高中化学第3章 第16讲 金属及其化合物知识落实与拓展---2023年高考化学一轮复习(新高考)
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第16讲 金属及其化合物知识落实与拓展 复习目标 1.进一步巩固Na、Fe及其化合物的转化关系。2.了解热点金属元素及其化合物的转化。3.能用热重分析法计算、判断金属化合物的组成。
考点一 金属及其化合物知识再落实
1．钠及其化合物的转化关系
(1)知识网络构建
(2)重要反应方程式的书写
写出下列反应的化学方程式，是离子反应的写出离子方程式。
①Na和H2O的反应
2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑；
②Na在空气中燃烧
2Na＋O2=====△Na2O2；
③Na2O2和H2O的反应
2Na2O2＋2H2O===4Na＋＋4OH－＋O2↑；
④Na2O2和CO2的反应
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2；
⑤向NaOH溶液中通入过量CO2
OH－＋CO2===HCO－3；
⑥将Na2CO3溶液与石灰乳混合
CO2－3＋Ca(OH)2===CaCO3＋2OH－；
⑦向Na2CO3稀溶液中通入过量CO2
CO2－3＋CO2＋H2O===2HCO－3；
⑧将NaHCO3溶液和NaOH溶液等物质的量混合
HCO－3＋OH－===CO2－3＋H2O； ⑨将NaHCO3溶液与澄清石灰水等物质的量混合
HCO－3＋Ca2＋＋OH－===CaCO3↓＋H2O；
⑩将NaHCO3溶液与少量澄清石灰水混合
2HCO－3＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋CO2－3＋2H2O。
2．铁及其化合物的转化关系
(1)知识网络构建
(2)重要反应方程式的书写
写出下列反应的化学方程式，是离子反应的写出离子方程式。
①Fe和过量稀HNO3的反应
Fe＋4H＋＋NO－3===Fe3＋＋NO↑＋2H2O；
②Fe高温下和水蒸气的反应
3Fe＋4H2O(g)=====高温Fe3O4＋4H2；
③铝与氧化铁的铝热反应
Fe2O3＋2Al=====高温2Fe＋Al2O3；
④用赤铁矿冶炼铁的原理
Fe2O3＋3CO=====高温2Fe＋3CO2；
⑤Fe(OH)2长时间露置于空气中
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；
⑥FeO和稀HNO3的反应
3FeO＋10H＋＋NO－3===3Fe3＋＋NO↑＋5H2O；
⑦Fe(OH)3和HI的反应
2Fe(OH)3＋6H＋＋2I－===2Fe2＋＋I2＋6H2O；
⑧FeBr2溶液和少量Cl2的反应
2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；
⑨FeBr2溶液和等物质的量的Cl2反应
2Fe2＋＋2Br－＋2Cl2===2Fe3＋＋Br2＋4Cl－；
⑩FeBr2溶液和过量Cl2的反应 2Fe2＋＋4Br－＋3Cl2===2Fe3＋＋2Br2＋6Cl－。
1．Fe在一定条件下可与浓盐酸、稀硫酸、浓硝酸等剧烈反应( )
2．Al、Cl2均能和NaOH溶液发生氧化还原反应，且两单质的作用不相同( )
3．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，若再继续加入KNO3固体，铜粉会溶解( )
4．金属单质Na、Mg、Fe在一定条件下与水反应都生成H2和相应的碱( )
5．铝和氢氧化钠溶液反应生成Al(OH)3和Na( )
6．钠在空气中燃烧生成淡黄色的Na2O( )
7．铁在高温下与水蒸气反应生成Fe3O4和H2( )
8．用碳酸钠和氢氧化钙反应制NaHCO3( )
答案 1.√ 2.√ 3.√ 4.× 5.× 6.× 7.√ 8.×
一、沉淀法除去铁元素的流程
1．已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表：
Fe3＋ Cu2＋ Fe2＋
开始沉淀的pH 2.7 4.4 7.0
沉淀完全的pH 3.7 6.4 9.6
某同学设计的除杂流程图如下：
(1)不能通过直接调pH除去Fe2＋的原因是________________________________________。
(2)加入的氧化剂可以是________。
(3)使Fe3＋完全沉淀应调pH的范围是_____________________________________________，
为不引入新杂质加入调pH的最佳试剂可以是______________________________________。
答案 (1)pH≥9.6时Fe2＋才能沉淀完全，而pH≥9.6时Cu2＋已沉淀完全
(2)双氧水(或氯气)
(3)3.7≤pH＜4.4 CuO[或Cu(OH)2或CuCO3或Cu2(OH)2CO3]
二、价态多变、形式多样的铁盐
2．硫酸亚铁铵晶体[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]在空气中比一般亚铁盐稳定，是定量分析化学中常用的还原剂，其实验室制备流程如图所示：
下列说法不正确的是( )
A．“除油污”过程中使用热的Na2CO3溶液效果更好
