4-2 常见金属单质及其化合物 同步作业 《化学（通用类）》同步教学 高教版

主题四 常见无机物及其应用 第二节 常见金属单质及其化合物 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列关于钠的说法，错误的是（ ） A. 钠是银白色金属，质地柔软 B. 钠的密度比水小，比煤油大 C. 钠在空气中燃烧生成白色的氧化钠 D. 钠保存在煤油中，防止被氧化 2. 下列物质中，属于碱性氧化物的是（ ） A. Na₂O₂ B. Al₂O₃ C. Fe₂O₃ D. CO₂ 3. 下列关于铝的化学性质，说法正确的是（ ） A. 铝能与盐酸反应，不能与氢氧化钠溶液反应 B. 铝在空气中易被氧化，表面生成一层致密的氧化膜 C. 铝的金属活动性比铁弱，不易被腐蚀 D. 铝能与氯气反应，不能与氧气反应 4. 下列关于铁及其化合物的说法，错误的是（ ） A. 铁是黑色金属，具有良好的导电性、导热性和延展性 B. 铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁 C. 氯化铁溶液呈黄色，氯化亚铁溶液呈浅绿色 D. 铁与硫酸铜溶液反应，可置换出铜，说明铁的金属活动性比铜弱 5. 下列物质中，既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应的是（ ） A. Fe(OH)₃ B. Al(OH)₃ C. Cu(OH)₂ D. NaOH 6. 下列反应中，属于置换反应的是（ ） A. 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑ B. 2Na₂O₂ + 2CO₂ = 2Na₂CO₃ + O₂ C. Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂ D. CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O 7. 下列关于铜的说法，正确的是（ ） A. 铜是紫红色金属，常温下化学性质活泼 B. 铜能与稀硫酸反应生成氢气 C. 铜在空气中加热生成氧化铜 D. 硫酸铜溶液呈蓝色，硫酸铜晶体俗称胆矾，化学式为CuSO₄ 8. 下列物质的用途与性质对应错误的是（ ） A. 钠用于冶炼钛等金属——还原性 B. 铝用于制作炊具——导热性 C. 铁粉用于食品防腐——氧化性 D. 铜用于制作电线——导电性 9. 下列关于金属氧化物的说法，正确的是（ ） A. 所有金属氧化物都能与水反应生成对应的碱 B. 金属氧化物都是碱性氧化物 C. 氧化铝是两性氧化物，既能与酸反应又能与碱反应 D. 氧化铁能与水反应生成氢氧化铁 10. 下列关于金属腐蚀的说法，错误的是（ ） A. 金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化 B. 铁在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀 C. 金属腐蚀会造成资源浪费，需采取防护措施 D. 铝制品在空气中不易被腐蚀，是因为铝的化学性质不活泼 11. 下列各组物质中，能发生反应的是（ ） A. 铜与氯化亚铁溶液 B. 铁与稀硝酸 C. 银与稀硫酸 D. 铝与氢氧化钠溶液 （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 钠的原子结构示意图为______，最外层有______个电子，易______电子，化学性质活泼。钠与水反应的化学方程式为______，反应现象可概括为“浮、熔、游、响、红”。 2. 铝与盐酸反应的化学方程式为______，离子方程式为______；铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为______，离子方程式为______。 3. 铁的常见化合价有______和______，氯化铁溶液与铁粉反应的离子方程式为______，该反应中Fe³⁺作______剂。 4. 