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专题十 金属元素及其化合物
【学法导航】
1. 关于Na元素和F元素的叙述正确的是 （ ）
A．原子序数Na>F YCY B．原子半径Na
F
【方法要领】①掌握元素周期律，熟悉同周期同主族元素的性质递变规律。②先确定位
置，再用规律对比。B项粒子半径大小的比较的采取“架桥”对比的方式：Na>Cl>F；
【答案】A。
2. 下列金属冶炼的反应原理，错误的是 （ ）
A．2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ B．MgO+H2Mg+H2O
C．Fe3O4+4CO3Fe+4CO2 D．2HgO2Hg+O2↑
【方法要领】根据金属的活泼性和金属活动性顺序表来理解掌握金属冶炼的原理和方法。
按照金属元素的活动性不同，金属的冶炼方法可以有电解法、还原剂还原法、加热分解法、
物理法如Au、Pt等的冶炼等①电解法最强的金属冶炼手段几乎适合所有金属的冶炼，但考虑
经济成本主要是针对活泼性强的金属来使用K――Al；② 热还原法主要适合中等活泼的金
属，如Zn—Cu。注意还原性的强弱和化学平衡原理的使用。如MgO不能用H2还原，因为Mg的还原性强于H2，但是可以用C来还原，如．MgO+C = Mg+CO反应条件是高温，此时产物Mg和CO均是气体。③热分解法适合于不活泼的金属如Ag、Hg的冶炼、物理法如Au、Pt等的冶炼等
【答案】B
3．（09年海南化学3）除去NaHCO3溶液中混有的少量Na2CO3可采取的方法是：
A．通入二氧化碳气体 B．加入氢氧化钡溶液
C．加入澄清石灰水 D．加入稀盐酸
【方法要领】除杂方法要操作简便、效果好、不带来新的杂质、保留非杂质成份。溶液中可用这样的方法： Na2CO3 + H2O + CO2 = 2NaHCO3
【答案】A
4.某溶液中可能含有Fe2＋、Mg2＋、Cu2＋、NH4＋、Al3＋中的一种或几种。当加入一种淡黄色固体并加热溶液时，有刺激性气体放出和白色沉淀生成，加入淡黄色固体的物质的量（横坐标）与析出沉淀和产生气体的物质的量（纵坐标）的关系，如下图所示。请填写下列空白：
⑴在该溶液中含有的离子是 ，它们的物质的量浓度之比为 。
⑵所加的淡黄色固体是 （化学式）。
【方法要领】Al3++3=Al(OH)3↓和Al(OH)3+=+2H2O图像“先升后降”是两性特点，3 : 1的关系是铝的特点。“碱中产气”是氨的特点。文字信息中注意从特殊的关键字词中寻找突破口。图像信息中注意观察图像的横纵坐标的涵义、所给曲线的变化趋势，特别注意曲线的起点、终点、拐点（转折点）所蕴含的意义。
【答案】⑴NH4＋、Al3＋、Mg2＋，n(Mg2＋)：n(Al3＋)：n(NH4＋)＝1：1：3。 ⑵Na2O2。
5. 向Fe2O3和Fe粉组成的混合物中，加入适量的稀硫酸，各物质均恰好完全反应，测得
所得溶液中不含Fe3+,且Fe2+与H2的物质的量之比为4∶1，那么在反应中Fe2O3、Fe、H2SO4，之间的物质的量之比为（ ）
A．1∶1∶1 B．1∶2∶4 C．1∶2∶3 D． 2∶3∶5
【方法要领】
①有关混合物的计算必须高度重视反应的先后顺序。
②“优先原则”
③氧化性顺序：Fe3+＞Cu3+＞H+＞Fe2+＞Zn2+。
【答案】B。
6．(09天津卷7)下表为元素周期表的一部分，请参照元素①－⑧在表中的位置，用化学用语回答下列问题：21世纪教育网
（1）④、⑤、⑥的原子半径由大到小的顺序为_________________________。
（2）②、③、⑦的最高价含氧酸的酸性由强到弱的顺序是_________________________。
（3）①、④、⑤、⑧中的某些元素可形成既含离子键又含极性共价键的化合物，写出其中一种化合物的电子式：____________________。
族
周期
IA
0
1
①
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
2
②
③
④
3
⑤
⑥
⑦
⑧
（4）由表中两种元素的原子按1：1组成的常见液态化合物的稀液易被催化分解，可使用的催化剂为（填序号）_________________。
a.MnO2 b.FeCl3 c.Na2SO3 d.KMnO4
