2020高考化学一轮复习35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)

第5课时概括拓展——高考考察新载体(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，固然考试纲领中没有要求掌握，但在高考题中却常常波及，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、有关实验等方面的问题。固然高考不要求，但平常多认识、认识、贮备有关物质及其性质，更有益于考生读题、审题和解题。种类一两性金属及其化合物(一)铍和铝有相像的化学性质1．二者均能溶于酸溶液也能溶于碱溶液Be＋2NaOH＋2H2O===Na2[Be(OH)4]＋H2↑或Be＋2NaOH===NaBeO2＋H2↑2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑或2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO＋3H2↑2．二者的氢氧化物均为两性氢氧化物，易溶于强碱溶液Be(OH)2＋2NaOH===Na[Be(OH)4]或Be(OH)2＋2NaOH===NaBeO2＋2H2OAl(OH)3＋NaOH===Na[Al(OH)4]或Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O[典例1]铝、铍及其化合物拥有相像的化学性质，已知反响：BeCl2＋Na2BeO2＋2HO===2NaCl＋2Be(OH)2↓能完整进行，则以下推测正确的选项是()A．Be(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pH>7，将其蒸干并灼烧后获得的残留物为BeOD．常温下BeCl2溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧后获得的残留物是BeCl2[分析]铝、铍及其化合物拥有相像的化学性质，Be(OH)2与Al(OH)3性质相像，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溶液蒸干灼烧后获得Na2BeO2，C错误；常温下BeCl2溶液的pH<7，蒸干并灼烧后获得的残留物是BeO，D错误。[答案]A(二)锌及其化合物“心连心”1．锌与酸、碱的反响(1)Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑(2)Zn＋2NaOH＋2H2O===Na2[Zn(OH)4]＋H2↑或Zn＋2NaOH===NaZnO2＋H2↑2．氧化锌——两性氧化物(1)ZnO＋2H＋===Zn2＋＋H2O(2)ZnO＋2NaOH＋H2O===Na2[Zn(OH)4]或ZnO＋2NaOH===NaZnO2＋H2O3．氢氧化锌——两性氢氧化物与酸、碱的反响Zn(OH)2＋2H＋===Zn2＋＋2H2O－2－Zn(OH)2＋2OH===[Zn(OH)4]2－或Zn(OH)2＋2OH===ZnO2＋2H2O(2)制法Zn2＋＋[Zn(OH)4]2－===2Zn(OH)↓2＋2－＋2H↓或Zn＋ZnO224．锌盐可溶性锌盐(如ZnSO4)①与强碱溶液反响：与少许NaOH溶液反响：2＋－2Zn＋2OH===Zn(OH)↓与足量NaOH溶液反响：2＋－2－Zn＋4OH===[Zn(OH)4]2＋－2－或Zn＋4OH===ZnO＋2HO22②与Na[Zn(OH)](或NaZnO)反响生成Zn(OH)积淀24222(2)Na2[Zn(OH)](或NaZnO)422与盐少许Na2[Zn(OH)4]＋2HCl===Zn(OH)2↓＋2NaCl＋2H2O或Na2ZnO2＋2HCl===Zn(OH)2↓＋2NaCl酸反Na[Zn(OH)]＋4HCl===ZnCl＋2NaCl＋4HO或NaZnO＋242222应足量4HCl===ZnCl＋2NaCl＋2HO22与少许Na2[Zn(OH)4]＋CO2===Zn(OH)2↓＋Na2CO3＋H2O或Na2ZnO2＋H2O＋CO2===Zn(OH)2↓＋Na2CO3CO2Na[Zn(OH)]＋2CO===Zn(OH)↓＋2NaHCO或NaZnO＋2HO＋2423222反响足量2CO===Zn(OH)↓＋2NaHCO23[典例2]锌和铝都是开朗金属，其氢氧化物既能溶于强酸溶液，又能溶于强碱溶液，可是Al(OH)不溶于氨水，而Zn(OH)能溶于氨水，生成2＋。[Zn(NH)]3234回答以下问题：单质铝溶于NaOH溶液后，溶液中铝元素的存在形式为________(用化学式表示)。写出锌和NaOH溶液反响的离子方程式：________________________________________________________________________________________________________。(3)以下各组中的两种溶液，用互相滴加的实验方法能够鉴其余是