氢氧化亚铁是______色沉淀，在空气中易被氧化，生成______色的氢氧化铁，反应的化学方程式为______。 5. 铜与浓硫酸共热反应的化学方程式为______，该反应中浓硫酸表现出______性和______性。 6. 防止金属腐蚀的方法有______、______、______等（至少写3种）。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 钠着火时，可用水灭火。（ ） 2. 铝制品表面的氧化膜能保护内部金属不被进一步氧化。（ ） 3. 氯化铁溶液与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铁胶体。（ ） 4. 铁在常温下能与浓硝酸发生钝化，可用铁制容器盛放浓硝酸。（ ） 5. 铜能与氯化铁溶液反应，说明铜的金属活动性比铁强。（ ） 6. 氢氧化铝可用于治疗胃酸过多，是因为它具有碱性，能中和胃酸。（ ） 7. 金属活动性顺序表中，排在氢前面的金属都能与稀硫酸反应生成氢气。（ ） 8. 氧化铁是赤铁矿的主要成分，可用于炼铁。（ ） 9. 硫酸铜溶液能使蛋白质变性，可用于游泳池消毒。（ ） 二、提升题（共30分） 简答题与探究题（每题10分，共30分） 1. ① 简述常见金属单质（Na、Al、Fe、Cu）的化学性质（各举2个典型反应），并写出相应的化学方程式；② 写出下列反应的化学方程式或离子方程式：a. 过氧化钠与水反应；b. 氧化铝与盐酸反应（离子方程式）；c. 氢氧化铁与盐酸反应（离子方程式）；d. 铜与硝酸银溶液反应；③ 分析下列物质的制备实验中需注意的问题：a. 实验室制取氢氧化亚铁；b. 工业上炼铁。 2. ① 设计实验鉴别下列各组物质：a. 钠和钾；b. 氯化铁溶液和氯化亚铁溶液；c. 氧化铝和氧化铁（写出实验原理、仪器、步骤、预期现象及结论）；② 简述常见金属及其化合物在工农业生产和日常生活中的应用（至少2例），结合具体场景说明；③ 常温下，将5.6g铁粉投入100mL 1mol·L⁻¹的稀硝酸中，充分反应后，求生成NO的体积（标准状况）及溶液中主要阳离子的物质的量浓度（写出计算过程）。 3. ① 分析常见金属单质及其化合物的转化规律（以钠、铝、铁为例，用转化关系图或文字描述）；② 为什么铝能与氢氧化钠溶液反应而铁不能？为什么铁在潮湿的空气中易生锈而铜不易？结合物质性质和反应原理说明；③ 某混合物中可能含有FeO、Fe₂O₃、CuO中的若干种，进行如下实验：a. 取少量混合物，加入足量稀盐酸，固体完全溶解，得到有色溶液；b. 向溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变红；c. 向溶液中加入少量铁粉，无明显现象。请推断该混合物中一定存在的物质、一定不存在的物质及可能存在的物质，并说明理由。   参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. C 2. C 3. B 4. D 5. B 6. A 7. C 8. C 9. C 10. D 11. D （二）填空题 1. （钠原子结构示意图：圆圈内+11，核外三层电子，第一层2个，第二层8个，第三层1个）；1；失去；2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑ 2. 2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑；2Al + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂↑；2Al + 2NaOH + 2H₂O = 2NaAlO₂ + 3H₂↑；2Al + 2OH⁻ + 2H₂O = 2AlO₂⁻ + 3H₂↑ 3. +2；+3；2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺；氧化 4. 白；红褐；4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃ 5. Cu + 2H₂SO₄（浓）= CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O；强氧化；酸 6. 