第四讲 金属及其化合物

高中化学必修2

第四讲 金属及其化合物

[归纳总结］：常温下，金属一般为银白色晶体（汞常温下为液体），具有良好的导电性、导热性、延展性，金属的熔沸点和硬度相差很大。 二、金属的化学性质

三、金属化合物的性质 12

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3、盐

四、金属及其化合物之间的相互转化

1、钠及其重要化合物之间的转化关系，写出相应的化学反应方程式。

2、铝及其重要化合物之间的转化关系，写出相应的化学反应方程式。

3

④

3

3、铁及其重要化合物之间的转化关系，写出相应的化学反应方程式。

Fe3O3

⑩

五、用途广泛的金属材料

合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各金属成分。合金的硬度一般比它的各成分金

3+-（1）Al+3OH=Al（OH）3↓

--（2）Al(OH)3 + OH = AlO2 + 2H2O

3+--(3) Al + 4OH = AlO2 + 2 H2O

(4)AlO2+ H + H2O = Al(OH)3

（5）Al（OH）3+3H= Al+3H2O (6) AlO- + H+ = Al3+ + 2HO

+

3+

2

2

-

+

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二、掌握有关铁的转化关系

2+3+

Fe、Fe、Fe之间的相互转化关系，可用如下铁三角关系图说明。

Fe

2、

I2 HNO3、(强氧化剂)

(较弱氧化剂) S 2SO4(浓)

H+

CO 等

Cu2+等

、 (还原剂) Fe、Zn、Cu、H2S、KI等

Fe2+ Fe3+

Cl2、O2、HNO3、H2SO4(浓)、KMnO4(H+等

（强氧化剂）

+2+

（1）Fe+2H=Fe+H2↑ （2）2Fe+3Cl2=2FeCl3

2+3+-（3）2Fe+Cl2=2Fe+2Cl 3+2++

（4）2Fe+H2S=2Fe+S+2H （5）FeO+C=Fe+CO

（6）Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2

2002年全国高考19题）如图所示已知：①甲、乙、丙、丁均为前三周期元素的单质。②在一定条件下甲与丙和甲与丁都按物质的量之比1：3反应，分别生成X和Y，在产物中元素甲呈负价。③在一定条件下乙与丙和乙与丁都按物质的量之比1：2反应，分别生成Z和W，在产物中元素乙呈负价。请填空：

(1)甲是__________，乙是__________。

(2)甲与丙反应生成X的化学方程式是__________。 (3)乙与丁反应生成W的化学方程式是__________。

解析：（1）由②得知，甲必为短周期中的负三价元素N或P，又由常见反应知甲只能为N。由③得知，乙必为短周期负二价元素，只有0符合。（乙为S时，分别与丙、丁反应比不为1：2）（2）丙、丁也可互换。均符合题意。1）当丙为Mg时，丁为H2。2）当丙为H2时，则丁为Mg。

答案：（1）甲是N2，乙是O2。（2）N2+ +3Mg Mg3N（或N2+3H22NH3）；（3）O2+2H2=2H2O（或2Mg+O2=2MgO）。 2【例2】(2001广东高考试题)将等物质的量的两种氧化物溶于100mL硫酸，而后逐滴加入1.00mol/L的氢氧化钠溶液．当加入的氢氧化钠的体积V1=50mL时，开始有沉淀析出，且沉淀量随氢氧化钠的加入量逐渐增加．当氢氧化钠的体积V2=650mL时，沉淀量达到最大值，继续滴加氢氧化钠时，沉淀量逐渐减小．当时，沉淀量不再改变．

(1)最初加入的50mL氢氧化钠溶液的作用是什么？ (2)计算所用硫酸的浓度．

(3)试判断两种氧化物各是什么，并计算其物质的量． 分析：本题考察的知识点是物质的量在化学反应中的应用及两性氧化物的性质等基础化学知识和简单的推理计算能力和思维的整体性．从题目中可以得知这两种化合物都为金属氧化物，溶于酸后加入氢氧化钠50mL才开始有沉淀析出，证明硫酸是过量的．这部分氢氧化钠是来中和过量的硫酸的。当又滴入600mL氢氧化钠时金属离子完全沉淀，再加入100mL氢氧化钠时有一种金属氢氧化物沉淀恰好被溶解完，可判断该氢氧化物为氢氧化铝且物质的量为0.1mol，则氧化铝为0.05mol．所以另一种氧化物也为0.05mol，溶于酸后产生的金属离

