镁铝铁铜的化学性质与高考

镁、铝、铁、铜等是常见的几种重要的金属元素，特别是铁和铁的化合物在日常生活中有着重要的用途，因此铁和铁的化合物在高考题中经常出现。铁的考查重点是Fe、Fe2+、Fe3+之间的相互转化，铝及其化合物也不容忽视，铝的考查重点是铝三角关系，这部分知识常以实验题、推断题、选择题等多种形式出现。该部分知识点易出现的问题：①不能正确书写镁与二氧化碳、铝、铝的氧化物与氢氧化钠溶液、铁在高温下与水蒸气以及溴化亚铁与氯气等反应的化学方程式；②误认为氢氧化铝能溶于氨水等。未来高考预测：以铁及其化合物、铝及其化合物的知识为线索，设计实验题；利用Al3+、AlO－2、Fe3+的双水解知识命制无机框图或离子组合题；围绕铝三角、铁三角设计创新题型；另外利用Al3+、AlO－2、Fe3+的双水解知识以及Fe2+的还原性考查离子共存问题。我们认为这些题型在今后的高考中都是出现几率较大的题型。镁、铝、铁、铜是中学化学中常见的重要的金属，在高考中频频出现，现将其化学性质归纳、比较如下，供同学们复习参考：化学性质镁铝铁铜与O2反应常温下生成氧化膜，点燃燃烧2Mg+O22MgO常温下生成氧化膜，点燃燃烧4Al+3O22Al2O3过度元素，第四周期，第Ⅷ族，在氧气中点燃燃烧3Fe+2O2Fe3O4过度元素，第四周期，第IB族，加热氧化2Cu+O22CuO与其它非金属反应Mg+Cl2MgCl2Mg+SMgS3Mg+N24Al+3Cl22AlCl32Al+3SAl2S32Fe+3Cl22FeCl3Fe+SFeSCu+Cl2CuCl22Cu+SCu2SMg3N2与酸反应Mg+2H+===Mg2++H2↑（与硝酸反应复杂，硝酸的浓度不同，还原产物可以是NO2、NO、N2O或硝酸铵等）2Al+6H+===2Al3++3H2↑（常温下遇浓硝酸、浓硫酸钝化）Fe+2H+===Fe2++H2↑（常温下遇浓硝酸、浓硫酸钝化，加热时反应，且反应复杂，硝酸的浓度、用量以及铁的用量不同，氧化产物和还原产物均不相同）稀盐酸、稀硫酸不反应Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2OCu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O与碱溶液反应不反应2Al+2H2O+2NaOH===2NaAlO2+3H2↑不反应不反应与某些盐溶液反应Mg+2NH4+===Mg2++H2↑+2NH3↑2Al+3Cu2+===2Al3++3CuFe+Cu2+===Fe2++Cu湿法炼铜Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+与氧化物反应2Mg+CO22MgO+C8Al+3Fe3O49Fe+4Al2O33Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2【例题1】（2011广东高考10）某同学通过系列实验探究Mg及其化合物的性质，操作正确且能达到目的的是A.将水加入浓硫酸中得到稀硫酸，置镁片于其中探究讨Mg的活泼性B.将NaOH溶液缓慢滴入MgSO4溶液中，观察Mg(OH)2沉淀的生成C.将Mg(OH)2浊液直接倒入已装好滤纸的漏斗中过滤，洗涤并收集沉淀D.将Mg(OH)2沉淀转入表面皿中，加足量稀盐酸，加热蒸干得无水MgCl2固体解析：本题考察镁及其化合物的性质、常见的基本实验操作。稀释浓硫酸时，应将浓硫酸沿着器壁慢慢加入水中，并及时搅拌，A是错误的；过滤时需要用玻璃棒引流，因此C不正确；蒸发溶液时应该用蒸发皿而不是表面皿，由MgCl2水解，所以加热时必需在HCl的气氛中加热才能得到MgCl2固体，所以D不正确。因此只有选项B是正确的。答案：B【例题2】（2011山东高考12）Al、Fe、Cu都是重要的金属元素。下列说法正确的是A.三者对应的氧化物均为碱性氧化物B.三者的单质放置在空气中均只生成氧化物C.制备AlCl3、FeCl3、CuCl2均不能采用将溶液直接蒸干的方法D.