2022届高三化学一轮复习讲义：常见金属及其化合物的综合应用

常见金属及其化合物的综合应用

复习目标　1.掌握常见金属元素知识网络构建及重要方程式的书写。2.了解硼及其化合物的性质。

一、知识网络构建及方程式再书写

1．钠及其重要化合物

(1)知识网络构建

(2)重要反应必练

写出下列反应的化学方程式，是离子反应的写出离子方程式。

①Na和H2O的反应

2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑；

②Na在空气中燃烧

2Na＋O2Na2O2；

③Na2O2和H2O的反应

2Na2O2＋2H2O===4Na＋＋4OH－＋O2↑；

④Na2O2和CO2的反应

2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2；

⑤向NaOH溶液中通入过量CO2

OH－＋CO2===HCO；

⑥将Na2CO3溶液与石灰乳混合

CO＋Ca(OH)2===CaCO3＋2OH－；

⑦向Na2CO3稀溶液中通入过量CO2

CO＋CO2＋H2O===2HCO；

⑧将NaHCO3溶液和NaOH溶液等物质的量混合

HCO＋OH－===CO＋H2O；

⑨将NaHCO3溶液与澄清石灰水等物质的量混合

HCO＋Ca2＋＋OH－===CaCO3↓＋H2O；

⑩将NaHCO3溶液与少量澄清石灰水混合

2HCO＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋CO＋2H2O。

2．铝及其重要化合物

(1)知识网络构建

(2)重要反应必练

写出下列反应的离子方程式。

①Al和NaOH溶液的反应

2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑；

②Al(OH)3和NaOH溶液的反应

Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O；

③Al(OH)3和盐酸的反应

Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O；

④Al2O3和NaOH的反应

Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O；

⑤Al2O3和盐酸的反应

Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O；

⑥NaAlO2和过量盐酸的反应

AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O；

⑦向NaAlO2溶液中通入过量CO2气体

AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO；

⑧将NaAlO2溶液与NaHCO3溶液混合

AlO＋HCO＋H2O===Al(OH)3↓＋CO；

⑨将NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合

3AlO＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓；

⑩将AlCl3溶液与NaHCO3溶液混合

Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑。

3．铁及其化合物

(1)知识网络构建

(2)重要反应必练

写出下列反应的化学方程式，是离子反应的写离子方程式。

①Fe和过量稀HNO3的反应

Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O；

②Fe高温下和水蒸气的反应

3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2；

③铝与氧化铁的铝热反应

Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3；

④用赤铁矿冶炼铁的原理

Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2；

⑤Fe(OH)2长时间露置于空气中

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；

⑥FeO和稀HNO3的反应

3FeO＋10H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋5H2O；

⑦Fe(OH)3和HI的反应

2Fe(OH)3＋6H＋＋2I－===2Fe2＋＋I2＋6H2O；

⑧FeBr2溶液和少量Cl2的反应

2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；

⑨FeBr2溶液和等物质的量的Cl2反应

2Fe2＋＋2Br－＋2Cl2===2Fe3＋＋Br2＋4Cl－；

⑩FeBr2溶液和过量Cl2的反应

2Fe2＋＋4Br－＋3Cl2===2Fe3＋＋2Br2＋6Cl－。

4．铜及其化合物

(1)知识网络构建

(2)重要反应必练

写出下列反应的化学方程式，是离子反应的写离子方程式。

①用两个化学方程式表示Cl2的氧化性大于S

a：Cu＋Cl2CuCl2；

b：2Cu＋SCu2S。

②铜在潮湿的空气中生锈

2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。

③将Cu和浓H2SO4混合加热

Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。

④Cu与浓HNO3的反应

Cu＋2NO＋4H＋===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。

⑤Cu与稀HNO3反应

3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。

⑥FeCl3溶液腐蚀铜板

Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。

⑦将氨水逐滴滴入CuSO4溶液过程中所发生的反应

Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH；

Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O。

⑧用惰性电极电解CuSO4溶液

2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。

⑨用Cu作电极电解H2SO4溶液

Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑。

⑩胆矾加热分解

CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O。

二、知识拓展专题　硼及其化合物的性质

1．硼

硼单质有晶体硼和无定形硼两种，晶体硼相当稳定，无定形硼比较活泼，能发生如下反应：

(1)高温下，与N2、S、X2等单质反应，如2B＋N22BN。

(2)高温下同金属反应生成金属硼化物。

(3)赤热下，与水蒸气反应，2B＋6H2O(g)2B(OH)3＋3H2。

(4)与热的浓硫酸或浓硝酸反应，2B＋3H2SO4(浓)2H3BO3＋3SO2↑，B＋3HNO3(浓)H3BO3＋3NO2↑。

2．硼酸(H3BO3)