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子完全沉淀时也消耗0.3mol的氢氧化钠．由此可以推出其化合价为+3价，必为三氧化二铁。

解答：

(1)中和过量的硫酸

-＋

(2)沉淀量最大时所用OH的物质的量与100mL强酸中H的物质的量相等， -＋＋

n(OH)=1.00mol/L×0.650L=0.650mol，故n(H)也为0.650mol，故n(H)也为0.650mol，硫酸的浓度为3.25mol/L。

-（3）由题意知，其中一种氧化物为Al2O3，根据Al(OH)3+OH=AlO2+2H2，该反应用去的n(NaOH)=1.00mol/L×(0.750-0.650)L=0.100mol故Al(OH)3为0.100mol，而Al2O3为0.0500mol根据3+-Al+3OH=Al(OH)3,生成Al(OH)3用去0.300molNaOH。而生成另一种氢氧化物也用去0.300molNaOH，且已知两种氧化物的物质的量相等，故另一种氧化物也是三价金属的氧化物，且不溶于过量碱溶液中，可知其为Fe2O3。Fe2O3的物质的量为0.0500mol

点悟：本题的易错点是将50mL氢氧化钠中和的硫酸当作100mL硫酸中的全部硫酸，求出了硫酸的浓度为0.5mol/L．根据氧化物不溶于氢氧化钠认为是氧化镁或氧化铁的确定缺乏说服力，没有任何说明直接得出结论．在作题目时要言之有据．

【例3】 (2004年全国理综Ⅲ，26)粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。进行如下实验：①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；②另取20 g A全部溶于0.15L6.0 mol·L 1盐酸中，得溶液C；③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出 l.12 L（标况）气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色。

请填空:

(1)①中引发铝热反应的实验操作是 ，产物中的单质B是 。 (2)②中所发生的各反应的化学方程式是 。 (3)③中所发生的各反应的离子方程式是 。

2＋2＋

(4)若溶液D的体积仍视为0.15 L，则该溶液中c（Mg）为__________， c（Fe）为__________。 【巧解思路】设试样A中MgO、Fe2O3的物质的量依次为x、y。由题意有如下变化关系：

因为所加HCl中的氢原子全部进入H2O和H2中，所以，据氢元素守恒有：

1

n(H2O)=n(HCl)－2n (H2)]=0.4mol；

2

而水分子中的氧原子全部来自两种金属氧化物中，所以，据氧元素守恒有： n(H2O)= n(MgO)+3n (Fe2O3)，即0.4mol=x+3x，解得x=0.1mol；

又因为HCl中的氯原子最终全部进入溶液D的MgCl2和FeCl2中，所以，根据氯元素守恒有： n(HCl)=2n(MgCl2) +2n(FeCl2)，即0.9mol=2×0.1mol+2y，解得y=0.35mol.

0.1mol0.35mol2＋-12＋-1

因此， D溶液中c（Mg）=·L；c（Fe）=·L。

0.15 L 0.15 L

－1

【例4】(2003年广东高考题)取一定量的Na2CO3、NaHCO3和Na2SO4固体的混合物与250mL1.00mol·L过

－1

量盐酸反应，生成2.016L CO2（标准状况），然后加入500mL0.100mol·LBa(OH)2溶液，得到沉淀的质量为

－1

2.33 g，溶液中过量的碱用10.0mL1.00mol·L盐酸恰好完全中和。计算混合物中各物质的质量。

【巧解思路】本题涉及的反应方程式有四个：Na2CO3＋2HCl==2NaCl＋H2O＋CO2↑；NaHCO3＋HCl==NaCl＋H2O

2－2＋＋－

＋CO2↑；SO4＋Ba==BaSO4↓；H＋OH==H2O。按常规思路需分步进行计算，非常繁琐。而运用元素守恒关系则可不必写方程式而快速作答：

设 Na2CO3、NaHCO3和Na2SO4的物质的量分别为x、y、z。 题中2.33g 沉淀应该为BaSO4（物质的量为0.01mol），而反应中加入的Ba(OH)2为0.5L×0.100mol/L＝

2＋2－2－

0.05mol，所以，Ba有剩余（过量0.05mol-0.01mol=0.04mol），SO4反应完全，因此，原来SO4物质的量为0.01mol，即z=0.01mol，Na2SO4的质量为1.42g。

