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1、 高考第二轮复习金属元素及其化合物（学案含答案）第 2 页 年 级 高三 学 科 化学 版 本 苏教版 内 容标题 金属元素及其化合物【本讲教育信息】一、教学内容：金属元素及其化合物 二、教学目标 以典型的金属A 和A 族元素中的钠、镁为例，从其原子的核外电子排布入手，理解A 和A 族（单质、化合物）的相似性和递变性。了解典型金属（钠、镁、铝、铁和铜）的物理性质和化学性质。综合运用一些重要化合物的性质进行解题 重点掌握 Na2O、Na2O2；铝、氧化铝、氢氧化铝的两性、Al3、AlO2、Al（OH）3和 Fe、Fe2+、Fe3+的三角相互转变 三、教学重点、难点 Na2O、Na2O2的性质；铝
2、、氧化铝、氢氧化铝的两性、Al3、AlO2、Al（OH）3和 Fe、Fe2+、Fe3+的三角相互转变 四、教学过程：（一）金属元素概述：1、金属在元素周期表中的位置及结构特点：金属元素分布在周期表的左下部，金属元素原子最外层电子数比同周期非金属元素原子最外层 第 3 页 电子数少，一般小于 4（Ge、Sn、Pb=4，Sb、Bi=5，Po=6）。金属元素原子半径比同周期非金属原子半径大。金属原子的结构特点决定了金属原子易失去电子显强还原性。金属元素形成的金属单质固态时全是金属晶体。2、金属的物理性质：通性：（1）状态：通常情况下，除汞外其他金属都是固态。（2）金属光泽：多数金属具有光泽，但除Mg
3、、Al、Cu、Au 在粉末状态有光泽外，其他金属在块状时才表现出来。（3）易导电、导热：由于金属晶体中自由电子的运动，使金属易导电、导热。（4）延展性。（5）熔点及硬度：由金属晶体中金属离子跟自由电子间的作用强弱决定。特性（1）颜色：绝大多数金属都是银白色，有少数金属具有颜色，例如：Au 为金黄色，Cu 为紫红色，Cs 为银白略带金色。cm3cm3cm3）（3）熔点：最高的金属是钨（W 3413），最低的为汞（Hg 39）。（4）硬度：最硬的金属为铬，最软的金属为钾（K）、钠（Na）、铯（Cs）等，可用小刀切 第 4 页 割。（5）导电性：导电性较强的金属是银（Ag）、金（Au）、铜（Cu）等
4、。导电性较差的金属为汞（Hg）。（6）延展性：延展性最好的金属是金（Au）。3、金属单质的化学性质 金属活动顺序 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au 原子失电子能力 由大到小，还原性由强到弱 阳离子得 e-能力 由小到大，氧化性由弱到强 和O2反应 常温被氧化 常温能被氧化（生成氧化膜）常温干燥空气中不易被氧化 加热时能被氧化 不能被氧化 和 H2O反应 常温置换出氢 加热或与 H2O（g）反应置换出氢 不能置换水中的氢 和酸反应 剧烈置换出酸能置换出酸中的氢，Fe、Al常温在浓 不能置换稀酸中的氢 第 5 页 中的氢 HNO3、浓H2SO4中
5、“钝化”与氧化性酸反应 只与王水反应 和碱反应 仅 Al 和 Zn 能跟强碱水溶液反应生成H2 和盐反应 先与水反应 前面的金属从盐溶液中置换后边的金属 碱的热分解 受热不分解 受热分解 常温分解 硫化物溶解性 溶于水 水解 不溶于水，溶于非氧化性稀酸 只溶于强氧化性酸 冶炼方法 电解法 热还原法 加热分解法 物理方法 4、金属的冶炼方法（1）电解法：活泼金属（KAl）的冶炼常采用电解它的熔盐或氧化物的方法。第 6 页（2）还原法（高温）金属活动性顺序表中 ZnCu 之间的金属常采用此法冶炼。常用的还原剂有：H2（CuOCu）、C（ZnOZn）、Na（TiCl4Ti）、Al（Cr2O3Cr）、
