高中化学《金属及其化合物》知识点总结及方程式

根据离子反应条件,上述离子均能与OH- 反应生成难电离的物质及沉淀而反应,但有先后问题,由于H2O是极弱的电解质,是高中化学所学最弱的电解质[且H+ 与Mg(OH)2及Al(OH)3不共存]。

作者:新一学姐

金属及其化合物在高考大纲中重点要求的主要是掌握钠、镁、铝、铁、铜等元素及其化合物的主要性质和重要应用;了解金属材料在生产和生活中的重要应用;理解金属发生电化学腐蚀的原因,能运用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀.如何更好地掌握它们的知识要点并能够应用到具体的高考化学试题中是我们应该关注的热点之一,下面我们将金属及其化合物进行整体剖析及方法论总结。

1、典型元素及其化合物的转化关系

(1)钠及其化合物间的转化关系

①离子方程式:2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑;

②化学方程式:2Na+O2=====△Na2O2;

③离子方程式:2Na2O2+2H2O===4Na++4OH-+O2↑;

④化学方程式:2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2;

⑤化学方程式:2NaHCO3=====△Na2CO3+CO2↑+H2O;

⑥离子方程式:2OH-+CO2===CO2-3+H2O;

⑦离子方程式:CO2+OH-===HCO-3;

⑧化学方程式:2NaCl+2H2O=====电解2NaOH+H2↑+Cl2↑。

(2)铝及其化合物间的转化关系

①离子方程式:2Al+2OH-+2H2O===2AlO-2+3H2↑;

②离子方程式:Al2O3+2OH-===2AlO-2+H2O;

③离子方程式:AlO-2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO-3;

④离子方程式:Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH+4;

⑤化学方程式:2Al(OH)3=====△Al2O3+3H2O;

⑥离子方程式:Al3++3AlO-2+6H2O===4Al(OH)3↓。

(3)铁及其化合物间的转化关系

①化学方程式:Fe+S=====△FeS;

②化学方程式:2Fe+3Cl2=====点燃2FeCl3;

③化学方程式:Fe2O3+3CO=====高温2Fe+3CO2或Fe2O3+2Al=====高温Al2O3+2Fe;

④离子方程式:2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-或2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O;

⑤离子方程式:2Fe3++Fe===3Fe2+或2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+;

⑥化学方程式:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。

2、典型元素及化合物的重要性质

(1)钠及其重要化合物

①钠与酸反应比与纯水反应剧烈,钠与盐溶液反应,先考虑与水反应,再考虑生成的NaOH能否与盐进一步发生复分解反应。

②Na2O2为淡黄色固体,Na+与O2-2之比为2∶1。

③Na2O2的强氧化性常表现为:加入FeCl2溶液,将Fe2+氧化,同时生成Fe(OH)3沉淀;可将H2S氧化生成单质硫;加入Na2SO3溶液中,将SO2-3氧化成SO2-4。

④Na2O2与H2O、CO2的反应,属于O2-2的歧化反应,CO2、H2O既不是氧化剂也不是还原剂。

(2)铝及其重要化合物

①Al、Al2O3、Al(OH)3与H+、OH-都反应,其量的关系如图:

②由于Al(OH)3具有两性,决定了它的制备方法:

①Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH+4;

②AlO-2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO-3。

③离子共存问题:

Al3+与OH-、CO2-3、HCO-3、SO2-3、S2-、AlO-2不能大量共存,其中OH-是因为直接反应,其余均是“相互促进水解”;

AlO-2与H+、HCO-3、NH+4、Al3+、Mg2+、Cu2+不能大量共存,其中AlO-2和H+、HCO-3是因为直接反应[如AlO-2+HCO-3+H2O===Al(OH)3↓+CO2-3],其余是“相互促进水解”。

④鉴别(利用滴加顺序不同,现象不同):

AlCl3溶液中滴加NaOH溶液现象为先产生白色沉淀,后沉淀溶解;

