化12秋10金属计算和实验应用教师版.docx
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化12秋10金属计算和实验应用教师版
金属计算和实验应用
一、金属概述
1.金属在元素周期表中的位置
元素周期表中除左上方的氢及右上部的非金属元素外,其余部分都是金属元素,所以金属元素集中在表的左下方,共有近百种金属,包括部分主族元素,所有的副族和第八族元素。
2.金属的原子结构
最外层电子数一般___________个,大多数金属元素原子最外电子只有_________个。
原子半径较大,在化学反应中易__________电子而变成__________________,化合价只有______价。
金属单质在反应中常作_________(氧化/还原)剂。
【答案】小于41-2失去金属阳离子正还原
3.金属的分类
4.金属的通性:
有金属光泽,导电性,导热性,延展性
(1)金属键:
金属阳离子和自由电子之间所形成的强作用力就是金属键。
(2)金属晶体:
通过金属键所形成的晶体叫金属晶体。
构成微粒:
金属阳离子和自由电子
②元素种类:
金属
③微粒间作用力:
金属键
④熔沸点:
一般较高
⑤典型实例:
Cu、Fe等金属以及合金
【练一练】金属的下列性质与金属键无关的是()
A.金属不透明并具有金属光泽B.金属易导电、传热
C.金属具有较强的还原性D.金属具有延展性
【答案】C
(3)金属的物理通性
①金属表面一般都有光泽,黄金、白银、铂金等饰品就是利用了这一性质。
②金属具有导电性。
③金属具有导热性。
④金属具有良好的延展性。
【练一练】几个金属之最(识记)重金属盐一般有毒
熔点最高的金属_________熔点最低的金属________
地壳中含量最高的金属________导电性最强的金属________
硬度最大的金属________密度最小的金属________
密度最大的金属________延展性最好的金属________
人体内最多的金属________人类冶炼最多的金属________
【答案】钨汞铝银铬锂锇金钙铁
5.合金
(1)合金的定义
在金属中加入一种或几种其它金属或非金属,加热熔化,混合均匀,冷却得到的固体混合物。
(2)合金的性质特点:
硬度比组成它们的纯金属的硬度________
熔点比组成它们的纯金属的熔点________
【答案】大低
原因:
a.合金中原子大小不一致,改变了金属中规则的层状排列,使层与层之间的滑动困难,所以硬度大
b.合金中原子大小不同,排列没有纯金属整齐,原子间的作用力减小,所以熔点低
(3)生铁和钢——铁碳合金;黄铜——铜锌合金
二、金属规律小结
金属活动顺序表及应用(重点:
钠、镁、铝、铁、铜的性质及强弱比较)
金属活动顺序
KCaNa
MgAlZn
FeSnPb
(H)
CuHgAg
PtAu
原子失电子能力
由大到小,还原性由强到弱
离子得电子能力
由小到大,氧化性由弱到强
和氧气反应
常温易被氧化
常温能被氧化
常温干燥空气中不易被氧化
加热时能被氧化
不能氧化
和水反应
剧烈反应得强碱和H2
与热水慢反应
高温与水蒸气反应生成金属氧化物和H2
不跟水反应
和酸反应
剧烈反应置换出氢
能置换出酸(非氧化性酸)中的氢
不能置换稀酸中的氢
与氧化性酸反应
只溶于王水
和强碱反应
仅Al、Zn能跟强碱水溶液反应
和盐溶液反应
先与水反应
前面的金属从盐溶液中置换出后面的金属
金属氧化物与水
剧烈反应
弱
不溶于水,也不与水反应
碱的热分解
不分解
受热分解
常温分解
冶炼方法
熔融电解法
热还原法(高温用CO、Al等)
热分解法
物理方法
在自然界中的存在形式
只以化合态存在
多以化合态,极少以游离态
只以游离态存在
三、金属的冶炼
1.冶炼金属常用以下几种方法:
1电解法:
适用范围K——Al
2还原法:
适用范围:
Zn——Cu
3热分解法:
适用范围:
Hg——Ag
④物理方法:
适用范围:
Au
2.金属冶炼的原理:
在一定条件下,用还原剂使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。
3.金属冶炼的方法:
由于金属阳离子得到电子还原成金属原子的能力不同,冶炼方法也有所不同(见下表)。
金属活动顺序表
KCaNaMgAl
ZnFeSnPb(H)Cu
HgAg
PtAu
冶炼方法
电解法
热还原法
热分解法
富集
(1)电解法:
电解是最强的氧化还原手段。