6、CO（Fe2O3Fe）等。（3）加热法 用于冶炼不活泼金属 Hg、Ag。加热使 HgO、HgS、Ag2S 分解。（4）湿法：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu（5）物理法：Au、Pt 在自然界中主要以游离态存在。（二）金属元素及其化合物之间的相互转化关系：1、钠及其化合物的相互转化：2、镁及其化合物之间的相互转化：3、铝及其化合物之间的相互转化 4、铁及其化合物之间的相互转化：说明：1、金属的通性：掌握金属的活动性顺序与掌握金属的化学性质，金属的化学性质主要表现为易失去最外层的电子，显示还原性，这与它们的原子结构有关。金属活动性顺序就是金属单质的还原性由强渐弱的顺序。按金属活动性顺序，把常见金
7、属分为以下三组：活泼金属组：K、Ca、Na，Mg、Al；第 7 页 中活泼金属组：Zn、Fe，Sn、Pb、（H）；不活泼金属组：Cu、Hg、Ag，Pt、Au。如上所示，每个金属组又分为两个不同层次，显示其还原性的差异。这样复习金属单质的化学性质，有利于掌握金属的全局，以及金属还原性强弱的变化规律。（1）跟 O2反应：K、Ca、Na、Mg、Al 迅速氧化，Zn、Fe、Sn、Pb 缓慢氧化，Cu、Hg、Ag、Pt、Au 很难氧化。（2）跟 H2O 反应：K、Ca、Na 跟水反应剧烈，Mg、Al 跟水在加热下缓慢反应，Zn、Fe在高温下跟水气反应，生成 H2和金属氧化物。（3）跟盐酸反应：K、Ca、
8、Na 反应猛烈，Mg、Al 反应剧烈，锌、铁反应较快，Sn、Pb反应缓慢，Cu、Hg、Ag、Pt、Au 不能反应。（4）跟硝酸反应：Cu、Hg、Ag 可与 HNO3反应，Pt、Au 不跟 HNO3反应。2、与金属有关的特征的颜色：有色固体：红色（Cu、Cu2O、Fe2O3）红褐色Fe（OH）3、蓝色Cu（OH）2、CuSO45H2O 黑色（CuO、FeO、FeS、CuS、Ag2S、PbS、Fe3O4）黄色（AgI、AgBr、Ag3PO4、S、Na2O2、FeS2）绿色FeSO47H2O、Cu2（OH）2CO3 有色溶液：Fe2+（浅绿色）、Fe3+（黄色）、Cu2+（蓝色）、MnO4（紫色）、
9、Fe3+与苯酚（紫色）、Fe3+与 SCN（血红色）等 第 8 页 3、熟练掌握：NaOH、Na2CO3、NaHCO3；Al3、AlO2、Al（OH）3；Fe、Fe2、Fe3等三组物质中的三角关系。【典型例题】例 1下列金属冶炼的反应原理，错误的是 A、2NaCl（熔融）2NaCl2 B、MgO H2MgH2O C、Fe3O44CO3Fe4CO2 D、2HgO2HgO2 解析：本题要求掌握随着不同金属的阳离子的氧化能力不同，冶炼方法主要有：电解法、还原剂法、加热法等，我们可以根据金属活动顺序把金属冶炼的方法规律总结如下：K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb（H）Cu、Hg、Ag、
10、Pt、Au、熔融电解法 高温还原剂法 加热法 金属阳离子：得电子（氧化性）：弱强 答案：B 例 2A、B 两种固体，都由甲、乙两种元素组成。在 A、B 中，甲、乙两种元素的原子个数比分别为 ll 和 l2。高温煅烧 A、B 时，产物都是 C（固体）和 D（气体）。由 D 可制得 E（酸）。E 和另一种酸组成的混合酸跟甲苯反应可生成三硝基甲苯。C 与 E 的稀溶液反应得到溶液 F，往 F 溶液中加入氢氧化钠溶液，有红褐色沉淀生成，该沉淀经灼烧后转变成 C。往 F 溶液 第 9 页 中加入甲元素的单质得到溶液 G。试根据以上信息填写下列空白：（1）A的 化 学 式（分 子 式）是_；（2）B 煅烧