________(填序号

)。①Al2(SO4)3和

NaOH

②Al2(SO4)3和氨水ZnSO4和NaOH④ZnSO4和氨水(4)写出可溶性铝盐和氨水反响的离子方程式：___________________________________________________________________________________________________。试解说实验室不宜用可溶性锌盐与氨水反响制取氢氧化锌的原由：________________________________________________________________________。[分析](1)Al与NaOH溶液反响生成Na[Al(OH)4]或NaAlO2。锌与NaOH溶液反响的离子方程式为－242－2↑Zn＋2OH＋2HO===[Zn(OH)]＋H－2－2或Zn＋2OH===ZnO＋H↑(3)①Al2(SO4)3与NaOH溶液滴加次序不一样，现象不一样，可鉴识；②Al2(SO4)3与氨水滴加次序不一样，现象相同，不行鉴识；③ZnSO4与NaOH溶液滴加次序不一样，现象不一样，可鉴识；④ZnSO4与氨水滴加次序不一样，现象不一样，可鉴识。(4)可溶性铝盐与氨水反响生成Al(OH)3，反响的离子方程式为Al3＋＋＋3NH·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4，因Zn(OH)2能溶于氨水，故在实验室里不可以用可溶性锌盐与氨水反响制取Zn(OH)2。[答案](1)[Al(OH)－－](或AlO)42－242－2(2)Zn＋2OH＋2HO===[Zn(OH)]＋H↑－2－＋H2↑)(或Zn＋2OH===ZnO2(3)①③④3＋＋可溶性锌盐与氨水反响产生的Zn(OH)可溶于(4)Al＋3NH·HO===Al(OH)↓＋3NH2342过度氨水中，生成[Zn(NH3)4]2＋，氨水的用量不易控制种类二变价金属及其化合物(一)铁、钴、镍化合物的性质铁、钴、镍同属于元素周期表中的Ⅷ族，性质邻近，故统称为铁系元素，其主要化合价为＋2和＋3价。1．铁、钴、镍氧化物和氢氧化物的基天性质氧化物FeOFe2O3Fe3O4CoOCo2O3NiONi2O3颜色黑色红棕色黑色灰绿色黑色暗绿色黑色氧化、还————强氧化性—强氧化性原性类型碱性氧化碱性氧化—碱性氧化—碱性氧化—物物物物氢氧化物Fe(OH)2Fe(OH)3—Co(OH)2Co(OH)3Ni(OH)2Ni(OH)3颜色白色红褐色—粉红棕褐色绿色黑色氧化、还复原性——复原性★氧化性弱复原性★强氧化原性性酸、碱性碱性碱性—碱性碱性碱性碱性[提示]★表示在碱性条件下不拥有氧化性。2．含铁、钴、镍元素的物质性质比较Fe(Ⅲ)、Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)性质差别Fe(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)性质差别氧化钴与氧化镍在酸性溶液中显示出强氧化性：Co2O3＋6HCl===氧化物2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O复原性的变化规律：NiO＋6HCl===Fe(OH)>Co(OH)>Ni(OH)223222NiCl2＋Cl2↑＋3H2O①Fe(OH)2在空气中极易被氧