通用版2020高考化学一轮复习第三章金属及其化合物3.6归纳拓展高考考查新载体两性金属与变价金属学案含解析.doc

第6课时归纳拓展高考考查新载体(两性金属与变价金属)高考题“题在书外、理在书中”，陌生金属元素及其化合物，虽然考试大纲中没有要求掌握，但在高考题中却经常涉及，如元素Mn、Cr、Co、Ni、Be等。命题者常以此类元素及其化合物为载体，命制考纲中要求的元素及其化合物的性质、化学方程式(离子方程式)、反应理论、相关实验等方面的问题。虽然高考不要求，但平时多了解、认识、储备相关物质及其性质，更有利于考生读题、审题和解题。类型一两性金属及其化合物1二者均能溶于酸溶液也能溶于碱溶液Be2NaOH2H2O=Na2Be(OH)4H2或Be2NaOH=Na2BeO2H22Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2或2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H22两者的氢氧化物均为两性氢氧化物，易溶于强碱溶液Be(OH)22NaOH=Na2Be(OH)4或Be(OH)22NaOH=Na2BeO22H2OAl(OH)3NaOH=NaAl(OH)4 或Al(OH)3NaOH=NaAlO22H2O典例1铝、铍及其化合物具有相似的化学性质，已知反应：BeCl2Na2BeO22H2O=2NaCl2Be(OH)2能完全进行，则下列推断正确的是()ABe(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液B因BeCl2水溶液的导电性强，故BeCl2是离子化合物C常温下Na2BeO2溶液的pH7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物为BeOD常温下BeCl2溶液的pH7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物是BeCl2解析铝、铍及其化合物具有相似的化学性质，Be(OH)2与Al(OH)3性质相似，Be(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液，A正确；某些共价化合物水溶液的导电性也较强，B错误；Na2BeO2溶液蒸干灼烧后得到Na2BeO2，C错误；常温下BeCl2溶液的pHCo(OH)2Ni(OH)2Fe(OH)2在空气中极易被氧化成Fe(OH)3Co(OH)2在空气中被O2氧化的速度较慢；可以被强氧化剂(H2O2)迅速氧化Ni(OH)2在空气中不易被氧化，只有在更强的氧化剂条件下才会氧化生成Ni(OH)3氢氧化物铁的氢氧化物只与酸发生酸碱中和反应Fe(OH)33H=Fe33H2O镍、钴的氢氧化物与还原性酸发生氧化还原反应2Co(OH)36H2Cl=2Co2Cl26H2O2Ni(OH)36H2Cl=2Ni2Cl26H2O离子存在状态Co()、Ni()仅能够存在于固态物质或配合物中，在水溶液中会发生如下反应(镍同)4Co32H2O=4Co24HO2Fe3在酸性溶液中可以稳定存在与氨水反应Fe(OH)2Fe(OH)3Co(OH)2Co(NH3)62Ni(OH)2Ni(NH3)62借此反应，可以使三种离子分离结论与解释由于Fe(OH)2的稳定性弱于Co(OH)2、Ni(OH)2，故三者的还原性存在规律：Fe(OH)2Co(OH)2Ni(OH)2，因此三者与氧化剂和氨水反应的条件与产物也不同由于铁、钴、镍的核电荷数依次增大，故对电子的吸引能力依次增强，所以正三价的氧化性呈现如下规律：Fe()Co()Ni()提醒Co(OH)2可被氧气缓慢地氧化成棕褐色Co(OH)3，Ni(OH)2与氧气不反应，可采用较强的氧化剂将其氧化。