2.016L

据碳元素守恒有 x+y=n(CO2)= ①

22.4L·mol

因为最后所得溶液中的溶质有NaCl和BaCl2，其中含BaCl20.04mol。

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据钠元素守恒可知：n(NaCl)=2n(Na2CO3)+n(NaHCO3)+2n(Na2SO4)=（2x+y+2z）mol 据氯元素守恒又有n(NaCl)+2n(BaCl2)=n(HCl) 即

-1-1

2x+y+2z+0.04mol×2=0.25L×1.00mol·L+0.01L×1.00mol·L=0.26mol 整理得 2x+y=0.16 ②

解①②联立方程组得 x=0.07mol，y=0.02mol

NaHCO3的质量分别为0.07mol×106g/mol=7.42g、0.02mol×84g/mol=1.68g。 16小题，每小题3分，共48分） 1. 下列所用材料不属于合金的是

A．家用的铝窗 B．建筑用的钢筋

C．铸造用的黄铜 D．温度计用的水银 2．国际上推广使用中国铁锅，这是因为铁锅

A．是单质 B．含碳，属混合物 C．化学性质活泼D．易使食物中含人体所需的铁元素 3.下列物质中，可用于治疗胃酸过多的是

A.碳酸钠 B.氢氧化铝 C. 氧化钙 D.碳酸钙 4.下面有关Na2CO3 与NaHCO3的叙述错误的是 ．．

A.Na2CO3遇少量酸可转化为NaHCO3 B.在水中的溶解度Na2CO3比NaHCO3大

C.与同浓度的硫酸反应时，Na2CO3比NaHCO3剧烈 D.NaHCO3能与NaOH反应，而Na2CO3不能 5.只能用焰色反应实验区分的是

A.NaCl和Na2CO3 B.KCl和NaCl C.KCl和K2CO3 D.钠和钾 6.为了检验某FeCl2溶液是否变质，可向溶液中加入

A.NaOH溶液 B.铁片 C.KSCN溶液 D.石蕊溶液 7. 下列反应，其产物的颜色按红色、淡黄色、蓝色顺序排列的是

①金属钠在纯氧中燃烧；②FeCl3溶液滴入KSCN溶液；③无水硫酸铜放入医用酒精中。 A.②①③ B.③②① C.③①② D.①②③ 8.（2006全国Ⅱ，8）下列反应的离子方程式书写正确的是

3＋－＋

A 氯化铝溶液中加入过量氨水：Al＋4NH3·H2O＝AlO2＋4NH4＋2H2O

2＋－－

B 澄清石灰水与少量苏打溶液混合：Ca＋OH＋HCO3＝CaCO3↓＋H2O

＋2＋

C 碳酸钙溶于醋酸：CaCO3＋2H＝Ca＋CO2↑＋H2O

2＋3＋－

D 氯化亚铁溶液中通入氯气：2Fe＋Cl2＝2Fe＋2Cl

2-9.向明矾溶液中滴入Ba(OH)2溶液，当SO4沉淀完全时，铝元素的存在形式是

3＋-A．Al(OH)3和Al B．Al(OH)3和AlO2

-C．全部为Al(OH)3 D．全部为AlO2

＋2＋2＋3＋

10. 某溶液中有NH4、Mg、Fe和Al四种离子，若向其中加入过量的氢氧化钠溶液，微热并搅拌，再加入过量盐酸，溶液中大量减少的阳离子是

＋2＋2＋3＋

A．NH4 B．Mg C．Fe D．Al 11. Mg、Al、Fe三种金属分别跟同浓度、同体积的稀盐酸反应时，放出的氢气质量相等，则下列说法中正确的是

A.三种金属的物质的量相等 B.三种金属均过量

C.三种金属的质量相等 D.参加反应的三种金属的质量比为12：9：28 12.将铁屑溶于过量的盐酸后，在加入下列物质后，会有三价铁生成的是 A.硫酸 B.氯水 C.硝酸锌 D.氯化铜

13. 在允许加热的条件下，只用一种试剂就可以鉴别硫酸铵、氯化钾、氯化镁、硫酸铝和硫酸铁溶液，这种试剂是

A．NaOH B．NH3-H2O C．AgNO3 D．BaCl2

14.在无色透明的强酸性溶液中，能大量共存的离子组是

＋2＋—2—＋3＋—-A.Na、Mg、MnO4、SO4 B.NH4、Al、NO3、Cl ＋＋—2＋＋—-C.K、Na、AlO、NO3 D.Mg、K、HCO3、OH