化但氧化铁与酸只发生复分解反响成Fe(OH)3铁的氢氧化物只与酸发生酸碱中氢氧化物②Co(OH)2在空气中被O2氧化的和反响复原性速度较慢；能够被强氧化剂3＋3＋2(H2O2)快速氧化Fe(OH)＋3H===Fe＋3HO氢氧化镍、钴的氢氧化物与复原性酸发③Ni(OH)2在空气中不易被氧生氧化复原反响化，只有在更强的氧化剂条件下物＋＋2Cl－===才会氧化生成Ni(OH)332Co(OH)＋6H2Co2＋＋Cl2↑＋6H2O2Ni(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Ni2＋＋Cl2↑＋6H2O离子存Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)仅能够存在于固与氨水反①Fe(OH)―→Fe(OH)32在状态态物质或配合物中，在水溶液中应②Co(OH)2―→[Co(NH3)6]2＋会发生以下反响(镍同)236]2＋③Ni(OH)―→[Ni(NH)3＋2＋＋借此反响，能够使三种离子分别4Co＋2H2O===4Co＋4H＋O2↑Fe3＋在酸性溶液中能够稳固存在①因为Fe(OH)的稳固性弱于Co(OH)、Ni(OH)，故三者的复原性存在规律：222Fe(OH)2>Co(OH)2>Ni(OH)2，所以三者与氧化剂和氨水反响的条件与产物也不一样结论与②因为铁、钴、镍的核电荷数挨次增大，故对电子的吸引能力挨次加强，所以正解说三价的氧化性体现以下规律：Fe(Ⅲ)<Co(Ⅲ)<Ni(Ⅲ)[提示]①Co(OH)2可被氧气迟缓地氧化成棕褐色Co(OH)3，Ni(OH)2与氧气不反响，可采纳较强的氧化剂将其氧化。Co(OH)3、Ni(OH)3在H2SO3溶液中被复原：＋2－2＋2－＋5H2O2Co(OH)3＋4H＋SO3===2Co＋SO4＋2－2＋2－＋5HO33423．铁、钴、镍盐溶液的氧化性与复原性在酸性溶液中，Fe2＋、Co2＋、Ni2＋分别是铁、钴、镍离子的稳固状态。高价态的铁(Ⅵ)、钴(Ⅲ)、镍(Ⅳ)在酸性溶液中都有很强的氧化性，空气中的O能将酸性溶液中的2＋氧化Fe2成Fe3＋，但不可以将Co2＋、Ni2＋氧化成Co3＋和Ni3＋。在碱性介质中，铁的最稳订价态是＋3，而钴、镍的最稳订价态还是＋2，在碱性介质中，将廉价态的Fe(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)氧化成高价态比酸性介质中简单。[典例1]有关钴、镍和铁化合物的性质见下表：化学式积淀完整时的pH钴镍性质Co(OH)29.4Co＋2HCl===CoCl＋H2↑Fe(OH)9.62＋＋2NH·HO===Co(OH)↓＋＋2Co2NH32242＋22＋Co＋2HOCo(OH)＋2HFe(OH)33.7Ni＋2HCl===NiCl2＋H2↑Ni2＋＋6NH3·H2O===[Ni(NH3)6]2＋＋6H2O氯化钴可用于化学反响催化剂、油漆催干剂、干湿指示剂、啤酒泡沫稳固剂、陶瓷着色剂、制造隐显墨水等。用金属钴板(含少许Fe、Ni)制备氯化钴的工艺流程以下：钴与盐酸反响极慢，需加入催化剂硝酸才可能进行实质生产。“除镍”步骤中，氨水用量对反响收率的影响，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，除镍成效最好。(2)“除镍”步骤一定控制在必定的时间内达成，不然积淀将有部分