Co(OH)3、Ni(OH)3在H2SO3溶液中被还原：2Co(OH)34HSO=2Co2SO5H2O2Ni(OH)34HSO=2Ni2SO5H2O3铁、钴、镍盐溶液的氧化性与还原性(1)在酸性溶液中，Fe2、Co2、Ni2分别是铁、钴、镍离子的稳定状态。高价态的铁()、钴()、镍()在酸性溶液中都有很强的氧化性，空气中的O2能将酸性溶液中的Fe2氧化成Fe3，但不能将Co2、Ni2氧化成Co3和Ni3。(2)在碱性介质中，铁的最稳定价态是3，而钴、镍的最稳定价态仍是2，在碱性介质中，将低价态的Fe()、Co()、Ni()氧化成高价态比酸性介质中容易。典例1有关钴、镍和铁化合物的性质见下表：化学式沉淀完全时的pH钴镍性质Co(OH)29.4Co2HCl=CoCl2H2Co22NH3H2O=Co(OH)22NHCo22H2OCo(OH)22HNi2HCl=NiCl2H2Ni26NH3H2O=Ni(NH3)626H2OFe(OH)29.6Fe(OH)33.7氯化钴可用于化学反应催化剂、油漆催干剂、干湿指示剂、啤酒泡沫稳定剂、陶瓷着色剂、制造隐显墨水等。用金属钴板(含少量Fe、Ni)制备氯化钴的工艺流程如下：钴与盐酸反应极慢，需加入催化剂硝酸才可能进行实际生产。(1)“除镍”步骤中，氨水用量对反应收率的影响，见下表：加氨水调pH收率/%Ni2含量/%998.10.089.5980.051097.60.00510.3940.005从表中可知pH_时，除镍效果最好。(2)“除镍”步骤必须控制在一定的时间内完成，否则沉淀将有部分Co(OH)3生成，试写出反应的化学方程式： _。(3)“除铁”步骤中加入双氧水发生反应的离子方程式是_。(4)“除铁”步骤中加入的纯碱作用是_。(5)在“调pH”步骤中，加盐酸的作用是_。(6)已知25 时，KspFe(OH)34.01038，则该温度下反应Fe33H2OFe(OH)33H的平衡常数为_。解析(1)根据表中的数据知道，当pH等于10的时候，收率高，镍离子的含量最小，除镍效果最好。(2)Co(OH)2中的2价钴易被氧化到3价，发生反应的化学方程式为4Co(OH)2O22H2O=4Co(OH)3。(3)加入的双氧水把Fe2氧化为Fe3，发生反应的离子方程式为2Fe2H2O22H=2Fe32H2O。(4)加入的纯碱和酸反应，让Fe3形成沉淀而除去。(5)Co2是弱碱阳离子，发生水解显酸性，加入盐酸可以防止Co2水解。(6)KspFe(OH)3c(Fe3)c3(OH)4.01038，反应Fe33H2OFe(OH)33H的平衡常数K2.5105。答案(1)10(2)4Co(OH)2O22H2O=4Co(OH)3(3)2Fe2H2O22H=2Fe32H2O(4)使得Fe3转化为Fe(OH)3沉淀而除去(5)防止Co2水解(6)2.5105锰元素的常见价态有7、6、4、3、2，Mn2在酸性溶液中的稳定性强于在碱性溶液中的稳定性。1Mn2的性质(1)酸性介质只有很强的氧化剂(铋酸钠、二氧化铅)才能氧化Mn2到MnO：2Mn25BiO14H=5Bi32MnO7H2O2Mn25PbO24H=2MnO5Pb22H2O介质不能用盐酸，因为Cl有还原性；Mn2的量不能太多，否则：2MnO3Mn22H2O=5MnO24H。(2)碱性介质在碱性条件下Mn2容易被氧化ClOMn22OH=ClMnO2H2O2Mn()化合物的性质MnO存在于强碱性溶液中，在酸性、中性环境均发生歧化。