（5）由表中元素形成的常见物质X、Y、Z、M、N可发生以下反应：
X溶液与Y溶液反应的离子方程式为_____________________，
N→⑥的单质的化学方程式为________________。
常温下，为使0.1 mol/L M 溶液中由M电离的阴、阳离子浓度相等，应向溶液中加入一定量的Y溶液至_________________。
【方法要领】本题以周期表为题材，考查原子半径比较，酸性强弱，电子式，离子方程式以及盐类水解等知识。
（1）⑤⑥位于同一周期，且⑤排在⑥的前面，原子半径大，而④在上一周期，比⑤、⑥少一个电子层，故半径最小。
（2）②⑦位于同一主族，上面的非金属性强，最高价含氧酸酸性强，②③位于同一周期，且③在后，非金属性强，对应的酸性强。
（3）四种元素分别为氢、氧、钠和氯，离子键显然必须是钠盐，极性共价键则应有两种非金属组成。
（4）液态H2O2可以在MnO2、FeCl3等催化剂作用下发生分解反应。
（5）⑥为Al，可推断Z为Al(OH)3，受热分解可产物Al2O3，再电解即可得单质铝。M仅含非金属的盐，显然铵盐，所以X与Y应为AlCl3与NH3H2O的反应，生成NH4Cl。由于NH4＋ 水解，故要使其浓度与Cl－相等，则要补充NH3H2O。由电荷守恒知：C(NH4＋ )+ C(H＋)C(Cl－)+C(OH－),若C(NH4＋ ) C(Cl－)，则C(H＋)= C(OH－)，即pH=7。
【答案】
7．在下列叙述中，可以说明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的是（ ）
A. 在氧化还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多
B. 同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强
C. 甲能跟稀盐酸反应放出氢气而乙不能
D. 将甲、乙作电极组成原电池时，甲是负极
【方法要领】①金属活动性越强，其原子的失电子能力越强，但失电子能力与失电子数
目无关。②金属单质的活动性越强，其离子的氧化性越弱。③能与稀盐酸反应置换出H2的金属，在金属活动顺序表中应排在氢的前面，即活动性较强。④两种不同金属做电极组成原电池时，较活动的金属作负极。
【答案】C、D。
8. 已知：25C时，，。下列说法正确的是
A．25C时，饱和溶液与饱和溶液相比，前者的大
B．25C时，在的悬浊液加入少量的固体，增大
C．25C时，固体在20ml0.01 mol氨水中的比在20mL0.01mol溶液中的小
D．25C时，在的悬浊液加入溶液后，不可能转化成为
【方法要领】A项，Mg(OH)2的溶度积小，故其电离出的Mg2＋浓度要小一些，错；B项，NH4＋ 可以结合Mg(OH)2电离出的OH－离子，从而促使Mg(OH)2的电离平衡正向移动，C(Mg2＋)增大，正确。C项，Ksp仅与温度有关，故错；D项，由于MgF2的溶度积更小，所以沉淀会向更难溶的方向进行，即可以生成MgF2沉淀，正确。
【答案】B
9.将洁净的金属片A、B、C、D分别放置在浸有盐溶液的滤纸上面并压紧(如图所示)。在每次实验时，记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如右表：
金属
电子流动方向
电压(V)
A
A→Cu
+0.78
B
Cu→B
－0.15
C
C→Cu
+1.35
D
D→Cu
+0.30
已知：构成两电极的金属活泼性相差越大，电压表的读数越大。请依据表中数据判断：
(1)_____金属可能是最强的还原剂；______金属一定不能从硫酸铜溶液中置换出铜。
(2)若滤纸不用盐溶液浸润而改用NaOH溶液浸润，则在滤纸上能看到有蓝色沉淀析出的是________(填字母)金属。其对应的原电池的电极反应式为：
负极___________________________，正极_____________________________。
方法要领：①形成原电池的条件：活泼性不同的两个电极，电解质溶液，闭合回路。②
通过电流方向了解金属的活泼性强弱关系，负极是活泼金属，外电路中电流由正极流向负极③构成两电极的金属活泼性相差越大，电压表的读数越大”