在金属活动顺序表中铝和铝前面的几种轻金属用电解熔融化合物来制取,铝后面的金属可以用电解其盐的水溶液来制取。
MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
(2)热还原法:
大量的冶金过程属于此法。
C、CO、H2和一些活泼金属都是良好的还原剂。
用碳资源丰富,又价廉。
但用碳还原得到的金属往往混有碳和金属碳化物,得不到纯金属。
SnO2+2C
Sn+2CO↑ZnO+C
Zn+CO↑PbO+C
Pb+CO↑
用纯度高的H2和金属氧化物为原料就能制得很纯的金属,但Al2O3、MgO等不能用H2还原。
CuO+H2
Cu+H2↑Fe2O3+3H2
2Fe+3H2OWO3+3H2
W+3H2O
铝价廉,难挥发,且反应时强烈放热,工业上常用来冶炼难熔金属。
缺点易和许多金属生成合金。
Cr2O3+2Al
Al2O3+2Cr3Fe3O4+8Al
9Fe+4Al2O3
(3)热分解法:
在氢后面的金属,加热其化合物就可得到。
HgS
Hg+S2Ag2O
4Ag+O2↑
(4)Pt、Au以游离态存在于自然界中,可采用物理方法富集。
4.炼钢和炼铁
炼铁
炼钢
原料
铁矿石、焦炭、石灰石、空气
生铁、空气(或纯氧、氧化铁)、生石灰、脱氧剂
化学原理
在高温下用还原剂从铁矿石里还原出来
在高温下用氧化剂把生铁里过多的碳和其它氧化为气体或炉清除去
主
要
反
应
①还原剂的生成
C+O2
CO2
CO2+C
2CO
②铁的还原
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2
③炉渣的生成
CaCO3
CaO+CO2
CaO+SiO2
CaSiO3
①氧化:
2Fe+O2
2FeO
FeO氧化铁水里的Si、Mn、C等。
如C+FeO
Fe+CO
②造渣:
生成的硅锰氧化物得铁水里的硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出。
③脱氧,并调整Mn、Si含量
2FeO+Si
2Fe+SiO2
主要设备
高炉
转炉
四、金属综合运用
1.综合计算
2.性质实验-制备实验
考点1:
金属冶炼
例1:
(2014虹口一模8)以下金属冶炼方法错误的是:
()
A.3MnO2+4Al
3Mn+2Al2O3B.2AlCl3(熔融)
2Al+3Cl2
C.Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2D.2HgO
2Hg+O2↑
【难度】★★
【答案】B
变式1:
(2008静安二模)以下叙述错误的是()
A.CO可作冶铁的还原剂
B.空气或氧气可作炼钢的氧化剂
C.一定条件下,用H2或CO可将钙从CaO中还原出来
D.侯德榜制碱法得到的产品是纯碱和氯化铵
【难度】★★
【答案】C
变式2:
(2010闵行二模)氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。
下列说法错误的是()
A.冶炼铁是在高温下利用还原反应将铁从其铁矿石中还原出来
B.炼钢是在高温下利用氧化剂把生铁中过多的碳和其他杂质氧化
C.1molFe3O4被CO全部还原成Fe时,转移9mol电子
D.铝热法还原铁的反应,可放出大量的热,并能使铁熔化
【难度】★★
【答案】C
变式3:
(高考题)实验室将9g铝粉跟一定量的金属氧化物粉末混合形成铝热剂。
发生铝热反应之后,所
得固体中含金属单质为18g,则该氧化物粉末可能是()
A.Fe2O3和MnO2B.MnO2和V2O5C.Cr2O3和V2O5D.Fe3O4和FeO
【难度】★★★
【答案】AD
点拨:
熟悉和会应用工业冶炼金属的常见方式,注意工业冶炼的特点,了解常见金属的冶炼方式。
考点2:
金属计算
题型一:
守恒(元素守恒,电荷守恒,得失电子守恒)
例1:
(得失电子守恒)将质量为mg的铁粉与铜粉的混合物,溶于100mL4mol/LHNO3溶液(过量),充分反应后所得的还原产物为0.05molNO,再向所得溶液中加入足量的NaOH溶液至沉淀完全,则沉淀质量为()
A.5.52gB.(m+6.8)gC.(m+2.55)gD.(m+12.0)g
【难度】★★
【答案】C
变式1:
(元素守恒)(2014嘉定一模21)有4.8gCuO、Fe2O3混合物跟足量CO充分反应后固体减少1.28g,反应后全部气体用0.6mol/LBa(OH)2溶液100mL吸收。
