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专题能力提升练 十金属元素单质及其重要化合物(建议用时:20分钟)一、选择题1.(2016郴州一模)下列有关金属及其化合物的说法正确的是()A.铝和氢氧化钠溶液反应生成Al(OH)3和H2OB.钠在空气中燃烧生成淡黄色的Na2OC.铁在高温下与水蒸气反应生成Fe2O3和H2D.用碳酸钠和氢氧化钙反应制NaOH【解析】选D。铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气,A错误;钠在空气中燃烧生成淡黄色的过氧化钠,B错误;铁在高温下与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,C错误;碳酸钠和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠,D正确。【加固训练】下列有关金属的说法正确的是()A.生铁与钢的区别在于生铁含碳杂质,而钢不含碳杂质B.铜在自然界中的含量高,所以铜是人类最早使用的金属C.黑色金属材料包括铁、铝、锰及其化合物D.金属一般都具有导电性、导热性、延展性【解析】选D。钢也含有碳,其碳含量较少,故A错误;因为铜性质不活泼,因此铜是人类最早使用的金属,故B错误;黑色金属包括铁、铬、锰,故C错误。2.(2016北京一模)中学化学中很多“规律”都有其使用范围,据有关“规律”下列结论合理的是()A.根据较强酸可以制取较弱酸的规律,推出CO2通入NaClO溶液中能生成HClOB.金属钠可以通过电解熔融NaCl制得,推出金属铝可以通过电解熔融AlCl3制得C.金属钠在纯氧中燃烧生成Na2O2,推出金属锂在纯氧中燃烧生成Li2O2D.CaCO3与稀硝酸反应生成CO2,推出CaSO3也能与稀硝酸反应生成SO2【解析】选A。碳酸的酸性强于次氯酸,CO2通入NaClO溶液中能生成HClO,故A正确;氯化铝是共价化合物,熔融AlCl3不导电,不能通过电解熔融AlCl3的方法制得铝,故B错误;金属锂在纯氧中燃烧只生成Li2O,故C错误;CaSO3具有还原性,与稀硝酸发生氧化还原反应,不能生成SO2,故D错误。【互动探究】(1)写出把少量CO2通入NaClO溶液中的离子方程式。提示:CO2+ClO+H2OHClO+HC。注意HClO的电离程度介于H2CO3的一级电离和二级电离之间。(2)把SO2通入NaClO溶液能否制得HClO,为什么?提示:不能。NaClO具有强氧化性会氧化SO2生成S,离子方程式为ClO+SO2+H2OS+Cl+2H+。3.(2016长沙二模)某CuSO4、Fe2(SO4)3、H2SO4的混合溶液100 mL,已知溶液中阳离子的浓度相同,且S的物质的量浓度为6 molL-1,则此溶液最多可溶解铁粉的质量为()A.5.6 gB.11.2 gC.22.4 gD.33.6 g【解析】选C。CuSO4、Fe2(SO4)3、H2SO4的混合溶液中c(S)=6 molL-1。由于溶液中阳离子的浓度相同,设溶液中各阳离子浓度均为x。根据电荷守恒,则2x+3x+x=26 molL-1,解得x=2 molL-1。溶液中的阳离子与铁粉反应,最终溶液为FeSO4溶液,则反应后c(Fe2+)=6 molL-1。根据铁元素守恒,溶解的Fe的物质的量为(6 molL-1-2 molL-1)0.1 L=0.4 mol,m(Fe)=0.4 mol56 gmol-1=22.4 g。4.(2016惠州一模)下列说法中不正确的是()铝和铜具有良好的导电性,所以电工操作时,可以把铜线和铝线绞接在一起;汽车尾气中含有能污染空气的氮的氧化物,原因是汽油燃烧不充分;用新制备的Cu(OH)2悬浊液与病人尿液共热,可检验病人尿液中是否含有葡萄糖;某雨水样品采集后放置一段时间,pH由4.68变为4.28,是因为水中溶解了较多的CO2;明矾可以用于净水,主要是由于铝离子可以水解得到氢氧化铝胶体;“水滴石穿”主要是溶解了CO2的雨水与CaCO3长期作用生成了可溶性的Ca(HCO3)2的缘故。A.B.C.D.【解析】选B。