3MnO2H2O=2MnOMnO24OH3MnO4H=2MnOMnO22H2O3KMnO4的性质热稳定性差，通常保存在棕色试剂瓶中：4KMnO42H2O4MnO23O24KOH(1)在酸性介质中，MnO具有强氧化性，本身被还原为Mn2。MnO5Fe28H=Mn25Fe34H2O2MnO16H10Cl=2Mn25Cl28H2O2MnO6H5H2C2O4=2Mn210CO28H2O2MnO6H5H2O2=2Mn25O28H2O(2)在碱性、中性或微弱酸性溶液中，MnO仍旧是氧化剂，本身被还原为MnO2。2MnOIH2O=2MnO2IO2OH(3)在强碱性溶液中，当MnO过量时，还原产物是MnO，2MnOSO2OH=2MnOSOH2O。 典例2高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿(主要成分MnO2)制备高锰酸钾的流程图。(1)软锰矿粉碎的目的是_。软锰矿、KOH混合物在空气中加热熔融反应生成K2MnO4的化学方程式为_。操作的名称为_。(2)反应b的化学方程式为_。以上生产流程中可循环利用的物质是Ca(OH)2、CO2、_、_。工业上用上述原理生产KMnO4方法产率较低，较好的制备方法是电解法。用Pt作阳极，Fe作阴极，电解K2MnO4溶液，阳极的电极反应式为_。(3)KMnO4是一种较稳定的化合物，但日光对KMnO4溶液的分解有催化作用，生成MnO2、KOH和O2。而MnO2也是该分解反应的一种催化剂，请你设计一个实验方案，验证MnO2对该分解反应具有催化性。简述实验操作、现象及相关结论：_。解析(1)将软锰矿粉碎的目的是增大反应物的接触面积，提高反应速率和效率，MnO2与KOH和O2发生氧化还原反应生成K2MnO4和水，化学方程式为2MnO2O24KOH2K2MnO42H2O，由KMnO4粗晶体制得KMnO4晶体用重结晶的方法。(2)反应b是K2MnO4在水溶液中与CO2反应生成KMnO4、K2CO3和MnO2，反应的化学方程式为3K2MnO42CO2=2KMnO42K2CO3MnO2。由流程图可知，制备KMnO4的流程中循环使用的物质有Ca(OH)2、CO2、MnO2和KOH。电解K2MnO4制KMnO4的阳极反应式为MnOe=MnO。(3)利用对比实验，通过KMnO4溶液紫红色褪色时间的长短来比较MnO2对KMnO4分解反应是否有催化作用。答案(1)增大反应物接触面积，加快反应速率，使反应物反应完全2MnO2O24KOH2K2MnO42H2O重结晶(2)3K2MnO42CO2=2KMnO42K2CO3MnO2MnO2KOHMnOe=MnO(3)取两份等体积、等浓度的KMnO4溶液，在同样条件下，只在其中一份中加入少量MnO2，观察到加MnO2的溶液紫红色褪去的较快，说明MnO2对KMnO4分解有催化作用(其他合理答案也可)1铬的氧化物与氢氧化物 Cr2O3和Cr(OH)3具有两性，其转化关系如下：相关反应的离子方程式：Cr33OH=Cr(OH)3Cr(OH)3OH=Cr(OH)4Cr(OH)4H=Cr(OH)3H2OCr(OH)33H=Cr33H2O2铬元素的变价研究铬元素的常见价态有6、3、2。在酸性介质中，Cr2具有强的还原性，6价铬(Cr2O、CrO)具有强氧化性，Cr3的还原性较弱，只有用强氧化剂才能将Cr3氧化成Cr2O，在碱性介质中，CrO的稳定性强。铬()最重要的化合物是K2Cr2O7，在水溶液中Cr2O和CrO存在下列平衡：2CrO2HCr2OH2O(黄色)(橙红色)在碱性溶液中，Cr(OH)4可以被H2O2氧化为CrO，在酸性溶液中CrO转变为Cr2O。(1)Cr()的还原性Cr3在酸性条件下是稳定的，但在碱性条件下能氧化成CrO，2Cr33H2O210OH=2CrO8H2O。