Co(OH)3生成，试写出反响的化学方程式：

____________________________________________________________________________________________________________________________

。(3)“除铁”步骤中加入双氧水发生反响的离子方程式是

___________________。“除铁”步骤中加入的纯碱作用是___________________________________。在“调pH”步骤中，加盐酸的作用是_________________________________。(6)已知25℃时，sp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，则该温度下反响Fe3＋＋3H23K3H＋的均衡常数为______________________。[分析](1)依据表中的数据知道，当pH等于10的时候，收率高，镍离子的含量最小，除镍成效最好。(2)Co(OH)2中的＋2价钴易被氧化到＋3价，发生反响的化学方程式为22232＋氧化为Fe3＋，发生反响的离子方程4Co(OH)＋O＋2HO===4Co(OH)。(3)加入的双氧水把Fe式为2Fe2＋22＋3＋2Fe3＋形成积淀而除掉。＋HO＋2H===2Fe＋2HO。(4)加入的纯碱和酸反响，让(5)Co2＋是弱碱阳离子，发生水解显酸性，加入盐酸能够防备Co2＋水解。(6)sp[Fe(OH)3]＝K3＋3－－383＋＋c3(H＋)c(Fe)×c(OH)＝4.0×10，反响Fe＋3H2OFe(OH)3＋3H的均衡常数K＝c(Fe3＋)＝c3＋)·c3－310－42(H(OH)＝W－38＝2.5×10－5。3＋)3－K＝×10sp3[答案](1)10(2)4Co(OH)2＋O2＋2HO===4Co(OH)3(3)2Fe2＋＋3＋＋2H2O＋H2O2＋2H===2Fe使得Fe3＋转变成Fe(OH)3积淀而除掉防备Co2＋水解(6)2.5×10－5(二)锰元素化合物的性质2＋锰元素的常有价态有＋7、＋6、＋4、＋3、＋2，Mn在酸性溶液中的稳固性强于在碱性溶液中的稳固性。2＋1．Mn的性质酸性介质只有很强的氧化剂(铋酸钠、二氧化铅)才能氧化2＋－：42＋＋5BiO－＋3＋－＋7HO3422＋＋－2＋＋2HO2Mn＋5PbO＋4H===2MnO＋5Pb242介质不可以用盐酸，因为Cl－2＋的量不可以太多，不然：－2＋＋有复原性；Mn2MnO4＋3Mn2HO===5MnO↓＋＋4H。2碱性介质2＋在碱性条件下Mn简单被氧化－2＋－－＋MnO2↓＋H2OClO＋Mn＋2OH===Cl2．Mn(Ⅵ)化合物的性质2－MnO4存在于强碱性溶液中，在酸性、中性环境均发生歧化。2－－－3MnO＋2HO===2MnO＋MnO↓＋4OH42422－＋－3MnO4＋4H===2MnO4＋MnO2↓＋2H2O3．KMnO4的性质热稳固性差，往常保留在棕色试剂瓶中：光照4KMnO＋2H2O=====4MnO2↓＋3O2↑＋4KOH(1)在酸性介质中，－2＋。MnO4拥有强氧化性，自己被复原为Mn－2＋＋2＋3＋＋4H2OMnO4＋5Fe＋8H===Mn＋5Fe－＋＋10Cl－2＋＋5Cl↑＋8HO422－＋2＋2MnO4＋6H＋5H2C2O4===2Mn＋10CO2↑＋8H2O－＋2＋↑＋8H2O2MnO4＋6H＋5H2O2===2Mn＋5O2(2)在碱性、中性或轻微酸性溶液中，－依旧是氧化剂，自己被复原为MnO。MnO42－＋I－－－423(3)在强碱性溶液中，当－2－－2－－2－MnO4过度时，复原产物是MnO4，2MnO4＋SO3＋2OH===2MnO42－＋H2O。＋SO4[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混淆物在空气中加热熔融反响生成K2MnO4的化学方程式为__________________________。操作Ⅲ的名称为__________________。①反响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、________、________。②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，阳极的电极反响式为_______________________。(3)KMnO4是一种较稳固的化合物，但日光对KMnO4溶液的分解有催化作用，生成MnO2、KOH和O2。而MnO2也是该分解反响的一种催化剂，请你设计一个实验方案，考证MnO2对该分解反响拥有催化性。简述实验操作、现象及有关结论：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[分析](1)将软锰矿粉碎的目的是增大反响物的接触面积，提升反响速率和效率，MnO2△与KOH和O2发生氧化复原反响生成K2MnO4和水，化学方程式为2MnO＋O2＋4KOH=====2K2MnO42H2O，由KMnO4粗晶体系得KMnO4晶体用重结晶的方法。