(1)一元弱酸，H3BO3＋H2OH＋＋[B(OH)4]－。

(2)H3BO3受热时会逐渐脱水，首先生成偏硼酸(HBO2)，继续升温可进一步脱水生成四硼酸(H2B4O7)，更高温度时则转变为硼酸的酸酐(B2O3)。

3．硼氢化钠(NaBH4)

硼氢化钠中的氢元素为－1价，具有还原性，故其可用作醛类、酮类和酰氯类的还原剂：

。

4．硼砂(Na2B4O7·10H2O)

(1)制备：将偏硼酸钠溶于水形成较浓溶液，然后通入CO2调节pH，浓缩结晶分离出硼砂：4NaBO2＋CO2＋10H2O===Na2B4O7·10H2O＋Na2CO3。

(2)将硼砂溶于水，用硫酸溶液调节pH，可析出溶解度小的硼酸晶体：Na2B4O7＋H2SO4＋5H2O===4H3BO3↓＋Na2SO4。

1．NaBH4与FeCl3反应可制取纳米铁：2FeCl3＋6NaBH4＋18H2O===2Fe＋6NaCl＋6H3BO3＋21H2↑，下列说法正确的是(　　)

A．该反应中氧化剂只有FeCl3

B．NaBH4的电子式为

C．NaBH4不能与水发生反应

D．该反应中每生成1 mol Fe转移电子3 mol

答案　B

解析　反应2FeCl3＋6NaBH4＋18H2O===2Fe＋6NaCl＋6H3BO3＋21H2↑中，FeCl3中的Fe由＋3价降低到0价，水中部分H由＋1价降低到0价，所以该反应中氧化剂为FeCl3和H2O，A项错误；NaBH4由钠离子与BH构成，为离子化合物，则其电子式为，B项正确；NaBH4中H为－1价，水中H为＋1价，两者发生归中反应可生成氢气，C项错误；题述氧化还原反应中，化合价升高的只有NaBH4中的H，由－1价升高到0价，可据此判断电子转移数目，每生成1 mol Fe，消耗3 mol NaBH4，转移电子12 mol，D项错误。

2．按要求回答问题

(1)[2019·全国卷Ⅰ，26(3)]根据H3BO3的解离反应：H3BO3＋H2OH＋＋B(OH)，Ka＝5.81×10－10，可判断H3BO3是________酸。

(2)[2015·全国卷Ⅰ， 27(1)(6)]写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式：_____________________________________________________________________________。

单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程：_________________________________________________________

______________________________________________________________________________。

(3)[2015·安徽理综，27(2)]请配平化学方程式：______NaBO2＋______SiO2＋______Na＋______H2===____NaBH4＋______Na2SiO3。

(4)[2014·重庆理综，11(2)]NaBH4是一种重要的储氢载体，能与水反应得到NaBO2，且反应前后B的化合价不变，该反应的化学方程式为___________________________________________

______________________________________________________________________________。

答案　(1)一元弱　(2)Mg2B2O5·H2O＋2H2SO42MgSO4＋2H3BO3　2H3BO3B2O3＋3H2O、B2O3＋3Mg2B＋3MgO　(3)1　2　4　2　1　2

(4)NaBH4＋2H2O===NaBO2＋4H2↑

3．硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。已知硼镁矿的主要成分为Mg2B2O5·H2O，硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O。一种利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如图所示：

(1)写出硼元素在元素周期表中的位置：________________________________。

(2)将硼砂溶于水后，用硫酸调节溶液的pH≈3.5以制取硼酸(H3BO3)，该反应的离子方程式为___________________________________________________________________________。