在碱性溶液中，亚铬酸盐(CrO)可以被H2O2或Na2O2氧化成铬酸盐2CrO3H2O22OH=2CrO4H2O2CrO3Na2O22H2O=2CrO6Na4OH(2)Cr()的氧化性在酸性溶液中，Cr2O具有强氧化性，但在碱性溶液中CrO的氧化性要弱的多Cr2O3SO8H=2Cr33SO4H2OCr2O6I14H=2Cr33I27H2OCr2O6Cl14H=2Cr33Cl27H2OCr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O典例3铬是不锈钢中一种重要的元素，铬的毒性与其存在的价态有关，低价铬对人体基本无害，六价铬比三价铬毒性高100倍，并易被人体吸收且在体内蓄积，有关含铬化合物的相互转化关系如图甲。回答下列问题：(1)从图甲中信息判断，Cr(OH)3是_氢氧化物(填“酸性”、“碱性”或“两性”)，相关反应的离子方程式为_。(2)图甲中所示转化过程中需要加入氧化剂的是_(填写表示转化过程的小写字母)。(3)在水溶液中橙色的Cr2O与黄色的CrO有下列平衡关系：Cr2OH2O2CrO2H。向K2Cr2O7稀溶液中加入NaOH溶液后，溶液颜色的变化是_。(4)CrO3具有强氧化性，热稳定性较差，加热时逐步分解，其固体残留率随温度的变化如图乙所示。三氧化铬在稀硫酸环境中氧化乙醇，CrO3变为绿色的Cr2(SO4)3，乙醇被完全氧化为CO2，则其化学方程式是_。图乙中B点所示固体的化学式是_。解析(1)由图转化关系可知Cr(OH)3可与酸反应生成Cr3，离子方程式为Cr(OH)33H=Cr33H2O，与碱反应生成CrO，离子方程式为Cr(OH)3OH=CrO2H2O；(2)Cr3转化为CrO，CrO转化为CrO，Cr元素化合价升高，需加入氧化剂；(3)向K2Cr2O7稀溶液中加入NaOH溶液，平衡正向移动，颜色由橙色变为黄色；(4)酸性条件下，CrO3和C2H5OH发生氧化还原反应生成Cr2(SO4)3和CO2，方程式为4CrO3C2H5OH6H2SO4=2Cr2(SO4)32CO29H2O；设CrO3的质量为100 g，则CrO3中铬元素的质量为100 g52 g，B点时固体的质量为100 g76%76 g，Cr的质量没有变，所以生成物中Cr元素的质量为52 g，氧元素的质量为76 g52 g24 g，Cr、O原子个数比为23，所以B点时剩余固体的成分是Cr2O3。答案(1)两性Cr(OH)33H=Cr33H2O、Cr(OH)3OH=CrO2H2O(2)dg(3)由橙色变为黄色(4)4CrO3C2H5OH6H2SO4=2Cr2(SO4)32CO29H2OCr2O3典例4已知在水溶液中Cr2O呈橙色，CrO呈黄色，Cr3呈绿色，当K2Cr2O7晶体溶于水时，存在下列平衡：Cr2OH2O2CrO2H(1)向K2Cr2O7溶液中滴加H2SO4溶液时，观察到的现象是_。(2)再向(1)中所得溶液中通入H2S气体，观察到溶液呈绿色，并有黄色沉淀生成，此反应的离子方程式是_。(3)向(1)中所得的溶液中加入KI和淀粉的混合溶液，其现象是_，这时原溶液中数目减少的离子是_。解析(1)K2Cr2O7溶液中存在：Cr2OH2O2CrO2H(橙色) (黄色)向溶液中加入稀H2SO4，c(H)增大，平衡左移，c(Cr2O)增大，溶液橙色加深。(2)酸性条件下，Cr2O能将H2S氧化成S，反应的离子方程式为Cr2O3H2S8H=2Cr33S7H2O。(3)向 (1)中所得的溶液中加入KI和淀粉的混合溶液，Cr2O氧化I生成I2，I2遇淀粉变蓝色，原溶液中减少的离子是Cr2O和H。答案(1)溶液橙色加深(2)Cr2O3H2S8H=2Cr33S7H2O(3)溶液呈蓝色Cr2O、H