NaOH溶液中滴加AlCl3溶液现象为开始无明显现象,后产生白色沉淀,沉淀不溶解。

(3)铁及其重要化合物

①Fe2+的还原性常表现为遇HNO3、H2O2、Cl2、MnO-4(H+)时转化为+3价。

②Fe3+的氧化性常表现为可氧化Fe、Cu、I-、S2-、SO2-3。

③证明溶液中既有Fe2+又有Fe3+的方法

证明Fe3+用KSCN溶液,溶液变红;

证明Fe2+用酸性KMnO4溶液,溶液紫色褪去。

(4)铜及其重要化合物的几个重要反应分析

①Cu在潮湿空气中生成铜锈(绿色)

2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3

②CuSO4遇水蒸气变为蓝色晶体(CuSO4·5H2O),可用于检验H2O的存在。

③Cu+2H2SO4(浓)=====△CuSO4+SO2↑+2H2O

此反应当Cu足量时,H2SO4不能完全反应。同时此反应也不适合用于制备CuSO4,因为有SO2的污染且H2SO4的利用率低。

3、 金属单质冶炼方法归纳

其中电解法是指电解熔融盐或氧化物;热还原法中常用还原剂有H2、CO、C、Al等。

高中化学规律方法

金属及其化合物制备的答题策略

从资源中获取无机物,往往需要富集、除杂、物质间的转化等多步反应才能完成。

(1)这类试题一般是解析已知的生产过程,重点是分析每一步加入的物质是什么、出来的物质是什么、发生了什么样的变化。

(2)涉及Fe元素的除去步骤一般为

溶液含(Fe2+、Fe3+)――→氧化Fe3+――→调pH使铁元素转化为氢氧化铁沉淀,氧化剂可选择H2O2、Cl2等,沉淀剂的选择要考虑不引入新的杂质。

(3)涉及铝元素的分离,需要应用:

4、 碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应的四种基本图像

(1)向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸,消耗盐酸的体积与产生CO2的体积关系(如图1所示)。

图像特点:Oa段、ab段消耗盐酸的体积相等。

反应原理:Oa段 CO2-3+H+===HCO-3,

ab段 HCO-3+H+===H2O+CO2↑。

(2)向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸,消耗盐酸的体积与产生CO2的体积关系(如图2所示)。

图像特点:从O点开始即产生CO2气体。

反应原理:HCO-3+H+===H2O+CO2↑。

(3)向Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中逐滴加入盐酸,消耗盐酸的体积与产生CO2的体积关系(如图3所示,设Na2CO3、NaHCO3的物质的量之比为m∶n=1∶1,其他比例时的图像略)。

图像特点:Oa段消耗盐酸的体积小于ab段消耗盐酸的体积。

反应原理:Oa段 CO2-3+H+===HCO-3,

ab段 HCO-3+H+===H2O+CO2↑。

(4)向NaOH、Na2CO3的混合物中逐滴加入盐酸,消耗盐酸的体积与产生CO2的体积关系(如图4所示,设NaOH、Na2CO3的物质的量之比x∶y=1∶1,其他比例时的图像略)。

图像特点:Oa段消耗盐酸的体积大于ab段消耗盐酸的体积。

反应原理:Oa段 H++OH-===H2O,CO2-3+H+===HCO-3;

ab段 HCO-3+H+===H2O+CO2↑。

5、 碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠四个基本图像

(1)可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像:

(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像:

6、 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。

(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MgCl2、AlCl3和盐酸的混合溶液(即将Mg、Al溶于过量盐酸所得的溶液)中逐滴滴入NaOH溶液至过量,图像如图3所示。