B．制备硫酸亚铁时铁屑与硫酸反应完全时的现象是不再有气泡产生
C．“趁热过滤”后的滤液略显黄色的原因是4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
D．理论上加入(NH4)2SO4固体的质量为6.0 g
答案 D
解析 Na2CO3溶液中CO2－3水解使溶液呈碱性，油污在碱性环境中能够水解，升高温度，CO2－3水解平衡正向移动，溶液碱性增强，故用热的Na2CO3溶液除油污效果更好，A项正确；为防止Fe2＋氧化，加入的铁屑过量，铁屑与硫酸反应完全就是硫酸反应完全，反应完全时不再有气泡产生，B项正确；“趁热过滤”后的滤液略显黄色是因为Fe2＋在空气中被氧气氧化为Fe3＋，反应的离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，C项正确；由工艺流程图可知，反应的铁的质量为5.0 g－2.2 g＝2.8 g，物质的量为2.8 g56 g·mol－1＝0.05 mol，理论上可制备
0.05 mol硫酸亚铁铵晶体，则需要加入0.05 mol (NH4)2SO4，所以加入(NH4)2SO4固体的质量为0.05 mol×132 g·mol－1＝6.6 g，D项错误。
3．[2019·江苏，18(1)]聚合硫酸铁[Fe2(OH)6－2n(SO4)n]m广泛用于水的净化。以FeSO4·7H2O为原料，经溶解、氧化、水解聚合等步骤，可制备聚合硫酸铁。
将一定量的FeSO4·7H2O溶于稀硫酸，在约70 ℃下边搅拌边缓慢加入一定量的H2O2溶液，继续反应一段时间，得到红棕色黏稠液体。H2O2氧化Fe2＋的离子方程式为_______________；
水解聚合反应会导致溶液的pH______。
答案 2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O 减小
解析 H2O2氧化Fe2＋生成Fe3＋，自身被还原为H2O，根据得失电子守恒、电荷守恒、元素守恒配平离子方程式。Fe3＋发生水解聚合反应使溶液pH减小。
4．高铁酸钾(K2FeO4)是一种比KMnO4、O3和Cl2的氧化能力强的强氧化剂。
(1)有科学家曾提出在氧气流下，温度控制在350～370 ℃，煅烧氧化铁和过氧化钾(K2O2)固体混合物可直接制备高铁酸钾，该反应只有两种产物，另一种产物为氧化钾，则该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
(2)“熔融法”是最早发现＋6价高铁酸盐的方法，以该法制备高铁酸盐的原理：
①FeSO4＋Na2O2――→高温Na2FeO4＋Na2O＋Na2SO4＋O2↑
②Na2FeO4＋2KOH===K2FeO4↓＋2NaOH
反应①中被氧化的Na2O2与被FeSO4还原的Na2O2的物质的量比为1∶4，请写出反应①配平后的化学方程式：_______________________________________________________________；
若反应①产生16.8 L(标准状况)O2，则转移电子的物质的量为________ mol；反应②能发生的原因是_________________________________________________________________________。
(3)水是万物之源，为探究高铁酸钾在水质处理中发挥的作用，查阅资料可知：干燥的高铁酸钾在常温下可以长期稳定存在，但溶于水中极易分解得到氧气和氢氧化铁胶体，写出该反应的化学方程式：__________________________________________________________________。
答案 (1)Fe2O3＋3K2O2=====350～370 ℃2K2FeO4＋K2O (2)2FeSO4＋6Na2O2=====高温2Na2FeO4＋2Na2O＋2Na2SO4＋O2↑ 7.5 碱性条件下，K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4的溶解度 (3)4K2FeO4＋10H2O===8KOH＋4Fe(OH)3(胶体)＋3O2↑
解析 (2)反应中氧化剂是Na2O2，还原剂是Na2O2和FeSO4，4 mol Na2O2氧化2 mol FeSO4，1 mol Na2O2氧化1 mol Na2O2，Na2O2与FeSO4物质的量之比为3∶1，然后配平。由方程式可知每生成1 mol O2转移10 mol电子，生成0.75 mol O2转移电子7.5 mol。反应②中K2FeO4以沉淀形式析出，说明该条件下K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4的溶解度。
K2FeO4的应用
(1)K2FeO4中Fe呈＋6价，K2FeO4具有强氧化性，可用于水体的杀菌消毒。
(2)K2FeO4与水反应生成Fe(OH)3胶体，吸附水体中的悬浮物，起到净水的作用。
考点二 化工流程题中的过渡金属
过渡金属元素常具有多种可变化合价，形成化合物种类较多，近年高考题常以Cr、Mn、V、Zn等元素化合物的制备流程为载体，考查不同价态物质转化规律，条件控制、物质的分离提纯等关键能力。
例1 利用钒钛磁铁矿冶炼后产生的钒渣(主要含FeO·V2O3、Al2O3、SiO2及少量可溶性磷酸盐)生产V2O5的工艺流程如下，回答下列问题：