15．一定温度下，Wg下列物质在足量氧气中充分燃烧，产物与过量的过氧化钠完全反应过氧化钠固体增重Wg，符合此要求的是

①H2 ②CO ③CO和H2 ④HCOOCH3 ⑤HOOC-COOH

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A、全部 B．仅④⑤ C、仅①②③ D．除⑤以外

16.在下面图中横坐标为向一定量的某溶液中加入某物质的量，纵坐标为生成沉淀的量.符合向含少量NaOH的NaAlO2溶液中，逐滴加入稀HCl的图象是

二、填空题（本题含5小题。共43分）

17.（13分）红砖是用粘土高温烧结而成，因其颜色呈红色或棕红色而得名，常用作建筑材料

(1)根据红砖的颜色、猜测其可能含有的成份是（写化学式）__________________ (2)为了检验你的猜测是否正确，请设计一个实验方案，简要地写出各步操作过程以及

最后的实验分析和结论，涉及化学反应的写出化学方程式（实验用品任取，该实验分几步自已决定，不必写实验装置中的仪器安装）

实验步骤：① 用铁锤敲碎红砖，取小块磨成粉末。 ② ③ ┇ ┇

实验分析及结论：

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 （3）红砖曾对我国建设具有重要作用，就目前我国实际情况看，你是认为应继续使用或者是禁止使用红砖？____________________，理由是___________________________。

18.（6分）在长期载人太空飞行的宇航器中，每个宇航员平均每天需要消耗0.9kg氧气，呼出1.0kg二氧化碳。为了能保持飞船坐舱内空气成分的稳定，有科学家提出“金属过氧化物处理系统”，即不断把舱内的空气通过盛有金属过氧化物（以过氧化钠为例）的容器，并把处理后的气体充入座舱。有关反应的化学方程式是：

① ；② 。将处理后的气体充入座舱时，应注意采取的一项措施是 。

X+CO2+H2O ；19.（8分）有4种钠的化合物，W、X、Y、Z，根据下列反应式判断W、X、Y、Z的化学式。W X+O2 ；Z+H2O Y+O2↑；X+Ca(OH)2 Y+CaCO3↓。 Z+CO2

W为 ，X为 ，Y为 ，Z为 。

20.（4分）若钠、钾等碱金属在空气中失火，可否用水或二氧化碳灭火，为什么？用什么灭火效果好？

21. （12分）在高温下，Fe与水蒸气可发生反应。应用下列装置，在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下"Fe与水蒸气反应的实验"。

请回答该实验中的问题。

(1)写出该反应的化学方程式 。 (2)实验前必须对整套装置进行的操作是 ； (3)碱石灰的作用是 ；

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(4) 试管中收集到的气体是 ，如果要在A处玻璃管口处点燃该气

体，则必须对该气体进行 ，检验这一操作的目的是

三、计算题（共9分） 22．（8分）将Na2CO3和NaHCO3混合物19g，充分加热后，收集到CO2有1.12L（标准状况），冷却后将剩余固体溶于300ml水中，求：

(1) 原混合物中Na2CO3的质量。 (2) 所得溶液的物质的量浓度

参考答案

1、D 2、D 3、B 4、C 5、B 6、C 7、A 8、D 9、D 10、C 11、BD 12、BC 13、A 14、B 15、B 16、C

17.（13分）(1)（1分）Fe2O3 (2)步骤及化学方程式（5分）

② 将红砖粉末放入烧杯，加入适量稀盐酸，搅拌：Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O③ 将混合液倒入过滤器过滤④ 在滤液中滴入KSCN溶液：FeCl3 + 3KSCN = Fe(SCN)3 + 3KCl

分析及结论(4分),若溶液呈血红色，证明红砖含有Fe2O3，若溶液不呈血红色，说明红砖 不含Fe2O3。

(3)（3分）应禁止使用。因为会消耗大量的国土资源 18. （6分）2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2

2Na2O2+2 H2O ===4NaOH+O2↑ 补充适量的水蒸气。

19.（8分）NaHCO3 Na2CO3 NaOH Na2O2 20、（4分）。不能，（1分）提示：从多角度考虑（一）钠、钾与水反应；（二）过氧化物与水、CO2反应。（3分）

21. (12分，每空2分 )

△

（1）3Fe＋4H2O(g)═ Fe3O4+4H2(2分) （2）检验装置的气密性(2分) （3）干燥反应产生的气体(2分)

（4）H2(2分)；验纯(2分)；防止点燃时，氢气因含有氧气而爆炸(2分)

22． （9分）n(NaHCO3)=0.1mol, （5分） n(Na2CO3·10H2O)=0.01mol（4分）

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