电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液是阴极上依次析出Cu、Fe、Al解析：铝对应的氧化物Al2O3属于两性氧化物，A不正确；铝属于活泼金属其表面易被空气中氧气氧化形成一层致密的氧化膜而使铝不易被腐蚀；铁放置在空气可以直接发生化学腐蚀，例如铁与氯气直接反应而被腐蚀；铜放置在空气中会和空气中氧气、二氧化碳和水缓慢的反应生成碱式碳酸铜即铜绿，方程式为2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3，因此选项B不正确；AlCl3、FeCl3、CuCl2均属于强酸弱碱盐，在溶液中会水解生成相应的氢氧化物和HCl，溶液在加热时会促进水解，同时生成的HCl挥发，进一步促进水解，当溶液蒸干后将最终将得到相应的氢氧化物或氧化物，所以选项C正确；铝属于活泼的金属元素，在水溶液中Al3+不会放电生成铝单质；Fe3+在水溶液会放电但产物是Fe2+，而不是单质铁；只有Cu2+在阴极上得到电子生成单质铜。所以选项D也不正确。答案：C【例题3】（2011年海南高考）铜（Cu）是重要金属，Cu的化合物在科学研究和工业生产中具有许多用途，如CuSO4溶液常用作电解液、电镀液等。请回答以下问题：（1）CuSO4可由金属铜与浓硫酸反应制备，该反应的化学方程式为_______；（2）CuSO4粉末常用来检验一些有机物中的微量水分，其原因是_______；（3）SO42－的立体构型是________，其中S原子的杂化轨道类型是_______；（4）元素金（Au）处于周期表中的第六周期，与Cu同族，Au原子最外层电子排布式为______；一种铜合金晶体具有立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点位置，则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为_____；该晶体中，原子之间的作用力是_____；（5）上述晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中。若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构为CaF2的结构相似，该晶体储氢后的化学式应为______。解析：本题各小题内容考查点相互的联系不大，仍属于“拼盘”式题。（3）硫酸根中心原子的价层电子对为：孤对电子数6－2×4+2＝0，成键电子对数4，所以为正四面体结构，中心原子为sp3杂化；（4）Au电子排布或类比Cu，只是电子层多两层，由于是面心立方，晶胞内N（Cu）=6×1/2＝3，N（Au）=8×1/8＝1；（5）CaF2结构如下图所示，所以氢原子在晶胞内有4个，可得储氢后的化学式为H8AuCu3答案：（1）Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O；（2）白色无水硫酸铜可与水结合生成蓝色的CuSO4·5H2O，显示水合铜离子特征蓝色；（3）正四面体，sp3；（4）6s1；（5）3:1；（4）金属键；（5）H8AuCu3巩固练习【练习1】镁和铝分别与等浓度、等体积的过量稀硫酸反应，产生气体的体积（V）与时间（t）关系如右图。反应中镁和铝的A．物质的量之比为3:2B．质量之比为3:2C．摩尔质量之比为2:3D．反应速率之比为2:3解析：由图像可知，两个反应中生成的氢气一样多，说明两种金属提供的电子数目一样多，则镁、铝的物质的量之比为3:2，质量之比为4:3，故A项正确，B项错误；镁、铝的摩尔质量之比为8:9，C项错；由图像镁、铝与硫酸反应需要的时间之比为2:3，则二者的速率之比为3:2，D项错。答案：A点拨：该题考查了镁、铝分别与硫酸反应的化学方程式，以及图像的识别，只要认真审题，正确书写出化学方程式，不难得出结论，属于基础知识的考查。【练习2】向mg镁和铝的混合物中加入适量的稀硫酸，恰好完全反应生成标准状况下的气体bL。向反应后的溶液中加入cmol/L氢氧化钾溶液VmL，使金属离子刚好沉淀完全，得到的沉淀质量为ng。再将得到的沉淀灼烧至质量不再改变为止，得到固体pg。