专题3 第5单元 金属及其化合物的综合应用（Word教参）-【优化指导】2025年高考化学一轮复习高中总复习·第1轮（苏教版）

第五单元　金属及其化合物的综合应用 复习目标 1.基于金属及其化合物的性质与转化关系，解决相关物质的制备流程或实验探究问题。 2.结合质量守恒定律，了解热重法的原理及其应用；能用热重法计算，判断金属化合物的组成。 考点一　金属及其化合物的制备与转化 [对应学生用书P73] 1．钠及其重要化合物的转化关系 (1)写出下列反应的离子方程式 ①Na与水的反应：2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑； ②饱和Na2CO3溶液通入足量CO2：2Na＋＋CO＋CO2＋H2O===2NaHCO3↓。 (2)写出下列反应的化学方程式 ①Na2O2与水的反应：2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑； ②Na2O2与CO2反应：2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2； ③联合制碱法：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。 2．铁及其重要化合物的转化关系 写出下列反应的离子方程式。 (1)FeCl3溶液腐蚀印刷铜质线路板：2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+_； (2)FeCl2溶液中滴加酸性H2O2溶液：2Fe2+＋H2O2＋2H＋===2Fe3+＋2H2O； (3)Fe(OH)3与氢碘酸(HI)反应：2Fe(OH)3＋6H＋＋2I－===2Fe2+＋I2＋6H2O； (4)Fe(OH)2与稀硝酸反应：3Fe(OH)2＋10H＋＋NO===3Fe3+＋NO↑＋8H2O。 (5)在水溶液中，FeBr2和Cl2等物质的量反应：2Fe2+＋2Br－＋2Cl2===2Fe3+＋Br2＋4Cl－。 考向1　金属及其化合物的制备“微实验” 【例1】 溴化亚铁(FeBr2)是一种常用的催化剂，易潮解变质，800 ℃以上可升华，高温时溴化铁(FeBr3)迅速分解成溴化亚铁。如图所示制备溴化亚铁(部分夹持仪器未画出)，下列说法正确的是(　　) A．若用浓硫酸代替浓磷酸，对产品的纯度产生影响 B．烧瓶中进行反应：H3PO4＋NaBrNaH2PO4＋HBr↑，说明H3PO4的酸性强于HBr C．碱石灰的作用是阻止空气中水蒸气进入，故可用无水氯化钙代替 D．实验结束时，通入一段时间N2，排出残留的HBr，避免造成污染 [实验剖析] 装置A 用于制取HBr：H3PO4＋NaBrNaH2PO4＋HBr↑，HBr是强酸，H3PO4是中强酸 装置D 制取FeBr2：Fe＋2HBrFeBr2＋H2 装置F 碱石灰含有CaO和NaOH，可吸收水分和酸性气体 D　解析：浓磷酸换成浓硫酸，会发生副反应：2NaBr＋2H2SO4(浓)SO2↑＋Br2＋2H2O＋Na2SO4，生成的SO2与铁不反应，溴与铁反应生成的FeBr3在高温下会迅速分解为FeBr2，对产品的纯度无影响，A错误；反应H3PO4＋NaBrNaH2PO4＋HBr↑是利用了难挥发性酸制取挥发性酸的原理，HBr是强酸，其酸性强于H3PO4，B错误；碱石灰是用来吸收未反应的HBr和阻止水蒸气进入，而无水氯化钙不能吸收HBr，C错误；碱石灰用来吸收未反应的溴化氢，并防止空气中的水蒸气进入装置，实验结束时要关闭热源并继续通入氮气一段时间，使装置中残留的HBr被充分吸收，避免造成污染，D正确。 考向2　金属及其化合物的制备“流程” 【例2】 (双选)氧化锆是一种高级耐火材料，氧化钇主要用作制造微波用磁性材料。一种利用玻璃窑炉替换下的锆废砖(主要成分ZrO2、Y2O3、CaO等)提纯氧化锆和氧化钇的工艺流程如下： 下列说法不正确的是(　　) A．