和水,离子反应为Al+NO3+4H===Al+NO↑+2H2O。

(3)①用湿润KI-淀粉试纸检验,未变蓝;用湿润红色石蕊试纸检验,试纸变蓝,则气体为NH3。②由上述分析可知,碱性条件下Al与NO3发生氧化还原反应生成氨气,离子反应为8Al+3NO3+5OH+2H2O===3NH3↑+8AlO2。

(4)NaOH溶液中加入铝粉,结果只检验出有H2生成,即反应生成偏铝酸钠和氢气,反应为2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑。

答案:(1)还原性

(2)①6H+Al2O3===2Al+3H2O

②a.NO2 b.对比实验,排除氧气使湿润的淀粉-KI试纸变蓝的可能 c.1 1 4H 1 1 2H2O

(3)①NH3

②8Al+3NO3+5OH+2H2O===3NH3↑+8AlO2 (4)2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑

13.实验室采用MgCl2、AlCl3的混合溶液与过量氨水反应制备MgAl2O4的主要流程如下:

41

3+

3+

-+

3+

(1)制备MgAl2O4过程中,高温焙烧时发生反应的化学方程式为____________。 (2)判断流程中沉淀是否洗净所用的试剂是___________________________________。 (3)在25 ℃下,向浓度均为0.01 mol·L的MgCl2和AlCl3混合溶液中逐滴加入氨水,先生成________________________________________________________________________ 沉淀(填化学式),生成该沉淀的离子方程式:________________________________________

________________________________________________________________________ {已知25 ℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10

-11

-1

Ksp[Al(OH)3]=3×10-34}。

(4)无水AlCl3(183 ℃升华)遇潮湿空气即产生大量白雾,实验室可用下列装置制备。

装置B中盛放饱和NaCl溶液,该装置的主要作用是__________;F中试剂的作用是________________________________________________________________________。

(5)将Mg、Cu组成的3.92 g混合物投入过量稀硝酸中,充分反应后,固体完全溶解时收集到还原产物NO气体1.792 L(标准状况),向反应后的溶液中加入4 mol·L的NaOH溶液80 mL时金属离子恰好完全沉淀。则形成沉淀的质量为________g。

解析:(1)MgCl2、AlCl3的混合溶液中加入过量氨水,过滤所得沉淀为Al(OH)3和Mg(OH)2,故反应为2Al(OH)3+Mg(OH)2===MgAl2O4+4H2O。

(2)根据反应流程,沉淀中附着氯离子和铵根离子,若判断是否洗净,可以取少量最后一次洗涤液,加入AgNO3溶液(或硝酸酸化的AgNO3溶液)进行判断,若生成白色沉淀,则说明没有洗涤干净;若没有沉淀生成,则说明已经洗涤干净。

(3)根据溶度积计算可知,形成Al(OH)3沉淀所需氢氧根离子浓度最小,故先生成Al(OH)3

沉淀,一水合氨是弱碱,书写离子方程式时不能拆开,且生成沉淀不再溶解,离子方程式为Al+3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4。

(4)B中的饱和食盐水是为了除去混有的HCl气体;因为氯化铝易发生水解,故应该防止空气中的水蒸气进入E装置,F中试剂的作用是吸收水蒸气。

(5)设Mg和Cu的物质的量分别为a mol、b mol,根据电子守恒可得:2a+2b=0.08×3,则a+b=0.12,m(沉淀)=m(金属)+m(OH)=3.92 g+0.12 mol×2×17 g·mol=8.00 g。

-1

3+

-1

42

答案:(1)2Al(OH)3+Mg(OH)2===MgAl2O4+4H2O (2)AgNO3溶液(或硝酸酸化的AgNO3溶液) (3)Al(OH)3 Al+3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4 (4)除去HCl 吸收水蒸气 (5)8.00

3+

[循着图示·想一想] [特色特性·记一记]

1.特殊颜色:

(1)固体:Fe3O4、FeO——黑色,Fe2O3——红棕色,Fe(OH)3——红褐色

(2)溶液:Fe——浅绿色,Fe——黄色 2.特殊现象:

空气

(1)Fe(OH)2――→Fe(OH)3,白色沉淀迅速变成灰绿色,最终变成红褐色

(2)Fe遇KSCN溶液变红色

(3)Fe与[Fe(CN)6]反应生成铁氰化亚铁

2+

3-

3+

2+

3+

{Fe3[Fe?CN?6]2}蓝色沉淀

3.必记五反应: (1)Fe+2FeCl3===3FeCl2 (2)Cu+2FeCl3===CuCl2+2FeCl2 (3)2FeCl2+Cl2===2FeCl3 (4)2Fe+2I===I2+2Fe (5)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3

考点一|铁、铁的氧化物和铁的氢氧化物?基础送分型——自主学习?