11、生成 C 和 D 的化学方程式是 ；甲元素的单质与 F 溶液反应的离子方程式是 ；（3）往 G 溶液中加入 NaOH 溶液发生的现象是 。解析：本题由 E 和另一种酸组成的混合酸跟甲苯反应可生成三硝基甲苯。作为突破口得 E可能为 HNO3或 H2SO4，然后由酸的制法可判断该酸为 H2SO4，说明 A、B 中一种元素为 S。而根据：“F 溶液中加入氢氧化钠溶液，有红褐色沉淀生成，该沉淀经灼烧后转变成 C。”可得 A、B 中另一种物质为铁 Fe。则 A 为 FeS、B 为 FeS2；甲为 Fe、乙为 S。依次可推出其他物质：C 为Fe2O3、E 为 H2SO4、F 为 Fe2（SO4）3、G 为
12、FeSO4。答案：（1）FeS （2）4FeS211O2 高温2Fe2O38SO2 2Fe3Fe3Fe2（3）生成的沉淀由白色变成灰绿色最终变成红褐色。例 3Fe3O4可以写作 Fe2O3FeO，若把 Fe3O4 第 10 页 看成是一种盐，又可写成 Fe（FeO2）2。根据化合价规律和化学式书写方法，把 Pb3O4用上述氧化物形式表示，其化学式为_；若看成是一种盐，化学式为_。又知，高价Fe 不能把 HCl 氧化，而高价 Pb 能把 HCl 氧化成 Cl2。试分别写出 Fe3O4、Pb3O4与盐酸反应的化学方程式。解析：铅（Pb）是A 族元素，化合价只有+2 价和+4 价。根据 Fe3O4写
13、成 Fe2O3FeO 形式，+4 价 Pb 的氧化物写在前，+2 价的氧化物写在后，则有：PbO22PbO。又根据 Fe3O4看成盐的形式 Fe（FeO2）2分析，低价金属为阳离子，高价为酸根离子，则Pb3O4可写成：Pb2（PbO4）.Fe3+不能氧化 HCl，所以 Fe3O4与 HCl反应生成两种盐，属于复分解反应；而 Pb4+有强氧化性，能把 HCl 氧化成 Cl2，这时会生成 PbCl2的盐。答案：PbO22PbO；Pb2（PbO4）；Fe3O48HCl2FeCl3FeCl24H2O；Pb3O48HCl3PbCl2Cl24H2O 例 4 已知下列各物质都是由短周期元素组成，它们之间的关
14、系如下图所示：常温下，A、F 为金属单质，F 既能与 L溶液反应，又能与 N 溶液反应。C、H、M 为 第 11 页 气体单质，其中 H 呈黄绿色，A、B、I、K、L、R 焰色反应均为黄色。请回答：（1）P 的结构式为 ，B 的电子式为 。（2）R 的水溶液呈碱性的原因可用离子方程式表示为 。（3）还有一种物质能与 B 反应生成 C，写出这个反应的化学方程式 。（4）还有一种物质能与 J 反应生成 C，写出这个反应的化学方程式 。（5）某气体 Q 具有漂白作用，将 Q 与 H等物质的量通入水中所得溶液没有漂白作用，写出该过程中发生反应的离子方程式_。解析：本题以碱金属元素钠为中心，覆盖了氧族、
15、卤族和镁、铝等多种元素的性质。本题突破口为寻找特征反应和现象：首先应该由焰色反应均为黄色，确定的是 A 为金属钠，黄绿色气体确定 H 为 Cl2，C、M 可能属于 H2、N2、O2和 F2中的某一种，考虑到 M 和 H 均是电解产生的气体，显然 M 只能是 H2，电解的对象为 NaCl 溶液，即 I 为 NaCl，J 为 H2O，这样 L 只能是 NaOH，依次类推可得 F 是铝，N为HCl，P为HClO，G为Al2O3，R为NaAlO2，B 为 Na2O2等。答案：（1）P 的结构式为：HOCl，B 第 12 页 为 Na2O2，电子式为（略）（2）AlO22H2OAl（OH）3OH；（3）
