树立3种思想 搞定金属问题

◇ 河南 冯存良

树立3种思想 搞定金属问题

◇ 河南 冯存良

历年高考中,对常见金属及其重要化合物有关知识的考查,出现频率高.往往以金属元素的性质为载体,通过推断题、实验题的形式来考查考生分析问题、解决问题的能力.解答金属元素的有关知识的考题通常需要具备3种思想:数形结合思想、分类思想和守恒思想.

1 数形结合思想解决金属及其化合物问题

1.1 用数形结合思想理解Na2CO3、NaHCO3与盐酸的反应

例1 将0.4gNaOH和1.06gNa2CO3混合并配成溶液,向溶液中滴加0.1mol·L－1稀盐酸.下列图象能正确表示加入盐酸的体积和生成CO2的物质的量的关系的是( ).

滴加盐酸先发生反应:OH－＋H＋＝H2O,再发生反应最后发生反应:因为n(OH－)＝故加入0.02molHCl后开始有气体生成,答案为C.

依题反思

1)向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸,第1步:转化为无气体产生;第2步与 H＋反应产生CO2.消耗HCl的体积与产生CO2的体积关系如选项A所示.

2)向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸,消耗HCl的体积与产生CO2的体积关系如选项B所示.

3)向等物质的量的NaOH、Na2CO3的混合溶液中逐滴加入盐酸,消耗HCl的体积与产生CO2的体积关系如选项C所示.

4)向等物质量的Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中逐滴加入盐酸,消耗HCl的体积与产生CO2的体积关系如选项D所示.

1.2 用数形结合思想突破Al(OH)3沉淀图象

例2 下列曲线图(纵坐标为沉淀的量,横坐标为加入物质的体积)与对应的选项相符合的是( ).

A 向1L浓度均为0.1mol·L－1的Ba(OH)2、NaAlO2混合溶液中加入0.1mol·L－1的稀H2SO4;

B 向1L浓度分别为0.1mol·L－1和0.3mol· L－1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1mol·L－1的稀NaOH溶液;

C 向烧碱溶液中滴加明矾溶液;

D 向AlCl3溶液中滴加过量氨水

向Ba(OH)2和NaAlO2混合溶液中加入稀H2SO4,发生的反应为所以加1L稀H2SO4时,Ba(OH)2反应完,再加0.5L稀 H2SO4时反应完毕,再加1.5L稀H2SO4时,Al(OH)3全部溶解,选项A正确;向1L浓度分别为0.1mol·L－1和0.3mol·L－1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1mol·L－1的NaOH溶液,发生的反应依次是所以沉淀Al3＋和溶解Al(OH)3所用NaOH的量之比为3∶1,选项B错误;向烧碱溶液中滴加明矾溶液,发生的反应依次是选项C错误;AlCl3溶液中滴加过量氨水,沉淀不会溶解,选项D错误.答案为A.

依题反思 突破Al(OH)3沉淀图象的3个秘诀:

1)明晰横、纵坐标含义,然后通过曲线变化特点分析反应原理.

2)掌握Al3＋、Al(OH)3、AlO2－三者之间的转化关系:

3)明晰Al3＋溶液中加碱(OH－)的几种常见变形图象,如:

图1

图1 -甲中,n(H＋)∶n(Al3＋)＝2∶1.

图1-乙中,若已知原溶液中含有Mg2＋,则可推出:n(Mg2＋)∶n(Al3＋)＝1∶1.

图1-丙中,若已知原溶液中含有H＋和Mg2＋,则可推出:n(H＋)∶n(Al3＋)∶n(Mg2＋)＝2∶1∶1.

2 守恒思想在铁及其化合物计算中的应用

“守恒法”是中学化学中一种常用的解题方法,它利用物质变化过程中某一特定的量固定不变来列式求解,即找到起始和终止反应时某一特定量的对应关系建立方程.

例3 向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中加入150mL、4mol·L－1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解,放出2.24LNO(标准状况),往所得溶液中加入KSCN溶液,无血红色出现.若用足量的H2在加热条件下还原相同质量的混合物,所得到的铁的物质的量为( )

A 0.21mol; B 0.25mol;

C 0.3mol; D 0.35mol

根据题意可知,混合物与150mL4mol·L－1(即0.6mol)HNO3恰好完全反应,“向所得溶液中加入KSCN溶液,无血红色出现”说明产物为Fe(NO3)2、NO、H2O,混合物中所有的Fe元素都以Fe2＋形式存在.根据N元素守恒可得n(HNO3)＝2n(Fe(NO3)2)＋n(NO)＝150mL×10－3×4mol· L－1＝0.6mol,又n(NO)＝0.1mol,所以n(Fe(NO3)2)＝0.25mol,即混合物中Fe元素的物质的量为0.25mol.若用足量H2还原相同质量的混合物,所得到的铁的物质的量为0.25mol.

依题反思 解答此类问题的关键是从诸多变化和繁杂的数据中寻找恒量关系.找到终态产物Fe(NO3)2及原硝酸中“N”原子反应后的2种存在形式和“NO”,问题就会迎刃而解.

3 用物质分类思想认识铁及其重要化合物

例4 下列叙述正确的是( ).

A Fe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生,说明Fe与2种酸均发生置换反应;

B 足量的Fe在Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3;

C 先后将等物质的量的Fe2O3和Fe分别溶于同一稀盐酸时无气体放出;

HNO3具有强氧化性,与Fe反应产生的气体为NO,选项A错;铁与Cl2反应无论量的多少产物都是FeCl3,选项B错;选项C中Fe2O3溶解产生Fe3＋恰好将铁单质氧化,因而不能置换出H2,正确;FeCl3溶液加热时易水解,选项D错.

依题反思 在学习和复习铁及铁的化合物知识时,要注意相似物质间的差异性.

1)铁的氧化物.

化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4俗名 —— 铁红 磁性氧化铁颜色状态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体(有磁性)溶解性 难溶于水 难溶于水 难溶于水铁的化合价 ＋2 ＋3 ＋2,＋3稳定性 不稳定 稳定 稳定与H＋反应的离子方程式FeO＋2H＋＝Fe2＋＋H2O Fe2O3＋6H＋＝2Fe3＋＋3H2O Fe3O4＋8H＋＝Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O

2)铁的氢氧化物.

化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3色态 白色固体 红褐色固体与盐酸反应Fe(OH)3＋3H＋＝Fe3＋＋3H2O Fe(OH)2＋2H＋＝Fe2＋＋2H2O受热分解 2Fe(OH)3■■Fe2O3＋3H2O△制法 可溶性亚铁盐与碱溶液反应Fe2＋＋2OH－＝Fe(OH)2↓可溶性铁盐与碱溶液反应Fe3＋＋3OH－＝Fe(OH)3↓在空气中,Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3二者的关系

3)“铁三角”的转化关系(图2).

图2

依据下列变化的离子方程式,体会Fe2＋与Fe3＋的转化条件.

1)将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀:H2S＋2Fe3＋＝S↓＋2Fe2＋＋2H＋.

2)将FeCl3溶液滴入KI-淀粉溶液,溶液变蓝:

3)用FeCl3溶液腐蚀废旧线路板上的铜箔:

4)将H2O2滴入到酸性FeCl2溶液中:

5)将FeCl2溶液滴到HNO3溶液中,有无色气体放出:

(作者单位:河南省鄢陵县第一高级中学)