[记牢主干知识]

1.铁元素的存在形式

3+

2+

43

2.铁的性质 (1)物理性质

纯铁具有金属的共性,如具有银白色金属光泽和良好的延展性,是电和热的良导体,具有能被磁铁吸引的特性,纯铁有很强的抗腐蚀能力。

(2)化学性质

铁元素性质活泼,有较强的还原性,主要化合价为+2价和+3价。

①与非金属单质的反应 a.与O2的反应:

常温下:铁被腐蚀生成铁锈,其主要成分为Fe2O3。 点燃

点燃时:3Fe+2O2===== Fe3O4。

点燃b.与Cl2的反应:2Fe+3Cl2===== 2FeCl3。 △c.与S的反应:Fe+S===== FeS。 ②与水的反应

常温下铁与水不反应,在高温条件下与水蒸气反应: 高温3Fe+4H2O(g)===== Fe3O4+4H2。 ③与酸的反应

a.与非氧化性酸反应的离子方程式为Fe+2H===Fe+H2↑。 b.与氧化性酸:

遇冷的浓硫酸或浓硝酸钝化,与稀硝酸或在加热条件下与浓硫酸、浓硝酸反应无H2产生。

④与某些盐溶液的反应

a.与CuSO4溶液反应的离子方程式为Fe+Cu===Fe+Cu。 b.与FeCl3溶液反应的离子方程式为2Fe+Fe===3Fe。

44

3+

2+

2+

2+

2+

3.铁的氧化物 化学式 俗名 颜色状态 溶解性 铁的化合价 与H反应 的离子方 程式 4.铁的氢氧化物 化学式 色态 与盐酸反应 受热分解 Fe(OH)2 白色固体 Fe(OH)2+2H===Fe+2H2O 可溶性亚铁盐与碱反应: Fe+2OH===Fe(OH)2↓ 2+-+2++FeO 黑色粉末 难溶于水 +2 Fe2O3 铁红 红棕色粉末 难溶于水 +3 Fe2O3+6H3++Fe3O4 磁性氧化铁 黑色晶体(有磁性) 难溶于水 +2、+3 Fe3O4+8H=== Fe+2Fe+4H2O 3++2+FeO+2H===Fe+H2O +2+===2Fe+3H2O Fe(OH)3 红褐色固体 Fe(OH)3+3H=== Fe+3H2O △2Fe(OH)3==== Fe2O3+3H2O 可溶性铁盐与碱反应: Fe+3OH=== Fe(OH)3↓ 3+-+3+制法 空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色沉淀二者的关系 迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 [练通基础小题] 一、基础知识全面练

1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)铁具有导电、导热、延展性及被磁体吸引的特性(√) (2)Fe分别与氯气和盐酸反应所得氯化物相同(×) (3)用铁制容器可以运输浓硝酸和浓硫酸(√) (4)氧化铁能与酸反应,所以可用于制作红色染料(×)

(5)Fe2O3不可与水反应得到Fe(OH)3,所以不能通过化合反应制取Fe(OH)3(×) (6)Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生,说明Fe与两种酸均发生置换反应(×) (7)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl3,在少量Cl2中燃烧生成FeCl2(×) (8)根据Cl2、S与铁的反应可以判断氯元素和硫元素的非金属性强弱(√) 2.将下列物质的颜色和用途或性质用短线连接起来。

①Fe2O3 a.红褐色

A.具有较强的还原性

45

②Fe(OH)2 b.红棕色 ③Fe(OH)3 c.白色 ④Fe d.棕黄色 ⑤Fe e.浅绿色

3+2+

B.易被氧化成灰绿色最终变成红褐色 C.红色油漆、涂料 D.受热分解成红棕色粉末 E.具有较强的氧化性

答案:①—b—C;②—c—B;③—a—D;④—e—A;⑤—d—E 二、常考题点分组练

题点(一) 铁氧化物的组成与性质 1.下列说法正确的是( )