16、2Na2O22CO22Na2CO3O2；（4）2F22H2O4HFO2；（5）SO2Cl22H2O4HSO422Cl 例 5钛（Ti）被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白（TiO2）是目前最好的白色颜料。制备 TiO2和 Ti 的原料是钛铁矿，我国的钛铁矿储量居世界首位。用含有 Fe2O3的钛铁矿（主要成分为 FeTiO3）制取 TiO2的流程如下：（1）Ti 的原子序数为 22，Ti 位于元素周期表中第_周期，第_族。（2）步 骤 加 铁 的 目 的 是_；步骤冷却的目的是_ _。（3）上述制备 TiO2的过程中，可以利用的副产物是_；考虑成本和废物 综 合 利 用 因 素，废 液 中 应 加
17、 入_处理。（4）由金红石（TiO2）制取单质 Ti，涉及到的步骤为：已知：C（s）+O2（g）CO2（g）；H=393.5 kJmol-1 第 13 页 2CO（g）+O2（g）2CO2（g）；H=566 kJmol-1 TiO2（s）+2Cl2（g）TiCl4（s）+O2（g）；H=+141 kJmol-1 则 TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（s）TiCl4（s）+2CO（g）的H=_。反应TiCl4+2Mg 2MgCl2+Ti 在Ar气氛中进行的理由是_。解析：本题考查的是新情境下的工业流程图，同时还考查了盖斯定律和元素周期律的有关内容。按照钛的原子序数（22）可知钛的电子排布式为
18、：1s22s22p63s23p63d24s2，位于周期表中第四周期，第 IVB 族。流程中加过量铁屑的目的是为了将混合物中的 Fe3+还原为 Fe2+，从而在步骤冷却得到较纯净的 FeSO47H2O 晶体。而在废液中加入石灰（或碳酸钙、纯碱等）可以中和废液中的酸，也可以得到副石膏等。而第（4）问则是有关盖斯定律的内容，2，可得H-80 kJmol-1。TiCl4+2Mg 2MgCl2+Ti，镁和钛的金属活泼性均较强，能与氧气等物质反应，因此，工业上制取钛时，应在 Ar 气氛中进行，以防氧化。答案：（1）4 IVB （2）将 Fe3+还 原 为 Fe2+，析 出（或 分 离、或 得 到）FeSO
19、4 7H2O（3）FeSO47H2O，石灰（或碳酸钙、废 第 14 页 碱）；（4）-80 kJmol-1 防止高温下 Mg（Ti）与空气中的 O2（或CO2、N2）作用 例 6有铁粉、三氧化二铁和氧化铜组成的混合物，投入到 110mL 4mol/L 的盐酸中，充分作用后得很浅的绿色溶液，产生标准状况下的气体 896mL，并留下固体 1.28 g。过滤并将滤液稀释到200 mL，经测定其中含有过量盐酸为0.4 mol/L。试求原混合物中三种物质的质量。解析：分析该题，反应后溶液为浅绿色，证明溶液中无 Cu2，又盐酸过量，知留下的固体中无铁粉，以此可通过得失电子守恒和 Cl守恒列出两个方程求解。
20、则：根据题意，可把题中文字和数字的信息改组成如下框信息：根据 Cl守恒，原盐酸中的 Cl的物质的量应等于生成物 FeCl2中 Cl的物质的量与过量盐酸中的 Cl的物质的量之和，即：（x2y）2+0.2 0.4=0.11 4 氧化剂 Fe2O3 2Fe2+、CuO Cu、2H+H2 还原剂 Fe Fe2+根据氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数，得 2y（1.28/64）2 （896/22400）2 第 15 页 2x 解方程组与得：x 0.1（mol），y 0.04（mol）。即原混合物中，Fe 粉为 5.6 g，Fe2O3为 6.4 g，CuO 为 1.6 g。答案：Fe 粉为 5.6 g，Fe2O3为 6.4 g，CuO为 1.6 g