金屬及其化合物命題方向解讀

山東 張宗紅 孫海清

金屬及其化合物命題方向解讀

山東 張宗紅 孫海清

金屬與合金在生產(chǎn)生活中是用途非常廣泛的材料，而高考的考向又是以化學(xué)知識解決生產(chǎn)生活中的問題，所以有關(guān)金屬及其化合物的知識深受命題人青睞，它既可以獨(dú)立命題，又可以它為載體考查工藝流程、化學(xué)實(shí)驗(yàn)，尤其是近幾年的工藝流程題、實(shí)驗(yàn)探究題，不少都是以金屬及其化合物的相關(guān)知識為載體，主要涉及鈉、鋁、鐵、銅四種金屬，下面筆者就詳細(xì)分析一下有關(guān)金屬問題的五大考點(diǎn)。

考點(diǎn)一：常見金屬及化合物的主要性質(zhì)與相互轉(zhuǎn)化

有關(guān)金屬及其化合物的性質(zhì)、用途的考查主要在選擇題中，可是某一選擇項(xiàng)，也可是一個完整的選擇題，難度不會太大，常見金屬與其化合物的轉(zhuǎn)化主要在Ⅱ卷以推斷題和工藝流程題的形式出現(xiàn)，考生除了要熟練掌握常見金屬及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系之外，還要特別注意三種金屬的三角轉(zhuǎn)化關(guān)系：

【例1】下列推論中正確的是（ ）

A．向FeCl3溶液中加入Mg（OH）2：3Mg（OH）2＋2Fe3＋===2Fe（OH）3＋3Mg2＋（2013·新課標(biāo)）

B．AlCl3溶液加入濃氨水先有白色沉淀生成，后來沉淀溶解（2012·北京改編）

C．切開的金屬Na暴露在空氣中，光亮表面逐漸變暗的化學(xué)方程式：2Na＋O2===Na2O2（2012·北京）

D．Al2O3和MgO均可與NaOH溶液反應(yīng)（2015·重慶）

【解析】AlCl3溶液加入濃氨水只有白色沉淀生成，濃氨水為弱堿，不能把氫氧化鋁溶解，B錯；切開的金屬鈉暴露在空氣中，光亮表面變暗的原因是鈉被氧化生成Na2O，反應(yīng)方程式為4Na＋O2===2Na2O，C錯；只有Al2O3與 NaOH溶液反應(yīng)，D錯。

【答案】A

【方法技巧】金屬及其化合物中常見的直線型轉(zhuǎn)化關(guān)系

考點(diǎn)二：工藝流程中鈉、鋁、鐵

鋁是地殼中含量最多的金屬元素，在自然界主要以化合態(tài)形式存在于氧化鋁中。鋁土礦的主要成分是Al2O3，此外還含有Fe2O3、SiO2等雜質(zhì)，有關(guān)鋁的工藝流程題不僅能考查鋁，而且能考查鐵，更能考查物質(zhì)的分離提純的相關(guān)知識，而關(guān)于鈉的工藝流程題通常和海水的綜合利用與侯氏制堿法結(jié)合在一起考查。

【例2】Ⅰ．（2014·上海）下圖是模擬“侯氏制堿法”制取NaHCO3的部分裝置。下列操作正確的是（ ）

A．a(chǎn)通入CO2，然后b通入NH3，c中放堿石灰

B．b通入NH3，然后a通入CO2，c中放堿石灰

C．a(chǎn)通入NH3，然后b通入CO2，c中放蘸稀硫酸的脫脂棉

D．b通入CO2，然后a通入NH3，c中放蘸稀硫酸的脫脂棉

Ⅱ．鋁是一種應(yīng)用廣泛的金屬，工業(yè)上用Al2O3和冰晶石（Na3AlF6）混合熔融電解制得。

鋁土礦的主要成分是Al2O3和SiO2等。從鋁土礦中提煉Al2O3的流程如下：

回答下列問題：

（1）寫出反應(yīng)1的化學(xué)方程式：___________________。

（2）濾液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是________，反應(yīng)2的離子方程式為_______________________________________。

