趙鑫光 程子晟

吉林

既熟悉又陌生的金屬元素
——以金屬元素為背景的試題解題策略初探

趙鑫光 程子晟

在高考化學(xué)試卷中的非選擇題必考題和選考題的物質(zhì)結(jié)構(gòu)部分，經(jīng)常以高中教材以外的金屬元素作為命題背景，這體現(xiàn)了不同知識(shí)點(diǎn)的橫向聯(lián)系和高考命題的綜合性。以學(xué)生不太熟悉的金屬單質(zhì)及其化合物為載體，綜合考查化合物的制備與檢驗(yàn)、化學(xué)基本概念、化學(xué)反應(yīng)原理、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等方面的內(nèi)容。本文選擇幾種典型的主族金屬元素加以介紹。并配以例題、解析，以期學(xué)生通過(guò)練習(xí)掌握該類試題的解題策略。

一、金屬鋰及其化合物

(1)在ⅠA族堿金屬中，鋰原子半徑最小，極化能力強(qiáng)，表現(xiàn)出與Na和K等的不同性質(zhì)，它與ⅡA族里的Mg相似。

(2)鋰與氧氣反應(yīng)生成氧化物L(fēng)i2O，而不形成過(guò)氧化物和超氧化物；與氮?dú)庑纬傻風(fēng)i3N，而其他堿金屬不能與N2直接化合；與碳反應(yīng)生成乙炔鋰(Li2C2)；與水反應(yīng)生成氫氣，但反應(yīng)速率比Na或K緩慢得多。

(3)Li2CO3、Li3PO4和LiF等鋰鹽溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對(duì)應(yīng)的鈉鹽和鉀鹽。

(6)LiCl·nH2O受熱分解時(shí)發(fā)生水解，生成LiOH。

(7)LiCoO2一般作為鋰離子電池的正極材料，發(fā)生如下反應(yīng)：

【典例1】鋰及鋰的化合物在工業(yè)生產(chǎn)中有重要用途。

(1)如圖為電解裝置制備氫氧化鋰的示意圖，A、B均為惰性電極，兩電極區(qū)的電解液分別為L(zhǎng)iOH溶液和LiCl溶液中的一種。由示意圖可知A極區(qū)應(yīng)加入________(填化學(xué)式)電解液，該電解池的陽(yáng)極反應(yīng)為_(kāi)_______，Li+的遷移方向是________(填“從A到B”或“從B到A”)。

(2)氫化鋁鋰(LiAlH4)是有機(jī)合成中重要的還原劑，可以還原酯、羧酸等有機(jī)化合物，則LiAlH4中，H元素的化合價(jià)為_(kāi)_______。

(3)氫化鋰和氯化鋁在無(wú)水乙醚中可制得氫化鋁鋰，試寫出制備方程式：____________。

(4)氫化鋁鋰與水劇烈反應(yīng)生成氫氣，該反應(yīng)中的氧化劑是________；標(biāo)準(zhǔn)狀況下生成11.2 L H2時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為_(kāi)_______。

二、金屬鈣及其化合物

【典例2】過(guò)氧化鈣(CaO2)是一種白色、無(wú)毒、難溶于水的固體，能殺菌消毒，廣泛用于果蔬保鮮、空氣凈化、污水處理等方面。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程如下：

①在NH4Cl溶液中加入Ca(OH)2；

②不斷攪拌的同時(shí)加入30%H2O2，反應(yīng)生成CaO2·8H2O 沉淀；

③經(jīng)過(guò)沉淀、過(guò)濾、水洗得到CaO2·8H2O，再脫水干燥得到CaO2。

(1)第①步反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______。第②步反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)___________。

(2)可循環(huán)使用的物質(zhì)是________，工業(yè)上常采用Ca(OH)2過(guò)量而不是H2O2過(guò)量的方式來(lái)生產(chǎn)，這是因?yàn)?/p>

____________。

(3)CaO2·8H2O加熱脫水的過(guò)程中，需不斷通入不含二氧化碳的氧氣，目的是____________。

(4)已知CaO2在350℃迅速分解生成CaO和O2。如圖是實(shí)驗(yàn)室測(cè)定產(chǎn)品中CaO2含量的裝置(夾持裝置省略)。若所取產(chǎn)品質(zhì)量是mg，測(cè)得氣體體積為VmL(已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則產(chǎn)品中CaO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_(kāi)_______(用字母表示)。

