【经典二轮】2013年高中化学经典二轮专题5 金属及其化合物 教师专用.pdf

专题五 金属及其化合物
【2013考纲解读】
钠、铝、铁、铜及其化合物是日常生活中非常重要的物质，特别是铝、铁在国民经济中占有极其重要的地位。

命题的重点将是钠及其化合物(特别是Na2O2、Na2CO3、NaHCO3)的性质、铝及其化合物的两性、Fe2＋与Fe3＋之间的转化关系、铜的冶炼及Cu(OH)2的性质等。

估计以后高考试题将会在选择题中以离子共存、离子方程式、氧化还原反应、物质的鉴别与分离等角度考查金属元素及其化合物的性质，也会在非选择题中以金属元素的性质为载体，通过推断题、实验题，考查考生运用金属元素的有关知识分析解决问题的能力。

以实验探究的形式考查元素化合物的性质将成为201年高考命题的新亮点。

【知识网络构建】
2. 铝及其化合物
3. 铁及其化合物
4. 铜及其化合物
【高频考点突破】1．钠及其化合物
(1)等物质的量的金属钠被氧化成Na2O和Na2O2时转移的电子数相同。

(2)钠与酸反应时，先与酸反应，酸不足再与水反应。

(3)钠与盐的溶液反应：钠不能置换出溶液中的金属，钠直接与水反应，反应后的碱再与溶液中的其他物质反应。

(4)Na2O2与CO2或H2O反应时，生成1 mol O2，转移电子的物质的量为2 mol。

(5)Na2O2跟CO2和水蒸气组成的混合气体反应时，应先考虑Na2O2跟CO2的反应。

因为若先发生反应
：2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，必定还发生反应：2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O。

(6)Na2O2与SO2反应的化学方程式为：Na2O2＋SO2===Na2SO4。

(7)向Na2CO3溶液中逐滴滴入盐酸，反应是分步进行的。

反应的离子方程式依次为：CO＋H＋===HCO、
HCO＋H＋===H2O＋CO2↑。

2．镁、铝及其化合物
(1)镁在空气中燃烧主要发生反应：2Mg＋O22MgO，此外还发生反应：3Mg＋N2Mg3N2、2Mg＋CO22MgO＋C。

(2)Mg3N2与水反应：Mg3N2＋6H2O===3Mg(OH)2＋2NH3↑。

(3)加热Mg(HCO3)2溶液生成的是Mg(OH)2沉淀，而不是MgCO3沉淀，因为Mg(OH)2比MgCO3更难溶于水。

反应方程式为Mg(HCO3)2Mg(OH)2↓＋2CO2↑。

(4)铝与NaOH溶液、非氧化性强酸反应生成H2。

常温下，浓硝酸、浓硫酸使铝发生钝化。

(5)Al2O3、Al(OH)3仅能溶于强酸和强碱溶液中(如在氨水和碳酸中不溶)。

(6)Al3＋、AlO只能分别存在于酸性、碱性溶液中。

Al3＋与下列离子不能大量共存：OH－、CO、HCO、SO、S2－、ClO－、AlO，其中OH－是因为直接反应，其余均是因为发生了剧烈的双水解反应。

AlO与下列离子不能大量共存：H＋、HCO、Al3＋、Fe2＋、Fe3＋，其中H＋和HCO是因为与AlO直接反应(AlO＋HCO＋H2O===Al(OH)3↓＋CO)，其余也是因为发生了剧烈的双水解反应。

(7)明矾的净水原理：明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O，它在水中能电离：KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO。

铝离子发生水解反应，生成的氢氧化铝胶体具有很强的吸附能力，吸附水中的悬浮物，使之沉降以达到净水目的
：Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋。

3．铁、铜及其化合物
(1)Fe与Cl2反应只能生成FeCl3，与I2反应生成FeI2，与反应物的用量无关。

(2)Fe与水蒸气在高温下反应生成H2和Fe3O4，而不是Fe2O3。

(3)过量的Fe与硝酸作用，或在Fe和Fe2O3的混合物中加入盐酸，均生成Fe2＋。

要注意产生的Fe3＋还可以氧化单质Fe这一隐含反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。

(4)NO与Fe2＋在酸性条件下不能共存。

(5)Fe2O3、Fe(OH)3与氢碘酸反应时，涉及Fe3＋与I－的氧化还原反应，产物为Fe2＋、I2和H2O。

(6)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，灼烧后得到红棕色Fe2O3固体；而Fe2(SO4)3溶液蒸干时，因硫酸是难挥发性的酸，将得不到Fe(OH)3固体，最后得到的固体仍为Fe2(SO4)3。

(7)注意亚铁盐及Fe(OH)2易被空气中氧气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＋。

( )
A．Na失火不能用CO2灭火，K失火不能用CO2灭火
B．工业上用电解熔融MgCl2的方法制取金属镁，也用电解熔融AlCl3的方法制取金属铝
C．Al与S直接化合可以得到Al2S3，Fe与S直接化合也可以得到Fe2S3
D．Fe3O4可以写成FeO·Fe2O3的形式，Pb3O4也可写成PbO·Pb2O3的形式
【答案】A
【解析】 AlCl3为共价化合物，熔融状态不导电，故不能用电解熔融AlCl3的方法制取金属铝；Fe与S直接化合只能生成FeS；Pb3O4中铅的化合价分别为＋2和＋4，故Pb3O4应写成2PbO·PbO2的形式。

【变式探究】由熔盐电解法获得的粗铝含一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝，工艺流程如下：
(1)精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为①__________________和②__________________________。

(2)将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。

气泡的主要成分除Cl2外还含有________；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在________。

(3)在用废碱液处理气体A的过程中，所发生反应的离子方程式为_____________________________。

(4)镀铝电解池中，金属铝为________极，熔融盐电镀液中铝元素和氯元素主要以AlCl和Al2Cl形式存在，铝电极的主要电极反应式为___________________________________。

(5)钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是_________________________。

生
【点评】 以金属及其化合物的基本知识为命题线索，设置情境，或者结合某些新技术等命题来考查考生综合运用基本知识来解决实际问题的能力是近几年高考中的一个新动向，尤其是新课标试验区的高考题，频频出现。

因此在复习过程中既要注重基础知识复习，更要注重综合能力的提升。

考点二 常见金属与其化合物的转化
两种常见金属及其化合物的转化形式：
1．直线型转化关系
ABC
(1)NaNa2ONa2O2
(2)X为强酸，如NaAlO2Al(OH)3AlCl3
(3)X为强碱，如AlCl3Al(OH)3NaAlO2
2．三角型转化关系
例2、物质A、B、C、D为中学常见单质，其组成元素的原子序数依次减小，且其中只有三种是短周期元素，B为黄绿色气体。

试根据图12－3中物质的相互转化关系回答下列问题。

(1)A的化学式为________。

(2)在FG的转化中，A的作用是________；在①～⑥的反应中，不属于氧化还原反应的是________。

(多填或少填无分)
(3)写出A在高温下与H反应的化学反应方程式并标出电子转移的方向和数目：_____________________________。

(4)写出反应⑥的化学反应方程式：___________________。

(5)已知在101 kPa 条件下，2 mol D完全燃烧生成液态生成物放出571.6 kJ热量；请书写表示D燃烧热的热化学方程式：_________________________________________。

【答案】(1)Fe　(2)还原剂　⑤⑥
(5)在氢气燃烧热的热化学方程式中，氢气的化学计量数必须是1 mol。

A～I分别表示中学化学中常见的一种物质，其中A、I为常见金属，它们之间的相互关系如图12－4所示(部分反应物、生成物没有列出)，且已知G为主族元素的固态氧化物，A、B、C、D、E、F六种物质中均含同一种元素。

图12-4
请填写下列空白：
(1)A、B、C、D、E、F六种物质中所含同一种元素在周期表中的位置是___________________。

(2)写出C物质的化学式：________。

(3)写出下列反应的化学方程式或离子方程式：
反应①的化学方程式：__________________________；
反应④的离子方程式：____________________________；
反应⑥的化学方程式： ____________________。

(4)从能量变化的角度看，反应①②③中，属于ΔH＜0的反应是________。

(填序号)
【答案】(1)第四周期第Ⅷ族
(2)FeCl2
(3)8Al＋3Fe3O44Al2O3＋9Fe
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
(4)①②
【解析】 G为主族元素的固态氧化物，由G可以与NaOH反应和反应③，猜测G是Al2O3，则J是NaAlO2，G电解得到金属铝和氧气，由反应④可知，I是金属铝，H是氧气，联想反应①为铝热反应，A在氧气燃烧得到B，可知B是Fe3O4，A是金属铁，Fe3O4与盐酸反应生成Fe2＋和Fe3＋，从反应流程可以看出，C是FeCl2，E是Fe(OH)2，F是Fe(OH)3。

反应⑤为Fe3O4＋8HCl===FeCl2＋2FeCl3＋4H2O，反应⑥为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。

例3、铁不能与冷、热水反应，但能与水蒸气反应。

资料显示，在不同温度下，还原铁粉与水蒸气反应的产物是不同的，温度低于570 ℃时，生成FeO，高于570 ℃时，生成Fe3O4。

老师用如图12－5所示实验装置，完成还原铁粉与水蒸气反应的演示实验。

(1)实验中使用肥皂液的作用是__________________。

(2)甲同学为探究实验后试管内的固体含有哪些物质，进行了下列实验：
图12-5
实验编号 实验操作 实验现象 ① 取少量黑色粉末X放入试管1中，加入盐酸，微热 黑色粉末逐渐溶解，溶液呈绿色；有少量气泡产生 ② 向试管1中滴加几滴KSCN溶液，振荡 溶液没有出现血红色 根据上述实验，能确定固体中存在的物质是________；不能确定是否存在Fe3O4的原因是___________________。

(3)乙同学设计下列实验方案以确定实验后试管内的固体是否存在Fe3O4：
12-6
①溶液X中发生氧化还原反应的离子方程式为____________________________；足量氨水与金属离子反应的离子方程式为___________________________。

②操作a包括过滤和洗涤，检验沉淀是否已经洗涤干净的操作是___________________________。

③确定是否存在Fe3O4需要测定并记录的实验数据是_______________。

H2
(2)Fe　Fe3O4溶于盐酸生成的Fe3＋与Fe反应生成了Fe2＋
(3)①2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O
Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH
②取少量最后一次洗涤液，滴加AgNO3溶液，若无沉淀生成，则沉淀已洗干净
③固体样品质量和红褐色固体的质量(其他合理答案也可)
【解析】铁与水蒸气在高温条件下反应生成H2，所以使用肥皂液的作用是检验反应中生成的H2。

(2)由实验①可知固体中一定含Fe，由于Fe3O4溶于盐酸生成的Fe3＋可被Fe还原成Fe2＋，加入KSCN溶液未出现血红色，所以不能确定有无Fe3O4。

(3)①溶液X中含有Fe2＋，Fe2＋在酸性溶液被H2O2氧化的离子方程式为
2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；Fe2＋被氧化为Fe3＋，Fe3＋与氨水反应的离子方程式为
Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH。

②检验沉淀是否洗涤干净一定要取最后的洗涤液。

③确定是否存在Fe3O4需要的数据是固体样品质量和红褐色固体的质量。

K3[Fe(C2O4)3]·3H2O可有于摄影和蓝色印刷。

某小组将无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解，对所得气体产物和固体产物进行实验和探究。

请利用实验室常用仪器、用品和以下限选试剂完成验证和探究过程。

限选试剂：浓硫酸、1.0 mol·L－1 HNO3、1.0 mol·L－1盐酸、1.0 mol·L－1 NaOH、3% H2O2、0.1 mol·L－1 KI、0.1 mol·L －1 CuSO4、20% KSCN、澄清石灰水、氧化铜、蒸馏水。

(1)将气体产物依次通过澄清石灰水(A)、浓硫酸、灼热氧化铜(B)、澄清石灰水(C)，观察到A、C中澄清石灰水都变浑浊，B中有红色固体生成，则气体产物是________。

(2)该小组同学查阅资料后推知，固体产物中，铁元素不可能以三价形式存在，而盐只有K2CO3。

验证固体产物中钾元素存在的方法是________，现象是____________________。

(3)固体产物中铁元素存在形式的探究。

①提出合理假设
假设1：_____________________________；
假设2：____________________________________；
假设3：________________________________。

②设计实验方案证明你的假设。

③实验过程
根据②中方案进行实验。

在下表中写出实验步骤、预期现象与结论。

实验步骤 预期现象与结论 步骤1 步骤2 步骤3 ……
【答案】(1)CO2和CO
(2)焰色反应　透过蓝色钴玻璃观察到紫色火焰
(3)①全部为铁单质　全部为FeO　同时存在铁单质和FeO
实验步骤 预期现象和结论 步骤1：取适量固体产物于试管中，加入足量蒸馏水，充分振荡，分离不溶固体与溶液，用蒸馏水充分洗涤不溶固体 固体产物部分溶解 步骤2：向试管中加入适量CuSO4溶液，再加入少量上述不溶固体，充分振荡 (1)若蓝色溶液颜色及加入的不溶固体无明显变化，则假设2成立；
(2)若蓝色溶液颜色明显改变，且有暗红色固体物质生成，则证明有铁单质存在 步骤3：继续步骤2中的(2)，进行固液分离，用蒸馏水洗涤固体至洗涤液无色。

取少量固体于试管中，滴加过量盐酸后，静置，取上层清液，滴加适量
H2O2，充分振荡滴加KSCN (1)若溶液基本无色，则假设1成立；
(2)若溶液呈血红色，则假设3成立 【解析】 (1)根据A中石灰水变浑浊，知有CO2气体，B中有红色固体生成，说明CuO被还原，C中石灰水变浑浊，可知B中CuO被CO还原。

(3)因为题目中说明铁不以三价存在，只能是以二价铁或单质形式，或二者的混合物存在。

步骤1：利用K2CO3的溶解性，除去K2CO3；
步骤2：利用铁能置换出Cu，而FeO不能置换出Cu来检验是否含铁单质；
步骤3：利用盐酸酸化分离出FeO，再用H2O2氧化，利用KSCN是否变色，来验证固体中是否含FeO。

【难点探究】
考点一 【例1】下图表示有关物质(均由短周期元素形成)之间的转化关系，其中A为常见的金属单质，B为非金属单质(一般是黑色粉末)，C是常见的无色无味液体，D是淡黄色的固体化合物。

(反应条件图中已省略。

)
(1)A、B、C、D代表的物质分别为________、________、________、________(填化学式)；
(2)反应①中的C、D均过量，该反应的化学方程式是
_________________________________________________________________________________；
(3)反应②中，若B与F物质的量之比为4∶3，G、H分别是________、________(填化学式)；
(4)反应③产物中K的化学式为____________________________________；
(5)反应④的离子方程式为______________________________。

【解析】(1)由C是常见无色无味液体，推知为H2O；D是淡黄色固体化合物，推知D为Na2O2；C、D反应后生成NaOH，并且又能和常见金属单质A反应，可知A为Al；由B为黑色非金属单质，猜测为碳。

(2)分步书写，减少错误。

先写出Na2O2与H2O的反应，生成的NaOH再与Al发生反应。

(3)根据C和O2反应的物质的量，两者比值为4∶4时产物为CO2，比值为4∶2时产物为CO，现在比值为4∶3，所以产物为CO2和CO的混合物。

(4)反应③Na2O2和CO2反应生成Na2CO3和O2。

(5)反应④溶液甲的成分为NaOH和NaAlO2，通入CO2后，CO2可以和NaAlO2溶液反应生成Al(OH)3沉淀，同时CO2又和NaOH反应生成Na2CO3，两者相加，即得总反应方程式，然后再拆为离子方程式。

【答案】(1)Al　C　H2O　Na2O2
(2)2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑　2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
(3)CO2　CO
(4)Na2CO3
(5)CO2＋AlO＋OH－＋H2O===CO＋Al(OH)3↓
【点评】
1．过氧化钠的特性
过氧化钠(Na2O2)，淡黄色固体，能与H2O、CO2反应生成O2，发生反应的化学方程式为
2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2。

Na2O2的强氧化性表现如下：
(1)Na2O2与SO2反应：Na2O2＋SO2===Na2SO4。

(2)Na2O2投入FeCl2溶液中，可将Fe2＋氧化成Fe3＋，同时生成Fe(OH)3沉淀。

(3)Na2O2投入氢硫酸中，可将H2S氧化成单质硫，溶液变浑浊。

(4)Na2O2投入Na2SO3溶液中，可将SO氧化成SO。

(5)Na2O2投入品红溶液中，因其有强氧化性，所以有漂白性，可使品红溶液褪色。

2．“铝三角”及其应用
(1)“铝三角”是指Al3＋、Al(OH)3和AlO相互转化的三角关系，如图所示：
具体反应有：
Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓
AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O
Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O
Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓
(2)应用
①制取Al(OH)3
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
②离子共存问题
Al3＋与HS－、S2－、AlO、HCO、CO等因相互促进水解而不能大量共存；AlO与NH、Al3＋、Fe3＋等也不能大量共存。

【变式探究】Al、Fe、Cu都是重要的金属元素，下列说法正确的是( )。

A．三者对应的氧化物均为碱性氧化物
B．三者的单质放置在空气中均只生成氧化物
C．制备AlCl3、FeCl3、CuCl2均不能采用将溶液直接蒸干的方法
D．电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时阴极上依次析出Cu、Fe、Al
【答案】C
难点二 金属离子的检验和判断
【例2】由短周期元素组成的化合物X是某抗酸药的有效成分。

甲同学欲探究X的组成。

查阅资料：①由短周期元素组成的抗酸药的有效成分有碳酸氢钠、碳酸镁、氢氧化铝、硅酸镁铝、磷酸铝、碱式碳酸镁铝。

②Al3＋在pH＝5.0时沉淀完全；
Mg2＋在pH＝8.8时开始沉淀，在pH＝11.4时沉淀完全。

实验过程：
Ⅰ.向化合物X粉末中加入过量盐酸，产生气体A，得到无色溶液。

Ⅱ.用铂丝蘸取少量Ⅰ中所得的溶液，在火焰上灼烧，无黄色火焰。

Ⅲ.向Ⅰ中所得的溶液中滴加氨水，调节pH至5～6，产生白色沉淀B，过滤。

Ⅳ.向沉淀B中加过量NaOH溶液，沉淀全部溶解。

Ⅴ.向Ⅲ中得到的滤液中滴加NaOH溶液，调节pH至12，得到白色沉淀C。

(1)Ⅰ中气体A可使澄清石灰水变浑浊，A的化学式是________。

(2)由Ⅰ、Ⅱ判断X一定不含有的元素是磷、________。

(3)Ⅲ中生成B的离子方程式是____________________________。

(4)Ⅳ中B溶解的离子方程式是__________________________________。

(5)沉淀C的化学式是________。

(6)若上述n(A)∶n(B)∶n(C)＝1∶1∶3，则X的化学式是________。

【解析】实验过程分析：由Ⅰ知，X中的阴离子有CO或HCO，无SiO，因SiO＋2H＋===H2SiO3↓，而题述是得到无色溶液；由Ⅱ知无Na＋，即X不是NaHCO3；由Ⅲ知，X中一定有铝元素，但不能确定是否有镁元素，由Ⅳ进一步明确铝元素的存在；由V知X中有镁元素，X是化合物，由此推知X是碱式碳酸镁铝。

【点评】金属阳离子的检验
离子 检验试剂 主要实验现象 离子方程式及说明 Ba2＋ 硫酸或硫酸盐溶液、稀盐酸 加SO42-生成白色沉淀，加稀盐酸沉淀不溶解 Ba2＋＋SO42-=BaSO4↓(白色) K＋、
Na＋ 焰色反应 火焰分别为浅紫色(透过蓝色的钴玻璃观察)、黄色 Fe2＋
NaOH溶液生成白色沉淀，迅速转成灰绿色，最后变成红褐色Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓(白色)
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3(红褐色)Fe3＋先加KSCN溶液，再加氯水无明显现象，加氯水呈红色
2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－Fe3＋＋SCN－=[Fe(SCN)]2＋或
Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3①加入NaOH溶液②加入KSCN①有红褐色沉淀②呈红色①Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓
②Fe3＋＋SCN－=[Fe(SCN)]2＋(红色)Ag＋加入HCl或含Cl－的溶液，再加稀HNO3白色沉淀，不溶于稀
HNO3Ag＋＋Cl－=AgCl↓Cu2＋加入NaOH溶液蓝色沉淀Cu2＋＋2OH－=Cu(OH)2↓Al3＋NaOH溶液、氨水
加氨水或氢氧化钠溶液，有白色絮状沉淀生成，沉淀能溶于氢氧化钠，不溶于氨水Al3＋＋3OH－=Al(OH)3↓
Al(OH)3＋OH－=AlO2－＋2H2O【变式探究】有一无色溶液，可能含有K＋、Al3＋、Mg2＋、NH、Cl－、SO、HCO、MnO中的几种。

为确定其成分，做如下实验：
①取部分溶液，加入适量Na2O2固体，产生无色无味的气体和白色沉淀，再加入足量的NaOH溶液后白色沉淀部分溶解；②另取部分溶液，加入HNO3酸化的Ba(NO3)2溶液，有白色沉淀产生。

下列推断正确的是( )。

A．肯定有Al3＋、Mg2＋、NH、Cl－
B．肯定有Al3＋、Mg2＋、HCO
C．肯定有K＋、HCO、MnO
D．肯定有Al3＋、Mg2＋、SO
解析：由于溶液无色，则不含有MnO；根据①的现象为产生无色无味气体，则原溶液中不存在NH；加入过量的NaOH溶液，生成的白色沉淀部分溶解，则含有Mg2＋和Al3＋，由于Al3＋与HCO可发生双水解，故无HCO；根据②的现象可推知原溶液含有SO，而K＋、Cl－无法确定。

答案：D
【变式探究】
由Fe2O3、Fe、CuO、C、Al中的几种物质组成的混合粉末，取样品进行下列实验(部分产物略去)：
(1)取少量溶液X，加入过量的NaOH溶液，有沉淀生成。

取上层清液，通入CO2，无明显变化，说明样品中不含有的物质是(填写化学式)________。

(2)Z为一种或两种气体：
①若Z只为一种气体，试剂a为饱和NaHCO3溶液，则反应Ⅰ中能同时生成两种气体的化学方程式是
________________________________
②若Z为两种气体的混合物，试剂a为适量水，则Z中两种气体的化学式是________。

(3)向Y中通入过量氯气，并不断搅拌，充分反应后，溶液中的阳离子是(填写离子符号)__________
______________________________。

(4)取Y中的溶液，调pH约为7，加入淀粉KI溶液和H2O2，溶液呈现蓝色并有红褐色沉淀生成。

当消耗2 mol I－时，共转移3 mol电子，该反应的离子方程式是____________________________________
(5)另取原样品，加入足量稀硫酸充分反应。

若溶液中一定不会产生Y中的红色固体，则原样品中所有可能存在的物质组合是(各组合中的物质用化学式表示)________________ _________________________________
【解析】通过分析可以看出，解题的关键取决于浓酸化学式的判断，可由稀释的溶液X加过量Fe粉后余两种固体入手分析，解答时可先假设再验证排除。

样品加入某浓酸后能产生两种气体，由样品成分知，该酸不会是盐酸，若为盐酸只能产生H2，故浓酸为浓H2SO4或浓HNO3。

(1)溶液X加入过量NaOH溶液后，Fe3＋或Cu2＋等均转化为沉淀，若有Al，则转化为AlO，滤液中通入CO2时会有
Al(OH)3沉淀生成，因无现象说明原混合物中无Al。

(2)若浓酸为浓H2SO4，生成的两种气体只能为SO2和CO2，若浓酸为浓HNO3，生成的两种气体为NO2和CO2，①当通入NaHCO3时，Z只为一种气体，说明原气体为SO2和CO2，反应Ⅰ化学方程式为C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。

②若通过水时，气体Z为两种气体，说明原气体为NO2和CO2，通过水时发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所余两种气体为NO和CO2。

(3)由样品的成分，结合(1)中判断知，原混合物中无Al，加入过量铁粉后Y中的金属阳离子只有Fe2＋，残留固体为过量的铁和被置换出的铜，当向其中通入过量Cl2并不断搅拌后，Fe2＋、Fe均会被氧化为Fe3＋，Cu被氧化为Cu2＋，故溶液中存在的阳离子有Fe3＋、Cu2＋、H＋。

(4)溶液呈蓝色说明有I2生成，若只氧化I－，消耗2 mol I－应转移电子2 mol，说明2 mol I－被氧化时仍有1 mol Fe2＋被氧化，故反应中其物质的量之比n(I－)∶n(Fe2＋)＝2∶1，由此推知反应为
4I－＋2Fe2＋＋3H2O2===2Fe(OH)3↓＋2I2。

(5)若一定不产生Y中的红色固体，说明原混合粉末中不能含有Fe，否则单质铁可能会和Cu2＋作用生成Cu单质，故
原混合物可能为CuO、C或CuO、C、Fe2O3。

【答案】(1)Al　(2)①C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O　②NO、CO2　(3)Cu2＋、Fe3＋、H＋　
(4)2Fe2＋＋3H2O2＋4I－=2Fe(OH)3↓＋2I2　(5)CuO、C或CuO、C、Fe2O3
难点三 工业生产过程中金属知识的综合应用
【例3】碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。

已知β锂辉石(主要成分为Li2O·Al2O3·4SiO2)为原材料制备
Li2CO3的工艺流程如下：
已知：Fe3＋、Al3＋、Fe2＋和Mg2＋以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和
12.4；Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303 K下的溶解度分别为34.2 g、12.7 g和1.3 g。

(1)步骤Ⅰ前，β锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是________________________________________
______________________________________________________________________________。

(2)步骤Ⅰ中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li＋、SO，另含有Al3＋、
Fe3＋、Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋、Na＋等杂质，需在搅拌下加入________(填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”)以调节溶液的pH到6.0～6.5，沉淀部分杂质离子，然后分离得到浸出液。

(3)步骤Ⅱ中，将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中，可除去的杂质金属离子有
____________________________________________________________________________________。

(4)步骤Ⅲ中，生成沉淀的离子方程式为______________________________________________。

(5)从母液中可回收的主要物质是____________________________。

【解析】(1)固体颗粒越小，化学反应速率越快，同时可使锂元素尽可能多地溶解到酸中。

(2)所给三种物质中，只有CaCO3能够降低溶液的酸度，提高溶液的pH到6.0～6.5，可除去Fe3＋、Al3＋。

(3)步骤Ⅱ中加入H2O2溶液，可将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后加入石灰乳可除去其中的Fe3＋和Mg2＋，再加入
Na2CO3溶液可除去Ca2＋。

此时溶液中的离子主要有Li＋、Na＋、SO。

(4)步骤Ⅲ加入饱和Na2CO3溶液后，主要使Li＋转化为Li2CO3沉淀。

(5)反应后，溶液中的Na2SO4以及加入的过量Na2CO3便留在母液中，可回收的主要物质为Na2SO4。

【答案】(1)增大固液接触面积，加快浸出反应速率，提高浸出率
(2)石灰石
(3)Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋
(4)2Li＋＋CO===Li2CO3↓　(5)Na2SO4
【点评】解答这类试题关键要结合实验流程，知道每步的目的是什么、发生什么反应，以及对制备产品的作用，如何除去副产品等。

工艺流程试题往往选取的材料新、背景新，解答此类题可分三步：第一步，读懂工艺流程图，抓住物质流入、流出的方向，挖掘反应条件及记录重要数据；第二步，联系相关化学原理。

即每步涉及的化学反应或实验方法，涉及的化学原理如水解平衡原理等，还要联系中学实验方法等；第三步，在上述两步基础上，结合要回答的问题，分析、判断得出正确答案。

【变式探究】铁是日常生活中最常见的金属，某班同学在学习铁的知识时，遇到下列问题：
问题1：铁为何称为黑色金属？
问题2：CuO在高温下可分解为Cu2O和O2，Fe2O3在高温下可分解为FeO和O2吗？
(1)对于问题1，同学们上网查询，有两种解释：
A．因为在铁表面上有黑色的铁的氧化物，所以叫黑色金属。

B．因为铁的粉末为黑色，铁的氧化物也均为黑色，所以叫黑色金属。

①你认为正确的说法是________。

②若有一黑色粉末，你如何鉴别是铁粉，还是Fe3O4粉末。

____________________________________________________________
____________________________________________________________。

(2)对于问题2，同学们准备实验探究，他们设想了两种方法：
A．将三氧化二铁高温灼烧，看灼烧前后颜色是否变化。

B．将三氧化二铁高温灼烧，看灼烧前后质量是否变化。

①实验中应将Fe2O3放在________(填仪器名称)中灼烧。

②方法A中，如果高温灼烧后颜色由________变为________，说明Fe2O3确实发生了变化。

能说明生成的一定为FeO吗？________，理由是________________________________________________________
__________________________________________________________。

③方法B中，如果发生了预期的反应，固体高温灼烧前后质量比应为________，但是，实验结果是固体灼烧前后质
量比为30∶29，则高温灼烧后生成物是________。

