2025年上学期高一化学专题突破（金属及其化合物）

2025年上学期高一化学专题突破（金属及其化合物）一、金属元素的通性与原子结构特征金属元素在元素周期表中占据重要位置，除氢外的IA~IIA族、过渡元素及部分主族金属（如Al、Sn、Pb等）均表现出典型的金属性。其原子结构的共同特点是最外层电子数较少（通常≤3个），在化学反应中易失去电子形成阳离子，因此金属单质多具有还原性。例如，钠原子（Na）最外层1个电子，易失去形成Na⁺；铝原子（Al）最外层3个电子，可失去形成Al³⁺。金属的物理性质呈现规律性：常温下除汞（Hg）为液态外，其余均为固态；具有金属光泽、良好的导电性、导热性和延展性。这些性质与金属晶体中自由电子的运动密切相关——自由电子在外加电场作用下定向移动形成电流，在热传递中通过碰撞传递能量，而金属阳离子与自由电子间的强烈相互作用（金属键）则决定了金属的硬度和熔点差异。例如，钨（W）因金属键极强而熔点高达3422℃，常用于制作灯丝；而碱金属（如Cs）的金属键较弱，质地柔软且熔点低（28.4℃）。二、钠及其化合物的转化关系与性质应用钠（Na）是IA族典型金属元素，其单质及化合物在工业生产和日常生活中应用广泛，需重点掌握“钠→氧化钠/过氧化钠→氢氧化钠→钠盐”的转化链条。1.钠单质的化学性质钠与水反应剧烈，生成氢氧化钠和氢气：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑。实验中可观察到钠浮于水面（密度比水小）、熔成小球（反应放热且熔点低）、快速游动（气体推动）并发出“嘶嘶”声。若在反应后的溶液中滴加酚酞，溶液变红，证明有碱性物质生成。钠与氧气反应因条件不同产物各异：常温下生成白色氧化钠（4Na+O₂=2Na₂O），加热或点燃时生成淡黄色过氧化钠（2Na+O₂=Na₂O₂，条件：△）。2.过氧化钠的特性与应用过氧化钠（Na₂O₂）是一种强氧化剂，具有漂白性和供氧功能。与水或二氧化碳反应时均生成氧气：2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂因此，Na₂O₂常用于呼吸面具、潜水艇的供氧剂。此外，其强氧化性可使酚酞先变红后褪色（氧化漂白），需与氧化钠（Na₂O）的碱性氧化物性质区分：Na₂O与水反应仅生成NaOH（Na₂O+H₂O=2NaOH），无气体放出。3.氢氧化钠与钠盐的性质氢氧化钠（NaOH）是强碱，具有腐蚀性，能与酸、酸性氧化物及某些盐反应。例如，与CO₂反应时，CO₂少量生成Na₂CO₃（2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O），CO₂过量则生成NaHCO₃（NaOH+CO₂=NaHCO₃）。钠盐中，碳酸钠（Na₂CO₃）和碳酸氢钠（NaHCO₃）的性质对比是重点：性质Na₂CO₃（纯碱、苏打）NaHCO₃（小苏打）溶解性易溶于水可溶于水（溶解度小于Na₂CO₃）热稳定性稳定，加热不分解不稳定，加热分解：2NaHCO₃=Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O（条件：△）与酸反应速率较慢（分步反应：CO₃²⁻+H⁺=HCO₃⁻；HCO₃⁻+H⁺=CO₂↑+H₂O）较快（直接反应：HCO₃⁻+H⁺=CO₂↑+H₂O）与Ca(OH)₂反应Na₂CO₃+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+2NaOH2NaHCO₃+Ca(OH)₂（少量）=CaCO₃↓+Na₂CO₃+2H₂ONa₂CO₃是重要工业原料，用于玻璃、造纸、洗涤剂生产；NaHCO₃则常用于食品膨松剂、胃酸中和剂。三、铝及其化合物的两性与图像分析铝（Al）是地壳中含量最高的金属元素，其单质及化合物的“两性”（既能与酸反应又能与碱反应）是核心考点，涉及Al³⁺、Al(OH)₃、AlO₂⁻之间的转化（“铝三角”关系）。1.