2011年高考化学考前考点精讲：金属及其化合物

考点21 镁和铝
一、金属的通性
项目 内容
周期表中的分布 位于从硼到砹的左下方，在已知的109种元素中有87种是金属元素
原子结构的特征（最外层电子） 最外层电子数一般少于4个（ⅣA～ⅥA的某些金属元素有4～5个，但核外电子层数较多，原子半径较大）
组成微粒及通常状态 金属离子和自由电子通常情况下都是金属晶体，只有汞在常温下呈液态
分类 冶金工业 黑色金属：铁、铬、锰有色金属：除铁、铬、锰以外的金属
密度 轻金属：密度小于4.5g/cm3重金属：密度大于4.5g/cm3
从与人的接触分 常见金属：如铁、铜、铝等稀有金属：如锆、铪、铌等
物理性质（通性） 有金属光泽、不透明，热和电的良导体，有良好的延性和展性
二.金属晶体与其它常见晶体的比较
晶体类型 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体
实例 NaCl晶体 金刚石 干冰 镁
构成晶体的微粒 阴、阳离子 原子 分子 金属离子、自由电子
微粒间的相互作用 离子键 共价键 范得华力 金属键
物理性质 硬度 较大 很大 很小 较小
熔沸点 较高 很高 低、很低 多数较高
导电性 晶体不导电（熔化时或水溶液中导电） 一般为非导体 非导体（有的水溶液能导电） 良导体
三、镁和铝的性质
金属项目 镁（Mg） 铝（Al）
原子结构
原子半径 1.60×10－10m 1.43×10－10m
化合价 +2 +3
晶体结构 金属晶体 金属晶体
单质 物理性质 镁和铝都是密度较小、熔点较低、硬度较小的银白色金属，但镁和铝相比较，铝的硬度比镁的稍大，熔点和沸点都是铝比镁的高
活泼性 较活泼：Mg－2e=Mg2+ 较活泼：Al－3e=Al3+
抗腐蚀性 在空气中都能跟氧气反应，表面覆盖一层致密而坚硬的氧化物薄膜，都具有搞腐蚀性能
与O2反应 点燃2Mg+O2 = 2MgO △4Al+3O2 = 2Al2O3
与酸反应 Mg+2H+=Mg2++H2↑ 2Al+6H+=Al3++3H2↑
与碱反应 不反应 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑
与氧化物反应 点燃2Mg+CO2 = 2MgO+C △2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe
结论 镁、铝均为较活泼的金属，但镁的金属性强于铝
解释 核电荷数镁小于铝，而原子半径镁大于铝，故核对最外层的电子引力镁小于铝，即Al比Mg难失电子，金属性弱于Mg
主要用途 镁合金汽车、飞机制造、照明弹等 铝合金汽车、船舶、飞机制造、防锈油漆、导线、电缆等
四、铝热剂、铝热反应
某些金属氧化物粉末，与铝粉混合后在较高温度下剧烈反应生成Al2O3和其它金属并放出大量的热的反应，叫铝热反应。
能作铝热剂的不只是Fe2O3,还可以是V2O5、Cr2O3、MnO2等与Al粉形成铝热剂，铝热反应较多的应用于生产上，如：焊接钢轨，熔炼难熔金属V、Cr等。
3.镁、铝在自然界中均以化合态存在，铝是地壳里存在最多的金属元素。工业上用电解熔融的MgCl2制取Mg,用电解熔融的Al2O3制取Al。
五、镁和铝的重要化合物
1.镁及其化合物转化关系
2.铝及其化合物转化关系
3.MgO与Al2O3的比较
MgO Al2O3
物理性质 均为白色粉末，不溶于水，熔点高（MgO>Al2O3），是优良的耐火材料
化学性质 与热水反应MgO+H2O=Mg(OH)2 与水不反应
碱性氧化物MgO+2H+=Mg2++H2O 两性氧化物Al2O3+6H+=2Al3++3H2OAl2O3+2OH-=2AlO2-+H2O
4.Mg(OH)2与Al(OH)3的比较
Mg(OH)2 Al(OH)3
物理性质 均为白色固体，不溶于水
化学性质 不稳定性Mg(OH)2=MgO+ H2O 不稳定性2Al(OH)3=Al2O3+3H2O
碱性Mg(OH)2+2H+=Mg2++H2O 两性Al(OH)3+3H+=Al3++3H2OAl(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
制备 Mg2++2OH-= Mg(OH)2↓Mg2++2NH3·H2O =Mg(OH)2↓+2NH4+ Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+不用强碱AlO2-+CO2+2H2O= Al(OH)3↓+HCO3-不用强酸