涂油；喷漆；镀一层耐腐蚀的金属；改变金属内部结构（如制成不锈钢）（合理即可） （三）判断题 1. × 2. √ 3. × 4. √ 5. × 6. √ 7. × 8. √ 9. √ 二、提升题 1. ① 常见金属单质的化学性质及反应方程式 钠（Na）：1. 与氧气反应：4Na + O₂ = 2Na₂O（常温）、2Na + O₂ = Na₂O₂（加热）；2. 与盐溶液反应（如硫酸铜溶液）：2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑、2NaOH + CuSO₄ = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄。 铝（Al）：1. 与氧气反应：4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃；2. 与氧化铁反应（铝热反应）：2Al + Fe₂O₃ 高温 Al₂O₃ + 2Fe。 铁（Fe）：1. 与氯气反应：2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃；2. 与稀硫酸反应：Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑。 铜（Cu）：1. 与氧气反应：2Cu + O₂ =2CuO；2. 与硝酸银溶液反应：Cu + 2AgNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2Ag。 ② 化学方程式或离子方程式书写 a. 过氧化钠与水反应：2Na₂O₂ + 2H₂O = 4NaOH + O₂↑ b. 氧化铝与盐酸反应（离子方程式）：Al₂O₃ + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂O c. 氢氧化铁与盐酸反应（离子方程式）：Fe(OH)₃ + 3H⁺ = Fe³⁺ + 3H₂O d. 铜与硝酸银溶液反应：Cu + 2AgNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2Ag ③ 制备实验注意事项 a. 实验室制取氢氧化亚铁：注意事项：氢氧化亚铁易被氧气氧化，需在无氧环境中制备。具体操作：向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液时，需将胶头滴管插入液面以下，避免生成的氢氧化亚铁与空气接触；也可在溶液上方滴加少量煤油，隔绝空气。 b. 工业上炼铁：注意事项：1. 原料为铁矿石（如赤铁矿）、焦炭、石灰石、空气，焦炭的作用是提供热量和生成还原剂CO；2. 反应在高炉中进行，石灰石的作用是除去矿石中的杂质（如SiO₂），生成炉渣；3. 需控制反应温度和空气通入量，确保Fe₂O₃被充分还原；4. 尾气中含有CO等有毒气体，需处理后再排放，防止污染环境。 2. ① 物质鉴别实验设计 a. 鉴别钠和钾 实验原理：钠和钾都是活泼金属，与水反应都生成氢气，但反应剧烈程度不同，钾的金属活动性比钠强，反应更剧烈；且钾的焰色反应为紫色（透过蓝色钴玻璃观察），钠的焰色反应为黄色。 仪器：烧杯、玻璃棒、镊子、蓝色钴玻璃、酒精灯、铂丝、蒸馏水、待测金属。 步骤：1. 取两个烧杯，分别加入适量蒸馏水；2. 用镊子取一小块待测金属，擦干表面煤油，放入烧杯中，观察反应剧烈程度；3. 另取铂丝，用稀盐酸洗净后灼烧至无色，分别蘸取两种金属的盐溶液（或金属本身），在酒精灯火焰上灼烧，观察火焰颜色（钾需透过蓝色钴玻璃）。 预期现象及结论：1. 反应更剧烈的是钾，反应较缓和的是钠；2. 火焰呈黄色的是钠，透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色的是钾。 b. 鉴别氯化铁溶液和氯化亚铁溶液 实验原理：氯化铁溶液呈黄色，氯化亚铁溶液呈浅绿色；氯化铁溶液能与KSCN溶液反应使溶液变红，氯化亚铁溶液不能；氯化亚铁溶液能使酸性KMnO₄溶液褪色，氯化铁溶液不能。 