铝和铜都具有良好的导电性,但是电工操作时,若把铜线和铝线绞接在一起,在潮湿空气中形成原电池,铝作负极被腐蚀使线路发生断路现象,错误;汽车尾气中含有能污染空气的氮的氧化物,是由于汽车的气缸中的氮气与氧气在电火花作用下发生反应产生NO,NO再被空气中的氧气氧化产生NO2形成,与汽油燃烧是否充分无关,错误;新制备的Cu(OH)2悬浊液氧化葡萄糖产生砖红色的Cu2O沉淀,因此可以用新制备的Cu(OH)2悬浊液与病人尿液共热,可检验病人尿液中是否含有葡萄糖,正确;某雨水样品采集后放置一段时间,pH由4.68变为4.28,是因为水中H2SO3与氧气发生反应:2H2SO3+O22H2SO4,与其中是否溶解了CO2无关,错误;明矾可以用于净水,主要是由于铝离子可以水解得到具有吸附作用的氢氧化铝胶体,使水中悬浮的固体小颗粒形成沉淀,正确;“水滴石穿”主要是溶解了CO2的雨水与CaCO3长期作用生成了可溶性的Ca(HCO3)2的缘故,正确。故上述说法中不正确的是,选项B符合题意。二、非选择题5.(2016郑州一模)聚合氯化铝是新型、高效絮凝剂和净水剂,其单体是液态碱式氯化铝Al2(OH)nCl6-n,工业上常采用铝盐溶液部分水解制备碱式氯化铝,其工艺流程如下:已知:高岭土:Al2O3(25%34%)、SiO2(40%50%)、Fe2O3(0.5%3.0%)及少量杂质和水。Al3+以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH为5.2。根据流程图回答下列问题:(1)写出溶解过程中反应的离子方程式_。(2)加适量铝粉的主要目的是_。(3)溶液的pH需控制在4.24.5的原因是_,具体操作中除添加必要的试剂,还需借助的实验用品是_。(4)“蒸发浓缩”需保持温度在90100,控制该温度的操作名称是_,写出该过程反应的化学方程式_。【解析】(1)高岭土中的Al2O3、Fe2O3在溶解时可与盐酸反应,SiO2为酸性氧化物,不与盐酸反应。(2)加适量铝粉可除去溶液中的铁离子杂质。(3)pH超过4.5,Al3+会形成Al(OH)3沉淀;pH低于4.2,Al3+水解程度很小,很难形成液态碱式氯化铝Al2(OH)nCl6-n。溶液的pH需控制在4.24.5,所以具体操作中除添加必要的试剂,还需借助的实验用品是pH计(或精密pH试纸)。(4)“蒸发浓缩”需保持温度在90100,故需要水浴加热。此时铝离子水解生成Al2(OH)nCl6-n,反应的化学方程式为2AlCl3+nH2OAl2(OH)nCl6-n+nHCl答案:(1)Al2O3+6H+2Al3+3H2O、Fe2O3+6H+2Fe3+3H2O(2)除去溶液中的铁离子(3)pH超过4.5,Al3+会形成Al(OH)3沉淀;pH低于4.2,Al3+水解程度很小,很难形成液态碱式氯化铝Al2(OH)nCl6-npH计(或精密pH试纸)(4)水浴加热2AlCl3+nH2OAl2(OH)nCl6-n+nHCl6.(2016成都二模)CuCl是应用广泛的有机合成催化剂,工业上以制作印刷电路的废液(含F、C、F、Cl)为原料生产CuCl的流程如下:已知:CuCl是一种白色粉末,微溶于水,不溶于乙醇及稀硫酸,在水溶液中存在平衡:CuCl(白色)+2Cl-CuCl3(无色溶液);在空气中迅速被氧化成绿色;见光则分解,变成褐色。根据以上信息回答下列问题:(1)试剂X是_,检验刻蚀液中金属阳离子的化学试剂是_。(均填化学式)(2)操作、相同,名称是_,所需要的主要玻璃仪器有烧杯、_、_。(3)滤渣与Y反应的离子方程式为_。(4)产生CuCl的化学方程式为_,当观察到_现象,即表明反应已经完全。(5)在操作之前往往向反应后的溶液中加入大量的水,其作用是_。(6)在CuCl的生成过程中除环境问题、安全问题外,还应该注意的关键问题是_。【解析】(1)向工业上以制作印刷电路的废液(含F、C、F、Cl)加入过量的铁粉,F与铁粉反应转化为F,C与铁反应生成铜,然后过滤,滤渣为过量的铁和生成的铜,依据铜与铁的活泼性,将滤渣溶于盐酸,铜与盐酸不反应,过滤得到滤渣即为铜。然后铜与浓硫酸反应生成硫酸铜和二氧化硫,铜与氯气反应生成氯化铜,硫酸铜、二氧化硫、氯化铜反应生成氯化亚铜。