1-03-专题三　金属及其化合物

专题三金属及其化合物高考

化学新高考、新教材适用体系透视考点透析题型透析目录考点1钠、铁及其化合物题型

化工流程分析考点2金属资源的开发利用考点1钠、铁及其化合物一、钠及其化合物1.钠及其化合物间的转化关系

2.Na2O2的性质(1)强氧化性

(2)遇KMnO4等强氧化剂时,表现出还原性,氧化产物为O2。(3)遇CO2、H2O发生歧化反应:2Na2O2+2CO2

2Na2CO3+O2、2Na2O2+2H2O

4NaOH+O2↑,反应中2Na2O2~O2~2e-。3.侯氏制碱法(1)工艺流程

注意氨气溶解度大,先向饱和食盐水中通入氨气,使溶液呈碱性后再通入二氧化碳。(2)反应原理①产生NaHCO3的反应:NH3+NaCl+CO2+H2O

NaHCO3↓+NH4Cl。②产生Na2CO3的反应:2NaHCO3

Na2CO3+CO2↑+H2O。1.铁及其化合物间的转化关系二、铁及其化合物N

(H+)因发生氧化还原反应而不能大量共存。④Fe3+与S2-可能发生相互促进的水解反应、氧化还原反应或生成Fe2S3沉淀,反应过程较为复杂,常出现在探究实验中。注意①Fe遇冷的浓硝酸、浓硫酸发生钝化,钝化属于化学变化。②Fe与过量稀硝酸

反应生成Fe3+,与少量稀硝酸反应生成Fe2+。③Fe3+与I-、S

,Fe2+与ClO-、Mn

(H+)、2.Fe2+、Fe3+的检验(1)用KSCN溶液和氯水检验

(2)加碱法

(3)特征试剂法

注意①检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液,也不能将加KSCN后的混合溶液加

入足量氯水中(氯水可能氧化SCN-)。②溶液中同时存在Fe3+和Fe2+时,检验Fe2+的一种

方法是加入少量酸性KMnO4溶液(观察到紫色褪去)。但是当溶液中同时存在Cl-时,由

于Cl-也可被酸性KMnO4溶液氧化,故此情况下不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2+,应选用

铁氰化钾溶液。[认清各物质性质,排除干扰,直奔要检验的离子]考点2金属资源的开发利用1.金属冶炼

冶炼方法适用金属示例电解法活泼金属2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑MgCl2(熔融)

Mg+Cl2↑2Al2O3(熔融)

4Al+3O2↑热还原法较活泼金属Fe2O3+3CO

2Fe+3CO22Al+Cr2O3

2Cr+Al2O3热分解法不活泼金属2HgO

2Hg+O2↑2Ag2O

4Ag+O2↑注意钾的沸点低于钠,据此可冶炼金属钾:KCl+Na

K↑+NaCl。2.镁及其化合物间的转化关系

3.铝及其化合物从铝土矿(主要成分为Al2O3,含Fe2O3、MgO、SiO2等杂质)提取Al的两种流程

4.铜及其化合物间的转化关系

注意①常用灼热的铜网除去N2中的O2,用灼热的CuO除去CO2中的CO。②白色的无水CuSO4遇水变为蓝色晶体(CuSO4·5H2O),可用于检验水。③过量的Cu和浓硝酸反应,得到NO2和NO的混合气体,反应后再加入稀硫酸,Cu可继续

反应。题型化工流程分析一、化工流程图的结构特点

解题技巧

①读题时可先对比原料与产品的成分,初步分析生产过程中保留了哪些元素或物质,

除去了哪些元素或物质,引入了哪些成分,结合流程图分析杂质元素在哪些工序中被

除去。②比较原料与产品中主要元素的化合价是否一致,若升高或降低,要结合流程图找出

生产过程中可能用到的氧化剂或还原剂;若不变,中间过程中加入的氧化剂或还原剂

一般是为了除去杂质等。1.原料的预处理

二、化工流程中的操作(1)水浸:溶解、过滤,分离溶解性不同的物质。(2)酸浸:原料中的碱性氧化物、两性化合物、不溶性碱类、部分不溶性盐类、部分金属等进入溶液。注意酸的性质以及对后续操作的影响,如用硫酸溶液浸取,若体系中