(4)向MgCl2、AlCl3混合溶液中先加入NaOH溶液,后加入盐酸(NaOH与盐酸的物质的量浓度相等),沉淀图像如图4所示。

7、 氧化还原反应型

在氧化还原中,经常遇到同一种氧化剂与多种还原剂反应,或者同一还原剂与多种氧化剂反应。要解答这类问题,就必须考虑反应先后顺序。一般来说,含多种还原剂的溶液中加入一种氧化剂时,还原性强的还原剂(离子)先被氧化;反之,含多种氧化剂的溶液中,加入一种还原剂时,氧化性强的氧化剂(离子)先被还原。最常见的就是将Cl2通入含Fe2+ 和Br- 的溶液中,反应的过程什么?根据已学知识Fe3+ 和Br- 可以共存,还原性:Fe2+ > Br- ,所以Cl2先和Fe2+ 反应,反应方程式为Cl2 + 2Fe2+ ==2Fe3+ + 2Cl- ;当Fe2+ 完全反应后,Cl2 再与Br- 反应,反应方程式为Cl2 + 2Br- == Br2 + 2Cl- 。

8、 非氧化还原反应

在非氧化还原反应(主要就是复分解反应)的离子反应中,由于无法通过上述的氧化性和还原性比较的方法来解释,所以相对比较复杂,我们可以用以下方法来解决:

1) 假设法。如某溶液中存在钠离子、偏铝酸根离子、碳酸根离子和氢氧根离子,向该溶液中滴加盐酸,问产生现象的顺序是什么,并写出相关的离子反应方程式。现在我们先判断一下离子间的反应顺序,然后根据反应顺序再得出相应的现象和离子反应式,因为偏铝酸根离子、碳酸根离子、氢氧根离子都要和氢离子反应,我们可以假设H+ 先和偏铝酸根离子反应,那么生成的氢氧化铝又要与原溶液中的氢氧根离子反应,而重新生成偏铝酸根离子,即假设不成立。同理,假设H+ 先与另外两个反应。

通过假设可以判断出离子反应顺序为氢氧根离子>偏铝酸根离子>碳酸根离子。

2) 根据反应后生成物的溶解度来判断,生成物溶解度越小的离子越先反应,但有时也要考虑离子共存(例如双水解)的影响。如在含有NH4+、Al3+、H+、Mg2+溶液中逐滴滴入NaOH,请依次写出各步反应的离子方程式。

根据离子反应条件,上述离子均能与OH- 反应生成难电离的物质及沉淀而反应,但有先后问题,由于H2O是极弱的电解质,是高中化学所学最弱的电解质[且H+ 与Mg(OH)2及Al(OH)3不共存],故H+ 优先于其他离子与OH- 反应,Mg2+与Al3+优先于NH4+反应,因为沉淀更难电离或者可解释为NH4+与OH-生成的NH3· H2O又可与Mg2+及Al3+反应后变成NH4+, 再由于Al(OH)3更弱更难溶,所以Al3+优先于Mg2+反应,Mg2+优先NH4+反应,此时除了剩下的NH4+可与OH-反应外,还有生成的Al(OH)3也可与OH-反应,哪一个优先反应呢?可借助双水解判断。假设 Al(OH)3 先反应,则生成的AlO2-与NH4+又发生水解而不能共存,重新生成Al(OH)3及NH3·H2O, 所以NH4+ 先反应,Al(OH)3后反应。

9、 根据反应后生成物的电离程度来判断,其生成物电离程度越小的离子越先反应,如在CH3COONa,NaHCO3,C6H5ONa的混合溶液中,逐滴加入盐酸,请依次写出各步离子方程式。根据离子反应条件,生成沉淀、气体、难电离的物质方可发生离子反应,CH3COO-、HCO3-、C6H5O- 均可与H+生成难电离的弱电质而发生反应,由于HCl是逐滴滴入的,所以H+ 浓度逐渐增大,只有最弱的电解质酸根C6H5O-最先与溶液中H+ 达到电离平衡生成弱电解质,所以生成的电解质越弱、越难电离,则该离子反应最先发生。

由于酸性顺序是:CH3COOH > H2CO3 > C6H5OH,三个离子反应的顺序应为:①C6H5O-+H+==C6H5OH ②HCO3-+H+==H2CO3 ③CH3COO-+H+==CH3COOH。

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