铝单质的性质铝与非氧化性酸（如HCl）反应生成Al³⁺和H₂：2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑；与强碱溶液（如NaOH）反应生成偏铝酸盐和H₂：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑。铝在空气中易形成致密氧化膜（Al₂O₃），阻止内部金属继续被氧化，因此具有良好的抗腐蚀性，广泛用于制造铝合金材料（如飞机机身、门窗框架）。2.氧化铝与氢氧化铝的两性氧化铝（Al₂O₃）是典型的两性氧化物，与酸反应：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；与强碱反应：Al₂O₃+2OH⁻=2AlO₂⁻+H₂O。其熔点高（2072℃），可用作耐火材料（如坩埚、耐火砖）。氢氧化铝[Al(OH)₃]是两性氢氧化物，在溶液中存在电离平衡：H⁺+AlO₂⁻+H₂O⇌Al(OH)₃⇌Al³⁺+3OH⁻。加入强酸时平衡右移生成Al³⁺，加入强碱时平衡左移生成AlO₂⁻，具体反应为：Al(OH)₃+3HCl=AlCl₃+3H₂OAl(OH)₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂OAl(OH)₃的制备需避免使用强碱，通常用铝盐与氨水反应：AlCl₃+3NH₃·H₂O=Al(OH)₃↓+3NH₄Cl。因NH₃·H₂O碱性较弱，不会溶解生成的Al(OH)₃沉淀。3.“铝三角”转化与图像问题Al³⁺、Al(OH)₃、AlO₂⁻的转化可通过离子反应实现：Al³⁺→Al(OH)₃：Al³⁺+3OH⁻（少量）=Al(OH)₃↓Al(OH)₃→AlO₂⁻：Al(OH)₃+OH⁻（过量）=AlO₂⁻+2H₂OAlO₂⁻→Al(OH)₃：AlO₂⁻+H⁺（少量）+H₂O=Al(OH)₃↓Al(OH)₃→Al³⁺：Al(OH)₃+3H⁺（过量）=Al³⁺+3H₂O图像分析示例：向AlCl₃溶液中逐滴加入NaOH溶液，沉淀量变化分为三个阶段：0~a段：Al³⁺+3OH⁻=Al(OH)₃↓，沉淀量随NaOH加入逐渐增加；a~b段：Al(OH)₃+OH⁻=AlO₂⁻+2H₂O，沉淀量随NaOH过量逐渐溶解，直至消失；总反应中n(Al³⁺):n(NaOH)=1:3（沉淀完全）或1:4（沉淀完全溶解）。四、铁及其化合物的价态转化与实验探究铁（Fe）是VIII族过渡金属，常见化合价为+2（亚铁）和+3（铁），其化合物的氧化还原反应是重点，需掌握“Fe²⁺⇌Fe³⁺”的转化条件及Fe(OH)₂的制备实验。1.铁单质的化学性质铁与非金属单质反应时，与Cl₂、Br₂等强氧化剂生成Fe³⁺化合物（2Fe+3Cl₂=2FeCl₃，条件：点燃），与S、I₂等弱氧化剂生成Fe²⁺化合物（Fe+S=FeS，条件：△）。铁与水蒸气在高温下反应生成四氧化三铁和氢气：3Fe+4H₂O(g)=Fe₃O₄+4H₂（条件：高温）。铁与酸反应时，非氧化性酸（如HCl、稀H₂SO₄）生成Fe²⁺和H₂（Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑）；氧化性酸（如浓H₂SO₄、HNO₃）在常温下使铁钝化，加热时则生成Fe³⁺（若Fe过量，Fe³⁺会被还原为Fe²⁺）。2.Fe²⁺与Fe³⁺的转化与检验Fe²⁺具有还原性，易被氧化为Fe³⁺，常见氧化剂有Cl₂、H₂O₂、酸性KMnO₄等：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl⁻。Fe³⁺具有氧化性，可被Fe、Cu、I⁻等还原为Fe²⁺：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺（用于FeCl₃溶液的除杂）、2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺（用于印刷电路板制作）。离子检验方法：Fe³⁺：加入KSCN溶液，溶液变红（Fe³⁺+3SCN⁻=Fe(SCN)₃）；或加入NaOH溶液，生成红褐色沉淀（Fe³⁺+3OH⁻=Fe(OH)₃↓）。