盐酸蒸发

A.(2015·江苏高考)制备无水FeCl3的转化均能一步实现:Fe2O3――→FeCl―3(aq)― →无水FeCl3

B.(2014·北京高考)铁表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化 C.(2014·北京高考)将试管①中铁粉与

水蒸气加热,试管②中肥皂水冒泡,说明铁与水蒸气在加热条件下发生了反应

D.Fe2O3是红棕色粉末,俗称铁红,常用作红色油漆和涂料

解析:选D 因FeCl3能够发生水解反应,故蒸发FeCl3溶液不能得到无水FeCl3,A错误;铁表面的氧化层不能阻止铁的进一步氧化,B错误;因试管①中气体受热膨胀,试管②中肥皂水冒泡不能说明Fe与水蒸气发生了反应。

2.一定质量的某铁的氧化物FexOy,与足量的4 mol·L硝酸溶液充分反应,消耗硝酸溶液 700 mL,生成2.24 L NO(标准状况)。则该铁的氧化物的化学式为( )

A.FeO C.Fe3O4

B.Fe2O3 D.Fe4O5

-1

-1

解析:选C 铁的氧化物FexOy与足量的4 mol·L硝酸溶液充分反应,生成Fe(NO3)3,2.24 L硝酸被还原生成NO,NO的物质的量为mol,根据氮原子守恒,3n[Fe(NO3)3]-1=0.1

22.4 L·mol+n(NO)=n(HNO3),故3n[Fe(NO3)3]+0.1 mol=0.7 L×4 mol·L,解得n[Fe(NO3)3]=0.9 mol,令氧化物FexOy中Fe元素的平均化合价为a,根据得失电子守恒,则0.9 mol×(3-a)88

=0.1 mol×(5-2),解得a=,由化合物中正负化合价代数和为0可得x=2y,则x∶y33=3∶4,故该氧化物的化学式为Fe3O4。

46

-1

[探规寻律] 铁的氧化物组成的判断方法 设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n, 则氧化物中n(Fe)∶n(O)=∶=a∶b, 5616mn若a∶b=1∶1,则铁的氧化物为FeO; 若a∶b=2∶3,则铁的氧化物为Fe2O3; 若a∶b=3∶4,则铁的氧化物是Fe3O4,或FeO与Fe2O3按物质的量比1∶1的混合物,或FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物(其中FeO、Fe2O3物质的量之比为1∶1,Fe3O4为任意值)。 题点(二) 氢氧化亚铁的制备

3.下列各图示中,能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀的是________。

解析:因为Fe(OH)2在空气中很容易被氧化为红褐色的Fe(OH)3,即发生4Fe(OH)2+O2

+2H2O===4Fe(OH)3。因此要较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的氧气或空气。①、②原理相同,都是先用氢气将装置中的空气排尽,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中;③的原理为铁作阳极产生Fe,与电解水产生的OH结合生成Fe(OH)2,且液面用汽油保护,能防止空气进入;⑤中液面加苯阻止了空气进入;④由于带入空气中的氧气,能迅速将Fe(OH)2氧化,因而不能较长时间看到白色沉淀。

答案:①②③⑤

4.用下列方法可制得白色的Fe(OH)2沉淀:用不含Fe的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。

(1)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入________________。

47

3+

2+

(2)除去蒸馏水中溶解的O2常采用________的方法。

(3)生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是_____________________________

________________________________________________________________________。 解析:(1)Fe易水解,要加入稀硫酸防止其水解;Fe易被空气中的O2氧化,要加Fe粉防止Fe被氧化。

(2)气体的溶解度随温度升高而降低,所以煮沸后的水中溶解的O2较少。 答案:(1)稀硫酸、铁屑 (2)煮沸 (3)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2

[探规寻律]

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试管的亚铁盐溶液底部,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Fe与OH反应制取。 考点二|Fe、Fe的相互转化及检验?重点保分型——师生共研?

