◇ 山東 劉國峰

金屬及其化合物?？碱}型及解題策略

◇ 山東 劉國峰

金屬及其化合物是歷年高考的重點題型,一般常考查金屬及其化合物的性質(zhì)及用途判斷、物質(zhì)間的分離、相互轉(zhuǎn)化、離子反應(yīng)及方程式等問題.現(xiàn)將高考?？碱}型及解題策略總結(jié)如下,供備考同學(xué)參考使用.

1 與金屬及其化合物有關(guān)的離子反應(yīng)問題

例1 (2016年江蘇卷)下列指定反應(yīng)的離子方程式正確的是( ).

B 向Fe2(SO4)3溶液中加入過量鐵粉:Fe3＋＋Fe＝2Fe2＋;

C 向Al2(SO4)3溶液中加入過量氨水:Al3＋＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4＋;

D 向Na2SiO3溶液中滴加稀鹽酸:Na2SiO3＋2H＋＝H2SiO3↓＋2Na＋

解題策略 解決有關(guān)離子反應(yīng)、離子方程式的正誤判斷問題,首先要明確反應(yīng)原理,再看電荷是否守恒,最后配平離子方程式;根據(jù)金屬及其化合物的物理、化學(xué)性質(zhì),確定物質(zhì)是以離子形式還是沉淀物形式書寫.掌握好這些是解決有關(guān)離子反應(yīng)及其方程式的關(guān)鍵.

2 與金屬及其化合物有關(guān)的混合物分離問題

例2 (2016年上海卷)下列各組混合物,使用氫氧化鈉溶液和鹽酸2種試劑不能分離的是( ).

A 氧化鎂中混有氧化鋁;

B 氯化鋁溶液中混有氯化鐵;

C 氧化鐵中混有二氧化硅;

D 氯化亞鐵溶液中混有氯化銅

選項A,MgO是堿性氧化物,與NaOH不能反應(yīng),Al2O3是兩性氧化物,可以與NaOH發(fā)生反應(yīng)生成NaAlO2,過濾后洗滌,就得到純凈的MgO,可用氫氧化鈉溶液和鹽酸2種試劑分離;選項B,向溶液中加入過量的NaOH溶液,氯化鐵轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,氯化鋁變?yōu)镹aAlO2,過濾,然后向溶液中加入適量的鹽酸,當沉淀達到最大值時,過濾,得到Al(OH)3,再加入適量的鹽酸溶解,就得到氯化鋁溶液,除去了雜質(zhì),可用氫氧化鈉溶液和鹽酸2種試劑分離;選項C,二氧化硅是酸性氧化物,可以與NaOH發(fā)生反應(yīng),而氧化鐵與NaOH不能發(fā)生反應(yīng).加入過量的NaOH,然后過濾洗滌,就得到純凈的氧化鐵,可用氫氧化鈉溶液和鹽酸2種試劑分離;選項D,二者都可以與NaOH發(fā)生反應(yīng),再向得到的沉淀中加入鹽酸時,二者都溶解,不能分離、提純二者,不可用氫氧化鈉溶液和鹽酸2種試劑分離.答案為D.

解題策略 解決用不同試劑分離混合物的問題,首先要看混合物中的物質(zhì)是酸性、堿性還是兩性化合物,使其中一種能與試劑反應(yīng)生成沉淀物達到分離提純的目的,若2種混合物都能與試劑反應(yīng)且都溶解則無法分離,這是處理混合物分離及提純的基本原則.

3 與金屬及其化合物有關(guān)的制備工藝流程問題

例3 (2016年海南卷)NaClO2是一種殺菌消毒劑,也常用來漂白織物等,其一種生產(chǎn)工藝如圖1.

圖1

(1)寫出“反應(yīng)”步驟中生成ClO2的化學(xué)方程式________.

(2)“電解”所用食鹽水由粗鹽水精制而成,精制時,為除去Mg2＋和Ca2＋,要加入的試劑分別為_______.“電解”中陰極反應(yīng)的主要產(chǎn)物是________.

(3)“尾氣吸收”是吸收“電解”過程排出的少量ClO2,此吸收反應(yīng)中,氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為________,該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物是________.

(4)“有效氯含量”可用來衡量含氯消毒劑的消毒能力,其定義是:每克含氯消毒劑的氧化能力相當于多少克Cl2的氧化能力.NaClO2的有效氯含量為__.

(1)由流程圖可知反應(yīng)物為H2SO4、SO2和NaClO3,產(chǎn)物為ClO2和NaHSO4,根據(jù)氧化還原化合價升降守恒進行配平,可得方程式為: 2NaClO3＋SO2＋H2SO4＝2ClO2＋2NaHSO4.

(2)粗鹽提純過程,主要考慮除去雜質(zhì)離子且不引入新的雜質(zhì),故加入NaOH除去Mg2＋、加入Na2CO3除去Ca2＋;電解食鹽水并加入ClO2,產(chǎn)物中有NaClO2生成,由于陰極發(fā)生還原反應(yīng),所以應(yīng)該是ClO2在陰極被還原生成NaClO2.

(3)根據(jù)尾氣吸收過程中加入的反應(yīng)物和生成物,寫出氧化還原反應(yīng)方程式并配平,可得2ClO2＋2NaOH＋H2O2＝2NaClO2＋O2＋2H2O.其中氧化劑為ClO2,還原劑為H2O2,氧化劑與還原劑的比值為2∶1,該反應(yīng)的氧化產(chǎn)物為O2.