Fe²⁺：加入KSCN溶液无明显现象，滴加氯水后变红；或加入NaOH溶液，生成白色沉淀（Fe(OH)₂），迅速变为灰绿色，最终变为红褐色（4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃）。3.Fe(OH)₂的制备与实验改进Fe(OH)₂易被氧化，传统制备方法（FeSO₄溶液与NaOH溶液混合）难以观察到白色沉淀。实验改进措施包括：排除溶液中溶解氧：将NaOH溶液煮沸冷却后使用，FeSO₄溶液中加入少量铁粉（防止Fe²⁺被氧化）；隔绝空气：在FeSO₄溶液表面覆盖煤油或苯，或采用“滴管插入液面下”滴加NaOH溶液的方式，避免生成的Fe(OH)₂与空气接触。五、金属材料的分类与合金性能金属材料分为纯金属和合金，合金因性能优于纯金属而应用更广。合金是由两种或两种以上金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质，其硬度一般大于成分金属，熔点低于成分金属。例如：铝合金：以Al为基，加入Cu、Mg、Si等元素，密度小、强度高，用于航空航天（如飞机机翼）；钢铁：铁碳合金，含碳量0.03%~2%为钢，2%~4.3%为生铁，钢的硬度和韧性优于纯铁，广泛用于建筑、机械制造；铜合金：青铜（Cu-Sn合金）耐磨，用于制造轴承；黄铜（Cu-Zn合金）易加工，用于制作乐器、管道。金属的腐蚀与防护是实际应用中的重要问题。钢铁腐蚀主要为电化学腐蚀（吸氧腐蚀和析氢腐蚀），防护方法包括涂油漆、镀锌（牺牲阳极法）、连接电源负极（外加电流法）等。例如，镀锌铁（白铁皮）中，锌比铁活泼，优先被腐蚀，从而保护铁不被锈蚀。六、专题突破策略与典型例题解析1.解题方法总结转化关系梳理：通过“单质→氧化物→氢氧化物→盐”的主线，构建各金属元素的知识网络，例如“Fe→FeO/Fe₂O₃/Fe₃O₄→Fe(OH)₂/Fe(OH)₃→FeSO₄/FeCl₃”。实验现象记忆：重点关注特征现象，如Na₂O₂与水反应的气体放出、Fe(OH)₂的颜色变化、Al(OH)₃的两性溶解等。计算技巧应用：涉及金属与酸反应的氢气量计算时，可利用“电子守恒法”（金属失电子总数=H⁺得电子总数）；混合物成分分析常用“极值法”或“差量法”。2.典型例题例题：向200mLFeCl₃和CuCl₂的混合溶液中加入铁粉，充分反应后，剩余固体质量与加入铁粉质量相等。已知原溶液中c(FeCl₃)=0.2mol/L，c(CuCl₂)=0.5mol/L，求加入铁粉的质量。解析：反应顺序：Fe先与Fe³⁺反应（2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺），再与Cu²⁺反应（Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu）。设加入铁粉质量为mg，n(Fe)=m/56mol。原溶液中n(Fe³⁺)=0.2L×0.2mol/L=0.04mol，n(Cu²⁺)=0.2L×0.5mol/L=0.1mol。Fe与Fe³⁺反应消耗Fe：0.04mol×1/2=0.02mol，固体质量减少：0.02mol×56g/mol=1.12g。设与Cu²⁺反应的Fe为xmol，则生成Cuxmol，固体质量增加：x×(64-56)=8xg。由剩余固体质量=加入铁粉质量，得：8x-1.12=0，解得x=0.14mol。总加入Fe的物质的量=0.02+0.14=0.16mol，质量=0.16×56=8.96g。答案：8.96g七、高频考点易错点警示钠与盐溶液反应：钠先与水反应生成NaOH，再考虑NaOH与盐的复分解反应，不可直接认为钠与盐发生置换反应。例如，钠投入CuSO₄溶液中，生成Cu(OH)₂沉淀而非Cu单质：2Na+2H₂O+CuSO₄=Cu(OH)₂↓+Na₂SO₄+H₂↑。Al(OH)₃的两性范围：Al(OH)₃仅溶于强酸和强碱，不溶于弱酸（如H₂CO₃）和弱碱（如NH₃·H₂O），因此向NaAlO₂溶液中通入CO