①反响b是K2MnO4在水溶液中与CO2反响生成KMnO4、K2CO3和MnO2，反响的化学方程式为3K2MnO4＋2CO===2KMnO4＋2K2CO3＋MnO2↓。由流程图可知，制备KMnO4的流程中循环使用的物质有Ca(OH)、CO、MnO和KOH。②电解KMnO制KMnO的阳极反响式为2－－MnO－e2222444－===MnO。4(3)利用对照实验，经过KMnO溶液紫红色退色时间的长短来比较MnO对KMnO分解反响424能否有催化作用。[答案](1)增大反响物接触面积，加速反响速率，使反响物反响完整△2MnO＋O2＋4KOH=====2K2MnO4＋2HO重结晶(2)①3K2MnO4＋2CO===2KMnO4＋2K2CO3＋MnO2↓MnO22－－－KOH②MnO4－e===MnO4(3)取两份等体积、等浓度的KMnO溶液，在相同条件下，只在此中一份中加入少许MnO，42察看到加MnO的溶液紫红色褪去的较快，说明MnO对KMnO分解有催化作用(其余合理答案224也可)(三)铬及其化合物的性质1．铬的氧化物与氢氧化物Cr2O3和Cr(OH)3拥有两性，其转变关系以下：3＋－Cr(OH)3－4－(紫色)④H＋(灰蓝色)③H＋(绿色)有关反响的离子方程式：①Cr3＋－↓＋3OH===Cr(OH)3－－②Cr(OH)3＋OH===[Cr(OH)4][Cr(OH)4]－＋H＋===Cr(OH)3↓＋H2OCr(OH)3＋3H＋===Cr3＋＋3H2O2．铬元素的变价研究铬元素的常有价态有＋6、＋3、＋2。在酸性介质中，Cr2＋拥有强的复原性，＋6价铬2－2－拥有强氧化性，Cr3＋的复原性较弱，只实用强氧化剂才能将Cr3＋氧化成2－，(Cr2O7、CrO4)Cr2O7在碱性介质中，2－的稳固性强。CrO4铬(Ⅵ)最重要的化合物是KCrO，在水溶液中Cr2－2－存在以下均衡：2272742－＋2－＋H2O2CrO4＋2H2O7(黄色)(橙红色)在碱性溶液中，[Cr(OH)－2－，在酸性溶液中2－2－。4]能够被HO氧化为CrOCrO转变成CrO224427(1)Cr(Ⅲ)的复原性Cr3＋在酸性条件下是稳固的，但在碱性条件下能氧化成2－3＋＋3H2O2－CrO4，2Cr＋10OH2－===2CrO4＋8H2O。－在碱性溶液中，亚铬酸盐(CrO2)能够被H2O2或Na2O2氧化成铬酸盐－＋－2－22242－＋2－＋－2CrO23Na2O2＋2H2O===2CrO4＋6Na＋4OH(2)Cr(Ⅵ)的氧化性2－拥有强氧化性，但在碱性溶液中2－在酸性溶液中，Cr2O7CrO4的氧化性要弱的多2－＋2－＋3＋2－Cr2O73SO＋8H===2Cr＋3SO4＋4H2O2－＋6I－＋3＋＋3I＋7HO22722－＋6Cl－＋3＋＋3Cl2↑＋7H2OCr2O7＋14H===2Cr2－＋2＋＋3＋＋3＋＋7H2OCr2O76Fe＋14H===2Cr6Fe[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，廉价铬对人体基本无害，六价铬比三价铬毒性高100倍，并易被人体汲取且在体内积蓄，有关含铬化合物的互相转变关系如图甲。回答以下问题：从图甲中信息判断，Cr(OH)3是____________氢氧化物(填“酸性”、“碱性”或“两性”)，有关反响的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________________。(2)图甲中所示转变过程中需要加入氧化剂的是______(填写表示转变过程的小写字母)。(3)在水溶液中橙色的2－与黄色的2－有以下均衡关系：2－＋H22－＋Cr2O7CrO4Cr2O742H＋。向K2Cr2O7稀溶液中加入NaOH溶液后，溶液颜色的变化是____________________。(4)CrO3拥有强氧化性，热稳固性较差，加热时逐步分解，其固体残留率节余固体的质量原始固体的质量×100%随温度的变化如图乙所示。①三氧化铬在稀硫酸环境中氧化乙醇，CrO3变成绿色的Cr2(SO4)3，乙醇被完整氧化为CO，则其化学方程式是__________________________________________________2________________________________________________________________________。②图乙中B点所示固体的化学式是________。[分析](1)由图转变关系可知Cr(OH)3可与酸反响生成Cr3＋，离子方程式为Cr(OH)3＋3＋＋3HO，与碱反响生成－－－＋2HO；(2)Cr322322＋转变成CrO42－，CrO2－转变成CrO42－，Cr元素化合价高升，需加入氧化剂；(3)向K2Cr2O7稀溶液中加入NaOH溶液，均衡正向挪动，颜色由橙色变成黄色；(4)①酸性条件下，CrO3