下列有关叙述中正确的是()
A.原混合物中CuO与Fe2O3物质的量的比为l:
1
B.原混合物中CuO与Fe2O3的质量比为2:
1
C.吸收CO2后的溶液中一定有Ba(HCO3)2
D.吸收CO2后的溶液中生成白色沉淀的质量为11.82g
【难度】★★
【答案】AC
变式2:
(电荷守恒)向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中注入盐酸,假如100mL,1mol·L–1的盐酸,恰好使混合物溶解,放出224mL(SPT)的气体,所得溶液中不含Fe3+,若用足量的CO在高温下还原相同质量的此混合物,得到Fe的质量为()
A.11.2gB.5.6gC.2.8gD.无法计算
【难度】★★
【答案】C
变式3:
(电荷守恒,得失电子守恒)(2014金山一模22)2.8gFe全部溶于一定浓度、200mL的HNO3溶液中,得到标准状况下的气体1.12L,测得反应后溶液的pH为1。
若反应前后溶液体积变化忽略不计,则下列有关判断正确的是()
A.反应后溶液中c(NO3-)=0.85mol/L
B.反应后的溶液最多还能溶解1.4gFe
C.反应后溶液中铁元素可能以Fe2+形式存在
D.1.12L气体不可能是NO、NO2的混合气体
【难度】★★
【答案】AD
点拨:
守恒是计算解题过程中最重要也是最常用的方法,而且守恒的具体方法也比较丰富。
有时解题的时候需要运用到多种守恒,有时解题的时候除了守恒以外还要运用其他的一些方法。
题型二:
极限法
例2:
(2014宝山一模22)将3.6g铁铜混合粉末,投入100mLcmol/L的稀硝酸中,金属粉末与硝酸恰好完全反应(还原产物只有NO),向反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液,充分反应后将沉淀过滤、洗涤、灼烧至恒重后称量为4.8g。
则c值可能为()
A.1.2B.1.75C.2.0D.2.4
【难度】★★
【答案】BC
变式1:
(2015静安一模22)向22.4gFe2O3、Cu的混合物中加入0.5mol/L的硫酸溶液750mL,固体完全溶解,则原混合物中Cu的质量可能为()
A.1.12gB.2.2gC.3.2gD.6.4g
【难度】★★
【答案】CD
变式2:
(2015松江一模22)向100mL0.1mol/L的NaAlO2溶液中加入一定量的稀HNO3,将所得溶液加热、蒸干并灼烧直至质量不再变化,此时固体的质量为()
A.1.09gB.1.20gC.1.36gD.1.63g
【难度】★★
【答案】AB
变式3:
(2015虹口一模22)向22.4gFe2O3、Cu的混合物中加入0.5mol/L的硫酸溶液600mL时,固体恰好完全溶解,所得溶液中不含Fe3+,若用CO在高温下还原相同质量的原混合物,固体减少的质量可能为()
A.1.6gB.4.8gC.5.6gD.6.4g
【难度】★★
【答案】AB
点拨:
极值法是考试中比较常见的一种方法,而且多应用于不定项选择的最后一题,属于比较难的一种类型题目,解题期间还需要用到守恒等知识内容,是较为全面的一种考察方式。
题型三:
图像拓展
例3:
若含有1molMg2+和1molAl3+的混合溶液,现按下图横坐标依次加入NaOH溶液、盐酸、通入CO2气体,纵坐标为混合沉淀的物质的量。
请画出沉淀的物质的量随反应的变化曲线,并写出各步反应的离子方程式。
【难度】★★
【答案】
AB段:
Mg2++2OH-→Mg(OH)2↓
BC段:
Al3++3OH-→Al(OH)3↓
CD段:
Al(OH)3+OH-→AlO2-+2H2O
DE段:
H++OH-→H2O
EF段:
CO2+2AlO2-+3H2O→2Al(OH)3↓+CO32-
FG段:
CO32-+H2O+CO2→2HCO3-
变式1:
某结晶水合物含有两种阳离子和一种阴离子。
称取两份质量均为45.3g的该结晶水合物,分别制成溶液。
向其中一份逐滴加入NaOH溶液,开始发现溶液中出现白色沉淀并逐渐增多;一段时间后有气体逸出,该气体有刺激性气味,能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,加热后共计可收集到2.24L该气体(标准状况);最后白色沉淀逐渐减少并最终消失。
另一份逐滴加入Ba(OH)2溶液,开始现象类似,但最终仍有白色沉淀;过滤,用稀硝酸处理沉淀物,经洗涤和干燥,得到白色固体46.6g。