氯化亚铁溶液中通入氯气生成氯化铁,检验铁离子的试剂是KSCN溶液。(2)操作、均是过滤,所需要的主要玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗。(3)滤渣与盐酸反应的离子方程式为Fe+2H+F+H2。(4)依据图示可知:CuCl2、CuSO4、SO2、H2O反应生成H2SO4、CuCl,产生CuCl的化学方程式依据得失电子守恒得到CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O2CuCl+2H2SO4,硫酸铜溶液是蓝色的,所以当观察到溶液由蓝色变为无色时即表明反应已经完全。(5)因为CuCl在水溶液中存在平衡:CuCl(白色)+ 2Cl-CuCl3(无色溶液),加水稀释,使平衡逆向移动,从而生成CuCl沉淀。(6)氯化亚铜具有还原性,易被氧化而变质,见光易分解,所以生产中应防止CuCl的氧化和见光分解,减少产品CuCl的损失。答案:(1)FeKSCN(或其他合理答案)(2)过滤玻璃棒漏斗(3)Fe+2H+F+H2(4)CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O2CuCl+2H2SO4溶液由蓝色变为无色(5)稀释,促进平衡CuCl(白色)+2Cl-CuCl3(无色溶液)逆向移动,生成CuCl(6)防止CuCl的氧化和见光分解(建议用时:25分钟)一、选择题1.下列关于元素及其化合物的说法正确的是()A.Fe在常温下可与浓硝酸、稀硝酸、浓硫酸剧烈反应B.Al、Cl2均能和NaOH溶液发生氧化还原反应,且两单质的作用相同C.Na久置于空气中,可以和空气中的有关物质发生反应,最终生成Na2CO3D.制备FeCl3、CuCl2固体均可采用将溶液直接蒸干的方法【解析】选C。浓硝酸、浓硫酸都具有强氧化性,常温下能和铁发生钝化反应,无剧烈现象,铁和稀硝酸能发生剧烈反应,A错误;铝和氢氧化钠的反应为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2,铝只作还原剂;Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O,氯气既作氧化剂又作还原剂,两单质的作用不相同,B错误;Na的性质活泼,易与空气中氧气反应生成Na2O,反应为4Na+O22Na2O,Na2O易与水反应生成NaOH,反应为Na2O+H2O2NaOH,NaOH吸收空气中的水和CO2生成Na2CO3xH2O,Na2CO3xH2O风化脱水生成Na2CO3,C正确;由于FeCl3、CuCl2在加热过程中被促进水解,且生成的HCl又易挥发而脱离体系,造成水解完全,生成氢氧化铁、氢氧化铜,以至于得不到FeCl3、CuCl2,故D错误。【加固训练】下列叙述和均正确并且有因果关系的是()选项叙述叙述AFe3+有氧化性Fe2(SO4)3可作净水剂B浓硫酸有腐蚀性常温下浓硫酸不能用铁罐盛装CCl2是非金属单质Cl2能使湿润的有色布条褪色D熔融状态的Al2O3中有自由移动的Al3+和O2-电解熔融状态的Al2O3制备Al【解析】选D。Fe2(SO4)3可作净水剂,是因为Fe3+可水解生成Fe(OH)3胶体,可吸附水中的悬浮物形成沉淀,A错误。常温下浓硫酸可用铁罐盛装,B错误。C中叙述和不存在因果关系,C错误。2.在含有Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、AgNO3各0.01 mol的混合溶液中加入0.01 mol铁粉,经搅拌后发生的变化应是()A.铁溶解,析出0.01 mol Ag和0.005 mol CuB.铁溶解,析出0.01 mol Ag并放出H2C.铁溶解,析出0.01 mol Ag,溶液中不再有Fe3+D.铁溶解,析出0.01 mol Ag,溶液中不再有Cu2+【解析】选C。按照氧化性:Ag+Fe3+Cu2+Zn2+可知,Fe粉先和AgNO3反应,置换出0.01 mol Ag后,溶液中还剩余0.005 mol Fe粉,然后和Fe3+完全反应生成Fe2+。3.钛是航空、军工、电力等领域的重要原料。