存在Ba2+、Ca2+等会形成相应的沉淀,过滤除去,但因CaSO4微溶,可能会进行二次除杂

(除尽Ca2+)。(3)碱浸:原料中的酸性氧化物、两性化合物、部分金属或Si等溶解进入溶液;油污一

般也在碱浸环节被除去。(4)盐浸:调节pH沉淀或者直接沉淀某些离子,发生氧化还原反应除去杂质或得到某些

物质。如分离Fe3+和Cu2+时加入碱式碳酸铜调节溶液pH使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀。(5)高温焙烧、煅烧等:改变物质的结构,使提取更加容易;使一些杂质被氧化、热稳定

性差的物质分解而被除去。如将硫化物等转化为金属氧化物,便于提取,注意反应后“S”的存在形式。(6)提高浸取效率的措施:升温、搅拌、粉碎、适当提高酸或碱的浓度、适当加入过量

的酸或者碱等。2.反应条件的控制(1)改变温度:①改变反应速率;②改变物质的溶解度(注意气体溶解度随温度升高而减

小);③防止物质分解或挥发(H2O2、NH3·H2O、铵盐、硝酸等易分解,有机溶剂、气体

等易挥发);④促进或抑制平衡移动(例如水解平衡);⑤催化剂的活性在某温度下达到

最好;⑥防止副反应发生。方法技巧回答温度过高、过低时的思路

(2)改变压强:①减压蒸馏,降低温度,防止物质分解;②改变气体溶解度;③促进或抑制

平衡移动;④真空防氧化(也可充入氩气、氮气等保护气)。

注意①Cu2+、Ag+、Pb2+的混合体系中常用H2S或Na2S等作沉淀剂;②Mg2+、Ca2+常用

HF或NaF等作沉淀剂;③在调节溶液pH的过程中常涉及关于Ksp的有关计算。(3)调节溶液的pH3.滤渣、滤液成分的确定方法要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂反应的情况:(1)反应过程中哪些物质(离子)消失了?(2)所加试剂是否过量或离子间发生化学反应又产生了哪些新离子?要考虑这些离子

间是否会发生反应。4.物质转化过程中常用的分离、提纯方法过滤分离难溶物和可溶物,根据特殊需要采用趁热过滤等方法萃取和分液利用物质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同分离、提纯物质蒸发结晶提取溶解度随温度变化不大的物质,如NaCl蒸发浓缩冷却结晶提取溶解度随温度变化较大的物质、易水解的物

质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuSO4·5H2O蒸馏和分馏分离沸点不同(一般相差30℃及以上)且互溶的液体混合物冷却法利用气体易液化的特点分离气体,如合成氨工业采用冷却法将氨气分离反萃取相当于萃取的逆过程,此方法中一定要明确“目标物”在水层还是在有机层[见例2]注意①趁热过滤时,如果目标产物是固体,则目的是避免杂质因降温析出造成产品

纯度下降;如果目标产物是液体,则目的是避免因降温而析出晶体导致产率降低。②

注意可水解的盐,要制得其晶体时,要有防水解措施。5.获得产品阶段的常用操作洗涤冷水、热水、饱和溶液或有机溶剂洗涤,减少产品

溶解损失。在气体氛围中蒸发如从溶液中析出FeCl3、AlCl3等溶质时,应在HCl

气流中加热,以防水解。蒸发浓缩、冷却结晶如除去KNO3中的少量NaCl,获得KNO3晶体。蒸发结晶、趁热过滤如除去NaCl中的少量KNO3,获得NaCl晶体。例1

(2022山东,12,4分)高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿

(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下,可能用到的数据见下

表。

Fe(OH)3Cu(OH)2Zn(OH)2开始沉淀pH1.94.26.2沉淀完全pH3.26.78.2下列说法错误的是

(

)A.固体X主要成分是Fe(OH)3和S;金属M为ZnB.浸取时,增大O2压强可促进金属离子浸出C.中和调pH的范围为3.2~4.2D.还原时,增大溶液酸度有利于Cu的生成D

解题思路①根据题干信息和流程图可知Cu2+被还原为Cu,可知需要保留Cu元素,除去Fe元素和Zn元素;因Cu2+被还原,过程中需要加入还原剂。②为了使硫化铜精矿更容