请回答以下问题:
(1)该结晶水合物中含有的两种阳离子是Al3+和________,阴离子是________。
(2)试通过计算确定该结晶水合物的化学式。
计算过程:
(3)假设过程中向该溶液中加入的Ba(OH)2溶液的物质的量浓度为2.0mol·L-1。
加入mLBa(OH)2溶液时,所得沉淀的总物质的量最大。
请在下图中画出生成沉淀的物质的量与加入Ba(OH)2溶液体积的关系示意图。
【难度】★★
【答案】
(1)NH4+SO42-
(2)n(SO42-)=0.2moln(NH4+)=0.1moln(Al3+)=0.1moln(H2O)=1.2mol
该结晶水合物的化学式为:
NH4Al(SO4)2·12H2O[或(NH4)2SO4·Al2(SO4)3·24H2O]
(3)①100
②
变式2:
向
、
和
的混合溶液A中,逐滴加入
和NaOH的混合溶液B,产生的沉淀和加入溶液B的体积关系如下图所示:
⑴当加入B溶液110mL时,溶液中的沉淀是
___________________________(填化学式).
⑵溶液B中
与NaOH的物质的量浓度之比________________;从90mL至100mL之间加入10mLB溶液时所发生的离子反应方程式是
__________________________________________________________________.
⑶将A、B溶液中各溶质的物质的量浓度填入下表:
溶质
浓度
【难度】★★
【答案】⑴BaSO4、Fe(OH)3⑵1:
1Ba2++SO42-→BaSO4↓Al(OH)3+OH-→AlO2-+2H2O
⑶10101021
点拨:
金属铝的相关图像是考试的时候较为常见的一种方式,但是考察时会结合多种物质一起给图像造成复杂性,但是解题的关键在于两性物质的溶解,所以图像下行是类似题目的题眼。
考点3:
实验(定性为主)
例1:
碱式碳酸铜可表示为:
xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O,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xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O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。
_______________________________________________________________。
【难度】★★
【答案】
(1)①xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O+(x+y)H2=(x+y)Cu+xCO2+(x+2y+z)H2O
②a→k,j→gf(hi)→de(ed)→hi(gf)→bc(cb)→l
③1.8CuCO3·Cu(OH)2·H2O
(2)可行根据反应xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O=(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。
变式1:
(2015嘉定一模七)昆石属于稀有的石种,其成分主要是二氧化硅以及铁、钠、钙元素的氧化物,根据图示流程回答有关问题。
39.操作1和操作4的名称分别是_______和__________
40.写出加CaO时发生反应的离子方程式:
_______________________________________________________________________________
41.在沉淀2后,依次进行了洗涤、干燥、灼烧操作,证明沉淀已经洗涤干净的操作是
________________________________________________________________________
42.证明滤液3含有钠元素的方法是________________________________________
43.写出能证明红棕色固体中含有金属元素的操作过程、现象、结论。
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________
【难度】★★