5.两性物质与物质的两性
两性物质指即能与酸反应，又能与碱作用生成盐和水的化合物，如Al2O3、ZnO、Zn（OH）2、Al(OH)3、氨基酸、蛋白质等。
物质的两性，如强碱弱酸盐（NaHCO3、KHS、Na2HPO4等）弱酸弱碱盐（CH3COONH4、NH4HS）等，既能与强酸反应，又能与强碱作用，但只能说这种物质的性质有两性，不能将它们称为两性物质，因为这些化合物不是由本身直接电离出的H+和OH-参加反应，并且生成物不全是盐和水。
Al既能与酸作用，又能与强碱溶液反应，但不属于两性物质，也不能说它具有两性，因为Al与强碱溶液反应的本质是：2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑，Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O，两式相加为：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，由以上反应可知：Al不直接与NaOH溶液反应，Al仍然为金属元素。
Al(OH)3具有两性，是两性物质，可用电离平衡移动的原理来解释：Al(OH)3的电离方程式可表示如下：
AlO2-+H++H2O≒Al(OH)3≒Al3++3OH-
其电离程度相当微弱，只有加入强酸（或强碱）时，大量的H+（或OH-）才能破坏Al(OH)3的电离平衡，使平衡向右（或左）移动，生成铝盐（或偏铝酸盐），所以Al(OH)3即具有碱性，又具有酸性。当加入弱酸或弱碱时，因H+（或OH-）浓度太小，不能使上述平衡移动，因此Al(OH)3只溶于强酸或强碱，而不溶于弱酸或弱碱（如碳酸、氨水）。
Al3+只能在酸性溶液中大量存在，如AlCl3、Al2(SO4)3溶液均是酸性溶液；铝元素在碱性溶液中能以AlO2-离子大量存在，所以AlO2-与OH-、Al3+与H+ 不能大量共存，AlO2-与Al3+也不能大量共存，其离子方程式是：Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓。
6．试剂的滴加顺序不同产生的现象不同
（1）NaOH和AlCl3
向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先出现白色沉淀后消失：Al3++3OH-=Al(OH)3 ↓ Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液，开始无现象后出现白色沉淀：
Al3++4OH-= AlO2-+2H2O Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓
（2）NaAlO2和盐酸
向NaAlO2溶液中滴加盐酸，先出现白色沉淀后消失：
NaAlO2+HCl+H2O= Al(OH)3↓+NaCl Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O
向盐酸中滴加NaAlO2溶液，开始无现象后出现白色沉淀：
4HCl+NaAlO2= NaCl+AlCl3+2H2O AlCl3+3NaAlO2+6H2O=4Al(OH)3↓+3NaCl
(3)Na2CO3和盐酸
向Na2CO3溶液中滴加盐酸，开始无现象，后产生气泡
Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3 NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
向盐酸中滴加Na2CO3溶液，立即产生气泡 Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
考点22 铁和铁的化合物
一、铁的结构和性质
铁是26号元素，位于第四周期第Ⅷ族，属于过渡元素。
原子结构示意图：
主要化合价：+2，+3
2.铁在金属的分类中属于黑色金属，重金属，常见金属。纯净的铁是光亮的银白色金属，密度为7.86g/㎝3,熔沸点高，有较好的导电、传热性，能被磁铁吸引，也能被磁化。还原铁粉为黑色粉末。
3.铁是较活泼的金属元素，在金属活动性顺序表中排在氢的前面。
①跟非金属反应： 点燃 点燃 △ △
3Fe+2O2 == Fe3O4 2Fe+3Cl2 ==2FeCl3 Fe+S= FeS Fe+I2= FeI2