【答案】(1)C 、B (2)B、2Cu+4OH－－4e－═2Cu(OH)2 (或2Cu－4e－====2Cu2+)
2H2O+O2+4e－═4OH－
10. 把铝、铁混合物1.1 g溶于200 mL 5mol／L盐酸中，反应后盐酸的浓度变为4.6molL－1(溶液体积变化忽略不计)．
求：（1）反应中消耗HCl的物质的量． （2）该混合物中铝、铁的物质的量．
【方法要领】列出反应方程式，设未知数，分析反应过程，找出正确的方程组解得。
【答案】（1）消耗HCl的物质的量：0.2L5mol/L－0.2L4.6mol/L=0.08mol （2）设Al、Fe的物质的量分别为x、y
Al~3HCl Fe~2HCl
x 3x y 2y
由 解得：
11．（09年宁夏理综26）碱式碳酸铜可表示为：xCuCO3yCu(OH) 2zH2O，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xCuCO3yCu(OH) 2zH2O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。 。
【方法要领】（1）本题的碱式碳酸铜与氢气反应看似一个很难的信息，其实细心一点只要把它理解为CuCO3和Cu(OH)2受热分解后产物CuO再与氢气反应，第①问题便可以解决；对于②要能分析出测定反应后CO2和H2O质量，因此对于氢气发生器后仪器的选择是除氯化氢和水蒸气，防止对后续测定影响就可以了，因为测定H2O和CO2分别用浓硫酸和碱石灰是固定的。（2）其实在分析（1）①方程式书写时便得到了碱式碳酸铜热分解方程式：xCuCO3yCu(OH)2zH2O(x+y)CuO+xCO2↑+(y+z)H2O↑，稍加分析可知，依据碱式碳酸铜、CuO、CO2和H2O质量（或其中任意三个量），即可计算出其组成。
【答案】（1）①xCuCO3yCu(OH)2zH2O+(x+y)H 2 (x+y)Cu+ xCO2+(x+2y+z)H2O
②a→k，j→gf(hi)→de(ed)→hi(gf)→bc(cb)→l
③1.8 CuCO3Cu(OH) 2H2O
（2）可行 根据反应xCuCO3yCu(OH)2zH2O(x+y)CuO+ xCO2↑+(y+z)H2O↑，依据碱式碳酸铜、CuO、CO2和H2O质量（或其中任意三个量），即可计算出其组成。
12.（08年山东理综28）黄铜矿（CuFeS2）是制取铜及其化合物的主要原料之一，还可以制备硫及铁的化合物。
（1）冶炼铜的反应为8CuFeS2＋21O28Cu＋4FeO＋2Fe2O3＋16SO2
若CuFeS2中Fe的化合价为+2，反应中被还原的元素是 （填元素符号）。
（2）上述冶炼过程中产生大量SO2。下列处理方案合理的是 （填代号）。
a．高空排放
b．用于制备硫酸
c．用纯碱溶液吸收制Na2SO3
d．用浓硫酸吸收
（3）过二硫酸钾（K2S2O8）具有强氧化性，可将I－氧化为I2：
S2O82－＋2I－=2＋I2
通过改变反应途径，Fe3＋、Fe2＋均可催化上述反应。试用离子方程式表示Fe3＋对上述反应的催化过程。 、 （不必配平）。
（4）利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣（含Fe2O3、FeO、SiO2、AI2O3）可制备Fe2O3。方法为
①用稀盐酸浸取炉渣，过滤。
②滤液先氧化，再加入过量NaOH溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥、煅烧得。
据以上信息回答下列问题：
a．除去Al3＋的离子方程式是 。
b．选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。
提供的试剂：稀盐酸 稀硫酸 KSCN溶液 KMnO4溶液 NaOH溶液 碘水
所选试剂为 。证明炉渣中含有的实验现象为
。
【方法要领】(1)若CuFeS2中Fe的化合价为+2,则Cu化合价为+2,S化合价为-2，分析化学方程式两边元素化合价的变化可知，化合价降低的元素被还原，有Cu和O元素。关于SO2的吸收问题，一是不能高空排放，因为这样做，没有从根本上解决污染问题；二是不能用浓硫酸吸收，因SO2难溶于浓硫酸。只有变废为宝，才能符合“绿色化学”的概念，答案选b、c.