【答案】39.过滤、蒸发结晶(2分)
40.CaO+H2O→Ca2++2OH―CaO+2H+→Ca2++H2OFe3++3OH―→Fe(OH)3↓(3分)
41.取洗涤液少许于试管中滴入硝酸酸化的硝酸银溶液,若无沉淀证明已经洗涤干净。
(2分)
42.用铂丝蘸取滤液3,放在酒精灯的外焰灼烧,火焰呈黄色,证明含有钠元素(1分)
43.取红棕色固体少许,用盐酸溶解,滴入2滴KSCN溶液,溶液变为红色,证明含有金属铁元素。
(3分)
变式2:
(2015崇明一模六)(本题共11分)
某学习小组的同学对氯气与铁的反应及产物进行了如下探究:
34、装置的连接顺序为a→______→______→______→______→b→c→f。
35、硬质玻璃管中可观察到的现象是_______________________________________________。
硬质玻璃管与收集器之间没有用导管连接,原因是________________________________。
反应一段时间、熄灭酒精灯,冷却后,将收集器及硬质玻璃管中物质快速转移至锥形瓶中,加入过量的稀盐酸和少许植物油(反应过程中不振荡),充分反应后,进行如下实验:
36、试剂X的化学式为______________;有同学分析淡黄色溶液中含有
,你认为__________(填“合理”或“不合理”);固体产物的成分可能为_______________(填相应的字母);
A.Fe和FeCl3B.FeCl2和FeCl3C.Fe、FeCl2和FeCl3D.Fe和FeCl2
37、加入少许植物油的作用是_______________________________________________________,
用离子方程式表示加入新制氯水后溶液红色加深的原因:
_____________________________________________________________________________。
38、某小组同学实验时在加入新制氯水后,并未得到深红色溶液,请帮助他们分析原因:
_______________________________________________________________________,
请设计实验对你所分析的原因进行验证,简要写出实验方案。
______________________________________________________________________________。
【难度】★★
【答案】34、g、h、d、e(1分)
35、有棕褐色烟生成(1分)防止堵塞(或其他合理描述都可)(1分)
36、KSCN(或NH4SCN)(1分)合理(1分)A(1分)
37、隔绝空气,防止Fe2+被氧化(1分)2Fe2++Cl2→2Fe3++2Cl-Fe3++3SCN-
Fe(SCN)3(只写第一个也可)(1分)
38、新制氯水将SCN-氧化(1分,合理给分)取少许褪色后的溶液于试管中,再滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红,则原因分析成立(2分,合理给分)
点拨:
随着高考改革,计算不做单独命题,那么实验部分势必需要同时兼顾定性实验和定量试验,而且实验题的题量应该会保留一个大题,所以课本内相关物质的定性实验应该会是后期考察的主要内容和方向,而金属及其相关物质也是实验中比较容易看到的一种类型。
1.现有200mLMgCl2和AlCl3的混合溶液,其中c(Mg2+)=0.2mol/L,c(Cl-)=1.3mol/L,要使Mg2+转化为Mg(OH)2,并使Mg2+与Al3+分离开,至少需要4mol/L的NaOH溶液的体积为()
A.140mLB.120mLC.100mLD.80mL
【难度】★★
【答案】D
2.等体积的AlCl3和NaOH两种溶液混合后,沉淀物中含铝元素的质量与溶液中含铝元素的质量相等,则AlCl3和NaOH两种溶液的物质的量浓度之比是()
(1)1:
3
(2)2:
3(3)1:
4(4)2:
7
A.
(1)和
(2)B.
(1)和(3)C.
(2)和(4)D.(3)和(4)
【难度】★★
【答案】C
3.向含有amolAlCl3的溶液中加入含bmolKOH的溶液,生成沉淀的物质的量可能是()
(1)amol
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