三、鎵與銦及其化合物

(1)Ga熔點(diǎn)29.78℃，在手中融化，但Ga的沸點(diǎn)為2 403℃，是液相存在的溫度范圍最大的金屬單質(zhì)，常用于制造高溫下使用的溫度計(jì)。

(4)In2O3和In(OH)3幾乎無(wú)兩性表現(xiàn)，In2O3溶于酸，但不溶于堿。

【典例3】央視新聞?lì)l道2017年4月報(bào)道了由我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的液態(tài)鎵銦合金具有類生物學(xué)現(xiàn)象，這一發(fā)現(xiàn)開(kāi)辟了一條構(gòu)筑高性能納米金屬流體的新途徑。

(1)鎵是門捷列夫生前預(yù)言的“類鋁”，它的原子序數(shù)為31，則它在元素周期表中的位置是________，鎵銦合金熔點(diǎn)________(填“等于”“高于”或“低于”)金屬鎵。

(2)金屬鎵與鋁類似，可以溶于氫氧化鈉溶液，試寫出相關(guān)的離子方程式：____________。

(3)氮化鎵是新一代半導(dǎo)體材料，通?？捎涉壟c氨氣在1 300 K左右制備，試寫出制備氮化鎵的化學(xué)方程式：________________________。

(4)已知Al2S3不能在水中制備，Ga2S3與之類似，試用化學(xué)方程式解釋原因：____________。

(5)GaAs也是一種半導(dǎo)體材料，它可由(CH3)3Ga與AsH3在1 000 K左右制得，該反應(yīng)副產(chǎn)物是一種常見(jiàn)氣態(tài)化合物，其在氧氣中燃燒的方程式為_(kāi)___________。

四、錫及其化合物

【典例4】硫酸亞錫(SnSO4)，能溶于水，廣泛用于鍍錫工業(yè)，其制備路線如下圖所示：

已知：①Sn在酸性溶液中存在兩種形式Sn2+和Sn4+，其中Sn2+在空氣中易被氧化。

②SnCl2易溶于水，在堿性條件下水解產(chǎn)物為Sn(OH)Cl。

③SnSO4溶解度隨溫度升高迅速增大。

(1)溶解SnCl2時(shí)為什么要用鹽酸，請(qǐng)結(jié)合化學(xué)平衡移動(dòng)原理加以解釋:____________。

(2)加入Sn粉的作用除調(diào)節(jié)pH外還有________。

(3)若反應(yīng)①得到的沉淀是SnO，則相關(guān)的離子方程式為_(kāi)__________；反應(yīng)①后過(guò)濾的濾液中主要含________。

(4)操作①需要進(jìn)行的具體操作及順序是________。

(5)SnSO4在酸性條件下可用作H2O2的去除劑，其反應(yīng)原理為_(kāi)_______(用離子方程式表示)。

五、鉛及其化合物

【典例5】鉛及其化合物可用于蓄電池、耐酸設(shè)備及X射線防護(hù)材料等?；卮鹣铝袉?wèn)題：

(1)鉛是碳的同族元素，比碳多4個(gè)電子層。鉛在元素周期表的位置為第________周期________族；PbO2的酸性比CO2的酸性________(填“強(qiáng)”或“弱”)。

(2)PbO2與濃鹽酸共熱生成黃綠色氣體，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)___________。

(3)PbO2可由PbO與次氯酸鈉溶液反應(yīng)制得，反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)__________；PbO2也可以通過(guò)石墨為電極，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液為電解液電解制取。陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為_(kāi)_____________，陰極上觀察到的現(xiàn)象是_______________；若電解液中不加入Cu(NO3)2，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_(kāi)_____________，這樣做的主要缺點(diǎn)是____________。

(4)PbO2在加熱過(guò)程發(fā)生分解的失重曲線如圖所示，已知失重曲線上的a點(diǎn)為樣品失重的4.0%[(即樣品起始質(zhì)量—a點(diǎn)固體質(zhì)量)/樣品起始質(zhì)量×100%]的殘留固體。若a點(diǎn)固體組成表示為PbOx或mPbO2·nPbO，列式計(jì)算x值和m∶n值：________。

吉林省長(zhǎng)春吉大附中實(shí)驗(yàn)學(xué)校)