则下列关系不正确的是A.c＝B.p＝m+C.n=m+17VcD.m＜p＜m解析：根据化学方程式：Mg+H2SO4===MgSO4+H2↑、2Al+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2↑；MgSO4+2NaOH===Mg(OH)2↓+Na2SO4、Al2(SO4)3+6NaOH===2Al(OH)3↓+3Na2SO4；Mg(OH)2MgO+H2O、2Al(OH)3Al2O3+3H2O可得，生成的氢气的物质的量等于参加反应的碱的物质的量的一半，即：＝cmol/L××，所以A项正确；B项中p为生成的氧化物的质量，1molMg可结合1molO，2molAl结合3molO，因此生成沉淀的物质的质量等于镁和铝的质量之和加氧元素的质量，而结合氧元素的物质的量等于生成氢气的物质的量，也等于消耗氢氧根离子的物质的量的一半，由于O元素的质量：cmol/L×××16g/mol＝g，所以B项正确；而得到的氢氧化镁和氢氧化铝的质量等于镁和铝的质量和与氢氧根离子的质量之和，OH－的质量：cmol/L××17g/mol＝g，由于C项中忽略了体积的单位，因此C项错误；D项中的p为MgO和Al2O3的质量和，可用极值法来计算，假设全为MgO，则有p＝mg+×16g·mol－1＝mg，假设全为Al2O3，则有p＝mg+××16g·mol－1＝mg，因此D项正确。答案：C点拨：该题属化学计算的考查，考查范围较广，不但涉及化学方程式、关系式，而且还把物质的量浓度的计算也进行了考查，不失是一道好题，因此在复习计算时要熟悉化学方程式，会推关系式，灵活运用化学计算技巧，对提高我们的能力大有好处。【练习3】三草酸合铁酸钾晶体K3[Fe(C2O4)3]·3H2O可用于摄影和蓝色印刷。某小组将无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解，对所得气体产物和固体产物进行实验和探究。请利用实验室常用仪器、用品和以下限选试剂完成验证和探究过程。限选试剂：浓硫酸、1.0mol·L－1HNO3、1.0mol·L－1盐酸、1.0mol·L－1NaOH、3%H2O2、0.1mol·L－1KI、0.1mol·L－1CuSO4、20%KSCN、澄清石灰水、氧化铜、蒸馏水。（1）将气体产物依次通过澄清石灰水（A）、浓硫酸、灼热氧化铜（B）、澄清石灰水（C），观察到A、C中澄清石灰水都变浑浊，B中有红色固体生成，则气体产物是。（2）该小组同学查阅资料后推知，固体产物中，铁元素不可能以三价形式存在，而盐只有K2CO3。验证固体产物中钾元素存在的方法是，现象是。（3）固体产物中铁元素存在形式的探究。①提出合理假设假设1：；假设2：；假设3：。②设计实验方案证明你的假设③实验过程根据②中方案进行实验。按下表的格式写出实验步骤、预期现象与结论。实验步骤预期现象步骤1：步骤2：步骤3：解析：（1）将产生的气体产物依次通过澄清石灰水，石灰水变混浊，说明产生的气体中含有CO2，然后再通过灼热氧化铜、澄清石灰水，观察到有红色固体生成，澄清石灰水都变浑浊，气体中含有CO；（2）碱金属元素的检验一般采用焰色反应；（3）依据信息：固体产物中，铁元素不可能以三价形式存在，而盐只有K2CO3，可推测铁元素只能以亚铁及铁单质的形式存在；在设计实验时，应注意Fe与FeO的性质的不同点。答案：（1）CO2、CO（2）焰色反应透过蓝色钴玻璃，观察到紫色的火焰（3）①FeOFeO、FeFe实验步骤预期现象与结论步骤1：取适量固体产物与试管中，加入足量蒸馏水，充分振荡使碳酸钾完全溶解。分离不容固体与溶液，用蒸馏水充分洗涤不溶固体固体产物部分溶解步骤2：向试管中加入适量硫酸铜溶液，再加入少量不溶固体，充分振荡（1）若蓝色溶液颜色及加入的不溶固体无明显变化，则假设2成立。（2）若蓝色溶液颜色明显改变，且有暗红色固体生成，则证明有铁单质存在步骤3：继续步骤2中的（2）,进行固液分离，用蒸馏水洗涤固体至洗涤液无色。取少量固体与试管中，滴加过量HCl，静置，取上层清液，滴加适量H2O2,充分振荡后滴加KSCN结合步骤2中的（2）：（1）若溶液基本无色，则假设（1）成立（2）若溶液呈血红色，则假设（3）成立③步骤1：将固体产物加入1.0mol·L－1盐酸中观察有无气体若有气泡产生、说明固体产物中含有单质铁，反之，则不含单质铁。步骤