2021届高考化学一轮复习两性金属与变价金属学案

2021届高考化学一轮复习两性金属与变价金属学案

第6课时　归纳拓展——高考考查新载体(两性金属与变价金属)‎ 高考题“题在书外、理在书中”，陌生金属元素及其化合物，虽然考试大纲中没有要求掌握，但在高考题中却经常涉及，如元素Mn、Cr、Co、Ni、Be等。命题者常以此类元素及其化合物为载体，命制考纲中要求的元素及其化合物的性质、化学方程式(离子方程式)、反应理论、相关实验等方面的问题。虽然高考不要求，但平时多了解、认识、储备相关物质及其性质，更有利于考生读题、审题和解题。‎ 类型一　两性金属及其化合物 ‎1．二者均能溶于酸溶液也能溶于碱溶液 Be＋2NaOH＋2H2O===Na2[Be(OH)4]＋H2↑‎ 或Be＋2NaOH===Na2BeO2＋H2↑‎ ‎2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑‎ 或2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑‎ ‎2．两者的氢氧化物均为两性氢氧化物，易溶于强碱溶液 Be(OH)2＋2NaOH===Na2[Be(OH)4]‎ 或Be(OH)2＋2NaOH===Na2BeO2＋2H2O Al(OH)3＋NaOH===Na[Al(OH)4] ‎ 或Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O ‎[典例1]　铝、铍及其化合物具有相似的化学性质，已知反应：BeCl2＋Na2BeO2＋2H2O===2NaCl＋2Be(OH)2↓能完全进行，则下列推断正确的是(　　)‎ A．Be(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液 B．因BeCl2水溶液的导电性强，故BeCl2是离子化合物 C．常温下Na2BeO2溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物为BeO D．常温下BeCl2溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物是BeCl2‎ ‎[解析]　铝、铍及其化合物具有相似的化学性质，Be(OH)2与Al(OH)3性质相似，Be(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液，A正确；某些共价化合物水溶液的导电性也较强，B错误；Na2BeO2溶液蒸干灼烧后得到Na2BeO2，C错误；常温下BeCl2溶液的pH<7，蒸干并灼烧后得到的残留物是BeO，D错误。‎ ‎[答案]　A ‎1．锌与酸、碱的反应 ‎(1)Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑‎ ‎(2)Zn＋2NaOH＋2H2O===Na2[Zn(OH)4]＋H2↑‎ 或Zn＋2NaOH===Na2ZnO2＋H2↑‎ ‎2．氧化锌——两性氧化物 ‎(1)ZnO＋2H＋===Zn2＋＋H2O ‎(2)ZnO＋2NaOH＋H2O===Na2[Zn(OH)4]‎ 或ZnO＋2NaOH===Na2ZnO2＋H2O ‎3．氢氧化锌——两性氢氧化物 ‎(1)与酸、碱的反应 Zn(OH)2＋2H＋===Zn2＋＋2H2O Zn(OH)2＋2OH－===[Zn(OH)4]2－‎ 或Zn(OH)2＋2OH－===ZnO＋2H2O ‎(2)制法 Zn2＋＋[Zn(OH)4]2－===2Zn(OH)2↓‎ 或Zn2＋＋ZnO＋2H2O===2Zn(OH)2↓‎ ‎4．锌盐 ‎(1)可溶性锌盐(如ZnSO4)‎ ‎①与强碱溶液反应：‎ 与少量NaOH溶液反应：Zn2＋＋2OH－===Zn(OH)2↓‎ 与足量NaOH溶液反应：Zn2＋＋4OH－===[Zn(OH)4]2－‎ 或Zn2＋＋4OH－===ZnO＋2H2O ‎②与Na2[Zn(OH)4](或Na2ZnO2)反应生成Zn(OH)2沉淀 ‎(2)Na2[Zn(OH)4](或Na2ZnO2)‎ 与盐酸反应 少量 Na2[Zn(OH)4]＋2HCl===Zn(OH)2↓＋2NaCl＋2H2O或Na2ZnO2＋2HCl===Zn(OH)2↓＋2NaCl 足量 Na2[Zn(OH)4]＋4HCl===ZnCl2＋2NaCl＋4H2O或Na2ZnO2＋4HCl===ZnCl2＋2NaCl＋2H2O 与CO2反应 少量 Na2[Zn(OH)4]＋CO2===Zn(OH)2↓＋Na2CO3＋H2O或Na2ZnO2＋H2O＋CO2===Zn(OH)2↓＋Na2CO3‎ 足量 Na2[Zn(OH)4]＋2CO2===Zn(OH)2↓＋2NaHCO3或Na2ZnO2＋2H2O＋2CO2===Zn(OH)2↓＋2NaHCO3‎ ‎[典例2]‎ ‎　锌和铝都是活泼金属，其氢氧化物既能溶于强酸溶液，又能溶于强碱溶液，但是Al(OH)3不溶于氨水，而Zn(OH)2能溶于氨水，生成[Zn(NH3)4]2＋。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)单质铝溶于NaOH溶液后，溶液中铝元素的存在形式为________(用化学式表示)。‎ ‎(2)写出锌和NaOH溶液反应的离子方程式： ________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)下列各组中的两种溶液，用相互滴加的实验方法可以鉴别的是________(填序号)。