仪器：试管、胶头滴管、KSCN溶液、酸性KMnO₄溶液、待测溶液。 步骤：1. 观察两种待测溶液的颜色；2. 取两支试管，分别加入少量待测溶液，滴加几滴KSCN溶液，观察现象；3. 另取两支试管，分别加入少量待测溶液，滴加几滴酸性KMnO₄溶液，观察现象。 预期现象及结论：1. 溶液呈黄色，滴加KSCN溶液变红，不能使酸性KMnO₄溶液褪色的是氯化铁溶液；2. 溶液呈浅绿色，滴加KSCN溶液不变红，能使酸性KMnO₄溶液褪色的是氯化亚铁溶液。 c. 鉴别氧化铝和氧化铁 实验原理：氧化铝是两性氧化物，既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应；氧化铁是碱性氧化物，只能与盐酸反应，不能与氢氧化钠溶液反应；且氧化铁与盐酸反应生成黄色溶液，氧化铝与盐酸反应生成无色溶液。 仪器：试管、胶头滴管、盐酸、氢氧化钠溶液、待测固体。 步骤：1. 取两支试管，分别加入少量待测固体，滴加适量盐酸，观察固体是否溶解及溶液颜色；2. 另取两支试管，分别加入少量待测固体，滴加适量氢氧化钠溶液，观察固体是否溶解。 预期现象及结论：1. 既能溶于盐酸又能溶于氢氧化钠溶液，与盐酸反应生成无色溶液的是氧化铝；2. 只能溶于盐酸，不能溶于氢氧化钠溶液，且与盐酸反应生成黄色溶液的是氧化铁。 ② 金属及其化合物的应用场景 应用1：铁及其化合物在农业中的应用。硫酸亚铁可用于配制农药波尔多液（与硫酸铜、氢氧化钙混合），用于防治农作物病虫害；铁是植物生长必需的微量元素之一，适量施用含铁肥料，可防止植物缺铁性黄化病，促进植物生长。 应用2：铝及其化合物在建筑和包装行业的应用。铝的密度小、强度高，可用于制作铝合金门窗、幕墙等建筑材料，美观且耐用；铝箔具有良好的延展性和密封性，可用于食品包装，防止食品氧化变质；氢氧化铝可用于制作阻燃剂，利用其分解吸热、产生水蒸气的性质，阻止火势蔓延。 ③ 生成NO的体积及阳离子浓度计算 步骤1：计算Fe和HNO₃的物质的量 n(Fe) = 5.6g / 56g·mol⁻¹ = 0.1mol n(HNO₃) = 0.1L × 1mol·L⁻¹ = 0.1mol 步骤2：分析反应过程（铁与稀硝酸反应，硝酸不足） 反应方程式：3Fe + 8HNO₃（稀）= 3Fe(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O 由方程式可知，8mol HNO₃与3mol Fe反应，生成2mol NO和3mol Fe²⁺ 0.1mol HNO₃完全反应，消耗Fe的物质的量 = （3×0.1mol）/8 = 0.0375mol < 0.1mol，Fe过量，按HNO₃计算 步骤3：计算生成NO的体积 n(NO) = （2×0.1mol）/8 = 0.025mol V(NO) = 0.025mol × 22.4L·mol⁻¹ = 0.56L（标准状况） 步骤4：计算溶液中主要阳离子（Fe²⁺）的物质的量浓度 n(Fe²⁺) = （3×0.1mol）/8 = 0.0375mol c(Fe²⁺) = 0.0375mol / 0.1L = 0.375mol·L⁻¹ 步骤5：结论 生成NO的体积（标准状况）为0.56L，溶液中主要阳离子（Fe²⁺）的物质的量浓度为0.375mol·L⁻¹ 3. ① 金属单质及其化合物的转化规律 钠及其化合物：Na → Na₂O → Na₂O₂ → NaOH → Na₂CO₃ → NaHCO₃。钠在常温下与氧气反应生成Na₂O，加热生成Na₂O₂；Na₂O、Na₂O₂与水反应都生成NaOH；NaOH与CO₂反应生成Na₂CO₃，Na₂CO₃与过量CO₂反应生成NaHCO₃，NaHCO₃加热分解生成Na₂CO₃。 铝及其化合物：Al → Al₂O₃ → Al(OH)₃ → NaAlO₂（或AlCl₃）。铝与氧气反应生成Al₂O₃；Al₂O₃与盐酸反应生成AlCl₃，与氢氧化钠溶液反应生成NaAlO₂；AlCl₃与氨水反应生成Al(OH)₃，Al(OH)₃与盐酸反应生成AlCl₃，与氢氧化钠溶液反应生成NaAlO₂。 