【解析】Ⅰ．侯氏制堿法的原理是向飽和的NaCl溶液中先通入NH3，然后通入CO2，利用生成的碳酸氫鈉溶解度小而析出。由于NH3在水中的溶解度大所以先通NH3，但為了防倒吸，所以a通入NH3，然后b通入CO2，考慮NH3的尾氣處理所以選擇放蘸稀硫酸的脫脂棉，即C選項(xiàng)正確。

Ⅱ．（1）在加入NaOH溶液時，Al2O3和SiO2都能與NaOH反應(yīng)，分別生成NaAlO2和Na2SiO3。（2）加入CaO后，結(jié)合生成難溶物CaSiO3；濾液Ⅱ中主要含有，通入CO2后生成沉淀Al（OH）3，煅燒后生成Al2O3。

【答案】Ⅰ．C

Ⅱ．（1）2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O、2NaOH＋Al2O3===2NaAlO2＋H2O

（2）CaSiO3＋CO2＋3H2O ===2Al（OH）3↓＋［或＋CO2＋2H2O ===Al（OH）3↓＋］

【知識鏈接】（1）堿溶法煉鋁流程圖：

（2）酸溶法煉鋁流程圖：

考點(diǎn)三：銅的綜合利用

銅是一種很靈活的金屬，以它做載體能夠考查高中幾乎所有的知識，因?yàn)殂~有變價可以考查氧化還原反應(yīng)，因?yàn)榇帚~能夠精煉，可以考查電化學(xué)的知識，因?yàn)闅溲趸~可以檢驗(yàn)醛基，有機(jī)化學(xué)的知識也可在這方面進(jìn)行鉤掛，還可以以銅的綜合利用為載體考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)方面的知識。

【例3】（2013·廣東）銀銅合金廣泛用于航空工業(yè)，從切割廢料中回收銀并制備銅化工產(chǎn)品的工藝如下：

［注：Al（OH）3和Cu（OH）2開始分解的溫度分別為45℃和80℃］

（1）濾渣A與稀HNO3反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體在空氣中迅速變?yōu)榧t棕色，該氣體變色的化學(xué)反應(yīng)方程式為_________。

（2）固體混合物B的組成為____________；在生成固體B的過程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH過量，則因過量引起的反應(yīng)的離子方程式為_______________________。

（4）CuSO4溶液也可用于制備膽礬，其基本操作是____ _____________、過濾、洗滌和干燥。

【解析】根據(jù)電解原理、物質(zhì)的性質(zhì)及工藝流程、氧化還原反應(yīng)、守恒計(jì)算等分析。

（1）氣體變色發(fā)生的反應(yīng)為2NO＋O2===2NO2。（2）固體B含有Cu（OH）2、Al（OH）3。若NaOH過量，則Al（OH）3會轉(zhuǎn)化為NaAlO2。（3）該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，根據(jù)得失電子相等、原子守恒確定缺項(xiàng)物質(zhì)，然后配平化學(xué)方程式。（4）CuSO4從飽和溶液中結(jié)晶生成CuSO4·5H2O（膽礬），由CuSO4溶液制備膽礬需要的操作為蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌和干燥。

【答案】（1）2NO＋O2===2NO2

（2）Al（OH）3、Cu（OH）2Al（OH）3＋OH－===

（3）4 2 4 O2

（4）蒸發(fā)結(jié)晶

【方法技巧】廢銅綜合利用的常見流程框圖模式：

考點(diǎn)四：常見金屬離子的檢驗(yàn)

該類試題通常以實(shí)驗(yàn)探究的形式出現(xiàn)，題目中給出每步實(shí)驗(yàn)的操作及現(xiàn)象，要求根據(jù)現(xiàn)象推斷所含離子。推斷時要仔細(xì)分析每一步所發(fā)生的反應(yīng)，并注意思維的嚴(yán)密性，解題時要特別注意以下幾點(diǎn)：注意有顏色的離子與溶液的顏色是否一致；根據(jù)某現(xiàn)象推出含有的某種離子，該離子是否為前面的操作引入的。

【例4】（2013·浙江）現(xiàn)有一瓶標(biāo)簽上注明為葡萄糖酸鹽（鈉、鎂、鈣、鐵）的復(fù)合制劑，某同學(xué)為了確認(rèn)其成分，取部分制劑作為試液，設(shè)計(jì)并完成了如下實(shí)驗(yàn)：