“酸化”是锆废砖粉和硫酸在硫酸铵催化作用下进行的焙烧反应，硫酸适宜用盐酸代替 B．“中和1”发生反应的离子方程式为Zr4+ ＋4NH3·H2O===Zr(OH)4 ↓＋4NH C．实验室模拟“焙烧”时使用的硅酸盐仪器只有坩埚和酒精灯 D．滤液2可以处理后返回“压滤”使用，实现循环 AD　解析：锆废砖(主要成分ZrO2、Y2O3、CaO等)加入硫酸和硫酸铵，得到硫酸钙沉淀，调节溶液pH在4～5.5范围沉淀锆离子，滤渣2为Zr(OH)4 ；继续加入氨水调节溶液pH在6～8得Y(OH)3，过滤、水洗、煅烧得到Y2O3粉末。若硫酸用盐酸代替，则反应过程盐酸和硫酸铵生成氯化铵，受热分解，硫酸铵不能起催化作用，A错误；滤液2为硫酸铵和氨水，酸化后可以返回“酸化”使用，循环利用，D错误。 (1)“四步法”突破金属及其化合物的制备“微实验” (2)“六看法”突破金属及其化合物的制备“微流程” 1．钌(Ru)是一种硬而脆呈浅灰色的多价稀有金属，性质很稳定，且耐腐蚀性很强。实验室用H2还原RuO2来制备金属钌的装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．加热试管前，应先收集气体并点燃，通过爆鸣声判断气体的纯度 B．洗气瓶中盛装的可能是NaOH溶液，用于除去HCl C．结束反应时，先停止加热，再关闭弹簧夹K D．启普发生器也可以用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气 D　解析：可燃性气体在点燃或加热前必须验纯，故加热试管前，应先收集气体并点燃通过爆鸣声判断气体的纯度，以免发生爆炸，A正确；洗气瓶中盛装的可能是NaOH溶液，用于除去氢气中的HCl，避免制得的Ru含有杂质，B正确；结束反应时，先停止加热，再关闭弹簧夹K，用氢气冷却Ru，以免生成的Ru在高温时又被空气中的氧气氧化，C正确；二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气需要加热，而启普发生器不能加热，D错误。 2．工厂的工业废水中含有大量的FeSO4和较多的Cu2+。某兴趣小组模拟工业从该废水中回收金属铜，并制备Fe(OH)SO4，流程如下： 下列说法不正确的是(　　) A．操作1和操作2均为过滤 B．甲为铁粉，乙为稀硫酸溶液 C．往溶液1与溶液2中加入NaNO2反应生成NO，欲制备1.5 mol Fe(OH)SO4，理论上至少需要1.5 mol NaNO2 D．取少量产品Fe(OH)SO4溶于盐酸，滴入酸性KMnO4溶液，若紫色褪去，则产品中含Fe2+ D　解析：由图可知，操作1和操作2均分离得到固体和溶液，故均为过滤操作，A正确；从废水中回收金属铜并制备Fe(OH)SO4，先加入足量铁粉，将Cu2+置换出Cu，固体1是Cu和Fe的混合物，再加入稀硫酸溶液溶解Fe生成FeSO4，B正确；溶液1与溶液2是FeSO4溶液，欲制备1.5 mol Fe(OH)SO4，FeSO4失去1.5 mol 电子，加入NaNO2反应生成NO，据得失电子守恒可得，需要1.5 mol NaNO2，C正确；取少量Fe(OH)SO4溶于盐酸，溶解液中含有Cl－，滴入酸性KMnO4溶液，Cl－可将MnO还原为Mn2+，紫色褪去，故不能判断是否含有Fe2+，D错误。 考点二　热重分析确定金属化合物的组成 [对应学生用书P75] 1．热重分析曲线基本图示 一般以横坐标为温度，纵坐标为固体质量(或质量分数等)建立平面直角坐标系。如固体物质A受热分解：A(s)B(s)＋C(g)，固体A热分解反应的热重曲线如图所示： 试样初始质量为m0，失重后试样质量为m1，由T1升高到T2的过程中，失重质量为Δm＝m0－m1，失重质量百分数为×100%。 2．热重分析的一般方法和规律 (1)设晶体为1 mol，其质量为m。 (2)失重一般是先失水，再失非金属氧化物。 (3)计算每步固体剩余的质量(m余)：×100%＝固体残留率。 (4)晶体中金属质量不再减少，仍在m余中。 (5)失重最后一般为金属氧化物，由质量守恒得m氧，由n金属∶n氧，即可求出失重后物质的化学式。 考向　热重分析法的原理及应用 【例】 将5.00 g胆矾(不含其他杂质)置于氮气氛流中，然后对其进行加热，逐渐升高温度使其分解，分解过程中的热重曲线如图所示。下列说法错误的是(　　) A．a点对应的物质中，氧元素的质量分数约为52.3% B．c点对应的固体物质只有CuSO4 C．将c→d产生的气体全部通入BaCl2溶液中，无沉淀产生 D．d→e的过程中，生成的某种物质可使带火星的小木条复燃 [思路剖析] ①胆矾热分解的变化 CuSO4·5H2OCuSO4·xH2OCuSO4CuOCu2O　 ②酸性强弱　 HCl＞H2SO3SO2不与BaCl2溶液反应；O2具有助燃性能使带火星的小木条复燃 C　解析：胆矾失去部分结晶水得到a，a点对应的物质化学式为CuSO4·xH2O，则有5.00×＝4.28，解得x＝3，故氧元素的质量分数约为×100%≈52.3%，A正确；胆矾的化学式CuSO4·5H2O，5.00 g胆矾为0.02 mol，加热完全失去结晶水，得到0.02 mol CuSO4，其质量为3.20 g，故c点对应物质是CuSO4，B正确；c→d为CuSO4分解为CuO，产生的气体可能全部为SO3，或SO2和O2，或SO3、SO2和O2的混合气体，通入BaCl2溶液中，生成BaSO4沉淀，C错误；d→e的过程反应的化学方程式为4CuO2Cu2O＋O2↑，有氧气生成，氧气可使带火星的小木条复燃，D正确。 热重分析法确定物质组成的思维流程 　 8.34 g 绿矾晶体(FeSO4·7H2O)样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示，下列说法正确的是(　　) A．温度为78 ℃时固体物质M的化学式为FeSO4·5H2O B．温度为159 ℃时固体物质N的化学式为FeSO4·2H2O C．在隔绝空气条件下，N得到P的化学方程式为FeSO4·2H2OFeSO4＋2H2O D．取适量380 ℃时所得的样品P，隔绝空气加热至650 ℃得到一种固体物质Q，同时有两种无色气体生成，Q的化学式为Fe2O3 D　解析：8.34 g FeSO4·7H2O样品的物质的量n＝＝0.03 mol。温度为78 ℃时，固体质量为6.72 g，其中m(FeSO4)＝0.03 mol×152 g/mol＝4.56 g，m(H2O)＝6.72 g－4.56 g＝2.16 g，n(H2O)＝0.12 mol，则n(H2O)∶n(FeSO4)＝0.12 mol ∶0.03 mol ＝4∶1，则其化学式为FeSO4·4H2O，故78 ℃时，M的化学式为FeSO4·4H2O，A错误；温度为159 ℃时，固体质量为5.10 g，其中m(FeSO4)＝0.03 mol×152 g/mol＝4.56 g，m(H2O)＝5.10 g－4.56 g＝0.54 g，n(H2O)＝0.03 mol，则n(H2O)∶n(FeSO4)＝0.03 mol∶0.03 mol＝1∶1，则其化学式为FeSO4·H2O，B错误；由B项分析知N的化学式为FeSO4·H2O，且P化学式为FeSO4，在隔绝空气条件下由N得到P反应的化学方程式为FeSO4·H2OFeSO4＋H2O，C错误；P的化学式为FeSO4，Q的化学式为Fe2O3，铁的化合价升高，必有硫的化合价降低，即有二氧化硫生成，设SO2、SO3的物质的量分别为x mol、y mol，则，解得x＝y＝0.015，则反应的化学方程式为2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑，Q的化学式为Fe2O3，D正确。 [对应学生用书P77] 角度 金属及其化合物的制备“微实验” 1.(2021·江苏卷)下列由废铜屑制取CuSO4·5H2O的实验原理与装置不能达到实验目的的是(　　) A．用装置甲除去废铜屑表面的油污 B．用装置乙在加热的条件下溶解废铜屑 C．用装置丙过滤得到CuSO4溶液 D．用装置丁蒸干溶液获得CuSO4·5H2O D　解析：碳酸钠溶液显碱性，在加热的条件下可以除去铜屑表面的油污，A正确；在酸性条件下，铜与H2O2发生氧化还原反应得到硫酸铜，B正确；装置丙为过滤装置，过滤可以除去难溶杂质，得到硫酸铜溶液，C正确；用装置丁蒸干溶液得到硫酸铜固体，而不是CuSO4·5H2O，D错误。 (2020·江苏卷)实验室以CaCO3为原料，制备CO2并获得CaCl2·6H2O晶体。下列图示装置和原理不能达到实验目的的是(　　) D　解析：HCl与CaCO3反应可生成CO2，A正确；CO2的密度比空气大，故从长管进气收集CO2，B正确；CaCO3为难溶物，通过过滤法除去，C正确；CaCl2·6H2O在蒸发时易失去结晶水，应采用冷却结晶的方法，D错误。 角度 金属及其化合物的制备“微流程” 2.(2022·河北卷)LiBr溶液可作为替代氟利昂的绿色制冷剂。合成LiBr工艺流程如下： 下列说法错误的是(　　) A．还原工序逸出的Br2用NaOH溶液吸收，吸收液直接返回还原工序 B．除杂工序中产生的滤渣可用煤油进行组分分离 C．中和工序中的化学反应为Li2CO3＋2HBr===2LiBr＋CO2↑＋H2O D．参与反应的n(Br2)∶n(BaS)∶n(H2SO4)为1∶1∶1 [思路剖析] ①还原 BaS与Br2发生反应BaS＋Br2===S↓＋BaBr2 ②除杂 除去Ba2+，发生反应Ba2+＋SO===BaSO4↓ ③中和 加入Li2CO3与HBr反应：Li2CO3＋2HBr===2LiBr＋CO2↑＋H2O A　解析：Br2用NaOH溶液吸收，发生反应：Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O，若直接返回还原工序，则产品中会有一定量的溴化钠，导致产品的纯度降低，A错误；滤渣为BaSO4和S，S可溶于煤油，BaSO4则不能，可用煤油进行组分分离，B正确；根据得失电子守恒可知，Br2和BaS反应时物质的量之比为1∶1；根据BaSO4的化学组成及钡原子守恒可知，n(BaS)∶n(H2SO4)为1∶1，故参与反应的n(Br2)∶n(BaS)∶n(H2SO4)为1∶1∶1，D正确。 (1)(2021·河北卷)BiOCl是一种具有珍珠光泽的材料，利用金属Bi制备BiOCl的工艺流程如图： 下列说法错误的是(　　) A．酸浸工序中分次加入稀HNO3可降低反应剧烈程度 B．转化工序中加入稀HCl可抑制生成BiONO3 C．水解工序中加入少量CH3COONa(s)可提高Bi3+水解程度 D．水解工序中加入少量NH4NO3(s)有利于BiOCl的生成 (2)(2020·山东卷)以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如图： 已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3 和Al(OH)3。下列说法错误的是(　　) A．浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O B．浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行 C．流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl D．