2+

3+

2+

2+

2+

2+

[基础自主落实]

1.亚铁盐

含有Fe的溶液呈浅绿色,既有氧化性,又有还原性。 (1)氧化性:Fe与Zn反应的离子方程式: Zn+Fe===Fe+Zn;

(2)还原性:Fe与Cl2反应的离子方程式: 2Fe+Cl2===2Fe+2Cl。 2.铁盐 (1)氧化性:

含Fe的溶液呈黄色,Fe具有较强的氧化性。

①Fe与Cu反应的离子方程式:2Fe+Cu===Cu+2Fe。 ②Fe与I反应的离子方程式:2Fe+2I===2Fe+I2。 (2)特性:

含有Fe的盐溶液遇KSCN溶液变成红色。 3.Fe与Fe的转化

2+

3+

3+3+

3+

2+

3+

3+

2+

2+

3+

3+

2+

3+

2+

2+

2+

2+

2+

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强氧化剂,如①酸性条件下H2O2、②稀HNO32+3+

FeFe 还原剂,如③Fe、④H2S上述转化关系中标号反应的离子方程式: ①2Fe+H2O2+2H===2Fe+2H2O; ②3Fe+NO3+4H===3Fe+NO↑+2H2O; ③2Fe+Fe===3Fe;

④2Fe+H2S===2Fe+S↓+2H。 4.Fe、Fe的检验 (1)Fe的检验

方法一:取出少量被检验的溶液于试管中,滴加KSCN溶液,溶液变红色,证明有Fe存在。

方法二:取出少量被检验的溶液于试管中,加入NaOH溶液,产生红褐色沉淀,证明有Fe存在。

(2)Fe的检验

方法一:取出少量被检验的溶液于试管中,滴加KSCN溶液,无现象,再滴加氯水,若变成红色溶液,说明有Fe存在(鉴别时不能先滴加氯水)。

2Fe+Cl2===2Fe+2Cl, Fe+3SCNFe(SCN)3(红色)。

方法二:取出少量被检验的溶液,加入NaOH溶液,产生白色絮状沉淀,白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最终变为红褐色,证明有Fe存在。

Fe+2OH===Fe(OH)2↓, 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。

(3)含Fe、Fe的混合溶液中Fe、Fe的检验 ①Fe的检验:

滴加KSCN溶液3+a.混合溶液―――――→溶液变红色,说明含有Fe 淀粉-KI试纸3+b.混合溶液――――――→试纸变蓝色,说明含有Fe ②Fe的检验:

滴加酸性2+a.混合溶液――――――→KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe KMnO4溶液滴加溴水2+b.混合溶液――――→溴水褪色,说明含有Fe 5.含铁物质的分离与提纯

主要物质 Fe 2+2+3+

2+

3+

3+

2+

2+

2+

3+

2+

3+

-2+

2+

3+

3+

3+3+

2+

3+

2+

3+

2+

2+

3+

2+

3+

杂质 Fe 3+除杂方法 加过量铁粉后过滤 49

FeCl3 Fe Fe Fe2O3 小题热身 2+FeCl2 Cu Al Al2O3、SiO2 2+加氯水或H2O2 加过量铁粉后过滤 加过量NaOH溶液后过滤 加过量NaOH溶液后过滤 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。

(1)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Fe(√)

(2)硫酸亚铁溶液中加入用硫酸酸化的H2O2:Fe+2H+H2O2===Fe+2H2O(×) (3)FeCl3溶液与KSCN溶液反应的离子方程式为Fe+3SCN===Fe(SCN)3↓(×) (4)氢氧化铁与HI溶液仅发生中和反应(×)

(5)1 mol FeI2与足量氯气反应时转移的电子数为2NA(×) (6)中性溶液中可能大量存在Fe、K、Cl、SO4(×)

2.为了验证Fe的性质,某化学兴趣小组设计了下图所示的一组实验,其中实验方案设计错误的是________。

3+

3+

2-3+

2+

3+

2+

答案:③、④

[考向合作探究]

Fe、Fe的相互转化及应用 1.下列说法正确的是( ) A.(2014·安徽高考)Fe2(SO4)3溶液与KI溶液反应的离子方程式:Fe+2I===Fe+I2

B.(2014·全国卷)除去NH4Cl溶液中混有的Fe,可先加NaOH溶液后过滤

C.(2015·广东高考)向FeSO4溶液中先滴入KSCN溶液,再滴加H2O2溶液,溶液变成血红色,说明Fe具有还原性

D.(2014·新课标卷Ⅰ)FeCl3溶液可用于铜质印刷线路板制作,是因为FeCl3能从含Cu

2

2+

3+

3+

2+

2+3+的溶液中置换出铜

解析:选C Fe与I反应的离子方程式电荷不守恒,A错误;NH4与OH反应生成

3+

NH3·H2O,不符合除杂要求,B错误;FeCl3与Cu反应的化学方程式为2FeCl3+Cu===CuCl2+2FeCl2该反应不属于置换反应,D错误。

50

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/9wj8.html

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