工业上用钛酸亚铁(FeTiO3)冶炼钛(Ti)的过程是:2FeTiO3+6C+7Cl22TiCl4+2FeCl3+6CO在氩气环境中,2Mg+TiCl4Ti+2MgCl2下列判断不正确的是()A.反应属于置换反应B.反应中氯化物的总质量保持不变C.反应、中钛元素的化合价都改变D.反应中,氩气只作为保护气并不参加反应【解析】选C。2Mg+TiCl4Ti+2MgCl2是由一种单质(Mg)和一种化合物(TiCl4)反应生成另一种单质(Ti)和另一种化合物(MgCl2)的反应,属于置换反应,A项正确;钛的相对原子质量为48,钛的相对原子质量等于镁的相对原子质量的2倍,结合反应方程式可知反应前后中氯化物的总质量保持不变,B项正确;反应中反应前后钛元素的化合价均为+4,反应中钛元素的化合价由+4变为0,C项错误;反应在氩气环境中进行,氩气只作为保护气并不参加反应,D项正确。4.球墨铸铁中含有一种铁碳化合物X。实验室测定化合物X的组成实验如下:下列说法不正确的是()A.固体2是氧化铁B.X的化学式可以表示为Fe3C2C.溶液甲中可能含有Fe3+D.X与足量的热浓硝酸反应有NO2和CO2生成【解析】选B。铁碳化合物X,在足量空气中煅烧得固体1为铁的氧化物,可以有+2价或+3价的铁,溶于盐酸所得溶液中可能有Fe2+和Fe3+,再通入足量的氯气,溶液中都为+3价的铁,加热蒸发,Fe3+水解,生成氢氧化铁,灼烧后氢氧化铁分解得固体2为氧化铁,24 g氧化铁中含有铁元素的质量为24 g=16.8 g,利用元素守恒,可计算得化合物X中铁元素的质量也是16.8 g,进而求得X中碳元素的质量为18.0 g-16.8 g=1.2 g,所以在X中铁、碳原子的物质的量之比为=31,所以X的化学式为Fe3C,Fe3C与热的浓硝酸发生氧化还原反应,碳元素可被氧化成二氧化碳,硝酸中的氮可被还原成二氧化氮,根据上面的分析可知。固体2是氧化铁,故A正确;X的化学式可以表示为Fe3C,故B错误;溶液甲中可能含有Fe3+,故C正确;与足量的热浓硝酸反应有NO2和CO2生成,故D正确。【互动探究】(1)溶液甲中可能含有Fe3+和Fe2+,如何检验这两种金属离子?提示:取少量溶液甲于试管中,滴加KSCN溶液,若溶液变为红色,则说明含有Fe3+。取少量溶液甲于试管中,滴加K3Fe(CN)6溶液,若出现蓝色沉淀,说明含有Fe2+。(2)写出溶液乙加热蒸发灼烧过程中所发生的反应。提示:FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl,2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O。二、非选择题5.A、B、C、X均为中学常见的纯净物,它们之间有如下转化关系(副产物已略去)。(1)若X为气体单质,则A可能是_(填字母序号)。a.Nab.Mgc.Cd.Al(2)若化合物A、B、C均含同种金属元素,X是强酸或强碱,则B的化学式为_,反应的离子方程式为_或_。(3)若X为常见金属,向C的水溶液中滴加AgNO3溶液,产生不溶于稀硝酸的白色沉淀,X在A中燃烧产生棕黄色的烟,B的化学式为_;反应的化学方程式为_;C溶液在贮存时应加入少量X,原因是_(用必要的文字和离子方程式表示);向C的溶液中加入氢氧化钠溶液,现象是_;此过程中属于氧化还原反应的化学方程式为_。【解析】(1)X为O2时,a、c都可以满足。(2)A含Al3+,X是强碱或A含Al,X是强酸时,满足条件。(3)不溶于稀硝酸的白色沉淀为AgCl,且X在A中燃烧产生棕黄色的烟,则X是铁单质,A是氯气,B是FeCl3,C是FeCl2,用滴加KSCN溶液,再滴加氯水的方法检验Fe2+。向FeCl2,溶液中加入氢氧化钠溶液生成白色沉淀,沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色。氢氧化亚铁被氧气氧化成氢氧化铁的过程属于氧化还原反应。答案:(1)a、c(2)Al(OH)3Al3+3OH-Al(OH)3Al+H+H2OAl(OH)3(3)FeCl32Fe+3Cl22FeCl32Fe3+Fe3Fe2+,防止Fe2+被氧化先生成白色沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)36.