‎ ‎①Al2(SO4)3和NaOH　　②Al2(SO4)3和氨水 ‎③ZnSO4和NaOH ④ZnSO4和氨水 ‎(4)写出可溶性铝盐和氨水反应的离子方程式： ___________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 试解释实验室不宜用可溶性锌盐与氨水反应制取氢氧化锌的原因：________________________________________________________________________。‎ ‎[解析]　(1)Al与NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]或NaAlO2。‎ ‎(2)锌与NaOH溶液反应的离子方程式为 Zn＋2OH－＋2H2O===[Zn(OH)4]2－＋H2↑‎ 或Zn＋2OH－===ZnO＋H2↑‎ ‎(3)①Al2(SO4)3与NaOH溶液滴加顺序不同，现象不同，可鉴别；②Al2(SO4)3与氨水滴加顺序不同，现象相同，不可鉴别；③ZnSO4与NaOH溶液滴加顺序不同，现象不同，可鉴别；④ZnSO4与氨水滴加顺序不同，现象不同，可鉴别。‎ ‎(4)可溶性铝盐与氨水反应生成Al(OH)3，反应的离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH，因Zn(OH)2能溶于氨水，故在实验室里不能用可溶性锌盐与氨水反应制取Zn(OH)2。‎ ‎[答案]　(1)[Al(OH)4]－(或AlO)‎ ‎(2)Zn＋2OH－＋2H2O===[Zn(OH)4]2－＋H2↑‎ ‎(或Zn＋2OH－===ZnO＋H2↑)‎ ‎(3)①③④‎ ‎(4)Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH　可溶性锌盐与氨水反应产生的Zn(OH)2可溶于过量氨水中，生成[Zn(NH3)4]2＋，氨水的用量不易控制 类型二　变价金属及其化合物 铁、钴、镍同属于元素周期表中的Ⅷ 族，性质相近，故统称为铁系元素，其主要化合价为＋2和＋3价。‎ ‎1．铁、钴、镍氧化物和氢氧化物的基本性质 氧化物 FeO Fe2O3‎ Fe3O4‎ CoO Co2O3‎ NiO Ni2O3‎ 颜色 黑色 红棕色 黑色 灰绿色 黑色 暗绿色 黑色 氧化、还原性 ‎—‎ ‎—‎ ‎—‎ ‎—‎ 强氧化性 ‎—‎ 强氧化性 类别 碱性氧化物 碱性氧化物 ‎—‎ 碱性氧化物 ‎—‎ 碱性氧化物 ‎—‎ 氢氧化物 Fe(OH)2‎ Fe(OH)3‎ ‎—‎ Co(OH)2‎ Co(OH)3‎ Ni(OH)2‎ Ni(OH)3‎ 颜色 白色 红褐色 ‎—‎ 粉红 棕褐色 绿色 黑色 氧化、还原性 还原性 ‎—‎ ‎—‎ 还原性 ‎★氧化性 弱还原性 ‎★强氧化性 酸、碱性 碱性 碱性 ‎—‎ 碱性 碱性 碱性 碱性 ‎[提醒]　★表示在碱性条件下不具有氧化性。‎ ‎2．含铁、钴、镍元素的物质性质比较 Fe(Ⅲ)、Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)性质差异 Fe(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、‎ Ni(Ⅱ)性质差异 氧化物 氧化钴与氧化镍在酸性溶液中显示出强氧化性：‎ Co2O3＋6HCl===‎ ‎2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O Ni2O3＋6HCl===‎ ‎2NiCl2＋Cl2↑＋3H2O 但氧化铁与酸只发生复分解反应 氢氧化物还原性 还原性的变化规律：Fe(OH)2>Co(OH)2>Ni(OH)2‎ ‎①Fe(OH)2在空气中极易被氧化成Fe(OH)3‎ ‎②Co(OH)2在空气中被O2氧化的速度较慢；可以被强氧化剂(H2O2)迅速氧化 ‎③Ni(OH)2在空气中不易被氧化，只有在更强的氧化剂条件下才会氧化生成Ni(OH)3‎ 氢氧化物 铁的氢氧化物只与酸发生酸碱中和反应 Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O 镍、钴的氢氧化物与还原性酸发生氧化还原反应 ‎2Co(OH)3＋6H＋＋2Cl－===‎ ‎2Co2＋＋Cl2↑＋6H2O ‎2Ni(OH)3＋6H＋＋2Cl－===‎ ‎2Ni2＋＋Cl2↑＋6H2O 离子存在状态 Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)仅能够存在于固态物质或配合物中，在水溶液中会发生如下反应(镍同)‎ ‎4Co3＋＋2H2O===4Co2＋＋4H＋＋O2↑‎ Fe3＋在酸性溶液中可以稳定存在 与氨水反应 ‎①Fe(OH)2―→Fe(OH)3‎ ‎②Co(OH)2―→[Co(NH3)6]2＋‎ ‎③Ni(OH)2―→[Ni(NH3)6]2＋‎ 借此反应，可以使三种离子分离 结论与解释 ‎①由于Fe(OH)2的稳定性弱于Co(OH)2、Ni(OH)2，故三者的还原性存在规律：Fe(OH)2>Co(OH)2>Ni(OH)2，因此三者与氧化剂和氨水反应的条件与产物也不同 ‎②由于铁、钴、镍的核电荷数依次增大，故对电子的吸引能力依次增强，所以正三价的氧化性呈现如下规律：‎ Fe(Ⅲ)

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