(3)由MgCl2·6H2O制备MgCl2时，一定条件是_____________________________________。

(4)制得的粗硼在一定条件下反应生成BI3，BI3在一定条件下受热分解可以得到纯净的单质硼。0.200 0 g粗硼制成的BI3完全分解，将生成的I2配制成100 mL碘水，量取10.00 mL碘水于锥形瓶中，向其中滴加几滴淀粉溶液，用0.300 0 mol·L－1 Na2S2O3溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液18.00 mL。(提示：I2＋2S2O===2I－＋S4O)滴定终点的现象为_________

________________________________________________，该粗硼样品的纯度为________%。

(5)H3BO3[也可写成B(OH)3]可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备。工作原理如图所示。

①b膜为__________(填“阴离子”或“阳离子”)交换膜，写出产品室发生反应的离子方程式：___________________________________________________________________________，理论上每生成1 mol H3BO3，N室可生成________L(标准状况)气体。

②N室中，进口和出口的溶液浓度大小关系为a%______(填“>”或“<”)b%。

答案　(1)第二周期ⅢA族　(2)B4O＋2H＋＋5H2O===4H3BO3↓　(3)在HCl氛围中加热　(4)滴加最后一滴Na2S2O3溶液，锥形瓶中溶液蓝色褪去，且半分钟内不恢复原色　99　(5)①阴离子　H＋＋B(OH)===H3BO3＋H2O　11.2　②<

解析　(3)因MgCl2在蒸干灼烧时会发生水解，其水解的化学方程式为MgCl2＋2H2OMg(OH)2＋2HCl，所以为了防止氯化镁水解生成氢氧化镁，需要在HCl氛围中加热。(4)消耗的Na2S2O3的物质的量为0.300 0 mol·L－1×0.018 L＝0.005 4 mol，根据关系式：B～BI3～I2～3S2O得，n(B)＝n(S2O)＝0.001 8 mol，则该粗硼样品中B的物质的量＝0.001 8 mol

×＝0.018 mol，则硼的质量为11 g·mol－1×0.018 mol＝0.198 g，该粗硼样品中硼的质量分数为×100%＝99%。(5)①产品室可得到H3BO3的原因是M室的H＋穿过阳离子交换膜扩散至产品室，原料室的B(OH)穿过阴离子交换膜扩散至产品室，二者反应生成H3BO3，其离子方程式为H＋＋B(OH)===H3BO3＋H2O，所以b膜应为阴离子交换膜。阴极的电解液为氢氧化钠溶液，所以N室的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成1 mol H3BO3时，需要M室和原料室分别转入1 mol H＋、1 mol B(OH)，则需转移1 mol e－，所以N室可生成0.5 mol氢气，其体积在标准状况下为11.2 L。②N室溶液中氢氧根离子浓度增大，Na＋从原料室通过阳离子交换膜进入N室，故N室进口溶液浓度比出口的小，即a%<b%。

4．[2019·全国卷Ⅰ，26(1)(2)(4)]硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：

回答下列问题：

(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

(2)“滤渣1”的主要成分有________________________________________________。

为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3＋离子，可选用的化学试剂是________。

(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为__________________________，

母液经加热后可返回________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是________。

答案　(1)NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3

(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3　KSCN溶液

(4)2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO[或2Mg2＋＋2CO＋H2O=== Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑]　溶浸　高温焙烧

解析　(1)由流程图加入物质可知，“溶浸”时产生的气体只能是NH3，NH3与NH4HCO3反应生成用于“沉镁”的物质只能是(NH4)2CO3。(2)由流程图可知，在过滤获取H3BO3之前没有除Fe3＋、Al3＋的步骤，推知氧化铁、氧化铝在“溶浸”时没有溶解，而二氧化硅不溶于硫酸铵溶液，因而滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检验Fe3＋的试剂可选用KSCN溶液。(4)“沉镁”中，结合反应物有Mg2＋、CO，生成物为Mg(OH)2·MgCO3，依据离子方程式书写要求，即可写出方程式。母液含硫酸铵，可以将母液返回“溶浸”工序循环使用，体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁，联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁。