高中化学 专题十 金属元素及其化合物教案

专题十金属元素及其化合物
【专题要点】
金属元素及其化合物的性质是高考中的重点内容.在高考题中主要以金属及其化合物的性质设计的实验、推断、计算的形式出现.在解这类题目时,除了掌握必要的有关金属元素及其化合物的性质和转化关系的知识外,还要具备一定的推理、实验和分析能力。

涉及到的考点有：
1.金属在元素周期表中的位置及其性质递变的规律
2.钠为代表的碱金属化合物性质及应用
3.镁铝及其化合物的性质和应用
4.铁铜及其化合物的性质和应用
5.金属活动性关系与氧化还原知识和离子反应知识的联系应用
6.常见的金属的性质与电解质溶液.电解理论的综合应用
7.以金属元素及其化合物的性质为背景的综合计算
8.以金属元素及其化合物的性质为背景的实验试题
【考纲要求】
1.常见金属元素（如Na、Al、Fe、Cu等）
⑴了解常见金属的活动顺序。

⑵了解常见金属及其重要化合物的主要性质及其应用。

⑶了解合金的概念及其重要应用。

2.了解海水资源开发和利用的前景及化学在其中可以发挥的作用。

了解从海水中提取镁的反应原理及有关化学反应
3.以上各部分知识的综合应用
⑴能依据所提供的资料或信息，获取并归纳元素化合物的性质。

⑵能够设计简单的实验，具备研究元素化合物性质的基本思路。

⑶尝试利用氧化还原反应等原理研究元素化合物性质
【教法指引】
1．利用原子守恒、得失电子守恒和电荷守恒来解决涉及金属知识的习题，深入理解金属单质（或原子）的还原性，金属阳离子的氧化性，注意从氧化还原的角度掌握金属知识主线
2．理解联系元素周期表和元素周期律，利用电解质溶液相关知识解决金属离子的有关知识，包括相关的计算、分析、归纳是高考的基础考查点。

3．金属与酸的相关计算，以及涉及金属及其化合物知识的混合计算是高考经常考试的重点，尤其是联系新科技、新发现和社会相关的知识，注意解题方法的总结归纳。

【知识网络】
一、金属元素的通性
1、金属元素的原子结构特点和在周期表中的位置：
⑴结构特点：金属元素原子的最外层电子数____，原子的半径（与同周期元素相比）___。

⑵位置：金属元素集中于元素周期表的______方，分布于______族和所有的_____族中，_____族是完全由金属元素构成的族。

2、金属性强弱的判断规律：
⑴跟水（或非氧化性酸）反应的剧烈程度；⑵金属最高价氧化物对应水化物碱性的强弱；
⑶置换反应；⑷原电池的正、负极；⑸电解时金属阳离子的放电顺序（金属阳离子的氧化性）。

3、金属单质的性质：
⑴金属单质的化学性质：
①金属在化学反应中都较容易失去电子被氧化：M-ne—=M n+。

可以根据
___________判断金属单质还原性的强弱。

②金属单质跟酸反应的规律：按金属活动性顺序表
______________________________
A、与非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸等）反应：________________________能与非
氧化性酸发生置换反应，实质是：M+nH+= M n++H2↑
等物质的量的金属与足量的酸反应，生成H2物质的量多少决定于什么？
___________________。

等质量的金属跟足量的酸反应生成H2的多少应如何判断？__________________。

B、与强氧化性酸的反应：
Fe和Al遇冷的浓硫酸、浓硝酸发生钝化反应
强氧化性酸跟金属反应不能生成H2，为什么？写出几个典型的反应：
_____________________________________________________
4、金属氧化物：金属氧化物可分为__________、__________、___________三类。

⑴碱性氧化物，如Na2O、FeO、CuO、Fe2O3等，其性质是：
_______________________。

⑵两性氧化物，如Al2O3，其性质是____________________
⑶过氧化物，如Na2O2、BaO2等，其晶体中存在的阳离子是_____，阴离子是___；过氧化物典型的化学性质是，原因是，为什么H2O2也存在此典型性质？。

5、金属氢氧化物：NaOH、Ca（OH）2、Mg（OH）2、Al（OH）3、Fe（OH）3、Cu（OH）2
①属于强碱的是________________②难溶于水的是_________________③受热易分解的是________________④易被氧化的是_______________⑤能经水解反应生成的是________________⑥和HI反应不能生成对应价态金属盐的是_________。

实验室中如何制备Al（OH）3和Fe（OH）3？为什么？
6、金属的冶炼：
⑴原理：_______________________________________
⑵方法：根据金属活动性强弱，常用以下三种方法：
电解法，如:__________________________________；
热还原法，如:__________________________________；
热分解法，如：___________________________________。

7、金属活动性顺序表应用小结
二、重点金属元素化合物
1、镁铝及其化合物
(1)镁是活泼金属，虽不跟碱性溶液反应，但能置换出酸中的氢，也能与水解呈
酸性的盐溶液反应产生H 2。

(2)注意对Al 2O 3、Al(OH)3两性的理解，以及对Al 3+、-2AlO 存在条件的认识。

Al 2O 3、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），Al 3+、
-2AlO 只能分别存在于酸性与碱性溶液中Al 3+与下列离子不能大量共存：-OH 、
-23CO 、-3HCO 、-23SO 、-2S 、-2AlO ，其中-OH 是因为直接反应，其余均是“双
水解”；-2AlO 与下列离子不能大量共存：H +、-3HCO 、NH 4+、Al 3+、Mg 2+、Cu 2+。

其中H +和-3HCO 是因为直接反应（-2AlO + -3HCO +H 2O=Al(OH)3↓+-23CO ），
其余也是“双水解”。

(3)注意正确理解图象的涵义
图示中每个曲线或每条曲线的转折点（拐点），都反映了特定的反应，若没
有找对，或对生成沉淀和沉淀溶解所需加入（或通入）溶液（或气体）的量之比
没搞清，易导致错误。

注意研究以下几个实验现象及产生沉淀的量与加入物质的量的数量关系的图象：
①向AlCl 3溶液中逐滴加入NaOH 溶液直至过量；②向AlCl 3和MgCl 2混合中
逐滴加入NaOH 溶液直至过量；④向HCl 、MgCl 2、AlCl 3混合液中逐滴加入
NaOH 溶液直至过量；③向NaAlO 2溶液中逐滴加入HCl 溶液直至过量；⑤向
HCl 溶液中逐滴加入NaAlO 2溶液直至过量。

这些是以化学知识为载体考查学生的综合能力的重要的命题内容，认真研究
一定会有益处
(4)Mg(OH)2的溶解度小于MgCO 3。

所以在碱性溶液中Mg 2+总是转化为
Mg(OH)2沉淀，产生的MgCO 3也会在加热的条件下逐渐转化为
Mg(OH)2[MgCO 3+H 2O(沸水)=Mg(OH)2+CO 2↑]。

三、碱金属元素化合物
(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：2 Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑，必还发生2NaOH+ CO2=Na2CO3+H2O，即应先考虑Na2O2跟CO2的反应
(3)正确理解“焰色反应”：
①它是元素的一种物质性质。

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。

②不是所有元素都有特征的焰色。

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
③焰色反应的显色过程与气体物质燃烧时产生各色火焰的过程有着本质的区别。

焰色反应并非金属及其化合物自身发生燃烧反应而产生各种颜色火焰的过程，而是它们的原子或离子的外围电子被激发而产生的各种颜色的光的过程。

四、过渡元素化合物
（1）
NO与Fe2+在酸性条件下，不能共存。

3
（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+，而也可能含有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2Fe 3++Fe=3Fe 2+21
世
专题十 金属元素及其化合物
1． a g 铁粉与含有H 2SO 4的CuSO 4溶液完全反应后，得到a g 铜，则参与反
应的CuSO 4与H 2SO 4的物质的量之比为（ ）
A ．1 ：7
B ．7 ：1
C ．7 ：8
D ．8 ：7
2．钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为：2Fe ＋2H 2O ＋O 2 2Fe 2
＋＋4OH －。

以下说法正确的是（ ）
A ．负极发生的反应为：Fe －2e － Fe 2＋
B ．正极发生的反应为：2H 2O ＋O 2＋2e － 4OH －
C ．原电池是将电能转变为化学能的装置
D ．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
3．由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：①在一定条件下脱水干燥；②加
熟石灰；③加盐酸；④过滤；⑤浓缩结晶。

其先后顺序正确的是（ ）
A ．②④⑤③①
B ．③②④①⑤
C ．③④②⑤①
D ．②④③⑤①
4．（09广东理科基础23）下列有关金属及其合金的说法不正确的是（ ）
A ．目前我国流通的硬币是由合金材料制造的
B ．生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加
C ．镁在空气中燃烧发出耀眼的白光，可用于制作照明弹
D ．日用铝制品表面覆盖着氧化膜，对内部金属起保护作用
5．（09广东理科基础28）下列说法正确的是（ ）
A ．MgSO 4晶体中只存在离子键
B ．含Ca 2+、Mg 2+的水都是硬水
C ．雾是气溶胶，在阳光下可观察到丁达尔效应
D ．玻璃是氧化物，成分可表示为226Na O CaO SiO ••
6．(广东省揭阳市09测试)下列关于钠的叙述错误的是（ ）
A ．钠在常温下就容易被氧化
B ．钠在空气中燃烧生成Na 2O
C．钠燃烧时发出黄色的火焰D．钠的密度比水小，熔点低于100℃
7．(广东省揭阳市09测试)不能用来鉴别Na2CO3和NaHCO3两种白色固体的实验操作是（）
A．分别在这两种物质的溶液中，加入少量澄清石灰水
B．分别加热这两种固体，并将生成的气体通入澄清石灰水中
C．分别在这两种物质的溶液中，加入少量氯化钙溶液
D．分别在这两种物质的等浓度的溶液中，加入等量的稀盐酸
8．称取两份铝粉，第一份加入足量的盐酸，第二份加入足量的烧碱溶液。

若生成的氢气的质量相同，则两份铝粉的质量比为（）
A．1 : 1 B．2 : 3 C．3 : 2 D．1 : 6
9 （湛江师院附中2008—2009学年高三级第三次月考）某学生测定
CuSO4·x H2O晶体的x值，数据如下(已知x的理论值为5)：
A．晶体中含有不分解的杂质B．没有放在干燥器中冷却C．实验前，晶体表面吸附水D．没有进行恒重操作
10. 某CuSO4、Fe2(SO4)3、H2SO4的混合溶液100mL，已知溶液中阳离子的浓度相同(不考虑水解)，且 2
SO的物质的量浓度为6mol·L－1，则此溶液最多溶
4
解铁粉的质量为（）
A．5.6 g B．11.2g C．22.4g D．33.6g 11．（09广东化学21）
三草酸合铁酸钾晶体K3 [Fe(C2O4 )3]·3H2O可用于摄影和蓝色印刷。

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 -1HNO 3、1.0 mol ·L -1盐酸、1.0 mol ·L -1 NaOH 、3% H 2O 2 、0.1mol ·L -1KI 、0.1 mol ·L -1CuSO 4、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K 2CO 3。

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（不要在答题卡上作答．．．．．．．．．
） ③实验过程
根据②中方案进行实验。

在答题卡．．．
上按下表的格式写出实验步骤、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：
12．（09北京卷26） 以富含硫酸亚铁的工业废液为原料生产氧化铁的工艺如下（部分操作和条件略）；
I 从废液中提纯并结晶处42FeSO 7H O •。

II 将4FeSO 溶液与稍过量的43NH HCO 溶液混合，得到含3FeCO 的浊液
IV 将浊液过滤，用90°C 热水洗涤沉淀，干燥后得到3FeCO 固体
V 煅烧3FeCO ，得到23Fe CO 固体
已知：43NH HCO 在热水中分解
（1）
I 中，加足量的铁屑出去废液中的3Fe +，该反应的离子方程式是 （2）
II 中，需加一定量硫酸，运用化学平衡原理简述硫酸的作用 （3） III 中，生成3FeCO 的离子方程式是 。

若3FeCO 浊液长时间
暴露在空气中，会有部分固体表面变为红褐色，该变化的化学方程式
是 。

（4） IV 中，通过检验2-
4SO 来判断沉淀是否洗涤干净。

检验2-4SO 操作是
是 。

（5） 已知煅烧3FeCO 的化学方程式是322324FeCO +O 2Fe O +4CO 高温，现煅
烧464.0kg 的3FeCO ，得到316.8kg 产品，若产品中杂质只有FeO ，则该产品
中23Fe CO 的质量是 kg （摩尔质量/g ·-1mol ；
323116 Fe 160 FeO72FeCO O ）
13．（09上海卷25） 铁和铝是两种重要的金属，它们的单质及化合物有着各自
的性质。

(1)在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应：
①该反应的平衡常数表达式为：K=
②该温度下，在2L 盛有23Fe O 粉末的密闭容器中通入CO 气体，10min 后，
生成了单质铁11．2g 。

则10min 内CO 的平均反应速率为
(2)请用上述反应中某种气体的有关物理量来说明该反应已达到平衡状态：
① ② ……
(3)某些金属氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应。

下列反应速率(v)和温度(T)的关系示意图中与铝热反应最接近的是。

(4)写出氢氧化铝在水中发生酸式电离的电离方程式：
欲使上述体系中3+
Al浓度增加，可加入的物质是。

14．（09宁夏卷26）碱式碳酸铜可表示为：xCuCO3·yCu(OH) 2·zH2O,测定碱式碳酸铜组成的方法有多种。

（1）现采用氢气还原法，请回答如下问题：
①写出xCuCO3·yCu(OH) 2·zH2O与氢气反应的化学方程
式；
②试验装置用下列所有仪器连接而成，按氢气流方向的连接顺序是（填入仪器接口字母编号）：
（a）→（）（）→（）（）→（）（）→（）（）→（）（）→（l）③称取23.9g某碱式碳酸铜样品，充分反应后得到12.7g残留物，生成4.4g二氧化碳和7.2g水。

该样品的结晶水质量为g，化学式
为；
（2）某同学以氮气代替氢气，并用上述全部或部分仪器来测定碱式碳酸铜的组成，你认为是否可行？请说明理由。

参考答案
1. B
2.A
3. D
4.B 5C 6.B 7.A 8.A 9 C 10C
11．（1）CO2、CO
（2）焰色反应透过蓝色钴玻璃，观察到紫色的火焰
（3）①FeO FeO、Fe Fe
③步骤1：将固体产物加入1.0 mol ·L -1盐酸中 观察有无气体 若有气泡产生、说明固体产物中含有单质铁，反之，则不含单质铁
步骤2：将固体产物加入足量的0.1 mol ·L -1CuSO 4中充分反应后过滤、洗涤后，将沉淀物溶于1.0 mol ·L -1盐酸，再加入20% KSCN ，最后加入3% H 2O 2，若最终溶液显红色，说明固体产物中含有FeO ，若不出现红色、说明不含有FeO
12． (1)Fe + 2Fe 3+ = 3Fe 2+
(2)加入硫酸，H+浓度增大，使Fe 2+ + 2H 2O
Fe(OH)2 + 2H +的平衡向逆
反应方向移动，从而抑制FeSO 4的水解
（3）Fe 2+ + 2HCO 3- = FeCO 3↓+ CO 2 ↑ + H 2O
4FeCO 3 + 6H 2O + O 2 = 4Fe(OH)3 ↓+ 4CO 2
（4）取少量洗涤后的滤液放入试管中，滴加酸化的BaCl 2溶液，若无白色沉淀产生，则沉淀洗涤干净
（5）288.0
13．（1）323[CO ][CO] 0.015mol /(L min) （2）①CO 或（CO 2）的生成速率与消耗速率相等；②CO （或CO 2）的质量不再改变 （合理即给分） （3） b
（4）322Al(OH)H AlO H O +-++ 盐酸 （合理即给分）
14． (1)①xCuCO 3·yCu(OH)2·zH 2O+(x+y)H 2 = (x+y)Cu+ xCO 2+(x+2y+z)H 2O
②a →k,j →gf(hi)→de(ed)→hi(gf)→bc(cb)→l ③1.8 CuCO 3·Cu(OH) 2·H 2O
(2)可行 根据反应xCuCO 3·yCu(OH) 2·zH 2O=(x+y)CuO+ xCO 2↑+(y+z)H 2O ↑,依据碱式碳酸铜、CuO 、CO 2和H 2O 质量（或其中任意三个量），即可计算出其组成。