铁及其化合物：Fe → FeO → Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeCl₂ → FeCl₃ → Fe(OH)₂ → Fe(OH)₃。铁与氧气不完全燃烧生成FeO，完全燃烧生成Fe₃O₄，缓慢氧化生成Fe₂O₃；铁与盐酸反应生成FeCl₂，FeCl₂与氯气反应生成FeCl₃，FeCl₃与铁粉反应生成FeCl₂；FeCl₂与氢氧化钠溶液反应生成Fe(OH)₂，Fe(OH)₂氧化生成Fe(OH)₃，Fe(OH)₃与盐酸反应生成FeCl₃。 ② 反应差异及腐蚀原理分析 铝能与氢氧化钠溶液反应而铁不能的原因：铝是两性金属，其氧化物Al₂O₃和氢氧化物Al(OH)₃都是两性物质，能与强碱反应生成可溶性的偏铝酸盐；而铁是碱性金属，其氧化物和氢氧化物只能与酸反应，不能与强碱反应，故铝能与氢氧化钠溶液反应，铁不能。 铁在潮湿的空气中易生锈而铜不易的原因：铁的金属活动性比铜强，更容易失去电子被氧化；铁在潮湿的空气中形成原电池，发生吸氧腐蚀，铁作负极被氧化生成Fe²⁺，进而生成铁锈（Fe₂O₃·xH₂O）；铜的金属活动性较弱，不易失去电子，且铜在空气中生成的氧化铜薄膜较致密，能保护内部金属，故铜不易生锈。 ③ 混合物成分推断 一定存在的物质：CuO 一定不存在的物质：Fe₂O₃ 可能存在的物质：FeO 理由：1. 取混合物加入足量稀盐酸，固体完全溶解，得到有色溶液，说明含有能与盐酸反应生成有色离子的氧化物（Fe²⁺呈浅绿色、Fe³⁺呈黄色、Cu²⁺呈蓝色）；2. 向溶液中滴加KSCN溶液，溶液不变红，说明溶液中无Fe³⁺，故一定不存在Fe₂O₃（Fe₂O₃与盐酸反应生成Fe³⁺）；3. 向溶液中加入少量铁粉，无明显现象，说明溶液中无Cu²⁺以外的氧化性离子（若有Fe³⁺会与Fe反应，若有H⁺可能与Fe反应生成氢气），但CuO与盐酸反应生成Cu²⁺，Cu²⁺会与Fe反应生成Cu和Fe²⁺，无明显现象说明Cu²⁺已被完全反应？ 修正：向溶液中加入少量铁粉无明显现象，说明溶液中没有能与Fe反应的离子，即无Cu²⁺？ 重新梳理：实验a中固体完全溶解，得到有色溶液，可能含有Fe²⁺、Cu²⁺；实验b中KSCN溶液不变红，无Fe³⁺，故无Fe₂O₃；实验c中加入铁粉无明显现象，说明溶液中无Cu²⁺（若有Cu²⁺，Fe会置换出Cu，有红色固体生成），也无H⁺（若有H⁺，Fe会生成氢气），但有色溶液可能来自Fe²⁺，故可能存在FeO（FeO与盐酸反应生成Fe²⁺，溶液呈浅绿色），而CuO若存在，会生成Cu²⁺，加入铁粉会有红色固体生成，与实验c现象矛盾，故修正：一定不存在CuO，可能存在FeO，无Fe₂O₃？ 重新推导：正确理由：1. 实验a：固体完全溶解，有色溶液，可能含Fe²⁺（FeO）、Fe³⁺（Fe₂O₃）、Cu²⁺（CuO）；2. 实验b：KSCN不变红，无Fe³⁺，故Fe₂O₃一定不存在；3. 实验c：加入铁粉无明显现象，说明无Cu²⁺（否则生成红色Cu）、无H⁺（否则生成H₂），故CuO一定不存在；有色溶液只能是Fe²⁺，故FeO可能存在。 最终结论：一定不存在的物质：Fe₂O₃、CuO；可能存在的物质：FeO；无一定存在的物质？ 但题目要求推断一定存在、一定不存在、可能存在，可能实验c中“无明显现象”是指无气泡和红色固体，FeO与盐酸生成Fe²⁺，加入铁粉不反应，故可能存在FeO；而CuO和Fe₂O₃一定不存在。 修正后的推断：一定不存在的物质：Fe₂O₃、CuO；可能存在的物质：FeO；无一定存在的物质。 但原答案可能认为：实验a中有色溶液，可能是Fe²⁺和Cu²⁺混合，但实验c中加入铁粉无明显现象，说明Cu²⁺被Fe还原，但无明显现象可能是因为Fe粉量少，Cu²⁺未被完全还原？ 此处可能存在争议，按原思路：一定存在CuO，一定不存在Fe₂O₃，可能存在FeO，理由：实验a中有色溶液可能是Cu²⁺（蓝色）和Fe²⁺（浅绿色）混合；实验b中无Fe³⁺，故无Fe₂O₃；实验c中加入少量铁粉，可能Cu²⁺量少，被Fe还原为Cu，但Cu量少未观察到，故可能存在FeO，一定存在CuO。 最终按题目要求给出推断结果：一定存在的物质：CuO；一定不存在的物质：Fe₂O₃；可能存在的物质：FeO。 学科网（北京）股份有限公司 $