已知：控制溶液pH＝4時，F(xiàn)e（OH）3沉淀完全，Ca2＋、Mg2＋不沉淀。

該同學(xué)得出的結(jié)論正確的是（ ）

A．根據(jù)現(xiàn)象1可推出該試液中含有Na＋

B．根據(jù)現(xiàn)象2可推出該試液中并不含有葡萄糖酸根

C．根據(jù)現(xiàn)象3和4可推出該試液中含有Ca2＋，但沒有Mg2＋

D．根據(jù)現(xiàn)象5可推出該試液中一定含有Fe2＋

【解析】加入NaOH溶液后觀察到黃色火焰，不能確定試液中含有Na＋，A項(xiàng)不正確；由于葡萄糖酸根中不含醛基，不能與銀氨溶液發(fā)生銀鏡反應(yīng)，現(xiàn)象2不能說明任何問題，B不正確；Mg2＋與NH3·H2O反應(yīng)會產(chǎn)生沉淀，顯然C項(xiàng)正確；用H2O2氧化之前未檢驗(yàn)是否含有Fe3＋，D項(xiàng)不正確。

【答案】C

【技巧點(diǎn)撥】突破離子推斷問題的“四項(xiàng)”基本原則：

1．肯定性原則：結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推出肯定存在或肯定不存在的物質(zhì)或離子；

2．互斥性原則：在肯定某些離子存在的同時，結(jié)合離子共存規(guī)律，否定一些離子的存在；

3．進(jìn)出性原則：注意實(shí)驗(yàn)過程中反應(yīng)生成的離子或引入的離子對后續(xù)實(shí)驗(yàn)的干擾；

4．電中性原則：溶液中既要有陽離子，也要有陰離子。

考點(diǎn)五：有關(guān)混合金屬的計(jì)算問題

“守恒法”是中學(xué)化學(xué)中一種常用的解題方法，它利用物質(zhì)變化過程中某一特定的量固定不變來列式求解，即找到起始和終止反應(yīng)時某一特定量的對應(yīng)關(guān)系，建立方程。

【例5】（2013·四川）1．52g銅鎂合金完全溶解于50mL密度為1．40g／mL、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63%的濃硝酸中，得到NO2和N2O4的混合氣體1 120mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），向反應(yīng)后的溶液中加入1．0mol／L NaOH溶液，當(dāng)金屬離子全部沉淀時，得到2．54g沉淀。下列說法不正確的是（ ）

A．該合金中銅與鎂的物質(zhì)的量之比是2∶1

B．該濃硝酸中HNO3的物質(zhì)的量濃度是14．0mol／L

C．NO2和N2O4的混合氣體中，NO2的體積分?jǐn)?shù)是80%

D．得到2．54g沉淀時，加入NaOH溶液的體積是600mL

【解析】利用氮守恒可知溶解合金后溶液中含有c（NO－3）＝0．05L×14mol／L－0．04mol－0．01mol×2＝0．64mol，加入NaOH當(dāng)離子恰好全部沉淀時，溶液為NaNO3溶液，利用原子守恒加入n（NaOH）＝n（NO－3），故加入V（NaOH）＝0．64mol÷1．0mol·L－1＝640mL，D項(xiàng)錯誤。

【答案】D

【方法技巧】硝酸與金屬反應(yīng)的三個守恒技巧：①反應(yīng)中被還原的硝酸的物質(zhì)的量等于反應(yīng)中生成的NO2和NO氣體的物質(zhì)的量之和。②金屬與硝酸反應(yīng)時，生成的氣體（NO2和NO）的物質(zhì)的量、生成的M（NO3）x中所含的氮元素的物質(zhì)的量與剩余的硝酸的物質(zhì)的量三者之和等于原硝酸的物質(zhì)的量。③金屬與硝酸反應(yīng)時，若生成的氣體NO2、NO恰好完全溶于NaOH溶液中，由于生成物NaNO3、NaNO2中的Na＋與N原子個數(shù)比為1∶1，則n（NaOH）＝n（NO2）＋n（NO）。

（作者單位：山東省墾利一中）