④比较两种方法，你认为较好的方法是________。

解析：(1)①B错误，因为Fe2O3是红棕色的；②常用的方法是加酸溶解，金属和稀盐酸反应生成氢气，而Fe3O4反应时没有气泡产生；(2)②因为Fe2O3是红棕色的，FeO是黑色的，若方法A成立，那么颜色变化是由红棕色变化为黑色，但从颜色并不能正确判断，因为亦可以生成黑色的Fe3O4,6Fe2O34Fe3O4＋O2↑；③若方法B成立，则下列反应成立
：2Fe2O34FeO＋O2，灼烧前后固体的质量之比为：＝10∶9。

若质量之比是30∶29，则发生了反应
6Fe2O34Fe3O4＋O2↑，最后的固体产物是Fe3O4；④结合两种方法的分析，方法B比较严密，因为此方法涉及到了定量的计算，而方法A仅仅是定性地从颜色来观察，不严密。

答案：(1)①A　②取黑色粉末少许于试管中，加适量稀盐酸或稀硫酸，有气泡产生的原黑色粉末为铁，若无气泡产生的原黑色粉末为Fe3O4(其他合理答案亦可)
(2)①坩埚　②红棕色　黑色　不能　也可能为Fe3O4　③10∶9　Fe3O4　④B对金属的考查常见的错误：
1．铝及其化合物
注意对Al2O3、Al(OH)3两性的理解，以及对Al3＋、AlO存在条件的认识。

Al2O3、Al(OH)3仅能溶于强酸和强碱溶液中(如在氨水和碳酸中均不溶)Al3＋、AlO只能分别存在于酸性与碱性溶液中。

Al3＋与下列离子不能大量共存：OH－、CO、HCO、SO、S2－、AlO其中OH－是因为直接反应其余均是“双水解”。

AlO与下列离子不能大量共存：H＋、HCO、NH、Al3＋、Mg2＋、Cu2＋。

其中H＋和HCO是因为直接反应
(AlO＋HCO＋H2O===Al(OH)3↓＋CO)其余也是“双水解”。

2．钠及其化合物
(1)注意钠及其化合物溶于水所得溶液浓度的计算中，Na及Na2O2溶于水均会产生气态物质，所得溶液的质量应是原混合物质的质量总和减去产生气体的质量。

(2)注意Na2O2跟CO2和水蒸气组成的混合气体反应时的先后顺序。

若先发生反应
：2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑，必定还发生2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O，即应先考虑Na2O2跟CO2的反应。

(3)正确理解“焰色反应”
它是元素的一种性质。

无论是金属离子或金属原子均能发生焰色反应。

它属物理变化过程。

不是所有元素都有特征的颜色。

只有碱金属元素以及钙、锶、钡、铜等少数金属元素才能呈现焰色反应。

(4)不清楚Na2O、Na2O2、KO2的结构，判断阴、阳离子配比时易出错，三种化合物阴、阳离子数之比为12、12、11。

3．铁、铜及其化合物
(1)NO与Fe2＋在酸性条件下，不能大量共存。

(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)注意亚铁盐及Fe(OH)2易被空气中氧气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)注意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，因为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。

【例1】　已知A、B、D、E均为中学化学常见单质或化合物，它们之间的关系如图所示[部分产物略去，Fe能与足量稀HNO3反应生成Fe(NO3)3]。

下列说法错误的是( )
A．A、B、D可能是钠及其化合物
B．A、B、D可能是铁及其化合物
C．A、B、D可能是铝及其化合物
D．A、B、D不可能是非金属及其化合物
【例2】 已知Fe3O4可用氧化物的形式表示为FeO·Fe2O3或看成盐时可写为Fe(FeO2)2。

根据化合价规则和这种书写方法分析下列关于Pb3O4的表示方法：PbO·Pb2O3；Pb(PbO2)2；2PbO·PbO2;④Pb2(PbO4)。

其中正确的是( )
A． B． C． D．
【解析铅的化合价有＋2、＋4两种，而中铅的化合价为＋2、＋3，错，对；因为氧化物改写成盐时要遵循“低价在前，高价在后(即高价酸根，低价阳离子)”的原则，应写为Pb2(PbO4)，错，对。

错因分析若盲目照搬Fe3O4的表示形式，则易误选A。

出现这种错误的原因是未从铁、铅化合价的差异上考虑。