(4)“有效氯含量”的定義是每克含氯消毒劑的氧化能力相當于多少克Cl2的氧化能力,其實就是求相同質(zhì)量的NaClO2和Cl2在被還原為Cl－時,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)之比.1molNaClO2被還原為Cl－時轉(zhuǎn)移4 mol電子,1molCl2被還原為Cl－時轉(zhuǎn)移2mol電子,也就是說每摩爾NaClO2相當于2molCl2.即90.5gNaClO2相當于142gCl2,即“有效氯含量”為142/90.5＝1.57(保留2位小數(shù)).

解題策略 解決與化合物有關(guān)的工藝流程問題:一是有關(guān)混合物的提純,主要考慮哪種離子能與混合物中某物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成沉淀進而提純;二是尾氣處理,根據(jù)尾氣的酸堿性或者其他性質(zhì)通過氧化還原反應(yīng)解決;對自定義問題可將化學(xué)信息(含實際事物、實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)和各種信息、提示、暗示)按題設(shè)情境抽象歸納,邏輯地統(tǒng)攝成規(guī)律,并能運用此規(guī)律,進行推理即可.

4 與金屬及其化合物有關(guān)的實驗問題

例4 (2016年江蘇卷)實驗室以一種工業(yè)廢渣(主要成分為MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物)為原料制備MgCO3·3H2O.實驗過程如圖2所示.

圖2

(1)酸溶過程中主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:

MgCO3(S)＋2H＋(aq)＝Mg2＋(aq)＋CO2(g)＋H2O(l) ΔH＝－50.4kJ·mol－1;

Mg2SiO4(s)＋4H＋(aq)＝2Mg2＋(aq)＋H2SiO3(s)＋H2O(l) ΔH＝－225.4kJ·mol－1.

酸溶需加熱的目的是________;所加H2SO4不宜過量太多的原因是________.

(2)加入H2O2氧化時發(fā)生發(fā)應(yīng)的離子方程式為________.

(3)用圖3所示的實驗裝置進行萃取和分液,以除去溶液中的Fe3＋.

圖3

ⅰ)實驗裝置圖中儀器A的名稱為________.

ⅱ)為使Fe3＋盡可能多地從水相轉(zhuǎn)移至有機相,采取的操作:向裝有水溶液的儀器A中加入一定量的有機萃取劑,___、靜置、分液,并重復(fù)多次.

(4)請補充完整由萃取后得到的水溶液制備MgCO3·3H2O的實驗方案:邊攪拌邊向溶液中滴加氨水,_______,過濾、用水洗滌固體2或 3次,在50℃下干燥,得到MgCO3·3H2O.(已知:該溶液中pH＝8.5時Mg(OH)2開始沉淀;pH＝5.0時Al(OH)3沉淀完全.)

分析 (1)酸溶過程中需要加熱的目的是加快酸溶的速率;在后續(xù)的流程中要加堿將Mg2＋轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2,因此所加H2SO4不宜過量太多,為避免耗用過多的堿.在解題時對流程中省略的流程要作出合理的推測,在本題的第(4)問“邊攪拌邊向溶液中滴加氨水”可進一步驗證這樣的推測.在解題時,如果沒有頭緒可以先放一放,在題目的后半部分說不定有新的信息提示,根據(jù)新的信息尋找解題的切入點.

(2)加入H2O2將Fe2＋氧化為Fe3＋:H2O2＋2Fe2＋＋2H＋＝2Fe3＋＋2H2O.

(3)ⅰ)儀器A是分液漏斗;ⅱ)加入萃取劑后要充分振蕩,并放氣,使得混合液盡快靜止并分層.

(4)萃取后得到的水溶液中有Mg2＋和Al3＋,已知該溶液中pH＝8.5時Mg(OH)2開始沉淀,pH＝5.0時Al(OH)3沉淀完全,所以控制pH大于或等于5.0小于8.5,讓Al3＋完全沉淀而Mg2＋仍在溶液中,接下來再加入Na2CO3溶液用來沉淀Mg2＋.為了保證Mg2＋沉淀完全,可以在靜置后的上層清液中繼續(xù)滴加Na2CO3溶液,若產(chǎn)生渾濁,說明沉淀不完全,須繼續(xù)加入一定量的Na2CO3溶液,再靜置,再檢測,直至滴加Na2CO3溶液時上層清液不變渾濁為止.

解題策略 在解決金屬及其化合物有關(guān)的實驗問題時,往往需要補充一些省略的流程,對省略的流程不能盲目地主觀臆斷,而是要找準合理的推測依據(jù),假如找不到合理的依據(jù)就要通覽全題,從后往前推找到信息切入點.本題中還有一個問題就是在提取沉淀物Mg(OH)2、Al(OH)3時,要注意pH的范圍控制,使其一種為溶液,一種為沉淀,通過重復(fù)幾次達到提純目的.

總之,以上幾種題型及題干中提到的其他題型都是金屬及其化合物高考的重點題型,只要掌握這幾方面,在高考中就會得心應(yīng)手.

(作者單位:山東省平度市山東省華僑中學(xué))