②跟水反应： 3Fe+4H2O= Fe3O4+4H2↑
③跟酸作用：Fe+2H+=Fe2++H2↑(遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化；与氧化性酸反应不产生H2，且氧化性酸过量时生成Fe3+)
④与部分盐溶液反应：Fe+Cu2+=Fe2++Cu Fe+2Fe3+=3Fe2+
二、铁的氧化物和氢氧化物
1.铁的氧化物的比较
铁的氧化物 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗称 铁红 磁性氧化铁
色、态 黑色粉末 黑色晶体 红棕色粉末
铁的价态 +2 +3 +2、+3
水溶性 难溶于水
稳定性 不稳定性6FeO+O2=2Fe3O4 稳定 稳定
与酸的反应 FeO+2H+=Fe2++H2O Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O Fe3O4+8H+=2Fe3++ Fe2++4H2O
与CO的反应 FexOy+yCO=xFe+yCO2
制取 高温熔融，过量的铁与氧气反应2Fe+O2=2FeO Fe(OH)3的分解2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O 铁在氧气中燃烧3Fe+2O2=Fe3O4
2.铁的氢氧化物的比较
Fe(OH)2 Fe(OH)3
物理性质 白色，难溶于水的固体 红褐色，难溶于水的固体
化学性质 （1）与非氧化性强酸反应Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O(2)与氧化性酸反应3Fe(OH)2+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O（3）空气中放置被氧化4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 （1）与酸反应Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O（2）受热分解2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O
制备 ①煮沸蒸馏水，赶走溶解的氧气②煮沸NaOH溶液，赶走溶解的氧气③配制FeSO4溶液，加少量的还原铁粉④用长滴管将NaOH溶液送入FeSO4溶液液面以下Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓ 将NaOH溶液滴入Fe2(SO4)3溶液中Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
1. Fe3O4是复杂的化合物，经研究证明，在Fe3O4晶体中有1/3的Fe是+2价，有2/3的Fe是+3价，可看成FeO·Fe2O3，实际应写成Fe(FeO2)2,即铁酸亚铁盐，不是一般的氧化物。
2.Fe(OH)2和Fe(OH)3从溶液中析出的现象不同，前者是白色絮状沉淀，后者是红褐色沉淀。而Fe(OH)2极不稳定，易被氧化成Fe(OH)3，反应现象是：白色→灰绿色→红褐色。
若要观察到白色的Fe(OH)2沉淀，需要创造以下条件：
（1）排除亚铁盐溶液里的Fe3+离子，以免Fe3+离子直接与OH-结合生成Fe(OH)3。
（2）尽量排除溶液中溶解的氧气，以减慢生成的Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3的速度。
反应要用新制备的亚铁盐溶液，并放入少量的铁以防止Fe3+离子产生。亚铁盐溶液与碱溶液在混合前分别加热以排除溶有的空气，然后，把碱溶液沿着试管壁加入盛亚铁盐溶液的试管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入碱溶液，可观察到白色絮状沉淀。
三、Fe、Fe2+和Fe3+之间相互转化及检验
从Fe、Fe2+和Fe3+的结构可知:Fe只有还原性，Fe3+通常只有氧化性，Fe2+既具有氧化性又具有还原性。上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应，才能实现不同价态的铁相互转化，（常称为铁三角）：
1.学习铁及其化合物的性质要注意：
(1)抓价态：从铁元素三种价态的相互转化(铁三角关系)去认识铁及其化合物间的氧化—还原反应规律.
