1、第三章 金属及其化合物 知识网络整合一、知识网络构建二、专题整合专题 1 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2铝及其重要化合物之间的转化关系3铁及其重要化合物之间的转化关系【例 1】 已知 X 为 Fe2O3 和 CuO 的混合物，且氧化性强弱顺序：Fe 3 Cu 2 H Fe 2 。X 样品可发生如图所示的转化关系：（1）写出步骤可能发生反应的离子方程式_(共有 3 个) 。（2）若溶液 E 中只有一种金属离子，则一定是_；若溶液 E 中含有两种金属离子，则一定是_。（3）若 D 固体是纯净物，该固体是 _(填化学式)。（4）印刷电路板是由高分子材料和铜箔复合而成的
2、，可用 FeCl3 溶液作“腐蚀剂”刻制印刷电路板，该过程发生反应的离子方程式为_。【答案】 （1）2Fe 3 Fe= =3Fe2 、Cu 2 Fe= =Fe2 Cu、2H Fe= =Fe2 H 2（2）Fe 2 Fe 2 、Cu 2 （ 3）Cu（4）2Fe 3 Cu= =2Fe2 Cu 2【解析】 （1）步中的反应为 CuO2HCl= =CuCl2H 2O、Fe 2O36HCl= =2FeCl33H 2O，所得溶液为FeCl3、 CuCl2 及过量的 HCl 的混合溶液；步骤 得到的固体有铜、铁两种，若 B 是铜，根据题给的氧化性顺序可知，只有一个反应，不符合 3 个反应的要求，故 B 应
3、是铁。 （2）若溶液 E 中只有一种金属离子，则必然是氧化性最弱的 Fe2 ；若溶液 E 中含有两种金属离子，则为 Fe2 、Cu 2 。 （4）根据氧化性 Fe3 Cu 2 可知，腐蚀电路板的反应为 2Fe3 Cu= =2Fe2 Cu 2 。专题 2 常见金属及其化合物推断的“突破口”1物质颜色（1）有色固体：红色：Cu；砖红色：Cu 2O；红棕色： Fe2O3；红褐色：Fe(OH) 3；淡黄色：S 或 Na2O2；蓝色：Cu(OH) 2；紫黑色：KMnO 4、I 2；黑色：炭粉、CuO 、FeO；白色沉淀：Fe(OH) 2、Mg(OH)2、CaCO 3、BaSO 4、AgCl 、BaSO
4、3；（2）有色溶液：Fe 2 (浅绿色 )、Fe 3 (棕黄色) 、Cu 2 (蓝色) 、MnO (紫红色)、Fe(SCN) 3(红色)。 42特征反应现象 （1）焰色反应：Na (黄色)、K (紫色)。（2）白色沉淀【Fe(OH) 2】 红褐色【Fe(OH) 3】( 由白色灰绿色红褐色)。 空 气 （3）单质与碱反应产生气体。2Al2NaOH2H 2O=2NaAlO23H 23特殊的转化关系（1）特征转化A B C D(酸或碱) O2 O2 H2O Na(固体 ) Na2O Na2O2 NaOH O2 O2 H2O （2）三角转化【例 2】 某混合物 A 中含有 KAl(SO4)2、Al 2
5、O3 和 Fe，在一定条件下可实现如图所示的物质之间的转化：据此判断：（1）固体 B 的化学式为_。（2）固体 E 所含物质的化学式为_。（3）写出反应的化学方程式：_。（4）写出反应的离子方程式：_。【答案】 （1）Al 2O3 （2）K 2SO4、(NH 4)2SO4（3）Al 2O32NaOH =2NaAlO2H 2O（4）Al 3 3NH 3H2O=Al(OH)33NH 4【解析】KAl(SO 4)2 溶于水，Al 2O3 和 Fe 均不溶于水，混合物 A 加水溶解后，溶液中是 KAl(SO4)2，沉淀是Al2O3 和 Fe；向沉淀中加 NaOH 溶液，Fe 不反应，Al 2O3 可与
6、 NaOH 溶液反应生成 NaAlO2；向溶液中加过量氨水，溶液与过量氨水反应，Al 3 被沉淀，得到氢氧化铝沉淀，Al(OH) 3 受热分解生成 Al2O3，溶液中剩余的是 K2SO4 和(NH 4)2SO4，经过蒸发、结晶、得到的是 K2SO4 和(NH 4)2SO4。专题 3 有关铝的图像分析及计算AlCl3、 NaAlO2 分别与碱和酸反应的现象及图像向 AlCl3 溶液中滴加 NaOH 溶液至过量向 NaAlO2 溶液中加入盐酸至过量现象立即产生白色沉淀渐多最多渐少消失立即产生白色沉淀渐多最多渐少消失图像结论当 0x3 时，随 x 增大，沉淀的质量逐渐增大；当 x3 时，沉淀质量最大
7、；当 3x4 时，随 x 增大，沉淀质量逐渐减少至 0当 0x1 时，沉淀的质量随 x 的增大而增大；当 x1 时，沉淀质量最大；当 1x4 时，沉淀的质量随 x 的增大而减少至 0【例 3】 将物质 X 逐渐加入 Y 溶液中，生成沉淀物质的量 n2 与所加 X 的物质的量 n1 的关系如图（1）所示。符合如图所示情况的是( )图（1）A B C DX NaOH AlCl3 HCl NaAlO2Y AlCl3 NaOH NaAlO2 HCl【答案】C【解析】A 项中，随着 NaOH 溶液的加入先后发生以下两个反应：Al 3 3OH =Al(OH)3(沉淀物质的量由 0 增至最大值)；Al(OH
8、) 3OH =AlO 2H 2O(沉淀物质的量由最大值降为 0)。两个反应中消 2耗的 NaOH 物质的量之比为 31，图像应为图（2）甲，与图（1）不符。图（2）B 项中，随着 AlCl3 溶液的加入先后发生以下两个反应：Al 3 4OH =AlO 2H 2O(不产生沉淀)； 2Al3 3AlO 6H 2O=4Al(OH)3(沉淀物质的量由 0 增至最大值)。两个反应中消耗 AlCl3 物质的量之 2比为 31，图像应为图（2）乙，与图（1）也不符。C 项中，随着盐酸的加入先后发生以下两个反应：H AlO H 2O=Al(OH)3(沉淀物质的量由 0 增至最大值 )； 23H Al(OH)
9、3=Al3 3H 2O(沉淀物质的量由最大值降为 0)。两个反应中消耗盐酸物质的量之比为13，符合图（1） 。D 项中，随着 NaAlO2 溶液的加入先发生以下反应：AlO 4H =Al3 2H 2O(不产生沉淀) ；待盐酸耗 2尽发生 Al3 3AlO 6H 2O=4Al(OH)3的反应(沉淀物质的量由 0 增至最大值)。两个反应消耗 2NaAlO2 物质的量之比为 13 ，图像应为图（2）丙，与图（1）也不符。专题 4 根据化学方程式计算技巧1关系式法当已知量和未知量之间是靠多个反应来联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式” 。（1）根据化学方程式确定关系式写出发生反
10、应的化学方程式，根据量的关系写出关系式。例如：把 CO 还原 Fe2O3 生成的 CO2 通入到澄清的石灰水中，求生成沉淀的量。发生反应的化学方程式：3COFe 2O3 2Fe3CO 2= = = = = CO2Ca(OH) 2=CaCO3H 2O则关系式为 3CO3CO 23CaCO 3，即 COCaCO 3。（2）根据原子守恒确定关系式上述例子中也可直接根据碳原子守恒得出 COCaCO 3。2守恒法守恒关系 特征质量守恒宏观：反应前后物质的质量守恒微观：反应前后元素的原子个数守恒电子守恒 氧化还原反应中，得失电子守恒电荷守恒电解质溶液中，阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数离子
11、方程式中，反应物所带的电荷总数等于生成物所带的电荷总数，且电性相同3.差量法根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化，找出“理论差量”，如反应前后的质量差、物质的量差、气体体积差等。该差量的大小与反应物的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系，解决一定量变的计算题的方法。例如，把一铁棒插入 CuSO4 溶液后，过一段时间取出，铁棒质量增加了 4 g，据此可求出参加反应的 Fe 的质量。FeCuSO 4=FeSO4Cu m (增加)56 64 8m(Fe) 4 gm(Fe)28 g【例 4】 Na 2CO3、NaHCO 3 的混合物与 100 mL 3 mol/L 盐酸恰好完全反应，产生 4
12、.48 L(标准状况)能使澄清石灰水变浑浊的气体，请计算混合物中 Na2CO3 的物质的量。【答案】0.1 mol【解析】守恒法C 原子守恒Na2CO3、NaHCO 3 中的 C 原子全部转化为 CO2 中的 C 原子溶液电荷守恒反应后形成 NaCl 溶液，溶液中正、负电荷守恒列式计算根据上述两个守恒，列式计算设 Na2CO3 的物质的量为 x，NaHCO 3 的物质的量为 y。反应产生的 CO2 的物质的量为 0.2 4.48 L22.4 Lmol 1mol，所以根据碳原子守恒可知，xy0.2 mol；又因为反应恰好完成，说明反应后溶液中溶质为NaCl，根据钠离子、氯离子守恒可知，2xy 0
13、.3 mol，联立上述两式可得：xy0.1 mol，即混合物中 Na2CO3 的物质的量为 0.1 mol。【巩固提升】1有 A、B 两个完全相同的装置，某学生分别在它们的侧管中装入 1.06 g Na2CO3 和 0.84 g NaHCO3，A 、 B 中分别装有 10 mL 相同浓度的盐酸，将两个侧管中的物质同时倒入各自的试管中，下列叙述正确的是( )AA 装置的气球膨胀得快B若最终两气球体积相同，则盐酸的浓度一定大于或等于 2 molL1C若最终两气球体积不同，则盐酸的浓度一定小于或等于 1 molL1D最终两试管中 Na 、Cl 的物质的量一定相同2在由 Fe、FeO 和 Fe2O3
14、组成的混合物中加入 100 mL 2 molL1 的盐酸，恰好使混合物完全溶解，并放出 448 mL 气体(标准状况)，此时溶液中无 Fe3 ，则下列判断正确的是( )A混合物里 3 种物质反应时消耗盐酸的物质的量之比为 113B反应后所得溶液中的 Fe2 与 Cl 的物质的量浓度之比为 13( 不考虑 Fe2 水解)C混合物里，FeO 的物质的量无法确定，但 Fe 比 Fe2O3 的物质的量多D混合物里，Fe 2O3 的物质的量无法确定，但 Fe 比 FeO 的物质的量多3向一定质量的 FeO、Fe、 Fe3O4 的混合物中加入 100 mL 1 molL1 的盐酸，恰好使混合物完全溶解，放
15、出标准状况下的气体 224 mL，在溶液中加入 KSCN 溶液无红色出现。若用足量的 CO 在高温下还原相同量的此混合物，能得到铁的质量为( )A11.2 g B5.6 gC2.8 g D无法计算4将固体 X 投入过量的 Y 中，能生成白色沉淀并放出一种无色气体，该气体能燃烧，不易溶于水，则 X和 Y 分别可能是( )A钠和氯化铝溶液 B铝和烧碱溶液C过氧化钠和氯化亚铁 D锌和稀硫酸5有镁铝合金 10.2 g，将它溶于 500 mL 4 molL1 的盐酸里，若要使沉淀质量达到最大值，则需加入 2 molL 1 氢氧化钠溶液的体积为( )A500 mL B900 mLC1 000 mL D1
16、200 mL6某化学兴趣小组用含 A、 B 两种金属单质的粉末状混合物进行如下实验，其转化关系如下图所示(部分反应物和生成物未列出) ，其中 E 为白色沉淀，I 为红褐色沉淀。(此转化关系中所用的试剂都是足量的)（1）写出下列物质的化学式：F_，G_。（2）将混合物中两种金属分离开的最简单的方法是_。（3）D E 的转化中，加入过量 X 可能是_。A饱和 NaCl 溶液 BNaOH 溶液C氨水 DBa(OH) 2 溶液（4）写出下列转化的化学方程式：A C：_；H I：_ 。7将铁粉、铜粉、FeCl 3 溶液和 CuCl2 溶液混合于某容器中充分反应(假定容器不参与反应) 。试判断下列情况下，
17、溶液中存在的金属离子和金属单质。（1）若铁粉有剩余，则容器中不可能有的离子是_；铜单质_(填“一定” 或“可能”)存在。（2）若氯化铜有剩余，则容器中还可能有的离子为_；铜单质_(填“一定” 或“可能”)存在。（3）若氯化铁和氯化铜都有剩余，则容器中不可能有的单质是_，Fe 2 _(填“一定”或“可能”) 存在。【参考答案】1 B Na2CO3 和 NaHCO3 分别与等浓度的盐酸反应，后者反应更剧烈，放出气体的速率更大，故 B 装置的气球膨胀得快，A 错误。Na 2CO3 和 NaHCO3 的物质的量相同，当盐酸足量时，最终两气球体积相同，即盐酸的浓度大于或等于 2 molL1 ；当盐酸不足
18、时，A 装置气球的体积小于 B 装置气球的体积，即盐酸的浓度一定小于 2 molL1 ，故 B 正确，C 错误。A 装置的试管中 Na 的物质的量是 B 装置的试管中 Na 的物质的量 2 倍，但两试管中 Cl 的物质的量相同，D 错误。2 C 本题考查 Fe 及其化合物的性质、混合物组成的判断、简单的化学计算。混合物恰好完全溶解，且无 Fe3 ，故溶液中溶质为 FeCl2，c (Fe2 )c(Cl )12，B 错误；由反应 2Fe3 Fe= =3Fe2 可知，还原 Fe3 的 Fe 的物质的量与 Fe2O3 的物质的量相等，但还有一部分 Fe 与盐酸反应生成 H2，可知 Fe比 Fe2O3
19、的物质的量多，C 正确；FeO 的物质的量无法确定，A、D 错误。3 C 根据题意可得，恰好反应后溶液中只存在 FeCl2，根据元素守恒可建立关系式：n(Fe)n(Fe 2 ) n(Cl ) n(HCl) 0.1 L1 molL1 0.05 mol，m(Fe) 0.05 mol56 gmol 1 2.8 g。12 12 124 A A 项中 Na 与水反应生成 NaOH 和 H2，NaOH 与过量的 AlCl3 溶液反应生成白色沉淀 Al(OH)3；B项中 2Al2NaOH2H 2O=2NaAlO23H 2，无沉淀生成；C 项中2Na2O22H 2O=4NaOHO 2，NaOH 与过量 FeC
20、l2 溶液反应，生成 Fe(OH)2 白色沉淀，然后迅速变成灰绿色，最终变为红褐色沉淀；D 项中 ZnH 2SO4=ZnSO4H 2，无沉淀生成。5 C 题目中涉及多个化学反应，若是用化学方程式来列式计算，会十分繁琐，而且计算量大。运用守恒定律，分析题意，不难发现当沉淀达到最大值时，即是镁、铝元素分别与氢氧根离子完全结合生成沉淀时，溶液中的阳离子只能为钠离子，阴离子必为氯离子，且二者的物质的量相等。n(NaOH)n(HCl)0.5 L4 molL 1 2 mol，V【(NaOH)aq】2 mol2 molL 1 1 L1 000 mL。6 （1）Al 2O3 FeCl 2（2）用磁铁靠近粉末状
21、混合物，将铁粉吸附在磁铁表面（3）C（4）2Al2NaOH2H 2O=2NaAlO23H 24Fe(OH)2O 2 2H2O=4Fe(OH)3【解析】金属单质既能与盐酸反应又能与 NaOH 溶液反应的是铝，由此推出 C、D、E、F 分别为NaAlO2、AlCl 3、Al(OH) 3、Al 2O3。I 为红褐色沉淀得知它为 Fe(OH)3，由此逆推出 B、G 、H 分别为Fe、FeCl 2、Fe(OH) 2。7 （1）Fe 3 、Cu 2 一定 （2）Fe 3 可能（3）Fe、Cu 一定【解析】本题通过金属的活动性：FeCu，离子的氧化性：Fe 3 Cu 2 Fe 2 ，考查了物质的共存问题，解答本题应首先弄清物质间发生的反应，凡相互发生反应的物质间不可能大量共存，依据设问可推断出剩余的固体单质及离子情况。