分离Mg2+与Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物Ksp的不同 (1)D　解析：氯化铋水解生成BiOCl反应的离子方程式为Bi3+＋Cl－＋H2O⥫⥬BiOCl＋2H＋，水解工序中加入少量NH4NO3(s)，铵根离子水解生成氢离子，使氢离子浓度增大，根据勒夏特列原理分析，氯化铋水解平衡左移，不利于生成BiOCl，且部分铋离子与硝酸根离子、水也会发生反应Bi3+＋NO＋H2O⥫⥬BiONO3＋2H＋，也不利于生成BiOCl，D错误。 (2)B　解析：煅烧菱镁矿，MgCO3分解为MgO，根据已知中浸出时产生的废渣可知，浸出液中镁以Mg2+形式存在并释放出NH3，则浸出镁的反应为MgO＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3↑＋H2O，A正确；浸出过程中，为促进Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀的形成以及氨气的逸出，提高分离效果，应在较高温度下进行，而沉镁过程中若在高温下进行，会促进NH3·H2O的分解，对沉镁效果不利，B错误；浸出过程产生的氨气和沉镁过程中产生的NH4Cl可以循环使用，C正确；在相同的条件下，Fe3+、Al3+形成沉淀，而镁以Mg2+形式存在，说明其氢氧化物的Ksp 差异较大，D正确。 角度 热重分析法的原理及应用 3.(2022·全国乙卷)化合物(YW4X5Z8·4W2Z)可用于电讯器材、高级玻璃的制造。W、X、Y、Z为短周期元素，原子序数依次增加，且加和为21。YZ2分子的总电子数为奇数，常温下为气体。该化合物的热重曲线如图所示，在200 ℃以下热分解时无刺激性气体逸出。下列叙述正确的是(　　) A．W、X、Y、Z的单质常温下均为气体 B．最高价氧化物的水化物酸性：Y＜X C．100～200 ℃阶段热分解失去4个W2Z D．500 ℃热分解后生成固体化合物X2Z3 [思路剖析] ① W、X、Y、Z为短周期元素，原子序数依次增加，且加和为21 ② 在200 ℃以下热分解时无刺激性气体逸出失去的是水W为H元素，Z为O元素 ③ YZ2分子的总电子数为奇数，常温下为气体Y为N元素 ④ W、X、Y、Z的原子序数依次增加，且加和为21X为B元素 D　解析：根据题意可得：W为H，X为B、Y为N、Z为O。X(B)的单质常温下为固体，A错误；根据非金属性越强，其最高价氧化物的水化物酸性越强，则最高价氧化物的水化物酸性：X(H3BO3)＜Y(HNO3)，B错误；200 ℃以下热分解时无刺激性气体逸出，则说明失去的是水，若100～200 ℃阶段热分解失去4个H2O，则质量保留分数为×100%≈73.6%，则说明不是失去4个H2O，C错误；化合物(NH4B5O8·4H2O)在500℃热分解后若生成固体化合物X2Z3(B2O3)，根据硼原子守恒，则得到关系式2NH4B5O8·4H2O～5B2O3，则固体化合物B2O3质量分数为×100%≈64.1%，则假设正确，D正确。 (2021·全国甲卷)某小组用工业废铜焙烧得到的CuO(杂质为氧化铁及泥沙)为原料与稀硫酸反应制备胆矾，并测定其结晶水的含量。 (1)结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为m1，加入胆矾后总质量为m2，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置于干燥器中冷至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为m3。根据实验数据，胆矾分子中结晶水的个数为____________(写表达式)。 (2)下列操作中，会导致结晶水数目测定值偏高的是________(填标号)。 ①胆矾未充分干燥　②坩埚未置于干燥器中冷却　③加热时有少量胆矾迸溅出来 答案：(1)　(2)①③ 学科网（北京）股份有限公司 $$