铁及其化合物在日常生活、生产中应用广泛。(1)高铁酸钠(Na2FeO4)是水处理过程中的一种新型净水剂,工业上利用NaClO和NaOH的混合溶液将Fe(OH)3氧化制备高铁酸钠,反应的离子方程式为_;高铁酸钠能用作新型净水剂的原理是_。(2)氧化铁红颜料跟某些油料混合,可以制成防锈油漆。以黄铁矿为原料制硫酸产生的硫酸渣中含Fe2O3、SiO2、Al2O3、MgO等,用硫酸渣制备铁红(Fe2O3)的过程如下:酸溶过程中发生反应的化学方程式为_,_,_;“滤渣A”主要成分的化学式为_。还原过程中加入FeS2的目的是将溶液中的Fe3+还原为Fe2+,而本身被氧化为H2SO4,请写出该反应的离子方程式_;氧化过程中,O2、NaOH与Fe2+反应的离子方程式为_。为了确保铁红的质量和纯度,氧化过程需要调节溶液的pH的范围是_,沉淀物Fe(OH)3Al(OH)3Fe(OH)2Mg(OH)2开始沉淀pH2.73.87.69.4完全沉淀pH3.25.29.712.4如果pH过大,可能引起的后果是_。【解析】(1)NaClO和NaOH的混合溶液将Fe(OH)3氧化得到高铁酸钠,发生反应的化学方程式为2Fe(OH)3+3NaClO+4NaOH2Na2FeO4+3NaCl+5H2O,高铁酸钠本身具有强氧化性可杀菌消毒,在反应中被还原成三价铁离子水解生成氢氧化铁胶体净水。(2)硫酸渣中含Fe2O3、SiO2、Al2O3、MgO等,稀硫酸溶解主要除去不与酸反应的SiO2,加入FeS2将溶液中的Fe3+还原为Fe2+,再加氢氧化钠和空气,调节溶液的pH的范围是3.23.8,主要是使三价铁沉淀,而二价镁、三价铝都不沉淀,最后洗涤、烘干、研磨使氢氧化铁分解生成氧化铁,从而得到铁红。硫酸与氧化铁反应生成硫酸铁和水,方程式为Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O,硫酸与Al2O3反应生成硫酸铝和水,方程式为Al2O3+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2O,硫酸与MgO反应生成硫酸镁和水,方程式为MgO+H2SO4MgSO4+H2O,因二氧化硅不与硫酸反应,故“滤渣A”主要成分的化学式为SiO2。FeS2中硫元素的化合价从-1价升高到+6价,2个硫原子转移14个电子,Fe3+转移1个电子,则二者的计量数之比为114,根据S守恒可知S前面的化学计量数为2,根据氧守恒可知H2O前面化学计量数为8,根据H守恒可知H+前化学计量数为16,则反应的离子方程式为FeS2+14Fe3+8H2O15Fe2+2S+16H+。Fe2+与OH-反应生成Fe(OH)2,Fe(OH)2不稳定易被氧气氧化为Fe(OH)3,用化合价升降法配平方程式为4Fe2+O2+2H2O+8OH-4Fe(OH)3。溶液pH3.2时Fe3+沉淀完全,溶液pH=3.8时Al3+开始沉淀,故溶液的pH的范围是3.23.8,根据几种离子沉淀的pH,如果pH过大,Al3+、Mg2+形成沉淀,使制得的铁红不纯。答案:(1)3ClO-+4OH-+2Fe(OH)32Fe+3Cl-+5H2O本身具有强氧化性可杀菌消毒,在反应中被还原成三价铁离子水解生成氢氧化铁胶体净水(2)Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2OAl2O3+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2OMgO+H2SO4MgSO4+2H2OSiO2FeS2+14Fe3+8H2O15Fe2+2S+16H+4Fe2+O2+2H2O+8OH-4Fe(OH)3或Fe2+2OH-Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)33.23.8Al3+、Mg2+形成沉淀,使制得的铁红不纯- 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