(2)想属类：如铁是一种比较活泼的过渡金属，氧化亚铁、氧化铁为碱性氧化物，氢氧化亚铁、氢氧化铁为不溶性弱碱，氯化铁为强酸弱碱盐，由此去分析理解它们各自所具有的性质.
2.铁元素的原子在化学反应中，当遇弱氧化剂(如S、H+、Cu2+、I2等)时，铁只能失去最外层的两个电子，而生成+2价铁的化合物，当遇到强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3等)时，铁原子可以再失去次外层上的一个电子而生成+3价铁的化合物.
3.具体反应有：
（1）Fe2+→Fe3+
①2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-（在亚铁盐溶液中通入氯气，溶液由浅绿色变为棕黄色）。
②4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O（亚铁盐溶液在空气中容易变质，如绿矾露置于空气中则是：12FeSO4+3O2=4Fe2(SO4)3+2Fe2O3）
③3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++2H2O+NO↑
④5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++4H2O+Mn2+
如在FeCl2溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液由浅绿色变棕黄色，在酸性KMnO4溶液滴加FeCl2溶液，溶液由紫红变棕黄。
⑤2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O
（2）Fe3+→Fe2+
①2Fe3++S2+=2Fe2++S,如在FeCl3溶液中滴加适量的Na2S溶液,溶液变浑浊，滤去沉淀则滤液为浅绿色；如加入过量的Na2S溶液，，则又有黑色沉淀生成（FeS），向Fe3+溶液中通入H2S气体的离子方程式为：2Fe2++H2S=2Fe3++2H++S↓。
②2Fe3++SO32－+2H2O=2Fe2++SO42-+2H+
③2Fe3++Fe=3Fe2+,在FeSO3溶液中往往要加铁的原因是可以防止Fe2+被氧化为Fe3+。
④2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,电路板的制作是利用FeCl3溶液与裸露的铜反应。
⑤2Fe3++2I－=2Fe2++I2
4.Fe2+和Fe3+的检验
（1）Fe2+的检验：
方法一：滴加KSCN溶液，无明显现象，再滴加新制氯水，溶液立即变红色。
方法二：滴加NaOH溶液,生成白色絮状沉淀，该沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。
（2）Fe3+的检验：
方法一：滴加KSCN溶液或NH4SCN溶液，溶液立即变为血红色。
方法二：滴加NaOH溶液,出现红褐色沉淀。
5.Fe2+和Fe3+的相互转化
Fe2+有还原性，高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢等氧化剂能把它氧化成Fe3+：
MnO-4+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O +6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
H2O2+2Fe2++2H+=2F3++2H2O
在酸性溶液中，空气中的氧也能把Fe2+氧化：4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O
在碱性溶液中，Fe2+的还原性更强，它能把NO-3和NO-2还原成NH3，能把Cu2+还原成金属铜.Fe3+具有氧化性，它能把I-氧化成I2：2Fe3++2I-=2Fe2++I2
在无线电工业上，常利用FeCl3溶液来刻蚀铜，制造印刷线路，它们反应的化学方程式是：
2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ 因此，铜在氯化铁溶液中能作还原剂，而FeCl3是氧化剂.
Fe3+在酸性溶液中容易被H2S、SnCl2等还原成Fe2+：
2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+ 2F3++Sn2+=2Fe2++Sn4+
Fe3+还能被金属铁还原： 2Fe3++Fe=3Fe2+
在亚铁盐溶液中加入铁钉可防止Fe2+被氧化为Fe3+.
6.Fe2+和Fe3+的颜色
Fe2+在水溶液中通常以水合离子［Fe(H2O)6］2+形式存在，呈淡绿色。
Fe3+在酸性溶液中，通常以淡紫色的［Fe(H2O)6］3+形式存在呈黄色。