（2）此题要从催化剂的本质出发，作为催化剂的物质要参与有关反应，但后来的反应必须又生成了催化剂。本题要求写出表示Fe3+作催化剂的反应，因此，首先Fe3+要参与反应，即有反应2Fe3++2I-=2Fe2+ +I2，生成的Fe2+又被S2032-氧化生成了Fe3+。此题若要求写出Fe2+对上述反应的作催化剂的话，就应写成如下方程式：S2082-+Fe2+=2SO42-+2Fe3+，2Fe3++2I-=2Fe2+ +I2，虽是二个相同反应方程式，由于二者的前后顺序的颠倒，却产生了本质的区别。
（3）此题考查是混合物的分离与提纯及常见离子的鉴别。因Al2O3溶于酸后生成了Al3+，Al3+又能与过量NaOH的反应生成可溶性的钠盐（NaAlO2），然后将溶液中的难溶物Fe(OH)3沉淀过滤出来，将沉淀洗涤、干燥、煅烧得Fe2O3。故除去Al3+的离子方程式是Al3++4=+2H2O。要证明炉渣中含有FeO的方法，最好利用Fe2+的还原性，先将混合物溶于过量的稀硫酸中（FeO→Fe2+），然后滴入KMn04溶液，观察其溶液是否褪色。注意所用酸不能是硝酸或盐酸，因硝酸会将Fe2+氧化成Fe3+；盐酸会还原KMnO4溶液而使之褪色，干扰了Fe2+的检验。
【答案】
（1）Cu、O （2）b、c
（3）2Fe3＋＋2=2Fe2＋＋I2 S2O82－＋2Fe2＋=2＋2Fe3＋（离子方程式不配平不扣分）
（4）a：稀硫酸、KMnO4溶液 b：稀硫酸浸取炉渣所得溶液能使KMnO4溶液褪色
【典例精析】
一、金属在元素周期表中的位置及其性质递变的规律
例1．（09年北京）W、X、Y、Z均为短周期元素，W的最外层电子数与核外电子总数之比为7：17；X与W同主族；Y的原子序数是W和X的原子序数之和的一半；含Z元素的物质焰色反应为黄色。下列判断正确的是
A．金属性：YZ B 氢化物的沸点：
C．离子的还原性： D 原子及离子半径：
【解析】有上信息可知W、X、Y、Z分别为Cl、F、Mg、Na
【答案】B
二．金属的通性，合金的概念及其重要应用
例2．（08年广东文基64）铁和铁合金是生活中常用的材料，下列说法正确的是B
A．不锈钢是铁合金，只含金属元素
B．一定条件下，铁粉可与水蒸气反应
C．铁与盐酸反应，铁合金不与盐酸反应
D．在空气中，铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
【解析】本题考查了常见金属铁及其合金，金属腐蚀的有关知识。铁是一种较活波的金属单质，在高温的条件下可以与水蒸气反应，A为正确选项，不锈钢是由普通钢中加入铬、镍等多种元素炼成的钢材，里面含有C元素，B是错项。C项铁在氢的前面，能与盐酸反应，铁合金主要成分是铁，能与盐酸反应，是错项，很多同学误选这项，只看了前面的内容，后面不看。金属的腐蚀与金属的活波性有关，越活波，越易被腐蚀,因此D为错项。
【答案】A
例3．（07年广东文基65）下列说法正确的是
A．我国流通的硬币材质是金属单质
B．所有的不锈钢都只含有金属元素
C．镁合金的硬度和强度均高于纯镁
D．广东正在打捞的明代沉船上存在大量铝制餐具
【解析】有些不锈钢中还含有碳或硅元素，故A选项错误；我国流通的硬币是一种合金；合金的硬度和强度等机械性能要好于成分金属；铝在海洋中很容易被腐蚀。因此正确选项为C。
【答案】C
三．以钠为代表的碱金属化合物性质及应用
例4．（09年海南化学3）除去NaHCO3溶液中混有的少量Na2CO3可采取的方法是：