易被处理,对其进行了酸浸,在酸浸过程中加入了高压O2,则具有还原性的离子会被氧

化,浸取后溶液中金属阳离子有Fe3+、Cu2+、Zn2+。经过氨水调节pH(不能沉淀Cu2+),结

合题表可知调节的pH范围为3.2~4.2,固体X中含有Fe(OH)3以及被高压O2氧化生成的S

单质。同时得出Cu2+、Zn2+还在溶液中,经过高压H2还原,Cu2+被还原为Cu;过滤后Zn2+

在滤液中,经过一系列操作得到金属Zn。③对于D项,还原时发生的反应为Cu2++H2

Cu+2H+,如果酸度过大,则可认为平衡逆向移动,不利于Cu的生成。例2

(2022江苏,16,节选)实验室以二氧化铈(CeO2)废渣为原料制备Cl-含量少的Ce2

(CO3)3,其部分实验过程如下:

(1)“酸浸”时CeO2与H2O2反应生成Ce3+并放出O2,该反应的离子方程式为

。(3)通过中和、萃取、反萃取、沉淀等过程,可制备Cl-含量少的Ce2(CO3)3。已知Ce3+能6H++2CeO2+H2O2

2Ce3++O2↑+4H2O

被有机萃取剂(简称HA)萃取,其萃取原理可表示为Ce3+(水层)+3HA(有机层)

Ce(A)3(有机层)+3H+(水层)①加氨水“中和”去除过量盐酸,使溶液接近中性。去除过量盐酸的目的是

。②反萃取的目的是将有机层Ce3+转移到水层。使Ce3+尽可能多地发生上述转移,应选

择的实验条件或采取的实验操作有

(填两项)。③与“反萃取”得到的水溶液比较,滤去Ce2(CO3)3沉淀的滤液中,物质的量减小的离子

有

(填化学式)。降低c(H+),使萃取平衡正向移动,提高Ce3+的萃取率

适当提高稀硝酸的浓度;充分振摇分液

漏斗;用适量萃取剂分多次萃取

Ce3+、H+

解题思路观察路线不难发现,过程中Ce的化合价降低,需要加入还原剂。(1)中给出了反应物和生成物,观察反应前后的物质发现发生了氧化还原反应,根据得失电子守

恒写出2CeO2+H2O2

2Ce3++O2↑,再根据电荷守恒在反应物中加上6H+,最后根据原子守恒配平。(3)根据信息及流程中反萃取后加入氨水和NH4HCO3得到Ce2(CO3)3,可知

萃取过程中,“Ce”进入有机层,经过反萃取后又进入水层。①根据萃取原理可知,除

去过量盐酸的目的是除去H+,使萃取平衡正向移动。③根据萃取原理可知,萃取后

“Ce”以Ce(A)3的形式进入有机层,反萃取时加入稀硝酸,萃取平衡逆向移动,Ce3+进入

水层,则水层中含有的离子是Ce3+、H+和N

,加入的氨水与H+反应,Ce3+以Ce2(CO3)3的形式析出,则物质的量减少的离子是Ce3+、H+。例3

(2022全国甲,26,14分)硫酸锌(ZnSO4)是制备各种含锌材料的原料,在防腐、电

镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备,菱锌矿的主要成分为ZnCO3,杂质为

SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下:

本题中所涉及离子的氢氧化物溶度积常数如下表:离子Fe3+Zn2+Cu2+Fe2+Mg2+Ksp4.0×10-386.7×10-172.2×10-208.0×10-161.8×10-11回答下列问题:(1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为

。(2)为了提高锌的浸取效果,可采取的措施有

、

。(3)加入物质X调溶液pH=5,最适宜使用的X是

(填标号)。A.NH3·H2OB.Ca(OH)2C.NaOH滤渣①的主要成分是

、

、

。(4)向80~90℃的滤液①中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤,滤渣②中有MnO2,ZnCO3

ZnO+CO2↑

升高温度不断搅拌、粉碎焙烧后固体、适当提高硫酸浓度、延长浸取时间等(任选两个)

SiO2

Fe(OH)3CaSO4