A．通入二氧化碳气体 B．加入氢氧化钡溶液
C．加入澄清石灰水 D．加入稀盐酸
【解析】除杂方法要操作简便、效果好、不带来新的杂质、保留非杂质成份。溶液中可用这样的方法： Na2CO3 + H2O + CO2 = 2NaHCO3。
【答案】A
例5. 某天然碱（纯净物）可看作由CO2和NaOH反应后的产物所组成。称取天然碱样品四份，溶于水后，分别逐滴加入相同浓度的盐酸溶液30mL，产生CO2的体积（标准状况）如下表：（2000年上海高考题）
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
盐酸液的体积（mL）
30
30
30
30
样品（g）
3.32
4.15
5.81
7.47
二氧化碳的体积（mL）
672
840
896
672
(1)由第Ⅰ组数据中的CO2体积与样品质量之比，可以推测用2.49 g样品进行同样的实验时，产生CO2_________mL(标准状况)。
(2)另取3.32g天然碱样品于300℃加热分解至完全（300℃时Na2CO3不分解），产生CO2112mL（标准状况）和水0.45g，计算并确定该天然碱的化学式。
(3)已知Na2CO3和HCl(aq)的反应分下列两步进行：
Na2CO3+HCl→NaCl+NaHCO3 Na2CO3+HCl→NaCl+CO2↑+H2O
由上表中第Ⅳ组数据可以确定所用的HCL(aq)的浓度为 mol/L。
(4)依据上表所列数据以及天然碱的化学式，讨论并确定上述实验中CO2(标准状况)体积V（mL）与样品质量W（g）之间的关系式。
【解析】试题以天然碱的组成及碳酸盐的性质为依托，构筑一道有层次、有深度且思维容量较大的计算题。对信息的理解能力、对数据的观察和处理能力是解答本题的关键。
(1)(672 mL/3.32 g)2.49 g=504 mL。
(2)由题意可知，天然碱含NaHCO3、Na2CO3。
n(NaHCO3)=2n(CO2)=2(112/22400)mol=0.01mol n(Na2CO3)=(672/22400)mol-0.01mol=0.02mol n(H2O)=[(0.45g-(112/22400)mol18mol)/18mol=0.02mol
所以天然碱组成为2Na2CO3.NaHCO3.2H2O（式量332）。
(3)7.47 g样品中：n(Na2CO3)=(7.47 g/332 g.mol-1)2=0.045 mol，则：
Na2CO3完全生成NaHCO3消耗HCl：0.045mol；生成672mLCO2消耗HCl：672mL/22400 mL.mol-1=0.03 mol。故c(HCl)=(0.045 mol+0.03 mol)/0.030 L=0.025 mol/L。
(4)30ml盐酸中n(HCl)=0.075mol，设样品与HCl反应全转化为NaCl，由：
2Na2CO3.NaHCO3+5HCl=5NaCl+3CO2↑+3H2O知：需样品质量：(0.075mol/5)332 g/mol=4.98 g
设样品中Na2CO3与HCl反应完全转化为NaHCO3（无CO2气体放出），由：
(2Na2CO3.NaHCO3)+2HCl=2NaCl+3NaHCO3知：需样品质量：(0.075mol/2)332 g/mol=12.45g
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